JPH01168058A - 感光素子のネットワーク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は感光素子のアレイすなわちマトリックスに関す
るものである。

感光素子を製造する標準的なやり方は、行と列の各交点
にそれぞれの感光素子を設けた行導体ネットワークと列
導体のネットワークを設計することである。行のネット
ワークにより、出力電気信号を知らなければならない感
光素子の行について選択が行われる。列導体のネットワ
ークにより、選択された行の各素子についてそれぞれの
出力信号が読出される。

〔従来の技術〕

行の個々の選択と、各列の個々の読出しを行なえるよう
にする１つの方法は、そのような感光素子と、マトリッ
クスの各ドツトにおけるアクセストランジスタとの組合
わせを用いることにある。

感光素子はホトダイオードまたはホトトランジスタであ
る（ホトトランジスタは感度が高い、すなわち、同じ照
度に対してより大きい電荷を生ずる、という利点を有す
る）。このホトダイオードはアクセストランジスタによ
りマトリックスの列導体へ接続される。このトランジス
タは行導体により制御される（したがって、同じ行の全
ての感光素子は同じ行導体へ接続される）。

この種の構造の欠点は、マトリックスの各ドツトにおい
て、ホトダイオードと、このホトダイオードの横に置か
れたアクセストランジスタとを必要とすることである。

この構造は、マトリックスの各ドツトにおいてアクセス
トランジスタが占める面積のために、大型である。

占積率を低くするために、すなわち、与えられた面積内
に納めるドツトの数を多くし、しかも鮮鋭度を高くする
ために、アクセストランジスタを無くシ、その代りに、
第１に、ホトダイオードにより発生された電荷を蓄積し
、第２に、このホトダイオードに対応する行が選択され
ない時に列導体からホトダイオードを絶縁するために用
いられるコンデンサを用いる構造が提案されている。

この種の構造が、たとえばフランス特許第８６　００７
１６号明細書に記載されている。トランジスタと比較し
てコンデンサの利点は、コンデンサをホトダイオードの
横ではなくて上に設けることができるために占積率を低
くできることである。

〔発明が解決しようとする課題〕

この構造の欠点は、各ドツト１こ蓄積される電荷を、ホ
トダイオードをマトリックスの列導体へ接続するために
は導通状態にするだけで十分であるアクセストランジス
タが用いられている場合と同様に、非常に簡単に読出す
ことがもはやできないことである。１個以上のホトダイ
オードと１個以上のコンデンサは用いない構造では、コ
ンデンサに充電されている電荷を列導体へ除去するよう
に（または充電されている電荷の補償電荷を列導体を通
じて供給するために）、読出しが行われる短い時間の間
ホトダイオードを直接バイアスすることにより導通状態
にしなければならないのはホトダイオード自体である。

原理的には、低電圧の簡単なバイアスをかけることによ
り導通状態にできるホトダイオードとは異って、ベース
に加えられる作用なしにはホトトランジスタを容易には
導通状態にできないから、この種の構造はホトダイオー
ドの代りにホトトランジスタを用いることはできないこ
とに注目することは重要なことである。さて、原理的に
はそのホトトランジスタのベースは浮動している（もし
浮動していなければ、避けることを求められている複雑
な構造へ戻る）。暗い中でベースに作用することなしに
ホトトランジスタを導通状態にするためには、高い電圧
をコレクダとエミッタの間に加えることにより、それの
ベース・エミッタ接合を電子なだれモードにする必要が
あるが、そうすると読出すべき信号中にかなりのノイズ
が混じるから、そのようにすることは全く望ましくない
ことである。

〔課題を解決するための手段〕

しかし、鮮鋭度を失うことなしに装置の感度を高くする
ためにホトダイオードの代りにホトトランジスタを用い
ることが望ましいことであろう。

というのは、目的が占積率を低くすることであるとする
と、その目標はできるだけ小型であるが、感度がホトダ
イオードの面積に比例しているホトダイオードを用いる
ことを意味することを理解されるであろう。

感度と鮮鋭度の間でよりよく折り合いをつけるために、
本発明は、各ネットワークのドツトが、行導体と列導体
の間に、感光素子に直列のコンデンサを備え、前記感光
素子は、暗くてもホトダイオードのよう１ヒ容易に導通
するようにできるホトトランジスタにより形成される感
光素子のマトリックスを使用することを本発明は提案す
るものである。このホトトランジスタの好適な構造は、
下記のようにして交互にドープされている半導体層を重
畳させることにより構成され、 −第１の導電形がドープされている、 −ドーピングがされていない（真性半導体またはほとん
ど異性半導体、 一第２の導電形がドープされている、 −ドーピングされていない（真性半導体またはほとんど
真性半導体、 一第１の導電形がドープされている、 ホトトランジスタは、重畳の最も遠い半導体層の１つに
接触する誘電体層を有するコンデンサへ直列接続され、
ホトトランジスタとコンデンサを含む直列接続されたセ
ットが行導体と列導体の間に置かれる。

