(57)【要約】【課題】本発明は、動作電圧を低減させる高感度光電変換膜を用いた撮像デバイス及びこれを用いた撮像管を提供することを目的とする。【解決手段】透光性基板１０と、  該透光性基板の一方の面に形成された導電膜１１と、  該導電膜側に設けられた光電変換層２２と、  該光電変換層の光電変換作用により生成された信号電荷を読み出す電荷読み出し手段３０と、を有する撮像デバイス４０であって、  前記光電変換層は、塩素を含有することを特徴とする撮像デバイス。【選択図】図１
2012160564.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性基板と、
該透光性基板の一方の面に形成された導電膜と、
該導電膜側に設けられた光電変換層と、
該光電変換層の光電変換作用により生成された信号電荷を読み出す電荷読み出し手段と、を有する撮像デバイスであって、
前記光電変換層は、塩素を含有することを特徴とする撮像デバイス。
【請求項２】
前記光電変換層は、所定電界の印加により、アバランシェ増倍を発生することを特徴とする請求項１に記載の撮像デバイス。
【請求項３】
前記光電変換層は、セレン系非晶質半導体を主成分として構成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像デバイス。
【請求項４】
前記光電変換層の前記塩素の含有量は、５ｐｐｍ以上５０ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の撮像デバイス。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の撮像デバイスと、
該撮像デバイスを支持する筐体と、
該筐体の内部に収容され、前記撮像デバイスに電子ビームを照射する電子ビーム源と、を有することを特徴とする撮像管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像デバイス及びこれを用いた撮像管に関し、特に、光電変換層を有する撮像デバイス及びこれを用いた撮像管に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、セレン系非晶質半導体からなる光電変換膜に、約１×１０８Ｖ／ｍ以上の高電界を印加すると、内部でアバランシェ増倍現象が発生することが知られている。そして、かかるアバランシェ増倍現象を利用した高感度撮像管が開示されている（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１２３５４４号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】テレビジョン学会全国大会講演予稿集、３３〜３４頁、１９８９年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述のようなセレンを主成分とする光電変換膜を用いた高感度撮像管では、アバランシェ増倍現象を生じさせるために、約１×１０８Ｖ／ｍ以上の高い電界を光電変換膜に印加する必要があるという問題があった。例えば、膜厚１５μｍの光電変換膜を使用する場合、約１５００Ｖの電圧を必要とし、電圧印加により光電変換膜に白キズ等が発生し易くなる可能性があった。
【０００６】
そこで、本発明は、動作電圧を低減させる高感度光電変換膜を用いた撮像デバイス及びこれを用いた撮像管を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、第１の発明に係る撮像デバイスは、透光性基板と、
該透光性基板の一方の面に形成された導電膜と、
該導電膜側に設けられた光電変換層と、
該光電変換層の光電変換作用により生成された信号電荷を読み出す電荷読み出し手段と、を有する撮像デバイスであって、
前記光電変換層は、塩素を含有することを特徴とする撮像デバイス。
【０００８】
これにより、光電変換層の動作電圧を低下させることができ、光電変換層の長寿命化が可能となる。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明に係る撮像デバイスにおいて、
前記光電変換層は、所定電界の印加により、アバランシェ増倍を発生することを特徴とする。
【００１０】
これにより、アバランシェ増倍現象を低電圧で発生させることができ、高感度かつ高効率の撮像デバイスとすることができる。
【００１１】
第３の発明は、第１又は第２の発明に係る撮像デバイスにおいて、
