JPH0732243B2 - Photoelectric conversion element - Google Patents
Photoelectric conversion elementInfo
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- JPH0732243B2 JPH0732243B2 JP60002035A JP203585A JPH0732243B2 JP H0732243 B2 JPH0732243 B2 JP H0732243B2 JP 60002035 A JP60002035 A JP 60002035A JP 203585 A JP203585 A JP 203585A JP H0732243 B2 JPH0732243 B2 JP H0732243B2
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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
- 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
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- H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
- H10F39/10—Integrated devices
- H10F39/12—Image sensors
- H10F39/191—Photoconductor image sensors
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- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、フアクシミリ、複写機、光学文字読取装置等
に使用されるイメージセンサに関するものであつて、更
に詳細には、非晶質半導体物質を使用した光電変換素子
に関するものである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an image sensor used in facsimiles, copying machines, optical character readers, and the like, and more specifically, to photoelectric conversion using an amorphous semiconductor material. It is related to the element.
従来技術 イメージセンサ等の光電変換素子において、光電変換物
質とメタル電極との間のコンタクトはオーミツクコンタ
クトとして非整流特性とするのが普通である。その為、
例えば、非晶質シリコンを光電変換用物質として使用す
る場合に、メタルとコンタクト部分にn+層等の低抵抗層
を形成していた。この様な従来の構成の光電変換素子の
１例を第１図に示してある。即ち、ガラス等の基板１上
にｎ型にドープした非晶質シリコンからなる光電変換層
２を形成し、光電変換層２との間に形成された低抵抗層
（n+）４、４を介してメタル電極３、３が形成されてい
る。In a photoelectric conversion element such as an image sensor of the related art, the contact between the photoelectric conversion substance and the metal electrode is usually an ohmic contact and has non-rectifying characteristics. For that reason,
For example, when amorphous silicon is used as a photoelectric conversion material, a low resistance layer such as an n + layer has been formed at a contact portion with a metal. An example of such a photoelectric conversion element having a conventional structure is shown in FIG. That is, a photoelectric conversion layer 2 composed of n-type doped amorphous silicon is formed on a substrate 1 such as glass, and low resistance layers (n + ) 4 and 4 formed between the photoelectric conversion layer 2 and the photoelectric conversion layer 2 are formed. The metal electrodes 3 and 3 are formed via the metal electrodes.
然しながら、この様な低抵抗層４は燐等の不純物を多量
に含有しており、これが非晶質シリコン層２内へ拡散し
特性劣化を引き起こす原因と考えられる。即ち、光電変
換素子として考えた場合には、その重要な特性は、オー
ミツク特性というよりも、光応答速度が早いこと、又光
電流が大きいことが挙げられる。However, such a low resistance layer 4 contains a large amount of impurities such as phosphorus, and it is considered that this is the cause of diffusion into the amorphous silicon layer 2 and deterioration of characteristics. That is, when considered as a photoelectric conversion element, its important characteristics are that the photoresponse speed is high and the photocurrent is large, rather than the ohmic characteristics.
目的 本発明は以上の点に鑑みなされたものであつて、従来の
ものと比較し光応答速度及び光電流を著しく改善した光
電変換素子を提供することを目的とする。OBJECT The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a photoelectric conversion element in which the photoresponse speed and the photocurrent are remarkably improved as compared with the conventional one.
構成 本発明は、従来光電変換素子においても半導体とメタル
との間はオーミツクコンタクトにするという常識を打ち
破り、シヨツトキーバリアを積極的に利用することによ
り高光応答速度で且つ高光電流の光電変換素子を提供す
るものである。即ち、本発明の光電変換素子は、非晶質
半導体物質から形成される光電変換部と、前記光電変換
部の異なつた位置に互いに離隔して接続された少なくと
も１対の電極とを有するものであつて、前記光電変換部
と前記１対の電極との間の接続の少なくとも１方の接続
がシヨツトキーバリア接合であることを特徴とするもの
である。Configuration The present invention breaks down the common sense that an ohmic contact is made between a semiconductor and a metal even in a conventional photoelectric conversion element, and positively utilizes a Schottky barrier to perform photoelectric conversion with high photoresponse speed and high photocurrent. It provides an element. That is, the photoelectric conversion device of the present invention has a photoelectric conversion part formed of an amorphous semiconductor material and at least one pair of electrodes which are separately connected to different positions of the photoelectric conversion part. At least one of the connections between the photoelectric conversion section and the pair of electrodes is a Schottky barrier junction.
