KR20100037533A - 광전 변환 소자, 광전 변환 장치 및, 이미지 센서 - Google Patents

광전 변환 소자, 광전 변환 장치 및, 이미지 센서 Download PDF

Info

Publication number
KR20100037533A
KR20100037533A KR1020090076170A KR20090076170A KR20100037533A KR 20100037533 A KR20100037533 A KR 20100037533A KR 1020090076170 A KR1020090076170 A KR 1020090076170A KR 20090076170 A KR20090076170 A KR 20090076170A KR 20100037533 A KR20100037533 A KR 20100037533A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
light receiving
photoelectric conversion
semiconductor
receiving layer
Prior art date
Application number
KR1020090076170A
Other languages
English (en)
Inventor
토모타카 마츠모토
츠카사 에구치
Original Assignee
세이코 엡슨 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 세이코 엡슨 가부시키가이샤 filed Critical 세이코 엡슨 가부시키가이샤
Publication of KR20100037533A publication Critical patent/KR20100037533A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14634—Assemblies, i.e. Hybrid structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/036—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes
    • H01L31/0368—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including polycrystalline semiconductors
    • H01L31/03682—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including polycrystalline semiconductors including only elements of Group IV of the Periodic Table
    • H01L31/03685—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including polycrystalline semiconductors including only elements of Group IV of the Periodic Table including microcrystalline silicon, uc-Si
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/545—Microcrystalline silicon PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/548—Amorphous silicon PV cells

Landscapes

  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)

Abstract

(과제) 예를 들면, 포토 센서가 적외광을 검출하는 검출 성능을 높임과 함께, 당해 포토 센서에서 발생하는 리크 전류를 저감한다.
(해결 수단) 수광층(151c)은 어모퍼스 실리콘 등의 비정질 반도체층을 대신하여 마이크로 크리스털 실리콘(이하, "μC-Si"라고 칭함) 등의 미결정 반도체로 구성되어 있다. 이러한 수광층(151c)에 의하면, 어모퍼스 실리콘 등의 비(非)정질 반도체층을 이용하는 경우에 비하여, 적외광을 포함하는 입사광에 대해서 수광 감도를 향상시키는 것이 가능하다. 제1 중간층(151b)은, 제1 반도체층(151a) 및 수광층(151c)간에 개재(interpose)되고, 제1 반도체층(151a) 및 수광층(151c)을 상호 접합하는 접합층을 구성하고 있다. 제1 중간층(151b)은 어모퍼스 실리콘 등의 비정질 반도체로 구성되어 있다. 따라서, 포토 센서(151)에 의하면, 제1 중간층(151b)의 존재에 의해, 수광층(151c)에 μC-Si 등의 미결정 반도체를 이용함으로써 발생하는 리크 전류의 증대를 억제할 수 있다.
수광층, 중간층, 미결정 반도체

