JPS5845690B2 - Optical image conversion element - Google Patents

Optical image conversion element

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Publication number
JPS5845690B2
JPS5845690B2 JP12090076A JP12090076A JPS5845690B2 JP S5845690 B2 JPS5845690 B2 JP S5845690B2 JP 12090076 A JP12090076 A JP 12090076A JP 12090076 A JP12090076 A JP 12090076A JP S5845690 B2 JPS5845690 B2 JP S5845690B2
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JP
Japan
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layer
optical image
single crystal
bismuth
substrate
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JP12090076A
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美樹 工原
紘二 多田
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光伝導効果および電気光学効果を有する単結晶
を利用した光空間フィルター素子や光画像変換素子に関
するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an optical spatial filter element and an optical image conversion element using a single crystal having a photoconductive effect and an electro-optic effect.

従来、光情報技術における光画像入力素子として、電気
光学特性や圧電特性および光伝導特性を有するB i
12S 102o、 B i 1□Gem2o等のビス
マスシレナイト族単結晶を用いたインコーヒーレット光
(非可干渉光)像をコーヒーレット光(可干渉光)像に
変換する素子が提案されており、J。
Conventionally, B i having electro-optical properties, piezoelectric properties, and photoconductive properties has been used as an optical image input device in optical information technology.
An element that converts an incoherent light (incoherent light) image into a coffeelet light (coherent light) image using a bismuth sirenite group single crystal such as 12S 102o and B i 1□Gem2o has been proposed. J.

Fe1nleibe等によりAppl ied Opt
ics 、Vo l 。
Applied Opt by Fe1nleibe et al.
ics, Vol.

11、A12.Dec、1972.p、2752で発表
されている素子は第1図のような構造を有する。
11, A12. Dec, 1972. The device disclosed in P., 2752 has a structure as shown in FIG.

第1図において1はビスマスシリコンオキサイド(B1
12S1020)単結晶、2,2′は透明絶縁膜、3.
3′は透明電極である。
In Figure 1, 1 is bismuth silicon oxide (B1
12S1020) Single crystal, 2 and 2' are transparent insulating films, 3.
3' is a transparent electrode.

ここで絶縁層2,2′は、有機物質または無機物質の薄
膜を単結晶1上へ蒸着することによって作成されてきた
Here, the insulating layers 2, 2' have been created by depositing thin films of organic or inorganic materials onto the single crystal 1.

例えば前述のJ 、 Fe1nleibeによれば、有
機物質としてバラキシレン重合体ポリパラキシレンのフ
ィルムを形成する方法を用いている例がある。
For example, according to the above-mentioned J. Feinleibe, there is an example in which a method is used to form a film of paraxylene polymer polyparaxylene as the organic material.

また、無機物質としてはMgF2蒸着膜を用いた例があ
る。
Furthermore, there is an example in which a MgF2 vapor deposited film is used as the inorganic material.

透明電極3,3′としては、Au、Ptなどの単体金属
もしくはI n 203 y S n 02などの蒸着
膜が用いられ、特に透明度と電気的特性に優れているI
n 203とS n 02の混合組成のもの等が用い
られる。
As the transparent electrodes 3 and 3', single metals such as Au and Pt or vapor deposited films such as In 203 y S n 02 are used, and I, which has particularly excellent transparency and electrical properties, is used.
A mixed composition of n203 and Sn02 is used.

このような構造をもつ光画像変換素子において電極3,
3′間に一定電圧を印加しておき、その状態のまま画像
もしくは文字パターンを片面に投影する。
In the optical image conversion element having such a structure, the electrodes 3,
A constant voltage is applied between 3' and an image or character pattern is projected onto one side in that state.

ビスマスシリコンオキサイド学結晶の光伝導効果の波長
依存性を利用し、特に顕著な光伝導効果のある波長50
0 nm以下の短い波長光を画像の書き込み周光として
用いるが、実際にはキセノン、タングステンランプ等の
白色光で充分である。
Utilizing the wavelength dependence of the photoconductive effect of bismuth silicon oxide scientific crystal, we have developed a wavelength 50 that has a particularly remarkable photoconductive effect.
Light with a short wavelength of 0 nm or less is used as the image writing light, but in reality, white light from a xenon or tungsten lamp is sufficient.

光が照射された部分は光生成電子−正孔対が結晶内で両
極に向って各々移動し、絶縁フィルム2との界面でトラ
ップされるため結晶内の電位勾配は光の未照射の部分に
比べ小となる。
In the area irradiated with light, the photogenerated electron-hole pairs move toward both poles within the crystal and are trapped at the interface with the insulating film 2, so the potential gradient within the crystal changes to the area not irradiated with light. Comparatively small.

