JPS5934675A - 受光素子 - Google Patents
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- JPS5934675A JPS5934675A JP57144647A JP14464782A JPS5934675A JP S5934675 A JPS5934675 A JP S5934675A JP 57144647 A JP57144647 A JP 57144647A JP 14464782 A JP14464782 A JP 14464782A JP S5934675 A JPS5934675 A JP S5934675A
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- B23D—PLANING; SLOTTING; SHEARING; BROACHING; SAWING; FILING; SCRAPING; LIKE OPERATIONS FOR WORKING METAL BY REMOVING MATERIAL, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、とくに蓄積モードで使用される受光装置、例
えば光導電型撮像管ターゲットや固体撮像デバイスに適
用される、水素を含有する非晶質シリコ／を用いた光導
電膜を有する受光素子に関する。
えば光導電型撮像管ターゲットや固体撮像デバイスに適
用される、水素を含有する非晶質シリコ／を用いた光導
電膜を有する受光素子に関する。
水素を含む非晶質シリコンは光導電性を有するうえに、
結晶に較べ、低温条件で均質な大面積薄膜が得られるこ
とから、太陽電池、撮像装置等の受光面への応用が提案
されている。例えば、蓄積モードで使用される受光装置
の代表的な例として目、第１図に示す光導電型撮像管が
ある。これは、通常フェースプレートと呼ばれる透光性
基板１、透光性導電膜２、光導電体層６、電子銃４、外
囲器５とからなり、フェースプレー１・１を通して光導
電体層３上に結像された光像を光電変換し、光導電体層
乙の表面に電荷パターンとして蓄積し、走査電子ビーム
乙によって時系列的に読み取る仕組みになっている。な
お、一般に通常光導電体層乙の表面には、反転防止なら
ひに走査電子ビームからの電子の注入を阻止する等の１
コ的でビーム・ランディング層７が設けられている。
結晶に較べ、低温条件で均質な大面積薄膜が得られるこ
とから、太陽電池、撮像装置等の受光面への応用が提案
されている。例えば、蓄積モードで使用される受光装置
の代表的な例として目、第１図に示す光導電型撮像管が
ある。これは、通常フェースプレートと呼ばれる透光性
基板１、透光性導電膜２、光導電体層６、電子銃４、外
囲器５とからなり、フェースプレー１・１を通して光導
電体層３上に結像された光像を光電変換し、光導電体層
乙の表面に電荷パターンとして蓄積し、走査電子ビーム
乙によって時系列的に読み取る仕組みになっている。な
お、一般に通常光導電体層乙の表面には、反転防止なら
ひに走査電子ビームからの電子の注入を阻止する等の１
コ的でビーム・ランディング層７が設けられている。
本出願人は、このような光導電体層としてシリコンを主
体とし、水素を含有する非晶質材料を用いる提案をし、
特願昭５３−５８９３４号および特願昭５５−５４１５
５号として出願した。
体とし、水素を含有する非晶質材料を用いる提案をし、
特願昭５３−５８９３４号および特願昭５５−５４１５
５号として出願した。
非晶質シリコンを光導電体層として用いた撮像管は高い
光電変換特性を示すうえ、解像度や耐熱性にもすぐれる
など良好な特徴をもっている。従来は光導電体層乙につ
いては比抵抗１０ ΩＣ１１１以上の高い抵抗の非晶シ
リコン膜を作成使用していた。高抵抗であることは、蓄
積型動作を可能にすることと解像度を高くする要請から
くるもので、高抵抗膜実現のだめ、従来は反応性スパン
タリング法で特別な赤外吸収ピークを持たせた膜を作成
したシ（特願昭５５−５４１５５号）、グロー放電法で
、極く僅かの不純物を添加する方法（特開昭５６−１５
３７８２号）がとられた。特に、グロー放電法の場合、
Ａ５、Ｐなどを２００ｐｐｍ程度ドープして、比抵抗１
０ ９ｃｍ以下の低抵抗とした非晶質シリコンを光導電
体層である１０８Ωｃｍ以上の高抵抗非晶質シリコンと
、透明電極の間にブロッキング層として挿入して、撮像
管特性を向上させる方法も報告されている。しかし、こ
れらはいずれも、光電変換部を司・どる光導電体層全域
に亘って同質の膜を作成していたため、入射信号光の波
長によって感度や残像特性に優劣が生じるという現象が
見られた。
光電変換特性を示すうえ、解像度や耐熱性にもすぐれる
