JPH09275202A - Photodetector - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ファクシミリ、デ
ジタル複写機、スキャナーなどに利用される1次元及び
2次元の画像読み取り装置、更には、X線やγ線などの
放射線を蛍光板により可視光等に変換し、この変換光を
読み取る光検出装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a one-dimensional and two-dimensional image reading apparatus used for a facsimile, a digital copying machine, a scanner, etc., and further, a radiation such as X-rays and γ-rays by using a fluorescent plate for visible light. The present invention relates to a photodetection device that converts light into light and reads the converted light.
【0002】[0002]
【従来技術】従来、ファクシミリ、デジタル複写機、或
いは、放射線検出装置などの読み取り系としては縮小光
学系とCCD型センサーを用いた読み取り系が用いられ
ている。しかしながら、近年、非晶質シリコン(以下、
a−Si膜と略記する)に代表される光電変換半導体材
料の開発により、光電変換素子を大面積基板に形成し、
情報源と等倍の光学系で読みとる密着型センサーの開発
が進み、実用化されつつある。一例として、TFT(Th
in Film Transistor)型光電変換素子を用いた1次元光
検出器の模式的断面図を図18(a)に示す。同図にお
いて、101はTFT型センサー部、102はスイッチ
TFT部、103は電荷蓄積部である。また、図中、2
01はガラス基板、202はCrゲート電極、203は
SiNゲート絶縁膜、204はi型非晶質Si、205
はn+型非晶質Si、206はAlのS−D電極、20
7はSiNチャネル保護膜である。また、本例の1ビッ
トの等価回路を図18(b)に示す。図中、逆スタガー
型のTFT型センサー101への入射光は光電変換さ
れ、発生した電荷は電荷蓄積部103に蓄積される。そ
の後、電荷はスイッチTFT102により、配線間など
により形成される容量部104とに分配転送され、その
電圧を電気信号として読み取る。本例は、特に、a−S
i膜は光電変換材料としてだけでなく、スイッチTFT
102の半導体材料としても用いることができるため、
上述の様に、光電変換素子の光電変換半導体層とTFT
の半導体層とを同時に形成できる利点もある。また、a
−Si膜は大面積化も容易に可能であるため、2次元化
にも有利である。一例として、PIN型フォトダイオー
ドを用いた2次元光検出装置について概略を説明する。
図19(a)にエリアセンサーの一部の模式的等価回路
図を示す。同図において、301はPIN型センサー
部、302はスイッチTFT部、303はデーターライ
ン、304はゲートライン、305はバイアスラインで
ある。各画素はセンサー部301とスイッチTFT部3
02より構成され、PIN型センサー301はスイッチ
TFT302に接続され、スイッチTFT302はデー
ターラインに接続されている。更に、図19(a)に示
した1画素の模式的断面図を図19(b)に示す。図
中、401はガラス基板、402はCrゲート電極、4
03はSiNゲート絶縁膜、404はi型非晶質Si、
405はn+型非晶質Si、406はAlのS−D電
極、407はSiN チャネル保護膜、411はp型、
i型、n型非晶質Si、412はCr電極、410はI
TO透明電極、414,415はそれぞれSiN,PI
などの,保護膜である。2. Description of the Related Art Conventionally, a reading system using a reduction optical system and a CCD type sensor has been used as a reading system for a facsimile, a digital copying machine, a radiation detecting device, or the like. However, in recent years, amorphous silicon (hereinafter,
a photoelectric conversion semiconductor material represented by abbreviated as a-Si film) to form a photoelectric conversion element on a large area substrate,
A contact sensor that reads with an optical system of the same size as the information source is being developed and put into practical use. As an example, TFT (Th
FIG. 18A shows a schematic cross-sectional view of a one-dimensional photodetector using an in Film Transistor) type photoelectric conversion element. In the figure, 101 is a TFT type sensor section, 102 is a switch TFT section, and 103 is a charge storage section. Also, in the figure, 2
01 is a glass substrate, 202 is a Cr gate electrode, 203 is a SiN gate insulating film, 204 is i-type amorphous Si, 205
Is n + type amorphous Si, 206 is an Al SD electrode, 20
7 is a SiN channel protective film. In addition, a 1-bit equivalent circuit of this example is shown in FIG. In the figure, incident light on the inverted stagger type TFT sensor 101 is photoelectrically converted, and the generated charges are stored in the charge storage unit 103. After that, the charge is distributed and transferred by the switch TFT 102 to the capacitor portion 104 formed between wirings, and the voltage is read as an electric signal. In this example, in particular, aS
i film is not only a photoelectric conversion material but also a switch TFT
Since it can be used also as a semiconductor material of 102,
As described above, the photoelectric conversion semiconductor layer of the photoelectric conversion element and the TFT
There is also an advantage that it can be formed simultaneously with the semiconductor layer. Also, a
Since the -Si film can easily have a large area, it is also advantageous for two-dimensionalization. As an example, an outline of a two-dimensional photodetector using a PIN photodiode will be described.
FIG. 19A shows a schematic equivalent circuit diagram of a part of the area sensor. In the figure, 301 is a PIN type sensor section, 302 is a switch TFT section, 303 is a data line, 304 is a gate line, and 305 is a bias line. Each pixel has a sensor unit 301 and a switch TFT unit 3.
02, the PIN sensor 301 is connected to the switch TFT 302, and the switch TFT 302 is connected to the data line. Further, FIG. 19B shows a schematic sectional view of one pixel shown in FIG. In the figure, 401 is a glass substrate, 402 is a Cr gate electrode, 4
03 is a SiN gate insulating film, 404 is i-type amorphous Si,
405 is n + type amorphous Si, 406 is an Al SD electrode, 407 is a SiN channel protective film, 411 is p type,
i-type and n-type amorphous Si, 412 Cr electrode, 410 I
TO transparent electrode, 414 and 415 are SiN and PI, respectively
Etc. is a protective film.
