JP2015169634A - Optical sensor element, manufacturing method thereof, and illuminance detection method - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、光センサ素子およびその製造方法、ならびにこの光センサ素子を用いて実施される照度検出方法に関するものである。 The present invention relates to an optical sensor element, a method for manufacturing the optical sensor element, and an illuminance detection method performed using the optical sensor element.
この発明にとって興味ある光センサ素子として、たとえば特開2010−276483号公報(特許文献1)に記載された紫外線検出素子がある。特許文献1には、基板上に、Ti等を含む櫛型電極が配置され、櫛型電極を覆うようにMgXZn1−XO(0≦X≦0.6)からなる紫外光吸収層を配置した、電流出力方式の紫外線検出素子が記載されている。この紫外線検出素子の光検出原理は、紫外線吸収層に光を照射することによって、紫外線吸収層内にキャリアを発生させ、このキャリアを駆動電圧の印加により外部回路に取り出し、出力電流として検出するものである。
As an optical sensor element that is of interest to the present invention, there is, for example, an ultraviolet detection element described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-276483 (Patent Document 1). In
特許文献1に記載の技術は、光センサ素子ごとの電気的特性のばらつき、より特定的には、出力電流のばらつきを小さくすることを目的としている。そのため、特許文献1では、櫛型電極が紫外光吸収層に埋まっている構造が提案されている。
The technique described in
しかしながら、特許文献1に記載の技術では、駆動電圧の変動による出力電流の変動については有効な対策が講じられていない。そのため、特許文献1に記載の紫外線検出素子を用いる限り、駆動電圧の変動によってもたらされる測定誤差は、受忍せざるを得ないという状況である。駆動電圧の変動による測定誤差を許容できない場合には、高精度であるが、高価な電源を用意しなければならない。
However, in the technique described in
そこで、この発明の目的は、上述したような問題を解決し得る光センサ素子およびその製造方法を提供しようとすることである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an optical sensor element that can solve the above-described problems and a manufacturing method thereof.
この発明の他の目的は、上述した光センサ素子を用いて有利に実施される照度検出方法を提供しようとすることである。 Another object of the present invention is to provide an illuminance detection method that is advantageously implemented using the above-described optical sensor element.
この発明に係る光センサ素子は、基板と、基板上に形成された光導電性を有する光感応膜および当該光感応膜に接する少なくとも1対の電極をもってそれぞれ構成された、第1ないし第4の光検知部と、を備える。第1ないし第4の光検知部は、これらによってブリッジ回路を構成するように、第1の光検知部と第2の光検知部とが第1の接続部を介して電気的に接続され、第2の光検知部と第3の光検知部とが第2の接続部を介して電気的に接続され、第3の光検知部と第4の光検知部とが第3の接続部を介して電気的に接続され、第4の光検知部と第1の光検知部とが第4の接続部を介して電気的に接続される。ここで、第1の接続部において、第1の端子が設けられ、第2の接続部において、第2の端子が設けられ、第3の接続部において、第3の端子が設けられ、第4の接続部において、第4の端子が設けられる。 An optical sensor element according to the present invention includes a substrate, a photoconductive film having photoconductivity formed on the substrate, and at least one pair of electrodes in contact with the photosensitive film. A light detection unit. In the first to fourth light detection units, the first light detection unit and the second light detection unit are electrically connected via the first connection unit so as to form a bridge circuit by them. The second light detection unit and the third light detection unit are electrically connected via the second connection unit, and the third light detection unit and the fourth light detection unit are connected to the third connection unit. The fourth light detection unit and the first light detection unit are electrically connected via the fourth connection unit. Here, the first connection portion is provided with a first terminal, the second connection portion is provided with a second terminal, the third connection portion is provided with a third terminal, and the fourth connection portion is provided. A fourth terminal is provided at the connection portion.
そして、上述した技術的課題を解決するため、照射される光の照度に対する出力電流の変化率(以下、「電流変化率」という。)は、第1の光検知部と第2の光検知部との間で異なり、かつ第3の光検知部と第4の光検知部との間で異なることを特徴としている。 And in order to solve the technical problem mentioned above, the change rate (henceforth "current change rate") of the output current with respect to the illumination intensity of the irradiated light is the 1st photon detection part and the 2nd photon detection part. And different between the third light detection unit and the fourth light detection unit.
ここで、電流変化率とは、上述のように、照射される光の照度に対する出力電流の変化率のことをいうが、より詳細に言い換えると、照度の増加に伴う出力電流の増加倍率のことである。 Here, as described above, the rate of change in current refers to the rate of change in output current with respect to the illuminance of irradiated light. In other words, the rate of increase in output current accompanying an increase in illuminance. It is.
各光検知部を構成する光導電型センサについて、そこに照射される光の照度をP、この照度Pを有する光が照射されたときに得られる出力電流をIとしたとき、照度Pに対する出力電流Iの変化率、すなわち、ΔI/ΔPは、0でない値を持つことになる。 For the photoconductive sensor constituting each photodetecting section, when the illuminance of the light irradiated thereon is P and the output current obtained when the light having this illuminance P is irradiated is I, the output with respect to the illuminance P The rate of change of the current I, that is, ΔI / ΔP has a non-zero value.
この発明は、また、上述した光センサ素子を用いて実施される照度検出方法にも向けられる。この発明に係る照度検出方法では、第2および第4の端子間に駆動電圧を印加しながら、第1および第3の端子間の電位差(出力電圧)を測定することによって、すなわち、いわゆる電圧出力方式によって、光センサ素子に照射される光の照度が求められることを特徴としている。 The present invention is also directed to an illuminance detection method implemented using the above-described optical sensor element. In the illuminance detection method according to the present invention, by measuring the potential difference (output voltage) between the first and third terminals while applying the drive voltage between the second and fourth terminals, that is, so-called voltage output. It is characterized in that the illuminance of light applied to the optical sensor element is required depending on the method.
上述のような電圧出力方式の場合、出力電圧が0Vになる光照度は、上記駆動電圧を供給するための電源電圧が変動しても、ほとんど変動しない。たとえば対をなす電極の重なり長さを調整することにより、出力電圧が0Vになる光照度を自由に変えることができる。したがって、検知精度を良くしたい光照度での出力電圧が0Vとなるように設計すれば、このような光照度を高い検知精度で測定することができる。 In the case of the voltage output method as described above, the light illuminance at which the output voltage becomes 0 V hardly varies even when the power supply voltage for supplying the drive voltage varies. For example, the illuminance at which the output voltage becomes 0 V can be freely changed by adjusting the overlapping length of the paired electrodes. Therefore, if the output voltage at light illuminance for which detection accuracy is desired is designed to be 0 V, such light illuminance can be measured with high detection accuracy.
好ましくは、第1の光検知部の電流変化率と第3の光検知部の電流変化率とが実質的に同等であり、第2の光検知部の電流変化率と第4の光検知部の電流変化率とが実質的に同等である。ここで、「実質的に同等」とは、次のように定義される。 Preferably, the current change rate of the first light detector and the current change rate of the third light detector are substantially equal, and the current change rate of the second light detector and the fourth light detector. Is substantially equivalent to the current change rate. Here, “substantially equivalent” is defined as follows.
光検知部の電流変化率を、前述のように、ΔI/ΔPで表わしたとき、この表示方法に従えば、
第1の光検知部の電流変化率は、ΔI1/ΔP1、
第2の光検知部の電流変化率は、ΔI2/ΔP2、
第3の光検知部の電流変化率は、ΔI3/ΔP3、および
第4の光検知部の電流変化率は、ΔI4/ΔP4
で表わされる。
When the current change rate of the light detection unit is expressed by ΔI / ΔP as described above, according to this display method,
The current change rate of the first light detection unit is ΔI1 / ΔP1,
The current change rate of the second light detection unit is ΔI2 / ΔP2,
The current change rate of the third light detection unit is ΔI3 / ΔP3, and the current change rate of the fourth light detection unit is ΔI4 / ΔP4.
