JPH03185765A - Photoelectric conversion element - Google Patents

Photoelectric conversion element

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Publication number
JPH03185765A
JPH03185765A JP1324572A JP32457289A JPH03185765A JP H03185765 A JPH03185765 A JP H03185765A JP 1324572 A JP1324572 A JP 1324572A JP 32457289 A JP32457289 A JP 32457289A JP H03185765 A JPH03185765 A JP H03185765A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
photoelectric conversion
semiconductor layer
photoconductive
layer
Prior art date
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Pending
Application number
JP1324572A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Ihachirou Gofuku
伊八郎 五福
Katsunori Hatanaka
勝則 畑中
Toshiyuki Komatsu
利行 小松
Yoshiyuki Osada
芳幸 長田
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP1324572A priority Critical patent/JPH03185765A/en
Publication of JPH03185765A publication Critical patent/JPH03185765A/en
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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は充電変換素子に関し、より詳細には充電変換素
子の電流特性および光応答速度の改良に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a charging conversion element, and more particularly to improving the current characteristics and optical response speed of the charging conversion element.

[従来の技術] 充電変換素子としては、例えば、ファクシミリ、デジタ
ル複写機、イメージリーダ等の画像情報処理装置におけ
る画像読取装置に用いられているフォトセンサが知られ
ている。特に近年においては、フォトセンサを一次元に
配列して長尺ラインセンナを形成したものが多用されて
いる。
[Prior Art] As a charging conversion element, for example, a photo sensor used in an image reading device in an image information processing device such as a facsimile, a digital copying machine, and an image reader is known. Particularly in recent years, sensors in which photosensors are arranged one-dimensionally to form a long line sensor have been frequently used.

従来、フォトセンサには、一般に、非結晶シリコン(以
下、a−Si:Hと記す)等の薄膜半導体が用いられる
。また、薄膜半導体を用いたフォトセンサには、大きく
分けて、フォトダイオード型のものと光導電型のものと
の2種類がある。
Conventionally, thin film semiconductors such as amorphous silicon (hereinafter referred to as a-Si:H) are generally used for photosensors. Furthermore, photosensors using thin film semiconductors are roughly divided into two types: photodiode type and photoconductive type.

フォトダイオード型フォトセンサとは、入射光によって
発生した電子と正°孔とを電極間に印加された逆バイア
スによって各々の電極に到達させることにより光電流を
得るものである。しかし、このフォトセンサには電流量
が小さすぎるという問題があった。
A photodiode type photosensor obtains a photocurrent by causing electrons and holes generated by incident light to reach each electrode by a reverse bias applied between the electrodes. However, this photosensor had a problem in that the amount of current was too small.

これに対して、光導電型フォトセンサは、電子または正
孔を電極から注入することが可能であるため、半導体内
の電子または正孔の密度を十分に高くすることができ、
従ってフォトダイオード型のフォトセンサに比べて、遥
かに大きな出力電流(2次光電流)を得ることができる
On the other hand, in photoconductive photosensors, electrons or holes can be injected from the electrode, so the density of electrons or holes in the semiconductor can be made sufficiently high.
Therefore, compared to a photodiode type photosensor, a much larger output current (secondary photocurrent) can be obtained.

第14図は、従来の光導電型センサの概略的構成を示す
図である。
FIG. 14 is a diagram showing a schematic configuration of a conventional photoconductive sensor.

図において、41はガラスやセラミクス等により形成さ
れた絶縁性基板、42はCd5−3eやa−3t:H等
により形成された光導電性半導体層、43および43゛
はオーミックコンタクト用のドーピング半導体層、44
および44°は電極である。ここに、電極44および4
4°からドーピング用半導体層43および43′を介し
て光導電性半導体層42へ注入されるキャリアが電子で
あればドーピング用半導体層43および43はn型半導
体により形成され、半導体1i142へ注入されるキャ
リアが正孔であればドーピング用半導体層43及び43
はp型半導体により形成される。
In the figure, 41 is an insulating substrate made of glass or ceramics, etc., 42 is a photoconductive semiconductor layer made of Cd5-3e, a-3t:H, etc., and 43 and 43゛ are doped semiconductors for ohmic contact. layer, 44
and 44° are electrodes. Here, electrodes 44 and 4
If the carriers injected into the photoconductive semiconductor layer 42 from 4° through the doping semiconductor layers 43 and 43' are electrons, the doping semiconductor layers 43 and 43 are formed of an n-type semiconductor, and the carriers injected into the semiconductor 1i142 are electrons. If the carriers are holes, doping semiconductor layers 43 and 43
is formed of a p-type semiconductor.

このような構成において、基板41側(基板41が透明
な場合)または電極44および44゜側から光が入射す
ると、光導電性半導体層42の電極44と電極44′と
の間の部分で光勃起によって電導に寄与する電子または
正孔の密度が高くなる。従って、図に示したように、電
極44と電極44′との間に電圧を印加しておけば、信
号電流として、大きな2次光電流が流れ、負荷抵抗(図
示せず)の両端から大きな出力電流を得ることができる
In such a configuration, when light is incident from the substrate 41 side (if the substrate 41 is transparent) or from the electrode 44 and 44° sides, the light is emitted in the portion of the photoconductive semiconductor layer 42 between the electrode 44 and the electrode 44'. Erection increases the density of electrons or holes that contribute to electrical conduction. Therefore, as shown in the figure, if a voltage is applied between the electrodes 44 and 44', a large secondary photocurrent will flow as a signal current, and a large secondary photocurrent will flow from both ends of the load resistor (not shown). Output current can be obtained.

さらに、光電流を安定させ、光電流の光照度依存の直線
性を向上させるために、補助電極を設けた光導電型セン
サが、本願出願人によって提案されている。
Furthermore, in order to stabilize the photocurrent and improve the linearity of the photocurrent depending on the light illuminance, the applicant has proposed a photoconductive sensor provided with an auxiliary electrode.

第15図は、本願出願人によって既に出願されている改
良型の光導電型フォトセンサおよびその駆動方法につい
ての概略を説明するための図である。
FIG. 15 is a diagram for explaining an outline of an improved photoconductive photosensor and its driving method, which has already been filed by the applicant of the present application.

図において、45は透明または不透明のゲート電極、4
6はSiOx、SiNx等により形成された絶縁体であ
る。なお、第14図と同じ符号を付したものは、それぞ
れ同じものを示す。
In the figure, 45 is a transparent or opaque gate electrode;
6 is an insulator formed of SiOx, SiNx, or the like. Note that the same reference numerals as in FIG. 14 indicate the same parts.

基板41上には、透明または不透明の導電層がバターニ
ングされてゲート電極45が形成され、さらに絶縁層4
6がスパッタリング法やグロー放電法等によって形成さ
れている。絶縁層46上には、上述したものと同じよう
に光導電層としてのCd5−5eやa−5i:H等によ
り形成された光導電性半導体層42、ドーピング半導体
層43および43゛、電極44および44゛ (ここで
は電極44をドレイン電極とし、電極44゛をソース電
極とする)が各々形成されている。なお、ここではドー
ピング半導体層43および43°をn型で形成し、電子
を注入キャリアとした場合について述べる。
A transparent or opaque conductive layer is patterned to form a gate electrode 45 on the substrate 41, and an insulating layer 4 is formed on the substrate 41.
6 is formed by a sputtering method, a glow discharge method, or the like. On the insulating layer 46, a photoconductive semiconductor layer 42 made of Cd5-5e, a-5i:H, etc. as a photoconductive layer, doped semiconductor layers 43 and 43', and an electrode 44 are formed on the insulating layer 46 in the same manner as described above. and 44' (here, electrode 44 is a drain electrode and electrode 44' is a source electrode) are formed, respectively. Here, a case will be described in which the doped semiconductor layers 43 and 43° are formed of n-type and electrons are used as injected carriers.