このような状態において次の段階として読み出し光とし
て、例えばHe −N eレーザー光線、波長が633
μm以上の光伝導効果に寄与せぬ長波長光の可干渉光を
結晶軸に対して45度をなす角の偏光方向を有する直線
偏波光を素子面に均一に照射することにより、透過後電
位勾配の大小に対応して電気光学効果によるリターデー
ションδが変化し、例えば検光子を通すことによって強
度変調された可干渉光像が得られる。
In such a state, the next step is to use a He-Ne laser beam, for example, with a wavelength of 633, as the readout light.
By uniformly irradiating the element surface with linearly polarized light having a polarization direction at an angle of 45 degrees with respect to the crystal axis, the coherent light of long wavelength light that does not contribute to the photoconduction effect of μm or more can be used to increase the potential after transmission. The retardation δ due to the electro-optic effect changes depending on the magnitude of the gradient, and an intensity-modulated coherent light image can be obtained by passing the light through an analyzer, for example.

δは次のようになる。2π δ= 7 ・n□” +、 r4s ・V (r ad
) (1)(式中λは光波長、n□は屈折率、r
41は電気光学係数、■は電圧を表わす。
δ is as follows. 2π δ= 7 ・n□” +, r4s ・V (r ad
) (1) (where λ is the optical wavelength, n□ is the refractive index, and r
41 represents an electro-optic coefficient, and ■ represents a voltage.

)ビスマスシリコンオキサイドは体心立方晶であり、点
群対称性23であるため、結晶面(ioo)に垂直な方
向の電界及び入射方向の光線に対しては(1)式のよう
にリターデーションδは結晶の厚さに無関係である。
) Bismuth silicon oxide is a body-centered cubic crystal and has point group symmetry23, so for an electric field in a direction perpendicular to the crystal plane (ioo) and a light beam in the incident direction, retardation occurs as shown in equation (1). δ is independent of crystal thickness.

さて、以上の構造を有する光画像変換素子に要求される
重要な特性として、画像の分解能がある。
Now, an important characteristic required of the optical image conversion element having the above structure is image resolution.

この分解能は、光伝導層であるビスマスシリコンオキサ
イド1の厚みにほぼ反比例する関係で向上する。
This resolution improves in almost inverse proportion to the thickness of bismuth silicon oxide 1, which is the photoconductive layer.

厚みが増加すると、投映光によって光キャリアが生じる
領域が奥行き方向に広がり、これらのキャリアが投映光
の強弱に応じた濃度分布を有するため、空間的な濃度差
によるキャリアの拡散が生じ、投映面内での分解能が減
少する。
As the thickness increases, the region where optical carriers are generated by the projected light expands in the depth direction, and these carriers have a concentration distribution that corresponds to the intensity of the projected light, resulting in carrier diffusion due to spatial concentration differences, and the projection surface resolution within the range is reduced.

つまり光伝導層の厚みを薄くすることが分解能を向上さ
せるための重要な因子であるが、第1図の構成における
光伝導層は、従来の融液からの引上げ法によって得られ
た単結晶より(100)面を持つ平板として、切断、研
磨加工を施されたものであり、現在の切断・研磨加工技
術では10〜30+1!?+1[1のビスマスシリコン
オキサイド等のビスマス・シレナイト族単結晶を光情報
を乱さない条件としてλ/10の平坦度、1σの平行度
に仕上げることの可能な最小厚みは約150μである。
In other words, reducing the thickness of the photoconductive layer is an important factor for improving resolution, but the photoconductive layer in the configuration shown in Figure 1 is thinner than the single crystal obtained by the conventional pulling method from melt. It is a flat plate with a (100) plane that has been cut and polished, and with current cutting and polishing technology, it is 10~30+1! ? The minimum thickness that can be used to finish a bismuth sirenite group single crystal such as +1 [1 bismuth silicon oxide or the like to a flatness of λ/10 and parallelism of 1σ without disturbing optical information is about 150μ.

それ以下にすることは単結晶の機械的な強度が充分でな
いため割れ、欠けを生じて不可能である。
It is impossible to reduce the crystalline temperature to less than that because the mechanical strength of the single crystal is insufficient, resulting in cracking and chipping.

本発明は、光伝導特性の著しく小さい基板上に光伝導特
性の顕著なエピタキシャル層を成長させることにより、
10μから100μまでの厚みの任意の光伝導層を得、
従来の機械的な加工法による光伝導層を用いた素子では
得られなかった高分解能の光画像変換素子を提供するも
のである。
The present invention achieves the following by growing an epitaxial layer with remarkable photoconductive properties on a substrate with extremely poor photoconductive properties.
Obtaining a photoconductive layer of arbitrary thickness from 10μ to 100μ,
The present invention provides a high-resolution optical image conversion device that could not be obtained with a device using a photoconductive layer formed by conventional mechanical processing methods.

本発明によれば、高絶縁有機物質の薄膜が片面だけで済
むこと、素子への印加電圧の極性により画像の蓄積・消
去時間の長短を選択できること、さらにエピタキシャル
基板側の反射防止膜を形成して、従来の素子において問
題となったコヒーレント光による読み出し時に生じる多
重干渉縞を除去することができるなど多くの利点を峙つ
ものである。
According to the present invention, a thin film of highly insulating organic material is required on only one side, the image storage/erasing time can be selected depending on the polarity of the voltage applied to the element, and an antireflection film is formed on the epitaxial substrate side. Therefore, it has many advantages, such as being able to eliminate multiple interference fringes that occur during readout using coherent light, which has been a problem in conventional elements.

