JPH0473311B2 - - Google Patents

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JPH0473311B2
JPH0473311B2 JP58112168A JP11216883A JPH0473311B2 JP H0473311 B2 JPH0473311 B2 JP H0473311B2 JP 58112168 A JP58112168 A JP 58112168A JP 11216883 A JP11216883 A JP 11216883A JP H0473311 B2 JPH0473311 B2 JP H0473311B2
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JP
Japan
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film
electrode
photoelectric conversion
conversion member
ito
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JP58112168A
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English (en)
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JPS604273A (ja
Inventor
Katsumi Suzuki
Yoshio Yamaoka
Hirobumi Sakashita
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Priority to JP58112168A priority Critical patent/JPS604273A/ja
Publication of JPS604273A publication Critical patent/JPS604273A/ja
Publication of JPH0473311B2 publication Critical patent/JPH0473311B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F30/00Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors
    • H10F30/20Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors
    • H10F30/21Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H10F30/22Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation the devices having only one potential barrier, e.g. photodiodes
    • H10F30/227Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation the devices having only one potential barrier, e.g. photodiodes the potential barrier being a Schottky barrier

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  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は光電変換部材に関し、詳しくはアモル
フアスシリコンを用いた光センサに利用すること
のできる光電変換部材の改良に係る。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
近年、複写機やフアクシミリ等の光電変換部の
小形化するために原稿と同寸法の読取幅をもつた
光センサの開発がなされている。従来、光センサ
に用いられる光電変換部材としてはCdS−CdSe,
Se−As−Te等が検討されているが光応答時間が
12msと遅いため、たとえば1ms/line程度の高速
読み出しが不可能である。
そこで最近、光応答時間が1ms以下というアモ
ルフアスシリコン(以下a−Siと記す。)が光電
変換部材として注目をあびてきた。a−Siは、
SiH4,Si2H6等のSiを含むガスをグロー放電によ
つて分解して成膜される。そして、その暗抵抗比
は最良の膜質のもので1011Ω・cm,650nmの波長
で1015photons/cm2の光に対して107Ω・cmの光抵
抗を示す。
ところが、暗抵抗が1011Ω・cmであるためa−
Si膜の上下に直接、電極ではさんで、電圧を印加
する構成の光センサでは、電極からの電荷の注入
によつて暗電流が増大してSN比が低下してしま
つたり、また、光照射のくり返しによつてa−Si
膜が劣化してしまい、暗抵抗がさらに小さくな
り、従つてさらに暗電流が増大するとという不具
合点がある。たとえば1.5Vの動作電圧のa−Si
を用いた従来の光センサーでは暗電流が10-9A/
mm2程度と比較的大きく、また、光照射のくり返し
を行なうと10-8A/mm2,10-7A/mm2と増大して行
く。そしてG54の螢光灯で100Lux照射した時の
