JPH04150068A - 受光素子 - Google Patents
受光素子Info
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- JPH04150068A JPH04150068A JP2273345A JP27334590A JPH04150068A JP H04150068 A JPH04150068 A JP H04150068A JP 2273345 A JP2273345 A JP 2273345A JP 27334590 A JP27334590 A JP 27334590A JP H04150068 A JPH04150068 A JP H04150068A
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- Japan
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- thin film
- film transistor
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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。
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、撮像素子や光センサー等に用いられる増幅機
能を有する受光素子に係り、特に、出力電流の大きい、
高感度の受光素子に関する。
能を有する受光素子に係り、特に、出力電流の大きい、
高感度の受光素子に関する。
［従来の技術］
受光素子は撮像素子や光センサー等に広く用いられてお
り、各所で精力的に研究開発が行われている。特に、電
荷結合素子（ＣＣＤ：Ｃｈａｒｇｅ ＣｏｕｐｌｅｄＤ
ｅｖｉｃｅ）の開発の進展がめざましい撮像素子の分野
では、解像度の向上に伴い、民生用カメラは勿論放送用
カメラにも用いられるようになっている。
り、各所で精力的に研究開発が行われている。特に、電
荷結合素子（ＣＣＤ：Ｃｈａｒｇｅ ＣｏｕｐｌｅｄＤ
ｅｖｉｃｅ）の開発の進展がめざましい撮像素子の分野
では、解像度の向上に伴い、民生用カメラは勿論放送用
カメラにも用いられるようになっている。
しかし、従来の撮像管方式を刷新するには、小型・軽量
という利点はあるものの、まだ解像度や感度の点で劣っ
ており、今後の進展が期待されるという状態にある。
という利点はあるものの、まだ解像度や感度の点で劣っ
ており、今後の進展が期待されるという状態にある。
解像度の向上を図るためには、上記の利点を生かすため
に、小面積の領域に膨大な数の微細受光素子を作成する
必要がある。すなわち、受光素子の高集積化が必要にな
る。この場合、受光領域が狭くなるため出力信号の強度
が低下し、これに伴って、受光感度が低下することが懸
念される。従って、高解像度化を実現するためには、微
細でしかも高感度な受光素子の開発が重要な課題となる
。
に、小面積の領域に膨大な数の微細受光素子を作成する
必要がある。すなわち、受光素子の高集積化が必要にな
る。この場合、受光領域が狭くなるため出力信号の強度
が低下し、これに伴って、受光感度が低下することが懸
念される。従って、高解像度化を実現するためには、微
細でしかも高感度な受光素子の開発が重要な課題となる
。
一方、最近注目を集めている光コンピュータの分野では
、高機能を有する空間光変調器（ＳＬＭ：５ｐａｔｉａ
ｌ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）の開発が強く望
まれている。ＳＬＭでは入力光を感知する受光素子と液
晶等の光の性質を変化させる変調部とからなるセルがマ
トリクス状に配置されており、入力光によって出力光の
強度や進行方向等の制御を行うことによって、並列光演
算等を行っている。この場合、並列処理能力をより高め
るためには、上記のセルを微細に形成する必要がある。
、高機能を有する空間光変調器（ＳＬＭ：５ｐａｔｉａ
ｌ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）の開発が強く望
