JPS5823698B2 - サツゾウカンヨウハンドウタイタ−ゲツト - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体ターゲット型ビジコン（以下ビジコンと
略称する）のターゲットの改良に関するものである。

ビジコンは、半導体単結晶基板上にモザイク状に多数の
光感応素子を配列した半導体ターゲットを用いた撮像管
であって、各光感応素子に逆バイアスを印加した際に生
じる遷移領域容量を利用した蓄積モードで動作する。

したがって、ビジコンの暗電流Ｉｄｓｊは、半導体ター
ゲットの各光感応素子間をパッジベイトしている絶縁物
層と半導体との界面に存在する界面準位による再結合電
流が支配的であって、 Ｉｄｓｊ＝ＱｎｉＳｏＡｓ −・・−＝−（１）と表
わせる。

ここでＱは電子の電荷、Ｎｉは半導体の真性キャリア濃
度、Ｓｏは表面再結合速度、Ａｓは半導体ターゲットの
電子ビームにより走査される面積の内、遷移領域と絶縁
物層との接合面積である。

さらに表面再結合速度Ｓｏは、界面準位が５ｃｈｅｃｋ
ｌｅｙ−Ｒｅａｄ−Ｈａｌｌ型単−レベル中心であって
半導体の禁制帯内にエネルギー的に均一に分布している
とき Ｓｏ＝σｓ Ｖ ＋ ｈπｋＴＮｓｓ −−・・（２
）き表わせる。

ここでｖ＋ｈは半導体内のキャリアの熱速度、ｋはボル
ツマン定数、Ｔは半導体ターゲットの絶対温度、Ｎｓｓ
は界面準位密度、σＳは界面準位の電子および正孔に対
する捕獲断面積をそれぞれσｓｎおよびσｓｐとすると
きσＳ＝σｓｎ’σ＄ｐ／２で表わされる界面準位の実
効捕獲断面積である。

式（１）および式（２）より明らかなようにビジコン暗
電流は、半導体ターゲットの絶縁物層−半導体界面に存
在する界面準位の密度に大きく依存する。

従来構造の半導体ターゲットでは、半導体とし、てＳｉ
を用いた場合、絶縁物層としては乾燥酸素雰囲気での高
温熱酸化による５ｉ０２層を用い、さらに水素雰囲気内
での低温アニールを行うことによりＳ ｉ ０２−８
ｉ界面から５ｉ０２層にかけて存在するＳ ｉ −０結
合の欠陥部にＨ”４オンを導入して界面準位密度を１０
１０ＣｒｒＬ−２ｅ■−１程度まで減少させている。

このときの暗電流は５ｎＡ程度である。しかしながら、
従来構造の半導体ターゲットを用いたビジコンを長時間
動作させると動作時間に関してはほぼリニアに、またフ
ィールドメツシュの電圧に関しては４ないし５乗の大き
さで増加してゆく。

一般に撮像管のダイナミックレンジは、その撮像管から
取り出し得る最大信号電流と暗電流との比で定まるので
、ビジコンから取り出し得る最大信号電流は半導体ター
ゲットの各光感応素子における遷移領域容量で定まる。

これは界面準位密度に依存しないために、暗電流の増加
はダイナミックレンジの低下を意味する。

さらに、ビジコンにおいては、フィールドメツシュは通
常３００■で動作させているが、フィールドメツシュの
電圧をより高くすることにより解像度が大きく改善され
る。

たとえば、フィールドメツシュの電圧を３００■で動作
させたときの限界解像度が６００ＴＶ本程度であっても
、フィールドメツシュの電圧を５００ないし７５０ｖで
動作させると限界解像度を７００ないし８００ＴＶ本程
度まで上げることが可能である。

しかしながら、ビジコンの暗電流は前述のごとくフィー
ルドメツシュの電圧に関して４ないし５乗の大きさで増
加するから、ビジコンを高解像度化するために、フィー
ルドメツシュ電圧を高くして動作させると、通常の３０
０ｖ動作に比較してはるかに速く暗電流が増加し、ダイ
ナミックレンジも大きく低下してしまう。