Description

광전 변환 소자, 광전 변환 장치 및, 이미지 센서{PHOTOELECTRIC CONVERSION ELEMENT, PHOTOELETRIC CONVERSION DEVICE, AND IMAGE SENSOR}
본 발명은, 예를 들면, PIN 다이오드 등의 광전 변환 소자 및, 그러한 광전 변환 소자를 구비한 광전 변환 장치, 그리고 그러한 광전 변환 장치를 구비한 이미지 센서의 기술 분야에 관한 것이다.
이 종류의 이미지 센서의 일례로서 액티브 매트릭스 방식으로 구동되는 이미지 센서가 개시되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 이러한 이미지 센서에서는, p형 반도체층(p층), 비정질 반도체층으로 이루어지는 수광층(i층) 및, n형 반도체층(n층)이 상호 적층된 PIN 다이오드가 광전 변환 소자로서 이용되고 있다.
[특허문헌 1] 일본공개특허공보 평11-121731호
여기에서, 검출 대상물을 검출하기 위한 검출 능력을 높이는 것을 목적으로서, 적외광에 대한 감도 향상에 대한 요청이 있다. 그러나, 이 종류의 이미지 센서에 이용되는 PIN 다이오드 등의 광전 변환 소자에서는, 적외광에 대한 감도를 높이는 것과 미소한 광량을 검출하는 것과는 트레이드오프(trade-off)의 관계에 있다. 따라서, 적외광에 대한 감도를 높이는 것과 미소한 광량을 검출하는 것을 양립시키는 것은 기술적으로 곤란하며, 적외광의 파장 영역까지 이미지 센서의 검출 능력을 높이는 것이 곤란하다는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기 문제점 등을 감안하여 이루어진 것으로, 예를 들면, 적외광을 검출하는 검출 성능이 높여진 광전 변환 소자 및, 광전 변환 장치, 그리고 이미지 센서를 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명에 따른 광전 변환 소자는 상기 과제를 해결하기 위해, 미결정(微結晶) 반도체로 이루어지는 수광층과, 상기 수광층의 한쪽 면측에 형성된 제1 도전형의 제1 반도체층과, 상기 제1 반도체층 및 상기 수광층간에 개재(interpose)되고, 그리고 비정질 반도체로 이루어지는 제1 중간층을 구비한다.
본 발명에 따른 광전 변환 소자에 의하면, 수광층은, 예를 들면, 어모퍼스 실리콘 등의 비정질 반도체층을 대신하여 마이크로 크리스털 실리콘(이하, "μC-Si"라고 칭함) 등의 미결정 반도체로 구성되어 있다. 이러한 수광층에 의하면, 어 모퍼스 실리콘 등의 비정질 반도체층을 이용하는 경우에 비하여, 적외광에 대해서 수광 감도를 향상시키는 것이 가능하다.
제1 반도체층은, 예를 들면, n형의 어모퍼스 실리콘층 등의 반도체층으로, 상기 수광층의 한쪽 면측에 형성되어 있다.
제1 중간층은 상기 제1 반도체층 및 상기 수광층간에 개재되어 있어, 예를 들면, 어모퍼스 실리콘 등의 비정질 반도체로 구성되어 있다. 이러한 제1 중간층에 의하면, 수광층에 미결정 반도체를 이용함으로써 발생하는 리크 전류의 증대를 억제할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 광전 변환 소자에 의하면, 적외광에 대한 수광 감도를 높이고, 그리고 저(低)광량의 빛을 검출하는 것이 가능하며, 검출 대상물을 검출하기 위한 검출 성능을 높이는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 광전 변환 소자의 하나의 형태에서는, 상기 수광층의 다른 한쪽 면측에 형성된 제2 도전형의 제2 반도체층과, 상기 제2 반도체층 및 상기 수광층간에 개재되고, 그리고 비정질 반도체로 이루어지는 제2 중간층을 구비하고 있어도 좋다.
이 형태에 의하면, 수광층의 한쪽 면측 및 다른 한쪽 면측의 각각에 제1 중간층 및 제2 중간층이 형성되어 있기 때문에, 수광층의 한쪽 면 및 다른 한쪽 면의 한쪽 측에만 중간층을 형성하는 경우에 비하여, 리크 전류의 발생을 보다 한층 억제할 수 있다.