まれている。ＳＬＭでは入力光を感知する受光素子と液
晶等の光の性質を変化させる変調部とからなるセルがマ
トリクス状に配置されており、入力光によって出力光の
強度や進行方向等の制御を行うことによって、並列光演
算等を行っている。この場合、並列処理能力をより高め
るためには、上記のセルを微細に形成する必要がある。
このため、撮像素子の場合と全く同様に、微細でしかも
高感度の受光素子をガラス基板等の透明絶縁基板上に作
成する技術の開発が重要な課題となる。
高感度の受光素子をガラス基板等の透明絶縁基板上に作
成する技術の開発が重要な課題となる。
高感度化を図るために、近時、素子自体に増幅機能を有
する受光素子（以下、増幅型受光素子と称する）が注目
されている。従来の素子では、受光素子からの出力信号
は転送ラインを経由した後外部増幅器によって増幅され
るが、このような方式では転送中に雑音が混入するため
高Ｓ／Ｎ比の実現が難しい。しかし、増幅型受光素子の
場合には、出力信号を直接増幅するため微弱な入射光で
もＳ／Ｎ比を高くとることができ、その結果、高感度化
を実現することができる。このような増幅型受光素子の
一つに光薄膜トランジスタがある。
する受光素子（以下、増幅型受光素子と称する）が注目
されている。従来の素子では、受光素子からの出力信号
は転送ラインを経由した後外部増幅器によって増幅され
るが、このような方式では転送中に雑音が混入するため
高Ｓ／Ｎ比の実現が難しい。しかし、増幅型受光素子の
場合には、出力信号を直接増幅するため微弱な入射光で
もＳ／Ｎ比を高くとることができ、その結果、高感度化
を実現することができる。このような増幅型受光素子の
一つに光薄膜トランジスタがある。
第６図は光薄膜トランジスタの概略構造を示した模式断
面図で、能動領域が伝導型がｎ型の領域１′とｐ型の領
域ｌ“の二つの領域からなり、能動領域でｐｎ接合を形
成していることを示す。ここで、トランジスタに光を照
射すると能動領域に電子・正孔の対が生成され、ゲート
電極３に負の電位を印加すると、電子はｎ型領域１′に
、正孔はｐ型頭域ビに流れる。ｎ型領域１′に流れ込ん
だ電子はそのまま光電流としてドレイン電極５へ流れ、
出力信号として取り出される。光薄膜トランジスタでは
、液晶デイスプレィ等の製造に用いられているアクティ
ブマトリクス作成技術を用いることにより大面積の基板
上に高密度に作成できるという利点がある。しかし、前
記したように、出力電流が、基本的に、光励起によって
生じた電子・正孔対のみによるものであることから、大
きな出力電流が得られず、感度が低いという欠点があっ
た。
面図で、能動領域が伝導型がｎ型の領域１′とｐ型の領
域ｌ“の二つの領域からなり、能動領域でｐｎ接合を形
成していることを示す。ここで、トランジスタに光を照
射すると能動領域に電子・正孔の対が生成され、ゲート
電極３に負の電位を印加すると、電子はｎ型領域１′に
、正孔はｐ型頭域ビに流れる。ｎ型領域１′に流れ込ん
だ電子はそのまま光電流としてドレイン電極５へ流れ、
出力信号として取り出される。光薄膜トランジスタでは
、液晶デイスプレィ等の製造に用いられているアクティ
ブマトリクス作成技術を用いることにより大面積の基板
上に高密度に作成できるという利点がある。しかし、前
記したように、出力電流が、基本的に、光励起によって
生じた電子・正孔対のみによるものであることから、大
きな出力電流が得られず、感度が低いという欠点があっ
た。
［発明が解決しようとする課題］
上記したように、従来技術においては、高密度化はある
程度達成できても、その構成の基本的制約から、大きな
出力電流が得られず、感度が低いという課題が残されて
いた。
程度達成できても、その構成の基本的制約から、大きな
出力電流が得られず、感度が低いという課題が残されて
いた。
本発明の目的は、上記従来技術の有していた課題を解決
して、高密度でしかも大きな出力電流が得られる高感度
の受光素子を提供することにある。
して、高密度でしかも大きな出力電流が得られる高感度
の受光素子を提供することにある。
［課題を解決するための手段］