このような構成の光導電型フォトセンサにおいては、図
示されているように、電極44と電極44°との間に直
流電源47を、ソース電極44°とゲート電極45との
間に可変直流電源48を各々接続する。ただし、可変直
流電源48は印加電圧の極性も転換できるものとする。
In the photoconductive photosensor having such a configuration, as shown in the figure, a DC power supply 47 is connected between the electrodes 44 and the electrode 44°, and a variable DC power supply is connected between the source electrode 44° and the gate electrode 45. 48 respectively. However, it is assumed that the variable DC power supply 48 can also change the polarity of the applied voltage.

第15図に示した光導電型フォトセンサの電極44と電
極44°との間から照度Fの光を入射させたときセンサ
の光電流IP (電極44と電極44° との間に流れ
る電流)を第16図に、また、光量依存の直線性γ(I
p(X)Fγ)を第17図に示す。さらに、パルス光を
照射した際のフォトセンサ出力の光応答速度(Ton;
立ち上り時間、TOff;立ち下がり時間〉を第18図
に示す。
When light of illuminance F is incident between the electrode 44 and the electrode 44° of the photoconductive photosensor shown in FIG. 15, the photocurrent IP of the sensor (current flowing between the electrode 44 and the electrode 44°) is shown in FIG. 16, and the linearity γ(I
p(X)Fγ) is shown in FIG. Furthermore, the optical response speed (Ton;
The rise time, Toff; fall time> is shown in FIG.

[発明が解決しようとする課題] このような従来の光導電型フォトセンサでは、光電流を
多くすると光応答速度が遅くなってしまい、また、光応
答速度を速くすると光電流が小さくなってしまうという
B題があった。
[Problems to be solved by the invention] In such conventional photoconductive photosensors, increasing the photocurrent slows down the optical response speed, and increasing the optical response speed decreases the photocurrent. There was a theme B.

光電流をより多く得るためには、ゲート電位vGは、な
るべく、Ovに近い負の電位とする必要がある。すなわ
ち、半導体層42を、半導体の反転化が起らないような
、なるべく空乏化の弱い状態にする必要がある。以下に
理由を説明する。
In order to obtain more photocurrent, the gate potential vG needs to be a negative potential as close to Ov as possible. That is, it is necessary to bring the semiconductor layer 42 into a state where depletion is as weak as possible so that inversion of the semiconductor does not occur. The reason is explained below.

この光導電型フォトセンサは、ゲート電位(Va )と
して負の電圧を印加した状態で動作させる。このとき光
導電性半導体層42のバンドは、ポアソンの式に従う空
間電荷の分布により通常約1μm程度テプレシゴンされ
る。つまり、光導電性半導体層42の、ゲート電極45
側の部分は特に強くp型化される。このとき、ゲート電
極45に印加する電圧が小さい(絶対値が大きい)程、
光量依存の直線性は良くなるものの、光電流は減少する
。これは、光導電性半導体層42がp型化が進むことに
より、キャリア(この場合は電子)の寿命が短くなり、
このため2次光電流のゲインGが減少し、光電流が減少
するものと考えられる。
This photoconductive photosensor is operated with a negative voltage applied as a gate potential (Va). At this time, the band of the photoconductive semiconductor layer 42 is normally trepressed by about 1 μm due to the distribution of space charges according to Poisson's equation. That is, the gate electrode 45 of the photoconductive semiconductor layer 42
The side portions are particularly strongly p-typed. At this time, the smaller the voltage applied to the gate electrode 45 (the larger the absolute value), the more
Although the light amount-dependent linearity improves, the photocurrent decreases. This is because the lifetime of carriers (electrons in this case) becomes shorter as the photoconductive semiconductor layer 42 becomes more p-type.
Therefore, it is considered that the gain G of the secondary photocurrent decreases and the photocurrent decreases.

なお、Gは、 G=μτE/L  (μ;電子の移動速度、τ;電子の
寿命、E;電界強度、L;電極間圧1llIl)で与え
られる。
Note that G is given by G=μτE/L (μ: electron movement speed, τ: electron lifetime, E: electric field strength, L: interelectrode pressure 1llIl).

一方、この光導電型フォトセンサの光応答速度を速くす
るためには、ゲート電位を小さく(絶対値で大きく)す
る必要がある。これは、ゲート電位を小さくする程キャ
リアの捕獲・放出が比較的浅いトラップで行われる確率
が高くなり、捕獲・放出の時定数が速くなるためである
と思われる。以下、詳細に説明する。
On the other hand, in order to increase the light response speed of this photoconductive photosensor, it is necessary to reduce the gate potential (increase in absolute value). This seems to be because the smaller the gate potential, the higher the probability that carrier capture and release will occur in a relatively shallow trap, and the faster the time constant of capture and release. This will be explained in detail below.

電子の蓄積状態においては、光応答速度は、第11図(
a)に示すような電子の局在準位への捕獲・放出過程に
大きく影響される。¥Stt図(b)に示したように、
出力電流の立ち上がり時間は、電子蓄積状態での主たる
捕獲準位である浅い準位NAへの捕獲過程によって決定
されるため、V(Iが大きくなるほど速くなる。一方、
立ち下がり時間は、NAからの電子放出過程と深い準位
である再結合センターNRへの捕獲(再結合)過程とに
支配されるが、電子の放出は非常に速いため、律速とな
るのは再結合過程によるものであると考えられる。すな
わち、電子蓄積状態での再結合過程では、電子が過剰に
存在するので、ホールの再結合センターへの捕獲が律速
となるが、ホールの再結合センターはV。が小さい(絶
対値で大きい)はど価電子帯から離れるため、■6が小
さいほど立ち上がり時間は遅くなる。
In the state of electron accumulation, the photoresponse speed is as shown in Figure 11 (
It is greatly influenced by the process of trapping and releasing electrons into localized levels as shown in a). ¥Stt As shown in figure (b),
The rise time of the output current is determined by the trapping process to the shallow level NA, which is the main trapping level in the electron accumulation state, so it becomes faster as V(I becomes larger.
The fall time is controlled by the electron emission process from NA and the capture (recombination) process at the recombination center NR, which is a deep level, but since electron emission is very fast, the rate-limiting factor is This is thought to be due to the recombination process. In other words, in the recombination process in the electron accumulation state, since there are an excess of electrons, the capture of holes to the recombination center becomes rate-determining, but the recombination center of holes is V. When 6 is small (large in absolute value), it moves away from the valence band, so the smaller 6 is, the slower the rise time is.

一方、ホールの蓄積状態においては、第12図(a)に
示すように、光応答速度はホールの局在準位への捕獲・
放出過程に強く影響される。すなわち、第12図(b)
に示したように、出力電流の立ち上がり時間はホールに
対する捕獲準位であるNoへの捕獲過程により決定され
るものであるため、vqが小さいほど速くなる。一方、
立ち下がり時間はNoからのホールの放出過程とNRで
の再結合過程とにより決定されるが、ホールの放出の方
が遥かに遅いため、ホール放出が律速となり、vGが小
さいほど速くなる。
On the other hand, in the state of hole accumulation, as shown in Figure 12(a), the photoresponse speed depends on the trapping of holes in the localized level.
Strongly influenced by the release process. That is, FIG. 12(b)
As shown in FIG. 2, the rise time of the output current is determined by the process of trapping holes into the trapping level No, so the smaller vq is, the faster the rise time is. on the other hand,
The fall time is determined by the hole emission process from No and the recombination process at NR, but since hole emission is much slower, hole emission becomes rate-determining, and the smaller vG is, the faster it becomes.

