DE2915859C2 - Fotoelektrische Wandlereinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine fotoelektrische Wand­ lereinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine solche Wandlereinrichtung ist aus der DE-OS 27 23 914 bekannt und umfaßt eine Vielzahl von fotoelektrischen Wandlerelementen, die auf einen gemeinsamen Substrat vor­ gesehen sind und jeweils ein Paar von Elektroden sowie einen Halbleiterbereich aufweisen, wobei eine der Elek­ troden jedes Wandlerelementes als Signalleitung in Form einer streifenförmigen Schicht auf dem Substrat ausgebil­ det ist. Darüberhinaus ist auch dort ein Zeitfolgesignal- Umsetzabschnitt vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine fotoelek­ trische Wandlereinrichtung der im Oberbegriff des Pa­ tentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzubilden, daß die Bildqualität trotz erhöhter Auslesegeschwindig­ keit verbessert wird.

Diese Aufgabe wird durch eine fotoelektrische Wandlerein­ richtung mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkma­ len gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegen­ stand der Unteransprüche.

Einzelheiten für den Aufbau und die Anwendung der erfindungsge­ mäßen fotoelektrischen Wandlereinrichtung werden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher er­ läutert.

Fig. 1 bis 5 sind Blockschaltbilder zur Erläuter­ ung der Informationsverarbeitung in fotoelektrischen Wandlereinrichtungen.

Fig. 6 bis 8 sind schematische Schnitt-Aufbau­ ansichten zur Erläuterung des grund­ sätzlichen Aufbaus von fotoelektri­ schen Wandlerelementen.

Fig. 9 bis 11 sind jeweils schematische Schnitt- Aufbauansichten zur Erläuterung verschiedener Ausführungsformen von fotoelektrischen Wandlerele­ menten mit Speicherkapazitäten.

Fig. 12 und 13 sind jeweils Ablauffolgediagramme für die Herstellung einer Vielzahl von fotoelektrischen Wandlerelementen und eines ladungsgekoppelten Registers.

Fig. 14 und 15 sind jeweils erläuternde schematische Ansichten, die einen Aufbau eines Bildvorlagen-Leseabschnitts zeigen, wenn die fotoelektrische Wandlereinrichtung bei einem Kopier­ gerät verwendet wird.

In Fig. 1 bezeichnet 101 einen eindimensionalen langgestreckten fotoelektri­ schen Wandlerabschnitt, in welchem n fotoelektrische Wandlerelemente 102 in einer Reihe angeordnet sind. Die Aufbaueinzelheiten der fotoelektrischen Wandler­ elemente 102 werden später beschrieben; sie haben n Elektroden X₁, X₂, . . . X_n-1, X_n, die unabhängig von­ einander jeweils für ein fotoelektrisches Wandlerele­ ment vorgesehen sind, eine gemeinsame Elektrode Y für die n fotoelektrischen Wandlerelemente, und eine fotoelektrische Wandlerschicht, die zwischen den unab­ hängigen Elektroden und der gemeinsamen Elektrode ange­ ordnet ist.

Die Bestrahlung der Lichtempfangsfläche des ein­ dimensionalen langgestreckten fotoelektrischen Wand­ lerabschnitts 101 mit Signallicht kann über ein geeignetes optisches System erfolgen, das ein Bild auf der Lichtempfangs­ fläche fokussiert.

103 bezeichnet einen Zeitfolgesignal-Umsetzabschnitt, der im Ansprechen auf die Lichtsignaleingabe in den eindimensionalen langgestreckten fotoelektrischen Wandlerabschnitt 101 parallel n elektrische Ausgangs­ signale über die n unabhängigen Elektroden aufnimmt und die derart parallel aufgenommenen n elektrischen Signale durch Befehl mittels eines Übertragungssignals (Schiebe­ impulses) 104 als serielle Ausgangssignale 105 abgibt. D.h., durch Eingabe von n Übertragungssignalen 104 als Eingangssignal des Zeitfolgesignal-Umsetzabschnitts 103 werden die parallel von dem Wandlerabschnitt 101 in den Umsetzabschnitt 103 eingegebenen Signale in zeitliche Aufeinanderfolge gebracht und insgesamt als Ausgangs­ signale 105 abgegeben.

Da bei der Vorrichtung der eindimensionale langge­ streckte fotoelektrische Wandlerabschnitt 101 getrennt von dem Zeitfolgesignal-Umsetzabschnitt 103 mittels eines Dünnfilm-Präzisionsverfahrens geformt wird, kann er anders als ein sog. "ladungsgekoppelter Fotosensor" mit einem Siliciumsubstrat in einer großen Länge ausge­ bildet werden. Der Wandlerabschnitt kann die Breite einer Bildvorlage im Format A3 aufweisen. Folglich wird ein direktes Lesen der Bildvorlage mittels eines Kontaktsystems ohne Verwendung irgendeines opti­ schen Systems zur Formatverringerung möglich, wodurch die Gesamtausmaße eines Geräts auf die kompaktesten Ausmaße verringert werden können und auch dessen Gewicht verringert werden kann.

Der Zeitfolgesignal-Umsetzabschnitt 103 kann im Gegen­ satz zu dem eindimensionalen langgestreckten foto­ elektrischen Wandlerabschnitt 101 auf einer möglichst kleinen Fläche ausgebildet werden, wenn er nur die gewünschte Umsetzfunktion hat. Es ist anzumerken, daß der eindimensionale langgestreckte fotoelektrische Wandlerabschnitt 101 und der Zeitfolgesignal-Umsetz­ abschnitt 103 an ein und demselben Substrat ausgebildet werden können oder auf jeweils einem getrennten Substrat gebildet werden können. Zur Vereinfachung der Verdrahtung werden jedoch der Wandlerabschnitt und der Umsetzab­ schnitt vorzugsweise auf ein und demselben Substrat aus­ gebildet. Es ist hierbei anzumerken, daß der Wandler­ abschnitt 101 an einer Flächenseite des Substrats aus­ gebildet werden kann, während der Umsetzabschnitt 103 an der anderen Flächenseite ausgebildet wird. Wenn der Wandlerabschnitt 101 und der Umsetzabschnitt 103 getrennt voneinander hergestellt werden, kann die elektrische Verdrahtungsverbindung zwischen ihnen beispielsweise durch Drahtlötung bzw. Bonden erfolgen.

