DE3888704T2 - Photoelektrische Wandlereinrichtung. - Google Patents

Photoelektrische Wandlereinrichtung.

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Yukio Takasaki
Kazuhisa Taketoshi
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Description

    HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft allgemein eine photoelektrische Wandlereinrichtung zum Umwandeln eines Lichtsignals in ein elektrisches Signal, und sie betrifft speziell eine photoelektrische Wandlereinrichtung, die einen amorphen Halbleiter mit Ladungsvervielfachungswirkung verwendet, um hohe Empfindlichkeit zu erzielen. Die erfindungsgemäße photoelektrische Wandlereinrichtung umfaßt z.B. eine Bildaufnahmeinrichtung vom Typ mit geschichtetem photoleitendem Film, einen eindimensionalen Bildsensor, einen zweidimensionalen Bildsensor usw.
    • Beschreibung des einschlägigen Standes der Technik
  • Herkömmlicherweise sind als photoelektrische Wandlereinrichtungen, die hauptsächlich durch einen amorphen Halbleiter gebildet werden, eine Photozelle und ein eindimensionaler Bildsensor bekannt, wie in JP-A-52-144992 offenbart, sowie ein zweidimensionaler Bildsensor (nachfolgend als "photoleitende Festkörpereinrichtung vom Typ mit geschichtetem photoleitendem Film" bezeichnet), der durch eine Kombination einer Festkörper-Treiberschaltung und eines amorphen, photoleitenden Materials gebildet wird, wie in JP-A-49-24619 offenbart.
  • Als photoelektrische Wandlerabschnitte bei diesen photoelektrischen Wandlereinrichtungen sind zwei Typen bekannt: einer, der nicht selbst über Vervielfachungsfunktion verfügt, und ein anderer, der selbst über Vervielfachungsfunktion verfügt.
  • Was die zur Verfügung stehenden Photozellen, eindimensionalen Bildsensoren und Festkörperbildaufnehmer vom Typ mit geschichtetem photoleitendem Film betrifft, gehören die meisten zum erstgenannten Typ, d.h. zu dem, der selbst keine Vervielfachungsfunktion aufweist, und der photoelektrische Wandlerabschnitt beim erstgenannten Typ wird weiter in zwei Typen abhängig davon unterteilt, ob Ladungsträgerinjektion von der vorhandenen Elektrode ausgehend vorliegt oder nicht. Ein erster Typ ist vom sogenannten Sperrtyp, bei dem die Ladungsträgerinjektion von der vorhandenen Elektrode in den photoleitenden Film gesperrt ist, und ein zweiter Typ ist vom Injektionstyp, bei dem solche Ladungsträgerinjektion zugelassen ist. Von den beiden Typen werden Sperrtypeinrichtungen im allgemeinen in Fällen angewandt, in denen gutes Ansprechverhalten auf Licht erforderlich ist. In diesem Fall ist es jedoch unmöglich, mehr Signalladungen zu erhalten, als es der Anzahl von durch das einfallende Licht erzeugten Ladungsträgern entspricht. D.h., daß die Verstärkung bei der photoelektrischen Wandlung bestenfalls 1 beträgt. Bei einer Injektionstypeinrichtung kann dagegen eine hohe Empfindlichkeit mit einer Verstärkung über 1 erzielt werden, da im Prinzip mehr Ladungen als es der Anzahl der einfallenden Photonen entspricht, an eine externe Schaltung geliefert werden können. Bei diesem System, bei dem Ladungsträger teilweise in das Innere eines Sensors injiziert werden, ist jedoch das Ansprechverhalten für Licht beträchtlich verschlechtert.
