DE3112209C2

DE3112209C2 -

Info

Publication number: DE3112209C2
Application number: DE3112209A
Authority: DE
Inventors: Toshiyuki Yokohama Kanagawa Jp Komatsu; Masaki Kawasaki Kanagawa Jp Fukaya; Shunichi Uzawa; Seishiro Tokio/Tokyo Jp Yoshioka; Yoshiaki Yokohama Kanagawa Jp Shirato
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1980-03-28
Filing date: 1981-03-27
Publication date: 1989-11-30
Also published as: US4405915A; DE3112209A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein photoelektrisches Wandlerelement gemäß Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Aus der DE-OS 29 25 796 ist ein derartiges photoelektrisches Wandlerelement mit einer photoleitfähigen Schicht bekannt, die als photoleitfähiges Material ein amorphes Material mit der Zusammensetzung der Formel (Si_1-x C_x)_1-y (H)_y enthält, wobei 0 < x 0,3 und 0,02 y 0,3 ist. Gemäß dieser DE-OS kann somit das amorphe Material aus Silicium und Wasserstoff bestehen. Dieses Material wird in einem Wandlerelement als lichtempfindlicher Film zur photoelektrischen Speicher- Umsetzung ausgenutzt. Hierbei werden für die Verwendung als Photodiode auf die photoleitende Schicht jeweils Kontaktschichten aus Ceroxid, Wolframoxid, Nioboxid, Germaniumoxid oder Molybdänoxid aufgebracht, mit denen ein gleichrichtender Kontakt erreicht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes photoelektrisches Wandlerelement zur Bildinformations-Verarbeitung zu schaffen, das eine hohe Photoleitfähigkeit bei niedrigem Dunkelstrom aufweist, so daß der durch das Photosignal erzeugte Photostrom mit hoher Ausbeute und ohne wesentlichen Verlust an Sekundär-Photostrom mit hoher Geschwindigkeit gelesen werden kann.

Die Aufgabe wird bei einem Wandlerelement gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.

Da zwischen den Elektroden und der photoleitfähigen Schicht des Wandlerelements ein geeigneter ohmscher Kontakt gebildet wird, kann der Sekundär-Photostrom ohne wesentliche Verluste abgefangen werden, während zugleich die Gleichförmigkeit des Ausgangssignals des Wandlerelements und die Linearität hinsichtlich der Lichtstärke gegenüber der Spannung erreicht werden. Ferner sind kapazitive und nicht ohmsche Widerstandskomponenten aus linearen und nichtlinearen Komponenten ausgeschaltet, so daß Probleme hinsichtlich der Verringerung der Ansprechgeschwindigkeit und der Streuung der Ansprecheigenschaften bei den jeweiligen Wandlerelementen in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen behoben sind. Dadurch werden auch Schwierigkeiten hinsichtlich der Anwendung des photoelektrischen Widerstands- Wandlerelements als Photosensor für die Vielzahl von Bildelementen behoben.

Gemäß Anspruch 2 kann die Matrix aus amorphem Silicium mit 100 bis 5000 ppm Phosphor und/oder Arsen dotiert werden. Durch das Dotieren werden die chemischen oder mechanischen Eigenschaften der a-Si-Matrix nicht verändert, so daß die photoleitfähige Schicht und die Kontaktschicht strukturell gleich sind. Infolgedessen wirken die beiden ohmschen Kontaktschichten in Form von n⁺-a-Si-Schichten in der Weise, daß sie die Elektroneninjektion an der negativen Seite zulassen und an der positiven Seite die positiven Löcher sperren, wodurch das Einsickern der positiven Löcher in die photoleitfähige Schicht verhindert wird und der Dunkelstrom herabgesetzt wird, was die Durchbruch- und Photoansprechvermögen-Eigenschaften verbessert. Dies ist auf die Strukturgleichheit der Kontaktschichten und der photoleitfähigen Schicht zurückzuführen.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die photoleitfähige Schicht und die Kontaktschichten aufeinanderfolgend in einer einzigen Vakuumkammer gebildet werden können, ohne den Vakuumzustand zwischendurch aufzuheben. Infolgedessen können die Grenzflächen zwischen der photoleitfähigen Schicht und den Kontaktschichten reingehalten werden und die Herstellungsschritte vereinfacht werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 3 bis 6 aufgeführt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 bis 4 schematische Darstellungen eines ersten Ausführungsbeispiels des photoelektrischen Wandlerelements, wobei Fig. 1 eine Ansicht des Elements von oben bei der Herstellung, Fig. 4 eine Ansicht des fertigen Elements von oben, Fig. 2 einen Querschnitt auf der Linie A-A′ in Fig. 4 und Fig. 3 einen Querschnitt auf der Linie B-B′ in Fig. 4 zeigen,

Fig. 5 einen schematischen Querschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels des photoelektrischen Wandlerelements,

