JP2008218476A - 光電変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 比較的高価なカラーフィルタを用いることなく、１画素当りのカラー情報を取り込むことができるようにする。
【解決手段】 真性アモルファスシリコンからなる第１〜第３の光電変換半導体薄膜５〜７の膜厚は５０ｎｍ程度とする。第２および第３の光電変換半導体薄膜６、７の上方に設けられた真性アモルファスシリコンからなるフィルタ層２５、２６の各膜厚は１５０ｎｍ程度および４５０ｎｍ程度とする。すると、第１の光電変換半導体薄膜５ではＲ成分、Ｇ成分およびＢ成分の情報が得られる。第２の光電変換半導体薄膜６ではＲ成分およびＧ成分の情報が得られる。第３の光電変換半導体薄膜７ではＲ成分の情報が得られる。そして、これらの情報からＲＧＢの各成分の情報が得られる。
【選択図】 図１

Description

この発明は光電変換装置に関する。

光電変換装置として、従来より、ダブルゲート型といわれるタイプが知られている。ダブルゲート型とは、文字通り、光電変換半導体薄膜の上下両面側にゲート電極を有するタイプを示す。光電変換半導体薄膜としては真性アモルファスシリコンが用いられ、この光電変換半導体薄膜の下面側にボトムゲート絶縁膜を介してボトムゲート電極が設けられる。通常、光電変換装置の下面側に、光電変換部上面側に配置された被読取物、例えば、指紋等を照射するバックライトを配する構造を採用するため、ボトムゲート電極は、通常、遮光性導電材料で形成される。

光電変換半導体薄膜の上面側にトップゲート絶縁膜を介してトップゲート電極が設けられる。トップゲート電極は、被読取物で反射された反射光を透過して光電変換半導体薄膜に導入されるようにするため、通常、透光性導電材料により形成される。そして、トップゲート絶縁膜下における光電変換半導体薄膜の上面両側にｎ型アモルファスシリコンからなる一対のオーミックコンタクト層を介して遮光性導電材料からなるソース電極およびドレイン電極が設けられている。

このような、光電変換装置を用いて、フルカラーの読取画像を得るにはＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のカラーフィルタを各光電変換半導体薄膜のトップゲート電極の上方に配する。この場合、カラーフィルタには分光特性に相違が生じるため、この差を補正するための手段を講じることもある（例えば、特許文献１参照）。

特開平８−２１３５８４号公報

このように、上記従来の光電変換装置では、１画素当りのカラー情報をＲＧＢの各成分に分解して取り込むために、Ｒ用トップゲート電極、Ｇ用トップゲート電極およびＢ用トップゲート電極の上方にＲ用カラーフィルタ要素、Ｇ用カラーフィルタ要素およびＢ用カラーフィルタ要素を有するカラーフィルタを配置しているので、比較的高価なカラーフィルタを必要とし、コスト高になってしまうという問題があった。

