JP2596419B2 - 位置検出装置 - Google Patents

位置検出装置

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JP2596419B2 JP61284993A JP28499386A JP2596419B2 JP 2596419 B2 JP2596419 B2 JP 2596419B2 JP 61284993 A JP61284993 A JP 61284993A JP 28499386 A JP28499386 A JP 28499386A JP 2596419 B2 JP2596419 B2 JP 2596419B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はアモルファス半導体層の光起電力効果を利用
した位置検出装置に関する。
(発明の背景) 現在、アモルファス半導体が有する優れた物性的、工
業的特徴を生かし、これらを光センサーに応用すること
が活発に行われている。
アモルファス半導体の光起電力効果を利用する光セン
サーにはフォトダイオードやカラーセンサー等があり、
光導電効果を利用する光センサーにはフォトコンセル、
一次元光センサーアレイや感光体ドラム等がある。
このうち光起電力効果を利用したフォトダイオード
は、第4図に示すように、ガラス基板91上に透明導電膜
92、P−I−N接合したアモルファス半導体層93、裏面
電極94が順次被着形成されている。
そして、今、アモルファス半導体層93の禁制帯幅ε
よりも大きなエネルギーをもつ光がガラス基板91側より
入射されると、価電子帯の電子が伝導帯に上げられ、P
−I、I−Nの接合部の電界によって電子はn層へ、正
孔はP層へ運ばれる。
この場合、透明導電膜92と裏面電極94が開放状態であ
れば、フェルミ準位の差により開放電圧VOCを得ること
ができる。
また透明導電膜92と裏面電極94とが短絡状態であれば
フェルミ準位は一致し短絡電流ISCが両電極92,94間に流
れる。
この短絡電流は入射光量と受光面積とに比例する。そ
こでP−I−N接合したフォトダイオードはその両電極
92,94に小さい負荷抵抗を接続して、そこに流れる短絡
電流ISCを測定する。
従来の光起電力効果を利用した光センサーは光の強度
や特定の波長光の光強度を検出するものであり、アモル
ファス半導体層93上の任意の点に光照射された位置を検
出する光センサーが達成されるに至らなかった。
(本発明の目的) 本発明の目的は、アモルファス半導体層の任意点に照
射される光の位置検出を感度良好に行うとともに、生産
性にも優れた位置検出装置を提供することにある。
(目的を達成するための具体的な手段) 上述の目的を達成するために、本発明の位置検出装置
は、受光面電極層と、光の入射側よりアモルファスシリ
コンカーバイドから成るP層,厚さが7000〜10000Åの
I層,及びN層の順でP−I−N接合されたアモルファ
ス半導体層と、シート抵抗値が50〜200Ω/□の裏面電
極層とを順次積層して光電変換領域を構成し、該光電変
換領域に照射される光の照射位置を検出するように成し
た。
(実施例) 以下、本発明の位置検出装置を図面に基づいて説明す
る。
第1図は本発明の位置検出装置の基本構造及び動作を
説明する概略図である。
本発明の位置検出装置は、第1の導電層(受光面電極
層)2と、光の入射側よりアモルファスシリコンカーバ
イドから成るP層3p,I層3i,及びN層3nの順でP−I−
N接合されたアモルファス半導体層3と、第2の導電層
(裏面電極層)4とを順次積層して光電変換領域を構成
し、この光電変換領域に照射される光の照射位置を検出
するように成したものである。ここで、第1の導電層2
に流れる電流(実線矢印)を特定方向(X方向)に分離
して導出するために、第1の導電層2の端部に第1及び
第2の出力端子21,22を設け、さらに、第2の導電層4
に流れる電流(破線矢印)を前記特定方向と直交する方
向(Y方向)に分離して導出するために、第2の導電層
4の端部に第3及び第4の出力端子41,42を設けてい
る。
今、ライトペンなどの光照射入力手段5によりアモル
ファス半導体層3の任意点に光照射されると、アモルフ
ァス半導体層3のI層3iで正孔及び電子が発生する。そ
して正孔はP層3pに、電子はN層3nに夫々運ばれ、第2
の導電層4、第1の導電層2間に短絡電流が流れる。
この時、第1の導電層2に流れる電流はその導電層2
の両端部に設けた第1及び第2の出力端子21,22から導
出される。第1及び第2の出力端子21,22から導出され
る電流値Ix1,Ix2は光照射が行われた点0から両出力端
子21,22までの抵抗の比によって決定される。即ち、第
1の導電層2のシート抵抗が均一であれば、電流検出手
段71,72で検出される第1の出力端子21の電流値Ix1及び
第2の出力端子22の電流値Ix2を比較すれば光照射され
た点0のx方向の座標が求まる。
計算の一例を示す。
Ix1,Ix2の比を求め、これを位置信号P1とすれば、 (ただしL=x1+x2:Lは位置検出装置の大きさにより決
