DE3125976A1

DE3125976A1 - Photosensor

Info

Publication number: DE3125976A1
Application number: DE19813125976
Authority: DE
Inventors: Masaki Kawasaki Kanagawa Fukaya; Toshiyuki Yokohama Kanagawa Komatsu; Yoshiaki Yokohama Kanagawa Shirato; Shunichi Tokyo Uzawa; Seishiro Tokyo Yoshioka
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1980-07-02
Filing date: 1981-07-01
Publication date: 1982-02-04
Also published as: GB2080025B; GB2080025A; JPS5715476A; AU548158B2; AU7245881A; JPH0334666B2; DE3125976C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Photosensor, der bei einer Vielzahl von photoelektrischen Wandlern für die Verarbeitung von Bildinformationen verwendbar ist, wie z.B. bei Faksimile-Sendeempfängern, Zeichenlesern oder digitalen Kopiergeräten.

Bei dem Stand der Technik ist eine häufig benutzte langgestreckte Photodioden-Sensoranordnung, bei der kristallines Silizium verwendet wird, wegen der Einschränkungen hinsichtlich der Abmessungen und der Bearbeitungstechniken eines herstellbaren Einzelkristalls im Hinblick auf die Länge der Sensoranordnung begrenzt und hat auch eine nachteilig geringe Ausbeute. Dementsprechend erfolgte bei einer der Nr. 4 der Reihe A der japanischen Industrienorm entsprechenden Breite von 210 mm eines zu lesenden Schriftstücks zum Lesen eines derartigen Schriftstücks üblicherweise eine Abbildung eines verkleinerten bzw. geschrumpften Bilds der Vorlage mit Hilfe eines Linsensystems. Die Anwendung eines derartigen optischen Linsensystems ergibt Schwierigkeiten hinsichtlich einer Verkleinerung von Lesevorrichtungen mit photoelektrischer Umwandlung. Da es darüberhinaus nicht möglich ist, für

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die einzelnen, die Lesevorrichtungen mit photoelektrischer Umwandlung bildenden Photosensor-Elemente große Flächen in Anspruch zu nehmen, ist als Lichteingangssignal zur Erzielung eines dem Lichteingangssignal entsprechenden ausreichenden Ausgangssignals eine große Lichtmenge erforderlich. Zu diesem Zweck muß die Lesezeit verlängert werden, so daß daher eine derartige Vorrichtung nur "bei langsamen optischen Lesevorrichtungen oder geringwertigen optischen Lesevorrichtungen Anwendung finden kann, bei denen kein hohes Auflösungsvermögen notwendig ist.

Damit ferner die nach einem geeigneten Entwurf herzustellenden Photosensoren gute Signalselektionseigenschäften haben, ist es notwendig, den Sekundärstrom (Lichtsignalstrom), der erzeugt wird, wenn die Information in ein Lichtempfangsfenster eines jeweiligen einzelnen Photosensorelements eintritt, mit hohem Wirkungsgrad abzugeben. Zu diesem Zweck ist es notwendig, den ohmsehen Kontakt zwischen einem Paar von Elektroden sicherzustellen, zwischen die eine photoleitfähige Zwischenschicht und eine photoleitfähige Schicht eingelegt sind.

Andererseits ist es zum Betreiben eines Photosensors mit guter Zuverlässigkeit notwendig, einen ausreichend großen Wert des Sekundärstroms (LichtSignalstroms) und einen ausreichend kleinen Wert des Dunkelstroms sowie einen ausreichend kleinen Wert des Lichtstroms im Bereich geringer Beleuchtung im Vergleich mit dem Rauschen zu schaffen, das durch die Ansteuerungsschaltung usw. für den Betrieb des Photosensors erzeugt wird.

Zur Erzeugung eines ausreichend großen Lichtsignalstroms ist es notwendig, an jedes Photosensorelement ein verhältnismäßig starkes elektrisches PeId (mit ungefähr 10 V/cm oder darüber) anzulegen. Wenn jedoch ein derart starkes elektrisches Feld angelegt wird, fließt ein

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überlinearer Strom (Ioc Yⁿ: η > 2) wie ein durch Raumladung begrenzter Strom und ein Durchbruchstrom, wodurch der Dunkelstrom und der Strom in den Bereichen geringerer Beleuchtung vergrößert werden, so daß das Signal/ Störungs-Verhältnis bzw. der Rauschabstand kleiner wird.

Im Hinblick auf die vorstehend genannten verschiedenen Gesichtspunkte liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, zur Ausschaltung der Unzulänglichkeiten der Photosensoren nach dem Stand der Technik einen Photosensor zu schaffen, der selbst bei einem schwachen Lichteingangssignal ein ausreichend hohes Ausgangssignal liefert, so daß ein Lesen mit hoher Geschwindigkeit möglich "wird.

Ferner soll mit der Erfindung ein Photosensor geschaffen werden, der leicht langgestreckt angeordnet werden kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angeführten Mitteln gelöst.

Die Erfindung wird nachstehend annand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1A, 1B und 10 sind jeweils schematische Darstellungen eines Ausführungsbeispiels des Photosensors, wobei die Fig. 1A eine Draufsicht ist, die Fig. 1B eine Schnittansicht längs der strichpunktierten Linie AB in Fig. 1A ist und die Fig. 1C eine Schnittansicht längs der strichpunktierten Linie XY in Fig. TA ist.