Der Zeitfolgesignal-Umsetzabschnitt 103 der Vorrich­ tung kann mit unterschiedlichen Signalumsetzeinrichtungen wie beispielsweise einem Ladungsspeicherungsregister (CCDR), einem Eimerkettenregister (BBDR), einem Schiebe­ register (SR), einer Schalttransistorreihenanordnung (STA) oder einem Datenwähler (DS) aufgebaut werden.

Die Fig. 2 bis 5 zeigen Schaltbilder, bei denen der Zeitfolgesignal-Umsetzabschnitt mit den vorstehend genannten verschiedenen Signalumsetzeinrichtungen aufgebaut ist.

Die Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem ein ladungsgekoppeltes Register CCDR als Zeitfolgesignal- Umsetzabschnitt 203 verwendet ist. Das Register wirkt in der Weise, daß Eingangssignale parallel von jeweiligen fotoelektrischen Wandlerelementen 202 aufgenommen werden, die den eindimensionalen langgestreckten foto­ elektrischen Wandlerabschnitt 201 bilden, und die parallel aufgenommenen Eingangssignalgruppen entsprechend einem Befehl mittels eines Übertragungseingangssignals aus einer Übertragungselektrode 204 in zeitlicher Auf­ einanderfolge gebracht werden, wonach die auf diese Weise erzielten Zeitfolgesignale übertragen werden.

Das ladungsgekoppelte Register mit dieser Funktion muß für eine Mehrzahl von Gruppen verwendet werden, wenn die Anzahl der fotoelektrischen Wandlerelemente 202 größer als die Anzahl der Quellen (Eingangsanschlüsse) des ladungsgekoppelten Registers ist. In diesem Fall ist es notwendig, eine Zeitsteuerung in der Weise vorzunehmen, daß das zeitlich serielle Ausgangssignal aus jedem der Zeitfolgesignal-Umsetzabschnitte in der Gesamtheit als ein Ausgangssignal mit einer gewünschten zeitlichen Aufeinanderfolge abgegeben wird. Dies gilt auch bei dem Fall nach Fig. 3, die nachstehend beschrieben wird.

Die Fig. 3 zeigt einen ähnlichen Aufbau wie die Fig. 2. Der Unterschied zwischen den beiden Aufbauten besteht darin, daß ein Zeitfolgesignal-Umsetzabschnitt 303 funktionell in einen Speicherabschnitt 306 und einen Übertragungsabschnitt 307 aufgeteilt ist. Daraus ergibt sich ein Vorteil insofern, als die Menge der Informations­ speicherung je Zeiteinheit gesteigert werden kann, d. h., während die in dem Speicherabschnitt 306 gesammelten Signale zum Übertragungsabschnitt 307 übertragen werden, in diesem Speicherabschnitt 306 weitere Signale gesammelt werden können. In der Figur bezeichnet 308 einen Eingabe­ schaltanschluß.

Die Fig. 4 stellt einen Fall dar, bei dem ein Schiebe­ register (SR) als Zeitfolgesignal-Umsetzabschnitt 403 verwendet wird. Bei diesem Aufbau wird eine Gruppe von parallel aus einem eindimensionalen langgestreckten fotoelektrischen Wandlerabschnitt 401 eingegebenen Eingangssignalen als ein Ausgangssignal an einem Ausgangsanschluß 404 in zeitlicher Aufeinanderfolge mittels eines Übertragungseingangssignals aus einem Übertragungselektrodenanschluß 405 abgegeben.

Die Fig. 5 stellt den Fall dar, bei dem eine Schalt­ transistoranordnung als Zeitfolgesignal-Umsetzabschnitt 503 verwendet wird. Bei diesem Aufbau werden elektrische Signale, die parallel von einem eindimensionalen lang­ gestreckten fotoelektrischen Wandlerabschnitt 501 ein­ gegeben werden, durch eine Reihe von Schaltvorgängen zeitlich aufeinanderfolgend ausgegeben, die von n Schalttransistoren herbeigeführt werden. Die Aus­ gangssignale aus der Schalttransistorenanordnung können dadurch verstärkt werden, daß ein Verstärker 504 gemäß der Darstellung in der Figur vorgesehen wird.

Für die n Schalttransistoren T₁, T₂, . . . T_n-1, T_n, die zur Durchführung aufeinanderfolgender Schaltvorgänge die Schalttransistorenanordnung bilden, ist es ausreichend, daß Schaltelektroden S₁, S₂, . . . S_n mit aus Schieberegistern gebildeten Ringzählern verbunden werden, deren Ausgangssignale aufeinanderfolgend als Eingangssignale an die jeweiligen Schaltelektroden S₁, S₂, . . . S_n angelegt werden.

Im folgenden werden fotoelektrische Wandlerelemente beschrieben, die den fotoelektrischen Wandlerabschnitt der Informationsverarbeitungsvorrichtung bilden.

