JP6814429B2 - 光センサ素子及び光電変換装置 - Google Patents
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Description
上述のように、酸化物半導体TFTを用いたスイッチと、PINダイオードや非晶質シリコンTFTから成る光センサとを組み合わせた光電変換装置に関する様々な技術が開示されている。
また、特許文献2では、電界効果移動度の高い酸化物半導体TFT(スイッチ及び増幅回路を構成)とPINダイオードとを組み合わせた高性能光電変換装置が開示されている。特許文献2に開示された技術では、酸化物半導体TFTを用いることにより、光強度分布を再現よく電気信号に変換して取り出すことが可能である。また、増幅回路の占有面積の低減が可能である。
また、特許文献4では、非晶質シリコンTFTから成る光センサにおいて、透明材料から成るトップゲート電極を追加する構造が開示されている。特許文献4に開示された技術では、トップゲート電極の電位をソース電極電位よりも低い電位に固定し、閾値電圧を正方向へシフトさせることにより、ゲート電圧が0Vのときの暗電流を低下させ、高い明暗電流比が実現できる。
更に、非特許文献1では、酸化物半導体TFTをスイッチ及び光センサの双方に用いる技術が開示されている。なお、非特許文献1では、スイッチ用の酸化物半導体TFTの上部には遮光するためのシールドを設けるが、光センサ用の酸化物半導体TFTの上部にはシールドを設けない。非特許文献1に開示された技術では、波長が550nm以下の緑〜青紫の光が照射された場合に、光センサ用の酸化物半導体TFTにおけるオフ電流が増加する現象を利用して光センシングを行う。
非特許文献1に開示された技術では、波長が600nm以上の赤色光に対しては、酸化物半導体TFTを用いた光センサは感度を示さず、可視光領域全体にわたる光センサとしては機能しないという課題があった。更に、青から緑色までの光に対する光感度は、酸化物半導体TFTの特性で一義的に決まってしまい、外部からのコントロールは困難であるという課題があった。
図1は、本発明の第1実施形態に係る光センサの断面図である。第1実施形態に係る光センサは、酸化物半導体を用いて形成されている。第1実施形態の光センサ(光センサ素子)では、酸化物半導体膜(酸化物半導体活性層)1の一方の側に第一絶縁膜(絶縁膜)2及び可視光に対して透明な材料から成る第一導電性電極(ゲート電極)3を有し、他方の側に第二絶縁膜(絶縁膜)4及び第二導電性電極(ゲート電極)5を有する構造が、ガラス基板6上に形成されている。酸化物半導体膜1を構成する元素としては、少なくともインジウム又は亜鉛が含まれている。図1に示す例では、酸化物半導体膜1の上側の第一導電性電極3が透明材料によって構成されている。しかし、酸化物半導体膜1の下側の第二導電性電極5が透明材料にて構成されてもよいし、第一導電性電極3及び第二導電性電極5の両方が透明材料にて構成されてもよい。即ち、酸化物半導体膜1に光が入射するように、2つの導電性電極3,5の少なくとも一方が透明材料により形成されていればよい。
以下に、第1実施形態の酸化物半導体を用いて形成される光センサに関する実施例1について説明する。上述したように、酸化物半導体膜1中で生成された光キャリアを電流信号又は電圧信号として読み出すことにより光センサとして機能する。図2は、第1実施形態の実施例1に係る光センサの断面図である。図2は、図1に示す光センサにおいて、酸化物半導体膜1の左右両側にそれぞれ第一の読出し用電極10及び第二の読出し用電極11を付加した構造を示す。これらの電極10,11を用いて、生成された光キャリアを電流信号又は電圧信号として読み出すことにより、照射光強度のセンシングが可能となる。
まず、ガラス基板6上に、スパッタリング法によりアルミニウム合金を成膜し、所定の形状にパターニングすることにより、第二導電性電極5を形成する。続いて、SiH4 (シラン、水素化ケイ素)及びN2 O(一酸化二窒素)の混合ガスを原料としたプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法により350℃の温度で第二絶縁膜4(酸化シリコン膜)を成膜する。引き続き、スパッタリング法によりInGaZnO膜を成膜し、エッチングにより所望の島形状にパターニングして酸化物半導体膜1を形成する。酸化物半導体膜1の組成比率としては、In:Ga:Zn:O=1:1:1:4をはじめ、エッチング加工性などを踏まえて任意に設計できる。
