JPS636729A - 撮像管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、非晶質半導体材料を使用した光電変換素子に
係り、特にテレビカメラ等に使用される撮像デバイスに
好適な光電変換部を有する撮像管ターゲット。

〔従来の技術〕

水素を含む非晶質シリコン（以下ａ−Ｓｉ：Ｈと記す）
は、光電変換効率が高く吸収した光のほとんどすべてを
電気信号に変換する、結晶半導体の場合と同様に不純物
ドーピングが可能である事、種々の基板の上に低温で膜
堆積ができるなどの特徴をもつ非晶質半導体材料である
。このような利点を生かした各種デバイスが提案されて
おり、とくに撮像デバイスに関しては、特公昭５７−０
４６２２４号に記載されているようにａ−３ｉ：Ｈを光
電変換膜に用いた撮像管、可視光域で高い感度を持ち、
解像度が高く、低残像で、長時間静止画面を撮影した後
にイメージが焼きつく現象も無く、耐熱性も高いなどの
すぐれた特性を持つことが確かめられている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、従来のａ−３ｉ：Ｈ撮像管では走査電子ビーム
を７００〜１００ＯＶ程度以上の高電圧で加速して動作
させると、感度が低下し暗電流が増加するなど特性が変
化することが発明者らによって見出された。その状況を
第３図に示す。

以前発明者らは、この現象はａ−５ｉ：Ｈを使用した太
陽電池でも観測される、強い光を照射した時に生ずる光
電変換効率低下現象と同一の現象ではないかと考え、撮
像管内部で走査電子ビームがメツシュ状の加速電極に衝
突する際に発生する軟Ｘ線着目した。そして、特開昭５
９−９８２３６号公報に記載されているようにメツシュ
状電極の表面を炭素やベリリウム等で被覆することで、
特性変化の進行を抑える方法を発明した。

しかし、この恐場合は特殊なメツシュを使用しなければ
ならないという制約に加えて、ａ−３ｉ：Ｈ光導電膜自
体には何の工夫も加えられていないため、監視用カメラ
などのように非常に長時間連続使用する用途の場合には
特性変化が無視できない場合があった。本発明の目的は
ａ−３ｉ：Ｈ光導電膜におけるすぐれた特長をそこなう
ことなしに、上記欠点を解消し、特性が安定した撮像デ
バイスを提供することにある。

上記目的は、光電変換部をａ−５ｉ：Ｈと、セレン（Ｓ
ｅ）を主体とする非晶質カルコゲナイド材料との積層構
造にすることにより達成される。

ａ−３ｉ：Ｈは、光吸収係数が大きく、シかも膜形成条
件や水素含有量によって光学的バンドギャップ幅を調節
できるので、薄い膜で効率よく信号光を吸収させること
ができる。たとえば可視光う 波長域の信号光を取り扱や場合、ａ−５ｉ：Ｈの光学的
バンドギャップ幅を１．７ｅＶ程度に選べば。

ａ−３ｉ：Ｈの膜厚は０．５μｍ程度で十分となる。ま
た、ａ−３ｉ：Ｈは光電変換効率が高いので、したがっ
て、入射した光信号のほとんどすべてを吸収して効率よ
く光キャリアに変換することがでる。

一方非晶質Ｓｅはａ−３ｉ：Ｈよりも正孔の走行性が良
好で、誘電率ならびに暗時の導電率も低い。さらに、軟
Ｘ線や放射線を良く吸収するがそれによる損傷を受けに
＜＜、また、蒸着により低温で膜堆積できるので、ａ−
８ｉ：Ｈ上に堆積する場合下地のａ−８ｉ：Ｈに損傷を
与える心配はない。　　。

以上に述べた理由により、光入射側がａ−８ｉ：Ｈを主
体とする薄膜からなり、電子ビームで走査して信号を読
み取る側が非晶質Ｓｅを主体とする膜からなる多重積層
構造の光電変換部とすることにより、両者の特徴を生か
した従来にないすぐれた特性を有する撮像管ターゲット
が実現できる。

第１図は本発明による撮像管の光電変換部の説明図であ
る。図中１は平坦かつ透明はガラス面板。

２は透明導電膜である。透明導電膜としては、酸化スズ
もしくは酸化インジウムスズ等の酸化物や。

極めて薄い透光性金属蒸着薄膜が適当である。３は透明
電極側から光導電膜側へ正孔が流れ込むことを阻止し、
暗電流を低く抑えるとともに光応答特性を向上させる働
きをする正孔ブロック層であり、４はａ−５ｉ：Ｈ光導
電膜、５はＳｅを主体とする非晶質カルコゲナイド層で
ある。６は電子ビームのランディングを円滑にする機能
の他に、Ｓｅを主体とする非晶質カルコゲナイド層への
走査電子の注入を阻止する働きもする層で、通常三硫化
アンチモンなどの多孔質膜が用いられる。

ａ−８ｉ：Ｈ光導電膜に対する正孔ブロック層としては
、燐などのドナ不純物を添加したａ−８ｉ：Ｈ，正孔に
対して大きなポテンシャル障壁を示す非晶質窒化シリコ
ンのような材料、酸化シリコンなど絶縁物の１００人程
度の極薄膜などが適当である。

