JPH07120765B2 - センサ装置、光導電型センサの駆動方法及び駆動装置 - Google Patents
センサ装置、光導電型センサの駆動方法及び駆動装置Info
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- JPH07120765B2 JPH07120765B2 JP60288180A JP28818085A JPH07120765B2 JP H07120765 B2 JPH07120765 B2 JP H07120765B2 JP 60288180 A JP60288180 A JP 60288180A JP 28818085 A JP28818085 A JP 28818085A JP H07120765 B2 JPH07120765 B2 JP H07120765B2
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はセンサ装置、光導電型センサの駆動方法及び駆
動装置に係り、特に信号電流が大きく、かつ光に対する
応答性を向上させることを企図したセンサ装置、光導電
型センサの駆動方法及び駆動装置に関する。
動装置に係り、特に信号電流が大きく、かつ光に対する
応答性を向上させることを企図したセンサ装置、光導電
型センサの駆動方法及び駆動装置に関する。
本発明によるセンサ装置、光導電型センサの駆動方法及
び駆動装置は、たとえばファクシミリ、デジタルコピ
ー、あるいはイメージリーダ等の画像入力部などに適用
される。
び駆動装置は、たとえばファクシミリ、デジタルコピ
ー、あるいはイメージリーダ等の画像入力部などに適用
される。
［従来技術］ 近年、ファクシミリやデジタルコピー等のいわゆる電子
事務機の普及に伴ない、小型で低コストの画像入力装置
の需要が高まっている。そこで、原稿に直接接触できる
とともに、結像系の不要であるか又は結像系の動作距離
の短かい等倍型ラインセンサが注目されている。
事務機の普及に伴ない、小型で低コストの画像入力装置
の需要が高まっている。そこで、原稿に直接接触できる
とともに、結像系の不要であるか又は結像系の動作距離
の短かい等倍型ラインセンサが注目されている。
等倍型ラインセンサは実際の原稿の一辺と同じ長さが必
要であるために、高解像度を得るには多数のセンサを高
密度に形成する必要がある。そのために、CdS・Seや水
素化非晶質シリコン（以下、ａ−Si:Hとする。）等の薄
膜半導体を用いるのが好適である。
要であるために、高解像度を得るには多数のセンサを高
密度に形成する必要がある。そのために、CdS・Seや水
素化非晶質シリコン（以下、ａ−Si:Hとする。）等の薄
膜半導体を用いるのが好適である。
この薄膜半導体を用いたフォトセンサには、大きく分け
てフォトダイオード型および光導電型の二種類がある。
てフォトダイオード型および光導電型の二種類がある。
フォトダイオード型では、電極間に逆バイアス電圧が印
加されているために、光によって発生した電子・正孔対
が各々の両電極に到達して逆方向電流が流れるのみであ
り、それ以上電極からキャリアは注入されない。
加されているために、光によって発生した電子・正孔対
が各々の両電極に到達して逆方向電流が流れるのみであ
り、それ以上電極からキャリアは注入されない。
それに対して、光導電型では、電子又は正孔が電極から
注入可能であるために、半導体内の電子又は正孔の密度
が十分に高くなり、電極間に電圧を印加することによっ
てフォトダイオード型に比べて遥かに大きな出力電流を
得ることができる。
注入可能であるために、半導体内の電子又は正孔の密度
が十分に高くなり、電極間に電圧を印加することによっ
てフォトダイオード型に比べて遥かに大きな出力電流を
得ることができる。
第７図は、従来の光導電型センサの概略的構成図であ
る。
る。
同図において、ガラス又はセラミクス等の絶縁物基板１
上には、光導電層としてのCdS・Seやａ−Si:H等の半導
体層２が形成され、更にオーミックコンタクト用のドー
ピング半導体層３および３′を介して一対の電極４およ
び４′が形成されている。ただし、電極から半導体層２
へ注入されるキャリアが電子であれば、ドーピング半導
体層３および３′はｎ型、正孔であればｐ型である。
上には、光導電層としてのCdS・Seやａ−Si:H等の半導
体層２が形成され、更にオーミックコンタクト用のドー
ピング半導体層３および３′を介して一対の電極４およ
び４′が形成されている。ただし、電極から半導体層２
へ注入されるキャリアが電子であれば、ドーピング半導
体層３および３′はｎ型、正孔であればｐ型である。
このような構成において、基板１側（基板１が透明な場
合）又は電極４および４′側から光が入射すると、電極
４および４′間の半導体層２内には光励起によって電導
に寄与する電子又は正孔の密度が高くなる。したがっ
て、図示されるように電極４および４′間に電圧を印加
しておけば、光入射によって大きな信号電流を流れ、図
示されていない負荷抵抗の両端から大きな出力を得るこ
とができる。
合）又は電極４および４′側から光が入射すると、電極
４および４′間の半導体層２内には光励起によって電導
に寄与する電子又は正孔の密度が高くなる。したがっ
て、図示されるように電極４および４′間に電圧を印加
しておけば、光入射によって大きな信号電流を流れ、図
示されていない負荷抵抗の両端から大きな出力を得るこ
とができる。
このように大きな出力信号が得られるために、光導電型
センサの信号読取回路の負担が軽減され、光導電型セン
サを用いた等倍型ラインセンサ等を高感度、かつ低コス
トで構成することができる。
センサの信号読取回路の負担が軽減され、光導電型セン
サを用いた等倍型ラインセンサ等を高感度、かつ低コス
トで構成することができる。
［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記従来の光導電型センサは光に対する