【0003】尚、放射線検出装置の構成としては、上述
の様な光変換素子とTFTを1画素として、1次元、ま
たは、2次元に配置された光検出器上に、一様に、又は
個別画素毎に、蛍光体が配置された構造が一般的であ
り、放射線の照射によって蛍光体が発光する画像をセン
サーが読み取る構成となっている。Incidentally, the radiation detecting apparatus has a structure in which the above-mentioned photo-converting element and TFT are set as one pixel, uniformly or individually on a one-dimensionally or two-dimensionally arranged photo-detector. A structure in which a phosphor is arranged for each pixel is generally used, and a sensor reads an image emitted by the phosphor upon irradiation with radiation.
【0004】上述の何れの構成においても、画像情報に
変換された入射光、例えば、原稿からの反射光、また
は、蛍光体により変換された変換光が、光検出器に入射
し、光電変換部において光電変換され、変換された電荷
が、TFTにより転送され画像情報が得られるが、入射
光は、同時に、センサー部以外、即ち、TFT部にも入
射する。その結果、TFT部のリーク電流の増大とな
り、間接的にセンサーのS/N比を低下させるといった
問題がある。具体的な例として、入射光量とPIN型セ
ンサー出力及びTFTリーク電流との関係を図20に示
す。センサー出力をIsとし、入射光量をFとすると、
センサー出力は入射光量の従って以下の様に増加する。In any of the above-mentioned configurations, incident light converted into image information, for example, reflected light from a document or converted light converted by a phosphor enters a photodetector, and a photoelectric converter is formed. The photoelectrically converted electric charges are transferred by the TFT and the image information is obtained by the TFT. At the same time, the incident light also enters the portion other than the sensor portion, that is, the TFT portion. As a result, there is a problem that the leak current of the TFT portion increases and the S / N ratio of the sensor is indirectly reduced. As a specific example, FIG. 20 shows the relationship between the amount of incident light and the PIN sensor output and the TFT leakage current. If the sensor output is Is and the incident light quantity is F,
The sensor output increases according to the amount of incident light as follows.
【0005】Is=αF↑γ1 但し、「↑γ1」の内、[↑]は指数を表し、[γ1]
は指数内の数を表す。Is = αF ↑ γ1 However, in “↑ γ1”, [↑] represents an exponent, and [γ1]
Represents the number in the index.
【0006】一方、TFTリーク電流をItとするとセ
ンサー同様、以下の様に表すことができる。On the other hand, if the TFT leakage current is It, it can be expressed as follows, like the sensor.
【0007】It=βF↑γ2 但し、γ1、γ2は実数であり、「↑γ2」の内、
[↑]は指数を表し、[γ2]は指数内の数を表す。It = βF ↑ γ2 where γ1 and γ2 are real numbers, and among "↑ γ2",
[↑] represents an index, and [γ2] represents a number within the index.
【0008】しかし、本例では、γ1>γ2であるた
め、低光量領域ではTFTリーク電流がセンサー出力と
同程度となり、画像に影響を与える。一方、TFTはセ
ンサーと接続されているため、高光量領域ではセンサー
出力が増加することにより、TFTのソース/ドレイン
間の電圧が上がることになる。そのため、入射光量とリ
ーク電流との関係は図20の如く一定ではなくなる。そ
の結果、低光量領域及び高光量領域では十分なセンサー
のS/N比を得ることができない。即ち、使用できる光
量範囲は限られることになる。However, in the present example, since γ1> γ2, the TFT leak current becomes about the same as the sensor output in the low light amount region, which affects the image. On the other hand, since the TFT is connected to the sensor, the sensor output increases in the high light amount region, so that the voltage between the source and drain of the TFT increases. Therefore, the relationship between the incident light amount and the leak current is not constant as shown in FIG. As a result, a sufficient S / N ratio of the sensor cannot be obtained in the low light amount region and the high light amount region. That is, the usable light amount range is limited.
【0009】また、入射光はゲートライン、データーラ
インと交差する領域にも同時に入射する。その結果、そ
の領域で形成される容量が変化し、クロストークといっ
た現象となって、光検出器特性を低下させる問題ともな
る。そこで、従来より、TFT部への光入射を低減する
試みがなされているが、実現化する上で次に述べる様な
欠点があり、現実には完成されていないのが現状であ
る。Further, the incident light is simultaneously incident on the region intersecting with the gate line and the data line. As a result, the capacitance formed in that region changes, and a phenomenon such as crosstalk occurs, which causes a problem of deteriorating the photodetector characteristics. Therefore, attempts have conventionally been made to reduce the incidence of light on the TFT section, but there are drawbacks as described below in terms of realization, and the reality is that they have not been completed in reality.
【0010】例えば、遮光材料としては、金属薄膜が一
般的に利用可能であり、直接TFT上へ配置する構成が
あるが、導電性材料であるためTFTチャネル部のバッ
クゲートとしてTFT動作に影響を与えたり、また、新
たな容量を形成するため、スイッチ速度を低下させる欠
点がある。更には、この欠点を補うためにTFTサイズ
を大きくした場合には、開口率の低下など、光検出器全
体に与える影響は大きく、遮光部材を直接TFT上へ配
置することは困難である。また、反射率が大きいため、
反射光が再び入射してMTF(Modulation Transfer Fu
nction)を低下させることにもなる。ここで、本従来例
ではMTF及び入射光効率を考慮して、画素ピッチ以下
の距離で、かつ、SiN膜などの保護膜を介してのみ遮
光部材が積層されている構造である。一方、絶縁材料で
ある顔料分散の遮光材料は、電気的な影響はなく、TF
T上へ直接配置することが可能であり、更に、低反射率
であることから利点は多いが、先述の金属薄膜と同様な
遮光を行うには数μ程度の膜厚が必要となる。しかし、
TFTの小型化に伴い、また、配線クロス部などを遮光
するための精細な遮光パターンを実現する必要がある。For example, as the light-shielding material, a metal thin film can be generally used, and there is a structure in which the metal thin film is arranged directly on the TFT. However, since it is a conductive material, it acts as a back gate of the TFT channel portion to affect the TFT operation. There is a drawback in that the switching speed is lowered because of giving or forming a new capacitance. Furthermore, when the size of the TFT is increased in order to compensate for this drawback, it has a large effect on the entire photodetector, such as a reduction in the aperture ratio, and it is difficult to dispose the light shielding member directly on the TFT. Also, since the reflectance is large,
The reflected light enters again and the MTF (Modulation Transfer Fu
nction) will also be reduced. Here, in this conventional example, in consideration of MTF and incident light efficiency, the light shielding member is laminated at a distance equal to or less than the pixel pitch and only via a protective film such as a SiN film. On the other hand, the pigment-dispersed light-shielding material, which is an insulating material, has no electrical influence, and
Although it can be directly arranged on T and has a lot of advantages because it has a low reflectance, a film thickness of about several μm is required to carry out the same light shielding as the metal thin film described above. But,
With the miniaturization of the TFT, it is necessary to realize a fine light-shielding pattern for shielding the wiring cross portion and the like.