”ａ−８ｉ：Ｈの厚さは使用するカメラの用途に対応し
た波長の光を吸収できるように、ａ−Ｓｉ：Ｈの吸収率
に基いて設定すればよく、通常は０．１〜１μｍの範囲
が望ましい。非晶質カルコゲナイド層の厚さは１〜１０
μｍ程度で、速い光応答特性が必要な場合は厚くするほ
ど光電変換部全体の静電容量が小さくなるので有利であ
る。また、軟Ｘ線を十分吸収させるためには少くとも１
μｍの厚さが必要である。

〔作用〕

本発明を撮像管光電変換部に用い、ガラス面板側から光
を入射すると、光信号のほとんどはａ−５ｉ　ｅＨ層内
で吸収され光キャリアに変換される。

撮像管では、正孔が透明電極側から電子ビーム走査側へ
むかって流れる方向に電圧を印加して動作させる。した
がって、ａ−８ｉ：Ｈ内で発生した光キャリアのうち、
電子は電子走行性のよいａ−８ｉ　ｅＨ層内を透明電極
側に向って流れ、正孔は正孔走行性の良い非晶質Ｓｅ層
中を電子ビーム走査側に向って流れることになる。

上記構造を採用することにより、入射した光信号をａ−
Ｓｉ：Ｈの高い光電変換効率を生かしながら極めて効率
よく電気信号として取り出しうるので、本発明では高い
感度が得られ、しかも電子銃内で発生した放射線は非晶
質Ｓｓに吸収されるため特性劣化が抑えられる。撮像管
では、電子ビームで走査する周期の間、光信号によって
発生した正孔を蓄積しつづ番する必要があるが、本発明
では光信号による電荷パターンが高抵抗の非晶質Ｓｅ部
分を介して蓄積されるので電荷の拡散が起こりに＜＜、
高い解像度の画像が得られる。また。

非晶質Ｓｓはａ−５ｉ：Ｈより誘電率が小さいので、ａ
−５ｉ：Ｈ単独の場合にくらべて光導電膜の静電容量を
小さくすることができ、速い光応答特性を得たい時に有
利である。

以上述べたように、本発明は、撮像管の光電変換部をａ
−５ｉ：Ｈと非晶質カルコゲナイド材料との積層構造に
することが本質であり、さらに本発明を効果的ならしむ
るために、たとえば、ａ−５ｉ　：Ｈ光導電層４に０．
５〜数百ｐｐｍ程度の■族または■族元素を添加してキ
ャリアの走行性を改善したり、非晶質Ｓｅ中に結晶化を
抑制する作用をもつ砒素などを数％混合する場合も本発
明の一実施形態である。

また、ａ−８ｉ：Ｈ光導電層４と非晶質Ｓｅ層５の間に
、エネルギバンド構造あるいは電界強度を変化させた中
間層７を介在させて、ａ−３ｉ：Ｈ層から非晶質Ｓｅ層
への光キャリアの受は渡しをより円滑ならしむることで
、本発明は一層効果を発揮する。第２図に中間層を含む
場合の構造を示す。

中間層に関し、エネルギバンドを変化させるためには、
テトラヘドラル系非晶質材料ではゲルマニウム、炭素、
スズ、窒素など、をシリコンに混入して組成変化させる
方法がよく、非晶質Ｓｅ系材料ではビスマス、カドミウ
ムもしくはそれらのカルコゲン化物、テルル、スズなど
を混合する方法が効果的である。

また、膜中の電界強度を変化させるには、非晶質テトラ
ヘドラル系材料にＩＩＩ族、Ｖ族などの伝導°　型を変
調できる物質を微量添加したり、Ｓｅ系材料に砒素、ゲ
ルマニウム、アンチモン、インジウム、ガリウムまたは
それらのカルコゲン化物、硫黄、塩素、ヨウ素、臭素、
酸化銅、酸化インジウム、酸化セレン、五酸化バナジウ
ム、酸化モリブデン、Ｗｉ化タングステン、弗化ガリウ
ム、弗化インジウムなと負の空間電荷を形成する不純物
を添加する方法が効果的である。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例により説明する。実施例の濃度は
重量比で記載しである。

実施例１ 透明かつ導電性の酸化スズ膜を堆積したガラス面板上に
、反応性スパッタリング法、あるいはモノシラン、ジシ
ラン等の原料ガスをプラズマ放電や熱、光などによって
分解重合する方法で、酸化シリコン膜１００人、ボロン
を５ｐｐｍ含む膜厚０　、１〜１　ｔｔ　ｍのａ−８ｉ
：Ｈ膜を順次堆積する。

引き続き、ａ−８ｉ：Ｈ光導電膜上に、砒素を２％含む
Ｓｅ層を６μｍ蒸着し、さらに、蒸着装置内に不活性ガ
スを導入した状態で三硫化アンチモンを５００人蒸人蒸
る。

このようにして形成した光電変換部を電子銃を組み込ん
だガラス管に接着、真空排気および封止を行ない、撮像
管を得る。

上記撮像管を、透明電極側を電子銃のカソードに対して
＋２００Ｖ印加して動作させると、４μｍの厚さのａ−
５ｉ：Ｈ光導電膜を使用した場合と同等の感度が得られ
、連続１万時間動作後も感度低下や暗電流増加などの特
性劣化は観測されなかった。

