KR840002185B1 - 광전변환소자 - Google Patents
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Abstract
내용 없음.
Description
제1도는 촬상관의 구조를 나타낸 도면,
제2도는 본 발명의 광전변환장치의 구조를 나타낸 단면도,
제3도는 타게트의 전류-전압특성을 나타낸 도면,
제4도는 고체촬상장치의 원리를 나타낸 도면,
제5도∼제7도는 각각 본 발명의 고체촬상장치의 제조공정을 나타낸 요부단면도,
제8도는 실시예의 고체촬상 소자의 평면도,
제9도, 제10도는 각각 본 발명의 광전변환 소자의 다른 예를 나타낸 요부 단면도이다.
본 발명은 광전변환 소자에 관한 것으로 특히 광도전형 촬상관타게트 또는 고체촬상장치등에 사용할 수있는 수광면의 구조에 관한 것이다.
축적모드로 사용되는 광전변환소자의 대표적인 예로써 제1도에 나타낸 바와같은 광도전형 촬상관이 있다. 이것은 보통면판(face plate)이라고 부르는 투광성 기판(1), 투명전극(2), 광도전막(3), 전자총(4) 및 케이스(5)로써 이루어진다. 면판(1)을 통해 들어온 빛은 광도전막(3)에서 광전변환되어 광도전막(3)의 표면에 전하 패턴으로서 축적된후 주사전자 비임(6)에 의해 순서적으로 독해된다.
그리고 통상 광도전막(3)의 표면에는 반전 방지 및 주사전자비임으로부터의 전자의 주입을 저지할 목적으로 비임랜딩층(7)이 있다. 이때 광도전막(3)에 요구되는 중요한 특성은 특정한 화소가 주사전자 비임(6)으로 주사되는 시간간격(즉 축적시간)동안 전하 패턴이 확산되어 소멸되어서는 안된다는 것이다. 수소를 함유하는 비정질 재료를 사용하는 제안은 예컨데 1979년 8월 15일에 발간된 응용물리학회지 제35(4)권의 349∼351페이지에서 볼 수 있다·또 광도전막을 사용한 고체촬상장치의 예는 1979년 12월에 발간된 국제전자장치 회지의 134∼136페이지에서 볼 수 있다. 또 이예는 광도전막으로 Se-Pe-As칼코게 나이드 유리(chalcogenide glass)를 사용하고 있다. 즉 본 발명에서와 같이 광도전막으로 수소가 함유된 비정질 실리콘을 사용하지 않는다.
수소가 함유된 비정질 실리콘을 사용한 광전변환소자에서는 이 수소가 함유된 비정질 실리콘막과 기판과의 접착성에 난점이 있음을 발견했다. 이로 인해 광전변환소자의 화면에는 무수한 반점이 발생한다.
한편 수소가 함유된 비정질 실리콘을 사용한 광전변환소자에 관해서는 본 발명인에 의해 미국특허 출원번호 제39580호(광도전형 촬상관에 관한 것), 66230호(고체촬상소자에 관한것)로 특허출원중에 있다.
본 발명의 목적은 이러한 결점을 해결하는데 있다. 상기한 목적을 달성하기 위해 실리콘을 주체로하여 수소를 함유하는 비정질 재료로 이루어지는 광도전 막과 제1전극사이에 Ta, Cr, W, Nd, Mo, V, Ti군중에서 선택된 어느 하나의 원소를 함유하는 금속박막을 개재하는 구조를 갖는다. 이렇게 해서 비정질 재료막과 기판과의 접착력을 증진시킬 수 있다.
이 금속박막은 단일원소 또는 이들의 복합막으로 하여도 좋다. 물론 다층막으로해도 좋다. 또 이들 각 원소를 합금하여 사용해도 된다.
또 이 금속박막은 금속전극과 공통의 것으로써도 사용할 수 있다. 이 경우에는 통상의 전극으로서 금속박막을 설치하면 좋다. 막두께는 2000Ao∼1μm가 일반적이다. 금속박막을 투명전극과 다층막으로 사용할 경우에는 이 접착용 금속박막은 실질적으로 투명 또는 반투명으로 해야한다. 대개 5Ao∼100Ao의 막두께가 좋다. 하부에 알미늄 전극등이 있는 경우에는 이 알미늄 전극상에 접착용의 금속박막을 병합하면 좋다. 한편도전성이 요구되지 않는 부분에 설치하는 경우에는 20Ao∼200Ao의 박막으로 한다. 바람직하게는 50Ao∼100Ao으로 한다.
