JPH0548142A - 電界効果型フオトトランジスタ - Google Patents

電界効果型フオトトランジスタ

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JPH0548142A
JPH0548142A JP3229676A JP22967691A JPH0548142A JP H0548142 A JPH0548142 A JP H0548142A JP 3229676 A JP3229676 A JP 3229676A JP 22967691 A JP22967691 A JP 22967691A JP H0548142 A JPH0548142 A JP H0548142A
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JP
Japan
Prior art keywords
amorphous silicon
silicon layer
electrode
field effect
type amorphous
Prior art date
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Pending
Application number
JP3229676A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshihiko Sakai
義彦 酒井
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Fujifilm Business Innovation Corp
Original Assignee
Fuji Xerox Co Ltd
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Publication date
Application filed by Fuji Xerox Co Ltd filed Critical Fuji Xerox Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 従来のフォトダイオード等の受光素子に比較
して光量に対する光電変換の電流のゲインを増大させて
光感度を向上させた電界効果型フォトトランジスタを得
る。 【構成】 pin非晶質シリコン層8a,8b,8c
(フォトダイオード)をゲート電極8とすることによ
り、前記pin非晶質シリコン層(フォトダイオード)
のn型非晶質シリコン8c側から光が入射することによ
りキャリアを発生させ、正の開放端電圧を生じさせ、こ
の開放端電圧がゲート電極8に印加されることによりソ
ース電極2とドレイン電極3間に電流を流す構造の電界
効果型フォトトランジスタとする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はファクシミリやイメージ
スキャナ等の光センサとして用いられる非晶質シリコン
フォトトランジスタに係り、特に光ゲインの大きな電界
効果型フォトトランジスタの構造に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、非晶質半導体材料を用いた光電変
換素子としては、図8に示すようなpinフォトダイオ
ードがある。このpinフォトダイオードは、絶縁基板
21上に、クロム(Cr),モリブデン(Mo)等から
成る下部電極22、n型の非晶質シリコン層(n層)2
3a、ノンドープの非晶質シリコン層(i層)23b、
p型の非晶質シリコン層(p層)23c、酸化インジウ
ム・スズ(ITO)等の透明導電膜で形成された透明電
極24を順次積層して構成されている。上記pinフォ
トダイオードによれば、透明電極24側から入射した光
が非晶質シリコン23内で吸収されてキャリアを発生
し、前記光量に応じた光電流を流して光電変換を行な
う。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一般
に、フォトダイオードにおいて発生する光電流(Ip)
は、フォトダイオードに単位時間内に吸収されたフォト
ン数(Np),単位電荷量(e)及び量子効率(η)の
積(η・Np・e)となる。非晶質シリコンでは、前記
量子効率(η)は可視光領域で0.7〜1.0であるた
め、光量に対する光電流のゲインは1に近く、これ以上
の光電流の増加は困難であるという問題点があった。
【0004】本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、従来のフォトダイオード等の受光素子に比較して光
量に対する光電流のゲインを増大させて光感度を向上さ
せた電界効果型フォトトランジスタ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】上記従来例の問題点を解
消するため請求項1の電界効果型フォトトランジスタ
は、互に分離されるように配置されたソース電極及びド
レイン電極と、少なくとも前記ソース電極及びドレイン
電極の端部を覆うように形成されたチャネル層と、該チ
ャネル層上に形成されたゲート絶縁膜と、チャネル領域
に対応するゲート絶縁膜上に形成したゲート電極とを具
備している。そして、前記ゲート電極は、ゲート絶縁膜
