DE2903651A1

DE2903651A1 - Festkoerper-bildsensor

Info

Publication number: DE2903651A1
Application number: DE19792903651
Authority: DE
Inventors: Takao Chikamura; Shinji Fujiwara; Masakazu Fukai; Yasuaki Terui
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1978-01-31
Filing date: 1979-01-31
Publication date: 1979-08-02
Also published as: FR2416554A1; GB2014783B; FR2416554B1; DE2903651C2; GB2014783A; US4236829A

Description

JJK. ÜJSKü DIFJL.-INO. STAPF DIPL.-ING. SCHWABE DR. DR. SANDMAIR

PATENTANWÄLTE Postfach 860245 · 8000 München 86 2903651

Anwaltsakte: 29 840 l! Jan. 1379

Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Kadoma-shi, Osaka-fu/Japan

Festkörper-Bildsensor

VII/XX/Ktz

909831/0865

Γ (089) 988272 Telegramme: Bankkonten: Hypo-Bank München 4410(228»

988273 BERGSTAPFPATENT München (BLZ 70020011) Swift Code: HYPO DE MM

988274 TELEX: Btyec Vereinsbank München 453100(BLZ 70020270) 983310 0524560 BERG d Postscheck MQnchen 65343-808 (BLZ 70010080)

Anwaltsakte; 29 840

Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Festkörper-Bildsensor.

Es sind schon viele Versuche gemacht worden und werden noch immer gemacht, Festkörper-Bildsensoren zu schaffen_f die kompakt und leicht sind/ und weniger Energie verbrauchen. Die herkömmlichen Festkörper-Bildsensoren können in zwei Arten eingeteilt werden, d.h. eine X-Y-Schaltmatrixanordnung und eine Ladungsübertragungsanordnung. Bei der Matrixanordnung werden die Photosensor-Einheitszellen, wie Dioden, in Form einer Matrix angeordnet und betriebsmäßig mit Abtastschaltungen aus Feldeffekttransistoren,-verbunden. Bei der Ladungsübertragungsanordnung können externe Abtastschaltungen, wie sie bei der Matrixanordnung vorgesehen sind, entfallen. Die Matrixanordnung hat jedoch den entschiedenen Nachteil, daß die Lichtaufnahmefläche jeder Einheitszelle so klein ist, daß der Wirkungsgrad der Photoleiterumwandlung sehr niedrig ist. Die Ladungsübertragungsanordnung hat den Nachteil, daß jede Einheitszelle eine doppelte Funktion hat, näm- ... lieh das auffallende Licht zu fühlen und (an die Ausgangselektrode J ein Elektronenbündel zu übertragen, daß die auffallende Lichtmenge wiedergibt, so daß das Signal-Rausch-Verhältnis (das S/R-Verhältnis) sehr niedrig ist«. Wegen der Absorption des auffallenden Lichts durch die Elektrode, die beispielsweise aus polykristallinem Silizium hergestellt ist, ist die Empfindlichkeit gegenüber blauem Licht gering.

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Um die vorstehenden Schwierigkeiten zu überwinden, sind verschiedene Verfahren geschaffen und vorgeführt worden. Beispielsweise wird eine Photoleiterschicht über die Einheitszellen der Matrixoder der Ladungsübertragungsanordnung ausgebildet. Die Kenndaten, wie Spektralempfindlichkeit und Dunkelstrom-Kennlinie, hängen von den Eigenschaften von photoelektrischen (dünnen) Schichten ab. Infolgedessen müssen Verfahren, mit welchen eine photoelektrische dünne Schicht mit ausgezeichneten Eigenschaften über einem Halbleitersubstrat ausgebildet werden kann, auf welchem Einheitszellen oder Schaltungselemente ausgebildet sind, geschaffen werden.

Die Erfinder haben einen Photoleiter geschaffen, welcher einen HeteroÜbergang zwischen ZnSe und Zn₁ Cd Te hat. Dieser Photoleiter hat eine ausgezeichnete Spektralempfindlichkeit über dem ganzen Bereich des sichtbaren Lichts und zeigt weitere geforderte, sehr zufriedenstellende Kenndaten, so daß seine Anwendung bei dem Target einer Bildaufnahmeröhre ausführlich untersucht und entsprechende Versuche angestellt worden sind. Die Bildaufnahmeröhre mit diesem ausgezeichneten Photoleiter ist nunmehr unter der Bezeichnung "neues Vicon" bekannt, welches eine Markenbezeichnung von Matsushita Electric Industrials Co, Ltd. ist. Das Lichtbild fällt auf die ZnSe-Schicht, wobei ein Substrat aus einem transparenten Gas gebildet ist und eine transparente Elektrode hauptsächlich aus SnO₂ unter der ZnSe-Schicht gebildet ist.

Im Falle eines Festkörper-Bildsensors der.Art,bei welcher die photoelektrische Schicht über einem Halbleiter- oder Siliziumsubstrat ausgebildet ist, auf welchem die Einheitszellen der

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Ladungsübertragungs- oder der Matrixanordnung ausgebildet sind, wie oben beschrieben ist, nimmt das Siliziumsubstrat beinahe alles sichtbare Licht auf, so daß das Lichtbild auf die dünne Schicht aus Zn_1-3Cd_xTe auftreffen muß.

Andererseits kann eine dünne Schicht aus (Zn_1- Cd _1-(In„Te_) über einem Siliziumsubstrat ausgebildet werden und es kann dann eine dünne Schicht ZnSe über der vorerwähnten Schicht aufgebracht werden. Wenn jedoch dieser Aufbau einer Wärmebehandlung unterzogen wird, um seine photoleitenden Kenndaten zu verbessern, kann keine zufriedenstellende stoichiometrische Zusammensetzung von (^Zni__xCd Te)₁ (In₃Te₃) erhalten werden, was eine Zunahme in dem über einen übergang fließenden Dunkelstrom zur Folge hat. Folglich ist es unumgänglich, daß das Lichtbild auf die dünne Schicht aus Zn₁ Cd Te fällt. Die spektrale Empfind-

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lichkeit auf die blaue Farbe des bisherigen HeteroÜbergangs ist jedoch so gering, wenn das Lichtbild auf die dünne Schicht aus Zn₁ Cd Te fällt, daß ihre Anwendung bei einer Farbbild-Auf nähmeröhre u.a. unmöglich gewesen ist.

Um den Erwartungen entsprechende Eigenschaften und Kenndaten der photoelektrischen dünnen Schicht auf einem Halbleitersubstrat zu gewährleisten, muß die photoelektrische Schicht einen Ohmschen Kontakt mit einem Teil des Halbleitersubstrats bilden, und eine transparente Elektrode über der photoelektrischen Schicht darf nicht die Verschlechterung von gefordertenEigenschaften und Kenndaten der Schicht zur Folge haben. Bei dem HeteroÜbergang der vorbeschriebenen Art ist die SnO_- oder In₂O_-Schicht als

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eine Elektrode für die ZnSe-Schicht ausgebildet; jedoch kann die SnO₅ oder In~Q_-Schicht nicht einen ausreichenden ohmschen Kontakt mit den Siliziumsubstrat erlangen. Infolgedessen muß eine, entsprechende Elektrode geschaffen werden, welche einen ausreichenden ohmschen Kontakt mit dem Silizium bilden kann und welche keine Verschlechterung der geforderten Eigenschaften und Kenndaten des HeteroÜbergangs der beschriebenen Art zur Folge hat.

