KR880002496B1 - 광전변환장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

광전변환장치

제1도는 촬상관의 구조를 나타낸 도면.

제2도는 본 발명의 광전변환장치의 구조를 나타낸 단면도.

제3도는 본 발명의 광전변환장치의 광전류 및 암전류의 타기트 전압과의 관계를, 본 발명을 사용하지 않은 경우와 비교하여 나타낸 도면이다.

본 발명은 축적 모드로써 사용되는 광전변환장치에 관한 것이며, 보다 더 구체적으로 말하자면 광도전형 촬상관 타기트등에 사용할 수 있는 수광면의 구조에 관한 것이다.

축적 모드로써 사용되는 광전변환장치의 대표적인 예로서는 제1도의 광도전형 촬상관이 있다. 이것은 통상 면판(面板)이라고 칭하는 투광성기판(1), 신호전극인 투명도전막(2), 광도전체층(3), 전자총(4), 외위기(外圍器)(5)로써 이루어진다.

면판(1)을 통해 광도전체층(3)에 결상(結傷)된 광상(光傷)을 광전변환하여 광도전체층의 표면에 전하 패턴으로써 축적하여 주사전자 비임(6)에 의하여 시계열적(時系列的 : in time seguence)으로 독해(讀解)하는 구조로되어 있다.

그리고 통상 광도전체층(3)의 표면에는 표면전하의 극성반전(反轉) 방지 및 주사전자비임으로부터의 전자의 주입을 저지할 목적으로 비임 랜딩층(7)이 설치되어 있다.

이때 광도전체층(3)에 요구되는 중요한 특성을 특정회소가 주사비임(6)에 의해 주사하는 시간간격(즉, 축척시간)동안에 전하 패턴은 확산에 의해 소멸되지 않는 점이다. 이러한 광도전체층 타기트의 예로서는 미국 특허 제 3,346,755호, 3,350,595호의 예가 있다.

또 이 광도전체층(3)으로써 비결정성 실리콘을 사용하는 예는 예컨데 영국 특허 1,349,351호 (E.M.I.Limited)에서 볼 수 있다.

본 발명의 목적은 실리콘을 주체로하여 수소를 함유하는 비정질재료를 광전변환재료로써 사용하여 광전변환재료와 신호전극등으로 정류접촉형 구조를 형성하는 광전변화부를 가진 광전변환장치에 있어서, 접합 계면에 강한 전장이 걸린 상태에 있어서도 충분하게 암전류를 제어할 수 있는 수광면의 구조를 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 있어서는, 실리콘을 주체로하여 수소를 함유하는 비정질재료로 이루어진 광도전체층과 신호 전극간에 하기와 같은 산화물, 질화물 또는 할로겐 화물군 중에서 선택된 어느 하나를 주성분으로 하는 무기재료의 박막층을 개재시킨다.

(1) 산화물

Si, Ti, Al, Mg, Ba, Ta, Bi, V, Ni, Th, Fe, La, Be, Sc, Co로 이루어진 군중에서 선택된 어느 1원소의 산화물, 구체적인 예를 나타내면 다음과 같다. SiO₂, TiO₂, Al₂O₃, MgO, BaO, Ta₂O₃, Bi₂O₃, V₂O₅, NiO, ThO₂, Fe₂O₃, La₂O₃, BeO, Sc₂O₃, Co₂O₃, 또는 공융물(共融物).

(2) 질화물

Ga, Si, Mg,Ta, Hf, Zr, Nb, 및 B로 이루이진 군중에서 선택된 어느 1원소의 질화물. 구체적인 예를 나타내면 다음과 같다. GaN, Si₂N₄, Si₂N₃, MgN₂, TaN, HfN, ZrN, NbN, BN 또는 공융물.

(3) 할로겐 화물

Na, Mg, Li, Ba, Ca 및 K로 이루어진 군중에서 선택된 어느 1원소의 할로겐 화물. 구체적인 예를 나타내면 다음과 같다. MgF₂, LiF, NaF, BaF₂, CaF₂, KF 및 공융물. 또 이상과 같은 재료의 혼합물층이나 전층등도 사용할 수 있다. 이상과 같은 재료중에서도 다음과 같은 재료가 특히 바람직하며 이것들은 암전류 제어 효과가 현저하다.

(1) Si, Ba, Ta, Ti, Al로 이루어진 군중에서 선택된 어느 1원소의 산화물. Si 또는 Ta의 질화물. Li 또는 Mg의 할로겐 화물. 그리고 SiO₂, Al₂O₃, Si₃N₄, TaN, LiF, MgF₂및 이들의 혼합물을 화학적 으로도 안전하며 매우 바람직한 재료이다.

