FR2532117A1

FR2532117A1 - Photodetecteur

Info

Publication number: FR2532117A1
Application number: FR8312888A
Authority: FR
Inventors: Sachio Ishioka; Yoshinori Imamura; Tsuyoshi Uda; Yukio Takasaki; Chushirou Kusano; Hirofumi Ogawa; Tatsuo Makishima; Tadaaki Hirai
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1982-08-23
Filing date: 1983-08-04
Publication date: 1984-02-24
Also published as: FR2532117B1; KR880000140B1; KR840006101A; JPS5934675A; US4626885A

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN PHOTODETECTEUR. CE PHOTODETECTEUR COMPORTE UNE ELECTRODE 2 RECEVANT LA LUMIERE ET UNE COUCHE PHOTOCONDUCTRICE 3 DISPOSEE SUR L'ELECTRODE ET FORMEE PAR DU SILICIUM AMORPHE CONTENANT AU MOINS 5 A 30 D'ATOMES D'HYDROGENE ET DOPEE AVEC AU MOINS UN ELEMENT FAISANT PARTIE DES GROUPES II ET III DE LA CLASSIFICATION PERIODIQUE DES ELEMENTS DE SORTE QU'UNE REGION DISTANTE DE LA COUCHE 2 POSSEDE UNE CONCENTRATION DUDIT ELEMENT SUPERIEURE A UNE AUTRE REGION PLUS PROCHE DE LADITE ELECTRODE, UNE TENSION ETANT APPLIQUEE A LA COUCHE 3 DE SORTE QUE SA SURFACE SITUEE CONTRE L'ELECTRODE 2 EST A UN POTENTIEL POSITIF PAR RAPPORT A SON AUTRE SURFACE. APPLICATION NOTAMMENT AUX DISPOSITIFS DE FORMATION D'IMAGES TRANSISTORISES ET AUX TUBES ANALYSEURS D'IMAGES.

Description

La présente invention concerne un photodétec- teur utilisé dans un mode de

mémorisation ou de stockage, et plus particulièrement un photodétecteur qui est utili- sé dans un tube photoconducteur de formation d'images ou 5 un dispositif de formation d'images ou imageur à l'état solide ou transistorisé, et possède une couche photocon- ductrice constituée par du silicium amorphe contenant de l'hydrogène. Le silicium amorphe contenant l'hydrogène est 10 photoconducteur et en outre il est possible de former une pellicule mince et uniforme de surface étendue d'un tel matériau à des températures de dépôt plus faibles que dans le cas d'une telle pellicule mince de silicium mo- nocristallin C'est pourquoi il a été proposé de réali- 15 ser la surface ou zone photosensible d'une pile solaire, d'un dispositif de formation d'imago Eou imageur :ou ana- logue avec du silicium amorphe contenant de l'hydrogène. Un tube photoconducteur de formation d'images représen- té sur la figure 1, annexée à la présente demande, est 20 un exemple typique des photodétecteurs utilisés dans un mode de stockage ou de mémorisation, et comporte un substrat transparent 1 (désigné habituellement sous le terme de plaque de face o frontale ou plaque avant), une couche photoconductrice transparente 2 ou une électrode transparente, une couche photoconductrice 3, un canon à électrons 4 et une enceinte-5 (par exemple un tube en verre) La lumière, qui a traversé la plaque avant 1, est focalisée sur la couche photoconductrice 1, de manière à former un signal lumineux qui produit 30 des porteurs photoélectriques dans la couche photocon- ductrice 3 Les porteurs photoélectriques ainsi produits sont stockés dans une surface de la couche 3 sous la forme d'un ensemble de charges et sont successivement lus En général, une couche 7 d'impact ou de réception 35 du faisceau est prévue sur une autre surface de la cou-

che photoconductrice 3 de manière à empêcher l'émission d'électrons secondaires par la couche 3 et d'empêcher l'injection d'un électron depuis un faisceau d'électrons de balayage dans la couche photoconductrice 3 Les au- 5 teurs à la base de la présente invention ont proposé de réaliser la couche photoélectrique mentionnée ci-des- sus, en un matériau amorphe contenant de l'hydrogène, dont l'élément constitutif principal est du silicium. Cette proposition est décrite dans le brevet déposé aux 10 Etats Unis d'Amérique NO 4 255 686 et dans la demande de brevet déposée aux Etats Unis d'Amérique sous le nu- méro de série 257 611. Un tube analyseur d'images possédant une couche photoconductrice de silicium amorphe présente un 15 rendement élevé de conversion photoélectrique et une- excellente résolution et une excellente résistance à la chaleur Dans un tube analyseur d'images classique de ce type, la couche photoconductrice 3 est constituée par une pellicule de silicium amorphe possédant une 20 résistance électrique élevée, c'est-à-dire une résistivité non inférieure à 108 Q cm D'une manière plus détaillée, la résistance électrique de la pellicule est rendue élevée de manière que le tube analyseur ,'images puisse réaliser une opération du type stockage ou mémorisation et pour accroître la résolution du tube Jusqu'à présent, la pelliciule à résistance éle- vée était formée de deux façons C'est-à-dire que l'on formait une pellicule possédant un pic particulier d'absorption pour les infrarouges, en utilisant une 30 méthode de pulvérisation réactive, ou bien ou ajoutait une faible quantité d'impureté à une couche de silicium amorphe déposée, en utilisant un procédé de décharge par incandescence, comme cela est décrit dans la demande de brevet japonais publiée sous le NO 153 782/81 Dans le 35 cas o l'on utilise le procédé mettant en oeuvre une

