JPH0563174A

JPH0563174A - 撮像装置

Info

Publication number: JPH0563174A
Application number: JP3252933A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Ogishi; 毅大岸
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1991-09-03
Filing date: 1991-09-03
Publication date: 1993-03-12

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、電子銃部を小型化，軽量化し、か
つ電子銃部の構造を簡単化して、組立時間の短縮を図
る。【構成】基板１１上に複数のトンネル冷陰極１８をマ
トリクス状に配設し、かつ各トンネル冷陰極１８の下部
電極１２同士を行方向または列方向に接続するとともに
各トンネル冷陰極１８の上部電極１６同士を当該下部電
極１２の接続方向に対して直交する方向に接続して電子
銃部１７を形成する。この電子銃部１７の上面には絶縁
膜１９を成膜する。さらに絶縁膜１９の上面に光電変換
部２１を設ける。また各トンネル冷陰極１８と光電変換
部２１との間の絶縁膜１９には真空領域２０を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、テレビジョンカメラや
ビデオカメラの撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】可視光像を電気信号に変換する撮像装置
の一つに撮像管がある。撮像管は、光信号を電気信号に
変換する光電変換部と、光電変換された電気信号を出力
するために光電変換部を電子ビームで走査する電子銃部
とによりなる。上記電子銃部には、カソードより放出し
た電子をビーム状に収束させる収束電極や、収束させた
電子ビームを走査する偏向電極等が設けられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記撮
像装置では、電子銃部が収束電極や偏向電極等で構成さ
れているために、電子ビームの収束性，走査性を低下さ
せることなく電子銃部の構造を小型化，軽量化すること
は極めて困難である。また、電子銃部を形成するには、
電子銃部のフレームや各電極等を個別に製造してから組
み立てるので、製造工程が複雑になり、組立てに時間が
かかる。本発明は、小型かつ軽量な撮像装置を提供する
ことを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するためになされた撮像装置である。すなわち、基板
上に複数のトンネル冷陰極をマトリクス状に配設し、か
つ各トンネル冷陰極の下部電極同士を行方向または列方
向に接続するとともに各トンネル冷陰極の上部電極同士
を当該下部電極の接続方向に対して直交する方向に接続
して、電子銃部を形成する。電子銃部の上面には絶縁膜
を成膜し、この絶縁膜の上面には光電変換部を設ける。
さらに各トンネル冷陰極と光電変換部との間の絶縁膜に
真空領域を設ける。

【０００５】

【作用】上記構成の撮像装置では、マトリクス状に配設
したトンネル冷陰極を順に動作させることによって、当
該トンネル冷陰極より光電変換部に電子が順次放出さ
れ、光電変換部で変換された電気信号が出力される。こ
の動作をマトリクス状に配設した各トンネル冷陰極に対
して順に行うことにより、光電変換部は全面にわたって
放出電子で走査されて、光電変換された電気信号は順次
出力される。このため、カソード（陰極）より放出した
電子ビームを収束させる収束電極や電子ビームを走査す
る偏向電極を設ける必要がなくなる。

【０００６】

【実施例】本発明の実施例を図１の概略断面図および図
２に示す電子銃部のレイアウト図により説明する。図に
示すように、基板１１の上層には、複数の下部電極１２
がほぼ平行に形成されている。上記基板１１は、例えば
Ｐ型の単結晶シリコンよりなる。また上記下部電極１２
は、例えば基板１１にＮ型不純物を導入してなるｎ⁺拡
散層で形成される。各下部電極１２側の基板１１の全面
には、当該各下部電極１２を覆う状態に電極間絶縁膜１
３が形成されている。電極間絶縁膜１３は、例えば酸化
シリコン（ＳｉＯ₂）膜よりなる。

【０００７】上記下部電極１２上の電極間絶縁膜１３の
所定の複数位置には孔１４が形成されている。各孔１４
の底部には、下部電極１２に接続する状態に例えばＳｉ
Ｏ₂よりなるトンネル絶縁膜１５が形成されている。上
記電極間絶縁膜１３に上面には、上記各トンネル絶縁膜
１５に接続する状態にかつ各下部電極１２と直交する状
態に、複数の上部電極１６がほぼ平行に形成されてい
る。上記の如くに形成した下部電極１２，電極間絶縁膜
１３，トンネル絶縁膜１５および上部電極１６とによっ
てトンネル冷陰極型の電子銃部１７は構成される。また
下部電極１２，トンネル絶縁膜１５，上部電極１６とが
積層されている部分がトンネル冷陰極１８になる。