【0011】図21に、従来の顔料分散型の黒色遮光膜
の膜厚とパターン精度との相関を示す。具体的には、遮
光膜は十分な遮光ができるOD値(2.5〜3.0)では
2〜3μmの膜厚が必要で、その時のパターン精度は2
0μ〜30μである。つまり、現状では、十分な遮光を
行うにはラフな遮光パターンのみ可能となるので、セン
サー開口率を低下させる様なパターン配置にするか、又
は、遮光膜がセンサー開口部と重なるために、実質的に
は開口率を低下させることになる。FIG. 21 shows the correlation between the film thickness of the conventional pigment-dispersed black light-shielding film and the pattern accuracy. Specifically, the light shielding film needs to have a film thickness of 2 to 3 μm at an OD value (2.5 to 3.0) capable of sufficiently shielding light, and the pattern accuracy at that time is 2
It is 0 μ to 30 μ. In other words, at present, only a rough light-shielding pattern is possible to perform sufficient light-shielding. Therefore, a pattern arrangement that reduces the sensor aperture ratio is used, or the light-shielding film overlaps the sensor aperture, As a result, the aperture ratio is reduced.
【0012】図22は、光検出器の模式的平面図であ
る。実際には、図22に示すように、画素311は一定
ピッチで配列されており、その画素間の距離eは数μか
ら10数μ程度である。この画素間の領域が最もパター
ン精度が要求される部位であり、配線クロス部を含む領
域であるためクロストークの低減に効果がある。また、
光検出器の裏面へ到達する透過光によるMTF低下を防
ぐことも可能となる。FIG. 22 is a schematic plan view of the photodetector. Practically, as shown in FIG. 22, the pixels 311 are arranged at a constant pitch, and the distance e between the pixels is about several μ to several tens μ. The region between the pixels is the region where the pattern accuracy is most required, and the region including the wiring cross portion is effective in reducing crosstalk. Also,
It is also possible to prevent a decrease in MTF due to transmitted light reaching the back surface of the photodetector.
【0013】しかし、パターン精度が20μ〜30μ程
度であれば、画素部に遮光膜が重なり、開口率を低下さ
せることになる。逆にパターン精度に合わせた画素間距
離を設定することも同様に開口率の低下を引き起こすこ
とになる。However, if the pattern accuracy is about 20 μ to 30 μ, the light shielding film overlaps the pixel portion and the aperture ratio is reduced. Conversely, setting the inter-pixel distance according to the pattern accuracy also causes a decrease in the aperture ratio.
【0014】[0014]
【発明が解決しようとする課題】光検出器の開口率を低
下させることなく、遮光するには最低でも10μ程度望
ましくは数μ程度のパターン精度が必要となる。しか
し、十分な遮光を行えば光検出器の開口率は低下し、逆
に、開口率を維持すれば十分な遮光が達成できない問題
があり、遮光と開口率を同時に満足する必要がある。In order to shield the light without lowering the aperture ratio of the photodetector, pattern accuracy of at least about 10 μ, preferably about several μ is required. However, if the light blocking is performed sufficiently, the aperture ratio of the photodetector decreases, and conversely, there is a problem that sufficient light blocking cannot be achieved if the aperture ratio is maintained, and it is necessary to satisfy both the light blocking and the aperture ratio at the same time.
【0015】[0015]
【課題を解決するための手段】本発明に関わる光検出装
置は、遮光部材の遮光波長と膜厚を最適化することによ
り、遮光部材を少なくともスイッチTFTに直接配置さ
せ、且つ、光電変換素子部の受光面積より大きい開口領
域を形成配置させることにより、光検出器の歩留まりを
確保し、高S/N比及び高開口率のの光検出装置を提供
することが可能となる。本発明の作用を具体的に説明す
るため、従来例で取り上げたa−Si薄膜を用いた光検
出器の中で、特に、蛍光体を利用した放射線検出器を例
として以下に述べる。In the photodetector according to the present invention, the light-shielding member is arranged directly at least on the switch TFT by optimizing the light-shielding wavelength and the film thickness of the light-shielding member, and the photoelectric conversion element portion is provided. By forming and arranging the opening region larger than the light receiving area of (1), it is possible to secure the yield of the photodetector and provide the photodetector with a high S / N ratio and a high aperture ratio. In order to specifically explain the operation of the present invention, among the photodetectors using the a-Si thin film taken up in the conventional example, a radiation detector using a phosphor will be described below as an example.