前記光電変換層は、セレン系非晶質半導体を主成分として構成されたことを特徴とする。
【００１２】
これにより、最も利用されている材料から構成された光電変換層について、動作電圧を低減させることができる。
【００１３】
第４の発明は、第１〜３のいずれかの発明に係る撮像デバイスにおいて、
前記光電変換層の前記塩素の含有量は、５ｐｐｍ以上５０ｐｐｍ以下であることを特徴とする。
【００１４】
これにより、微量の塩素の添加で動作電圧低減の大きな効果を上げることができる。
【００１５】
第５の発明に係る撮像管は、第１〜４のいずれかの発明に係る撮像デバイスと、
該撮像デバイスを支持する筐体と、
該筐体の内部に収容され、前記撮像デバイスに電子ビームを照射する電子ビーム源と、を有することを特徴とする。
【００１６】
これにより、動作電圧の低い撮像管とすることができ、撮像管を長寿命化することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、光電変換層の動作電圧を低減させ、撮像デバイスの高効率化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係る撮像デバイス４０の一例を示した断面構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る撮像管の一例を示した図である。
【図３】本発明の実施例に係る撮像デバイスを用いた撮像管の電圧−電流特性を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。
【００２０】
図１は、本発明の実施形態に係る撮像デバイス４０の一例を示した断面構成図である。図１において、本実施形態に係る撮像デバイス４０は、透光性基板１０と、導電膜１１と、光電変換素子２０と、電荷読み出し手段３０とを備える。光電変換素子２０は、正孔注入阻止層２１と、光電変換層２２と、電子ビームランディング層２３とから構成される。また、電荷読み出し手段３０は、電荷読み出し電極３１と、電荷読み出し装置３２とから構成される。
【００２１】
透光性基板１０は、光を透過する基板であり、本実施形態に係る撮像デバイス４０の撮像面を構成する。透光性基板１０は、光を透過することができれば、種々の材料から構成されてよく、例えば、透明な樹脂、ガラス等から構成されてもよい。
【００２２】
導電膜１１は、透明な電極を構成する膜であり、例えば、ＩＴＯ（Indium  Tin  Oxide、酸化インジウムスズ）等から構成されてもよい。導電膜１１は、透光性基板１０の撮像面の反対側に形成される。また、本実施形態に係る撮像デバイス４０が、撮像管に用いられる場合には、導電膜１１は陽極を構成し、正電圧が印加される。
【００２３】
導電膜１１は、例えば、透光性基板１の一方の面に、スパッタ蒸着法により、酸化インジウムを主体として形成されてよい。
【００２４】
光電変換素子２０は、入力された光を電気信号に変換する素子である。光電変換素子２０は、正孔注入阻止層２１と、光電変換層２２と、電子ビームランディング層２３とを備える。
【００２５】
正孔注入阻止層２１は、導電膜１１から光電変換層２２に正孔が注入され、暗電流が流れるのを阻止するために設けられた層である。正孔注入阻止等２１は、例えば、酸化セリウムで構成されてもよい。なお、正孔注入阻止層２１は、必ず必要な構成要素ではなく、必要に応じて設けられてよい。正孔注入阻止層２１は、例えば、導電膜１１の上に、真空蒸着法により形成されてよい。
【００２６】
光電変換層２２は、入射した光を電気信号に変換する層である。これにより、光の情報を電気信号の情報に変換し、撮像対象物を撮像する。光電変換層２２は、光が入射したときに信号電荷を生成し、発生した信号電荷を読み取ることにより、入射した光の強度を検出することができる。
【００２７】
光電変換層２２は、カルコゲナイド系物質からなるカルコゲナイド感光体を主成分として構成されてよい。カルコゲナイド感光体は、６族元素セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）を主成分とする光導電性材料を意味する。カルコゲナイド感光体には、６族元素のみからなるＳｅ、Ｓｅ−Ｔｅと、５族及び６族から構成されるＡｓ−Ｓｅ、Ａｓ−Ｔｅがある。
【００２８】
光電変換層２２は、塩素を含有して構成されてよい。つまり、上述のカルコゲナイド系物質に、塩素が添加されて構成されてよい。例えば、光電変換層２２は、セレンを主成分として、５〜５０ｐｐｍ程度、好ましくは１０ｐｐｍ以上２５ｐｐｍ以下の微量の塩素（Ｃｌ）を含有して構成されてよい。塩素を含有することにより、光電変換層２２の動作電圧を低減させることができる。なお、この点については、実施例を用いて後述する。