応答性が十分ではないために、たとえば多数の画素セン
サを有する等倍型ラインセンサを構成した場合、高速で
原稿を読取ることができないという問題点を有してい
た。
応答性が十分ではないために、たとえば多数の画素セン
サを有する等倍型ラインセンサを構成した場合、高速で
原稿を読取ることができないという問題点を有してい
た。
［問題点を解決するための手段］ 本発明のセンサ装置は、光導電層上に受光領域となる部
分を隔ててキャリア注入を許す一対の主電極が設けら
れ、かつ少なくとも前記受光領域となる部分では前記光
導電層とゲート電極とが絶縁層を介して積層された構造
を有する光導電型センサと、前記受光領域への入射光を
実質的に感知できる位置に設けられ、入射光の照度を検
出するための受光手段と、該受光手段の出力に基づい
て、前記入射光の照度が大きい程前記ゲート電極に印加
する電圧の絶対値を小さく調整するための電圧調整手段
と、前記光導電型センサ、前記受光手段および前記電圧
調整手段とをその上に有する基板と、を有することを特
徴とする。
分を隔ててキャリア注入を許す一対の主電極が設けら
れ、かつ少なくとも前記受光領域となる部分では前記光
導電層とゲート電極とが絶縁層を介して積層された構造
を有する光導電型センサと、前記受光領域への入射光を
実質的に感知できる位置に設けられ、入射光の照度を検
出するための受光手段と、該受光手段の出力に基づい
て、前記入射光の照度が大きい程前記ゲート電極に印加
する電圧の絶対値を小さく調整するための電圧調整手段
と、前記光導電型センサ、前記受光手段および前記電圧
調整手段とをその上に有する基板と、を有することを特
徴とする。
本発明の光導電型センサの駆動方法は、光導電層上に受
光領域となる部分を隔ててキャリア注入を許す一対の主
電極が設けられ、かつ少なくとも前記受光領域となる部
分では前記光導電層とゲート電極とが絶縁層を介して積
層された構造を有する光導電型センサの駆動方法におい
て、前記受光領域への入射光を実質的に感知し、該入射
光の照度を検出するための前記光導電型センサと異なる
受光手段によって検出された入射光の照度が大きい程、
前記ゲート電極に印加する電圧の絶対値を小さくするこ
とを特徴とする。
光領域となる部分を隔ててキャリア注入を許す一対の主
電極が設けられ、かつ少なくとも前記受光領域となる部
分では前記光導電層とゲート電極とが絶縁層を介して積
層された構造を有する光導電型センサの駆動方法におい
て、前記受光領域への入射光を実質的に感知し、該入射
光の照度を検出するための前記光導電型センサと異なる
受光手段によって検出された入射光の照度が大きい程、
前記ゲート電極に印加する電圧の絶対値を小さくするこ
とを特徴とする。
本発明の光導電型センサの駆動装置は、光導電層上に受
光領域となる部分を隔ててキャリア注入を許す一対の主
電極が設けられ、かつ少なくとも前記受光領域となる部
分では前記光導電層とゲート電極とが絶縁層を介して積
層された構造を有する光導電型センサの駆動装置におい
て、前記受光領域への入射光を実質的に感知できる位置
に受光手段が設けられ、入射光の照射を検出する該受光
手段の出力に基づいて、前記入射光の照度が大きい程前
記ゲート電極に印加する電圧の絶対値を小さく調整する
電圧調整手段を有することを特徴とする。
光領域となる部分を隔ててキャリア注入を許す一対の主
電極が設けられ、かつ少なくとも前記受光領域となる部
分では前記光導電層とゲート電極とが絶縁層を介して積
層された構造を有する光導電型センサの駆動装置におい
て、前記受光領域への入射光を実質的に感知できる位置
に受光手段が設けられ、入射光の照射を検出する該受光
手段の出力に基づいて、前記入射光の照度が大きい程前
記ゲート電極に印加する電圧の絶対値を小さく調整する
電圧調整手段を有することを特徴とする。
［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。まず、本発明の実施例を説明に先だって、本発明に
用いられる光導電型センサについて説明する。
る。まず、本発明の実施例を説明に先だって、本発明に
用いられる光導電型センサについて説明する。
第８図は、本発明に用いられる光導電型センサおよびそ
の駆動方法についての概略を説明するための基本構成図
である。
の駆動方法についての概略を説明するための基本構成図
である。
同図において、透明又は不透明の絶縁物基板１上には、
透明又は不透明の導電層がパターニングされてゲート電
極５が形成され、更にSiOxやSiNx等の絶縁層６がスパッ
タリング法やグロー放電法等によって形成されている。
絶縁層６上には、上述したように光導電層としてのCdS
・Seやａ−Si:H等の半導体層２、ドーピング半導体層３
および３′、電極４および４′（ここではドレイン電極
４およびソース電極４′とする。）が各々形成されてい
る。ただし、ここではドーピング半導体層３および３′
をｎ型で形成し、電子を注入キャリアとする場合を示
す。
透明又は不透明の導電層がパターニングされてゲート電
極５が形成され、更にSiOxやSiNx等の絶縁層６がスパッ
タリング法やグロー放電法等によって形成されている。
絶縁層６上には、上述したように光導電層としてのCdS
・Seやａ−Si:H等の半導体層２、ドーピング半導体層３
および３′、電極４および４′（ここではドレイン電極
４およびソース電極４′とする。）が各々形成されてい
る。ただし、ここではドーピング半導体層３および３′
をｎ型で形成し、電子を注入キャリアとする場合を示
す。
このような構成の光導電型センサにおいて、図示されて
いるように、電極４および４′間に直流電源７を、ソー
ス電極４′およびゲート電極５間に可変直流電源８を各
々接続する。ただし、可変直流電源８は極性も転換でき
るものとする。