上記目的は、能動領域にソース／ドレイン領域を伴い、
該ソース／ドレイン領域のうち一部のソース／ドレイン
領域がｐ型の伝導性を有し、残余のソース／ドレイン領
域がｎ型の伝導性を有する薄膜トランジスタを用いる受
光素子において、上記ｐ型缶導性のソース／ドレイン領
域と上記ｎ型伝導性のソース／ドレイン領域と上記能動
領域とのｐｉｎ接合により構成される太陽電池と上記薄
膜トランジスタのゲート電極とを電気的に接続して、増
幅機能を有する薄膜トランジスタと受光機能を有するｐ
ｉｎ型太陽電池とを共有してなる構成の受光素子とする
ことによって達成することができる。
該ソース／ドレイン領域のうち一部のソース／ドレイン
領域がｐ型の伝導性を有し、残余のソース／ドレイン領
域がｎ型の伝導性を有する薄膜トランジスタを用いる受
光素子において、上記ｐ型缶導性のソース／ドレイン領
域と上記ｎ型伝導性のソース／ドレイン領域と上記能動
領域とのｐｉｎ接合により構成される太陽電池と上記薄
膜トランジスタのゲート電極とを電気的に接続して、増
幅機能を有する薄膜トランジスタと受光機能を有するｐ
ｉｎ型太陽電池とを共有してなる構成の受光素子とする
ことによって達成することができる。
［作用コ
第５図は上記本発明受光素子の基本構成を示す図で、ｐ
ｉｎ型構成太陽電池を薄膜トランジスタのゲート電極３
とドレイン電極５との間に電気的に並列に接続してなる
ことを示しているが、以下、同図によって本発明受光素
子の動作原理について説明する。
ｉｎ型構成太陽電池を薄膜トランジスタのゲート電極３
とドレイン電極５との間に電気的に並列に接続してなる
ことを示しているが、以下、同図によって本発明受光素
子の動作原理について説明する。
同図（ａ）に示すように、ｐｉｎ構造を形成する能動領
域とドレイン領域およびカソード領域またはアノード領
域に、例えば、基板側から光が照射されると、ｐｉｎ型
太陽電池の原理により、ゲート電極３とドレイン電極５
との間に起電力が生じ、ゲート電極の電位が上がること
になる。このため、ｎ型薄膜トランジスタの場合、同図
（ｂ）に示すように、能動領域にｎ型のチャンネル領域
が形成され、ソース／ドレイン間に電位差を生じさせて
おくと、光電流とともにドレイン電流が急激に流れたし
、その電流値を出力信号として取り出すことができる。
域とドレイン領域およびカソード領域またはアノード領
域に、例えば、基板側から光が照射されると、ｐｉｎ型
太陽電池の原理により、ゲート電極３とドレイン電極５
との間に起電力が生じ、ゲート電極の電位が上がること
になる。このため、ｎ型薄膜トランジスタの場合、同図
（ｂ）に示すように、能動領域にｎ型のチャンネル領域
が形成され、ソース／ドレイン間に電位差を生じさせて
おくと、光電流とともにドレイン電流が急激に流れたし
、その電流値を出力信号として取り出すことができる。
また、ｐ型薄膜トランジスタの場合にも、同”Ｊｌｉ；
ｊ （ｃ）に示すように、全く同様の動作が行われる。
ｊ （ｃ）に示すように、全く同様の動作が行われる。
なお、上記の説明においては、光を基板側から入射させ
た場合について述べたが、ゲート電極に透明電極、例え
ばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ ０ｘｉｄｅ）電極、
を用いれば、光をゲート電極側から入射させた場合にも
同様な動作が行われる。
た場合について述べたが、ゲート電極に透明電極、例え
ばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ ０ｘｉｄｅ）電極、
を用いれば、光をゲート電極側から入射させた場合にも
同様な動作が行われる。
受光素子を上記構成の素子とすることによって、ｐｉｎ
型太陽電池によってゲート変調が可能となるため、出力
電流を大きくとることができる。さらに、太陽電池の１
層と薄膜トランジスタの能動領域とを共有しているため
、占有面積を小さくすることができ、高集積化に好適で
ある。例えば、サファイア製の透明基板上に単結晶Ｓｉ
を堆積した５Ｏ５（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ ５ａｐｐｈ
