DE3587376T2 - Hochauflösende Bildsensormatrix mit amorphen Photodioden. - Google Patents

Description

Gebiet der Erfindung
• Die Erfindung betrifft ein Bild-Sensor-Array, das Fotodioden aus amorphem Silizium verwendet, und insbesondere einen Aufbau zur Verbesserung der Auflösung von Farbbildern.
Beschreibung des Standes der Technik
• Vor einiger Zeit wurde zur Verwendung in einem Bildübertragungsgerät ein Kontakt-Bildsensor entwickelt. Da dieser Kontakt-Bildsensor in der gleichen Größe wie das zu lesende Dokument hergestellt werden kann, kann ein optisches Linsensystem in dem Bildübertragungsgerät entfallen und die Einrichtung wird kompakt.
• Als halbleitendes Material der Fotodioden wird amorphes Silizium (nachfolgend als α-Si bezeichnet) für Kontakt- Bildsensoren in weitem Umfang verwendet. Die α-Si-Schicht wurde auf Einzelelektroden abgeschieden, die auf einem isolierenden Substrat erzeugt wurden. Die transparente Elektrode wurde an der gemeinsamen Elektrode auf α-Si hergestellt. Die Fotodioden wurden unter Verwendung eines transparenten Materials, welches mit dem α-Si einen Schottky- Übergang bildet, an der Grenzschicht zwischen der α-Si- Schicht und der gemeinsamen Elektrode als die gemeinsame Elektrode erzeugt. Alternativ wurden die Fotodioden in der α-Si-Schicht durch Einbau passender Störstellen in das α-Si als p-n-Diode oder PIN-Diode hergestellt. Farbfilter für Rot, Grün und Blau sind auf Teilen der gemeinsamen Elektrode gebildet, die über den Einzelelektroden angeordnet sind. Die roten, grünen und blauen Filter sind hintereinander in einer Reihe angeordnet.
• Die an den Fotodioden gesammelten Foto-Ladungsträger werden nacheinander von den Einzelelektroden ausgelesen. Ein derartiges Lesen wurde von Scan-Schaltern, welche jeweils zwischen einer Stromversorgung und den Einzelelektroden angeschlossen sind, durchgeführt. Ein Beispiel für die Schalter wäre ein MOS-Feldeffekt-Transistor. Ein Bildelement eines Farbbildes wurde unter Verwendung von drei Ausgangs- Signalen von Fotodioden, die unter den roten, grünen bzw. blauen Filtern angeordnet waren, reproduziert. Hier wurden diese drei Filter in Reihe angeordnet. Deshalb war die Auflösung der reproduzierten Bilder, verglichen mit einem reproduzierten monochromen Bild, gering. Eine derartig geringe Auflösung kann durch Erhöhung der Dichte der Fotodioden verbessert werden. Der Zunahme der Dichte führt jedoch zu einer Miniaturisierung jeder Fotodiode. Dieses bewirkt eine Verschlechterung des Signal/Rausch-Verhältnisses der Ausgangs-Signale.
• Eine derartig geringe Auflösung kann alternativ durch Anordnen der Fotodioden und Farbfilter in drei parallelen Reihen, einer roten, einer blauen und einer grünen Reihe, verbessert werden. Bei einem derartigen Aufbau wurden jedoch alle drei Sätze der Fotodiode und Farbfilter auf einer Einzelelektrode angeordnet. Bei einem solchen Aufbau können die Foto-Ladungsträger nicht von einer bestimmten Fotodiode ausgelesen werden. Das heißt, es kann nicht verhindert werden, daß die Foto-Ladungsträger, die an derselben Einzelelektrode an den anderen beiden Fotodioden gesammelt werden, zusammen ausgelesen werden. Folglich kann die Reproduzierbarkeit eines Farbbildes gering sein.
• H. Yamamoto u. a. schlugen in "Extended Abstracts of the 15th Conference on Solid State Devices and Materials", 1983, S. 205-208, die Verwendung einer Blockierungsdiode vor, die mit einer Fotodiode in Reihe geschaltet wird. Die Blockierungsdiode und die Fotodiode werden nebeneinander auf einem isolierenden Substrat erzeugt und durch eine Verdrahtungsschicht in Reihe geschaltet. Alle Blockierungs- und Fotodioden sind in einer Reihe angeordnet. Dadurch wurde die Auflösung in den reproduzierten Bilder gering. Auf dem isolierenden Substrat werden viele komplizierte Verdrahtungen und eine große Fläche erforderlich. Das bedeutet, der Farbbild-Sensor konnte nicht kompakt gestaltet werden.
• Aus "Patent Abstracts of Japan" Vol.7, No.236 (E-205) (1381), und JP-A-58 127 373 ist ein Bildsensor, der mehrere Fotodioden-Blöcke und Blockierungsdioden auf einer einzigen Einzelelektrode besitzt, bekannt. Alle Diodenblöcke sind jedoch in einer einzigen Reihe durch Teilung der Spitze einer Einzeldiode angeordnet. Gemäß dieses Aufbaus werden mindestens drei Diodenblöcke nebeneinander erforderlich, um ein Farbbildelement zu reproduzieren, was zu einer langen Besetzung der Diodenblöcke für ein Bildelement führt und keine Verbesserung der Farbbild-Auflösung bewirkt.