금속박막의 형성은 통상의 스퍼터 링법으로 충분하다. 고주파 스퍼터링이나 직류스퍼터링도 좋은데 스퍼터링법을 사용하는 경우의 조건으로서는 대개 아래와 같다.
즉 희유개스, 특히 알곤을 사용하는 경우에 압력은 5×10-4Torr∼1×10-2Torr, 전력은 200W∼800W정도를 사용하면 좋다. 또 금속박막의 형성은 증착법에 의해도 물론 좋다.
본 발명에서는 광도전막은 단층 또는 적층으로 한다. 그리고 일반적으로는 상기한 광도전 물질은 단층 또는 적층중의 일층이 50원자수% 이상의 실리콘과 5원자수% 이상 50원자수% 이하의 수소를 함유하는 한편 비저항이 10
cm 이상인 비정질 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 또는 광도전막의 실리콘 원자중의 0.1원자수% 이상 50원자수% 이하는 겔마늄 원자와 치환한 재료등으로도 사용할 수 있다. 또 광도전막은 일반적으로 막두께 100nm∼20μm의 범위로 선택되어진다. 비정질 재료의 제조법은 통상의 반응성 스퍼터링 또는 글로우방전에 의한 환원법을 이용하면 충분하다.
[실시예 1]
제2도에 나타낸 바와같이 투광성기판(1)상에 SnO2로 이루어지는 투명전극(2)을 형성하여 이것을 고주파 스퍼터링 장치내의 기판홀더 전극에 설치한다. 한편 Ta타게트를 타게트 전극에 설치한다. 다음에 스퍼터링 조건을 5×10-6Torr이하의 진공도로 만든후 알곤 개스를 1.0×10-2Torr의 개스압이 되도록 주입한다.
이 개스압으로 양 전극간에 출력1W/cm2인 13.56MHz의 고주파 방전을 하여 투명전극(2)상에 Ta박막(8)을 약 10Ao의 막두께로 형성한다.
다음에 고주파 스퍼터링장치에 99.999%의 실리콘 소결체를 타게트 전극에 장착하여 3×10-3Torr의 알곤과 2×10-3Torr의 수소로 이루어지는 혼합기체 중에서 SiO2박막(8)상에 광도전막(3)으로 비정질 실리콘막을 반응성 스퍼터링으로 행한다. 이 경우 기판은 200℃로 유지한다. 이와같이 하여 만들어진 비정질 실리콘막은 약 10원자%의 수소를 함유하며 비저항은 1014Ωcm였다.
최후에 전자비임의 랜딩 특성 개선을 위한 비임 랜딩층(7)으로서 Sb2S3막을 알곤 개스 압중에서 약 1000Ao의 막두께로 증착한다. 이와같이 하여 촬상관의 타게트가 완성된다. 본 발명을 적용함으로써 광도전막이 벗겨지는 것을 거의 없앨수 있었다. 광도전막이 벗겨진 타게트를 사용한 촬상관의 화면에는 무수한 반점이 나타난다.
그러나 본 예에서는 반점이 전혀 발생치 않았다. 또한 이렇게 광도전막이 벗겨짐으로해서 발생하는 암전류의 증대를 방지할 수 있다. 이것은 1/100정도까지 감소시킬 수 있다. 제3도는 비정질 실리콘 비디콘 타게트의 전류-전압 특성을 나타낸다. 광전류는 면판상에 조도 10럭스(lux)로 조사하여 측정한 것이다.
101,102는 본 발명을 사용한 타게트의 측정예로서 각각 신호전류 및 암전류이다.
103,104∼108은 각각 본 발명을 사용하지 않은 경우의 특성예이다. 103은 신호전류, 104∼108은 각 전장에 있어서의 암전류이다. 신호전류 레벨도 본 발명을 사용한 경우에 비하여 떨어지지만 더욱 현저한 차가 발생하는 것은 암전류 특성이다. 광도전막이 벗겨졌을때 제3도에서 볼 수 있듯이 매우 큰 암전류 특성을 나타내기 때문에 실제적으로는 사용할 수 없다. 이에 대하여 본 발명을 적용하면 양호한 전류-전압특성을 얻을 수 있다.