更に、SiH4 及びN2 Oの混合ガスを原料としたプラズマCVD法により200℃の温度で第一絶縁膜2(酸化シリコン膜)を成膜する。第一絶縁膜2を成膜した後、350℃〜400℃の温度でアニール処理を行うことにより、酸化シリコン膜の膜質を改質することができる。その後、スパッタリング法によりITO膜を成膜し、所望の形状にパターニングすることにより、透明材料から成る第一導電性電極3を形成する。
本実施例1の光センサでは、第一の電位7及び第二の電位8のうちの低い方の電位が印加される導電性電極(3又は5)が透明材料によって構成され、透明材料から成る導電性電極(3又は5)の側から光9が照射される構成であってもよい。
第一絶縁膜2や第二絶縁膜4としては、上記の酸化シリコン膜のほかに、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、酸化タンタル膜、または、これらの膜を複数積層したものを用いても良い。これらの成膜方法はプラズマCVD法に限られるわけではなく、スパッタリング法、蒸着法、アトミックレイヤデポジション(ALD、原子層堆積法)法などでも可能である。
図3は、本発明の第2実施形態に係る光センサを示す図である。図3Aは、第2実施形態に係る光センサの断面図であり、図3Bは、第2実施形態に係る光センサに波長400nm±10nmの光を照射した場合の光センシング特性を示すグラフである。第2実施形態に係る光センサは、デュアルゲート型酸化物半導体TFTを用いて形成されている。
以下に、第2実施形態のデュアルゲート型酸化物半導体TFTを用いて形成される光センサに関する実施例2について説明する。
本実施例2の光センサでは、第1実施形態と同様に酸化物半導体膜1としてInGaZnO膜を用いる。また、保護絶縁膜22、第一絶縁膜2及び第二絶縁膜4として酸化シリコン膜を用い、透明トップゲート電極12としてITO膜を用い、ボトムゲート電極18としてアルミニウム合金からなる電極を用いる。また、ソース電極14及びドレイン電極16としてモリブデン合金膜とアルミニウム合金膜とが積層された電極を用いる。
まず、ガラス基板6上に、スパッタリング法によりアルミニウム合金を成膜し、所定の形状にパターニングすることにより、ボトムゲート電極18を形成する。続いて、TEOS(Tetraethyl Orthosilicate)及びO2 (酸素)の混合ガスを原料としたプラズマCVD法により350℃の温度で第二絶縁膜4(酸化シリコン膜)を400nmの膜厚に成膜する。引き続き、スパッタリング法によりInGaZnO膜を50nmの膜厚に成膜し、エッチングにより所望の島形状にパターニングして酸化物半導体膜1を形成する。酸化物半導体膜1の組成比率としては、In:Ga:Zn:O=1:1:1:4を用いることができる。
その後、SiH4 及びN2 Oの混合ガスを原料としたプラズマCVD法により200℃の温度で第一絶縁膜2(酸化シリコン膜)を300nmの膜厚に成膜する。第一絶縁膜2を成膜した後、200℃の温度で成膜した保護絶縁膜22及び第一絶縁膜2を改質するために、300℃〜400℃の温度でアニール処理を行うこともできる。その後、スパッタリング法によりITO膜を成膜し、所望の形状にパターニングすることにより、透明トップゲート電極12を形成する。
図3Bから分かるように、Vtg=−10VまたはVtg=−20Vの場合、即ち、Vtg<Vs(Vs=0V)の状態でボトムゲート電極電位19(Vbg)に正電位を与えると、暗状態時と比べて青紫光照射時でのサブスレッショルド電流が増加しており、高い光感度を示した。また、Vtg=−10Vの時に比べてVtg=−20Vの時の方が、暗状態での特性と光照射状態での特性との差が大きくなっており、これは、Vtgの値を変えることで光感度を制御できることを示している。なお、Vtg=0Vの時でも若干の光感度を示しているが、これは波長400nmの光のエネルギーがInGaZnO膜のバンドギャップエネルギーと同等であるため、電子が直接伝導帯に励起されることに起因したものである。このように透明トップゲート電極電位13(Vtg)の値を変えることで、酸化物半導体TFTの光感度を制御できる点は、本発明の効果の一つである。このような効果を活用して、酸化物半導体TFTの光感度を増幅し、酸化物半導体TFTを光センサとして活用することができる。