Fig. 6A einen Querschnitt eines dritten Ausführungsbeispiels,

Fig. 6B einen Querschnitt längs der Linie C-C′ in Fig. 6A,

Fig. 7A einen Querschnitt eines vierten Ausführungsbeispiels,

Fig. 7B einen Querschnitt längs der Linie D-D′ in Fig. 7A,

Fig. 8A einen Querschnitt eines fünften Ausführungsbeispiels,

Fig. 8B einen Querschnitt längs der Linie E-E′ in Fig. 8A,

Fig. 9A einen Querschnitt eines sechsten Ausführungsbeispiels,

Fig. 9B einen Querschnitt längs der Linie F-F′ in Fig. 9A,

Fig. 10A eine Draufsicht auf ein siebtes Ausführungsbeispiel des photoelektrischen Wandlerelements,

Fig. 10B einen Querschnitt längs der Linie X-X′ in Fig. 10A,

Fig. 10C einen Querschnitt längs der Linie Y-Y′ in Fig. 10A,

Fig. 11 einen Vergleich zwischen dem erfindungsgemäßen photoelektrischen Wandlerelement und einem bekannten Element,

Fig. 12A eine Draufsicht auf ein neuntes Ausführungsbeispiel des Wandlerelements, und

Fig. 12B einen Querschnitt längs der Linie Z-Z′ in Fig. 12A.

Die Fig. 1 bis 4 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel des photoelektrischen Wandlerelements, bei dem eine lichtdurchlässige Elektrode 102 aus beispielsweise Indiumzinnoxid (ITO) in Form eines Bildelementmusters 101 auf einem lichtdurchlässigen Substrat 104 gebildet ist. Eine lichtundurchlässige Schicht 103 ist auf die Elektrode 102 außer an deren Lichtempfangs-Fenster 109 aufgebracht. Anschließend ist eine Kontaktschicht 105, die ohmschen Kontakt mit der Elektrode 102 bildet, auf Fensterabschnitten 109 a, 109 b . . . , 109 n aufgebracht, die jeweils Bildelemente bilden. Ferner sind eine photoleitfähige Schicht 106 sowie eine weitere Kontaktschicht 107, die ohmschen Kontakt mit einer gemeinsamen Elektrode 108 bildet, auf der gesamten Fläche des Substrats aufgebracht, die alle Fensterabschnitte bedecken. Schließlich ist auf der Kontaktschicht 107 die gemeinsame Elektrode 108 gebildet.

Fig. 4 ist eine Ansicht des derart hergestellten photoelektrischen Wandlerelements von oben, während Querschnitte dieses Elements längs der Linien A-A′ und B-B′ in den Fig. 2 bzw. 3 gezeigt sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel des photoelektrischen Wandlerelements besteht die photoleitfähige Schicht 106 aus amorphem Material, das Silicium als Matrix und 1 bis 30 Atom-% Wasserstoff und/oder Halogen-Atome enthält. Die photoleitfähige Schicht wird beispielsweise mittels eines herkömmlichen Plasma-CVD-Verfahrens durch chemische Dampfabscheidung hergestellt, wobei Hochfrequenz- oder Gleichstrom-Glimmentladungsenergie einem im wesentlichen aus SiH₄, Si₂H₆, SiF₄, SiCl₄ etc. bestehenden Gas zugeführt wird, um dieses zu zerlegen und eine amorphe Schicht auf dem Substrat abzuscheiden. Außer diesem Verfahren kann das "Sputter"-Verfahren oder das Ionenimplantationsverfahren angewandt werden, welche in einer Gasatmosphäre mit Wasserstoff oder Halogen-Atomen durchgeführt werden, um eine amorphe Schicht mit denselben Eigenschaften zu bilden.

Die derart hergestellte amorphe Schicht mit Photoleitfähigkeit hat ein niedriges Niveau im verbotenen Band (∼10¹⁶ cm^-3 eV^-1) und erleichtert die Steuerung des Leitfähigkeitstyps durch Störstellenzugabe sowie ihrer Leitfähigkeit. Zusätzlich ist die amorphe Schicht hochwert hinsichtlich ihrer Photoleitfähigkeit und hat geeignete Eigenschaften wie Vorlagenbild-Lesematerial oder Photosensormaterial, die vergleichbar in bezug auf die relative Lichtausbeute in der Spektralempfindlichkeit sind.

Die aus dem vorstehend erläuterten amorphen Material bestehende photoleitfähige Schicht ist empfindlich hinsichtlich der Entladungsenergiedichte, der Substrattemperatur, des Gasdrucks usw. Diese Parameter bei der Schichtbildung sind sehr sorgfältig zu steuern. Bei dem Hochfrequenz-Glimmentladungsverfahren sollen die elektrische Entladungsenergiedichte auf 1 W/cm² oder darunter bzw. vorzugsweise auf 0,1 W/cm², die Substrattemperatur im Bereich von 100 bis 350°C und der Gasdruck konstant im Bereich von 1,33 bis 133 Pa gesteuert werden.