【００２９】
光電変換層２２は、例えば、正孔注入層２１又は導電膜１１の上に、真空蒸着法により、セレンを主体とした非晶質半導体で形成するとともに、その際、同時蒸着法などにより、セレンに対し５〜５０ｐｐｍ程度の微量の塩素添加を行うようにして形成してよい。
【００３０】
電子ビームランディング層２３は、撮像デバイス４０が撮像管に用いられた場合に、電子ビームが照射されるターゲットとなる層である。電子ビームランディング層２３に電子ビームが照射されたときに、光電変換層２２で発生した信号電荷が電流となって流れ、流れる電流を電荷読み出し手段３０で読み取ることにより、信号電荷を検出することができる。電子ビームランディング層２３は、例えば、三硫化アンチモン（Ｓｂ２Ｓ３）から構成されてよい。
【００３１】
電荷読み出し手段３０は、光電変換層２２で光の入力により発生した信号電荷が、電子ビームランディング層への電子ビームの照射により電流として流れたときに、当該電流を読み取るための手段であり、電荷読み出し電極３１と、電荷読み出し装置３２とを有する。電荷読み出し電極３１は、導電膜１１に流れ込んだ電流を引き出すための電極である。電荷読み出し装置３２は、電荷読み出し電極３１に流れた電流を測定し、光電変換層２２で発生した信号電荷を検出し、光の入力情報を取得する。
【００３２】
図２は、本発明の実施形態に係る撮像管の一例を示した図である。本実施形態に係る撮像管は、図１に示した撮像デバイス４０が利用されて構成されている。図２において、本実施形態に係る撮像管は、透光性基板１０と、導電膜１１と、光電変換素子２０と、電荷読み取り手段３０からなる撮像デバイス４０と、筐体５０と、インジウムリング６０と、メッシュ電極７０と、電子ビーム源８０とを有する。
【００３３】
透光性基板１０、導電膜１１、光電変換素子２０及び電荷読み取り手段３０については、本実施形態に係る撮像デバイス４０において説明したので、同様の構成要素に同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【００３４】
筐体５０は、撮像デバイス４０を固定支持するとともに、電子ビーム源８０を収容する容器である。筐体５０は、例えば、図２に示すように、試験管のような形状に構成されてもよい。そして、撮像管全体としては、筐体５０の開口部を塞ぐように撮像デバイス４０が備えられ、内部に電子ビーム源を収容した構成としてもよい。筐体５０は、種々の材料で構成され得るが、例えば、ガラス管から構成されてもよい。
【００３５】
インジウムリング６０は、筐体５０の開口部に、撮像デバイス４０をシールして固定支持するための固定支持部材である。これにより、撮像デバイス４０を固定支持するとともに、筐体５０の内部をシールし、真空状態とすることが可能となる。
【００３６】
メッシュ電極７０は、ターゲット面である電子ビームランディング層２３への電子ビームの照射を調整するための電極である。
【００３７】
電子ビーム源８０は、電子ビームを電子ビームランディング層２３に照射し、電荷読み出し手段３０において、光電変換層２２で発生した信号電荷の読み出しを可能にする手段である。電子ビーム源８０は、種々の構成を有してよいが、例えば、電子放出源をアレイ状に配置した電子放出アレイとして構成されてもよい。
【００３８】
このように、本実施形態に係る撮像デバイス４０を用いることにより、撮像管を構成することができる。なお、図２においては、本実施形態に係る撮像デバイス４０を撮像管に適用する例を挙げて説明したが、光電変換層２２の蓄積電荷を読み出す方式であれば、他の形式の撮像装置にも適用することができる。
【実施例】
【００３９】
図３は、本発明の実施例に係る撮像デバイスを用いた撮像管の電圧−電流特性を示した図である。本実施例に係る撮像管は、図１及び図２に示した本実施形態に係る撮像デバイス及び撮像管と同様に構成した。なお、以下の説明において、本実施形態に係る撮像デバイス及び撮像管に対応する構成要素については、同一の参照符号を付し、その説明を量略する。
【００４０】