図4は、本発明の第3実施形態に係る光センサを示す図である。図4Aは、第3実施形態に係る光センサの断面図であり、図4Bは、第3実施形態に係る光センサに波長700nm±10nmの光を照射した場合の光センシング特性を示すグラフである。第3実施形態に係る光センサは、デュアルゲート型酸化物半導体TFTを用いて形成されている。
第3実施形態では、このようにソース電極電位15(Vs)よりも透明トップゲート電極電位13(Vtg)を低くすることにより、バンドギャップエネルギーよりも低エネルギーの光に対する光感度を酸化物半導体TFTに付与し、酸化物半導体TFTを可視光領域全体の光センサとして活用できる。
以下に、第3実施形態のデュアルゲート型酸化物半導体TFTを用いて形成される光センサに関する実施例3について説明する。
本実施例3の光センサでは、第2実施形態と同様に、酸化物半導体膜1としてInGaZnO膜を用いる。また、保護絶縁膜22及び第一絶縁膜2として酸化シリコン膜を用い、透明トップゲート電極12としてITO膜を用い、ボトムゲート電極18としてアルミニウム合金からなる電極を用いる。本実施例3では、第二絶縁膜4として、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜とを積層した積層膜を用い、ソース電極14及びドレイン電極16として、チタン膜、アルミニウム合金膜、チタン膜が3層に積層された電極を用いる。
まず、ガラス基板6上に、スパッタリング法によりアルミニウム合金を成膜し、所定の形状にパターニングすることにより、ボトムゲート電極18を形成する。続いて、プラズマCVD法により350℃の温度で、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜の順で合計膜厚が400nmとなるように第二絶縁膜4を成膜する。引き続き、スパッタリング法によりInGaZnO膜を30nmの膜厚に成膜し、エッチングにより所望の島形状にパターニングして酸化物半導体膜1を形成する。酸化物半導体膜1の組成比率としては、In:Ga:Zn:O=1:1:1:4を用いることができる。
その後、SiH4 及びN2 Oの混合ガスを原料としたプラズマCVD法により200℃の温度で第一絶縁膜2(酸化シリコン膜)を300nmの膜厚に成膜する。第一絶縁膜2を成膜した後、200℃の温度で成膜した保護絶縁膜22及び第一絶縁膜2を改質するために、300℃〜400℃の温度でアニール処理を行うこともできる。その後、スパッタリング法によりITO膜を成膜し、所望の形状にパターニングすることにより、透明トップゲート電極12を形成する。
図4Bから分かるように、Vtg=0VまたはVtg=−10Vの場合、暗状態での特性と光照射状態での特性との差は小さい(即ち、光感度が非常に小さい)。しかし、Vtg=−20Vの場合では、ボトムゲート電極電位19(Vbg)に正電位を与えると、暗状態時と比べて赤色光照射時でのサブスレッショルド電流が増加しており、高い光感度を示した。
以下に、第3実施形態の光センサに関する実施例4について説明する。なお、本実施例4は、上述した実施例3の変形例であり、また、第2実施形態で説明した実施例2の変形例でもある。
第2実施形態の実施例2及び第3実施形態の実施例3では、保護絶縁膜22を有するエッチストップ型(チャネル保護型)の酸化物半導体TFTを用いた光センサについて説明した。光センサに用いる酸化物半導体TFTの構造はエッチストップ型に限られるわけではなく、保護絶縁膜22を有しない所謂チャネルエッチ型でもよい。よって、本実施例4では、チャネルエッチ型の酸化物半導体TFTを用いて形成された光センサについて説明する。なお、保護絶縁膜22を有しないこと以外は、第3実施形態の実施例3及び第2実施形態の実施例2と同様の構成である。