Als fotoelektrische Wandlerelemente zur Bildung des fotoelektrischen Wandlerabschnitts können folgende Arten aufgeführt werden:

• Fotovoltaische Ausführungsart
• (a) p-n-Übergangs-Art
• (b) Schottky-Barriere-Art Fotoleitfähige Ausführungsart
• (c) Fotodioden-Art
• (d) Einschichtige Art Weitere Ausführungsart
• (e) MOS-Art.

Im Hinblick auf die später beschriebenen Vorteile ist für die Informationsverarbeitungsvorrichtung von diesen verschiedenen Arten fotoelektrischer Wandler­ elemente die Art (a) besonders wirkungsvoll.

Die Fig. 6 ist eine schematische Schnitt-Aufbauan­ sicht, die den grundsätzlichen Aufbau eines foto­ elektrischen Wandlerelements der vorstehend genannten Art (a) zeigt. Ein in Fig. 6 gezeigtes fotoelektri­ sches Wandlerelement 701 ist aus einer Zeilenelektrode 702, einer Spaltenelektrode 704 und einer fotovoltaischen Schicht 703 zwischen diesen Elektroden 702 und 704 gebildet. In der Darstellung ist die fotovoltaische Schicht 703 so aufgebaut, daß an der Zeilenelektrode 702 eine p-Halbleiterschicht ausgebildet ist und an der Spaltenelektrode 704 eine n-Halbleiterschicht aus­ gebildet ist, wodurch ein p-n-Übergang gebildet ist.

Selbstverständlich kann die Aufeinanderfolge der Auf­ schichtung dieser p- bzw. n-Halbleiterschichten zu dem dargestellten Aufbau entgegengesetzt sein. Ferner kann der in der Schicht 703 gebildete p-n-Übergang entweder als homogener Übergang oder als heterogener Übergang ausgebildet sein. Als Material zur Ausbildung des homo­ genen Übergangs können beispielsweise amorphes Silicium (a-Si), amorphes Germanium (a-Ge) aufgezählt werden. Die fotovoltaische Schicht 703 wird unter Ver­ wendung dieser Stoffe und mittels eines sog. physikali­ schen Aufdampfverfahrens (PVD) ausgebildet, wie bei­ spielsweise mittels eines Vakuumaufdampfverfahrens, eines Glimmentladungsverfahrens, eines Aufsprühverfahrens, eines Ionenauftragverfahrens usw.

Zur Ausbildung eines heterogenen Übergangs kann das gleiche Verfahren verwendet werden, wie es zur Ausbil­ dung des homogenen Übergangs anwendbar ist. In diesem Fall sind vorzugsweise ein p-Material und n-Material so zu wählen, daß die fotovoltaische Schicht 703 die gewünschten Eigenschaften zeigt.

Als p-Halbleitermaterial kann beispielsweise a-Si genannt werden, das mit unterschiedlichen Substanzen wie Se, Se_1-xAs_x, SeTe, PbO, Sb₂S₃, ZnCdTe, CdSeO₃, B, dotiert ist. Als n-Halbleitermaterial kann bei­ spielsweise a-Si genannt werden, das mit verschiedenen Substanzen wie Se, CdS, PbO, Sb₂S₃, ZnSe, CdSe, In₂O₃, SnO₂, P usw. dotiert ist.

Die Zeilenelektrode 702 und die Spaltenelektrode 704 werden aus Stoffen hergestellt, die mit der fotovolta­ ischen Schicht 703 ohmschen Kontakt bilden. Diese Mate­ rialien zur Bildung des ohmschen Kontakts mit der foto­ voltaischen Schicht 703 ändern sich in Abhängigkeit von dem Material zur Ausbildung dieser Schicht. Wenn bei­ spielsweise ein p-n-Übergang aus a-Si gebildet ist, so wird als Elektrodenmaterial für die p-a-Si-Schicht Pt, Ir, Au, Pd, Al, Mo, poly­ kristallines Si, Nb, Ta, V, Ti, Cr oder rostfreier Stahl verwendet, während als Elektrodenmaterial für die n-a-Si-Schicht Al, Mo, polykristallines Si, Nb, Ta, V, Ti, Cr oder rostfreier Stahl verwendet wird. Wenn gemäß der Darstellung in der Zeichnung die Lichtstrahlen von der Seite der Zeilenelektrode 702 her auftreffen, ist die von den Lichtstrahlen bestrahlte p-Schicht vorzugsweise so dünn wie möglich auszubilden, damit eine möglichst große Lichtstrahlungsmenge den p-n-Übergang erreicht. Wenn im Gegensatz dazu die Be­ strahlung von der Seite des Substrats 705 her erfolgt, ist aus dem vorgenannten Grund die n-Schicht vorzugsweise dünn auszubilden. In diesem Fall muß natürlich die Zeilenelektrode 704 für das Bestrahlungslicht durchläs­ sig sein.

Falls das fotoelektrische Wandlerelement eine Schottky-Barriere aufweisen soll, ist diese zwischen der fotovoltaischen Schicht 703 und der Zeilenelektrode 702 oder der Spaltenelektrode 704 auszubilden. In diesem Fall wird die Zeilenelektrode 702 oder die Spalten­ elektrode 704 aus einem Material hergestellt, der zusammen mit der fotovoltaischen Schicht 703 die Schott­ ky-Barriere bildet. Wenn die Schicht 703 aus n-a-Si besteht, kann das Material für die Elektroden beispielsweise zu Pt, Ir, Au, Pd gewählt werden.

Das fotoelektrische Wandlerelement 801 gemäß der Darstellung in Fig. 7 ist fotoleitfähiger Art und hat einen solchen Aufbau, daß auf einem Substrat 805 eine Spaltenelektrode 804 aufgebracht ist. Darauf folgt eine fotoelektrische Wandlerschicht 803 mit Foto­ leitfähigkeits-Eigenschaften und eine Zeilenelektrode 802.