第7図は、V、I とT。nおよびT。11 との関係
を示す図である。図(a)から、立ち上がり時間T o
nは、voのある値(フラット・バンド電圧近傍)で極
大値のピークを持っており、その負電界側ではホールト
ラップ律速の改善(i)がみられ、正電界側では電子律
速の改善(if)がみられることが解る。また、立ち下
がり時間T。11は、図(b)に示したように、vGの
増加に従って単調に増加し、ホールトラップ律速の改善
(f)および再結合律速(ii)がみられる。すなわち
、光応答特性を改善するためには、voを小さく(絶対
値で大きく〉することによりホールの蓄積状態を強くし
、ホールに対して浅い捕獲準位を利用するようにしなけ
ればならない、同時に、その空間的領域でのホールの再
結合を増加させ、ホールの放出量を少くすませるように
することも必要である。
Figure 7 shows V, I and T. n and T. 11 is a diagram showing the relationship with . From figure (a), the rise time T o
n has a maximum peak at a certain value of vo (near the flat band voltage), and on the negative electric field side there is an improvement in the hole trap rate control (i), and on the positive electric field side there is an improvement in the electron rate control (i). If) can be seen. Also, the fall time T. 11 increases monotonically as vG increases, as shown in Figure (b), and an improvement in hole trap rate limiting (f) and recombination rate limiting (ii) are observed. In other words, in order to improve the photoresponse characteristics, it is necessary to strengthen the hole accumulation state by decreasing vo (increasing it in absolute value) and to use a shallow trapping level for holes. , it is also necessary to increase the recombination of holes in that spatial region and to reduce the amount of holes emitted.

以上説明したように、従来の光導電型フォトセンサでは
、光電流と光応答速度とを、ともに良好ならしめること
は不可能であった。
As explained above, in the conventional photoconductive photosensor, it has been impossible to improve both the photocurrent and the photoresponse speed.

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり
、光電流が大きく、かつ、光応答速度の速い充電変換素
子を撞供することを目的とするものである。
The present invention is intended to solve these conventional problems, and aims to provide a charge conversion element that has a large photocurrent and a fast photoresponse speed.

[課題を解決するための手段] 本発明の要旨は、絶縁層と、該絶縁層に接して設けられ
た光導電性半導体層と、該光導電性半導体層に接して設
けられた第1電極および第2電極と、前記絶縁層に接し
て設けられた第3電極とを少なくとも有する光電変換部
を具備する充電変換素子であって、前記光導電性半導体
層のバンドギャップが、前記絶縁層側と前記第1電極お
よび342電極側で異なることを特徴とする光電変換素
子に存在する。
[Means for Solving the Problems] The gist of the present invention is to provide an insulating layer, a photoconductive semiconductor layer provided in contact with the insulating layer, and a first electrode provided in contact with the photoconductive semiconductor layer. and a charge conversion element comprising a photoelectric conversion section having at least a second electrode and a third electrode provided in contact with the insulating layer, wherein the bandgap of the photoconductive semiconductor layer is on the insulating layer side. and differs between the first electrode and the 342nd electrode.

[作 用] 本発明は、上述のような構成を取ることにより、光電流
が大きく、かつ、光応答速度の速い光導電型の光電変換
素子を実現するものである。以下、詳細に説明する。
[Function] The present invention realizes a photoconductive type photoelectric conversion element having a large photocurrent and a fast photoresponse speed by adopting the above-described configuration. This will be explained in detail below.

本発明では、フラットバンド電圧を、光導電層として広
いバンドギャップの半導体層のみを用いる場合と異なる
値とすることができる。従って、TPT(薄膜トランジ
スタ)のゲート電極に相当する上記第3電極(以後、制
御電極と称する〉を零バイアスの状態にした場合、光導
電性半導体層中の絶縁膜界面側に電子を蓄積され易くす
ることができる。このため、キャリア電子の寿命を長く
することができ、従来よりも大きい光電流を得ることが
できる。
In the present invention, the flat band voltage can be set to a different value than when only a wide bandgap semiconductor layer is used as the photoconductive layer. Therefore, when the third electrode (hereinafter referred to as control electrode), which corresponds to the gate electrode of a TPT (thin film transistor), is set to zero bias, electrons are likely to be accumulated on the insulating film interface side of the photoconductive semiconductor layer. Therefore, the lifetime of carrier electrons can be extended, and a larger photocurrent than before can be obtained.

また、第10図は、本発明による光電変換素子における
、制御電極電圧V。と光電流・暗電流との関係の一例を
示す図である。図において、aは本発明に係わる光電変
換素子の制御電極電圧−電流特性を示し、bは従来の充
電変換素子の制御電極電圧−電流特性を示す。
Moreover, FIG. 10 shows the control electrode voltage V in the photoelectric conversion element according to the present invention. FIG. 3 is a diagram showing an example of the relationship between photocurrent and dark current. In the figure, a shows the control electrode voltage-current characteristic of the photoelectric conversion element according to the present invention, and b shows the control electrode voltage-current characteristic of the conventional charging conversion element.

このように、本発明による充電変換素子の方が大きい光
電流を得ることができる。また、光を照射した時の電流
(光電流〉値と照射しない時の電流(暗電流)値の差が
大きくなるので、S/N比は向上する。
In this way, the charge conversion element according to the present invention can obtain a larger photocurrent. Furthermore, since the difference between the current (photocurrent) value when irradiated with light and the current (dark current) value when not irradiated becomes large, the S/N ratio is improved.

一方、本発明の光電変換素子の光応答速度は、広バンド
ギヤツプ層が半導体に支配される場合と比べ、VG依存
性は同じであるが、光電流の値はすべてのバイアス点で
大きな値が得られる。いいかえれば、本発明の構成にお
いては、バイアス点を負にすることで広バンドギヤツプ
層のみの場合の零バイアス時と同じゲインが得られ、か
つ、光応答速度を速くすることができる。
On the other hand, the photoresponse speed of the photoelectric conversion element of the present invention has the same VG dependence as in the case where the wide bandgap layer is dominated by a semiconductor, but the photocurrent value is large at all bias points. It will be done. In other words, in the configuration of the present invention, by making the bias point negative, it is possible to obtain the same gain as at zero bias in the case of only the wide band gap layer, and to increase the optical response speed.

[実施例] (実施例1) 本発明の一実施例について、第1図および第2図を用い
て説明する。
[Example] (Example 1) An example of the present invention will be described using FIG. 1 and FIG. 2.

第1図は、本発明の光電変換素子の基本構造となる光電
変換部の模式的構造説明図である。
FIG. 1 is a schematic structural explanatory diagram of a photoelectric conversion section which is the basic structure of the photoelectric conversion element of the present invention.

同図において、31は石英、硝子等で構成された絶縁性
基板、32はゲート電極(第3電極)、33は電気的絶
縁層、34は光導電性半導体層、35a、35bはそれ
ぞオーミック接触層、36 a、 36 bはそれぞれ
第1電極、第2電極を示す。
In the figure, 31 is an insulating substrate made of quartz, glass, etc., 32 is a gate electrode (third electrode), 33 is an electrically insulating layer, 34 is a photoconductive semiconductor layer, and 35a and 35b are ohmic Contact layers 36a and 36b represent the first and second electrodes, respectively.

ここに、光導電性半導体層34は、光学的バンドギャッ
プの小さい側34aを絶縁層33側に、大きい側34b
を第1電極36aおよび第2電極36b側に配し、光学
的バンドギャップを階段状に変化させる構造を採ってい
る。
Here, the photoconductive semiconductor layer 34 has a side 34a with a smaller optical bandgap facing the insulating layer 33 and a side 34b with a larger optical bandgap.
are arranged on the first electrode 36a and second electrode 36b sides, and a structure is adopted in which the optical bandgap is changed stepwise.

次に、本実施例に係わる光電変換素子の製造工程につい
て説明する。
Next, the manufacturing process of the photoelectric conversion element according to this example will be explained.

(1〉ガラス基板31(コーニング#7059)上に、
スパッタ法でA132を0.1μm堆積させることによ
り制御電極32を形成した。
(1> On the glass substrate 31 (Corning #7059),
The control electrode 32 was formed by depositing A132 to a thickness of 0.1 μm using a sputtering method.