【0016】具体的には、少なくとも光電変換素子とス
イッチTFTとを有する光検出装置において、少なくと
も前記スイッチTFTを遮光し、且つ、前記光電変換素
子の受光面積より大きい開口領域を形成している遮光層
が配置されていることを特徴とする。また、上記光電変
換素子は、逆スタガー型TFTであり、上記光電変換素
子を駆動するための駆動配線と、上記スイッチTFTを
駆動するためのゲート配線と、前記スイッチTFTに接
続されたシグナル配線とから構成されたことを特徴とす
る。さらに、上記光電変換素子はPIN型フォトダイオ
ードであり、前記光電変換素子を駆動するための駆動配
線と、前記スイッチTFTを駆動するためのゲート配線
と、前記スイッチTFTに接続されたシグナル配線とか
ら構成されたことを特徴とする。さらに、上記光電変換
素子は、第1の電極層と絶縁層と半導体層と該半導体層
へのキャリア注入阻止層と、第2の電極層とから構成さ
れたMIS型光電変換素子であり、前記光電変換素子を
駆動するための駆動配線と、前記スイッチTFTを駆動
するためのゲート配線と、前記スイッチ素子に接続され
たシグナル配線とから構成されたことを特徴とする。ま
た、上記半導体層は非晶質シリコン薄膜であることを特
徴とする。Specifically, in a photodetector having at least a photoelectric conversion element and a switch TFT, at least the switch TFT is shielded from light and an opening region larger than the light receiving area of the photoelectric conversion element is formed. It is characterized in that the layers are arranged. The photoelectric conversion element is an inverted stagger type TFT, and a drive wiring for driving the photoelectric conversion element, a gate wiring for driving the switch TFT, and a signal wiring connected to the switch TFT. It is characterized by being composed of. Further, the photoelectric conversion element is a PIN photodiode, and is composed of a drive wiring for driving the photoelectric conversion element, a gate wiring for driving the switch TFT, and a signal wiring connected to the switch TFT. It is characterized by being configured. Further, the photoelectric conversion element is a MIS type photoelectric conversion element composed of a first electrode layer, an insulating layer, a semiconductor layer, a carrier injection blocking layer to the semiconductor layer, and a second electrode layer. It is characterized in that it is composed of a drive wiring for driving the photoelectric conversion element, a gate wiring for driving the switch TFT, and a signal wiring connected to the switch element. Further, the semiconductor layer is an amorphous silicon thin film.
【0017】[0017]
【発明の実施の形態】図1は、a−Si膜の光感度とし
てPIN型フォトダイオードの相対感度の波長依存を示
す図である。また、図2は、蛍光体としてCsI:Tl
の相対発光強度の波長依存を示す図である。TFTのリ
ーク電流は、概ねこのa−Si膜の光感度と蛍光体の発
光強度の積に比例している。ここで、a−Si膜の感度
の波長依存をfs(λ)と表し、波長λ1〜λ2の光に
対する感度の全感度に対する比率Qsを、波長λ1〜λ
2における積分を[λ1〜λ2]∫、全波長における積
分を[全波長]∫として、 Qs=[λ1〜λ2]∫fs(λ)dλ/[全波長]∫
fs(λ)dλ と仮定すると、例えば、Qs>0.99、即ち、99%
以上の感度が得られる波長λ1、λ2が設定でき、言い
換えれば、λ1からλ2までの光に対して完全に遮光可
能な材料を使用すれば、仮に、全波長において均一な強
度の入射光に対しても、この遮光膜を用いることによ
り、リーク電流を1%まで低減可能となる。1 is a diagram showing the wavelength dependence of the relative sensitivity of a PIN photodiode as the photosensitivity of an a-Si film. In addition, FIG. 2 shows CsI: Tl as a phosphor.
It is a figure which shows the wavelength dependence of the relative luminescence intensity of. The leak current of the TFT is approximately proportional to the product of the photosensitivity of the a-Si film and the emission intensity of the phosphor. Here, the wavelength dependence of the sensitivity of the a-Si film is represented by fs (λ), and the ratio Qs of the sensitivity to light of wavelengths λ1 to λ2 to the total sensitivity is expressed as wavelengths λ1 to λ.
2 is [λ1 to λ2] ∫, and integration at all wavelengths is [all wavelength] ∫, Qs = [λ1 to λ2] ∫fs (λ) dλ / [all wavelength] ∫
Assuming that fs (λ) dλ, for example, Qs> 0.99, that is, 99%
The wavelengths λ1 and λ2 that can obtain the above sensitivity can be set, in other words, if a material that can completely shield light from λ1 to λ2 is used, suppose that incident light with uniform intensity at all wavelengths is used. However, by using this light-shielding film, the leak current can be reduced to 1%.
【0018】また、蛍光体の発光強度の波長依存をff
(λ)と表し、波長λ1〜λ2の光に対する発光強度の
全発光強度に対する比率Qfを、波長λ1〜λ2におけ
る積分を[λ1〜λ2]∫、全波長における積分を[全
波長]∫として、 Qf=[λ1〜λ2]∫ff(λ)dλ/[全波長]∫
ff(λ)dλ と仮定すると、同様に、Qf>0.99、即ち、99%
以上の発光強度が得られる波長λ1、λ2が設定でき、
遮光膜がλ1からλ2までの光に対して完全に遮光可能
であれば、仮に、全波長において均一な感度の材料に対
しても、この遮光膜を用いることにより、リーク電流を
1%まで低減できる。Further, the wavelength dependence of the emission intensity of the phosphor is
The ratio Qf of the emission intensity to light of wavelengths λ1 to λ2 with respect to the total emission intensity is represented by (λ), and the integration at wavelengths λ1 to λ2 is [λ1 to λ2] ∫, and the integration at all wavelengths is [total wavelength] ∫, Qf = [λ1 to λ2] ∫ff (λ) dλ / [all wavelengths] ∫
Assuming ff (λ) dλ, similarly, Qf> 0.99, that is, 99%
The wavelengths λ1 and λ2 at which the above emission intensity is obtained can be set,
If the light-shielding film can completely shield light from λ1 to λ2, even if the material has uniform sensitivity at all wavelengths, the light-shielding film can be used to reduce the leak current to 1%. it can.
