DE2925796A1 - Fotoleitendes material - Google Patents
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Description
BESCHREIBUNG
Die Erfindung bezieht sich auf ein amorphes fotoleitendes Material. Das fotoleitende Material ist insbesondere für
lichtempfindliche Dünn sch ich ten geeignet,· die in Speicherweise
arbeiten.
Als amorphe Halbleitermaterialien, die fotoleitend sind,
Bind bekannt ein Material mit einem Gruppe-IV-Element, wie
Si oder Ge, als Hauptbestandteil,ein Material mit einem Gruppe-V-Blernent, wie As, als Hauptbestandteil und ein Material
mit einem Gruppe-VI-Element, wie Se oder Te, als Hauptbestandteil.
Unter diesen sind die beiden letztgenannten, gegenwärtig oft verwendeten Materialien toxische Substanzen. Deshalb
gehen die Bestrebungen nach ungiftigen amorphen Materialien, deren Hauptbestandteile Si, Ge etc. sind.
In jüngerer Zeit wurden eine Wasserstoff (H) enthaltende amorphe Silicium-(Si-)Substanz, eine Wasserstoff enthaltende
amorphe Germanium-(Ge-)Substanz und ein einer Legierung dieser beiden entsprechendes amorphes Material als
aussichtsreiche Materialen für Elektronenvorrichtungen betrachtet. Über wasserstoffhaltiges amorphes Silicium und
Germanium wurde beispielsweise bei J. Chevallier et al, Solid State Communications, Band 24, Seiten 867 bis 169,
1977 berichtet. Diese Materialien sind jedoch in ihrer Anzahl begrenzt und setzen Grenzen hinsichtlich der Eigenschaften,
wenn man an das weite Anwendungsfeld dieser Materialien
für Elektronenvorrichtungen denkt. Beispielsweise läßt sich der Bandabstand (E ), welcher der wichtigste Faktor
zur Bestimmung der Eigenschaften eines Elektronenmaterials ist, nur im Bereich zwischen 0,8 und 1,65 eV auswählen, wenn
man auf amorphe Materialien auf Si-oder Ge-Basis zurückgreift.
Ein wichtiges Anwendungsbeispiel für solche fotoleitenden Materialien ist ein Lichtempfängerfläche zur fotoelektrischen
Wandlung. Verwendet man herkömmliche fotoleitende Materialien für lichtempfindliche Filme, die in Spei-
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cherbetriebsweise benützt werden, ergeben sich die unten
genannten Probleme.
Eine wichtige Eigenschaft, die für eine fotoleitende Schicht erforderlich ist, besteht darin, daß ein in der
fotoleitenden Schicht gespeichertes Ladungsmuster nicht innerhalb eines Zeitintervalls, in welchem ein bestimmtes Bildelement
zur fotoelektrischen '!vandlun^ durch einen elektronenstrahl
oder dergleichen abgetastet wird (d.h. also innerhalb einer Speicherzeit), durch Diffusion verschwinden darf. Dementsprechend
werden üblicherweise Halbleitermaterialien, deren spezifdsehe
Widerstände wenigstens 10 Si-cm betragen, beispielsweise
Chalcogenid-Gläser auf Sb3S3-, PbO- und Se-Basis, verwendet. Bei
Verwendung eines Materials, wie beispielsweise eines Si-Einkristalls, dessen spezifischer Widerstand weniger als
10 Ω»cm beträgt, muß die Oberfläche der fotoleitenden Schicht auf der Elektronenstrahlabtastseite in ein mosaikartiges
Muster unterteilt sein, um das Abklingen des Ladungsmusters zu verhindern. Unter diesen Materialien erfordert
der Si-Einkristall einen komplizierten Verarbeitungsprozeß. Die anderen Halbleiter hohen spezifischen Widerstands
haben ein schlechtes Fotoansprechverhalten, weil sie üblicherweise Haftstellenniveaus in hoher Dichte aufweisen, welche
den Durchgang von Fotoladungsträgern behindern, und bei darauf basierenden Abbildungsvorrichtungen besteht die
Gefahr eines langen Nachhängens b2W. von Nachbildern.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß ein amorphes Material, welches Silicium (Si), Kohlenstoff (C)
und Wasserstoff (H) als unverzichtbare Bestandteile enthält, nämlich ein amorphes Material mit durch die Formel
(Si1 C)1, (E)„ (kurz geschrieben als'amorphes Si1 C (H)')
ι— χ χ ι— y y ι—χ χ
ausgedrückter Zusammensetzung ein ausgezeichnetes fotoleitendes Material ist. Ein amorphes Material mit einer Zusammensetzung
gemäß (Si1 C)1, (H). wobei 0,02 - χ - 0,3 und 0,02 - y
< ι-χ χ i-y y
- 0,3 ist, ist als fotoleitendes Material bevorzugt. Im amorphen Material darf natürlich etwas an Fremdstoffen
enthalten sein. Ein Teil der Zusammensetzung kann durch Germanium substituiert sein, welches ein Element ist,
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das zur gleichen Gruppe wie Si und C gehört. Eine Substitutionsmenge
bis zu ungefähr 40 % des Kohlenstoffs ist im praktischen Gebrauch möglich.
Durch Herstellung des amorphen Materials mit Si und C läßt sich ein Bandabstand (E ) verwirklichen, der breiter
als bei dem Material ist, das Si als Hauptbestandteil enthält. Dies bringt den bei dem amorphen Material mit Hi als
Hauptbestandteil nicht vorhandenen Vorteil mit sich, daß sich ein spektrales Änsprechverhalten erreichen läßt, das
näher bei der spektralen Lichtausbeute liegt. Im Zusammensetzungsbereich.,
in welchem χ = 0,3 oder weniger ist, ist die Veränderung des Bandabstands E in Abhängigkeit vom
Kohlenstoffgehalt extrem linear und die Einstellung der
Eigenschaften leicht, so daß dieses amorphe Material für
den praktischen Gebrauch am geeignetsten ist.
Wenn χ kleiner als 0,02 ist, ist vom Standpunkt des
praktischen Gebrauchs aus die Veränderung des Bandabstands Eg gering.
Hinsichtlich des Wasserstoffs andererseits wird vermutet,
daß er ein Bestandteil ist, der insbesondere dahingehend wirkt, daß ein hauptsächlich aus Silicium und Kohlenstoff
bestehendes Material amorph wird.
Ein zu hoher Wasserstoffgehalt vermindert jedoch die
mechanische Festigkeit der Schicht selbst, und ebenso geht dadurch die thermische Stabilität zurück. Bei Anwendung
auf eine Vorrichtung ist daher ein übermäßig viel Wasserstoff enthaltendes Material unter Lebensdauergesichtspunkten
nicht günstig.
Ferner hat das amorphe Material gemäß der Erfindung den großen Vorteil, daß sich mit ihm ein Material hohen spezifischen
Widerstands einfach gewinnen läßt.
Im Hinblick auf diese Vorteile ist das amorphe Material für einen lichtempfindlichen Film zur fotoelektrischen Wandlung,
der in Speicherweise betrieben wird, brauchbar. Natürlieh kann es auch für lichtempfindliche Filme zu anderen
Verwendungszwecken verwendet werden.