• Ähnliche Konstruktionen sind in EP-A-0 075 858 und "Extended Abstracts of the 15th Conference on Solid State Devices and Materials", Sep.1983, Tokio, S. 205-208, H.Yamamoto u. a. "High speed contact type linear sensor array using a-Si pin diodes" gezeigt. In diesen Gebilden sind drei oder mehr Fotodioden nebeneinander auf einer einzigen Einzelelektrode oder einer gemeinsamen Elektrode angeordnet, so daß alle Fotodioden eine einzige Reihe bilden.
• Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Bildsensor-Array bereit zu stellen, welches ein Bild mit hoher Auflösung und hohem Signal/Rausch-Verhältnis reproduzieren kann.
• Eine andere Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein Farbbildsensor-Array bereitzustellen, von welchem ein Bild mit hoher Farbgenauigkeit reproduziert werden kann.
• Diese Aufgaben werden durch ein Farbbildsensor-Array erreicht, wie es im Anspruch 1 definiert wird; die abhängigen Ansprüche betreffen die Weiterentwicklungen der Erfindung.
• Entsprechend des Farb-Bildsensor-Array der vorliegenden Erfindung sind, wie im Anspruch 1 beschrieben wird, eine große Anzahl von Sätzen von Blockierungsdioden, Fotodioden und Filter an einer Einzelelektrode gebildet, und die Einzelelektroden sind parallel zueinander angeordnet. Dadurch wird die hohe Auflösung in einem reproduzierten Bild oder Farbbild erhalten. Hier ist die Minimisierung der Fotodioden nicht erforderlich. Folglich wird das Signal/Rausch- Verhältnis auf einem hohen Pegel gehalten.
• Die Blockierungsdioden sind jeweils unter den Fotodioden gebildet. Daher wird der Strom der Foto-Ladungsträger in den Fotodioden durch ein geeignetes Potential, das an die gemeinsame Elektrode angelegt wird, blockiert. Im Falle des Farb-Bildsensors werden, wenn zwei der gemeinsamen Elektroden auf geeignetem Potential gehalten werden, welches die Blockierungsdiode rückwärts vorspannt, ausschließlich die Foto-Ladungsträger von den Fotodioden der übriggebliebenen gemeinsamen Elektrode als Antwort auf das Abtasten der Einzelelektroden ausgelesen. Dieses führt zu einer hohen Farbgenauigkeit des reproduzierten Bildes.
• Entsprechend des verbesserten Farb-Bildsensor-Arrays der vorliegenden Erfindung wird zwischen die Blockierungsdiode und die Fotodiode eine leitende Foto-Schutzschicht eingefügt. Wenn dort keine Foto-Schutzschicht vorhanden ist, erreicht ein Teil des Lichtes, das auf die nicht ausgewählten Fotodioden fällt, die Blockierungsdioden darunter, was das Aus lesen der in den Blockierungsdioden erzeugten Foto-Ladungsträger erlaubt und zu einer schlechten Farbgenauigkeit eines reproduzierten Farbbildes führt. Durch die leitfähige Foto-Schutzschicht wird jedoch verhindert, daß derartiges Licht die Blockierungsdioden erreicht. Damit wird die Farbgenauigkeit in den reproduzierten Bildern weiter verbessert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
• Die obigen und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sollen durch die folgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den bei liegenden Zeichnungen besser verständlich werden, worin:
• Fig. 1(a) eine Schnittansicht des Foto-Sensorelementes nach dem Stand der Technik und Fig. 1(b) einen Grundriß eines Kontakt-Farb-Bildsensor-Arrays nach dem Stand der Technik darstellt, welches den in Fig. 1(a) gezeigten Foto-Sensor verwendet;
• Fig. 2 ein Schaltbild des Kontakt-Farb-Bildsensor-Arrays einschließlich einer Ansteuerungs-Schaltung nach dem Stand der Technik zeigt;
• Fig. 3(a) eine Schnittansicht des Foto-Sensorelements eines ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung und Fig. 3(b) den Grundriß eines Kontakt-Farb- Bildsensor-Arrays entsprechend des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels darstellt;
• Fig. 4 ein Schaltbild des Foto-Sensorelements einschließlich einer Ansteuerungs-Schaltung des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels darstellt;
• Fig. 5 eine Schnittansicht einer Blockierungsdiode und einer Fotodiode zur Erläuterung eines ersten und zweiten Beispiels von ihnen darstellt;
• Fig. 6 eine Schnittansicht einer Blockierungsdiode und einer Fotodiode zur Erläuterung eines dritten Beispiels von ihnen darstellt;
• Fig. 7 eine Schnittansicht einer Blockierungsdiode und einer Fotodiode zur Erläuterung eines vierten Beispiels von ihnen darstellt;
• Fig. 8 eine Schnittansicht einer Blockierungsdiode und einer Fotodiode zur Erläuterung eines fünften Beispiels von ihnen darstellt;
• Fig. 9 eine Schnittansicht eines zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung darstellt;
• Fig. 10 eine Schnittansicht eines dritten bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung darstellt;
• Fig. 11 eine Schnittansicht eines vierten bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung darstellt.