そこで、この発明は、比較的高価なカラーフィルタを用いることなく、１画素当りのカラー情報を取り込むことができ、ひいてはコストを低減することができる光電変換装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、１画素当りのカラー情報を取り込むための第１〜第３の光電変換半導体薄膜下にボトムゲート絶縁膜を介して第１〜第３のボトムゲート電極が設けられ、前記第１〜第３の光電変換半導体薄膜上にトップゲート絶縁膜を介して第１〜第３のトップゲート電極が設けられた光電変換装置において、前記第２の光電変換半導体薄膜上における前記トップゲート絶縁膜上に、前記第１〜第３の光電変換半導体薄膜と同一の材料からなり、Ｂ成分を吸収、除去するための一のフィルタ層が設けられ、前記第３の光電変換半導体薄膜上における前記トップゲート絶縁膜上に、前記第１〜第３の光電変換半導体薄膜と同一の材料からなり、Ｇ成分およびＢ成分を吸収、除去するための他のフィルタ層が設けられ、前記第１の光電変換半導体薄膜でＲ成分、Ｇ成分およびＢ成分の情報を感知し、前記第２の光電変換半導体薄膜でＲ成分およびＧ成分の情報を導入し、前記第３の光電変換半導体薄膜でＲ成分の情報を導入することを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第１の光電変換半導体薄膜で導入されたＲ成分、Ｇ成分およびＢ成分の情報から前記第２の光電変換半導体薄膜で導入されたＲ成分およびＧ成分の情報を差し引くことにより、Ｂ成分の情報を得、前記第２の光電変換半導体薄膜で導入されたＲ成分およびＧ成分の情報から前記第３の光電変換半導体薄膜で導入されたＲ成分の情報を差し引くことにより、Ｇ成分の情報を得、前記第３の光電変換半導体薄膜で導入されたＲ成分の情報のみからＲ成分の情報を得るようにしたことを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記第１〜第３の光電変換半導体薄膜は膜厚５０ｎｍのアモルファスシリコン膜からなり、前記一のフィルタ層は膜厚１５０ｎｍのアモルファスシリコン膜からなり、前記他のフィルタ層は膜厚４５０ｎｍのアモルファスシリコン膜からなることを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記一および他のフィルタ層は、前記第２および第３のトップゲート電極を含む前記トップゲート絶縁膜上に設けられていることを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記第２のトップゲート電極上に設けられた前記一のフィルタ層の膜厚が１５０ｎｍであり、前記第３のトップゲート電極上に設けられた前記他のフィルタ層の膜厚が４５０ｎｍであることを特徴とするものである。

この発明によれば、第２および第３の光電変換半導体薄膜上におけるトップゲート絶縁膜上に、第１〜第３の光電変換半導体薄膜と同一の材料からなる一および他のフィルタ層を設けることにより、比較的高価なカラーフィルタを用いることなく、１画素当りのカラー情報を取り込むことができ、ひいてはコストを低減することができる。

図１はこの発明の一実施形態としての光電変換装置の要部の断面図を示す。この光電変換装置はガラス等からなる絶縁基板１を備えている。絶縁基板１の上面において１画素に対応する領域には、１画素当りのカラー情報を取り込むための第１〜第３の光電変換素子２〜４が設けられている。

すなわち、絶縁基板１の上面において１画素に対応する領域にはクロム等の遮光性導電材料からなる第１〜第３のゲート電極５〜７が設けられている。第１〜第３のゲート電極５〜７を含む絶縁基板１の上面には窒化シリコン等からなるボトムゲート絶縁膜８が設けられている。第１〜第３のゲート電極５〜７上におけるボトムゲート絶縁膜８の上面には真性アモルファスシリコンからなる第１〜第３の光電変換半導体薄膜９〜１１が設けられている。

第１〜第３の光電変換半導体薄膜９〜１１の上面両側にはｎ型アモルファスシリコンからなる第１〜第３のオーミックコンタクト層１２ａ〜１４ｂが設けられている。一方の第１〜第３のオーミックコンタクト層１２ａ、１３ａ、１４ａの上面およびその近傍のボトムゲート絶縁膜８の上面にはクロム等の遮光性導電材料からなる第１〜第３のソース電極１５〜１７が設けられている。他方の第１〜第３のオーミックコンタクト層１２ｂ、１３ｂ、１４ｂの上面およびその近傍のボトムゲート絶縁膜８の上面にはクロム等の遮光性導電材料からなる第１〜第３のドレイン電極１８〜２０が設けられている。

第１〜第３の光電変換半導体薄膜９〜１１、第１〜第３のソース電極１５〜１７および第１〜第３のドレイン電極１８〜２０を含むボトムゲート絶縁膜８の上面には窒化シリコン等からなるトップゲート絶縁膜２１が設けられている。第１〜第３の光電変換半導体薄膜９〜１１上におけるトップゲート絶縁膜２１の上面にはＩＴＯ等の透光性導電材料からなる第１〜第３のトップゲート電極２２〜２４が設けられている。

第２のトップゲート電極２３を含むトップゲート絶縁膜２１の上面には真性アモルファスシリコンからなるフィルタ層２５が設けられている。第３のトップゲート電極２４を含むトップゲート絶縁膜２１の上面には真性アモルファスシリコンからなるフィルタ層２６が設けられている。この場合、フィルタ層２５、２６の膜厚は後述の如く互いに異なっている。また、第１のトップゲート電極２２を含むトップゲート絶縁膜２１の上面にはそのようなフィルタ層は設けられていない。