【0019】しかし、実際には遮光すべき波長は、a−
Si膜の感度と蛍光体の発光強度との積で決まる。この
比率Qfの積Qsfは、結局はTFTのリーク電流その
ものの大きさに比例したものと考えられ、これを総合感
度と考え、更に、 Qsf=[λ1〜λ2]∫fs(λ)ff(λ)dλ/
[全波長]∫fs(λ)ff(λ)dλ と仮定して、Qsf>0.99となるλ1、λ2が設定
でき、遮光膜がλ1からλ2までの光に対して完全に遮
光可能であれば、TFTリーク電流は概ね1%へ低減で
きる。勿論、遮光膜にも波長分散があり、また、膜厚に
より透過率も異なる。透過率をT(λ)と表わし、 Qsft=[λ1〜λ2]∫fs(λ)ff(λ)T
(λ)dλ/[全波長]∫fs(λ)ff(λ)dλ と仮定して、全波長に対して、Qsft>0.99とな
るセンサー材料、蛍光体、遮光膜材料及び膜厚を選定す
ることにより、目標のリーク電流まで低減可能となる。
図3にa−Si膜の感度とCsI:Tlを用いた蛍光体
の発光強度との積、即ち、総合感度と遮光膜の透過率を
示す。総合感度の最も大きい550nmに最大吸収、又
は、反射のある遮光膜を用いれば十分であり、この時、
上述のQsft>0.99を満足する様な膜厚を設定す
ればよいことが確認できる。この様な設計により、遮光
材料を選定し、膜厚を可能な限り薄膜化し、詳細なパタ
ーンが形成できる膜厚を確保することが可能となる。However, in practice, the wavelength to be shielded is a-
It is determined by the product of the sensitivity of the Si film and the emission intensity of the phosphor. The product Qsf of this ratio Qf is considered to be proportional to the magnitude of the leakage current itself of the TFT after all, and this is considered as the total sensitivity. Further, Qsf = [λ1 to λ2] ∫fs (λ) ff (λ ) Dλ /
[All wavelengths] ∫ fs (λ) ff (λ) dλ Assuming that Qsf> 0.99, λ1 and λ2 can be set, and the light shielding film can completely shield light from λ1 to λ2. If so, the TFT leakage current can be reduced to approximately 1%. Of course, the light-shielding film also has wavelength dispersion, and the transmittance differs depending on the film thickness. The transmittance is expressed as T (λ), and Qsft = [λ1 to λ2] ∫fs (λ) ff (λ) T
Assuming that (λ) dλ / [total wavelength] ∫fs (λ) ff (λ) dλ, the sensor material, the phosphor, the light-shielding film material, and the film thickness for which Qsft> 0.99 are satisfied for all wavelengths. By making a selection, the target leak current can be reduced.
FIG. 3 shows the product of the sensitivity of the a-Si film and the emission intensity of the phosphor using CsI: Tl, that is, the total sensitivity and the transmittance of the light shielding film. It is sufficient to use a light-shielding film having maximum absorption or reflection at 550 nm, which has the highest overall sensitivity.
It can be confirmed that the film thickness should be set so as to satisfy the above Qsft> 0.99. With such a design, it is possible to select a light shielding material, reduce the film thickness as much as possible, and secure a film thickness capable of forming a detailed pattern.
【0020】[0020]
[実施例1]本実施例では、MIS型光電変換素子を用
いた光検出器について述べる。先ず、本光検出器の作成
方法を図4〜図10を用いて説明する。[Embodiment 1] In this embodiment, a photodetector using a MIS type photoelectric conversion element will be described. First, a method for producing the photodetector will be described with reference to FIGS.
【0021】第1に、図4に示す如く、ガラス基板21
上(日本電気硝子製OA−2)に、ゲート電極22とし
てCr薄膜1000オングストロームをスパッタリング
法により成膜する。その後、フォトリソグラフィー法に
より所定のパターンを形成する。First, as shown in FIG. 4, the glass substrate 21
On top (OA-2 made by Nippon Electric Glass Co., Ltd.), a Cr thin film of 1000 Å is formed as the gate electrode 22 by a sputtering method. Then, a predetermined pattern is formed by the photolithography method.
【0022】第2に、図5に示す如く、プラズマCVD
法によりゲート絶縁膜23としてSiN膜を3000オ
ングストローム、光電変換層24及びTFT半導体層2
4としてa−Si膜を5000オングストローム、オー
ミックコンタクト層25としてn+膜1000オングス
トロームを連続成膜する。Second, as shown in FIG. 5, plasma CVD
A SiN film as the gate insulating film 23 by the method of 3000 angstroms, the photoelectric conversion layer 24 and the TFT semiconductor layer 2
4, an a-Si film of 5000 angstrom and an ohmic contact layer 25 of n + film 1000 angstrom are continuously formed.
【0023】第3に、図6に示す如く、コンタクトホー
ル27を形成する。フォトリソグラフィー法により所定
のパターンを形成し、CDE法により加工する。Thirdly, as shown in FIG. 6, a contact hole 27 is formed. A predetermined pattern is formed by the photolithography method and processed by the CDE method.
【0024】第4に、図7に示す如く、ソース・ドレイ
ン電極26としてAl薄膜1μmをスパッタリング法に
より成膜する。その後、フォトリソグラフィー法により
所定のパターンを形成する。Fourth, as shown in FIG. 7, an Al thin film of 1 μm is formed as a source / drain electrode 26 by a sputtering method. Then, a predetermined pattern is formed by the photolithography method.
【0025】第5に、図8に示す如く、フォトリソグラ
フィー法により所定のパターンを形成し、RIE法によ
りn+膜25を1000オングストロームとa−Si膜
24を200オングストローム程度エッチングして、T
FTチャネル部34を形成する。Fifth, as shown in FIG. 8, a predetermined pattern is formed by the photolithography method, the n + film 25 is etched by about 1000 angstroms and the a-Si film 24 is etched by about 200 angstroms by the RIE method.
The FT channel portion 34 is formed.
【0026】第6に、図9に示す如く、フォトリソグラ
フィー法により所定のパターンを形成し、RIE法によ
りn+膜25、a−Si膜24、SiN膜23を同時に
エッチングし、素子間分離する。Sixth, as shown in FIG. 9, a predetermined pattern is formed by the photolithography method, and the n + film 25, the a-Si film 24 and the SiN film 23 are simultaneously etched by the RIE method to separate the elements. .
【0027】第7に、図10に示す如く、パッシベーシ
ョン膜33としてSiN膜をプラズマCVD法により成
膜した後、遮光膜28として赤色フィルターを所定のパ
ターンに形成する。同様に保護膜29として、ポリイミ
ド樹脂を所定のパターンに形成し、配線引出し部(不図
示)などの不必要な部分をポリイミド樹脂をマスクにし
てRIE法によりにエッチングする。Seventh, as shown in FIG. 10, a SiN film is formed as a passivation film 33 by a plasma CVD method, and then a red filter is formed in a predetermined pattern as a light shielding film 28. Similarly, a polyimide resin is formed in a predetermined pattern as the protective film 29, and unnecessary portions such as wiring lead-out portions (not shown) are etched by the RIE method using the polyimide resin as a mask.