[실시예 2]
투광성 기판상에 SnO2-In2O3로 이루어지는 투명전극을 형성하여 이 위에 실시예 1과 같은 방법으로 하기의 표 1에 나타낸 각 금속 박막중 하나를 스퍼터링 증착한다. 그리고 수소를 15원자% 함유하는 실리콘층을 막두께 2μm으로 반응성 스퍼터링법으로 형성한다. 최후에 Sb2S3막을 알곤 개스압에서 증착하여 촬상관용 타게트로 했다. 이것들은 실시예 1과 같은 양호한 특성을 나타냈다.
[표 1]
[실시예 3]
본 실시예는 광도전막을 사용한 고체촬상장치에 관한 것이다. 이 고제촬상장치는 광전변환 기능 및 신호축적 기능을 가진 고체요소를 복수개 배치하고, 각 고체요소를 1화소에 대응시켜 촬상면을 형성하여 이 촬상면을 순차적으로 주사하는 것에 의해 외부 영상신호를 전기 신호로 변환하도록 구성되어 있다. 특히 촬상면을 형성하는 광도전체층이 스위치, 주사회로등이 형성된 반도체기체를 덮도록 형성된 고체촬상 장치의 예는 특개소 51-10715호 공보등에 명백하게 나타내져 있다. 제4도는 고체촬상장치의 원리를 나타낸 것이다. 각 화소(14)는 메트릭스 형으로 배치되어 일점씩 XY어드레스 방식에 의해 독출된다. 각 화소의 선택은 수평주사신호 발생기(10)와 수직 주사신호 발생기(12)에 의해 행해진다. 13은 각 화소에 접속된 스위치부, 11은 출력단이다. 제5도∼제7도까지는 본 발명의 고체촬상 장치의 제조 방법을 나타낸 화소부의 단면도이다.
반도체 기판에 형성되는 스위치 회로를 비롯하여 주사회로부등은 통상의 반도체장치의 공정을 사용하여 제조된다. P형 실리콘기판(20)상에 800Ao정도의 엷은 SiO2막을 형성하여 이 SiO2막상의 소정의 위치에 1400Ao정도의 Si3N4막을 형성한다.
SiO2막은 통상의 CVD법, Si2N4막은 Si3N4, NH4N2를 주입하는 CVD법에 따랐다.
실리콘기판 상부로부터 이온 주입에 의해 P확산 영역(21)을 형성한다. 이 확산영역(21)이 있음으로써 각 소자가 양호하게 분리된다.
이어서 H2:O2=1:8의 조건에서 실리콘을 국부적으로 산화하여 SiO2층 (22)을 형성한다. 이 방법은 일반적으로 LOCOS라고 칭하고 있는 소자분리를 위한 실리콘의 국소 산화법이다. 일단 전술한 Si3N4막 및 SiO2막을 제거하여 MOS트랜지스터의 게이트 절연막을 SiO2막으로 형성한다.
이어서 폴리실리콘에 의한 게이트부(25) 및 확산영역(26),(27)을 형성하고 다시 이 상부에 SiO2막(28)을 형성한다. 그리고 이 막중에 소오스 및 드레인의 전극 취출구를 에칭하여 뚫는다. 제5도가 이 상태를 나타낸 도면이다. 드레인 전극(29)으로써 알미늄을 8000Ao으로 증착한다. 다시 SiO2막(30)을 7500Ao으로 형성한 후 소오스전극(31)으로써 알미늄을 1μm증착한다. 다시 Ta충(32)을 100Ao의 두께로 스퍼터링 증착한다.
제6도가 이 상태를 나타낸 단면도이다.
한편 전극(31)은 영역(26), (27) 및 게이트(25)를 덮도록 형성했다. 이것은 소자간 분리용 확산영역(21)사이의 신호처리 영역에 빛이 입사하면 블루우밍의 원인이 되어 바람직하지 못하기 때문이다. 또 수광영역의 주변에는 쉬프트레지스터등의 회로가 배치되어 있다. 이와 같이하여 주사 회로부가 완성된다. 이 주사회로부의 상부에 수광부를 형성한다. 제8도에 기체부의 평면도를 나타낸다. 37은 전극용 접촉공이다. 도면에 있어서 단면도와 동일한 번호의 부위는 동일물을 나타내고 있다. 이어서 수소를 15원자% 함유하는 비정질 실리콘막(33)을 두께 2μm로 반응성 스퍼터링법으로 형성한다.