そして、第１の光電変換素子２は、第１のボトムゲート電極５、ボトムゲート絶縁膜８、第１の光電変換半導体薄膜９、第１のオーミックコンタクト層１２ａ、１２ｂ、第１のソース電極１５、第１のドレイン電極１８、トップゲート絶縁膜２１および第１のトップゲート電極２２により構成されている。

第２の光電変換素子３は、第２のボトムゲート電極６、ボトムゲート絶縁膜８、第２の光電変換半導体薄膜１０、第２のオーミックコンタクト層１３ａ、１３ｂ、第２のソース電極１６、第２のドレイン電極１９、トップゲート絶縁膜２１、第２のトップゲート電極２３およびフィルタ層２５により構成されている。

第３の光電変換素子４は、第３のボトムゲート電極７、ボトムゲート絶縁膜８、第３の光電変換半導体薄膜１１、第３のオーミックコンタクト層１４ａ、１４ｂ、第３のソース電極１７、第３のドレイン電極２０、トップゲート絶縁膜２１、第３のトップゲート電極２４およびフィルタ層２６により構成されている。

次に、図２は真性アモルファスシリコン膜の光吸収係数と光の波長との関係を示したものである。図２から明らかなように、真性アモルファスシリコン膜の光吸収係数は光の波長に依存する。そして、Ｒ成分の波長のピークは６００ｎｍ付近であり、Ｇ成分の波長のピークは５５０ｎｍ付近であり、Ｂ成分の波長のピークは４５０ｎｍ付近である。

ＲＧＢ成分の各波長のピークに対する真性アモルファスシリコン膜の光吸収係数は、波長６００ｎｍで２×１０６／ｃｍ程度であり、波長５５０ｎｍで５×１０６／ｃｍ程度であり、波長４５０ｎｍで２×１０７／ｃｍ程度である。これらの光吸収係数に対応する真性アモルファスシリコン膜の膜厚は、５００ｎｍ程度、２００ｎｍ程度、５０ｎｍ程度である。

そして、膜厚５０ｎｍ程度の真性アモルファスシリコン膜では、その上方からの入射光のＲＧＢの各成分の吸収、除去がなく、ＲＧＢの各成分が吸収、感知される。膜厚２００ｎｍ程度の真性アモルファスシリコン膜では、その上方からの入射光のＢ成分（波長４５０ｎｍ付近）が吸収、除去され、ＲＧの各成分（波長５５０〜６００ｎｍ付近）が吸収、感知される。膜厚５００ｎｍ程度の真性アモルファスシリコン膜では、その上方からの入射光のＢＧ成分（波長４５０〜５５０ｎｍ付近）が吸収、除去され、Ｒ成分（波長６００ｎｍ付近）が吸収、感知される。

そこで、第１の光電変換素子２では、第１の光電変換半導体薄膜５の膜厚を５０ｎｍ程度とすると、Ｒ成分、Ｇ成分およびＢ成分の情報が得られる。第２の光電変換素子３では、第２の光電変換半導体薄膜６の膜厚を５０ｎｍ程度とし、第２のトップゲート電極２３の上面に設けられたフィルタ層２５の膜厚を１５０ｎｍ程度とすると、その合計膜厚が２００ｎｍ程度となるので、Ｒ成分およびＧ成分の情報が得られる。第３の光電変換素子４では、第３の光電変換半導体薄膜７の膜厚を５０ｎｍ程度とし、第３のトップゲート電極２４の上面に設けられたフィルタ層２６の膜厚を４５０ｎｍ程度とすると、その合計膜厚が５００ｎｍ程度となるので、Ｒ成分の情報が得られる。なお、図１では、図示の都合上、各部の膜厚は実際の膜厚と比例していない。

そして、この光電変換装置では、第１の光電変換素子２で得られたＲ成分、Ｇ成分およびＢ成分の情報から第２の光電変換素子３で得られたＲ成分およびＧ成分の情報を差し引くと、Ｂ成分の情報が得られる。また、第２の光電変換素子３で得られたＲ成分およびＧ成分の情報から第３の光電変換素子４で得られたＲ成分の情報を差し引くと、Ｇ成分の情報が得られる。さらに、第３の光電変換素子４で得られたＲ成分の情報のみからＲ成分の情報が得られる。