本実施例4では、実施例2,3と同様に、酸化物半導体膜1としてInGaZnO膜を用い、第一絶縁膜2として酸化シリコン膜を用い、透明トップゲート電極12としてITO膜を用い、ボトムゲート電極18としてアルミニウム合金からなる電極を用いる。また、ソース電極14及びドレイン電極16は、上述の実施例3と同様に、チタン膜、アルミニウム合金膜、チタン膜が3層に積層された電極を用いる。なお、本実施例4では、第二絶縁膜4として、酸化シリコン膜と酸化アルミニウム膜とを積層した積層膜を用いる。
まず、ガラス基板6上に、スパッタリング法によりアルミニウム合金を成膜し、所定の形状にパターニングすることにより、ボトムゲート電極18を形成する。続いて、プラズマCVD法により350℃の温度で、酸化シリコン膜、酸化アルミニウム膜の順で合計膜厚が400nmとなるように第二絶縁膜4を成膜する。引き続き、スパッタリング法によりInGaZnO膜を70nmの膜厚に成膜し、エッチングにより所望の島形状にパターニングして酸化物半導体膜1を形成する。酸化物半導体膜1の組成比率としては、In:Ga:Zn:O=1:1:1:4を用いることができる。
また、図5Cに示すように、酸化物半導体膜1の上側の透明トップゲート電極12と下側のボトムゲート電極18とが共に透明電極であっても良い。また、この場合に、透明トップゲート電極12及びボトムゲート電極18の両側から光9を照射することもできる。もちろん、いずれか一方の側から光9を照射する構成でもよい。
以下に、第3実施形態の光センサに関する実施例5について説明する。なお、本実施例5は、上述した実施例3,4の変形例であり、また、第2実施形態で説明した実施例2の変形例でもある。
第2実施形態の実施例2及び第3実施形態の実施例3,4では、透明トップゲート電極12にソース電極電位15よりも低い電位(透明トップゲート電極電位13)を与える構成について説明した。透明なゲート電極は、酸化物半導体膜1のトップ側(上側)のみならずボトム側(下側)に配置することも可能である。よって、本実施例5では、ボトムゲート電極を透明なゲート電極にて構成し、ボトムゲート電極側から光9を照射する構成について説明する。
本実施例5では、酸化物半導体膜1としてInGaZnO膜を用い、第一絶縁膜2として酸化シリコン膜を用い、第二絶縁膜4として、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜とを積層した積層膜を用い、ソース電極14及びドレイン電極16として、チタン膜、アルミニウム合金膜、チタン膜が3層に積層された電極を用いる。また、本実施例5では、トップゲート電極21として、アルミニウム・ネオジウム合金膜を用い、透明ボトムゲート電極20としてInZnO膜を用いる。
まず、ガラス基板6上に、スパッタリング法によりInZnO膜を成膜し、所定の形状にパターニングすることにより、透明ボトムゲート電極20を形成する。続いて、プラズマCVD法により350℃の温度で、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜の順で合計膜厚が400nmとなるように第二絶縁膜4を成膜する。引き続き、スパッタリング法によりInGaZnO膜を70nmの膜厚に成膜し、エッチングにより所望の島形状にパターニングして酸化物半導体膜1を形成する。酸化物半導体膜1の組成比率としては、In:Ga:Zn:O=1:1:1:4を用いることができる。
以下に、第3実施形態の光センサに関する実施例6について説明する。なお、本実施例6は、上述した第2実施形態及び第3実施形態の実施例3〜5の変形例である。
第2実施形態の実施例2及び第3実施形態の実施例3では、エッチストップ型(チャネル保護型)の酸化物半導体TFTを光センサに用い、実施例4,5では、チャネルエッチ型の酸化物半導体TFTを光センサに用いた構成について説明した。光センサに用いる酸化物半導体TFTの構造はこれらに限られるわけではなく、以下に説明するようなセルフアライン型の構造でも可能である。本実施例6では、セルフアライン型の酸化物半導体TFTを用いた光センサについて説明する。