など良好な特徴をもっている。従来は光導電体層乙につ
いては比抵抗１０ ΩＣ１１１以上の高い抵抗の非晶シ
リコン膜を作成使用していた。高抵抗であることは、蓄
積型動作を可能にすることと解像度を高くする要請から
くるもので、高抵抗膜実現のだめ、従来は反応性スパン
タリング法で特別な赤外吸収ピークを持たせた膜を作成
したシ（特願昭５５−５４１５５号）、グロー放電法で
、極く僅かの不純物を添加する方法（特開昭５６−１５
３７８２号）がとられた。特に、グロー放電法の場合、
Ａ５、Ｐなどを２００ｐｐｍ程度ドープして、比抵抗１
０ ９ｃｍ以下の低抵抗とした非晶質シリコンを光導電
体層である１０８Ωｃｍ以上の高抵抗非晶質シリコンと
、透明電極の間にブロッキング層として挿入して、撮像
管特性を向上させる方法も報告されている。しかし、こ
れらはいずれも、光電変換部を司・どる光導電体層全域
に亘って同質の膜を作成していたため、入射信号光の波
長によって感度や残像特性に優劣が生じるという現象が
見られた。
すなわち、例えば青色光の画像の場合には信号を十分に
引き出すに要する電圧を赤色光の信号の場合よりも高く
しなければならず、さらに残像特性も信号光波長によっ
てその減衰現象が異なっているなど、非晶質シリコンを
カラー′１゛Ｖ用撮像管などに使用する場合に大きな問
題点となっていた。
引き出すに要する電圧を赤色光の信号の場合よりも高く
しなければならず、さらに残像特性も信号光波長によっ
てその減衰現象が異なっているなど、非晶質シリコンを
カラー′１゛Ｖ用撮像管などに使用する場合に大きな問
題点となっていた。
本発明の目的は、上記の問題点を解決し、信号光波長に
応じて最良の感度、残像その細画像信号がイ（）られる
ような非晶質シリコ／光導電膜を有する受光素子を提供
することである。
応じて最良の感度、残像その細画像信号がイ（）られる
ような非晶質シリコ／光導電膜を有する受光素子を提供
することである。
」二記目的を達成するために、本発明による受光素子は
光導電体層が、水素を少なくとも５原子係〜３０原子係
を含有し、かつ極く微量の１３．Ａｌ、（ｌｉａ、
ｂｔなどの第６族原子、もしくは乙１１、Ｃｄなどの第
２族原子のうち少なくとも一つを、膜の厚さ方向に濃度
勾配を有するごとく添加した非晶質シリコンから成り、
かつ上記光導電体層に透明電極側が正、反対側が負にな
る向きに電圧が印加されることを要旨とする。本発明の
有利な実施の態様においては、上記光導電体層中の微量
添加原子の含有量の分布は透光性導電膜界面で５ ｐｐ
ｍ以下であシ、かつ少なくとも膜厚の中央部までは膜厚
方向に界面からの距離とともに増加し、反対側の界面で
１１００ｐｐ以下である。上記光導電体層中の微量添加
不純物の含有量は透光性導電膜界面から距離０．５μｍ
までの領域で１０ｐｐｍ以下であるのが有利である。本
発明の他の一つの有利な実施の態様においては、上記光
導電体層と透光性導電膜との間に、ｎ型半導体薄層また
は透光性誘電体薄層のうちの少なくとも一つが挿入され
ている。
光導電体層が、水素を少なくとも５原子係〜３０原子係
を含有し、かつ極く微量の１３．Ａｌ、（ｌｉａ、
ｂｔなどの第６族原子、もしくは乙１１、Ｃｄなどの第
２族原子のうち少なくとも一つを、膜の厚さ方向に濃度
勾配を有するごとく添加した非晶質シリコンから成り、
かつ上記光導電体層に透明電極側が正、反対側が負にな
る向きに電圧が印加されることを要旨とする。本発明の
有利な実施の態様においては、上記光導電体層中の微量
添加原子の含有量の分布は透光性導電膜界面で５ ｐｐ
ｍ以下であシ、かつ少なくとも膜厚の中央部までは膜厚
方向に界面からの距離とともに増加し、反対側の界面で
１１００ｐｐ以下である。上記光導電体層中の微量添加
不純物の含有量は透光性導電膜界面から距離０．５μｍ
までの領域で１０ｐｐｍ以下であるのが有利である。本
発明の他の一つの有利な実施の態様においては、上記光
導電体層と透光性導電膜との間に、ｎ型半導体薄層また
は透光性誘電体薄層のうちの少なくとも一つが挿入され
ている。
本発明のさらに他の一つの有利な実施の態様においては
、上記光導電体層の上記透光性導電膜とは反対側の端面
にビーム・ランディング層が設けられ、上記透光性導電
膜に入射する光の強度分布がビーム走査によって検知さ
れる。
、上記光導電体層の上記透光性導電膜とは反対側の端面
にビーム・ランディング層が設けられ、上記透光性導電
膜に入射する光の強度分布がビーム走査によって検知さ
れる。
こ＼で撮像管を例にとって非晶質シリコン中の光電変換
のメカニズムを説明する。第２図は動作中の光導電体層
のエネルギー帯構造を示すもので、二重矢印は光の入射
を表わす。撮像管の場合は電子ビーム乙の走査側に正孔
が流れるように電圧を印加し、動作させる。入射信号光
は透明電極２を通過して非晶質光導電体層６中で吸収さ