Wenn der HeteroÜbergang der beschriebenenArt als ein Target einer Bildaufnahme- oder -wiedergaberöhre verwendet wird, wird keine Elektrode auf der Seite der Zn_1- Cd Te-Schicht benötigt,

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da der Elektronenstrahl als eine Elektrode wirkt. BeiAnwendungen des HeteroÜbergangs der vorbeschriebenen Art bei anderen Anordnungen muß jedoch eine Elektrode über der dünnen Schicht aus Zn_1- Cd Te ausgebildet werden. Bis jetzt ist eine Silberpaste als

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Elektrode verwendet worden, sie ist jedoch als Elektrode nicht stabil und es ist schwierig, eine Elektrode mit einer gewünschten Form mit der Silberpaste zu schaffen. Ferner ist, wenn das Lichtbild auf die dünne Schicht aus Zn_1- Cd Te auftrifft, das Weiterleiten des auftreffenden Lichts durch die Silberpastenelektrode so gering, daß die Anwendungen des HeteroÜbergangs der vorbeschriebenen Art sehr begrenzt sind.

Wenn das Lichtbild auf die Schicht aus Zn_1-Cd Te wie im Falle

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der Erfindung auftrifft, muß eine zweite Elektrode, welche über dem HeteroÜbergang ausgebildet ist, transparent sein; bis jetzt ist aber überhaupt noch nichts bezüglich einer derartigen

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transparenten zweiten Elektrode berichtet worden. Verschiedene Verfahren zum Schaffen von transparenten Elektroden sind bereits vorgeschlagen und vorgeführt worden. Dies sind beispielsweise (1) ein Aufsprühverfahren; (2) das sogenannte Verfahren mit Ausscheidung aus der Gasphase (das CVD-Verfahren); (3) ein Elektronenstrahl-Verdampfungsverfahren? (4) ein Vakuumverdampfungsverfahren; und (5) ein Sputter-Verfahren.

Bei dem Aufsprühverfahren wird eine dünne Schicht aus SnO₂ über einem Substrat ausgebildet, welches auf einer hohen Temperatur gehalten wird, indem eine wässrige Lösung von SnCl. aufgesprüht wird. Bei dem CVD-Verfahren wird eine dünne Schicht aus SnO₂ über einem Substrat, welches auf einer hohen Temperatur gehalten wird, durch eine chemische Reaktion zwischen O₂ und SnCl. gebildet, welches sich in der Gasphase befindet. Bei dem Elektronenstrahl-Verdampfungsverfahren wird ein Elektronenstrahl zum Erwärmen, Schmelzen und Verdampfen von SnO₂ oder In₃O₃ in einer

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Sauerstoffatmosphäre bei 10 bis 10 Torr verwendet, um SnO _ oder In~0_ auf einem Substrat aufzubringen. Wie bei dem Elektronenstrahf-Verdampfungsverfahren wird bei dem Vakuumverdampfungsverfahren In oder Sn erhitzt, geschmolzen und in einer Sauerstoff-

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atmosphäre bei 10 bis 10 Torr verdampfte um so eine dünne Schicht aus I%°3 °^^{er Sn0}2 ^°^er einemSubstrat auszubilden. Bei

dem Sputter-Verfahren wird ein Target aus In₀O, oder SnQ₀ in

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einem Vakuum von 10 bis 10' Torr durch Gleich- oder Wechselstrom-Glimmentladungen gesputterty um so eine transparente Elektrodenschicht aus In-O₃ oder SnO- zu bilden.

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Diese Verfahren haben verschiedene Vorteileund Nachteile und werden in Abhängigkeit von den geforderten Eigenschaften und Kenndaten einer transparenten auszubildenden Elektrode und im Hinblick auf die Eigenschaften eines Substrats ausgewählt, auf welchem eine transparente Elektrode ausgebildet wird. Beispielsweise ist bei den Verfahren (1) bis (4) das Substrat selbst für die chemische Reaktion verantwortlich, welche die Ausbildung einer transparenten Elektrode zur Folge hat, so daß das Substrat auf einer Temperatur von mehr als 200^eC gehalten werden muß. Bei dem Verfahren (5) oder dem Sputter-Verfahren kann eine transparente Elektrode gebildet werden, selbst wenn ein Substrat auf niedrigeren Temperaturen gehalten wird; wegen des Aufpralls von Ionen auf das Substrat ergeben sich sehr oft Oberflächenschäden.

Die Erfindung soll daher einen Festkörper-Bildsensor schaffen, welche kompakt und leicht hergestellt werden kann, welcher eine extrem hohe Spektralempfindlichkeit und ein sehr hohes S/R-Verhältnis aufweist.

Gemäß der Erfindung kann ein derartiger Festkörper-Bildsensor durch Ausbilden eines HeteroÜbergangs geschaffen werden, der durch eine Lochsperrschicht und eine Schicht eines Systems aus Gn^_xCd_xTe)₁ (In₃Te₃) über einem Halbleitersubstrat festgelegt ist, die eine Ladungsübertragungschaltungsanordnung, wie beispielsweise eine Eimer-Kettenanordnung (Backet Brigade Device) oder eine ladungsgekoppelte Anordnung oder eine X-Y-Schaltmatrixanordnung aus einer Kombinations von Photodioden und MOS-

Feldeffekttransxstoren aufweist. - 7 -

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Um gemäß der Erfindung die spektrale Empfindlichkeit insbesondere bezüglich blauem Licht zu verbessern,, wird der Gehalt an CdTe allmählich erhöht, wenn die Tiefe, welche von der Oberfläche aus gemessen wird, auf welche das Licht auftrifft, zunimmt. Um infolgedessen den Dunkelstrom auf ein Minimum herabzusetzen und um ein hohes S/R-Verhältnis,zu erhalten, wird die Lochsperrschicht aus ZnO, ZnS, ZnSe, CdS oder CdSe gebildet; eine zwischen der Löcher sperrenden Schicht und einem Halbleitersubstrat angeordnete Elektrode ist aus Mo, Ta oder Ti gebildet, und eine transparente Elektrode, welcher über einer Schicht aus (Zn_1-Cd Te)_1- (In₃Te₃) ausgebildet ist, besteht aus einem Material, wie einer Verbindung, welche SnO₃, In-O₃₁, Au oder Pt enthält, und deren Austrittsarbeit über 4,5 eV liegt. Die transparente zweite Schicht wird durch ein Sputter-Verfahren geschaffen, und die auf diese Weise gebildete Elektrode wird einer Nachbehandlung mit Wärme unterzogen, um ihre photoelektrischen Kenndaten.zu verbessern.

Gemäß der Erfindung ist somit ein Pestkörper-Bildsensor geschaffen, welcher eine hohe spektrale Empfindlichkeit gegenüber dem gesamten Bereich des sichtbaren Lichts aufweist, und in welchem eine Photoleiterschicht mit einem Hetero-Übergang, der durch eine Lochsperrschicht und eine Schicht aus einem System von iZn cd Te).., (In₅Te-Jy besteht, über einem Halbleitersubstrat gebildet ist, welches Einheitssellen einer Ladungsübertragungsanordnung oder einer X-Y-Schaltungsmatrixanordnung aufweist»

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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform einer Einheitszelle eines Festkörper-Bildsensors gemäß der Erfindung ineiner Ladungsübertragungsanordnung;

Fig. 2A und 2B Wellenformen von Impulsen und einer Diodenspannung, die zur Erläuterung der Arbeitsweise der in Fig. 1 dargestellten Einheitszelle verwendet sind;

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Einheitszellen der in Fig. 1 dargestellten Art, welche in Form der. Ladungsübertragungsanordnung angeordnet sind;

Fig. 4 eine schematische Schnittansicht einer Einheitszelle eines Festkörper-Bildsensors gemäß der Erfindung in einer X-Y-Schaltmatrixanordnung;

Fig. 5 ein Schaltbild eines Bildsensors der X-Y-Schaltmatrixanordnung mit Einheitszellen der in Fig. 4 dargestellten Art; .