第2図は本発明にかかわる光画像変換素子の断面構造を
示すものである。
FIG. 2 shows the cross-sectional structure of the optical image conversion element according to the present invention.

4は光伝導効果の著しく小さい基板単結晶であり、5は
4の上にエピタキシャル成長させた光伝導特性の顕著な
層である。
4 is a substrate single crystal having a significantly small photoconductive effect, and 5 is a layer epitaxially grown on 4 and having a significant photoconductive property.

エピタキシャル成長における最も重要な要素は基板と成
長層の格子定数の間のミスマツチが極力少ないことであ
る。
The most important factor in epitaxial growth is to minimize the mismatch between the lattice constants of the substrate and the grown layer.

エピタキシャル層として、B 112 S 1020あ
るいはB i1□Ge O20を用いる場合について述
べる。
A case where B 112 S 1020 or B i1□Ge O20 is used as the epitaxial layer will be described.

この場合、B 112 S ! 020あるいはB t
12 G e O2゜結晶を引上げによって製造する
際、周期律表中第■A族、第nA族元素、又は遷移元素
に属する元素を添加することによって光伝導特性を著し
く減少させることができることは周知の事実である(S
、L、Hou他J 、Appl 、Phys 、Vo1
44(1973)2652)。
In this case, B 112 S! 020 or B t
It is well known that when producing 12G e O2° crystals by pulling, the photoconductive properties can be significantly reduced by adding elements belonging to Group ⅠA, Group nA, or transition elements of the periodic table. It is a fact that (S
, L., Hou et al., J., Appl., Phys., Vol.
44 (1973) 2652).

第3図はその1例を示すものであり、Bt1□SiO2
゜にAlをSiに対して数モル多以上添加したBl 1
2 S 1020 :(Al)は、光波長450 nm
までほとんど光伝導特性を示さない。
Figure 3 shows one example, and Bt1□SiO2
Bl 1 in which Al was added in an amount of several moles or more relative to Si.
2 S 1020: (Al) has a light wavelength of 450 nm
It exhibits almost no photoconductive properties until

また、この場合の不純物添加は結晶構造および格子定数
に変化を与えないため、本発明の基板単結晶として用い
ることが可能である。
Furthermore, since the addition of impurities in this case does not change the crystal structure and lattice constant, it can be used as the substrate single crystal of the present invention.

Bi1□GeO20についても全く同じ条件が成り立ち
、基板単結晶として可能である。
Exactly the same conditions hold for Bi1□GeO20, which is possible as a single crystal substrate.

次にエピタキシャル成長法について説明する。Next, the epitaxial growth method will be explained.

第4図はエピタキシャル成長装置の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of the epitaxial growth apparatus.

8.「はヒーターであり反応融液を必要な温度に保つ。8. `` is a heater that keeps the reaction melt at the required temperature.

9は白金るつぼの支持台であり、アルミナ磁器などの断
熱材を用いる。
9 is a support stand for the platinum crucible, which is made of a heat insulating material such as alumina porcelain.

10は反応融液を保持するものであり、ビスマスシレナ
イト族の融解には白金るつぼが用いられる。
10 holds the reaction melt, and a platinum crucible is used to melt the bismuth sirenite group.

11はエピタキシャル層を形成する反応融液である。11 is a reaction melt forming an epitaxial layer.

12は引上げ軸であり、白金製の基板ホルダー13に保
持された基板単結晶14を回転、上下運動させるための
ものである。
Reference numeral 12 denotes a pulling shaft, which rotates and moves up and down the substrate single crystal 14 held by a substrate holder 13 made of platinum.

ここで基板ホルダー13は基板の片面にのみエピタキシ
ャル成長するような構造としている。
Here, the substrate holder 13 has a structure that allows epitaxial growth to occur only on one side of the substrate.

また基板を回転させることにより、よりエピタキシャル
成長層が面内で均一となる。
Furthermore, by rotating the substrate, the epitaxial growth layer becomes more uniform within the plane.

ここで問題になることは、不純物を添加された基板単結
晶B112Si020と不純物を添加しないBi1□5
102gの融点にほとんど差がないことであるが、この
点は次のようにして解決される。
The problem here is that the substrate single crystal B112Si020 doped with impurities and Bi1□5 without doped impurities.
There is almost no difference in the melting points of 102g, but this point is solved as follows.

第5図はBi2O3−8in、系の相図であり、B t
12 S t 02゜はBt 203: S 102
= 6 : 1モル比の組成においてコングルーエンド
であり、約910℃で融解する。
Figure 5 is the phase diagram of the Bi2O3-8in system, and B t
12 S t 02° is Bt 203: S 102
= 6: Congruendo at a composition of 1 molar ratio, and melts at about 910°C.

