JPS5978567A - 光電変換素子 - Google Patents

光電変換素子

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JPS5978567A
JPS5978567A JP57187422A JP18742282A JPS5978567A JP S5978567 A JPS5978567 A JP S5978567A JP 57187422 A JP57187422 A JP 57187422A JP 18742282 A JP18742282 A JP 18742282A JP S5978567 A JPS5978567 A JP S5978567A
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JP
Japan
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photoelectric conversion
film
amorphous
conversion element
blocking layer
Prior art date
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Pending
Application number
JP57187422A
Other languages
English (en)
Inventor
Taiji Shimomoto
下元 泰治
Norio Koike
小池 紀雄
Toshihisa Tsukada
俊久 塚田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPS5978567A publication Critical patent/JPS5978567A/ja
Pending 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
    • H10F10/00Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells
    • H10F10/10Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells having potential barriers
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Landscapes

  • Image-Pickup Tubes, Image-Amplification Tubes, And Storage Tubes (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はカラー撮像用の光電変換素子に関するものであ
シ、特にその光電変換膜の可視域での光吸収係数と膜厚
を最適化した光電変換素子に関するものである。
〔従来技術〕
光電変換膜をカラーの撮像素子に用いる観点から眺める
と、次の点が重要となる。すなわち、光電変換膜の比抵
抗が低いと撮像の解像度が下がり、膜に欠陥があれば像
にきすが生じ、分光感度が優れていない場合は色再現が
悪くなる。これらの条件は必ずしも個別的ではなく、全
体として総合的に満足されている必要があり、結果とし
て光電変換膜には最適条件が存在することになる。例え
ば、撮像管の光電変換膜として用いる時、走査する電子
ビームの抵抗と、光電変換膜の電気的容量の関係から残
像特性が制限され、残像特性を改善するためには、光電
変換膜の膜厚は厚い方が好ましい。
しかし、膜厚を厚くすると、キャリアが横に流れる距離
を長クシ、ひいては解像度の劣化を@たしてしまう。逆
に膜厚が薄すぎる場合は、膜の欠陥数が増え、撮像素子
にきすが発生すると同時(で、光電変換すべき光を十分
吸収しきれず、光感度の低いものになってし1う。この
ことは、光電変換膜を有する固体撮像素子においても同
じことである。
〔発明の目的〕
従って本発明の目的は、きすが少なく、分光光電変換率
が高く、かつ解像度が高いカラー撮像に適した光電変換
素子を提供することにある。
〔発明の概要〕
上記の目的を達成するために、本発明では、先ず混色、
解像度劣化を押えるように、できるだけ光電変換の膜厚
を薄くしている。これは、混色現象が膜厚の2乗に逆比
例して減少するため、薄い膜の方が有利であるからであ
る。しかしながら、薄すぎる場合にはきすの発生、長波
長域での元利用度の低下を来たすので、長波長での光吸
収係数を限定すると同時に、きすの発生限界がら膜厚の
下限を押えることによシ、特性の優れた光電変換素子を
提供するものである。
〔発明の実施例〕
以下、本発明を図面を用いて詳細に説明する。
第1図は、光電変換膜の分光特性を示したものである。
横軸は可視光波長であシ、縦軸は照射した光子により励
起された光電流の比光電変換率である。図中4が変換率
1 (=100%)の線を示し、5が変換率0.1(=
10%)の直線を示す。
1〜3は第1表に示すAI、2.3の膜特性に対する分
光感度である。
第1表:第1図の膜の特性 但し、吸収係数は波長6QQnmにおける値。
すなわち、1は膜厚が薄く、短波長域では変換効率が高
いが、長波長域での光の吸収率が低下し、そのため効率
が太きく低下する。3は膜厚が厚い膜の場合であり、こ
の場合は逆に短波長域で効率が低下し、長波長域では高
くなる。いずれにしても可視域全体のバランスとしては
適当でない。2ばこれらの中間に位置する膜厚を有する
膜の光電変換率を示し、この場合には、短波長、長波長
域共に高い変換率を示す。このような現象が生じるのは
、スパッタ法やグロー放電法により堆積したa  3i
:H膜では、作成条件によシ膜への水素元素の含有量に
差が生じ、そのために膜の吸収係数が変化するためであ
シ、従って膜厚、膜の吸収係数に最適値が生じる。
以上の説明は、非晶質Sl膜がSlとH元素よシ構成さ
れている膜に対するものであるが、Si。
Hを母材とするこの非晶質Si膜にN、P、As。
B、A7.及びGaを少なくとも一種類以上、Siに対
して数四〜数1〇四添加することによって、第1図の短
波長側の光電変換効率を向上させることができる。又、
膜の吸収係数は上述したごとく水素の置場外に、F、G