It is represented by
前述した、「第1の光検知部の電流変化率と第3の光検知部の電流変化率とが実質的に同等であり、第2の光検知部の電流変化率と第4の光検知部の電流変化率とが実質的に同等である」とは、「ΔI1/ΔP1」と「ΔI3/ΔP3」との差、および「ΔI2/ΔP2」と「ΔI4/ΔP4」との差が、|ΔI1/ΔP1−ΔI2/ΔP2|の30%以下であり、かつ|ΔI3/ΔP3−ΔI4/ΔP4|の30%以下であることを言う。 As described above, “the current change rate of the first light detection unit and the current change rate of the third light detection unit are substantially equal, and the current change rate of the second light detection unit and the fourth light detection”. "The current change rate of the part is substantially equal" means that the difference between "ΔI1 / ΔP1" and "ΔI3 / ΔP3" and the difference between "ΔI2 / ΔP2" and "ΔI4 / ΔP4" It is 30% or less of ΔI1 / ΔP1-ΔI2 / ΔP2 | and 30% or less of | ΔI3 / ΔP3-ΔI4 / ΔP4 |.
なお、好ましくは、「ΔI1/ΔP1」と「ΔI3/ΔP3」との差、および「ΔI2/ΔP2」と「ΔI4/ΔP4」との差は、|ΔI1/ΔP1−ΔI2/ΔP2|の10%以下であり、かつ|ΔI3/ΔP3−ΔI4/ΔP4|の10%以下とされる。 Preferably, the difference between “ΔI1 / ΔP1” and “ΔI3 / ΔP3” and the difference between “ΔI2 / ΔP2” and “ΔI4 / ΔP4” are 10% or less of | ΔI1 / ΔP1−ΔI2 / ΔP2 | And not more than 10% of | ΔI3 / ΔP3-ΔI4 / ΔP4 |.
この発明において、第1の光検知部と第2の光検知部との間、および第3の光検知部と第4の光検知部との間で、それぞれ、前述したような電流変化率の差異を実現するため、第1の好ましい実施態様では、第1の光検知部における1対の電極間の間隔と第2の光検知部における1対の電極間の間隔とが異なり、第3の光検知部における1対の電極間の間隔と第4の光検知部における1対の電極間の間隔とが異なる、といった構成が採用される。 In the present invention, the current change rate as described above is between the first light detection unit and the second light detection unit, and between the third light detection unit and the fourth light detection unit, respectively. In order to realize the difference, in the first preferred embodiment, the interval between the pair of electrodes in the first photodetecting unit is different from the interval between the pair of electrodes in the second photodetecting unit. A configuration is employed in which the distance between the pair of electrodes in the light detection unit is different from the distance between the pair of electrodes in the fourth light detection unit.
あるいは、前述したような電流変化率の差異を実現するため、第2の好ましい実施態様では、第1の光検知部における光感応膜の材質と第2の光検知部における光感応膜の材質とが異なり、第3の光検知部における光感応膜の材質と第4の光検知部における光感応膜の材質とが異なる、といった構成が採用される。 Alternatively, in order to realize the difference in current change rate as described above, in the second preferred embodiment, the material of the light sensitive film in the first light detecting unit and the material of the light sensitive film in the second light detecting unit are Is different, and the material of the light sensitive film in the third light detector is different from the material of the light sensitive film in the fourth light detector.
あるいは、前述したような電流変化率の差異を実現するため、第3の好ましい実施態様では、光感応膜は酸素元素を含み、第1の光検知部における1対の電極間の光感応膜内の酸素欠陥の密度と第2の光検知部における1対の電極間の光感応膜内の酸素欠陥の密度とが異なり、第3の光検知部における1対の電極間の光感応膜内の酸素欠陥の密度と第4の光検知部における1対の電極間の光感応膜内の酸素欠陥の密度とが異なる、といった構成が採用される。 Alternatively, in order to realize the difference in current change rate as described above, in the third preferred embodiment, the photosensitive film contains an oxygen element, and in the photosensitive film between the pair of electrodes in the first light detection unit. And the density of oxygen defects in the photosensitive film between the pair of electrodes in the second photodetection unit differ from each other in the photosensitivity film between the pair of electrodes in the third photodetection unit. A configuration is adopted in which the density of oxygen defects is different from the density of oxygen defects in the photosensitive film between the pair of electrodes in the fourth photodetecting section.
上述した第3の好ましい実施態様では、少なくとも第1および第3の光検知部における電極または少なくとも第2および第4の光検知部における電極はTiを含むことがより好ましい。Tiは、熱処理時に光感応膜内の酸素を奪いやすいため、光感応膜内に、酸素欠陥を効率的に形成することができるためである。 In the third preferred embodiment described above, it is more preferable that at least the electrodes in the first and third light detection units or at least the electrodes in the second and fourth light detection units contain Ti. This is because Ti easily deprives oxygen in the photosensitive film during heat treatment, so that oxygen defects can be efficiently formed in the photosensitive film.
なお、上述した第1ないし第3の好ましい実施態様は、いずれか1つが選択的に採用されるだけでなく、2以上の実施態様が組み合わされて採用される場合もあり得る。 It should be noted that any one of the first to third preferred embodiments described above may be selectively employed, and two or more embodiments may be employed in combination.
この発明は、さらに、上述した光センサ素子を製造する方法にも向けられる。 The present invention is further directed to a method of manufacturing the above-described optical sensor element.
この発明に係る光センサ素子の製造方法は、基板を用意する工程と、基板上に、第1ないし第4の光検知部を形成する工程と、備え、光検知部を形成する工程は、光感応膜を形成する工程と、電極を形成する工程と、を含み、さらに、電極を形成する工程の後、第1ないし第4の光検知部の各々の電流変化率間の関係を調整するため、光検知部を熱処理する工程を備えることを特徴としている。 The method of manufacturing an optical sensor element according to the present invention includes a step of preparing a substrate, a step of forming first to fourth light detection units on the substrate, and a step of forming the light detection unit comprising: Including a step of forming a sensitive film and a step of forming an electrode, and further, after the step of forming the electrode, for adjusting the relationship between the current change rates of the first to fourth photodetecting portions. And a step of heat-treating the light detection unit.
上述した熱処理工程に関連して、この発明に係る光センサ素子の製造方法には、以下のようないくつかの実施態様がある。 In relation to the heat treatment step described above, the method for manufacturing an optical sensor element according to the present invention has several embodiments as follows.
第1の実施態様では、電極を形成する工程は、第2および第4の光検知部のための電極を形成する第1電極形成工程と、第1および第3の光検知部のための電極を形成する第2電極形成工程と、を含み、光検知部を熱処理する工程は、第1電極形成工程および第2電極形成工程のうち、先に実施される電極形成工程で形成される電極によって与えられる光検知部を熱処理する第1熱処理工程と、後に実施される電極形成工程で形成される電極によって与えられる光検知部を熱処理する第2熱処理工程と、を含み、第1熱処理工程は、第1電極形成工程と第2電極形成工程との間に実施され、第1熱処理工程において付与される熱処理温度は、第2熱処理工程において付与される熱処理温度より高くされる。 In the first embodiment, the step of forming the electrodes includes a first electrode forming step of forming electrodes for the second and fourth light detection units, and an electrode for the first and third light detection units. A step of heat-treating the photodetecting portion is performed by an electrode formed in the electrode forming step performed first in the first electrode forming step and the second electrode forming step. Including a first heat treatment step for heat-treating a given light detection portion, and a second heat treatment step for heat-treating a light detection portion provided by an electrode formed in an electrode forming step performed later, the first heat treatment step, The heat treatment temperature applied between the first electrode formation step and the second electrode formation step and applied in the first heat treatment step is higher than the heat treatment temperature applied in the second heat treatment step.
上述の第1の実施態様によれば、第1の熱処理工程で付与される、より高い熱処理温度は、先に実施される電極形成工程で形成された電極を備える光検知部に対してのみ及ぼされる。このように熱処理温度を変えることにより、光感応膜において形成される酸素欠陥の数を変えることができるので、第2および第4の光検知部の電流変化率を、それぞれ、第1および第3の光検知部の電流変化率と異ならせることができる。 According to the first embodiment described above, the higher heat treatment temperature applied in the first heat treatment step is exerted only on the light detection unit including the electrode formed in the electrode formation step performed earlier. It is. Since the number of oxygen defects formed in the photosensitive film can be changed by changing the heat treatment temperature in this way, the current change rates of the second and fourth photodetecting portions are respectively set to the first and third. It can be made different from the current change rate of the light detection unit.