ドーピングがされていないというのは、自由キャリヤの
含有量を増すことができないドーピングがされていない
ことをここでは意味するが、後で説明する理由で、水素
または炭素のドーピングを排除するものではない。

５つの層が重畳されているホトトランジスタは知られて
いるが、この構造はここではアクセストランジスタの無
いマトリックス構造に予期しない用途があるが、原理的
には、この種の構造にはホトトランジスタは適合しない
。

ｆｆ１畳される５つの層を局部的に積重ねることにより
ホトトランジスタを製造でき、コンデンサも同じ場所に
重畳でき、したがってマトリックスの各ドツトにより占
められるスペースを最小にすることが可能である。

経験により、従来の他のホトトランジスタの構造とは異
なり、この５層構造をアクセストランジスタなしにマト
リックスに組込むことができる。

５層ＮＩＰＩＮまたはＰＩＮＩＰ構造のホトトランジス
タの感度は、それと同じ面積の標準的なＰＩＮ型ホトダ
イオードの感度より高い。コンデンサに充電されている
電荷を読出すために、低いバイアス電圧（ＰＩＮ型ホト
ダイオードに加えるバイアス電圧と同じ大きさ）を加え
ることにより、暗くてもホトトランジスタを容易に導通
状態にできる。更に、ホトトランジスタのこのターンオ
ンには大きなノイズ（ホトトランジスタの照明により発
生されない漂遊信号）が列導体に注入されることはない
。

２つの真性層の一方は他方よりはるかに薄い。

それは少くとも１０分の１の厚さであることが好ましい
。最も薄い層の厚さは約２００オングストロームまたは
それより薄いことが好ましい。

コンデンサの誘電体層は薄い真性層の側または厚い真性
層の側のいずれかに置くことができる。

更に、その誘電体層を感光素子の下側または感光素子の
上側に設けることができる。

本発明はリニヤ感光検出器またはマトリックス感光検出
器の製造に応用でき、かつシンチレーティング層が入射
Ｘ線を、ホトトランジスタのＮＩＰＩＮまたはＰＩＮＩ
Ｐが感する波長範囲の光に変換するＸ線映像検出器の製
造に応用できる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は従来の感光性ドツトの従来のマトリックスのド
ツトの記号的な図である。このマトリックスはある数の
行と列を有し、各感光性ドツトＰ　がｉ行Ｌ　とｊ列Ｃ
ｊの交点に配置される。

ｊ１ 行Ｌ１は「水平に」向けられている導電体の形をとり列
Ｃは垂直に向けられた導電板Ｃｊの形をとる。

感光性ドツトは、コンデンサＣ１ｊが直列に接続された
ホトダイオードＤＩＪを有する。この直列接続されたセ
ットは行導体Ｌ　と列導体Ｃｊの間に接続される。

ホトダイオードが照明されると電荷が発生され、それら
の電荷はダイオードとコンデンサの接続点に蓄積される
。照明中は、低照度と高照度（マトリックスに対して詐
されている正常な動作限界内）の両方に対してダイオー
ドは逆バイアスされる。

照明段階の外側では、蓄積されている電荷は、ダイオー
ドを短時間直接にバイアスすることにより読出される。

この直接バイアスは、行導体に適切な電位を加え、蓄積
電荷を、読出し増幅器へ接続されている列ＣＩｊへ転送
できるようにする。

ホトダイオードＤ、は良い光電特性を有するＰＩＮダイ
オードである。

第２図はマトリックスの幾何学的構成を示す上面図であ
る。この構成は非常に小型にできる。というのは、ホト
ダイオード（Ｄ、ｊ）とコンデンサ（Ｃ１ｊ）が、半導
体層（ダイオードのため）と絶縁層（コンデンサのため
）を行導体と列導体の間に単に積重ねることにより製造
できるからである。

この従来技術のこれ以上の詳細についてはフランス特許
第８６　００７１６号を参照されたい。

第３図は本発明のマトリックスの感光性ドツトの記号図
である。

ホトダイオードＤ１ｊの代りに非常に特別な種類のホト
トランジスタＴＩｊが用いられている・このホトトラン
ジスタは（はとんどのホトトランジスタと同様に）ＰＩ
Ｎホトダイオードより光電感度が高いが、ホトトランジ
スタについて予測されることとは異って、蓄積電荷の読
取りのために容易に導通状態にできる。