れ、電子８および正孔９を発生する。
のメカニズムを説明する。第２図は動作中の光導電体層
のエネルギー帯構造を示すもので、二重矢印は光の入射
を表わす。撮像管の場合は電子ビーム乙の走査側に正孔
が流れるように電圧を印加し、動作させる。入射信号光
は透明電極２を通過して非晶質光導電体層６中で吸収さ
れ、電子８および正孔９を発生する。
入射信号光■。は、非晶質シリコンの吸収係数αに応じ
て吸収され、透明電極側から距離Ｘの位置における強度
Ｉば １＝Ｉｅ−α８ ゜ ・・曲（１）なる値捷で減
少している。実際に撮像装置に使用される非晶質シリコ
ン膜は、特願昭５５−５４１５５号において述べた通り
、太陽電池などに用いられる場合の禁止帯幅が１，６ｅ
ｖ程度であるのに比較して、１．８〜２．０ｅｖと大き
めの禁止帯幅にする必要がある。この場合、たとえば波
長４５０１ｍの青色信号光は透明電極側から０．５μｍ
１１程度の範囲で（１）式にしたがって大部分が吸収さ
れてしまう。
て吸収され、透明電極側から距離Ｘの位置における強度
Ｉば １＝Ｉｅ−α８ ゜ ・・曲（１）なる値捷で減
少している。実際に撮像装置に使用される非晶質シリコ
ン膜は、特願昭５５−５４１５５号において述べた通り
、太陽電池などに用いられる場合の禁止帯幅が１，６ｅ
ｖ程度であるのに比較して、１．８〜２．０ｅｖと大き
めの禁止帯幅にする必要がある。この場合、たとえば波
長４５０１ｍの青色信号光は透明電極側から０．５μｍ
１１程度の範囲で（１）式にしたがって大部分が吸収さ
れてしまう。
しだがって、第２図における電子、正孔の発生は透明電
極側の近傍でおこることになり、非晶質シリコンの膜中
相当の距離を正孔が走行することになる。
極側の近傍でおこることになり、非晶質シリコンの膜中
相当の距離を正孔が走行することになる。
従来の高抵抗アモルファスシリコンでは、膜質と電子、
正孔の走行性の関係が考慮されておらず、また入射光波
長に対する配慮もなされていなかったので、波長の異な
る光に対する信号を同時に処理しなければならないカラ
ー撮像素子の場合に、前記の問題点が生じていたわけで
ある。
正孔の走行性の関係が考慮されておらず、また入射光波
長に対する配慮もなされていなかったので、波長の異な
る光に対する信号を同時に処理しなければならないカラ
ー撮像素子の場合に、前記の問題点が生じていたわけで
ある。
本発明は、本発明者等が非晶質ンリコン光導電体につい
て電子および正孔の走行性を調べて得た以下の知見に基
づいている。
て電子および正孔の走行性を調べて得た以下の知見に基
づいている。
第６図は反応性スパッタリング法で作成した非晶質シリ
コンを第６族元素で段々強くドープした場合のキャリア
（電子および正孔）の走行性の変化を示すもので、１０
は電子走行性を表わし、１１は正孔走行性を表わす。６
族元素でのドーピングは、スパンクリング反応ガス中に
６族元素を含むガスを混入する方法や、３族元素を含む
シリコンを夕・−ゲットとして用いることで作成可能で
ある。
コンを第６族元素で段々強くドープした場合のキャリア
（電子および正孔）の走行性の変化を示すもので、１０
は電子走行性を表わし、１１は正孔走行性を表わす。６
族元素でのドーピングは、スパンクリング反応ガス中に
６族元素を含むガスを混入する方法や、３族元素を含む
シリコンを夕・−ゲットとして用いることで作成可能で
ある。
第５図は、６族元素の例としてボロン（１３）を反応ガ
ス中にジボラン（＋３２１１６）としているいろな量混
入して作成した非晶質／リコン中の電子および正孔によ
る光電流の変化を調べたものであるが、１３の量が増加
するにつれて電子の走行性は悪くなり、正孔の走行性が
著しく良くなることがわかった。
ス中にジボラン（＋３２１１６）としているいろな量混
入して作成した非晶質／リコン中の電子および正孔によ
る光電流の変化を調べたものであるが、１３の量が増加
するにつれて電子の走行性は悪くなり、正孔の走行性が
著しく良くなることがわかった。
一方入射光によるキャリア発生は前述のように透明電極
近傍で起るから、キャリア発生位置から透明電極へは主
として電子、電子ビーム走査側へは主として正孔が走行
することになる。
近傍で起るから、キャリア発生位置から透明電極へは主
として電子、電子ビーム走査側へは主として正孔が走行
することになる。
光励起された電子、正孔密度、および電子、正孔電流密
度は以下の式で記述される。
度は以下の式で記述される。
ｊ ＝−ｃμＥ−ｃ Ｊ）虱 ・・・・・・
（２）ｐ ｐ ｐ９ｘ θ１］ ｊ ＝ ｃ ｌｔＩ’ｒ ＋ ｃ Ｉ） −−（３）
ｅ ｅ ＣＢＸ ここで ｐ ： 正孔密度 ｎ ： 電子密度 Ｊｐ ’ 正孔電流密度 Ｊｅ： 電子電流密度 μｅ ： 電子の移動度 Ｄ ： 電子の拡散係数 μ、： 正孔の移動度 Ｄ ： 正孔の拡散係数 （２）、（ロ）および（４）式は、電子、正孔の再結合
