DE69211164T2 - Photoelektrischer Umwandler und Bildverarbeitungseinrichtung, die von diesem Gebrauch macht - Google Patents

Photoelektrischer Umwandler und Bildverarbeitungseinrichtung, die von diesem Gebrauch macht

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine fotoelektrische Umwandlungsvorrichtung und auf ein Bildverarbeitungsgerät unter Verwendung der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung und insbesondere auf eine photoelektrische Umwandlungsvorrichtung mit hoher Empfindlichkeit und einer schnellen Reaktion, die die Fähigkeit hat, Lesen von Bildern mit hoher Geschwindigkeit zu bewirken, und auf ein Bildverarbeitungsgerät unter Verwendung der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung.
  • In den Bildinformationssystemen, bei optischer Kommunikation und weiteren industriellen und Konsumgebieten unter Verwendung von Licht als Medium für Informationssignale ist der Halbleiter-Photosensor zum Umwandeln von optischen Signalen in elektrische Signale eine der wichtigsten und grundlegendsten Komponenten und ist bereits in zahlreichen Strukturen in den Handel gebracht worden.
  • Es ist allgemein erforderlich, daß solch ein Photosensor ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis (S/N-Verhältnis), eine hohe Empfindlichkeit für das Lesen eines Bildes und eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit bei der photoelektrischen Umwandlung hat. Außerdem ist für die Anwendung als Eingabevorrichtung für ein Faksimilegerät mit hoher Geschwindigkeit, einen Bildscanner, eine Kopiermaschine oder weitere Bildverarbeitungseinrichtungen erwünscht, daß der Photosensor in der Kontakt-Konfiguration ist, damit eine größere Kompaktheit von solch einer Einrichtung ermöglicht wird, und die Bildung einer Elementanordnung mit großer Fläche ist erforderlich. Andererseits muß in den Flächensensoren, die beispielsweise in industriellen oder Verbraucher-Videokameras verwendet werden, die Pixelfläche so groß wie möglich gebildet werden, da das Ausgangssignal von solch einem Photosensor im allgemeinen kleiner wird, wenn die Dichte der Pixel bzw. Bildelemente größer wird. Angesichts dieser Situationen richtet sich die technische Entwicklung für die photoelektrische Umwandlungsvorrichtung dahin, die Signalverarbeitungsschaltung und den Photosensor in einer aufeinandergelagerten Struktur zu konstruieren, wodurch die Oberfläche effektiv ausgenutzt wird.
  • Um diese Anforderungen an die photoelektrische Umwandlungsvorrichtung zu erfüllen, wird die Photodiode mit einer PIN-Struktur auf der Grundlage von amorphem Silizium als nützlich angesehen.
  • In der einfachsten Struktur von solch einer PIN-Photodiode sind alle Schichten mit amorphem Silizium gebildet, aber es ist schwierig, die Verringerung des Dunkelstroms auf ein praktisches Niveau zu erzielen, indem man Minoritäts- Ladungsträger blockiert, was eine wichtige Funktion der P- oder N-dotierten Schicht ist, um gleichzeitig die Eigenschaft eines niedrigen Nachbildes zu erzielen.
  • Dieses Phänomen wird in größerem Detail unter Bezugnahme auf Fig. 1 erklärt, welche eine schematische Bildansicht einer photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung ist. In Fig. 1 werden ein Glassubstrat 151, eine Elektrode 152 beispielsweise aus Chrom, eine amorphe N-Siliziumcarbidschicht 153; eine amorphe I-Siliziumschicht 154; eine amorphe P-Siliziumcarbidschicht 155; und eine transparente Elektrode 156 gezeigt. In der in Fig. 1 veranschaulichten Vorrichtung können die Minoritätsladungsträger, die von den Elektroden injiziert worden sind, effektiv blockiert werden, und somit kann der Dunkelstrom verringert werden indem man die P- und N- Halbleiterschichten mit Materialien aus einer breiteren Energielücke als der der Materialien, die die I- Halbleiterschicht aufbauen, bildet. Eine Energieband- Diskontinuität bzw. -Unstetigkeit und ein Grenzflächen- Störstellenniveau, die sich aus einem übergang mit unterschiedlichen Materialien ergeben, werden an der Grenzfläche zwischen der P- und I-Halbleiterschicht gebildet, und der sich ergebende Einfang von Ladungsträgern an der Grenzfläche erzeugt das Phänomen des Nachbildes.