【0028】本実施例での光源は、波長550nmの緑
色LEDを使用するために選択的に遮光するためには、
図11に示した様な透過率の赤色フィルターを用い、1
μm程度の膜厚で十分な遮光が可能となる。The light source in this embodiment uses a green LED having a wavelength of 550 nm, so that the light is selectively shielded.
Using a red filter with transmittance as shown in FIG. 11, 1
Sufficient light shielding is possible with a film thickness of about μm.
【0029】この様にして作成された光検出器の模式的
平面図を図12に示す。図において、11はMIS型セ
ンサー部、12はスイッチTFT部、13は信号配線、
14はゲート配線、15はセンサー駆動用リフレッシュ
配線である。FIG. 12 shows a schematic plan view of the photodetector thus manufactured. In the figure, 11 is a MIS type sensor section, 12 is a switch TFT section, 13 is a signal wiring,
Reference numeral 14 is a gate wiring, and 15 is a sensor driving refresh wiring.
【0030】図中の斜線部は本実施例での遮光パターン
である。パターン精度は数μ程度まで改善され、その結
果、本実施例の様に、スイッチTFTに直接配置させ、
画素間領域を遮光し、且つ光電変換素子部の受光面積よ
り大きい開口領域を形成・配置させることが可能とな
る。The shaded area in the figure is the light-shielding pattern in this embodiment. The pattern accuracy is improved to about several μ, and as a result, it is arranged directly on the switch TFT as in this embodiment.
It is possible to shield the inter-pixel region and form / arrange an opening region larger than the light receiving area of the photoelectric conversion element portion.
【0031】ここで、遮光層の開口部の大きさと受光部
の大きさとの関係について説明する。通常、例えば、M
PA露光装置を用いたフォトリソグラフィー法で加工さ
れるパターンずれは最大3μ前後である。そのため、遮
光層の開口部の大きさと受光部の大きさには3μ程度の
マージンが必要となる。これは、基本的には、パターン
ずれによる受光部の開口率の低下を防ぐためである。つ
まり、フォトリソグラフィー法のプロセスの実力に合わ
せたマージンを遮光層の開口部の大きさに付け加え、光
検出器の基板裏面への透過、そして反射、再度基板表面
での反射を繰り返した結果のMTFの低下を最大限に抑
える必要がある。図13に一例を示す。図の斜線部は遮
光層である。またこのとき、画素部のゲート膜16は遮
光層の開口部17の大きさに前述のマージンを持たせる
ことにより、基板内での反射を防ぎ、MTFの低下を防
ぐことも可能となる。Here, the relationship between the size of the opening of the light shielding layer and the size of the light receiving portion will be described. Usually, for example, M
The pattern shift processed by the photolithography method using a PA exposure apparatus is about 3 μ at maximum. Therefore, a margin of about 3 μ is required for the size of the opening of the light shielding layer and the size of the light receiving portion. This is basically to prevent a reduction in the aperture ratio of the light receiving portion due to the pattern shift. That is, the MTF obtained as a result of repeating addition of a margin matched to the capability of the process of the photolithography method to the size of the opening of the light-shielding layer, transmission and reflection of the photodetector to the back surface of the substrate, and reflection on the front surface of the substrate again. It is necessary to minimize the deterioration of FIG. 13 shows an example. The shaded area in the figure is the light-shielding layer. Further, at this time, the gate film 16 of the pixel portion is provided with the above-mentioned margin in the size of the opening 17 of the light shielding layer, so that it is possible to prevent reflection in the substrate and prevent a decrease in MTF.
【0032】[実施例2]第2の実施例として、実施例
1でのMIS型光電変換素子を用いた光検出器等と、X
線やγ線などの放射線を可視光へ変換する蛍光体等とを
用いたX線検出器について述べる。図14に本実施例の
模式的断面図を示す。図中、21〜26は実施例1と同
様で、ガラス基板21、ゲート電極22、ゲート絶縁膜
23、光電変換層及びTFT半導体層24、オーミック
コンタクト層25、ソース・ドレイン電極26、で構成
される。また、30はマゼンダフィルターであり、Si
Nの保護膜33上にマゼンダフィルター30が形成され
る。また、32は蛍光体であり、エポキシ等の接着剤3
1により接着されている。[Embodiment 2] As a second embodiment, a photodetector or the like using the MIS type photoelectric conversion element in Embodiment 1 and X
An X-ray detector using a phosphor or the like that converts radiation such as rays and γ rays into visible light will be described. FIG. 14 shows a schematic cross-sectional view of this embodiment. In the figure, 21 to 26 are the same as those in the first embodiment, and are composed of a glass substrate 21, a gate electrode 22, a gate insulating film 23, a photoelectric conversion layer and a TFT semiconductor layer 24, an ohmic contact layer 25, and source / drain electrodes 26. It Further, 30 is a magenta filter,
The magenta filter 30 is formed on the N protective film 33. In addition, 32 is a phosphor, which is an adhesive agent 3 such as epoxy.
Bonded by 1.
【0033】本実施例では、図14の上部から放射線が
放射され、蛍光体32は図15に示す様な発光強度を持
つ可視光に変換され、また、この変換光を選択的に遮光
するために、図16に示した様な透過率のマゼンダフィ
ルター30を遮光膜として使用する。この時、1μ程度
の膜厚で十分な遮光が可能となる。In this embodiment, radiation is emitted from the upper part of FIG. 14, the phosphor 32 is converted into visible light having the emission intensity as shown in FIG. 15, and the converted light is selectively shielded. In addition, the magenta filter 30 having the transmittance as shown in FIG. 16 is used as a light shielding film. At this time, sufficient light shielding is possible with a film thickness of about 1 μm.
