JPS62272573A - Photoconductive thin film element - Google Patents
Photoconductive thin film elementInfo
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- JPS62272573A JPS62272573A JP61115827A JP11582786A JPS62272573A JP S62272573 A JPS62272573 A JP S62272573A JP 61115827 A JP61115827 A JP 61115827A JP 11582786 A JP11582786 A JP 11582786A JP S62272573 A JPS62272573 A JP S62272573A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
３、発明の詳細な説明
〔概要〕
イメージセンサなどの光導電薄膜素子において、アモル
ファスシリコンＪＣＪヲｉ（ｎ型）／Ｐ ” ／ｉ （
ｎ型）構造またはＰ／ｎ ”／Ｐ構造を有する層構成と
することで、エネルギーポテンシャルの三角障壁を発生
させ、光応答速度を速くする。[Detailed Description of the Invention] 3. Detailed Description of the Invention [Summary] In photoconductive thin film devices such as image sensors, amorphous silicon JCJ (n-type) /P'' /i (
By forming a layer structure having an n-type) structure or a P/n''/P structure, a triangular barrier of energy potential is generated and the light response speed is increased.
光を検知するセンサーとしては、光導電性を利用したも
の、ホトダイオードを利用したもの等がある。光導電性
薄膜としてはＣｄＳｅ５ ａ−３ｉ等が大面積用として
開発され、ホトダイオードとしては、単結晶（Ｓｉ、
ＧａＡ１等）をまた最近ではａ−５ｔを用いたものが開
発されつつある。本発明は、これらのうちアモルファス
シリコン（以下ｒａ−ＳｉＪと略す）を使用した光導電
薄膜素子に関する。Sensors that detect light include those that utilize photoconductivity and those that utilize photodiodes. CdSe5 a-3i, etc., have been developed as photoconductive thin films for large areas, and single crystal (Si,
(GaA1, etc.), and recently, those using a-5t are being developed. The present invention relates to a photoconductive thin film element using amorphous silicon (hereinafter abbreviated as ra-SiJ) among these.
近年ファクシミリ用密着型イメージセンサなどにおいて
ａ−３ｉを使用した光導電薄膜素子が採用されている。In recent years, photoconductive thin film elements using a-3i have been employed in contact type image sensors for facsimiles and the like.
第４図は従来のイメージセンサ用光導電薄膜素子を示す
断面図であり、（ａｌは基板ｌ上に、下部電極２、光電
変換層３、上部電極４・・・の順に積層されている。光
電変換層３としては、ａ−Ｓｉのｉ （ｉｎｔｒｉｎ
ｓｉｃ）層が用いられるが、ａ−Ｓｉの光導電特性、即
ち白色光５００１２ ｘでの光導電率σｐ・１０−６〜
１０− ’ （Ω−ｃｍ） −’、暗導電率σｄ＝１０
−” 〜１０−”（Ω−ｃｍ） −’を有する。FIG. 4 is a sectional view showing a conventional photoconductive thin film element for an image sensor. As the photoelectric conversion layer 3, a-Si i (intrin
sic) layer is used, but the photoconductive properties of a-Si, i.e., the photoconductivity at 50012 x white light σp・10−6 ~
10-'(Ω-cm)-', dark conductivity σd=10
-'' to 10-'' (Ω-cm) -'.
このように従来は、ａ−３ｉ：ｌ（膜やＣｄＳ等の光導
電薄膜を用いる場合、ａ−Ｓｉ：）Ｉ膜の場合はｉ層の
み、ＣｄＳの場合も膜その物を電極で挟むか、もしくは
第４図（ｂｌのようにｃｏ−ｐｌａｎａｒ型電極２１．
２２を用いた構造が用いられた。Conventionally, in the case of an a-3i:l (film or photoconductive thin film such as CdS, a-Si:) I film, only the i layer was used, and in the case of CdS, the film itself was either sandwiched between electrodes. , or a co-planar type electrode 21. as shown in FIG. 4 (bl).
A structure using 22 was used.
