JPH06177417A - Phototransistor and line image sensor - Google Patents
Phototransistor and line image sensorInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、非晶質シリコン等の感
光性半導体を用いた薄膜トランジスタ構成のホトトラン
ジスタ及びこれを用いた受光素子及びラインイメージセ
ンサに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a phototransistor having a thin film transistor structure using a photosensitive semiconductor such as amorphous silicon, a light receiving element using the same, and a line image sensor.
【０００２】[0002]
【従来の技術】薄膜トランジスタを用いたホトトランジ
スタには特開平２−９４５７６号公報、及び特開平２−
２１５１６８号公報に開示のように、光電流のＯＮ／Ｏ
ＦＦ比が３００から１０００程度の良好な値を持ち、γ
特性も１に近い良好な値が得られるものがある。2. Description of the Related Art A phototransistor using a thin film transistor is disclosed in JP-A-2-94576 and JP-A-2-94576.
As disclosed in Japanese Patent No. 215168, ON / O of photocurrent
FF ratio has a good value of about 300 to 1000, and γ
Some of the characteristics have good values close to 1.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来技術では
完全密着型センサを構成しようとするときに光源からの
光を遮光するために遮光膜を別に設ける必要があり、特
に上下の入射光を別々に光電変換しようとする場合に製
造プロセスが増加する点に改善の余地があった。また、
ゲート電極の配置のない感光性半導体層の部分で光感度
を持つ構成となっているため、光感度の制御幅が小さ
く、これをさらに拡げる点については改善の余地があっ
た。However, in the prior art, it is necessary to separately provide a light shielding film in order to shield the light from the light source when constructing a perfect contact sensor, and in particular, upper and lower incident light are separately provided. There is room for improvement in that the number of manufacturing processes increases when photoelectric conversion is attempted. Also,
Since the photosensitive semiconductor layer portion where the gate electrode is not arranged has the photosensitivity, the control range of the photosensitivity is small, and there is room for improvement in further expanding it.
【０００４】本発明の目的は、製造プロセスを低減し、
光感度の制御性をさらに改善した薄膜ホトトランジスタ
及びこれを用いたラインイメージセンサを提供すること
にある。The object of the present invention is to reduce the manufacturing process,
It is an object of the present invention to provide a thin film phototransistor having further improved controllability of photosensitivity and a line image sensor using the same.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極、ゲート絶
縁膜及び感光性半導体層を備える薄膜ホトトランジスタ
において、ゲート電極が感光性半導体層を挟んで上下に
配置され、ソース電極とドレイン電極の間の感光性半導
体層が、上下のゲート電極のいずれかが配置された領域
と両方のゲート電極が配置された領域とから成るように
したものである。In order to achieve the above object, in a thin film phototransistor including a gate electrode, a source electrode, a drain electrode, a gate insulating film and a photosensitive semiconductor layer, the gate electrode sandwiches the photosensitive semiconductor layer. And the photosensitive semiconductor layer between the source electrode and the drain electrode is composed of a region in which one of the upper and lower gate electrodes is arranged and a region in which both gate electrodes are arranged. is there.
【０００６】また上記ホトトランジスタにおいて、上下
のゲート電極の一方には感光性半導体層がキャリアの蓄
積状態となるゲート電圧を加え、他方にはキャリアの空
乏条件となるゲート電圧を加えたものである。In the above phototransistor, one of the upper and lower gate electrodes is applied with a gate voltage at which the photosensitive semiconductor layer is in a carrier accumulation state, and the other is applied with a gate voltage at which carriers are depleted. .
【０００７】また上記ホトトランジスタにおいて、感光
性半導体層に水素化非晶質シリコンを用いたものであ
る。In the above phototransistor, hydrogenated amorphous silicon is used for the photosensitive semiconductor layer.
【０００８】また感光性半導体層を備え外部光を光電変
換素子により電流に変換する受光素子において、光電変
換素子上記いずれかのホトトランジスタを用いたもので
ある。Further, in a light receiving element having a photosensitive semiconductor layer and converting external light into a current by a photoelectric conversion element, one of the above phototransistors is used.
【０００９】また上記受光素子において、ホトトランジ
スタは、光源光を直接受光する第１のホトトランジスタ
と、原稿からの反射光を受光する第２のホトトランジス
タからなり、前記２つのホトトランジスタを直列接続し
たものである。In the above light receiving element, the phototransistor is composed of a first phototransistor that directly receives the light from the light source and a second phototransistor that receives the reflected light from the original, and the two phototransistors are connected in series. It was done.
【００１０】さらに外部光を光電変換する複数の受光素
子と、複数の受光素子の各々の受光素子により光電変換
された電気信号を順次取り出す読み出し回路とを備える
ラインイメ−ジセンサにおいて、受光素子は上記のもの
を用いたものである。Further, in the line image sensor including a plurality of light receiving elements for photoelectrically converting the external light and a readout circuit for sequentially taking out electric signals photoelectrically converted by the light receiving elements of the plurality of light receiving elements, the light receiving element is the above-mentioned. It is the one using the thing.
【００１１】[0011]
【作用】ゲート電極はゲート絶縁膜を介して感光性半導
体層のエネルギバンドに対するフェルミ準位の相対位置
を変化させるとともに、遮光膜として働く。ソース及び
ドレイン電極はその両者に電位差を与え、外部に光電変
換信号を供給するものである。感光性半導体層は光の入
射部では光電変換を行い、ゲート電極の電位によりアナ
ログスイッチとして働き、例えば蓄積条件下でチャンネ
ルが形成されているときにはほぼ導体として取り扱え
る。The gate electrode changes the relative position of the Fermi level with respect to the energy band of the photosensitive semiconductor layer via the gate insulating film, and also functions as a light shielding film. The source and drain electrodes give a potential difference to both of them and supply a photoelectric conversion signal to the outside. The photosensitive semiconductor layer performs photoelectric conversion at a light incident portion, functions as an analog switch according to the potential of the gate electrode, and can be handled as a conductor substantially when a channel is formed under storage conditions.
【００１２】上下のゲート電極のうち光電変換を目的と
する光が入射する側に配置した電極は、ソース電極とド
レイン電極の間の感光性半導体層に光が入射するように
ギャップを設ける。光が入射する側のゲート電極を蓄積
電極、半導体層を挟んで反対側にあるゲート電極を光感
度制御電極とよぶことにする。蓄積電極は半導体層を蓄
積状態とする電圧を加え、半導体層にチャンネルを形成
する部分である。蓄積電極を設けた部分の感光性半導体
層のコンダクタンスはチャンネルの形成時にはギャップ
部分よりも充分に大きいため、基本的にはこの部分では
光による変調は行わず、ギャップ部分で光による変調を
行う。このギャップ部分は光が入射してホトキャリアが
誘起され、その結果光量に応じて光電流言い替えればコ
ンダクタンスが変化する。このときギャップ部には光感
度制御電極を設けているので、このゲート電極の電位に
よって感光性半導体層のフェルミ準位の相対的な位置を
制御できる。Of the upper and lower gate electrodes, the electrodes arranged on the side on which light for photoelectric conversion enters are provided with a gap so that light enters the photosensitive semiconductor layer between the source electrode and the drain electrode. The gate electrode on the light incident side is called a storage electrode, and the gate electrode on the opposite side of the semiconductor layer is called a photosensitivity control electrode. The storage electrode is a portion that forms a channel in the semiconductor layer by applying a voltage to bring the semiconductor layer into the storage state. Since the conductance of the photosensitive semiconductor layer in the portion provided with the storage electrode is sufficiently larger than that in the gap portion when the channel is formed, basically, the light portion does not modulate this portion, but the gap portion does the light modulation. Light enters the gap portion to induce photocarriers, and as a result, the photocurrent, in other words, the conductance changes according to the light amount. At this time, since the photosensitivity control electrode is provided in the gap portion, the relative position of the Fermi level of the photosensitive semiconductor layer can be controlled by the potential of the gate electrode.
