JPS622435A - 光導電膜 - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） 本発明は、光導電形撮像素子を構成する光導電膜の構造
に関するもので、残像及び暗電流の増加を抑制した状態
で光導電膜に増幅機能を持たせ高感度を得るものである
。

（従来の技術） すでに知られているように、光導電形撮像管に用いられ
るターゲットには信号電極からの正孔の注入、および走
査電子ビームからの電子の注入を阻止した構造の阻止形
ターゲットと、正孔と電子の双方、あるいはそのどちら
かが注入される構造の注入形ターゲットがある。阻止形
ターゲットは暗電流、残像が小さいと言う特長を持って
いるが原理的に光導電膜での増幅作用はなく、利得１以
上の高感度化が出来ない欠点があった。一方、注入形タ
ーゲットでは原理的に利得が１以上になる可能性があり
高感度を得ることができるが、高感度動作時は残像、暗
電流が著しく増加する欠点があるため撮像管として実用
化された例はない。

またすでに知られているように、利得１以上の高感度で
、かつ残像の少ないターゲットとして“半導体ターゲツ
ト板を有する撮像管”特許第５７１５０３号がある。こ
の半導体ターゲツト板では単結晶半導体を用いたｎｐ槽
構造必要であり、さらにｎ型単結晶半導体層に到達した
走査電子がｎ型単結晶半導体層を通り信号電極に達する
平均走行時間をＴ５、ｎ型単結晶半導体層における電子
の平均寿命時間をＴｅ、走査電子ビームの１画素時間を
Ｔ、とするとき、Ｔｔ　＜Ｔ、≦Ｔ、の条件が必要とさ
ている。しかしながら筆者らの研究によると、利得１以
上の高感度でかつ残像の少ないターゲットを得るには、
上述の条件とは異なった条件が必要であることが明らか
になった。

（発明が解決しようとする問題点） 上述のように光導電形撮像管の感度を増大させるため、
光導電膜に増幅作用を持たせようとすると、非晶質膜で
は残像、暗電流が著しく増加して撮像管として実用化が
困難であり、また前記特許に記載されている撮像管では
、単結晶半導体をもちいるため良質の単結晶半導体基板
を得るのに難があり、最も良質の単結晶半導体基板とし
て用いられるシリコン単結晶も比抵抗が低く、前記特許
公報にも記載されているごとく、ｎｐ槽構造モザイク状
に多数分離して画素数に対応させざるを得ないため、高
解像度撮像管を得るの難があり現状では放送用の撮像管
としては実用化されていない。

また単結晶を用いた撮像管用ターゲットでは前述のよう
にＴｔ　＜Ｔイ≦Ｔｅのような条件の制約がある。

（問題点を解決するための手段） 本発明の目的は、上記従来の諸欠点を除去し、残像、暗
電流を低減した状態で、増幅機能を持った高品質の画像
の得られる高感度撮像素子用光導電膜を提供せんとする
ものであり、また単結晶膜の時付加されていた制約条件
Ｔｔ　＜Ｔ、≦Ｔ、を緩和した光導電膜を提供せんとす
るものである。

すなわち本発明光導電膜は、信号電極側に阻止形構造を
有する撮像素子を構成する光導電膜において、その走査
側に最も近い部分を走査電子の注入および走査電子と正
孔の再結合が行われる電子注入再結合層となし、該電子
注入再結合層内における注入電子の平均走行時間をτ０
、前記電子注入再結合層内での前記注入電子の平均寿命
時間をτ　としたとき、τｌく−とすることを特徴とす
す るものである。

（実施例） 残像及び暗電流を低減した状態で光導電ターゲットに増
幅機能を持たせ、高感度撮像管を得るという前述の目的
を達成するため、本発明においては光導電ターゲットの
ビーム走査側に走査電子の注入によって、増幅作用を生
じる電子注入再結合層を設けることを骨子とする。

次に低速度走査で動作する場合を例にとって以下に説明
する。５ 第１図は本発明の光導電ターゲットの原理的構成図であ
り、透光性基板１、透明導電膜２、光導電層３、電子注
入再結合層４からなる。第１図のターゲット構造におい
て、ターゲット電圧が印加されている状態では、透光性
基板１と透明導電膜２を透過した入射光子は光導電層３
で電子正孔対を発生させ、電子は透明導電膜２に向かい
、正孔は電子注入再結合層４に到達し、走査ビームの信
号電荷読み取り時まで蓄積される。電子注入再結合層４
は、走査ビームの信号電荷読み取り時、付着した走査電
子が蓄積された正孔と再結合するまでの間に、走査電子
が次々と電子注入再結合層を通過し透明導電膜２側へ走
り去る構造になっている。従って、入射光子によって電
子注入再結合層４に蓄積された正孔数以上の電子を透明
導電膜２を通して外部回路へ取り出すことができ、結果
として光導電膜での増幅作用を得ることができる。