Die Leitfähigkeit der photoleitfähigen Schicht kann mit guter Reproduzierbarkeit durch die Verwendung einer Gasmischung gesteuert werden, bei der in einer vorgegebenen Menge ein Gas aus einer Siliciumverbindung oder eine verdampfte Siliciumverbindung wie SiH₄, SiF₄, SiCl₄ oder dergleichen und PH₃ oder AsH₃- Gas für Leitfähigkeit vom n-Typ oder ein Gas aus einer Siliciumverbindung und B₂H₆-Gas für Leitfähigkeit vom p-Typ eingesetzt wird. Hervorragende Ergebnisse werden dadurch erhalten, daß Phosphor (P) oder Arsen (As) als Dotierung mittels Ionenimplantation od. dgl. eingebracht wird.

Wenn bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 bis 4 beide Elektrodenflächen des Elements senkrecht zu der Lichteinfallsrichtung angeordnet sind und die Elektrode 102 auf der Lichteintrittsseite lichtdurchlässig ist, kann die Kontaktschicht 105 als ein Ersatz für die lichteinfallsseitige Elektrode 102 unter der Voraussetzung dienen, daß die Kontaktschicht 105 einen Widerstand hat, der den Photosignalstrom nicht wesentlich behindert. In jedem Falle kann die Gesamtfläche des Elements als Lichtempfangsbereich ausgeführt werden.

Bevorzugte Materialien für die lichtdurchlässige Elektrode 102 an der Licht eintrittsseite sind ITO (Indiumzinnoxid), SnO₂ usw. Eine halbdurchlässige Metallelektrode aus Au, Pt etc. kann ebenfalls vorteilhaft verwendet werden. Das Material für das lichtdurchlässige Substrat 104 kann unter den verschiedenen Arten von transparenten Gläsern und Harzfilmen ausgewählt werden.

Um die Fenster 109 dadurch zu bilden, daß die Elektroden 102 in dem Bildelementmuster 101 und die lichtundurchlässigen Schichten 103 auf dem Substrat 104 gebildet werden, wird eine Metallschicht beispielsweise aus Cr, Ti, Pt etc. mittels Vakuum-Ablagerung auf den lichtdurchlässigen Elektroden 102 auf der gesamten Oberfläche des Substrats 104 gebildet, wonach die Fenster 109 gemäß Fig. 1 in das Bildelementmuster geätzt werden. Die für den ohmschen Kontakt mit der lichtdurchlässigen Elektrode 102 vorgesehene Kontaktschicht 105 und die photoleitfähige Schicht 106 werden für Elektronen als Träger auf n-Leitfähigkeit dotiert. Die Kontaktschicht 105 ist für die lichtdurchlässige Elektrode 102 wirksam, wenn sie beträchtlich mit n⁺-Störstellen dotiert ist, während sie für die photoleitfähige Schicht 106 wirksam ist, wenn sie geringfügig mit n⁻-Störstellen dotiert ist. Die Dotierungsmenge der Kontaktschicht 105 sollte vorzugsweise im Bereich von 50 bis 5000 ppm in bezug auf die Siliciumatome sein, wenn eine photoleitfähige Schicht 106 verwendet wird, die eine hohe Trägerdichte erzeugen kann und nicht dotiert ist oder wenn sie geringfügig mit Störstellen vom p⁺- oder n-Typ dotiert ist. Der hier verwendete Ausdruck "Dotierungsmenge" bezeichnet das Verhältnis der Dotierungsatome (Störstellen) zu den Siliciumatomen, die die Matrix der photoleitfähigen Schicht bilden; die Dotierungsmenge entspricht angenähert dem Verhältnis der Flußrate des PH₃ oder AsH₃-Gases zu dem des Trägermaterialgases, wie beispielsweise SiH₄, SiF₄, SiCl₄ etc. Die elektrische Leitfähigkeit der Kontaktschicht 105 liegt in etwa in dem Bereich von 10^-6 bis 10⁰ (Ohm-cm)^-1. Der optimale Wert ist sowohl durch das Material, das die lichtdurchlässige Elektrode 102 bildet, als auch durch die Dotierungsmenge in der photoleitfähigen Schicht 106 bestimmt.