【0034】この様に、蛍光体の発光波長に対応した遮
光膜を選定し、薄膜化が可能となることにより、実施例
1と同様にスイッチTFTに直接配置させ、且つ、光電
変換素子部の受光面積より大きい開口領域を形成配置さ
せることが可能となる。In this way, by selecting a light-shielding film corresponding to the emission wavelength of the phosphor and enabling thinning, it can be directly arranged on the switch TFT as in the first embodiment, and the photoelectric conversion element part It is possible to form and arrange an opening region larger than the light receiving area.
【0035】[実施例3]その他の実施例として、カラ
ー光検出器の遮光方法について説明する。本実施例で
は、R・G・Bに対応した各画素にそれぞれR,G,B
フィルターを形成するに当たり、同時に各画素のTFT
部等の遮光部にも形成する。図17に本実施例による模
式的断面図を示す。図において、21はガラス基板であ
り、501,502,503はそれぞれR,G,Bの画
素に対応しており、各画素はTFT部504と光検出部
505より構成されている。また、33はSiN保護
膜、51は赤フィルター、52は緑フィルター、53は
青フィルター、29はPI保護膜である。各層は1μ程
度の膜厚で十分なフィルター機能が可能であるため、十
分なパターン精度を得ることができる。更に、R,G,
Bが積層されるため、各TFT部504上の遮光が可能
となる。[Embodiment 3] As another embodiment, a light shielding method for a color photodetector will be described. In this embodiment, R, G and B pixels are respectively assigned to R, G and B pixels.
When forming a filter, the TFT of each pixel is simultaneously
It is also formed in a light-shielding portion such as a portion. FIG. 17 shows a schematic sectional view according to this embodiment. In the figure, 21 is a glass substrate, 501, 502 and 503 respectively correspond to R, G and B pixels, and each pixel is composed of a TFT section 504 and a photodetection section 505. Further, 33 is a SiN protective film, 51 is a red filter, 52 is a green filter, 53 is a blue filter, and 29 is a PI protective film. Since each layer can have a sufficient filter function with a film thickness of about 1 μm, sufficient pattern accuracy can be obtained. Furthermore, R, G,
Since B is stacked, it is possible to block light on each TFT portion 504.
【0036】また、夫々のフィルターは、順次所定の領
域に形成され、R,G,Bフィルターが全て積層される
領域は、TFT部504をカバーし、且つ光検出部50
5より大きい開口領域をもったパターンである。このよ
うに、カラーフィルター形成時に、同時に遮光膜を形成
することも可能である。Further, each filter is sequentially formed in a predetermined area, and the area where all the R, G, B filters are laminated covers the TFT section 504, and the photodetection section 50 is formed.
The pattern has an opening area larger than 5. In this way, it is possible to form the light shielding film at the same time when the color filter is formed.
【0037】[0037]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光検出装置における遮光部材を、入射光波長、又は、ス
イッチTFTに感度を有する波長に対して選択的に遮光
する部材とすることにより、従来、必要とされていた遮
光膜の厚みを薄膜化することが可能となる。その結果、
ファインパターンの実現が可能となり、センサー開口率
を低下させることなく、少なくとも、スイッチTFTを
十分遮光でき、かつ、光電変換素子の受光面積より大き
い開口領域を形成している遮光層を配置させることが可
能となり、TFTリーク電流を低減させ、クロストーク
を低減した、S/N比の高い光検出装置を実現すること
が可能となる。As described above, according to the present invention,
The light-shielding member in the photodetector is a member that selectively shields the incident light wavelength or the wavelength having sensitivity to the switch TFT, thereby reducing the thickness of the light-shielding film that has been conventionally required. It becomes possible. as a result,
A fine pattern can be realized, and at least a switch TFT can be sufficiently shielded from light without reducing the sensor aperture ratio, and a light shielding layer forming an aperture region larger than the light receiving area of the photoelectric conversion element can be arranged. This makes it possible to realize a photodetector with a high S / N ratio, which reduces TFT leakage current and crosstalk.
【図1】本発明を説明するa−Si膜の相対感度を示す
グラフである。FIG. 1 is a graph showing the relative sensitivity of an a-Si film for explaining the present invention.
【図2】本発明を説明する蛍光材料のCsI:Tlの相
対発光強度を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing the relative emission intensity of CsI: Tl of the fluorescent material for explaining the present invention.
【図3】本発明を説明するa−Si膜とCsI:Tlに
よる総合感度と遮光膜の透過率を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing the overall sensitivity and the transmittance of a light-shielding film by an a-Si film and CsI: Tl for explaining the present invention.
【図4】本発明による第1の実施例の光検出器の形成を
示す模式的断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing formation of the photodetector of the first embodiment according to the present invention.
【図5】本発明による第1の実施例の光検出器の形成を
示す模式的断面図である。FIG. 5 is a schematic sectional view showing formation of the photodetector of the first embodiment according to the present invention.
【図6】本発明による第1の実施例の光検出器の形成を
示す模式的断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing formation of the photodetector of the first embodiment according to the present invention.
【図7】本発明による第1の実施例の光検出器の形成を
示す模式的断面図である。FIG. 7 is a schematic sectional view showing formation of the photodetector of the first embodiment according to the present invention.
【図8】本発明による第1の実施例の光検出器の形成を
示す模式的断面図である。FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing formation of the photodetector of the first embodiment according to the present invention.
【図9】本発明による第1の実施例の光検出器の形成を
示す模式的断面図である。FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing formation of the photodetector of the first embodiment according to the present invention.
【図10】本発明による第1の実施例の光検出器の形成
を示す模式的断面図である。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing formation of the photodetector of the first embodiment according to the present invention.
【図11】本発明による第1の実施例に用いる遮光膜中
赤色フィルターの透過率の波長分散のグラフである。FIG. 11 is a graph of wavelength dispersion of the transmittance of the red filter in the light shielding film used in the first example according to the present invention.
【図12】本発明による第1の実施例の光検出器の模式
的平面図である。FIG. 12 is a schematic plan view of the photodetector of the first embodiment according to the present invention.
【図13】本発明による第1の実施例の光検出器の模式
的平面図である。FIG. 13 is a schematic plan view of the photodetector of the first embodiment according to the present invention.