さらにまた、ビジコンの暗電流増加によるダイナミック
レンジの低下は、フィールドメツシュを通常の３００ｖ
で動作させたときでさえ、電子銃からの電子ビーム放射
の減衰よりも早く起るためにビジコンの寿命は半導体タ
ーゲットの暗電流増加によって限定されてしまう。

従来構造の半導体ターゲットでは、５ｔ０２ Ｓｉ界
面からＳ ｉ０２層内にかけて存在する５ｉ−０結合の
欠陥部に導入されたＨ＋／１′オンは、５ｉ−Ｈ結合の
エネルギーは３ｅ■程度、またＯ−Ｈ結合のエネルギー
は５ｅ■程度であるため、フィールドメツシュ電圧とほ
ぼ等価なエネルギーを有するＸ線によって容易に励起さ
れて自由イオンになり、−さらに５ｔ０２層内で７）Ｈ
”、Ｉ’オンの移動度が非常に大きいために容易に５ｉ
０２層表面からＨ２となって脱は出す結果、界面準位密
度が増加し、暗電流が増加する欠点があった。

すなわち、従来構造の半導体ターゲットではＸ線によっ
て界面準位密度が増加することは不可避の現象であり、
ビジコンとして長時間動作させたときの暗電流増加によ
るダイナミックレンジの低下を避けることは不可能であ
った。

さらにまた、フィールドメツシュ電圧を高くすることに
よって高解像度化針か４こともできなかった。

本発明の目的は前記従来の欠点を除去し、改良された撮
像管用半導体ターゲットを提供することにある。

本発明の第１の発明によれば、半導体基板にそれぞれ独
立した多数個の光感応素子がモザイク状に設けられ、か
つ、該各党感応素子間がＳ １３ Ｎ４層を含む多重層
絶縁体によってパッジベイトされた構成を基本構造とす
る撮像管用半導体ターゲットが得られる。

また本発明の第２の発明によれば、半導体単結晶基板に
それぞれ独立した多数個の光感応素子がモザイク状に設
けられ、かつ、該各党感応素子間１がその表面において
、Ｓｉ３Ｎ４層を含む多重層絶縁体によってパッジベイ
トされていると共に該絶縁体表面および前記各光感応素
子表面を覆うように半絶縁物層が設けられていることを
特徴とする撮像管用半導体ターゲットが得られる。

さらに本発明の第３の発明によれば、半導体単結晶基板
にそれぞれ独立した多数個の光感応素子がモザイク状に
設けられ、かつ、該各党感応素子間がその表面において
Ｓ ｉ３ Ｎ４層を含む多重層絶縁体によってパッジベ
イトされていると共に、該。

絶縁体の一部を除いた絶縁体表面および前記各光感応素
子表面を金属もしくは不純物を高濃度に含む半導体層よ
りなる導電体層で被覆してなることを特徴とする撮像管
用半導体ターゲットが得られる。

ノ以下本発明について図面により詳述する。

第１図は、本発明の第１の発明の一実施例を示す断面図
である。

このターゲットはｎ型半導体領域（以下ｎ型領域と略記
す）１と該ｎ型領域１の一生表面に不純物拡散によりモ
ザイク状に形成さ」れたｎ型半導体領域（以下ｎ型領域
と略記す）２と、各ｎ型領域２の表面間をバッジベイト
せしめる５ｉ０２層３と、Ｓｉ３Ｎ４層４とからなる格
子状絶縁体層とから構成されている。

前記の構成によれば、ｎ型領域２がモザイク状シに形成
されている側から入射したＸ線７によって５ｉ０２層内
で自由イオンとなったＨ”４オンは、５ｉ３Ｎ、層内で
の移動度がＳ ｉ０２層内での移動度に比較し１／１０
００ないし１／１．００００以下であることから、Ｓｉ
Ｏ２層内からほとんど脱は出るこ：とが出来ず、−走査
時間（１７３０秒）に比較してかなり短かい緩和時間を
もって再び５ｉ−０結合の欠陥部を補償することになる
。