본 발명에 따른 광전 변환 소자의 다른 형태에서는, 상기 수광층의 다른 한 쪽 면측에 형성되고, 그리고, 제2 도전형의 미결정 반도체층인 제3 반도체층을 구비하고 있어도 좋다.
이 형태에 의하면, 리크 전류의 발생을 억제하면서 적외광에 대한 검출 성능을 높이는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 광전 변환 장치는 상기 과제를 해결하기 위해, (ⅰ) 미결정 반도체로 이루어지는 수광층, (ⅱ) 상기 수광층의 한쪽 면측에 형성된 제1 도전형의 제1 반도체층, (ⅲ) 상기 제1 반도체층 및 상기 수광층간에 개재되고, 그리고 비정질 반도체로 이루어지는 제1 중간층, (ⅳ) 상기 수광층의 다른 한쪽 면측에 형성된 제2 도전형의 제2 반도체층 및, (ⅴ) 상기 제2 반도체층 및 상기 수광층간에 개재되고, 그리고 비정질 반도체로 이루어지는 제2 중간층을 갖는 광전 변환 소자와, 상기 제2 반도체층에 전기적으로 접속된 도전부와, 상기 도전부를 통하여 상기 광전 변환 소자에 전기적으로 접속되고, 그리고 상기 광전 변환 소자를 구동하는 박막 트랜지스터를 구비하고, 상기 박막 트랜지스터는 폴리 실리콘으로 이루어지는 반도체층을 갖고 있다.
본 발명에 따른 광전 변환 장치에 의하면, 폴리 실리콘으로 이루어지는 반도체층을 갖는 박막 트랜지스터를 이용하면서, 전술한 광전 변환 소자와 동일하게, 적외광에 대한 수광 감도를 높이고, 그리고 저광량의 빛을 검출하는 것이 가능하며, 검출 대상물을 검출하기 위한 검출 성능을 높이는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 광전 변환 장치는 상기 과제를 해결하기 위해, (ⅰ) 미결정 반도체로 이루어지는 수광층, (ⅱ) 상기 수광층의 한쪽 면측에 형성된 제1 도전형 의 제1 반도체층, (ⅲ) 상기 제1 반도체층 및 상기 수광층간에 개재되고, 그리고 비정질 반도체로 이루어지는 제1 중간층 및, (ⅳ) 상기 수광층의 다른 한쪽 면측에 형성되고, 그리고 제2 도전형의 미결정 반도체층인 제3 반도체층을 갖는 광전 변환 소자와, 상기 제3 반도체층에 전기적으로 접속된 도전부와, 상기 도전부를 통하여 상기 광전 변환 소자에 전기적으로 접속되고, 그리고 상기 광전 변환 소자를 구동하는 박막 트랜지스터를 구비하고, 상기 박막 트랜지스터는 폴리 실리콘으로 이루어지는 반도체층을 갖고 있다.
본 발명에 따른 광전 변환 장치에 의하면, 폴리 실리콘으로 이루어지는 반도체층을 갖는 박막 트랜지스터를 이용하면서, 전술한 광전 변환 소자와 동일하게, 적외광에 대한 수광 감도를 높이고, 그리고 저광량의 빛을 검출하는 것이 가능하며, 검출 대상물을 검출하기 위한 검출 성능을 높이는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 이미지 센서는 상기 과제를 해결하기 위해, 기판과, 상기 기판상의 광 검출 영역을 구성하는 복수의 단위 영역의 각각에 형성되어 있고, (ⅰ) 미결정 반도체로 이루어지는 수광층, (ⅱ) 상기 수광층의 한쪽 면측에 형성된 제1 도전형의 제1 반도체층, (ⅲ) 상기 제1 반도체층 및 상기 수광층간에 개재되고, 그리고 비정질 반도체로 이루어지는 제1 중간층을 갖는 광전 변환 소자를 구비하고 있다.
본 발명에 따른 이미지 센서에 의하면, 적외광의 검출 성능을 높이면서 미소한 광량도 검출 가능하다. 따라서, 본 발명에 따른 이미지 센서에 의하면, 이미지 센서의 종합적인 광 검출 성능을 높이는 것이 가능하다.
본 발명의 이러한 작용 및 다른 이득은 다음에 설명하는 실시 형태로부터 분명하게 된다.
(발명을 실시하기 위한 최량의 형태)
이하, 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 광전 변환 소자, 광전 변환 장치 및, 이미지 센서의 각 실시 형태를 설명한다.