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Eine in Speicherbetriebsweise verwendete Lichtempfängerfläche umfaßt im allgemeinen wenigstens einen transparenten
leitenden Film und einen fotoleitenden Film, wobei dieser fotoleitende Film als Einfach- oder Mehrfachschicht
aufgebaut ist. Der Bereich des fotoleitenden Films, der auf den Einfall von Licht hin Paare aus freien Elektronen und
positiven Löchern erzeugt, besteht aus dem amorphen Material der Zusammensetzung (Si1 C ) Λ (IJ) . Wenn das Material für
eine Bildaufnahmeröhre usw. verwendet wird, sollte sein
10 spezifischer Widerstand wenigstens zu 10 Ω«cm, vorzugs-
1 2
weise wenigstens zu 10 Ω«cm, gemacht werden.
weise wenigstens zu 10 Ω«cm, gemacht werden.
Im folgenden wird-"die Erfindung anhand der beigefügten
Zeichnung weiter erläutert. Auf dieser zeigt bzw. zeigen Figur 1 in schematischer Darstellung eine Apparatur zur
Herstellung des fotoleitenden Materials gemäß der
Erfindung,
Figuren 2a und 2b eine Draufsicht bzw. eine Schnittansicht
Figuren 2a und 2b eine Draufsicht bzw. eine Schnittansicht
eines Kathodenzerstäubungs-Targets (Sputter-Targets) ,
Figur 3 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Abscheidungsgeschwindigkeit beim Kathodenzerstäuben
und der Filmzusammensetzung,
Figur 4 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem relativen Kohlenstoffgehalt und dem Flächenverhältnis
zwischen Kohlenstoff und Silicium beim Kathodenzerstäubungs-Target,
Figuren 5 bis 11 Schnittansichten jeweils einer Lichtempfängerfläche,
die das fotoleitende Material verwendet, Figur 12 eine graphische Darstellung des radialen Intensitätsprofils
eines Elektronenbeugungsbilds des fotoleitenden Materials,
Figur 13 eine graphische Darstellung der Fotoleitfähigkeit
des fotoieitenden Materials,
Figur 14 eine Schnittansicht einer Bildaufnahmeröhre des Fotoleitungstyps, welche ein typisches Beispiel
eines Speicher-Fotosensors ist, und Figur 15 eine Schnittansicht eines Lichtempfängerabschnitts,
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die ein Beispiel eines das fotoleitende Material verwendenden Festkörper-Fotosensors zeigt.
Das amorphe Material gemäß der Erfindung, das eine durch
die Formel (Si1- C)1- (H) ausgedrückte Zusammensetzung hat,
kann nach verschiedenen Verfahren hergestellt werden.
Das erste Verfahren ist ein reaktives Kathodenzerstäuben. Figur 1 zeigt eine Modellansicht einer Apparatur , wie
sie für das reaktive Kathodenzerstäuben verwendet wird. Die
Apparatur selbst ist eine gewöhnliche Kathodenzerstäubungseinrichtung.
1 bezeichnet einen Kezipienten, der evakuiert werden kann, 2 ein Kathodenzerstäubungs-Target, 3 ein Probensubstrat,
4 eine Sperrblende, 5 einen Eingang für einen Kathodenzerstäubungs-Hochfrequenzoszillator, 6 eine Heizung
zum Erwärmen des Substrats, 7 Kühlwasserleitungen zur Kühlung des Substrats, 8 eine Wasserstoffquelle hoher Reinheit,
9 einen Einlaß für ein Gas, wie etwa Argon, 10 einen Gasbehälter, 11 einen Druckmesser, 12 einen Vakuummesser und
eine Anschlußöffnung an ein Evakuiersystem.
Silicium (Si) und Kohlenstoff (C) , verkörpert durch"
Graphit, werden als Kathodenzerstäubungs-Target verwendet. Dabei wird das Target iri herkömmlicher Weise präpariert,
indem Graphitscheiben 22 auf einem Siliciumsubtrat
21 angeordnet werden, wie dies beispielsmäßig in den Figuren 2a und 2b dargestellt- ist. Figur 2a ist eine Draufsicht
des Targets, während Figur 2b eine Schnittansicht desselben darstellt. Durch geeignete Auswahl des Flächenverhältnisses
zwischen Silicium und Kohlenstoff läßt sich die Zusammensetzung Si1- .C (H) steuern. Es ist selbstverständlich erlaubt,
Siliciuinscheiben auf einem Kohlenstoff substrat anzuordnen.
Ebensogut kann das Target durch Nebeneinanderanordnung beider Materialien aufgebaut sein.
Wenn Silicium, bei welchem vorab dafür gesorgt wurde, daß es beispielsweise Phosphor (P), Arsen (As), Bor (B),
Gallium (Ga), Antimon (Sb), Indium (In) oder wismuth (Bi) enthält, als Kathodenzerstäubungs-Target verwendet wird, kann
ein solches Element als Fremdstoffelement eingeschossen
werden. Für die Gewinnung eines -Materials hohen spezifischen
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Widerstands wird eine Menge von höchsten 0,1 Atom-% im
praktischen Gebrauch verwendet. Hier gilt das gleiche wie bei auf dem Gebiet der Halbleitermaterialien üblichen
Techniken. Nach diesem Verfahren läßt sich das amorphe Si1-C (H) mit jedem gewünschten Leitungstyp, also n-Typ
oder p-Typ, erzeugen. Daneben kann der Widerstandswert des Hal- -rials durch die "Ootiei ung mit dem Fremdstoff
verändert werden. Selbst so hohe Widerstandswerte wie ungefähr 1O 3S1CHi ias&erj sich verwirklichen. Für den spezifistehen
Dünkelv/icLerstanr! Rind 10 5f. ■ Cn>
die Obergrenze im pr akt is eher. Gebr a uch.
Ferner läßt sich etwas Sauerstoff als Fremdstoff in das amorphe Material leicht einführen.
Bei Verwendung des oben beschriebenen Geräts wird in einer Argon-(Ar-) Atmosphäre, die Wasserstoff (H„) in verschiedenen
Mischungsverhältnissen von maximal 30 MoI-S enthält, eine Hochfrequenzentladung herbeigeführt, damit das
Silicium und der Graphit kathodenzerstäubt und auf dem . Substrat niedergeschlagen. Auf diese Weise erhält man eine
Dünnschicht. Der Druck der wasserstoffhaltigen Ar-Atmosphäre kann dabei jeden Wert innerhalb eines Bereiches haben, in
welchem eine Glimmentladung aufrechterhalten werden kann, wobei der Wert üblicherweise ungefähr 0,013 bis 1,3 mb (ungefähr
0,01 bis 1,0 Torr) beträgt. Zwischen 0,13 bis' 1 ,3 mb (0,1
und 1,0 Torr) ist die Entladung besonders stabil. Die Temperatur des Probensubstrats kann im Bereich zwischen Raumtemperatur
und 573 K (3000C) ausgewählt werden. Temperaturen
zwischen ungefänr 420 und 520 K (ungefähr 150 und 25O°C)
sind die praktischsten. Der Grund dafür ist, daß bei zu tiefen Temperaturen der Einschuß von Wasserstoff in das
amorphe Material schwierig ist, während umgekehrt bei zu hohen Temperaturen der Wasserstoff die Neigung hat, das amorphe
Material zu verlassen.Es wurde bestätigt, daß für den Fall einer Substrattemperatur von 473 K (2000C) die Abscheidungsgeschwindigkeit
auf dem Substrat in Abhängigkeit vom Mischungsverhältnis von Si und C in der in Figur 3 dargestellten Weise
variiert.