本実施例6では、図7Aに示すように、酸化物半導体膜1であるInGaZnO膜の上側に第一絶縁膜2である酸化シリコン膜が形成され、更にその上側に、トップゲート電極21であるアルミニウム合金膜が形成されている。なお、第一絶縁膜4(酸化シリコン膜)とトップゲート電極21とはセルフアライン的に同形状に形成されている。また、InGaZnO膜の下側に、第二絶縁膜4である酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜を積層した積層膜と、透明ボトムゲート電極20であるITO膜とが形成されている。このように形成された酸化物半導体膜1は、透明ボトムゲート電極20を下側にしてガラス基板6の上面に形成されている。また、InGaZnO膜(酸化物半導体膜1)の左右両端側にソース電極14及びドレイン電極16が形成されている。ソース電極14及びドレイン電極16は、チタン膜、アルミニウム合金膜、チタン膜が3層に積層された電極を用い、下層のチタン膜が酸化物半導体膜1と接するように配置されている。
まず、ガラス基板6上に、スパッタリング法によりITO膜を成膜し、所定の形状にパターニングすることにより、透明ボトムゲート電極20を形成する。続いて、プラズマCVD法により350℃の温度で、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜の順で合計膜厚が400nmとなるように第二絶縁膜4を成膜する。引き続き、スパッタリング法によりInGaZnO膜を70nmの膜厚に成膜し、エッチングにより所望の島形状にパターニングして酸化物半導体膜1を形成する。
なお、図7Bに示すように透明電極(透明トップゲート電極12)を酸化物半導体膜1の上側に配置した構造の光センサについても同様に作製できるので、ここでは詳細な説明を省略する。
図8及び図9は、本発明の第4実施形態に係る光電変換装置を示す図である。図8は、1画素分の光電変換装置を示しており、図8の上側には等価回路を、下側には断面図をそれぞれ示す。図9は、図8に示すように光センサ素子(光電変換素子)24とスイッチング素子25とから構成された画素が、スイッチング用配線と信号読み取り用配線とにより、2次元マトリクス状に複数個配列された光電変換装置を示す。第4実施形態の光電変換装置では、光センサ素子24及びスイッチング素子25はともに酸化物半導体TFTから構成されており、光センサ素子24は、デュアルゲート型酸化物半導体TFTから構成されている。
以下に、第4実施形態の光電変換装置に関する実施例7について説明する。
図10は、第4実施形態の実施例7の光電変換装置を示す図である。図10の上側には1画素分の光電変換装置の等価回路を示し、下側には断面図を示す。図11は、第4実施形態の実施例7の光電変換装置に用いる光センサ素子の光センシング特性を示すグラフである。なお、図11Aは、波長400nm±10nmの光を照射した場合の光センシング特性を示し、図11Bは、波長500nm±10nmの光を照射した場合の光センシング特性を示し、図11Cは、波長700nm±10nmの光を照射した場合の光センシング特性を示す。また、図11A〜C中の実線は、光を照射しない状態(暗状態)での特性を示しており、図11A〜C中の各破線は、それぞれ異なる強度(エネルギー密度)の光を照射した状態での特性を示す。なお、それぞれの照射光の強度は、図11A中の小破線は10.98μW/cm2 であり、中破線は30.06μW/cm2 であり、大破線は78.03μW/cm2 である。また、図11B中の小破線は58.67μW/cm2 であり、中破線は104.34μW/cm2 であり、大破線は175.14μW/cm2 であり、図11C中の小破線は78.03μW/cm2 であり、中破線は154.91μW/cm2 であり、大破線は241.04μW/cm2 である。
例えば、図11のような特性を考慮して、青色カラーフィルタの位置に存在する光センサ素子24用の酸化物半導体TFTの透明トップゲート電極電位(Vtg)よりも、赤色カラーフィルタ30の位置に存在する光センサ素子24用の酸化物半導体TFTの透明トップゲート電極電位(Vtg2)を低くすることができる。これにより、赤色光に対する感度をより増幅して、青色光に対する感度と赤色光に対する感度のバランスを取ることができる。
図13は、本発明の第5実施形態に係る光電変換装置を示す図である。図13は、図10に示すような光センサ素子24とスイッチング素子25とから構成された1画素分の光電変換装置の等価回路を示す。図13に示す画素を、スイッチング用配線と信号読み取り用配線とにより、2次元マトリクス状に複数個配列して2次元の光電変換装置を構成することもできる。第5実施形態の光電変換装置では、光センサ素子24及びスイッチング素子25はともに酸化物半導体TFTから構成されており、光センサ素子24はデュアルゲート型酸化物半導体TFTから構成されている。