これらの組成の中でSiO2が0.5〜27モル多の範
囲のいずれかを選び、この融液を過冷却状態にすること
により、基板単結晶を融解させずにエピタキシャル成長
が可能となる。
By selecting one of these compositions in the range of 0.5 to 27 moles of SiO2 and supercooling the melt, epitaxial growth is possible without melting the substrate single crystal.

相図より判るとおり、基板の融点から50℃以内の過冷
却によってBi1□SiO□。
As can be seen from the phase diagram, Bi1□SiO□ is formed by supercooling within 50°C from the melting point of the substrate.

相を晶析させることが可能であり50℃以上の過冷却で
はbcc以外の他の相比物が析出してしまうため不適当
である。
It is possible to crystallize the phase, and supercooling at 50° C. or higher is inappropriate because phase ratio substances other than bcc will precipitate.

Bil□GeO20においても全く同様であり、第6図
B t 203− GeO2系相図を示すが、この場合
エピタキシャル成長の可能な組成範囲はG e 02が
0.5〜32モル饅であり、エピタキシャル成長時の過
冷却度は70℃以内である。
The same is true for Bil□GeO20, and Fig. 6 shows the Bt203-GeO2 system phase diagram, but in this case, the possible composition range for epitaxial growth is 0.5 to 32 moles of Ge02, and during epitaxial growth. The degree of supercooling is within 70°C.

さて以上のような方法により、第2図に示した基板4お
よびエピタキシャル層5が形成された。
By the method described above, the substrate 4 and epitaxial layer 5 shown in FIG. 2 were formed.

次にエピタキシャル成長によって形成された光伝導層5
の上に絶縁膜6をコーティングする。
Next, a photoconductive layer 5 formed by epitaxial growth
An insulating film 6 is coated thereon.

この絶縁層6の目的は光像の投映によって光伝導層に生
じたキャリアのうち、多数キャリアーである電子を光伝
導層5との界面Aにトラップさせることにより、光像の
明暗に応じた電界の差を電気光学効果を有する光電導層
5に生じさせるためである3この絶縁膜6としては、た
とえば既に述べたバラキシレンフィルム、エポキシ樹脂
等の高絶縁有機材質の膜を用いる。
The purpose of this insulating layer 6 is to trap electrons, which are majority carriers, among the carriers generated in the photoconductive layer by the projection of the optical image, at the interface A with the photoconductive layer 5, thereby creating an electric field corresponding to the brightness of the optical image. This is to produce a difference in the photoconductive layer 5 having an electro-optical effect.3 As the insulating film 6, a film made of a highly insulating organic material such as the already mentioned xylene film or epoxy resin is used.

次に第2図に示すように両端面に透明電極7゜1′を蒸
着又はスパッタリングなどの方法により付着せしめる。
Next, as shown in FIG. 2, transparent electrodes 7.1' are deposited on both end faces by a method such as vapor deposition or sputtering.

その材料については従来の素子の場合と同じであるが、
望ましくは、In203tSnO2などの半導体薄膜層
が、電気伝導度と機械的強度の点で優れている。
The material is the same as for conventional elements, but
Preferably, a semiconductor thin film layer such as In203tSnO2 has excellent electrical conductivity and mechanical strength.

以上のようにして得た光画像変換素子は次のような動作
を行なう。
The optical image conversion element obtained as described above performs the following operations.

第7図aは直流電圧■。を印加した状態であり、このと
き■。
Figure 7a shows the DC voltage ■. is applied, and at this time ■.

は4,5.6各層の誘電率εと厚みdで決まる電圧配分
V4.V、。
is 4,5.6 Voltage distribution determined by dielectric constant ε and thickness d of each layer V4. V.

■6となる。■It becomes 6.

このとき■。は絶縁膜側が十極性になるようにしておく
At this time ■. The insulating film side is made to have ten polarity.

この状態で500〜450nmの光を照射すると光伝導
層で発生したキャリアーが印加電圧によって界面Aに到
達し、ここでトラップされ、その結果、光伝導層の内部
電界は著しく減少してしまい、同図すのように■4′、
■5′。
When irradiated with light of 500 to 450 nm in this state, carriers generated in the photoconductive layer reach interface A due to the applied voltage and are trapped there, and as a result, the internal electric field of the photoconductive layer decreases significantly, resulting in the same As shown in the figure ■4',
■5′.

■6′のような電圧配分となり、633 nmの読み出
し光に与えられるリターデーションは照射前の電圧V4
+V、よりも著しく小さい電圧v4′+v、’によって
決まる。
■The voltage distribution becomes 6', and the retardation given to the 633 nm readout light is the voltage V4 before irradiation.
It is determined by the voltage v4'+v,' which is significantly smaller than +V.