Fig. 2 ist eine schematische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels des photosensors.

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'ΑΙ Der Photosensor gemäß den Ausführungsbeispielen hat einen Aufbau mit einer ersten Elektrode, einer an der ersten Elektrode angebrachten photoleitfähigen Schicht, die aus einem Siliziumatome als Matrix enthaltenden photoleitfähigen Material gebildet ist, einer durchlässigen zweiten Elektrode, die an der der Anbringungsseite der ersten Elektrode gegenüberliegenden Seite der photoleitfähigen Schicht angebracht ist, und einer teil-ohmschen bzw. subohmschen Schicht, die zwischen der durchlässigen zweiten Elektrode und der photoleitfähigen Schicht angebracht ist, um zwischen diesen auf das Anlegen einer Spannung einer bestimmten Polungsrichtung zwischen den beiden Elektroden hin einen subohmschen Kontakt herzustellen, und die Siliziumatome als Matrix aufweist sowie Premdatome enthält, die den Leitfähigkeitstyp steuern bzw. bestimmen.

Bei dem Photosensor ist es ferner möglich, zwischen der ersten Elektrode und der photoleitfähigen Schicht eine ohmsche Schicht anzubringen, um zwischen diesen einen ohmschen Kontakt herzustellen, oder alternativ zwischen der ersten Elektrode und der photoleitfähigen Schicht eine Schicht (subohmsche Schicht) anzubringen, die der vorangehend genannten subohmschen Schicht gleich» artige Eigenschaften hat.

Bei dem Photosensor gemäß den Ausführungsbeispielen ist somit ein Aufbau geschaffen, bei dem eine subohmsche Schicht zwischen der photoleitfähigen Schicht und der ™ lichtdurchlässigen Elektrode angebracht ist, welche an der photoleitfähigen Schicht an der Seite angebracht ist, von der her das Lichtinformationssignal eingegeben wird. Demzufolge kann im Dunkeln oder bei geringer Beleuchtung der Signalstrom auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden, während beim Vorliegen eines Lichtinformationssignals der Lichtsignalstrom mit einem hohen Wirkungsgrad entnommen werden kann, wodurch ein ausreichend hohes Signal/ Störungs-Verhältnis bzw. ein ausreichend hoher Störab-

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stand geschaffen werden kann. Demzufolge kann das Lichtempfangsfenster mit einer sehr kleinen Fläche gestaltet werden, die im Vergleich zu derjenigen nach dem Stand der Technik erheblich verkleinert ist, wodurch es möglieh ist, auf leichte Weise eine langgestreckte Photosensoranordnung mit hohem Auflösungsvermögen herzustellen.

Bei einem vorzugsweise gewählten Ausführungsbeispiel des Photosensors werden die subohmsche Schicht, die photoleitfähige Schicht und die ohmsche Schicht aus · einem Material hergestellt, das ein (nachstehend als a-Halbleiter bezeichneter) amorpher Halbleiter ist, der Siliziumatome als Matrixbildungsatome aufweist und (nachstehend mit H bezeichnete) Wasserstoffatome und/ oder (nachstehend mit X bezeichnete) Halogenatome enthält; daher kann leicht und mit guter Ausbeute ein Photosensor hergestellt werden, dessen Länge gleich der zu lesenden Vorlage oder größer ist. Ferner kann durch Verwendung eines a-Halbleitermaterials für eine jede Schicht der Lichtsignalstrom wirkungsvoll als Ausgangssignal entnommen werden. Da insbesondere a-Halbleitermaterial verwendet wird, das entweder H oder X bzw. H und X in einer Menge von 1 bis 30 Atom-$ enthält, kann leicht ein Photosensor erzielt werden, der die Abgabe eines Lichtsignalstroms als Ausgangssignal mit hohem Wirkungsgrad ermöglicht; ferner ist es auch möglich, das Lesen genau mit einem zufriedenstellenden hohen Auflösungsvermögen auszuführen.

Im Photosensor wird die Schicht mit dem a-Halbleitermaterial, die H und/oder X enthält und die subohmsche Schicht, die photoleitfähige Schicht und die ohmsche Schicht bildet, vorzugsweise nach dem Ablagerungsverfahren unter Verwendung von Glimmeiitladungs energie hergestellt (Glimmentladungsverfahren). Wenn das G-lirnmentladungsverfahren angewandt wird, ist die erzeugte Schicht über einer großen Fläche gleichförmig und homogen und mit guten elektrischen Eigenschaften versehen,

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SI

DE 1376 -/A -wobei die Schicht gleichmäßig hergestellt werden kann»

Bei dem Glimmentladungsverfahren ist es möglich, die Schichtdicke auf ein Ausmaß von einigen Zehntel Nanometer zu steuern; daher kann ein geschichteter Photosensor auf genaue Weise in einer großen Menge unter Einhalten einer gewünschten Elementegestaltung mit guter Reproduzierbarkeit hergestellt werden. Da ferner langgestreckte Photosensoren, die über einer großen Fläche fehlerfrei sind, zufriedenstellend einfach mit einer guten Ausbeute hergestellt werden können, können auf sehr einfache Weise langgestreckte Photosensoren für einfache Vergrößerung bzw. den Maßstab 1 : 1 hergestellt werden.