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— Q _
Nach diesem Verfahren läßt sich die Ausbildung
des amorphen Si1- C (H) mit C-Konzentrationen von
0 bis 99 % wirksam durchführen, die Abscheidungsgeschwindigkeit wird jedoch extrem niedrig, wenn die Konzentration von
C 100 % beträgt. Figur 4 ist eine graphische Darstellung der Zusammensetzungen des amorphen Si1- C (H) die durch
Veränderung des Flächenverhältnisses zwischen den Komponenten Si und C des Targets erzeugt wurden. Der Wasserstoffgehalt
in der Atmosphäre betrug beispielsweise 6 Mol-%, das
Mischungsverhältnis zwischen Si und C kann jedoch in der Praxis als unabhängig vom Wasserstoffgehalt in der Atmosphäre
betrachtet werden. Der Wasserstoffgehalt wird vielmehr
durch Einstellung des Partialdruckes von Wasserstoff in der Ar-Atmosphäre gesteuert. Wenn der Wasserstoffgehalt
in der Atmosphäre zu 5 bis 7 Mol-% gemacht wird, läßt sich ein Gehalt von ungefähr 30 Atom-% im amorphen Si1- C (H)
I X X
verwirklichen. Hinsichtlich anderer Zusammensetzungen kann der Partialdurck von Wasserstoff mit auf diesen Anteil grob
fixiertem Ziel eingestellt werden. Was die Wasserstoffkomponente
im Material anbelangt, so wurde das durch Erwärmung erzeugte Wasserstoffgas durch Massenspektrometrie gemessen.
Silicium und Kohlenstoff wurden nach der XPS-Methode (X-ray photoemission spectroscopy r Röntgen-Fotoemissionsspektroskopie)
gemessen.
Das in der Atmosphäre vorhandene Argon kann durch andere Edelgase, wie etwa Krypton (Kr)>
ersetzt sein.
Ein Verfahren, welches zur Gewinnung einer Probe hohen spezifischen Widerstands besonders bevorzugt ist, besteht
in obigem Verfahren, das auf das reaktive Kathodenzerstäuben einer Siliciumlegierung in einer Mischatmosphäre, bestehend
aus Wasserstoff und einem Edelgas, wie etwa Argon, zurückgreift. Als Kathodenzerstäubungseinrichtung ist eine Tieftemperatur-Hochgeschwindigkeits-Kathodenzerstäubungseinrichtung
des Magnetron-Typs geeignet.
Ein zweites Verfahren zur Herstellung des amorphen Si1- C (H) nützt die Glimmentladung aus. Unter Verwendung
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eines Gasgemisches aus SiH. und CH. wird durch die Glimmentladung
eine Zersetzung dieser organischen Substanzen und ein Niederschlag der Bestandteile auf einem Substrat bewirkt.
Auf diese Weise wird das amorphe Si1- C (H) ausgebildet.
Der Druck des aus SiH4 und CH4 bestehenden Gasgemisches
wird dabei auf einem Wert zwischen 0,13 und 6,65 mb (0,1 und 5 Torr) gehalten. Die Glimmentladung kann dabei nach einem
Gleichspannungs-Glinmientladungsverfahren oder einem Hochfrequenz-Glinunentlaciungsverfahren
erzeugt werden. Durch Veränderung des Verhältnisses ?;>r\ sehen BiH4 und CH4, die
das Gasgemisch bilden, läßt sich der Anteil von Si und C steuern. Zur Gewinnung von amorphem Si1 C (H) guter
Qualität muß die Substrattemperatur bei 373 bis 473 K
(100 bis 2000C) gehalten werden.
Amorphes Si1- C (H) des p-Typs oder des η-Typs kann
derart erzeugt werden, daß 0,1 bis 1 Vol.-% an B0H, oder
PH-. dem SiH4 und CH4 bestehenden Gasgemisch zusätzlich
beigemischt werden.
Hinsichtlich der das Gemisch bildenden Gase können SiH4 und CH4 durch geeignete organische Substanzen, wie
etwa C2H4, ersetzt werden. Als Gase zur Dotierung, wenn
amorphes Si1- C (H) in den p- oder den η-Typ gebracht werden
soll, sind Substanzen, wie AsH3, Sb(CH3).,, Bi(CHO3
usw. ebenfalls wirksam.
Das photoleitende Material gemäß der Erfindung läßt sich auch nach anderen Verfahren, beispielsweise durch
Elektronenstrahlverdampfung in aktiver Wasserstoffatmosphäre
oder durch Plasmazersetzung, herstellen.
Die Eigenschaften des fotoleitenden Materials gemäß der Erfindung lassen sich wie folgt zusammenfassen:
(1) Verglichen mit den Materialien aus kristallinem Si, amorphen Si, usw. hat das erfindungsgemäße Material eine
Spektralempfindlichkeit zu einem Bereich kürzerer Wellenlängen hin. D.h., man kann ihm ein Empfindlichkeitsmaximum
für Licht irgendeiner Wellenlänge zwischen ungefähr 650 nm und 450 nm verleihen.
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_ 1 i —
(2) Das erfindungsgeitiäße Material hat eine bessere Wärmebeständigkeit
als amorphes Si(H) usw.
(3) Das Herstellungsverfahren für das erfindungsgemäße
Material ist einfach, wobei verhältnismäßig niedrige Temperatüren
(nicht mehr als 573 K (3000C)) bei der Herstellung genügen·.-
(4) Es ist einfach, große Flächen herzustellen.
(5) Die mechanische Festigkeit ist hoch.
(6) Es ist möglich, die Kosten zu verringern.
(7) Das erfindungsgemäße Mateiial hat. ausgezeichnete Eigenschaften
hinsichtlich seiner Bestätigkeit gegen Chemikalien, wie Alkalien. Beispielsweise löst sich amorphes Silicium auf,
wenn es mit einer NaOH-Lösung in Berührung gebracht wird, wohingegen sich das erfindungsgemäße amorphe Material
praktisch kaum auflöst,. -
Das fotoleitende Material gemäß der Erfindung ist nutzvoll bei Anwendung auf einen lichtempfindlichen Film zur
fotoelektrischen Wandlung, der in Speicherweise betrieben wird.
Bei einem Fotosensor der Speicherbetriebsweise muß eine Hochwiderstandsschicht zur Speicherung und Beibehaltung
des Ladungsmusters über eine bestimmte Zeit für die Erzielung einer hohen Auflösung nicht immer die gesamte
fotoleitende Schicht sein, sondern es kann sich dabei auch um einen Teil der fotoleitenden Schicht handeln, der die
Oberfläche, auf welcher das Ladungsmuster erscheint, enthält. Üblicherweise arbeitet die Hochwiderstandsschicht, wenn man
sie als Ersatzschaltbild ausdrückt, kapazitiv. Als Anforderung von der Leitungskonstante her ist es daher wünschenswert/ .
daß die Schicht wenigstens 10 nm dick ist. Im allgemeinen wird die Dicke des fotoleitenden Films so ausgewählt, daß
sie im Bereich zwischen 100 nm und 20 ym liegt.
Figur 5 zeigt ein Beispiel eines lichtempfindlichen Films, in welchem die oben beschriebene amorphe fotoleitende
Hochwiderstandsschicht nur in einem Teil einer fotoleitenden Schicht 33 verwendet wird. Die fotoleitende Schicht 33 hat
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Doppelschichtaufbau, der aus einer amorphen fotoleitenden Hochwiderstandsschicht 37 und einer weiteren fotoleitenden
Schicht 38 besteht. In diesem Falle werden durch in Richtung eines Schirmträgers 31 einfallendes Licht Fotoladungsträger
in der fotoleitenden Schicht 38 erzeugt und diese in die amorphe fotoleitende Hochwiderstandsschicht
injiziert, wo wie a.l~ Lad uivgs muster in der Oberfläche dieser
Schicht gespeichert werden.Da die fotoleitende Schicht 38 nicht
direkt mit der Speicherung zu tun hat, muß sie nicht immer
den hoher-, ^p*?/fischen Widerstand von '»wenigstens 10 ,Q'cm
haben und kann aus bekannten Fotoleitern CdS, CdSe, Se oder ZnSe bestehen.