【００１３】その結果、ホトキャリアの再結合割合を変
化させることによって光感度を制御することができる。
このゲート電極の電圧を制御してキャリアの蓄積側にフ
ェルミ準位を制御すると、光感度は向上する一方、暗電
流は増加する。反対にキャリアの空乏側にフェルミ準位
を制御すると光感度は低下するが暗電流を大きく低減で
きる。このゲート電極の電位はホトトランジスタの使用
目的に応じて選択する。蓄積電極及び光感度制御電極の
両者が形成されている部分では蓄積電極側にチャンネル
が形成される条件で使用するため、蓄積電極のみ形成さ
れている部分と同じである。As a result, the photosensitivity can be controlled by changing the recombination rate of the photocarriers.
When the Fermi level is controlled on the carrier accumulation side by controlling the voltage of the gate electrode, the photosensitivity is improved while the dark current is increased. On the contrary, if the Fermi level is controlled on the carrier depletion side, the photosensitivity is lowered but the dark current can be greatly reduced. The potential of this gate electrode is selected according to the purpose of use of the phototransistor. Since the portion where both the storage electrode and the photosensitivity control electrode are formed is used under the condition that a channel is formed on the side of the storage electrode, it is the same as the portion where only the storage electrode is formed.
【００１４】感光性半導体層に水素化非晶質シリコンを
用いることによって、可視光で光感度の高いホトトラン
ジスタが得られる。また、水素化非晶質シリコンは大面
積に形成可能であり、またガラス基板等にも形成できる
ため、イメージセンサを作成するには特に好適である。By using hydrogenated amorphous silicon for the photosensitive semiconductor layer, a phototransistor having high photosensitivity to visible light can be obtained. In addition, hydrogenated amorphous silicon can be formed over a large area and can be formed over a glass substrate or the like, which is particularly suitable for forming an image sensor.
【００１５】また、原稿を透光性基板の裏側から照明し
原稿の反射光を基板上に形成したホトトランジスタで光
電変換する受光素子では、背面光を光電変換するホトト
ランジスタと原稿からの反射光を光電変換するホトトラ
ンジスタを直列接続することによって、光源光のバラツ
キをキャンセルできる。光源光を光電変換するホトトラ
ンジスタのコンダクタンスは光源光の放射強度にほぼ比
例し、また原稿からの反射光を受光するホトトランジス
タのコンダクタンスは光源光の放射強度及び原稿の反射
率にほぼ比例して変化する。そのため、両方のホトトラ
ンジスタを十分近接して配置し、これらを直列に接続し
て電源電圧を分割した両ホトトランジスタの接続点の電
圧を取ると、この電圧は光源光の放射強度には依存せず
原稿の反射率にのみ依存するようになる。発光ばらつき
の大きな光源を用いても、光源の放射強度ばらつきによ
る信号歪の無い光電変換信号が得られる効果が有る。Further, in the light receiving element which illuminates the original from the back side of the transparent substrate and photoelectrically converts the reflected light of the original by the phototransistor formed on the substrate, the phototransistor for photoelectrically converting the back light and the reflected light from the original. By connecting in series photo transistors for photoelectrically converting the light, it is possible to cancel the variation in the light from the light source. The conductance of the phototransistor that photoelectrically converts the light source light is almost proportional to the radiation intensity of the light source light, and the conductance of the phototransistor that receives the reflected light from the document is almost proportional to the radiation intensity of the light source light and the reflectance of the document. Change. Therefore, if both phototransistors are placed sufficiently close to each other, and they are connected in series to divide the power supply voltage, the voltage at the connection point of both phototransistors is taken, and this voltage does not depend on the radiation intensity of the light source. Instead, it depends only on the reflectance of the original. Even if a light source with large variation in light emission is used, there is an effect that a photoelectric conversion signal without signal distortion due to variation in radiation intensity of the light source can be obtained.
【００１６】また、上記ホトトランジスタ及び受光素子
は光感度制御電極の電位により光感度を制御できるた
め、それ自身単体で用いた場合と同様にラインイメージ
センサの光電変換素子としても好適である。Since the phototransistor and the light receiving element can control the photosensitivity by the potential of the photosensitivity control electrode, they are suitable as a photoelectric conversion element of a line image sensor as in the case where they are used alone.
【００１７】[0017]
【実施例】以下、本発明の実施例を図を用いて説明す
る。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００１８】図１は、本発明のホトトランジスタの一実
施例の断面図であり、図２はその平面図、図３はその等
価回路図である。各図を用いホトトランジスタの構成及
び作成方法について述べる。FIG. 1 is a sectional view of an embodiment of the phototransistor of the present invention, FIG. 2 is a plan view thereof, and FIG. 3 is an equivalent circuit diagram thereof. The structure of the phototransistor and the method of making it will be described with reference to the drawings.
【００１９】ホトトランジスタの作成には、まずガラス
基板１にＣｒをスパッタ法により形成し、ホトリソグラ
フィ法によりパターニングを行って下部ゲート電極２を
形成する。次にプラズマＣＶＤ法により下部ゲート絶縁
膜３の窒化シリコン、感光性半導体層４の水素化非晶質
シリコン、オーミックコンタクト層５のリンドープした
水素化非晶質シリコンを順次積層し、パターニングす
る。その後Ｃｒ，Ａｌを順次スパッタ法により形成し、
パターニングしてソース、ドレイン電極６を形成する。
さらに、ゲート絶縁膜７の窒化シリコンをプラズマＣＶ
Ｄ法で形成し、その上にＣｒ，Ａｌをスパッタ法で形成
し、パターニングを行ってゲート電極８を形成する。To make a phototransistor, Cr is first formed on the glass substrate 1 by a sputtering method and patterned by a photolithography method to form a lower gate electrode 2. Next, silicon nitride of the lower gate insulating film 3, hydrogenated amorphous silicon of the photosensitive semiconductor layer 4, and phosphorus-doped hydrogenated amorphous silicon of the ohmic contact layer 5 are sequentially stacked by the plasma CVD method and patterned. After that, Cr and Al are sequentially formed by the sputtering method,
The source / drain electrodes 6 are formed by patterning.
Further, the silicon nitride of the gate insulating film 7 is plasma CV
The gate electrode 8 is formed by forming the gate electrode 8 by the D method, forming Cr and Al on the same by the sputtering method, and performing patterning.
【００２０】プラズマＣＶＤ法では、原料ガスを真空容
器中で高周波電力を加えてプラズマを形成し、その結果
ガスを分解して基板上に膜を堆積する。非晶質シリコン
の形成には原料ガスとしてモノシラン（ＳｉＨ4）を用
いる。リンのドープにはモノシランに１％程度のホスフ
ィン（ＰＨ3）を混合したガスを用いる。また窒化シリ
コンの形成にはアンモニア（ＮＨ3）とモノシランの混
合ガスあるいは窒素とモノシランの混合ガスを用いる。
実際には材料物性やプラズマ条件の適正化のため上記の
ガスにさらに水素ガスを添加してそれぞれの膜を形成す
る。In the plasma CVD method, high-frequency power is applied to a source gas in a vacuum container to form plasma, and as a result, the gas is decomposed to deposit a film on a substrate. Monosilane (SiH 4 ) is used as a source gas for forming amorphous silicon. A gas in which monosilane is mixed with about 1% of phosphine (PH 3 ) is used for phosphorus doping. For forming silicon nitride, a mixed gas of ammonia (NH 3 ) and monosilane or a mixed gas of nitrogen and monosilane is used.