e、Cをa−8i:H=1〜10モル%添加することに
よっても変化させることができる。これらの添加量が上
記添加量以上になると、膜の比抵抗が1080・m以下
になりキャリアの横流れの原因になると同時に蓄積動作
を低下させ、光電変換率を下げてしまう。
第2図は光電変換膜の膜厚ときすの関係を示す図であシ
、固体撮像素子の光電変換膜として使用した場合の値で
ある。縦軸はきすの個数で、横軸は光電変換膜の膜厚(
μm)である。この図かられかるように膜厚が薄い場合
には、光電変換膜の表面被覆が十分でないため、膜の薄
い所、膜の弱い所を通して電流が流れ、撮像装置では主
に白きずが発生するっ又、膜厚の厚い領域で、再びきす
が発生する。これは非晶質Si膜の内部歪のために、5
zzm以上の膜になると膜内応力に耐え切れず欠陥を発
生し、そのために膜が部分的にはく離し、撮像素子の場
合には、薄い時と同様白きすを生じてしまうからである
第3図は非晶質S1膜を堆積するスパッタ装置の概略図
を示したものである。真空槽1oは排気口11より拡散
ポンプ又はターボポンプにて真空排気される。真空槽1
oの中にはsiメタ−ット12と、膜を堆積する基板を
載せる基板ポールダ13があり、ターゲット12には外
部より高周波電力源17が接続されている。14.15
および16はガスの流入口であplそれぞれ、スパッタ
時に水素、Arおよび添加用のガスCN2. PH3゜
At(CHs)s + B2H6+ Ga (CH3)
3 T AsHsの少なくとも一種類〕を真空槽1oに
流入する。
この時のガス圧は、水素ガスが(1〜5 ) X 10
”’l’orr、Arガスが(0,5〜2 ) Xl0
−’Torr 。
その他の添加ガスは約10−7〜1O−6Torr程度
である。基板温度は150〜250Cで、膜厚が0、5
〜3μmの膜を堆積するKは約0.5〜3時間を要する
スパック法により非晶質Siを堆積する場合、Si元素
はターゲットから供給されるが、グロー放電CVDの場
合はガス状のsIすなわちS+I(。
よシ供給される。第3図の装置をグロー放電CVD法に
使用する場合には、Arガスの代シに5jJ(。
を流入し、ガス圧をO0I〜ITorrに保つ。水素ガ
ス圧はO〜0.5Torr程度であシ、添加ガス圧は約
10”” Torr である。基板の温度はスパッタの
場合と同様150〜250iCに保つ。高周波電力は約
100Wであり、スパッタの場合の8o。
Wに比べてグロー放電CVDの場合は小さい値で堆積す
る。
第4図は本発明の一実施例の具体的構成を示したもので
、光電変換膜の両面に電子、正孔の注入阻止層を有する
例である。図中、2oは基板、21.25は電極(Ta
、Mo、Cr、Al。
Ti又はAu又は酸化スズ、ITO等透明電極。
金属の半透明電極)、23は光電変換部であシ、22.
24が注入阻止層である。これら阻止層22.24の構
成は、電極21.25に印加される電場の方向によって
異なる。電極21が電極25に対して十電位の時には、
22が正孔阻止層、24が電子阻止層として働くような
層を用いる。
この時、阻止層22はPH,もしくはASH8全数10
p添加した非晶質3i膜で膜厚〜100人程度0ものが
用いられる。又、金属酸化物の薄い膜(〜100人)も
有効であシ、例えばSin、。
A403 、 ceo、 、 Taxes 、 Y2O
3が用いられる。
一方、阻止層24には数10四のB2H6゜G a (
CHs ) 2 、At (CHs)’ 2  を添加
した非晶質Si膜で膜厚約100〜3000程度のもの
を用いるか、銅の酸化物Cu2Oも有効である。電位方
向が上述の場合と逆になる時には阻止層22と24の物
質をお互に交換し、22を電子阻止層、24を正孔阻止
層とすればよい。
第5図は本発明の他の実施例の具体的構成を示したもの
で、固体撮像素子に適用した場合の要部断面図である。
図中、31は結晶Siよりなる基板であり、画像信号処
理用LSI基板である。基板31にはMOSゲートを有
する画素部分と、これらの信号の転送に用いるMOS又
はCCDの機能を有する部分を備えた信号処理走査部が
構成されている。各画素の上面には画素の個数に対応し
て、それぞれ画素電極32が分離して存在する。
この上に光電変換部(光電変換膜)33がある。
その上に透明電極34があり、さらにその上層部分に光
分離フィルタ(例えばR,G、Bのフィルタ)35があ
る。このフィルタは各画素に1色ずつ対応して、%J、
3色単位で周期的に配列されている。
この光電変換部33に要求される特性であるが、第1図
で説明したように、水素の含有量にもよるが薄すぎる場
合には、長波長光に対する感度が低すぎてカラー撮像に
不適当となるし、又、第2図でも述べたように白きすの
発生にもなる。ところで、第1図、第2図で説明した制
限の他に、画素ごとに分離されたデバイスでは、自分自
身で発生した信号電荷が、膜が厚い場合には横方向に流
れて他の画素にガロわり、信号の混信tなわち混色現象
を生じ、再生像の色再現が不可能となシ、又、解像度自
身も劣化してしまうので、膜厚に制限が加えられる。こ
の観点からすれば膜厚は薄い方が望ましい。このような
相矛盾した要求を勘案して撮像デバイスに用いる光電変
換膜33の膜厚は08〜4μmが妥当であり、最も好ま
しい値は0.9〜1.5μn]である。
なお、本発明は上記固体撮像素子の他に、画素又は色単
位に電極が分割されていて、しかも光電変換膜は分割さ
れずに使用する密着型ラインセンサ、単管撮像素子にお
いても有効である。
以上説明したように、本発明によれば、光電変換部を規
定することによシ、きすが少なく分光。
解像度の優れた固体撮像素子、ラインセンサ、単管カラ
ー撮像素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は光電変換膜の分光光電変換特性図、第2図は膜
厚ときすの関係を示す図、第3図は光電変換素子の作成
に使用するスパッタ装置の説明図、第4図、第5図は本
発明の光電変換素子の実施例を示すもので、それぞれ要
部の断面図である。 20・・・基板、21.25・・・電極、22.24・
・・注入阻止層、23・・・光電変換部、31・・・基
板、32・・・画素電極、33・・・光電変換部(光電
変換膜)、Y ) 図 Y z 区 暖冴ひ勺 第 32 第 5 区