(2)この基板31を容量結合型CVD装置にセットし
、基板温度を300℃にした後、装置内を一度lXl0
−’Torr以下の真空にし、その後、水素で10%に
希釈したSiH4ガス11005CCと99.999%
のNH3ガス11005CCとを、ガス圧が0.4To
rrとなるようにバルブで調節して、高周波電力too
wで1時間放電した。これにより、絶縁[33として3
000人のSiH,<膜を形成した。
(2) After setting this substrate 31 in a capacitively coupled CVD device and increasing the substrate temperature to 300°C, the inside of the device is once lXl0
-'Torr or less vacuum, then diluted with hydrogen to 10% SiH4 gas 11005CC and 99.999%
NH3 gas 11005CC, gas pressure is 0.4To
Adjust the high frequency power with a valve so that it is rr.
The battery was discharged for 1 hour using W. This results in insulation [33 as 3
000 SiH, < films were formed.

(3)次に、第2図に示した水素ラジカルCVD(以下
、HRCVDという)装置に基板をセットし、以下の手
順で半導体層34の成膜を行なった。
(3) Next, the substrate was set in a hydrogen radical CVD (hereinafter referred to as HRCVD) apparatus shown in FIG. 2, and a semiconductor layer 34 was formed by the following procedure.

なお、半導体層34を形成する材料としては、a−Si
:H:Fおよびa−S i Ge : H: Fを用い
た。
Note that the material for forming the semiconductor layer 34 is a-Si.
:H:F and a-S i Ge :H:F were used.

■まず、ロータリーポンプとクライオポンプ(いずれも
、不図示)を用いてチャンバー101内を1xlO−’
Torr以下に排気し、併せて、基板103をヒーター
104で300℃まで昇温した。
■First, use a rotary pump and a cryopump (both not shown) to pump the inside of the chamber 101 to 1xlO-'.
The temperature was evacuated to below Torr, and the temperature of the substrate 103 was raised to 300° C. using a heater 104.

■次に、ガス導入管109より、H2ガスを30SCC
M%Arガスを250SCCMで石英反応管106中に
導入した。また、ガス導入管110より、SiF4ガス
30SCCMとHeガスで5%に希釈したGeF4ガス
I SCCMの混合ガスを石英反応管106によりガス
導入管106中に導入した。なお、このときの排気系は
、メカニカルブースターポンプとロータリーポンプを使
用した。チャンバー内の圧力は、0.4Torrに調整
した。
■Next, 30SCC of H2 gas is supplied from the gas introduction pipe 109.
M% Ar gas was introduced into the quartz reaction tube 106 at 250 SCCM. Further, a mixed gas of 30 SCCM of SiF 4 gas and I SCCM of GeF 4 gas diluted to 5% with He gas was introduced into the gas introduction pipe 106 through the quartz reaction tube 106 . The exhaust system at this time used a mechanical booster pump and a rotary pump. The pressure inside the chamber was adjusted to 0.4 Torr.

■この状態でマイクロ波アプリケータ108により石英
反応間106内のガスにマイクロ波160Wを印加して
プラズマを発生させ、a−SiGe:)(:Fを堆積さ
せた。堆積は2分行い、このときの膜厚は500人であ
った。
(2) In this state, microwave applicator 108 applied 160 W of microwave to the gas in quartz reaction chamber 106 to generate plasma and deposit a-SiGe:)(:F. Deposition was carried out for 2 minutes, and this The film thickness at that time was 500 people.

■その後、ガス導入管110より導入するガスをS i
 Fa 30SCCMのみにし、a−St:H:Fの堆
積を行った。堆積時間は23分であり、5500人のa
−Si:H:F膜を形成した。
■After that, the gas introduced from the gas introduction pipe 110 is
A-St:H:F was deposited using only Fa 30SCCM. Deposition time was 23 minutes and 5500 people a
-Si:H:F film was formed.

(4)この基板を、通常のプラズマCVD装置(S i
 N、堆積装置と同じでも可)にセットし、Hz@釈1
0%SSiH41O0SCCとH2希釈100p100
pp 500SCCMとを導入し、ガス圧0.5Tor
rの条件で高周波500Wで40分間放電を行い、オー
ミックコンタクト層35(膜厚1000人)を形成した
(4) This substrate was transferred to a normal plasma CVD apparatus (S i
N (can be the same as the deposition device), and set the
0% SSiH41O0SCC and H2 dilution 100p100
pp 500SCCM and gas pressure 0.5 Torr.
Discharge was performed at a high frequency of 500 W for 40 minutes under the conditions of R to form an ohmic contact layer 35 (thickness: 1000 mm).

(5)最後に、スパッタ法によりAu5QOO人を形成
し、上記オーミックコンタクト層とAJ2層とをバター
ニングして、一対のセンサ電極とした。
(5) Finally, an Au5QOO layer was formed by sputtering, and the ohmic contact layer and the AJ2 layer were patterned to form a pair of sensor electrodes.

以上のようにして作成された光電変換素子について、光
電流と光応答速度の測定を行った。この結果、VOを−
6〜−7vにバイアスすることにより、光電流値をa−
5t:H単層の零バイアス時とほぼ同等とすることがで
き、かつ、光応答速度をT0□Toffともに大幅に改
善することができた(第1表)。
The photocurrent and photoresponse speed of the photoelectric conversion element produced as described above were measured. As a result, VO -
By biasing between 6 and -7v, the photocurrent value is changed to a-
It was possible to achieve almost the same level as that at zero bias of a 5t:H single layer, and to significantly improve both the photoresponse speed and T0□Toff (Table 1).

なお、ここでは、TorlおよびToffを、以下のよ
うに定義した。
Note that here, Torl and Toff are defined as follows.

TOn:光電流が飽和値の90%に達する時間Toff
=光電流が飽和値の10%に達する時間第1表 また、本例で用いられたa−5t:H:F膜のバンドギ
ャップ(Eopt)は、1.7eVであり、a−3i 
Ge : H: Fは、1.4eVと観測されている。
TOn: Time when the photocurrent reaches 90% of the saturation value Toff
= Time for photocurrent to reach 10% of saturation value Table 1 Also, the band gap (Eopt) of the a-5t:H:F film used in this example is 1.7 eV, and the a-3i
Ge:H:F is observed to be 1.4 eV.

(実施例2) 第3図は、各光電変換部の光半導体層が第1図の構造を
有する本発明によるラインセンサの一実施例の断面図で
ある。
(Example 2) FIG. 3 is a sectional view of an example of a line sensor according to the present invention in which the optical semiconductor layer of each photoelectric conversion section has the structure shown in FIG. 1.

第3図において、基板1上には配線部2の下層電極配線
6、電荷蓄積部4の下層電極配線7、スイッチ部5のゲ
ート電極である下層電極配線8が形成されており、これ
らの下層電極配線6.7゜8上およびこれらの間の基板
1上には絶縁層9が形成されている。この絶縁層9には
、光導電性半導体層10が形成されており、配線部2上
の絶縁層9と光導電性半導体層10との一部は接続のた
めに開孔されている。光導電性半導体層10上には上層
電極配線12,12°、13.14が形成されており、
上層電極配線12°と上昇電極配線!3との間の開孔部
が光電変換部3の光電変換領域となる。上層電極配線1
3、光導電性半導体層10、絶縁層9、下層電極配線7
は蓄積コンデンサを形成し、上層配線13のスイッチ部
5測の一端はドレイン電極となる。上層電極配線14の
スイッチ部5側の一端はソース電源となる。なお、不図
示であるが、光導電性半導体層10と上層電極配線12
,13.14との間にはドーピング層が設けられており
、オーミック接触が行われている。本実施例においては
、配線部2、光電変換部3、電荷蓄積部4、スイッチ部
5のそれぞれに絶縁部が設けられており、同一工程で形
成される。
In FIG. 3, on the substrate 1 are formed the lower electrode wiring 6 of the wiring part 2, the lower electrode wiring 7 of the charge storage part 4, and the lower electrode wiring 8 which is the gate electrode of the switch part 5. An insulating layer 9 is formed on the electrode wiring 6.7° 8 and on the substrate 1 between these. A photoconductive semiconductor layer 10 is formed on the insulating layer 9, and a portion of the insulating layer 9 and the photoconductive semiconductor layer 10 above the wiring section 2 are opened for connection. Upper layer electrode wirings 12, 12°, 13.14 are formed on the photoconductive semiconductor layer 10,
Upper layer electrode wiring 12° and rising electrode wiring! 3 becomes the photoelectric conversion region of the photoelectric conversion section 3. Upper layer electrode wiring 1
3. Photoconductive semiconductor layer 10, insulating layer 9, lower electrode wiring 7
forms a storage capacitor, and one end of the switch section 5 of the upper layer wiring 13 becomes a drain electrode. One end of the upper layer electrode wiring 14 on the switch section 5 side serves as a source power source. Although not shown, the photoconductive semiconductor layer 10 and the upper electrode wiring 12
, 13 and 14, a doping layer is provided between them to establish ohmic contact. In this embodiment, the wiring section 2, the photoelectric conversion section 3, the charge storage section 4, and the switch section 5 are each provided with an insulating section, and are formed in the same process.