光抵抗が10-7A/mm2であるから、長時間の使用に
対してほとんど実用的なSN比がとれない。
そこで例えばセラミツク基板上にCr電極、a
−Si膜、ITO膜を順次積層した後、アニールを行
なう事によりa−Si膜とITO膜との間にシヨツト
キーバリアを形成させ、ITO電極側からの電荷の
注入を防止するという提案がなされている。
このような構成であればITO電極側を負極とし
て1.5Vの電圧を印加した時の暗電流は10-11A/
mm2であり、充分なSN比がとれることがわかつた。
しかしながら、連続1000時間の通電試験を行なつ
たところ、徐々にシヨツトキーバリアの障壁が
Break−Down(破壊)され、全200ビツト中30ビ
ツトが不良になつてしまうという不具合点があつ
た。また、このような構成であつても印加する電
圧を徐々に増して行くと印加電圧が10V近くでや
はりシヨツトキーバリアが破壊され、耐圧が小さ
いという不具合点があつた。
〔発明の目的〕
本発明は、上記事情にもとづきなされたもの
で、その目的とするところは、光電流と暗電流と
の比が大きくSN比を向上させかつ、耐圧にすぐ
れた光電変換部材を提供しようとするものであ
る。
〔発明の概要〕
本発明はかかる目的を達成するために、基板上
に、第1の電極膜、Siを母体として水素又はハロ
ゲンの少なくとも一方を含むアモルフアスシリコ
ン膜、Siを母体としてC,O,Nのいずれか1つ
以上を含むアモルフアスシリコンからなり暗抵抗
比が1011Ω・cm以上の高抵抗膜、及び透光性を有
する第2の電極膜をこの順に成膜した後、150〜
300℃の温度でアニールを行うことにより構成し
たものである。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の一実施例を図面を参照しながら
説明する。第1図は本発明の光電変換部材として
のa−Siを用いた光センサの層構成を示すもの
で、酸化アルミニウム等のセラミツク基板1にグ
レーズ処理をした後、第1の電極としてのCr電
極2、a−Si:H膜3、a−SixC4-x:H膜4、
及び第2の電極としての透光性のITO電極5を順
次積層した構成となつている。この時、a−
SixC4-x:H膜4は、バンドキヤツプ1.8eV以上、
暗抵抗比1011Ω・cm以上の高抵抗のものを用い
る。この状態では、a−SixC4-x:H膜4が高抵
抗膜であるため、ITO透明電極5側に正の電圧を
印加しても負の電圧を印加しても、電荷はa−
SixC4-x:H膜4で阻止されてしまい、a−Si:
H膜3へ注入される事はない。
ところが、ITO電極5にマイナス1.5Vの電圧
を印加し同時にG54の螢光灯100Luxを照射する
と、従来a−SixC4-x:H膜4のない時には
10-7A/mm2の光電流が得られるのに反し、a−
SixC4-x:H膜4をITO電極5とa−Si:H膜3
の間に挾んだ第1図の構成では、a−Si:H膜3
中で発生したキヤリアの内正のキヤリアの、ITO
電極5への到達をも阻止されてしまい、光電流が
10-8A/mm2と1桁小さくなつてしまう。
そこで本発明では第1図の構成でCr,a−
Si:H,a−SixC4-x:H,ITOの各層2,3,
4,5を成膜した後150〜300℃の温度でアニール
を行なう。この事によつてITO電極5とa−
SixC4-x:H膜4及びa−Si:H膜3の間にシヨ
ツトキーバリアが形成され、a−SixC4-x:H膜
4の高抵抗性とシヨツトキーバリアとの相乗効果
によつて、ITO電極5の側に負の電圧を印加した
時のみ、a−Si:H膜3への電荷の注入を阻止す
るというすぐれた整流性を示す事が本発明者の行
なつた実験で例証された。さらには、G54−螢光
灯100Lux照射時には、アニールすることによつ
て、光電流が10-8A/mm2から、10-7A/mm2に増大
するという事が、実験の結果わかつた。
以下、具体例を説明する。すなわち、酸化アル
ミニウム等のセラミツク基板上に、グレーズ処理
をほどこした後Cr電極を蒸着によつて3000Å成
膜した。P.E.P.(フオト、エングリージングプロ
セス)によつて1×1mm2のCr電極、200ビツトの
パターニングを行なつた後、第2図に示す真空反
応容器10内に、サンプル12…をセツトした。
まず、真空反応容器10内を図示しない拡散ポン
プ、ロータリーポンプによつて10-6torrの真空に
引くと同時にヒーター11を動作させ、サンプル
12であるCr電極2…のパターニングの終つた
セラミツク基板1を250℃の温度に昇温しておく。
ついで、バルブ13を開にし、ガス導入管17よ
り純シラン(SiH4)ガスを30SCCMの流量で真空反
応容器10内へ導入すると同時に、排気系を図示
しない拡散ポンプ、ロータリーポンプ系からメカ
ニカルブースターポンプ、ロータリーポンプ系へ
切り替える。バルブ14の開閉によつて真空反応
容器10内のガス圧が0.3torrになる様調整した
後、サンプル12と対向した電極15へ高周波電
波16を介して周波数13.56MHzの高周波出力
(R.F.Power)10Wを印加する。約1時間a−
Si:H膜3を1μm成膜を行なつた後、バルブ14
を全開にしSiH4ガスを止めずに同一のガス導入
管17よりCH4ガスを30SCCMの流量で真空反応容
器10内へ導入する。再度バルブ14の開閉を調
整し、真空反応容器10内のSiH4とCH4の混合
ガスのガス圧を1.0torrにした。次いで再度高周
波電源16を動作させて、50Wの電力を対向電極
15に印加し、約2分間a−SixC4-x:H膜4を
1000Åを成膜した。高周波出力の印加を止め