비정질 실리콘충상에 투명전극(35)을 형성하여 고체촬상 소자가 제작된다. 투명전극으로서는 금등의 아주 엷은 막이나 저온으로 형성할 수 있는 산화인듐, 산화주석을 포함하는 투명도전막을 사용하면 좋다. 또 가느다란 금속막을 투광성 전극으로 사용하여도 좋다. 최후에 실리콘 기판(20)의 다른 일방면에 저항접촉(ohmic contact)의 도전막(36)을 설치한다. 일반적으로는 도전막(36)은 단자를 통해 접지된다.
또 투명전극의 일부에 Cr-Au를 마스크로하여 증착해서 여기에 와이어 본딩해서 바이패스용 전극으로 했다. 이렇게 하여 비정질 실리콘을 광도전막으로한 고제촬상소자가 완성된다(제7도). 비정질 실리콘 막(33)을 형성하는 기체(基體)의 상부에 Ta충(32)을 설치함으로써 비정질 실리콘막의 막이 벗겨지는 것을 완전히 없앨수가 있다. 이리하여 고체촬상소자의 화면의 막이 벗겨짐에 따른 하얀 반점을 없앨 수 있다.
제5도∼제7도를 참조로 설명한 예는 전극의 금속충상에 접착충인 금속충을 중복 형성한 예이다. 또 고체촬상장치에서는 전극(31)자체를 접착층용 금속으로 하여도 좋다. 또 전극부의 구조가 이 예로써 한정되는 것이 아니라는 것은 말할 필요조차 없다.
제9도는 전극을 2층 구조로한 예에 본 발명을 적용한 것이다. 기본적 구조는 이제까지의 예와 같다. 45는 불순물층이다. 20은 실리콘 기판, 22는 소자분리용 절연막으로 Sio2층, 28은 절연막으로서 SiO2막이다.
SiO2막(28)상에 드레인전극(29)이 알미늄으로 만들어져 다시 SiO2막(30)을 개재하여 상부전극(40)으로 소오스 전극을 형성한다. 이 상부 전극(40)상에 본 발명에 관계되는 금속막(41)이 Ta로 형성된다. 이어서 진술한 예와 마찬가지로 비정질 Si막(33) 및 투명전극(35)이 설치되어 고체촬상소자가 완성된다.
그리고 본 실시예에서는 주사회로로서 MOS형 전계효과 트랜지스터로 구성된 예를 나타냈으나 본 발명은 이것에만 한정되는 것이 아니다. 예컨대 주사회로로서 CCD전송 영역을 사용한 것이라도 좋은 것은 말할 것도 없다. 또 MOS형 트랜지스터를 사용해도 다른 회로 방식을 사용할 수 있는 것도 물론이다. 또 접착층용 금속을 전술한 표 1에 나타낸 각종의 것을 사용하여도 동등한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 실리콘을 주체로하여 수소를 함유하는 이와 같은 비정질 재료를 광전변환재료로서 사용하여 정류접촉형 구조를 사용한 광전변환장치의 각종의 변형구조에도 적용할 수 있다. 예를들면 접합계면에 강한 전장이 걸린 경우에도 충분하게 암전류를 억제할 수 있도록 수광면을 개량한 구조이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 개량된 구조는 실리콘을 주체로하여 수소를 함유하는 비정질 재료로 이루어지는 광도전막과 신호 전극간에 하기와 같은 산화물, 질화물, 또는 할로겐화물 군중에서 선택된 하나를 주성분으로하는 박막층을 개재시킨다.
(1) 산화물
Si, Ti, Al, Mg, Ba, Ta, V, Bi, Ni, Th, Mo, Fe, La, Be, W, Ge, Sc, Co로 이루어지는 군중에서 선택된 일원소의 산화물.
구체적인 예를 나타내면 다음과 같다.