Als Material, das jede Schicht des Photosensors gemäß einem vorzugsweise gewählten Ausführungsbeispiel bildet, wird ein a-Halbleitermaterial verwendet, das mit Siliziumatomen als Matrix gebildet ist, die H und/oder X enthält (und das nachstehend abgekürzt mit a-Si(H, X) bezeichnet wird). Demzufolge hat der hergestellte Photosensor eine bemerkenswert gute Lichtabsorptionsfähigkeit in den Bereichen sichtbaren Lichts, wobei der Photosensor auch sowohl hinsichtlich der Photoleitfähigkeit als auch hinsichtlich der Wärme- und Abriebbeständigkeit hervorragend ist, so daß daher der Photosensor auch wirkungsvoll als Berührungs-Lesesensor verwendet werden kann. Weiterhin verursacht dieses Material keine Verunreinigung, so daß daher äußerst vorteilhaft im wesentlichen keine Berücksichtigung hinsichtlich des Einflusses auf menschliche Körper während der Herstellungsschritte und der Anwendung notwendig ist. Der Photosensor hat daher eine hohe Leistungsfähigkeit bei hoher Zuverlässigkeit.

Das a-Halbleitermaterial a-Si(H, X), das bei dem Ausführungsbeispiel des Photosensors nach dem Glimmentladeverfahren auf einen bestimmten Träger abzulagern ist, kann auf zufriedenstellende Weise hinsichtlich einer

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Pegeldichte in dem verbotenen Energieband auf ungefähr

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10 cm~ · eV~ eingeschränkt werden, so daß daher eine solche Schicht aus a-Halbleitermaterial so hergestellt werden kann, daß sie durch Wahl der Art von den Leitfähigkeitstyp steuernden Verunreinigungen und des Ausmasses der Dotierung der gewählten Verunreinigungen einen gesteuerten bzw. bestimmten Leitfähigkeitstyp hat. Bei dem Photosensor können die Halogenatome X Atome von F, Cl, Br usw. sein. Unter diesen sind F-Atome besonders vorteilhaft.

Da der Photosensor gemäß den Ausführungsbeispielen durch Aufschichtung eines derartigen a-Halbleitermaterials hergestellt wird, hat er außerordentlich gute Eigenschaften und der Photosensor mit einer vergrößerten Fläche kann mit guter Ausbeute hergestellt werden, wobei der Photosensor auch hinsichtlich der Zuverlässigkeit und der Signalverstärkung hervorragend ist.

Die teil- bzw. subohmsche Schicht, die bei dem Photosensor zwischen der Elektrode an der Lichteinstrahlungsseite und der photoleitfähigen Schicht anzuordnen ist, ist eine Schicht, die sowohl mit der Elektrode als auch mit der photoleitfähigen Schicht subohmschen Kontakt bildet. Der subohmsche Kontakt ist ein Kontakt, der keine deutliche Gleichrichtereigenschaft zeigt und keine vollständig ohmsche Eigenschaft zeigt, sondern einen Kontaktzustand bildet, wie er mit den nachstehend angeführten Beispielen klar definiert ist. Sein besonderes Merkmal liegt darin, daß die V-Id-Kennlinie (Spannungs-Dunkels tr om-Kennlinie) eine Kurve ist, die in dem Bereich angelegter Spannung für die Abgabe von Lichtsignalstrom mit einem gewünschten Wert eine Zwischen-Kennlinie zwischen der ohmschen Kennlinie und der Gleichrichter-Kennlinie darstellt.

Ein weiteres besonderes Merkmal des Photosensors mit der subohmschen Schicht besteht darin, daß der

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Lichtstrom Ip eine Funktion von weniger als dem Quadrat von V und von V in der ersten Potenz oder darüber ist (d.h. Iprtr^V^m, 1 ^₁ m <2); daher ist der Spannungsbereich weit genug, wobei von dem gewöhnlich anwendbaren Spannungsbereich nicht die Rede ist, und reicht bis zu dem Bereich, in dem durch Raumladung begrenzter Strom oder Durchbruchstrom erzeugt wird; es kann daher in einem derartigen Spannungsbereich Lichtstrom mit einem für die Entnahme als Signal ausreichenden Wert geliefert werden.

Die besondere subohmsche Schicht, mit der der Photosensor aufgebaut ist, hat eine nichtohmsche Strom-Spannungs-Kennlinie (Id rfLV^ , γ > 1), die bei Dunkelheit -oder geringer Beleuchtung den Strom bis zu einer elektrischen Feldstärke von 10 V/cm hinauf begrenzt, jedoch bei Lichtbestrahlung einen Kontaktzustand darstellt, so daß sie eine gute ohmsche Strom-Spannungs-Kennlinie ergibt.

Die Strom-Spannungs-Kennlinie des Kontaktzustands bei diesem subohmschen Kontakt hängt von der angelegten Spannung und der eingestrahlten Lichtmenge ab. Bei dem Photosensor kann jedoch die zu dem überlinearen Bereich (I λ/ Vⁿ, η 2 2) übertragene angelegte Spannung V um eine Stelle oder mehr verbessert werden, wie es vorangehend ausgeführt ist. Daher kann die angelegte Spannung aus einem weiten Bereich gewählt werden und auf einen Wert in einem hohen Spannungsbereich eingestellt werden, wodurch ein ausreichend großer Wert des Ausgangssignals (Photostromsignals) erzielbar ist.