Als eine lichtdurchlässige leitende Schicht 32 kann üblicherweise ein niederohmiger Oxidfilm aus SnO-/ In-O.,,
Ti°2 °der dergleichen oder ein semitransparenter Metallfilm
aus Al, Au oder dergleichen verwendet werden. Um den Dunkelstrom des Fotosensors zu vermindern und die Ansprechgeschwindigkeit
zu erhöhen, ist es zweckmäßig, einen gleichrichtenden Kontakt zwischen dem transparenten leitenden
Film 32 und der fotoleitenden Schicht 33 herzustellen« Durch Zwischenlegung einer dünnen n-Oxidschicht zwischen die
fotoleitende Schicht 33 und den transparenten leitenden Film 32 ist es möglich, die Injektion von positiven Löchern aus
dem transparenten leitenden Film 32 in die fotoleitende Schicht 33 zu unterdrücken. Es hat sich gezeigt, daß man damit einen
guten gleichrichtenden Kontakt erreicht. Um den Kontakt als Fotodiode verwenden zu können, ist es wünschenswert, die
Seite des transparenten leitenden Films zum positiven Pol und die Seite der amorphen Schicht zum negativen Pol zu
machen. Figur 6 zeigt ein Beispiel eines Fotosensors, der einen solchen Aufbau aufweist. Eine n-0xidschicht 39 liegt
zwischen dem transparenten leitenden Film 32 und der amorphen fotoleitenden Schicht 33. Figur 7 ist eine Schnittansicht,
die ebenfalls ein Beispiel eines Fotosensors mit einer n-Oxidschicht zeigt.Sie ist die gleiche wie im Beispiel der
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Figur 6, mit Ausnahme, daß die fotoleitende Schicht 33 einen Mehrschichtaufbau, bestehend aus den Schichten 37 und
38, aufweist. Ein Fotoleiter, welcher eine Empfindlichkeit
zum sichtbaren Bereich hin hat, ist üblicherweise ein HaIbleiter, dessen Bandabstand ungeführ 2,0 eV beträgt- In
diesem Fall sollte dementsprechend die n-Oxidschicht. 39 zweckmäßigerweise einen Bandabstand von wenigstens 2,0 eV
haben, damit sie nicht verhindert, daß Licht an der fotoleitenden Schicht 33 ankommt·>
Zur Blockierung der Injektion von. positiven Löchern, aus dem transparenten leitenden Film
32 reicht eine n-Oxidschicht 39 mit einer Dicke von ungefähr 5 nm bis 100 ran aus. Als Materialien für diese Verwendung
zeigen Verbindungen wie Ceroxid, Wolframoxid, Nioboxid, Germaniumoxid und Molybdänoxid günstige Eigenschaften. Da
diese Materialien üblicherweise η-Leitfähigkeit zeigen, verhindern sie nicht, daß Fotoelektronen, die durch das
Licht in der amorphen fotoleitenden Schicht 33 erzeugt worden sind, zum transparenten leitenden Film 32 abfließen.
Wenn ein solcher lichtempfindlicher Film als Target einer Bildaufnahmeröhre verwendet wird, ist es wünschenswert,
daß als Strahllandeschicht zusätzlich eine Schicht aus Antimontrisulfid über die Oberfläche der fotoleitenden
Schicht 33 gelegt wird, um die Injektion von Elektronen aus dem Abtastelektronenstrahl zu verhindern und die Emission
von Sekundärelektronen aus der fotoleitenden Schicht zu
unterdrücken. Zu diesem Zweck wird der Antimontrisulfidfilm
unter Argongas eines niedrigen Druckes zwischen 1,3 · 10 b (1-10~3Torr) und 1,3 - 10~5b (1-10~2Torr) aufgedampft, wobei
die Dicke des Filiris ausreicht, wenn sie im Bereich zwischen
10 nm und 1 ym liegt. Figur 8 ist eine Schnittansicht, die
ein Beispiel dieses Aufbaus zeigt. Der transparente leitende Film 32 und der fotoleitende Film 33 werden auf dem lichtdurchlässigen
Substrat 31 angeordnet, und ferner ist ein Antimontrisulfidfilm 41 auf dem entstandenen Aufbau ausgebildet.
Auch Figuren 9 bis 11 sind Schnittansichten, die Beispiele zeigen, bei welchen der Antimontrisulfidfilm
41 auf dem fotoleitenden Film 33 ausgebildet ist. Hierbei
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zeigt Figur 9 ein Beispiel, bei welchem der fotoleitende Film 33 die Schichtstruktur, bestehend aus den Schichten
37 und 38, hat, während Figuren 10 und 11 Beispiele zeigen, bei welchen obige Maßnahme auf einen Aufbau angewandt ist,
bei welchem die n-Oxidschicht 39 zwischen dem fotoleitenden Film 33 und der transparenten Elektrode 32 vorliegt.
Hinsichtlich der fotoleitenden Schicht 33 wurden Beispiele eines Einschichtenaufbaus und Beispiele eines Zweischichtenaufbaas
aus den Schichten 37 und 38 beschrieben, ebensogut kann die fotoleitende Schicht aber auch aus noch mehr
Schichten aufgebaut, sein. In diesem Fall versteht sich, daß der Teil, der dazu dient, das Ladungsmuster zu speichern,
als Hochwiderstandsschicht in der oben beschriebenen Weise ausgebildet ist.
Die Zusammensetzung kann ebensogut kontinuierlich verändert
werden.
Die Aufbauten der soweit erläuterten verschiedenen Lichtempfängerflächen können nach dem Verwendungszweck ausgewählt
werden.
Die Merkmale der oben beschriebenen Licht'empfängerflachen
lassen sich folgendermaßen zusammenfassen:
(1) Eine hohe Auflösung von ungefähr 800 Linien pro 2,54 cm (1 inch) läßt sich verwirklichen.
(2) Verglichen mit Lichtempfängerflächen aus kristallinem
Si, amorphen Si usw., hat die erfindungsgemäße Lichtempfängerfläche
eine Spektralempfindlichkeit zu kürzeren Wellenlängen hin. D.h., sie kann mit einem Empfindlichkeitsmaximum
für Licht irgendeiner Wellenlänge zwischen ungeführ 560 nm
und 450 nm ausgestattet werden.
(3) Nachbilder -ersten nicht auf, was eine sehr günstige Eigenschaft
ist.
(4) Die Lichtempfängerfläche gemäß der Erfindung hat ausgezeichnete
Wärmebeständigkeit. Insbesondere zersetzt sich das die Lichtempfängerfläche gemäß der Erfindung bildende
Material mit einem C-Gehalt von 30 % erst bei 773 K (5OO°C)
während sich amorphes Si(H) bereits bei ungefähr 620 K (ungefähr 3500C) zu zersetzen beginnt.
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(5) Die mechanische Festigkeit ist hoch.
(6) Das Herstellungsverfahren ist einfach.