ここで、基板層は光伝導効果は有しないが、電気光学効
果を有するため、全体としてのりタープ−ジョンは■4
+■5(あるいは■4′+■、′)で決まる。
Here, the substrate layer does not have a photoconductive effect, but has an electro-optic effect, so the adhesive tarpion as a whole is 4
It is determined by +■5 (or ■4'+■,').

しかし、基板層は光伝導効果を有しないためその電圧変
化はごくわずかであり、リターデーションの差はほとん
どが光伝導層の電圧変化によって決定される。
However, since the substrate layer does not have a photoconductive effect, the voltage change thereon is very small, and the difference in retardation is mostly determined by the voltage change in the photoconductive layer.

つまり、従来の光画像変換素子と同じ動作を行なう。In other words, it performs the same operation as a conventional optical image conversion element.

ここで絶縁膜側を+極性にするのは多数キャリアーであ
る電子を高抵抗(1015〜1016g−c10l6の
絶縁膜の界面Aにおいて読み出しに必要な時間トラップ
させておくためであるが、逆に基板側を十極性にした場
合には、電子は界面Bでトラップされるが、基板の絶縁
抵抗が1012〜10138−CrrLと低いため、書
き込まれた光像は短時間で消失する。
Here, the reason why the insulating film side is set to + polarity is to trap electrons, which are majority carriers, at the interface A of the insulating film with high resistance (1015 to 1016g-c10l6) for the time required for reading. When the sides are made depolar, electrons are trapped at the interface B, but since the insulation resistance of the substrate is as low as 1012 to 10138-CrrL, the written optical image disappears in a short time.

つまり極性の逆転により光像のメモリ一時間を選択する
ことができるが、これも本発明の特徴の一つである。
In other words, by reversing the polarity, one hour of optical image memory can be selected, which is also one of the features of the present invention.

以上の動作において、本発明の特徴の一つである分解能
の向上については、従来方法での限界の150μ厚のB
i1□SiO□。
In the above operation, one of the features of the present invention, which is the improvement in resolution, is achieved by using a 150μ thick B
i1□SiO□.

単結晶を用いた光画像変換素子の分解能が2001pA
1Lであったのに対し、最適な条件で育成された本発明
の方法による50μ厚の光伝導層を持つ素子では400
11p/mπの高分解能を得ることができる。
The resolution of the optical image conversion element using single crystal is 2001pA
1L, whereas for a device with a 50μ thick photoconductive layer grown under optimal conditions and grown by the method of the present invention, it was 400L.
A high resolution of 11p/mπ can be obtained.

また本発明の特徴の1つである反射防止層の付加が可能
な点については第8図に示す構成において、透明電極7
′として、たとえばIn2O3を用いる場合、基板4の
片側にMgF2等の多層膜のコーティングにより、層5
、4、16、7’を通過する読み出し光(たとえばHe
−Neレーザーの633nm光)に対する反射率を全体
として0.1%以下に抑えることができ、第1図に示す
従来の構成で生じたBi1□5iO21)などの光伝導
層の両端面間で生じる多重反射による干渉縞の発生を使
用上問題とならない程度まで減少させることができる。
Furthermore, regarding the possibility of adding an antireflection layer, which is one of the features of the present invention, in the structure shown in FIG.
For example, when In2O3 is used as the layer 5, one side of the substrate 4 is coated with a multilayer film such as MgF2.
, 4, 16, 7' (for example, He
-The reflectance for the 633 nm light of the -Ne laser) can be suppressed to 0.1% or less as a whole, and the reflectance of Bi1□5iO21), which occurs in the conventional configuration shown in Fig. The occurrence of interference fringes due to multiple reflections can be reduced to an extent that does not pose a problem in use.

ここで、さらに従来提案されているいくつかの光画像変
換素子との詳細な比較を行ない、本発明の特徴を詳述す
る。
Here, the features of the present invention will be explained in detail by making a detailed comparison with some conventionally proposed optical image conversion elements.

第9図aは第1図と同じものであるが、これは光伝導層
1を薄膜にできないため分解能に限界があるとともに絶
縁層を2層2,2′必要とし、なおかつ、この絶縁層と
しては高絶縁有機物質が用いられるため、約300℃に
加熱することを必要とする反射防止膜のコーティングが
困難である。
Fig. 9a is the same as Fig. 1, but since the photoconductive layer 1 cannot be made into a thin film, the resolution is limited and two insulating layers 2 and 2' are required. Because highly insulating organic materials are used, coating with an antireflection film, which requires heating to about 300° C., is difficult.

同図すに示す構成はaと同様、研磨加工された光伝導層
1に片側だけ高絶縁有機材質を付着せしめた非対称形で
あるが、aと同様に薄膜化が困難であり、高分解能の素
子はできない。
The structure shown in the figure is an asymmetric structure in which a highly insulating organic material is adhered to only one side of the polished photoconductive layer 1, as in a, but as in a, it is difficult to make the film thin, and it is difficult to achieve high resolution. Elements cannot.