Obgleich die fotoelektrische Wandlerschicht 803, die Fotoleitfähigkeitseigenschaft zeigt, aus ver­ schiedenen allgemein bekannten Arten von fotoleit­ fähigem Material hergestellt werden kann, sollte die Wahl so getroffen werden, daß ein Dünnfilm-Formungsver­ fahren anwendbar ist. Derartig geeignete Materialien sind beispielsweise a-Si, a-Ge, CdS, Se, Verbindungen von Se.

Die Elektroden 802 und 804 werden aus Materialien hergestellt, die ohmschen Kontakt mit der fotoelektri­ schen Wandlerschicht 803 herbeiführen. Falls die foto­ elektrische Wandlerschicht 803 aus p-a-Si gebildet ist, werden die Materialien für die Elektroden bei­ spielsweise aus Pt, Ir, Au, Pd, Al, Mo, polykristalli­ nem Si, Nb, Ta, V, Ti, Cr, rostfreiem Stahl gewählt. Wenn zur Ausbildung der fotoelektrischen Wandlerschicht 803 n-a-Si verwendet wird, kann bei­ spielsweise Al, Mo, polykristallines Si, Nb, Ta, V, Ti, Cr, rostfreier Stahl für die Elektroden verwendet werden.

Die Elektrode 802 sollte vorzugsweise in zwei Teile an den beiden Enden der fotoelektrischen Wandlerschicht 803 bei offenem Mittel­ teil aufgeteilt werden, so daß das Bestrahlungslicht direkt in die Schicht 803 eindringen kann. Ein der­ artiger Aufbau zeichnet sich besonders dadurch aus, daß bei Bestrahlung von der Seite der Elektrode 802 her die Lichtabsorption durch die Elektrode 802 ver­ mieden werden kann.

Die Fig. 8 ist die schematische Schnitt-Aufbauan­ sicht, die den grundsätzlichen Aufbau der vorstehend klassifizierten Art (e) für das fotoelektrische Wandlerelement zeigt, das den sog. MOS-Fotoelement- Aufbau hat. Wenn gemäß der Darstellung in der Figur ein fotoelektrisches Wandlerelement 901 an einer Elektrode 902 n-Leitfähigkeit hat, hat es an seinen Bereichen, auf die Lichtstrahlen 903 projiziert werden und an denen eine Drain-Elektrode 904 angebracht ist, p⁺-Leitfähigkeit, während es an den Bereichen, an denen über eine Isolierschicht 905 eine Gate-Elektrode 906 angebracht ist, mit n-Leitfähigkeit ausgebildet ist. Als Material zur Ausbildung des fotoelektrischen Wandlerelements 901 in diesem MOS-Fotoelement-Aufbau kann beispiels­ weise a-Si genannt werden, das eine p-n-Steuerung bzw. -Einregelung erlaubt. In der Darstellung ist die Seite an der Elektrode 902 als n-Leitfähigkeits-Seite gezeigt. Wenn diese Seite p-Leitfähigkeit hat, hat der p⁺-Abschnitt in der Darstellung n⁺-Leitfähigkeit.

Die in den Fig. 9 und 10 gezeigten Ausführungs­ formen sind so aufgebaut, daß sie eine unabhängige Elektrode 1004 (bzw. 1104) und eine für die vorliegende Erfindung wesentliche Isolierschicht 1005 (bzw. 1106) aufweisen.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 ist unter­ halb der unabhängigen Elektrode 1004 eines fotoelektri­ schen Wandlerelements 1001 die Isolierschicht 1005 aus elektrisch isolierendem Material wie beispielsweise SiO₂ angebracht, während unterhalb dieser eine weitere Elektrode 1006 als Gegenelektrode zu der Elektrode 1004 angeordnet ist. Die Elektrode 1004, die Isolier­ schicht 1005 und die Elektrode 1006 bilden einen Konden­ sator (Speicherkapazität), der wiederum auf ein Substrat 1007 als ein Einheitsteil desselben aufgeschichtet ist. Wenn eine fotoelektrische Wandlerschicht 1003 mit Licht bestrahlt wird, wird von der unabhängigen Elektrode 1004 gemäß der Darstellung in der Figur ein elektrisches Ausgangs­ signal abgegeben.

Im Falle des Ausführungsbeispiels nach Fig. 9 ist die Isolierschicht 1005 an der Fläche der unabhängigen Elektrode 1004 angebracht, die der Fläche gegenüber­ liegt, an welcher die fotoelektrische Wandlerschicht 1003 angebracht ist. Im Falle des Ausführungsbeispiels nach Fig. 11 ist jedoch die Isolierschicht 1106 an der gleichen Flächenseite der unabhängigen Elektrode 1104 wie eine fotoelektrische Wandlerschicht 1103 ange­ bracht. 1107 bezeichnet eine Elektrode, die über die Isolierschicht 1106 der Elektrode 1104 gegenüberge­ setzt ist. Wie im Falle der Ausführungsform nach Fig. 10 bilden auch in diesem Fall die Elektrode 1104, die Isolierschicht 1106 und die Elektrode 1107 einen Kondensator. Ein elektrisches Ausgangssignal aus der fotoelektrischen Wandlerschicht 1103 wird an dem mittleren Teil zwischen der fotoelektrischen Wandler­ schicht 1103 und der Isolierschicht 1106 entnommen.

Im Falle der Ausführungsform nach der Fig. 11 ist die gemeinsame Elektrode und die unabhängige Elektrode an der gleichen Flächenseite der foto­ elektrischen Wandlerschicht angebracht, wobei in direkter Verbindung mit der unabhängigen Elektrode eine Isolier­ schicht vorgesehen ist.