以下、添付の図面を参考に、本発明の具体的実施の態様
に付いて詳細に説明する。本発明の具体的実施形態とし
ては、電極３をメタルで形成し、少なくとも１方の低抵
抗層４を設けることなく、ゲルマニウムやシリコン等の
非晶質半導体物質からなる光電変換層２に直接的に接続
させ、シヨツトキーバリア接合とするものである。基板
１としてはガラス等の透明絶縁基板を使用した場合には
下側からでも上側からでも光を入射させることが可能と
なる。尚、絶縁性基板１とは基板１全体が絶縁性でなく
ともその上表面のみが絶縁性である場合も包含する。Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. As a specific embodiment of the present invention, the electrode 3 is formed of a metal, and the photoelectric conversion layer 2 made of an amorphous semiconductor material such as germanium or silicon is directly provided without providing at least one low resistance layer 4. It is to be connected to and used as a Schottky barrier joint. When a transparent insulating substrate made of glass or the like is used as the substrate 1, light can be made incident from the lower side or the upper side. The insulating substrate 1 includes a case where the entire substrate 1 is not insulating but only the upper surface thereof is insulating.
本発明の原理を理解する為に、先ず、第２図のバンドモ
デルを参照して光導電効果特性に付いて検討する。光電
変換物質に光が照射されると、プロセスａによつて発生
したキヤリアはトラツプに一時的に落ち、一部は熱的に
励起されるプロセスｂと、正孔との再結合によつて消滅
するプロセスｃとに大きく分けられる。応答速度を高め
ようとする場合の１つの方法として、プロセスｃの割合
を増大させる方法がある。この為には、伝導帯C.B.にあ
る電子が多いこと、或いは再結合センターに正孔が多数
存在することが必要である。In order to understand the principle of the present invention, first, the photoconductive effect characteristics will be examined with reference to the band model of FIG. When the photoelectric conversion material is irradiated with light, the carriers generated by the process a temporarily fall into the trap, and part of the carrier is thermally excited and disappears by recombination with holes. The process c is roughly divided into One method for increasing the response speed is to increase the ratio of the process c. For this purpose, it is necessary that many electrons are in the conduction band CB or that many holes are present in the recombination center.
電子の量を増加するには光量を大きくすれば良いが、光
源側の制約からそれ程大きくすることはできない。そこ
で、正孔を価電子帯Ｖ。Ｂ。側に多数存在させれば同様
の効果が得られる。通常のオーミツクコンタクトとした
場合には、正孔を価電子帯Ｖ。Ｂ。側に選択的に多数存
在させるということは不可能であるが、第３図に示す如
く、バリアを存在させることでそのことが可能となる。The amount of electrons can be increased by increasing the amount of light, but it cannot be increased so much due to the restrictions on the light source side. Therefore, holes are valence band V. B. The same effect can be obtained by allowing a large number to exist on the side. In the case of a normal ohmic contact, holes are in the valence band V. B. It is impossible to selectively make a large number of them exist on the side, but as shown in FIG. 3, it becomes possible to make them exist.
第３図は、本発明に基づいて構成された光電変換素子の
１例におけるバンドモデルを示しており、中央の光電変
換領域と両端部のメタル電極領域との間の両方の境界に
シヨツトキーバリアが形成されている場合である。尚、
第３図中、Ｆはフエルミレベルを示している。この様な
構成において、光が照射されると、プロセスｅによつて
キヤリアが発生される。光がオフされた場合に、伝導帯
C.B。に存在するキヤリアをプロセスｈで再結合させる
ことが望まれる。この場合、プロセスｆによつて価電子
帯V.B.へ正孔を注入してやるプロセスがあればプロセス
ｈはスムーズに進行することとなる。そして、本例の場
合、プロセスｇで他方の電極側からの電子の注入を妨げ
る。FIG. 3 shows a band model in one example of the photoelectric conversion element constructed according to the present invention, and the shutter key is provided on both boundaries between the central photoelectric conversion area and the metal electrode areas at both ends. This is the case when a barrier is formed. still,
In FIG. 3, F indicates the fuel level. In such a structure, when light is irradiated, a carrier is generated by the process e. Conduction band when light is turned off
CB. It is desired to recombine the carriers present in the process in process h. In this case, if there is a process of injecting holes into the valence band VB by the process f, the process h will proceed smoothly. Then, in the case of this example, injection of electrons from the other electrode side is hindered in the process g.
第３図の構成を等価回路で示したものが第４図である。
即ち、非晶質半導体からなる光電変換部Ｐの両端に１対
のメタル電極E1,E2が接続されており、光電変換部Ｐと
各電極E1,E2との間の境界にシヨツトキーバリア接合S1,
S2が設定されている。第４図に示した如く、光の照射さ
れたシヨツトキーバリア接合S1側から、光のオフと同時
に正電圧のパルスを電極E1へ印加することによつて、上
述したプロセスｆに対応する正孔の注入が可能となる。
一方、第４図の動作上の変形例として、光電変換部Ｐに
所定のバイアスを印加させておき、これに重畳してパル
スを入力させても良い。FIG. 4 shows the configuration of FIG. 3 in an equivalent circuit.