  • Was photoelektrische Wandlereinrichtungen vom Typ betrifft, bei dem ein photoelektrischer Wandlerabschnitt Vervielfachungsfunktion aufweist, wurden bisher die folgenden Einrichtungen vorgeschlagen. Eine Vorrichtung ersten Typs ist von einem Typ, der eine Injektionselektrode und ein Gate aufweist, das auf Licht im photoelektrischen Wandlerabschnitt hin öffnet. Als zu diesem ersten Typ von Einrichtungen gehörige Einrichtungen wurde z.B. eine Bildaufnehmereinrichtung, bei der eine amorphe, photoleitende Halbleiterschicht mit Phototransistoreigenschaft und eine Ausleseschaltung aufeinanderlaminiert sind, wie in JP-A-61-222383 offenbart, vorgeschlagen, und es wurde auch eine Einrichtung vorgeschlagen, die einen Transistors vom Typ mit elektrostatischer Induktion verwendet, wie in IEEE TRANSACTION ON ELECTRON DEVICES (Vol. ED 22, 1975, Seiten 185 - 197) erörtert. Jede dieser Einrichtungen gehört dem Grunde nach zum Injektionstyp, und die den amorphen Halbleiter verwendende Einrichtung leidet unter Nachteilen, wie insbesondere langsamem Ansprechen. Ferner ist im Transistor vom Typ mit elektrostatischer Induktion ein Verstärkungsabschnitt für jedes Bildelement enthalten, wodurch es erforderlich ist, einen komplizierten Prozeß zu verwenden, damit die Verstärkungsfaktoren der jeweiligen Bildelemente miteinander übereinstimmen. Als Einrichtung von einem zweiten Typ wurde ein System wie das in JP-A-57-21876 of fenbarte vorgeschlagen, bei dem p&spplus;/πp/n/n&spplus;-Übergänge in Wasserstoff enthaltendem amorphem Silizium auf dieselbe Weise wie in kristallinem Silizium ausgebildet werden, um dadurch Lawinenwirkung am p/n-Übergang zu erzielen, um Signalverstärkung auszuführen. In diesem System wird gutes Ansprechen auf Licht erhalten, da die Struktur bei diesem System derart ist, daß die Ladungsträgerinjektion von der Elektrode in den photoelektrischen Wandlerabschnitt gesperrt ist, während es, da seine Verarmungsschicht nicht sehr breit ist, unter dem Nachteil leidet, daß nicht immer ein zufriedenstellender Verstärkungsfaktor erzielt wird.
  • Wie es erwähnt wurde, ist die Leistungsfähigkeit derzeit verfügbarer photoelektrischer Wandlereinrichtungen wie einer Photozelle, eines eindimensionalen Bildsensors und eines Festkörper-Bildaufnehmers vom Typ mit laminierter, photoleitender Schicht nicht zufriedenstellend, und es bestand eine starke Nachfrage nach erhöhter Empfindlichkeit und verbesserter Leistungsfähigkeit.
    • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, die vorstehenden, herkömmlichen Probleme zu überwinden.
  • Genauer gesagt, ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine photoelektrische Wandlereinrichtung mit hoher Empfindlichkeit, wie einer Verstärkung der photoelektrischen Wandlung über 1, und mit gutem Ansprechen auf Licht anzugeben.
  • Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine photoelektrische Wandlereinrichtung mit einfacher Struktur anzugeben, die einfach herstellbar ist.
  • Es ist noch eine andere Aufgabe der Erfindung, eine photoelektrische Wandlereinrichtung mit kleinem Dunkelstrom anzugeben.
  • Es ist noch eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine photoelektrische Wandlereinrichtung mit homogener photoleitender Schicht anzugeben, deren Fläche leicht vergrößert werden kann.
  • Die obigen Aufgaben werden durch die photoelektrische Wandlereinrichtung, wie sie merkmalsmäßig durch Anspruch 1 gegeben ist, gelöst.
  • Die Erfinder haben verschiedene Versuche hinsichtlich des amorphen Halbleitermaterials ausgeführt und herausgefunden, daß dann, wenn ein starkes elektrisches Feld an ein amorphes Halbleitermaterial gelegt wird, eine Ladungsvervielfachungswirkung (ein Lawineneffekt) innerhalb des amorphen Halbleitermaterials hervorgerufen wird.