  • Daher ist die Grenzfläche vorzugsweise frei von der Energieband-Diskontinuität und dem Störstellenniveau, damit das Phänomen des Nachbildes verringert wird. Aus diesem Grund sind Versuche gemacht worden, die P- und N-Halbleiterschichten ebenso wie die I-Halbleiterschicht mit amorphem Silizium zu bilden. Solch ein Aufbau beseitigt die Energieband- Diskontinuität und das Störstellenniveau an der Grenzfläche, aber führt zu einem erhöhten injizierten Strom, da die Dotiereffizienz nicht effektiv erhöht werden kann, was zu einem Anstieg des Dunkelstroms führt.
  • In Anbetracht des vorstehenden ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine photoelektrische Umwandlungsvorrichtung bereitzustellen, die die Eigenschaft hat, die Bildung einer Energieband-Diskontinuität und eines Störstellenniveaus an der Grenzfläche der I-Halbleiterschicht zu vermeiden, und die auch die Dotiereffizienz verbessert, wodurch der von den Elektroden injizierte Strom effektiv blockiert wird.
  • Fig. 1 ist eine schematische Querschnittsansicht einer photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung;
  • Fig. 2 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Ausführungsform der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung;
  • Fig. 3A ist eine schematische Querschnittsansicht der Struktur rund um den Lichtempfangsbereich einer weiteren Ausführungsform der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung;
  • Fig. 3B ist ein äquivalentes Schaltungsdiagramm eines Pixels bzw. Bildelements;
  • Fig. 3C ist ein aquivalentes Schaltungsdiagramm der gesamten photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung; und
  • Fig. 4 ist ein Blockdiagramm eines Bildverarbeitungsgeräts unter Verwendung der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung.
  • Die vorstehend erwähnte Aufgabe kann durch eine photoelektrische Umwandlungsvorrichtung mit einer PIN-Struktur nach Anspruch 1 gelöst werden.
  • Die I-Typ Halbleiterschicht ist eine Schicht, in der die Verunreinigung zum Steuern des Leitungstyps nicht beabsichtigt hinzugefügt ist oder bei der der Leitfähigkeitstyp neutral gehalten wird durch die gegenseitige Kompensation der die Leitfähigkeit steuernden Verunreinigungen von entgegengesetzten Leitfähigkeitstypen.
  • Die Anwesenheit der amorphen P-Typ- und N-Typ- Halbleiterschichten mit der mikrokristallinen Struktur, so daß die amorphe I-Typ Halbleiterschicht sandwichartig eingeschlossen ist, läßt zu, die Dotiereffizienz zu erhöhen, wodurch die Ladungsinjektions-Blockiereffizienz verbessert wird, im Vergleich zu dem Fall, daß nur amorphe P-Typ oder N- Typ Halbleiterschichten anwesend sind.
  • Auch hat die amorphe Halbleiterschicht vom P-Typ- oder N-Typ mit einer mikrokristallinen Struktur ein niedrigeres Störstellenniveau, womit eine niedrigere Tendenz zum Einfangen von Ladungsträgern in der Nähe der I-Typ-Halbleiterschicht im Vergleich zu der amorphen P-Typ- oder N-Typ-Halbleiterschicht gezeigt wird. Daher wird die Entfernung der angefangenen Ladungsträger bei dem Erneuerungs- bzw. Auffrischungsvorgang leichter gemacht, und es wird darüberhinaus möglich gemacht, das Phänomen des Nachbildes zu verringern und die Reaktion zu verbessern.