Im einzelnen ist das Ausführungsbeispiel nach Fig. 11 so aufgebaut, daß eine unabhängige Elektrode 1303 für die Ausgabe eines elektrischen Ausgangssignals aus der fotoelektrischen Wandlerschicht 1304 des fotoelektrischen Wandlerelement 1301 an der Flächen­ seite angebracht ist, an der auch die gemeinsame Elektrode 1302 der fotoelektrischen Wandlerschicht 1304 angebracht ist, und daß an der unabhängigen Elektrode 1303 eine Isolierschicht 1306 angebracht ist. 1307 bezeichnet eine Gegenelektrode zu der unabhängigen Elektrode 1303. Diese Elektrode 1303, die Isolierschicht 1306 und die Elektrode 1307 bilden einen Kondensator. 1305 bezeichnet das Substrat.

Die Ausführung des fotoelektrischen Wandlerelements, bei der der Kondensator mit dem Element verbunden ist, ist prinzipiell in dem in Fig. 5 gezeigten Schaltbild dargestellt. Bei diesem Aufbau können die elektrischen Eingangssignale aus den jeweiligen fotoelektrischen Wandlerelementen zunächst einmal in dem Kondensator als Ladungsmenge gesammelt werden, wonach dann diese Ladungsmenge als Eingangs­ signal in den Zeitfolgesignal-Umsetzabschnitt 503 einge­ geben wird.

Als Materialien zur Ausbildung der fotoelektrischen Wandlerschicht können die vorangehend genannten ver­ wendet werden. Da im einzelnen a-Si bessere Eigen­ schaften, die noch beschrieben werden, als die anderen Materialien hat, ist es möglich, einen fotoelektrischen Wandlerabschnitt mit überlegener Güte zu schaffen, wenn die fotoelektrische Wandlerschicht ganz oder zum Teil aus a-Si hergestellt wird.

Die Eigenschaften des a-Si bestehen darin, daß es trotz seiner amorphen Form p- und n-leitend sein kann, über im wesentlichen den ganzen Bereich sichtbaren Lichts Empfindlichkeit zeigt, eine hohe Fotoempfindlichkeit hat, einen großen Lichtabsorptions­ koeffizienten hat, die Herstellung eines fotoelektrischen Wandlerabschnitts mit einer großen Lichtempfangsfläche erlaubt, da es amorphe Form hat und daher keiner Ein­ schränkung hinsichtlich des Formats der Lichtempfangs­ fläche des auszubildenden fotoelektrischen Wandler­ abschnitts unterliegt und keinerlei Gefährdung für Menschen oder Umweltverschmutzung herbeiführt. Das Material ist daher für die Informationsverarbeitungsvorrichtung ideal und äußerst wirksam.

Um zu ermöglichen, mit der fotoelektrischen Wandlereinrichtung auch Farbinformationen zu verarbeiten, können unterschied­ liche Verfahren angewandt werden, die wirkungsvoll auf dem Gebiet der gewöhnlichen Bildverarbeitungs­ technik verwendet werden, wie beispielsweise ein Ver­ fahren, bei dem direkt an der Lichtempfangsfläche des fotoelektrischen Wandlerabschnitts drei Farb­ filterbeschichtungen für Blau, Grün und Rot ange­ bracht sind, die jeweils getrennt voneinander und in Form eines Mosaiks ausgebildet sind, ein Verfahren, bei dem auf einem weiteren Substrat getrennt voneinander und in Mosaikart drei Farbfilterbeschichtungen für Blau, Grün und Rot ausgebildet sind und dann dieses Substrat unter Verwendung eines Klebemittels oder dgl. auf die Lichtempfangsfläche des fotoelektrischen Wandlerabschnitts aufgebracht ist, oder ein Verfahren, bei dem die Lichtbestrahlung dreimal unter jeweiligem Wechseln von drei Farbfiltern für Blau, Grün und Rot erfolgt.

Im folgenden wird die Herstellung von fotoelektrischen Wandlerelementen und ladungsgekoppelten Registern (CCDR) als Zeitfolgesignal- Umsetzabschnitt näher erläutert.

Beispiel 1 a) Herstellung eines eindimensionalen langgestreckten fotoelektrischen Wandlerabschnitts

Ein Glas-Substrat mit den Dimensionen 10 mm × 250 mm × 2 mm wurde ausreichend mit einem neutralen Waschmittel, Ultraschallwellen, strömendem Wasser, reinem Wasser, einem Gemisch aus Äthylalkohol und Ätzkali, wiederum reinem Wasser und Ultraschallwellen in der genannten Reihenfolge gereinigt, wonach es getrocknet wurde.

Auf dieses gereinigte Substrat wurde Aluminium in einer Dicke von 1 µm durch Vakuumaufdampfen bei einem Vakuum von 7 × 10^-4 Pa (5 × 10^-6 Torr) aufgedampft. Nach dem Aufdampfen des Aluminiums wurde das aluminium­ beschichtete Substrat in eine gesonderte Ablagerungs­ kammer gebracht. Dann wurden in diese Kammer SiH₄- und PH₃-Gase bei einem Vakuum von 1,33 × 10^-3 Pa (1 × 10^-5 Torr) eingeführt, wonach der Druck in der Ablagerungs­ kammer auf ungefähr 133,3 Pa (1 Torr) gehalten wurde. Darauffolgend wurde über eine um das Äußere der Ablagerungskammer gewickelte Induktionsspule elektrische Hochfrequenzleistung mit 13,56 MHz zugeführt, um dadurch eine Glimmentladung innerhalb der Ablagerungskammer herbeizuführen und damit auf die Aluminiumbeschichtung amorphes n-Silicium bzw. n-a-Si in einer Stärke von 1 µm abzulagern. Als nächstes wurde die Zufuhr des PH₃-Gases unterbrochen und B₂H₆-Gas in die Ablagerungs­ kammer eingeleitet. In dieser Atmosphäre aus SiH₄- Gas und B₂H₆-Gas wurde die Ablagerung von p-a-Si bis zum Erreichen einer Dicke von 0,3 µm fortgesetzt. Die Temperatur des Substrats wurde während der Glimm­ entladungsablagerung auf 300°C gehalten.