décharge par-incandescence, il est possible d'interposer une couche de silicium amorphe, qui est dopée avec de l'arsenic, du phosphore ou analogue avec une concentra- tion d'environ 200 ppm de manière qu'elle présente une 5 résistivité non supérieure à 106 cm, en tant que cou- che de blocage, entre une électrode transparente et une couche de silicium amorphe à résistance élevée, possé- 8 dant une résistivité non inférieure à 10 n cm et ser- vant de couche photoconductrice, afin d'améliorier les 10 caractéristiques d'un tube analyseur d'images Cependant, dans aucun de ces deux procédés, l'ensemble d'une couche photoconductrice, qui forme une partie principale d'une section de conversion photoélectrique,n'est formé par une seule pellicule possédant une composition uniforme. 15 C'est pourquoi on a noté que les caractéristiques de sensibilité et de rémanence d'un tube analyseur d'ima- ges varient en fonction de la fréquence de la lumière du signal. De façon plus détaillée, dans le cas o une 20 image est formée par une lumière bleue, la tension néces- saire pour provoquer une extraction suffisante d'un si- gnal hors de la couche photoconductrice est supérieure par rapport au cas o l'image est formée par une lumiè- re rouge En outre, l'évanouissement d'une image réma- 25 nente dépend de la fréquence de la lumière du signal. Il se pose des problèmes très importants lorsqu'on uti- lise une couche de silicium amorphe dans un tube analy- seur d'images pour la télévision en couleurs. Un but de la présente invention est de four- 30 nir un photodétecteur possédant une couche de silicium amorphe photoconductrice, qui permet de résoudre les problèmes mentionnés ci-dessus et qui permet de pro- duire, pour toutes les longueurs d'ondes d'une lumière de signal, un signal d'image possédant d'excellentes ca- 35 ractéristiques du point de vue Sensibilité, rémanence et

4 autres. Afin d'attendre cet objectif, dans un photo- détecteur conforme à la présente invention, une couche photoconductrice est constituée par une pellicule de si- licium amorpne qui contient au moins 5 à 30 ': d'atomes 5 d'hydrogène et est dopée avec une très faible quantité d'impureté de telle sorte qu'un gradient de concentra- tion d'impureté est formé suivant la direction de l'épais- seur de la pellicule , l'impureté est au moins une impu- reté choisie parmi les éléments faisant partie du groupe 10 III de la classification périodique des éléments, tels que le bore, l'aluminium, le gallium et l'indium et par- mi les éléments faisant partie du groupe Il de la classi- fication périodique des éléments, tels que le zinc et le cadmium, et qu'une tension est appliquée aux bornes de 15 la couche photoconductrice de telle manière qu'une sur- face de cette couche photoconductrice, située en vis-a- vis d'une électrode transparente, se trouve placée à un potentiel positif par rapport à l'autre surface de la couche photoconductrice située à l'opposé de la surfa- 20 ce tournée vers l'électrode transparente. Selon un aspect de la présente invention, la distribution ou répartition de'la concentration de l'impureté dans la couche photoconductrice est la sui- vante C'est-à-dire que la concentration de l'impureté 25 n'est pas supérieure à 5 ppm au niveau de l'interface entre la couche photoconductrice et ur couche conduc- trice transparente nulle ou augmente en fonc- tion de la distance à partir de l'interface mentionnée ci-dessus dans une région de la couche photoconductri- 30 ce située entre l'interface et une partie médiane de la couche photoconductrice, et se situe dans une gamme allant de l à 100 ppm (de préférence dans une gamme al- lant de 5 à 100 ppm) au niveau d'une surface de la cou- che photoconductrice, plus éloignée par rapport à l'in35 terface indiquée ci-dessus En outre, il est préférable