図8では、光センサ素子24として機能する酸化物半導体TFTの酸化物半導体膜1と、スイッチング素子25として機能する酸化物半導体TFTの酸化物半導体膜と、が同じ層で形成されている。従って、結果的にこれらの酸化物半導体膜の膜厚は同一となる。本願発明者は、光センサ素子24の光感度を更に向上するために、光センサ素子24として機能する酸化物半導体TFTの酸化物半導体膜1の膜厚を厚くすることが効果的であることを見出した。
上述の通り、光センサ素子の感度向上、及び長期的信頼性の改善という両観点から、光センサ素子24の酸化物半導体膜1を厚くし、スイッチング素子25の酸化物半導体膜を薄くする構成が効果的である。このような構成を実現するための手段を次に述べる。
図16に示す光電変換装置を製造する場合、ガラス基板6上に第一のボトムゲート電極41及び第一のボトムゲート絶縁膜42を形成した後、第4実施形態のスイッチング素子と同様のプロセスを用いて(即ち、実施例1〜6で説明した光センサの製造プロセスを用いて)、スイッチング素子25として機能する酸化物半導体TFTを形成する。このとき、酸化物半導体TFTの酸化物半導体膜47の膜厚は70nm未満、望ましくは50nm以下とする。
次に、スイッチング素子25用の酸化物半導体TFTにおける第一のパッシベーション膜43上に、光センサ素子24用の第二のボトムゲート電極44を形成した後、スイッチング素子25と同様のプロセスを用いて、光センサ素子24用の酸化物半導体TFTを形成する。このとき、酸化物半導体TFTの酸化物半導体膜48の膜厚は70nm以上、望ましくは100nm以上とする。更に、光センサ素子24用の酸化物半導体TFTにおける第二のパッシベーション膜46上に、光センサ素子24用の透明トップゲート電極12を形成する。
引き続き、スイッチング素子25用の酸化物半導体TFTの活性層として薄い酸化物半導体膜47を形成する。このとき、酸化物半導体膜47の膜厚は70nm未満、望ましくは50nm以下とする。
第四絶縁膜52及び酸化物半導体膜48の上に第五絶縁膜53を形成し、その後、スイッチング素子25用の酸化物半導体TFTと光センサ素子24用の酸化物半導体TFTの両方に、ソース・ドレイン電極用のコンタクトホールを同時に開ける。そして、コンタクトホールを介して、スイッチング素子25のソース電極49と光センサ素子24のドレイン電極50とが接続するように、それぞれの素子24,25のソース電極49及びドレイン電極50を形成する。
図17に示すように形成した場合、図16の場合とは異なり、それぞれの素子24,25のボトムゲート電極44,41とソース・ドレイン電極49,50とをそれぞれ同じ層で形成できるため、プロセスの簡略化、低コスト化が可能となる。以上のようにして、薄い酸化物半導体膜47を有するスイッチング素子25用の酸化物半導体TFTと、厚い酸化物半導体膜48を有する光センサ素子24用の酸化物半導体TFTとを同一のガラス基板6上に低コストで作り分けることができる。
2 第一絶縁膜(絶縁膜)
3 第一導電性電極(ゲート電極)
4 第二絶縁膜(絶縁膜)
5 第二導電性電極(ゲート電極)
6 ガラス基板
7 第一の電位
8 第二の電位
12 透明トップゲート電極(ゲート電極、第1ゲート電極)
13 透明トップゲート電極電位
14 ソース電極
15 ソース電極電位
16 ドレイン電極
17 ドレイン電極電位
18 ボトムゲート電極(ゲート電極、第2ゲート電極)
19 ボトムゲート電極電位
24 光センサ素子
25 スイッチング素子
41 第一のボトムゲート電極
42 第一のボトムゲート絶縁膜
43 第一のパッシベーション膜
44 第二のボトムゲート電極
45 第二のボトムゲート絶縁膜
46 第二のパッシベーション膜
47 酸化物半導体膜
48 酸化物半導体膜
49 ソース電極
50 ドレイン電極
51 第三絶縁膜
52 第四絶縁膜
53 第五絶縁膜
54 第六絶縁膜
Claims (16)
- 少なくとも酸化物半導体活性層の上側及び下側に絶縁膜を介してゲート電極を有する光センサ素子において、
ソース電極及びドレイン電極と、