  • EP-A-0 255 246, die zum Stand der Technik gemäß Artikel 54(3) EPÜ zahlt, betrifft eine photoelektrische Wandlereinrichtung mit einer amorphen photoleitenden Schicht, wie Se, die mit einer Löchersperrschicht aus CeO&sub2; beschichtet ist, betrieben im Avalanche-Modus.
  • Gemäß der Erfindung mit der vorstehenden Struktur unter Verwendung eines solchen amorphen Halbleiters ist es möglich, eine photoelektrische Wandlereinrichtung zu erhalten, die ausgezeichnetes Ansprechen auf Licht und eine Verstärkung größer 1 aufweist, um eine hohe Empfindlichkeit zu erhalten.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die Erfindung wird durch die folgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlich, in denen:
  • Fig. 1 ein Diagramm ist, das eine Einrichtung oder ein Bauelement zeigt, das hergestellt wurde, um die Ladungsträger-Vervielfachungswirkung eines amorphen Halbleitermaterials zu bestätigen, wie es erfindungsgemäß verwendet wird;
  • Fig. 2 ein Diagramm zum Erläutern der Ladungsträger-Vervielfachungswirkung eines amorphen Halbleitermaterials ist, wie es erfindungsgemäß verwendet wird;
  • Fig. 3 ein schematisches Diagramm ist, das ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen photoelektrischen oder photovoltaischen Wandlerelements zeigt;
  • Fig. 4A und 4B Diagramme sind, die ein anderes photovoltaisches Wandlerelement zeigen;
  • Fig. 5 ein Diagramm ist, das ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen photovoltaischen Wandlerelements zeigt; und
  • Fig. 6 ein Diagramm ist, das noch ein anderes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen photovoltaischen Wandlerelements zeigt.
    • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Zunächst wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 die Ladungsträger-Vervielfachungswirkung eines amorphen Halbleiters beschrieben. Um die Ladungsträger-Vervielfachungswirkung eines amorphen Halbleiters zu bestätigen, wurde ein Element mit einer Struktur hergestellt, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist. Eine lichtdurchlässige Elektrode 12, eine dünne Ceroxidschicht 13, eine amorphe Selenschicht 14 und eine Au-Elektrode 15 wurden in der genannten Reihenfolge auf ein Substrat 11 aus lichtdurchlässigem Glas laminiert. Das so ausgebildete Bauelement wurde zum Anlegen eines elektrischen Feldes so mit einer Spannungsguelle 16 verbunden, daß die lichtdurchlässige Elektrode 12 positives elektrisches Potential bezogen auf die Au-Elektrode 15 aufwies, und das Bauelement wurde von der Seite des Glassubstrats 11 her mit einfallendem Licht 17 beleuchtet.
  • In Fig. 2 zeigen Kurven 101 und 102 die Beziehung zwischen dem Signalstrom und der angelegten Spannung bzw. die Beziehung zwischen dem Dunkelstrom und der angelegten Spannung bei diesem Bauelement. In der Zeichnung ist die angelegte Spannung durch die Stärke des elektrischen Feldes (entlang der Ordinate) repräsentiert.
  • Die dünne Schicht 13 aus Ceroxid wird so ausgebildet, daß sie verhindert, daß positive Löcher von der lichtdurchlässigen Elektrode 12 aus in die amorphe Selenschicht 14 injiziert werden. Ferner arbeitet dieses Bauelement, da die Menge an Elektronen, die von der Au-Elektrode 15 in die amorphe Selenschicht 14 injiziert wird, sehr klein ist, als sogenanntes Bauelement vom Ladungsträgerinjektion-Sperrtyp.
  • Wie aus Fig. 2 erkennbar, wird die die Beziehung zwischen dem Signalstrom und der angelegten Spannung darstellende Kurve 101 aus drei Bereichen A, B und C gebildet.