本発明に用いることが好ましいホトトランジスタを第４
図に示す。このホトトランジスタは異なる導電形の５つ
の半導体層を垂立したものを有する。それらの層は、順
次つぎの通りである。

−節１の導電形をドープされた集光層１０、−第１の真
性層１２、 一層１の導電形とは逆の第２の導電形のベース層１４、 一層２の真性層、 一層１の導電形をドープされた放出層１８゜放出層と集
光層は導電層ＭＥとＭＣにそれぞれ接触させることがで
きるが、これは常に不可欠のものではない。とくに、ホ
トトランジスタがコンデンサに直列接続されている側で
は、第１の導電形の半導体層が、導電性メタライゼーシ
ョンを介在させる必要のないコンデンサの電極を形成で
きる。

実用的な例、とくに大型の感光性マトリックスの場合に
は、半導体層はアモルファスシリコンで構成できる。

第１の導電形の層の厚さは１００オングストロームまた
はそれより厚くできる。第２の導電形のベース層の厚さ
は約１００オングストロームとすることが好ましい。

第１の真性層１２は第２の層よりはるかに厚く、数１０
００オンダストロークにできる。第２の層の厚さは１０
０〜３００オングストロームである。

層１６が薄いと、照明により発生されてコンデンサに蓄
積されている電荷を読出すためにホトトランジスタを導
通状態にすることが容易になる。

層１４．１６．１８が入射光に対して一層透明であるよ
うにそれらの層には炭素をドープでき、発生すべき電荷
は第１の真性層１２において主として発生される。

また、アモルファスシリコンの全ての層に、破れている
シリコン接合を飽和させて、半導体層中の構造の欠陥を
なくすために水素をドープせねばならない。

この感光性ドツトの動作は次の通りである。この動作は
３つの段階、すなわち、照明段階、読出し段階およびリ
セット段階で行われる。

照明段階中は、ホトトランジスタのコレクタとエミッタ
の間に加えられる電圧は、コレクタ・ベースの接合が強
く、逆バイアスされ、他のベース・エミッタ接合が僅か
に逆バイアスされるようなものである。照明により最も
厚い真性領域内でキャリヤが発生される。それらのキャ
リヤはベースに集まり、エミッタ・ベース接合をターン
オンして、電荷の大きな流れをひき起す（その流れは、
トランジスタの利得が大きくなると、大きくなる）。そ
の電荷の流れはキャリヤをコンデンサへ移動させる。そ
れらのキャリヤの数は、照明により初めに発生されたキ
ャリヤより多い。

読出し段階においては（一般に暗い）、コレクタ・ベー
ス接合を直接バイアスする向きに行導体または列導体に
電圧パルスが加えられて、積分中に蓄積された電荷を放
電できるようにする。放電電流は列導体においてｎ１定
される。バイアス電圧は低く、ホトダイオードの場合に
用いられるバイアス電圧の範囲である。

リセット段階においては、照明の開始時には常に同じで
なければならない初期電位が回復される。

たとえば、ホトトランジスタは高い照度で照明され、読
出し段階中よりも弱いパルスで読出しが行われる。

次に、本発明の実際的な例について説明する。

第５図は第１の実施例を示す。感光素子が感する波長に
対して透明なガラスで製作することが好ましい絶縁基板
３０の上に、平行導体３２の第１のネットワークが付着
される。それらの平行導体は、たとえば、第３図の列導
体Ｃ１を形成するコ （しかし、平行導体は行導体とすることもできる）。そ
れらの導体を形成する材料は透明な材料（インジウム−
すず−酸化物、ＩＴＯ）が好ましく、とくにコンデンサ
Ｃ１ｊ（第３図）の電位を、各読出しの後で基板の背後
からフラッシュ光を照射することにより、固定レベルに
リセットさせたい時には透明な材料で構成することが好
ましい。

そのように行導体または列導体のネットワークで被覆さ
れた基板上に、マトリックスの各ドツトにホトトランジ
スタとコンデンサを重畳するように、ホトトランジスタ
を形成するために用いられる半導体層と、コンデンサの
誘電体として作用する絶縁層とが付着される。

更に、ホトトランジスタとコンデンサを最初に形成でき
る。初めに形成されるのがホトトランジスタである時に
は（第５図）、第４図を参照して説明した層１０，１２
．１４，１６．１８に対応するアモルファスシリコンの
層の付着が順次行われる。それらの層はこの記載の順に
（集光層が下側で、放出層が１板上）または逆の順序で
（第５図の例におけるように）付着できる。