• Das konventionelle Kontakt-Farb-Bildsensor-Array wurde, wie in den Fign. 1(a) und 1(b) gezeigt wird, durch Herstellung mehrerer Foto-Sensorelemente 11 auf einem isolierenden Substrat 21, wie etwa Glas, hergestellt. Mehrere Einzelelektroden 22 aus Chrom wurden parallel zueinander auf dem Substrat 21 erzeugt. Eine α-Si-Schicht 23 wurde aufgetragen, um die Stirnflächen der Einzelelektroden 22 abzudecken. Eine Schicht der gemeinsamen Elektrode 24, eines transparenten leitenden Materials, wurde auf der α-Si-Schicht 23 gebildet, um die Stirnflächen der Einzelelektroden 22 zu bedecken. Die Photodioden wurden in der α-Si-Schicht 23 oder in der Grenzschicht zwischen der α-Si-Schicht 23 und der gemeinsamen Elektrode 24 gebildet. Die Fotodioden in der α-Si-Schicht 23 wurden durch Einbau von p- und n-Störstellen in das α-Si erzeugt, wodurch PN-oder PIN-Übergänge entstanden. Alternativ wurden Fotodioden durch Anwendung eines undotierten Materials als α-Si-Schicht 23, und Indium-Zinn-Oxid als gemeinsame Elektrode zur Erzeugung eines Schottky-Übergangs in der Grenzschicht gebildet. Andere Fotodioden waren vom MOS-Typ, welche durch Bildung eines transparenten Isolators zwischen der α-Si-Schicht 23 und der gemeinsamen Elektrode 24 erzeugt wurden.
• Die Foto-Schutzschicht 25 aus Chrom wurde auf der gemeinsamen Elektrode 24 aufgetragen, um die Auflösung der reproduzierten Bilder zu verbessern, sie könnte aber entfernt werden. Die Filter 26 wurden auf der gemeinsamen Elektrode 24 und der Foto-Schutzschicht 25 gebildet. Die Filter 26 enthalten rote Filter R, blaue Filter B und grüne Filter G, die die Fotodiode auf der jeweiligen Einzelelektrode 22 überdecken. Die roten, grünen und blauen Filter R, G, B wurden wiederholt in dieser Ordnung in einer Reihe angeordnet.
• Das Kontakt-Farb-Bildsensor-Array wird von Abtast-FET's 13, die jeweils zwischen der betreffenden Einzelelektrode 22 und einer Ausgangsleitung 17 angeschlossen sind, angesteuert, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Dieses Abtasten wird von Abtast-Schaltungen 14 gesteuert, die z. B. ein Schieberegister verwenden. Die FET's 13 und die Abtast-Schaltungen 14 sind aus integrierten Schaltkreisen 12 gebildet.
• Ein Bildelement eines Farbbildes wird durch die Ausgangs- Signale von drei Foto-Sensorelementen reproduziert, die ein rotes Filter R, ein blaues Filter B und ein grünes Filter G besitzen. Die Auflösung des reproduzierten Bildes war geringer als ein Drittel eines reproduzierten Bildes eines monochromen Bildes. Diese Auflösung kann verbessert werden durch Vergrößerung der Dichte der Foto-Sensorelemente in ihrer Reihe. Dieses Abmessung führt zu einer Verminderung der Oberfläche jedes Foto-Sensorelementes und folglich, wegen der Verringerung der angesammelten Foto-Ladungsträger, zu einer Verschlechterung des Signal-Rausch-Verhältnisses des Ausgangssignals.
• Die Auflösung kann auch verbessert werden, wenn die Foto- Sensorelemente in drei Reihen formiert werden, wobei jede Reihe von Fotosensoren gebildet wird, die gleiche Farbfilter besitzen. In Fax- oder Kopiergeräten wird das Foto-Sensor-Array senkrecht zur Reihe der Foto-Sensorelemente über die Vorlage bewegt. Die Auflösung in Richtung senkrecht zur Reihe kann durch Erhöhung der Abtast-Geschwindigkeit verbessert werden. Die Auflösung in Richtung parallel zur Reihe kann durch die oben erwähnte dreireihige Foto-Sensor- Anordnung verbessert werden. Diese dreireihige Anordnung steht jedoch einem anderen Problem gegenüber, der Verschlechterung der Farbgenauigkeit.