第2の実施態様では、光検知部を熱処理する工程は、第2および第4の光検知部にレーザー光を照射する第1照射工程と、第1および第3の光検知部にレーザー光を照射する第2照射工程と、を含み、第1照射工程で照射されるレーザー光の強度と第2照射工程で照射されるレーザー光の強度とが異ならされる。 In the second embodiment, the step of heat-treating the light detection unit includes a first irradiation step of irradiating the second and fourth light detection units with laser light, and laser light on the first and third light detection units. The intensity of the laser beam irradiated in the first irradiation step is different from the intensity of the laser beam irradiated in the second irradiation step.
上述の第2の実施態様によれば、照射されるレーザー光の強度の差によって、第2および第4の光検知部と第1および第3の光検知部との間で、光感応膜内に形成される酸素欠陥の数を変えることができるので、第2および第4の光検知部の電流変化率を、それぞれ、第1および第3の光検知部の電流変化率と異ならせることができる。 According to the second embodiment described above, in the photosensitive film between the second and fourth light detection units and the first and third light detection units due to the difference in intensity of the irradiated laser light. Since the number of oxygen vacancies formed in the first and second light detection units can be changed, the current change rates of the second and fourth light detection units can be made different from the current change rates of the first and third light detection units, respectively. it can.
第3の実施態様では、電極を形成する工程は、光感応膜を形成する工程の前に、基板上に第2および第4の光検知部または第1および第3の光検知部のための電極を形成する工程と、光感応膜を形成する工程の後に、光感応膜上に第1および第3の光検知部または第2および第4の光検知部のための電極を形成する工程と、を含み、光検知部を熱処理する工程は、第1ないし第4の光検知部に対して一挙に実施される。 In the third embodiment, the step of forming the electrode is performed for the second and fourth light detection units or the first and third light detection units on the substrate before the step of forming the photosensitive film. Forming an electrode for the first and third photodetecting portions or the second and fourth photodetecting portions on the photosensitive film after the step of forming the electrode and the step of forming the photosensitive film; and , And the step of heat-treating the light detection unit is performed at once on the first to fourth light detection units.
第3の実施態様によれば、第2および第4の光検知部または第1および第3の光検知部のための電極は、光感応膜中に位置し、第1および第3の光検知部または第2および第4の光検知部のための電極は、光感応膜の表面上に位置する。そのため、光感応膜を形成する工程の後に形成された光検知部のための電極の各側面間には光感応膜は存在しないが、光感応膜を形成する工程の前に形成された光検知部のための電極の各側面間には光感応膜が存在する。したがって、熱処理の結果、光感応膜を形成する工程の前に形成された光検知部のための電極の各側面間において、光感応膜により多くの酸素欠陥を生じさせ得ることから、第2および第4の光検知部の電流変化率と第1および第3の光検知部の電流変化率とを異ならせることができる。 According to the third embodiment, the electrodes for the second and fourth light detection units or the first and third light detection units are located in the photosensitive film, and the first and third light detection units are provided. Or the electrodes for the second and fourth light detection parts are located on the surface of the photosensitive film. For this reason, there is no photosensitive film between the side surfaces of the electrodes for the light detection part formed after the process of forming the photosensitive film, but the light detection formed before the process of forming the photosensitive film. There is a photosensitive film between each side of the electrode for the part. Therefore, as a result of the heat treatment, more oxygen defects can be generated in the photosensitive film between the side surfaces of the electrode for the photodetecting portion formed before the process of forming the photosensitive film. The current change rate of the fourth light detection unit and the current change rates of the first and third light detection units can be made different.
この発明に係る光センサ素子を用いて光の照度を求めるにあたって、第2および第4の端子間に駆動電圧を印加しながら、第1および第3の端子間の電位差(出力電圧)を測定するといった、電圧出力方式によって、光センサ素子に照射される光の照度が求められる。この場合、この発明に係る光センサ素子によれば、第2の光検知部の電流変化率が第1の光検知部の電流変化率と異なり、かつ第4の光検知部の電流変化率が第3の光検知部の電流変化率と異なるので、光照度の変化に伴い出力電圧を変化させることができ、所定の光照度において出力電圧0Vを通過させることができる。したがって、検知精度を良くしたい光照度での出力電圧が0Vとなるように光センサ素子を設計すれば、駆動電圧が変動しても、光照度を高い検知精度で測定することができる。そのため、精度の高い高価な電源を必要とせず、光センサ素子を安価に実用することができる。 In obtaining the illuminance of light using the optical sensor element according to the present invention, a potential difference (output voltage) between the first and third terminals is measured while a drive voltage is applied between the second and fourth terminals. Thus, the illuminance of light applied to the optical sensor element is determined by the voltage output method. In this case, according to the photosensor element of the present invention, the current change rate of the second photodetecting unit is different from the current change rate of the first photodetecting unit, and the current change rate of the fourth photodetecting unit is Since it is different from the current change rate of the third light detection unit, the output voltage can be changed with the change of the light illuminance, and the output voltage 0V can be passed at the predetermined light illuminance. Therefore, if the optical sensor element is designed so that the output voltage at the light illuminance at which detection accuracy is desired to be 0 V, the light illuminance can be measured with high detection accuracy even if the drive voltage varies. Therefore, an expensive power source with high accuracy is not required, and the optical sensor element can be practically used at low cost.
また、この発明に係る光センサ素子の製造方法によれば、熱処理によって所望の電流変化率を第1ないし第4の光検知部において得ることができる。 Further, according to the method for manufacturing an optical sensor element according to the present invention, a desired current change rate can be obtained in the first to fourth optical detection units by heat treatment.
