JPH05235398A - 薄膜光センサ - Google Patents
薄膜光センサInfo
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- JPH05235398A JPH05235398A JP4036001A JP3600192A JPH05235398A JP H05235398 A JPH05235398 A JP H05235398A JP 4036001 A JP4036001 A JP 4036001A JP 3600192 A JP3600192 A JP 3600192A JP H05235398 A JPH05235398 A JP H05235398A
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- JP
- Japan
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- electrode
- gate
- thin film
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- insulating film
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Abstract
(57)【要約】
【目的】明暗電流比を改善向上した光センサ用途の非晶
質シリコン薄膜トランジスタを提供する。 【構成】半導体層４に関し、ゲート電極２とは反対側に
絶縁膜を介して透明なゲート補助電極１０を設け、これ
に固定の電圧を印加して駆動する。 【効果】半導体層の電位浮遊の界面の制御が確実にな
り、その結果、明暗電流比が安定する。
質シリコン薄膜トランジスタを提供する。 【構成】半導体層４に関し、ゲート電極２とは反対側に
絶縁膜を介して透明なゲート補助電極１０を設け、これ
に固定の電圧を印加して駆動する。 【効果】半導体層の電位浮遊の界面の制御が確実にな
り、その結果、明暗電流比が安定する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、薄膜光センサ係り、特
に、スイッチング機能を有する光センサを構成する素子
として、単体の光センサはもちろん、集積化一次元光セ
ンサ、あるいは二次元センサに利用可能な薄膜光センサ
に関する。
に、スイッチング機能を有する光センサを構成する素子
として、単体の光センサはもちろん、集積化一次元光セ
ンサ、あるいは二次元センサに利用可能な薄膜光センサ
に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、薄膜トランジスタは、液晶ディス
プレイ等の駆動用に用いられてきた。その基本構造は、
例えば特開昭62−26862 号公報に記載されている。図５
は従来の薄膜トランジスタの一例の断面図である。図５
において、１はガラス基板、２はＣｒゲート電極、３は
第一の絶縁膜である窒化シリコン（ＳｉＮ）のゲート絶
縁膜、４はａ−Ｓｉ：Ｈの半導体層、５はｎ＋ ａ−Ｓ
ｉ：Ｈのオーミックコンタクト層、６はソース電極、７
はドレイン電極である。ソース電極、およびドレイン電
極は、Ｃｒ層とＡｌ層との二重積層構造となっている。
素子上方には、チャネル保護膜の働きをするＳｉＮによ
る第二の絶縁膜９が設けられている。
プレイ等の駆動用に用いられてきた。その基本構造は、
例えば特開昭62−26862 号公報に記載されている。図５
は従来の薄膜トランジスタの一例の断面図である。図５
において、１はガラス基板、２はＣｒゲート電極、３は
第一の絶縁膜である窒化シリコン（ＳｉＮ）のゲート絶
縁膜、４はａ−Ｓｉ：Ｈの半導体層、５はｎ＋ ａ−Ｓ
ｉ：Ｈのオーミックコンタクト層、６はソース電極、７
はドレイン電極である。ソース電極、およびドレイン電
極は、Ｃｒ層とＡｌ層との二重積層構造となっている。
素子上方には、チャネル保護膜の働きをするＳｉＮによ
る第二の絶縁膜９が設けられている。
【０００３】これと同様の構造の薄膜トランジスタを光