定される。) となり、光照射点0から第1の出力端子21までの距離x1
が求まる。
また、別の計算例を示す。
Ix1とIx2の差及び和をとり、この比を位置信号P2とす
れば (ただしL=x1+x2) が得られ、光照射点0から第1の出力端子21までの距離
x1が求まる。
同様に電流検出手段73,74で検出される第2の導電層
4の第3の出力端子41の電流値Iy1と、第4の出力端子4
2の電流値Iy2との比をとることにより、光照射された点
0のY方向の座標が求まる。即ち、前記2座標より、光
照射された点Oを検出できる。
次に第2図(a)、(b)、(c)を用いて本発明の
位置検出装置の構造を説明する。
位置検出装置は、透光性基板1と、該透光性基板1上
に被着形成した第1の導電層2と、第1の導電層2の所
定位置に被着形成したP−I−N接合したアモルファス
半導体層3と、該アモルファス半導体層3の所定位置に
被着形成した第2の導電層4と、該第2の導電層4上に
被着形成した裏面保護層6とから構成されている。尚、
第1及び第2の出力端子21,22は、第1の導電層2の両
端部から延出した出力端子パッド(以下単にパッドと記
す。)23,24上に被着形成されている。第3及び第4の
出力端子41,42は第1の導電層2を被着形成する際に第
1の導電層2と独立して形成されたパッド25,26部分に
まで延出した第2の導電層4上に被着形成されている。
透光性基板1はガラス、耐熱性樹脂等で形成され、そ
の形状は矩形状を成している。
第1の導電層2は金属酸化物、例えば酸化錫、酸化イ
ンジウム又はその合金等で形成され、位置検出エリアE
に相当する部分及び第1乃至第4の出力端子21,22,41,4
2が形成されるパッド23,24,25,26として被着形成されて
いる。第1及び第2の出力端子21,22が形成されるパッ
ド23,24は位置検出エリアE部分の第1の導電層2に延
出され、他のパッド25,26はレーザー照射、エッチン
グ、マスク操作により形成された第1及び第2の分離溝
81,82を介して独立して形成されている。第1の導電層
2は所定シート抵抗、例えば50〜200Ω/□となるよう
に、その材料、酸素の含有量及び膜厚が設定される。
アモルファス半導体層3は少なくとも第1の導電層2
から延出したパッド23,24を露出するように、第1の導
電層2上に被着形成される。アモルファス半導体層3は
光が入射する側からP層3p、I層3i、N層3nが重畳した
P−I−N接合が施されており、シリコンを主成分とし
P層3pにはドープ剤としてボロン等が、N層3nにはドー
プ剤としてリン等が混入されている。また特にp層3pに
アモルファスシリコンカーバイドを用いてP層3p中での
光吸収を小さくし、短絡電流を大幅に増加させ光照射に
よる感度を向上させている。さらに、入射される光の波
長が特定されていれば、該波長に応じた感度分布にする
ためにシリコン中にゲルマニウム、炭素、窒素、錫等を
所定量混入してもよい。アモルファス半導体層3はグロ
ー放電分解法、熱CVD法、スパッタリング法、光CVD法等
により形成され、P層3pの膜厚は50〜300Å、I層3iの
膜厚は5000〜15000Å、N層3nの膜厚は300〜700Åであ
る。
第2の導電層4は金属又は金属酸化物等で形成され、
位置検出エリアEに相当する部分及びそのエリアEから
第3及び第4の出力端子41,42が形成されるパッド25,26
部分にまで延出する延出部43,44が形成されている。
上記金属又は金属酸化物はアモルファス半導体層3、
特に接合するN層3nとオーミックコンタクトが可能であ
ること、シート抵抗値が均一でその値が50〜200Ω/□
の範囲で制御が容易であることが要求される。これを満
足するために、クロム、ニッケル、チタン又はその合金
や酸化錫、酸化インジウム又はその合金、例えば酸化イ
ンジウム・錫などが用いられ、そのシート抵抗値が50〜
200Ω/□となるように、所定厚さ200〜4000Åに設定さ
れる。
第1乃至第4の出力端子21,22,41,42は夫々パッド23,
24,25,26上に位置されている。第1及び第2の出力端子
21,22は第1の導電層2から延出したパッド23,24上に形
成され、第1の導電層2に流れる電流をx方向に分離し
て導出するものである。第3及び第4の出力端子41,42
はパッド25,26上に延出した第2導電層4の延出部43,44
上に形成され、第2の導電層4に流れる電流をy方向に
分離して導出するものである。ここで、該出力端子21,2
2,41,42はその抵抗により導出する電流値が低下しない
ようにアルミニウム、ニッケル、チタン、クロム等の金
属材料を5000Å以上の膜厚に設定することが望ましい。
裏面保護層6は前記出力端子21,22,41,42を露出し
て、少なくとも位置検出エリアEの第2導電層4上に被
着形成されている。裏面保護層6は裏面方向からの衝
撃、湿気等から前記構造体を保護すると同時に裏面側か
らの光を完全に遮断するために設けられている。例えば
裏面側に金属から成る第2の導電層を形成しても、その