In practice, hydrogen gas is further added to the above gas to form each film in order to optimize the material properties and plasma conditions.
【００２１】ゲート電極２、８は端子１１ａ及び１１ｂ
に電圧を加えることにより、それぞれゲート絶縁膜３、
７を介して感光性半導体層４のエネルギバンドに対する
フェルミ準位の相対位置を変化させるとともに、遮光膜
として働く。ソース、ドレイン電極６はオーミックコン
タクト層５によって感光性半導体層４とオーム性の接続
をしており、導体として働く。感光性半導体層４は蓄積
状態でチャンネルを形成しているときには抵抗、また空
乏状態で光が入射した場合には感光膜として働く。下部
ゲート電極２及び上部ゲート電極８の役割は、光の入射
方向とその電位によって決まり、両者の機能は等価であ
るため、まず上部入射光４０を光電変換する場合につい
て説明する。The gate electrodes 2 and 8 are terminals 11a and 11b.
By applying a voltage to the gate insulating film 3,
The relative position of the Fermi level with respect to the energy band of the photosensitive semiconductor layer 4 is changed via 7, and it functions as a light shielding film. The source and drain electrodes 6 are ohmic-connected to the photosensitive semiconductor layer 4 by the ohmic contact layer 5 and function as conductors. The photosensitive semiconductor layer 4 functions as a resistance when forming a channel in the accumulation state, and as a photosensitive film when light is incident in the depletion state. The roles of the lower gate electrode 2 and the upper gate electrode 8 are determined by the incident direction of light and its potential, and the functions of the two are equivalent. Therefore, first, the case of photoelectrically converting the upper incident light 40 will be described.
【００２２】上部入射光４０を光電変換する場合には上
部ゲート電極８を蓄積電極とし、下部ゲート電極２を光
感度制御電極とする。ソース１２及びドレイン１３の間
に電位差Ｖｄ−Ｖｓを与えると、両電極間には感光性半
導体層４のギャップ部１５、１７、及び重積部１６によ
って決まるコンダクタンスと電位差Ｖｄ−Ｖｓに比例し
た電流が流れる。このうちギャップ部１５は入射光４０
によりの半導体層中にキャリアが生成されその結果コン
ダクタンスが増加する光感度部分である。このギャップ
部１５の半導体層のフェルミ準位の位置は光感度制御電
極となる下部ゲート電極２の電位Ｖｇａによって制御さ
れるため、その結果下部ゲート電極の電位により光感度
を制御することができる。具体的にはこのゲート電極の
電圧を制御してキャリアの蓄積側にフェルミ準位を制御
すると、光感度は向上する一方暗電流は増加する。反対
にキャリアの空乏側にフェルミ準位を制御すると光感度
は低下するが暗電流を低減できる。このゲート電極の電
位はホトトランジスタの使用目的に応じて選択する。ま
た、重積部１６とギャップ部１７は、上部ゲート電極８
の電位Ｖｇｂを蓄積側としてチャンネルを形成する部分
である。通常このチャンネル部のコンダクタンスはギャ
ップ部のコンダクタンスよりも十分に大きいため図１に
示したホトトランジスタのコンダクタンスはギャップ部
１５のコンダクタンスとほぼ等しい。すなわち、このホ
トトランジスタのコンダクタンスはギャップ部１５の光
感度で決まることになる。When photoelectrically converting the upper incident light 40, the upper gate electrode 8 is used as a storage electrode and the lower gate electrode 2 is used as a photosensitivity control electrode. When a potential difference Vd-Vs is applied between the source 12 and the drain 13, a current proportional to the conductance and the potential difference Vd-Vs determined by the gap portions 15 and 17 of the photosensitive semiconductor layer 4 and the stacking portion 16 is applied between both electrodes. Flows. Of these, the gap portion 15 is the incident light 40
Is a photosensitivity portion where carriers are generated in the semiconductor layer and the conductance increases as a result. Since the position of the Fermi level of the semiconductor layer in the gap portion 15 is controlled by the potential Vga of the lower gate electrode 2 serving as the photosensitivity control electrode, as a result, the photosensitivity can be controlled by the potential of the lower gate electrode. Specifically, if the Fermi level is controlled on the carrier accumulation side by controlling the voltage of the gate electrode, the photosensitivity is improved while the dark current is increased. On the contrary, if the Fermi level is controlled on the carrier depletion side, the photosensitivity is lowered but the dark current can be reduced. The potential of this gate electrode is selected according to the purpose of use of the phototransistor. In addition, the stacking portion 16 and the gap portion 17 are
This is a portion for forming a channel with the potential Vgb of 2 as the storage side. Usually, the conductance of this channel portion is sufficiently larger than the conductance of the gap portion, so that the conductance of the phototransistor shown in FIG. That is, the conductance of this phototransistor is determined by the photosensitivity of the gap portion 15.
【００２３】ここでさらに下部入射光４１がもう一方の
ギャップ部１７に入った場合には、ギャップ部１７のコ
ンダクタンスは大きくなるものの、ギャップ部１５のコ
ンダクタンスが小さいためホトトランジスタのコンダク
タンスにはほとんど影響せず、光感度はギャップ部１５
により決まる。このギャップ部１７はこのようにホトト
ランジスタの光感度に影響しないため、無くしても良
い。具体的には、図１でギャップ部を無くして、重責部
１６をドレイン電極まで伸ばしても良い。またホトトラ
ンジスタには両ゲート電極の重積部１６を設けているた
めに下部入射光４１が漏れ光として光感度のギャップ部
１５に入射することはなく良好な光電変換特性が得られ
る。また図２に示すようにソース、ドレイン電極６を櫛
歯状に形成すると、いわゆるチャンネル幅を大きく取る
ことができるので使用目的によってコンダクタンスを設
定できる。またギャップ部１５の長さが小さいときには
ドレインソース間の電圧によって充分大きな電界が形成
されるため、再結合割合は低下し感度が向上する。この
場合には、光感度部分のゲート電圧を空乏側とすること
によって暗電流を低減した方が有利と成る。When the lower incident light 41 further enters the other gap portion 17, the conductance of the gap portion 17 increases, but the conductance of the gap portion 15 is small, so that the conductance of the phototransistor is hardly affected. Without the light sensitivity, the gap 15
Determined by Since the gap 17 does not affect the photosensitivity of the phototransistor in this way, it may be eliminated. Specifically, in FIG. 1, the gap portion may be eliminated and the heavy responsible portion 16 may be extended to the drain electrode. Further, since the phototransistor is provided with the overlapping portion 16 of both gate electrodes, the lower incident light 41 does not enter the gap portion 15 having photosensitivity as leakage light, and good photoelectric conversion characteristics can be obtained. If the source / drain electrodes 6 are formed in a comb shape as shown in FIG. 2, a so-called channel width can be widened so that the conductance can be set according to the purpose of use. Further, when the length of the gap portion 15 is small, a sufficiently large electric field is formed by the voltage between the drain and the source, so that the recombination rate is reduced and the sensitivity is improved. In this case, it is advantageous to reduce the dark current by setting the gate voltage of the photosensitivity portion to the depletion side.
【００２４】図１において、上に説明したのと逆に下部
入射光４１に感ずるホトトランジスタを同様に構成する
場合には、下部電極２の電位Ｖｇａを蓄積側とし上部電
極８を光感度制御電極とするようにＶｇｂの電位を設定
する。動作は、同様であるので省略する。また、ソース
電極とドレイン電極を入れ替えても同様にホトトランジ
スタを形成できる。In FIG. 1, when the phototransistor sensitive to the lower incident light 41 is constructed in the same manner as described above, the potential Vga of the lower electrode 2 is set to the storage side and the upper electrode 8 is set to the photosensitivity control electrode. The potential of Vgb is set so that Since the operation is similar, it will be omitted. Also, a phototransistor can be similarly formed by exchanging the source electrode and the drain electrode.