図1ないし図3を参照して、この発明の第1の実施形態による光センサ素子1について説明する。なお、図1では、光センサ素子1に備える要素について、外観では見えない内部に存在するものをも透視された状態で図示されている。
With reference to FIG. 1 thru | or FIG. 3, the
光センサ素子1は、基板2と、基板2上に構成された第1ないし第4の光検知部3〜6と、第1ないし第4の光検知部3〜6を覆うように基板2上に形成された保護膜7とを備えている。
The
基板2は、たとえばガラスからなる。この光センサ素子1が基板2を通して光を検知する場合には、基板2としては、透明なガラス基板が用いられる。保護膜側7から光を検知する場合には、基板2は透明でなくてもよい。
The
光検知部3〜6は、基板2上に形成された光導電性を有する光感応膜8と光感応膜8に接する電極9〜16とによって構成される。より詳細には、第1の光検知部3は、光感応膜8ならびに対をなす電極9および10によって構成される。第2の光検知部4は、光感応膜8ならびに対をなす電極11および12によって構成される。第3の光検知部5は、光感応膜8ならびに対をなす電極13および14によって構成される。第4の光検知部6は、光感応膜8ならびに対をなす電極15および16によって構成される。
The
この実施形態では、電極9〜16は、基板2上に形成され、光感応膜8によって覆われた状態となっている。
In this embodiment, the
上述の第1の光検知部3における電極9および10は、互いに他のものの間に挿入された複数の電極指を有する櫛型をなしている。櫛型の電極9および10は、たとえば第2の光検知部4における電極11および12に比べて、複数の電極指9および10のうち隣接する電極指同士の重なり長さが足し合わされることにより、電極の重なり長さをより長くとることができる。第3の光検知部5における電極13および14についても、同様の櫛型をなしている。
The
光感応膜8は、所定の光を吸収し、電子・ホールを形成する材料であれば、どのような材料から構成されてもよい。光感応膜8の材料は、紫外線検知をする場合には、バンドギャップが3.2eV程度のZnO、In2O3、SnO2などが用いられる。また、光感応膜8の材料は、可視光検知をする場合には、バンドギャップ1.7eV程度のアモルファスSiなどが用いられる。上述した材料のうち、酸化物のZnO、In2O3、SnO2などは、キャリアを再結合させる欠陥として、酸素欠陥を有している。なお、アモルファスSiは、酸化物でないため、キャリアを再結合させる欠陥として、酸素欠陥ではなく構造欠陥を有している。
The
電極9〜16の材料としては、電気を導通するものであれば、どのようなものでもよいが、光感応膜8とオーミックコンタクトを得る材料であることが望ましい。また、光感応膜8との密着性が良好な材料であることが望ましい。これらの要望を満たし得るものとして、たとえば、TiまたはPtがある。また、電極9〜16のすべてが共通する材料から構成されても、あるいは、たとえば、第1および第3の光検知部3および5のための電極9、10、13および14と、第2および第4の光検知部4および6のための電極11、12、15および16と、の間で材料を異ならせてもよい。
The material for the
保護膜7の材料としては、耐湿性の観点からは、SiO2、Al2O3、SiNなどが好ましく、外力緩和の観点からは、樹脂が好ましい。保護膜7は、また、樹脂/SiO2などの積層構造としてもよい。保護膜7を通して光検知する場合には、保護膜7の材料としては、検知する光波長領域において光吸収係数ができるだけ小さいものであることが望ましい。
As a material for the
上述した第1ないし第4の光検知部3〜6は、図4に示すように、ブリッジ回路を構成するように電気的に接続される。より具体的には、第1の光検知部3と第2の光検知部4とは、第1の接続部17を介して電気的に接続される。第2の光検知部4と第3の光検知部5とは、第2の接続部18を介して電気的に接続される。第3の光検知部5と第4の光検知部6とは、第3の接続部19を介して電気的に接続される。第4の光検知部6と第1の光検知部3とは、第4の接続部20を介して電気的に接続される。なお、図1において、これら接続部17〜20に相当する部分が、それぞれ、「17」〜「20」の参照符号で示されている。
The first to fourth
上述した第1ないし第4の接続部17〜20において、それぞれ、第1ないし第4の端子21〜24が与えられる。この実施形態では、端子21〜24は、図3からわかるように、光感応膜8および保護膜7の特定の部分を除去して露出した接続部17〜20の各一部によって与えられたものである。しかしながら、接続部17〜20の各一部と電気的に接続されるように、上記除去部分にはんだ等の導電性材料を導入し、導電性材料が導入された接続部17〜20を端子21〜24としてもよい。
In the first to
光センサ素子1では、図1からわかるように、第1の光検知部3のための櫛型電極9および10に備える複数の電極指と、第3の光検知部5のための櫛型電極13および14に備える複数の電極指とが、互いに同方向に向けられた状態で配列され、電極9および10を位置させる領域と電極13および14を位置させる領域との間のスペースに、第2の光検知部4のための電極11および12ならびに第4の光検知部6のための電極15および16が配置される。このような配置は、電極9〜16を配置するために必要な面積が抑えられ、光センサ素子1の小型化にとって有利である。
In the
このような光センサ素子1において、ΔI/ΔP(照度に対する出力電流の変化率)を電流変化率と略称したとき、第2の光検知部4の電流変化率が第1の光検知部3の電流変化率と異ならされ、かつ第4の光検知部6の電流変化率が第3の光検知部5の電流変化率と異ならされる。電流変化率は、照度の増加に伴う出力電流の増加倍率のことである。電流変化率が互いに異なるということについて、第1の光検知部3および第2の光検知部4を例にとって、より具体的に説明すると、以下のとおりである。
In such an
照度が1mW/cm2のとき、第1の光検知部3では出力電流が10−6Aであり、第2の光検知部4では出力電流が10−6Aであるとする。次に、照度が2mW/cm2になったとき、第1の光検知部3では出力電流がたとえば2倍の2×10−6Aとなったが、第2の光検知部4では出力電流がたとえば5倍の5×10−6Aとなったとする。このような状況にあるとき、第1の光検知部3と第2の光検知部4とで、照射される光の照度に対する出力電流の変化率、すなわち、電流変化率が互いに異なるということになる。上記の例において、仮に、照度が2mW/cm2になったとき、第1の光検知部3では出力電流が2倍の2×10−6Aとなり、第2の光検知部4でも出力電流が同じ2倍の2×10−6Aとなったとすれば、電流変化率は互いに、2倍で同じであり、電流変化率が互いに異なるとは言わない。
When the illuminance is 1 mW / cm 2 , it is assumed that the output current is 10 −6 A in the first
この実施形態では、上述したような電流変化率の差異を得るため、第1の光検知部3における1対の電極9および10間の間隔に比べて、第2の光検知部4における1対の電極11および12間の間隔が狭くされ、かつ、第3の光検知部5における1対の電極13および14間の間隔に比べて、第4の光検知部6における1対の電極15および16間の間隔が狭くされる。ここで、「間隔」とは、1対の電極の対向する面間の距離に対応する。
In this embodiment, in order to obtain the difference in current change rate as described above, the pair of the second
このことについて、以下に実験例をも交えて説明する。なお、電極間の間隔が狭いほど、出力電流の絶対値が大きくなる。 This will be described below with an experimental example. In addition, the absolute value of output current becomes large, so that the space | interval between electrodes is narrow.
光センサ素子1において、光検知部3〜6の各々は、以下に図5および図6を参照して基本原理を説明する光導電型センサ31を構成している。
In the
図5に示すように、光導電型センサ31は、光感応膜32と、光感応膜32に接する1対の電極33および34と、を備えている。光感応膜32に、光35が照射されると、図5および図6に示すようなキャリア(電子36・ホール37)が発生する。キャリア36および37は、電極33および34間に発生した電界やキャリア濃度分布による拡散により移動し、再結合せずに、電極33または34にたどり着いたものが、電流として外部に出力される。光35の照度が高くなると、発生するキャリア36および37が増えるため、出力電流も大きくなる。また、一定照度においては、光感応膜32内での再結合量が大きいほど、出力電流は小さくなる。
As shown in FIG. 5, the
本件発明者は、以下のような実験を実施した。 The present inventor conducted the following experiment.
[実験例1]
図7および図8は、それぞれ、この実験において試料として作製した光導電型センサ41aおよび41bを示す平面図である。光導電型センサ41aおよび41bにおいて、光感応膜として、ともに紫外線検知用ZnO感応膜42を用いた。ZnO感応膜42上には、図7に示した光導電型センサ41aでは、電極間隔が6μm、電極重なり長さが3540μmの1対の櫛型電極43aおよび44aを形成した。ZnO感応膜42上には、図8に示した光導電型センサ41bでは、電極間隔が10μm、電極重なり長さが3540μmの1対の櫛型電極43bおよび44bを形成した。ここで、電極重なり長さとは、隣接する櫛型電極43aに備えられた電極指および櫛型電極44aに備えられた電極指の対向する部分の長さを、足し合わせたものである。
[Experimental Example 1]
FIGS. 7 and 8 are plan views showing
これら光導電型センサ41aおよび41bにおいて、電極43aおよび44a間、ならびに電極43bおよび44b間には、それぞれ、固定電圧源45から3Vの固定電圧を印加した状態で、光照度を変化させながら、電流計46にて出力電流を測定した。これによって得られたI−P(出力電流−光照度)特性が図9に示されている。
In these
図9において、光導電型センサ41aの特性が「電極間隔6μm」によって示され、光導電型センサ41bの特性が「電極間隔10μm」によって示されている。図9から、同じ光照度での出力電流[A]について比較すると、「電極間隔6μm」の光導電型センサ41aは、「電極間隔10μm」の光導電型センサ41bより大きいことがわかる。その差は1桁を超えている。
In FIG. 9, the characteristic of the
図9では、「電極間隔6μm」と「電極間隔10μm」との間で、傾きの差があまりないように見えるが、図9の縦軸には出力電流が対数目盛で表示されていることを考慮すれば、前述した電流変化率(ΔI/ΔP)については、「電極間隔6μm」の光導電型センサ41aと「電極間隔10μm」の光導電型センサ41bとで異なることがわかる。
In FIG. 9, it seems that there is not much difference in inclination between “electrode spacing 6 μm” and “electrode spacing 10 μm”, but the vertical axis in FIG. 9 indicates that the output current is displayed on a logarithmic scale. Considering the above, it can be seen that the current change rate (ΔI / ΔP) is different between the
このことは、前述したように、図1ないし図3に示した光センサ素子1において、第1の光検知部3における1対の電極9および10間の間隔に比べて、第2の光検知部4における1対の電極11および12間の間隔が狭くされ、かつ、第3の光検知部5における1対の電極13および14間の間隔に比べて、第4の光検知部6における1対の電極15および16間の間隔が狭くされることによって、第2の光検知部4の電流変化率が第1の光検知部3の電流変化率と異ならされ、かつ第4の光検知部6の電流変化率が第3の光検知部5の電流変化率と異ならされることを裏付けるものである。
As described above, this is because the second photodetection in the
この光センサ素子1では、第1の光検知部3の電流変化率と第3の光検知部5の電流変化率とが実質的に同等であり、第2の光検知部4の電流変化率と第4の光検知部6の電流変化率とが実質的に同等である。すなわち、第1の光検知部3における1対の電極9および10間の間隔と、第3の光検知部5における1対の電極13および14間の間隔と、は実質的に同等とされ、第2の光検知部4における1対の電極11および12間の間隔と、第4の光検知部6における1対の電極15および16間の間隔と、は実質的に同等とされる。
In this
この光センサ素子1を用いて、そこに照射される光の照度を求めるには、図4に示すように、第2および第4の端子22および24間に駆動電圧を印加するように固定電圧源25を接続しながら、第1および第3の端子21および23間の電位差が電圧計26によって測定される。これが電圧出力方式による照度検出方法である。なお、図4に示した照度検出回路では図示されないが、必要に応じて、ノイズ除去回路や増幅回路等が付加されてもよい。他方、図7または図8に示した電流計46によるものが電流出力方式による照度検出方法である。
In order to obtain the illuminance of the light applied to the
次に、電圧出力方式による測定の方が、電流出力方式による測定より優れていることを確認するため、以下のような実験を行なった。 Next, in order to confirm that the measurement by the voltage output method is superior to the measurement by the current output method, the following experiment was performed.
