WO1988007769A1 - Capteur de couleurs - Google Patents

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WO1988007769A1
WO1988007769A1 PCT/JP1988/000321 JP8800321W WO8807769A1 WO 1988007769 A1 WO1988007769 A1 WO 1988007769A1 JP 8800321 W JP8800321 W JP 8800321W WO 8807769 A1 WO8807769 A1 WO 8807769A1
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color sensor
junction
semiconductor
semiconductor layer
pin
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Inventor
Hideo Yamagishi
Akihijo Hiroe
Hitoshi Nishio
Satoru Murakami
Keiko Miki
Minori Yamaguchi
Seishiro Mizukami
Yoshihisa Tawada
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.)
Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Original Assignee
Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F10/00—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells
    • H10F10/10—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells having potential barriers
    • H10F10/17—Photovoltaic cells having only PIN junction potential barriers
    • H10F10/172—Photovoltaic cells having only PIN junction potential barriers comprising multiple PIN junctions, e.g. tandem cells
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F30/00—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors
    • H10F30/20—Individual 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
    • H10F30/21—Individual 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
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/548—Amorphous silicon PV cells

Definitions

  • the present invention relates to a color sensor. More specifically, the present invention relates to a color sensor which has a simple structure and can be easily integrated and increased in area. Back harp technology
  • color sensors have been used to provide information about the incident light spots.
  • FIG. 3 shows a two-stage junction pin as an example.
  • 01) is a transparent electrode such as TC0, for example, (12) is a first stage pin junction, and (13) is a second stage Pin junction. is there .
  • a translucent conductive film (14) is provided between the first-stage Pin junction 02) and the second-stage Pin junction (13).
  • Reference numeral 09 denotes a back electrode provided on the opposite side of the incident light.
  • the short-wavelength light blue light
  • the long-wavelength light Red light
  • the conventional color sensor consisting of multiple junction semiconductors, as shown in Fig. 3, takes out three terminals at the same time. It is necessary to provide an optically conductive film after the pin junction, and as the number of semiconductor elements increases to three or four, four and five terminals are required, respectively. And two layers,
  • the present invention discloses an invention which aims at providing a color sensor which has a simple structure and can be easily integrated and has a large area.
  • the power sensor of the present invention is a semiconductor element comprising a semiconductor layer formed by stacking a plurality of pn or pin junctions and conductive layers formed on both sides of the semiconductor layer. Therefore, in all the wavelength ranges to be measured, the optical carrier generation amount is configured to always increase gradually from the incident side junction, and It is characterized in that the current value is detected by changing the voltage between both conductive layers.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of one embodiment of a color sensor according to the present invention
  • FIG. 2 is a diagram showing an operation curve of the color sensor shown in FIG. 1
  • FIG. 1 is a schematic explanatory view of a conventional color sensor made of a multi-junction semiconductor.
  • BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A color sensor according to the present invention will be described with reference to the drawings.
  • FIG. 1 is a schematic illustration of one embodiment of a color sensor according to the present invention.
  • (1) is a transparent electrode provided on the light incident side.
  • (2) and (3) are the first-stage pin junction and the second-stage Pin junction, respectively, and are stacked in the order of pin Pin from the transparent electrode (1) side.
  • Semiconductor layer is provided on the n-layer side of the second stage.
  • the back electrode (4) and the transparent electrode (1) are both electrically conductive, from which terminals are taken out, and a variable voltage source (5) and an ammeter ( 6)
  • a circuit is formed by and
  • both amorphous semiconductors and microcrystals can be used.
  • the GD-CVD method and the photo-CVD method that can be used to form multiple junctions sequentially at low cost are powerful.
  • the type of semiconductor junction may be a pn junction or a pin junction.
  • the thicknesses of the p-layer, i-layer and n-layer are not particularly limited, but are generally about 100 A to 500 A and 100 A to 700 A, respectively, for an example of amorphous silicon 5con.
  • the standard is 100 A to 500 A.
  • the semiconductor layer can be manufactured by the GD-CVD method, the photo-CVD method, the sputtering method, the MBE method, and the M0CVD method.
  • some junctions of the multiple junction can be formed by ordinary ion implantation.
  • the semiconductor layer is designed such that the incident light side is always larger and smaller in all wavelength ranges in which the photocurrent generated by each junction is used.
  • Such a structure is, for example, that the absorption coefficient in the visible light region where amorphous silicon is near is almost as large as a short wavelength.
  • a—SiGe, a-SiCW, or other materials containing microcrystals can be used.
  • the twentieth section describes the operation of the force sensor shown in Fig. 1.
  • the basic operation is to apply an appropriate voltage between the transparent electrode (1) and the back electrode (4) and detect the current value with the ammeter (6). Become .
  • Fig. 2 shows the operation curves of the element when the voltage was applied by ⁇ .
  • the solid line shows the operation curve of each stage. In this case, since the currents flowing through the respective stages are operated so as to be equal, the operation curve shown by the broken line is obtained. 2 As shown in the figure, there are two areas where the current is almost constant with respect to the voltage.
  • Fig. 2 shows the case where the number of bonding steps is two, but when the number of steps is less than 3, there are also three fixed areas, and when the number of steps is four, There are also four fixed areas).
  • the current in the range of V R is approximately the same as the jsc of the second-stage junction, and as a result, the second-stage current is high.
  • the number of photogenerated carriers at the junction can be estimated.
  • the number of light-generating carriers at the first-stage junction can be estimated.
  • V R , V B , etc. The voltage range of V R , V B , etc. is determined by V oc and breakdown voltage of each junction.
  • the breakdown voltage is only required for an amorphous semiconductor, Depending on the film formation temperature and the like, it is possible to control the control. Industrial applicability
  • the structure can be simplified, and integration and large area can be easily achieved.
  • the manufacturing process will be simplified and ⁇ ⁇ .