<1 : 이미지 센서>
도 1 및 도 2를 참조하여, 본 실시 형태에 따른 이미지 센서의 실시 형태를 설명한다. 도 1은 본 실시 형태에 따른 이미지 센서의 평면도이다. 도 2는 본 실시 형태에 따른 이미지 센서의 단위 영역에 있어서의 전기적인 구성을 나타낸 회로도이다.
도 1에 있어서, 이미지 센서(500)는, 반도체 소자로 이루어지는 각종 회로부가 형성된 기판(10)을 구비하고 있다. 기판(10)은, 예를 들면, 유리 기판 등의 투명 기판이며, 그 위에 후술하는 포토 센서 및 당해 포토 센서를 구동하는 구동용 TFT가 형성되어 있다. 기판(10)상의 화상 검출 영역(510a)은 본 발명의 「광 검출 영역」의 전형예이다. 화상 검출 영역(510a)은 기판(10)상에서 매트릭스 형상으로 배열된 복수의 단위 영역(550)으로 구성되어 있다. 후술하는 포토 센서는 복수의 단위 영역(550)의 각각에 형성되어 있다. 이미지 센서(500)는, 후술하는 포토 센서를 구비하고 있기 때문에, 적외광의 검출 성능을 높이면서, 미소한 광량도 검출 가능하다. 따라서, 이미지 센서(500)에 의하면, 이미지 센서의 종합적인 광 검출 성능을 높이는 것이 가능하다.
도 2에 있어서, 이미지 센서(500)는 본 발명의 「광전 변환 소자」의 일례인 포토 센서(151), 축적 용량(C), 리셋용 TFT(163), 신호 증폭용 TFT(154), 출력 제어용 TFT(155), 입력선(180), 출력선(181), 그리고 게이트선(G1 및 G2)을 구비하고 있다.
포토 센서(151)는 PIN 다이오드이며, 검출 대상이 되는 물체에 따라서 화상 검출 영역(510a)에 입사하는 입사광을 검출한다. 리셋용 TFT(163)의 소스는 포토 센서(151)의 출력측 및, 신호 증폭용 TFT(154)의 게이트에 전기적으로 접속되어 있다. 리셋용 TFT(163)의 게이트는 리셋용의 게이트선(G1)에 전기적으로 접속되어 있다. 리셋용 TFT(163)의 드레인은 입력선(180)에 전기적으로 접속되어 있다. 신호 증폭용 TFT(154)의 소스 및 드레인의 각각은 출력 제어용 TFT(155)의 소스 및 입력선(180)의 각각에 전기적으로 접속되어 있다. 출력 제어용 TFT(155)의 소스, 게이트 및 드레인의 각각은 신호 증폭용 TFT(154)의 드레인, 선택용 게이트선(G2) 및, 출력선(181)의 각각에 전기적으로 접속되어 있다. 축적 용량(C)은 신호 증폭용 TFT(154)의 게이트 및 게이트선(G1)간에 전기적으로 접속되어 있다.
이미지 센서(500)의 동작시에 있어서, 포토 센서(151)가 입사광을 수광한 경우, 포토 센서(151)에 광전류가 발생하고, 리셋용 TFT(163), 전압 증폭용 TFT(154) 및, 출력 제어용 TFT(155)의 각각의 동작에 따라서, 출력 신호가 출력선(181)으로 출력된다. 검출 대상인 물체는 복수의 단위 영역(550)의 각각으로부터 출력된 출력 신호에 기초하여 화상화된다. 이미지 센서(500)에 의하면, 적외광의 검출 성능 이 높여져 있기 때문에, 가시광으로 검출 곤란한 상황 하에서도, 검출 대상이 되는 물체를 정확하게 검출 가능하다.
<2 : 광전 변환 장치>
다음으로, 도 3을 참조하여, 본 발명에 따른 광전 변환 장치의 일 실시 형태로서, 전술한 이미지 센서에 탑재된 광전 변환 장치를 설명한다. 도 3은 본 실시 형태에 따른 이미지 센서의 단위 영역에 있어서의 단면도이다. 또한, 본 실시 형태에 따른 광전 변환 장치는 전술한 포토 센서(151)를 포함하여 구성되어 있다.
도 3에 있어서, 광전 변환 장치(190)는 본 발명의 「광전 변환 소자」의 일례인 포토 센서(151), 본 발명의 「도전부」의 일례인 양극(170) 및, 본 발명의 「박막 트랜지스터」의 일례인 리셋용 TFT(163)를 구비하고 있다.