第５図は明／暗電流特性を示す図で、第４図に示すよう
にａ−３ｉ層３を光導電薄膜として使用した装置では、
暗電流■１と明電流Ｉ２との差を充分大きくできず、光
が照射していない場合と照射している場合とのＳＮ比が
悪く、かつ光応答速度が遅いという欠点があった。また
ホトダイオードでは、その製作法が複雑であるという欠
点がある。FIG. 5 is a diagram showing bright/dark current characteristics, and as shown in FIG. 4, in a device using the a-3i layer 3 as a photoconductive thin film,
The difference between the dark current (1) and the bright current (I2) cannot be made sufficiently large, the S/N ratio between the case where no light is irradiated and the case where the light is irradiated is poor, and the light response speed is slow. Photodiodes also have the disadvantage that their manufacturing method is complicated.
本発明の技術的課題は、従来の光導電薄膜素子における
このような問題を解消し、光応答速度を高速化すること
にある。A technical object of the present invention is to eliminate such problems in conventional photoconductive thin film elements and to increase the optical response speed.
第１図（ａ）は本発明による光導電薄膜素子の基本原理
を説明する断面図である。この図は、第４図におけるａ
−Ｓｉ層３に対応する光電変換部分であり、３１がａ−
Ｓｉのｉ層、３２がｐ＋層、３３がａ−Ｓｉのｉ層であ
る。このようにａ−３ｉを用いた光導電薄膜において、
ｉ（ｎ型） ／ｐ ”／ｉ（ｎ型）構造またはＰ／ｎ
”／Ｐ構造を有するような層構成とすることで、エネル
ギーポテンシャルの三角障壁をもつようにしている。FIG. 1(a) is a sectional view illustrating the basic principle of a photoconductive thin film device according to the present invention. This figure corresponds to a in Fig. 4.
- It is a photoelectric conversion part corresponding to the Si layer 3, and 31 is a-
32 is a p+ layer, and 33 is an a-Si i layer. In this way, in the photoconductive thin film using a-3i,
i (n type) /p''/i (n type) structure or P/n
By forming a layer structure having a ``/P structure, a triangular energy potential barrier is created.
第１図（ｂｌは前記（ａｌの光導電薄膜構造の作用を示
すエネルギーポテンシャル図である。中間にｐ。FIG. 1 (bl is an energy potential diagram showing the effect of the photoconductive thin film structure of (al). In the middle is p.
層を有することで、エネルギーポテンシャルの三角障壁
８１． Ｂ２が形成されるため、いま（ａｌの光ｍ電薄
膜に光りが照射されると、電子正孔対が出来る。By having the layer, a triangular barrier of energy potential 81. Since B2 is formed, when light is irradiated on the photoelectric thin film of (Al), electron-hole pairs are created.
すなわち光照射によって出来た少数キャリヤ（正孔）５
・・・が、エネルギーの低い三角障壁中心部に−１）！
集まり、その結果中心部のエネルギー障壁が破線で示す
ように低下し、障壁が無（なる。中心部のエネルギー障
壁が無くなると、多数キャリヤ６・・・である電子は、
入射光り側から逆の電極に向かって流れる。この様に少
数キャリヤによる電位変化を利用して、多数キャリヤに
よる電流を流すごとが出来る。また第５図における電流
値で見ると、中央部に三角障壁ができることで、暗電流
がＩ３で示すように流れに（（なる。その結果、暗電流
と明電流との差が増大し、光が照射している場合と照射
していな場合とのＳＮ比が大きくなり、光センサとして
の信頼性が向上する。またこの様に少数キャリヤの電位
変化を利用して多数キャリヤの量を制御することにより
、従来の素子に比べて、光に対する感度が１０’〜１０
２倍はど増加する。In other words, minority carriers (holes) 5 created by light irradiation
...is at the center of the triangular barrier with low energy -1)!
As a result, the energy barrier at the center decreases as shown by the broken line, and the barrier disappears. When the energy barrier at the center disappears, the electrons, which are majority carriers 6,
The light flows from the incident light side to the opposite electrode. In this way, by utilizing the potential change caused by the minority carriers, it is possible to cause a current to flow due to the majority carriers. Also, looking at the current values in Figure 5, the formation of a triangular barrier in the center causes the dark current to flow as shown by I3.As a result, the difference between the dark current and the bright current increases, and the light The signal-to-noise ratio between when the light is irradiated and when it is not irradiated increases, improving the reliability of the optical sensor. Also, in this way, the amount of majority carriers can be controlled using changes in the potential of minority carriers. As a result, the sensitivity to light is 10' to 10' compared to conventional elements.
It will increase twice as much.