[実験例2]
図1ないし図3を参照して説明した光センサ素子1を以下のようにして作製した。
[Experiment 2]
The
厚さ0.35mmのガラス基板2上に、フォトレジストで電極用リフトオフパターンを形成した。次に、電子ビーム蒸着法で、厚さ50nmの電極9〜16となるべきTi膜を形成した後、有機溶剤中でリフトオフを行なうことによって、電極9〜16を形成した。次に、高周波マグネトロンスパッタ法を用いて、光感応膜7としてのZnO薄膜を厚さ140nmで形成し、引き続き、保護膜7としてのSiO2薄膜を厚さ300nmで形成した。
An electrode lift-off pattern was formed on the
次に、熱処理としての290℃、2時間のアニール処理を行ない、その後、フォトレジストでエッチングパターンを形成し、端子21〜24となるべき部分を被覆しているSiO2薄膜からなる保護膜7の一部およびZnO薄膜からなる光感応膜8の一部をエッチングで除去した。
Next, an annealing process is performed at 290 ° C. for 2 hours as a heat treatment, and then an etching pattern is formed with a photoresist, and a
このようにして、試料となる光センサ素子1を作製した。この光センサ素子1において、第1の光検知部3における電極9および10ならびに第3の光検知部5における電極13および14については、電極間隔を10μm、電極重なり長さを930μmとし、第2の光検知部4における電極11および12ならびに第4の光検知部6における電極15および16については、電極間隔を6μm、電極重なり長さを20μmとした。
Thus, the
次に、上記試料としての光センサ素子1について、図4に示すような照度検出回路を用いて、光照度の検知実験を実施した。ここで、図4に示した第2および第4の端子22および24間に3Vの駆動電圧を固定電圧源25から印加しながら、照度1〜10mW/cm2の紫外(UV)光を1mW/cm2刻みでガラス基板2側から照射し、それぞれの照度において、第1および第3の端子21および23間の出力電圧を電圧計26によって測定した。その結果が図10に示されている。図10からわかるように、出力電圧の値から、光照度を検知することができる。
Next, with respect to the
この実験例では、光センサ素子1がUV照度5mW/cm2付近を精度良く検知し得るように設計したため、UV照度が5mW/cm2となったときの出力電圧が0Vになるようにした。
In this experimental example, the
次に、電源電圧が±10%変動した場合の、UV照度5mW/cm2付近での検知精度を、電圧出力方式と電流出力方式とで比較した。電圧出力方式の検知精度を求めるための素子としては、上述した光センサ素子1を用いた。他方、電流出力方式の検知精度を求めるための素子としては、図7または図8に示すような構造の光導電型センサ41aまたは41bを用い、電極間隔を10μm、電極重なり長さを930μmとした。
Next, the detection accuracy in the vicinity of 5 mW / cm 2 of UV illuminance when the power supply voltage fluctuates by ± 10% was compared between the voltage output method and the current output method. The
電流出力方式において、
(1)UV照度4mW/cm2では、出力電流が3.71E−8Aとなったが、電源電圧が±10%変動した場合、3.71E−8Aの出力電流は、UV照度3.7〜4.4mW/cm2の範囲で検知され、
(2)UV照度5mW/cm2では、出力電流が4.85E−8Aとなったが、電源電圧が±10%変動した場合、4.85E−8Aの出力電流は、UV照度4.6〜5.4mW/cm2の範囲で検知され、
(3)UV照度6mW/cm2では、出力電流が6.18E−8Aとなったが、電源電圧が±10%変動した場合、6.18E−8Aの出力電流は、UV照度5.6〜6.5mW/cm2の範囲で検知された。
In the current output method,
(1) When the UV illuminance is 4 mW / cm 2 , the output current is 3.71E-8A, but when the power supply voltage fluctuates ± 10%, the output current of 3.71E-8A is Detected in the range of 4.4 mW / cm 2 ,
(2) When the UV illuminance is 5 mW / cm 2 , the output current is 4.85E-8A, but when the power supply voltage fluctuates ± 10%, the output current of 4.85E-8A is Detected in the range of 5.4 mW / cm 2 ,
(3) When the UV illuminance is 6 mW / cm 2 , the output current is 6.18E-8A, but when the power supply voltage fluctuates ± 10%, the output current of 6.18E-8A is It was detected in the range of 6.5 mW / cm 2 .
このように電源電圧が±10%変動した場合の電流出力方式の素子のI−P(出力電流−光照度)特性をグラフで示すと、図11のようになった。 FIG. 11 is a graph showing the IP (output current-light illuminance) characteristics of the current output type element when the power supply voltage fluctuates by ± 10%.
他方、電圧出力方式において、
(1)UV照度4mW/cm2では、出力電圧が0.12Vとなったが、電源電圧が±10%変動した場合、0.12Vの出力電圧は、UV照度3.9〜4.1mW/cm2の範囲で検知され、
(2)UV照度5mW/cm2では、出力電圧が0Vとなったが、電源電圧が±10%変動した場合であっても、0Vの出力電圧は、UV照度5mW/cm2で検知され、
(3)UV照度が6mW/cm2では、出力電圧が−0.12Vとなったが、電源電圧が±10%変動した場合、−0.12Vの出力電圧は、UV照度5.9〜6.2mW/cm2の範囲で検知された。
On the other hand, in the voltage output method,
(1) When the UV illuminance is 4 mW / cm 2 , the output voltage is 0.12 V, but when the power supply voltage fluctuates ± 10%, the output voltage of 0.12 V is the UV illuminance of 3.9 to 4.1 mW / detected in the range of cm 2 ,
(2) When the UV illuminance is 5 mW / cm 2 , the output voltage becomes 0 V, but even when the power supply voltage fluctuates ± 10%, the output voltage of 0 V is detected with the UV illuminance of 5 mW / cm 2 ,
(3) When the UV illuminance is 6 mW / cm 2 , the output voltage is −0.12 V. However, when the power supply voltage fluctuates ± 10%, the output voltage of −0.12 V is the UV illuminance 5.9 to 6 Detected in the range of 2 mW / cm 2 .