  • Die amorphe Halbleiterschicht ist vorzugsweise aus amorphem Silizium zusammengesetzt, angesichts der Fähigkeit zur Bildung eines Films mit großer Fläche bei einer niedrigen Temperatur, aber sie kann auch aus amorphen Halbleitern zusammengesetzt sein, die im wesentlichen aus Germanium zusammengesetzt sind oder Silizium und Germanium enthalten.
  • Sie kann ferner weitere Elemente wie beispielsweise Kohlenstoff, Sauerstoff und/oder Stickstoff je nach Anforderung enthalten. Die der Ladungsinjektions-Blockierschicht hinzugefügte Verunreinigung ist ein Element aus der Gruppe III des Periodensystems, damit man eine Schicht vom P-Typ erhält, oder ein Element der Gruppe V des Periodensystems, damit man eine Schicht vom N-Typ erhält. Beispiele für das Element der Gruppe III umfassen B (Bor), Al (Aluminium), Ga (Galhum), In (Indium) und Tl (Thallium), unter denen insbesondere B und Ga bevorzugt sind. Beispiele für das Element der Gruppe V umfassen P (Phosphor), As (Arsen), Sb (Antimon) und Bi (Wismut), unter denen insbesondere P und Sb bevorzugt sind.
  • Die Konzentration der hinzugefügten Verunreinigung ist vorzugsweise mindestens 10¹&sup0; cm&supmin;³ und ist innerhalb eines Bereichs von 10¹&sup9; bis 10²&sup0; cm&supmin;³ entsprechend der Notwendigkeit ausgewählt.
  • Die "mikrokristalline" Struktur, die in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist als eine Struktur definiert, in der kleine Kristallteilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von mehreren bis mehreren zehn Nanometern in einer amorphen Substanz vermischt sind. Die Größe der Kristallteilchen kann beispielsweise durch Röntgenstrahlbeugung oder Raman-Spektroskopie bestimmt werden.
  • Da die Halbleiter-Ladungsinjektions-Blockierschichteb (Verunreinigungen enthaltende Schichten) auf einem Element beruhen, das dasselbe wie die Hauptkomponente der I-Typ Halbleiterschicht ist, und da sie sich in Kontakt mit dieser Schicht befinden, kann die Beeinträchtigung hinsichtlich des Phänomens des Nachbildes und der Lichtempfindlichkeit verhindert werden, indem man die Dicke der Verunreinigungen enthaltenden Schicht in solch einer Weise geeignet auswählt, daß die verarmungsschicht, die in die Verunreinigungen enthaltende Schicht durch ein an die I-Typ Haibleiterschicht angelegtes elektrisches Feld eintritt, die Verunreinigungen enthaltende Schicht nicht erreicht, welche ein Element enthält, um die Breite des verbotenen Bandes auszudehnen (wie beispielsweise Sauerstoff oder Kohlenstoff).
  • Die Schichtdicke duc ist vorzugsweise so ausgewählt, daß sie die folgende Beziehung erfüllt:
  • duc = (ε (VR + φBI)}/q N dI
  • worin
  • dI : Dicke der I-Schicht
  • N : Verunreinigungskonzentration (aktiviert)
  • ε : dielektrische Konstante der Verunreinigungen enthaltenden Schicht
  • VR : angelegte Spannung
  • φBI : eingebautes Potential des PIN-Übergangs
  • q : Einheitsladung
  • und die Dicke ist unter Berücksichtigung der maximalen Betriebsspannung des Sensors zu bestimmen.
  • Als ein Beispiel ist für die Bedingung von dI = 1 µm, N = 10¹&sup8; cm&supmin;³ und VR = 5 V die erforderliche Mindestdicke ungefähr 4 nm.