Landscapes

  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Description

明 糸田 カ ラ ー セ ン サ 技術分野
本発明 は カ ラ ー セ ン サ 一 に 関す る 。 さ ら に 詳 し く は 、 構造が簡単で あ り 、 集積化、 大面積化が容易 な カ ラ ー セ ン サ 一 に 関す る 。 背琴技術
従来 よ り 、 入射光の ス ぺ ク ト ノレ に関す る 情報を う る た め に カ ラ ー セ ン サ ー が用 い ら れて い る
各種 カ ラ ー セ ン サ ー の う ち 、 多重接合半導体を用 い た も の は 、 色素 フ ィ ノレ 夕 一 な ど に よ る 入射光の分光が不要 で平面上の 同 じ 位置で の各入射光成分の検出 が可能で あ る た め有望視 さ れて い る o 力ヽ カヽ る カ ラ 一 セ ン サ 一 は 、 一 般に第 3 図 に 示す よ う な構造を有 し て い る 。 第 3 図 は 2 段接合 p i n を例 と し て示 し て い る 。 第 3 図 に お い て 、 01) は た と え ば T C 0 な どの透明電極で あ り 、 （12)は第 1 段 目 の p i n 接合、 （13)は第 2 段 目 の P i n 接合で あ る 。 第 1 段 目 の P i n 接合 02) と 第 2 段 目 の p i n 接合（13) と の あ い だ に は透光 性導電膜（14)が設 け ら れて い る 。 ま た 09は 入射光 と 反対側 に 設 け ら れて な る 裏面電極で あ る 。
第 3 図 に示す素子 に お い て 、 短波長光 （青色光） は し み込み長が短 い の で 、 主 と し て第 1 段 目 の p i n 接合 の 光 電流 と な り 、 長波長光 （赤色光） は第 1 段 目 と 第 2 段 目 の P i n 接合の光電流 と な る 。 第 1 段 目 の p i n 接合 を充分 薄 く し て お く と 、 第 2 段 目 の p i n 接合 の光電流を検 出 す る こ と で赤色成分を検出す る こ と がで さ る 。
し か し な が ら.-、 ^ 3 図 に示す ご と き 従来の多重接合半 導体か ら な る カ ラ 一 セ ン サ ー は、 3 つ の端子を取 り 出す と と ち に、 両 P i n 接合の あ い だ に ½光性導電膜を設け る 必要があ り 、 半導体素子の段数が 3 段、 4 段 と 増加 し て い く と 、 そ れぞれ 4 端子、 5 端子の取 り 出 し と 、 2 層、
3 層の 膜が必要 に な る 。 し たが つ て、 集積化 し た り リ ニ ア セ ン サ 一 と し て使用 し よ う と す る と 構造が複雑 に な る と い う 欠点があ る 。 isの複雑化 は 当然の こ と なが ら 、 ェ程の 複雑化を招 き コ ス ト ア ッ プ につ な が つ て し ま う 。■ ま た、 個 P i n 接合間に設置 さ れ る 透光性導電膜中の 電位は ほ ぼ一定と みなせ る た め 1 つ の P i n 接合にわずか の ピ ン ホ ー ルが存在 し て も該接合は短絡 さ れ歩留 り が低 下す る と い う 問題 も め 。
本発'明 は、 前記の 鑑み 、 構造が簡単であ り 、 集 化、 大面積化の容易 な カ ラ 一 セ ンサ 一 を提供す る こ と を 目 的 と す る 発明 の 開示