いるように、電極４および４′間に直流電源７を、ソー
ス電極４′およびゲート電極５間に可変直流電源８を各
々接続する。ただし、可変直流電源８は極性も転換でき
るものとする。
次に、上記ゲート電極５の電位を変化させた時の電極４
および４′間に流れる電流の変化を第９図を参照しなが
ら説明する。
および４′間に流れる電流の変化を第９図を参照しなが
ら説明する。
第９図（Ａ）〜（Ｃ）は、ゲート電極５の電位が一方の
ソース電極４′に対して各々正、同電位および負の場合
の半導体層２内の電子の状態を示す模式図である。ただ
し、説明の都合上、トラップされた電子は図示されてい
ない。
ソース電極４′に対して各々正、同電位および負の場合
の半導体層２内の電子の状態を示す模式図である。ただ
し、説明の都合上、トラップされた電子は図示されてい
ない。
まず、同図（Ａ）に示すように、ゲート電極５を電極
４′に対して正電位にすると、ゲート電極５の容量に応
じて半導体層２の絶縁層６との界面に電子９が蓄積され
チャネルが形成される。このチャネルを通して電極４お
よび４′間に大きな電流がながれる。この状態は、電界
効果トランジスタのON状態であり、光入射の有無に関係
なく大きな電流が流れるためにフォトセンサとしては使
用できない。
４′に対して正電位にすると、ゲート電極５の容量に応
じて半導体層２の絶縁層６との界面に電子９が蓄積され
チャネルが形成される。このチャネルを通して電極４お
よび４′間に大きな電流がながれる。この状態は、電界
効果トランジスタのON状態であり、光入射の有無に関係
なく大きな電流が流れるためにフォトセンサとしては使
用できない。
次に、ゲート電極５の電位を低くして電極４′と同電位
にすると、同図（Ｂ）に示すように、トラップされた正
孔10が増加し、電子９の数が減少するために、電極４お
よび４′間に流れる電流はゲート電極５が正電位の場合
よりも減少する。
にすると、同図（Ｂ）に示すように、トラップされた正
孔10が増加し、電子９の数が減少するために、電極４お
よび４′間に流れる電流はゲート電極５が正電位の場合
よりも減少する。
更に、ゲート電極５を負電位にすると、同図（Ｃ）に示
すように、ゲート電極５の容量に応じた正孔がトラップ
され、再結合準位にも多くの正孔がトラップされる。そ
の結果、電子の再結合寿命が短かくなり、半導体層２内
の電子数が減少して電極４および４′間に電流が流れに
くくなる。
すように、ゲート電極５の容量に応じた正孔がトラップ
され、再結合準位にも多くの正孔がトラップされる。そ
の結果、電子の再結合寿命が短かくなり、半導体層２内
の電子数が減少して電極４および４′間に電流が流れに
くくなる。
しかしながら、この状態で光が入射すると、上述したよ
うに、その照度に応じた電子が伝導帯に励起され、それ
によって電極４および４′間に電流が流れる。すなわ
ち、入射光の照度に応じた電流が流れるために、フォト
センサとして使用可能となる。このような電極４および
４′間に流れる電流のゲート電圧依存性を第10図を用い
て具体的に説明する。
うに、その照度に応じた電子が伝導帯に励起され、それ
によって電極４および４′間に電流が流れる。すなわ
ち、入射光の照度に応じた電流が流れるために、フォト
センサとして使用可能となる。このような電極４および
４′間に流れる電流のゲート電圧依存性を第10図を用い
て具体的に説明する。
第10図は、ゲート電圧とソース・ドレイン間電流との関
係を照度をパラメータとして示したグラフである。ただ
し、第８図に示すセンサの大きさは100μｍ角であり、
電源７によってドレイン電極４に印加されている電圧は
10Vである。
係を照度をパラメータとして示したグラフである。ただ
し、第８図に示すセンサの大きさは100μｍ角であり、
電源７によってドレイン電極４に印加されている電圧は
10Vである。
同グラフから明らかなように、ゲート電圧が正の時は照
度にあまり関係なく大きな電流が流れ、その電流値の変
化に有意義な差はみられない。
度にあまり関係なく大きな電流が流れ、その電流値の変
化に有意義な差はみられない。
しかしながら、たとえばゲート電圧Vg＝−5Vの時は、Vg
＝0Vと時に比べて電流値は約1/3となっているが、入射
光の照度に対する依存性が大きくなり、良好な特性を有
するフォトセンサとして使用できることを示している。
しかもゲート電圧Vg＝−5Vの時でも、同サイズのフォト
ダイオード型センサに比べて約100倍の電流値であっ
た。
＝0Vと時に比べて電流値は約1/3となっているが、入射
光の照度に対する依存性が大きくなり、良好な特性を有
するフォトセンサとして使用できることを示している。
しかもゲート電圧Vg＝−5Vの時でも、同サイズのフォト
ダイオード型センサに比べて約100倍の電流値であっ
た。
次に、ゲート電圧Vgが変化した時の光電流Ipの変化につ
いて説明する。
いて説明する。
第11図は、パルス状のゲート電圧Vgと、そのゲート電圧
Vgを印加した際の光電流Ipの変化を示す波形図であり、
第12図（Ａ）〜（Ｄ）は、各々光電流Ipの変化過程Ａ〜
Ｄにおける半導体層２の厚さ方向のエネルギバンド図で
ある。ただし、ドレイン電圧は10V、入射光の照度は100
ルクスで共に一定である。
Vgを印加した際の光電流Ipの変化を示す波形図であり、
第12図（Ａ）〜（Ｄ）は、各々光電流Ipの変化過程Ａ〜
Ｄにおける半導体層２の厚さ方向のエネルギバンド図で
ある。ただし、ドレイン電圧は10V、入射光の照度は100
ルクスで共に一定である。
まず、ゲート電圧Vgが−5Vの一定値にある時は、光電流
Ipは定常状態Ａにあり、第12図（Ａ）に示すように、ゲ
ート電極５の容量と印加電圧との積で決まる電荷量の正
孔が局在準位にトラップされている。
Ipは定常状態Ａにあり、第12図（Ａ）に示すように、ゲ
ート電極５の容量と印加電圧との積で決まる電荷量の正
孔が局在準位にトラップされている。