Fig. 6 ein Zeitdiagramm von Impulsen zum Ansteuern des in Fig. dargestellten Bildsensors;

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COPY

Fig. 7A die Beziehung zwischen der Zusammensetzungsverteilung hinsichtlich χ eines Systems (Zn Cd Te), (In-Te-)

und der Tiefe von dessen Oberfläche aus, auf welche das Licht auftrifft;

Fig. 7B die Beziehung zwischen der angelegtenSpannung und der Empfindlichkeit bezüglich blauen Lichts;

Fig. 8 eine spektrale Empfindlichkeitskurve eines Festkörper-Bildsensors gemäß der Erfindung im Vergleich zu der einer herkömmlichen Einrichtung;

Fig. 9 eine Kurve, welche den Unterschied bezüglich des Dunkelstroms wiedergibt, der über einen HeteroÜbergang zwischen einem Aufbau mit einer Lochsperrschicht gemäß der Erfindung und einem Aufbau fließt, der keine derartige Lochspe.rrschicht aufweist; und

Fig. 10 eine Kurve zur Erläuterung der Vorteile, die durch die Nachbehandlung mit Wärme erhalten werden, nachdem eine transparente, zweite Elektrode gebildet worden ist.

In Fig. 1 ist eine schematische Schnittansicht einer Einheitszelle eines Festkörper-Bildsensors mit einem Ladungsübertragungsschaltungselement dargestellt, das auf einem Silizium-(Si)Substrat hergestellt ist. Eine Diode wird geschaffen, indem eine η -Typ-Zone 11 in einem p-Typ-Si-Substrat 10 ausgebildet wird. Eine Potentialschwelle 12 dient dazu, die Injektion von Elektronen

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von der η -Zone 11 im Falle des Betriebs einer ladungsgekoppelten Einrichtung (die nachstehend nur noch als CCD-Anordnung bezeichnet wird) zu unterbrechen, und ist die ρ Zone. Eine n' -Typ-Zone 13 dient als eine Potentialsenke im Fall des Betriebs als Eimer-Kettenanordnung { die nachstehend nur noch als BBD-Anordnung bezeichnet wird). In Abhängigkeit davon, ob die Einheitszelle als eine CCD- oder BBD-Anordnung betrieben wird, wird die Zone 12 oder 13 ausgebildet.

Da der Betrieb sowohl der CCD- als auch der BBD-Anordnung grundsätzlich auf der Ladungsübertragung beruht, wird die Einheitszelle als BBD-Anordnung mit den Bereichen 13 und 11 beschrieben, welche von dem η -Typ sind.

Eine erste Steuerelektrode 14 hat einen die η -Type-Zone 11 überdeckenden Teil. Eine Isolierschicht 15 ist zwischen dem Si-Substrat 10 und der ersten Steuerelektrode 14 angeordnet. In ähnlicher Weise ist eine Isolierschicht 16 zwischen einer ersten Elektrode 18 und dem Substrat 10 angeordnet, während eine Isolierschicht 17 zwischen der ersten Steuerelektrode 14 und der ersten Elektrode 18 angeordnet ist. Die erste Elektrode 18 ist elektrisch mit der η -Typ-Zone 11 und mit einer Lochsperrschicht (hole blocking layer) 19 verbunden. Eine zweite Elektrode 21 ist über einer photoelektrisclien Schicht 20 aus (Zn₁ Cd Te)_1- (In₉Te-) gebildet und wird auf demselben Potential wie das Substrat 10 gehalten. Das Licht fällt auf die zweite Elektrode 21 auf. Wie durch eine gestrichelte Linie angezeigt,

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kann eine Spannung V0 an die zweite Elektrode 21 angelegt werden. In diesem Fall kann die Spannung geändert werden, die an den HeteroÜbergang zwischen der Lochsperrschicht 19 und der photoelektrischen Schicht 20 angelegt wird.

Als nächstes wird der Vorgang des Einlesens einer optischen Information in die Einheitszelle mit dem vorbeschriebenen Aufbau anhand der Fig. 2ä, welche die Ansteuerimpulse zeigt, sowie anhand von Fig. 2B beschrieben, welche Potentialänderungen an der ersten Elektrode 18 wiedergibt«. Wenn ein Leseimpuls V_^ an die erste Steuerelektrode 18 zum Zeitpunkt t- angelegt wird, steigt das Potential an der ersten Elektrode 18 auf i^v _CH~^v _T) wie in Fig. 2B dargestellt ist, wobei mit V_> die Schwellenwertspannung eines Feldeffekttransistors bezeichnet .ist, der aus η -Typ-Zonen 11 und 13 und der ersten Steuerelektrode 14 gebildet ist» Wenn das Licht 22 auf die zweite Elektrode 21 auftrifft,, werden Elektronen-Loch-Paare in der photoelektrischen Schicht 20 erzeugt, und die Elektronen erreichen die erste Elektrode 18, während die Löcher die zweite Elektrode 21 erreichen, so daß das Potential.an der ersten Elektrode 18 im Verhältnis zu der einfallenden Lichtmenge während eines Zeitintervall eines Halbbildes auf V_g abfällt . Wenn ein leseimpuls v_CH am die erste Steuerelektrode 14 zum Zeitpunkt t» angelegt wird, steigt das Oberfläcltenpotential des Halbleiters unfcer der ersten Steuerelektrode 14" an, so daB die Elektronen von der η -Typ-Zone 11 ±ja die η -Typ-Sone 13 injiziert und über eine Isolierschicht oder die Steuer- bzw. Gate-Qxidschieht 14 an einen Koppluagskondensator C_ übertragen werden, der wischen dem Substrat 10 und der

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ersten Steuerelektrode 14 festgelegt ist. Folglich steigt das Potential in der η -Typ-Zone 11 wieder auf i^vc_H~^v _T)# so daß die Elektroneninjektion gestoppt wird. Folglich wird die Elektroneninjektion gestoppt, wenn ein Elektronenbünde1,das dem bei der Entladung verloren gegangenen äquivalent ist, in den Kopplungskondensator C-, gebracht worden ist, so daß die Gesamtmenge an Elektronen, die in den Kopplungskondensatox C_ß injiziert worden ist, proportional der einfallenden Lichtmenge ist.

Wenn die zweite Elektrode 21 auf die Spannung V0 vorgespannt ist, wie durch die gestrichelte Linie in Fig. 1 angezeigt ist, fällt das Potential der Diode nicht unter die Spannung V0,selbst wenn eine große Menge Licht 22 auffällt, so daß ein "Überstrahlen" vermieden werden kann.

Anhand von Fig. 3 wird die Einrichtung beschrieben, um an den Ausgang das photoelektrische Lesesignal durch Ladungsübertragung abzugeben. In Fig. 3 ist die in Fig. 1 dargestellte Festkörper-Einheitszelle als ein linearer Sensor angeordnet, und innerhalb der gestrichelten Linien mit 23 bezeichnet. Zweite Elektroden 24 und 26 sind zusätzlich zwischen den ersten Steuerelektroden 14 und 25 benachbarter Einheitszellen angeordnet. Das in der vorbeschriebenen Weise in die η -Typ-Zone 13 injizierte Ladungs-, bündel wird unmittelbar unter der zweiten Steuerelektrode 24 in der Art einer Ladungsübertragung bewegt, wenn ein positiver Übertragungsimpuls, wie er in Fig. 2A dargestellt ist, an die zweite Steuerelektrode 24 angelegt ist. Das unter der zweiten

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Elektrode 24 bewegte Ladungsbündel wird weiter zu der ersten Steuerelektrode 25 befördert, und dann wird das unmittelbar unter der ersten Steuerelektrode 25 bewegte Ladungsbündel im wesentlichen in der gleichen Weise wie oben beschrieben unter die zweite Steuerelektrode 26 befördert. Infolgedessen wird das Ladungsbündel nacheinander durch Obertragungselektroden zu der Ausgangsdiode befördert. Das heißt, das einfallende Licht wird in die Signalelektronen umgewandelt, welche ihrerseits an den Steuerausgang übertragen werden.

