JPH05136451A - アバランシエ増倍型受光素子 - Google Patents
アバランシエ増倍型受光素子Info
- Publication number
- JPH05136451A JPH05136451A JP3296053A JP29605391A JPH05136451A JP H05136451 A JPH05136451 A JP H05136451A JP 3296053 A JP3296053 A JP 3296053A JP 29605391 A JP29605391 A JP 29605391A JP H05136451 A JPH05136451 A JP H05136451A
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- JP
- Japan
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- electrode
- film
- avalanche multiplication
- electrodes
- avalanche
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 アバランシェ増倍型受光素子を改良する。
【構成】 アバランシェ増倍用の高電圧が印加される第
１および第２の電極は、絶縁膜を介して半導体薄膜に積
層されているので、注入電流を十分に低減できる。ま
た、信号電流の取り出しは、これと交差する方向の第３
および第４の電極間でなされるので、高電界領域外に信
号出力部を設け得る。
１および第２の電極は、絶縁膜を介して半導体薄膜に積
層されているので、注入電流を十分に低減できる。ま
た、信号電流の取り出しは、これと交差する方向の第３
および第４の電極間でなされるので、高電界領域外に信
号出力部を設け得る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はアバランシェ増倍型受光
素子に関するものである。
素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】アバランシェ増倍型受光素子は高感度の
受光素子として注目され、例えば基板上にａ−Ｓｉ：Ｈ
などのアバランシェ増倍膜を堆積して形成される。例え
ば、１９９１年テレビジョン学会年次大会予稿集では、
基板上にＩＴＯの透明電極、ブロッキング層、ａ−Ｓ
ｉ：Ｈのアバランシェ増倍膜および上面電極を形成した
アバランシェ増倍型受光素子が提案されている。
受光素子として注目され、例えば基板上にａ−Ｓｉ：Ｈ
などのアバランシェ増倍膜を堆積して形成される。例え
ば、１９９１年テレビジョン学会年次大会予稿集では、
基板上にＩＴＯの透明電極、ブロッキング層、ａ−Ｓ
ｉ：Ｈのアバランシェ増倍膜および上面電極を形成した
アバランシェ増倍型受光素子が提案されている。
【０００３】この構造において、透明電極と上面電極の
間に高電圧を印加し、基板側から光が入射されると、ア
バランシェ増倍が生じて上面電極から信号が出力され
る。
間に高電圧を印加し、基板側から光が入射されると、ア
バランシェ増倍が生じて上面電極から信号が出力され
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の従来構
造では、高電圧の印加時におけるアバランシェ増倍膜へ
の注入電流阻止が不十分であり、十分な高電圧を印加す
るのが難しい。また、高電圧の印加領域と信号電流の出
力領域が共通しているため、製造技術上の制約も大き
い。本発明は、これらの課題を解決するためになされた
もので、高いアバランシェ増倍率と低い注入電流を同時
に達成できるアバランシェ増倍型受光素子を提供するこ
とを目的とする。
造では、高電圧の印加時におけるアバランシェ増倍膜へ
の注入電流阻止が不十分であり、十分な高電圧を印加す
るのが難しい。また、高電圧の印加領域と信号電流の出
力領域が共通しているため、製造技術上の制約も大き
い。本発明は、これらの課題を解決するためになされた
もので、高いアバランシェ増倍率と低い注入電流を同時
に達成できるアバランシェ増倍型受光素子を提供するこ