センサとして用いる記述が、特開昭58−18978 号公報に
見られる。これは、光センサのソース電極及びドレイン
電極側から光を照射してａ−Ｓｉ：Ｈに吸収させ、光量
に応じたソース・ドレイン間の電流を取り出すものであ
る。さらにそこには、暗状態の電流値を十分に小さくす
るためにゲート・ソース間電圧を負に保つべきであるこ
とが示されている。一方、実開平2−8055 号公報には、
この型の光センサの２次元化に最適な構造の記述があ
る。それによると、図６の等価回路及び断面図に示され
るように光センサのゲートとソースを接合することによ
り構造の簡略化が実現できる。
センサとして用いる記述が、特開昭58−18978 号公報に
見られる。これは、光センサのソース電極及びドレイン
電極側から光を照射してａ−Ｓｉ：Ｈに吸収させ、光量
に応じたソース・ドレイン間の電流を取り出すものであ
る。さらにそこには、暗状態の電流値を十分に小さくす
るためにゲート・ソース間電圧を負に保つべきであるこ
とが示されている。一方、実開平2−8055 号公報には、
この型の光センサの２次元化に最適な構造の記述があ
る。それによると、図６の等価回路及び断面図に示され
るように光センサのゲートとソースを接合することによ
り構造の簡略化が実現できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような簡
略化構造の薄膜光センサによれば、特開昭58−18978 号
公報に指摘された「明電流と暗電流の比（明暗比）が、
良好に制御できない」ことが再び問題となる。この事情
は以下の通りである。すなわち、図７は、薄膜光センサ
に用いる薄膜トランジスタのドレイン電流のゲート電圧
依存性である。簡略化構造の薄膜光センサでは、ゲート
電圧Ｖｇ＝０Ｖの電流値を用いるが、この電圧近傍では
ドレイン電流値が急峻に立ち上がるので、しきい値電圧
がわずかに負方向にシフト（曲線ａ）すると暗電流値が
急激に上昇し、明暗比が劣化してしまう。
略化構造の薄膜光センサによれば、特開昭58−18978 号
公報に指摘された「明電流と暗電流の比（明暗比）が、
良好に制御できない」ことが再び問題となる。この事情
は以下の通りである。すなわち、図７は、薄膜光センサ
に用いる薄膜トランジスタのドレイン電流のゲート電圧
依存性である。簡略化構造の薄膜光センサでは、ゲート
電圧Ｖｇ＝０Ｖの電流値を用いるが、この電圧近傍では
ドレイン電流値が急峻に立ち上がるので、しきい値電圧
がわずかに負方向にシフト（曲線ａ）すると暗電流値が
急激に上昇し、明暗比が劣化してしまう。
【０００５】本発明の目的は、上記の問題点を解決する
構造と駆動方法を有する薄膜光センサを提供することに
ある。
構造と駆動方法を有する薄膜光センサを提供することに
ある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を解決するため
に次のような技術的手段を用いた。すなわち、半導体薄
膜に関してゲート電極とは反対側に第二の絶縁膜を介し
て透明なゲート補助電極を設け、これに与える電位を固
定して駆動すればよい。
に次のような技術的手段を用いた。すなわち、半導体薄
膜に関してゲート電極とは反対側に第二の絶縁膜を介し
て透明なゲート補助電極を設け、これに与える電位を固
定して駆動すればよい。
【０００７】さらにこの点が重要であるが、ゲート補助
電極に与える電圧はソース電極に与える電圧よりも低く
保つことが一層効果的である。
電極に与える電圧はソース電極に与える電圧よりも低く
保つことが一層効果的である。
【０００８】これは、特願平3−197719号に記載したよ
うな薄膜トランジスタの特性とゲート補助電極の電圧の
関係を利用するものである。
うな薄膜トランジスタの特性とゲート補助電極の電圧の
関係を利用するものである。
【０００９】
【作用】ゲート補助電極に与える固定電圧により、ａ−
Ｓｉ：Ｈ層と第二の絶縁膜の界面部の電位が定まる。従
って、この界面部に電荷が誘起されないように、ゲート
補助電極に与える固定電圧を選択することにより、この