ｉｒｅ）膜を用いて本発明の受光素子を作成し、能動領
域の大きさが３−×３岬の規模で、従来構成の受光素子
に比べて感度が約２桁程度改善された受光素子を得るこ
とができた。
型太陽電池によってゲート変調が可能となるため、出力
電流を大きくとることができる。さらに、太陽電池の１
層と薄膜トランジスタの能動領域とを共有しているため
、占有面積を小さくすることができ、高集積化に好適で
ある。例えば、サファイア製の透明基板上に単結晶Ｓｉ
を堆積した５Ｏ５（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ ５ａｐｐｈ
ｉｒｅ）膜を用いて本発明の受光素子を作成し、能動領
域の大きさが３−×３岬の規模で、従来構成の受光素子
に比べて感度が約２桁程度改善された受光素子を得るこ
とができた。
［実施例］
以下、本発明受光素子の構成について実施例によって具
体的に説明する。
体的に説明する。
第１図は本発明受光素子の概略構成を示す平面図、第２
図は第１図Ａ−Ａ線矢視方向における断面図で、能動領
域１、ゲート絶縁膜２、ゲート電極３、ソースＡ４、ド
レインＡ５、アノード７、ＡＩ配線９からなることを示
す。ここで特徴とするところは、薄膜トランジスタの能
動領域に伝導型の異なるドレイン領域を接続した構造の
受光素子としであることにある。すなわち、第３図に示
すように、（ａ）ｎチャネル薄膜トランジスタであれば
ｐ型の領域（カソード領域）、（ｂ）ｐチャネル薄膜ト
ランジスタであればｎ型の領域（アノード領域）を形成
することによって、薄膜トランジスタのドレイン領域お
よび能動領域との間で、受光素子であるｐｉｎ型太陽電
池が形成されることになる。ただし、図中のＴ−Ｔおよ
びＰ−Ｐ線条視方向はそれぞれ薄膜トランジスタおよび
ｐｉｎ型太陽電池の構成を示すものである（ゲート電極
３はここでは便宜上省略した）。以上のように、本発明
の受光素子は増幅機能を有する薄膜トランジスタと受光
機能を有するｐｉｎ型太陽電池とを共有した素子である
。
図は第１図Ａ−Ａ線矢視方向における断面図で、能動領
域１、ゲート絶縁膜２、ゲート電極３、ソースＡ４、ド
レインＡ５、アノード７、ＡＩ配線９からなることを示
す。ここで特徴とするところは、薄膜トランジスタの能
動領域に伝導型の異なるドレイン領域を接続した構造の
受光素子としであることにある。すなわち、第３図に示
すように、（ａ）ｎチャネル薄膜トランジスタであれば
ｐ型の領域（カソード領域）、（ｂ）ｐチャネル薄膜ト
ランジスタであればｎ型の領域（アノード領域）を形成
することによって、薄膜トランジスタのドレイン領域お
よび能動領域との間で、受光素子であるｐｉｎ型太陽電
池が形成されることになる。ただし、図中のＴ−Ｔおよ
びＰ−Ｐ線条視方向はそれぞれ薄膜トランジスタおよび
ｐｉｎ型太陽電池の構成を示すものである（ゲート電極
３はここでは便宜上省略した）。以上のように、本発明
の受光素子は増幅機能を有する薄膜トランジスタと受光
機能を有するｐｉｎ型太陽電池とを共有した素子である
。
次に、本発明受光素子の製作の手順について、第３図（
ａ）の構造の場合を例として、第４図によって説明する
。なお、図には各工程での平面図およびＡ’−Ａ’線矢
視方向における断面図を示しである。まず、（ａ）に示
すように、半導体膜、例えば非晶質Ｓ１膜あるいは多結
晶Ｓ１膜あるいは単結晶Ｓ１膜からなる能動領域１のパ
タンを透明絶縁性基板例えばガラス基板上に形成した。
ａ）の構造の場合を例として、第４図によって説明する
。なお、図には各工程での平面図およびＡ’−Ａ’線矢
視方向における断面図を示しである。まず、（ａ）に示
すように、半導体膜、例えば非晶質Ｓ１膜あるいは多結
晶Ｓ１膜あるいは単結晶Ｓ１膜からなる能動領域１のパ
タンを透明絶縁性基板例えばガラス基板上に形成した。
次に、（ｂ）に示すように、ゲート絶縁膜２、次いでゲ
ート電極３のパタンを、スパッタ法あるいはＣＶＤ法に
よって形成した。続いて、（Ｃ）に示すように、マスク
６を形成した後、リン（Ｐ）をイオン注入して伝導型が
ｎ型であるソースＡ４およびドレイン領域領域を形成、
さらに、マスク６を除去、マスク６′を形成した後、（