本実施例に係る撮像デバイス４０を、以下のように形成した。まず、直径１８ｍｍの透光性基板１０の片面に、スパッタ蒸着法により、酸化インジウムを主体とする直径１４ｍｍ、膜厚１０〜３０ｎｍの導電膜１１を形成した。次に、導電膜１１の上に、真空蒸着法により、直径１４ｍｍ、膜厚５〜３０ｎｍの酸化セリウムからなる正孔注入阻止層２１を形成した。次に、正孔注入阻止層２１の上に、真空蒸着法により、直径１４ｍｍ、膜厚４μｍのセレンを主体とし、非晶質半導体からなる光電変換層２２を形成した。その際、同時蒸着法により、セレンに対して、２．５ｐｐｍ、５．０ｐｐｍ、１０．０ｐｐｍ、２５．０ｐｐｍ、５０．０ｐｐｍの５通りのパターンで塩素の添加を行った。次に、三硫化アンチモンを蒸着し、直径１４ｍｍ、膜厚０．１μｍの電子ビームランディング層２３を形成し、図１に示した撮像デバイス４０を形成した。
【００４１】
次に、以上のようにして形成した撮像デバイス４０の透光性基板１０と、電子ビーム源８０やメッシュ電極７０等を内蔵した筐体５０とを、インジウムリング６０でシールし、内部を真空封止して、図２に示した撮像管を構成した。
【００４２】
図３は、このようにして構成した本実施例に係る撮像管の電圧−電流特性を示しており、横軸が透光性基板１０上の導電膜１１を介して光電変換デバイス２０に印加した電圧、縦軸が電荷読み出し手段３０で読み出された出力信号電流（Signal  current）及び暗電流（Dark  current）の値を示している。
【００４３】
図３において、曲線Ａ１は、塩素を２．５ｐｐｍ含有する本実施例に係る撮像管の信号電流特性を示し、曲線Ａ２は、塩素を２．５ｐｐｍ含有する本実施例に係る撮像管の暗電流特性を示している。曲線Ｂ１は、塩素を５．０ｐｐｍ含有する本実施例に係る撮像管の信号電流特性を示し、曲線Ｂ２は、塩素を５．０ｐｐｍ含有する本実施例に係る撮像管の暗電流特性を示している。曲線C１は、塩素を１０．０ｐｐｍ含有する本実施例に係る撮像管の信号電流特性を示し、曲線C２は、塩素を１０．０ｐｐｍ含有する本実施例に係る撮像管の暗電流特性を示している。曲線D１は、塩素を２５ｐｐｍ含有する本実施例に係る撮像管の信号電流特性を示し、曲線D２は、塩素を２５ｐｐｍ含有する本実施例に係る撮像管の暗電流特性を示している。曲線E１は、塩素を５０．０ｐｐｍ含有する本実施例に係る撮像管の信号電流特性を示し、曲線E２は、塩素を５０．０ｐｐｍ含有する本実施例に係る撮像管の暗電流特性を示している。曲線F１は、塩素を含有しない従来例に係る撮像管の信号電流特性を示し、曲線F２は、塩素を含有しない従来例に係る撮像管の暗電流特性を示している。
【００４４】
図３において、従来例に係る撮像管の信号電流特性曲線Ｆ１に比較して、本実施例に係る撮像管の信号電流特性曲線Ｃ１、Ｄ１、Ｅ１は、極めて低い電圧から信号電流が上昇していることが分かる。具体的には、従来例の特性曲線Ｆ１においては、電圧が４００Ｖ付近で信号電流が大きく上昇し始めるが、本実施例の特性曲線Ｃ１においては１１０〜１２０Ｖ付近、特性曲線Ｄ１においては６０〜７０Ｖ付近、特性曲線Ｅ１においては３０〜４０Ｖ付近から信号電流の上昇が見られる。このように、本実施例に係る撮像管においては、撮像デバイス４０の動作電圧を、従来よりも大幅に低減させることができる。
【００４５】
なお、塩素を５０ｐｐｍ添加した本実施例に係る撮像管においては、暗電流特性曲線Ｂ２が高い値を示しているが、光電変換層２２を構成する材料の調整、正孔注入阻止層２１等の条件を種々変更することにより、暗電流を低下させることが可能となると考えられる。よって、光電変換層２２の塩素の含有量は、５ｐｐｍ以上５０ｐｐｍ以下で動作電圧を低下できる効果が得られるが、その中でも１０ｐｐｍ以上２５ｐｐｍ以下であることが好ましい。
【００４６】
本実施例に係る撮像管によれば、微量の塩素を含有する光電変換層２２を有する撮像デバイスを用いることにより、光電変換素子２０に印加する電圧を低減させることができ、光電変換素子２０の長寿命化が可能となる。
【００４７】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、撮像デバイス及び撮像管を含む種々の撮像装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１０    透光性基板
１１    導電膜
２０    光電変換素子
２１    正孔注入阻止層
２２    光電変換層
２３    電子ビームランディング層
３０    電荷読み出し手段
３１    読み出し電極
３２    電荷読み出し装置
４０    撮像デバイス
５０    筐体
６０    インジウムリング
７０    メッシュ電極
８０    電子ビーム源
【図１】
2012160564.tif 000003
【図２】
2012160564.tif 000004
【図３】
2012160564.tif 000005