Die Kontaktschicht 105 hat eine Dicke im Bereich von 5 bis 100 nm im Normalfall bzw. im Optimalfall von 10 bis 50 nm, da das einfallende Licht die photoleitfähige Schicht 106 erreichen muß. In der Praxis wird die Dicke so gewählt, daß sie als im wesentlichen transparent für Licht des zu lesenden Signals betrachtet werden kann. Das so erhaltene Substrat 104, auf dem das Bildelementmuster 101 und darauf die Kontaktschicht 105 gebildet sind, wird erneut in das Glimmentladungs-Abscheidegerät gebracht, um die photoleitfähige Schicht 106 zu bilden. Die photoleitfähige Schicht 106 besteht aus einem amorphen Material mit Silicium als Matrix und Wasserstoff oder Halogen als weitere Komponente, wird im folgenden als "a-Si" bezeichnet und ist nicht mit einer Verunreinigung dotiert. Um jedoch den Photostromwert zu erhöhen, kann mit 10 bis 100 ppm Phosphor oder Arsen dotiert werden. Zur Verringerung des Dunkelstroms kann mit 10 bis 100 ppm Bor dotiert werden. Die photoleitfähige Schicht 106 hat eine Schichtdicke von 0,3 bis 10 µm und vorzugsweise von 0,5 bis 3 µm. Der optimale Wert der Dicke der photoleitfähigen Schicht ist durch die Leichtigkeit der Herstellung (wie beispielsweise das Fehlen von Gasporen, die Abscheidezeit etc.), den Grad der Ausdehnung des elektrischen Feldes aufgrund des Abstandes über benachbarte Bildelemente (Bildempfangsfenster), die Schichtdicke (Abstand zwischen den Bildelementen/Schichtdicke größer 5/1) und den Absorptionsgrad des einfallenden Lichts bestimmt [Lichtabsorptionsfaktor α = 10⁴ bis 10⁵ (cm^-1): 400 bis 700 nm]. Andererseits hat das photoelektrische Wandlerelement einen derartigen Aufbau, daß es den Sekundärstrom mit dem geringsten Verlust abgibt, dessen Ausbeute G gegeben ist durch

G = µτ E/1

Hierbei sind:
µ die Trägerbeweglichkeit (cm/V · s),
τ die Lebenszeit der Träger (s).
E die Feldstärke in der photoleitfähigen Schicht 106 (V/cm) und
1 die Schichtdicke der photoleitfähigen Schicht 106 (cm).

Die unter diesen Bedingungen hergestellte a-Si-Schicht, die 1 bis 30 Atom-% Wasserstoff und/oder Halogen enthält, hat einen Wert µ von 0,1 und einen Wert τ von 10^-6. Wenn folglich 1 = 1 µm (= 10^-4 cm), so kann eine Ausbeute G von 10 bei V = 1 V (= 10⁴ V/cm) und G = 100 bei V = 10 V erhalten werden, vorausgesetzt daß perfekter ohmscher Kontakt besteht. Auf diese Weise erhöht sich die Ausbeute G für die Entnahme des Sekundärstroms relativ mit der Erhöhung der angelegten Spannung bei einer konstanten Schichtdicke. Im Normalfall kann eine Spannung von 0,5 bis 100 V leicht als angelegte Spannung verwendet werden, so daß die Schichtdicke der photoleitfähigen Schicht 106 im Bereich von 0,3 bis 10 µm oder in einem ähnlichen Bereich gewählt wird und unter dem vorstehend angegebenen Gesichtspunkt vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 3 µm.

Die Kontaktschicht 107 auf der Oberfläche der photoleitfähigen Schicht 106 gegenüber deren anderen Oberfläche, durch die das Licht eintritt, wird über die gesamte Oberfläche der photoleitfähigen Schicht 106 kontinuierlich ohne Risse im Vakuum aufgebracht. Das verwendete Material und die Dotierungsmenge für die Kontaktschicht 107 sind dieselben wie die der Kontaktschicht 105. Der optimale Wert für die Dotierungsmenge ist durch das Metallmaterial der anschließend auf die Kontaktschicht 107 aufgebrachten Elektrode bestimmt, was bereits vorstehend erläutert wurde. Andererseits besteht keine Beschränkung für die Dicke der Kontaktschicht 107, da sie nicht als Lichtempfangsfläche dient.

Die gemeinsame Elektrode 108 ist auf der Kontaktschicht 107 mittels Vakuumaufdampfung etc. gebildet. Die gemeinsame Elektrode ist aus einem Material gefertigt, das unter den verschiedenen Sorten von Metallen, wie beispielsweise Al, Mo, Au, Ti usw. ausgewählt ist.

Bei dem ersten Ausführungsbeispiel des photoelektrischen Wandlerelements nach Fig. 1 bis 4 ist es notwendig, die Kontaktschichten 105 und 107 so auszubilden, daß sie ohmschen Kontakt sowohl mit den beiden Elektroden 102 und 108 als auch mit der photoleitfähigen Schicht 106 haben. Stellt man dies in Rechnung, so wird die Kontaktschicht 105 mit kleinem Widerstand durch Störstellen- Dotierung ebenfalls entsprechend dem Elektrodenmuster isoliert, um elektrische Isolation zwischen benachbarten Bildelementen herzustellen. In diesem Fall wird die ohmsche Kontaktschicht an den Lichtempfangs-Fenstern durch den Ätzvorgang nach Bildung der Kontaktschicht 105 über die gesamte Fläche der Elektrode 102 belassen.

Fig. 5 zeigt einen Querschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel des photoelektrischen Wandlerelements, wobei die Bildelemente folgend den Mustern der lichtundurchlässigen Elektroden auf ihrem oberen Teil getrennt sind. Die Funktion jeder Schicht entspricht den in Fig. 3 gezeigten Schichten.