このように電源電圧が±10%変動した場合の電圧出力方式の素子のV−P(出力電圧−光照度)特性をグラフで示すと、図12のようになった。 FIG. 12 is a graph showing the VP (output voltage-light illuminance) characteristics of the voltage output type element when the power supply voltage fluctuates by ± 10%.
図11と図12とを比較すればわかるように、上記した少なくともUV照度4〜6mW/cm2の範囲においては、電源電圧の変動が生じたとしても、電圧出力方式の方が電流出力方式よりも検知精度が良くなる。電圧出力方式において、高い検知精度が得られるのは、以下の理由による。 As can be seen from a comparison between FIG. 11 and FIG. 12, the voltage output method is more effective than the current output method even when the power supply voltage fluctuates in the above-described range of UV illuminance of 4 to 6 mW / cm 2. Will also improve the detection accuracy. In the voltage output method, high detection accuracy can be obtained for the following reason.
この発明に係る光センサ素子1では、第2の光検知部4の電流変化率が第1の光検知部3の電流変化率とは異なり、かつ第4の光検知部6の電流変化率が第3の光検知部5の電流変化率とは異なるので、光照度が高くなるにつれて、第1の光検知部3と第2の光検知部4との間の第1の端子21での電位と、第3の光検知部5と第4の光検知部6との間の第3の端子23での電位と、の差を、所定の光照度において0Vに近づけることができる。図12から明らかなように、出力電圧が0V付近では、駆動電圧が変動したとしても、出力電圧の誤差が小さくなっている。したがって、検知精度を良くしたい光照度での出力電圧が0Vとなるように設計すれば、駆動電圧の変動による測定誤差を抑制することができる。
In the
上述の実験例では、光センサ素子1がUV照度5mW/cm2付近を精度良く検知し得るようにするため、UV照度が5mW/cm2となったときの出力電圧が0Vになるようにした。このように、出力電圧が0VになるUV照度は、電源電圧が変動しても、出力電圧が変動しない。出力電圧が0VになるUV照度は、光検知部3〜6の各々における電極9〜16の重なり長さを変えることによって自由に設計できる。したがって、検知精度を良くしたいUV照度の出力電圧が0Vとなるように設計することが可能である。
In the experimental example described above, since the
一般に、光センサ素子の製造工程において、光感応膜を形成した後の適当な工程で熱処理が施される。前述した実験例2における「290℃、2時間のアニール処理」はこの熱処理に相当する。熱処理は、光感応膜内における電極近傍での酸素欠陥を増やし、そのため、光検知部の出力電流の絶対値を大きくするように働く。この熱処理に際して、電極が既に形成され、この電極がTiを含んでいると、電極が光感応膜内の酸素をより奪いやすくなるため、酸素欠陥をより効率的に形成できることがわかっている。したがって、後述する実施形態において具体的に説明するように、熱処理は、光検知部の電流変化率調整のためにも寄与させることができる。 In general, in the manufacturing process of the optical sensor element, heat treatment is performed in an appropriate process after the formation of the photosensitive film. The “annealing treatment at 290 ° C. for 2 hours” in Experimental Example 2 described above corresponds to this heat treatment. The heat treatment increases oxygen defects in the vicinity of the electrode in the photosensitive film, and thus works to increase the absolute value of the output current of the light detection unit. During this heat treatment, it has been found that if an electrode is already formed and this electrode contains Ti, the electrode can more easily take oxygen in the photosensitive film and oxygen defects can be formed more efficiently. Therefore, as will be described in detail in the embodiments to be described later, the heat treatment can also contribute to the current change rate adjustment of the light detection unit.
上述のように、電極がTiを含んでいると、電極が光感応膜内の酸素をより奪いやすくなるため、光感応膜内に酸素欠陥をより効率的に形成でき、結果として、電流変化率を変えることができる。このことから、Tiを含む電極は、第1および第3の光検知部3および5において採用されるか、第2および第4の光検知部4および6において採用されるか、いずれか一方で十分である。いずれか他方の光検知部では、Tiを含まず、たとえばPtを含む電極が採用されてもよい。
As described above, when the electrode contains Ti, the electrode is more likely to deprive the photosensitive film of oxygen, so that oxygen defects can be formed more efficiently in the photosensitive film, resulting in a current change rate. Can be changed. From this, the electrode containing Ti is employed in the first and third
なお、図1ないし図3を参照して説明した光センサ素子1の場合には、基本的には、電極間隔の差異によって、第1および第3の光検知部3および5と第2および第4の光検知部4および6との間での電流変化率の差異を生じさせたが、これに加えて、熱処理による電流変化率調整を行なうようにしてもよい。
In the case of the
次に、図13を参照して、この発明の第2の実施形態による光センサ素子13aについて説明する。図13は、図2に対応する断面図である。図13において、図2に示した要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明を省略する。 Next, an optical sensor element 13a according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 13 is a cross-sectional view corresponding to FIG. In FIG. 13, elements corresponding to the elements shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
前述の図2に示した光センサ素子1では、電極9〜16が、基板2上において光感応膜8内に埋まるように形成されたが、図13に示した光センサ素子1aでは、電極9〜16が光感応膜8上に形成されている。このような違いは、以下に説明するような意味を持つ。なお、図13では、電極9〜16のうち、電極9、10、13および14しか図示されないが、電極11、12、15および16についても同様に、光感応膜8上に形成されている。
In the
図13に示した光センサ素子1aでは、光感応膜8が電極9〜16の側面間に存在しない。そのため、光センサ素子1aでは、電極9〜16の下面に沿ってのみ電流が光感応膜8を流れる。これに対して、図2に示した光センサ素子1では、電極9〜16の上面および側面を含む面間において電流が光感応膜8を流れる。このように、図2に示した光センサ素子1と図13に示した光センサ素子1aとでは、電極間に挟まれた光感応膜8における電流が流れる部分の体積が異なる。
In the optical sensor element 1a shown in FIG. 13, the
前述したように、熱処理の結果、光感応膜8内の電極9〜16近傍に酸素欠陥がもたらされる。この場合、電極9〜16に接触する部分での欠陥の数については、図2に示した光センサ素子1と図13に示した光センサ素子1aとでは、それほど違いはない。しかし、前述したように、電極間に挟まれた光感応膜8における電流が流れる部分の体積が異なるので、電極間の単位体積あたりの酸素欠陥の数、すなわち欠陥密度で見ると、図2に示した光センサ素子1の方が、図13に示した光センサ素子1aよりも欠陥密度が高い。その結果、図2に示した光センサ素子1と図13に示した光センサ素子1aとの間で、電流変化率を異ならせることができる。
As described above, as a result of the heat treatment, oxygen defects are generated in the vicinity of the
上記の違いを考慮し、図2に示した光センサ素子1と図13に示した光センサ素子1aとのいずれの構造を選択するかによって、光センサ素子の特性を制御することができる。
In consideration of the above differences, the characteristics of the optical sensor element can be controlled by selecting which structure of the
以上説明した第1および第2の実施形態による光センサ素子1および1aについては、これらを製造するにあたって、電極形成工程および熱処理工程がそれぞれ1回で完了するため、製造工程が複雑化することなく、また、製造コストを比較的低く抑えることができる。
With respect to the
図14を参照して、この発明の第3の実施形態による光センサ素子1bについて説明する。図14は、その左半分が第1の光検知部3を通る断面を示し、その右半分が第2の光検知部4を通る断面を示している。図14において、図1または図2に示した要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明を省略する。
An
図14に示した光センサ素子1bでは、第1の光検知部3における電極9および10は、光感応膜7上に形成され、第2の光検知部4における電極11および12は、基板2上において光感応膜8内に埋まるように形成されている。図示しないが、第3の光検知部5における電極13および14についても、第1の光検知部3における電極9および10の場合と同様、光感応膜7上に形成され、第4の光検知部6における電極15および16についても、第2の光検知部4における電極11および12と同様、基板2上において光感応膜8内に埋まるように形成される。
In the
なお、図14に示した光センサ素子1bでは、電極9および10と電極11および12とが同一面上に位置せず、かつ、電極13および14と電極15および16とが同一面上に位置しないため、図示されないが、第1ないし第4の光検知部3〜6相互間の電気的接続は、たとえば、光感応膜8を厚み方向に貫通する導体または光感応膜8の外周の外方にまで延びた導体を介して達成される。
In the
図14に示した光センサ素子1bを得るための製造工程において、通常、前述したように、熱処理が施される。たとえば、光感応膜8および電極9〜16が形成された状態で熱処理すると、光感応膜8内の電極9〜16近傍に酸素欠陥がもたらされる。
In the manufacturing process for obtaining the
前述したように、第1の光検知部3のための電極9および10は光感応膜8上に形成され、他方、第2の光検知部4のための電極11および12は光感応膜8内に埋まるように形成されているため、前者の電極9および10の間に挟まれた光感応膜8における電流が流れる部分の体積は、後者の電極11および12間に挟まれた光感応膜8における電流が流れる部分の体積より小さい。