포토 센서(151)는 수광층(151c), 제1 반도체층(151a), 제1 중간층(151b), 제2 반도체층(151e) 및, 제2 중간층(151d)을 구비하여 구성되어 있고, 각각이 양극(170) 및 ITO(Indium Tin Oxide)로 구성된 음극(171)에 전기적으로 접속되어 있다.
수광층(151c)은 어모퍼스 실리콘 등의 비정질 반도체층을 대신하여 마이크로 크리스털 실리콘(이하, "μC-Si"라고 칭함) 등의 미결정 반도체로 구성되어 있다. 이러한 수광층(151c)에 의하면, 어모퍼스 실리콘 등의 비정질 반도체층을 이용하는 경우에 비하여, 적외광을 포함하는 입사광에 대해서 수광 감도를 향상시키는 것이 가능하다.
제1 반도체층(151a)은 수광층(151c)의 한쪽 면측에 형성된 n형의 반도체층으 로, 예를 들면, 어모퍼스 실리콘으로 구성되어 있다. 제1 중간층(151b)은, 제1 반도체층(151a) 및 수광층(151c)간에 개재되고, 제1 반도체층(151a) 및 수광층(151c)을 상호 접합하는 접합층을 구성하고 있다. 제1 중간층(151b)은 어모퍼스 실리콘 등의 비정질 반도체로 구성되어 있다.
따라서, 포토 센서(151)에 의하면, 제1 중간층(151b)의 존재에 의해, 수광층(151c)에 μC-Si 등의 미결정 반도체를 이용함으로써 발생하는 리크 전류의 증대를 억제할 수 있다. 따라서, 포토 센서(151)에 의하면, 적외광에 대한 수광 감도를 높이고, 그리고 저광량의 빛을 검출하는 것이 가능하며, 검출 대상물을 검출하기 위한 검출 성능을 높이는 것이 가능하다.
제2 반도체층(151e)은 수광층(151c)의 다른 한쪽 면측에 형성된 p형의 반도체층으로, 예를 들면, 어모퍼스 실리콘으로 구성되어 있다. 제2 중간층(151d)은, 제2 반도체층(151e) 및 수광층(151c)간에 개재되고, 제2 반도체층(151e) 및 수광층(151c)을 상호 접합하는 접합층을 구성하고 있다. 제2 중간층(151d)은, 제1 중간층(151b)과 동일하게, 어모퍼스 실리콘 등의 비정질 반도체로 구성되어 있다.
따라서, 포토 센서(151)에 의하면, 수광층(151c)의 한쪽 면측 및 다른 한쪽 면측의 각각에 제1 중간층(151b) 및 제2 중간층(151d)이 형성되어 있기 때문에, 수광층(151c)의 한쪽 면 및 다른 한쪽 면의 한쪽 측에만 중간층을 형성하는 경우에 비하여, 리크 전류의 발생을 보다 한층 억제할 수 있어, 저광량의 빛을 검출 가능하다.
양극(170)은 기판(10)상에 형성된 게이트 절연막(41), 절연막(42, 43 및 44) 중 절연막(43)상에 형성되어 있다. 양극(170)은 절연막(43)에 형성된 콘택트 홀을 통하여 리셋용 TFT(163)의 드레인측 단자(82)에 전기적으로 접속되어 있다.
리셋용 TFT(163)는 양극(170)을 통하여 포토 센서(151)에 전기적으로 접속되어 있고, 이미지 센서(500)의 동작시에 있어서 포토 센서(151)를 리셋한다. 리셋용 TFT(163)는, 소스 영역에 전기적으로 접속된 소스측 단자(81)와, 드레인측에 전기적으로 접속된 드레인측 단자(82)와, 게이트 전극(3a)과, 소스 영역(1s), 채널 영역(1c) 및 드레인 영역(1d)이 형성된 반도체층(1a)을 구비하고 있다. 반도체층(1a)은 폴리 실리콘으로 구성되어 있다.
따라서, 광전 변환 장치(190)에 의하면, 폴리 실리콘으로 이루어지는 반도체층을 갖는 TFT를 이용하면서, 적외광에 대한 수광 감도를 높이고, 그리고 저광량의 빛을 검출하는 것이 가능하여, 검출 대상물을 검출하기 위한 검출 성능을 높이는 것이 가능하다.
(변형예)
다음으로, 도 4 및 도 5를 참조하여 본 실시 형태에 따른 광전 변환 장치의 변형예를 설명한다. 도 4는 본 예에 따른 광전 변환 장치(190A)의 구성을 나타낸 단면 구성도이다. 도 5는 본 예에 따른 광전 변환 장치(190A)의 바이어스 전압 및 전류 밀도간의 특성을 나타낸 그래프이다. 또한, 이하에서는, 전술한 광전 변환 장치(190)와 공통되는 부분에 공통의 참조 부호를 붙여, 상세한 설명을 생략한다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 본 예에 따른 광전 변환 장치(190A)는 포토 센서(151A)를 구비하고 있는 점에서 전술한 광전 변환 장치(190)와 상위하다.