とを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明に係るアバランシ
ェ増倍型受光素子は、基板上に、第１の電極、第１の絶
縁膜、半導体薄膜、第２の絶縁膜および第２の電極を順
次に堆積した積層構造体が形成され、積層構造体の一方
の端部近傍には第１の電極側で半導体薄膜に接続された
第３の電極が設けられると共に、他方の端部近傍には第
２の電極側で半導体薄膜に接続された第４の電極が設け
られ、第１および第２の電極間には半導体薄膜でアバラ
ンシェ増倍を生じさせ得る電圧が印加されると共に、第
３および第４電極を介して検出信号が出力されるように
したことを特徴とする。
ェ増倍型受光素子は、基板上に、第１の電極、第１の絶
縁膜、半導体薄膜、第２の絶縁膜および第２の電極を順
次に堆積した積層構造体が形成され、積層構造体の一方
の端部近傍には第１の電極側で半導体薄膜に接続された
第３の電極が設けられると共に、他方の端部近傍には第
２の電極側で半導体薄膜に接続された第４の電極が設け
られ、第１および第２の電極間には半導体薄膜でアバラ
ンシェ増倍を生じさせ得る電圧が印加されると共に、第
３および第４電極を介して検出信号が出力されるように
したことを特徴とする。
【０００６】
【作用】本発明の構成によれば、アバランシェ増倍用の
高電圧が印加される第１および第２の電極は、絶縁膜を
介して半導体薄膜に積層されているので、注入電流を十
分に低減できる。また、信号電流の取り出しは、これと
交差する方向の第３および第４の電極間でなされるの
で、高電界領域外に信号出力部を設け得る。
高電圧が印加される第１および第２の電極は、絶縁膜を
介して半導体薄膜に積層されているので、注入電流を十
分に低減できる。また、信号電流の取り出しは、これと
交差する方向の第３および第４の電極間でなされるの
で、高電界領域外に信号出力部を設け得る。
【０００７】
【実施例】以下、添付図面により本発明の一実施例を説
明する。
明する。
【０００８】図１は実施例に係るアバランシェ増倍型受
光素子の断面図、図２は上面図である。図示の通り、ガ
ラス基板１上には第１の電極として、Ｍｏ（モリブデ
ン）からなる金属電極２が０．２μｍの厚さで形成さ
れ、その上に第１の絶縁膜として、ＳｉＯ2 からなる正
孔阻止膜３が０．３μｍの厚さで形成されている。そし
て、金属電極２の右側端部上の正孔阻止膜３に開口が設
けられ、ここに第３の電極として、ｐ+ −ａ−Ｓｉ：Ｈ
からなるｐ+ 電極４が０．２μｍの厚さで設けられ、金
属電極２と接続されている。
光素子の断面図、図２は上面図である。図示の通り、ガ
ラス基板１上には第１の電極として、Ｍｏ（モリブデ
ン）からなる金属電極２が０．２μｍの厚さで形成さ
れ、その上に第１の絶縁膜として、ＳｉＯ2 からなる正
孔阻止膜３が０．３μｍの厚さで形成されている。そし
て、金属電極２の右側端部上の正孔阻止膜３に開口が設
けられ、ここに第３の電極として、ｐ+ −ａ−Ｓｉ：Ｈ
からなるｐ+ 電極４が０．２μｍの厚さで設けられ、金
属電極２と接続されている。
【０００９】アバランシェ増倍膜５はｉ−ａ−Ｓｉ：Ｈ
によって２μｍの厚さに形成され、図中の左側端部の上
面には第４の電極として、ｎ+ −ａ−Ｓｉ：Ｈからなる
ｎ+ 電極６が形成されている。さらに、第２の絶縁膜と
して、ａ−ＳｉＮからなる電子阻止層７が０．５μｍの
厚さで設けられている。そして、電子阻止層７上には第
２の電極として、ＩＴＯからなる透明電極８が０．１μ
ｍの厚さで設けられている。
によって２μｍの厚さに形成され、図中の左側端部の上
面には第４の電極として、ｎ+ −ａ−Ｓｉ：Ｈからなる
ｎ+ 電極６が形成されている。さらに、第２の絶縁膜と
して、ａ−ＳｉＮからなる電子阻止層７が０．５μｍの
厚さで設けられている。そして、電子阻止層７上には第
２の電極として、ＩＴＯからなる透明電極８が０．１μ
ｍの厚さで設けられている。
【００１０】上記構成により、いわゆるアバランシェ増
倍構造が形成され、本実施例においては、これに信号出
力用のスイッチとして、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）構