As described above, the
そのため、電極間の単位体積あたりの酸素欠陥の数、すなわち欠陥密度で見ると、第2の光検知部4の方が、第1の光検知部3よりも欠陥密度が高い。その結果、第2の光検知部4と第1の光検知部3との間で、電流変化率を異ならせることができる。
Therefore, when viewed in terms of the number of oxygen defects per unit volume between the electrodes, that is, the defect density, the second
また、上述した熱処理は、光感応膜8の内部における材質の変化をもたらすこともできる場合がある。すなわち、光感応膜8は基板2と接しているが、光感応膜8における基板2の近傍部分では、成膜時における基板2からの影響を受けやすくなり、基板2から離れるに従って、成膜時における基板2からの影響を受けにくくなる場合がある。そのため、第2および第4の光検知部4および6のための電極11、12、15および16が位置する、光感応膜8における基板2の近傍部分と、第1および第3の光検知部3および5のための電極9、10、13および14が位置する、光感応膜8における基板2から離れた部分と、では、光感応膜8の材質を異ならせることができる場合があり、このことによっても、第2および第4の光検知部4および6の電流変化率を、第1および第3の光検知部3および5の電流変化率と異ならせることができる場合がある。
In addition, the above-described heat treatment may sometimes cause a change in material inside the
次に、図15を参照して、光センサ素子の製造方法についての変形例を説明する。図15では、製造方法を説明するため、図13に示した光センサ素子1a、すなわち、電極9〜16が光感応膜8上に形成されたものが採り上げられている。図15に示した製造方法は、光センサ素子1aを得るための製造工程内で実施される熱処理が2段階であることを特徴としている。
Next, with reference to FIG. 15, the modification about the manufacturing method of an optical sensor element is demonstrated. In FIG. 15, in order to describe the manufacturing method, the photosensor element 1 a shown in FIG. 13, that is, the one in which the
まず、図15(1)に示すように、基板2上に、光感応膜8が形成され、次いで、光感応膜8上に、第2の光検知部4のための電極11および12を形成する第1電極形成工程が実施される。図示されないが、同時に、第4の光検知部6のための電極15および16も形成される。そして、この段階において、比較的高い温度で1回目の熱処理工程、すなわち第1熱処理工程が実施される。
First, as shown in FIG. 15 (1), the
次に、図15(2)に示すように、光感応膜8上に、第1の光検知部3のための電極9および10を形成する第2電極形成工程が実施される。図示されないが、同時に、第3の光検知部5のための電極13および14も形成される。そして、この段階において、上記第1熱処理工程よりも低い温度で2回目の熱処理工程、すなわち第2熱処理工程が実施される。
Next, as shown in FIG. 15 (2), a second electrode forming step for forming
上記のような2段階の熱処理を採用すれば、より高い温度での1回目の熱処理を受けた第2および第4の光検知部4および6において、1回目の熱処理を受けていない第1および第3の光検知部3および5に比べて、酸素欠陥密度をより高くすることができ、それゆえ、電流変化率を異ならせることができる。
If the two-stage heat treatment as described above is employed, the first and second
次に、図16を参照して、光センサ素子の製造方法についての他の変形例を説明する。図16においても、図15の場合と同様、製造方法を説明するため、図13に示した光センサ素子1a、すなわち、電極9〜16が光感応膜8上に形成されたものが採り上げられている。図16に示した製造方法においても、2段階の熱処理が採用されるが、この熱処理がレーザー光の照射によることが特徴である。
Next, with reference to FIG. 16, another modified example of the method for manufacturing the optical sensor element will be described. In FIG. 16, as in the case of FIG. 15, the optical sensor element 1a shown in FIG. 13, that is, the one in which the
まず、図16(1)に示すように、基板2上に、光感応膜8が形成され、次いで、光感応膜8上に、第1および第2の光検知部3および4のための電極9〜12が形成される。図示されないが、同時に、第3および第4の光検知部5および6のための電極13〜16も形成される。
First, as shown in FIG. 16 (1), a
次に、図16(2)に示すように、第2の光検知部4に対して局所的にレーザー光49を照射する第1照射工程が実施される。このレーザー光49は、比較的大きいレーザー強度を有していて、したがって、第2の光検知部4は、比較的高い温度で熱処理される。図示されないが、同様に、第4の光検知部6に対しても、比較的大きいレーザー強度を有するレーザー光49を局所的に照射する第1照射工程が実施される。
Next, as shown in FIG. 16 (2), a first irradiation step of locally irradiating the second
次に、図16(3)に示すように、第1の光検知部3に対してレーザー光50を照射する第2照射工程が実施される。このレーザー光50は、比較的小さいレーザー強度を有していて、したがって、第1の光検知部3は、比較的低い温度で熱処理される。図示されないが、同様に、第3の光検知部5に対しても、比較的小さいレーザー強度を有するレーザー光50を照射する第2照射工程が実施される。
Next, as shown in FIG. 16 (3), a second irradiation step of irradiating the first
上記のようなレーザー光49および50の照射の結果、より大きいレーザー強度のレーザー光49の照射を受けた第2および第4の光検知部4および6において、より小さいレーザー強度のレーザー光の照射しか受けていない第1および第3の光検知部3および5に比べて、酸素欠陥密度をより高くすることができ、それゆえ、電流変化率を互いに異ならせることができる。
As a result of the irradiation with the
上述した第1照射工程は第2照射工程の後に実施されても、あるいは第1照射工程と第2照射工程とが同時に実施されてもよい。また、第1照射工程で照射されるレーザー光49は、第2および第4の光検知部4および6に対して局所的な照射でなければならないが、第2照射工程で照射されるレーザー光50は、より小さいレーザー強度のものであるので、第1および第3の光検知部3および5に加えて、たとえば第2および第4の光検知部4および6に対して照射されてもよい。
The first irradiation process described above may be performed after the second irradiation process, or the first irradiation process and the second irradiation process may be performed simultaneously. Further, the
前述の図14に示した光センサ素子1bを得るための製造工程においても、第1の光検知部3と第2の光検知部4との間での電流変化率ならびに第3の光検知部5と第4の光検知部6との間での電流変化率を互いに異ならせるため、2段階の熱処理を採用することも可能である。より詳細には、基板2上に、第2および第4の光検知部4および6のための電極11、12、15および16ならびに光感応膜8を形成した状態において、第1熱処理工程として、比較的高い温度で1回目の熱処理を施し、次いで、第1および第3の光検知部3および5のための電極9、10、13および14を光感応膜8上に形成し、その後、第2熱処理工程として、比較的低い温度で2回目の熱処理を施す。
Also in the manufacturing process for obtaining the
上記のような2段階の熱処理を採用すれば、より高い温度での1回目の熱処理を受けた第2および第4の光検知部4および6において、1回目の熱処理を受けていない第1および第3の光検知部3および5に比べて、酸素欠陥密度をより高くすることができ、それゆえ、電流変化率を互いに異ならせることができる。
If the two-stage heat treatment as described above is employed, the first and second
なお、図14ないし図16では、第1の光検知部3における1対の電極9および10間の間隔と、第2の光検知部4における1対の電極11および12間の間隔とを等しく図示したが、これらの実施形態においても、第1の光検知部3における1対の電極9および10間の間隔に比べて、第2の光検知部4における1対の電極11および12間の間隔を狭くし、かつ、第3の光検知部5における1対の電極13および14間の間隔に比べて、第4の光検知部6における1対の電極15および16間の間隔を狭くする、といった電流変化率調整方法がさらに採用されてもよい。
14 to 16, the distance between the pair of
また、図14に示した実施形態において、光感応膜8の材質の違いによって電流変化率の差異をもたらすことについて言及した。このように、光感応膜8の材質は、電流変化率に影響を及ぼすものであるので、第1および第3の光検知部3および5のための電極9、10、13および14が位置する部分にある光感応膜8と、第2および第4の光検知部4および6のための電極11、12、15および16が位置する部分にある光感応膜8との間で、材質を変えることによって、電流変化率の差異をもたらすようにする実施形態も可能である。前述の説明では、光感応膜8の材料として、紫外線検知をする場合には、バンドギャップが3.2eV程度のZnO、In2O3、SnO2など、可視光検知をする場合には、バンドギャップ1.7eV程度のアモルファスSiなどを例示したが、これらの中から、適宜2つのものを選び出し、一方を第1および第3の光検知部3および5において用い、他方を第2および第4の光検知部4および6において用いることによって、電流変化率の差異を生じさせるようにしてもよい。
Further, in the embodiment shown in FIG. 14, it has been mentioned that the difference in current change rate is caused by the difference in the material of the
また、光感応膜8の材料に結晶構造を有する材料を用いる場合には、第1および第3の光検知部3および5における光感応膜8の結晶粒界の状態と、第2および第4の光検知部4および6における光感応膜の結晶粒界の状態とを異ならせることによって、電流変化率の差異を生じさせるようにしてもよい。
When a material having a crystal structure is used as the material of the
この発明では、第1および第3の光検知部3および5と第2および第4の光検知部4および6との間での電流変化率の差をより大きくするため、上述したような電流変化率調整方法が適宜組み合わせて採用され得る。
In the present invention, in order to further increase the difference in current change rate between the first and third
また、1対の電極で構成される光検知部を示したが、各光検知部に2対以上の電極を設けてもよい。 Moreover, although the light detection part comprised by one pair of electrodes was shown, you may provide two or more pairs of electrodes in each light detection part.