Eine lichtdurchlässige Elektrode 503 und eine Kontaktschicht 504 sind gemeinsam unter den Bildelementen ausgeführt, wobei eine lichtundurchlässige Elektrode 507 und eine Kontaktschicht 506 für jedes der Bildelemente isoliert sind.

Mit den photoelektrischen Wandlerelementen gemäß dem in den Fig. 1 bis 4 gezeigten ersten oder in Fig. 5 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel ist leicht eine Entnahmeausbeute des Sekundärstroms G zwischen 10 und 100 abhängig von der angelegten Spannung zu erreichen, so daß Elemente geschaffen werden, die bei derselben Lichtmenge den Photostrom bei Photodiodenelementen mit derselben Lichtempfangsfläche deutlich übertreffen.

Die Fig. 6A und 6B zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel des photoelektrischen Wandlerelements, das eine Vielzahl von einzelnen isolierten Elektroden 602, die aus einem lichtdurchlässigen elektrisch leitenden Material gefertigt und auf einem transparenten Glassubstrat 601 angebracht sind, eine Kontaktschicht 603 aus amorphem Silicium vom n-Typ (n-a-Si), die mit Arsen oder Phosphor dotiert und auf jeder der isolierten Elektroden 602 gebildet ist, eine photoleitfähige Schicht 604, die aus nichtdotiertem amorphen Silicium gefertigt und über das Substrat und die isolierten Elektroden aufgebracht ist, eine weitere Kontaktschicht 605, die aus n-a-Si gefertigt ist, sowie eine gemeinsame Elektrode 606 hat, die aus lichtundurchlässigem elektrisch leitendem Material gefertigt ist.

Im folgenden soll ein Beispiel für die Herstellung eines photoelektrischen Wandlerelements mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau erläutert werden.

Als erstes wird ein lichtdurchlässiger elektrisch leitender Film aus In₂O₃ auf das transparente Glassubstrat 601 mittels eines Vakuum-Ablagerungsverfahrens aufgebracht, auf den ferner mittels desselben Vakuum-Ablagerungsverfahrens ein Chromfilm aufgebracht wird. Der Chromfilm wird als Maske verwendet, wenn der lichtdurchlässige, elektrisch leitende Film photogeätzt wird. Nach Entfernung der nicht nötigen Abschnitte des Chromfilms und des lichtdurchlässigen elektrisch leitenden Films mittels Photoätzen wird der Chromfilm von dem lichtdurchlässigen elektrisch leitenden Film abgeschält, wodurch die isolierten Elektroden 602 erhalten werden. Anschließend wird auf dem Substrat mit der Elektrode 602 mittels eines Plasma-Ablagerungsverfahrens unter Verwendung von SiH₄- und PH₃-Gas die Kontaktschicht 603 gebildet. Anschließend hieran werden die unnötigen Abschnitte der Kontaktschicht 603 entfernt, so daß diese ausschließlich auf den isolierten Elektroden verbleibt. Daraufhin werden die photoleitfähige Schicht 604 mittels eines Plasma-Ablagerungsverfahrens unter Verwendung von SiH₄ sowie die Kontaktschicht 605 mittels desselben Verfahrens unter Verwendung von SiH₄ und PH₃ gebildet. Anschließend wird Aluminium mittels eines Vakuum-Ablagerungsverfahrens aufgebracht, woraufhin die Entfernung der unnötigen Abschnitte mittels eines Photoätzverfahrens erfolgt, um so die gemeinsame Elektrode 606 zu bilden.

Es ist in Verbindung mit den Fig. 6A und 6B zu beachten, daß bei diesem Ausführungsbeispiel die Kontaktschicht 603 lediglich auf den einzelnen isolierten Elektroden 602 und nicht zwischen benachbarten isolierten Elektroden liegt. Folglich ist der Widerstand zwischen benachbarten isolierten Elektroden 603 extrem hoch verglichen mit dem zwischen den isolierten Elektroden 603 und der gemeinsamen Elektrode 606. Daher entsteht weder ein Ansteigen des Dunkelstroms noch eine Wechselwirkung der Photoströme, wodurch ein photoelektrisches Wandlerelement mit einem hohen Signal/Rauschverhältnis erhalten wird. Das Trennen der Kontaktschicht 603 zwischen benachbarten isolierten Elektroden 602 kann nicht nur durch Photoätzen, sondern auch durch Rillenschneiden unter Verwendung einer Schneidesäge durchgeführt werden.

Die Fig. 7A und 7B zeigen einer viertes Ausführungs beispiel. Anders als bei dem dritten Ausführungsbeispiel ist bei dem vierten Ausführungsbeispiel eine gemeinsame Elektrode 702 unterhalb einer photoleitfähigen Schicht 704 über einer Kontaktschicht 703 angeordnet und isolierte Elektroden 706 sind auf der entgegengesetzten Fläche der photoleitfähigen Schicht 704 über einer Kontaktschicht 705 angeordnet. Entsprechend dieser Elektrodenanordnung ist es möglich, kontinuierlich die Kontaktschicht 703, die photoleitfähige Schicht 704 und die Kontaktschicht 705 aufzubringen und anschließend selektives Ätzen der oberen Kontaktschicht 705 allein folgend dem Muster der isolierten Elektroden durchzuführen. Dies ist eine Modifikation des dritten Ausführungsbeispiels.