(7) Es ist kein toxisches Element enthalten, so daß eine Umweltgefährdung nicht zu befürchten ist.
Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf Beispiele im einzelnen erläutert.
Beispiel 1
Beispiel 1
Amorphes (Si1 CJ1 (H) verschiedener Zusammen-Setzungen
wurde durch die weiter oben beschrieben reaktive Kathodenzerstäubung hergestellt. Bei der verwendeten Kathodenzerstäuburigseinrichtung
handelte es sich um das in Figur 1 gezeigte Magnetron-Gerät. Das Substrat, auf welchem der
Film abgeschieden wurde, bestand aus Glas, die Substrattemperatur wurde zu 473 K (2000C) gemacht. Das Zusammen-Setzungsverhältnis
zwischen-Si und C wurde durch das Verhältnis der Flächen, die die Komponenten Si und C auf einem
Target einnahmen, gesteuert.
Beispiele von durch reaktive Kathodenzerstäubung hergestellten Proben sind in Tabelle 1 aufgelistet.
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Proben- | 1 —X | C | JC | J1 V(H | y | Bandabstand | Energie der Mitte |
Nr. | X | 1-y | (eV) | der Spektralempfind | |||
0,01 | y | lichkeit (eV) | |||||
1 | 0,02 | 0,3 | ^ 1 ,67 | •v 2,21 | |||
2 | 0,05 | 0, ί | ^ 1,68 | ^ 2,23 | |||
3 | C,'' | 0, 3 | -, 1,74 | -v 2,28 | |||
4 | 0,15 | V. > ; 3 | Ί> ! , θ4 | ".■ 2,37 | |||
j. | 0,2 | 0,3 | - ?,49 | ||||
6 | 0,25 | 0,3 | ^ 2,56 | ||||
7 | 0,3 | 0,3 | ^ 2,67 | ||||
8 | 0,02 | 0,3 | λ, 2,76 | ||||
9 | 0,1 | 0,1 | •v 2,19 | ||||
10 | 0,3 | 0,1 | ^.2,35 | ||||
11 | 0,4 | l | 0,2 | * 2,73 | |||
12 | 0,6 | 0,2 | Niedrige Fotoempf. | ||||
13 | 0,6 | 0,2 | Niedrige Fotoempf. | ||||
14 | 0,05 | Fast keine Fotoempf. | |||||
-- ■>, 94 | |||||||
^ 2,03 | |||||||
ν 2,14 | |||||||
ι. 2,20 | |||||||
^ 1,66 | |||||||
^ 1 ,80 | |||||||
-ν 2,15 | |||||||
-v 2,10 | |||||||
^ 1,80 | |||||||
^ 1,40 |
Verschiedene Eigenschaften wurden für einen Film einer Dicke von 500 nm gemessen. Die Gasatmosphäre war ein Gasgemisch,
bestehend aus Argon und Wasserstoff, bei einem Druck von weniger als 0,133 mb (0,1 Torr). Die Hochfrequenzleistung
lag bei einer Frequenz von 13,65 MHz und einer Eingangsleistung von 250 W. Wie aus Tabelle 1 ersichtlieh,
läßt sich durch Steuerung der Zusammensetzung bei dem fotoleitenden i-laterial gemäß der Erfindung das Empfindlichkeitmaximurn
auf Licht jeder beliebigen Wellenlänge zwischen ungefähr 560 nm und 450 nm einstellen. Figur 12 ist
eine graphische Darstellung des radialen Intensitätsprofils des Elektronenbeugungsbilds der Probe Nr. 8. Daraus läßt
sich die Bestätigung gewinnen,da'ß das Material amorph ist. Die Intensitätsprofile sind über den gesamten Zusammensetzungsbereich
der Materialien ähnlich, was anzeigt, daß die Materialien alle amorph sind.
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Es wurde der Fotoleitwirkungsgrad bzw. die Fotoleitausbeute für Licht einer Quantenenergie von 2,6 eV gemessen.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargelegt.
Der Fotoleitwirkungsgrad wurde in einer solchen Weise gemessen, daß Elektroden an beiden Enden eines amorphen
Dünnfilms durch Aufdampfung von Aluminium aufgebracht wurden und daß der Widerstand zwischen beiden Enden gemessen
wurde. Eine Xenon-Lampe wurde als Lichtquelle verwendet, wobei die Einstrahlung von Licht einer 2,6 eV
entsprechenden WeI it-nlänge spektirometrisch erreicht wurde.
Der Fotoleitwirkungsgrad ist in Relativwerten angegeben,
wobei der Fall χ = 0 1,O gesetzt ist.
<Si1-xCx>1-yiH>y | y | Relativwert des Fotoleit wirkungsgrads |
X | 0,3 0,3 0,3 0,3 |
«v» 1,0 ^2,0 * 2,7 ι- 2,2 |
0 0,1 0,2 0,3 |
Aus den Ergebnissen der Tabelle 2 entnimmt man, daß sich das Maximum der spektralen Empfindlichkeit mit Zunahme des
Kohlenstoffgehalts χ zur Seite höherer Energie hin verschiebt.
Figur 13 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Fotoleitfähigkeit und der Energie des
einfallenden Lichts bei einem amorphen Si1- C (H) zeigt,
bei welchem χ = 0,14 und y = 0,2 ist.
Ferner hat das amorphe Si1- C (H) gemäß der Erfindung
ausgezeichnete Wärmebeständigkeit. Das Bestehen dieser Tatsache wird sehr deutlich beispielsweise durch die Messung
der Ansah! von Wasserstoffatomen gestützt, die infolge
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der Erwärmung des Materials abgegeben werden. Tabelle 3 gibt ein Beispiel des Ergebnisses.
?.ir.orphes | Temperatur, bei | Anzahl von | |
Si(H) | welcher die abge | abgegebenen | |
amorphes | gebene Wasserstoff | Wasserstoffato | |
SiO,7CO,3(H) | menge ein Maximum | men (/cm3/Grad) | |
zeigt | im Maximum | ||
Vergleichs | 773 K | ||
beispiel | (5000C) | ο * IU | |
Erfindung | 973 K | ■5 · 1019 | |
(7000C) | |||
Was die Materialien gemäß der Erfindung anbelangt, so ist die Temperatur, bei welcher die Menge an abgegebenen
Wasserstoff eine Spitze zeigt, ungefähr proportional dem Kohlenstoffgehalt. Selbst wenn der Kohlenstoffgehalt 0,1
Atom-% beträgt, ist die Temperatur, bei welcher sich das Maximum zeigt, ungefähr 840 K (ungefähr 57O°C), somit die
Wärmebeständigkeit also sehr groß.
Das fotoleitende Material gemäß der Erfindung zeigt also einen außerordentlich bemerkenswerten Effekt in Bezug
auf die Wärmebeständigkeit.
Es wurde weiter oben ausgeführt, daß Wasserstoff eine
besondere Wirkung hinsichtlich des Amorphmachens des Materials
hat. Die Rolle des Wasserstoffs wird folgendermaßen gesehen.