【００２５】本実施例によれば、同一の構造で上部光に
感ずるホトトランジスタと、下部光に感ずるホトトラン
ジスタを構成できる効果が有る。また、両ゲート電極の
重積部が有るので、上下より光が入射しても目的とする
入射方向の光のみに依存した光電変換を行い、目的とし
ない入射方向の光の影響を受けない良好な光電変換特性
が得られる効果が有る。また、光電変換を行うギャップ
部にゲート電極を設けているので、光感度を制御できる
効果が有る。また、両ゲート電極が遮光膜の役割を兼ね
るため工程を複雑にすること無く高性能のホトトランジ
スタを提供できる効果が有る。According to this embodiment, there is an effect that a phototransistor sensitive to the upper light and a phototransistor sensitive to the lower light can be configured with the same structure. Also, since there is a stacking portion of both gate electrodes, photoelectric conversion that depends only on the light in the intended incident direction is performed even when light is incident from above and below, and it is not affected by the light in the incident direction that is not intended. There is an effect that various photoelectric conversion characteristics can be obtained. Further, since the gate electrode is provided in the gap portion for photoelectric conversion, there is an effect that the photosensitivity can be controlled. Further, since both gate electrodes also serve as a light shielding film, there is an effect that a high performance phototransistor can be provided without complicating the process.
【００２６】本実施例では電極にＣｒあるいはＣｒとＡ
ｌの積層を用いているが、この他にもＴａ，Ｗ，Ｃｕ，
Ａｕ等の良導体を用いることができる。また感光性半導
体層には他にも非晶質ＳｉＣやＣｄＳ，ＣｄＳＳｅのよ
うな感光性の有る半導体で有れば使用可能である。また
ゲート絶縁膜には他にＳｉＯ2、Ｔａ2Ｏ5等を用いても
よい。In this embodiment, the electrodes are made of Cr or Cr and A.
1 is used, but Ta, W, Cu,
A good conductor such as Au can be used. Further, the photosensitive semiconductor layer can be used as long as it is a photosensitive semiconductor such as amorphous SiC, CdS, or CdSSe. Alternatively, SiO 2 , Ta 2 O 5 or the like may be used for the gate insulating film.
【００２７】次に本発明の別の２つの実施例を図４、図
５のホトトランジスタの断面図を用いて説明する。図４
の実施例はホトトランジスタを構成する膜の積層順序を
変えたもので、ゲート絶縁膜３までは図１の実施例と同
じであるが、次にソース、ドレイン電極６、オーミック
コンタクト層５、感光性半導体層４を順に形成し、その
後図１の実施例と同様にゲート絶縁膜７、ゲート電極８
を形成したものである。このような構成を取っても、ギ
ャップ部１５，１７及び重積部１６を図１の実施例と同
じく形成できるので、同じ効果を得ることができる。動
作は先の実施例と同じであるので省略する。本実施例で
はオーミックコンタクト層５のエッチングを半導体層の
形成よりも先に行っているので、図１に示した実施例で
オーミックコンタクト層５のエッチング時に発生する感
光性半導体層４の膜厚減少を避けることができる。その
ため、本実施例では図１に示した実施例の効果に加え
て、膜厚減少による光感度の低下を防止することができ
る効果が有る。Next, another two embodiments of the present invention will be described with reference to the sectional views of the phototransistor shown in FIGS. Figure 4
In this embodiment, the stacking order of the films forming the phototransistor is changed, and the steps up to the gate insulating film 3 are the same as those in FIG. 1, but next, the source, drain electrode 6, ohmic contact layer 5, and photosensitive The semiconductor layer 4 is formed in order, and then the gate insulating film 7 and the gate electrode 8 are formed in the same manner as in the embodiment of FIG.
Is formed. Even with such a configuration, the gap portions 15 and 17 and the stacking portion 16 can be formed in the same manner as in the embodiment of FIG. 1, so that the same effect can be obtained. Since the operation is the same as that of the previous embodiment, it will be omitted. In this embodiment, the ohmic contact layer 5 is etched before the semiconductor layer is formed. Therefore, in the embodiment shown in FIG. 1, the film thickness of the photosensitive semiconductor layer 4 is reduced when the ohmic contact layer 5 is etched. Can be avoided. Therefore, in this embodiment, in addition to the effect of the embodiment shown in FIG. 1, there is an effect that it is possible to prevent a decrease in photosensitivity due to a decrease in film thickness.
【００２８】また、図５に示す別の実施例は、感光性半
導体層４の形成までは図１に示した実施例と同じである
が、次にゲート絶縁膜７、オーミックコンタクト層５、
ソース、ドレイン電極６を順次形成するものである。ま
た上部ゲート電極８はソースドレイン電極６で兼用して
いる。本実施例でもギャップ部１５、１７及び重積部１
６を形成できるため、基本的な動作は図１に示した実施
例と同様であるが、上部ゲート電極をソース、ドレイン
電極と兼用しているため、このゲート電圧を独立には制
御できない点が図１に示した実施例と異なる。本実施例
によれば電極層が省略できるため、製造工程を減少でき
る効果が有る。また絶縁膜７がオーミックコンタクト層
のエッチングストッパとなるため感光性半導体層の膜厚
減少を防止できる効果が有る。Another embodiment shown in FIG. 5 is the same as the embodiment shown in FIG. 1 up to the formation of the photosensitive semiconductor layer 4, but next, the gate insulating film 7, the ohmic contact layer 5,
The source and drain electrodes 6 are sequentially formed. The upper gate electrode 8 also serves as the source / drain electrode 6. Also in this embodiment, the gap portions 15 and 17 and the stacking portion 1
6 is formed, the basic operation is similar to that of the embodiment shown in FIG. 1. However, since the upper gate electrode is also used as the source and drain electrodes, this gate voltage cannot be controlled independently. It differs from the embodiment shown in FIG. According to this embodiment, since the electrode layer can be omitted, there is an effect that the manufacturing process can be reduced. Further, since the insulating film 7 serves as an etching stopper for the ohmic contact layer, it has an effect of preventing the film thickness of the photosensitive semiconductor layer from being reduced.
【００２９】感光性半導体層に水素化非晶質シリコンを
用いることによって、可視光で光感度の高いホトトラン
ジスタが得られる。また、水素化非晶質シリコンは大面
積に形成可能であり、またガラス基板等にも形成できる
ため、イメージセンサを作成するには特に好適である。By using hydrogenated amorphous silicon for the photosensitive semiconductor layer, a phototransistor having high photosensitivity to visible light can be obtained. In addition, hydrogenated amorphous silicon can be formed over a large area and can be formed over a glass substrate or the like, which is particularly suitable for forming an image sensor.
【００３０】上記ホトトランジスタを用いた受光素子の
実施例を図６に示す受光素子の等価回路図を用いて説明
する。An embodiment of a light receiving element using the above phototransistor will be described with reference to the equivalent circuit diagram of the light receiving element shown in FIG.
【００３１】本実施例の受光素子はホトトランジスタ２
０とホトトランジスタ２１を直列に接続し、ソース端子
１２とドレイン端子１３に加わるＶｄ−Ｖｓの電圧を分
割した電圧を出力端子１４から取り出す構成としてい
る。ここでホトトランジスタ２１は図示するように下部
ゲート電極側からの入射光４０を光電変換し、一方ホト
トランジスタ２０は上部ゲート電極側からの入射光４１
を光電変換する。その時、ホトトランジスタ２０のゲ−
ト端子１１ａの電圧Ｖｇａ及び１１ｂの電圧Ｖｇｂを制
御することにより図１と同様に光感度を制御する。同じ
くホトトランジスタ２１のゲ−ト端子１１ｃの電圧Ｖｇ
ｃ及び１１ｄの電圧Ｖｇｄを制御することにより同様に
光感度を制御する。それぞれのホトトランジスタのコン
ダクタンスは入射光の強度にほぼ比例して変化するの
で、出力電圧は入射光４１の強度と入射光４０の強度の
比に依存した値となる。The light receiving element of this embodiment is a phototransistor 2.