In Fig. 4 ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung dargestellt, d.h. eine der Photosensor-Einheitszellen in einer X-Y-Schaltmatrixanordnung auf einem Silizium-(Si)Chip. "N -Typ"-Zonen 28 und 29 werden in einem p-Typ-Siliziumsubstrat 2η ausgebildet, und eine Steuerelektrode 34 ist durch eine Isolierschicht

30 von dem Substrat 27 getrennt. Die η -Typ-Zone 28 und 29 und die Steuerelektrode 34 bilden einenFeldeffekttransistor. Die η -Typ- Zone 28 dient als eine Senke und ist mit einer Elektrode 33 verbunden, welche ihrerseits mit einer feilenauswählleitung verbunden ist. Die Steuerelektrode 34 ist mit der entsprechenden Elektrode eines benachbarten Feldeffekttransistors verbunden und dient als Spaltönauswählleitung. Die η -Typ-Zone 29 dient als Quellenelektrode. Die Einheitszelle weist ferner Isolierschichten

31 und 32 auf, über welchen eine erste Elektrode 35 ausgebildet ist. Die erste Elektrode 35 ist elektrisch mit der Quellenelektrode 29 verbunden. Eine Lochsperrschicht 36 ist über der ersten Elektrode 35 ausgebildet und eine Photoleiterschicht 37

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aus (Zn_1- Cd Te)_1- (In₀Te.) ist über der Lochsperrschicht 36 ausgebildet. Eine zweite Elektrode 38 ist über der Photoleiterschicht 37 ausgebildet und wird auf demselben Potential wie das Substrat 27 gehalten. Wie bei der ersten Ausführungsform kann die zweite Elektrode 28 auf eine entsprechende Spannung vorgespannt werden. Das Licht fällt auf die zweite Elektrode 38 auf.

Anhand von Fig. 5 und 6 wird eine Leseoperation beschrieben. In Fig. 5 sind vier Einheitszellen des in Fig. 4 wiedergegebenen Typs dargestellt, welche in einer Mosaikanordnung aus zwei Zeilen und zwei Spalten angeordnet sind. Der Flächen- oder zweidimensionale Bildsensor weist ferner Feldeffekttransistoren 40 bis 45, Abtastschaltungen für die X- und Y- Richtung mit Abtastleitungen X₁, X-, Y₁ und Y₂ und einen Ausgängsanschluß 46 auf.

In Fig. 6 sind die Wellenformen von Impulsen dargestellt, die an die Abtast leitungen Y- bis X₂ von den Abtastschaltungen für die Y- und X-Richtung angelegt sind. Wenn der Impuls, wie in Fig. 6 dargestellt ,zum Zeitpunkt T an die Zeile Y₁ angelegt wird, werden die Feldeffekttransistoren 42 und 43 angeschaltet. Da der Impuls auch an die Leitung X₁ angelegt wird, wird auch der Feldeffekttransistor 40 angeschaltet, so daß der Strom von einer Energiequelle V_ über einen Lastwiderstand R^ zu den Dioden Q₁₁ und Q₁₁ fließt, um diese in Sperrichtung vorzuspannen. Die Diode Q₁₁ ist durch die Quellenelektrode 29 und das Substrat 27 gebildet, während die Diode Q₁₁ durch die Lochsperrschicht 36 und die Photoleiterschicht 37 gebildet ist.

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Zum Zeitpunkt T₁ ist der Feldeffekttransistor 40 abgeschaltet, während der Feldeffekttransistor 41 angeschaltet ist, so daß während der Zeit von T. bis T₂ Dioden Q₁₂ und Q'^in Sperrichtung vorgespannt sind. In ähnlicher Weise sind die Dioden Q₂₁ und Q' während der Zeit von T₃ bis T₃ und die Dioden Q₂₂ und Q^f ₂₂ während der Zeit von T₃ bis T₄ in Sperrichtung vorgespannt.

Wenn das Licht auf die Diode Q'.,..fällt, fallen die Kathodenpotentiale der DiodenQ¹ ....und Q₁₁ von einem vorgespannten Potential in der Zeit von T_ bis T₁ proportional zu der einfallenden Lichtmenge ab. Der Abfall wird für ein Zeitintervall eines Halb- oder Teilbildes (für eine Teilbild-Wiederholungsperiode) gespeichert. Die Zeit von T₄ bis T₅ sind die Feldeffekttranistoren.. 40 und 42 wie im Falle des Zeitabschnittes von T_ bis T₁ angeschaltet, so daß ein Ladungsbündel derselben Menge, das proportional zu der einfallendenLichtmenge verloren gegangen ist, von der Energiequelle ν_φ über den Belastungswiderstand zugeführt wird. Folglich ändert sich das Potential an dem Äusgangsanschluß 46 proportional zu der einfallenden Lichtmenge. Da die Impulse nacheinander angelegt werden, können in ähnlicher Weise zeitlich. seriell d.h. zeitlich nacheinander die Ausgänge abgegeben werden, die die an den Dioden Q¹^₂ und Q₁₃; Q^f ₂₁. ^und Q₂| ^s°wie Q"₂₂ Q₂₂ einfallenden Lichtmengen darstellen.

Als nächstes 'wird ein Verfahren zur Herstellung von Festkörper-Bildsensoren gemäß der Erfindung beschrieben«, In Fig. 1 werden die η -Typ-Zonen 11 unä 13 in dem p-Typ Silijsium-Wafer bzw. Plättchen bzw. durch ein Diffusionsverfahren gebildet _f und da-

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nach wird die Steueroxidschicht 15 durch ein Wärmeoxidationsverfahren ausgebildet. Das polykristalline Silizium wird dann über der Steueroxidschicht 15 aufgebracht, um die Steuerelektrode 14 zu schaffen. Danach werden durch ein CVD-SiO₂- oder ein Wärmeoxidationsverfahren die Isolierschichten 16 und 17 ausgebildet. Wenn das CVD-SiO₀ eine Verbindung, wie P₀Oj. mit einem niedrigen Schmelzpunkt enthält, tritt die Fluidisierung der Isolierschichten 16 und 17 bei einer derart niedrigen Temperatur wie 100⁰C ein, so daß die Schritte, die aus der Bildung der Steuerelektrode 14 resultieren, bis zu einem gewissen Grad abgeflacht werden können. Danach wird ein Kontaktfenster gebildet, welches die Zone 11 erreicht. Als nächstes wird die erste Elektrode 18 aus Molybdän, Tantal oder Titan mit einer Dicke von 0,05 bis 0,5 Mikron durch ein Sputter- oder Elektronenstrahl-Aufbringverfahren gebildet, während die Wafer auf einer Temperatur von 20 bis 400⁰C gehalten wird. Infolgedessen ist ein Substrat für eine Ladungsübertragungsanordnung vorbereitet.