この過程は時間的には完全にランダムなものと考えられ
るから、時間的な平均を考えれば５ｉ−０結合の欠陥部
には。

はとんどつねにＨ＋／１′オンが存在するものと考えて
よい。

したがって、本発明の構成によれば、５ｉ０２− Ｓ
ｉ界面に存在する界面準位のＸ線による増加は、従来構
造の半導体ターゲットに比較してはるかに少なくなり、
その結果暗電流の増加も低減され、ダイナミックレンジ
の低下を著るしく抑制することができる。

このような構成は、例えば次のようにして作る。

ｎ型Ｓｉ表面を乾燥酸素雰囲気中で高温熱酸化により１
００〜１０００人の厚さの５ｉ０２層で覆い、次ニＣＶ
−Ｄ法ニヨルＳｉ３Ｎ４層テ５ｉ０２層表面ヲ覆う。

この５ｔ３Ｎ４層の厚さは５ｉ０２−８ ｉ ｓ Ｎ、
二層の厚さが０．９〜１．０μになるように調整される
。

次に通常の写真蝕刻法により、上記Ｓｉ３Ｎ４層および
５ｉ０２層にモザイク状に穴をあける。

次に前記の穴を通して熱拡散法あるいはイオン注入法に
よりｐ型不純物（例えばＢ）を注入してモザイク状にｎ
型領域を形成する。

さらに、前記ｎ型領域がモザイク状に形成されている側
から、ターゲット全面にプロトン（Ｈ＋）をイオン注入
法により注入し、前記５ｉ０２層およびＳｌ −５ｉ０
２界面に存在する５ｉ−０結合の欠陥部にＨ＋ｒオンを
導入する。

次に、不活性ガス雰囲気内で７０００Ｃ〜８００°Ｃで
１時間部度のアニールを行うことによって、プロトン注
入によりｎ型領域表面に生じた高抵抗層及び５ｉ０２
Ｓｉ界面に生じた機械的歪みを取り除く。

以上の工程により、第１図に示した構造の半導体ターゲ
ットを形成することができ、暗電流の増加を減少させる
ことができる。

例えば、従来構造の半導体ターゲットを用いたビジコン
ではフィールドメツシュ電圧を７５０Ｖとして５００時
間連続動作させたときの暗電流増加が１５０ｎＡ以上に
まで達するのに対し、本発明による半導体ターゲットを
用いたビジコンの前記の条件での動作における暗電流増
加は１０ｎＡ以下となる。

第２図は、本発明の第２の発明の一実施例を示す断面図
である。

該本発明は暗電流の改善と共に電子ビーム８がモザイク
状のｎ型領域２だけでなく、５ｉ３Ｎ４層４の表面をも
走査する結果、該表面に蓄積した負の電荷が電子ビーム
８のｎ型領域２への流入を妨げる現象も併せて防止する
ことが可能になる。

このターゲットは、上述の第１図に示した基本構造の半
導体ターゲットの電子ビーム８を受ける面に半絶縁膜５
を被着することによって得られる。

この半絶縁膜５は、上述の負の電荷をｎ型領域２に流す
作用をするものであり、その抵抗値は１０１３〜１０１
４Ω／ｃｒＡが適当である。

第３図は、さらに本発明の第３の発明の一実施例を示す
断面図である。

これは図に示したように、金属あるいは不純物を高濃度
に含む半導体をもってなる導電体層６をｎ型領域２およ
び該ｎ型領域２の周辺のＳ １３ Ｎ４層４の表面に設
けることによって暗電流を少なくしかつ５ｉ３Ｎ４層４
の表面に蓄積した負の電荷の影響を少なくして、電子ビ
ーム８のｎ型領域２への流入をよくする。