0 and the phototransistor 21 are connected in series, and a voltage obtained by dividing the voltage of Vd−Vs applied to the source terminal 12 and the drain terminal 13 is taken out from the output terminal 14. Here, the phototransistor 21 photoelectrically converts the incident light 40 from the lower gate electrode side as shown, while the phototransistor 20 receives the incident light 41 from the upper gate electrode side.
To photoelectric conversion. At that time, the gate of the phototransistor 20
The photosensitivity is controlled in the same manner as in FIG. 1 by controlling the voltage Vga of the output terminal 11a and the voltage Vgb of 11b. Similarly, the voltage Vg of the gate terminal 11c of the phototransistor 21
Similarly, the photosensitivity is controlled by controlling the voltages Vgd of c and 11d. Since the conductance of each phototransistor changes substantially in proportion to the intensity of the incident light, the output voltage has a value depending on the ratio of the intensity of the incident light 41 and the intensity of the incident light 40.
【００３２】本実施例によれば２つの入射光の比に依存
した電圧を出力する受光素子を提供できる効果が有る。
このような構成を取ることによって、以下に述べるよう
に光源ばらつきを自己補正する受光素子を構成できる効
果が有る。According to this embodiment, there is an effect that it is possible to provide a light receiving element that outputs a voltage depending on the ratio of two incident lights.
By adopting such a configuration, there is an effect that a light receiving element that self-corrects for light source variations can be configured as described below.
【００３３】図７、図８及び図９に本発明の図６に示し
た受光素子を用いたラインイメージセンサの一実施例の
それぞれ平面図、回路図及び断面図を示す。図７に示す
ようにラインイメージセンサ基板は、マトリクス信号線
２６、ホトトランジスタ２０、２１、蓄積容量２５、転
送スイッチ２４、バッファ２３、シフトレジスタ２２を
基板上に配置して構成している。この図では構成が判り
易いように感光性半導体層等の層を省略し、電極のみ示
している。この平面図は、図８に示す回路図の１ブロッ
クに対応する。FIGS. 7, 8 and 9 are a plan view, a circuit diagram and a sectional view, respectively, of an embodiment of a line image sensor using the light receiving element shown in FIG. 6 of the present invention. As shown in FIG. 7, the line image sensor substrate is formed by disposing matrix signal lines 26, phototransistors 20, 21, storage capacitors 25, transfer switches 24, buffers 23, and shift registers 22 on the substrate. In this figure, layers such as a photosensitive semiconductor layer are omitted and only electrodes are shown for easy understanding of the structure. This plan view corresponds to one block of the circuit diagram shown in FIG.
【００３４】図８を用いて回路構成及び動作を説明す
る。シフトレジスタ２２は抵抗Ｒと薄膜トランジスタＭ
を用いて、インバータ及びクロックΦ１，Φ２に接続し
たパストランジスタを構成している。インバータは図の
ように電源電圧Ｖｄｄ−Ｖｓｓを加えて、入力電圧に対
して論理を反転した出力電圧を出力する。このシフトレ
ジスタはブロック選択信号ＤｉｎをクロックΦ１，Φ２
に同期して、順次次のブロックにデータ転送動作を行
う。シフトレジスタに接続したバッファ２３は、シフト
レジスタに転送された信号の増幅及び波形整形を行いバ
ッファの最終段に接続した複数の転送スイッチを駆動す
る。クロックΦ０はバッファの出力波形の時間を制御す
る波形整形用のクロックであり、転送スイッチが導通状
態、つまり信号電荷の転送時間を制御するものである。
本実施例の受光素子は先に図６に示した実施例と同じ２
つのホトトランジスタを直列配置して構成している。２
つのホトトランジスタ２０、２１の接続点に読み取り原
稿の反射率に対応した読み取り電圧が出力される構成と
なっている。この接続点には蓄積容量２５を接続してお
り、その静電容量と読み取り電圧の積で表される信号電
荷が蓄えられる。受光素子の動作の詳細については後で
説明する。シフトレジスタ及びバッファによって複数の
受光素子を持つ１つのブロックが選択されると、蓄積容
量２５に蓄えられた読み取り電荷は各々の受光素子に接
続された転送スイッチ２４によってマトリクス信号線２
６に転送される。マトリクス信号線２６は少なくとも１
ブロックの受光素子の個数以上の本数で構成する。マト
リクス信号線に転送された読み取り信号は、外部読みだ
し回路３１により、時系列的な信号に変換される。The circuit configuration and operation will be described with reference to FIG. The shift register 22 includes a resistor R and a thin film transistor M.
Is used to form a pass transistor connected to the inverter and the clocks Φ1 and Φ2. As shown in the figure, the inverter adds the power supply voltage Vdd-Vss and outputs an output voltage whose logic is inverted with respect to the input voltage. This shift register sends block selection signals Din to clocks Φ1 and Φ2.
In synchronism with the above, data transfer operation is sequentially performed to the next block. The buffer 23 connected to the shift register performs amplification and waveform shaping of the signal transferred to the shift register, and drives a plurality of transfer switches connected to the final stage of the buffer. The clock Φ0 is a waveform shaping clock that controls the time of the output waveform of the buffer, and controls the transfer switch in the conductive state, that is, the transfer time of the signal charge.
The light receiving element of this embodiment has the same structure as that of the embodiment shown in FIG.
It consists of two phototransistors arranged in series. Two
A reading voltage corresponding to the reflectance of the read original is output to the connection point of the two phototransistors 20 and 21. The storage capacitor 25 is connected to this connection point, and the signal charge represented by the product of the electrostatic capacity and the reading voltage is stored. Details of the operation of the light receiving element will be described later. When one block having a plurality of light receiving elements is selected by the shift register and the buffer, the read charges stored in the storage capacitor 25 are transferred to the matrix signal line 2 by the transfer switch 24 connected to each light receiving element.
6 is transferred. At least one matrix signal line 26
The number of light receiving elements in the block is equal to or more than the number of light receiving elements. The read signal transferred to the matrix signal line is converted into a time-series signal by the external read circuit 31.
【００３５】センサの構成を図９に示す断面模式図を用
いて説明する。まず、構成を説明する。ガラス基板１の
上に、薄膜を順次形成しホトリソグラフィーにより所定
のパターンを形成してマトリクス信号線２６、ホトトラ
ンジスタ２０，２１，蓄積容量２５，転送スイッチ２
４、バッファ２３及びシフトレジスタ２２を形成する。
シフトレジスタ２２及びバッファ２３を構成する基本要
素はインバータであり、この断面図の２２、２３で示す
位置にはインバータの断面構成を代表して示している。
ガラス基板１の上に、下部ゲート電極２、下部ゲート絶
縁膜３、感光性半導体層４、オーミックコンタクト層
５、ソース、ドレイン電極６、上部ゲート絶縁膜７、上
部ゲート電極８を順次積層している。薄膜トランジスタ
Ｍは、下部ゲート電極２がゲート電極と成り、ソース、
ドレイン電極６ａ，６ｂがソース及びドレイン電極と成
る逆スタガ型の構造で形成しており、非晶質シリコンを
感光性半導体層としたときにはｎチャンネル型の電界効
果型トランジスタとなる。薄膜トランジスタＭ及び抵抗
Ｒを図８に示す回路図のように直列に接続してインバー
タを構成している。抵抗素子にはオーミックコンタクト
層を用いており、例えばリンをドープした非晶質シリコ
ンを用いた場合には１００ＭΩ／□程度のシート抵抗値
が得られるため、容易に抵抗Ｒを形成できる。上部ゲー
ト電極８は薄膜トランジスタ部では主に遮光膜として用
いている。これによりチャンネル部分への光の入射を防
止し、光によるリーク電流を防止する役目をする。The structure of the sensor will be described with reference to the schematic sectional view shown in FIG. First, the configuration will be described. Thin films are sequentially formed on the glass substrate 1 and a predetermined pattern is formed by photolithography to form a matrix signal line 26, phototransistors 20, 21, storage capacitors 25, transfer switches 2
4, buffer 23 and shift register 22 are formed.