5 d'obtenir, dans la couche photoconductrice, une concen- tration en impureté non supérieure à 10 ppm à l'intérieur d'une zone de 0,5 gm à partir de l'interface. Selon un autre aspect de la présenté inven- 5 tion, au moins une couche semiconductrice mince possé- dant le type de conductivité N ou une couche diélectri- que transparente mince est interposée entre la couche photoconductrice et la couche conductrice transparente. Conformément à un autre aspect de la présente invention, 10 il est prévu une couche de réception ou d'impact du fais- ceau à la surface de la couche photoconductrice, à une certaine distance la couche conductrice transparente, et la distribution d'intensité de la lumière incidente au niveau de la couche conductrice transparente est 15 détectée par balayage de la couche de réception ou d'im- pact du faisceau, par un faisceau électronique. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur les- 20 quels: la figure 1, dont il a déjà été fait men- tion, est une vue en coupe montrant un tube çhotoconducteur de formation d'images ou tube imageur; la figure 2 est une vue schématique montrant 25 la structure des bandes d'énergie d'une couche photocon- ductrice, qui est en cours de fonctionnement; la figure 3 est un graphique montrant une relation entre la teneur en bore et la mobilité des électrons et la mobilité des trous; 30 la figure 4 est un graphique montrant la dis- tribution de la densité de courant des électrons et de la densité de courant des trous dans une couche photoconduc- trice; la figure 5 est un graphique montrant une re- 35 lation entre un point x 0, au niveau duquel le dopage avec

du bore commence, et le produit d'un courant de signal par l'inverse de la valeur de la rémanence; la figure 7 est un graphique montrant la variation de la valeur de la rémanence du tube analyseur d'ima- 5 ges en fonction de la fréquence de la lumière du signal; la figure 8 est un graphique montrant la va- riation de la photosensibilité du tube analyseur d'images en fonction de la fréquence de la lumière dusignal; et les figures 9 et 10 sont des graphiques mon- 10 trant la distribution de la teneur en bore dans deux formes de réalisation différentes d'une couche photocon- ductrice conforme à la présente invention. Ci-après on va décrire les formes de réalisa- tion préférées de l'invention. 15 Tout d'abord, on va expliquer le mécanisme de la conversion photoélectrique intervenant dans du si- licium amorphe, dans le cas o ce dernier est utilisé en tant que couche photoconductrice d'un tube analyseur d'images et ce à titre d'exemple La figure 2 montre la 20 structure des bandes d'énergie d'une couche photoconduc- trice qui est constituéepar du si&-icium amorphe et qui est en cours de fonctionnement Sur la figure 2, les mê- mes chiffres de référence que sur la figure 1 désignent des parties et éléments analogues, et une flèche 20 in- 25 dique une lumière de signal incidente Dans le tube ana- lyseur d'images, une tension est appliquée aux bornes d'une couche photoconductrice amorphe 3 de telle sorte que des trous positifs (c'est-à-dire des trous) passent à travers la couche 3 sur le côté de réception du fait- 30 ceau électronique La référence 6 désigne par exemple un faisceau électronique de balayage La lumière de signal incidente traverse uné électrode transparente 2,puis est absorbée par la couche photoconductrice amorphe 3 de manière à produire un électron 8 et un 35 trou 9.

La lumière de sianal incidente possédant une intensité I est absorbée conformément au coefficient d'absorption a du silicium amorphe,et l'intensité I de la lumière de signal pour une position située, par rap- 5 port à l'électrode transparente 2, à une distance x, est donnée par l'équation suivante: I= 1 Ex *@*=(l ) En réalité une couche de silicium amorphe utilisée dans un dispositif de formation d'images ou ima- 10 geur doit nécessairement avoir un intervalle de bande interditede 1,8 à 2 e V, qui est d'une taille supérieu- re à l'intervalle de bande interdite d'une couche de silicium amorphe utilisée en tant que pile solaire, c'est-à-dire 1,6 e V Dans ce cas, la majeure partie 15 de la lumière de signal,par-exemple, la majeure par- tie de la lumière bleue possédant une longueur d'on- des de 450 nm est absorbée, sur la base de l'équation ( 1), par une région de la couche de silicium amorphe définie par l'électrode transparente et ure distance 20 d'environ 0,5 pm par rapport à l'électrode transpa- rente Par conséquent, comme représenté sur la figure 2, un couple électron-trou est produit au voisinage de l'électrode transparente 2 et par conséquent, le trou parcourt une distance assez importante sur la couche 25 de silicium amorphe. Dans une couche photoconductrice classique constituée par du silicium amorphe possédant une résis- tance élevée, la relation entre les propriétés du-maté- riau et la mobilité de l'électron et du trou n'est pas 30 prise en considération et en outre, la dépendance du signal électrique de sortie en fonction de la longueur d'onde de la lumière incidente n'est pas considérée. C'est pourquoi dans un dispositif de formation d'ima- ges en couleurs, dans lequel les signaux correspondant à différentes composantes de longueurs d'onde