  • Im Bereich A wird das durch das Substrat 11 aus lichtdurchlässigem Glas hindurchgetretene Einfallslicht 17 in der amorphen Selenschicht 14 absorbiert, um dadurch Elektron/Loch-Paare zu erzeugen, und die Elektron/Loch-Paare werden durch die angelegte Spannung teilweise voneinander getrennt, so daß sich die Elektronen zur lichtdurchlässigen Elektrode 12 hin bewegen und die Löcher die Au-Elektrode 15 erreichen, um einer elektrischen Schaltung zugeführt zu werden. In diesem Bereich mit elektrischem Feld wird der Strom, obwohl der Signalstrom ansteigt, wenn die elektrische Feldstärke erhöht wird, übermäßig durch Rekombination der Elektronen mit den Löchern beeinflußt, so daß die Verstärkung des Bauelements nicht größer als 1 ist.
  • Wenn die angelegte Spannung weiter so erhöht wird, daß sie im Bereich B von Fig. 2 liegt, werden fast alle durch das Einfallslicht 17 erzeugten Elektron/Loch-Paare durch das elektrische Feld voneinander getrennt, so daß die Elektronen und Löcher zur lichtdurchlässigen Elektrode 12 bzw. zur Au- Elektrode 15 laufen, ohne miteinander zu rekombinieren.
  • Im Bereich B beginnt der Signalstrom eine Tendenz zur Sättigung zu zeigen. Da jedoch der Signalstrom maximal wird wenn, das gesamte Einfallslicht 17 in Elektron/Loch-Paare umgewandelt wird, um einen Signalstrom zu liefern, wird die Verstärkung des photoleitenden Films maximal 1. Was die unter dem vorstehenden Punkt "Beschreibung des einschlägigen Standes der Technik" beschriebene Photozelle, den eindimensionalen Bildsensor und die photoleitende Festkörpereinrichtung vom Typ mit photoleitendem, laminiertem Film betrifft, wird dafür gesorgt, daß sie im vorgenannten Bereich A oder B arbeiten.
  • Die Erfinder haben die Tatsache herausgefunden, daß dann, wenn der photoleitende Film durch amorphes Selen gebildet wird, dann, wenn das angelegte elektrische Feld noch stärker als im vorstehenden Bereich B eingestellt wird, ein Phänomen dahingehend auftritt, daß der Signalstrom schnell ansteigt, so daß die Verstärkung größer als 1 wird. Bisher konnte das Phänomen des Anstiegs des Signalstroms in der amorphen Selenschicht nicht ausreichend klargestellt werden. Jedoch unterscheidet sich die Ladungsträger-Vervielfachungswirkung im erfindungsgemäßen photovoltaischen Wandlerelement von derjenigen, die durch Ladungsträgerinjektion erzeugt wird, wie im vorangehenden Punkt "Beschreibung des einschlägigen Standes der Technik" erläutert, da im Bereich C keine Zunahme des Dunkelstroms zu beobachten ist, wie aus Kurve 102 von Fig. 2 erkennbar, und wenn die Filmdicke der amorphen Selenschicht erhöht wird, steigt der Vervielfachungsfaktor des Signalstroms bei derselben elektrischen Feldstärke an.
  • Unter Verwendung des Phänomens, daß eine Ladungsträger-Vervielfachungswirkung im Inneren einer amorphen Selenschicht hervorgerufen wird, wenn ein starkes elektrisches Feld an diese gelegt wird, kann ein hochempfindliches photovoltaisches Wandlerelement mit einer Verstärkung über 1 ohne Verschlechterung des guten Ansprechverhaltens auf Licht eines photovoltaischen Wandlerelements mit Sperrtypstruktur erhalten werden, wenn eine amorphe Halbleiterschicht, die eine derartige Ladungsträger-Vervielfachungswirkung entfalten kann, in eine Signalausleseschaltung eingesetzt wird.