The basic element forming the shift register 22 and the buffer 23 is an inverter, and the positions indicated by 22 and 23 in this sectional view show the sectional structure of the inverter as a representative.
A lower gate electrode 2, a lower gate insulating film 3, a photosensitive semiconductor layer 4, an ohmic contact layer 5, a source / drain electrode 6, an upper gate insulating film 7, and an upper gate electrode 8 are sequentially laminated on a glass substrate 1. There is. In the thin film transistor M, the lower gate electrode 2 serves as a gate electrode, the source,
The drain electrodes 6a and 6b are formed in an inverted staggered structure serving as source and drain electrodes, and when amorphous silicon is used as a photosensitive semiconductor layer, it becomes an n-channel field effect transistor. The thin film transistor M and the resistor R are connected in series as shown in the circuit diagram of FIG. 8 to form an inverter. The ohmic contact layer is used for the resistance element. For example, when phosphorus-doped amorphous silicon is used, a sheet resistance value of about 100 MΩ / □ can be obtained, so that the resistance R can be easily formed. The upper gate electrode 8 is mainly used as a light shielding film in the thin film transistor section. This prevents light from entering the channel portion and prevents leakage current due to light.
【００３６】上に述べた構成は図１に示した実施例と同
じ工程を用いて作成でき、これによりマトリクス信号線
２６、ホトトランジスタ２０，２１、蓄積容量２５、転
送スイッチ２４を、図９の断面図のように構成できる。
こうして形成したセンサ基板３０の上に、梨地導電フィ
ルム３２を装着し原稿３３をプラテンローラ３４で梨地
導電フィルム３２を介して受光素子付近に押しつけ、ま
たセンサ基板３０の裏側に発光ダイオードなどから成る
光源３５を配置して照明窓２７を通して原稿３５を照明
し反射光を光電変換することによって読み取りを行う。
ここで梨地導電フィルムとは、弾性変形が可能なポリエ
ステルなどの透明な有機フィルムの表面に光を散乱する
細かな凹凸を形成し、さらに透明な導電膜を積層して導
電性を付与したものである。The above-described structure can be produced by using the same process as that of the embodiment shown in FIG. 1, whereby the matrix signal line 26, the phototransistors 20, 21, the storage capacitor 25, and the transfer switch 24 are formed as shown in FIG. It can be configured as a cross-sectional view.
The satin-finished conductive film 32 is mounted on the sensor substrate 30 thus formed, and the original 33 is pressed by the platen roller 34 near the light receiving element via the satin-finished conductive film 32, and the light source including a light emitting diode or the like is provided on the back side of the sensor substrate 30. 35 is arranged and the original 35 is illuminated through the illumination window 27, and the reflected light is photoelectrically converted to perform reading.
Here, the satin conductive film is a film in which fine irregularities that scatter light are formed on the surface of a transparent organic film such as polyester that is elastically deformable, and a transparent conductive film is further laminated to impart conductivity. is there.
【００３７】次にホトトランジスタ２０，２１を用いた
読み取り動作をより詳細に説明する。光源３５からの直
接光４０は照明窓２７を通して原稿３３を照明し、その
反射光４１をホトトランジスタ２０により光電変換す
る。また、ホトトランジスタ２１は光源３５の直接光４
０を光電変換する。ホトトランジスタ２０、２１は共に
光源及び原稿方向から光が入射するギャップ部を持って
いるが、既に図１に示した実施例で説明したように上下
に配置したゲート電極の電圧を蓄積あるいは空乏状態と
なるように設定することによって光電変換する入射光を
選択している。ホトトランジスタ２０は上部ゲート電極
を蓄積電極とし下部ゲート電極を光感度制御電極とする
ように両ゲート電極の電位Ｖｇａ，Ｖｇｂを設定して原
稿反射光を光電変換する。一方ホトトランジスタ２１は
反対に上部ゲート電極を光感度制御電極とし下部ゲート
電極を蓄積電極とするように両ゲート電極の電位Ｖｇ
ｃ，Ｖｇｄを設定して光源の直接光を光電変換する。両
ホトトランジスタは十分近くに配置することができるの
で、両ホトトランジスタは光源のばらつきが有ってもこ
のばらつきの影響を等しく受ける。これらホトトランジ
スタ２０及びホトトランジスタ２１を図８に先に示した
ように直列配置して両素子の接続点から出力電圧を取り
出すと、両素子のコンダクタンスはほぼ入射光量に比例
して変化するので、結果として光源の光量に依存せず原
稿の反射率に依存した出力電圧を得ることができる。そ
のため、光源３５の光量バラツキによらず、原稿の反射
率のみに依存した出力電圧が得られるので、光量バラツ
キによって通常生ずるシェーディングとよばれる固定パ
タンノイズの無い読み取り信号が得られる効果が有る。
またホトトランジスタと薄膜トランジスタを同一の製造
プロセスで作成できる特徴が有る。Next, the reading operation using the phototransistors 20 and 21 will be described in more detail. Direct light 40 from the light source 35 illuminates the original 33 through the illumination window 27, and the reflected light 41 is photoelectrically converted by the phototransistor 20. In addition, the phototransistor 21 uses the direct light 4 of the light source 35.
0 is photoelectrically converted. Both the phototransistors 20 and 21 have a gap portion into which light is incident from the light source and the original direction. However, as described in the embodiment shown in FIG. 1, the voltage of the gate electrodes arranged above and below is accumulated or depleted. The incident light to be photoelectrically converted is selected by setting such that The phototransistor 20 photoelectrically converts the reflected light of the original by setting the potentials Vga and Vgb of both gate electrodes so that the upper gate electrode serves as a storage electrode and the lower gate electrode serves as a photosensitivity control electrode. On the other hand, in the phototransistor 21, on the contrary, the potential Vg of both gate electrodes is set so that the upper gate electrode serves as the photosensitivity control electrode and the lower gate electrode serves as the storage electrode.
By setting c and Vgd, the direct light of the light source is photoelectrically converted. Since both phototransistors can be arranged sufficiently close to each other, both phototransistors are equally affected by this variation even if there is variation in the light source. When the phototransistor 20 and the phototransistor 21 are arranged in series as shown in FIG. 8 and the output voltage is taken out from the connection point of both elements, the conductance of both elements changes substantially in proportion to the amount of incident light. As a result, it is possible to obtain an output voltage that does not depend on the light amount of the light source but that depends on the reflectance of the document. Therefore, an output voltage that depends only on the reflectance of the document can be obtained regardless of the variation in the light amount of the light source 35, and thus there is an effect that a reading signal without fixed pattern noise called shading that is usually caused by the variation in the light amount can be obtained.
Further, there is a feature that the phototransistor and the thin film transistor can be manufactured by the same manufacturing process.