ｄ）に示したように、ホウ素（Ｂ）をイオン注入して伝
導型がｐ型であるソースＢ７およびドレイン領域領域を
形成した。最後に、マスク６′を除去した後、活性化ア
ニールを行い、さらに、外部と電気的に接続できるよう
に金属配線（例えば、Ａ１配線）９を形成して、完成品
（ｅ）を得た。
ート電極３のパタンを、スパッタ法あるいはＣＶＤ法に
よって形成した。続いて、（Ｃ）に示すように、マスク
６を形成した後、リン（Ｐ）をイオン注入して伝導型が
ｎ型であるソースＡ４およびドレイン領域領域を形成、
さらに、マスク６を除去、マスク６′を形成した後、（
ｄ）に示したように、ホウ素（Ｂ）をイオン注入して伝
導型がｐ型であるソースＢ７およびドレイン領域領域を
形成した。最後に、マスク６′を除去した後、活性化ア
ニールを行い、さらに、外部と電気的に接続できるよう
に金属配線（例えば、Ａ１配線）９を形成して、完成品
（ｅ）を得た。
以上の説明かられかるように、上記工程はＬＳＩ等の製
作に用いられているＣＭＯ５素子の製作工程に準拠した
ものであり、本発明受光素子の作成に当って新たなプロ
セス技術を開発する必要はない。
作に用いられているＣＭＯ５素子の製作工程に準拠した
ものであり、本発明受光素子の作成に当って新たなプロ
セス技術を開発する必要はない。
なお、上記の説明においては一組のソース／ドレイン領
域を有する薄膜トランジスタを用いた場合について説明
したが、複数組のソース／ドレイン領域を設けた薄膜ト
ランジスタを用いることもできる。
域を有する薄膜トランジスタを用いた場合について説明
したが、複数組のソース／ドレイン領域を設けた薄膜ト
ランジスタを用いることもできる。
［発明の効果］
以上述べてきたように、受光素子を本発明構成の受光素
子とすること、すなわち受光部であるｐｉｎ型太陽電池
の１層と増幅部である薄膜トランジスタの能動領域とを
共有化した構成の受光素子とすることによって、従来技
術の有していた課題を解決して、高密度に集積させ、し
かも感度を著しく向上させた受光素子を提供することが
できた。
子とすること、すなわち受光部であるｐｉｎ型太陽電池
の１層と増幅部である薄膜トランジスタの能動領域とを
共有化した構成の受光素子とすることによって、従来技
術の有していた課題を解決して、高密度に集積させ、し
かも感度を著しく向上させた受光素子を提供することが
できた。
さらに、イメージセンサ−や光空間変調器等に本発明の
受光素子を用いた場合、通常のＣＭＯ５製作工程を利用
することができるため、周辺回路と受光部とを同一基板
上に容易に作成でき、かつ、ＬＳＩの微細加工技術を用
いることによって、受光素子の微細化も容易に達成する
ことができるという利点もある。
受光素子を用いた場合、通常のＣＭＯ５製作工程を利用
することができるため、周辺回路と受光部とを同一基板
上に容易に作成でき、かつ、ＬＳＩの微細加工技術を用
いることによって、受光素子の微細化も容易に達成する
ことができるという利点もある。
第１図は本発明受光素子の概略構成を示す平面図、第２
図は第１図Ａ−Ａ線矢視方向断面図、第３図は薄膜トラ
ンジスタの構成例を示す図で、（ａ）はｎ型薄膜トラン
ジスタ、（ｂ）はｎ型薄膜トランジスタ、第４図（ａ）
〜（ｅ）は本発明受光素子の製作の手順を説明するため
の図、第５図は本発明受光素子の動作原理を説明するた
めの図、第６図は従来の光薄膜トランジスタの概略構成
を示す断面図である。 １・・能動領域、 １“・・・ｐ型態動領域、 ３・・・ゲート電極、 ５・・・ドレインＡ、 ７・・・アノード、 ９・Ａ１配線。 １′・・・ｎ型能動領域、 ２・・・ケート絶縁膜、 ４・・・ソースＡ１ ６．６′・・・マスク、 ８・・・カソード 特許出願人 日本電信電話株式会社
図は第１図Ａ−Ａ線矢視方向断面図、第３図は薄膜トラ
ンジスタの構成例を示す図で、（ａ）はｎ型薄膜トラン
ジスタ、（ｂ）はｎ型薄膜トランジスタ、第４図（ａ）
〜（ｅ）は本発明受光素子の製作の手順を説明するため
の図、第５図は本発明受光素子の動作原理を説明するた
めの図、第６図は従来の光薄膜トランジスタの概略構成