増幅作用をさらに詳細に説明する。走査ビームの信号電
荷読み取り時において、走査電子１個が電子注入再結合
層４に蓄積されている正孔１個と再結合するまでの間に
、β個の走査電子が電子注入再結合層４に注入され、再
結合することなく透明電極側２へ走り去ったとすると、
電子注入再結合層４に蓄積されていた正孔１個に対し、
透明導電膜２から外部回路へ取り出し得る電子数は（β
＋１）個となる。また、電子注入再結合層４を走査電子
が通過するに要する平均走行時間をτｔ、その層での電
子の平均寿命時間を−とすると、増幅の利得ＧはＧ＝β
＋１＝τｔ／τｌとなる。利得Ｇが１より大きく、しか
も蓄積された正孔が１回の走査によって消去され残像を
増加させないためには、τｌくτ７≦Ｔ０であることが
必要である。

ここにＴｅは走査電子ビームの１画素時間である。

また、光導電層３内に注入された走査電子がその層内を
通過するに要する平均走行時間をτｌとするとτｌ＋τ
ｌ≦Ｔ０であることも必要である。さらにまた、上述の
動作を暗電流の増加を抑制した状態で行わせるためには
、熱電界などの信号電荷蓄積以外の原因による電子注入
再結合層４の蓄積期間中の電位変動を抑制する必要があ
る。

本発明において、残像の増加を抑制した状態で利得１以
上の増幅作用を得ることは、従来提案されている前記半
導体ターゲツト板と同じであるが、増幅作用を生じる条
件が前記半導体ターゲツト板とは異なっており、以下三
つの相異点を述べる。

まず、第１の相異点として、前記半導体ターゲツト板で
は、Ｔ、＜Ｔ、、≦Ｔ、であることが必要条件であると
しているのに対し、本発明では、τｌくτｌ≦Ｔい及び
τ２＋τｌ≦Ｔ０の条件を満足すればよいとした点が異
なっている。ここにＴｔはｎ型単結晶半導体層に到達し
た走査電子がｎ型単結晶半導体層を通り信号電極に達す
る平均走行時間、Ｔ、はｎ型単結晶半導体層における電
子の平均寿命時間、Ｔ、は走査電子ビームの１画素時間
、τｌは第１図の電子注入再結合層４を走査電子が通過
するに要する平均走行時間、１は第１図の電子注入再結
合層４での電子の平均寿命時間、τｌは第１図の光導電
層３内に注入された走査電子がその層内を通過するに要
する平均走行時間である。

次に第２の相異点としては、前記半導体ターゲツト板が
ｎ型とｐ型の単結晶半導体を用いることを条件としてい
るのに対し、本発明のターゲ・７トを構成する第１図の
光導電層３及び電子注入再結合層４に用いる光導電膜は
、ｎ型とｐ型の単結晶半導体である必要はなく、非晶質
半導体でもよく、また前記半導体ターゲツト板でｎ型に
相当する第１図の光導電層３の伝導型は、ｐ型でも１型
でもよいとしている点である。

さらに第３の相異点としては、本発明では前述の増幅作
用を暗電流の増加を抑制した状態で行わせるための条件
を含んでおり、熱、電界等の信号電荷蓄積以外の原因に
よる第１図の電子注入再結合層４の蓄積期間中の電位変
動を抑制する構造としている点である。