Das Substrat, an welchem die Filme aus Aluminium, n-a-Si und p-a-Si ausgebildet waren, wurde unter Unter­ brechung des Vakuumzustands der Kammer entnommen, wonach ein Fotolack aufgebracht wurde. Nach Aufbringen des Fotolacks wurde durch Belichtung mit einer Quecksil­ berlampe und nachfolgendes Entwickeln ein Bildelement­ muster des Fotolacks an dem p-a-Si über eine Maske mit einem derartigen vorbestimmten Bildelementemuster gebildet. Unter Verwendung einer Ätzflüssigkeit (für das Ätzen des a-Si: HF/HNO₃ im Verhältnis 1/5; für das Ätzen des Al: H₂PO₄/CH₃COOH/HNO₃/H₂O im Verhältnis 35/7/1/7) wurde der nicht mit dem Fotolack bedeckte Teilbereich geätzt, um das p-a-Si, das n-a-Si und den Aluminiumfilm entsprechend dem Bildelementemuster zu entfernen. Nach ausreichendem Trocknen nach dem Ätzen wurde durch Aufsprühen ein SiO₂-Film in einer Dicke von 3 µm aufgebracht, um damit einen SiO₂-Film an dem Fotolack-Film und dem geätzten Bereich zwischen den Bildelementen abzulagern.

Nach der Ablagerung des SiO₂-Films wurde erneut der Vakuumzustand aufgehoben und das Substrat aus der Ab­ lagerungskammer herausgenommen, wonach der Fotolack in einer Ablöseflüssigkeit entfernt wurde. In diesem Fall blieb der SiO₂-Film als Isolierelement zwischen den Bildelementen stehen. Danach wurde über die Aluminium­ elektrode (X-Elektrode), den n-a-Si-Film und den p-a- Si-Film in Form einer Überquerung dieser Filme Aluminium in einer Dicke von 1 µm mittels des Vakuumaufdampfver­ fahrens abgelagert, wodurch die Y-Elektrode gebildet wurde. Die Breite dieses Aluminiumfilms kann im Ver­ gleich zu derjenigen der X-Elektrode sehr klein sein. Die Fig. 12 zeigt das Prozeßablaufdiagramm der vorstehend beschriebenen Herstellungsschritte.

b) Herstellung des ladungsgekoppelten Registers (CCDR)

Zuerst wurde an einem p-Silicium-Plättchen (Substrat) durch Erwärmung desselben ein SiO₂-Film mit einer Dicke von 500 nm einem thermischen Anwachsen unterzogen. Darauf­ folgend wurden unnötige Teilbereiche des SiO₂-Films an dem Substrat durch ein Fotogravurverfahren entfernt, um eine Mehrzahl von Sourcezonen und eine einzige Drain­ zone auszubilden. Dann wurde durch Wärmediffusion Phos­ phor in das Substrat eindiffundiert. Darauffolgend wurde der restliche SiO₂-Film an dem Substrat mittels einer Ätzbehandlung völlig entfernt. Dann wurde durch Erwärmen wieder ein SiO₂-Film mit einer Filmdicke von 200 nm thermisch gezüchtet, wodurch ein Gate-Oxidfilm ausge­ bildet wurde. Darauffolgend wurde durch Vakuumaufdampfen, Fotogravur und Wärmeoxidationsbehandlung eine Aluminium- Gateelektrode geformt. Die übrigen Prozeßschritte zur Ausbildung des ladungsgekoppelten Registers, d. h. die Lochung des Kontaktabschnitts, die Aluminiumverdrahtung und die Wärmebehandlung wurden nach einem gewöhnlichen Verfahren ausgeführt, wodurch ein ladungsgekoppeltes Register mit einer Mehrzahl von Sourcezonen, einer einzigen Drainzone und einem Übertragungsabschnitt erzielt werden konnte. Die Fig. 13 stellt das Prozeß­ folgediagramm der Herstellungsschritte dar.

Nach der Herstellung des fotoelektrischen Wandlerab­ schnitts und des (bei diesem Ausführungsbeispiel durch das ladungsgekoppelte Register gebildeten) Zeitfolge­ signal-Umsetzabschnitts in der vorstehend beschriebenen Weise wurde die Y-Elektrode des fotoelektrischen Wand­ lerabschnitts mit Masse verbunden, während die jeweiligen X-Elektroden in 1 : 1-Beziehung über Leitungsdrähte jeweils mit den Sourceelektroden in dem Register verbunden wurden. Die auf diese Weise erzielte Verbindung des Wandlerab­ schnitts mit dem Umsetzabschnitt wurde in der schematisch in Fig. 14 gezeigten Lage als Eingabeeinheit in das Haupt­ gehäuse eines Kopiergeräts eingebaut, bei welchem ein Tintenstrahlsystem als Ausgabeeinheit verwendet wurde; mit diesem Kopiergerät wurde eine Bildvorlage im Format A4 reproduziert. Dabei konnte ein sehr klar reproduziertes Bild mit hoher Bildauflösung und hoher Bildqualität erzielt werden.