포토 센서(151A)는, 수광층(151c)의 양측의 각각에 중간층을 형성하는 것이 아니고, 한쪽 면측에만 제1 중간층(151b)이 형성되고, 다른 한쪽 면측에는 p형의 제3 반도체층(151f)만이 형성되어 있는 점에서 포토 센서(151)와 상위하다. 제3 반도체층(151f)은, p형의 μC-Si으로 구성되고, 그리고, 양극(170)이 전기적으로 접속되어 있다.
다음으로, 도 5를 참조하여 포토 센서(151A)의 바이어스 전압 및 전류 밀도의 관계를 설명한다. 여기에서, 바이어스 전압이란 음극(171)의 전위를 기준(0V)으로 한 경우의 양극(170)에 인가되는 전압을 말한다. 또한, 도 5 중 포토 센서(151A)의 바이어스 전압-전류 밀도의 관계(실시예 1의 구조)를 흰점으로 나타내고 있고, 비교예에 따른 μC-Si 포토 다이오드의 바이어스 전압-전류 밀도의 관계를 흑점으로 나타내고 있다. 또한, 비교예에 따른 μC-Si 포토 다이오드(151X)는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 수광층(151c)의 양면의 각각의 측에 어모퍼스 실리콘 등의 비정질 반도체층으로 이루어지는 중간층이 형성되어 있지 않은 구성, 보다 구체적으로는, 수광층(151c)의 양면의 각각의 측에 n형의 μC-Si(151x1)와, p형의 μC-Si(151x2)를 갖고 있다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 포토 센서(151A)에 의하면, 비교예에 따른 포토 다이오드에 비하여 부(負) 바이어스 전압시의 전류의 전류 밀도가 저감되어 있다. 따라서, 본 예에 따른 포토 센서(151A)는 적외광에 대한 수광 감도가 높여져 있음과 함께 리크 전류의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 수광층(151c)의 양쪽 면측에 중간층이 형성되어 있는 포토 센서(151)에 대해서는 포토 센서(151A)에 비하여 보 다 한층 부 바이어스 전압시의 전류의 전류 밀도가 저감되는 것이 당연 예상된다.
따라서, 본 실시 형태에 따른 포토 센서(151 및 151A)의 각각을 구비한 광전 변환 장치(190 및 190A)의 각각에 의하면, 이미지 센서(500)의 동작시에 있어서, 리크 전류의 발생을 억제하면서 적외광에 대한 검출 성능을 높이는 것이 가능하다.
도 1은 본 실시 형태에 따른 이미지 센서의 평면도이다.
도 2는 본 실시 형태에 따른 이미지 센서의 단위 영역에 있어서의 전기적인 구성을 나타낸 회로도이다.
도 3은 본 실시 형태에 따른 광전 변환 장치의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 실시 형태에 따른 광전 변환 장치의 변형예에 따른 구성을 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 실시 형태에 따른 광전 변환 장치의 변형예에 따른 바이어스 전압 및 전류 밀도간의 특성을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 실시 형태에 따른 광전 변환 장치의 비교예의 구성을 나타낸 단면도이다.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
151, 151A : 포토 센서
151a : 제1 반도체층
151c : 수광층
151b : 제1 중간층
151d : 제2 중간층
151e : 제2 반도체층
151f : 제3 반도체층
190, 190A : 광전 변환 장치
500 : 이미지 센서