次に、ｔ＝０においてゲート電圧Vgが−3Vに立上がる
と、必要な正の電荷量が減少するために、過剰な電荷量
に等しい電荷量の電子がソース電極４′から半導体層２
内へ注入され、光電流Ipは状態Ｂに示すように急激に上
昇する。そして注入された電子は、第12図（Ｂ）に示す
ように、即座に局在準位にトラップされ、これによって
光電流Ipは減少し一定値に落着く。
と、必要な正の電荷量が減少するために、過剰な電荷量
に等しい電荷量の電子がソース電極４′から半導体層２
内へ注入され、光電流Ipは状態Ｂに示すように急激に上
昇する。そして注入された電子は、第12図（Ｂ）に示す
ように、即座に局在準位にトラップされ、これによって
光電流Ipは減少し一定値に落着く。
次に、ｔ＝4msecにおいてゲート電圧Vgが−5Vに立下が
ると、今度は正の電荷量が不足する。しかし正孔は電極
から注入されないために、第12図（Ｃ）に示すように、
逆に半導体層２内の電子が電極から掃出され、ソース・
ドレイン間電流は一時的に著しく減少する（第11図の状
態Ｃ）。
ると、今度は正の電荷量が不足する。しかし正孔は電極
から注入されないために、第12図（Ｃ）に示すように、
逆に半導体層２内の電子が電極から掃出され、ソース・
ドレイン間電流は一時的に著しく減少する（第11図の状
態Ｃ）。
その後、第12図（Ｄ）に示すように、光照射によって発
生した正孔が局在準位にトラップされるに従い、電子も
次第に増加し、状態Ｄに示すように光電流Ipは徐々に定
常状態の電流値に復帰する。
生した正孔が局在準位にトラップされるに従い、電子も
次第に増加し、状態Ｄに示すように光電流Ipは徐々に定
常状態の電流値に復帰する。
このように、ゲート電圧を変化させると、ソース・ドレ
イン間電流は変化時にその変化の方向を強調するように
変化する。この現象を利用することで、次に具体的に述
べるように光に対する応答性が良好な光導電型センサを
得ることができる。
イン間電流は変化時にその変化の方向を強調するように
変化する。この現象を利用することで、次に具体的に述
べるように光に対する応答性が良好な光導電型センサを
得ることができる。
以下、上記光導電型センサを用いた本発明の実施例につ
いて説明する。
いて説明する。
第１図は本発明によるセンサ装置及び光導電型センサの
駆動装置の第一実施例であり、（Ａ）はその平面図、
（Ｂ）はそのＡ−Ａ線断面図、（Ｃ）はそのＢ−Ｂ線断
面図である。
駆動装置の第一実施例であり、（Ａ）はその平面図、
（Ｂ）はそのＡ−Ａ線断面図、（Ｃ）はそのＢ−Ｂ線断
面図である。
各図において、ガラス基板11上には、＋10Vの電圧が印
加される電源線12、SnO2から成る透明なゲート電極13、
および接地線14が各々パターニング形成されている。そ
の上に、モノシラン（SiH4）およびアンモニア（NH3）
を原料ガスとしたグロー放電分解法（以下、GD法とい
う。）によって窒化シリコン（SiNx:H）膜15が形成さ
れ、更にSiH4を原料ガスとしたGD法により非晶質シリコ
ン（ａ−Si:H）膜16が光導電層として形成されている。
加される電源線12、SnO2から成る透明なゲート電極13、
および接地線14が各々パターニング形成されている。そ
の上に、モノシラン（SiH4）およびアンモニア（NH3）
を原料ガスとしたグロー放電分解法（以下、GD法とい
う。）によって窒化シリコン（SiNx:H）膜15が形成さ
れ、更にSiH4を原料ガスとしたGD法により非晶質シリコ
ン（ａ−Si:H）膜16が光導電層として形成されている。
ａ−Si:H膜16上には、フォスフィン（PH3）を混合したS
iH4を原料ガスとしたGD法によって薄いn+a−Si:H膜17が
オーミックコンタクト用として各電極と同パターンで形
成されている。
iH4を原料ガスとしたGD法によって薄いn+a−Si:H膜17が
オーミックコンタクト用として各電極と同パターンで形
成されている。
更にその上に、くし状のドレイン電極18およびソース電
極19が幅10μｍのギャップａを置いて形成され、またゲ
ート電源線20とゲート電極13に接続している浮動電位電
極21とが幅10μｍのギャップｂを置いて形成され、浮動
電位電極21と接地線14に接続された接地電極22とが幅10
μｍのギャップｃを置いて形成されている。ただし、上
記各ギャップ部のn+a−Si:H膜17はエッチングによって
除去されている。
極19が幅10μｍのギャップａを置いて形成され、またゲ
ート電源線20とゲート電極13に接続している浮動電位電
極21とが幅10μｍのギャップｂを置いて形成され、浮動
電位電極21と接地線14に接続された接地電極22とが幅10
μｍのギャップｃを置いて形成されている。ただし、上
記各ギャップ部のn+a−Si:H膜17はエッチングによって
除去されている。
第２図は、第１図に示す本実施例の等価回路図である。
第２図において、光導電型センサである主センサS1はゲ
ート電極13、窒化シリコン膜15、ギャップａ部のａ−S
i:H膜16、ドレイン電極18およびソース電極19から構成
されている。ドレイン電極18には電源23から電源線12を
介して正電圧Vdが印加され、ソース電極19は接地線14と
ともに光電流蓄積用のコンデンサ24を構成し、更に増幅
用アンプ25に接続されている。
ート電極13、窒化シリコン膜15、ギャップａ部のａ−S
i:H膜16、ドレイン電極18およびソース電極19から構成
されている。ドレイン電極18には電源23から電源線12を
介して正電圧Vdが印加され、ソース電極19は接地線14と
ともに光電流蓄積用のコンデンサ24を構成し、更に増幅
用アンプ25に接続されている。
入射光の照度を検出するための受光手段である補助セン
サS2は、ギャップｃ部のａ−Si:H膜16、浮動電位電極21
および接地電極22から構成され、ガラス基板11側から受