Bei dem Aufbau gemäß den Fig. 7A und 7B sind die isolierten Elektroden 706, außer über den gemeinsamen Elektrodenabschnitt 702, gegenseitig dadurch nicht verbunden, daß sequentiell die obere Kontaktschicht 705, die photoleitfähige Schicht 704 und die untere Kontaktschicht 703, die zwischen den Elektroden 706 geschichtet sind, photogeätzt werden. Bei diesem Herstellungsverfahren sollte jedoch die photoleitfähige Schicht 704 etwas breiter als die gemeinsame Elektrode 702 in Anschlußrichtung der isolierten Elektrode 706 belassen werden, um so einen Kurzschluß an der Entnahmestelle zwischen der isolierten Elektrode 706 und der gemeinsamen Elektrode 702 zu verhindern. Verfährt man so, kann jeder Einfluß der benachbarten photoleitfähigen Schicht auf die isolierte Elektrode 706 verhindert werden, wodurch die elektrische und optische Auflösung des photoelektrischen Wandlerelements weiter erhöht werden kann.

Die Fig. 8A und 8B zeigen ein fünftes Ausführungsbeispiel, bei dem eine untere Kontaktschicht 803, eine photoleitfähige Schicht 804 und eine obere Kontaktschicht 805 kontinuierlich auf einer gemeinsamen Elektrode 802 aus einem lichtdurchlässigen, elektrisch leitenden Material aufgebracht werden, woraufhin Aluminium über die übereinandergeschichteten Schichten aufgebracht wird, um isolierte Elektroden 806 herzustellen. Anschließend werden nicht notwendige Abschnitte der isolierten Elektrode 806, der Kontaktschicht 805, der photoleitfähigen Schicht 804 und der Kontaktschicht 803 mittels eines Photoätzvorgangs entfernt. Anschließend wird eine isolierende Schicht 807 aufgebracht, gefolgt von einem Photoätzvorgang an einem Teil der isolierenden Schicht 807, um eine Öffnung für einen Anschluß an jede der isolierten Elektroden 806 zu bilden. Anschließend wird Aluminium mittels eines Vakuum-Abscheidungsverfahrens in diesen geöffneten Teil eingebracht, um eine Anschlußelektrode 808 so zu bilden, daß die isolierte Elektrode 806 und die Anschlußelektrode 808 elektrisch über diesen geöffneten Teil verbunden werden.

Da es gemäß diesem Ausführungsbeispiel möglich ist, einen elektrischen Kurzschluß zwischen der Anschlußelektrode 808 und der gemeinsamen Elektrode 802 durch den isolierenden Film 807 zu verhindern, ist das bei dem vierten Ausführungsbeispiel verwendete Verfahren unnötig. Ferner macht es die Verwendung von lichtundurchlässigem Material möglich, den Einfluß von Streulich zu verhindern, wodurch die Auflösung verbessert und die erforderliche Isolation sichergestellt wird. Da die Kontaktschicht 803, die photoleitfähige Schicht 804 und die Kontaktschicht 805 durchgehend gebildet werden können, kann die jeweilige Zwischenfläche zwischen den Kontaktschichten 803 und 805 und der photoleitfähigen Schicht 804 sauber gehalten werden. Da ferner das Signal/Rauschverhältnis des photoelektrischen Wandlerelements mit der Verbesserung der ohmschen Eigenschaft des elektrischen Kontakts zwischen den Kontaktschichten und der photoleitenden Schicht verbessert wird, kann ein qualitativ besseres photoelektrisches Wandlerelement hergestellt werden.

Als Material zur Bildung des Isolationsfilms bei dem fünften Ausführungsbeispiel kann geeigneterweise ein Polymidharz (beispielsweise Polyimide-Isoindolquinazoline-Dione) sowie ein SiO₂- und ein Si₃N₄-Film mittels Plasma-CVD-Verfahren verwendet werden.

In den Fig. 9A und 9B ist ein sechstes Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem die isolierten Elektroden auf dem unteren Teil angebracht sind und die gemeinsame Elektrode auf dem oberen.

Das sechste Ausführungsbeispiel zeigt denselben Grad der Verbesserung der Auflösung und des Signal/Rauschverhältnisses wie das fünfte Ausführungsbeispiel, wodurch ein photoelektrisches Wandlerelement mit hoher Zuverlässigkeit hergestellt werden kann. Das fünfte und das sechste Ausführungsbeispiel sind hervorragende Beispiele für den Elementaufbau.