본원 발명과 같은 광도전체층으로써 실리콘을 주체로하여 수소를 함유하는 비정질재료를 이미 특허출원했다.(미국 특허 제 39,580호). 이 실리콘을 주체로하여 수소를 함유하는 비정질재료에 관하여 설명한다.

이 광도전체막은 단층 또는 적층으로 이루어진다. 그리고 일반적으로는 광도전 물질의 단층이나 적층중 1층이 50원자수 퍼센트 이상의 실리콘과, 5원자수 퍼센트 이사상이나 50원자수 퍼센트 이하의 수소를 함유하는 한편 비저항의 10Ωcm이상인 비정질재료를 사용한다. 혹은 광도전체층의 실리콘 원자의 0.1% 원자수%이상이나 50원자수 %이하를 겔마늄 원자와 치환한 재료를 사용할 수도 있다.

그리고 광도전 체막은 일반적으로 두께 100mm~20μm의 범위로 선택되어 있다.

본 발명에 관한 광도전재료는 여러가지 방법으로써 제조되어 있다. 이하 대표적인 예를 설명한다.

제1의 방법은 반응성 스패터링법이다. 스패터용 타기트는 용융 실리콘을 잘라낸것을 사용하면 좋다. 물로 단결전 및 다결정 실리콘을 사용하여도 좋다. 또 실리콘과 겔마늄을 함유하는 비정질재료의 경우는 이들 2종의 1N족 원소를 조합시킨 카기트를 사용한다. 이 경우 실리콘 기판상에 겔마늄 박편을 탐재하여 타기트로 사용하는 것이 가장 바람직하다. 실리콘과 겔마늄의 면적비를 적당하게 선택함으로써 비정질재료의 조성을 제어할 수 있다.

물론 반대로 겔마늄 기판상에 실리콘 박편을 설치하여도 좋다. 또 양재료를 병치(t-1 置)하여 타기트를 구성하여도 좋으며, 조성 용융물을 사용하여도 좋다.

또 스패터용의 타기트로써 미리 인(P) 비소(AS), 붕소(B)등을 포함한 Si를 사용함으로써 이들의 원소를 불순물 원소로써 도입하는 것이 가능하다.

이 방법에 따라 N형, P형등 전도형 비정질 재료를 얻을수가 있다. 도 이와 같은 불순물의 도핑에 의해 재료의 저항값을 변화시킬수 있다. 10¹³정도의 고저항도 실현할 수 있다. 또 이와 같은 불순물의 도핑은 희가스중에 디포란이나 포스핀을 혼합하는 방법도 얻을 수 있다.

상술한 바와 같은 장치를 사용하여 수소(H₂)를 90몰%이하의 각종 혼합비로써 함유한 Ar 분위기중에서 고주파 방전을 발생기켜 Si를 스패터하여 이것을 기판상에 퇴적시킴으로써 박층을 얻을 수가 있다. 이경우 수소를 함유하는 Ar분위기의 압력은 글로우 방전을 유지할 수 있는 범위하면 어떤 것이라도 좋으며 일반적으로 0.001~1.0Toor 정도를 사용한다. 0.001~0.1Tor의 경우 특히 안정하다. 사료기판의 온도는 실온 300℃ 사이에서 선택하는 것이 좋다. 150~250℃가 가장 실용적이다. 너무 저온에서는 알맞은 상태로 수소를 비정질 재료중에 도입하기는 어려우며 너무 고온에서도 수소는 반대로 비정질재료로부터 방출되는 경향을 갖기 때문이다.

Ar 분위기중의 수소분압을 제어함으로써 합유수소량을 제어한다. 분위기중의 수소량을 20~80몰 %로 한 경우 비정질재료중에 약 30 원자수%의 함유량을 실현할 수 있다. 그외의 조성에 관해서도 대략이 비율을 표준으로하여 수소분압을 설정하면 좋다.

재료중의 수소성분은 가열에 의해 발생하는 수소가스를 질량분석으로써 정량하였다.

또 분위기의 Ar은 Kr등 다른 희가스로 치환할 수 있다. 또 고저항 막을 얻는데는 마그네트론형의 저온고속스패터장치가 바람직하다.

본 발명에 관한 비정질재료를 제조하는 제2의 방법은 글로우 방전을 사용하는 방법이다. SiH₄의 글로우방전을 행하여 유기물을 분해시켜 기판상에 퇴적시킴으로써 형성된다. 글로우 방전은 직류 바이어스법이나 고주파 방전 법이라도 좋다. 특히 양질의 비정질재료를 얻기 위해서는 기판온도는 200℃~400℃로 유지할 필요가 있다.