【０００８】さらに各上部電極１６側の全面に絶縁膜１
９が成膜されている。上記各トンネル冷陰極１８上の絶
縁膜１９には、孔よりなる真空領域２０が設けられてい
る。上記絶縁膜１９の上面には、光電変換部２１が設け
られている。光電変換部２１は、非晶質セレン，セレン
化亜鉛，テルル化カドミウム亜鉛，非晶質水素化シリコ
ン等の光導電膜あるいは単結晶シリコンのＰ−Ｎ接合に
よる接合ダイオード，ショットキーバリアダイオード等
の光電変換機能を有する素子材料により形成される。ま
た光電変換部２１の上面には、撮影する光線を透過する
透明電極２２が接合されている。透明電極２２は、通常
のＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍｔｉｎＯｘｉｄｅ）等で形
成される。上記の如くに撮像装置１は構成される。

【０００９】上記撮像装置１の基板１１は、機械的強
度，耐熱性等の条件を満たしかつ上層に下部電極１２を
形成できる材料であればよく、上記Ｐ型の単結晶シリコ
ンの他に、例えば低濃度のＮ型不純物を含む単結晶シリ
コンや化合物半導体等で形成することも可能である。ま
た下部電極１２をＮ型の不純物拡散層で形成したが、金
属膜で形成することもできる。

【００１０】次に上記撮像装置１の動作を図３により説
明する。図に示すように、水平走査回路３１，垂直走査
回路３２によりそれぞれに選択された下部電極１２，上
部電極１６が交差した部分のトンネル冷陰極１８が動作
して、電子を放出する。放出された電子は、当該真空領
域２０（図１参照）を飛行して、当該トンネル冷陰極１
８上の光電変換部２１（図１参照）に当たる。このとき
光電変換部２１で光電変換された電気信号は、光電変換
部２１の上面に接合した透明電極２２を介して、外部回
路（図示せず）に出力される。各走査回路３１，３２に
よって上記トンネル冷陰極１８を行方向または列方向に
順次動作させることにより、光電変換部２１の全面にわ
たって、電子が走査される。このため、光電変換部２１
で光電変換された電気信号は、順次透明電極２２を介し
て外部回路（図示せず）に出力される。電気信号の出力
動作は、従来の撮像管の場合と同様である。

【００１１】次に上記撮像装置１の製造方法の一例を図
４の製造工程図により説明する。図において、第４，第
５の工程を説明する図は、第３の工程を説明する図のＡ
−Ａ線方向より見た断面によって示す。図に示すよう
に、第１の工程で、通常のホトリソグラフィーによっ
て、Ｐ型または低濃度のＮ型不純物を含む単結晶シリコ
ンよりなる基板１１の上面に、レジストでイオン注入マ
スク４１を形成する。次いで通常のイオン注入法によっ
て、上記基板１１の上層にｎ型不純物を導入して、複数
の縞状のｎ⁺拡散層よりなる下部電極１２を形成する。

【００１２】続いて第２の工程で、上記イオン注入マス
ク４１を、例えばアッシャー処理で除去する。その後、
例えば化学的気相成長法によって、下部電極１２の上面
と基板１１の上面とに、例えばＳｉＯ₂よりなる電極間
絶縁膜１３を形成する。次いでホトリソグラフィーによ
って、例えばレジストよりなるエッチングマスク４２を
形成する。その後エッチングによって、電極間絶縁膜１
３の２点鎖線で示す部分を除去し、各下部電極１２上の
電極間絶縁膜１３の所定位置に孔１４を形成する。

【００１３】次いで第３の工程で、上記エッチングマス
ク４２を、例えばアッシャー処理で除去する。その後、
例えば熱酸化法によって、各孔１４の底部に露出してい
る基板１１を酸化して、ＳｉＯ₂よりなるトンネル絶縁
膜１５を形成する。トンネル絶縁膜１５は、トンネル冷
陰極に動作電圧を印加した際に、破壊的な故障を起こす
ことがない程度の絶縁耐圧を有する材料でかつトンネル
透過する電子に対して散乱を生じることがない材料とし
て、例えば高品質なＳｉＯ₂，サファイア（α−Ａｌ₂
Ｏ₃），フッ化カルシウム（ＣａＦ）等で形成される。
トンネル絶縁膜１５をＳｉＯ₂で形成する場合には、熱
酸化法の他に、例えば化学的気相成長法またはスパッタ
リング法等により形成することも可能である。またトン
ネル絶縁膜１５をα−Ａｌ₂Ｏ₃，ＣａＦ等で形成する
場合には、エピタキシャル成長法により選択的に成長さ
せる。エピタキシャル成長法の他に、例えばスパッタリ
ング法または化学的気相成長法等により形成することも
できる。