• Genauer werden, obwohl jede Reihe von Foto-Sensorelementen unabhängig durch Steuerpotentiale an den entsprechenden gemeinsamen Elektroden in den drei Reihen angesteuert werden kann, fließen die Foto-Ladungsträger, die in einem Foto- Sensorelement auf einer Einzelelektrode angesammelt werden, zusammen mit den Foto-Ladungsträger, die an den anderen beiden Foto-Sensorelementen auf derselben Einzelelektrode angesammelt werden, beim Ansteuern der Einzelelektrode zur individuelle Elektrode. Das verschlechtert die Farbgenauigkeit des reproduzierten Bildes.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
• Ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel besitzt drei Reihen von Foto-Sensorelementen auf einem isolierenden Substrat 31, wie z. B. Glas. Es werden mehrere Einzelelektroden 32 durch Ausfällen von Chrom mit einer Dicke von 70 nm (700 Å) aufgebracht und geäzt, um Stege mit einer Breite von 100 um zu bilden. Durch diese Breite von 100 um wird eine Reihendichte von 8 Elementen/mm erreicht. Die Blockierungsdioden 37, die a-Si-Schicht 38 und die Fotodioden 39 werden aufeinanderfolgend an den Stirnflächen der entsprechenden Einzelelektroden 32 erzeugt. Diese können durch aufeinanderfolgendes Abscheiden des α-Si's erzeugt werden. Das α-Si wird gewöhnlich durch Zersetzen von SiH&sub4;- oder Si&sub2;H&sub6;-Gas bei Glimmentladung abgeschieden. Das α-Si wird einer selektiven Ätzung unterworfen und es wird eine Vielzahl rechteckiger 100 um · 140 um große Inseln erzeugt, gefolgt von einer SiO&sub2;-Beschichtung von 1 um, als Passivierungsschicht 33. Die drei gemeinsamen Elektroden 34, 34' und 34'' werden senkrecht zu den Reihen der Einzelelektroden 32 auf den Fotodioden 39 hergestellt. Die Blockierungsdioden 37, die a- Si-Schicht 38 und die Fotodiode 39 sind an jedem Übergang zwischen den Einzelelektroden 32 und den gemeinsamen Elektroden 34, 34' und 34'' gestapelt. Die Blockierungsdioden 37 können als PN-Dioden oder PIN-Dioden durch Einbau von p- oder n-Störstellen hergestellt werden, als Schottky-Dioden durch Verwendung eines undotierten α-Si als α-Si und Chrom für die Einzelelektrode 32 oder als MIS-Dioden durch Einbringen einer Isolierschicht zwischen die α-Si-Schicht und die Einzelelektroden 32. Hier werden Schottky-Dioden verwendet. Ähnlich können die Fotodioden 39 als PN-Dioden oder PIN-Dioden, Schottky-Dioden oder MIS-Dioden erzeugt werden. Dieses Ausführungsbeispiel verwendet Schottky-Dioden aus undotiertem α-Si als α-Si und Indium-Zinn-Oxid als gemeinsame Elektroden 34, 34' und 34''. Die Dicke der α-Si-Schicht 38 beträgt zum Beispiel 100 nm (1.000 Å). Die Dicke der α- Si-Schichten für die Fotodioden 39 und die Blockierungsdioden 37 beträgt jeweils 1 um.
• Nachdem die Passivierungsschicht 33 auf den Fotodioden 39 weggeätzt wurde, werden drei gemeinsame Elektroden 34, 34' und 34'' durch Aufdampfen transparenten Leitungsmaterials, wie z. B. Indium-Zinn-Oxid, mit einer Dicke von 0,06 um erzeugt, Foto-Schutzschichten 35 durch Aufdampfen von Chrom mit einer Dicke von 150 nm (1.500 Å), um die gemeinsamen Elektroden 34, 34' und 34'' im Zentrum der entsprechenden Fotodioden 39 freizulegen. Diese Foto-Schutzschicht 35 wird zur Verbesserung der Auflösung gebildet, kann aber weggelassen werden. Zum Schluß decken Farbfilter 36 die freiliegenden gemeinsamen Elektroden 34, 34' und 34'' und die Foto- Schutzschichten 35 ab. Es werden drei Typen von Farbfiltern benutzt, rote Filter R, grüne Filter G und blaue Filter B. Auf den gleichen gemeinsamen Elektroden werden die gleichen Farbfilter erzeugt, um parallele Reihen aus roten Filtern R, grünen Filtern G und blauen Filtern B zu bilden. Es soll die Herstellung der Farbfilter 36 erläutert werden. Nachdem Polymerharz aufgeschichtet ist, wird es mit drei Farbstoffarten durchsetzt. Beispiele für die Farbenstoffarten sind Eastman-Polyesterblue 4RL (ein Handelsname) für Blau, Eastman-Polyesterred 901 (ein Handelsname) für Rot und eine Mischung aus Eastman-Yellow R-GPN und Eastman-Blue BGN (beides Handelsnamen) für Grün. Die Form jedes Farbfilters sind Rechtecke von 180 um · 220 um. Es sind auch andere Sätze von Farbfiltern anstelle der roten, grünen und blauen Filter anwendbar. Beispiele für andere Sätze sind weiß, gelb und cyan, weiß, grün und cyan, weiß, grün und gelb und grün, cyan und gelb.
• Die Schaltung zum Ansteuern des Farb-Bildsensor-Arrays ist in Fig. 4 gezeigt. Die entsprechenden gemeinsamen Elektroden 34, 34' und 34'' sind mit Anschlüsse 45, 46 und 47 auf dem isolierenden Substrat verbunden. Die Einzelelektroden 32 sind jeweils über MOS-FETs 43 mit dem Ausgangsanschluß 48 verbunden. Der Ausgangsanschluß ist typischerweise zur Erzeugung von Ausgangspotentialen über einen Außenwiderstand geerdet. Die MOS-FETs 43 werden von Abtast-Schaltungen 44 abgetastet. Ein Beispiel für die Abtast-Schaltungen 44 ist ein Schieberegister, das einen Eingangsimpuls schiebt, der an den Anschluß 49 angelegt wird. So wie der Eingangsimpuls geschoben wird, werden die FETs 43 nacheinander in den leitenden Zustand gesteuert. Die Anschlüsse 45, 46 und 47 werden auch abgetastet und erhöhen ihr Potential aufeinanderfolgend auf einen Wert, der notwendig ist, um die Fotodioden 39 von einem Grundpotential vorwärts vorzuspannen. Das die Fotodioden 39 vorspannende Potential beträgt zum Beispiel sechs Volt.