P형 또는 N형의 비정질재료를 작성하는 데는 SiH₄와 CH₄의 혼합기체에 다시 각각 B₂H₆, pH₃등을 0.1~1%(체적비)를 혼합시킴으로써 행할 수 있다. 또 H₂를 함유하는 분위기중에서도 전자비임 증착법에 의해서도 본 발명의 비정질막을 제작할 수 있다.

광도전체층과 신호전극간에 설치하는 무기재료에 관해서는 상술한 바와 같다. 주요한 재료를 제1표로써 정리한다. 표에 있어서는 그 암전류에 대한 효과에 따라 3클라스로 나누어 나타내었다. 이표에 의해

[제1표]

특히 산화물에서는 SiO₂, BaO, TiO₂, Ta₂O₅, Al₂O₃질화물에서는 Si₃N₄, TaN, 할로겐화물에서는 LiF, NlgF₂가 대단히 우수한 특성을 나타낸다. 다음으로 양호한 특성을 나타내는 것은, 산화물에서는 MgO, V₂O₅, NiO, Fe₂O₃, CO₂O₃, 질화물에서는, GaN, Si₂N₃, MgN₂, 할로겐화물에서는 BaF₂, CaF₂, NaF, KF이다. 그 다음으로 양호한 특성을 나타내는 것은 산화물에서는 BiO₃, ThO₂, LaO₃, BeO, ScO₃, 산화물에서는 HfN, ZnN, NbN, BN이다. 또 SiO₂, Al₂O₃, Si₃N₄, TaN, LiF 또는 MgF₂등은 화학적으로 안정해서 본 발명에 적용하는데 대단히 바람직한 것이다. 그 이유는 이들의 무기재료층상에 설치하는 광도전체가 수소를 함유하는 재료이기 때문이다. 즉 광도전체를 형성할 때 수소를 함유한 분위기중에 무기 재료가 환원되기 때문이다. 양질의 광도전체층을 형성하기 위하여서는 상술한 바와 같이 기판온도 200℃~400℃로 유지되어 환원작용이 현저하다. 재질의 변질은, 광전류, 암전류특성과 같이 영향하지만 상술한 SiO₂등의 재료는 이러한 문제는 실질적으로 발생하지 않는다. 막 두께는 50Å~500Å 정도를 사용한다. 특히 1000Å 이하로 형성하는 것이 입사광의 투과율감소도 적으며 광전변환장치의 감도저하를 걱정할 필요가 없다.

이상 상술한 산화물층은 통상 증착원료로써 같은 산화물을 사용하여 스패터 증착법으로써 형성하는 것이 대단히 바람직하다. 스패터 증착은 10×10^-1Torr에서 1×10^-3Torr의 Ar 가스중의 고주파 방전을 일반적으로 사용한다. 이때 산화물이 환원하여 흑화(黑化)하기 쉬운 경우에는 Ar 가스에 5 용량%정도 이하의 산소를 혼입시키면 좋다.

증착시의 기판온도는 25℃~400℃로써 좋지만, 기판과의 밀착성이 좋으며 평활도가 좋은 막을 작성하기 위해서는 100℃~250℃가 바람직하다.

또 상술한 산화물, 질화물, 할로겐화물등의 박막층은 광도전막과 신호전극간에 개재하지만 신호전극과는 반드시 인접할 필요가 없고, 신화전극과 상술한 박막층간에 그외의 재질로 이루어진 층이 개재되어도 상관은 없다. 그러나 광도전막과 산화물과는 서로 인접하는 것이 필요하다.

제 2 도는 나타낸 바와 같이 글라스 기판(1)상에 SnO₂로 이루어진 투명전극(2)(신호전극이 되는)을 형성하여 이것을 고주파 스패터 장치내의 기판 홀더 전극에 설치한다.

한편 SiO₂타기트를 타기트전극에 설치한다. 다음으로 스패터 실내를 5×10^-6Torr 이하의 진공도로하여 뺀후 Ar 가스를 1.0×10^-2의 가스압이 되도록 도입한다.

이 가스압으로 양 전극간에 13.56 MHZ의 출력 1W/cm²의 고주파 방전을 하여 투명전극(2)상에 SiO₂박막(8)을 약 250Å의 막두께로 형성한다.

다음으로 스패터 장치에 99.999%의 실리콘 소결체를 타기트전극에 장착하여 3×10^-3Torr의 Ar과 2×10^-3Torr의 수소로 이루어진 혼합분위기중에서 SiO₂박막(8)상에 비정질실리콘 막(3)의 반응성 스패터링을 행한다.