部分を流れる電流成分が抑制される。これにより薄膜光
センサにおいては暗電流が低く抑えられる。また、ゲー
ト補助電極は、透明導電材により形成されているので、
素子上方から、ソース・ドレイン電極間に光を入射する
ことが可能となる。
Ｓｉ：Ｈ層と第二の絶縁膜の界面部の電位が定まる。従
って、この界面部に電荷が誘起されないように、ゲート
補助電極に与える固定電圧を選択することにより、この
部分を流れる電流成分が抑制される。これにより薄膜光
センサにおいては暗電流が低く抑えられる。また、ゲー
ト補助電極は、透明導電材により形成されているので、
素子上方から、ソース・ドレイン電極間に光を入射する
ことが可能となる。
【００１０】
【実施例】（実施例１） 以下、本発明の一実施例を図１により説明する。図１
（ａ）は本実施例による薄膜トランジスタの断面図であ
る。この製造プロセスは次の通りである。ガラス基板１
上にスパッタ法により金属クロムを厚さ１５０ｎｍで堆
積する。これを、通常のホトリソグラフィ法によりパタ
ーニングを行い、ゲート電極２を形成する。ついでＣＶ
Ｄ法によりゲート絶縁膜である第一の絶縁膜層３、半導
体層としてのａ−Ｓｉ：Ｈ（水素化非晶質シリコン）４
をそれぞれ３００ｎｍ，２００ｎｍの厚さに堆積する。
さらに同じくプラズマＣＶＤ法により、オーミックコン
タクトを取るためのｎ＋ ａ−Ｓｉ：Ｈ層５も２層に続
いて堆積する。厚さは４０ｎｍである。
（ａ）は本実施例による薄膜トランジスタの断面図であ
る。この製造プロセスは次の通りである。ガラス基板１
上にスパッタ法により金属クロムを厚さ１５０ｎｍで堆
積する。これを、通常のホトリソグラフィ法によりパタ
ーニングを行い、ゲート電極２を形成する。ついでＣＶ
Ｄ法によりゲート絶縁膜である第一の絶縁膜層３、半導
体層としてのａ−Ｓｉ：Ｈ（水素化非晶質シリコン）４
をそれぞれ３００ｎｍ，２００ｎｍの厚さに堆積する。
さらに同じくプラズマＣＶＤ法により、オーミックコン
タクトを取るためのｎ＋ ａ−Ｓｉ：Ｈ層５も２層に続
いて堆積する。厚さは４０ｎｍである。
【００１１】プラズマＣＶＤ法は、真空容器中にモノシ
ランＳｉＨ4 をベースにしたガスを導入し、ＲＦパワー
を加えることによりプラズマを形成し、これにより分解
したＳｉおよび水素が基板上に堆積するものである。こ
の場合、ａ−Ｓｉが形成されるが、ＳｉＨ4 とともに窒
素やアンモニアを導入すればＳｉＮが形成される。また
ホスフィン(ＰＨ3）を導入すれば、ｎ型不純物である燐
をドープしたａ−Ｓｉを形成することができる。これら
は、ゲート絶縁膜やオーミックコンタクト層となる。膜
堆積後のａ−Ｓｉ層はパターニングされる。
ランＳｉＨ4 をベースにしたガスを導入し、ＲＦパワー
を加えることによりプラズマを形成し、これにより分解
したＳｉおよび水素が基板上に堆積するものである。こ
の場合、ａ−Ｓｉが形成されるが、ＳｉＨ4 とともに窒
素やアンモニアを導入すればＳｉＮが形成される。また
ホスフィン(ＰＨ3）を導入すれば、ｎ型不純物である燐
をドープしたａ−Ｓｉを形成することができる。これら
は、ゲート絶縁膜やオーミックコンタクト層となる。膜
堆積後のａ−Ｓｉ層はパターニングされる。
【００１２】つぎに、ソース電極６とドレイン電極７を
形成する。電極材料はＣｒとＡｌの二層膜を用いる。Ｃ
ｒはａ−ＳｉとＡｌの反応を防止するためのバッファ層
であり、Ａｌは電極の低抵抗化のためである。各々の膜
厚は１００ｎｍ，３００ｎｍである。ソース電極および
ドレイン電極はこの後パターニングして形成される。な
お、パターン化されたソースおよびドレイン電極をマス
クとしてｎ＋ ａ−Ｓｉ：Ｈ層もエッチングする。これ
は、セルフアライン工程となる。
形成する。電極材料はＣｒとＡｌの二層膜を用いる。Ｃ
ｒはａ−ＳｉとＡｌの反応を防止するためのバッファ層
であり、Ａｌは電極の低抵抗化のためである。各々の膜
厚は１００ｎｍ，３００ｎｍである。ソース電極および
ドレイン電極はこの後パターニングして形成される。な
お、パターン化されたソースおよびドレイン電極をマス