Das Betätigungsprinzip des Photosensors gemäß den Ausführungsbeispielen mit der subohmschen Schicht wurde noch nicht voll erfaßt. Zu allererst kann jedoch in Betracht gezogen werden, daß mit der Abnahme des Widerstands der photoleitfähigen Schicht durch die Lichtbestrahlung ein Ansteigen des zur subohmschen Schicht hin verteilten elektrischen Felds auftritt, wodurch zwischen

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der subohmschen Schicht und der photoleitfähigen Schicht der ohmsche Kontakt entsteht. Alternativ kann auch in Betracht gezogen werden, daß aufgrund der Lienteinstrahlung der Kontakt an der Grenzfläche zwischen der aubohmsehen Schicht und der Elektrode eine Funktion ähnlich einer Potentialschwellenmodulation ausführen kann, die die Ladungseinführung erleichtert.

Gemäß der vorangehenden Beschreibung wird bei dem Photosensor die vorangehend genannte subohmsche Schicht zwischen der Elektrode an der Lichteinstrahlungsseite und der photoleitfähigen Schicht in Berührung mit der genannten Elektrode angeordnet, wodurch der Anwendungsbereich des Photosensors beträchtlich weiter als bei dem herkömmlichen Fall, bei dem anstelle der subohmschen Schicht die ohmsche Schicht angeordnet ist, oder bei dem Fall erstreckt werden kann, bei dem anstelle der subohmschen Schicht die Gleichrichterschicht angeordnet ist. D.h., es kann bei einer gewünschten angelegten Spannung gleichförmig mit guter Reproduzierbarkeit ein Lichtstrom mit einem Wert erzielt werden, der gewöhnlich 10 .A/cm oder darüber betragen soll.

Wenn bei dem Photosensor gemäß dem Ausführungsbeispiel als Träger für den Lichtsignalstrom Elektronen verwendet werden, wird eine n-Typ-a-Si(H, X)-Schicht verwendet, die mit einer Verunreinigung zum Umwandeln des Leitfähigkeitstyps auf den n-Leitfähigkeitstyp wie P- und/oder As-Atomen dotiert ist. Bei der ohmschen ™ Schicht ist es vorzuziehen, P- und/oder As-Atome in Mengen von 1000 bis 10000 Atomteilen je Million, beruhend auf den Si-Matrix-Atomen einzugliedern, wobei die Schichtdicke vorzugsweise 40 nm oder mehr beträgt. Andererseits soll die subohmsche Schicht vorzugsweise diese Verunrei-^OJ nigungen in einer Dotiermenge von 100 bis 5000 Atomteilen je Million enthalten, wobei die Schichtdicke ungefähr 2,5 bis 40 nm ist. Die optimale Dotiermenge und die optimale Schichtdicke der subohmschen Schicht hängen in

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großem Ausmaß von der verwendeten Elektrode ab. Im Falle einer durchsichtigen Oxid-Elektrode wie beispielsweise aus Indiumzinnoxid (ITO) (In₂O-^SnO₂=SOrI) kann bei einer Dotiermenge von 1000 bis 5000 Atomen je Million die Schichtdicke der subohmschen Schicht 5 bis 20 nm sein. Andererseits kann im Falle einer Elektrode aus Metall wie Au, Pt oder W, die leicht mit einer stark mit n-Verunreinigungen bzw. Fremdatomen dotierten η -Schicht ohmschen Kontakt bildet, bei einer Dotiermenge von 100 bis 1000 Atomen je Million die Schichtdicke 2,5 bis 10 nm sein. Die optimalen Eigenschaften der subohmschen Schicht können durch Änderung sowohl der Dicke der subohmschen Schicht als auch der Dotiermenge gesteuert werden.

Bei dem photosensor gemäß dem Ausführungsbeispiel kann die Schicht, die ein amorphes Halbleitermaterial a-Si(H, X) aufweist, das 1 bis 30 Atom-$ H und/oder X enthält, allgemein beispielsweise nach dem chemischen Plasma-Dampfablagerungsverfahren (CVD) bekannter Art geformt werden, bei dem hauptsächlich aus Silan oder HaIosilan wie SiH/, SiF*, SiO-I* usw. zusammengesetzten Gasen Hochfrequenz- oder Gleichstrom-Glimmentladungsenergie zugeführt wird, um diese abzulagernden Gase an einem bestimmten vorbehandelten Substrat zu zerlegen. Al-U?ri)HLIv kfinn uln Vorführen zur Pormu/itf dor i'.ohichlon aus amorphem Halbleitermaterial mit gleichartigen Eigenschaften das Kathodenzerstäubungsverfahren oder das lonenimplantationsverfahren in einer Atmosphäre aus einer gasförmigen Zusammensetzung angewandt werden, die H₀ und/oder HnIo^enatomo enthält. Die nach einem dorartigen Verfahren hergestellte Schicht aus amorphem Halbleitermaterial ist hinsichtlich de3 Pegels in dem

1 κ _ λ _ 1 verbotenen Energieband eng (ungefähr 10 cm .eV ) und

es ist möglich, durch Dotieren mit Verunreinigungen bzw„ ^* Fremdatomen leicht den Leitfähigkeit3typ \md die elek-U'iuchy !,«-I ll'ühigkeit, öu «buiieru bäw. au by« Llriunun. J'Jine derartige Schicht ist auch hinsichtlich der Photoleitfähigkeit hervorragend, wobei ihre spektrale Empfind-

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lichkeit annähernd diejenige des Auges ist, so daß daher der Photosensor als ein Element geeignet ist, mit dem eine Schriftlesevorrichtung, eine Bildaufnahmevorrichtung oder eine photoelektrische Wandlervorrichtung gebildet wird.