このように、この光電変換装置では、第２および第３の光電変換半導体薄膜６、７上における第２および第３のトップゲート電極２３、２４を含むトップゲート絶縁膜２１上に、第１〜第３の光電変換半導体薄膜５〜７と同一の材料からなるフィルタ層２５、２６を設けることにより、比較的高価なカラーフィルタを用いることなく、１画素当りのカラー情報を取り込むことができ、ひいてはコストを低減することができる。

この発明の一実施形態としての光電変換装置の要部の断面図。 真性アモルファスシリコン膜の光吸収係数と光の波長との関係を示す図。

符号の説明

１ 絶縁基板
２〜４ 第１〜第３の光電変換素子
５〜７ 第１〜第３のボトムゲート電極
８ ボトムゲート絶縁膜
９〜１１ 第１〜第３の光電変換半導体薄膜
１２ａ〜１４ｂ 第１〜第３のオーミックコンタクト層
１５〜１７ 第１〜第３のソース電極
１８〜２０ 第１〜第３のドレイン電極
２１ トップゲート絶縁膜
２２〜２４ トップゲート電極
２５、２６ フィルタ層

Claims (5)

1. １画素当りのカラー情報を取り込むための第１〜第３の光電変換半導体薄膜下にボトムゲート絶縁膜を介して第１〜第３のボトムゲート電極が設けられ、前記第１〜第３の光電変換半導体薄膜上にトップゲート絶縁膜を介して第１〜第３のトップゲート電極が設けられた光電変換装置において、前記第２の光電変換半導体薄膜上における前記トップゲート絶縁膜上に、前記第１〜第３の光電変換半導体薄膜と同一の材料からなり、Ｂ成分を吸収、除去するための一のフィルタ層が設けられ、前記第３の光電変換半導体薄膜上における前記トップゲート絶縁膜上に、前記第１〜第３の光電変換半導体薄膜と同一の材料からなり、Ｇ成分およびＢ成分を吸収、除去するための他のフィルタ層が設けられ、前記第１の光電変換半導体薄膜でＲ成分、Ｇ成分およびＢ成分の情報を導入し、前記第２の光電変換半導体薄膜でＲ成分およびＧ成分の情報を導入し、前記第３の光電変換半導体薄膜でＲ成分の情報を導入することを特徴とする光電変換装置。
2. 請求項１に記載の発明において、前記第１の光電変換半導体薄膜で導入されたＲ成分、Ｇ成分およびＢ成分の情報から前記第２の光電変換半導体薄膜で導入されたＲ成分およびＧ成分の情報を差し引くことにより、Ｂ成分の情報を得、前記第２の光電変換半導体薄膜で導入されたＲ成分およびＧ成分の情報から前記第３の光電変換半導体薄膜で導入されたＲ成分の情報を差し引くことにより、Ｇ成分の情報を得、前記第３の光電変換半導体薄膜で導入されたＲ成分の情報のみからＲ成分の情報を得るようにしたことを特徴とする光電変換装置。
3. 請求項１または２に記載の発明において、前記第１〜第３の光電変換半導体薄膜は膜厚５０ｎｍのアモルファスシリコン膜からなり、前記一のフィルタ層は膜厚１５０ｎｍのアモルファスシリコン膜からなり、前記他のフィルタ層は膜厚４５０ｎｍのアモルファスシリコン膜からなることを特徴とする光電変換装置。
4. 請求項３に記載の発明において、前記一および他のフィルタ層は、前記第２および第３のトップゲート電極を含む前記トップゲート絶縁膜上に設けられていることを特徴とする光電変換装置。
5. 請求項４に記載の発明において、前記第２のトップゲート電極上に設けられた前記一のフィルタ層の膜厚が１５０ｎｍであり、前記第３のトップゲート電極上に設けられた前記他のフィルタ層の膜厚が４５０ｎｍであることを特徴とする光電変換装置。

Images