さらにこの形状の素子では光伝導層の片側に直接透明電
極3′を付着させているため印加電界の極性に応じて電
極ぎに到達したキャリアーはトラップされることなく電
極へ流れてしまう。
Furthermore, in this type of element, since the transparent electrode 3' is attached directly to one side of the photoconductive layer, carriers that reach the electrode depending on the polarity of the applied electric field flow to the electrode without being trapped.

つまり、光伝導によって発生したキャリアーのうちの一
方が光伝導層の電界を変化させる効果にほとんど寄与し
ないこととなり、素子の感度を減少させる原因となって
いる。
In other words, one of the carriers generated by photoconduction hardly contributes to the effect of changing the electric field of the photoconductive layer, causing a decrease in the sensitivity of the device.

この点本発明の素子は非対称形ではあるが、両側に絶縁
層を持つことにより光伝導効果により発生したキャリア
ーを有効に活用できる。
In this respect, although the device of the present invention is asymmetrical, by having insulating layers on both sides, carriers generated by the photoconductive effect can be effectively utilized.

同図Cに示す構成は、光伝導特性を持つ基板4に光伝導
効果を持たせないエピタキシャル層5゜5′を成長させ
て絶縁層とするか、もしくは基板4を光伝導効果を持た
ない材質を用いて、光伝導を持つエピタキシャル層5,
5′を成長させるものである。
In the configuration shown in FIG. 4C, an epitaxial layer 5゜5' that does not have a photoconductive effect is grown on a substrate 4 that has photoconductive properties to serve as an insulating layer, or the substrate 4 is made of a material that does not have a photoconductive effect. The epitaxial layer 5 with photoconductivity is formed using
5' to grow.

この構成の素子では、基板とエピタキシャル層ともに高
融点(約900〜930℃)であるため、電極T、7′
を付着せしめる前に反射防止層をコーティングすること
が可能であるとともに、エピタキシャル層5.テを光伝
導層とする場合には薄膜化による分解能の向上も可能と
なる。
In an element with this configuration, since both the substrate and the epitaxial layer have a high melting point (approximately 900 to 930°C), the electrode T, 7'
It is possible to coat the antireflection layer before depositing the epitaxial layer 5. When the photoconductive layer is used as the photoconductive layer, resolution can be improved by making the film thinner.

しかしながら、この構成における光伝導効果を持たない
絶縁層の抵抗率はIQ、12〜1013Ω−のであり、
高絶縁有機材質(抵抗率1015〜1016Q−CIr
L)を用いた場合にくらべて、画像の蓄積時間は短かく
なり、その用途は高速の書き込み、読み出し用素子とな
る。
However, the resistivity of the insulating layer without photoconductive effect in this configuration is IQ, 12-1013 Ω-;
Highly insulating organic material (resistivity 1015~1016Q-CIr
Compared to the case where L) is used, the image storage time is shorter, and its use is as a high-speed writing and reading element.

以上のように第9図a = cの従来の素子は、それぞ
れ一長一短を有するためその用途はおのずと限られて来
るが、本発明の素子は、従来の素子の欠点を除き、より
広汎な用途に用いることができる。
As described above, the conventional elements shown in FIG. 9 a = c each have their own advantages and disadvantages, so their applications are naturally limited, but the elements of the present invention can be used in a wider range of applications by eliminating the disadvantages of the conventional elements. Can be used.

つまり、その特徴は■ 光伝導層のエピタキシャル成長
により、高分解能素子が可能となる。
In other words, its characteristics are: (1) Epitaxial growth of the photoconductive layer enables high-resolution devices.

■ 絶縁層として、1012〜1013Ω−のの基板層
と1015〜10”J7−はの高絶縁有機材質を持つ非
対称形であるため、印加電圧の極性により、長時間(数
分〜数10秒以内)と短時間(数10秒以内)のどちら
かの画像蓄積素子として使い分けができる。
■ As the insulating layer is an asymmetric type with a substrate layer of 1012 to 1013 Ω- and a highly insulating organic material of 1015 to 10" J7- ) or as a short-time (within several tens of seconds) image storage element.

■ エピタキシャル成長後に基板の他の面に反射防止層
を形成させて、多重干渉の無いコヒーレント光による読
み出しが可能である。
(2) By forming an anti-reflection layer on the other surface of the substrate after epitaxial growth, readout using coherent light without multiple interference is possible.

■ ■の反射防止層の形成により、有機絶縁膜の側の電
極として透明度は良く反射は少ないがその蒸着時の加熱
により有機絶縁膜を劣化させやすいIn2O3などを付
着させずとも、反射率が大きいが常温近くで蒸着できる
Au、Ptなどの材質を使用できる。
■ By forming the anti-reflection layer described in (■), the electrode on the side of the organic insulating film has good transparency and low reflection, but the reflectance is high even without attaching In2O3, etc., which tend to deteriorate the organic insulating film due to heating during vapor deposition. Materials such as Au and Pt, which can be deposited at near room temperature, can be used.