クとしてｎ＋ ａ−Ｓｉ：Ｈ層もエッチングする。これ
は、セルフアライン工程となる。
【００１３】この後、チャネル保護膜としてプラズマＣ
ＶＤによるＳｉＮを用いて第二の絶縁膜層９を設け、次
にソース・ドレイン電極と重畳するようにインジウム錫
酸化膜（ＩＴＯ）の６００ｎｍを用いてゲート補助電極
１０を形成する。このようにゲート補助電極を光の透過
率の大きい導電膜で形成すると、センサへの光の入射を
さえぎることがない。
ＶＤによるＳｉＮを用いて第二の絶縁膜層９を設け、次
にソース・ドレイン電極と重畳するようにインジウム錫
酸化膜（ＩＴＯ）の６００ｎｍを用いてゲート補助電極
１０を形成する。このようにゲート補助電極を光の透過
率の大きい導電膜で形成すると、センサへの光の入射を
さえぎることがない。
【００１４】このように作製した薄膜トランジスタに図
１（ｂ）のように電圧を印加する。すなわち、ゲート電
極，ソース電極，ドレイン電極にそれぞれ電圧Ｖｇ＝Ｖ
ｓ（＝０Ｖ），Ｖｄ（＝１０Ｖ）を印加する。これは、
例えば、図６のように素子内にゲート２とソース６の接
合を設ける（但し図１（ａ）には示さず）か、素子外す
なわち駆動回路側で接続すれば実現できる。さらに、透
明ゲート補助電極には固定電圧Ｖｌｓ（−１０）を印加
する。
１（ｂ）のように電圧を印加する。すなわち、ゲート電
極，ソース電極，ドレイン電極にそれぞれ電圧Ｖｇ＝Ｖ
ｓ（＝０Ｖ），Ｖｄ（＝１０Ｖ）を印加する。これは、
例えば、図６のように素子内にゲート２とソース６の接
合を設ける（但し図１（ａ）には示さず）か、素子外す
なわち駆動回路側で接続すれば実現できる。さらに、透
明ゲート補助電極には固定電圧Ｖｌｓ（−１０）を印加
する。
【００１５】図２にこのような電圧条件で光８を素子上
方より照射した場合のドレイン電流のゲート電圧依存性
（Ｉｄ−Ｖｇ特性）を示す。同図に明らかなように、ゲ
ート補助電極の無いときに比べ、しきい値電圧が正方向
にシフトするのでＶｇ＝０Ｖのときの暗電流が低く抑え
られている。
方より照射した場合のドレイン電流のゲート電圧依存性
（Ｉｄ−Ｖｇ特性）を示す。同図に明らかなように、ゲ
ート補助電極の無いときに比べ、しきい値電圧が正方向
にシフトするのでＶｇ＝０Ｖのときの暗電流が低く抑え
られている。
【００１６】なお、上の電圧表記はソース電位（０Ｖ）
を基準にしたものである。すなわち、ソース電位がＶｓ
と表されるときには、Ｖｇ，Ｖｄ，ＶｌｓはそれぞれＶ
ｇ−Ｖｓ，Ｖｄ−Ｖｓ，Ｖｌｓ−Ｖｓとなる。
を基準にしたものである。すなわち、ソース電位がＶｓ
と表されるときには、Ｖｇ，Ｖｄ，ＶｌｓはそれぞれＶ
ｇ−Ｖｓ，Ｖｄ−Ｖｓ，Ｖｌｓ−Ｖｓとなる。
【００１７】本実施例によれば、暗電流の増大をきたす
ことなく、しきい値電圧を十分に制御して駆動できる薄
膜光センサを提供することができる。
ことなく、しきい値電圧を十分に制御して駆動できる薄
膜光センサを提供することができる。
【００１８】（実施例２） 本発明の第２の実施例は、薄膜光センサを２次元化した
ものである。まず一画素の等価回路を図３に示す。各画
素は、蓄積容量Ｃ，薄膜光センサＳ，スイッチング用薄
膜トランジスタＴからなる。上述のように、薄膜光セン
サＳのゲートはソースと接続されている。
ものである。まず一画素の等価回路を図３に示す。各画
素は、蓄積容量Ｃ，薄膜光センサＳ，スイッチング用薄
膜トランジスタＴからなる。上述のように、薄膜光セン
サＳのゲートはソースと接続されている。
【００１９】図４は、画素を縦横に配列したイメージセ
ンサの等価回路である。薄膜光センサＳのゲート及びソ
ースは蓄積容量の一方の端子とともに共通の接地ライン
（但し図示せず）に接続されている。また、スイッチン
グ用薄膜トランジスタＴのゲート電極は、垂直走査線Ｇ
に接続され、ドレイン電極は信号線Ｄに接続される。さ
らに薄膜光センサＳのゲート補助電極は共通のバイアス
線に接続されて固定電圧Ｖｌｓが印加され、イメージセ
ンサが構成される。このイメージセンサによれば、低暗
電流の薄膜光センサを用いているので、感度の高い撮像
が可能となる。