光する光ｈυによってそのコンダクタンスが変化する。
サS2は、ギャップｃ部のａ−Si:H膜16、浮動電位電極21
および接地電極22から構成され、ガラス基板11側から受
光する光ｈυによってそのコンダクタンスが変化する。
トランジスタＴはゲート電源線20、浮動電位電極21、ギ
ャップｂ部のａ−Si;H膜16および電源線12から構成され
ている。ただし、本実施例では正電圧Vdが印加された電
源線12がトランジスタＴのゲートとなっているために、
トランジスタＴはON状態で低い抵抗値となっている。
ャップｂ部のａ−Si;H膜16および電源線12から構成され
ている。ただし、本実施例では正電圧Vdが印加された電
源線12がトランジスタＴのゲートとなっているために、
トランジスタＴはON状態で低い抵抗値となっている。
ゲート電源線20は電源26から負電圧Vgが印加され、低い
抵抗値のトランジスタＴを介して浮動電位電極21に接続
されている。また浮動電位電極21は光ｈυによってコン
ダクタンスが変化する補助センサS2を介して接地されて
いる。したがって、浮動電位電極21の電位、すなわち主
センサS1のゲート電極13の電位は、負電位に設定される
とともに補助センサS2に入射する光の照度によって変化
する。すなわち、補助センサS2のコンダクタンスをG1、
トランジスタＴのコンダクタンスをG2とすると、ゲート
電極13の電位vgは次式で表わされる。
抵抗値のトランジスタＴを介して浮動電位電極21に接続
されている。また浮動電位電極21は光ｈυによってコン
ダクタンスが変化する補助センサS2を介して接地されて
いる。したがって、浮動電位電極21の電位、すなわち主
センサS1のゲート電極13の電位は、負電位に設定される
とともに補助センサS2に入射する光の照度によって変化
する。すなわち、補助センサS2のコンダクタンスをG1、
トランジスタＴのコンダクタンスをG2とすると、ゲート
電極13の電位vgは次式で表わされる。
次に、このような構成を有する本実施例の動作を説明す
る。
る。
第３図（Ａ）〜（Ｄ）は、各々本実施例の動作を説明す
るための光パルス、補助センサS2の光電流、ゲート電極
13の電位および主センサS1の光電流の波形図であり、第
３図（Ｅ）は、従来のフォトセンサの光電流の波形図で
ある。
るための光パルス、補助センサS2の光電流、ゲート電極
13の電位および主センサS1の光電流の波形図であり、第
３図（Ｅ）は、従来のフォトセンサの光電流の波形図で
ある。
まず、第３図（Ａ）に示すような光パルスｈυが主セン
サS1および補助センサS2に照射されると、補助センサS2
には同図（Ｂ）に示すような光電流が接地線14からゲー
ト電源線20側へ流れる。これによって、浮動電位電極21
およびゲート電極13の電位vgは、同図（Ｃ）に示すよう
に所定の負電位から上昇する。すなわち、ゲート電極13
の電位vgは、光が入射する前はG1＜＜G2であるために電
源26の負電位Vgにほぼ等しいが、光が入射すると、G1が
大きくなるために負電位Vgから上昇し始める。また、光
パルスｈυが立下がると、G1が小さくなるためにゲート
電極13の電位vgは負電位Vgに復帰する。
サS1および補助センサS2に照射されると、補助センサS2
には同図（Ｂ）に示すような光電流が接地線14からゲー
ト電源線20側へ流れる。これによって、浮動電位電極21
およびゲート電極13の電位vgは、同図（Ｃ）に示すよう
に所定の負電位から上昇する。すなわち、ゲート電極13
の電位vgは、光が入射する前はG1＜＜G2であるために電
源26の負電位Vgにほぼ等しいが、光が入射すると、G1が
大きくなるために負電位Vgから上昇し始める。また、光
パルスｈυが立下がると、G1が小さくなるためにゲート
電極13の電位vgは負電位Vgに復帰する。
ゲート電極13の電位が負電位Vgから上昇したり、また負
電位Vgに復帰したりする時は、第11図において説明した
ように、主センサS1のソース・ドレイン間電流は変化時
にその変化の方向を強調するように変化する。したがっ
て、主センサS1の光電流Ipは、同図（Ｄ）に示すよう
に、光パルスｈυに対応した立上がりおよび立下がりが
速くなる。
電位Vgに復帰したりする時は、第11図において説明した
ように、主センサS1のソース・ドレイン間電流は変化時
にその変化の方向を強調するように変化する。したがっ
て、主センサS1の光電流Ipは、同図（Ｄ）に示すよう
に、光パルスｈυに対応した立上がりおよび立下がりが
速くなる。
比較例として、同図（Ｅ）に従来のフォトセンサにおけ
る光電流の立上がりおよび立下がりを示す。同図（Ｄ）
と（Ｅ）とを比較すると、本実施例であるフォトセンサ
の方が従来のものより光に対する応答性が大幅に良いこ
とが分かる。
る光電流の立上がりおよび立下がりを示す。同図（Ｄ）
と（Ｅ）とを比較すると、本実施例であるフォトセンサ
の方が従来のものより光に対する応答性が大幅に良いこ
とが分かる。
このようにして入射光に対応した光電流Ipが主センサS1
に流れると、その電荷は光電流蓄積用のコンデンサ24に
蓄積され、その電荷蓄積量に対応した電圧がアンプ25で
増幅され、光情報として出力される。
に流れると、その電荷は光電流蓄積用のコンデンサ24に
蓄積され、その電荷蓄積量に対応した電圧がアンプ25で
増幅され、光情報として出力される。
次に、このような本実施例を配列したラインセンサの構
成例を説明する。
成例を説明する。
第４図は、本実施例を用いたラインセンサの構成の一例
を示す回路図である。
を示す回路図である。
同図において、セル101が第１図に示す本実施例に対応
し、このセル101がライン状に配列されている。各セル1
01の電源線12には電源23の正電圧Vdが印加され、ゲート
電源線20には電源26の負電圧Vgが印加されている。ま
た、各セル101の接地電極22は接地され、各ソース電極1