その重畳された層を次にエツチングして、導体３２の一
部の１板上に配置されるホトトランジスタにおのおの対
応する別々の小さい部分を形成する。

それから、たとえば酸化シリコンまたは窒化シリコン製
の別の絶縁層３４が付着される。この絶縁層３４はコン
デンサの誘電体層として機能する。

この層は小さい部分を覆い、それらの小さい部分の接合
を保護する。

最後に、１板上から照明された時に透明または半透明で
ある導体層３６が付着される。たとえば、その層３６は
インジウム・すず酸化物で形成される。その層３６はエ
ツチングされて、導体３２（；垂直で、ホトトランジス
タに対応する小さい部分を覆う導体のネットワークを形
成する。導体３２が行導体であると、層３６の導体は列
導体であり、導体３２が列導体であると、層３６の導体
は行導体である。

ホトトランジスタはアモルファスシリコン層の！Ｉｆ畳
により形成され、その上に重畳されるコンデンサは第１
の導電形の最後の層１０と、絶縁層３４および導体層３
６により形成される。

第６図に示されている別の実施例においては、相互に分
離されているアモルファスシリコンの小さい部分を完全
にエツチングすることにより、ホトトランジスタを相互
に完全に絶縁することは不要であると考えられる。アモ
ルファスシリコンのある層は十分に抵抗性であると考え
られる。その理由は、それらの層のドーピングが低濃度
であるか、薄いかの少くとも１つであって、隣接する小
さい部分の間の洩れ電流が許容値に保たれるからである
。

第６図の実施例は、接続する５つの層１８゜１６．１４
，１２．１０の付着後のアモルファスシリコンの小さい
部分のエツチング操作が、第１の導電形の最後の層１０
を単にエツチングすることにあることを除き、第５図に
示されている実施例に類似する。真性層１２と１６のド
ーピングがほとんど零であるということから、それらの
真性層は十分に抵抗性がある。ベース層１４と放出層１
８が過大にドープされていないとすると、ベース層１４
と放出層１８も薄いために十分に抵抗性であると考えら
れる。１本の同じ線り、に接続されているトランジスタ
を導通状態にできる電圧パルスが加えられても、付近の
行のトランジスタをエツチングされていないＮ中層１８
を通じて導通状態にターンオンしないことがわかるに違
いない。

第５図の実施例（小さい部分を全てエツチングする）と
第６図の実施例（第１の導電形の最後の層だけをエツチ
ングする）との中間の別の実施例を設計することができ
る。第５図の実施例と比較して、それら別の実施例は、
アモルファスシリコンの小さい部分が形成された後の構
造の表面の平坦性を向上するという利点が得られ、した
がって導体３６の付着とエツチングが容易となるが、マ
トリックスの感光性ドツトの間の絶縁を、可変範囲まで
、劣化させるのが欠点である。

たとえば、第１の導電形の第１の層（第５図の場合の層
１８）を付着し、それから別の小さい部分または導体ス
トリップ３２上に重畳されているストリップにおけるエ
ツチングを行い、その後で次の層１６，１４，１２．１
０の付着を行うこかできる。必要があれば、以後の真性
層１２が付着される前に別々の小さい部分で層１４のエ
ツチングを行うこともできる。

最も厚く、したがって平らにすることについて最大の問
題を構成するのはコレクタ側における真性層１２である
から、エツチングを行わずに層１２だけが付着される第
７図に示す構造のような構造を設けることができる。こ
の構造では中間のエツチング工程の数を最少にできると
同時に、ドーピングのために導電度が最も高いエミツタ
層、コレクタ層およびベース層を通じての洩れが阻止さ
れ、かつ全く好ましいやり方で構造の平坦化を行えるこ
とが有利である。

第７図に示すホトトランジスタの製造方法は、まず、ア
モルファスシリコンの初めの３つの層１８．１６．１４
を付着する工程と、それらの層を小さい部分の形にエツ
チングする工程と、その後で厚い真性層１２と集光層１
０を付着する工程と、最後に、集光層だけを小さい部分
の形でエツチングする工程とで構成される。

ホトトランジスタの上側ではなくて下側にコンデンサを
形成することが好ましい場合には（たとえば、誘電体層
３４中の放射の損失を阻止するために）、次の操作を行
う。第１に、上記のようにして導電層３２を付着および
エツチングして行または列の導電性ストリップを形成す
る。次に誘電体層３４を付着する。この誘電体層はたと
えば酸化シリコンまたは窒化シリコンで形成される。そ
れから、アモルファスシリコンの引続く層を（第５図に
示すのと同じ順序または逆の順序で）付着およびエツチ
ングして形成する。これは、アモルファスシリコンの小
さい部分の完全なエツチングまたは第６図におけるよう
に不完全なエツチングで行ない、かつ第７図に示すよう
に中間エツチングまたは中間エツチングなしで行う。最
後に、層３２のストリップに対して垂直なストリップ状
に導電層３６を付着およびエツチングする。それらの垂
直なストリップはホトトランジスタを覆う。

感光性ドツトが第３図に示すように向けられたホトトラ
ンジスタを有する、すなわち、集光層（最も厚い真性層
に隣接する層）が列導体側の上に配置され、放出層が行
導体側の上に配置される場合には、感光性ドツト（もっ
と正確にいえばドツト行）が、十分に正（Ｎ　Ｉ　Ｐ　
Ｉ　Ｎホトトランジスタの場合に）の電圧パルスを行導
体に加えることにより、アドレスされる。しかし、集光
層が行導体側に配置される例も考えることができる。

最も厚い真性層の側に照明をあてることが好ましいこと
に注目すべきである。ホトトランジスタが感じない波長
の放射を受け、その放射をホトトランジスタが感する放
射に変換するシンチレータを感光性マトリックスに組合
わせるとすると、そのシンチレータを完成した構造の１
番上または基板とホトトランジスタの間に付着できる。

場合に応じて、最も厚い真性層は最も薄い層の１番上ま
たはまたは下になる。

本発明は、Ｘ線画像装置、とくに、医用の大型Ｘ線画像
装置に応答できるが、映像を電気信号に変換するために
用いられるあらゆる種類の装置に一般的に使用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はマトリックスの行と列の間の；ンデンサにホト
ダイオードが直列接続される種類の従来の感光素子マト
リックスのドツトの略図、第２図はマトリックスに近接
するいくかつのドツトの幾何学的形状の上面図、第３図
は本発明の感光マトリックスのドツトの略図、第４図は
本発明のマトリックスに使用するホトトランジスタの全
体的な構造を示し、第５図は本発明のマトリックスの一
実施例を示し、第６図は別の実施例を示し、第７図は第
３の実施例を示す。 １０・・・集光層、１２・・・第１の真性層、１４・・
・ベース層、１６・・・第２の真性層、１８・・・放出
層、３０・・・絶縁基板、３２・・・平行導体、３４・
・・絶縁層、３６・・・導電層。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 ｒＮ υフ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、各ネットワークのドットが、行導体と列導体の間に
   、感光素子に直列のコンデンサを備え、前記感光素子は
   、暗くてもホトダイオードのように容易に導通するよう
   にできるホトトランジスタにより形成できることを特徴
   とする感光素子のネットワーク。 ２、請求項１記載の感光素子のネットワークにおいて、
   下記のようにして交互にドープされている半導体層を重
   畳させることにより前記ホトトランジスタは構成される
   、 −第１の導電形がドープされている、 −ドーピングがされていない（真性半導体またはほとん
   ど真性半導体、 −第２の導電形がドープされている、 −ドーピングされていない（真性半導体またはほとんど
   真性半導体、 −第１の導電形がドープされている、 ことを特徴とする感光素子のネットワーク。 ３、請求項２記載の感光素子のネットワークにおいて、
   コンデンサは、重畳の最も遠い半導体層の１つに接触す
   る誘電体層を有することを特徴とする感光素子のネット
   ワーク。 ４、請求項２または３に記載の感光素子のネットワーク
   において、半導体層の１つは他の半導体層よりはるから
   薄いことを特徴とする感光素子のネットワーク。 ５、請求項４記載の感光素子のネットワークにおいて、
   最も薄くて、ドープされていない半導体層の厚さは約１
   ００オングストロームまたは数１００オングストローム
   であることを特徴とする感光素子のネットワーク。 ６、請求項１記載の感光素子のネットワークにおいて、
   最も厚くて、ドープされていない半導体層の厚さは約１
   ０００オングストロームのオーダーであることを特徴と
   する感光素子のネットワーク。 ７、請求項１記載の感光素子のネットワークにおいて、
   ホトトランジスタはアモルファスシリコンの層を積重ね
   ることにより製造されることを特徴とする感光素子のネ
   ットワーク。 ８、請求項２または３に記載の感光素子のネットワーク
   において、ホトトランジスタはアモルファスシリコンの
   層を積重ねることにより製造され、相互に分離された感
   光素子を形成するためにいくつかの層だけがエッチング
   され、ドープされていない半導体層を少くとも１つだけ
   含めて、他の層はエッチングされないことを特徴とする
   感光素子のネットワーク。