In Fig. 14 bezeichnet 2001 eine Bildvorlage, während 2007 die Lichtempfangsfläche des fotoelektrischen Wandlerabschnitts bezeichnet. Zwischen der Bildvorlage 2001 und der Lichtempfangsfläche 2007 sind ein Spalt 2002 mit einer vorbestimmten Breite und ein optisches System 2003 in jeweils vorgegebenen Stellungen ange­ bracht. 2008-1 und 2008-2 bezeichnen Lichtquellen für die Beleuchtung der Oberfläche der Bildvorlage. Das optische System 2003 besteht aus Linsensystemen 2004 und 2006 sowie einem Drehspiegel 2005, der zwischen das Linsensystem 2004 und das Linsensystem 2006 einge­ setzt ist. Die Abtastung zum Lesen der Bildvorlage 2001 kann über den ganzen Bereich der Bildvorlage 2001 durch Relativbewegung der Bildvorlage 2001 und des optischen Systems 2003 einschließlich der Lichtquellen 2008-1 und 2008-2 erfolgen. In diesem Fall ist mit "Bewegung des optischen Systems 2003" die Bewegung irgendeines der das optische System 2003 bildenden Elemente gemeint.

Beispiel 2 a) Herstellung eines zweidimensionalen fotoelektri­ schen Wandlerabschnitts

Entsprechend den in dem Ablaufdiagramm in Fig. 12 gezeigten Prozeßschritten wurde der fotoelektrische Wandlerabschnitt folgendermaßen hergestellt:
Ein Glas-Substrat mit dem Format 210 mm × 300 mm × 2 mm wurde ausreichend mit neutralem Waschmittel, Ultraschallwellen, strömendem Wasser, reinem Wasser, einem Gemisch aus Äthylalkohol und Ätzkali, wiederum reinem Wasser und Ultraschallwellen in der genannten Reihenfolge gereinigt, wonach das Substrat getrocknet wurde.

Danach wurde durch das Vakuumaufdampfverfahren bei einem Vakuum von 7 × 10^-4 Pa (5 × 10^-6 Torr) auf dieses Substrat Aluminium in einer Filmdicke von 1 µm aufge­ dampft. Nach der Ablagerung des Aluminiumfilms wurde in die Ablagerungskammer SiH₄-Gas und PH₃-Gas einge­ leitet und der Druck innerhalb der Kammer bei 133 Pa (1 Torr) gehalten. Durch Zufuhr von elektrischer Hoch­ frequenzleistung mit 13,56 MHz über eine um das Äußere der Ablagerungskammer gewickelte Induktions­ spule wurde darauffolgend in der Ablagerungskammer eine Glimmentladung herbeigeführt, um dadurch an dem abgelagerten Aluminiumfilm n-a-Si in einer Dicke von 1 µm abzulagern. Danach wurde die Zufuhr des PH₃-Gases in die Ablagerungskammer beendet und statt dessen B₂H₆- Gas eingeleitet, um darauffolgend in der Gasatmosphäre aus SiH₄ und B₂H₆ einen p-a-Si-Film in einer Dicke von 0,3 µm abzulagern. Während dieser Glimmentladungs­ ablagerung wurde das Substrat auf einer Temperatur von 300°C gehalten.

Das Substrat, auf dem aufeinanderfolgend der aufge­ dampfte Al-Film, der n-a-Si-Film und der p-a-Si-Film aufgeschichtet waren, wurde unter Aufheben des Vakuum­ zustands der Ablagerungskammer entnommen. Auf dieses Substrat wurde ein Fotolack aufgebracht, wonach ein Bildelementemuster des Fotolacks an dem p-a-Si-Film über eine Maske mit einem derartigen vorbestimmten Bildelementemuster durch Belichtung mit einer Quecksilberlampe und nachfolgendes Entwickeln des Musters gebildet wurde. Danach wurde unter Verwen­ dung der bei dem vorhergehenden Beispiel 1 genannten Ätzflüssigkeit der nicht vom Fotolack bedeckte Teilbe­ reich geätzt, um den p-a-Si-Film, den n-a-Si-Film und den Al-Film entsprechend dem Bildelementemuster von dem Substrat zu entfernen.

Nach ausreichendem Trocknen nach dem Ätzen wurde durch Aufsprühen ein SiO₂-Film in einer Dicke von 3 µm aufgebracht, wobei der SiO₂-Film auf den Foto­ lackfilm und die geätzten Bereiche zwischen den jeweili­ gen Bildelementen abgelagert wurde.

Nach der Ablagerung des SiO₂-Films wurde erneut der Vakuumzustand aufgehoben und das Substrat der Ablage­ rungskammer entnommen, wonach der Fotolack in einer Ablöseflüssigkeit entfernt wurde. Der SiO₂-Film blieb nur zwischen den Bildelementen als Isolierteil stehen.

b) Herstellung des ladungsgekoppelten Registers (CCDR)

Entsprechend dem in Fig. 13 gezeigten Ablaufdiagramm wurde das Register auf folgende Weise geformt:

Zuerst wurde auf einem p-Silicium-Plättchen (Substrat) durch Erwärmung desselben thermisch ein SiO₂-Film mit einer Stärke von 500 nm gezüchtet. Darauffolgend wurden unnötige Teilbereiche des SiO₂-Films an dem Substrat durch Fotogravur entfernt, um eine Mehrzahl von Source­ bereichen und einen einzigen Drainbereich zu bilden. Danach wurde in das Substrat thermisch Phosphor ein­ diffundiert. Darauffolgend wurde der restliche SiO₂ Film an dem Substrat durch Ätzen völlig entfernt. Dann wurde wieder an dem Substrat durch Erwärmen desselben thermisch ein SiO₂-Film mit einer Dicke von 200 nm gezüchtet, um damit einen Gate-Oxidfilm zu bilden. Darauffolgend wurde durch Vakuumaufdampfen, Fotogravur und Wärmeoxidationsbehandlung eine Aluminium-Gate­ elektrode ausgebildet. Die übrigen Prozeßschritte für die Herstellung dieses Registers, d. h. die Lochung des Kontaktabschnitts, die Aluminiumverdrahtung und die Wärmebehandlung wurden nach einem gewöhnlichen Ver­ fahren ausgeführt, wodurch ein ladungsgekoppeltes Register mit einer Mehrzahl von Sourcebereichen, einem einzigen Drainbereich und einem Übertragungsabschnitt hergestellt werden konnte.