Ein Substrat für einen Bildsensor des X-Y-Matrixtyps kann im wesentlich ähnlich dem vorbeschriebenen Verfahren aufbereitet v/erden. InFig. 4 werden die η -Typ-Zonen 28 und 29 durch ein Diffusionsverfahren gebildet ; die Steueroxidschicht 30 wird durch ein Wärmeoxidationsverfahren gebildet; die Steuerelektrode 34 wird durch das Aufbringen des polykristallinen Silizium gebildet; die Isolierschichten 31 und 32 werden durch ein CVD-SiO₂~Ver fahren aufgebracht; die Zeilenans teuer leitung 33 wird durch das Aufbringen des polykristallinen Siliziums oder Molybdäns ausgebildet , und die erste Elektrode wird durch das Aufbringen

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von Molybdän, Tantal oder Titan geschaffen.

Als nächstes wird die Ausbildung der photoelektrischen Schicht beschrieben. Da dieselben photoleitenden Schichten entweder in der in Fig. 3 dargestellten Ladungsübertragungsanordnung oder in der in Fig. 5 dargestellten X-Y-Schaltungsmatrixanordnung verwendet werden können, wird die Ausbildung dieser Schicht anhand der in Fig. 1 dargestellten Einheitszelle beschrieben.

Das in der vorbeschriebenen Weise aufbereitete Substrat wird auf einer Temperatur zwischen 150 und 300⁰C gehalten, und die Lochsperrschicht 19 wird in einer Dicke von 0,05 bis 1,0 Mikron durch ein Aufdampfverfahren im Vakuum mit ZnO, ZnS, ZnSe, Cds oder CdSe aufgebracht. Während das Substrat auf einer Temperatur zwischen 100 und 350° gehalten wird, wird danach (Zn_Q -jCä_Q 3Te)_{0 g5} (In₃Te₃J_{0 05} in einer Dicke von 0,5 bis 4,0 Mikron durch ein Aufdampfverfahren im Vakuum aufgebracht, um so die photoelektrische Schicht 20 zu bilden. Andererseits kann die photoelektrische Schicht 20 dadurch gebildet werden, daß zuerst eine Verbindung, die hauptsächlich aus CdTe besteht, in einer Dicke von 0,3 bis 3.0 Mikron unter denselben vorbeschriebenen Bedingungen aufgebracht wird und dann (ZnTe)

κ) β y y

(In₃Te₃J_{0 01} in einer Dicke von 0,2 bis 2,0 Mikron aufgebracht wird. Der dadurch geschaffene HeteroÜbergang wird für 3 bis 60 Min in einem Vakuum einer Wärmebehandlung bei 300 bis 600⁰C unterzogen. Auf diese Weise kann die photoelektrische Schicht 20 mit der' geforderten Güte geschaffen werden.

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Die zweite Elektrode 21 wird über der photoelektrischen Schicht 20 durch das Aufbringen von Au oder Pt durch ein Elektronenstrahl-Aufdampfverfahren oder durch ein Aufdampfverfahren im

Vakuum geschaffen, wobei das Substrat auf 20 bis 100 C gehalten wird. Andererseits kann die 2weite Elektrode 21 durch das Sputtern von InO-, oder SnO gebildet werden. Das heißt, eine

—5 —6 Sputter-Einrichtung wird auf 10 bis 10 Torr evakuiert, und eine Argon-Sauerstoff-Gasmischung, die Sauerstoff bei einem Partialdruck von 3 bis 10 % enthält, wird in die Einrichtung

-2 -4 geladen, bis der Druck auf 10 bis 10 Torr ansteigt. Dann wird mit dem Sputtern begonnen. Vorzugsweise wird als Target eine Verbindung (In₀O-)_n -(SnO₀)- - oder SnO₀ mit wenigen Prozent von Sb₀O-, verwendet. Je höher die Sputter-Energie ist, umso höher wird der Sputter-Wirkungsgrad; jedoch nehmen die Oberflächenbeschädigungen dementsprechend zu. Infolgedessen wird im allgemeinen die transparente Elektrode mit einer Dicke von 0,1 bis 1,0 Mikron durch einSputtern bei 40 bis 300W während 5 bis 30 min gebildet. Wenn die Oberflächenbeschädigungen zu stark sind, kann die transparente Elektrode 5 bis 60 min lang bei 100 bis 200⁰C in Luft oder in einem Vakuum einer Wärmenachbehandlung unterzogen werden. Durch diese Wärmenachbehandlung kann eine photoelektrische Schicht geschaffen werden, welche äußerst empfindlich ist und einen geringeren Dunkelstrom aufweist.

Gemäß der Erfindung können somit Festkörper-Bildsensoren geschaffen werden, welche äußerst empfindlich sind und ein hohes

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S/R-Verhältnis bzw. einen hohen Rauschabstand aufweisen.

Als nächstes werden wichtige Wirkungen, Merkmale und Vorteile der Erfindung im einzelnen beschrieben. Zuerst wird die Beziehung zwischen der Verteilung der Zusammensetzung in Richtung der Dicke der Schichten und der spektralen Empfindlichkeit beschrieben. In Fig. 7A ist die Beziehung zwischen der Schichtdicke in μΐη und der Verteilung hinsichtlich, χ der Zusammensetzung in Richtung senkrecht zu dem Substrat.dargestellt. Die Verteilungen wurden durch auf dem Auger-Effekt beruhende Untersuchungen an fünf Proben c bis G erhalten, in welchen der Gehalt an CdTe in der genannten Reihenfolge erhöht wurde. Hierbei hat sich ergeben, daß die Steigungen der Kennlinien C bis G zunehmen, wenn der Gehalt an CdTe zunimmt.

In Fig. 7B ist die Beziehung zwischen der Spannung in Volt und der Empfindlichkeit hinsichtlich des Stromes bei blauem Licht dargestellt. Aus den Kurven ist zu ersehen, daß im allgemeinen, wenn der Gehalt an CdTe zunimmt, auch die Empfindlichkeit zunimmt. Die gestrichelte Kennlinie H gibt die Empfindlichkeit einer üblichen Silizium-Photodiode an. Bei der Probe C gilt, je höher die Spannung ist, umso höher wird die Empfindlichkeit und auch umso höher wird der Dunkelstrom» Folglich ist die Probe C in der Praxis im Hinblick auf den Rauschabstand nicht vorteilhaft.

Das blaue Licht hat einen höheren Absorptionskoeffizienten, und

I_0983170865

- fro -

die Proben E und F sind in der Zusammensetzungsverteilung bei der Dicke von 0,3 Mikron ähnlich, unterscheiden sich aber beträchtlich, wenn die Schichtdicke über 0,3 Mikron hinausgeht, wie in Fig. 7A dargestellt ist. Aus Fig. 73 ist zu ersehen, daß die Proben E und F eine ähnliche Empfindlichkeit bei blauem Licht aufweisen. Aus den vorstehend angeführten Tatsachen kann geschlossen werden, daß die Empfindlichkeit hauptsächlich durch die Zusammensetzungsverteilung bei der Dicke von 0,3 Mikron bestimmt wird.