Claims (6)

  1. 미결정 반도체로 이루어지는 수광층과,
    상기 수광층의 한쪽 면측에 형성된 제1 도전형의 제1 반도체층과,
    상기 제1 반도체층 및 상기 수광층간에 개재되고, 그리고 비정질 반도체로 이루어지는 제1 중간층
    을 구비한 것을 특징으로 하는 광전 변환 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수광층의 다른 한쪽 면측에 형성된 제2 도전형의 제2 반도체층과,
    상기 제2 반도체층 및 상기 수광층간에 개재되고, 그리고 비정질 반도체로 이루어지는 제2 중간층
    을 구비한 것을 특징으로 하는 광전 변환 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수광층의 다른 한쪽 면측에 형성되고, 그리고 제2 도전형의 미결정 반도체층인 제3 반도체층을 구비한 것을 특징으로 하는 광전 변환 소자.
  4. (ⅰ) 미결정 반도체로 이루어지는 수광층, (ⅱ) 상기 수광층의 한쪽 면측에 형성된 제1 도전형의 제1 반도체층, (ⅲ) 상기 제1 반도체층 및 상기 수광층간에 개재되고, 그리고 비정질 반도체로 이루어지는 제1 중간층, (ⅳ) 상기 수광층의 다른 한쪽 면측에 형성된 제2 도전형의 제2 반도체층 및, (ⅴ) 상기 제2 반도체층 및 상기 수광층간에 개재되고, 그리고 비정질 반도체로 이루어지는 제2 중간층을 갖는 광전 변환 소자와,
    상기 제2 반도체층에 전기적으로 접속된 도전부와,
    상기 도전부를 통하여 상기 광전 변환 소자에 전기적으로 접속되고, 그리고 상기 광전 변환 소자를 구동하는 박막 트랜지스터를 구비하고,
    상기 박막 트랜지스터는 폴리 실리콘으로 이루어지는 반도체층을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 광전 변환 장치.
  5. (ⅰ) 미결정 반도체로 이루어지는 수광층, (ⅱ) 상기 수광층의 한쪽 면측에 형성된 제1 도전형의 제1 반도체층, (ⅲ) 상기 제1 반도체층 및 상기 수광층간에 개재되고, 그리고 비정질 반도체로 이루어지는 제1 중간층 및, (ⅳ) 상기 수광층의 다른 한쪽 면측에 형성되고, 그리고 제2 도전형의 미결정 반도체층인 제3 반도체층을 갖는 광전 변환 소자와,
    상기 제3 반도체층에 전기적으로 접속된 도전부와,
    상기 도전부를 통하여 상기 광전 변환 소자에 전기적으로 접속되고, 그리고 상기 광전 변환 소자를 구동하는 박막 트랜지스터를 구비하고,
    상기 박막 트랜지스터는 폴리 실리콘으로 이루어지는 반도체층을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 광전 변환 장치.
  6. 기판과,
    상기 기판상의 광 검출 영역을 구성하는 복수의 단위 영역의 각각에 형성되어 있고, (ⅰ) 미결정 반도체로 이루어지는 수광층, (ⅱ) 상기 수광층의 한쪽 면측에 형성된 제1 도전형의 제1 반도체층, (ⅲ) 상기 제1 반도체층 및 상기 수광층간에 개재되고, 그리고 비정질 반도체로 이루어지는 제1 중간층을 갖는 광전 변환 소자를 구비한 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
KR1020090076170A 2008-10-01 2009-08-18 광전 변환 소자, 광전 변환 장치 및, 이미지 센서 KR20100037533A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2008-256082 2008-10-01
JP2008256082A JP2010087332A (ja) 2008-10-01 2008-10-01 光電変換素子、光電変換装置、及びイメージセンサ