造が付加される。すなわち、ｎ+ 電極６と透明電極８と
の間には、ａ−ＳｉＮからなる０．１μｍの厚さの絶縁
膜９が形成され、この上にＴＦＴのゲート電極１３がＡ
ｌ（アルミニウム）で０．４μｍの厚さに形成される。
なお、ゲート電極１３と同時形成される金属電極１０は
プリアンプに接続され、信号出力がされる。
倍構造が形成され、本実施例においては、これに信号出
力用のスイッチとして、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）構
造が付加される。すなわち、ｎ+ 電極６と透明電極８と
の間には、ａ−ＳｉＮからなる０．１μｍの厚さの絶縁
膜９が形成され、この上にＴＦＴのゲート電極１３がＡ
ｌ（アルミニウム）で０．４μｍの厚さに形成される。
なお、ゲート電極１３と同時形成される金属電極１０は
プリアンプに接続され、信号出力がされる。
【００１１】上記構造の上面には、１μｍの厚さでポリ
イミド膜１１が設けられて平坦化され、その上面には１
μｍの厚さのＡｌからなる不透明膜１２が設けられ、受
光面以外への光入射が阻止される。なお、基板１側に光
シールドを設けることで、裏面入射型のデバイスとする
こともできる。
イミド膜１１が設けられて平坦化され、その上面には１
μｍの厚さのＡｌからなる不透明膜１２が設けられ、受
光面以外への光入射が阻止される。なお、基板１側に光
シールドを設けることで、裏面入射型のデバイスとする
こともできる。
【００１２】図３（ａ）は上記実施例の等価回路図であ
り、同図（ｂ）はＴＦＴスイッチの駆動パルスΦy の波
形図である。同図（ａ）において、Ｉ／Ｖ変換用のプリ
アンプ２０以外の部分は図１および図２に対応してお
り、符号１〜１３は図１および図２に対応している。こ
こで、金属電極２の電位Ｖbは−２６０Ｖ、不透明膜１
２の電位ＶP は０Ｖ、ｎ+ 電極６の電位ＶS は０Ｖであ
る。なお、一例として、受光面積は２００μｍ×２００
μｍ、ＴＦＴのサイズは縦が２０μｍ、幅が２００μｍ
とする。
り、同図（ｂ）はＴＦＴスイッチの駆動パルスΦy の波
形図である。同図（ａ）において、Ｉ／Ｖ変換用のプリ
アンプ２０以外の部分は図１および図２に対応してお
り、符号１〜１３は図１および図２に対応している。こ
こで、金属電極２の電位Ｖbは−２６０Ｖ、不透明膜１
２の電位ＶP は０Ｖ、ｎ+ 電極６の電位ＶS は０Ｖであ
る。なお、一例として、受光面積は２００μｍ×２００
μｍ、ＴＦＴのサイズは縦が２０μｍ、幅が２００μｍ
とする。
【００１３】次に、図１〜図３を参照して、上記のアバ
ランシェ増倍型受光素子の動作を詳細に説明する。
ランシェ増倍型受光素子の動作を詳細に説明する。
【００１４】正孔阻止膜３すなわちホールの受け側Ｂの
電位は、ＲC を通してＶP に近い電位に固定される。Ｔ
ＦＴのオン期間では、電子阻止層７すなわち電子の受け
側Ａの電位は、ほぼゼロ電位にリセットされる。これに
対し、ＴＦＴのオフ期間中は、透明電極８によってアバ
ランシェ増倍膜５の上部に電子を収集するポテンシャル
井戸が形成され、光生成およびアバランシェ増倍された
電子は、このポテンシャル井戸に蓄積される。一方、ホ
ールはＲC を通して外部に流れる。
電位は、ＲC を通してＶP に近い電位に固定される。Ｔ
ＦＴのオン期間では、電子阻止層７すなわち電子の受け
側Ａの電位は、ほぼゼロ電位にリセットされる。これに
対し、ＴＦＴのオフ期間中は、透明電極８によってアバ
ランシェ増倍膜５の上部に電子を収集するポテンシャル
井戸が形成され、光生成およびアバランシェ増倍された
電子は、このポテンシャル井戸に蓄積される。一方、ホ
ールはＲC を通して外部に流れる。
【００１５】１フレームの信号電荷蓄積が終了すると、
ＴＦＴがオンとなり、ポテンシャル井戸の電子が読み出
される。このとき、ＴＦＴのオフ抵抗は約１×１０13オ
ームなので、ＴＦＴのリーク電流は無視できる。
ＴＦＴがオンとなり、ポテンシャル井戸の電子が読み出
される。このとき、ＴＦＴのオフ抵抗は約１×１０13オ
ームなので、ＴＦＴのリーク電流は無視できる。
【００１６】反転状態では、ホールの受け側Ｂにはホー
ルの表面チャネルが形成される。その抵抗ＲC は約１０