側よりp型非晶質シリコン層,ノンドープの非晶質シリ
コン層,n型非晶質シリコン層を積層したpin非晶質
シリコン層で形成されている。また、請求項2の電界効
果型フォトトランジスタは、前記pin非晶質シリコン
層に順方向となる電圧が印加可能なリセット電極をp型
非晶質シリコン層側又はn型非晶質シリコン層側に設け
ている。
【0006】
【作用】請求項1記載の発明によれば、pin非晶質シ
リコン層(フォトダイオード)をゲート電極とすること
により、前記pin非晶質シリコン層(フォトダイオー
ド)のn型非晶質シリコン側から光が入射することによ
りキャリアを発生させ、正の開放端電圧を生じさせる。
この開放端電圧がゲート電極に印加される構造の電界効
果型トランジスタとすることにより、増幅機能をもった
受光素子とすることができる。すなわち、ゲート電極に
印加される前記開放端電圧により、予め電圧が印加され
ているソース電極,ドレイン電極間に電流を流すので、
従来のフォトダイオード等の受光素子で得られる光電流
に比較してゲインの大きな電流を得ることができる。請
求項2記載の発明によれば、pin非晶質シリコン層
(フォトダイオード)に順方向となる電圧を印加可能な
電極を形成したので、前記電極に電圧を印加すれば、p
in非晶質シリコン層(フォトダイオード)に蓄積され
たキャリアは掃き出され、フォトトランジスタをリセッ
トさせることができる。
【0007】
【実施例】本発明に係る電界効果型フォトトランジスタ
の一実施例について図1を参照しながら説明する。絶縁
基板1上に互に分離されるよう形成されたソース電極2
及びドレイン電極3が形成されている。ソース電極2及
びドレイン電極3は、オーミックコンタクトをとるため
のn型非晶質シリコン膜4,5によりそれぞれ被覆され
ている。n型非晶質シリコン膜4,5により被覆された
ソース電極2及びドレイン電極3の端部を覆うように、
チャネル層6が形成されている。そして、チャネル層6
上にはゲート絶縁膜7が積層され、前記チャネル層6の
チャネル領域に対応するゲート絶縁膜7上にゲート電極
8を形成している。このゲート電極8は、ゲート絶縁膜
7側よりp型非晶質シリコン層8a,ノンドープのi型
非晶質シリコン層8b,n型非晶質シリコン層8cを積
層したpin非晶質シリコン層(フォトダイオード)で
形成されている。
【0008】次に前記電界効果型フォトトランジスタの
製造プロセスについて簡単に説明する。絶縁基板1上に
スパッタリング法等によりクロム(Cr),アルミニウ
ム(Al),モリブデン(Mo)等の金属膜を着膜し、
該金属膜上にプラズマCVD法によりリン又はひ素を混
入したn型非晶質シリコン膜を着膜する。フォトリソ工
程及びエッチング工程により同一レジストパターンによ
り前記n型非晶質シリコン膜及び金属膜をパターニング
し、オーミックコンタクトをとるためのn型非晶質シリ
コン膜4,5で被覆されたソース電極2及びドレイン電
極3を形成する。続いて、プラズマCVD法によりノン
ドープのi型非晶質シリコン膜及び非晶質シリコンナイ
トライドを着膜し、フォトリソ工程及びエッチング工程
により同一レジストパターンによりソース電極2及びド
レイン電極3の端部を覆うようにパターニングし、ゲー
ト絶縁膜7及びチャネル層6を形成する。ゲート絶縁膜
7上にプラズマCVD法により、ボロンを混入したp型
非晶質シリコン層8a,ノンドープのi型非晶質シリコ
ン層8b,リン又はひ素を混入したn型非晶質シリコン
層8cを順次積層してpin非晶質シリコン層を形成
し、フォトリソ工程及びエッチング工程により前記pi
n非晶質シリコン層をパターニングして、ソース電極2
及びドレイン電極3間に位置するゲート絶縁膜7上にp
in非晶質シリコン層(フォトダイオード)から成るゲ
ート電極8を形成する。
【0009】次に、上記構造の電界効果型フォトトラン
ジスタの動作原理について図2のエネルギーバンド図を
参照しながら説明する。n型非晶質シリコン層8c側か
ら入射した光は、i型非晶質シリコン層8b中で吸収さ
れて電子及び正孔のペアを生成する。i型非晶質シリコ
ン層8bはビルトインポテンシャルにより空乏化してい
るため、電子(図中、黒点で表示)はn型非晶質シリコ
ン層8cへ、正孔(図中、白点で表示)はp型非晶質シ
リコン層8aへそれぞれ移動し、各非晶質シリコン層は
あるポテンシャルをもつようになり開放端電圧となる正
の起電圧が生じる。この起電圧によりチャネル層6とゲ
ート絶縁膜7との界面に電子が誘起されてチャネルが形
成される。このときチャネル層6の両端側に配置された
ソース電極2及びドレイン電極3間に予め電圧を印加し
ておけば、ゲート電極8に印加される前記起電圧がトリ
ガとなりソース電極2及びドレイン電極3間に電流を流
すことができる。従来のフォトダイオード等の受光素子
で得られる光電流の大きさは、入射光に直接依存するも
のである。これに対して本実施例の電界効果型フォトト
ランジスタによるソース電極2及びドレイン電極3間に
流れる電流は、ソース電極2及びドレイン電極3間に印
加される電圧に依存する。従って、従来の受光素子にお
いて光電変換して得られる電流(光電流)に比較して、
本実施例において光電変換して得られる電流(ソース電
極2及びドレイン電極3間に流れる電流)は入射光量に
対してゲインを大きく設定することができる。また、ソ