  • Die transparente Elektrode kann beispielsweise aus ITO, SnO&sub2; oder ZnO&sub2; zusammengesetzt sein, und die untere Elektrode kann aus einer gewöhnlichen Metallelektrode zusammengesetzt sein, beispielsweise aus Cr, Al oder Ti, oder aus einem Polysiliziumfilm vom N-Typ- oder P-Typ, der eine Verunreinigung bei einer hohen Konzentration enthält. Auch kann, wenn das Substrat ein Halbleitersubstrat ist, die untere Elektrode gebildet werden, indem man eine Verunreinigungen enthaltende Schicht mit hoher Konzentration in dem Substrat bildet und ein Kontaktloch in einem darauf gebildeten Isolierfilm öffnet.
  • Im folgenden wird die vorliegende Erfindung weiter durch eine in den beiliegenden zeichnungen gezeigte Ausführungsform dargestellt werden.
  • Fig. 2 zeigt ein Beispiel der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung, die in der folgenden Weise hergestellt wird. Zuerst wird auf einem Substrat 211, das aus Corning #7059 Glas zusammengesetzt ist, ein Cr-Film mit einer Dicke von 200 nm durch Sputtern bzw. Zerstäuben gebildet und durch ein gewöhnliches photolitographisches Verfahren geätzt, wobei die untere Elektrode 212 der Photodiode gebildet wird. Dann wird das Substrat bei einer Temperatur von 300ºC in ein CVD-Gerät mit kapazitiver Kopplung gelegt, dann werden SiH&sub4;, PH&sub3;, die mit H&sub2; auf eine Konzentration von 10% verdünnt sind, und H&sub2; in die Filmbildungskammer mit den jeweiligen Flußraten von 6, 24 und 450 SCCM eingeleitet, und Entladung wird 15 Minuten lang mit einer RF-Energie von 0,5 W/cm² zwischen den Elektroden und bei einem Gasdruck von 2,7 hPa (2,0 Torr) in der Filmbildungskammer durchgeführt, wodurch eine amorphe Siliziumschicht vom N-Typ 213, die Mikrokristalle enthält, mit einer Dicke von ca. 25 nm abgeschieden wird. Dann wird das Substrat bei einer Temperatur von 300º C in dasselbe CVD-Gerät mit kapazitiver Kopplung gelegt, dann werden SiH&sub4;, PH&sub3;, die mit H&sub2; auf eine Konzentration von 10% verdünnt sind, und H&sub2; in die Filmbildungskammer mit den jeweiligen Flußraten von 12, 6 und 300 SCCM eingeleitet, und Entladung wird eine Minute lang mit einer RF-Energie von 0,03 W/cm² zwischen den Elektroden und bei einem Gasdruck von 1,6 hPa (1,2 Torr) in der Filmbildungskammer durchgeführt, wodurch eine amorphe Siliziumschicht 214 vom N- Typ mit einer Dicke von ca. 10 nm abgeschieden wird und somit die Ladungsblockierschicht vom N-Typ vervollständigt wird.
  • Darauffolgend wird das Substrat bei 300ºC in das CVD-Gerät mit kapazitiver Kopplung gelegt, SiH&sub4; und H&sub2; werden bei jeweiligen Flußraten von 30 und 30 SCCM in die Filmbildungskammer eingeleitet, und Entladung wird 75 Minuten lang mit einer RF- Leistung von 0,2 W/cm² zwischen den Elektroden und bei einem Gasdruck von 0, 4 hPa (0,3 Torr) in der Filmbildungskammer durchgeführt, wodurch eine amorphe Siliziumschicht 215 vom I- Typ mit einer Dicke von ca. 800 nm, die die Lichtabsorptionsschicht darstellt, abgeschieden wird.