9は接地線22とコンデンサ24を構成するとともに各々ト
ランジスタSTを介してアンプ25に共通に接続されてい
る。トランジスタSTの各ゲート電極はシフトレジスタ10
2の並列出力端子に接続され、シフトレジスタ102の動作
タイミングによってトランジスタSTは順次ON状態とな
る。
し、このセル101がライン状に配列されている。各セル1
01の電源線12には電源23の正電圧Vdが印加され、ゲート
電源線20には電源26の負電圧Vgが印加されている。ま
た、各セル101の接地電極22は接地され、各ソース電極1
9は接地線22とコンデンサ24を構成するとともに各々ト
ランジスタSTを介してアンプ25に共通に接続されてい
る。トランジスタSTの各ゲート電極はシフトレジスタ10
2の並列出力端子に接続され、シフトレジスタ102の動作
タイミングによってトランジスタSTは順次ON状態とな
る。
このような構成において、各セル101に光が入射する
と、各入射照度に対応した電荷量が光電流蓄積用コンデ
ンサ24に蓄積され、その蓄積量に対応した電圧が発生す
る。この蓄積を一定時間行った後、シフトレジスタ102
を動作させてトランジスタSTを順次ON状態とし、各セル
101のコンデンサ24の電圧をシリアルにアンプ25に入力
し、光情報として出力する。
と、各入射照度に対応した電荷量が光電流蓄積用コンデ
ンサ24に蓄積され、その蓄積量に対応した電圧が発生す
る。この蓄積を一定時間行った後、シフトレジスタ102
を動作させてトランジスタSTを順次ON状態とし、各セル
101のコンデンサ24の電圧をシリアルにアンプ25に入力
し、光情報として出力する。
第５図（Ａ）は、本発明の第二実施例の平面図、第５図
（Ｂ）は、そのＡ−Ａ線断面図である。
（Ｂ）は、そのＡ−Ａ線断面図である。
各図において、ガラス基板201上には、SnO2から成る透
明なゲート電極202がパターニング形成されている。そ
の上に、SiH4およびNH3を原料ガスとしたGD法によって
窒化シリコン（SnNx:H）膜203が形成されている、ただ
し、SiH4に対するNH3の流量比は0.5以下に設定されてお
り、これによって窒化シリコン膜203は、高抵抗ではあ
るが微小電流の流れうる膜となっている。
明なゲート電極202がパターニング形成されている。そ
の上に、SiH4およびNH3を原料ガスとしたGD法によって
窒化シリコン（SnNx:H）膜203が形成されている、ただ
し、SiH4に対するNH3の流量比は0.5以下に設定されてお
り、これによって窒化シリコン膜203は、高抵抗ではあ
るが微小電流の流れうる膜となっている。
更に、SiH4を原料ガスとしたGD法によりａ−Si:H膜204
が光導電層として形成されている。
が光導電層として形成されている。
ａ−Si:H膜204上には、PH3を混合したSiH4を原料ガスと
したGD法によって薄いn+a−Si:H膜205がオーミックコン
タクト用として各電極と同パターンで形成されている。
したGD法によって薄いn+a−Si:H膜205がオーミックコン
タクト用として各電極と同パターンで形成されている。
更にその上に、くし状のドレイン電極206およびソース
電極207が幅10μｍのギャップａを置いて形成され、ま
たゲート電極202に接続している浮動電位電極208とゲー
ト電源線209とが幅20μｍのギャップｄを置いて形成さ
れている。ただし、ギャップａ部のn+a−Si:H膜205はエ
ッチングによって除去され、光導電型センサの受光部を
形成しているが、ギャップｄ部のn+a−Si:H膜205はエッ
チングされておらず、したがって浮動電位電極208とゲ
ート電源線209とは低抵抗で接続された状態となってい
る。
電極207が幅10μｍのギャップａを置いて形成され、ま
たゲート電極202に接続している浮動電位電極208とゲー
ト電源線209とが幅20μｍのギャップｄを置いて形成さ
れている。ただし、ギャップａ部のn+a−Si:H膜205はエ
ッチングによって除去され、光導電型センサの受光部を
形成しているが、ギャップｄ部のn+a−Si:H膜205はエッ
チングされておらず、したがって浮動電位電極208とゲ
ート電源線209とは低抵抗で接続された状態となってい
る。
第６図は、第５図に示す本実施例の等価回路図である。
第６図において、主センサS1はゲート電極202、窒化シ
リコン膜203、ギャップａ部のａ−Si:H膜204、ドレイン
電極206およびソース電極207から構成されている。ドレ
イン電極206には電源23から正電圧Vdが印加され、ソー
ス電極207は図示されていない接地線とともに光電流蓄
積用のコンデンサ24を構成し、更に増幅用アンプ25に接
続されている。
リコン膜203、ギャップａ部のａ−Si:H膜204、ドレイン
電極206およびソース電極207から構成されている。ドレ
イン電極206には電源23から正電圧Vdが印加され、ソー
ス電極207は図示されていない接地線とともに光電流蓄
積用のコンデンサ24を構成し、更に増幅用アンプ25に接
続されている。
補助センサS2はドレイン電極206、n+a−Si:H膜205、ａ
−Si:H膜204、窒化シリコン膜203およびゲート電極202
から構成される。上述したように、窒化シリコン膜203
は微小電流の流れうる高抵抗であるために、ガラス基板
201側から入射する光ｈυによって補助センサS2のコン
ダクタンスG1が変化する。すなわち、補助センサS2は、
暗状態では極めて高い抵抗を示すが、光が入射すると、
窒化シリコン膜203自体の光導電性およびａ−Si:H膜204
からのキャリア注入によって導電性が生じる。
−Si:H膜204、窒化シリコン膜203およびゲート電極202
から構成される。上述したように、窒化シリコン膜203
は微小電流の流れうる高抵抗であるために、ガラス基板
201側から入射する光ｈυによって補助センサS2のコン