de la lumière incidente sont traités simultanément, il se présente les problèmes mentionnés précédemment. La présente invention est basée sur la con- naissance suivante, qui a été obtenue à partir des re- 5 cherches effectuées par les auteurs à la base de la présente invention au sujet de la mobilité des élec- trons et des trous dans un photoconducteur en silicium amorphe. La figure 3 montre une relation entre le 10 niveau de dopage et la mobilité de chaque électron et de chaque trou dans le cas o du silicium amorphe do- pé par un élément du groupe III de la classification périodique des éléments est déposé par un procédé de pulvérisation réactive Sur la figure 3, la courbe 10 15 représente la mobilité de l'électron et la courbe ll la mobilité du trou Le silicium amorphe dopé par un élément du groupe l II de la classification périodique des éléments peut être obtenu par adjonction d'un gaz contenant cet élément du groupe-III à un gaz réactif 20 nécessaire pour la réaction de pulvérisation, ou bien en utilisant, en tant que source de silicium, du si- licium qui contient cet élément faisant partie du groupe III de la classification périodique des élé- ments. 25 Les auteurs à la base de la présente inven- tion ont réalisé-plusieurs pellicules de silicium amorphe dopées avec du bore et qui possèdent des teneurs en bore différentes les unes des autres, de telle sorte que différentes quantités de diborane B 2 H 6 sont ajou- 30 tées au gaz réactif, et ont étudié la façon dont le courant photoélectrique produit par chaque électron et trou dans les pellicules de silicium amorphe varie avec la teneur en bore La figure 3 illustre les résultats de ces recherches Comme cela ressort de cette figure 3, la 35 mobilité de l'électron diminue lorsque la teneur en bore

9 augmente, tandis que la mobilité du trou augmente forte- ment lorsque la teneur en bore augmente. Comme cela a été indiqué précédemment, des porteurs sont créés dans la couche photoconductrice en 5 une position proche de l'électrode transparente 2, par la lumière incidente Les électrons ainsi créés se dé- placent en direction de l'électrode transparente 2-et les trous circulent en direction du côté de la couche photoconductrice, qui reçoit le faisceau électronique. 10 La concentration de chaque électron et de chaque trou, excité par voie photoélectrique, la densi- té du courant des électrons et la densité du courant des trous sont données par les relations suivantes: jp = elp E e D ( 2) p p p __ 15 je = ele E + e De X 1 je = i ea ( 4) e âx e Dx O o p désigne la concentration des trous, N la concen- tration des électrons, jp la densité du courant des 20 trous, je la densité du courant des électrons, pe la mobilité des électrons, D le coefficient de diffu- e sion des électrons, pp la mobilité des trous et Dp le coefficient de diffusion des trous. Dans les équations ( 2), ( 3) et ( 4) ci-des- 25 sus, le processus de recombinaison électron-trou et l'effet de charges d'espace interne sont négligés. Par conséquent, ces équations ne sont pas satisfai- santes lorsque l'on étudie la valeur absolue de la sensibilité du tube analyseur d'images,mais fournis- 30 sent une approximation suffisante pour l'étude du coef- ficient d'absorption a d'une couche photoconductrice et de la dépendancedu rapportjp/i Je en fonction de la p position suivant la direction de l'épaisseur de la couche photoconductrice A partir des équations ( 2), 35 ( 3), et ( 4), on obtient les équations suivantes:

ip =e (e E + a) e-ax ,( 5) p e E/k T+a tki T k T 7 ~~ 1 je= e EI e ( 6) La figure 4 montre la dépendance de la den- 5 sité du courant des trous jp et de la densité du courant des électrons j vis-à-vis de la position'suivant la di- rection de l'épaisseur de la couche photoconductrice. Sur la figure 4, une courbe 12 représente la varia- tion de la densité du courant des électrodes je en 10 fonction de la distance x par rapport à l'électrode transparente 2, et une couche 3 représente la variation de la densité du courant des trous jp en fonction de la distance x Lorsqu'une distance entre l'électrode trans- parente 2 et une position dans la couche semiconductri- 15 ce dans laquelle la densité du courant des trous jp est égale à la densité des électrons j est exprimée par jc# la densité du courant des électrons je est supé- c~~~~~~~~~~~ rieure à la densité du courant des trous jp dans une région de la couche photoconductrice satisfaisant à la 20 relation x < x ci et la densité du courant des trous jp est supérieure à la densité du courant des électrons je dans une autre région satisfaisant à la relation x > xc A partir des équations ( 5) et ( 6), nous obte- nons la distance xc comme suit: 25 X = 2 Qn 2 (l îk T ( 7) c 2 Comme cela a été expliqué en détail, la mobilité des trous dans le silicium amorphe est accrue par dopage du silicium amorphe à l'aide d'un élément 30 faisant partie du groupe III de la classification pé- riodique des éléments Par conséquent, il est néces- saire qu'au moins la région de la couche photoconduc- trice satisfaisant à la relation x > x C soit dopée avec un élément faisant partie du groupe III de la 35 classification périodique des éléments Ainsi, la mo-