配線部2においては、下層電極配線6と上層電極配線1
2との間に絶縁層9の他に光導電性半導体層10を設け
ることとなるが、下層電極配線6と上層電極配線12と
の間は絶縁性が保たれていればよく、光導電性半導体層
10の存在は影響を与えない。
In the wiring part 2, the lower layer electrode wiring 6 and the upper layer electrode wiring 1
In addition to the insulating layer 9, a photoconductive semiconductor layer 10 is provided between the lower electrode wiring 6 and the upper electrode wiring 12, as long as insulation is maintained between the lower electrode wiring 6 and the upper electrode wiring 12, and the photoconductive The presence of semiconductor layer 10 has no effect.

光電変換部3においては、光導電性半導体層10を絶縁
層9および制御電極25を介して基板1上に設けること
となり、光導電性半導体10と絶縁層9の界面における
エネルギー準位の変化として表われるが、光導電物性の
基本的性能を損なうような変化は生じない。この場合、
光電変換部3の基板1と絶縁層9との間の制御11E極
によって、光導電性半導体層10の界面のエネルギー準
位を制御して最適化を図るものである。
In the photoelectric conversion section 3, the photoconductive semiconductor layer 10 is provided on the substrate 1 via the insulating layer 9 and the control electrode 25, and as a change in energy level at the interface between the photoconductive semiconductor 10 and the insulating layer 9, However, no change occurs that would impair the basic performance of the photoconductive properties. in this case,
The control 11E pole between the substrate 1 and the insulating layer 9 of the photoelectric conversion section 3 controls and optimizes the energy level at the interface of the photoconductive semiconductor layer 10.

本実施例のラインセンサは、基板1側から光全照射し、
光電変換部3に接触させた原稿の反射光を直接充電変換
部3が読み取る、いわゆるレンズレスタイプの光電変換
素子である。
The line sensor of this example emits all light from the substrate 1 side,
This is a so-called lensless type photoelectric conversion element in which the charging conversion unit 3 directly reads reflected light from a document brought into contact with the photoelectric conversion unit 3.

制御電極25は、基板側より入射される照射光を遮光す
る遮光層も併せ持つ。さらに、原稿を照らすための照明
窓28が設けられる。
The control electrode 25 also has a light shielding layer that shields irradiation light incident from the substrate side. Furthermore, an illumination window 28 is provided for illuminating the original.

電荷蓄積部4においては、絶縁層9上に設けられた光導
電性半導体層10は、電荷の蓄積容量に影響を与えるこ
ととなる。影響とは容量のバイアス依存性であり、絶縁
層界面における半導体層のバンドベンディングにより静
電容量が変化するものである。しかし、本実施例に用い
られる電荷の充放電動作においては、このバイアス依存
性は絶縁層9側の電極を負に強くバイアスすることによ
り(例えば、−10V)はとんど無視することができる
In the charge storage section 4, the photoconductive semiconductor layer 10 provided on the insulating layer 9 influences the charge storage capacity. The effect is the bias dependence of capacitance, and the capacitance changes due to band bending of the semiconductor layer at the insulating layer interface. However, in the charge/discharge operation of the charge used in this embodiment, this bias dependence can be almost ignored by strongly biasing the electrode on the insulating layer 9 side negatively (for example, -10V). .

なお、光導電性半導体層10の膜厚は良好な光電変換部
3の光電変換特性とスイッチ部5のスイッチング特性と
が得られる値であればよい。
Note that the thickness of the photoconductive semiconductor layer 10 may be any value as long as it provides good photoelectric conversion characteristics of the photoelectric conversion section 3 and good switching characteristics of the switch section 5.

次に、上記ラインセンナのスイッチング部がマトリクス
スイッチアレイによって構成された場合について説明す
る。
Next, a case will be described in which the switching section of the line sensor is configured by a matrix switch array.

第4図は、マトリクススイッチアレイを有するラインセ
ンサの等価回路を示す。
FIG. 4 shows an equivalent circuit of a line sensor having a matrix switch array.

同図において、SL、52.・・・、SN(以下、SY
Iと記す)は、光電変換部3に相当する光センサである
。また、C,+ 、 Cz 、・・・、CM (以下、
CYIと記す)は、電荷蓄積部4に相当する蓄積コンデ
ンサであり、光センサSYIの光電流を蓄積するもので
ある。さらに、S T 1. S T 2STs(以下
、5TYIと記す)は、 蓄積コンデンサCYIの電荷を負荷コンデンサCX+に
転送するための転送用スイッチであり、SR1,SRi
、・・・、5Rs(以下、5RYIと記す〉は、蓄積コ
ンデンサCY1の電荷をリセットするための放電用スイ
ッチである。なお、転送用スイッチ5TYIと放電用ス
イッチ5RYIとからなる回路は、第3図のスイッチ部
5に相当する。
In the figure, SL, 52. ..., SN (hereinafter, SY
1) is an optical sensor corresponding to the photoelectric conversion unit 3. Also, C, +, Cz,..., CM (hereinafter,
CYI) is a storage capacitor corresponding to the charge storage section 4, and stores the photocurrent of the photosensor SYI. Furthermore, S T 1. ST2STs (hereinafter referred to as 5TYI) is a transfer switch for transferring the charge of storage capacitor CYI to load capacitor CX+, and SR1, SRi
, ..., 5Rs (hereinafter referred to as 5RYI) is a discharge switch for resetting the charge of the storage capacitor CY1.The circuit consisting of the transfer switch 5TYI and the discharge switch 5RYI is the third This corresponds to the switch section 5 in the figure.

光センサSYI、蓄積コンデンサCY1、転送用スイッ
チ5TYIおよび放電用スイッチ5RY1はそれぞれ一
列アレイ状に配置され、NXM個のブロックにブロック
分割されている。アレイ状に設けられた5RYIのゲー
ト電極はマトリクス配線部15に接続される。転送用ス
イッチ5TY1のゲート電極は他のブロックの同準位の
転送用スイッチのゲート電極とそれぞれ共通に接続され
、放電用スイッチ5RYIのゲート電極は各ブロック内
の次の転送用スイッチのゲート電極に循環して接続され
る。
The optical sensor SYI, the storage capacitor CY1, the transfer switch 5TYI, and the discharge switch 5RY1 are each arranged in a line array and divided into NXM blocks. The 5RYI gate electrodes provided in an array are connected to the matrix wiring section 15. The gate electrode of the transfer switch 5TY1 is commonly connected to the gate electrodes of transfer switches at the same level in other blocks, and the gate electrode of the discharge switch 5RYI is connected to the gate electrode of the next transfer switch in each block. Connected in a circular manner.