【００３８】梨地導電フィルムは原稿走行時に発生する
静電気によるノイズの防止機能の他、原稿面へ光を導く
スペーサとして、また原稿走行に対する耐摩耗性を確保
する働きをする。本実施例で用いている梨地導電フィル
ムは、導電層を配した薄板ガラスをセンサ基板に接着す
る構成でも同じ機能をもたせることができる。The satin-finished conductive film has a function of preventing noise caused by static electricity generated when the document is traveling, a spacer for guiding light to the document surface, and a function of ensuring abrasion resistance against document traveling. The satin-finished conductive film used in this example can have the same function even when a thin glass plate having a conductive layer is bonded to the sensor substrate.
【００３９】本実施例によれば図１で先に説明した実施
例で得られる効果により、高性能のラインイメージセン
サを、工程を複雑にすること無く提供することができる
効果が有る。また光源光を直接受光するホトトランジス
タと原稿反射光を受光するホトトランジスタを直列に接
続してその接続点から出力信号を取り出すので、光源の
光量バラツキによる信号歪を自己補正できる効果が有
る。さらに本実施例によれば、転送スイッチを構成する
薄膜トランジスタのチャンネル長に比べシフトレジス
タ、バッファを構成する薄膜トランジスタのチャンネル
長を小さくすることにより、転送スイッチのリーク電流
が小さく、シフトレジスタ及びバッファの駆動能力を向
上し、高速動作が可能となる効果が有る。また本実施例
によれば、マトリクス信号線とシフトレジスタ及びバッ
ファは受光素子を挟んで反対側に配置してあるので、シ
フトレジスタ及びバッファの配線と、マトリクス信号線
の間の寄生容量を小さくできるため、寄生容量を介して
信号線にバッファ及びシフトレジスタからのノイズが混
入することを極力防止することができる。また本実施例
によれば、シフトレジスタ及びバッファを基板上に作成
するため、基板の大きさを小さくでき、また転送スイッ
チの駆動ＩＣを省略できるため安価にラインイメージセ
ンサを提供できる効果が有る。According to the present embodiment, due to the effect obtained in the embodiment described above with reference to FIG. 1, there is an effect that a high performance line image sensor can be provided without complicating the process. Further, since the phototransistor that directly receives the light of the light source and the phototransistor that receives the reflected light of the original are connected in series and the output signal is taken out from the connection point, there is an effect that the signal distortion due to the light quantity variation of the light source can be self-corrected. Further, according to the present embodiment, by making the channel length of the thin film transistor forming the shift register and the buffer smaller than the channel length of the thin film transistor forming the transfer switch, the leak current of the transfer switch is small and the shift register and the buffer are driven. It has the effect of improving the ability and enabling high-speed operation. Further, according to the present embodiment, since the matrix signal line, the shift register and the buffer are arranged on the opposite sides with the light receiving element interposed therebetween, the parasitic capacitance between the shift register and buffer wiring and the matrix signal line can be reduced. Therefore, it is possible to prevent the noise from the buffer and the shift register from being mixed into the signal line through the parasitic capacitance as much as possible. Further, according to the present embodiment, since the shift register and the buffer are formed on the substrate, the size of the substrate can be reduced, and since the transfer switch driving IC can be omitted, the line image sensor can be provided at low cost.
【００４０】また、本実施例で用いている２つのホトト
ランジスタの代わりに、１つのホトトランジスタと蓄積
容量を直列に接続した構成とっても、シェーディング補
正効果はないが同様にラインイメージセンサを構成でき
る。また本実施例ではインバータの負荷を抵抗としてい
るが薄膜トランジスタで構成してＥ／Ｅインバータとし
てもセンサを構成できることは言うまでもない。Further, instead of the two phototransistors used in the present embodiment, a configuration in which one phototransistor and a storage capacitor are connected in series can produce a line image sensor in the same manner although there is no shading correction effect. Further, in the present embodiment, the load of the inverter is used as a resistor, but it goes without saying that the sensor can also be configured as an E / E inverter by using a thin film transistor.
【００４１】[0041]
【発明の効果】本発明によれば、感光性半導体層を上下
のゲート電極で挾みソース電極とドレイン電極の間の感
光性半導体層が上下のゲート電極のいずれかが配置され
た領域と両方のゲート電極が配置された領域からなるこ
とにより、同一の構造で上部光に感ずるホトトランジス
タと、下部光に感ずるホトトランジスタを構成できる効
果が有る。また、両ゲート電極の重積部が有るので、上
下より光が入射しても目的とする入射方向の光のみに依
存した光電変換を行い、目的としない入射方向の光の影
響を受けない良好な光電変換特性が得られる効果が有
る。また、光電変換を行うギャップ部にゲート電極を設
けているので、光感度を制御できる効果が有る。According to the present invention, the photosensitive semiconductor layer is sandwiched between the upper and lower gate electrodes, and the photosensitive semiconductor layer between the source electrode and the drain electrode is provided both in the region in which one of the upper and lower gate electrodes is arranged. Since the gate electrode is formed in the region where the gate electrode is arranged, there is an effect that a phototransistor sensitive to upper light and a phototransistor sensitive to lower light can be configured with the same structure. Also, since there is a stacking portion of both gate electrodes, photoelectric conversion that depends only on the light in the intended incident direction is performed even when light is incident from above and below, and it is not affected by the light in the incident direction that is not intended. There is an effect that various photoelectric conversion characteristics can be obtained. Further, since the gate electrode is provided in the gap portion for photoelectric conversion, there is an effect that the photosensitivity can be controlled.
【００４２】本発明によれば上下のゲート電極の一方に
は感光性半導体層がキャリアの蓄積状態となるゲート電
圧を加え、他方にはキャリアの空乏条件となるゲート電
圧を加えるので、同一の構造で上部光に感ずるホトトラ
ンジスタと、下部光に感ずるホトトランジスタを構成で
きる効果が有る。また、光電変換を行うギャップ部にゲ
ート電極を設けているので、光感度を制御できる効果が
有る。According to the present invention, one of the upper and lower gate electrodes is applied with a gate voltage at which the photosensitive semiconductor layer is in a carrier accumulation state, and the other is applied with a gate voltage at which carrier is depleted. Therefore, there is an effect that a phototransistor sensitive to upper light and a phototransistor sensitive to lower light can be configured. Further, since the gate electrode is provided in the gap portion for photoelectric conversion, there is an effect that the photosensitivity can be controlled.
【００４３】本発明によれば感光性半導体層に水素化非
晶質シリコンを用いることによって、可視光で光感度の
高いホトトランジスタが得られる効果が有る。According to the present invention, the use of hydrogenated amorphous silicon for the photosensitive semiconductor layer has the effect of obtaining a phototransistor having high photosensitivity to visible light.
【００４４】本発明によれば２つの入射光の比に依存し
た電圧を出力する受光素子を提供できる効果が有る。そ
のため光源ばらつきを自己補正する受光素子を構成でき
る効果が有る。According to the present invention, there is an effect that it is possible to provide a light receiving element that outputs a voltage depending on the ratio of two incident lights. Therefore, there is an effect that a light receiving element that self-corrects for variations in light source can be configured.
【００４５】本発明によれば工程を複雑にすること無
く、、光感度を制御できる高性能のラインイメージセン
サを提供できる効果がある。According to the present invention, it is possible to provide a high-performance line image sensor capable of controlling photosensitivity without complicating the process.
【図１】本発明のホトトランジスタの一実施例の断面図
である。FIG. 1 is a sectional view of an embodiment of a phototransistor of the present invention.
【図２】図１に示したホトトランジスタの一実施例の平
面図である。FIG. 2 is a plan view of an embodiment of the phototransistor shown in FIG.
【図３】図１に示したホトトランジスタの一実施例の等
価回路図である。FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of an embodiment of the phototransistor shown in FIG.