０メガオームであり、アバランシェ増倍膜５の暗抵抗Ｒ
d は５×１０10オームであり、Ｒb ／ＲC ＝５００であ
る。したがって、金属電極２と透明電極８の間の印加電
圧Ｖb は、ほとんどがアバランシェ増倍膜５に印加され
る。すなわち、金属電極２およびｐ+ 電極４とアバラン
シェ増倍膜５の間には、弱い電界しか存在しない。
ルの表面チャネルが形成される。その抵抗ＲC は約１０
０メガオームであり、アバランシェ増倍膜５の暗抵抗Ｒ
d は５×１０10オームであり、Ｒb ／ＲC ＝５００であ
る。したがって、金属電極２と透明電極８の間の印加電
圧Ｖb は、ほとんどがアバランシェ増倍膜５に印加され
る。すなわち、金属電極２およびｐ+ 電極４とアバラン
シェ増倍膜５の間には、弱い電界しか存在しない。
【００１７】さらに、仮に電子が金属電極２からアバラ
ンシェ増倍膜５に注入されると仮定すると、その注入面
積Ｓinは Ｓin＝（ｐ+ 電極４のストリップの長さ）×（ｐ+ 電極４の膜厚） ＝１５０μｍ×０．２μｍ ＝３０μｍ2 であり、 Ｓin／（受光面積） ＝（３０μｍ2 ）／（２００×２００μｍ2 ） ＝８×１０-4 となる。したがって、ｐ+ 電極４からアバランシェ増倍
膜５への注入電流は無視できるほど低く抑えられる。そ
して、印加電圧（Ｖb −Ｖp ）のほとんど全てがアバラ
ンシェ増倍膜５に印加されるので、高効率のアバランシ
ェ増倍が達成できる。
ンシェ増倍膜５に注入されると仮定すると、その注入面
積Ｓinは Ｓin＝（ｐ+ 電極４のストリップの長さ）×（ｐ+ 電極４の膜厚） ＝１５０μｍ×０．２μｍ ＝３０μｍ2 であり、 Ｓin／（受光面積） ＝（３０μｍ2 ）／（２００×２００μｍ2 ） ＝８×１０-4 となる。したがって、ｐ+ 電極４からアバランシェ増倍
膜５への注入電流は無視できるほど低く抑えられる。そ
して、印加電圧（Ｖb −Ｖp ）のほとんど全てがアバラ
ンシェ増倍膜５に印加されるので、高効率のアバランシ
ェ増倍が達成できる。
【００１８】本発明の受光素子は、１個のみで用いても
よいし、一次元あるいは二次元のアレイとしてもよい。
また、シンチレータと組み合せれば、放射線検出素子を
構成することもできる。
よいし、一次元あるいは二次元のアレイとしてもよい。
また、シンチレータと組み合せれば、放射線検出素子を
構成することもできる。
【００１９】
【発明の効果】以上の通り、本発明は、アバランシェ増
倍用の高電圧が印加される第１および第２の電極は、絶
縁膜を介して半導体薄膜に積層されているので、注入電
流を十分に低減できる。また、信号電流の取り出しは、
これと交差する方向の第３および第４の電極間でなされ
るので、高電界領域外に信号出力部を設け得る。このよ
うに、縦型のアバランシェ増倍構造に対して、横型の信
号出力構造を空間的に組み合わせたので、注入電流の低
減とアバランシェ増倍作用の向上を同時に実現できる。
倍用の高電圧が印加される第１および第２の電極は、絶
縁膜を介して半導体薄膜に積層されているので、注入電
流を十分に低減できる。また、信号電流の取り出しは、
これと交差する方向の第３および第４の電極間でなされ
るので、高電界領域外に信号出力部を設け得る。このよ
うに、縦型のアバランシェ増倍構造に対して、横型の信
号出力構造を空間的に組み合わせたので、注入電流の低
減とアバランシェ増倍作用の向上を同時に実現できる。
【図１】実施例に係るアバランシェ増倍型受光素子の断
面図である。
面図である。
【図２】図１の構造の上面図である。
【図３】図１および図２の等価回路と駆動パルスΦy の
波形図である。
波形図である。
１…アンプ、２…金属電極、３…正孔阻止膜、４…ｐ+
電極、５…アバランシェ増倍膜、６…ｎ+ 電極、７…電
子阻止層、８…透明電極、９…絶縁膜、１０…金属電
極、１１…ポリイミド膜、１２…不透明膜、１３…ゲー
ト電極、２０…プリアンプ、Ａ…電子の受け側、Ｂ…ホ
ールの受け側、Φ…駆動パルス
電極、５…アバランシェ増倍膜、６…ｎ+ 電極、７…電
子阻止層、８…透明電極、９…絶縁膜、１０…金属電
極、１１…ポリイミド膜、１２…不透明膜、１３…ゲー
ト電極、２０…プリアンプ、Ａ…電子の受け側、Ｂ…ホ
ールの受け側、Φ…駆動パルス