なおＰ層／ｎ″層／Ｐ層構造とした場合は、ｔｂ＞のエ
ネルギーポテンシャルの三角障壁の極性が逆になるだけ
であって、全く同じ動作となる。Note that in the case of a P layer/n'' layer/P layer structure, the operation is exactly the same except that the polarity of the triangular barrier of the energy potential of tb> is reversed.
次に本発明による光導電薄膜素子が実際上どのように具
体化されるかを実施例で説明する。第２図は本発明によ
る光導電薄膜素子の第１実施例を示す断面図である。メ
タルやセラミック等の基板１上に、Ｃｒなどの不透明金
属で下部電極２−を形成し、その上にオーミック層とし
て、ｎ″層７形成されている。そしてその上に、ａ−Ｓ
ｉの１層３１、ｐ′″層３２、ａ−３ｉの１層３３の順
に形成されており、これらの上にオーミック層となるｎ
’ Ｔｉ ８が形成されている。これらは、ａ−３ｔ
：Ｈ膜をプラズマＣＶＤ法または光ＣＶＤ法により作成
する過程で形成される。そして最後に、上部電極４とし
て、透明のＳｎＯ□やＩＴＯなどが積層される。この構
成で、上部から光が照射されると、第１図偽）の作用に
より、光電変換が高速で行なわれる。Next, examples will be used to explain how the photoconductive thin film device according to the present invention is actually implemented. FIG. 2 is a sectional view showing a first embodiment of a photoconductive thin film device according to the present invention. A lower electrode 2- is formed of an opaque metal such as Cr on a substrate 1 made of metal or ceramic, and an n'' layer 7 is formed as an ohmic layer on it.
A first layer 31 of i, a p''' layer 32, and a first layer 33 of a-3i are formed in this order, and on top of these, an n which becomes an ohmic layer is formed.
'Ti 8 is formed. These are a-3t
It is formed during the process of creating a :H film by plasma CVD or photo-CVD. Finally, transparent SnO□, ITO, or the like is laminated as the upper electrode 4. With this configuration, when light is irradiated from above, photoelectric conversion is performed at high speed due to the action shown in FIG.
第３図は別の実施例の断面図である。この実施例は、裏
側から光照射する素子であり、ガラス等の透明基板１上
に、透明の下部電極２としてＩＴＯまたは５１）０２を
堆積する。そしてその上に、オーミック層としてｎ″層
７形成した後、ａ４ｉの１層３１、ｐ″層３２、ａ−Ｓ
ｉの１層３３、オーミック層トするｎ゛層８順に、ａ
−Ｓ ｉ ： １）膜のプラス’７ ＣＶＩ）法または
光ＣＶＤ法により作成される。そして最後に、上部電極
４として、ＡＩやＣｒなどの不透明メタルが形成される
。FIG. 3 is a sectional view of another embodiment. This example is an element that irradiates light from the back side, and ITO or 51)02 is deposited as a transparent lower electrode 2 on a transparent substrate 1 made of glass or the like. Then, after forming an n'' layer 7 as an ohmic layer on top of that, a4i 1 layer 31, p'' layer 32, a-S
i layer 33, ohmic layer n layer 8, a
-S i: 1) Created by film plus'7 CVI) method or photoCVD method. Finally, an opaque metal such as AI or Cr is formed as the upper electrode 4.
第２図、第３図において、オーミック層７は、１００〜
２００ 人、１層３１は２０００〜３０００人、ｐ＋Ｎ
３２は７０〜１００ 人、１層３３は２０００〜３００
０人、オーミック層８は１００〜２００人程度が適して
いる。また三角障壁を発生させるための中間のドープ層
３２は、ボロンをドープすることで、また上下のｎ゛層
７８はリンをドープすることで作成される。In FIGS. 2 and 3, the ohmic layer 7 is
200 people, 1st layer 31 2000-3000 people, p+N
32 has 70-100 people, 1st layer 33 has 2000-300 people
For the ohmic layer 8, it is suitable for about 100 to 200 people. The intermediate doped layer 32 for generating a triangular barrier is doped with boron, and the upper and lower n' layers 78 are doped with phosphorus.
また三角障壁発生部分（３２）がｐ゛層の素子を作成す
る場合は、ボロンをドープし、使用ガスとしてはジボラ
ン（Ｂ２Ｈ４）が適している。逆に三角障壁発生部をｎ
゛層とする場合は、リンをドープし、かつガスとしては
ホスヒン（ＰＩＩ３）を使用する。Further, when creating an element in which the triangular barrier generating portion (32) is a p layer, boron is doped and diborane (B2H4) is suitable as the gas used. Conversely, the triangular barrier generation part is n
When forming a layer, phosphorus is doped and phosphine (PII3) is used as the gas.