이 경우 기판은 200℃로 유지된다. 이와 같이하여 만들어진 비정질 실리콘막은 약 10원자%의 수소를 함유했으며 비저항은 10¹⁴Ωcm이었다.

SiO₂박막(8)은 스패터법 이외에도 전자비임 증착에 의해 작성할 수 있다. 전자비임 증착에 의해 작성한 SiO₂막은 스패터법으로써 작성한 것과 같은 정도의 암전류 억제효과가 보여지지만 일반적으로 스패터막보다도 기판과의 접착력이 약하며 이위에 비정질 실리콘을 퇴적하면 기판으로부터 박리되는 일이 있다.

최후로 전자비임의 랜딩 특성개선을 위한 비임 랜딩층으로써 Sb₂S₃막(7)을 Ar 가스중에서 약 1000Å의 막 두께로 증착한다. 이 비임랜딩층은 일반적으로 촬상관에서 사용되고 있는 것이다.

이상과 같이 나타낸 방법으로 작성한 촬산과 타기트는 높은 타기트 전압에서도 암전류는 매우 낮게 억제되었다.

제 3 도는 타기트 전압과 광전류 및 광전류중의 암전류성분의 측정 결과를 나타낸 도면이다. 11, 13은 각각 본 발명을 사용한 촬상관에 있어서의 광전류 및 광전류중의 암전류성분, 12, 14는 각각 본 발명에 관계되는 SiO₂막을 사용하지 않은 경우의 촬상관에 있어서의 광전류 및 암전류 성분을 나타낸다.

이 도면으로써 본 발명의 암전류 억제에는 대단히 효과가 크다는 것을 이해할 것이다.

[실시예 2]

글라스 기판상에 In₂O₃으로 이루어진 투명전극을 형성하여 이위에 실시예1과 마찬가지 방법으로 하기의 제 2 표에 나타낸 각 박막중 어느 하나를 스패터 증착한다.

그리고 수소를 15원자% 함유하는 실리콘층을 두께 2μm로 반응성 스패터 법에 의해 형성한다.

그리고 Al₂O₃막 이외의 예에 있어서의 함수소비정질, 실리콘막을 형성할때의 기판온도는 다음과 같이 설정했다. 즉 실리콘막 형성을 개시할때는 기판온도를 상온(常溫)으로하여 막의 퇴적과 함께 기판온도를 상승시켜 소정의 값으로한다.

상술한 분위기중의 수소의 환원작용을 방지하기 위한 것이다. 형성된 실리콘 막이 보호막이 된다. 광도전체의 특성으로서는 약간 약하지만 실용적이다.

[제2표]

SiO₂를 포함하여 상술한 재료군 중에서 선택된 각 재료를 수 10Å의 박막으로하여 중복 형성한 다층막(예를 들면 SiO₂와 Al₂O₃)으로써도 마찬가지 효과를 가질 수 있다.

[실시예 3]

글라스 기판상에 SnO₂로 이루어진 투명전극을 형성하여 이위에 스패터링 법 글로우 방전 분해법, 진공증착법, 또는 전자비임증착법에 의해 제 2 표에 나타낸 각 박막증 어느 하나를 형성한다. 그리고 수소를 15원자% 함유하는 비정질 실리콘 층을 두께 2μm로 반응성 스패터 법에 형성한다. 최후로 Sb₂S₃막을 Ar 가스 압중에서 증착하여 촬상관용 타기트로 되었다. 제 3 표에 나타낸 바와 같이 실시예 1과 마찬가지의 양호한 특성을 나타낸다.

[제3표]

Claims (1)

1. 신호 전극과 신호 전극에 인접 설치된 실리콘을 주체로하여 수소를 필수의 구성원소로서 함유하는 비정질광도전체층을 가진 광전 변환 장치에 있어서. 신호 전극과 비정질 광도전체층 사이에 Si, Ti, Al, Mg, Ba, Ta, Bi, V, Ni, Th, Fe, La, Be, Sc 및 Co로 이루어진 원소군에서 선택된 임의의 1 원소의 산화물, Ga, Si, Mg, Ta, HF, Zr, Nb 및 B로 이루어진 원소군중에서 임의의 1원소의 질화물 및 Na, Mg, Li, Ba, Ca 및 K로 이루어진 원소군중에서 선택된 임의의 1원소의 할로겐화물군중에서 선택된 임의의 하나를 주성분으로 하는 물질로 이루어진 무기재료 박막층을 개재시킨 것을 특징으로 하는 광전 변환 장치.

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