本発明 の 力 ラ ー セ ン サ 一 は p nま た は p i n 接合を複数段 積層 し てな る 半導体層 と 、 該半導体層 の両面に形成 さ れ た導電性層 と か ら な る 半導体素子で あ っ て、 計測す る す ベて の波長域 にお い て光キ ヤ リ ャ生成量が常に入射側接 合か ら 順次大 き く な る よ う 構成 さ れてお り 、 かつ 、 前記 両導電性層間 の電圧を変化 さ せて電流値が検出 さ れ る こ と を特徴 と し て い る 。 図面の簡単な説明 第 1 図 は本発明 の カ ラ ー セ ン サ 一 の一実施例 の 概略説 明 図 、 第 2 図 は第 1 図 に 示す カ ラ ー セ ン サ ー の 動作曲線 を示す図、 第 3 図 は従来の多重接合半導体か ら な る カ ラ 一 セ ン サ ー の概略説明 図で あ る 。 発明 を実施す る た め の 最良の形態 つ ぎ に 図面 に も と づ き 本発明 の カ ラ ー セ ンサ を説明 す る
第 1 図 は本発明 の カ ラ ー セ ン サ 一 の一実施例 の 概略説 明 図で あ る
第 1 図 に お い て 、 (1) は光入射側 に設 け ら れて な る 透明 電極で あ る 。 （2)、 (3)は そ れぞれ第 1 段 目 の p i n 接合お よ び第 2 段 目 の P i n 接合で あ り 、 透明電極（1)側か ら p i n P i n の順 に積層 さ れた 半導体層 を構成 し て い る 。 第 2 段 目 の n 層側 に は裏面電極 (4)が設 け ら れて い る 。 該裏面電 極 (4) と 前記透明電極 (1)は と も に 導電性を有 し て お り 、 こ れ ら ょ り 端子が取 り 出 さ れ、 可変電圧源（5) と 電流計（6) と で 回路が形成 さ れて い る
透 明電極 (1)の材料 と し て.は 、 I T 0 、 S n 02 な ど の 金属酸 化膜、 金属薄膜お よ び こ れ ら の 複層膜な ど を用 い る こ と がで き た裏面電極の 材料 と し て は隣接半導体層 と 比 較的ォ ッ ク 接触で き る M C u 、 A gな ど の金属 を用 い る こ と が好 ま し い が、 本発明 に お い て は と く に こ れ ら に 限定 さ れ る も の で は な い
半導体層 を構成す る 半導体 の 種類 と し て は、 非 晶質半 導体、 微結晶 を含 i» ヅ卜 曰曰質半導体、 結晶質半導体 の い ず れ を も 用 い る こ と がで き る 。 こ れ ら の う ち 、 多重接合 を 順次低 コ ス 卜 で形成す る こ と 力く可肯 έ な G D - C V D法、 光 C V D 法な ど の プ ロ セ ス で良質の半導体がえ ら れ る 非晶質半導 体を用 い る のが好ま し い。 半導体の接合の タ イ プ と し て は、 pn接合で も よ い し 、 pin 接合で も よ い。 p 層、 i 層 お よ び n 層の厚 さ は と く に 限定 さ れな いが、 非晶質 シ リ 5 コ ン を例 に と る と それぞれ概ね 100 A 〜 500A、 100 Λ 〜 700 A 、 100 A 〜 500 A が 目安であ る 。 ま た半導体層 は、 前述の GD-CVD法、 光 CVD 法の ほか ス パ ツ 夕 法、 MBE 法、 M0CVD な どで製造す る こ と がで き る 。 ま た多重接合 の一部 の接合 は通常の ィ ォ ン 打ち込みで も 形成す る こ と 10 がで き る 。 な お半導体層 は各接合 に よ っ て生ず る光電流 が使用す る すべて の波長域に お い て入射光側が常に大 き, く な る よ う に構成 さ れて い る 。 かか る 構成 は、 た と えば 非晶質 シ リ コ ンの ばあ い可視光域での吸収係数が短波長 ほ ど大 き い こ と 力、 ら 、 各 P ί n 層 の活性層で あ る ί 層の Ji
15 厚をすベて同 じ にす る こ と に よ り 実現す る こ と がで き .る 非晶質半導体 と し て は S iの他 に C 、 N 、 G e、 S nな ど の • 他の元素 と の合金で あ る a-SiC 、 a-SiM a-SiSn.
a— SiGe、 a-SiCWな ど、 あ る い は それ ら の微結晶体を含む も の力 使用 で き る 。