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 ■、非非晶質S模膜母材とする光電変換膜を用いて構成
    した光電変換素子において、波長600nmにおける吸
    収係数が10’ cm−’ であり、膜厚が0.8μm
    以上で3μm以下であることを特徴とする光電変換素子
    。 2、前記光電変換膜の構成母材である非晶質Si膜は、
    リアクティブスパッタ法又はグローCVD法で堆積した
    もので、該非晶質Ff34膜の暗比抵抗の値が1080
    ・(1)以上である特許請求の範囲第1項記載の光電変
    換素子。 3、前記非晶質Si膜は、元素としてSi以外にH,F
    、C,Geのうちの少なくとも1つ以上を主元素として
    含み、かつ、N、P、B、A7゜Qa、Asのうちの少
    なくとも1種類以上を膜厚方向の一部分乃至全域に含む
    ものである特許請求の範囲第1項記載の光電変換素子。 4、前記光電変換膜は、非晶質Si膜と、該非晶質Si
    、膜の光入射側又はその反対側の少なくとも一方の面に
    キャリア注入阻止層を備えて構成したものである特許請
    求の範囲第1項記載の光電変換素子。 5、前記非晶質Si膜は、結晶Siより成る画像信号処
    理用LSI基板上に形成さitだものである特許請求の
    範囲第1項記載の光電変換素子。
JP57187422A 1982-10-27 1982-10-27 光電変換素子 Pending JPS5978567A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7920189B2 (en) 2007-03-16 2011-04-05 Fujifilm Corporation Solid-state imaging device

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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