SiO2, TiO2, Al2O3, MgO, BaO, Ta2O5, WO3, Bi2O3, V2O5, GeO, NiO, ThO2, Fe2O3, La2O3, MoO3, B2O, Sb2O3, Co2O3또는 공융물.
(2) 질화물
Ga, Si, Mg, Ta, Hf, Zr, Nb, B군에서 선택된 일원소의 질화물.
구체적인 예를 나타내면 다음과 같다.
GaN, Si3N4, Si2N3, MgN2, TaN, HfN, ZrN, NbN, BN 또는 공융물.
(3) 할로겐화물
Na, Mg, Li, Ba, Ca, K의 군중에서 선택된 일원소의 할로겐화물.
구체적인 예를 나타내면 다음과 같다.
MgF2, LiF, NaF, BaF2, CaF2, KF 및 공융물.
또 이상의 혼합물층 또는 적층등도 사용할 수 있다. 특히 산화물에서는 Sio2, BaO, TiO2, Ta2O5, A12O3, 산화물에서는 Si3N4, TaN, 할로겐화물에서는 LiF, MgF2가 매우 우수한 특성을 나타낸다.
다음으로 양호한 특성을 나타내는 것은 산화물에서는 MgO, WO3, V2O5, NiO, Fe2O3, MoO3, Co2O3, 질화물에서는 GaN, Si2N3, MgN2, 할로겐화물에서는 BaF2, CaF2, NaF, KF이다.
한편 다음으로 양호한 특성을 나타내는 것으로는, 산화물에서는 Bi2O3, GeO, ThO2, La2O3, BeO, ScO3, 질화물에서는 HfN, ZnN, NbN, BN, 할로겐화물에서는 Nacl, KCl이다. 막두께는 50Ao∼5000Ao정도를 사용한다.
특히 1000Ao이하로 하는 것이 입사광의 투과율의 감소도 줄일 수 있고 또한 광전변환장치의 감도 저하를 엽려할 필요가 있다. 이상 기술한 산화물층은 통상 증착원료로서 같은 산화물을 사용하여 스퍼터링 증착법으로 형성하는 것이 매우 바람직하다. 스퍼터링 증착은 1×10-lTorr에서 1×10-3Torr의 알곤개스중의 고주파 방전을 일반적으로 사용한다.
이때 산화물이 환원하여 흑화(黑化)하기 쉬운 경우에는 알곤개스에 5용량% 정도 이하의 산소를 혼입시키면 좋다. 증착시의 기판온도는 25℃∼400℃로 좋지만 기판과의 밀착성이 양호하고 평활도(平滑度)가 양호한 막을 작성하기 위해서는 100℃∼250℃가 바람직하다. 그리고 상술한 산화물, 질화물, 할로겐화물 등의 박막층은 광도전막과 신호 전극간에 개재하지만 신호 전극과는 반드시 인접할 필요는 없으며 신호전극과 상술한 박막층간에 다른 재질로 이루어지는 층이 개재하여도 상관없다.
그러나 광도전막과 산화물과는 실질적으로 사로 인접해야 한다. 제10도는 이러한 개량형의 타게트의 단면도이다. 42는 전술한 암전류 억제를 위한 박막층이다. 그외에는 제7도와 같으며 동일번호는 동일물을 나타낸다.
표2, 표3에 나타낸 화합물을 층(42)으로써 사용했지만 광도전막의 막이 벗겨지는 현상은 거의 없으며 높은 타게트 전압에서도 암전류에 매우 낮게 억압된다.
[표 2]
[표 3]
Claims (1)
- 투광성 기판위에 제1극전과 실리콘을 주체로하여 수소를 필수의 구성원소로서 함유하는 비정질 막인 광도전막을 가진 광전변환 소자에 있어서,제1전극과 상기 광도전막사이에 비정질 재료와 접착하기 위한 투광성 또는 반투광성 금속막을 개재하고 상기 접착용 금속층은 Ta, Cr, W, Nd, Mo, V, Ti의 원소중에서 선택된 하나를 함유하는 것을 특징으로 하는 광전변환소자.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1019810000126A KR840002185B1 (ko) | 1981-01-19 | 1981-01-19 | 광전변환소자 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| KR1019810000126A KR840002185B1 (ko) | 1981-01-19 | 1981-01-19 | 광전변환소자 |
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| KR830005729A (ko) | 1983-09-09 |
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