膜が2000Å程度以下であれば光の入射は可能であり,ア
モルファス半導体層3に位置検出に誤差を与える電力が
発生してしまうのである。
裏面保護層6はエポキシ樹脂等の絶縁樹脂に所定の顔
料を添加して被着形成されている。
尚、7は出力端子21,22,41,42上に形成した半田層で
ある。半田層7は、出力端子21,22,41,42から導出され
るリード線(図示せず)が一箇所で半田接合されるた
め、出力端子21,22,41,42の長さによる抵抗をなくし、
半田接合を容易にするため半田浴中に浸漬することによ
って形成され、その厚みは0.5mm以上である。
以上のような構成をした位置検出装置にライトペン等
の光照射入力手段5を用いて、光照射を行うと、第1乃
至第4の出力端子21,22,41,42に電流が流れ、それぞれ
の電流値Ix1,Ix2及びIy1,Iy2の比から光照射点0が検出
される。
ここで、光照射点0を検出するためには1mWの光強度
の光照射により、2出力端子の電流値、例えばIx1,Ix2
の和が0.07mA以上の出力が必要である。即ち、光強度に
対する出力電流値(以下光感度電流値と記す)が0.07A/
W以上である。
本発明のようにI層の厚みを7000〜10000Åに設定す
れば、光照射入力手段5の光照射点0を感度よく、かつ
生産性のよい位置検出装置が得られる。
I層の膜厚は、他のアモルファス半導体層3のP層3
p、N層3nの10倍以上あるため、I層3iでの成膜時間に
よって位置検出装置の生産性を大きく左右する。
また光感度電流値はI層の厚さに比例して増加し、一
定厚さをピークとしてまた減少する。
具体的には、光感度電流値を0.1A/W以上とするため
に、I層3iでの厚みを7000〜10000Åとしている。
第3図は本発明の位置検出装置をコンピュータの入力
タブレットとして使用した状態の外観図である。
図において10は本発明の位置検出装置を組み込んだ入
力タブレットであり、5は光照射入力手段であり、11は
コンピュータ本体であり、12はコンピュータの出力表示
装置である。
入力タブレット10の位置検出エリアEは出力表示装置
12のディスプレイの画面Dに対応させれば図案等のグラ
フィック入力が極めて容易となる。
例えば、画面Dのx方向の画素が640画素、y方向の
画素が400画素であれば、位置検出装置でx軸方向に分
離して検出された電流値Ix1,Ix2の比較値を640分するよ
うに量子化すればよい。またy軸方向に関しても同様で
ある。
このようにして光照射入力手段5で位置検出エリアE
上をなぞるようにして光照射を行うだけでコンピュータ
に所定情報が入力される。
本発明の位置検出装置によれば、特にアモルファス半
導体層のN層に接する裏面電極層のシート抵抗値を50〜
200Ω/□の最適範囲としたので、裏面電極層とアモル
ファス半導体層のN層とがオーミックコンタクトとな
り、これにより位置検出を精度よく良好に行うことがで
きる。
また、P層がアモルファスシリコンカーバイドから成
るので、P層中の光吸収を小さくすることができ、短絡
電流を大幅に増加させて光感度を向上させることができ
る。
さらに、I層の厚みを7000〜10000Åの最適範囲とし
たので、光感度電流を0.1A/W以上にすることができるだ
けでなく、生産性を大きく左右するI層の成膜を迅速に
行うことができ、光感度や生産性が向上した優れた位置
検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の位置検出装置の基本構造及び動作を説
明するための概念図であり、第2図(a)は本発明の位
置検出装置の平面図、第2図(b)は第2図(a)のA
−A′線断面図であり、第2図(c)は第2図(a)の
B−B′線断面図である。 第3図は本発明の位置検出装置をコンピュータの入力タ
ブレットとして使用した状態の外観図である。 第4図は従来の光起電力効果の光センサーであるフォト
ダイオードの断面図である。 1……透光性基板 2……第1の導電層 3……アモルファス半導体層 4……第2の導電層 6……裏面保護層 21……第1の出力端子 22……第2の出力端子 41……第3の出力端子 42……第4の出力端子

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】受光面電極層と、光の入射側よりアモルフ
    ァスシリコンカーバイドから成るP層,厚さが7000〜10
    000ÅのI層,及びN層の順でP−I−N接合されたア
    モルファス半導体層と、シート抵抗値が50〜200Ω/□
    の裏面電極層とを順次積層して光電変換領域を構成し、
    該光電変換領域に照射される光の照射位置を検出するよ
    うに成した位置検出装置。
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JPH0760368B2 (ja) * 1985-06-06 1995-06-28 株式会社小松製作所 情報入力装置

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