Die Eigenschaften der vorstehend genannten Schicht aus dem amorphen Halbleitermaterial entsprechen sehr empfindlich der Entladungsleistungsdichte, der Substrattemperatur, dem Gasdruck und dgl., so daß diese daher sorgfältig gesteuert werden müssen.

Bei dem Hochfrequenz-Glimmentladungsverfahren wird die Entladungsleistungsdichte auf 1 W/cm oder weniger

gesteuert, vorzugsweise auf 0,1 W/cm oder weniger. Die Substrattemperatür beträgt 100 bis 350 0, während der Gasdruck innerhalb eines Bereichs von 0,01 bis 1 Torr konstant gesteuert wird.

Die Bestimmung des Leitfähigkeitstyps kann mit guter Reproduzierbarkeit erzielt werden, und zwar für die n-Leitfähigkeitstyp-BeStimmung am einfachsten dadurch, daß ein Gemisch aus einem Gas oder einer gasförmigen Zusammensetzung einer Siliziumverbindung wie SilL·, SiIN, SiCl/ und dgl. mit einer vorbestimmten Menge an PH-* oder verwendet wird.

Die Ausführun^sbeispiele des Photosensors werden

anhand der Zeichnung weiter erläutert. 30

In der Fig. 1 ist schematisch ein Aufbau eines Ausführungsbeispiels des Photosensors gezeigt.

Fig. 1A ist eine schematische Teildraufsicht, Fig. 1b ist eine schematische Schnittansicht längs der strich punktierten Linie AB in Fig. 1A und Fig. 1C ist eine schematische Schnittansicht längs der strichpunktierten Linie XY in Fig. 1A. Der in Fig. 1 gezeigte Photosensor

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101 hat einen Aufbau, bei dem eine Vielzahl von Bildelementen gleicher Größe (von denen in der Figur nur fünf gezeigt sind) quer in einer Anordnung bzw. Reihe mit gleichen Teilungsabständen angeordnet sind.,

An einem durchlässigen Substrat 104 ist in vorbestimmten Zwischenabständen eine bestimmte Anzahl durchlässiger Bildelement-Elelctroden 102 mit einer bestimmten Breite ausgebildet, an denen an Bereichen außerhalb von Bereichen für die Bildung von Lichtempfangsfenstern 105 Lichtabfangschichten 103 aus undurchlässigem Material gebildet sind.

•Das Lichtempfangsfenster bestimmt das Bildelementformat des hergestellten Photosensors und damit dessen Auflösungsvermögen. Daher wird bei dem Anbringen der Lichtabfangsschicht 103 an der Bildelement-Elektrode das Lichtempfangsfenster 105 genau dem Entwurf gemäß bemessen.
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An den Bildelement-Elektroden 102 mit den angebrachten Lichtabfangschichten 103 wird in Richtung der aufgereihten Bildelement-Elektroden 102 ein Band aus subohmschen Schichten 106 angebracht, um damit die Lichtempfangsfenster 105 in einer vorbestimmten Dicke abzudecken.

Auf die subohmschen Schichten 106 werden aufeinanderfolgend photoleitfähige Schichten 107, ohmsche Schichten 108 und eine gemeinsame Elektrode 109 aufgeschichtet»

Anstelle der ohmschen Schichten 108 ist es auch möfl,IJ,o}), !.uibohnuicho ;>chichten mit Kitferioohufton. anzubringen, die denjenigen der subohmschen Schichten 106 gleichartig sind.

Als nächstes wird die Herstellung des in Pig. 1 gezeigten Photosensors in Einzelheiten beschrieben.

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An einem durchlässigen Substrat 104 wie einem Glassubstrat oder einem Harzfilm wurde eine Indiumzinnoxid- bzw. ITO-Schicht 102 (In₃O₅:Sn0₂=20:1) als Oxid-Elektrode in einer Dicke von 200 nm aufgebracht-, wonach eine Vakuumaufdampfung von Cr zur Bildung einer Lichtabfangschicht 103 an der Oxid-Elektrode erfolgte. Danach wurde eine Ätzung zu einem Bildelementmuster ausgeführt und es wurden ferner zur Bildung der Lichtempfangsfenster 105 die den Penstern entsprechenden Teilbereiche der Lichtabfangschicht durch Ätzen entfernt. Das gereinigte Substrat 104 mit dem auf diese Weise gebildeten Bildelementmuster wurde in einer Hochfrequenz-Glimmentladungsvorrichtung angebracht, in der eine Strömung von mit H₂ auf 10 VdI.$ verdünntem SiH,-Gas (das nachstehend als 10 Vol.^-SiH^-Gas bezeichnet wird) und auf 1000 Volumenteile je Million verdünntem PH-r-Gas (das nachstehend als 1000 Volumenteile/Million-PH,-Gas bezeichnet wird) jeweils mit einer Durchflußrate von 5 Norm-Kubikzentimetern (SCCM) hervorgerufen und eine Glimmentladung bei einer Hochfrequenz-Leistung von 20 W für 2,5 Minuten unter Aufrechterhalten der Substrattemperatur von 200⁰C erzeugt wurde, um die subohmschen Schichten 106 in einer Dicke von 10 nm zu bilden. Danach wurde das Substrat entnommen und einer Ätzung in der Weise unterzogen, daß nur die subohmschen Schichten 106 zurückbleiben konnten.