過程と、内部空間電荷の効果を無視してお９、感度の絶
対値等を議論する上からは満足なものとはいえない。し
かし、と５で問題としている光吸収係数αと、ｊｌ、」
。の比の膜厚方向依存性を検討する上からは問題のない
近似である。（２）、（３）、（４）式より ・・・・・・ （５） ｊ ＝ｅＴＤＩ ｅ ” ｅ Ｏ・・・・・・（６） となる。
（２）ｐ ｐ ｐ９ｘ θ１］ ｊ ＝ ｃ ｌｔＩ’ｒ ＋ ｃ Ｉ） −−（３）
ｅ ｅ ＣＢＸ ここで ｐ ： 正孔密度 ｎ ： 電子密度 Ｊｐ ’ 正孔電流密度 Ｊｅ： 電子電流密度 μｅ ： 電子の移動度 Ｄ ： 電子の拡散係数 μ、： 正孔の移動度 Ｄ ： 正孔の拡散係数 （２）、（ロ）および（４）式は、電子、正孔の再結合
過程と、内部空間電荷の効果を無視してお９、感度の絶
対値等を議論する上からは満足なものとはいえない。し
かし、と５で問題としている光吸収係数αと、ｊｌ、」
。の比の膜厚方向依存性を検討する上からは問題のない
近似である。（２）、（３）、（４）式より ・・・・・・ （５） ｊ ＝ｅＴＤＩ ｅ ” ｅ Ｏ・・・・・・（６） となる。
第４図は都、Ｊｅの膜厚方向依存性を示しだもので、１
２はＪ の変化を表わし、１６はｊ、の変化を表わす。
２はＪ の変化を表わし、１６はｊ、の変化を表わす。
都−ｊｅとなる距離をｘｃとしてＸ〈ＸｏではＪｃが、
Ｘ＞ｘｏでは都が大きくなっている。（５）および（６
）式から １ ｋＴα Ｘ ＝−１２（１＋ −） ・・・・・・（
７）Ｃ２ｎ ｅＥ となる。すでに詳述したように、６族元素の添加により
正孔走行性か向上することがら、６族元素添加は少なく
ともＸ。より後に施すことが構造上必要である。捷だ、
６族元素の添加により電子正孔性が低下することより、
Ｘｏ よりも透明電極側の領域での６族元素の添加は避
けるか、極めて低いレベルに抑えなければならない。本
発明の特徴となっている６族元素ドーピング量を膜厚方
向に分布をもだせる構造は、本発明者の以上の考案によ
り提案されたものである。
Ｘ＞ｘｏでは都が大きくなっている。（５）および（６
）式から １ ｋＴα Ｘ ＝−１２（１＋ −） ・・・・・・（
７）Ｃ２ｎ ｅＥ となる。すでに詳述したように、６族元素の添加により
正孔走行性か向上することがら、６族元素添加は少なく
ともＸ。より後に施すことが構造上必要である。捷だ、
６族元素の添加により電子正孔性が低下することより、
Ｘｏ よりも透明電極側の領域での６族元素の添加は避
けるか、極めて低いレベルに抑えなければならない。本
発明の特徴となっている６族元素ドーピング量を膜厚方
向に分布をもだせる構造は、本発明者の以上の考案によ
り提案されたものである。
ところで、良好な制御下で作成された非晶質／リコン膜
においても、電子、正孔の移動度は通常ある程度のばら
つきを示す。しかし、本発明者等が提案する距離ＸＣは
その導出過程からあきらかなように、電子、正孔の移動
度の項が直接食まれていない。このだめ、本発明者等の
知見は、試料の移動度依存性を考慮するとと彦く、αの
みで素子設計の指針が得られるという。極めてすぐれた
理念であるといえる。
においても、電子、正孔の移動度は通常ある程度のばら
つきを示す。しかし、本発明者等が提案する距離ＸＣは
その導出過程からあきらかなように、電子、正孔の移動
度の項が直接食まれていない。このだめ、本発明者等の
知見は、試料の移動度依存性を考慮するとと彦く、αの
みで素子設計の指針が得られるという。極めてすぐれた
理念であるといえる。
以上の結果は、膜厚をｄとして
Ｘｏ〈〈ｄ
の条件を仮定して導出した。もしも
ＸＣ〉ｄ
となる場合に、は、６族添加領域はｘ ＝７より後に限
られるのが良いことは明らかである。
られるのが良いことは明らかである。
結局、撮像管を例にとった場合、６族ドーピングは光入
射側からＸＣ，ｄ／２のうちの小さい方の値の距離から
行なわなければならない。実用上は、提案の距離の前後
０．５μｍｉでは、本特許の効果は保持できるが、Ｘｏ
の値に合わせた方が望ましい。また第６族原子のかわり
に、Ｃｄ、Ｚｎなどの第２族原子を添加しても、同様の
改善効果が見られた。
射側からＸＣ，ｄ／２のうちの小さい方の値の距離から
行なわなければならない。実用上は、提案の距離の前後
０．５μｍｉでは、本特許の効果は保持できるが、Ｘｏ
の値に合わせた方が望ましい。また第６族原子のかわり
に、Ｃｄ、Ｚｎなどの第２族原子を添加しても、同様の
改善効果が見られた。
以下、本発明を実施例により詳しく説明する。
実施例 １゜
複数のターゲットを有するスパッタリング装置を利用し
て非晶質ノリコン受光面を作成する。適当な大きさの径
を有する光学研磨ずみガラス板上に、酸化スズ、酸化イ