Aus Fig. 7B ist zu ersehen, daß die Probe D eine Empfindlichkeit aufweist, die höher als die der Siliziumphotodiode ist. Infolgedessen müssen die Festkörper-Bildsensoren gemäß der Erfindung eine Empfindlichkeit aufweisen, die zumindest gleich oder höher als die der Probe D ist. Aus Fig. 7A ist zu ersehen, daß die Durchschnittszusammensetzung hinsichtlich von χ der Probe D 0,05 ist, wenn die Schichtdicke kleiner als 0,3 Mikron ist und daß : je näher sie bei der zweiten Elektrode 21 liegt, je geringer der Wert von χ wird. Infolgedessen muß der Aufbau des Festkörper-sensors gemäß der Erfindung so sein, daß die durchschnittliche Zusammensetzung bei der Dicke von 0,3 Mikron höher als 0,05 hinsichtlich von χ sein muß und daß je näher er bei der zweiten Elektrode liegt, der Wert von χ allmählich kleiner werden muß. Das Oberflächenleitungsband ist dann so geneigt, daß die Rekombination von optisch angeregten Elektronen und Löchern schwierig wird, folglich die Empfindlichkeit bezüglich blauem Licht verbessert werden kann. Wenn der Wert von χ gleich eins ist, weist das Leitungsband keine Neigung auf,

_ 21 _

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so daß die Empfindlichkeit bezüglich Blaulicht geringer wird, als wenn der Wert von χ größer als oder gleich 0,05 ist und zu einer Dunkelstramzunahme führt. Infolgedessen ist die Bedingung, daß der Wert von χ gleich eins ist, entfallen. Jedoch kann bei einem Festkörper-Bildsensor zum Aufnehmen eines Schwarz-Weiß-Bildes die Zusammensetzung (Zn₁ Cd Te)₁ (In₀Te ) in zufriedenstellender Weise unter den Bedingungen 0<x<1 und 0<y <0,3 verwendet werden, da sie eine ausreichende Empfindlichkeit bezüglich weißem Licht aufweist und der Dunkelstrom geringer ist.

In Tabelle 1 sind die Eigenschaften der photoelektrischen Schichten der Erfindung und des Standes der Technik wiedergegeben.

Tabelle 1

Photoleiter	Empfind lichkeit bez. blau em Licht	Dunkelstrom (DA/Cm *2 .	3esamt- empfindlich- text	Richtung des einfallenden Lichts
Sb₂S₃	0,07	20	300	auf das Sub strat j
Si-Photo- diode	0,12	10		1 au f. eier oberen ϊ Elektrode '.
Neues Vicon	0,045 *3	5		It
Die Erfin dung	0,25	5	4500 :	It
4000
4500

- 22 -

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- γι -

*1 gemessen bei einer optimalen Spannung und bei einer Wellenlänge von 400 Mikron über derselben Fläche; *2 gemessen bei einer optimalen Spannung ;

*3 wenn das Licht auf ein Substrat auffällt, ist die Empfindlichkeit 0,27.

Die photoelektrische Schicht gemäß der Erfindung weist eine Empfindlichkeit bezüglich blauem Licht auf, die höher als die beim Stand der Technik, und die Empfindlichkeit der erfindungsgemäßen photoelektrischen Schicht bezüglich des Dunkelstroms entspricht im wesentlichen der Empfindlichkeit bezüglich weißem Licht bei dem neuen Vicon. Die inTabelle 1 aufgeführten Daten wurden aus Messungen über denselben Oberflächenbereichen der Proben erhalten. In diesem Zusammenhang muß betont werden, daß gemäß der Erfindung die photoelektrische Schicht sogar über der Steuerelektrode 14 in Fig. 1 oder 24 in Fig. 3 im Falle der Ladungsübertragungsanordnung und sogar über der Steuerelektrode und/oder den Isolierschichten 34, 31 und 32 in Fig. 2 im Falle der X- Y-Schaltmatrixordnung gebildet werden kann, so daß der Lichtaufnahmewirkungsgrad hinsichtlich des Oberflächenbereichs der photoelektrischen Schicht im Vergleich zu den herkömmlichen Festkörper-Bildsensoren u.a. beträchtlich von dem vier- auf das zehnfache erhöht werden kann. Folglich können Festkörper-Bildsensoren mit einer sehr viel höheren Empfindlichkeit geschaffen werden, wie in Fig. 8 dargestellt ist, in welcher die Spektralempfindlichkeit-Kennlinie Γ des Festkörper-Bildsensors gemäß der Erfindung im Vergleich zu der Kennlinie II der herkömmlichen Einrichtung dargestellt ist.

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Hieraus ist ohne weiteres zu ersehen, daß der Festkörper-Sensor gemäß der Erfindung eine ausgezeichnete Spektralempfindlichkeit in dem Bereich des sichtbaren Lichts bei weniger als 700 Mikron darstellt.

Als nächstes wird die Funktion der Lochsperrschicht (hole blocking layer) 19 im einzelnen beschrieben. Die Lochsperrschicht 19 ist aus ZnO, ZnS, ZnSe, CdS oder CdSe hergestellt. Aus Fig. 9 ist zu ersehen, daß das Vorhandensein der Lochsperrschicht bezüglich des Unterdrückens des Dunkelströms ziemlich wirksam sein kann. Das heißt, die Kurve A zeigt den Dunkelstrom, wenn die Lochsperrschicht aufgebracht ist, während die Kennlinie B den Dunkelstrom zeigt, wenn keine Lochsperrschicht aufgebracht ist. Der Grad der Dunkelstromunterdrückung durch die Lochsperrschicht 10 hängt von den verwendeten Materialien und den Betriebsbedingungen ab. Wenn beispielsweise die Lochsperrschicht aus ZnS hergestellt ist, weist sie einen hohen Widerstand auf, so daß sie bei einer hohen Spannung arbeitet. Folglich ist die Dicke der ZnS-Lochsperrschicht in der Praxis so weit wie möglich, beispielsweise auf 0,1 μΐη zu verringern. Bei einer ZnSe-Lochsperrschicht reicht wegen des mäßigen bis niedrigen Widerstandswerts die optimale Dicke von etwa 0,1 bis 0,5μΐη. Die Hauptaufgabe der Lochsperrschicht besteht darin, ein Injizieren von Löchern von der ersten Elektrode aus zu verhindern, um dadurch den Dunkelstromfluß zu unterdrücken. Infolgedessen sind selbstverständlich die Materialien der Lochsperrschicht 10 nicht auf die oben angeführten be-

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schränkt.

Als nächstes wird die erste Elektrode 18 im einzelnen beschrieben, deren Material die Leitung und Wirksamkeit des Festkörperbildsensors gemäß der Erfindung stark beeinflußt. Im allgemeinen hat die erste Elektrode 18 eine wichtige doppelte Funktion, nämlich (a) das Schaffen eines ohmschen Kontakts mit dem Silizium und (b) das Verhindern der Verschlechterung von Eigenschaften des HeteroÜbergangs zwischen der Lochsperrschicht 19 und der Photoleiterschicht 20 , die aus (Zn₁ Cd Te)₁

ι —χ χ ι —y

(In₃Te₃) besteht. Die Verschlechterung kann auf den Unterschied in dem Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen der ersten Elektrode 18 und dem HeteroÜbergang zurückgeführt werden, welcher seinerseits durch die auf die Aufdampfung im Vakuum folgende Wärmebehandlung hervorgerufen wird. Die Verschlechterung des HeteroÜbergangs wird auch bewirkt durch die thermische Diffusion des Materials der ersten Elektrode in dem HeteroÜbergang.

In Tabelle 1 ist (a) der Dunkelstrom in nA und (b) die Beschaffenheit des ohmschen Kontaktes bezüglich des Siliziums dargestellt, wenn die erste Elektrode 18 aus verschiedenen nachstehend aufgeführten Materialien hergestellt ist.

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S3

Tabelle 2

	Mo	Ta	Ti	Ni	Cr	W	Al	Poly -Si .	Sn ^b2	In~ °3
^^■^^Material Kenn- ^-χ^^ daten ^"""-^	5	7	9	700	700	7o:	—	-	7 '	20
Dunkelstrom (nA)	O	Ö	0	O	O	O	Ö	O	X
Auswertung des ohmschen Kon- ; taktes bezug- ; lieh Silizium						- -	Kor tre Ion tuiri
Bemerkungen

		[rößen- Lung- - iwachsr
"Π ni ei -

O = Zufriedenstellend

X = nichtzufriedenstellend.