  • Darüber hinaus wird das Substrat bei 300ºC in dasselbe CVD- Gerät mit kapazitiver Kopplung gelegt, dann werden SiH&sub4;, B&sub2;H&sub6;, die mit H&sub2; auf 10% verdünnt sind, und H&sub2; bei jeweiligen Flußraten von 12, 3 und 300 SCCM in die Filmbildungskammer eingeleitet, und Entladung wird 1 Minute lang mit einer RF- Leistung von 0,03 W/cm² und einem Gasdruck von 1,6 hPa (1,2 Torr) in der Filmbildungskammer durchgeführt, wodurch eine amorphe Siliziumschicht 216 vom P-Typ mit einer Dicke von ca. 10 nm abgeschieden wird. Darauf folgend wird das Substrat bei 300ºC in das CVD-Gerät mit kapazitiver Kopplung gelegt, SiH&sub4;, B&sub2;H&sub6;, welches auf 10% mit H&sub2; verdünnt ist, und H&sub2; werden bei jeweiligen Flußraten von 6, 12 und 450 SCCM in die Filmbildungskammer eingeleitet, und Entladung wird 15 Minuten lang mit einer RF-Leistung von 0,5 W/cm² zwischen den Elektroden und bei einem Gasdruck von 2,7 hPa (2,0 Torr) in der Filmbildungskammer durchgeführt, wodurch eine amorphe Halbleiterschicht 217 vom P-Typ, die Mikrokristalle enthält, bei einer Dicke von ca. 25 nm abgeschieden wird und wodurch die Ladungsblockierschicht vom P-Typ vervollständigt wird.
  • Danach wird ein ITO- (Indiumzinnoxid) -Film mit einer Dicke von 70 nm durch Sputtern bzw. Zerstäuben abgeschieden und zu einer erwünschten Form durch ein gewöhnliches photolitographisches Verfahren geätzt, wobei man eine obere transparente Elektrode 218 erhält.
  • Eine Photodiode, die gemäß dem vorstehend erklärten Verfahren hergestellt wurde, zeigte einen niedrigen Dunkelstrom, in der Größenordnung von 3 x 10&supmin;¹¹ A/cm² bei einer Rückwärtsspannung von 5 V und hatte das Phänomen des Nachbildes, das durch die Rückstellzeit in Mikrosekunden im Speichermodus gemessen wurde, das in dem ersten Feld bzw. Gebiet so niedrig wie ca. 0,5% war.
  • Im folgenden wird eine Ausführungsform erklärt, in der die vorstehend erklärte photoelektrische Umwandlungsvorrichtung auf einen Abtast- bzw. Scanning- und Auslese-Schaltkreis, der von den Erfindern der vorliegenden Erfindung in der US- Patentschrift Nr. 4 962 412 beschrieben wird, überlagert ist.
  • Fig. 3A ist eine teilweise Querschnittsansicht der Ausführungsform, Fig. 3B ist ein äquivalentes Schaltungsdiagramm eines Pixels bzw. Bildelements, und Fig. 3C ist ein äquivalentes Schaltungsdiagramm in einer zweidimensionalen Pixel-Anordnung.
  • Wie in Fig. 3A gezeigt, ist in der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ein Substrat 701 aus n-Silizium mit einer epitaktisch gewachsenen Schicht 702 vom n-Typ auf dieser Schicht ausgestattet, die ein Kollektorgebiet darstellt, in der ein Basisgebiet 703 vom p-Typ und ein Emittergebiet 704 vom n&spplus;-Typ unter Darstellung eines bipolaren Transistors gebildet sind.
  • Das Basisgebiet 703 vom p-Typ ist von dem benachbarten Pixel bzw. Bildelement isoliert, und zwischen den horizontal benachbarten Basisgebieten ist eine Gate-Elektrode 706 über einem Oxidfilm 705 bereitgestellt, wodurch ein MOS-Transistor vom p-Typkanal mit den Basisgebieten vom p-Typ, die als Sourceund Drain-Elektroden dienen, gebildet wird. Die Gate-Elektrode 706 dient auch als ein Kondensator zum Steuern des Potentials des Basisgebiets 703 vom p-Typ.
  • Nach der Bildung einer Isolierschicht 707 werden eine Emitterelektrode 708 und eine Basiselektrode 708' gebildet.