• Wie aus den Zeichnungen der Fign. 3(a) und 3(b) deutlich wird, sind die drei Foto-Sensorelemente zum Erkennen der drei Primärfarben auf einer Einzelelektrode angebracht. Ein Bildelement eines Farbbildes wird durch die Ausgangs- Signale dieser drei Foto-Sensorelemente erzeugt. Deshalb ist die Auflösung in Richtung senkrecht zu den Einzelelektroden 32 auf hohem Niveau zu halten. Um eine derart hohe Auflösung zu erhalten, ist die Fläche der Foto-Sensorelemente nicht verkleinert worden. In jedem Foto-Sensorelement können genügend Foto-Ladungsträger angesammelt werden. Dieser Umstand hält das Signal/Rausch-Verhältnis in dem Ausgangs-Signal hoch.
• Weiterhin ist eine Fotodiode 39 in einem Foto-Sensorelement vorwärts vorgespannt, um durch das Abtasten der FETs 43 und der Anschlüsse 45, 46 und 47 den Fluß der angesammelten Foto-Ladungsträger zum Ausgangsanschluß 48 zu ermöglichen. In diesem Augenblick ist die ausgewählte Einzelelektrode 32 mit den anderen beiden Foto-Sensorelementen verbunden. Die Ströme der Foto-Ladungsträger von den Fotodioden in den nicht ausgewählten Foto-Sensorelementen wird jedoch durch die Blockierungsdioden 37 gesperrt. Somit werden die Foto- Ladungsträger der nicht ausgewählten Foto-Sensorelemente nicht mit dem Ausgangs-Signal des ausgewählten Foto-Sensorelementes gemischt, was zu einer großen Farbgenauigkeit des reproduzierten Bildes führt.
• Weiterhin sind eine Blockierungsdiode 37 und eine Fotodiode 39 über eine α-Si-Schicht 38 aufgeschichtet. Dieser Aufbau spart Platz auf dem isolierenden Substrat 31 und bietet die Möglichkeit, jedes Foto-Sensorelement in Richtung parallel zu den Einzelelektroden 32 zu erweitern. Die erweiterten Foto-Sensorelemente verbessern weiter das Signal-Rausch- Verhältnis in den Ausgangs-Signalen.
• In dem oben erwähnten ersten Ausführungsbeispiel ist die α- Si-Schicht 38 vorzugsweise aus n-Material. Es kann aber durch jedes andere leitende Material ersetzt werden, das einen ohmschen Kontakt mit dem α-Si in der Blockierungsdiode 37 und der Fotodiode 39 bildet.
• In den Fign. 5 bis 8 sind andere Beispiele für die Blockierungsdiode 37 und die Fotodiode 39 in Schnittansichten gezeigt. Das erste Beispiel verwendet NIP-Dioden. Auf einem Streifen von Einzelelektroden 32 ist eine n-leitende α-Si- Schicht 51 mit einer Dicke von 50 nm (500 Å) aufgetragen und darauf eine hochohmige undotierte a-Si-Abscheidung 52, die eine Dicke von 500 nm (5.000 Å) und eine p-leitende α- Si-Schicht 53, das eine Dicke von 60 nm (600 Å) besitzt, um eine Blockierungsdiode 37 mit NIP-Übergang zu bilden. Eine n-leitende α-Si-Schicht 54 wird auf die p-leitende α-Si- Schicht mit einer Dicke von 200 nm (2.000 Å) aufgetragen. Dieses kann durch ein anderes geeignetes leitendes Material ersetzt werden, das einen ohmschen Kontakt mit der p-leitenden α-Si-Schicht 53 bildet, oder bei Verwendung einer dicken p-leitenden α-Si-Schicht, wie die α-Si-Schicht 53, weggelassen werden. Auf die leitende α-Si-Schicht 54 werden aufeinanderfolgend eine p-leitende α-Si-Schicht 53' mit 50 nm (500 Å), eine undotierte hochohmige α-Si-Schicht 52' von 500 nm (5.000 Å) und eine n-leitende α-Si-Schicht 51' von 20 nm (200 Å) aufgetragen, um eine Fotodiode 38 mit NIP- Übergang zu bilden. Wie mit Hinweis auf Fig. 3(a) dargelegt wurde, sind die gemeinsame Elektrode 34, die Foto-Schutzschicht 35 und das Farbfilter 36 auf der Fotodiode gebildet. Hier ist es deutlich für den Fachmann, daß die α-Si- Schichten 51 und 51' und die α-Si-Schichten 53 und 53' zur Erzeugung von PIN-Dioden von n- in p-leitende beziehungsweise von p- in n-leitende geändert werden können. Hier kann Bor schwach in die hochohmige α-Si-Schichten 52 und 52' dotiert werden.
• Das zweite Beispiel nutzt eine NIP-Diode und eine Diode, die einen Hetero-Übergang verwendet, als Blockierungsdiode 37 und die Fotodiode 38. Da die Schnittansicht die gleiche ist, wie in Fig. 5, wird dieses zweite Beispiel mit Hinweis auf eben diese Fig. 5 beschrieben. Für die p-leitende α-Si- Schicht 53' wird nur ein p-leitendes amorphes Silizium-Carbid verwendet. Das Silizium-Carbid kann durch Zersetzen einer Mischung der Gase von SiH&sub4; oder Si&sub2;H&sub6; und CH&sub4; oder C&sub2;H&sub6; in einer Glimmentladungs-Atmosphäre abgeschieden werden. Diese Zersetzung kann in der gleichen Apparatur durchgeführt werden, die für die Zersetzung des α-Si's, des hochohmigen undotierten α-Si's, des n-leitenden α-Si's und das p-leitenden α-Si's benutzt wurde, die, ähnlich wie im ersten Beispiel, für die α-Si-Schichten 52 und 52', die α- Si-Schichten 51 und 51' und die α-Si-Schicht 53 verwendet werden. Die leitende α-Si-Schicht 54 ist auch die gleiche. Die Hetero-Übergang-Fotodiode, die amorphes Silizium-Carbid verwendet, besitzt eine gute Empfindlichkeit für sichtbare Strahlung der Wellenlängen zwischen 400 und 500 nm.