ダクタンスG1が変化する。すなわち、補助センサS2は、
暗状態では極めて高い抵抗を示すが、光が入射すると、
窒化シリコン膜203自体の光導電性およびａ−Si:H膜204
からのキャリア注入によって導電性が生じる。
また、抵抗Ｒはギャップｄ部のn+a−Si:H膜205であり、
ゲート電極202には浮動電位電極208、抵抗Ｒおよびゲー
ト電源線209を介して電源26から負電圧Vgが印加されて
いる。
ゲート電極202には浮動電位電極208、抵抗Ｒおよびゲー
ト電源線209を介して電源26から負電圧Vgが印加されて
いる。
したがって、補助センサS2のコンダクタンスG1の変化に
よってゲート電極202の電位vgが変化する。すなわち、
抵抗ＲのコンダクタンスをG2とすれば、ゲート電極202
の電位vgは、 と表わされる。したがって、暗状態ではG1＜＜G2である
ために電位vgは負電圧Vgにほぼ等しいが、光入射によっ
てコンダクタンスG1が大きくなると、電位vgは上昇し、
逆に暗状態となると負電圧Vgに復帰する。
よってゲート電極202の電位vgが変化する。すなわち、
抵抗ＲのコンダクタンスをG2とすれば、ゲート電極202
の電位vgは、 と表わされる。したがって、暗状態ではG1＜＜G2である
ために電位vgは負電圧Vgにほぼ等しいが、光入射によっ
てコンダクタンスG1が大きくなると、電位vgは上昇し、
逆に暗状態となると負電圧Vgに復帰する。
ゲート電極202の電位vgがこのように変化することで、
第一実施例と同様に、主センサS1の光電流の応答性を向
上させることができる。
第一実施例と同様に、主センサS1の光電流の応答性を向
上させることができる。
なお、本実施例では、ソース電極207とゲート電極202と
の間にも電流が流れるが、これら両電極の重なりは小さ
く、また両電極間の電位差はドレイン電極206の場合よ
り小さいために、この漏れ電流は無視することができ
る。
の間にも電流が流れるが、これら両電極の重なりは小さ
く、また両電極間の電位差はドレイン電極206の場合よ
り小さいために、この漏れ電流は無視することができ
る。
また、本実施例を用いて第４図に示すラインセンサを構
成できることは言うまでもない。
成できることは言うまでもない。
また、上記各実施例では、主センサS1のゲート電極の電
位は同じ光導電層を用いた補助センサS2のコンダクタン
ス変化を利用して調整されるが、これに限定されるもの
ではなく、別個にゲート電位調整手段を設けてもよい。
たとえば、第４図に示すように個々のセルごとに補助セ
ンサS2を設ける構成だけではなく、補助センサS2が各主
センサS1の入射光の照度、その平均値又はサンプル値等
を実質的にモニタできるならば、別個に補助センサS2を
設けて、その出力からゲート電位を決める構成にするこ
ともできる。
位は同じ光導電層を用いた補助センサS2のコンダクタン
ス変化を利用して調整されるが、これに限定されるもの
ではなく、別個にゲート電位調整手段を設けてもよい。
たとえば、第４図に示すように個々のセルごとに補助セ
ンサS2を設ける構成だけではなく、補助センサS2が各主
センサS1の入射光の照度、その平均値又はサンプル値等
を実質的にモニタできるならば、別個に補助センサS2を
設けて、その出力からゲート電位を決める構成にするこ
ともできる。
また、ソース電極又はドレイン電極から光導電層へ正孔
が注入される場合は、ゲート電極には正電位が印加さ
れ、入射光の照度が大きくなる程、ゲート電位を低下さ
せるように構成すればよい。
が注入される場合は、ゲート電極には正電位が印加さ
れ、入射光の照度が大きくなる程、ゲート電位を低下さ
せるように構成すればよい。
［発明の効果］ 以上詳細に説明したように、本発明によれば、照射光量
に応じてゲート電極に加わる電位を調整することによっ
て、光導電型センサの光応答性を飛躍的に向上させるこ
とができる。
に応じてゲート電極に加わる電位を調整することによっ
て、光導電型センサの光応答性を飛躍的に向上させるこ
とができる。
また、本発明によれば、入射光の照度が大きい程、ゲー
ト電極に印加する電圧の絶対値を小さくすることによっ
て、光に対する応答性を従来に比べて大幅に向上させる
ことができる。したがって、高速動作が可能となり、多
数の画素センサを有するラインセンサを構成した場合に
も高速で原稿を読取ることができる。
ト電極に印加する電圧の絶対値を小さくすることによっ
て、光に対する応答性を従来に比べて大幅に向上させる
ことができる。したがって、高速動作が可能となり、多
数の画素センサを有するラインセンサを構成した場合に
も高速で原稿を読取ることができる。
また、同サイズのフォトダイオード型センサに比べては
るかに大きな信号電流を得ることができるために、信号
読取り回路の負担を軽減され、低コスト化が促進され
る。
るかに大きな信号電流を得ることができるために、信号
読取り回路の負担を軽減され、低コスト化が促進され
る。
第１図は本発明によるセンサ装置及び光導電型センサの
駆動装置の第一実施例であり、（Ａ）はその平面図、
（Ｂ）はそのＡ−Ａ線断面図、（Ｃ）はそのＢ−Ｂ線断
面図、 第２図は、第１図に示す本実施例の等価回路図、 第３図（Ａ）〜（Ｄ）は、各々本実施例の動作を説明す
るための光パルス、補助センサS2の光電流、ゲート電極
13の電位および主センサS1の光電流の波形図、第３図
（Ｅ）は、従来のフォトセンサの光電流の波形図、 第４図は、本実施例を用いたラインセンサの構成の一例
を示す回路図、 第５図（Ａ）は、本発明の第二実施例の平面図、第５図
（Ｂ）は、そのＡ−Ａ線断面図、 第６図は、第５図に示す本実施例の等価回路図、 第７図は、従来の光導電型センサの概略的構成図、 第８図は、本発明による光導電型センサおよびその駆動
方法についての概略を説明するための基本構成図、 第９図（Ａ）〜（Ｃ）は、ゲート電極５の電位が一方の
ソース電極４′に対して各々正、同電位および負の場合