  • Fig. 3 ist ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Prinzip eines photovoltaischen Wandlerelements zeigt. Das photovoltaische Wandlerelement wird im wesentlichen durch ein Substrat 31, das mit einer auf ihm ausgebildeten Signallese-Abtastschaltung versehen ist, eine Signalausleseelektrode 32, eine amorphe Selenschicht 34 und einen lichtdurchlässigen, leitenden Film 35 gebildet. Wenn kein ausreichender Gleichrichterkontakt zwischen der Signalausleseelektrode 32 oder der Gegenelektrode 35 und der amorphen Selenschicht 34 erzielt werden kann, können Gleichrichterkontakt-Hilfsschichten 33, 33' dazwischen eingefügt werden, um die Gleichrichterkontaktfunktion zu verstärken.
  • Ein dem Bereich C von fig. 2 wird dadurch an das photovoltaische Wandlerelement mit der Struktur nach Fig. 3 gelegt, daß eine so gepolte externe Spannungsanlegeeinrichtung 36 verwendet wird, daß der lichtdurchlässige, leitende Film 35 positives elektrisches Potential erhält. Wenn das photovoltaische Wandlerelemente in diesem Zustand von der Seite des lichtdurchlässigen, leitenden Films 35 her mit Einfallslicht beleuchtet wird, wird das Einfallslicht 37 in der amorphen Selenschicht 34 absorbiert, um dadurch in dieser Elektron/Loch-Paare zu erzeugen. Von diesen Elektron/Loch-Paaren fließen die Elektronen zum lichtdurchlässigen, leitenden Film 35, und andererseits laufen die Löcher durch die amorphe Selenschicht 34 zur Signalausleseelektrode 32.
  • Demgemäß kommt es dann, wenn die amorphe Selenschicht 34 so dick gemacht wird, daß es zu Ladungsträger-Vervielfachungswirkung kommt, wenn die Löcher im hohen elektrischen Feld durch die amorphe Selenschicht 34 laufen, um dadurch eine gewünschte Charakteristik zu erzielen, zur Vervielfachung von Ladungsträgern, um dadurch hohe Empfindlichkeit zu erhalten, die zu einer Verstärkung über 1 führt, während das gute Ansprechverhalten auf Licht beibehalten wird.
  • Bei einem kristallinen Halbleitermaterial ist die Enstehung einer solchen Ladungsträger-Vervielfachungswirkung bereits als Avalanche-Verstärkungsphänomen bekannt. Bei einem kristallinen Halbleitermaterial werden jedoch Mikroplasmen erzeugt und es fließt ein großer Dunkelstrom von 10&supmin;&sup9; A/mm². Daher besteht dann, wenn der Querschnitt des Bauelements groß ist, die Schwierigkeit, daß der Dunkelstrom nicht auf einen kleinen Wert unterdrückt werden kann. Demgemäß wurde kristallines Halbleitermaterial in der Praxis nie für ein zweidimensionales photovoltaisches Wandlerelement wie eine Bildaufnehmerelement oder dergleichen verwendet. Dagegen wurde für ein amorphes Halbleitermaterial allgemein angenommen, daß die oben beschriebene Ladungsträger-Vervielfachungswirkung wegen interner Störstellen nicht selbst in einer Halbleiterschicht hervorgerufen wird. Jedoch haben die Erfinder als Ergebnis der verschiedenen Versuche und Untersuchungen die Tatsache herausgefunden, daß eine Ladungsträger-Vervielfachungswirkung in amorphem Selen besteht, und daß der Dunkelstrom in amorphem Selen nur 1 % oder weniger dessen in einem kristallinen Halbleitermaterial ist, selbst bei einer großen Querschnittsfläche des amorphen Selens.
  • Ferner haben die Erfinder als Ergebnis detaillierter Untersuchungen herausgefunden, daß die Ladungsträger-Vervielfachungswirkung in amorphem Selen sehr stark von positiven Löchern beeinflußt wird, während der Einfluß von Elektronen klein ist. Daher kann, wenn die vorstehend genannte Ladungsträger-Vervielfachungswirkung für ein photovoltaisches Wandlerelement verwendet wird, die Ladungsträgervervielfachung wirkungsvoll mit geringen Störsignalen vorgenommen werden, wenn ein elektrisches Feld so angelegt wird, daß hauptsächlich Löcher in einem Film laufen. Ferner ist ein erfindungsgemäßes Bauelement, das amorphes Selen verwendet, dahingehend beachtlich wirkungsvoll, daß amorphes Selen auf einfache Weise als homogener Dünnfilm mit großer Fläche ausgebildet und auf einem Signalausleseschaltung-Substrat durch einen einfachen Prozeß abgeschieden werden kann, und daß ein gleichförmiger Vervielfachungsfaktor im amorphen Selen erzielt werden kann.