ンジウム等の透明電椿を堆積し、基板として使用する。
て非晶質ノリコン受光面を作成する。適当な大きさの径
を有する光学研磨ずみガラス板上に、酸化スズ、酸化イ
ンジウム等の透明電椿を堆積し、基板として使用する。
クーゲットとして一方には高純度Ｓ１を、他方には堆積
する非晶質シリコン中にボロンが１０ｐｐｍ含まれるよ
うに調整しだボロンを含むＳｌを使用する。装置内に基
板な１ず高純度Ｓ１ ターゲットに相対して設置する。
する非晶質シリコン中にボロンが１０ｐｐｍ含まれるよ
うに調整しだボロンを含むＳｌを使用する。装置内に基
板な１ず高純度Ｓ１ ターゲットに相対して設置する。
装置内をＩ Ｘ １０ Ｔｏｒｒ以下の圧力の高真空
に排気した後、アルゴンおよび水素の混合ガスを導入し
て反応槽内を５×１０〜５×１０ＴＯｒｒ程度の圧力と
する。混合ガス中に占める水素の濃度は１０〜７０Ｌｆ
ｂ、さらに望ましくは６０〜６５％とする。基板の温度
を１５０〜３００℃とし、ターゲットに高周波電力を印
加するとプラズマ放電が発生し、基板」二に非晶質シリ
コンが堆積する。堆積速度なＱ、３ｎｍ／Ｓになるよう
にパワーを調節し、ろＯ分間反応を持続する。しかる後
、反応槽内で基板の位置を移動し、基板をボロ／添加し
たＳ１ターゲツトと相対し、反応を１９０分持続する。
に排気した後、アルゴンおよび水素の混合ガスを導入し
て反応槽内を５×１０〜５×１０ＴＯｒｒ程度の圧力と
する。混合ガス中に占める水素の濃度は１０〜７０Ｌｆ
ｂ、さらに望ましくは６０〜６５％とする。基板の温度
を１５０〜３００℃とし、ターゲットに高周波電力を印
加するとプラズマ放電が発生し、基板」二に非晶質シリ
コンが堆積する。堆積速度なＱ、３ｎｍ／Ｓになるよう
にパワーを調節し、ろＯ分間反応を持続する。しかる後
、反応槽内で基板の位置を移動し、基板をボロ／添加し
たＳ１ターゲツトと相対し、反応を１９０分持続する。
以上の操作により、非晶質シリコン膜は、透明電極側か
ら約５［１［］ｎｍは不純物を含まない水素含有シリコ
ン、その後方４μｍはボロンを含む水素含有シリコンと
なる。本実施例の光導電膜中のボロン分布を第５図に示
す。光導電膜の吸収率は作成条件に依存するほか、基板
ターゲット間の距離など、装置によっても異なるが、一
般に禁止帯幅ｔａ〜２．ＱｅＶの場合、波長４５０１１
ｍ（青色）でαは１［１ｃｍ 程度、５５０ ｎｍ
（緑色）でα〜−１ ２Ｘ１０ Ｃｍ 、 ６５０ｎｍ（赤色）テα〜１０
３ｃｍ−１程度となることが多い。
ら約５［１［］ｎｍは不純物を含まない水素含有シリコ
ン、その後方４μｍはボロンを含む水素含有シリコンと
なる。本実施例の光導電膜中のボロン分布を第５図に示
す。光導電膜の吸収率は作成条件に依存するほか、基板
ターゲット間の距離など、装置によっても異なるが、一
般に禁止帯幅ｔａ〜２．ＱｅＶの場合、波長４５０１１
ｍ（青色）でαは１［１ｃｍ 程度、５５０ ｎｍ
（緑色）でα〜−１ ２Ｘ１０ Ｃｍ 、 ６５０ｎｍ（赤色）テα〜１０
３ｃｍ−１程度となることが多い。
（７）式から例えば４５Ｑｎｍ の波長の信号光に対
してＸ。二５ＱＱｎｍと計算されるが、実際に上記の試
料で測定してみると、波長４５０ｎ＋ｎの光は、入射側
端面かも５００１ｍの距離で９９多以上吸収されてしま
う。
してＸ。二５ＱＱｎｍと計算されるが、実際に上記の試
料で測定してみると、波長４５０ｎ＋ｎの光は、入射側
端面かも５００１ｍの距離で９９多以上吸収されてしま
う。
このようにして作成した受光面に電子ビーム走査面とし
て５ｔ）２Ｓ３を蒸着した後、光導電型撮像管に組み込
んで特性測定を行なったところ、動作電圧３０Ｖにおい
て、添の１１を全く行なわない非晶質シリコンに較へ、
青色感度が４０％増加、残像特性が１／６以Ｆに減少す
るという良好な特性が得られた。
て５ｔ）２Ｓ３を蒸着した後、光導電型撮像管に組み込
んで特性測定を行なったところ、動作電圧３０Ｖにおい
て、添の１１を全く行なわない非晶質シリコンに較へ、
青色感度が４０％増加、残像特性が１／６以Ｆに減少す
るという良好な特性が得られた。
同様の装置を使い、ボロン添加が始する距離Ｘｏの位置
を変えて数種の撮像管を作り５５Ｑｎｍ（緑色）の信号
光について撮像管特性を測定した。
を変えて数種の撮像管を作り５５Ｑｎｍ（緑色）の信号
光について撮像管特性を測定した。
結果を第６図に示す。撮像管特性の良さをあらゎず指標
として、こ＼では信号出力と残像値（光を切っだ後５Ｑ
ｍｓ後の信号残留分の比率）の逆数との積を用い、任意
単位で表示した。図中、参考捷でにこの試料のＸｃを示
す。Ｘｏ＝４．０μｎ１に対応する点は不純物を添加し
ない撮像管特性を表わす。実用上はＸ。の値より若干ず
れても使用は可能であるが、Ｘｏ±０．５μｍｎが限界
で、それを越えると残像特性が著しく悪くなる。