次に本発明を透明導電膜と阻止形接触をするＳ。

蒸着膜を光導電膜に用いたターゲットを例として以下に
説明する。

第２図は、前記第１図の光導電層３に膜厚２μｍのＳ＠
蒸着膜を用い、また第１図の電子注入再結合層４にＢｒ
を重量比で１％含んだＳ８蒸着膜を用いたターゲットの
、電子注入再結合層の膜厚を変えた場合の利得、残像、
暗電流の変化を詳しく示すものである。第２図において
電子注入再結合層の膜厚がゼロの場合は非常に大きな利
得が得られるが、この場合は残像、暗電流も著しく大き
くなっている。しかし電子注入再結合層の膜厚が１５０
Å以上では、膜厚がゼロの場合に比べ残像、暗電流が大
幅に減少している。この場合膜厚の増加に伴い利得も同
時に低下する傾向にあるが、膜厚が４０００八以下では
１以上の利得が得られている。したがって上述のターゲ
ット構造では電子注入再結合層の膜厚が１５０Ａ以上、
４０００Å以下で残像、暗電流の増加を抑制した状態で
利得１以上の増幅機能を得ることができており、本発明
の目的が達成されている。第２図に特性を説明した上述
のターゲットは、第１図の電子注入再結合層４が８．を
重量比で１％含むＳ６蒸着膜のみの単層で構成されてい
るが、さらにこの層のビーム走査側にＮ、を重量比で１
％含むＳ８膜を７５〜３０００人の厚さで蒸着して、電
子注入再結合層を複合層に形成すると、残像、暗電流が
単層構成時に比べ一段と抑制され、本発明の目的をいっ
そう効率よく達成することができる。

ここでは本発明の効果を第１図の電子注入再結合層４の
３８中に８．を添加した例で説明したが、この効果はＳ
、中にＣｕＯ、　Ｉｎ２Ｏ，、Ｓｅａ□、　Ｖ２Ｏ５，
ＭｏＯ２゜ＷＯ３，ＧａＦ＝、ＩｎＦ３．　Ｚｎ、　Ｇ
ａ、　　Ｉｎ、　ＣＩｌ、　　Ｉ　の少なくとも１種を
添加しても得ることができる。また上記の電子注入再結
合層４を複合層で形成する場合において、ビーム走査側
に用いる層はＳ６中にＮ６を添加した例で説明したが、
この効果はＳ＠中にいＦ。

ＮａＦ、　　ＭｇＦ２．　　ＣａＦ２．　　Ｂａ、Ｆ２
．　　Ａ　　ＩＦ、、　　ＣｒＦ３．　　ＭｎＦ、。

ＣｏＦ２．　ＰｂＦ２．　ＣｅＦ、、　ＴＲＦ、　Ｌｉ
、　Ｋの少なくとも１種を添加しても得ることができる
。

利得１以上の増幅機能を残像のみならず暗電流の増加も
抑制した状態で得るため、第１図の電子注入再結合層４
は、熱、電界等の信号電荷蓄積以外の原因による蓄積期
間中のの電位変動を抑制する必要がある。このため、第
１図の電子注入再結合層４は、単層構成の場合は負の空
間電荷を形成する構造とし、また本発明の目的をいっそ
う効率よく達成するために、複合層で構成する場合は、
負の空間電荷を形成す構造の層と、正の空間電荷を形成
する構造の層を隣接させ、正の空間電荷を形成する構造
の層をビーム走査側に用いる。

本発明で必要なことは、前記ｒｔ＜τｌ≦ＬＮ及びτｌ
＋τｌ≦Ｔ、の条件を満足させ、かつ、暗電流の増加を
抑制するため、熱、電界などの信号電荷蓄積以外の原因
による電子注入再結合層の蓄積期間中の電位変動を抑制
することである。従って本発明の光導電ターゲットに用
いる材料は、上述の各条件を満たすものであれば良く、
従来提案されている前記半導体ターゲツト板のように、
ｎ型とｐ型の単結晶半導体に制限されるものではない。

また、ターゲットの動作を安定に行わせるため、ビーム
走査側表面に電子注入を阻止しない程度の薄層を加え、
２次電子放出比を低下させた構造とすることも可能であ
る。

以下、本発明による光導電ターゲットのより具体的構造
を具体例に従って説明する。

具体例１ ガラス基板上に酸化スズを主体とする透明導電膜を形成
し、さらに整流性接触補助層としてＧｅＯ□を２００人
、　ＣｅＯ２を２００人の厚さに３．　Ｘ　１Ｏ−６Ｔ
ｏｒｒの真空中で蒸着する。その上に光導電層としてＳ
ｓ。

Ａｓ２Ｓｅ３を別々の蒸着ボートから２μｍの厚さに蒸
着する。この場合のＡｓ濃度は重量比で２％とし、膜厚
方向に一様に分布させる。続いて電子注入再結合層を蒸
着する。電子注入再結合層はＳｅ、　Ｉｎ２Ｏ３を別々
の蒸着ボートから蒸発させ、１５０〜１５００人の膜厚
に形成する。この場合、Ｉｎ、０３濃度は重量比で１５
００〜３５０ｐｐｍとし、膜厚方向に一様に分布させる
。光導電層と電子注入再結合層は２　Ｘ　１Ｏ−６Ｔｏ
ｒｒの真空中で蒸着する。電子注入再結合層の上に５Ｘ
　１０−　’Ｔｏｒｒのアルゴン雰囲気中で５ｂ２ｓ３
を５０〜２００人の厚さに蒸着し、ビーム走査面からの
２次電子放出を抑制する。