bilité des électrons dans le silicium amorphe est réduite par suite de l'adjonction d'un élément du type III et par conséquent, la concentration d'un élément du grou- pe III dans la région satisfaisant à la relation x < XC 5 est rendue égale à O ou à une valeur très faible (par exemple le niveau de dopage à l'interface entre l'élec- trode transparente et la couche photoconductrice reçoit une valeur non supérieure à 5 ppm) Dans une couche pho- toconductrice conforme à la présente invention, on réalise un gradient de concentration d'un élément du groupe III suivant la direction de l'épaisseur de la couche photoconductrice Une telle composition caractéris- tique conforme à la présente invention est basée sur les études mentionnées précédemment et effectuées par 15 les auteurs à la base de l'invention. Même lorsque l'on forme une couche de sili- cium amorphe dans des conditions de fabrication parfai- tement contrôlées, la mobilité de chaque électron et de chaque trou varie habituellement à un certain degré Ce- 20 pendant la distance XC utilisée par les auteurs à la ba- se de la présente invention est indépendante de la mobi- lité de chaque électron et-de chaque trou, comme cela est évident d'après le processus de calcul de cette distance C'est pourquoi, la connaissance des auteurs 25 à la base de la présente invention, comme indiqué ci- dessus, permet de concervoir une couche photoconductri- ce sur la base uniquement du coefficient d'absorption a, sans tenir compte de la mobilité des électrons et des trous. 30 Les résultats mentionnés ci-dessus des recherches effectuées par les auteurs de la présente in- vention ont été obtenus moyennant l'hypothèse selon la- quelle la distance XC est nettement plus faible que l'épaisseur d de la couche photoconductrice Dans le 35 cas o la distance xc est supérieure ou égale à l'épais-

seur d, il est préférable de doper avec un élément du groupe III une région de la couche photoconductrice sa- tisfaisant à la relation x > d/2. En bref, dans la couche photoconductrice D destinée à être utilisée dans un tube analyseur d'ima- ges, seule une région située entre la surface de récep- tion du faisceau électronique et une surface qui est distance de la surface de réception de la lumière de moins de l'une des valeurs Xc et d/2, est dopée par 10 un élément du groupe III En réalité,les avantages de la présente invention sont obtenus même lorsqu'on uti- lise une distance x C + 0,5 pm, à la place de la distance xc Cependant, il est préférable de choisir la distance Xc En outre, lesdits avantages sont obtenus même lors15 que l'on utilise comme élément dopant un élément du groupe II tel que du cadmium ou du zinc, à la place d'un élément du groupe III. Ci-après on va expliciter de façon détail- lée la présente invention sur la base des formes de réa- 20 lisation de cette dernière. Forme de réalisation l On forme une couche photosensible (c'est-à- dire une couche photoconductrice) en silicium amorphe, en utilisant un appareil de pulvérisation possédant plu- 25 sieurs sources de matériaux On dépose une électrode transparente d'oxyde d'étain, d'oxyde d'indium ou ana- logue, sur une plaqoe avant ou frontale en verre optique- ment plate possédant un diamètre approprié, et on uti- lise comme substrat la plaque avant de verre équipée 30 de l'électrode transparente L'une des sources de maté- riau est du silicium de grande pureté et l'autre source de matériau est du silicium contenant du bore, préparé de telle sorte qu'une couche de silicium amorphe déposée contient une teneur en bore de 10 ppm Le substrat 35 est placé dans l'appareil de pulvérisation et est dépo-

13 sé en premier lieu face contre face avec la source de si- licium de grande pureté. On réalise le vide dans l'appareil-de pulvé- risation, à une pression non supérieure à 1,33 104 Pa 5 puis on introduit une atmosphère mélangée de gaz d'argon et d'hydrogène dans l'appareil de telle sorte que la pression à l'intérieur d'une cuvette se situe dans une gamme comprise entre 6,65 10-2 Pa à 6,55 10 1 Pa. L'atmosphère de gaz mélangés contient 10 à 70 % d'hydro- 10 gène, et de préférence 30 à 65 % d'hydrogène Le substrat est chauffé à une température comprise entre 150 et 3000 C, et une alimentation en énergie à haute fréquence est en- voyée à la source de silicium de grande pureté, ce qui provoque l'apparition d'un plasma Par conséquent, du 15 silicium amorphe est déposé sur le substrat L'alimen- tation en énergie à haute fréquence d'entrée est réglée de telle manière que la vitesse de dépôt soit égale à 0,3 nm/s, et la réaction indiquée ci-dessus se poursuit pendant une durée de 30 mn Ensuite, on déplaoe le substrat 20 dans la cuvette de manière à le glacer en face de la source de silicium contenant du bore, et l'on poursuit la réac- tion indiquée ci-dessus pendant 190 minutes. Une couche de-silicium amorphe obtenue au moyen de l'opération indiquée ci-dessus comprend deux 25 régions, dont l'une possède une profondeur d'environ 500 nm à partir de l'électrode transparente et est cons- tituée par du silicium contenant de l'hydrogène et exempt d'impuretés, et la région restante possède une épaisseur de 4 pm est est constituée par du silicium contenant de 30 l'hydrogène et dopée par du bore La figure 5 montre la distribution de la teneur en bore dans cette couche pho- toconductrice L'absorption de la lumière réalisée par une telle couche photoconductrice dépend des conditions de décharge, de la distance entre le substrat et chacune 35 des sources de matériau et de la structure de l'appareil