の半導体層２内の電子の状態を示す模式図、 第10図は、ゲート電圧とソース・ドレイン間電流との関
係を照度をパラメータとして示したグラフ、 第11図は、パルス状のゲート電圧Vgと、そのゲート電圧
Vgを印加した際の光電流Ipの変化を示す波形図、 第12図（Ａ）〜（Ｄ）は、各々光電流Ipの変化過程Ａ〜
Ｄにおける半導体層２の厚さ方向のエネルギバンド図で
ある。 11、201……ガラス基板、12……電源線 13、202……ゲート電極、14……接地線 15、203……窒化シリコン膜 16、204……ａ−Si:H膜 17、205……n+a−Si:H膜 18、206……ドレイン電極 19、207……ソース電極 20、209……ゲート電源線 21、208……浮動電位電極
駆動装置の第一実施例であり、（Ａ）はその平面図、
（Ｂ）はそのＡ−Ａ線断面図、（Ｃ）はそのＢ−Ｂ線断
面図、 第２図は、第１図に示す本実施例の等価回路図、 第３図（Ａ）〜（Ｄ）は、各々本実施例の動作を説明す
るための光パルス、補助センサS2の光電流、ゲート電極
13の電位および主センサS1の光電流の波形図、第３図
（Ｅ）は、従来のフォトセンサの光電流の波形図、 第４図は、本実施例を用いたラインセンサの構成の一例
を示す回路図、 第５図（Ａ）は、本発明の第二実施例の平面図、第５図
（Ｂ）は、そのＡ−Ａ線断面図、 第６図は、第５図に示す本実施例の等価回路図、 第７図は、従来の光導電型センサの概略的構成図、 第８図は、本発明による光導電型センサおよびその駆動
方法についての概略を説明するための基本構成図、 第９図（Ａ）〜（Ｃ）は、ゲート電極５の電位が一方の
ソース電極４′に対して各々正、同電位および負の場合
の半導体層２内の電子の状態を示す模式図、 第10図は、ゲート電圧とソース・ドレイン間電流との関
係を照度をパラメータとして示したグラフ、 第11図は、パルス状のゲート電圧Vgと、そのゲート電圧
Vgを印加した際の光電流Ipの変化を示す波形図、 第12図（Ａ）〜（Ｄ）は、各々光電流Ipの変化過程Ａ〜
Ｄにおける半導体層２の厚さ方向のエネルギバンド図で
ある。 11、201……ガラス基板、12……電源線 13、202……ゲート電極、14……接地線 15、203……窒化シリコン膜 16、204……ａ−Si:H膜 17、205……n+a−Si:H膜 18、206……ドレイン電極 19、207……ソース電極 20、209……ゲート電源線 21、208……浮動電位電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 畑中 勝則 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 深谷 正樹 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 小松 利行 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−239072（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−18978（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−72370（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−93386（ＪＰ，Ａ)
Claims (4)
- 【請求項１】光導電層上に受光領域となる部分を隔てて
キャリア注入を許す一対の主電極が設けられ、かつ少な
くとも前記受光領域となる部分では前記光導電層とゲー
ト電極とが絶縁層を介して積層された構造を有する光導
電型センサと、 前記受光領域への入射光を実質的に感知できる位置に設
けられ、入射光の照度を検出するための受光手段と、 該受光手段の出力に基づいて、前記入射光の照度が大き
い程前記ゲート電極に印加する電圧の絶対値を小さく調
整するための電圧調整手段と、 前記光導電型センサ、前記受光手段および前記電圧調整
手段とをその上に有する基板と、を有するセンサ装置。 - 【請求項２】光導電層上に受光領域となる部分を隔てて
キャリア注入を許す一対の主電極が設けられ、かつ少な
くとも前記受光領域となる部分では前記光導電層とゲー
ト電極とが絶縁層を介して積層された構造を有する光導
電型センサの駆動方法において、 前記受光領域への入射光を実質的に感知し、該入射光の
照度を検出するための前記光導電型センサと異なる受光
手段によって検出された入射光の照度が大きい程、前記
ゲート電極に印加する電圧の絶対値を小さくすることを
特徴とする光導電型センサの駆動方法。 - 【請求項３】光導電層上に受光領域となる部分を隔てて
キャリア注入を許す一対の主電極が設けられ、かつ少な
くとも前記受光領域となる部分では前記光導電層とゲー
ト電極とが絶縁層を介して積層された構造を有する光導
電型センサの駆動装置において、 前記受光領域への入射光を実質的に感知できる位置に受
光手段が設けられ、入射光の照射を検出する該受光手段
の出力に基づいて、前記入射光の照度が大きい程前記ゲ
ート電極に印加する電圧の絶対値を小さく調整する電圧
調整手段を有することを特徴とする光導電型センサの駆
動装置。 - 【請求項４】上記受光手段は、上記光導電層のうち上記
受光領域以外の部分を用いたことを特徴とする特許請求
の範囲第３項記載の光導電型センサの駆動装置。
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| JP60288180A JPH07120765B2 (ja) | 1985-12-20 | 1985-12-20 | センサ装置、光導電型センサの駆動方法及び駆動装置 |
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