【図14】本発明による第2の実施例のX線検出器の模
式的断面図である。FIG. 14 is a schematic sectional view of an X-ray detector according to a second embodiment of the present invention.
【図15】本発明による第2の実施例の蛍光体の発光強
度分散のグラフである。FIG. 15 is a graph showing emission intensity dispersion of the phosphor of Example 2 according to the present invention.
【図16】本発明による第2の実施例の遮光膜の波長分
散のグラフである。FIG. 16 is a graph of wavelength dispersion of the light shielding film of the second embodiment according to the present invention.
【図17】本発明による第3の実施例の光検出器の模式
的断面図である。FIG. 17 is a schematic sectional view of a photodetector according to a third embodiment of the present invention.
【図18】従来の1次元光検出器の模式的断面図と1ビ
ット等価回路である。FIG. 18 is a schematic cross-sectional view of a conventional one-dimensional photodetector and a 1-bit equivalent circuit.
【図19】従来の2次元光検出器の模式的平面図と模式
的断面図である。FIG. 19 is a schematic plan view and a schematic sectional view of a conventional two-dimensional photodetector.
【図20】従来の入射光量とセンサー出力及びTFTリ
ーク電流との関係グラフである。FIG. 20 is a graph showing a relationship between a conventional incident light amount, a sensor output, and a TFT leak current.
【図21】従来の遮光膜の膜厚とパターン精度との関係
グラフである。FIG. 21 is a graph showing the relationship between the film thickness of a conventional light-shielding film and the pattern accuracy.
【図22】従来の光検出器の画素配列を表す模式的配置
図である。FIG. 22 is a schematic layout diagram showing a pixel array of a conventional photodetector.
101 TFT型センサー部 102 スイッチTFT部 103 電荷蓄積部 21、201、401 ガラス基板 22、202、402 Crゲート電極 23、203、403 SiNゲート絶縁膜 24、204、404 i型非晶質Si 25、205、405 n+型非晶質Si 26、206、406 AlのS−D電極 27、207、407 SiN保護膜 28、30 遮光膜 29 保護膜 31 接着層 32 蛍光体 51、52、53 R、G、Bフィルター 410、411、412 p型、i型、n型非晶質Si 413 Cr電極 414 ITO透明電極 501、502、503、504 R、G、B画素部及
びTFT部 11 MIS型センサー部 12 スイッチTFT部 13 信号配線 14 ゲート配線 15 センサー駆動配線101 TFT type sensor section 102 Switch TFT section 103 Charge storage section 21, 201, 401 Glass substrate 22, 202, 402 Cr gate electrode 23, 203, 403 SiN gate insulating film 24, 204, 404 i-type amorphous Si 25, 205, 405 n + type amorphous Si 26, 206, 406 Al SD electrode 27, 207, 407 SiN protective film 28, 30 light-shielding film 29 protective film 31 adhesive layer 32 phosphor 51, 52, 53 R, G, B filter 410, 411, 412 p-type, i-type, n-type amorphous Si 413 Cr electrode 414 ITO transparent electrode 501, 502, 503, 504 R, G, B pixel part and TFT part 11 MIS type sensor part 12 switch TFT section 13 signal wiring 14 gate wiring 15 sensor drive wiring
Claims (5)
Tとを有する光検出装置において、 少なくとも前記スイッチTFTを遮光し、且つ、前記光
電変換素子の受光面積より大きい開口領域を形成してい
る遮光層が配置されていることを特徴とする光検出装
置。1. At least a photoelectric conversion element and a switch TF
In the photodetector device having T, a photodetector device is provided, which shields at least the switch TFT and forms an opening region larger than the light receiving area of the photoelectric conversion element. .
Tであり、前記光電変換素子を駆動するための駆動配線
と、前記スイッチTFTを駆動するためのゲート配線
と、前記スイッチTFTに接続されたシグナル配線とか
ら構成されたことを特徴とする請求項1項に記載の光検
出装置。2. The inverted stagger type TF is used for the photoelectric conversion element.
T, which is composed of a drive wiring for driving the photoelectric conversion element, a gate wiring for driving the switch TFT, and a signal wiring connected to the switch TFT. The photodetector according to item 1.
オードであり、前記光電変換素子を駆動するための駆動
配線と、前記スイッチTFTを駆動するためのゲート配
線と、前記スイッチTFTに接続されたシグナル配線と
から構成されたことを特徴とする請求項1項に記載の光
検出装置。3. The photoelectric conversion element is a PIN type photodiode, a drive wiring for driving the photoelectric conversion element, a gate wiring for driving the switch TFT, and a signal connected to the switch TFT. The photodetector according to claim 1, wherein the photodetector comprises a wiring.
縁層と半導体層と該半導体層へのキャリア注入阻止層
と、第2の電極層とから構成されたMIS型光電変換素
子であり、前記光電変換素子を駆動するための駆動配線
と、前記スイッチTFTを駆動するためのゲート配線
と、前記スイッチ素子に接続されたシグナル配線とから
構成されたことを特徴とする請求項1項に記載の光検出
装置。4. The photoelectric conversion element is a MIS-type photoelectric conversion element composed of a first electrode layer, an insulating layer, a semiconductor layer, a carrier injection blocking layer into the semiconductor layer, and a second electrode layer. 2. A drive line for driving the photoelectric conversion element, a gate line for driving the switch TFT, and a signal line connected to the switch element. The photodetector according to.
ることを特徴とする請求項1項に記載の光検出装置。5. The photodetector according to claim 1, wherein the semiconductor layer is an amorphous silicon thin film.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8083987A JPH09275202A (en) | 1996-04-05 | 1996-04-05 | Photodetector |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP8083987A JPH09275202A (en) | 1996-04-05 | 1996-04-05 | Photodetector |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09275202A true JPH09275202A (en) | 1997-10-21 |
Family
ID=13817899
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8083987A Pending JPH09275202A (en) | 1996-04-05 | 1996-04-05 | Photodetector |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH09275202A (en) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
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- 1996-04-05 JP JP8083987A patent/JPH09275202A/en active Pending
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Legal Events
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A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040702 |
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A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20041026 |