マトリクス配線部15の共通M(ゲート駆動線G+、G
*、・・・、Gn )はゲート駆動部16によってドラ
イブされる。一方、信号出力は、引出し線!8(信号出
力線D1.D2.・・・、Ds)から信号処理部17に
接続される。
Common M (gate drive lines G+, G
*, . . . , Gn) are driven by the gate driving section 16. On the other hand, the signal output is a leader line! 8 (signal output lines D1, D2, . . . , Ds) are connected to the signal processing section 17.

第5図は上記ラインセンサの動作を示すタイミングチャ
ート図である。
FIG. 5 is a timing chart showing the operation of the line sensor.

ゲート駆動線(G1.G2.・・・、G、)には、ゲー
ト駆動部16から順次選択パルス(Van。
Selection pulses (Van.

v62.・・・、 VGN)が印加される。まず、ゲー
ト駆動線G、が選択されると、転送用スイッチSTIが
ON状態となり、蓄積コンデンサCxlに転送される。
v62. ..., VGN) is applied. First, when the gate drive line G is selected, the transfer switch STI is turned on, and the signal is transferred to the storage capacitor Cxl.

次に、ゲート駆動線G2選択されると、転送用スイッチ
ST2がON状態となり、蓄積コンデンサC2に転送さ
れた電荷が負荷コンデンサCxlに転送され、同時に放
電用スイッチSRIにより蓄積コンデンサC1の電荷が
リセットされる。以下、同様にして、G s 、 G 
4 、・・・GNについても順次選択されて読み取り動
作が行われる。なお、図中、VC++ ”C2,” ’
 + VCNは蓄積コンデンサCYIの電位の変化を示
す。これらの動作は各ブロックごとに行われ、各ブロッ
クの信号出力■XI+ vX2+  ・・・、VXNは
信号処理部17の入力Dl、D2.・・・、DMに送ら
れ、シリアル信号に変換されて出力される。
Next, when the gate drive line G2 is selected, the transfer switch ST2 is turned on, and the charge transferred to the storage capacitor C2 is transferred to the load capacitor Cxl, and at the same time, the charge in the storage capacitor C1 is reset by the discharge switch SRI. be done. Hereinafter, G s , G
4, . . . GN are also sequentially selected and read operations are performed. In addition, in the figure, VC++ "C2,"'
+VCN indicates a change in the potential of storage capacitor CYI. These operations are performed for each block, and the signal outputs XI+ vX2+ . . . , VXN of each block are the inputs Dl, D2 . ... is sent to the DM, converted into a serial signal, and output.

第6図は、上記ラインセンサの斜視図を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a perspective view of the line sensor.

図において、1は基板であり、この基板1上には光電変
換部3の出力電荷を蓄積する電荷蓄積部4、電荷蓄積部
の電荷を信号処理IC21に転送するための転送用スイ
ッチ19、電荷蓄積部4にリセットをかけるための放電
用スイッチ20が、それぞれ形成されている。転送用ス
イッチ19、放電用スイッチ20はNXM個のブロック
に分割されており、転送用スイッチ19のドレイン電極
はそれぞれに対応する電荷蓄積部4に接続され、ソース
電極は各ブロックごとに1本にまとめられ、不図示の負
荷コンデンサと信号処理IC21に接続される。一方、
各ブロックのゲート電極は、各ブロック内の同じ準位の
ゲート電極線が共通につながるように、マトリクス配線
部15の共通電極はゲートドライブIC22に接続され
る。
In the figure, 1 is a substrate, and on this substrate 1 there is a charge storage section 4 that accumulates the output charge of the photoelectric conversion section 3, a transfer switch 19 that transfers the charge of the charge storage section to the signal processing IC 21, and a charge storage section 4 that stores the output charge of the photoelectric conversion section 3. A discharge switch 20 for resetting the storage section 4 is formed respectively. The transfer switch 19 and the discharge switch 20 are divided into NXM blocks, and the drain electrode of the transfer switch 19 is connected to the corresponding charge storage section 4, and the source electrode is connected to one for each block. They are put together and connected to a load capacitor (not shown) and a signal processing IC 21. on the other hand,
The gate electrodes of each block are connected to the common electrode of the matrix wiring section 15 to the gate drive IC 22 so that gate electrode lines at the same level in each block are commonly connected.

信号処理IC21は、スイッチアレイ、シフトレジスタ
、バッファアンプ等で構成され、引き出し線18に転送
された信号の読み出し、リセツシコンを行う。また、こ
の信号処理IC21は引き出し線18の配線長を最小と
するように、基板1の中央付近にはグランドの電位を持
つ不図示のシールドパターンが配置されている。
The signal processing IC 21 is composed of a switch array, a shift register, a buffer amplifier, etc., and reads out and resets the signal transferred to the lead line 18. Further, in this signal processing IC 21, a shield pattern (not shown) having a ground potential is arranged near the center of the substrate 1 so as to minimize the wiring length of the lead line 18.

第7図は、上記ラインセンサの部分構成平面図を示す。FIG. 7 shows a partial structural plan view of the line sensor.

同図において、15はマトリクス配線部、3は光電変換
部、4は電荷蓄積部、19は転送用スイッチ、20は電
荷蓄積部4の電荷をリセットする放電用スイッチ、18
は転送用スイッチ、18は転送用スイッチの信号出力I
Cに接続する引出し線、23は転送用スイッチ19によ
って転送される電荷を蓄積して読み出すための負荷コン
デンサ、25は光電変換部裏面からの光を遮断し、セン
サバイアス点を決める制御電極である。
In the figure, 15 is a matrix wiring section, 3 is a photoelectric conversion section, 4 is a charge storage section, 19 is a transfer switch, 20 is a discharge switch that resets the charge in the charge storage section 4, and 18
is the transfer switch, 18 is the signal output I of the transfer switch
23 is a load capacitor for accumulating and reading out the charge transferred by the transfer switch 19; 25 is a control electrode that blocks light from the back side of the photoelectric conversion unit and determines the sensor bias point. .

・本実施例では、光電変換部3、転送用スイッチ19お
よび放電用スイッチ20を構成する光導電性半導体層と
してa−51xGe14 : )I : F膜が用いら
れ、絶縁層としてグロー放電による窒化シリコン膜(S
iNH)が用いられている。
- In this example, an a-51xGe14:)I:F film is used as the photoconductive semiconductor layer that constitutes the photoelectric conversion unit 3, the transfer switch 19, and the discharge switch 20, and the insulating layer is silicon nitride formed by glow discharge. Membrane (S
iNH) is used.

なお、第7図においては、煩雑さを避けるために、上下
2層の電極配線のみ示し、上記光導電性半導体層および
絶縁層は図示していない。また、上記光導電性半導体層
および絶縁層は、光電変換部3、電荷蓄積部4、転送用
スイッチ19および放電用スイッチ20に形成されてい
る他、上層電極配線と基板との間にも形成されている。
In FIG. 7, in order to avoid complexity, only the upper and lower two layers of electrode wiring are shown, and the photoconductive semiconductor layer and the insulating layer are not shown. Further, the photoconductive semiconductor layer and the insulating layer are formed in the photoelectric conversion section 3, the charge storage section 4, the transfer switch 19, and the discharge switch 20, as well as between the upper layer electrode wiring and the substrate. has been done.

さらに、上層電極配線と光導電性半導体層との界面には
n+にドープされたa−Si:H層が形成され、オーミ
ック接合がとられている。
Furthermore, an a-Si:H layer doped with n+ is formed at the interface between the upper electrode wiring and the photoconductive semiconductor layer to form an ohmic contact.

また、本実施例のラインセンサの配線パターンにおいて
は、各光電変換部から出力される信号経路はすべて他の
配線と交差しないように配線されており、各信号成分間
のクロストーク並びにゲート電極配線からの誘導ノイズ
等の発生を防いでいる。
In addition, in the wiring pattern of the line sensor of this example, all signal paths output from each photoelectric conversion unit are wired so as not to intersect with other wiring, and crosstalk between each signal component and gate electrode wiring are avoided. This prevents induction noise from occurring.