Es ist bekannt, daß im allgemeinen in der Umgebung von Normaltemperatür und Normaldruck synthetisierter'Kohlenstoff
Graphitstruktur mit Dreierkoordination annimmt und ein Halbmetall und nicht eine Halbleitersubstanz mit Diamantstruktur
mit Viererkoordination wird. Wenn man also einfach Kohlenstoff in eine amorphe Substanz auf Si-Basis, die
Diamantbindung der Viererkoordination hat, mischt, ist folglich
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nicht zu erwarten, daß eine amorphe Substanz auf Si-C-Basis
mit Viererkoordination synthetisiert wird. Dazu im Gegensatz läßt sich durch Einführung von Wasserstoff
das amorphe Si1- C (H) verwirklichen, das sich bei Elektronenvorrichtungen
nutzbringend anwenden läßt. Von diesem Material nimmt man an, daß es folgendermaßen aufgebaut
ist. Die sogenannte Diamantstruktur mit Viererkoordination,
bei welcher die Anordnung der nächsten Nachbaratome derart istf daß ein Si-Atom in der Mitte eines
regelmäßigen Tetraeders liegt und die benachbarten
Si-Atome die Ecken des regelmäß8gen Tetraeders einnehmen, bildet die Grundeinheit, während freie Bindungen, die
wegen der Amorphheit unausweichlich vorhanden sind, mit Wasserstoff (H) in Formen wie Si-H und SiCS, aufgefüllt
werden.
Unter Verwendung von Si-Kathodenzerstäubungstargets,
19 -3 von denen jedes ungewähr 10 cm an B oder P enthielt,
wurden die in Tabelle 4 aufgelisteten Materialien hergestellt. Es konnten so n- und p-leitende Materialien gewonnen
werden.
Prober Nr. |
51I-X^ 1-y(H)y | y | Band abstand (eV) |
Energie der Mitte der Spektral- empfindlich- ket (eV) |
Fremd stoff im Target |
Leitungs- |
1 2 3 |
X | 0,3 0,3 0,3 |
λ. 1,85 - 1,85 -ν- 2,20 |
* 2,37 * 2,37 * 2,75 |
B P P |
p-Typ n-Typ n-Typ |
0,1 0,1 O,3 |
In diesem Beispiel wird die Anwendung des amorphen Materials gemäß der Erfindung bei einer Lichtempfängerfläche
für eine Bildaufnahmeröhre erläutert.
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2S257SS
Auf einem Glassubstrat 1 wurde ein transparenter leitender Film aus Zinnoxid nach einem Verfahren, bei
welchem SnCl, in Luft thermisch zersetzt wird, ausgebildet.
Nachfolgend wurde ein Target, bei welchem ein Graphitstück mit einer Reinheit von 99,9999 % auf einem Substrat aus
polykristallinem Silicium mit einer Reinheit von 99,99999 % angeordnet war, in einer Hochfrequenz-Kathodenzerstäubungseinrichtung
angebracht. Durch Veränderung des Verhältnisses der Silicium- und Kohlenstoffflächen wurden verschieden
Proben bergen teilt. Ein amorpher Sjlciumfilm 3 wurde auf
dem transparenten leitenden Film durch reaktive Kathodenzerstäubung
für verschiedene Mischatmosphären, welche aus Argon eines Drucks von 5,65 · 10 b (5*10 Torr) und Wasserstoff
eines Drucks von 3,99 ■ 10~7 bis 3,99 · 10 b (3*1O~4 bis 3-10~3Torr) bestanden, hergestellt- In allen
Fällen wurde das Substrat bei 473 K (2000C) gehalten. Die
Hochfrequenzleistung wurde auf eine Frequenz von 13,65 MHz und eine Eingangsleistung von 250 W eingestellt. Die Dicke
des amorphen Siliciumfilms betrug ungefähr 2 ym. Beispiele
von Proben mit den so ausgebildeten amorphen
(Si., C).. (H) -Filmen sind in Tabelle 5 aufgelistet.
ι—χ χ ι —y y
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- 21 -
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Proben- Nr. |
(Si1-xC | x> | i-y(h)y | Spezifi scher Wider stand (Ω -cm) |
1012 | Energie der Mitte der Spektral empfindlichkeit (eV) |
X | Y | <\ι 2 ·■ | 1012 ίο12 |
* 2,21 | ||
1 | 0,01 | 0,3 | θ; 2 * -v 3 - |
1012 | * 2,2 3 ■v 2,28 |
|
2 3 |
0,02 0,05 |
0,3 O, 3 |
'V, S <■ | 1012 | •u 2,37 | |
4 | 0,1 | ■ | 0, .: | »ν* 6 · | 1012 | ^ 2,49 |
5 | 0,15 | 0,3 | ■v 6 · | 1012 | •v 2,56 | |
6 | 0,2 | 0,3 | 1V 6 * | 1012 | λ, 2,67 | |
7 | 0,25 | 0,3 | 'x* 4 · | 1012 | «x. 2,76 | |
8 | 0,3 | 0,3 | *\* "1 · | 1012 | -ν 2,19 | |
9 | 0,02 | O/l | t\j j · | 1012 | -v 2,35 | |
10 | 0,1 | 0,1 | <v 4 ♦ | «v 2,73 | ||
11 | 0,3 | 0,2 |
Wenn die in dieser Weise ausgebildeten Lichtempfänger flächen für Bildaufnahmeröhren des Vidikon-Typs verwendet
wurden, so ergaben sich hervorragende Bildaufnahmeeigenschaften ohne Nachbilder.
Eine Fotoleit-Bildaufnahmeröhre, die im Speicherbetrieb arbeitet, hat den in Figur 14 gezeigten Aufbau. Sie setzt
sich zusammen aus einem lichtdurchlässigen Substrat 31,
üblicherweise "Schirmträger" genannte, einem transparenten leitenden Film 32, einer fotoleitenden Schicht 33, einer
Elektronenkanone 34 und einem Röhrenkolben 35. Ein auf der fotoleitenäen Schicht 33 durch den Schirmträger 31 hindurch
ausgebildetes optisches Bild wird fotoelektrische gewandelt und als Ladungsmuster in der Oberfläche der fotoleitenden
Schicht 33 gespeichert. Das gespeicherte Ladungsmuster wird durch einen Abtastelektronenstrahl 36 zeitsequentiell ausgelesen.
Wenn die fotoleitende Schicht gemäß der Erfindung in der in Figur 14 gezeigten-Weise als Target der Bildaufnahmeröhre
verwendet wird, ist es zweckmäßig, auf der Oberfläche der
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fotoleitenden Schicht 33 Antiraontrisulfid als Strahllandeschicht
aufzuschichten, um die Injektion von Elektronen
des Abtastelektronenstrahls 36 zu verhindern und die Erzeugung von Sekundärelektronen aus der fotoleitenden Schicht
33 zu unterdrücken.
Zu diesem Zweck wird der Antimontrisulfidfilm unter
Argongas bei einem Druck zwischen 1,33 · 10 b (1 ■ 10 Torr) und 1-10 b (1 · 10 Torr) aufgedampft, wobei die
Dicke des Films in Bereich zwischen 10 nm und 1 ym sein
kanr. Figur 8 zeigt emc Schnittansicht eines Beispiels
dieses Aufbaus. Der transparente leitende Film 32 und der fotoleitende Film 33 sind auf dem lichtdurchlässigen
Substrat 31 aufgebracht und außerdem der Antimontrisulfidfilm 41 darauf ausgebildet.
Beispiel 3
Beispiel 3
Dieses Beispiel wird unter Bezugnahme auf Figur 7 beschrieben.
Es ist ein Beispiel, bei welchem ähnlich wie bei Beispiel 2 das amorphe Material für die Lichtempfängerfläche
einer Bildaufnahmeröhre verwendet wird. Ein Gemisch, bestehend aus SnO2 und In3O3, wurde auf
einem Glassubstrat 31 mittels der bekannten Kathodenzerstäubung aufgebracht, wobei ein transparenter leitender
Film 32 mit einer Dicke' von 150 nm ausgebildet wurde. Unter Verwendung eines Molybdänschiffchens wurde CeO3
auf den Film 32 in einer Dicke von 20 nm vakuumaufgedampft:.