Wenn somit die erste Elektrode aus Mo, Ta oder Ti hergestellt ist, fließt ein geringerer Dunkelstrom; wenn aber die Elektrode aus anderen Materialien hergestellt ist, nimmt der Dunkelstrom erheblich zu. Wenn die Elektrode aus polykristallxnem Silizium
oder Aluminium (Al) hergestellt ist, liegt kein Dunkelstrom vor. Der Grund hierfür liegt darin, daß bei der Elektrode aus polykristallxnem Silizium es zu einer Trennung zwischen der ersten Elektrode und dem HeteroÜbergang kommt; im Falle einer Aluminium-Elektrode kommt es zu einem Zerbrechen des HeteroÜbergangs infolge des Kornwachstums von Al während der Warmbehandlung.
Abgesehen von diesen zwei Fällen, kann die Diffusion des Materials der ersten Elektrode in den HeteroÜbergang während der Warmbe-

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handlung für die Dunkelstromzunahme verantwortlich sein. Im Falle eines Festkörper-Bildsensors hat Dunkelstrom eine Rauschkomponente zur Folge, und wie anderswo beschrieben, hat ein übermäßiger Dunkelstrom den Ausfall der richtigen Photostromspeicherung zur Folge. Folglich gilt, je weniger Dunkelstrom fließt, umso besser ist die Wirkungsweise der Festkröper-Bildsensoren. Die Verwendung von SnO- oder In₂O-hat einen kleineren Dunkelstrom zur Folge, es kann aber kein zufriedenstellender ohmscher Kontakt mit dem Silizium erhalten werden. Folglich können sie bei der Erfindung nicht verwendet werden. Infolgedessen ist der Hauptbestandteil der ersten Elektrode 18 vorzugsweise Mo, Ta oder Ti.

Als nächstes wird die zweite Elektrode im einzelnen beschrieben. Das Fließen von Dunkelstrom an dem HeteroÜbergang hängt stark von der Austrittsarbeit des Materials der zweiten Elektrode 21 ab, wie in Tabelle 3 dargestellt ist.

Tabelle 3

laterial	En	Al	Ag	Cu	Au	In₂O₃	SnO-	pt	5,2
Kenndaten "S_n.	500	150	200	100	5	5 ^:	5:	8
)unkeIstrom in IA, i/enn mit 5V vor gespannt ist KnA/cin )	40	3,74	4,28	4,27	4,5£	4,8	5,2
, Uistrittsarbeit .n ev

- 27 -

η π«·' ι / π η is

- 27 -

Wenn das Material der zweiten Elektrode 21 eine Austrittarbeit hat, die kleiner als etwa 4,5 eV ist, wirkt die zweite Elektrode nicht als Schwelle gegenüber den Elektroden, so daß es zu einem schnellen Dunkelstromanstieg kommt. Infolgedessen muß bei der Erfindung die Austrittsarbeit des Materials für die zweite Elektrode höher als 4,5 eV sein. Die bei der Erfindung für die zweite Elektrode 21 ausgewählten Materialien können mittels eines Aufdampfverfahrens im Vakuum oder eines Sputter-Verfahrens in einem stabilen Zustand aufgebracht werden, so daß ein Trennen oder Brechen der zweiten Elektrode, wie beispielsweise Ag-Paste vermieden werden kann.

Als nächstes wird der Unterschied der Heteroübergangskenndaten zwischen den durch verschiedene Verfahren gebildeten transparenten Elektroden und den Wirkungen im einzelnen beschrieben, die durch die Wärmebehandlung nach der Schaffung der transparenten Elektrode erhalten worden sind. Der Dunkelstromfluß an dem HeteroÜbergang ist in Abhängigkeit von einem Verfahren, das zum Ausbilden einer transparenten Elektrode verwendet wird, ziemlich verschieden, wie in Tabelle 4 dargestellt ist.

Tabelle 4

N. Material	Dunkelstrom	Aufsprühen	CVD	Aufdampfen	Aufdampfen	Sputtern
Kenncta^«^^	(nA/cm ) mit einer			mittels	Lm Vakuum
ten >v	Vorspannung von			Elektronen
^\	5V			strahl

mehr als	nelir	mehr als	nehr als	ungefälir
1000	ils	500	500	5
	1000

- 20-

L ') !< 3 1/0865

2303651

Sowohl das Aufsprühen als auch die CVD-Verfahren Sincr De*reits beschrieben worden. Das Substrat oder Wafer wird auf 500⁰C bzw. 300⁰C gehalten.

Bei dem Aufdampfen mittels Elektronenstrahl wurde (In-O₃)- „ (SnO₂)- ₂ verdampft und in der Sauerstoffatmosphäre bei einem Druck in der Größenordnung von etwa 1o Torr aufgebracht. Wenn in diesem Fall die Temperatur des Substrats unter 150⁰C absinkt, nimmt die Transparenz der sich ergebenen transparenten Elektrode ab, während ihr spezifischer Widerstand zunimmt. Wenn andererseits die Temperatur 150⁰C übersteigt, kann die Transparenz verbessert werden, aber der an dem HeteroÜbergang fließende Dunkelstrom nimmt zu. Die Ergebnisse beim Aufdampfen im Vakuum entsprechen denen, die beim Aufdampfen mittels Elektronenstrahl erhalten worden sind.

Bei dem Sputtern, das bereits eingangs beschrieben worden ist, wird, um die Oberflächenbeschädigungen der transparenten Elektrode auf ein Minimum herabzusetzen, die Elektrode anfangs in einer Dicke von einigen 100 Angström (A) bei einer verhältnismäßig niedrigen Leistung in der Größenordnung von beispielsweise 30 bis 50 Watt und dann bei einer höheren Leistung in der Größenordnung von beispielsweise 150 W ausgebildet. Die transparente Elektrode hat dann einen niedrigen und stabilisierten Widerstandswert und einen niedrigen Dunkelstrom. Aus der vorstehenden Beschreibung und den in Fig. 4 wiedergegebenen Daten ist zu ersehen, daß am vorteilhaftesten das Sputterverfahren für die Herstellung der zweiten Elektrode 21 angewendet wird, welche transparent sein muß.

29

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Wenn, wie oben bereits beschrieben, eine hohe Leistung bei dem Sputterverfahren zur Schaffung der zweiten transparenten Elektrode angewendet werden muß, kommt es zu Oberflächenbeschädigungen. Gemäß der Erfindung können diese Oberflächenbeschädigungen und folglich die sich daraus ergebende Verschlechterung der geforderten Eigenschaften im wesentlichen ausgeschaltet werden, wie nachstehend im einzelnen beschrieben wird.

Die Vorteile einer Wärmenachbehandlung, welche gemäß der Erfindung durchgeführt wird, sind klar aus den in Fig. 10 und Tabelle 5 dargestellten Daten zu ersehen. In Fig. 10 weist die Festkörper-Sensoreinheitszelle, welcher keiner Wärmenachbehandlung unterzogen ist, die Spektralempfindlichkeitskurve IV auf. Die transparente Elektrode wurde durch Sputtern bei etwa 200 W in einer Dicke von g,2 Mikron aufgebracht. Wenn andererseits die Einheitszelle für 30 min bei 15O⁰C der Wärmenachbehandlung unterzogen wird, um ihre Oberflächenbeschädigungen zu beheben, kann ihre Spektralempfindlichkeit erheblich verbessert werden, wie aus der Kurve III in Fig. 10 zu ersehen ist. Ferner kann die Dunkelstromkennlinie sowie die spektrale Empfindlichkeit der Photoleitfähigkeit beträchtlich verbessert werden, wie aus Tabelle 5 zu ersehen ist.