14 de pulvérisation Dans de nombreux cas, lorsque la couche de silicium amorphe utilisée en tant que couche photocon- ductrice posséde une bande d'énergie interdite comprise entre 1,8 et 2 e V, le coefficient d'absorption a de la 5 couche photoconductrice est égal à environ 105 cm-1 pour la lumière bleue possédant une longueur d'onde de 450 nm, à environ de 107 cm 1 pour la lumière verte possédant une longueur d'onde de 550 nm et environ 103 cm 1 pour la lumière rouge possédant une longueur 10 d'onde de 650 nm. Par exemple, on calcule à partir de l'équa- tion ( 7), que la distance (xc) pour la lumière de signal possédant une longueur d'onde de 450 nm est égale ou approximativement égale à 500 nm Des mesures réelles 15 pour la couche photoconductrices déposée de la maniè- re indiquée ci-dessus, ont montré que plus de 99 % de la lumière du signal possédant une longueur d'onde de 450 nm est absorbée par une région de la couche photo- conductrice possédant une profondeur de 500 nm à partir 20 de la surface de réception de la lumière de ladite cou- che. On a déposé par évaporation du trisulfure d'antimoine Sb 253 sur la couche photoconductrice (c'est-à-dire la couche photosensible) ainsi déposée 25 de manière à former une surface balayée par le faisceau électronique Ensuite, on a inséré 'le substrat possé- dant la couche photoconductrice et autres dans un tu- be de formation d'images et l'on a mesuré les caracté- ristiques du tube Les mesures ont montré que, pour 30 une tension de fonctionnement de 30 V, la couche pho- toconductrice indiquée ci-dessus possédait une sensi- bilité pour la lumière bleue,de 40 % supérieure à la sensibilité de la même couche constituée de silicium amorphe exempti de bore et que la rémanence de la cou- 35 che indiquée en premier n'était pas supérieure à un

15 tiers de celle de la seconde. Plusieurs pellicules photoconductrices diffé- rentes l'une de l'autre du point de vue d'une distance x O (c'est-à-dire la profondeur à laquelle le dopage au 5 bore commençait) furent réaliséeas E utilisant le même appa- reil de pulvérisation et furent utilisées dans différents tubes de formation d'imaaes On a mesuré les caractéristi- aues de chaque tube de formation d'images pour la lumière du signal possédant une longueur d'onde de 550 nm 10 (c'est-à-dire la lumière bleue) Les résultats des me- sures sont représentés sur la figure 6 Sur la figure 6, le produit d'un signal de sortie par l'inverse d'une valeur de rémanence (c'est-à-dire un rapport d'un cou- rant résiduel obtenu au bout de l'écoulement d'une du- 15 rée de 550 ms après la suppression de la lumière inci- dente, à un courant obtenu avant la suppression de cet- te lumière, est utilisé en tant qu'indice de performance du tube de formation d'images et est représenté avec une unité arbitraire) En outre, sur la figure 6, la distan- 20 ce Xc des pellicules photoconductrices est représentée à titre de référence et un cercle correspondant à Xc = 4 pm indique la caractéristique d'un dispositif de formation d'images, dont la pellicule photoconductrice est consti- tuée par du silicium amorphe exempt de bore La distan- 25 ce x 0 peut différer dans une certaine mesure de la dis- tance xc, d'un point de vue pratique Mais, lorsque la distance x 0 dépasse une distance Xc + 0,5 ljm, les carac- téristiques de rémanence du tube de-formation d'images s'altèrent de façon considérable. 30 C'est-à-dire que dans le cas o la distribution de la teneur en bore possède la forme d'un rectan- gle, il est important que le dopage au bore commence en une position correspondant à la distance x C telle que représentée sur la figure 5. 35 En outre, lorsque la concentration de bore

16 dans une couche photoconductrice est accrue jusqu'à 100 ppm, la résistance de la couche est réduite à la valeur telle qu'un tube de formation d'images munie de la couche photo- conductrice ne peut pas être utilisé C'est-à-dire que la 5 limite supérieure du niveau de dopage estégale à 100 ppm. En outre, la limite inférieure du niveau de dopage est égale à 1 ppm (et de préférence 5 ppm). Les caractéristiques de rémanence d'un tube analyseur daimages réalisé de la manière décrite dans la 10 forme de réalisation 1 sont repérées par une ligne en trait plein sur la figure 7 En outre, sur la figure 7, les caractéristiques de rémanence d'un tube analyseur d'images, qui comporte une couche photoconductrice constituée par du silicium amorphe classique, sont repérées 15 par une ligne formée de tirets, à titre de comparaison. On voit sur la figure 7 que les caractéristiques de ré- manence sur le côté des courtes longueurs d'onde sont nettement améliorées grâce a la présente invention. La figure 8 montre la photosensibilité 20 spectrale de chacun des tubes analyseur d'images men- tionnés ci-dessus Sur la figure 8, une ligne en trait plein indique les caractéristiques de photosensibilité du tube analyseur d'images conformément à la présente invention, et une ligne formée de tirets indique les 25 caractéristiques'du tube analyseur d'images classique. Comme cela ressort de la figure 8, les caractéristiques de photosensibilité du tube analyseur d'images sont éga- lement améliorées par la présente invention. En outre, la concentration de bore dans la 30 couche photoconductrice de la forme de réalisation 1 est faible au niveau de l'interface entre l'électrode transparente et la couche photoconductrice et par con- séquent, le courant de noir ou d'obscurité est réduit. Ceci a été confirmé par des mesures. 35 Forme de réalisation 2