として、こ＼では信号出力と残像値（光を切っだ後５Ｑ
ｍｓ後の信号残留分の比率）の逆数との積を用い、任意
単位で表示した。図中、参考捷でにこの試料のＸｃを示
す。Ｘｏ＝４．０μｎ１に対応する点は不純物を添加し
ない撮像管特性を表わす。実用上はＸ。の値より若干ず
れても使用は可能であるが、Ｘｏ±０．５μｍｎが限界
で、それを越えると残像特性が著しく悪くなる。
すなわち、第５図のように矩形状に不純物ドーピングを
行なう場合は、ＸＣの位置から開始することが重要であ
る。
行なう場合は、ＸＣの位置から開始することが重要であ
る。
−また、ボロンの添加レベルが１００ ｐｐｍに捷で達
すると膜の抵抗が撮像管に使用できぬ捷で下がるので、
このレベルが上限である。
すると膜の抵抗が撮像管に使用できぬ捷で下がるので、
このレベルが上限である。
第７図は実施例１で述べた方法で形成された撮像管の残
像特性（実線）を示す図である。図には比較のため、ボ
ロンを添加していない従来の非晶質シリコンを光導電膜
として使用した撮像管の残像特性も破線で示したが、本
発明により特に短波長側での残像特性の改善が著しいこ
とがわかる。
像特性（実線）を示す図である。図には比較のため、ボ
ロンを添加していない従来の非晶質シリコンを光導電膜
として使用した撮像管の残像特性も破線で示したが、本
発明により特に短波長側での残像特性の改善が著しいこ
とがわかる。
また第８図は、これら撮像管の分光感度を示すもので、
図中実線は本発明による撮像管の分光特性を示し、破線
は従来の撮像管の分光特性を示す。
図中実線は本発明による撮像管の分光特性を示し、破線
は従来の撮像管の分光特性を示す。
本発明により分光感度も向上している。
さらに、透明電極界面のドーピング量を低く設定しただ
め、暗電流の増加は見られ々いことも確認された。
め、暗電流の増加は見られ々いことも確認された。
実施例 ２゜
複数のガス導入経路を持っスパッタリング装置を使用す
る。高純度Ｓｉ ターゲットとじて、実施例１と同様な
放電条件で非晶質シリコンを堆積する。その間、ジボラ
ンガス（１３２Ｉ■６）を流量を制御しながら刻々と増
量・しつつ反応槽内に導入する。
る。高純度Ｓｉ ターゲットとじて、実施例１と同様な
放電条件で非晶質シリコンを堆積する。その間、ジボラ
ンガス（１３２Ｉ■６）を流量を制御しながら刻々と増
量・しつつ反応槽内に導入する。
非晶質７リコンの不純物含有量が１０ｐｐｍになつだ１
１Ｓ増加を止め、後は一部レベルで５Ｂｍの膜厚寸で堆
積する。不純物の分布形を第９図に示す。
１Ｓ増加を止め、後は一部レベルで５Ｂｍの膜厚寸で堆
積する。不純物の分布形を第９図に示す。
このような構造では透明電極側のトープ量が少ないので
、当初からドーピングが開始されてもよいが、Ｘ の距
離で１０ｐｐｍを越えないことが望ましい。
、当初からドーピングが開始されてもよいが、Ｘ の距
離で１０ｐｐｍを越えないことが望ましい。
このようにして作成した撮像管は実施例１同様良好な特
性を示した。
性を示した。
実施例 ６゜
実施例２と同様の方法でボロンてドープした非晶質ンリ
コノ膜を堆積するが、不純物添加は堆積開始から終了１
で連続的に増加さぜる。この場合の不純物分布は第１０
図のようになる。
コノ膜を堆積するが、不純物添加は堆積開始から終了１
で連続的に増加さぜる。この場合の不純物分布は第１０
図のようになる。
前述のように、光入射側からＸｃ−まての距離の間には
あまり多量のボロンが添加されていないととが必要であ
り、１０ｐｐｍ以下、望ましくは５１）ｌ） Ｉ１１以
下に抑えることが必要である。膜厚４μＩ１１、最終の
ボ「〕ンドーピング量５Ｑｌ）ｐＨ１の非晶質ンリコン
膜を作成したところ、青色光に対して実施例１に相当す
る改善が見られた。
あまり多量のボロンが添加されていないととが必要であ
り、１０ｐｐｍ以下、望ましくは５１）ｌ） Ｉ１１以
下に抑えることが必要である。膜厚４μＩ１１、最終の
ボ「〕ンドーピング量５Ｑｌ）ｐＨ１の非晶質ンリコン
膜を作成したところ、青色光に対して実施例１に相当す
る改善が見られた。
Ａｌ、Ｇａ、１０などの第６族原子およびＺｎ、Ｃｄ
などの第２族原子もＢと同じ効果を持っていることが
認められた。これらの不純物をシリコンに添加するには
、実施例１に記載したスパッタリングによる方法がよい
。ドープ量を調節するには、ターゲットに用いるシリコ
ンの表面の一部に添加しようとする元素を被着し、その
面積を増減して行なうのが簡明である。実施例２に記載
された、添加しようとする元素の気体化合物を導入する
方法も勿論可能であるが、これらの元素の振舞いは１３
程詳しくは調べられてい々いから、シリコン中の不純物
濃度の制御は前の方法程簡単でない。これらの元素の好
ましい不純物の濃度はすべて原子数で測ってＢのそれと