具体例２ ガラス基板上に酸化スズを主体とする透明導電膜を形成
する。その上に光導電層としてＳｅ、　Ａｓ、Ｓｅ３を
それぞれ別々の蒸着ボートから２μｍの厚さに蒸着する
。この場合Ａｓ濃度は重量比で１％で膜厚方向に一様に
分布させる。次に光導電層の上に電子注入再結合層を蒸
着する。電子注入再結合層は２つの異なる層からなり、
まず最初にＳｅ、　　Ｉｎ２Ｏ３を別々の蒸着ボートか
ら１５０〜１５００への厚さに蒸着する。この場合１ｎ
ｚ［１３濃度は重量比で１５００〜３５０ｐｐｍとして
膜厚方向に一様に分布させる。続いてＳｅ、　ＬｉＦを
それぞれ別々の蒸着ボートから７５〜１０００人の厚さ
に蒸着する。このときのＬｉＦ濃度は重量比で２％〜５
００ｐｐｍとし、膜厚方向に一様に蒸着する。以上の光
導電層と電子注入再結合層の蒸着は３　Ｘ　１０−”Ｔ
ｏｒｒの真空中で行う。

具体例３ ガラス基板上に酸化インジウムを主体とする透明導電膜
を形成し、さらに整流性接触補助層としてＣｅＯ，を３
　Ｘｌ０−６Ｔｏｒｒの真空中で３００人の厚さに蒸着
する。次にその上に光導電層としてＳｅ、　Ａｓ２Ｓｅ
３を別々の蒸着ボートから２μｍの厚さに蒸着する。

このときのＡｓ濃度は重量比で２％とし、膜厚方向に一
様に添加する。続いて電子注入再結合層を蒸着する。電
子注入再結合層は、あらかじめ溶融合成したＳｅ中に重
量比でＡｓｌＯ％、Ｂｒ５〜０．５％を含む材料を蒸着
し、１５０〜４０００人の膜厚に形成する。

以上の光導電層及び電子注入再結合層は３　Ｘｌ０−６
Ｔｏｒｒの真空中で蒸着する。

具体例４ ガラス基板上に酸化インジウムを主体とする透明導電膜
を形成し、さらに整流性接触補助層としてＣｅＯ□を２
００人の厚さに蒸着する。この蒸着は２Ｘ　１Ｏ−６Ｔ
ｏｒｒの真空中で行う。次に光導電層としてＳｅ、　Ａ
ｓ２Ｓｅ３を別々の蒸着ボートから２μｍの厚さに蒸着
する。光導電層のＡｓ濃度は重量比で１％とし膜厚方向
に一様に分布させる。続いて電子注入再結合層を蒸着す
る。この場合の電子注入再結合層は異なった２つの層で
構成され、まず最初に、あらかじめ溶融合成した、Ｓｅ
中に重量比でＡｓｌＯ％、Ｂｒ５〜０．５％を含む材料
を蒸着し、１５０〜４０００人の膜厚に形成する。続い
て、あらかじめ溶融合成した、Ｓｅ中に重量比でＡｓ１
Ｑ−％、　Ｎａ　５〜０．５％含む材料を蒸着し７５〜
３０００人の膜厚に蒸着する。以上で２つの層からなる
電子注入再結合層の蒸着を終わる。

光導電層及び電子注入再結合層の蒸着は３ＸＩＱ−６Ｔ
ｏｒｒの真空中で行う。

（発明の効果） 本発明を実施することにより、残像、暗電流が低減され
た状態で光導電膜が増幅機能を持ち撮像管の感度を高く
することができる。

具体例１〜４では、電子注入再結合層を、単層構成の場
合は負の空間電荷が形成されると考えられる構造とし、
また、この層を２つの層で構成する場合には、負の空間
電荷を形成すると考えられる層に隣接して、ビーム走査
側に正の空間電荷を形成すると考えられる層を設け、前
記τｌくτｔ≦Ｔｅ及びτｌ十τｌ≦Ｔｅの各動作条件
が満たされるターゲット構造をとっているので、残像、
暗電流が低減された状態で利得１以上の増幅作用を得る
ことができる。