第8図は第7図の部分縦断面図であり、(a)は第7図
のA−A’断面図、(b)はB−B’断面図、(C)は
C−C″断面図、(d)はD−D°断面図である。
FIG. 8 is a partial longitudinal sectional view of FIG. 7, (a) is a sectional view taken along line AA' in FIG. The figure, (d) is a DD degree cross-sectional view.

第8図(a)は光電変換部3の縦断面図を示し、24は
転送用スイッチ19のゲート電極に接続される下層電極
配線、9は絶縁層、10は光導電性半導体層、12.1
3は上層電極配線である。入射した光はa−5i:Hに
より形成されたである光導電性半導体層!Oの導電率を
変化させ、くし状に対向する上層電極配線12.13間
に流れる電流を変化させる。
FIG. 8(a) shows a longitudinal cross-sectional view of the photoelectric conversion unit 3, in which 24 is a lower electrode wiring connected to the gate electrode of the transfer switch 19, 9 is an insulating layer, 10 is a photoconductive semiconductor layer, 12. 1
3 is an upper layer electrode wiring. The incident light is transmitted to the photoconductive semiconductor layer formed by a-5i:H! By changing the conductivity of O, the current flowing between the upper layer electrode wirings 12 and 13 facing each other in a comb shape is changed.

第8図(a)に示すように、遮光層25は下層電極配線
によって形成される。この遮光層25は通常負のバイア
ス電圧が印加され、暗電流が十分小さくなるように制御
される。
As shown in FIG. 8(a), the light shielding layer 25 is formed of lower layer electrode wiring. A negative bias voltage is normally applied to this light shielding layer 25, and the dark current is controlled so as to be sufficiently small.

第8図(b)は電荷蓄積部4の縦断面図を示す。電荷蓄
積部4は、下層電極配線7と、下層電極配線7上に形成
された絶縁層9と、光導電性半導体層10と、光導電性
半導体層10上に形成された上層電極配線!3とから構
成される。この電荷蓄積部4の構造はいわゆるMISコ
ンデンサ(Metal−1nsulater−Semi
conductor )と同じ構造である。バイアス条
件は正負いずれでも使用可能であるが、下層電極配線7
を常に−7〜−8層程度の負に深くバイアスする状態で
用いることにより安定な容量と周波数特性とを得ること
ができる。
FIG. 8(b) shows a longitudinal cross-sectional view of the charge storage section 4. FIG. The charge storage section 4 includes a lower electrode wiring 7, an insulating layer 9 formed on the lower electrode wiring 7, a photoconductive semiconductor layer 10, and an upper electrode wiring formed on the photoconductive semiconductor layer 10! It consists of 3. The structure of this charge storage section 4 is a so-called MIS capacitor (Metal-1nsulator-Semi).
conductor). Although either positive or negative bias conditions can be used, the lower electrode wiring 7
Stable capacitance and frequency characteristics can be obtained by always using the transistor in a state where it is deeply biased negatively to about -7 to -8 layers.

第8図(c)は転送用スイッチ19および放電用スイッ
チ20の縦断面図を示す図である。転送用スイッチ19
は、ゲート電極である下層電極配線24と、ゲート絶縁
層をなす絶縁層9と、光導電性半導体層10と、ソース
電極である上層電極配線14とドレイン電極である上層
電極配線13とにより構成される。放電用スイッチ2o
のゲート絶縁層および光導電性半導体層は前記絶縁層9
および光導電性半導体層lOと同一層であり、ソース電
極は前記上層電極配線13、ゲート電極は下層電極配線
27、ドレイン電極は上層電極配#I26である。転送
用スイッチ19および放電用スイッチ20は薄膜電界効
果トランジスタ(TPT)を構成する。
FIG. 8(c) is a diagram showing a longitudinal cross-sectional view of the transfer switch 19 and the discharge switch 20. Transfer switch 19
is composed of a lower layer electrode wiring 24 which is a gate electrode, an insulating layer 9 which is a gate insulating layer, a photoconductive semiconductor layer 10, an upper layer electrode wiring 14 which is a source electrode, and an upper layer electrode wiring 13 which is a drain electrode. be done. Discharge switch 2o
The gate insulating layer and the photoconductive semiconductor layer of the insulating layer 9
and the photoconductive semiconductor layer IO, the source electrode is the upper electrode wiring 13, the gate electrode is the lower electrode wiring 27, and the drain electrode is the upper electrode wiring #I26. The transfer switch 19 and the discharge switch 20 constitute a thin film field effect transistor (TPT).

第8図(d)に示すように、照明窓28は上層電極配線
12の中の一部が開口されて形成されている。この照明
窓28は下層電極配線によって形成されていてもよい。
As shown in FIG. 8(d), the illumination window 28 is formed by opening a portion of the upper electrode wiring 12. As shown in FIG. This illumination window 28 may be formed by lower layer electrode wiring.

前述したように、上層電極配線13,14゜26と光導
電半導体層10との界面には、a −Si :Hにより
形成されたn1層が介在し、オーミック接触を形成して
いる。
As described above, the n1 layer formed of a-Si:H is interposed at the interface between the upper electrode wirings 13, 14.degree. 26 and the photoconductive semiconductor layer 10 to form ohmic contact.

なお、通常TPTの上部はパッジベージ3ン膜(SiN
H%S io 2 % シリコン系、有機系樹脂等)が
形成されるが、第8図(e)においては図示していない
Note that the upper part of TPT is usually covered with a padded base film (SiN).
H%Sio2% silicon-based, organic-based resin, etc.) are formed, but are not shown in FIG. 8(e).

以上説明したように、本発明によるラインセンサは、光
電変換部、蓄積電荷部、転送用スイッチ、放電用スイッ
チ、マトリクス配線部の各構成部のすべてが光導電性半
導体層と絶縁層の蓄積を有するので、各部を同一プロセ
スにより同時に形成することができる。
As explained above, in the line sensor according to the present invention, all of the constituent parts of the photoelectric conversion section, the accumulated charge section, the transfer switch, the discharge switch, and the matrix wiring section prevent the accumulation of the photoconductive semiconductor layer and the insulating layer. Therefore, each part can be formed simultaneously by the same process.

第9図は、第6図に示した引き出し!18の部分平面図
を示す。
Figure 9 shows the drawer shown in Figure 6! 18 is shown in partial plan view.

同図において、隣接する各ブロックの引き出し線18の
間にグランドパターン29を配置している。このグラン
ドパターン29により、隣接する引き出し線間の容量結
合によるクロストークを回避することができる。引き出
し線18とグランドパターン29の間に生ずる線間容量
は負荷コンデンサの一部として動作する。各ブロックの
引き出し線の配線長の長さの違いによる容量の違いは、
負荷コンデンサ部23の面積によってを調整されている
。従って、各ブロックの負荷コンデンサの実効容量は一
定である。30は、引き出し線18と接続される引き出
し端子である。
In the figure, a ground pattern 29 is arranged between the lead lines 18 of adjacent blocks. This ground pattern 29 makes it possible to avoid crosstalk due to capacitive coupling between adjacent lead lines. The line capacitance generated between the lead line 18 and the ground pattern 29 operates as a part of a load capacitor. The difference in capacitance due to the difference in the wiring length of the lead wire of each block is
It is adjusted depending on the area of the load capacitor section 23. Therefore, the effective capacitance of the load capacitor of each block is constant. 30 is a lead terminal connected to the lead wire 18.

なお、本実施例の回路構成では、マトリクス配線をスイ
ッチ部のゲート電極側で行い、各ブロック内の転送用ス
イッチのソース電極は一部にまとめられているが、本発
明の実施態様はこの回路構成に限られるものではなく、
ソース電極側でマトリクス配線を行っ、た構成等の種々
の回路構成に応旬することができる。
Note that in the circuit configuration of this embodiment, the matrix wiring is performed on the gate electrode side of the switch section, and the source electrodes of the transfer switches in each block are grouped together in a part, but the embodiment of the present invention It is not limited to the configuration,
It is possible to adapt to various circuit configurations such as a configuration in which matrix wiring is performed on the source electrode side.