一方のゲート電極に前記ソース電極の印加電圧よりも低い第一の電圧を印加し、他方のゲート電極に前記ソース電極の印加電圧よりも高い第二の電圧を印加する電圧印加部と
を備え、
前記酸化物半導体活性層は、前記電圧印加部が前記一方のゲート電極に前記第一の電圧を印加し、前記他方のゲート電極に前記第二の電圧を印加した場合に、電圧無印加時と比べて光の吸収量が増加することを特徴とする光センサ素子。 - 前記2つのゲート電極の少なくとも一方が可視光に対して透明であることを特徴とする請求項1に記載の光センサ素子。
- 前記2つのゲート電極の少なくとも一方の側から前記酸化物半導体活性層に向けて光が入射されることを特徴とする請求項2に記載の光センサ素子。
- 基板上に少なくとも、第2ゲート電極、第2ゲート絶縁膜、前記酸化物半導体活性層、前記ソース電極及びドレイン電極、第1ゲート絶縁膜、第1ゲート電極がこの順序で設けられていることを特徴とする請求項1から3までのいずれかひとつに記載の光センサ素子。
- 前記第1ゲート電極が可視光に対して透明であり、
前記電圧印加部は、前記第1ゲート電極に前記ソース電極の印加電圧よりも低い電圧を印加することを特徴とする請求項4に記載の光センサ素子。 - 前記第2ゲート電極が可視光に対して透明であり、
前記電圧印加部は、前記第2ゲート電極に前記ソース電極の印加電圧よりも低い電圧を印加することを特徴とする請求項4に記載の光センサ素子。 - 前記可視光に対して透明なゲート電極側から前記酸化物半導体活性層に向けて光が入射されることを特徴とする請求項5又は6に記載の光センサ素子。
- 前記電圧印加部は、前記ソース電極の印加電圧よりも低く、且つ前記酸化物半導体活性層に入射される光の波長に応じた電圧を前記透明なゲート電極に印加することを特徴とする請求項7に記載の光センサ素子。
- 前記酸化物半導体活性層の構成元素は、少なくともインジウム又は亜鉛を含むことを特徴とする請求項1から8までのいずれかひとつに記載の光センサ素子。
- 絶縁性基板上の光センサ素子及びスイッチング素子を有する画素が、スイッチング用配線及び信号読み取り用配線により2次元的に複数個配列された光電変換装置において、
前記光センサ素子及びスイッチング素子がともに酸化物半導体薄膜トランジスタにて構成され、
前記光センサ素子を構成する前記酸化物半導体薄膜トランジスタは、請求項1から9までのいずれかひとつに記載の光センサ素子である
ことを特徴とする光電変換装置。 - センシングする光の波長帯に応じて、前記光センサ素子の酸化物半導体薄膜トランジスタの前記2つのゲート電極に前記電圧印加部が印加する電圧を変化させる電圧制御部
を備えることを特徴とする請求項10に記載の光電変換装置。 - 前記電圧制御部は、前記センシングする光の波長が長くなるに伴って、前記2つのゲート電極に前記電圧印加部が印加する電圧の差を大きくすることを特徴とする請求項11に記載の光電変換装置。
- 前記光センサ素子を構成する前記酸化物半導体薄膜トランジスタの酸化物半導体活性層の膜厚が、前記スイッチング素子を構成する前記酸化物半導体薄膜トランジスタの酸化物半導体活性層の膜厚よりも厚いことを特徴とする請求項10から12までのいずれかひとつに記載の光電変換装置。
- 前記光センサ素子を構成する前記酸化物半導体薄膜トランジスタのソース電極及びドレイン電極と、前記スイッチング素子を構成する前記酸化物半導体薄膜トランジスタのソース電極及びドレイン電極とが、それぞれ異なる層で成膜された金属層から構成されることを特徴とする請求項13に記載の光電変換装置。
- 前記光センサ素子を構成する前記酸化物半導体薄膜トランジスタのソース電極及びドレイン電極と、前記スイッチング素子を構成する前記酸化物半導体薄膜トランジスタのソース電極及びドレイン電極とが、同じ層で成膜された金属層から構成されることを特徴とする請求項13に記載の光電変換装置。
- 前記光センサ素子を構成する前記酸化物半導体薄膜トランジスタのゲート電極と、前記スイッチング素子を構成する前記酸化物半導体薄膜トランジスタのゲート電極とが、同じ層で成膜された金属層から構成されることを特徴とする請求項13から15までのいずれかひとつに記載の光電変換装置。
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