なお本発明をすでに提案されている光導電膜、たとえば
、特許第９０２１８９号、特許第１０８３５５１号の良
好な分光感度を持った光導電膜のビーム走査側に適用す
れば、可視光全域にわたり高い感度をもった光導電膜を
得ることができる。

また、発明の詳細な説明の項では撮像管ターゲットに対
してなされたものであるが、電子的スイッチ等により信
号電荷を読み取る方式を用いた受光素子にも応用できる
ことはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の光導電ターゲットの原理的構成を示
す図、 第２図は、本発明光導電膜の電子注入再結合層の膜厚と
利得、残像、暗電流の関係を示す図である。 １・・・透光性基板　　　　２・・・透明導電膜３・・
・光導電層　　　　　４・・・電子注入再結合層第１図 １ｚ邊先１板 ２；遁Ｂ１４４電膿 ３：光導電層 ２：電子ぼ＾勇４舌台層

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、信号電極側に阻止形構造を有する撮像素子を構成す
   る光導電膜において、その走査側に最も近い部分を走査
   電子の注入および走査電子と正孔の再結合が行われる電
   子注入再結合層となし、該電子注入再結合層内における
   注入電子の平均走行時間をτ＿ｔ、前記電子注入再結合
   層内での前記注入電子の平均寿命時間をτ＿ｌとしたと
   き、τ＿ｔ＜τ＿ｌとすることを特徴とする光導電膜。 ２、前記注入電子の前記平均寿命時間τ＿ｌが１画素時
   間Ｔ＿ｅを越えないことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の光導電膜。 ３、前記電子注入再結合層を除く前記光導電膜内を、前
   記注入電子の通過するに要する平均走行時間をτ＿ｐと
   したとき、τ＿ｐ＋τ＿ｔが前記１画素時間Ｔ＿ｅを越
   えないことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の光
   導電膜。 ４、前記電子注入再結合層が１種類の層のみからなるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第３項のい
   ずれかに記載の光導電膜。 ５、前記電子注入再結合層が前記１種類の層と、これに
   隣接し走査側に設けられた他の種類の層の組合せからな
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第３項
   のいずれかに記載の光導電膜。 ６、前記１種類の層がセレンの蒸着膜に負の空間電荷を
   形成する材料を添加せしめること、を特徴とする特許請
   求の範囲第４項記載の光導電膜。 ７、前記１種類の層および前記他の種類の層が、セレン
   の蒸着膜にそれぞれ負および正の空間電荷を形成する材
   料を添加せしめること、を特徴とする特許請求の範囲第
   ５項記載の光導電膜。 ８、前記負の空間電荷を形成する材料として、ＣｕＯ、
   Ｉｎ＿２Ｏ＿３、ＳｅＯ＿２、Ｖ＿２Ｏ＿５、ＭｏＯ＿
   ３、ＷＯ＿３、ＧａＦ＿３、ＩｎＦ＿３、Ｚｎ、Ｇａ、
   Ｉｎ、Ｃｌ、Ｉ、Ｂｒのうちすくなくとも１種が添加さ
   れることを特徴とする、特許請求の範囲第６項または第
   ７項記載の光導電膜。 ９、前記正の空間電荷を形成する材料として、ＬｉＦ、
   ＮａＦ、ＭｇＦ＿２、ＣａＦ＿２、ＢａＦ＿２、ＡｌＦ
   ＿３、ＣｒＦ＿３、ＭｎＦ＿２、ＣｏＦ＿２、ＰｂＦ＿
   ２、ＣｅＦ＿３、ＴｌＦ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋのうちすくな
   くとも１種が添加されることを特徴とする、特許請求の
   範囲第７項記載の光導電膜。 １０、前記負の空間電荷を形成する材料の添加量が重量
   比で３５０ｐｐｍから５％であることを特徴とする、特
   許請求の範囲第８項記載の光導電膜。 １１、前記正の空間電荷を形成する材料の添加量が重量
   比で５００ｐｐｍから５％であることを特徴とする、特
   許請求の範囲第９項記載の光導電膜。 １２、前記負の空間電荷を形成する材料を添加した層の
   膜厚を１５０Åから４０００Åとしたことを特徴とする
   、特許請求の範囲第１０項記載の光導電膜。 １３、前記正の空間電荷を形成する材料を添加した層の
   膜厚を７５Åから３０００Åとしたことを特徴とする、
   特許請求の範囲第１１項記載の光導電膜。