  • Darauf folgend werden eine Isolierschicht und eine leitende Schicht gebildet und in jedem Pixel isoliert, wobei eine Elektrode 711 gebildet wird, die elektrisch mit der Elektrode 708' verbunden ist. Dann wird eine amorphe Siliziumschicht 712 vom N-Typ, die Mikrokristalle enthält, gebildet und in jeweilige Pixel unterteilt, und eine amorphe Siliziumschicht 713 vom N-Typ wird gebildet und in jeweilige Pixel unterteilt, wobei die Ladungsinjektions-Blockierschicht vom N-Typ gebildet wird. Darauf folgend wird eine amorphe I-Siliziumschicht 714 gebildet, die die Lichtabsorptionsschicht darstellt. Dann wird eine amorphe Siliziumschicht 715 vom T-Typ und eine amorphe Siliziumschicht vom P-Typ 716, die Mikrokristalle enthält, gebildet, wobei sie die Ladungsinjektion-Blockierschicht vom P- Typ bilden. Schließlich wird eine transparente Elektrode 717 gebildet. Auf der Rückseite des Substrats 701 wird eine Kollektorelektrode 718 im ohmschen Kontakt gebildet.
  • Daher sind in dem Äquivalentschaltkreis, wie in Fig. 3B gezeigt, mit der Basis eines bipolaren Transistors 731, der aus kristallinem Silizium gebildet ist, ein MOS-Transistor 732 mit einem Kanal vom p-Typ, ein Kondensator 733 und eine photoelektrische Umwandlungsvorrichtung 734 gleich der in der vorstehend erklärten Ausführungsform, verbunden. Außerdem sind ein Anschluß 735 um die Basis mit dem Potential zu versorgen, ein Anschluß 736, um den MOS-Transistor 732 mit einem Kanal vom p-Typ und den Kondensator 733 zu betreiben, eine Sensorelektrode 737, eine Emitterelektrode 738 und eine Kollektorelektrode 739, bereitgestellt.
  • Fig. 3C ist ein Schaltungsdiagramm einer zweidimensionalen Vorrichtung, in der die Einheitszelle 740, die in den Figuren 3A und 3B gezeigt ist, in einer 3 x 3-Matrix angeordnet ist.
  • Wie in Fig. 3C gezeigt, ist jede der Pixel-Einheitszellen 740 mit der Kollektorelektrode 741 und der Sensorelektrode 742 ausgestattet. Die Gate-Elektroden der PMOS-Transistoren der Pixel-Einheitszellen sind gemeinsam für jeweilige Reihen verbunden, wobei die Leitungen 743, 743', 743'' betrieben werden, die mit einem vertikalen Schieberegister (VSR) 744 verbunden sind. Auch die Emitter-Elektroden sind gemeinsam für jeweilige Spalten mit vertikalen Signal-Ausleseleitungen 746, 746', 746'' verbunden, die jeweils mit Schaltern 747, 747', 747'' verbunden sind, um die Ladungen in den vertikalen Leitungen und Ausleseschaltern 750, 750' 750'' zurückzusetzen. Die Gate-Elektroden der Rückstellschalter 747, 747', 747'' sind gemeinsam mit dem Anschluß 748 verbunden, um einen Impuls zum Zurückstellen der vertikalen Leitung anzulegen, und die Source- Elektroden sind gemeinsam mit einem Anschluß 749 verbunden, um eine Spannung zum Zurücksetzen der vertikalen Leitung anzulegen. Die Gate-Elektroden der Ausleseschalter 750, 750', 750'' sind jeweils durch Leitungen 751, 751', 751'' mit einem horizontalen Schieberegister 752 verbunden, und die Drain- Elektroden dieser Schalter sind mit einem Ausgangsverstärker 757 durch eine horizontale Ausleseleitung 753 verbunden, die auch mit einem Schalter 754 zum Zurücksetzen der Ladung in der horizontalen Ausleseleitung verbunden ist.
  • Der Zurücksetzschalter 754 ist mit einem Anschluß 755, um einen Impuls zum Zurücksetzen der horizontalen Leitung anzulegen, und mit einem Anschluß 756, um eine Spannung zum Zurücksetzen der horizontalen Leitung anzulegen, verbunden.
