JPH0337939A - 受光素子及びその動作方法 - Google Patents

受光素子及びその動作方法

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JPH0337939A
JPH0337939A JP1171808A JP17180889A JPH0337939A JP H0337939 A JPH0337939 A JP H0337939A JP 1171808 A JP1171808 A JP 1171808A JP 17180889 A JP17180889 A JP 17180889A JP H0337939 A JPH0337939 A JP H0337939A
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健 紀川
Kazutaka Tsuji
和隆 辻
Kenji Samejima
賢二 鮫島
Tadaaki Hirai
忠明 平井
Junichi Yamazaki
順一 山崎
Setsu Kubota
節 久保田
Keiichi Shidara
設楽 圭一
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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〕 本発明は受光素子及びその動作方法に係り、特に撮像管
等に代表されるイメージングデバイスや、1次元イメー
ジセンサ、2次元イメージセンサ。
フォトセル等に応用して好適な受光素子及びその動作方
法に関する。
〔従来の技術〕
従来、透光性基板、透光性導電膜、光導電膜を具備した
受光素子として、光センサ、−次元イメージセンサ、二
次元イメージセンサ、撮像管等の受光デバイスが一般に
知られている。これらについては例えば、特許第102
2633号、特公昭59−26154号特許第9021
89号、特開昭63−304551号、等に開示されて
いる。
又、受光素子を良好な状態で動作させる為に光導電膜の
温度を制御して動作させる方法が提案されている(特開
昭63−174245号)。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術の受光素子に於いては、光導電膜の温度制
御が全く考慮されていないか、又は制御手段を具備して
いる場合であっても、実際に素子を構成してみると透光
性基板の熱伝導性が不充分な為に光導電膜の精密な温度
制御ができないという課題の存在に本発明者等は気づい
た。
本発明の目的は、光導電膜の温度制御を精密且つ効率良
く行ない得る受光素子を提供する事にある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的は、基板の少なくとも一部に熱伝導性材料より
なる層を設ける事により達成される。
〔作用〕
撮像管を例にとって本発明の詳細な説明する。
第1図は本発明を適用した撮像管の断面概略図を示す1
例である。
11は熱伝導性に優れた透光性の材料からlる基板、1
2は透光性導電膜、13は光導電膜、14は電子ビーム
ランディング層、15はインジウムリング、工6は金属
製ターゲットリング、17は電子銃を内蔵した撮像管の
匣体である。
第1図に於いては基板を全て熱伝導性物質で形成したが
、必ずしもその必要はなく、第2図に示す様に基板の一
部に均一な厚さの熱伝導性に優れたN22を設けた積層
構造としても良い。
第2@ (a)は、酸化シリコンを主体とするガラス若
くは石英基板21の上に熱伝導性に優れた材料からなる
N22を形成した二層構造型の基板の概略図である。第
2図(b)は熱伝導性に優れた材料からなるN22の上
にガラス若くは石英からなる1!y23を形成した場合
である。第2図(c)は同図(a)で示した基土にガラ
ス若くは石英からなる層23を形成した場合である。但
し、いずれの場合も図の上面に透光性導電膜、光導電膜
電子ビームランディング層等からなる光電変換部を形成
し、光は下面から入射せしめるものとする。
第2図(a)は外気温が光導電膜の制御温度よりも高い
場合等、外部より熱が流入してくる場合に特に有効で、
ガラス層からなる断熱層を設ける事により第1図の場合
よりも温度制御が効率よく行なえる様になる。第2図(
b)は熱伝導性に優れた材料からなるN22の表面を充
分に平滑にする事が困難である場合、若くは上記熱伝導
性に優れた材料からなる層22と、透光性導電膜乃至は
光導電膜との密着性が良くない場合に特に有効である。
第2図(C)は同図(a)、(b)の利点も合わせもつ
積層構造型基板である。
上記積層構造型基板は、例えば酸化シリコンを主体とす
るガラス基板21若くは薄板23に、熱伝導性に優れた
材料からなるN22を接続剤を用いて貼り合わせても良
く、また蒸着法、スパッタ法、C,V、D、法等のいず
れかの手段により薄膜状に形成しても良い。或は逆に、
熱伝導性に優れた材料からなる薄板22に、蒸着法、ス
パッタ法、C,V、D法等のいずれか手段により酸化シ
リコンを主体とするガラス若くは石英の薄膜23を形成