以上のように本発明によれば、光導電薄膜として機能す
るａ−Ｓｉ層の中間にボロンあるいはリン等の不純物を
ドーピングした層を設け、エネルギーポテンシャルの三
角障壁をもたせることで、少数キャリヤの電位変化を利
用して多数キャリヤの量を制御する構成となっている。As described above, according to the present invention, a layer doped with impurities such as boron or phosphorus is provided in the middle of the a-Si layer that functions as a photoconductive thin film, and by providing a triangular barrier of energy potential, the potential of minority carriers is The structure is such that the amount of majority carriers is controlled using the change.
そのため、光応答速度が速くなり、高速ファクシミリ装
置用のイメージセンサなどに最適である。また明電流と
暗電流との差が拡大され、光センサとしての信頼性が向
上する。Therefore, the optical response speed becomes faster, making it ideal for image sensors for high-speed facsimile machines. Furthermore, the difference between the bright current and the dark current is expanded, and the reliability of the optical sensor is improved.
第１図は本発明による光導電薄膜素子の基本原理を説明
する断面図とエネルギーポテンシャル図、第２図、第３
図は本発明の実施例を示す断面図、第４図は従来の光導
電薄膜素子を示す断面図、第５図は光導電薄膜素子の明
／暗電流特性を示す図である。
図において、２は下部電極、３はａ−Ｓｉ層、４は上部
電極、３１．３３はａ−Ｓｉのｉ屡、３２はＰ゛層、７
．８はオーミック層をそれぞれ示す。
特許出願人 富士通株式会社
復代理人 弁理士 福 島 康 文
箱１図
（改）（ｂ）
第４１）Ａ
第５図Figure 1 is a sectional view and energy potential diagram explaining the basic principle of the photoconductive thin film device according to the present invention, Figures 2 and 3 are
FIG. 4 is a sectional view showing an embodiment of the present invention, FIG. 4 is a sectional view showing a conventional photoconductive thin film device, and FIG. 5 is a diagram showing the bright/dark current characteristics of the photoconductive thin film device. In the figure, 2 is a lower electrode, 3 is an a-Si layer, 4 is an upper electrode, 31.33 is an a-Si layer, 32 is a P layer, 7
．． 8 indicates an ohmic layer. Patent Applicant Fujitsu Limited Sub-Agent Patent Attorney Yasushi Fukushima Text Box Figure 1 (Revised) (b) 41) A Figure 5
Claims (2)
Ｓｉ）を用いる素子において、ａ−Ｓｉのｉ層（ｎ型）
／Ｐ＾＋層／ｉ層（ｎ型）構造またはその逆のＰ層／ｎ
＾＋層／Ｐ層構造を有するような層構成とすることで、
中間にエネルギーポテンシャルの三角障壁をもつ構造と
したことを特徴とする光導電薄膜素子。(1) Amorphous silicon (a-
In an element using Si), an i-layer (n-type) of a-Si
/P^+ layer/i layer (n type) structure or vice versa P layer/n
By having a layer structure that has a ＾+ layer/P layer structure,
A photoconductive thin film device characterized by having a structure with a triangular energy potential barrier in the middle.
プすることで形成されたものであることを特徴とする特
許請求の範囲第（１）項記載の光導電薄膜素子。(2) The photoconductive thin film device according to claim (1), wherein the p^+ layer is formed by doping an a-Si layer with boron.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61115827A JPS62272573A (en) | 1986-05-20 | 1986-05-20 | Photoconductive thin film element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61115827A JPS62272573A (en) | 1986-05-20 | 1986-05-20 | Photoconductive thin film element |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62272573A true JPS62272573A (en) | 1987-11-26 |
Family
ID=14672099
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61115827A Pending JPS62272573A (en) | 1986-05-20 | 1986-05-20 | Photoconductive thin film element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62272573A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016213255A (en) * | 2015-04-30 | 2016-12-15 | 富士通株式会社 | Image sensor and manufacturing method therefor |
-
1986
- 1986-05-20 JP JP61115827A patent/JPS62272573A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016213255A (en) * | 2015-04-30 | 2016-12-15 | 富士通株式会社 | Image sensor and manufacturing method therefor |
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