  • Obwohl die vorstehende Beschreibung für ein photovoltaisches Wandlerelement unter Verwendung von Ladungsträger-Vervielfachungswirkung in amorphem Selen beschrieben wurde, hat sich herausgestellt, daß die vorstehenden Effekte der Ladungsträger-Vervielfachungswirkung selbst dann beibehalten werden können, wenn dem amorphen Selen Arsen und/oder Germanium zugesetzt wird, um die thermische Stabilität des ersteren zu erhöhen. Ferner kann z.B. Tellur zum Zweck des Erhöhens der Empfindlichkeit für Licht langer Wellenlänge zugegeben werden. Darüber hinaus ist es nicht immer erforderlich, die photoleitende Schicht durch einen einzelnen photoleitenden Film aus amorphem Selen zu bilden, sondern das Bauelement kann mit einer photoleitenden Schicht mit Schichtfolge versehen sein, die durch zwei oder mehr Arten amorpher Halbleiterschichten gebildet wird, die dieselbe Ladungsträger-Vervielfachungswirkung aufweisen wie amorphes Selen. Ferner ist es nicht erforderlich, die gesamte photoleitende Schicht nur durch einen amorphen Halbleiter zu bilden, sondern es kann eine Schichtfolge aus kristallinen und amorphen Halbleiterschichten sein. D.h., daß es bei einem erfindungsgemäßen photovaltaischen Wandlerelement erforderlich ist, daß ein amorpher Halbleiter zumindest als Teil von Schichten verwendet wird, die die photoleitende Schicht bilden, und daß Ladungsträger-Vervielfachungswirkung im Inneren der amorphen Halbleiterschicht dadurch hervorgerufen wird, daß ein starkes elektrisches Feld angelegt wird, um die Empfindlichkeit des Bauelements zu erhöhen. Wie aus Fig. 2 erkennbar, wird in amorphem Selen die Avalanche-Vervielfachung bei einer elektrischen Feldstärke von ungefähr 8 x 10&sup9; - 2 x 10¹&sup0; V/m hervorgerufen.
  • Die Fig. 4A und 4B sind Diagramme zum Erläutern eines eindimensionalen, langgestreckten Bildsensors, wobei Fig. 4A eine schematische Draufsicht ist, die einen Teil des Ausführungsbeispiels zeigt, und Fig. 4B ein Querschnitt entlang der gestrichelten Linie A-A' in Fig. 4A ist.
  • Ein lichtdurchlässiger, leitender Film wird auf einem Glassubstrat 41 ausgebildet und durch einen Photoätzprozeß so unterteilt, daß voneinander getrennte Ausleseelektrode 42 gebildet sind. Danach werden ein als Gleichrichterkontakt-Hilfsschicht wirkender CeO&sub2;-Dünnfilm 43 und als photoleitender Film 44 wirkendes amorphes Selen mit einer Dicke von 0,5 - 6 um durch Aufdampfen im Vakuum durch eine Maske mit langgestreckten Löchern über den Ausleseelektroden 42 ausgebildet. Danach wird ein leitender Film 45 durch Aufdampfen, Sputtern, CVD oder dergleichen auf der Schicht aus amorphem Selen ausgebildet, um einen photovoltaischen Wandlerabschnitt auszubilden. Ferner werden die Ausleseelektroden des photovoltaischen Wandlerabschnitts mit einer auf dem Substrat 41 ausgebildeten Abtastschaltung durch Bonden oder irgendein anderes geeignetes Mittel verbunden, um dadurch einen eindimensionalen langgestreckten Bildsensor zu erhalten.
  • Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf weitere Ausführungsbeispiele detaillierter beschrieben.
    • BEISPIEL 1
  • Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel für den Fall, daß die Erfindung auf ein Festkörper-Bildaufnehmerelement angewandt wird.
  • Als unteres Substrat mit Signalauslese- und -übertragungsfunktionen wird ein einkristallines Silizium-IC-Substrat 51 verwendet, das an seiner Oberseite mit einem zweidimensional angeordneten MOS-Schalter versehen ist. Das Silizium-IC-Substrat 51 wird mit demselben Prozeß hergestellet wie im Fall eines herkömmlichen Festkörper-Bildaufnehmerelements. Das Silizium-IC-Substrat 51 wird mit einer Sourceelektrode 52, einer Drainelektrode 53, einer Gateelektrode 54, Isolierschichten 55 und einer Elektrode 56 zum Auslesen eines Signals aus einem photoleitenden Film versehen. Um Ladungsträgerinjektion von der Elektrode 56 aus zu sperren, wird eine Schicht 59 angebracht.
  • Eine amorphe Halbleiterschicht 57 mit einer Dicke von 0,5 - 6 um, die Selen als Hauptbestandteil, Arsen und Tellur enthält, wird durch einen Aufdampfprozeß im Vakuum auf dem auf die oben beschriebene Weise hergestellten Grundsubstrat 51 ausgebildet. Beim herstellen des Films werden Se, A&sub2;Se und Te gleichzeitig durch voneinander getrennte Abscheidungsquellen verdampft, um auf dem Substrat 51 abgeschieden zu werden. Ferner wird ein lichtdurchlässiger, leitender film 58 durch Aufdampfen, sputtern, CVD oder dergleichen auf der amorphen Halbleiterschicht 57 abgeschieden, um dadurch ein Festkörper-Bildaufnehmerelement zu erhalten.
    • BEISPIEL 2
  • Fig. 6 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel für den Fall, daß die Erfindung auf ein Festkörper-Bildaufnehmerelement angewandt wird. Ähnlich wie beim Beispiel 1 wird als unteres Substrat mit Signalauslese- und -übertragungsfunktionen ein einkristallines Silizium-IC-Substrat 61 verwendet, das an seiner Oberfläche mit einem zweidimensionalen MOS-Schaltelement versehen ist. D.h., daß eine Sourcelektrode 62, eine Drainelektrode 63 und eine Gateelektrode 64, die auf vorgegebene Weise durch eine Isolierschicht 65 isoliert wird, auf einer Grundschicht des Siliziumeinkristalls ausgebildet werden.
  • Beispiel 2 unterschiedet sich von Beispiel 1 dahingehend, daß eine Isolierschicht 69 aus PIQ oder dergleichen auf dem mit der vorstehend angegebenen Struktur ausgebildeten Substrat hergestellt wird. Die Isolierschicht 69 wird mit einer dicke von z.B. einigen um ausgebildet. Die Dicke sollte abhängig von der Ebenheit des Grundsubstrats 61 geeignet ausgewählt werden. Die Isolierschicht 69 wird ausgebildet, um die Oberfläche einer auf ihr ausgebildeten Signalausleseelektrode 66 eben auszubilden, damit Avalanche-Vervielfacung in einem photoleitenden Film 67 gleichförmig erzeugt werden kann, anders gesagt, damit eine gleichformige elektrische Feldstärke im Inneren des photoleitenden Films 69 geschaffen werden kann. Es reicht aus, wenn die elektrische Feldstärke innerhalb der photoleitenden Schicht 67 hauptsächlich in einem Funktionsbereich gleichmäßig eingestellt wird, der einem oberen Abschnitt der Elektrode 66 entspricht.