ース電極2及びドレイン電極3間に流れる電流は、図3
に示すように、入射光量に対して指数関数的に増加する
ので、該電流に階調表示のデータを包含させることがで
きる。
【0010】図4及び図5は、電界効果型フォトトラン
ジスタの他の実施例を示すもので、フォトトランジスタ
のゲート電極8に蓄積された電荷をリセットするための
リセット電極9をn型非晶質シリコン8c上に設けてい
る。このリセット電極9は、上部よりpin非晶質シリ
コン層(フォトダイオード)に光が入射する必要がある
ため、酸化インジウム・スズ(ITO)等の透明導電膜
で形成されている。また、リセット電極9は、電界効果
型フォトトランジスタ全体を被覆する保護膜(図示せ
ず)のリセット電極9上に穿孔されたコンタクト孔10
を介して引き出し配線11に接続されている。この引き
出し配線11を介してn型非晶質シリコン層8cに負の
電圧が印加されることにより、ゲート電極8を構成する
pin非晶質シリコン層(フォトダイオード)に順方向
となるように電圧が加わり、蓄積されたキャリアは掃き
出され、フォトトランジスタをリセットさせることがで
きる。他の構成は図1と同様であるので説明を省略す
る。
【0011】図6及び図7は、電界効果型フォトトラン
ジスタの他の実施例を示すもので、フォトトランジスタ
のゲート電極8に蓄積された電荷をリセットするための
リセット電極12をp型非晶質シリコン8aとゲート絶
縁膜7との間に設けている。このリセット電極12はク
ロム(Cr)等の金属膜で形成され、ゲート絶縁膜7と
同一面積となるようゲート絶縁膜7をエッチングする際
のレジストパターンによりパターニングされる。そし
て、電界効果型フォトトランジスタ全体を被覆する保護
膜(図示せず)のリセット電極12上に穿孔されたコン
タクト孔13を介して引き出し配線14に接続されてい
る。この引き出し配線14を介してp型非晶質シリコン
層8aに正の電圧が印加されることにより、ゲート電極
8を構成するpin非晶質シリコン層(フォトダイオー
ド)に順方向となるように電圧が加わり、蓄積されたキ
ャリアは掃き出され、フォトトランジスタをリセットさ
せることができる。他の構成は図1と同様であるので説
明を省略する。
【0012】
【発明の効果】本発明によれば、pin非晶質シリコン
層(フォトダイオード)をゲート電極とすることによ
り、前記pin非晶質シリコン層(フォトダイオード)
に光を照射することにより発生するキャリアを開放端電
圧として取り出し、これがゲート電極に印加される電界
効果型フォトトランジスタとすることにより、増幅機能
をもった受光素子とすることができ、ゲート電極に印加
される前記開放端電圧により、予め電圧が印加されてい
るソース,ドレイン電極間に電流を流すので、従来のフ
ォトダイオード等の受光素子で得られる光電流に比較し
てゲインの大きな電流を得て光感度の向上を図ることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例に係る電界効果型フォトト
ランジスタの断面説明図である。
【図2】 実施例に係る電界効果型フォトトランジスタ
のエネルギーバンド図である。
【図3】 実施例に係る電界効果型フォトトランジスタ
の入射光量と電流の関係を示す特性曲線図である。
【図4】 本発明の他の実施例を示す電界効果型フォト
トランジスタの断面説明図である。
【図5】 図4の平面説明図である。
【図6】 本発明の他の実施例を示す電界効果型フォト
トランジスタの断面説明図である。
【図7】 図6の平面説明図である。
【図8】 従来、受光素子として用いられているpin
フォトダイオードの断面説明図である。
【符号の説明】
1…絶縁基板、 2…ソース電極、 3…ドレイン電
極、 6…チャネル層、7…ゲート絶縁層、 8…ゲー
ト電極、 8a…p型非晶質シリコン層、 8b…i型
非晶質シリコン層、 8c…n型非晶質シリコン層、
9…リセット電極、 12…リセット電極

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 互に分離されるように配置されたソース
    電極及びドレイン電極と、少なくとも前記ソース電極及
    びドレイン電極の端部を覆うように形成されたチャネル
    層と、該チャネル層上に形成されたゲート絶縁膜と、チ
    ャネル領域に対応するゲート絶縁膜上に形成したゲート
    電極とを具備し、該ゲート電極は、ゲート絶縁膜側より
    p型非晶質シリコン層,ノンドープの非晶質シリコン
    層,n型非晶質シリコン層を積層したpin非晶質シリ
    コン層で形成されたことを特徴とする電界効果型フォト
    トランジスタ。
  2. 【請求項2】 前記pin非晶質シリコン層に順方向と
    なる電圧が印加可能なリセット電極をp型非晶質シリコ
    ン層側又はn型非晶質シリコン層側に設けた請求項1記
    載の電界効果型フォトトランジスタ。
JP3229676A 1991-08-16 1991-08-16 電界効果型フオトトランジスタ Pending JPH0548142A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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