That is, a pair of metal electrodes E 1 and E 2 are connected to both ends of a photoelectric conversion part P made of an amorphous semiconductor, and a pair of metal electrodes E 1 and E 2 are connected to the boundary between the photoelectric conversion part P and the electrodes E 1 and E 2. Yottokey barrier junction S 1 ,
S 2 is set. As shown in FIG. 4, by applying a positive voltage pulse to the electrode E 1 at the same time as turning off the light from the Schottky barrier junction S 1 side where the light is irradiated, the above process f is dealt with. It becomes possible to inject positive holes.
On the other hand, as a modification of the operation of FIG. 4, a predetermined bias may be applied to the photoelectric conversion unit P, and a pulse may be input by superimposing it on the bias.
上述した実施例は光電変換部をｎ型とした場合である
が、本発明はこれに限らず、第５図に示した如くＰ型の
光電変換部とすることも可能である。この場合には、光
照射側に負の電圧パルスを印加し電子を注入することが
必要である。Although the above-mentioned embodiment is the case where the photoelectric conversion unit is of the n-type, the present invention is not limited to this, and it is also possible to use a P-type photoelectric conversion unit as shown in FIG. In this case, it is necessary to apply a negative voltage pulse to the light irradiation side to inject electrons.
第６図は、本発明の原理に基き複数個の光電変換部Ｐを
１列アレイ状に形成し、各々の光電変換部Ｐにシヨツト
キーバリア接合を介して１対のメタル電極E1,E2を設け
ラインセンサを構成した場合を示している。読取を行な
う為の原稿からの反射光はスリツトを介してシヨツトキ
ーバリアS1の近傍の領域Ａに照射させ、光がオフすると
同時に電圧パルスを印加させることにより順次読取信号
がスムーズに採取される。FIG. 6 shows that a plurality of photoelectric conversion parts P are formed in one-row array based on the principle of the present invention, and a pair of metal electrodes E 1 and E 1 are connected to each photoelectric conversion part P through a Schottky barrier junction. The case where the line sensor is configured by providing E 2 is shown. The reflected light from the original for reading is radiated to the area A near the shot key barrier S 1 through the slit, and when the light is turned off and the voltage pulse is applied at the same time, the read signals are smoothly sampled. It
以上詳説した如く、本発明は、非晶質シリコンとPt及び
Auの如きメタルとの間に形成したシヨツトキーバリア接
合を積極的に利用して光電変換素子の光応答速度及び光
電流レベルを増加させるものである。ところで、この様
なシヨツトキーバリアを使用した場合とオーミツクコン
タクトを使用した場合との光応答速度及び光電流におけ
る実験データを第７図（ａ）及び（ｂ）に示してある。
このデータから明らかな如く、シヨツトキーバリアとし
た方が、光電流で約20％減少があるものの光応答速度で
は約４倍高速化されていることが分かる。このことは、
第３図に示した如く、バリアによつて形成された空乏層
Ｄ内に発生するキヤリアは、メタル（例えば、Pt）と光
電変換部（例えば、非晶質シリコン）との接触面積に比
例し、例えば2eVの光100μW/Cm2を100μｍ×100μｍの
区域に照射したとき、約100nAの光電流が流れる。この
ことはバリアが存在しても、光照射の下では、その効果
が殆んど無視できるものであることを示しており、その
結果、全体としての光電流はほぼバルクとしての値とな
つている。As described in detail above, the present invention provides amorphous silicon, Pt and
By positively utilizing a Schottky barrier junction formed between a metal such as Au, the photoresponse speed and the photocurrent level of the photoelectric conversion element are increased. Incidentally, experimental data on the photoresponse speed and the photocurrent when such a Schottky barrier is used and when an ohmic contact is used are shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b).
As is clear from this data, it is understood that the Schottky barrier has a photoresponse speed that is about four times faster, although the photocurrent decreases by about 20%. This is
As shown in FIG. 3, the carrier generated in the depletion layer D formed by the barrier is proportional to the contact area between the metal (eg, Pt) and the photoelectric conversion part (eg, amorphous silicon). For example, when 100 μW / Cm 2 of 2 eV light is applied to an area of 100 μm × 100 μm, a photocurrent of about 100 nA flows. This means that the effect is almost negligible under the light irradiation, even if the barrier is present, and as a result, the photocurrent as a whole becomes almost as a bulk value. There is.