1,1a,1b 光センサ素子
2 基板
3 第1の光検知部
4 第2の光検知部
5 第3の光検知部
6 第4の光検知部
8 光感応膜
9〜16 電極
17 第1の接続部
18 第2の接続部
19 第3の接続部
20 第4の接続部
21 第1の端子
22 第2の端子
23 第3の端子
24 第4の端子
25 固定電圧源
26 電圧計
49,50 レーザー光
1, 1a,
Claims (11)
前記基板上に形成された光導電性を有する光感応膜および当該光感応膜に接する少なくとも1対の電極をもってそれぞれ構成された、第1ないし第4の光検知部と、
を備え、
前記第1ないし第4の光検知部によってブリッジ回路を構成するように、
前記第1の光検知部と前記第2の光検知部とが第1の接続部を介して電気的に接続され、
前記第2の光検知部と前記第3の光検知部とが第2の接続部を介して電気的に接続され、
前記第3の光検知部と前記第4の光検知部とが第3の接続部を介して電気的に接続され、
前記第4の光検知部と前記第1の光検知部とが第4の接続部を介して電気的に接続され、
前記第1の接続部において、第1の端子が設けられ、
前記第2の接続部において、第2の端子が設けられ、
前記第3の接続部において、第3の端子が設けられ、
前記第4の接続部において、第4の端子が設けられ、
照射される光の照度に対する出力電流の変化率(以下、「電流変化率」という。)は、前記第1の光検知部と前記第2の光検知部との間で異なり、かつ前記第3の光検知部と前記第4の光検知部との間で異なる、
光センサ素子。 A substrate,
A first to a fourth photodetecting section each comprising a photoconductive film having photoconductivity formed on the substrate and at least one pair of electrodes in contact with the photosensitive film;
With
A bridge circuit is configured by the first to fourth light detection units,
The first light detection unit and the second light detection unit are electrically connected via a first connection unit,
The second light detection unit and the third light detection unit are electrically connected via a second connection unit,
The third light detection unit and the fourth light detection unit are electrically connected via a third connection unit,
The fourth light detection unit and the first light detection unit are electrically connected via a fourth connection unit,
In the first connection portion, a first terminal is provided,
In the second connection portion, a second terminal is provided,
In the third connection portion, a third terminal is provided,
In the fourth connection portion, a fourth terminal is provided,
The rate of change of the output current with respect to the illuminance of the irradiated light (hereinafter referred to as “current rate of change”) differs between the first light detection unit and the second light detection unit, and the third. Different between the light detection unit and the fourth light detection unit,
Optical sensor element.
前記基板を用意する工程と、
前記基板上に、前記第1ないし第4の光検知部を形成する工程と、
備え、
前記光検知部を形成する工程は、前記光感応膜を形成する工程と、前記電極を形成する工程と、を含み、
さらに、前記電極を形成する工程の後、前記第1ないし第4の光検知部それぞれの電流変化率の関係を調整するため、前記光検知部を熱処理する工程を備える、
光センサ素子の製造方法。 A method for producing the photosensor element according to any one of claims 1 to 6,
Preparing the substrate;
Forming the first to fourth light detectors on the substrate;
Prepared,
The step of forming the light detection unit includes the step of forming the photosensitive film and the step of forming the electrode.
Further, after the step of forming the electrode, the method includes a step of heat-treating the light detection unit in order to adjust a relationship between current change rates of the first to fourth light detection units.
A method for manufacturing an optical sensor element.
前記光検知部を熱処理する工程は、前記第1電極形成工程および前記第2電極形成工程のうち、先に実施される電極形成工程で形成される電極によって与えられる光検知部を熱処理する第1熱処理工程と、後に実施される電極形成工程で形成される電極によって与えられる光検知部を熱処理する第2熱処理工程と、を含み、
前記第1熱処理工程は、前記第1電極形成工程と前記第2電極形成工程との間に実施され、
前記第1熱処理工程において付与される熱処理温度は、前記第2熱処理工程において付与される熱処理温度より高い、
請求項8に記載の光センサ素子の製造方法。 The step of forming the electrodes includes a first electrode forming step of forming the electrodes constituting the second and fourth photodetecting portions, and forming the electrodes constituting the first and third photodetecting portions. And a second electrode forming step.
The step of heat-treating the photodetecting portion includes a first heat-treating portion of the photodetecting portion provided by the electrode formed in the electrode forming step performed first in the first electrode forming step and the second electrode forming step. A heat treatment step, and a second heat treatment step for heat-treating the light detection portion provided by the electrode formed in the electrode formation step performed later,
The first heat treatment step is performed between the first electrode formation step and the second electrode formation step,
The heat treatment temperature applied in the first heat treatment step is higher than the heat treatment temperature applied in the second heat treatment step,
The manufacturing method of the optical sensor element of Claim 8.
前記第1照射工程で照射されるレーザー光の強度と前記第2照射工程で照射されるレーザー光の強度とは異なる、
請求項8に記載の光センサ素子の製造方法。 The step of heat-treating the light detector includes a first irradiation step of irradiating the second and fourth light detectors with laser light, and a second of irradiating the first and third light detectors with laser light. An irradiation process,
The intensity of the laser beam irradiated in the first irradiation step is different from the intensity of the laser beam irradiated in the second irradiation step.
The manufacturing method of the optical sensor element of Claim 8.
前記光検知部を熱処理する工程は、前記第1ないし第4の光検知部に対して一挙に実施される、
請求項8に記載の光センサ素子の製造方法。 The step of forming the electrode includes the step of forming the electrodes for the second and fourth light detection units or the first and third light detection units on the substrate before the step of forming the photosensitive film. And the step of forming the photosensitive film, the electrodes for the first and third light detection units or the second and fourth light detection units are formed on the photosensitive film. Forming, and
The step of heat-treating the light detection unit is performed at once on the first to fourth light detection units.
The manufacturing method of the optical sensor element of Claim 8.
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