ンサの等価回路である。薄膜光センサＳのゲート及びソ
ースは蓄積容量の一方の端子とともに共通の接地ライン
（但し図示せず）に接続されている。また、スイッチン
グ用薄膜トランジスタＴのゲート電極は、垂直走査線Ｇ
に接続され、ドレイン電極は信号線Ｄに接続される。さ
らに薄膜光センサＳのゲート補助電極は共通のバイアス
線に接続されて固定電圧Ｖｌｓが印加され、イメージセ
ンサが構成される。このイメージセンサによれば、低暗
電流の薄膜光センサを用いているので、感度の高い撮像
が可能となる。
【００２０】
【発明の効果】本発明によれば、ゲート補助電極の電位
を固定して駆動されるので、第二の絶縁膜と半導体層の
界面を安定して制御することができる。従って低い暗電
流を確保することができ、高い明暗比を実現することが
できる。
を固定して駆動されるので、第二の絶縁膜と半導体層の
界面を安定して制御することができる。従って低い暗電
流を確保することができ、高い明暗比を実現することが
できる。
【図１】本発明の実施例１の薄膜光センサの断面図
（ａ）と回路図（ｂ）。
（ａ）と回路図（ｂ）。
【図２】本発明の実施例１の薄膜光センサのＩｄ−Ｖｇ
特性図。
特性図。
【図３】本発明の実施例２の薄膜光センサを用いた画素
を示す回路図。
を示す回路図。
【図４】本発明の実施例２の２次元薄膜光センサの等価
回路図。
回路図。
【図５】従来の薄膜トランジスタの断面図。
【図６】従来の薄膜光センサの断面図と回路図。
【図７】従来の薄膜光センサのＩｄ−Ｖｇ特性図。
１…ガラス基板、２…ゲート電極、３…ゲート絶縁膜、
４…半導体層、５…オーミックコンタクト層、６…ソー
ス電極、７…ドレイン電極、８…入射光、９…第二の絶
縁膜、１０…透明ゲート補助電極。
４…半導体層、５…オーミックコンタクト層、６…ソー
ス電極、７…ドレイン電極、８…入射光、９…第二の絶
縁膜、１０…透明ゲート補助電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 9056−4Ｍ Ｈ０１Ｌ 29/78 ３１１ Ｊ
Claims (5)
- 【請求項１】少なくともゲート電極，ゲート絶縁膜であ
る第一の絶縁膜，半導体層，ソース電極およびドレイン
電極を有し、前記半導体層に関し前記ゲート電極とは反
対側に第二の絶縁膜を介して導電性のゲート補助電極を
含む薄膜光センサであって、 前記ゲート補助電極が透明電極で形成され、光が透明電
極側から入射され、前記ゲート補助電極の電位を固定し
て駆動することを特徴とする薄膜光センサ。 - 【請求項２】請求項１において、前記薄膜光センサの前
記ゲート電極と前記ソース電極を接合した薄膜光セン
サ。 - 【請求項３】請求項１または２において、前記ソース電
極および前記ゲート補助電極の電位をそれぞれ、Ｖｓ，
ＶｌｓとしたときにＶｌｓ≦Ｖｓ＋５Ｖの電圧領域で駆
動する薄膜光センサ。 - 【請求項４】請求項１または２において、前記ソース電
極および前記ゲート補助電極の電位をそれぞれ、Ｖｓ，
ＶｌｓとしたときにＶｌｓ≦Ｖｓの電圧領域で駆動する
薄膜光センサ。 - 【請求項５】請求項１，２，３または４において、前記
半導体層が水素化非晶質シリコンからなる薄膜光セン
サ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4036001A JPH05235398A (ja) | 1992-02-24 | 1992-02-24 | 薄膜光センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4036001A JPH05235398A (ja) | 1992-02-24 | 1992-02-24 | 薄膜光センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05235398A true JPH05235398A (ja) | 1993-09-10 |
Family
ID=12457551