[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば、光電流が大きく
、かつ、光応答速度の速い充電変換素子を提供すること
ができる。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, it is possible to provide a charge conversion element with a large photocurrent and a fast photoresponse speed.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の光電変換素子の基本構造となる光電変
換部の模式的構造図、第2図は水素ラジカルCVD装置
を示す図、第3図は本発明によるラインセンサの一実施
例を示す断面図、第4図はマトリクススイッチアレイを
有するラインセンサの等価回路を示す図、第5図は第4
図に示したラインセンサの動作を示すタイミングチャー
ト図、第6図は第4図に示したラインセンサの斜視図、
第7図は第4図に示したラインセンサの部分構成平面図
、第8図ぼ第7図の部分縦断面図、第9図は第6図に示
した引き出し線18の部分平面図、第10図は本発明に
よる充電変換素子における制御電極電圧V。と光電流・
暗電流との関係の一例を示す図、第11図は電子の局在
準位への捕獲・放出過程と光応答速度との関係を説明す
るための図、第12図はホールの局在準位への捕獲・放
出過程と光応答速度との関係を説明するための図、第1
3図は本発明におけるV。とTo。およびToftとの
関係を示す図、第14図は従来の光導電型センサの概略
的構成を示す図、第15図は改良型の光導電型フォトセ
ンサの概略構成図、第16図は第15図に示した改良型
の光導電型フォトセンサのVOと光電流!、との関係を
示す図、第17図はN15図に示した改良型の光導電型
フォトセンサのV。と光量依存の直線性γとの関係を示
す図、第18図は第15図に示した改良型の光導電型フ
ォトセンサのV。と光応答速度との関係を示す図である
。 1・・・基板、2・・・配線部、3・・・光電変換部、
4・・・電荷蓄積部、5・・・スイッチ部、6・・・下
層電極配線、7・・・下層電極配線、8・・・下層電極
配線、9・・・絶縁層、10・・・光導電性半導体層、
12゜12°、13.14・・・上層電極配線、18・
・・引き出し線、19・・・転送用スイッチ、20・・
・放電用スイッチ、21・・・信号処理IC,22・・
・ゲートドライブ、25・・・制御電極、28・・・照
明窓、31・・・絶縁性基板、32・・・ゲート電極(
第3電極)、33・・・電気的絶縁層、34・・・光導
電性半導体層、35a、35b・・・オーよツク接触層
、36a・・・第1電極、36b・・・第2電極、41
・・・絶縁性基板、42・・・光導電性半導体層、43
.43’・・・オーミックコンタクト用のドーピング半
導体層、44.44°・・・電極、45・・・ゲート電
極、46・・・絶縁物、47・・・直流電源、101・
・・チャンバー103・・・基板、104・・・ヒータ
ー 106・・・石英反応管、109.110・・・ガ
ス導入管。 第 2 図 第 図 G3 GN 5−n−−− cz R / CN yR XI 第 6 図 5 第 図 第 9 図 第10 図 VG(V) 第11 τOn= ■ 第12 (0) (b) τOn:■ τoff :■ 第13 図 (0) VG (V) 第13 図 (b) G (v) 第14 図 第15 図 第18 図 VG(V) 区 区 ト 味 叉
Fig. 1 is a schematic structural diagram of a photoelectric conversion section which is the basic structure of the photoelectric conversion element of the present invention, Fig. 2 is a diagram showing a hydrogen radical CVD apparatus, and Fig. 3 is an example of a line sensor according to the present invention. 4 is a diagram showing an equivalent circuit of a line sensor having a matrix switch array, and FIG.
6 is a perspective view of the line sensor shown in FIG. 4,
7 is a plan view of a partial configuration of the line sensor shown in FIG. 4, FIG. 8 is a partial longitudinal sectional view of the line sensor shown in FIG. FIG. 10 shows the control electrode voltage V in the charging conversion element according to the present invention. and photocurrent
Figure 11 is a diagram showing an example of the relationship with dark current, Figure 11 is a diagram to explain the relationship between the capture and release process of electrons to localized levels and the photoresponse speed, and Figure 12 is a diagram showing the relationship between localized levels of holes. Diagram 1 for explaining the relationship between the capture and release process and the photoresponse speed.
Figure 3 shows V in the present invention. and To. FIG. 14 is a diagram showing a schematic configuration of a conventional photoconductive type sensor, FIG. 15 is a schematic configuration diagram of an improved photoconductive type photosensor, and FIG. VO and photocurrent of the improved photoconductive photosensor shown in the figure! , FIG. 17 is a diagram showing the relationship between V and V of the improved photoconductive photosensor shown in Figure N15. FIG. 18 is a diagram showing the relationship between the linearity γ and the light quantity dependence, and FIG. 18 shows the V of the improved photoconductive photosensor shown in FIG. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between and optical response speed. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Board, 2... Wiring part, 3... Photoelectric conversion part,
4... Charge storage part, 5... Switch part, 6... Lower layer electrode wiring, 7... Lower layer electrode wiring, 8... Lower layer electrode wiring, 9... Insulating layer, 10... photoconductive semiconductor layer,
12°12°, 13.14...upper layer electrode wiring, 18.
...Leader line, 19...Transfer switch, 20...
・Discharge switch, 21...Signal processing IC, 22...
・Gate drive, 25... Control electrode, 28... Illumination window, 31... Insulating substrate, 32... Gate electrode (
3rd electrode), 33... electrically insulating layer, 34... photoconductive semiconductor layer, 35a, 35b... optical contact layer, 36a... first electrode, 36b... second electrode, 41
... Insulating substrate, 42 ... Photoconductive semiconductor layer, 43
.. 43'... Doped semiconductor layer for ohmic contact, 44.44°... Electrode, 45... Gate electrode, 46... Insulator, 47... DC power supply, 101.
...Chamber 103...Substrate, 104...Heater 106...Quartz reaction tube, 109.110...Gas introduction tube. Figure 2 Figure G3 GN 5-n--- cz R / CN yR XI 6 Figure 5 Figure 9 Figure 10 Figure VG (V) 11th τOn= ■ 12th (0) (b) τOn: ■ τoff :■ Fig. 13 (0) VG (V) Fig. 13 (b) G (v) Fig. 14 Fig. 15 Fig. 18 Fig. VG (V)

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)絶縁層と、該絶縁層に接して設けられた光導電性
半導体層と、該光導電性半導体層に接して設けられた第
1電極および第2電極と、前記絶縁層に接して設けられ
た第3電極とを少なくとも有する光電変換部を具備する
光電変換素子であって、前記光導電性半導体層のバンド
ギャップが、前記絶縁層側と前記第1電極および第2電
極側で異なることを特徴とする光電変換素子。
(1) an insulating layer, a photoconductive semiconductor layer provided in contact with the insulating layer, a first electrode and a second electrode provided in contact with the photoconductive semiconductor layer, and a photoconductive semiconductor layer provided in contact with the insulating layer; A photoelectric conversion element comprising a photoelectric conversion section having at least a third electrode provided, wherein the band gap of the photoconductive semiconductor layer is different on the insulating layer side and on the first and second electrode sides. A photoelectric conversion element characterized by:
(2)光導電性半導体層が、光学的バンドギャップが異
なる複数の半導体層を積層させることにより形成されて
いることを特徴とする請求項第1項に記載の光電変換素
子。
(2) The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the photoconductive semiconductor layer is formed by laminating a plurality of semiconductor layers having different optical band gaps.
(3)光学的バンドギャップが、絶縁層側で狭く、第1
電極および第2電極側で広いことを特徴とする請求項第
1項および第2項に記載の光電変換素子。
(3) The optical band gap is narrower on the insulating layer side, and the optical bandgap is narrower on the insulating layer side.
3. The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the photoelectric conversion element is wide on the electrode and second electrode sides.
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