Auf diese Weise wurde eine n-Oxidschicht 39 ausgebildet. Ein Target, bei weichem ein hochreines Graphitplättchen
(0,5 mm dick) mit einem Flächenanteil von 45 % auf einem mit 0,5 ppm Bor dotierten Siliciumeinkristall angeordnet
war, wurde in einer Kochfrequenz-Kathodenzerstäubungseinrichtung angebracht. Nachfolgend wurde ein amorpher Silicium-K.ohlenstoffilm
33 auf dem entstandenen Substrat in einer Dicke von 100 nm in einer Atmosphäre, die aus Argon eines
Drucks von 6,65 · 10 b (5 · 10~ Torr) und Wasserstoff
5 eines Drucks von 3,99 ' 10~6 b (3 · 10 Torr) bestand,
ausgebildet. Das Substrat wurde dabei auf einer Temperatur
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von 423 K (150°C) gehalten. Der so gebildete amorphe Silicium-Kohlenstoffilm enthielt ungefähr 40 Atom-%
Wasserstoff. Ferner wurde der Partialdruck von Argon auf 1,33* 1Ob (1 · 10 Torr) angehoben, worauf in der Mischatmosphäre,
bestehend aus dem Argon und dem bereits enthaltenen Wasserstoff, ein amorpher Siliciumfilm 37 auf dem
Film 38 in einer Dicke von 3 ym unter Verwendung eines hochreinen Siliciumtargets ausgebildet wurde. Dieser
amorphe Siliciumfilm enthielt ungefähr 25 Atom-% Wasser-
1 2
stoff und hatte einen spezifischen Widerstand von 10 Ω«cm.
Die so ausgebildete Lichtempfängerfläche wurde als Target
für eine Bildaufnahmeröhre des Vidikon-Typs verwendet. Da diese Lichtempfängerfläche einen gleichrichtenden Kontakt
hatte, war die Foto-Ansprechgeschwindigkeit hoch und der Dunkelstrom niedrig. Da der amorphe Silicium-Kohlenstofffilm
hoher Wasserstoffkonzentration nahe der lichteinfallsseitigen
Ebene eingebaut war, verminderte sich infolge eines größeren Bandabstands als im Siliciumfilm der Einfluß der
Oberflächenrekombination, so daß sich eine hohe Empfindlichkeit
im blauen Bereich zeigte.
Ein äquivalenter Effekt läßt sich erreichen, wenn man die n-Oxidschicht aus Wolframoxid, Nioboxid,' Germaniumoxid,
Molybdänoxid oder dergleichen macht.
Ferner ist es für das Target einer Videkon-Bildaufnahmeröhre
günstig, wenn ein Antimontrisulfidfilm auf dem aus
den Schichten 38 und 37 bestehenden fotoleitenden Film 33 ausgebildet wird. Für die Ausbildung des Antimontrisulfidfilms
kann auf folgendes Verfahren zurückgegriffen werden.
Das Substrat, weiches den aus den zusammengesetzten amorphen Siliciumfilmen bestehenden fotoleitenden Film aufweist, wird
in einer Vakuumaufdampfapparatur angebracht. Unter Ärgon-
— fi — 3
gas eines Druckes von 3,99 · 10 b (3 · 10 Torr) wird Antimontrisulfid in einer Dicke von 100 nm aufgedampft.
Dies entspricht dem in Figur 11 gezeigten Aufbau. Mit dem vorliegenden Beispiel wurde der Fall beschrieben,
daß der amorphe Silicium-Kohlenstoffilm 38 gestuft
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zwischen die Schichten 32 und 37 eingefügt wird, um eine der Oberflächenrekombination zuschreibbare Verminderung
der Empfindlichkeit für Blau zu vermindern. Der aus den Schichten 38 und 37 aufgebaute fotoleitende Film 33 braucht
jedoch nicht gestuft aufgebaut zu sein, sondern seine Zusammensetzung kann ebensogut kontinuierlich variieren.
In diesem Fall wird mit größerem Anteil von Kohlenstoff
im amorphen Silicium-Kohlenstoffilm der Banabstand
breiter. Es ist daher erforderlich, daß der Kohlenstoffgehalt auf der Seite des einfallenden Lichts (auf
der Seite des Substrats 31 im vorliegenden Fall) nicht niedriger ist. Wenn der Kohlenstoffgehalt kontinuierlich
und linear von 30 % bis 0 % über eine Dicke von 3 jjm des
fotoleitenden Films 33 verändert wurde, ergab sich eine Erhöhung der Blauempfindlichkeit um 80 % gegenüber einem
Fall, wo kein Kohlenstoff enthalten war, und um 3 % gegenüber dem Fall des gestuften Aufbaus. Der Aufbau, bei welchem
die Zusammensetzung kontinuierlich verändert ist, hat auch in Bezug auf eine leichte Herstellbarkeit
hervorragende Eigenschaften, weil bei Herstellung der Lichtempfängerfläche .nach dem Glimmentladungsverfahren
unter Verwendung von SiH. und CH4, C2^a, C2H2 oder dergleichen die Gasströmungsgeschwindigkeit
von CH4, C2H-J C2H2 o<^er dergleichen sequentiell
und kontinuierlich reduziert werden kann. Beispiel 4
Dieses Beispiel wird unter Bezugnahme auf Figur 9 beschrieben.
Eine wässerige SnCl4-Lösung wurde zur Ausbildung eines
transparenter, leitenden SiO2-FiImS 32 auf ein auf 673 K
(400 C) erwärmtes Glassubstrat 31 gesprüht und dort oxidiert. Das sich ergebende Substrat wurde in einer Vakuumapparatur
auf 473 K (2000C) gehalten und CdSe auf den transparenten
leitenden Film 32 als fotoleitende Schicht 38 in einer Dicke von 2 pm aufgedampft. Danach wurde der entstandene
Film in Luft bei einer Temperatur von 773 K (500° C) eine
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Stunde- lang wärmebehandelt-. WäftTenurcSas^eiitsi:aiiclene~Substrat
in der Vakuumapparatur bei 523 K (250 C) gehalten wurde, wurde ferner eine amorphe CSi^. CL^1. _ CH) -Schicht 37 i
einer Dicke von 0,5 ym durch Elektronenstrahlverdampfung.-in
einer Atmosphäre von aktivere Wasserstoff eines Drucks-,
von 1,33 · 10 b (1 " 10 Torr) aufgedampft. Danach
wurde das Substrat auf Normaltemperatur zurückgebracht und
ein Antimontrisulfidfilm 41 in einer Dicke von 50 nm in
einer Argonatmosphäre von. 6,65 * 10 b (5 - 10~ Torr)
aufgedampft. Damit war die Hersteilung eines· Targets für
eine Vidikon-Bildaufnahmeröhre beendet. Der auf diese Weise
ausgebildete Fotosensor benützte im CdSe-PiIm erzeugte
Foto-Ladungsträger und hatte deshalb eine hohe Fotoempfindlichkeit über den gesamten sichtbaren Bereich.