• Das dritte, in Fig. 6 gezeigte Beispiel, verwendet eine Schottky-Diode als Fotodiode 38 und eine NIP-Diode als Blockierungsdiode 37. In diesem Beispiel ist die n-leitende α-Si-Schicht 51' vom ersten Beispiel entfernt worden, um einen direkten Kontakt zwischen der undotierten hochohmigen α-Si-Schicht 52' und der gemeinsamen Elektrode 34 zu ermöglichen. Ein derartiger direkter Kontakt erzeugt einen Schottky-Übergang, wenn das geeignete transparente Leitungsmaterial, wie zum Beispiel Indium-Zinn-Oxid, als gemeinsame Elektrode 34 verwendet wird.
• Das vierte, in Fig. 7 gezeigte Beispiel, verwendet eine MIS- Diode als Fotodiode 38 und eine NIP-Diode als Blockierungsdiode 37. Die Blockierungsdiode wird aus einer n-leitenden α-Si-Schicht 51 von 100 nm (1.000 Å), einer undotierten hochohmigen α-Si-Schicht 52 von 700 nm (7.000 Å) und einer p-leitenden α-Si-Schicht 53 von 100 nm (1.000 Å) gebildet, ähnlich den oben erwähnten ersten bis dritten Beispielen.
• Die Fotodiode 38 wird aus einer p-leitenden α-Si-Schicht 53 von 100 nm (1.000 Å), einer undotierten hochohmigen α-Si- Schicht 52' von 700 nm (7.000 Å), einer isolierenden Schicht 55 von 20-30 nm (200-300 Å), wie etwa Siliziumnitrid oder Siliziumoxid, und einer gemeinsamen Elektrode 34 erzeugt. Das Siliziumnitrid kann durch Zersetzen eines Gemisches der Gase von SiH&sub4; oder Si&sub2;H&sub6; und von NH&sub3; oder N&sub2; in einer Glimmentladungs-Atmosphäre abgeschieden werden. Ähnlich kann das Siliziumoxid durch Zersetzen eines Gemisches der Gase von SiH&sub4; oder Si&sub2;H&sub6; und von N&sub2;O, CO&sub2; oder O&sub2; in einer Glimmentladungs-Atmosphäre abgeschieden werden. Diese Zersetzungen können in der gleichen Apparatur durchgeführt werden, wie die Zersetzung des α-Si, um die ununterbrochene Beschichtung von α-Si und dem isolierenden Material zu ermöglichen. Die undotierten hochohmigen α-Si- Schichten 52 und 52' können schwach mit Bor dotiert sein.
• Das fünfte in Fig. 8 gezeigte Beispiel nutzt eine Schottky- Diode als Foto-Diode 38 und eine Kombinations-Diode mit einem Schottky- und einem Hetero-Übergang als Blockierungsdiode 37. Eine hochohmige α-Si-Schicht 52 ist direkt auf die Einzelelektrode 32 aus Chrom aufgebracht, um einen Schottky-Übergang zu bilden. Eine p-leitende Silizium-Carbid-Schicht 56 ist auf die α-Si-Schicht 52 aufgetragen, um einen Hetero-Übergang zu erzeugen. Die Blockierungsdiode 37 wird aus einer Kombination von Schottky- und Hetero-Übergang gebildet. Über einer leitenden α-Si-Schicht 54 ist eine p-leitende α-Si-Schicht 53' auf die Blockierungsdiode aufgebracht. Dann ist eine andere hochohmige α-Si-Schicht 52' aufgetragen. Eine gemeinsame Elektrode 34 aus Indium- Zinn-Oxid ist zur Erzeugung eines Schottky-Übergangs auf der hochohmigen α-Si-Schicht 52 gebildet worden. Die Fotodiode 38 nutzt den Schottky-Übergang. Hier können die hochohmigen α-Si-Schichten 52 und 52' aus undotiertem α-Si oder schwach mit Bor dotiertem α-Si bestehen.
• Ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel hat eine ähnliche Struktur, wie das erste bevorzugte Ausführungsbeispiel, wie in Fig. 9 gezeigt wird. Der Grundriß ist derselbe wie in Fig. 3(b) und die gleichen Bezugsnummern werden in Fig. 6 genutzt, ausgenommen für die Struktur der Fotodioden 38 und den Blockierungsdioden 37. Die Blockierungsdioden 37 werden auf der Einzelelektrode 32 durch Abscheidung einer n-leitenden α-Si-Schicht 61, einer undotierten hochohmigen α-Si- Schicht 62 und einer p-leitenden α-Si-Schicht 63 zur Bildung einer NIP-Diode erzeugt. Dann wird Molybdän mit einer Dicke von 100 nm (1.000 Å) zur Bildung einer Foto-Schutzschicht 64 aufgetragen. Die Fotodioden 38 werden danach auf der Foto-Schutzschicht 64 durch Abscheiden einer p-leitenden a-Si-Schicht 63', einer undotierten hochohmigen α-Si- Schicht 62' und einer n-leitenden α-Si-Schicht 61' zur Bildung von NIP-Dioden erzeugt.