■ 光伝導層の薄膜化により、読み出し光の吸収を減少
させることができ画質が改善される。
(2) By making the photoconductive layer thinner, absorption of readout light can be reduced and image quality can be improved.

次に本発明の実施例を示す。Next, examples of the present invention will be shown.

基板単結晶としては、B l 20s ’ S t 0
2 =6 : 1モル多の原料に、AlをSiに対して
6原子多添加したものを高周波加熱で融解させ、<11
1>方向の種結晶を用いてチョクラルスキー法で引き上
げた単結晶より(100)面をもつウェハを切り出した
これを2011t11LO,厚さ150μにスライス、
光学研磨(平坦度λ/10、平行度10″)にした。
As a substrate single crystal, B l 20s' S t 0
2 = 6: 1 mole of raw material with 6 atoms of Al added to Si is melted by high frequency heating to <11
A wafer with a (100) plane was cut from a single crystal pulled by the Czochralski method using a seed crystal in the 1> direction, and this was sliced into 2011t11LO, 150μ thick pieces.
It was optically polished (flatness λ/10, parallelism 10'').

次にBi2O3:5i02=96 : 4モル比の原料
を890℃まで昇温しで溶融させたのち、870℃まで
冷却して、上記の基板を浸漬し、約15分後基板を引き
上げた。
Next, raw materials having a molar ratio of Bi2O3:5i02=96:4 were heated to 890°C and melted, then cooled to 870°C, the above substrate was immersed, and the substrate was pulled out after about 15 minutes.

このあと50℃/Hrで炉を冷却し室温になってから基
板を取り出した。
Thereafter, the furnace was cooled at 50° C./hour and the substrate was taken out after reaching room temperature.

この結果50μ厚のRi1□SiO□0単結晶が基板上
に成長していることをX線マイクロアナライザーによる
断面分析により確認した。
As a result, it was confirmed by cross-sectional analysis using an X-ray microanalyzer that a Ri1□SiO□0 single crystal with a thickness of 50 μm had grown on the substrate.

次にエピタキシャル層上にバラキシレンを5μ厚に付着
させ絶縁層とした。
Next, on the epitaxial layer, a 5 μm thick layer of paraxylene was deposited to form an insulating layer.

最後に透明電極として、Auを約200λ厚に付着させ
た。
Finally, Au was deposited to a thickness of about 200λ as a transparent electrode.

この素子に1.500Vを印加して500 nmを通す
干渉フィルターを通過した500WXeランプの光で2
0秒間書き込みを行ない、5mWのHe −N eレー
ザーの633 nm光で読み出しを行なった。
Applying 1.500V to this element, the light from a 500WXe lamp passed through an interference filter that passes 500 nm.
Writing was performed for 0 seconds, and reading was performed using 633 nm light from a 5 mW He--Ne laser.

厚さ150μの光伝導層を持つ従来の素子(第1図)と
同じ条件で分解能を測定した結果、従来素子の200
lp/mmに対して、本発明による素子は400 lp
/mxの高分解能を有することを確認した。
As a result of measuring the resolution under the same conditions as a conventional element with a photoconductive layer of 150 μm thickness (Fig. 1), it was found that the resolution of the conventional element was 200 μm.
lp/mm, the element according to the invention has 400 lp
It was confirmed that it has a high resolution of /mx.

画像の蓄積時向についてはパリレン側ヲ十極性にした時
He−Neレーザー光で読み出し続けた状態で約20分
間、画質の顕著な劣化はなかった。
Regarding the image storage time, when the parylene side was set to 10 polarity, there was no noticeable deterioration in the image quality for about 20 minutes with continuous readout using the He-Ne laser beam.

極性を逆にした時は読み出し像の写真撮影によって2秒
後では完全な像が蓄積されていたが、10秒後にはほと
んど元の画像の形状は失なわれていることを確認した。
When the polarity was reversed, a complete image was accumulated after 2 seconds by taking a photograph of the readout image, but it was confirmed that after 10 seconds, most of the original image shape had been lost.

以上は第2図の構成による素子であるが、さらに同じ条
件でエピタキシャル成長させたのち、反射防止層16を
もうけた第8図の構成の素子を作成した。
The above is a device having the structure shown in FIG. 2, but after epitaxial growth was performed under the same conditions, a device having the structure shown in FIG. 8 with an antireflection layer 16 was created.

反射防止層側の電極はIn2O3であり、有機絶縁物(
パリレン)側の電極はAn(200人厚)とした。
The electrode on the antireflection layer side is In2O3, and is made of an organic insulator (
The electrode on the Parylene side was made of An (200 mm thick).