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4036001A Pending JPH05235398A (ja) | 1992-02-24 | 1992-02-24 | 薄膜光センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05235398A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20000038298A (ko) * | 1998-12-05 | 2000-07-05 | 구본준 | 이미지소자, 센서박막트랜지스터와 그 제조방법. |
| JP2004228516A (ja) * | 2003-01-27 | 2004-08-12 | Canon Inc | 放射線撮像装置、その駆動方法及びその製造方法 |
| JP2012138572A (ja) * | 2010-12-10 | 2012-07-19 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 光電変換素子、光電変換回路及び表示装置 |
| JP2017038038A (ja) * | 2015-08-10 | 2017-02-16 | Ｎｌｔテクノロジー株式会社 | 光センサ素子及び光電変換装置 |
| US10439069B2 (en) | 2015-08-10 | 2019-10-08 | Nlt Technologies, Ltd. | Optical sensor element and photoelectric conversion device |
| CN113284915A (zh) * | 2021-05-24 | 2021-08-20 | 信利半导体有限公司 | 一种双栅π型薄膜晶体管光学感应器的制作方法及光学感应器及电子设备 |
| CN115207003A (zh) * | 2021-04-09 | 2022-10-18 | 和鑫光电股份有限公司 | 光感测装置的光感测单元 |
-
1992
- 1992-02-24 JP JP4036001A patent/JPH05235398A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20000038298A (ko) * | 1998-12-05 | 2000-07-05 | 구본준 | 이미지소자, 센서박막트랜지스터와 그 제조방법. |
| JP2004228516A (ja) * | 2003-01-27 | 2004-08-12 | Canon Inc | 放射線撮像装置、その駆動方法及びその製造方法 |
| JP4659337B2 (ja) * | 2003-01-27 | 2011-03-30 | キヤノン株式会社 | 放射線撮像装置、その駆動方法及びその製造方法 |
| JP2012138572A (ja) * | 2010-12-10 | 2012-07-19 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 光電変換素子、光電変換回路及び表示装置 |
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| US10439069B2 (en) | 2015-08-10 | 2019-10-08 | Nlt Technologies, Ltd. | Optical sensor element and photoelectric conversion device |
| CN115207003A (zh) * | 2021-04-09 | 2022-10-18 | 和鑫光电股份有限公司 | 光感测装置的光感测单元 |
| CN113284915A (zh) * | 2021-05-24 | 2021-08-20 | 信利半导体有限公司 | 一种双栅π型薄膜晶体管光学感应器的制作方法及光学感应器及电子设备 |
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