Nach einem gründlichen Waschen und Trocknen des Substrats wurde es wieder in der Hochfrequenz-Glimmentladungsvorrichtung angebracht und es wurde eine Glimmentladung mit einer Hochfrequenz-Leistung von 20 W bei einer Substrattemperatur von 20O⁰C für 6 Stunden während 10

*-Gas mit einer Durchflußrate von 10 Form-Kubikzentimetern eingeleitet wurde; damit wurde eine photoleitfähige Schicht in einer Dicke von 1,5 um gebildet. Danach wurde unter Verminderung der Durchflußrate des 10 Vol.$- SiH,-Gases von 10 auf 5 Norm-Kubikzentimeter (SCCM) und Einleiten des 1000 Volumenteile/Million-PH-z-Gases mit einer Durchflußrate von 8 Norm-Kubikzentimetern die Glimmentladung für zusätzliche 30 Minuten fortgesetzt,

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um ohmsche Schichten 107 in einer Dicke von 80 nm zu . bilden. Danach wurde das Substrat aus der Glimmentladung svorrichtung herausgenommen und es wurde zur Bildung der oberen gemeinsamen Elektrode 109 in einem Metallaufdampfungsbehälter über dem ganzen Substrat eine Al-Schicht in einer Dicke von ungefähr 200 nm gebildet. Darauffolgend wurden nach dem Ätzverfahren die photoleitfähigen Schichten 107, die ohmschen Schichten 108 und die Al-Schichten (gemeinsame Elektrode) zu Streifen gemäß der Darstellung in Fig. 1C geformt.

Auf diese Weise wurde der Photosensor in einer Reihenanordnung gebildet. Dieser Photosensor hatte ein Auflösungsvermögen von 8 Bildelementen je Millimeter bei einer Bildelemente-Anzahl von 1792, so daß der Photosensor das Lesen von vollen Zeilen in der kürzeren Abmessun/; des Papier formats Nr. 4 der Α-Reihe (japanische Industrienorm, JTS) ermöglichte. Wenn eine Gleichvorupunruuiy inwi.'ichuii die juweliigo Üildu leinen t-lilüklrode und die gemeinsame Elektrode in der Polung angelegt wurde, daß die gemeinsame Elektrode positiv war, und eine Lichtbestrahlung herbeigeführt wurde, konnten an jedem dor 1V1 ΙίΙοΊοιηοιι I- AniJoh I iinno der TiiohthoiitralilujriKtitiiongo entsprechende Photostromsignale abgenommen werden. In diesem Fall wurde der Photostrom-Wert eines jeden Bildelements als im wesentlichen konstant ermittelt, was besagte, daß der Photosensor ein hervorragender Photosensor mit gleichförmigen Eigenschaften war.

Alle a-Halbleiterschichten, die Silizium als Matrix aufweisen und die Elemente bilden, werden am besten kontinuierlich über die ganze Schicht hergestellt. Als Material zur Bildung der photoleitfähigen Schicht 107 kann gewöhnlich vorteilhaft ein a-Halbleiter verwendet werden, der keiner Dotierung unterzogen wird. Es ist aber auch möglich, (a) mit 10 bis 100 Atomteilen je Million an P- oder As-Atomen zu dotieren, um die Photostrom-Werte zu steigern (wobei auch der Dunkelstrom-Wert gesteigert

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wird) oder (b) mit 10 bis 100 Atomteilen je Million an B-Atomen zu dotieren, um den Dunkelstrom zu verringern, usw..

Die photoleitfähige Schicht 107 hat eine Dicke von 0,3 "bis 10 um und vorzugsweise von 0,5 "bis 3 um. Der Optimalwert für die Schichtdicke wird in Abhängigkeit von der Leichtigkeit der Herstellung (Verhindern von Nadellöchern bzw. Gasporen, für die Herstellung erforderliche Zeit usw.), dem Ausmaß der Ausbreitung des elektrischen Felds aufgrund des Zwischenraums zwischen den Bildelementen und der Schichtdicke (Abstand zwischen den Bildelementen/Schichtdicke > 5/1) und dem Grad "der Absorption des einfallenden lichts bestimmt (Absorptionskonstante = 10 - 10 (cm" ), Wellenlänge des einfallenden Lichts: 400 - 700 nm).

Andererseits hat der Photosensor gemäß dem Ausführungsbeispiel einen Aufbau, bei dem der Sekundärstrom (Photostrom) verlustlos entnommen werden kann; der Wirkungsgrad G des Photosensors kann mit der folgenden Gleichung angegeben werden:

G = μ TTE ///
wobei μ die Trägerbeweglichkeit (in cm /Vs) ist, T die Trägerlebensdauer (in .s) ist, E die elektrische Feldstärke in der photoleitfähigen Schicht 107 (in V/cm) ist und Z die Dicke der photoleitfähigen Schicht 107 (in cm) ist.

