輻射檢測裝置和輻射檢測系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及輻射檢測裝置和輻射檢測系統。
【背景技術】
[0002]布置有多個像素的輻射檢測裝置已被使用，所述多個像素每個都具有轉換元件和切換元件的組合。作為轉換元件，使用PIN 二極管或MIS 二極管。特別地，在兩個電極之間夾有半導體層的PIN結構可以容易地制造并具有簡單的操作機構，因此被廣泛使用。通過將半導體層分離成用于各像素的島狀體，來獲得像素之間的串擾較少的清晰圖像。但是，在將半導體層分離成島狀體的結構中，容易在半導體層的側壁上形成泄漏路徑。泄漏路徑的形成具有不利的影響，諸如反向暗電流增加以及輻射檢測裝置的動態范圍減小。日本專利公開N0.2013-012697提出了具有這種結構的轉換元件:在該結構中，半導體層的外周位于電極的外周的外面，以抑制在半導體層的側壁上形成泄漏路徑。
【發明內容】
[0003]在日本專利公開N0.2013-012697中所描述的輻射檢測裝置中，容易出現殘留電荷，這在之后將會描述。本發明的一個方面提供用于減少具有半導體層的外周位于電極的外周的外面的轉換元件的輻射檢測裝置中的殘留電荷的技術。
[0004]根據一些實施例，提供了一種包括多個像素的輻射檢測裝置。該裝置包括:轉換元件，包含針對各像素進行分割的第一電極、半導體層和第二電極；切換元件，與第一電極電連接；以及第一絕緣層，使相鄰像素的轉換元件分離。半導體層位于第一電極與第二電極之間，半導體層的外周位于第一電極的外周和第二電極的外周的外面，半導體層包括含有與第一電極接觸的部分的第一雜質半導體層、含有與第二電極接觸的部分的第二雜質半導體層和位于第一雜質半導體層與第二雜質半導體層之間的本征半導體層，并且，限定從第一雜質半導體層的外周沿著第一雜質半導體層直到第一雜質半導體層的與第一電極接觸的部分的長度Du、從第二雜質半導體層的外周沿著第二雜質半導體層直到第二雜質半導體層的與第二電極接觸的部分的長度Du、第一雜質半導體層的薄層電阻(sheet resistance)Rnu、第二雜質半導體層的薄層電阻Rm、所述多個像素的像素間距P和切換元件的導通電阻(ON resisitance)Ron,以將接通切換元件之后10 μ s的殘留電荷設定為不高于2%。
[0005](參照附圖)閱讀示例性實施例的以下說明，本發明的其它特征將變得清楚。
【附圖說明】
[0006]圖1是根據一些實施例的輻射檢測裝置的等效電路圖；
[0007]圖2是圖1中的輻射檢測裝置的一個像素的示意性截面圖；
[0008]圖3是圖2的一部分的放大圖；
[0009]圖4是用于說明各種輻射檢測裝置中的殘留電荷的測量結果的表；
[0010]圖5是用于說明各種輻射檢測裝置中的電流密度的測量結果的示圖；
[0011]圖6是根據一些實施例的輻射檢測裝置中的一個像素的局部示意性截面圖；
[0012]圖7是用于說明各種輻射檢測裝置中的殘留電荷的測量結果的表；
[0013]圖8是用于說明各種輻射檢測裝置中的電流密度的測量結果的曲線圖；
[0014]圖9是根據一些實施例的輻射檢測裝置中的一個像素的局部示意性截面圖；
[0015]圖10是根據一些實施例的輻射檢測裝置中的一個像素的局部示意性截面圖；
[0016]圖11是根據一些實施例的輻射檢測裝置中的一個像素的局部示意性截面圖；
[0017]圖12是根據一些實施例的輻射檢測裝置中的一個像素的局部示意性截面圖；
[0018]圖13是根據一些實施例的輻射檢測系統的配置的示圖。
【具體實施方式】
[0019]下面將參照附圖來描述本發明的實施例。相同的附圖標記在各種實施例中都表示相同的部件，并且將省略重復的描述。可適當地改變和組合實施例。
[0020]將參照圖1至5來說明根據一些實施例的輻射檢測裝置100。輻射檢測裝置100用于例如醫療圖像診斷裝置、非破壞性檢查裝置或使用輻射的分析裝置等。圖1是輻射檢測裝置100的示意性的等效電路圖。輻射檢測裝置100包含多個像素110。該多個像素110被布置成二維矩陣形式以構成像素陣列。各像素I1包含轉換元件111和切換元件112。轉換元件111經由切換元件112連接到信號線131。輻射檢測裝置100包含多條信號線131。每條信號線131在沿列方向(圖1中的垂直方向)對齊的多個像素110之間共享。信號線131的一端與讀出電路130連接。切換元件112的控制端子與驅動線121連接。輻射檢測裝置100包含多條驅動線121。每條驅動線121在沿行方向(圖1中的水平方向)對齊的多個像素110之間共享。驅動線121的一端與驅動電路120連接。