17 On utilse un appareil de pulvérisation possé- dant une pluralité d'admissions de gaz, et l'on dépose du silicium amorphe sur un substrat dans les mêmes conditions de décharge que dans la forme de réalisation 1, tout en 5 utilisant une source de silicium de grande pureté Lors- que le dépôt de silicium amorphe est réalisé, on introduit du diborane B 2 H 6 dans une cuvette en augmentant de façon continue le débit de diborane Dès que la teneur en bore du silicium amorphe déposée devient égale à 10 ppm, on 10 arrête l'accroissement du débit de diborane et ultérieu- rement le débit est maintenu constant On dépose du si- licium amorphe, de la manière indiquée ci-dessus, sur une épaisseur de 5 pm Dans une couche de silicium amor- phe ainsi déposée,la distribution de la concentration de 15 bore possède une forme représentée sur la figure 9 Dans le cas d'une telle distribution, la concentration de bo- re sur la face de l'électrode transparente est faible et par conséquent le dopage au bore commence au niveau de l'interface entre l'électrode transparente et la cou- 20 che de silicium amorphe Cependant, il est souhaitable que le niveau de dopage à la distance x C soit infé- rieur à 10 ppm (de préférence inférieure à 5 ppm). Un tube analyseur d'images comportant la couche de silicium amorphe indiquée ci-dessus en tant 25 que couche photoconductrice a présenté les mêmes carac- téristiques excellentes que le tube analyseur d'images contenant la couche photoconductrice de la forme de réa- lisation 1. Forme de réalisation 3 30 On a déposé de la même manière que dans la forme de réalisation 1, une couche de silicium amorphe dopée avec du bore Mais dans ce cas, on a augmenté de façon continuelle, la concentration de bore pendant le dépôt de la couche de silicium amorphe La distribution 35 de la concentration ou teneur en bore dans la couche de

18 silicium amorphe peut posséder une forme telle que repré- sentée sur la figure 10. Comme cela a été décrit précédemment,-il est nécessaire aue la concentration de bore soit faible dans 5 une région de la couche de silicium amorphe possédant une profondeur Xc à partir de la surface de réception de la lumière de ladite couche C'est-à-dire qu'on donne à la concentration de bore dans cette région une valeur non supérieure à 10 ppm, et de préférence non supérieure à 10 5 ppm On a formé une couche de silicium amorphe possé- dant une épaisseur de 4 ppm et une teneur en bore maxi- mum de 50 ppm Cette couche a présenté des caractéris- tiques excellentes pour la lumière bleue, et ce au même degré que la couche de silicium amorphe de la forme de 15 réalisation 1. Des éléments faisant partie du groupe III de la classification périodique des éléments tels que l'alu- minium, le gallium, l'indium et des éléments faisant par- tie du groupe II tels que le zinc et le cadmium, peuvent 20 présenter le même effet que le bore On peut ajouter ces éléments au silicium en utilisant l'appareil de pulvéri- sation décrit dans la forme de réalisation 1 Lorsque chacun de ces éléments est ajouté au silicium, on peut aisément régler la concentration de l'élément en recou- 25 vrant une partie de la surface d'une source de silicium avec l'élément et en modifiant la surface de recouvre- ment en fonction de la concentration ou de la teneur désirée En outre, chacun des éléments indiqués ci-dessus peut être ajouté au silicium en utilisant le procédé 30 décrit ci-dessus dans la forme de réalisation 2, c'est- à-dire moyennant l'introduction d'un gaz contenant un composé de l'élément dans l'appareil de pulvérisation. Mais dans ce cas, le comportement de chacun des éléments n'est pas étudié aussi complètement que pour le bore et 35 par conséquent le réglage ou la commande de la concentra-