同じである。１３を含めこれらの元素を複数種類添加し
ても、その効果は実質上単体の場合と同じである。
などの第２族原子もＢと同じ効果を持っていることが
認められた。これらの不純物をシリコンに添加するには
、実施例１に記載したスパッタリングによる方法がよい
。ドープ量を調節するには、ターゲットに用いるシリコ
ンの表面の一部に添加しようとする元素を被着し、その
面積を増減して行なうのが簡明である。実施例２に記載
された、添加しようとする元素の気体化合物を導入する
方法も勿論可能であるが、これらの元素の振舞いは１３
程詳しくは調べられてい々いから、シリコン中の不純物
濃度の制御は前の方法程簡単でない。これらの元素の好
ましい不純物の濃度はすべて原子数で測ってＢのそれと
同じである。１３を含めこれらの元素を複数種類添加し
ても、その効果は実質上単体の場合と同じである。
以上説明した通り、本発明によれば、光導電体層の透明
電極側の添加元素濃度を低くすることて使用する信号光
の波長に応じて最良の特性を引き出すことができるうえ
暗電流抑制ができ、非晶質シリコンを受光面とした撮像
管の適用範囲が大幅に拡大される。
電極側の添加元素濃度を低くすることて使用する信号光
の波長に応じて最良の特性を引き出すことができるうえ
暗電流抑制ができ、非晶質シリコンを受光面とした撮像
管の適用範囲が大幅に拡大される。
なお、実施例には反応性スパッタリング法での膜形成に
ついて記述したが、グロー放電分解法などで作成した非
晶質シリコンの場合も同様の効果が認められる。才だ、
通常行なわれるように撮像管の暗電流の抑制手段として
透明電極と、光導電体層の間に各種酸化物、石化物、あ
るいは高濃度不純物添加したｎ型非晶質シリコン々どを
ブロッキング層として挿入する構造の素子の光導電膜と
して、本特許の構造の光導電膜を使用する場合も、同様
の効果が認められる。
ついて記述したが、グロー放電分解法などで作成した非
晶質シリコンの場合も同様の効果が認められる。才だ、
通常行なわれるように撮像管の暗電流の抑制手段として
透明電極と、光導電体層の間に各種酸化物、石化物、あ
るいは高濃度不純物添加したｎ型非晶質シリコン々どを
ブロッキング層として挿入する構造の素子の光導電膜と
して、本特許の構造の光導電膜を使用する場合も、同様
の効果が認められる。
その他、本発明の受光面を固体撮像素子などの撮像管以
外の光電変換デバイスに応用できることは言う寸でもな
い。
外の光電変換デバイスに応用できることは言う寸でもな
い。
第１図は光導電型撮像管の断面概略図、第２図は動作中
の光導電ターゲットのエネルギー帯構造を示す図、第６
図はボロン（Ｉ３）含有量に対する電子、正孔走向特性
を示すグラフ、第４図は光導電ターゲｙ）中の電子、正
孔電流密度分布を示す図、第５図は光導電膜中のボロン
含有量分布を示す図、第６図はボロン添加開始点（Ｘｏ
）に対する信号電流と残像の逆数値との積の関係を示す
図、第７図は信号光の波長に対する撮像管の残像値の変
化を示す図、第８図は信号光の波長に対する撮像管の分
光感度の変化を示す図、第９図および第１０図は本発明
の他の二つの実施の態様における光導電膜中のボロン含
有量分布を示す図である。 １・・・透光性基板 ２・・・透光性導電膜６・
・・光導電体層 ４・・・電子銃５・・・外囲器
６・・・走査電子ビーム７・・・ビーム・
ランディング層 ８・・・電子 ９・・・正孔代理人弁理士
中村純之助 第３図 士４図 を才系乃゛らの託實芒（χ） １’５ 図 ヤ６図 ′ｌＰ″７り１ 十８図 イ舎号先５良黍 国分寺市東恋ケ窪−丁目２８０番 地株式会社日立製作所中央研究 所内 ■発 明 者 小川博文 国分寺市東恋ケ窪−丁目２８０番 地株式会社日立製作所中央研究 所内 （Ｃ・発 明 者 牧島達男 国分寺市東恋ケ窪−丁目２８０番 地株式会社日立製作所中央研究 所内 （之発 明 者 平井忠明 国分寺市東恋ケ窪−丁目２８０番 地株式会社日立製作所中央研究 所内
の光導電ターゲットのエネルギー帯構造を示す図、第６
図はボロン（Ｉ３）含有量に対する電子、正孔走向特性
を示すグラフ、第４図は光導電ターゲｙ）中の電子、正
孔電流密度分布を示す図、第５図は光導電膜中のボロン
含有量分布を示す図、第６図はボロン添加開始点（Ｘｏ
）に対する信号電流と残像の逆数値との積の関係を示す
図、第７図は信号光の波長に対する撮像管の残像値の変
化を示す図、第８図は信号光の波長に対する撮像管の分
光感度の変化を示す図、第９図および第１０図は本発明
の他の二つの実施の態様における光導電膜中のボロン含
有量分布を示す図である。 １・・・透光性基板 ２・・・透光性導電膜６・
・・光導電体層 ４・・・電子銃５・・・外囲器
６・・・走査電子ビーム７・・・ビーム・
ランディング層 ８・・・電子 ９・・・正孔代理人弁理士