【図４】本発明のホトトランジスタの別の一実施例の断
面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of another embodiment of the phototransistor of the present invention.
【図５】本発明のホトトランジスタの別の一実施例の断
面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of another embodiment of the phototransistor of the present invention.
【図６】本発明の受光素子の一実施例の等価回路図であ
る。FIG. 6 is an equivalent circuit diagram of an embodiment of a light receiving element of the present invention.
【図７】本発明のラインイメージセンサの一実施例の平
面図である。FIG. 7 is a plan view of an embodiment of the line image sensor of the present invention.
【図８】図７に示したラインイメージセンサの一実施例
の回路図である。8 is a circuit diagram of an embodiment of the line image sensor shown in FIG.
【図９】図７に示したラインイメージセンサの一実施例
の断面図である。9 is a sectional view of an embodiment of the line image sensor shown in FIG.
１…ガラス基板，２、８…ゲート電極、３、７…ゲート
絶縁膜、４…感光性半導体層、５…オーミックコンタク
ト層、６…ソース、ドレイン電極、１１…ゲート端子、
１２…ソース端子、１３…ドレイン端子、１４…出力端
子、１５、１７…ギャップ部、１６…重積部、２０、２
１…ホトトランジスタ、２２…シフトレジスタ、２３…
バッファ、２４…転送スイッチ、２５…容量、２６…マ
トリクス信号線、２７…照明窓、３０…センサ基板、３
１…外部読み出し回路、３２……梨地導電フィルム、３
３…原稿，３４…プラテンローラ、３５…光源、４０…
下部入射光、４１…上部入射光、Ｒ…抵抗、Ｍ…薄膜ト
ランジスタ、Φ１，Φ２…クロック、Φ０…波形整形用
クロック、Ｖｇａ〜Ｖｇｄ…ゲート電圧、Ｖｄ、Ｖｄｄ
…電源電圧、Ｖｓ，Ｖｓｓ…グランド電圧，Ｄｉｎ…デ
ータ入力。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Glass substrate, 2, 8 ... Gate electrode, 3, 7 ... Gate insulating film, 4 ... Photosensitive semiconductor layer, 5 ... Ohmic contact layer, 6 ... Source, drain electrode, 11 ... Gate terminal,
12 ... Source terminal, 13 ... Drain terminal, 14 ... Output terminal, 15, 17 ... Gap part, 16 ... Stacked part, 20, 2
1 ... Phototransistor, 22 ... Shift register, 23 ...
Buffer, 24 ... Transfer switch, 25 ... Capacitance, 26 ... Matrix signal line, 27 ... Illumination window, 30 ... Sensor substrate, 3
1 ... External readout circuit, 32 ... Satin finish conductive film, 3
3 ... manuscript, 34 ... platen roller, 35 ... light source, 40 ...
Lower incident light, 41 ... Upper incident light, R ... Resistor, M ... Thin film transistor, Φ1, Φ2 ... Clock, Φ0 ... Waveform shaping clock, Vga to Vgd ... Gate voltage, Vd, Vdd
... power supply voltage, Vs, Vss ... ground voltage, Din ... data input.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 栗原 啓輔 神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地 株 式会社日立製作所情報通信事業部内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Keisuke Kurihara, 216 Totsuka-cho, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa, Ltd. Hitachi, Ltd. Information & Communication Division
Claims (6)
ゲート絶縁膜及び感光性半導体層を備える薄膜ホトトラ
ンジスタにおいて、ゲート電極が感光性半導体層を挟ん
で上下に配置され、ソース電極とドレイン電極の間の感
光性半導体層が、上下のゲート電極のいずれかが配置さ
れた領域と両方のゲート電極が配置された領域とから成
ることを特徴とするホトトランジスタ。1. A gate electrode, a source electrode, a drain electrode,
In a thin-film phototransistor including a gate insulating film and a photosensitive semiconductor layer, a gate electrode is arranged above and below with a photosensitive semiconductor layer in between, and a photosensitive semiconductor layer between a source electrode and a drain electrode is one of upper and lower gate electrodes. A phototransistor, characterized in that it comprises a region in which the gate is arranged and a region in which both gate electrodes are arranged.
方には感光性半導体層がキャリアの蓄積状態となるゲー
ト電圧を加え、他方にはキャリアの空乏条件となるゲー
ト電圧を加えたことを特徴とするホトトランジスタ。2. The method according to claim 1, wherein one of the upper and lower gate electrodes is applied with a gate voltage at which the photosensitive semiconductor layer is in a carrier accumulation state, and the other is applied with a gate voltage at which carriers are depleted. The featured phototransistor.
層が水素化非晶質シリコンであることを特徴とするホト
トランジスタ。3. A phototransistor according to claim 1, wherein the photosensitive semiconductor layer is hydrogenated amorphous silicon.
子により電流に変換する受光素子において、前記光電変
換素子は請求項１乃至３のいずれかに記載のホトトラン
ジスタを用いることを特徴とする受光素子。4. A light-receiving element having a photosensitive semiconductor layer for converting external light into a current by a photoelectric conversion element, wherein the photoelectric conversion element uses the phototransistor according to any one of claims 1 to 3. Light receiving element.
は、光源光を直接受光する第１のホトトランジスタと、
原稿からの反射光を受光する第２のホトトランジスタか
らなり、前記２つのホトトランジスタを直列接続したも
のであることを特徴とする受光素子。5. The phototransistor according to claim 4, wherein the phototransistor is a first phototransistor that directly receives light from a light source,
A light-receiving element comprising a second phototransistor for receiving reflected light from a document, wherein the two phototransistors are connected in series.
前記複数の受光素子の各々の受光素子により光電変換さ
れた電気信号を順次取り出す読み出し回路とを備えるラ
インイメ−ジセンサにおいて、前記受光素子は請求項４
又は５に記載のものを用いることを特徴とするラインイ
メージセンサ。6. A plurality of light receiving elements for photoelectrically converting external light,
5. A line image sensor, comprising: a reading circuit for sequentially taking out electric signals photoelectrically converted by the light receiving elements of the plurality of light receiving elements.
Alternatively, a line image sensor using the one described in 5.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4325181A JPH06177417A (en) | 1992-12-04 | 1992-12-04 | Phototransistor and line image sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4325181A JPH06177417A (en) | 1992-12-04 | 1992-12-04 | Phototransistor and line image sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06177417A true JPH06177417A (en) | 1994-06-24 |
Family
ID=18173917
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4325181A Pending JPH06177417A (en) | 1992-12-04 | 1992-12-04 | Phototransistor and line image sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06177417A (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06237008A (en) * | 1993-02-08 | 1994-08-23 | Casio Comput Co Ltd | Photosensor |
| JP2017147385A (en) * | 2016-02-19 | 2017-08-24 | 三菱電機株式会社 | Nonlinear element, array substrate and method for manufacturing array substrate |
| JP2018160858A (en) * | 2017-03-23 | 2018-10-11 | 池上通信機株式会社 | Imaging device |
| CN111009539A (en) * | 2018-10-05 | 2020-04-14 | 天马日本株式会社 | Image sensor device |
| US20220137098A1 (en) * | 2019-01-31 | 2022-05-05 | Fundació Institut De Ciències Fotòniques | Charge sensing device with gate voltage selected to operate around the charge neutrality point and tune the quantum capacitance |
-
1992
- 1992-12-04 JP JP4325181A patent/JPH06177417A/en active Pending
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| CN111009539A (en) * | 2018-10-05 | 2020-04-14 | 天马日本株式会社 | Image sensor device |
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| US11892473B2 (en) * | 2019-01-31 | 2024-02-06 | Fundació Institut De Ciències Fotòniques | Charge sensing device with gate voltage selected to operate around the charge neutrality point and tune the quantum capacitance |
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