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20100037533A true KR20100037533A (ko) 2010-04-09

Family

ID=42056401

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090076170A KR20100037533A (ko) 2008-10-01 2009-08-18 광전 변환 소자, 광전 변환 장치 및, 이미지 센서

Country Status (4)

Country Link
US (1) US8288775B2 (ko)
JP (1) JP2010087332A (ko)
KR (1) KR20100037533A (ko)
CN (1) CN101714589A (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6704599B2 (ja) * 2015-04-28 2020-06-03 天馬微電子有限公司 半導体素子、半導体素子の製造方法、フォトダイオードアレイおよび撮像装置
CN107004690B (zh) * 2015-11-12 2021-05-14 松下知识产权经营株式会社 光传感器
CN110059523A (zh) * 2018-01-19 2019-07-26 上海箩箕技术有限公司 光电二极管及形成方法、成像模组、身份识别装置及方法
CN112713161B (zh) * 2020-12-30 2023-10-31 武汉华星光电技术有限公司 一种阵列基板及其制备方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58108770A (ja) * 1981-12-22 1983-06-28 Seiko Epson Corp イメ−ジセンサ
JPS61203665A (ja) * 1985-03-06 1986-09-09 Fujitsu Ltd アモルフアスシリコン型フオトダイオ−ドの製造方法
JPH0510426Y2 (ko) * 1986-10-16 1993-03-15
JPH04216670A (ja) * 1990-12-17 1992-08-06 Canon Inc 光電変換装置
JP4271268B2 (ja) * 1997-09-20 2009-06-03 株式会社半導体エネルギー研究所 イメージセンサおよびイメージセンサ一体型アクティブマトリクス型表示装置
JP4255527B2 (ja) 1997-10-20 2009-04-15 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置
JPH11243221A (ja) * 1998-02-26 1999-09-07 Canon Inc 光電変換体、建築材料および発電装置
JPH11261102A (ja) * 1998-03-10 1999-09-24 Canon Inc 光起電力素子
US6809358B2 (en) * 2002-02-05 2004-10-26 E-Phocus, Inc. Photoconductor on active pixel image sensor
US7906826B2 (en) * 2002-02-05 2011-03-15 E-Phocus Many million pixel image sensor

Also Published As

Publication number Publication date
US20100078637A1 (en) 2010-04-01
JP2010087332A (ja) 2010-04-15
US8288775B2 (en) 2012-10-16
CN101714589A (zh) 2010-05-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11101304B2 (en) Diode and fabrication method thereof, array substrate and display panel
US9000541B2 (en) Photoelectric conversion device and electronic apparatus
US11232750B2 (en) Display substrate, display panel, and manufacturing method and driving method of display substrate
KR20080065535A (ko) 고감도 광 센서 소자 및 그를 이용한 광 센서 장치
US8338867B2 (en) Highly sensitive photo-sensing element and photo-sensing device using the same
KR20060049960A (ko) 광량 검출 회로
KR20100064699A (ko) 후면 조명 구조의 이미지 센서
KR100684675B1 (ko) 광 센서 및 디스플레이
US20090078972A1 (en) Sensor thin film transistor, thin film transistor substrate having the same, and method of manufacturing the same
KR20100037533A (ko) 광전 변환 소자, 광전 변환 장치 및, 이미지 센서
JP2010206128A (ja) 光電変換素子、光電変換装置、及びイメージセンサ
CN109545835B (zh) 显示基板及其制备方法、显示装置
CN113711362A (zh) 包括薄膜晶体管和有机光电二极管的图像传感器阵列器件
US20230273299A1 (en) Photodetection device
US20230049306A1 (en) Light receiving element, imaging element, and imaging device
KR100722111B1 (ko) 포토 다이오드를 구비하는 유기 발광 표시장치
WO2021111805A1 (ja) 半導体装置
CN110088909B (zh) 光电传感器、显示设备和制造光电传感器的方法
US10962660B2 (en) Active matrix substrate, and x-ray imaging panel
CN114551619B (zh) 显示面板和移动终端
JP5285365B2 (ja) 受光素子および表示装置
JP7268986B2 (ja) 整流性を有する素子と薄膜トランジスタとを含む装置
CN115775840A (zh) 光电传感器件和显示面板
KR101612719B1 (ko) 수광 소자 및 표시 장치
JP2006330322A (ja) 液晶表示装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application