19 tion de-l'impureté dans le silicium n'est pas aussi simple que dans le cas du procédé mentionné ci-dessus qui utili- se une source de silicium recouverte par l'impureté La concentration préférée de chacun de ces éléments est éga- 5 le à celle du bore Même lorsque l'on ajoute deux ou plu- sieurs de ces éléments et du bore au silicium, on obtient le même effet que l'addition d'un élément au silicium. Comme cela a été explicité précédemment, con- formément à-la présente invention, étant donné que la con- 10 centration du produit dopant dans une couche photoconduc- trice est rendue faible sur le côté de la couche tournée dans l'électrode transparente, non seulement on obtient les meilleures caractéristiques pour toutes les longueurs d'onde de la lumière de signal incidente, mais également 15 on peut supprimer le courant d'obscurité Par conséquent, il est possible d'utiliser dans un domaine technique étendu un tube analyseur d'images, dont la couche photo- conductrice est constituée par du silicium amorphe. Dans les formes de réalisation 1, 2 et 3, 20 on a expliqué le dépôt d'une couche de silicium amor- phe moyennant le procédé de pulvérisation réactive Ce- pendant, une couche de silicium amorphe réalisée au moyen du procédé de décomposition par décharge par incandescence ou analogue, peut fournir le même effet 25 que la couche mentionnée ci-dessus En outre, même dans le cas o une couche de blocage constitué par l'un parmi différents oxydes et fluorures ou par du silicium amorphe fortement dopé possédant une conduc- tivité du type N est interposée entre une électrode trans- 30 parente et une couche photoconductrice comme cela est usuel pour supprimer le courant d'obscurité du tube ana- lyseur d'images, si la couche photoconductrice est une couche photoconductrice conformément à la présente in- vention on obtient le même effet que dans le cas o la 35 couche de blocage est omise.

2 O En outre, il va sans dire qu'une couche photo- conductrice (c'est-à-dire une couche photosensible) con- forme à la présente invention peut être également appli- quée à des dispositifs de conversion photoélectrique au- 5 trc qu'un tube analyseur d'images, c'est-à-dire à un tu- be de formation d'images ou imageur à l'état solide ou transistorisé et autres - r

Claims

REVENDICATIONS .CLMF: 1 Photodétecteur, caractérisé en ce qu'il comporte

une électrode transparente ( 2) disposée sur le coté de réception de la lumière et formée par une pelli- 5 cule conductrice transparente, et une couche photoconduc- trice ( 3) disposée sur ladite électrode transparente -( 2) et constituée par du silicium amorphe, ledit silicium amorphe contenant 5 à 30 % d'atomes d'hydrogène et étant dopé avec au moins un élément sélectionné parmi les élé- 10 ments faisant partie des groupes II et III de la classi- fication périodique des éléments, de telle manière que la région la plus distante de ladite couche conductri- ce transparente possède une concentration de l'élément sélectionné, qui est supérieure à une autre région pro- 15 che de ladite couche conductrice transparente, une tension étant appliquée aux bornes de ladite couche pho- toconduêtrice de telle manière qu'une surface de cette couche faisant face à ladite électrode transparente est à un potentiel positif par rapport à une autre surface 20 de ladite couche photoconductrice située à l'opposé de ladite surface faisant face à ladite électrode trans- parente.
2 Photodétecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la concentration dudit élément 25 sélectionné dans ladite couche photoconductrice n'est pas supérieure à 5 ppm au niveau de l'interface entre ladite pellicule conductrice transparente et ladite cou- che photoconductrice, et se situe dans une gamme allant de l à 100 ppm dans au moins une région située entre 30 une zone médiane de ladite couche photoconductrice suivant la direction de l'épaisseur et ladite surface de ladite couche photoconductrice, située à l'opposé de ladite surface faisant face à l'électrode transpa- rente. .CLMF:
3 Photodétecteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la concentration dudit élément sélectionné dans ladite couche photoconductrice n'est pas supérieure à 10 ppm dans une région située entre ladite interface et une zone qui est distance d'une dis- 5 tance de 0,5 pm par rapport à ladite interface.
4 Photodétecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la concentration dudit élé- ment sélectionnée dans ladite couche photoconductrice n'est pas supérieure à 10 ppm à l'intérieur d'une région supérieure entre ladite interface d'une zone qui est distante d'une distance Xc par rapport à ladite interface, qu'au niveau de ladite zone, la densité du courant des trous (j p) est égale à la densité du courant d'électrons (j<e) que ladite concentration se 15 situe dans une gamme de 1 à 100 ppm dans une autre ré- gion entre ladite zone, qui est distante de-ladite distance xc vis-à-vis de ladite interface, et ladite autre surface de ladite couche photoconductrice.
5 Photodétecteur selon la revendication 1, 20 caractérisé en ce qu'au moins une couche, à savoir une couche semiconductrice mince possédant une conductivi- té du type N ou une couche diélectrique transparente mince, est interposée entre ladite couche photoconduc- trice et ladite pellicule conductrice transparente. 25
6 Photodétecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une couche ( 7) d'impact ou d'inci- dence d'un faisceau électronique est prévue sur ladite autre surface de ladite couche photoconductrice, et que la distribution de l'intensité de la lumière in- 30 cidente au niveau de ladite pellicule conductrice trans- parente est détectée par balayage de ladite couche d'in- cidence, au moyen d'un faisceau électronique.
7 Photodétecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits éléments faisant partie 35 du groupe II de la classification périodique des élé- 23 ments incluent le zinc et le cadmium et cue lesdits élé- ments faisant partie du groupe III de la classification périodique des éléments incluent le bore, l'aluminium, le gallium et l'indium.