Gemäß den Fig. 9A und 9B sind eine isolierte Elektrode 902, eine untere Kontaktschicht 903, eine photoleitfähige Schicht 904, eine obere Kontaktschicht 905 und eine Elektrode 906 nacheinander auf einem lichtdurchlässigen Substrat 901 gebildet und haben einen isolierten, unabhängigen Aufbau von benachbarten Bildelementen. Ein isolierender Film 907 ist zwischen benachbarte Elemente gesetzt. Kein isolierender Film 907 ist auf dem Bereich der Elektrode 906 vorgesehen; die gemeinsame Anschlußelektrode 908 und die Elektrode 906, die auf jedem Element vorgesehen sind, sind elektrisch verbunden.

Wie bereits vorstehend erläutert, wird bei dem fünften und sechsten Ausführungsbeispiel leicht ein photoelektrisches Wandlerelement mit einem hohen Signalrauschverhältnis, hervorragender Auflösung, einer hohen Rate der Ausbeute und Zuverlässigkeit dadurch erhalten, daß elektrisch und optisch benachbarte Elemente in einer Reihe photoelektrischer Wandlerelemente mit großer Fläche und großer Länge getrennt werden. Wie aus der Erläuterung des fünften und sechsten Ausführungsbeispiels offensichtlich ist, ist das Material zur Bildung der photoleitfähigen Schicht nicht auf a-Si beschränkt, sondern es können auch Cd-Te, a-Se, A-Se-Te etc. gleichwertig benutzt werden. Das photoelektrische Wandlerelement kann auch in verschiedenen anderen Elementen verwendet werden, die den Aufbau eines Phototransistors, einer Avalanchediode usw. haben.

Ferner wird bei dem fünften und sechsten Ausführungsbeispiel eine stark mit Störstellen vom n-Typ (n⁺- Schicht) dotierte a-Si-Schicht als Kontaktschicht verwendet. Der gleiche Effekt kann auch erzielt werden, wenn eine a-Si- Schicht, die stark mit Störstellen vom p-Typ (p⁺- Schicht) dotiert ist, als Kontaktschicht verwendet wird. Ferner ist in Verbindung mit dem fünften und sechsten Ausführungsbeispiel der Fall erläutert, daß die bezogen auf das Substrat untere Elektrode aus einem lichtdurchlässigen und elektrisch leitenden Material und die obere Elektrode aus einem lichtundurchlässigen und elektrisch leitenden Material gefertigt sind. Es kann jedoch auch die untere Elektrode am Substrat aus einem lichtundurchlässigen elektrisch leitenden Material und die obere Elektrode aus einem lichtdurchlässigen Material gefertigt sein oder sowohl die obere als auch die untere Elektrode aus einem lichtdurchlässigen und elektrisch leitenden Material gefertigt sein.

Die Fig. 10A, 10B und 10C zeigen ein siebtes Ausführungsbeispiel.

Als Substrat 1001 wird ein Material mit Lichtdurchlaßeigenschaften und hohem Ebenheitsgrad verwendet, wie beispielsweise eine Glasplatte "Corning #7059". Daneben können für diesen Zweck auch optische Glasfiberelemente oder Kunststoffmaterialien verwendet werden. Auf diesem Substrat wird ein Material für transparente Elektroden 1002 aus der Dampfphase abgeschieden, woraufhin das niedergeschlagene Material einer Muster-Ätzung zur Bildung der einzelnen isolierten Elektroden 1002 unterzogen wird. Indiumzinnoxid (ITO) wird als Material für die transparenten Elektroden 1002 verwendet. Daneben können die verschiedensten lichtdurchlässigen Elektrodenmaterialien wie beispielsweise "Dünnoxid" (ein Produkt der Pittburgh Plate Glass Co. unter der Handelsmarke "NESA"), dünne Metallfilme etc. verwendet werden. Ein lichtundurchlässiger Film 1005 wird auf die transparenten Elektroden 1002 aufgedampft, worauf hin ein einem Lichtempfangsabschnitt 1004 entsprechender Abschnitt durch Ätzen entfernt wird. Eine photoleitfähige Schicht 1003 wird durch Abscheiden von a-Si mittels beispielsweise eines Glimmentladungsverfahrens gebildet. Um einen ohmschen Kontakt zu den transparenten Elektroden 1002 und der gemeinsamen Elektrode 1007 herzustellen, wird eine Kontaktschicht zwischen der photoleitfähigen Schicht 1003 und jeder der transparenten Elektroden 1002 vorgesehen. Als Material zur Bildung der photoleitfähigen Schicht 1003 kann außer dem bereits erwähnten a-Si beispielsweise CdSe, Se-As-Te etc. verwendet werden. Die somit gebildete photoleitfähige Schicht 1003 wird in Inselform auf jeder der transparenten Elektroden 1002 gebildet.

Ein isolierender Film 1006 wird beispielsweise durch Wirbelabscheiden von PIQ gebildet und in diesem ein Durchgangsloch 1008 durch Musterätzen ausgebildet, um einen Kontakt zwischen der gemeinsamen Elektrode 1007 und der photoleitfähigen Schicht 1003 herzustellen. Die transparente Elektrode 1002 und das Durchgangsloch 1008 haben beide dieselbe Form mit Ausnahme ihrer Ausleit-Richtung. Zur Bildung des isolierenden Films 1006 kann ein abgeschiedener Film aus SiO₂, S₃N₄ etc. verwendet werden. Anschließend wird Aluminium auf den isolierenden Film 1006 aufgedampft, um die gemeinsame Elektrode 1007 zu bilden, woraufhin die abgeschiedene Aluminiumschicht einer vorgegebenen Muster-Ätzung unterzogen wird, um die gemeinsame Elektrode zu formen, wodurch das gewünschte photoelektrische Wandlerelement hergestellt ist.