実施例２ 実施例１と同様に、ガラス面板上に、透明電極、酸化シ
リコンからなる正孔ブロック層、ａ−３ｉ：Ｈ光導電層
を堆積し、そらに、中間層として、砒素を２０％含むＳ
ｅを３００人蒸ｍ１引き続き砒素を２％含むＳｓを４μ
ｍ蒸着後、多孔質三硫化アンチモン層６００人蒸着する
。

このような構造を採用することにより、撮像管の感度を
十分引き出すのに必要が印加電圧は１００Ｖ程度でよく
なり、しかも実施例１と同様の安定した特性が得られた
。

実施例３ 実施例１と同様の透明電極、正孔ブロック層、ａ−５ｉ
：Ｈ光導電膜を堆積し１次に中間層としてボロンを５ｐ
ｐｍ添加したａ−３ｉ：Ｈを２００人、燐を１１００ｐ
ｐ添加したａ−３ｉ：Ｈを５０人順次積層する。その上
に砒素を２％含むＳｅ層を６μｍ堆積し、最後に三硫化
アンチモンから成るビームランディング層を形成する。

このような撮像管では、感度引き出しに必要な印加電圧
は８０Ｖでよく、シかも実施例１と同様の安定した特性
が得られた。

実施例４ 実施例１と同様の透明電極、正孔ブロック層。

ａ−３ｉ：Ｈ光導電膜を堆積し１次に中間層としｔ・ て、テルルを３０％含窃Ｓｅを２００人、砒素濃度が膜
堆積とともに２０％から２％まで順次減少する組成分布
をもつＳｅを５００人積層する６その上に砒素を２％含
むＳｅ層を６μｍ堆積し、最後に三硫化アンチモンから
成るビームランディング層を形成する。

このうよな撮像管では、感度引き出しに必要な印加電圧
は５０Ｖでよく、安定した特性が得られた。

〔発明の効果〕

以上本発明によれば、従来のａ−３ｉ：Ｈｗ！を像管が
もつ高感度、高解像度などの特長は生かしたままで、欠
点であった特性劣化現象を抑制できる。

３、発明の詳細な説明 第１図は本発明の一実施例の撮像管光電変換部の断面図
、第２図は本発明で中間層を有する場合の断面図、第３
図は従来のａ−８ｉ：Ｈ撮像管を連続動作させた場合の
特性変化を示す図である。

１・・・ガラス面板、２・・・透明導電層、３・・・正
孔ブロック層、４・・・ａ−８ｉ：Ｈ光導電層、５・・
・非晶質カルコゲナイド層、６・・・電子ビームランデ
ィング層、７・・・中間層。

第１目 第２区 クーチ−２ト叩〃ｏ電、だ、ＣＶ） ０発　明　者　　山　　下　　　　　孝　　東京都世田
谷区砧研究所内

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光信号を電気信号に変換する機能をもつ光電変換部
   分、および電子ビーム発生、偏向、集束機能をもつ電子
   銃部分を具備する撮像管において、該光電変換部分が、
   少くとも透明導電膜、シリコンを主体とする非晶質層、
   およびセレンを主体とする非晶質層を順次積層した構造
   であることを特徴とする撮像管ターゲット。 ２、前記光電変換部を構成する前記シリコンを主体とす
   る非晶質層と、前記セレンを主体とする非晶質層の間に
   、前記各非晶質とエネルギギャップもしくは空間電界強
   度の異なる中間層を介在させることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の撮像管ターゲット。 ３、前記中間層は、シリコンを主体とする非晶質層への
   他元素の添加、あるいはセレンを主体とする非晶質層へ
   の他物質の添加、もしくは、両者の併用により形成され
   ることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の撮像管
   ターゲット。 ４、前記中間層におけるシリコンを主体とする非晶質層
   への添加元素として、エネルギギャップを変化させるゲ
   ルマニウム、炭素、窒素、スズ、および空間電荷を変化
   させるIII族、Ｖ族元素のうちいずれか、もしくは複数
   個の組み合わせで選択使用することを特徴とする特許請
   求の範囲第３項記載の撮像管ターゲット。 ５、前記中間層におけるセレンを主体とする非晶質層へ
   の添加物質として、エネルギギャップを変化させるビス
   マス、カドミウム、またはそれらのカルコゲン化物、テ
   ルル、スズ、および空間電荷を変化させる砒素、ゲルマ
   ニウム、アンチモン、インジウム、ガリウム、またはそ
   れらのカルコゲン化物、硫黄、塩素、ヨウ素、臭素、酸
   化銅、酸化インジウム、酸化セレン、五酸化バナジウム
   、酸化モリブデン、酸化タングステン、弗化ガリウム、
   弗化インビジウムのうちいずれか、もしくは複数個の組
   み合わせで選択使用することを特徴とする特許請求の範
   囲第３項記載の撮像管ターゲット。