しても良い。
上記により得られた基板で第1図の基板11と同様に用
いる事ができる。
熱伝導性に優れた材料からなる基板11及び層22の膜
厚は材料並びに目的に応じて選択すれば良い、熱伝導性
に優れた材料として、単結晶のサファイア、炭化シリコ
ン、窒化シリコン、立方晶窒化硼素、ダイヤモンド、及
び非晶質の炭化シリコン、ダイヤモンド状炭素等を用い
る事ができる。
特に単結晶ダイヤモンド、立方晶窒化硼素、及び非晶質
ダイヤモンド状炭素は熱伝導性に優れてお1500の膜
厚で同様の効果を得る事ができる。
第3図は本発明を適用した上記撮像管と、温度制御の為
の装置とから成る受光装置の概念図である0本装置に於
ける基板3工は、先に示した第工図の基板11でも良く
、或は第2図(、)乃至(c)で示した積層構造型基板
のいずれかを用いても良い0本装置の温度制御は、例え
ばターゲットリング16の外周に密着させた加熱放熱器
32(例えばベルチェ素子等)を用いて行なう事ができ
る。加熱放熱器32.温度検知器33(例えば熱電対等
)、温度制御回路34等からなる温度制御装置の設定温
度と、透光性基板31及び光電変換部よりなる撮像管タ
ーゲットの温度との間に差が生じている場合、基板31
.インジウムリング15、及びターゲットリング16を
介して熱の輸送が生じ、加熱放熱器32を用いて温度制
御回路33により温度が制御される。従来技術による熱
伝導性が不充分な基板を介しての熱輸送の場合に比べ9
本発明では熱の輸送が容易になり、光導電ると同時に、
上記光導電膜13の面内の温度分布が小さくなる。この
様に、熱伝導性に優れた基板を用いる事により温度の追
従性が良くなり、過熱。
適冷の生じる危険性が減少する。また、光導電膜の膜面
が温度分布が小さくなる為、光導電膜の局所的な劣化や
特性の低下が生じる危険性が抑えられる。更に、光導電
膜の温度を、熱雑音が無視できる程度の低温に迄冷却す
る事により、受光装置の高感度化を実現する事も可能と
なる。尚、第三図では温度検出器34を大気圧側に取り
付けているが、温度検出器34を撮像管内の光電変換部
に取の付ける事により、より精密に温度制御できる様に
なる。
以上述べた本発明は、特性の温度依存性が比較的大きな
光導電膜、例えばSeを主体とする非晶質半導体からな
る受光素子に於いてその効果が極めて顕著である。
以上、本発明を撮像管に適用した場合について述べたが
、他の受光素子、例えばフォトセル、−次元イメージセ
ンサ、二次元イメージセンサ等に適用し得る事は云うま
でもなく、同様な効果が得られる。
〔実施例〕
以下1本発明の具体的実施例について説明する。
実施例1゜ 直径17.6mm、厚さ1.5mmの単結晶サファイア
基板上に、透光性導電膜として厚さ約10OAの半透明
AQ膜(この膜厚は100〜300人が好ましい、)光
導電膜としてAsを2wt%添加した膜厚2μmの非晶
質Se膜を順次真空蒸着法により形成し、その上に電子
注入阻止層も兼ねた電子ビームランディング層として2
.5 X 10−”torrのAr雰囲気中でSb2S
3膜を0.1μmの厚さに堆積し、撮像管ターゲットを
得る。インジウムリングを用いて上記撮像管ターゲット
を電子銃を内蔵した撮像管の巨体に圧着により取り付け
た後、匣体内を真空に排気、封止し、第1図に示した様
な撮像管を得る。
実施例2゜ ガラス基板21に単結晶サファイア薄板をエポキシ樹脂
等の無色透明な接着剤を用いて内部に気泡等が残らない
様に接着し、第2図(a)に示す構造2/3インチサイ
ズの撮像管用の基板を得る。
実施例3゜ 単結晶炭化シリコン基板上にスパッタ法により厚さ5〜
IQJLmのガラス膜を形成する。次にガラス面を研磨
、洗浄して第2図(b)に示す構造の1インチサイズの
撮像管用基板を得る。
実施例4゜ ガラス基板上にC,V、D、法或は蒸着法等の手法を用
いて厚さ10μmのダイヤモンド状炭素膜を形成する。
これに厚さ0.1mmのガラスの薄板を透明な、エポキ
シ樹脂等の接着剤を用いて気泡を残さない様に貼り合わ
せ、第2図(c)の構造の1インチサイズの基板を得る
上記実施例2,3.4で得た基板に、実施例1で述べた
手順に従って半透明AQ膜若くは酸化インジウム膜等の
従来技術による透明導電膜、非晶質Se膜若くはSeを
主体とする非晶質半導体膜、及びSb2S3膜を形成し
、撮像管ターゲットを得る。なお、上記実施例1乃至4
に於いて透明導電膜とSe系光導電膜との間に正孔注入
阻止補助層として例えば厚さ100〜300ÅのC00
2層を設ける事もできる。更にインジウムリングを用い
て電子銃を内蔵した撮像管の匣体に上記撮像管ターゲッ
トを取り付け、匣体内を真空に排気、封止し、光導電型
撮像管を得る。本撮像管は、例えばターゲットリングに
ペルチェ素子を密着させて温度制御を行なう事により、
容易に基板の温度を長時間はぼ一定に保持する事ができ
る。
第4図に本発明の撮像管を用いたカメラに於いて、撮像
管の基板温度を20℃に制御した場合の基板の表面温度
の変化を示す。図中の破4S41は動作時の外気温度の
変動である。温度制御を行なわない従来技術では、基板