Bei diesem photoelektrischen Wandlerelement ist jeder Lichtempfangsabschnitt 1004 unabhängig auf jeder der transparenten Elektroden 1002 angeordnet, wodurch der Dunkelstrom zu dem Elektrodenabschnitt allein fließt, der dem jeweiligen Lichtempfangsabschnitt gegenüber liegt. Das Photostrom-Signal wird durch all dies nicht durch die benachbarten Lichtempfangsabschnitte beeinflußt.

Fig. 11 zeigt die Ergebnisse eines Vergleichs zwischen einem herkömmlichen photoelektrischen Wandlerelement und dem erfindungsgemäßen Wandlerelement, wobei zum Ermitteln des Dunkelstroms und der Auflösung in einem Lichtempfangsabschnitt einer von zwei Lichtempfangsabschnitten mit hellem Licht und der andere mit dunklem Licht bestrahlt wurde und der Photostrom des dunklen Lichtempfangsabschnitts bei jedem der Elemente gemessen wurde. In der Zeichnung entsprechen die mit a und b bezeichneten Linien dem Dunkelstrom und die mit c und d bezeichneten Linien dem Photostrom.

Wie die Linie b zeigt, ist der Dunkelstrom bei dem herkömmlichen photoelektrischen Wandlerelement groß, während er bei dem siebten Ausführungsbeispiel gemäß der Linie a klein ist. Wie ferner die Linie d zeigt, ist der Photostrom bei Beleuchtung mit einem Bild mit dunklem Licht mit geringer Lichtmenge bei dem herkömmlichen Element groß und bei dem Element gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel gemäß der Linie c klein, woraus man sieht, daß der Einfluß des hellen Bildes mit großer Lichtmenge, die auf benachbarte Elemente auftrifft, verbessert worden ist.

Ferner hat sich herausgestellt, daß das Element, bei dem PIQ als Material für den isolierenden Film 1006 verwendet wird, Dampfwiderstandseigenschaften hat.

Die Fig. 12A und 12B zeigen ein achtes Ausführungsbeispiel, bei dem lichtdurchlässige Elektroden 1202 auf einem lichtdurchlässigen Substrat 1201 angebracht sind und eine photoleitfähige Schicht 1204 getrennt auf jeweils einem Lichtempfangsabschnitt 1203 der lichtdurchlässigen Elektrode 1202 ausgebildet ist. Ferner ist ein dünner und langer isolierender Film 1205 so ausgebildet, daß er den Endabschnitt jeder photoleitfähigen Schicht 1204 bedeckt. Eine gemeinsame Elektrode 1206 ist so aufgebracht, daß sie sowohl die photoleitfähige Schicht 1204 als auch den isolierenden Film 1205 bedeckt.

Claims

1. Photoelektrisches Wandlerelement mit einem Substrat, einer photoleitfähigen Schicht aus einem amorphen Material, das Silicium als Matrix sowie Wasserstoff und/oder Halogen in einem Verhältnis von 1 bis 30 Atom-% in bezug auf das Silicium enthält, einer ersten Elektrode, einer zwischen der photoleitfähigen Schicht und der ersten Elektrode angebrachten ersten Kontaktschicht zum Bilden von ohmschen Kontakten in bezug auf elektrische Ladung mindestens einer Polarität, einer zweiten Elektrode und einer zwischen der photoleitfähigen Schicht und der zweiten Elektrode angebrachten zweiten Kontaktschicht zum Bilden von ohmschen Kontakten in bezug auf die Ladung, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und/oder zweite Kontaktschicht (105, 107) aus einem amorphen Material besteht, das Silicium als Matrix und Wasserstoff und/oder Halogen in einem Verhältnis von 1 bis 30 Atom-% sowie Phosphor und/oder Arsen als Störstellen enthält.

2. Photoelektrisches Wandlerelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Phosphor und/oder Arsen zwischen 100 und 5000 ppm in bezug auf das Silicium liegt.

3. Photoelektrisches Wandlerelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschicht (105) auf der dem Licht zugewandten Seite eine Dicke von 50 nm hat.

4. Photoelektrisches Wandlerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Elektrode aus einer Vielzahl von Bildelementelektroden aufgebaut ist, die entsprechend den Bildelementen isoliert sind.

5. Photoelektrisches Wandlerelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschichten unterhalb der Bildelementelektroden elektrisch keine Verbindung zu benachbarten Bildelementelektroden haben.

6. Photoelektrisches Wandlerelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Bildelementelektroden ein Isolationsfilm aufgebracht ist.