前記導電体層６は、隣接した導電体層と接触しない限り
、広＜５ｔ３Ｎ４層４の表面を覆うようにした方がよい
。

このターゲットは、例えば前記基本構造のターゲットの
ｎ型領域が形成されている側の全面を真空蒸着あるいは
スパッタリングによる金属層で覆い、モザイク状に形成
されているｎ型領域およびその周辺の８１３ Ｎ４層を
覆っている部分のみを目合わせ写真蝕刻法により残すこ
とによって得られる０ 以上のように、本発明による撮像管用半導体ターゲット
を用いれば、フィールドメツシュの電圧を高くすること
による高解像度化が可能であり、かつ長時間動作に対し
て暗電流の増加によるダイナミックレンジの低下が著る
しく少なく、寿命の長いビジコンを実現することができ
る。

なお、以上の説明では、半導体としてはＳｉ１パツジベ
イト材としての多重層絶縁体のＳ ｉ３Ｎ４層を除く部
分を５ｔ０２層に限ったが、上記材料に限定する必要は
ない。

たとえば、半導体としてはＧｅ。ＧａＡｓ、ＩｎＳｂ等
が、また絶縁層の一部にＡｌ１０３等が用いられた半導
体ターゲットに本発明を実施しても同様な効果が得られ
る。

さらにまた、光感応素子としてはｐｎ接合ダイオードに
限定したが、ｎｐｎ光トランジスタ、ショットキーダイ
オード等を具備した半導体ターゲットに本発明を実施し
ても同様の効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の発明の一実施例を、第２図は第
２の発明の一実施例を、第３図は第３の発明の一実施例
を示す半導体ターゲットの断面図である。 図において、１はＳｉのｎ型領域、２はＳｉのｎ型領域
上にモザイク状に形成されたｎ型領域、３は５ｉ０２層
、４はＳ Ｌ３ Ｎ４層、５は半絶縁膜、６は導電体層
、７はＸ線、８は電子ビームを示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体単結晶基板にそれぞれ独立した多数個の光感
   応素子間がその表面において多重絶縁物層によりパッジ
   ベイトされている撮像管用半導体ターゲットにおいて、
   前記多重絶縁物層は、少なくとも半導体単結晶基板に接
   するＳｉＯ２層と、Ｓｉ３Ｎ、層とからなり、かつＳｉ
   Ｏ２層と半導体単結晶基板との界面および界面近傍に存
   在する原子間結合の欠陥部にＨ”４オンが導入されてい
   ることを特徴とする撮像管用半導体ターゲット。 ２ 半導体単結晶基板にそれぞれ独立した多数個の光感
   応素子間がその表面において多重絶縁物層によりパッジ
   ベイトされている撮像管用半導体ターゲットにおいて、
   前記多重絶縁物層は少なくとも、半導体単結晶基板に接
   するＳｉＯ２層と、Ｓ １３ Ｎ４層とからなり、かつ
   ＳｉＯ２層と半導体単結晶基板との界面および界面近傍
   に存在する原子間結合の欠陥部にＨ”４オンが導入され
   ていることを特徴とする撮像管用半導体ターゲットであ
   って前記多重絶縁物層表面および各光感応素子表面を覆
   うように半絶縁物層が設けられていることを特徴とする
   撮像管用半導体ターゲット。 ３ 半導体単結晶基板にそれぞれ独立した多数個り光感
   応素子間がその表面において多重絶縁物層（こよりパッ
   ジベイトされている撮像管用半導体ターゲットにおいて
   、前記多重絶縁物層は少なくとも、半導体単結晶基板に
   接するＳｉＯ□層と、Ｓ ＋ ３ Ｎ４層とからなり、
   かつＳｉＯ□層と半導体単結晶基板との界面および界面
   近傍に存在する原子間結合の欠陥部にＨ＋／ｒオンが導
   入されていることを特徴とする撮像管用半導体ターゲッ
   トであって各光感応素子表面および各光感応素子周辺の
   多重絶縁物層表面を、互いに接触することのないように
   設けられた金属もしくは不純物を高濃度に含む半導体層
   よりなる導電体層で被覆してなることを特徴とする撮像
   管用半導体ターゲット。