Claims (3)
- 【請求項１】 基板上に、第１の電極、第１の絶縁膜、
半導体薄膜、第２の絶縁膜および第２の電極を順次に堆
積した積層構造体が形成され、 前記積層構造体の一方の端部近傍には前記第１の電極側
で前記半導体薄膜に接続された第３の電極が設けられる
と共に、他方の端部近傍には前記第２の電極側で前記半
導体薄膜に接続された第４の電極が設けられ、 前記第１および第２の電極間には前記半導体薄膜でアバ
ランシェ増倍を生じさせ得る電圧が印加されると共に、
前記第３および第４電極を介して検出信号が出力される
ようにしたことを特徴とするアバランシェ増倍型受光素
子。 - 【請求項２】 前記第３の電極は前記第１の電極に接続
され、前記第４の電極は増幅手段に接続されている請求
項１記載のアバランシェ増倍型受光素子。 - 【請求項３】 前記第２の電極と前記第４の電極の間に
は絶縁膜を介して第５の電極が形成され、この第５の電
極をゲートとする信号出力用のスイッチが構成されてい
る請求項１記載のアバランシェ増倍型受光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3296053A JPH05136451A (ja) | 1991-11-12 | 1991-11-12 | アバランシエ増倍型受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3296053A JPH05136451A (ja) | 1991-11-12 | 1991-11-12 | アバランシエ増倍型受光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05136451A true JPH05136451A (ja) | 1993-06-01 |
Family
ID=17828495
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3296053A Pending JPH05136451A (ja) | 1991-11-12 | 1991-11-12 | アバランシエ増倍型受光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05136451A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7701029B2 (en) | 2002-05-20 | 2010-04-20 | Sony Corporation | Solid-state image pickup device |
| CN112086537A (zh) * | 2020-09-21 | 2020-12-15 | 清华大学 | 一种高纯锗探测器 |
-
1991
- 1991-11-12 JP JP3296053A patent/JPH05136451A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7701029B2 (en) | 2002-05-20 | 2010-04-20 | Sony Corporation | Solid-state image pickup device |
| US8084837B2 (en) | 2002-05-20 | 2011-12-27 | Sony Corporation | Solid-state image pickup device |
| US8384178B2 (en) | 2002-05-20 | 2013-02-26 | Sony Corporation | Solid-state image pickup device |
| US8466499B2 (en) | 2002-05-20 | 2013-06-18 | Sony Corporation | Solid-state image pickup device |
| CN112086537A (zh) * | 2020-09-21 | 2020-12-15 | 清华大学 | 一种高纯锗探测器 |
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