Bei der Schicht aus dem amorphen Halbleitermaterial a-Si.(H, X), das Silizium als Matrix aufweist, 1 bis 30 Atom-$ an Wasserstoffatomen und/oder Halogenatomen enthält und unter den vorangehend beschriebenen Bedingungen hergestellt ist, gilt für diese Parameter annähernd: μ = 0,1 und Tf = 10" . Wenn Z = 1um(=10 cm) ist und ein im wesentlichen vollständig ohmscher Kontakt bei der Lichtbestrahlung vorausgesetzt wird, wird folglich bei V=1 V(E=IO^ V/cm) ein Wirkungsgrad G=10

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erzielt, während bei V=IOV ein Wirkungsgrad von G=IOO erzielt wird.

Auf diese Weise steigt bei konstanter Schichtdicke der Sekundärstrom-Wirkungsgrad mit einer Steigerung der angelegten Spannung an. Da im allgemeinen die angelegte Spannung im Bereich von 0,5 bis 100 V liegt, hat auch im Hinblick auf diesen Gesichtspunkt die photoleitfähige Schicht 107 eine Dicke von 0,3 bis 10 um und vorzugsweise von 0,5 bis 3 um.

Wenn an der zur Lichteinfallseite entgegengesetzten Seite der photoleitfähigen Schicht 107 ohmsche Schichten 108 verwendet werden, wird die Menge der in diese Schichten eindotierten Verunreinigungen bzw. Fremdatome optimal in Abhängigkeit von dem Metallmaterial der Elektrode gewählt, die im Weiteren auf die ohmsche Schicht 108 aufgeschichtet wird.

Die gemeinsame Elektrode 109, die aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet wird, das aus vielerlei metallischen Stoffen wie Al, Mo, Au, Ti usw. gewählt v/ird, kann an der ohmschen Schicht 108 durch ein Verfahren wie das Vakuumaufdampfen ausgebildet werden. Der auf diese Weise erzielte Schichtenaufbau (ohmsche Schicht und gemeinsame Elektrode) wird dann bei dem Ätzschritt zu einem Streifen mit einer annähernd der Breite des Lichtempfangsfensters entsprechenden Breite

geformt, wie es in den Fig. 1A, 1B und 1C gezeigt ist. 30

Die Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die Trennung zwischen den Bildelementen durch das Muster von oberen (licht-·) undurchlässigen Elektroden 207 erfolgt und eine Elektrode 203 an der Lichteinfallseite eine gemeinsame (licht-).durchlässige Elektrode ist . Die Funktion jeder Schicht ist die gleiche wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1. Die durchlässige Elektrode 203» eine subohmsche Schicht 204 und eine photoleitfähige

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Schicht 205 sind für alle Bildelemente gemeinsam, während die undurchlässigen Elektroden 207 und ohmsche Schichten 206 bei den jeweiligen Bildelementen gesondert sind. Zur Verbesserung der Zuverlässigkeit des Photosensors ist es vorteilhaft, bei jedem Bildelement alle Schichten 204, 205 und 206 zu trennen bzw. abzusondern, die Silizium als Matrix aufweisen.

Es wurde festgestellt, daß die Photosensoren, die mit der Gestaltung gemäß der Darstellung in den Pig. und 2 hergestellt wurden, leicht einen Wirkungsgrad von Cr=IO - 100 (in Abhängigkeit von der angelegten Spannung) ergeben, einen Photostrom abgeben, der weitaus größer als derjenige bei einem Photodiodenelement mit der gleichen Lichtempfangsfläche bei der gleichen Lichtmenge ist, während der Strom bei Dunkelheit oder geringer Beleuchtung sehr gering ist, und stabile Betriebseigenschaften mit einem großen Signal/Störungs-Verhältnis bzw. Rauschabstand haben.

Es wird ein Photosensor angegeben, der eine erste Elektrode, eine an der ersten Elektrode angebrachte photoleitfähige Schicht, die mit einem photoleitfähigen Material aufgebaut ist, das Siliziumatome als Matrix enthält, eine durchlässige zweite Elektrode, die an der Seite der photoleitfähigen Schicht angebracht ist, die der Seite gegenüberliegt, an der die erste Elektrode angebracht ist, und eine zwischen der durchlässigen zweiten Elektrode und der photoleitfähigen Schicht angebrachte subohmsche Schicht aufweist, die zwischen der zweiten Elektrode und der photoleitfähigen Schicht auf das Anlegen einer Spannung einer bestimmten Polungsrichtung zwischen den beiden Elektroden hin einen subohmschen Kontakt bildet und die Siliziumatome als Matrix sowie Fremdatome enthält, die den Leitfähigkeitstyp steuern.

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Claims

Patentansprüche

1. Photosensor, gekennzeichnet durch eine erste Elektrode (109; 207), eine an der ersten Elektrode angebrachte photoleitfähige Schicht (107; 205), die aus einem photoleitfähigen Material gebildet ist, das SiIiziumatome als Matrix enthält, eine durchlässige zweite Elektrode (102; 203), die an der Seite der photoleitfähigen Schicht angebracht ist, die der Seite gegenüberliegt, an welcher die erste Elektrode angebracht ist, und eine subohmsche Schicht (106; 204), die zwischen der durchlässigen zweiten Elektrode und der photoleitfähigen Schicht angebracht ist, um zwischen diesen auf das Anlegen einer Spannung einer bestimmten Polungsrichtung zwischen den beiden Elektroden hin einen subohmsehen Kontakt zu bilden, wobei die subohmsche Schicht Siliziumatome als Matrix aufweist und Premdatome enthält, die den Leitfähigkeitstyp bestimmen.

2. Photosensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fremdatome der subohmschen Schicht (106; 204) Atome sind, die den n-Leitfähigkeitstyp bestimmen.

3. Photosensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den n-Leitfähigkeitstyp bestimmenden Atome der subohmschen Schicht (106; 204) Boratome sind.

Deutsche Bank !München) KIo 51/61070

Dresdner Bai

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ick (Munclmn) KIo B70-43-804

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4. Photosensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den n-Ieitfähigkeitstyp bestimmenden Atome der subohmschen Schicht (106; 204) Arsenatome sind.

5. Photosensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die den Leitfähigkeitstyp steuernden Fremdatome der subohmschen Schicht (106; 204) in einer Menge von 100 bis 5000 Atomtqilen je Million enthalten sind.
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6. Photosensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die subohmsche Schicht (106; 204) eine Schichtdicke von 2,5 bis 40 nm hat. '

7. Photosensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die subohmsche Schicht (106; 204) als Bestandteilatome Wasserstoffatome und/oder Halogenatome enthält.

8. Photosensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserstoffatome der subohmschen Schicht (106; 204) in einer Menge von 1 bis 30 Atom-$ enthalten sind.

9. Photosensor nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Halogenatome der subohmschen Schicht (106; 204) in einer Menge von 1 bis 30 Atom-$

enthalten sind.
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10. Photosensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine ohmsche Schicht (108; 206), die einen ohmsohen Kontakt zwischen der ersten Elektrode (109; 207) und der photoleitfähigen Schicht (107; 205) bildet.

11. Photosensor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die ohmsche Schicht (108; 206) aus einem

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photoleitfähigen Material gebildet ist, das Siliziumatome als Matrix enthält.

-.. .

12. Photosensor nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die ohmsche Schicht (108; 206) Fremdatome enthält, die den n-Leitfähigkeitstyp bestimmen.

13. Photosensor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Fremdatome der ohmschen Schicht (108; TO 206) in einer Menge von 1000 bis 10000 Atomteilen je Million enthalten sind.

"14. Photosensor nach Anspruch 12 oder 13» dadurch gekennzeichnet, daß die Fremdatome der ohmschen Schicht (108; 206) Boratome sind.

15. Photosensor nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Fremdatome der ohmschen Schicht (108; 206) Phosphoratome sind.

16. Photosensor nach einem der Ansprüche 10 bis 15* dadurch gekennzeichnet, daß die ohmsche Schicht (108; 206) eine Schichtdicke von mindestens 40 nm hat.

17. Photosensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die photoleitfähige Schicht (107; 205) als Bestandteilatome Wasserstoffatome und/oder Halogenatome enthält.

18. Photosensor nach Anspruch 17, dadurch gekenn-. zeichnet, daß die Wasserstoffatome der photoleitfähigen Schicht (107; 205) in einer Menge von 1 bis 30 Atom-$ enthalten sind.

19. photosensor nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Halogenatome der photoleitfähigen Schicht (107; 205) in einer Menge von 1 bis 30 Atorn-^ enthalten sind.

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20. Photosensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine zweite subohmsche Schicht zur Bildung eines elektrischen subohmschen Kontakts zwischen der ersten Elektrode (109; 207) und der photoleitfähigen Schicht (107; 205), wobei die zweite subohmsche Schicht Siliziumatome als Matrixatome aufweist und Fremdatome zur Bestimmung des- Leitfähigkeitstyps enthält.

21. Photosensor nach Anspruch 20, dadurch gekenn- ■ zeichnet, daß die den Leitfähigkeitstyp bestimmenden Fremdatome der zweiten subohmschen Schicht Atome sind, die den n-Leitfähigkeitstyp bestimmen.

22. Photosensor nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die den n-Leitfähigkeitstyp bestimmenden Atome der zweiten subohmschen Schicht Boratome sind.

23· Photosensor nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die den n-Leitfähigkeitstyp bestimmenden Atome der zweiten subohmschen Schicht Arsenatome sind.

24. Photosensor nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die den Leitfähigkeitstyp bestimmenden Fremdatome der zweiten subohmschen Schicht in einer Menge von 100 bis 5000 Atomteilen je Million enthalten sind.

25· Photosensor nach einem der Ansprüche 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite subohmsche Schicht eine Schichtdicke von 2,5 bis 40 nm hat.

26. Photosensor nach einem der Ansprüche 20 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite subohmsche Schicht als Bestandteilatome Wasserstoffatome und/oder Halogenatome enthält.

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27. Photosensor nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserstoffatome der zweiten subohmschen Schicht in einer Menge von 1 bis 30 Atom-$ enthalten sind.

28. Photosensor nach Anspruch 26 oder 27, dadurch

gekennzeichnet, daß die Halogenatome der zweiten subohmschen Schicht in einer Menge von 1 bis 30 Atom-$ enthalten sind. 10

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