- 30. _

909831/086S

3H

Tabelle 5

	Vor der Warm behandlung	Nach der Warmbe- . handlung
)unkelstrom, wenn nit 5V vorgespannt .St	2 20nA/cm	5nA/cm
i !pektralempfind- .ichkeit μΑ/lm	1500	4500

Die Bedingungen bei der Wärmenachbehandlung müssen in Abhängigkeit von der bei dem Sputterverfahren verwendeten Leistung eingestellt werden. Wie oben beschrieben, gilt, je höher die Sputterleistung ist, um so größer sind die Oberflächenbeschädigungen, so daß die Wärmebehandlungstemperatur erhöht oder die Warmbehandlungszeit verlängert werden muß.

Wie oben beschrieben, werden gemäß der Erfindung Einheitszellen des Elektronenübertragungstyps auf einem Substrat ausgebildet, oder ein X-Y-Schaltmatrixtyp von Einheitszellen wird auf einem Substrat ausgebildet, und über den Einheitszellen werden die HeteroÜbergänge geschaffen. Mit den HeteroÜbergängen der Erfindung kann eine hohe Empfindlichkeit gewährleistet werden, die bei irgendwelchen herkömmlichen Verfahren bisher nicht erreichbar war, und der Dunkelstrom kann auf ein Minimum unterdrückt werden. Infolgedessen kann ein Festkörper-Bildsensor mit einem äußerst

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- - yt -

³⁵ 2303651

hohen Signal-Rausch-Verhältnis und einer extrem hohen Empfindlichkeit oder Spektralempfindlichkeit geschaffen werden. Mit der Erfindung können sowohl lineare als auch flächige Festkörper-Bildsensoren geschaffen werden. Wie beim Stand der Technik bekannt, kann der lineare oder eindimensionale Festkörper-Bildsensor vorteilhaft als ein Sensor in ein Faksimilesystem verwendet werden. Wegen seiner sehr hohen Empfindlichkeit können die Beleuchtungsbedingungen erheblich gelockert werden, so daß eine lange Lebensdauer einer Lichtquelle gewährleistet werden kann.Bei der zweidimensionalen oder X-Y-Schaltmatrixanordnung können die Bilder sogar unter schlechten Beleuchtungsbedingungen zufriedenstellend aufgenommen werden. Wegen der sehr hohen Empfindlichkeit kann sie sehr vorteilhaft in einer Farbfernsehkamera vorgesehen werden, so daß der Lichtpegel verringert werden kann. Außerdem können die Festkörper-Farbbildsensoren gemäß der Erfindung auf vielen Gebieten in verschiedener Weise angewendet werden.

Ende der Beschreibung

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Claims

Patentansprüche

1. Festkörper-Bildsensor dadurch gekenn ze i c h η e t, daß über einem Substrat, das durch Ausbilden von Störstellenzonen (11) in einem Halbleitersubstrat (10) aufbereitet ist, eine Isolierschicht (15) außer in einem Teil der Störstellenzonen (11) ausgebildet wird, und daß eine erste Elektrode (18) in der Weise ausgebildet wird, daß die erste Elektrode (18) in Kontakt mit einem Teil der Störstellenzonen (11) kommt und die Isolierschicht (15) bedeckt, daß ein HeteroÜbergang aus einer Lochsperrschicht (19) und einer Schicht (20) aus einem System yon (Zn₁ Cd Te). (In_oTe_) „ geschaffen ist, wobei

I ~X X I "~y Λ Jy

Q 4. χ < 1 und 0 < y < 0,3 ist, und daß eine zweite Elektrode (21) über der Schicht (20) des Systems ausgebildet und elektrisch mit dem Halbleitersubstrat (10) verbunden wird.

2. Festkörper-Bildsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,, daß die durchschnittliche Zusammensetzung in der Schicht (20) in der von der zweiten Elektrode (21)aus gemessenen Tiefe von 0,3 Mikron so ist, daß 1,0 4[ χ ^ 0,05 gilt, und daß je näher sie an der zweiten Elektrode (21) ist, umso kleiner der Wert von χ wird, d.h. der Wert von χ zunimmt, wenn die Tiefe der Schicht (20) des Systems zunimmt-

Hf (089) 988272 983273 98S274 983310

Β 0 9 B i

Telegramms:

BERGSTAPFPATENT München TELEX: 05245«) BERG d

Bankkonten: Hypo-Bank München 4410122850. (0LZ 70020011) Swift Code: HYPO DE MM Bayra Vereinsbank München 453100 (BLZ 70020270) Jtalscheck München 65343-E03 (BLZ 700100S0)

3. Festkörper-Bildsensor nach Anspruch 1, dadurch g e k e η nzeichnet, daß die Lochsperrschicht (19) aus einem der folgenden Materialien ZnO, ZnS, ZnSe, Cds und CdSe hergestellt ist.

4. Festkörper-Bildsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptkomponente der ersten Elektrode (18) aus Mo, Ta und Ti ausgewählt ist.

5. Festkörper-Bildsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode (21) aus einem Material hergestellt ist, dessen Austrittsarbeit über 4,5 eV liegt.

6. Festkörper-Bildsensor nach Anspruch 5, dadurch g e k e η nzeichnet, daß das Material für die zweite Elektrode (21) eine Verbindung ist, die SnO₂, ^In03/ Au oder Pt enthält,

7. Festkörper-Bildsensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode (21) eine durch ein. Sputterverfahren geschaffene, transparente Elektrode ist.

8. Festkörper-Bildsensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß nachdem die transparente zweite Elektrode (21) durch das Sputterverfahren geschaffen worden ist, sie einer Wärmebehandlung unterzogen wird.

9. Festkörper-Bildsensor mit einem p-Typ-Halbleitersubstrat mit

■ - ³ -

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einer Anzahl Einheitszellen,, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Einheitszelle so ist, daß sie aus einer oder mehreren n-Typ-Störstellenzonen (28,29) in oder auf dem p-Typ-Halbleitersubstrat (27) ausgebildet sind, um so einen Diodenteil zu bilden, daß eine erste Steuerelektrode (34) durch eine erste Isolierschicht (31) über dem p-Typ-Halbleitersubstrat (27) in der Weise gebildet ist, daß die erste Steuerelektrode (34) teilweise über einer oder mehreren der n-Typ-Störstellenzonen (28,29) liegt, daß eine zweite Isolierschicht über der ersten Steuerelektrode (24) und eine erste Elektrode (18) über der ersten und/oder derzweiten Isolierschicht (31,32) gebildet ist und elektrisch mit einer oder mehreren der n-Typ-Störstellen (28,29) verbunden ist.

10. Festkörper-Bildsensor, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein p-Typ-Halbleitersubstrat (27) eine Anzahl Einheitszellen aufweist, deren Steuerelektroden (34) miteinander verbunden sind, daß jede Einheitszelle so ausgebildet ist, daß erste und zweite n-Typ-Störstellenzonen (28,29) auf oder in dem p-Typ-Halbleitersubstrat (27) gebildet sind, daß die Steuerelektrode (34) über dem p-Typ-Halbleitersubstrat (24) durch eine erste Isolierschicht (31) in der Weise gebildet ist, daß die Steuerelektrode (34) teilweise über den ersten und zweiten n-Typ<-Störstellenzonen (28,29) liegt, und daß eine erste Elektrode (35) über der ersten und/oder zweiten Isolierschicht (31,32) ausgebildet und elektrisch mit der ersten n-Typ-Störstellenzone (28) verbunden ist.

§09831/0665