Nach der auf die vorstehend beschriebene Weise er­ folgten Herstellung des fotoelektrischen Wandlerab­ schnitts und des (bei diesem Ausführungsbeispiel durch das ladungsgekoppelte Register gebildeten) Zeitfolgesignal-Umsetzabschnitts wurden die jeweiligen X-Elektroden (Zeilenelektroden) des fotoelektrischen Wandlerabschnitts jeweils mit einem Anschluß des Zeilenwählsignal-Generatorabschnitts verbunden, während die jeweiligen Y-Elektroden (Spaltenelektroden) jeweils mittels eines Leitungsdrahts mit jeweils einem der Sourcebereiche des Registers in 1 : 1-Beziehung verbunden wurden. Diese zusammengesetzte Einheit wurde in einer schematisch in Fig. 15 gezeigten Lage als Eingabeeinheit in das Hauptgehäuse eines Kopiergeräts eingebaut, bei dem als Ausgabeeinheit ein Tintenstrahlsystem ver­ wendet wurde; mit dem Kopiergerät wurde eine Bildvorlage im Format A4 reproduziert. Es konnte ein sehr klar reproduziertes Bild mit hoher Bildauflösung und hoher Bildqualität erzielt werden.

In der Fig. 15 bezeichnet 2101 eine Bildvorlage, während 2102 die Lichtempfangsfläche des fotoelektri­ schen Wandlerabschnitts bezeichnet. Zwischen der Bild­ vorlage 2101 und der Lichtempfangsfläche 2102 ist in einer vorbestimmten Stellung ein optisches Abbildungs­ system 2103 angeordnet. 2104 bezeichnet Lichtquellen für die Beleuchtung der Oberfläche der Bildvorlage. Das optische System 2103 ist bewegbar angebracht, so daß die Bildvorlage auf der Lichtempfangsfläche fokussiert werden kann.

Da bei dem Beleuchtungssystem die Bildflächen-Leucht­ dichte entlang des Umfangs des Vorlagebilds selbst dann ab­ sinkt, wenn eine Projektionslinse im wesentlichen keine Vignettierung hat, kann die Leucht­ dichte entlang der Umfangsfläche der Bildvorlage 2101 höher als die Leuchtdichte am Mittelteil der Bildvor­ lagen-Fläche gewählt werden, um die Bildflächen-Leucht­ dichte an der Lichtempfangsfläche gleichförmig zu machen. Als ein Verfahren für eine derartige Korrektur sind ge­ mäß der Darstellung in Fig. 15 die Lichtquellen 2104 für die Beleuchtung längs des Umfangs der Bildvorlage 2101 angeordnet.

Claims (10)

1. Fotoelektrische Wandlereinrichtung mit

• a) einem gemeinsamen Substrat,
• b) einer Vielzahl von fotoelektrischen Wandlerele­ menten, die auf dem gemeinsamen Substrat vorgesehen sind und jeweils ein Paar von Elektroden sowie einen Halblei­ terbereich aufweisen,
• c) wobei eine der Elektroden jedes Wandlerelements als Signalleitung in Form einer streifenförmigen Schicht auf dem Substrat ausgebildet ist, und
• d) einem Zeitfolgesignalumsetzabschnitt,

dadurch gekennzeichnet,

• e) daß die Halbleiterbereiche der jeweiligen foto­ elektrischen Wandlerelemente voneinander getrennt sind,
• f) daß auf einer Seite der streifenförmigen Schicht eine Isolierschicht vorgesehen ist und
• g) daß auf der der streifenförmigen Schicht abge­ wandten Seite der Isolierschicht eine leitende Schicht vorgesehen ist, die zusammen mit der streifenförmigen Schicht eine Speicherkapazität bildet.

2. Fotoelektrische Wandlereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die fotoelektrischen Wandlerelemente einen Silizium-Dünnfilm als Halbleiterbereich aufweisen und fotovoltaische Elemente sind.

3. Fotoelektrische Wandlereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die fotovoltaischen Ele­ mente einen im Silizium-Dünnfilm ausgebildeten p-n-Über­ gang aufweisen.

4. Fotoelektrische Wandlereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Silizium-Dünnfilm mit den in Kontakt stehenden Elektroden eine Schottky-Bar­ riere bildet.

5. Fotoelektrische Wandlereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherkapazität neben oder unter dem jeweiligen foto­ elektrischen Wandlerelement ausgebildet ist.

6. Fotoelektrische Wandlereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den einzelnen Halbleiterbereichen der fotoelek­ trischen Wandlerelemente auf dem selben Substrat eine Isolierschicht vorgesehen ist.

7. Fotoelektrische Wandlereinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht der Speicherkapazität aus dem selben Material besteht wie die zwischen den fotoelektrischen Wandlerelementen vorgese­ hene Isolierschicht.

8. Fotoelektrische Wandlereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die fotoelektrischen Wandlerelemente und der Zeitfolge­ signalumsetzabschnitt als Einheit auf dem selben Sub­ strat ausgebildet sind.

9. Fotoelektrische Wandlereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die foto­ elektrischen Wandlerelemente auf einer Oberflächenseite des Substrats und der Zeitfolgesignalumsetzabschnitt auf der gegenüberliegenden Oberflächenseite des Substrats vorgesehen sind.