中村純之助 第３図 士４図 を才系乃゛らの託實芒（χ） １’５ 図 ヤ６図 ′ｌＰ″７り１ 十８図 イ舎号先５良黍 国分寺市東恋ケ窪−丁目２８０番 地株式会社日立製作所中央研究 所内 ■発 明 者 小川博文 国分寺市東恋ケ窪−丁目２８０番 地株式会社日立製作所中央研究 所内 （Ｃ・発 明 者 牧島達男 国分寺市東恋ケ窪−丁目２８０番 地株式会社日立製作所中央研究 所内 （之発 明 者 平井忠明 国分寺市東恋ケ窪−丁目２８０番 地株式会社日立製作所中央研究 所内
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 （１）少なくとも透光性導電膜から成る透明電極と光導
電体層とを具備し、前記透光性導電膜が光の入射側に配
置された受光素子において、前記光導電体層が、水素を
少なくとも５原子％〜６０原子係を含有し、かつ極く微
量の１３、Ａｌ、Ｇａ、Ｉ！コなどの第６族原子、もし
くはＺｌｌ、Ｃｄなとの第２族原子のうち少なくとも一
つを、膜の厚さ方向に濃度勾配を有するごとく添加した
非晶質シリコンから成り、かつ上記光導電体層に透明電
極側が正、反対側が負になる向きに電圧が印加されるこ
とを特徴とする受光素子。 （２）上記光導電体層中の微量添加原子の含有量の分布
が透光性導電膜界面で５ｐｐｍ以下であり、かつ少なく
とも膜厚の中央部１では膜厚方向に界面からの距ｍｌと
ともに増加し、反対側の界面で１００１）ｌｕｌｌ 以
下であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
受光素子。 （６）上記光導電体層中の微量添加不純物の含有量が透
光性導電膜界面から距離０．５μｍ壕での領域で１Ｏｒ
）ｒｉｍ以下であることを特徴とする特許請求の範囲第
１項および第２項のうちのいずれが一つに記載の受光素
子。 （４）上記光導電体層と透光性導電膜との間に、ｎ型半
導体薄層または透光性誘電体薄層のうちの少なくとも一
つを挿入することを特徴とする特許請求の範囲前記諸項
のうちの一つに記載の受光素子。 （５）上記光導電体層の上記透光性導電膜とは反対側の
端面にビーム・ランディング層を有し、上記透光性導電
膜に入射する光の強度分布をビーム走査によって検知す
ることを特徴とする特許請求の範囲前記諸項のうちの一
つに記載の受光素子。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57144647A JPS5934675A (ja) | 1982-08-23 | 1982-08-23 | 受光素子 |
| US06/518,658 US4626885A (en) | 1982-08-23 | 1983-07-29 | Photosensor having impurity concentration gradient |
| FR8312888A FR2532117A1 (fr) | 1982-08-23 | 1983-08-04 | Photodetecteur |
| KR1019830003896A KR880000140B1 (ko) | 1982-08-23 | 1983-08-20 | 수광소자 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57144647A JPS5934675A (ja) | 1982-08-23 | 1982-08-23 | 受光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5934675A true JPS5934675A (ja) | 1984-02-25 |
Family
ID=15366932
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57144647A Pending JPS5934675A (ja) | 1982-08-23 | 1982-08-23 | 受光素子 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4626885A (ja) |
| JP (1) | JPS5934675A (ja) |
| KR (1) | KR880000140B1 (ja) |
| FR (1) | FR2532117A1 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61222277A (ja) * | 1985-03-28 | 1986-10-02 | Sanyo Electric Co Ltd | 光起電力装置及びその製造方法 |
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