Dieses Beispiel wird unter Bezugnahme auf Figur 15
beschrieben. Zur Ausbildung einer Elektrode 40 wurde Chrom-
-9 -6 metall bei einem Druck von 1,33 »10 b (1 - 10 Torr)_
in einer Dicke von 100 nm auf ein isolierendes glattes Substrat 42 aufgedampft. Das entstandene Substrat wurde
in einer Hochfrequenz-Kathodenzerstäubungsapparatur angeordnet und unter Verwendung eines Si-C-Targets ein amorpher
(Si1- C)1- (H) -Film 37 einer Dicke von 10 pm bei einer
Substrattemperatur von 403 K (130°C) in einem Gasgemisch,
— 6 —
bestehend aus Argon eines Drucks von 6,65 * 10 b (5 ·
Torr) und Wasserstoff eines Drucks von 1,33 · 10 b (1 ·
Torr), erzeugt. Der amorphe (Si1 C). (H) -Film 37 hatte
i-x χ l-y y -]2
einen spezifischen Widerstand von ungefähr 10 Ω«cm.
Während man das entstandene Substrat bei einer Temperatur
von 47 3 K (2QO0C) hielt, wurde durch Hochfrequenz-Kathodenzerstäubung
darauf ein Nioboxidfilm 39 in einer Dicke von
50 nm abgeschieden. Ferner wurde das entstandene Substrat in eine Vakuumaufdampfapparatur gesetzt und, während die
Substrattemperatur auf 423 K (150°C) gehalten wurde, Indiummetall in einer Dicke von 100 nm in einer Sauerstoffatmosphäre
von 1,33 · 10 b (1 · 10~3 Torr) aufgedampft. Das entstandene
Substrat wurde an die Luft unter Normaldruck heraus-
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genommen und bei 42 3 K (1500C) eine Stunde lang wärmebehandelt.
Dabei wandelte sich das Indiummetall in eine transparente Elektrode 32 aus Indiumoxid um. Wenn bei
einem so hergestellten Fotosensor eine Spannung so angelegt wurde, daß die transparente Indiumoxidelektrode positiv
und die metallische Chromelektrode negativ war, arbeitete er als- in Sperr!chtung vorgespannte Fotodiode.
Ferner wurde dar unten beschriebene Fotosensor hergestellt.
Zur Ausbildung einer Elektrode 40 wurde Chrommetall
—9 —6
unter einem Druck von 1,33 · 10b (1 · 10 Torr) in
einer Dicke von 100 nm auf einem isolierenden glatten. Substrat
42 aufgedampft. Das entstandene Substrat wurde in eine Hochfrequenz-Kathodenzerstäubungsapparatur gesetzt.
Unter Verwendung eines Targets, welches 70 Atom-% Silizium und 30 Atom-% Kohlenstoff enthielt, wurde ein amorpher
Film 37 einer Dicke von 10 pm auf einem Substrat einer
Temperatur von 473 K (2000C) in einem Gasgemisch, welches
— 6 —3
aus Argon unter 2,66 * 10 b (2 * 10 Torr) und Wasserstoff
unter 2,66 · 10 b (2 · 10~3 Torr) bestand, ausgebildet.
Der amorphe Film 37 hatte einen spezifischen Wider-
1 2
stand von 5 * 10 Ω«cm. Während das entstandene Substrat auf einer Temperatur von 423 K (1500C) gehalten wurde, wurde ein Film 39 aus Nioboxid darauf in einer Dicke von 50 nm durch Hochfrequenz-Kathodenzerstäubung abeschieden. Ferner wurde das entstandene Substrat in eine Vakuumaufdampfapparatur gesetzt. Während die Substrattemperatur auf 423 K (1500C) gehalten wurde, wurde Indiummetall in einer Dicke von 100 nm in einer Sauerstoffatmosphäre von 1,33 · 10 b (1 * 10** Torr) aufgedampft. Durch Herausnehmen des entstandenen Substrats an die Luft unter Normaldruck und Wärmebehandlung desselben bei 423 K (150°C) über eine Stunde wandelte sich das metallische Indium in eine transparente Indiumoxidelektrode 32 um. Auf diese Weise war ein Fotosensor hergestellt. Er konnte in der gleichen Weise»wie oben bereits angegeben, betrieben werden.
stand von 5 * 10 Ω«cm. Während das entstandene Substrat auf einer Temperatur von 423 K (1500C) gehalten wurde, wurde ein Film 39 aus Nioboxid darauf in einer Dicke von 50 nm durch Hochfrequenz-Kathodenzerstäubung abeschieden. Ferner wurde das entstandene Substrat in eine Vakuumaufdampfapparatur gesetzt. Während die Substrattemperatur auf 423 K (1500C) gehalten wurde, wurde Indiummetall in einer Dicke von 100 nm in einer Sauerstoffatmosphäre von 1,33 · 10 b (1 * 10** Torr) aufgedampft. Durch Herausnehmen des entstandenen Substrats an die Luft unter Normaldruck und Wärmebehandlung desselben bei 423 K (150°C) über eine Stunde wandelte sich das metallische Indium in eine transparente Indiumoxidelektrode 32 um. Auf diese Weise war ein Fotosensor hergestellt. Er konnte in der gleichen Weise»wie oben bereits angegeben, betrieben werden.
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ORIGINAL INSPECTED
Das- vorliegende Beispiel besteht in einem Festkörper-Fotosensor-
Wenn auch die Reihenfolge der Ausbildung des Mehrfachfilms umgekehrt ist wie in den Fällen der weiter
oben angegebenen Targets für Bildaufnahmeröhren, so hat der Aufbau der Lichtempfängerfläche gemeinsame Teile· Wenn die
in der vorliegenden Ausführungsform auf dem Substrat vorhandene
Elektrode aus metallischem Chrom in eine große Anzahl von Abschnitten unterteilt wird und die Abschnitte über
externe Schalter sequentiell mit einer Schaltung zum Auslesen gespeicherter Ladungen verbunden werden, erhält man
einen linearen oder flächenbezogenen Festkörper-Bildsensor.
Dr.Ki/Ug
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Claims (7)
1. Fotoleitendes Material, gekennzeichnet
durch ein amorphes Material, dessen Zusammensetzung durch
die Formel (Si1 C)1 (H) ausgedrückt wird, wobei
ι—χ χ ι—y y
0 < x- 0,3 und 0,02 - y - 0,3 ist.
2. Fotoleitendes.Material nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß 0,02 - χ - 0,3 und 0,02 - y - 0,3 ist.
3. Fotoleitendes Material nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Kohlenstoff
des amorphen Materials in einer Menge bis zu 40 % desselben durch Germanium ersetzt ist.
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4. Lichtempfindlicher Film des Fotoleittyps eines aus einer oder mehreren Schichten eines fotoleitenden Materials
aufgebauten lichtempfindlichen Films, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens
5 o.ij'<
amorphes Matarciial, desv·-."· Znsammensetzung diarch die
Formel (Si1 C.!._ (HL ausgedrückt wird,- wobei 0 χ - 0,3
ι —χ χ i ■/ y
und 0,02 - γ - 0,3, in einem Bereich angeordnet ist, wo durch einfallendes Liont- i'aare aus freien Elektronen und positiven
Löchern erzeugt warden.
5. Lichtempfindlicher Film nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß 0,02 - χ - 0,3 und 0,02 - y - 0,3 ist.
6. Lichtempfindlicher Film nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Kohlenstoff
des amorphen Materials-in einer Menge bis zu 40 % desselben durch Germanium ersetzt ist.
7. Lichtempfindlicher Film nach einem der Ansprüche
4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das amorphe Material einen spezifischen Dunkelwiderstand von
wenigstens 10 Ω«cm hat.
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