効果 以上詳説した如く、本発明によれば、光電流を増大する
ことが可能であり、又光応答速度を著しく高速化（特
に、光オフ後の立ち下がりが早い）させることが可能で
ある。特に、製造工程が複雑化されたり工程数が増加し
たりすることがないので製造上も有利である。Effects As described above in detail, according to the present invention, the photocurrent can be increased and the photoresponse speed can be remarkably increased (particularly, the fall after the light is turned off is fast). In particular, the manufacturing process is not complicated and the number of processes is not increased, which is advantageous in manufacturing.
尚、本発明は上述した特定の実施例に限定されるべきも
のではなく、本発明の技術的範囲を逸脱することなしに
種々の変形が可能であることは勿論である。It should be noted that the present invention should not be limited to the specific embodiments described above, and various modifications can of course be made without departing from the technical scope of the present invention.
第１図は従来の光電変換素子の１例を示した断面図、第
２図は光導電効果を説明する為のバンドモデル図、第３
図は本発明の原理を説明する為のバンドモデル図、第４
図は第３図の構成の等価回路図、第５図は別の実施例を
示したバンドモデル図、第６図は本発明に基づきライン
センサを構成した場合の概略図、第７図（ａ）及び
（ｂ）は実験データを示したグラフ図、である。 （符号の説明） 1:基板 2:光電変換層（非晶質シリコン） 4:電極（メタル）FIG. 1 is a sectional view showing an example of a conventional photoelectric conversion element, FIG. 2 is a band model diagram for explaining a photoconductive effect, and FIG.
FIG. 4 is a band model diagram for explaining the principle of the present invention.
FIG. 7 is an equivalent circuit diagram of the configuration of FIG. 3, FIG. 5 is a band model diagram showing another embodiment, FIG. 6 is a schematic diagram of a line sensor constructed according to the present invention, and FIG. ) And (b) are graphs showing experimental data. (Explanation of symbols) 1: Substrate 2: Photoelectric conversion layer (amorphous silicon) 4: Electrode (metal)
Claims (2)
部と、前記光電変換部の異なった位置に互いに離隔して
接続された少なくも一対の電極とを有しており、前記一
対の電極の内の少なくとも一方が前記光電変換部とショ
ットキーバリアを形成しており、前記光電変換部への光
入力がオフされた時に所定の極性の電圧パルスを前記一
対の電極の他方へ印加して前記光電変換部内に残存する
電荷の極性と反対極性の電荷を前記光電変換部内に注入
させ、その場合に前記ショットキーバリアが前記一方の
電極を介して前記光電変換部内に同極性の電荷が注入さ
れることを阻止することを特徴とする光電変換素子。1. A photoelectric conversion part formed of an amorphous semiconductor material, and at least a pair of electrodes connected to different positions of the photoelectric conversion part so as to be spaced apart from each other. At least one of the electrodes forms a Schottky barrier with the photoelectric conversion unit, and applies a voltage pulse of a predetermined polarity to the other of the pair of electrodes when the light input to the photoelectric conversion unit is turned off. By injecting a charge having a polarity opposite to the polarity of the charge remaining in the photoelectric conversion unit into the photoelectric conversion unit, in this case, the Schottky barrier has the same polarity charge in the photoelectric conversion unit via the one electrode. A photoelectric conversion element characterized in that it is prevented from being injected.
変換部及び電極を基板上に形成したことを特徴とする光
電変換素子。2. A photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the photoelectric conversion section and the electrode are formed on a substrate.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60002035A JPH0732243B2 (en) | 1985-01-11 | 1985-01-11 | Photoelectric conversion element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60002035A JPH0732243B2 (en) | 1985-01-11 | 1985-01-11 | Photoelectric conversion element |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61161752A JPS61161752A (en) | 1986-07-22 |
| JPH0732243B2 true JPH0732243B2 (en) | 1995-04-10 |
Family
ID=11518072
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60002035A Expired - Lifetime JPH0732243B2 (en) | 1985-01-11 | 1985-01-11 | Photoelectric conversion element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0732243B2 (en) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6042898B2 (en) * | 1979-03-24 | 1985-09-25 | アンリツ株式会社 | Radiation wave detection device |
| JPS6033348B2 (en) * | 1979-08-16 | 1985-08-02 | 富士電機株式会社 | solid state imaging device |
| JPS58115853A (en) * | 1981-12-28 | 1983-07-09 | Seiko Epson Corp | Image sensor manufacturing method |
| JPS5954962U (en) * | 1982-10-04 | 1984-04-10 | 沖電気工業株式会社 | light sensor |
-
1985
- 1985-01-11 JP JP60002035A patent/JPH0732243B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JPS61161752A (en) | 1986-07-22 |
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|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |