JP2591031B2 - 光導電素子 - Google Patents

光導電素子

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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、光導電素子に関する。さらに詳しくは、テ
トラポッド状酸化亜鉛ウィスカーを用いた高感度の画期
的な光導電素子に関する。本発明の応用分野は広く、ホ
トリレー，柴外線検出素子，小形電動機の速度制御，音
量調整，血液脈波測定などに及ぶ。
従来の技術 従来、光導電素子としては、CdSを単結晶の形で利用
するほか、蒸着薄膜の形でも利用するが、なかでも焼結
体として最も広く利用されてきた。それ以外にも、ZnS,
CdSe,GaAs,Si,Ge,PbS,InSb,Se,CdTe,PbSe,PbTe,Sb2S3,P
bO,ZnO等が用いられてきている。さらに、光導電性を向
上させるために、Ag,Cu,Cl,Ga,Sb等を添加する場合が多
かった。
発明が解決しようとする課題 前記従来の光導電素子においては、長時間光を照射し
続けた場合に素子が劣化して、抵抗値が変化する傾向が
大きく、信頼性の面で問題があった。
さらには、さらに光感応性の強い光導電素子が広く望
まれていた。
課題を解決するための手段 本発明は、核部と、この核部から異なる４軸方向に伸
びた針状結晶部からなるテトラポッド状酸化亜鉛ウィス
カーを集合して光導電素子の受光部を構成する。
ここで、針状結晶部の基部の径が0.7〜14μｍであ
り、前記針状結晶の基部から先端までの長さが３〜200
μｍである場合に特に極立った効果が得られる。
作用 本発明の光導電素子は、針状の酸化亜鉛単結晶（Ｘ線
回折により確認される）の集合体となるため、当然なが
ら非常に高感度で劣化の少ない光導電素子が実現される
と考えられている。
また、テトラポッド状酸化亜鉛を集合するため、必然
的にその空孔率が高くなり、さらには、酸化亜鉛ウィス
カーが透明な単結晶であることとあいまって、光が素子
の深部まで入射しやすく（散乱が少なく）なり、高い感
度を与えるものと考えられる。
実 施 例 以下に実施例を用いて具体的に説明する。
実施例１ 金属亜鉛粉末を水共存下で乳鉢式擂潰機で擂潰処理し
た後、水中に３日間放置し、その後乾燥してアルミナ製
るつぼに入れ、1000℃の炉内へ入れて１時間熱処理して
テトラポッド状酸化亜鉛ウィスカーを得た。それの針状
結晶部の基部の径は平均８μｍで、基部から先端までの
長さが平均50μｍであった。大部分が異なる４軸方向に
針状結晶が伸びたテトラポッド状を示していたが、一部
には、テトラポッド状ウィスカーが壊れたと考えられ
る。１軸方向,2軸方向,3軸方向にそれぞれ伸びたウィス
カーが混入していた。
このウィスカーを少量２枚の平板間に挟み、プレス圧
500g/cm2でプレスして成形し、厚さ約200μｍにした。
その成形物上に、Snのくし形電極を形成しながらさら
に120g/cm2の圧力を加えた状態で受光部を構成した。こ
の光導電素子に300luxの光を照射し、印加電圧を制御し
て常に300mWになるようにした。この状態で連続1000時
間保存し、その間任意に取り出して1lux照射下における
明抵抗の変化を観測した。その結果を図に示す。同時に
比較のために試験したCdSとZnOのそれぞれの焼結体の結
果を同図に示す。またこの素子は高感度で照度0.01〜10
00luxの変化で抵抗値が３桁以上変化した。
実施例２ 実施例１と同一のテトラポッド状酸化亜鉛ウィスカー
にCuを0.1 atm％添加し、900℃で焼結し、Inを真空蒸着
して電極を構成した。この素子に負荷寿命試験を課した
ところ、実施例１と同様に優れた特性を示し、抵抗変化
率（1000時間後）は12％であった。またこの素子は高感
度で、照度0.01〜1000luxの変化で３桁以上変化した。
実施例３ 基部の径の平均が0.7μｍより小さく、基部から先端
までの長さが３μｍより小さな微細なテトラポッド状ウ
ィスカーを用いて実施例１と同様の評価を実施したとこ
ろ、この大きさから急に感度が悪くなり、抵抗値変化が
２桁台まで落ちた。
比較例 一般試薬（関東化学社製）の酸化亜鉛粉末（粒状、平
均粒径約１μｍ）を用いて実施例１と同様の評価を試み
たが、光感応性が全く認められず、比較評価に至らなか
った。
以上の実施例ではテトラポッド状ウィスカーの寸法が
比較的揃った例で示したが、あえて分布させて適切な光
導電素子が得られるのは勿論のことである。
電極材料としては他に、アルミニウム，亜鉛，金，
銀，銅，鉄，ニッケル，クロム，コバルト，リチウム，
ベリリウム，ナトリウム，マグネシウム，チタン，バナ
ジウム，マンガン，ガリウム，スズ，アンチモン，イン
ジウム，カドミウム，パラジウム，ロジウム，ルテニウ
ム，テクネチウム，モリブデン，ニオブ，ジルコニウ
ム，イットリウム，ストロンチウム，ルビジウム，スカ
ンジウム，カリウム，カルシウム，アスタチン，ポロニ
ウム，ビスマス，鉛，タリウム，水銀，白金，イリジウ
ム，オスミウム，レニウム，タングステン，タンタル，
ハフニウム，バリウム，セシウム，フランシウム，ラジ
ウム，ランタン，およびランタン系元素、アクチニウム
およびアクチニウム系元素、などの単体あるいは複数の
合金あるいは混合物を場合に応じて使い分けることがで
きる。
また、テトラポッド状酸化亜鉛に、Ag,Cu,Cl,Ga,Sb時
には前記電極材料を含めて、一種類または複数種類微量
添加することにより各種特性の改善を図ることができ
る。添加量は、１種類の添加物につき０〜10atm％の範
囲で添加され、特に0.05〜0.5atm％が有効であり、過度
の添加は暗電流を増加させ、寿命特性を悪化させる傾向
がある。
その他、他の光導電物質と適当に混合して利用するこ
とにより、特性の改善が可能である。
また、テトラポッド状酸化亜鉛ウィスカーに、AlやLi
等を添加あるいはドープすることによりウィスカーの抵
抗値を変化させることができる。
電極系は、酸化スズ，酸化インジウム，金などの透明
導電膜を用いたサンドイッチ型，プレーナ型，くし型，
積層型などを用いる。
受光面に関しては構造上小面積から限りなく大面積の
ものまで適用でき、さらに任意の形状はもとより、任意
の３次元的凹凸をもった光導電素子が提供できる。
さらにテトラポッド状針状結晶の基部から先端までの
長さが３〜200μｍの範囲のウィスカーが高感度で安定
性の高い光導電特性を示すが、長さの範囲はこれに限定
するものではない。とりわけ、基部から先端までの長さ
が50〜150μｍのテトラポッド状ウィスカーが、特性
面、ウィスカーを壊れにくさ、ハンドリングの仕易さ、
それにコスト面から最も好ましい。
一方、テトラポッド状針状結晶部の基部の径が0.7〜1
4μｍの範囲のウィスカーが高感度で安定性の高い光導
電特性を示すが、径の大きさの範囲はこれに限定するも
のではない。とりわけ基部の径が２〜10μｍのテトラポ
ッド状ウィスカーが特性面、ウィスカーの壊れにくさ、
ハンドリングの仕易さ、コスト等の面から最も好まし
い。
受光部の厚さは、感度やバイアス電圧の大きさ、それ
に適用目的に従って設計される。また、受光部の厚さは
成形プレス圧に依存するが、成形プレス圧は、テトラポ
ッド状ウィスカーの大きさ等を考慮しながら、テトラポ
ッド状ウィスカーが完全に壊れない範囲で設定される。
発明の効果 本発明は、従来の全く異なったテトラポッド状酸化亜
鉛ウィスカー単結晶を集合して光導電素子を構成したた
め、高感度で高信頼性の光導電素子を提供できることと
なり、高性能で、汎用性の高い光導電素子が強く求めら
れている昨今、その産業性大なるものである。
【図面の簡単な説明】
図は各種光導電体の抵抗変化率を比較した図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北野 基 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 ▲吉▼田 英行 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭48−34492（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−146345（ＪＰ，Ａ) 特公 昭43−25126（ＪＰ，Ｂ１)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】核部と、この核部から異なる４軸方向に伸
    びた針状結晶部からなるテトラポット状酸化亜鉛ウィス
    カーを集合して受光部とした光導電素子。
  2. 【請求項２】酸化亜鉛ウィスカーの針状結晶部の基部の
    径が0.7〜14μｍであり、前記針状結晶部の基部から先
    端までの長さが３〜200μｍである請求項１記載の光導
    電素子。
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