[0021]圖2是關注圖1中的一個像素110的示意性截面圖。該截面圖示出了像素110的在與該多個像素110的行方向平行的方向上沿著與基板垂直的平面所取的截面。在輻射檢測裝置100的像素陣列中，圖2中的布置被重復地布置成二維矩陣。該多個像素110在由諸如玻璃之類的絕緣材料制成的基板201上形成。輻射檢測裝置100包括多個像素110上的閃爍體層202。閃爍體層202由碘化銫(CsI)或硫氧化釓(GOS)等制成。閃爍體層202將輻射轉換成可見光，所述可見光是波長可由轉換元件111檢測的光。輻射可以從閃爍體層202側(圖中的上側)或者從基板201側(圖中的下側)進入輻射檢測裝置100。驅動電路120和讀取電路130可在基板201上形成并且經由導電圖案來與像素陣列電連接。作為替代，驅動電路120和讀取電路130可在與基板201不同的基板上形成并且經由基板201上的導電焊盤來與像素陣列電連接。
[0022]驅動線121、信號線131 (圖2中未示出)和柵電極203在基板201上形成，并且絕緣層204在它們上面形成。驅動線121和柵電極203電連接。絕緣層204的在柵電極203上的部分用作柵極絕緣膜。溝道層203在柵極絕緣膜上形成。溝道層205的一端被源電極206覆蓋，并且溝道層205的另一端被漏電極207覆蓋。源電極206與信號線131電連接。可以在同一導電層上一體化地構成源電極206和信號線131。柵電極203、柵極絕緣膜、溝道層205、源電極206和漏電極207形成薄膜晶體管(TFT)。該TFT用作圖1中的切換元件112。雜質半導體層可形成為溝道層205與源電極206之間以及溝道層205與漏電極207之間的接觸層。
[0023]在上述薄膜晶體管、驅動線121和信號線131上依次形成保護層208和平坦化層209。保護層208是SiN等的無機絕緣膜。平坦化層209是丙烯酸或聚酰亞胺等的無機絕緣膜。保護層208和平坦化層209在漏電極207上方具有開口。除了開口以外，平坦化層209的上表面是平坦的。
[0024]在平坦化層209上依次形成第一電極210、第一雜質半導體層211、本征半導體層212、第二雜質半導體層213、第二電極214、保護層215和平坦化層216。第一雜質半導體層211、本征半導體層212和第二雜質半導體層213將被統稱為半導體層220。半導體層220由例如非晶硅(a-Si)制成。第一電極210、半導體層220和第二電極214形成PIN光電二極管。該光電二極管用作圖1中的轉換元件111。針對各像素110分割第一電極210。即，相鄰像素110的第一電極210相互分離。還針對各像素110分割第一雜質半導體層211、本征半導體層212、第二雜質半導體層213和第二電極214。針對該多個像素110共同布置保護層215和平坦化層216。相鄰像素110的轉換元件111由保護層215和平坦化層216來相互分離。保護層215是SiN等的無機絕緣膜。平坦化層216是丙烯酸或聚酰亞胺等的有機絕緣膜。平坦化層216的上表面是平坦的。
[0025]第一電極210的一部分被埋到保護層208的開口和平坦化層209的開口中，并且與漏電極207接合。第二電極214與偏壓線(未示出)連接。用于通過轉換元件111執行光電轉換的偏置電壓經由偏壓線被施加到第二電極214。第一雜質半導體層211和第二雜質半導體層213具有不同的導電類型。在以下的描述中，第一雜質半導體層211為n+型，并且第二雜質半導體層213為P+型，但是導電類型可以交換。第一雜質半導體層211用作防止空穴從第一電極210注入到本征半導體層212中的阻擋層。第二雜質半導體層213用作防止電子從第二電極214注入到本征半導體層212中的阻擋層。本征半導體層212可由無雜質的半導體或雜質濃度比第一雜質半導體層211和第二雜質半導體層213低的η型或ρ型半導體制成。
[0026]將參照圖3詳細說明轉換元件111的布置。圖3是圖2中的區域200的放大圖。通過使用同一掩模依次蝕刻三個半導體層，來分割第一雜質半導體層211、本征半導體層212和第二雜質半導體層213。因此，第一雜質半導體層211的外周211a、本征半導體層212的外周212a和第二雜質半導體層213的外周213a位于同一面上，以形成半導體層220的外周。換句話說，第一雜質半導體層211的上表面和本征半導體層212的下表面相重合，并且本征半導體層212的上表面和第二雜質半導體層213的下表面相重合。
[0027]第一雜質半導體層211接觸第一電極210的上表面和側表面，并且還接觸平坦化層209的圍繞第一電極210的部分。作為結果，第一雜質半導體層211的外周211a位于第一電極210的外周210a的外面。
[0028]第二雜質半導體層213接觸第二電極214的下表面，并且還接觸保護層215的圍繞第二電極2