  • Das Ausgangssignal des Verstärkers 757 wird von einem Anschluß 758 freigesetzt.
  • Im folgenden wird kurz die Funktion der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Figuren 3A bis 3C erklärt.
  • Das Licht, das in die Lichtabsorptionsschicht 714, die in Fig. 3A gezeigt ist, eintritt, wird in dieser Schicht absorbiert und erzeugt Ladungsträger, die sich in dem Basisgebiet 703 ansammeln.
  • Wenn ein Antriebsimpuls, der von einem vertikalen Schieberegister freigesetzt wird, das in Fig. 3C gezeigt ist, auf der Antriebsleitung 743 erscheint, wird das Basispotential durch den Kondensator erhöht, wodurch die Signalladungen, die der Menge an einfallendem Licht entsprechen, von den Pixeln der ersten Reihe zu den vertikalen Leitungen 746, 746' 746'' erhalten werden.
  • Dann setzt das horizontale Schieberegister 752 aufeinanderfolgend Abtastimpulse zu den Leitungen 751, 751', 751'' frei, wobei aufeinanderfolgend An-Aus-Steuerung der Schalter 750, 750', 750'' bewirkt wird, wodurch die Signale in dem Ausgangsanschluß 758 durch den Verstärker 757 zugeführt werden. Der Rückstellschalter 754 wird zwischen den aufeinanderfolgenden An-Zuständen der Schalter 750, 750', 750'' eingeschaltet, wodurch die verbleibende Ladung in der horizontalen Leitung 753 beseitigt wird.
  • Dann werden die Schalter zum Zurücksetzen der vertikalen Leitung 747, 747', 747'' eingeschaltet, um die verbleibenden Ladungen in den vertikalen Leitungen 746, 746', 746'' zu beseitigen. Dann legt das vertikale Schieberegister 744 einen negativen Impuls an die Antriebsleitung 743 an, wobei die PMOS- Transistoren der Pixel der ersten Reihe eingeschaltet werden, wodurch die verbleibenden Ladungen in den Basisgebieten der Pixel beseitigt werden und somit die Pixel initialisiert werden.
  • Dann erscheint ein Antriebsimpuls von dem vertikalen Schieberegister 744 auf der Antriebsleitung 743, wodurch Signalladungen der Pixel der zweiten Reihe in einer ähnlichen Weise entnommen werden.
  • Darauffolgend werden die Signalladungen der Pixel der dritten Reihe in einer ähnlichen Weise entnommen. Die vorliegende Vorrichtung wirkt durch die Wiederholung der vorstehend erklärten Sequenzen.
  • Fig. 4 zeigt ein Beispiel des Bildverarbeitungsgerätes unter Verwendung der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung, die in den Fig. 3A bis 3C gezeigt wird.
  • Eine photoelektrische Umwandlungsvorrichtung 401 mit photoelektrischen Umwandlungselementen, die in einer zweidimensionalen Matrix angeordnet sind, empfängt durch ein optisches System 402 fokusierte Bildinformationen. Eine Steuerschaltung 403 erzeugt ein Signal, um einen Antriebsschaltkreis 404 zu betreiben, der wiederum die photoelektrische Umwandlungsvorrichtung 401 betreibt. Das Signal, das von der Vorrichtung 401 freigesetzt wurde und Bildinformationen enthält, wird geeignet in der Steuerschaltung 403 verarbeitet und wird im vorliegenden Fall in einem Speicher 405 aufgezeichnet, das beispielsweise aus einem magnetischen Band, einer magnetischen Scheibe, einer optischen Scheibe oder einem Halbleiterspeicher besteht.