  • Bei diesem Beispiel wird eine Ladungsträgerinjektion-Verhinderungsschicht 59' aus CeO&sub2; durch einen Aufdampfprozeß im Vakuum hergestellt, nachdem die photoleitenden Schicht 67 ausgebildet wurde. Diese Schicht 59' wird angebracht, um zu verhindern, das Löcher von einer lichtdurchlässigen Elektrode 68 an der Einfallsseite eines Lichtsignals 60 in die photoleitende Schicht 67 injiziert werden.
  • Obwohl bei den Beispielen 1 und 2 ein MOS-Abtast-Substrat als unteres Substrat verwendet wird, kann selbstverständlich an Stelle eines solches MOS-Abtast-Substrats ein CCD-Abtast- Substrat desjenigen systems verwendet werden, bei dem in elektrischen Potentialtöpfen durch Ladungsübertragung gespeicherte Ladungsträger aufeinanderfolgend so übertragen werden, daß sie an eine externe Schaltung ausgelesen werden.
  • Wenn ein elektrisches Feld mit einer Stärke nicht unter 8 x 10&sup9; V/m an den photoleitenden Film aus amorphem Selen bei einem durch die vorstehenden Beispiele 1 und 2 erhaltenen photovoltaischen Wandlerelement angelegt wird, um den Betrieb des photoleitenden Films aus amorphem Selen zu bewirken, wird Signalverstärkung in der amorphen Halbleiterschicht hervorgerufen, und wenn das elektrische Feld so eingestellt wird, daß es eine Stärke von z.b. 1,2 x 10¹&sup0; V/m aufweist, kann ein Ausgangssignal mit einer Verstärkung nicht unter 10 relativ zur Menge einfallenden Lichts erzielt werden.

Claims (8)

1. In Avalanche-Modus betriebene photoelektrische Wandlereinrichtung, umfassend:
ein Halbleitersubstrat (51; 61) mit elektrischen Schaltungen (52...55; 62...65) und mindestens einer Elektrode (56; 66) zum Auslesen von elektrischen Signalen,
eine darauf ausgebildete photoleitfähige Schicht (57; 67) aus amorphem Halbleitermaterial, die entsprechend externen Photosignalen (50; 60) elektrische Signale erzeugt,
eine auf der photoleitfähigen Schicht (57; 67) ausgebildete leitfähige Schicht (58; 68), und
eine zwischen der photoleitfähigen Schicht (57; 67) und der Elektrode (56) oder der leitfähigen Schicht (68) ausgebildete Ladungsträger-Injektionsblockierschicht (59; 59'), die die Injektion von Ladungsträgern in die photoleitfähige Schicht (57; 67) verhindert,
wobei die photoleitfähige Schicht (57; 67) einem elektrischen Feld einer Intensität ausgesetzt ist, die in der photoleitfähigen Schicht (57; 67) eine Ladungsvervielfachung bewirkt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei das elektrische Feld eine Intensität von nicht weniger als 8 x 10&sup9; V/m hat.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei auf dem Substrat (61) eine Isolierschicht (69) ausgebildet ist, um die Oberfläche der Signal-Ausleseelektrode (66) zu glätten.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die elektrischen Schaltungen mindestens einen FET mit einer ersten, einer zweiten und einer dritten Elektrode (52, 53, 54; 62, 63, 64) enthalten, wobei die zwischen der ersten und der zweiten Elektrode (52, 53; 62, 63) fließenden Ladngsträger durch ein elektrisches Feld von der dritten Elektrode (54; 64) gesteuert sind, und wobei die erste oder die zweite Elektrode (53; 63) mit der besagten mindestens einen Signal-Ausleseelektrode (56; 66) verbunden ist.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die photoleitfähige Schicht hauptsächlich aus Selen besteht.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, wobei die photoleitfähige Schicht Arsen und/oder Germanium oder Tellur enthält.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die photoleitfähige Schicht aus mehreren amorphen Halbleiterschichten gebildet ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, wobei die photoleitfähige Schicht eine amorphe Selenschicht und eine amorphe Siliziumschicht enthält, wobei die letztere wahlweise Wasserstoff enthält.
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