SiH4ガス、CH4ガスの導入を止めた後、ヒータ
11の動作を停止してサンプル12の温度が100
℃以下になるのを待つて大気中へ取り出した。サ
ンプル12をトリクレンの超音波振動によつて洗
浄した後、図示しない真空スパツタ室にてITO電
極5を1500Å蒸着した。この状態でのV−I(電
圧−電流)特性は第3図で(▲)と(△)で示
す。この時はITO電極5への印加電圧の極性が正
であつても負であつても暗電流は10-12A/mm2
小さいが、同時にITO電極5側からのG54−螢光
灯100Lux照射での光電流も10-8A/mm2と小さい。
そこで、サンプルにITO電極5を1500Å蒸着し
た後、230℃の温度で30分間アニールした後再度
V−I測定を行なつた。(第3図で暗電流を●、
光電流をΓで示す。)暗中でのV−I特性はITO
電極5側に負の電圧を印加すると電荷注入阻止、
正の電圧を印加すると注入されるという完全な整
流性を示す。一方ではITO電極5側からG54−螢
光灯100Lux照射時の光電流は10-7A/mm2と増加
している。
参考のために第3図に×印で従来のCr電極/
a−Si:H膜/ITO電極の構成のV−I特性を示
した。両者を比較するとわかる様に暗電流は本発
明の光電変換部材を用いた光センサでは1桁小さ
く、光電流はほとんど変らない。しかも、従来の
センサがマイナス10V程度からbreak down(破
壊)が起こり暗電流値が急激に増大して行くのに
反し、本発明のセンサは、マイナス50Vであつて
もまだbreak downしていない。さらには、以上
の様なV−I特性の好結果をもとに全200ビツト
数の−5Vでの連続通電試験を1000時間行なつた
ところ、不良ビツト数は0であつた。
なお、本発明は上記実施例に限るものでない。
すなわち、本発明ではITO電極5とa−Si:H膜
3との間に高抵抗膜としてa−SixC4-x:H膜4
を用いたが、本発明ではこれに限定する事なく、
例えばa−SixC4-x膜あるいはハロゲンを含むa
−Si:ハロゲンも良く、また、O,又はNを含む
a−SixO2-x膜、a−SixO2-x:H膜、a−
SixO2-x:ハロゲン膜、a−SixN1-x膜、a−
SixN1-x:H膜、a−SixN1-x:ハロゲン膜であ
つても、光学バンドギヤツプが1.8eV以上、暗抵
抗比ρD=1011Ω・cm以上の高抵抗膜であればまつ
たく同様の効果が期待できる。
また、本発明のITO電極5とa−Si:H膜3の
間に挾んだa−SixC4-x:H膜4の膜厚は1000Å
であつたが、種々の実験から、ITO電極5のアニ
ールによるシヨツトキーバリア性能をそこねる事
なく、a−SixC4-x:H膜4の電荷注入阻止性を
充分効果的にするためには、その膜厚は30Å〜
5000Åが適正であると判明した。
その他、本発明は本発明の要旨を変えない範囲
で種々変形実施可能なことは勿論である。
しかして、上記実施例のようにセラミツク基板
1上にCr電極、a−Si:H膜3、高抵抗膜4、
ITO電極5を順次積層した後150〜300℃のアニー
ルを行なう事によつて構成されたa−Si光センサ
にあつては、従来の光電流信号をそこなう事な
く、ITO電極5側に負の電圧を印加した時耐圧に
すぐれ、連続1000時間の通電試験によつても不良
ビツト数のないすぐれた光電変換部材を提供する
事ができる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、光電流
と暗電流との比が大きくSN比を向上させかつ、
耐圧に優れ優れ長期に亘つて安定した性能を維持
できる光電変換部材を提供できるといつた効果を
奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の光電変換部材の一実施例を示
す構成説明図、第2図は成膜装置の概略的構成
図、第3図は本発明の層構成でのアニール前後で
の暗電流と光電流を比較したグラフである。 1…基板(セラミツク基板)、2…第1の電極
(Cr電極)、3…光導電性膜(a−Si:H膜)、4
…高抵抗膜(a−SiC:H膜)、5…第2の電極
(ITO電極)。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 基板上に、第1の電極膜、Siを母体として水
    素又はハロゲンの少なくとも一方を含むアモルフ
    アスシリコン膜、Siを母体としてC,O,Nのい
    ずれか1つ以上を含むアモルフアスシリコンから
    なる暗抵抗比が1011Ω・cm以上の高抵抗膜、及び
    透光性を有する第2の電極膜をこの順に成膜した
    後、150〜300℃の温度でアニールを行うことによ
    り構成したことを特徴とする光電変換部材。 2 高抵抗膜が水素またはハロゲンの少なくとも
    一方を含むことを特徴とする特許請求の範囲第1
    項記載の光電変換部材。 3 高抵抗膜の光学バンドギヤツプが1.8eV以上
    であることを特徴とする特許請求の範囲第1項記
    載の光電変換部材。 4 高抵抗膜の膜厚が30Å〜5000Åであることを
    特徴とする特許請求の範囲第1項記載の光電変換
    部材。 5 透光性の電極がITOであることを特徴とする
    特許請求の範囲第1項記載の光電変換部材。
JP58112168A 1983-06-22 1983-06-22 光電変換部材 Granted JPS604273A (ja)

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