【００１４】次いで第４の工程で、例えばスパッタリン
グ法によって、トンネル絶縁膜１５上と電極間絶縁膜１
３の表面とに金よりなる導電膜４３を成膜する。その
後、通常のホトリソグラフィーによって、例えばレジス
トよりなるエッチングマスク４４を形成する。その後エ
ッチングによって、導電膜４３の２点鎖線で示す部分を
除去し、下部電極１２に直交する状態にかつ各孔１４を
覆ってトンネル絶縁膜１５に接続する状態に、導電膜４
３で複数の上部電極１６を形成する。上部電極１６の材
料としては、例えば高純度の金（Ａｕ），アルミニウム
（Ａｌ）等が用いられる。すなわち、トンネル絶縁膜１
５に均一な電圧（電界）を印加することが可能で、トン
ネル透過した電子に対して散乱を発生することがなく、
かつ動作電圧を低くするために仕事関数が小さい物質で
あればよい。上記の如くに形成した下部電極１２，電極
間絶縁膜１３，トンネル絶縁膜１５，上部電極１６と
で、電子銃部１７が構成される。また下部電極１２，ト
ンネル絶縁膜１５，上部電極１６とが積層する部分がト
ンネル冷陰極１８になる。

【００１５】その後第５の工程で、上記エッチングマス
ク４４を、例えばアッシャー処理で除去する。続いて例
えば化学的気相成長法によって、上部電極１６側の全面
にＳｉＯ₂よりなる絶縁膜１９を成膜する。次いで、通
常のホトリソグラフィーとエッチングとによって、各ト
ンネル冷陰極１８上の絶縁膜１９に孔を形成する。形成
した各孔の内部空間が真空領域２０になる。その後、真
空中で、絶縁膜１９上に光導電膜よりなる光電変換部
（図示せず）を貼り合わせる。光電変換部は、例えば非
晶質セレン，セレン化亜鉛，テルル化カドミウム亜鉛ま
たは非晶質水素化シリコン等よりなる。上記の如くし
て、撮像装置１は完成される。

【００１６】上記下部電極１２を金属膜で形成する場合
には、スパッタリング法または蒸着法等によって、基板
１１の上面にＡｕまたはＡｌ等で金属膜（図示せず）を
形成する。そしてホトリソグラフィーとエッチングとに
よって、金属膜で下部電極１２を形成する。その後エッ
チングに用いたエッチングマスク（図示せず）を除去す
る。

【００１７】また上記トンネル絶縁膜１５は、電子に対
する障壁を形成する物質であればよく、その障壁をヘテ
ロ接合によって形成してもよい。例えば、エピタキシャ
ル成長によって、各孔１４の底部に露出している基板１
１の上面にサファイア（α−Ａｌ₂Ｏ₃），シリカ（α
−ＳｉＯ₂）またはスピネル（ＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃）等
の薄膜を形成して、トンネル絶縁膜１５とすることも可
能である。

【００１８】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
基板上に複数のトンネル冷陰極をマトリクス状に配設し
て電子銃部を形成し、各トンネル冷陰極上に真空領域を
介して光電変換部を形成した。このため、撮像装置は小
型化かつ軽量化できる。また通常の半導体製造プロセス
技術で電子銃部を形成することができるので、製造工程
の簡単化が図れる。よって製造時間の短縮が可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の撮像装置の概略断面図である。

【図２】図１中の電子銃部のレイアウト図である。

【図３】撮像装置の動作説明図である。

【図４】撮像装置の製造工程図である。

【符号の説明】

１１基板１２下部電極１５トンネル絶縁膜１６上部電極１７電子銃部１８トンネル冷陰極１９絶縁膜２０真空領域２１光電変換部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に複数のトンネル冷陰極をマトリ
クス状に配設し、かつ各トンネル冷陰極の下部電極同士
を行方向または列方向に接続するとともに各トンネル冷
陰極の上部電極同士を当該下部電極の接続方向に対して
直交する方向に接続した電子銃部と、前記電子銃部の上面に成膜した絶縁膜と、前記絶縁膜の上面に設けた光電変換部と、前記各トンネル冷陰極と前記光電変換部との間の前記絶
縁膜に設けた真空領域とよりなることを特徴とする撮像
装置。