分解能については第2図の構成のものと同じ性能を発揮
するとともに、He−Neレーザーの読み出しによって
も干渉縞は見い出されず、画質の向上が確認できた。
In terms of resolution, it exhibited the same performance as the configuration shown in FIG. 2, and no interference fringes were found even when read out with a He-Ne laser, confirming an improvement in image quality.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は従来の光画像変換素子の構造を示す断面図、第
2図は本発明による光画像変換素子の構造を示す断面図
、第3図はビスマスシリコンオキサイドとそれに添加物
アルミニウムを添加し・たものの入力光の波長対抵抗率
の変化を示した図、第4図は本発明による光画像変換素
子の単結晶基板上にエピタキシャル成長層を形成する装
置の説明図、第5図はBi2O3−8i02の相図、第
6図は’Bi2’03 ’GeO2の相図、第7図a、
bは本発明の光画像変換素子に光があてられていない場
合及び光をあてた場合の素子内での電位勾配を示した図
、第8図は本発明の光画像変換素子で反射防止層を附与
したものの実施例の断面図、第9図a。 b、cは第1図に示す従来のもののいろいろの変態を示
した。 1・・・・・・ビスマス・シリコン・オキサイド、2゜
1・・・・・・絶縁膜、3,3′・・・・・・透明電極
、4・・・・・・単結晶基板、5・・・・・・単結晶薄
膜、6・・・・・・絶縁膜、7゜7′・・・・・・透明
電極、8.劇・・・・・ヒーター 9・・・・・・るつ
ぼ支持台、10・・・・・・白金るつぼ、11・・・・
・・反応融液、12・・・・・・引上軸、13・・・・
・・基板ホルダー14・・・・・・基板単結晶、15・
・・・・・直流電源、16・・・・・・反射防止層、A
・・・・・・光伝導層と絶縁膜の界面、B・・・・・・
光伝導層と基板単結晶の界面。 ヤリ向
Figure 1 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional optical image conversion element, Figure 2 is a cross-sectional view showing the structure of an optical image conversion element according to the present invention, and Figure 3 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional optical image conversion element. Figure 4 is an explanatory diagram of an apparatus for forming an epitaxial growth layer on a single crystal substrate of an optical image conversion element according to the present invention, and Figure 5 is a diagram showing changes in resistivity versus wavelength of input light of a Bi2O3- The phase diagram of 8i02, Fig. 6 is the phase diagram of 'Bi2'03'GeO2, Fig. 7a,
b is a diagram showing the potential gradient within the device when no light is applied to the optical image conversion element of the present invention and when light is applied to the optical image conversion element, and Figure 8 is a diagram showing the optical image conversion element of the present invention with an antireflection layer. FIG. 9a is a sectional view of an embodiment of the present invention. b and c show various transformations of the conventional one shown in FIG. 1...Bismuth silicon oxide, 2゜1...Insulating film, 3,3'...Transparent electrode, 4...Single crystal substrate, 5 ...Single crystal thin film, 6...Insulating film, 7°7'...Transparent electrode, 8. Drama... Heater 9... Crucible support stand, 10... Platinum crucible, 11...
...Reaction melt, 12... Pulling shaft, 13...
...Substrate holder 14...Substrate single crystal, 15.
...DC power supply, 16...Antireflection layer, A
......Interface between photoconductive layer and insulating film, B...
Interface between photoconductive layer and single crystal substrate. For sex

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 光伝導効果が著しく小さいビスマスシレナイト族の
単結晶の基板上に光伝導効果の顕著なビスマスシレナイ
ト族の薄膜層をエピタキシャル成長させ、さらにこのエ
ピタキシャル成長層の上に有機絶縁薄膜をコーティング
したことを特徴とする光画像変換素子。 2 光伝導効果の顕著なエピタキシャル成長層としてビ
スマスシレナイト族の単結晶がビスマスゲルマニウムオ
キサイド(Bi1□Ge02g )又はビスマスマス・
シリコンオキサイド(B 11□S 1020 )の単
結晶である特許請求の範囲第1項記載の光画像変換素子
。 3 光伝導効果の著しく小さいビスマスシレナイト族の
単結晶の基板として、ビスマスシレナイト族の単結晶に
周期律表中第1A族、第11A族元素又は遷移金属元素
に属する元素を添加した単結晶を用いることを特徴とす
る特許請求の範囲第1項記載の光画像変換素子。
[Claims] 1. A thin film layer of the bismuth sirenite group, which has a remarkable photoconductive effect, is epitaxially grown on a single crystal substrate of the bismuth sirenite group, which has an extremely small photoconductive effect, and an organic insulating layer is further grown on this epitaxially grown layer. An optical image conversion element characterized by being coated with a thin film. 2. As an epitaxial growth layer with a remarkable photoconductive effect, single crystals of bismuth sirenite group are used as bismuth germanium oxide (Bi1□Ge02g) or bismuth.
The optical image conversion element according to claim 1, which is a single crystal of silicon oxide (B 11□S 1020 ). 3. As a substrate for a bismuth sirenite group single crystal with extremely small photoconductive effect, a single crystal obtained by adding an element belonging to group 1A, group 11A or transition metal element in the periodic table to a bismuth sirenite group single crystal. The optical image conversion element according to claim 1, characterized in that the optical image conversion element uses:
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