20 つ ぎに第 1 図 に示す 力 ラ 一 セ ン サ一 の動作につ い て説 明す る 。
基本的 な動作 は、 透明電極（1) と 裏面電極（4) と の あ い だ に適当 な電圧を印加 し て、 電流計（6)に よ り 電流値を検知 す る こ と 力、 ら な る 。
"25 第 2 図 に電圧を印力 π し た ばあ い の素子の動作曲線を示 す。 第 2 図 にお い て実線は各段の動作曲線を あ ら わ し て い る 。 素子全体 と し て は、 各段を流れ る 電流が等 し く な る よ う に動作す る た め 、 破線で示す動作曲線 と な り 、 第 2 図 に 示す よ う に電圧 に 対 し て電流が ほ ぼ一定 と な る 領 域力 2 ケ所で き る 。 第 2 図 に 示す も の は接合の 段数が 2 の ばあ い で あ る が、 段数力 < 3 の と き は一定の 領域 も 3 ケ 所で き 、 ま た 段数力く 4 の と き は一定の領域 も 4 ケ 所で き ) 。
第 2 図力、 ら ゎ 力、 る よ う に 、 V R の範囲で の電流 は第 2 段 目 の接合の j s c と ほ ぼ同程度 の値 と な り 、 こ れ に よ り 第 2 段 目 の接合での光生成キ ャ リ ャ数 を見積 る こ と がで き る 。 ま た 、 同様 に V D の範囲で は第 1 段 目 の接合で の 光生成キ ヤ リ ャ数 を見積 る こ と がで き る 。 し た力 つ て 、 第 1 段 目 の接合で青色光の大部分を吸収す る よ う 設計 し て お け ば、 ν β で の電流値 は 、 赤色光成分 の みが寄与す る こ と に な り 、 た と え ば青色単色光を照射 し た ば あ い の 電流値 は ほ ぼゼ 口 に な る 。 ま た v B に お げ る 電流値を
V R に お け る 電流値で補正すれば青色光強度を 見積 る こ と 力 で き る 。 な お 、 あ ら 力、 じ め使用波長域で入射光側 の 光電流が常 に 大 き く な る よ ό に半導体が構成 さ れて い な い ばあ い は 、 V R お よ び ν β に お け る 電流値が い ずれの 接合の光電流を反映 し て い る か特定す る こ と 力 で き な い
V R 、 V B な ど の電圧範囲 は 、 そ れぞれの 接合 の V o c と 降伏電圧 に よ っ て決定 さ れ る が、 降伏電圧 は非晶質半導 体の ば あ い 、 膜厚や成膜温度 な ど に よ っ て コ ン ト ロ ー ノレ す る こ と 力 <で き る 。 産業上 の 利用 可能性
以上説明 し た と お り 、 本発明 の カ ラ ー セ ン サ ー に よ れ ば、 構造を簡単 に す る こ と が で き 、 集積化、 大面積化が 容易 に な る と と も に 、 製造工程か簡略 化 さ れ る と と も に 睐^。
Figure imgf000008_0001

Claims

請求の 範囲 ρ ηま た は P i n 接合を 複数段積層 し て な る 半導体層 と 該半導体層 の両面 に 形成 さ れ た 導電性層 と か ら な る 半 導体素子で あ っ て、 計測す る すべて の波長域 に お い て 光キ ヤ リ ャ生成量が常 に 入射側接合か ら 順次大 き く な る よ う 構成 さ れて お り 、 かつ 、 前記両導電性層 間 の電 圧 を変化 さ せ て電流値が検 出 さ れ る こ と を特徴 と す る カ ラ ー セ ン サ ー 。
前記接合の少 な く と も 一つ が非 '晶質半導体か ら な る p i n 接合で あ る 請求の範囲第 1 項記載の カ ラ ー セ ン サ
PCT/JP1988/000321 1987-03-31 1988-03-30 Capteur de couleurs Ceased WO1988007769A1 (fr)

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