• Die Foto-Schutzschicht 64 verhindert, daß das ausgestrahlte Licht zur Blockierungsdiode 37 durchdringt. Wenn das Licht durch die Fotodiode 38 zu den Blockierungsdioden 37 durchdringt, werden in der Blockierungsdiode Foto-Ladungsträger erzeugt, die zu den Einzelelektroden 32 fließen. Derartige zusätzliche Foto-Ladungsträger, die in den nichtausgewählten Foto-Sensorelementen auf einer ausgewählten Einzelelektrode 32 erzeugt werden, fließen zusammen mit den Foto-Ladungsträger, die im ausgewählten Foto-Sensorelement erzeugt werden, zur ausgewählten Einzelelektrode 32, was zu einer Verschlechterung der Farbgenauigkeit des reproduzierten Bildes führt. Die Foto-Schutzschicht 64 aus Molybdän verhindert durch Abblocken des durchdringenden Lichtes eine derartige Verschlechterung der Farbgenauigkeit. Deshalb ist das Material der Foto-Schutzschicht nicht auf Molybdän beschränkt, sondern es kann auch ein anderes leitendes Material, wie Aluminium, Nickel, Chrom, Platin und leitender Kohlenstoff sein, welches einen ohmschen Kontakt mit den beiden p-leitenden α-Si-Schichten 63 und 63' bildet und eine ausreichende Dicke besitzt, das Licht abzublocken.
• Die Fotodioden 38 und die Blockierungsdioden 37 können als PIN-Dioden, Hetero-Übergangs-Dioden oder Schottky-Dioden gebildet werden, wie in den ersten bis fünften Beispielen des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels dargestellt wurde. Die Zwischenschicht aus einer leitenden α-Si-Schicht 54 ist durch eine Foto-Schutzschicht 64 aus leitendem Metall oder desgleichen ersetzt.
• Ein drittes bevorzugtes Ausführungsbeispiel besitzt auch den gleichen Grundriß wie in Fig. 3(b). In Fig. 10 wird nur die Schnittansicht gezeigt. Die Passivierungsschicht 33 aus Silizium-Oxid, die Polymerharz-Schicht 69 und die Farbfilter 60 sind detaillierter dargestellt, als in den Fign. 3(b) und 9. Die Passivierungsschicht 33 aus SiO&sub2; wird zur Verhinderung eines Leckstromes durch die Seitenflächen der Foto-Sensorelemente mit 0,8 um aufgetragen. Die Passivierungsschicht 33 wird in den zentralen Teilen der Oberflächen der Foto-Sensorelemente entfernt, um die zentralen Teile freizulegen. Transparente gemeinsame Elektroden 34 aus Indium-Zinn-Oxid von 0,06 um decken die freigelegten zentralen Teile und die angrenzenden Oberflächen der Passivierungsschicht 33 ab. Die Foto-Schutzschicht 35 aus Chrom, die eine Dicke von 0,1 um besitzt, ist auf die gemeinsamen Elektroden 34, außer den freigelegten zentralen Teilen, aufgebracht worden. Dann wird zum Abdecken der Passivierungsschicht 33, den gemeinsamen Elektroden 34 und der Foto-Schutzschicht 25 eine Polymerharz-Schicht 69 aufgetragen. Danach werden durch thermische Diffusion Farbstoffe in die Polymerharz-Schicht 69 in den oberen Teilen der Foto-Sensorelemente zur Bildung der Farbfilter 60 in rot, blau und gelb eingebracht.
• Die jeweiligen Foto-Sensorelemente bestehen aus einer Fotodiode 38, einer Blockierungsdiode und einem dazwischengelegtem Foto-Absorber 57. Die Fotodioden 38 und die Blockierungsdioden 37 sind NIP-Dioden und werden aus n-leitenden α-Si-Schichten 51 und 51', hochohmigen α-Si-Schichten 52 und 52' und p-leitenden α-Si-Schichten 53 und 53' erzeugt. Die hochohmigen α-Si-Schichten 52 und 52' können aus undotiertem α-Si oder schwach mit Bor dotiertem α-Si bestehen. Der Foto-Absorber 57 arbeitet wie die Foto-Schutzschicht 64 des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels durch Absorbtion des Lichtes, welches die Fotodioden durchdringt. Ein Beispiel des Materials des Foto-Absorbers 57 ist amorphes Germanium, das eine Dicke von 0,2 um besitzt, und welches beim Zersetzen von Germanium (GeH&sub4;) in einer Glimmentladungs-Atmosphäre abgeschieden wird. Das Material für den Absorber 57 kann auch amorpes Silizium-Germanium sein, welches durch Zersetzen eines Gasgemisches aus German (GeH&sub4;) und Silan (SiH&sub4;) in einer Glimmentladungs-Atmosphäre abgeschieden wird, wie in "Journal of Electrochemical Society" Dez. 1982, S. 2850-2855, beschrieben wurde. Dieser Absorber 57 kann in der gleichen Apparatur wie für die Zersetzung des α-Si erzeugt werden. Deshalb können die Blockierungsdioden 37, die Absorber 57 und die Fotodioden 38 nacheinander in der gleichen Apparatur hergestellt werden. Das amorphe Germanium besitzt ohne Dotierung mit Störstellen einen geringen spezifischen Widerstand, aber das amorphe Silizium-Germanium muß seinen Widerstand durch Dotierung mit Störstellen verringern. Das Licht, das eine Wellenlänge von etwa 650 nm besitzt, passiert die α-Si-Fotodiode, aber es wird von dem amorphen Germanium bzw. amorphen Silizium-Germanium absorbiert. Dadurch wird, wie in dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel beschrieben ist, eine hohe Farbgenauigkeit des reproduzierten Bildes erhalten. Es ist unnötig zu sagen, daß bei Ersatz der Zwischenschicht aus leitendem α-Si 54 durch amorphes Germanium oder amorphes Silizium-Germanium der Aufbau der ersten fünf Beispiele auf die Blockierungsdioden 37 und die Fotodioden 38 des dritten bevorzugten Ausführungsbeispiels anwendbar ist.