温度は破線41に追従した状態で大きな変動を示すが、
本発明では図から明らかな様に基板温度をほぼ20℃に
一定に長時間保つ事ができる。
実施例5゜ 本実施例では本発明を固体受光素子に適用した例につい
て述べる。第5図は本発明は1次元長尺イメージセンサ
に適用したl実施例の概略図である。第5図(、)は上
記イメージセンサの見取図。
同図(b)はその平面図、同図(c)は同図(b)のA
−A’ における断面図である。
ガラス基板51の上に単結晶サファイアの薄板52を貼
り付は基板とする。その上に従来技術により透光性導電
膜を形成した後、フォトエツチング法により上記透光性
導電膜を分離し、個別の読み出し電極53とする。次に
読み出し電極53の上に長尺状の穴を設けたマスクを通
してSeを主体とする厚さ0.5〜6μmの非晶質光導
電膜54を形成する。これに導電膜55を堆積して光電
変換部とする。光電変換部の読み出し電極53を基板上
に設けた走査回路(図示せず)にボンディング等の手段
により接続し、本発明の1次元長尺イメージセンサを得
る。
上記実施例1乃至5で得られた受光素子の非晶質Se系
光導電膜に、8 X 10’V/ c m以上の寞界を
印加する事により光導電膜内で電荷のアバランシェ増倍
現象が生じ、利得が1より大きい高感度の特性が得られ
る。例えば膜厚が2μmの受光デバイスを240vで用
いると、利得が約10の出力が得られる。
第6図は非晶質Se膜の光導電膜を有する撮像管を、光
導電膜内でアバランシェ増倍が生じる電圧を印加して動
作させた場合の寿命特性と使用温度との関係を示す1例
である。第6図から非晶質Seからなる光導電膜を有す
る撮像管に本発明を適用して使用温度を20℃以下に保
持すれば、寿命を大幅に延ばす事ができ得る事が明らか
である。
〔発明の効果〕
本発明によれば、受光素子の光導電膜の温度を容易に且
つ精密に制御できるので、受光素子の優れた特性を長時
間にわたり、かつ安定的に発揮せしめる事ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明を適用した撮像管の1例の断面概略図を
示す図、第2図は本発明を適用した積層構造基板の模式
図、第3図は温度制御装置を有する本発明による受光装
置の1例の概念図、第4図は本発明を適用した撮像管の
1例に於ける温度制御による基板温度の変動の抑制効果
を示す図、第5図は本発明を適用した一次元長尺イメー
ジセンサの1例の概略図、第6図は非晶質Se光導膜を
有する本発明による撮像管の基板温度と寿命時間との関
係を示す図。 11・・・熱伝導性の優れた材料からなる基板、12・
・・透光性導電膜、13・・・光導電膜、14・・・電
子ビームランディング層、15・・・Inリング。 16・・・金属性ターゲットリング、17・・・電子銃
を内蔵した撮像管の匣体、21・・・ガラス基板、22
・・・熱伝導性の優れた層、23・・・ガラス若くは石
英からなる層、3工・・・熱伝導性の優れた基板、32
・・・加熱放熱器、33・・・温度制御回路、34・・
・温度検知器、41・・・カメラ内部の雰囲気温度、4
2・・・温度制御を行なった場合に於ける撮像管の基板
温度、51・・・ガラス基板、52・・・読み出し電極
、54・・・非晶質Se系光導電膜、55・・・導電膜
。 第 2 図 ◇ 光 (0 ◇ 光 (b) &軟勧秤時間(A□) 第5′″回 Ch) 第 乙 目 丞双清友 Lc、”コ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、透光性基板と、透光性導電膜と、光導電膜とを有す
    る受光素子において、上記基板の少なくとも一部に熱伝
    導性絶縁材料層を設けたことを特徴とする受光素子。 2、請求項1に記載の受光素子において、前記熱伝導性
    絶縁材料層が、単結晶のサファイア、炭化シリコン、窒
    化シリコン、立方晶窒化硼素、ダイアモンド、及び非晶
    質のダイヤモンド状炭素、炭化シリコンから選択される
    少なくとも1種類の材料からなることを特徴とする受光
    素子。 3、請求項1に記載の受光素子が信号を読み取る為の電
    極及び電子ビームを発生し得る電子銃を有することを特
    徴とする受光素子。 4、請求項1に記載の受光素子において、前記光導電膜
    がSeを主体とする非晶質材料からなることを特徴とす
    る受光素子。 5、請求項1に記載の受光素子が前記光導電膜の温度を
    制御するための手段とを有することを特徴とする受光素
    子。 6、請求項1に記載の受光素子の前記光導電膜の温度を
    制御して用いることを特徴とする受光素子の動作方法。 7、請求項4に記載の受光素子が前記光導電膜の温度を
    40℃以下に保持し得る手段を有することを特徴とする
    受光素子。 8、請求項4に記載の受光素子が前記光導電膜内で電荷
    のアバランシェ増倍を生じせしめ得る電圧を印加するた
    めの手段を有することを特徴とする受光素子。
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