を示す断面図である。 １・・能動領域、 １“・・・ｐ型態動領域、 ３・・・ゲート電極、 ５・・・ドレインＡ、 ７・・・アノード、 ９・Ａ１配線。 １′・・・ｎ型能動領域、 ２・・・ケート絶縁膜、 ４・・・ソースＡ１ ６．６′・・・マスク、 ８・・・カソード 特許出願人 日本電信電話株式会社
Claims (1)
- １、能動領域にソース／ドレイン領域を伴い、該ソース
／ドレイン領域のうち一部のソース／ドレイン領域がｐ
型の伝導性を有し、残余のソース／ドレイン領域がｎ型
の伝導性を有する薄膜トランジスタを用いる受光素子に
おいて、上記ｐ型伝導性のソース／ドレイン領域と上記
ｎ型伝導性のソース／ドレイン領域と上記能動領域との
ｐｉｎ接合により構成される太陽電池と薄膜トランジス
タのゲート電極とを電気的に接続して、増幅機能を有す
る薄膜トランジスタと受光機能を有するｐｉｎ型太陽電
池とを共有した構成からなることを特徴とする受光素子
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2273345A JP2963182B2 (ja) | 1990-10-15 | 1990-10-15 | 受光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2273345A JP2963182B2 (ja) | 1990-10-15 | 1990-10-15 | 受光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04150068A true JPH04150068A (ja) | 1992-05-22 |
| JP2963182B2 JP2963182B2 (ja) | 1999-10-12 |
Family
ID=17526606
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2273345A Expired - Fee Related JP2963182B2 (ja) | 1990-10-15 | 1990-10-15 | 受光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2963182B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100712461B1 (ko) * | 1996-12-26 | 2007-11-02 | 가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼 | 반도체장치및그제조방법 |
| JP2009177127A (ja) * | 2007-12-25 | 2009-08-06 | Sony Corp | 受光素子および表示装置 |
| JP2017076797A (ja) * | 2015-10-14 | 2017-04-20 | キム，フン | ソーラーセルの機能を持つイメージセンサー |
-
1990
- 1990-10-15 JP JP2273345A patent/JP2963182B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100712461B1 (ko) * | 1996-12-26 | 2007-11-02 | 가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼 | 반도체장치및그제조방법 |
| JP2009177127A (ja) * | 2007-12-25 | 2009-08-06 | Sony Corp | 受光素子および表示装置 |
| JP2017076797A (ja) * | 2015-10-14 | 2017-04-20 | キム，フン | ソーラーセルの機能を持つイメージセンサー |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2963182B2 (ja) | 1999-10-12 |
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