• Ein viertes bevorzugtes Ausführungsbeispiel, das in Fig. 11 gezeigt ist, besitzt, mit Ausnahme der Foto-Sensorelemente, den gleichen Aufbau, wie das dritte bevorzugte Ausführungsbeispiel. Die Foto-Sensorelemente bestehen aus einer Blockierungsdiode 37, einer Fotodiode 38 und einem dazwischengelegten Licht-Absorber 57, ähnlich dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel. Die Blockierungsdioden 37 sind NIP-Dioden und werden aus einer n-leitenden α-Si-Schicht 51 von 0,2 um, einer hochohmigen α-Si-Schicht 52 von 0,6 um und einer p-leitenden α-Si-Schicht 53 von 0,2 um gebildet. Der Licht-Absorber 57 ist undotiertes amorphes Germanium von 0,2 um oder störstellendotiertes amorphes Silizium-Germanium von 0,4 um. Die Fotodioden 38 sind NIP-Dioden, werden aber aus einer p-leitenden amorphen Silizium-Germanium- Schicht 73 von 0,2 um, einer hochohmigen amorphen Silizium- Germanium-Schicht 72 von 0,6 um und einer n-leitenden amorphen Silizium-Schicht 71 gebildet.
• Da das α-Si, das amorphe Germanium und das amorphe Silizium-Germanium in der gleichen Apparatur durch Zersetzen von Silan und/oder German abgeschieden werden kann, können auch alle Blockierungsdioden 37, die Licht-Absorber 57 und die Fotodioden 38 nacheinander in der gleichen Apparatur hergestellt werden. Weiterhin wird, da die Fotodioden 38 amorphes Silizium-Germanium verwenden, das rote Licht mit einer Wellenlänge von etwa 650 nm in den Fotodioden 38 absorbiert, um zu verhindern, daß diese die Blockierungsdioden 37 erreichen. Allgemein hängt das Ansteigen des Germanium-Anteils in dem amorphen Silizium-Germanium von dem Absorptions-Effekt des roten Lichtes ab, aber es verschlechtert den Leckstrom der Fotodioden. Deshalb ist Germanium in solcher Menge im Material, das die Fotodiode bildet, enthalten, daß der Leckstrom nicht ansteigen kann.
• Genauer gesagt enthält die am höchsten liegende n-leitende Schicht 71 kein amorphes Germanium, die ohmsche Widerstands-Schicht 72 und die unterste p-leitende Schicht 73 enthalten 30% amorphes Germanium. Im Ergebnis wird eine ausgezeichnete Farbgenauigkeit des reproduzierten Bildes erreicht.

Claims (3)

1. Farbbild-Sensorfeld mit

einem Substrat (31) mit einer isolierenden Oberfläche, einer Vielzahl individueller Elektroden (32), die auf der isolierenden Oberfläche ausgebildet sind, wobei die individuellen Elektroden parallel zueinander angeordnet sind,

einer Vielzahl Diodenblöcke (37, 39), die in gleichen Gruppen von zumindest drei in einer Reihe auf jeder der individuellen Elektroden ausgebildet sind,

wobei jeder Diodenblock aus einem vertikalen Stapel (51-54, 51'-53') aus einer Fotodiode (39) und einer unterliegenden Blockierungsdiode (37) besteht, wobei dies Dioden in Reihe geschaltet sind, so daß die Blockierungsdiode einen Stromfluß von der Fotodiode steuern kann, und

wobei die Diodenblöcke in Form einer Matrix angeordnet sind, wobei

jede Reihe der Matrix die Gruppe von zumindest drei Diodenblöcke aufweist, die auf jeder der entsprechenden individuellen Elektrode ausgebildet ist, und

jede Spalte der Matrix aus entsprechenden Diodenblöcke auf jeweils der individuellen Elektroden besteht,

gemeinsamen Elektroden (34) eines transparenten leitenden Materials, wobei die gemeinsamen Elektroden auf den Diodenblöcke ausgebildet sind, um jede Spalte der Diodenblöcke mit einer der gemeinsamen Elektroden zu verbinden, und

einer Vielzahl Farbfilter, die die Matrix der Diodenblöcke in einer vorgegebenen Weise abdecken.

2. Farbbild-Sensorfeld nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppe von zumindest drei Diodenblöcke in der Reihe der Matrix aus drei Diodenblöcken besteht, und daß der Farbfilter drei Arten Filterelemente aufweist, die in verschiedenen Farben empfindlich sind.

3. Farbbild-Sensorfeld nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Diodenblöcke eine leitende Fotoabschirmschicht (54) aufweist, die zwischen die Fotodiode und die Blockierungsdiode in dem Stapel eingefügt ist.