  • In solch einem Bildverarbeitungsgerät ermöglicht die photoelektrische Umwandlungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung, die die Eigenschaft zum Bildlesen mit hoher Geschwindigkeit und mit einem verringerten Phänomen des Nachbildes hat, deutliche Bildaufzeichnung mit einer hohen Bildqualität
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird die Bildinformation in einem Speicher aufgezeichnet, aber es ist auch möglich, die Bildinformation einer Bild-Anzeigevorrichtung wie beispielsweise einer Kathodenstrahlröhre oder einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zuzuführen, oder sie einer lichtemittierenden Einrichtung wie beispielsweise einem Halbleiterlaser zuzuschicken, wodurch ein aufgezeichnetes Bild durch ein elektrophotographisches Verfahren erhalten wird.
  • Die vorliegende Erfindung ist darüber hinaus auf ein Bildverarbeitungsgerät anwendbar, um die gelesene Bildinformation an ein weiteres Gerät, beispielsweise durch einen Kommunikationskanal, wie beispielsweise zu einem Faksimilegerät zu übertragen.
  • In der vorstehend erklärten Ausführungsform wird eine Schaltung verwendet, die durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung erfunden wurde, aber die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ist ebenso auf die Schaltungen der bereits bekannten photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung anwendbar.
  • Wie im vorstehenden erklärt, läßt die vorliegende Erfindung zu, die Dunkelstromeigenschaft und die Eigenschaft des Nachbildes einer Photodiode oder dergleichen unter Verwendung eines amorphen Halbleiters zu verbessern.
  • Die vorliegende Erfindung stellt auch eine photoelektrische Umwandlungsvorrichtung bereit, die aufgrund der Abwesenheit einer Energieband-Diskontinuität und von Störstellenniveaus an der Grenzfläche mit der I-Typ Halbleiterschicht und auch aufgrund einer verbesserten Dotiereffizienz durch ein geringes Nachbild-Phänomen ausgezeichnet ist, die effektives Blockieren des Injektionsstroms von dem Elektroden ermöglicht, und ein Bildverarbeitungsgerät unter Verwendung solch einer Vorrichtung wird ebenfalls bereitgestellt.

Claims (8)

1. Photoelektrische Umwandlungsvorrichtung mit einer PIN- Struktur, umfassend eine amorphe I-Typ Haibleiterschicht und Ladungsinjektions-Blockierschichten, die so angeordnet sind, daß sie die Schicht vom I-Typ sandwichartig umschließen, wobei mindestens eine der Ladungsinjektions-Blockierschichten eine amorphe P- oder N-Typ Haibleiterschicht in Kontakt mit der Schicht vom I-Typ und eine amorphe P- oder N-Typ Halbleiterschicht, die eine mikrokristalline Struktur enthält, in Kontakt mit der amorphen P- oder N-Typ Halbleiterschicht umfaßt.
2. Photoelektrische Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei jede der amorphen Haibleiterschichten aus amorphem Silizium zusammengesetzt ist, das Wasserstoff enthält.
3. Photoelektrische Umwandlungsvorrichtung, nach Anspruch 1, ferner umfassend Elektroden, die jeweils in Kontakt mit den Schichten vom P- und N-Typ bereitgestellt sind.
4. Photoelektrische Umwandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 3, wobei die mikrokristalline Struktur Kristallteilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von mehreren bis mehreren zehn Nanometern enthält.
5. Photoelektrische Umwandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 3, wobei der amorphe Halbleiter Silizium oder Germanium enthält.
6. Photoelektrische Umwandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 3, wobei der amorphe Halbleiter mindestens ein Element, ausgewählt aus Kohlenstoff, Sauerstoff und Stickstoff enthält.
7. Photoelektrische Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die PIN-Struktur auf einem bipolaren Transistor gebildet ist.
8. Bildverarbeitungsgerät, umfassend mindestens:
eine photoelektrische Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 1;
ein optisches System zum Eingeben von Bildinformation in die photoelektrische Umwandlungsvorrichtung;
eine Betriebseinrichtung zum Betreiben der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung; und
eine Steuerschaltung zum Erzeugen eines Signals zum Betreiben der Betriebseinrichtung und zum Verarbeiten des Ausgangssignals von der photoelektrischen Umwandlungsvorrichtung.
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