(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性面板と、該面板上に延伸された透光性ターゲット電極と、該ターゲット電極と整流性接合をなす光導電体層を含むターゲット部と、入射光に応じて該ターゲット部に形成され蓄積された電荷パターンを読み取るための電子ビーム発生部とを具え、前記光導電体層が第１の光導電膜からなる電子ビーム走査領域と第２の光導電膜からなる非走査領域とで構成された撮像デバイスにおいて、
前記第２の光導電膜が、前記ターゲット電極への電圧の印加で該第２の光導電膜に生じる電界を緩和する手段と、前記第１の光導電膜よりバンドギャップが狭い材料からなる層とを含むことを特徴とする撮像デバイス。
【請求項２】
請求項１記載のデバイスにおいて、前記第１の光導電膜および前記第２の光導電膜の少なくとも一方が、非晶質セレンを主体とするアモルファス半導体からなることを特徴とする撮像デバイス。
【請求項３】
請求項１または２記載のデバイスにおいて、前記第１の光導電膜よりバンドギャップが狭い材料からなる層が、セレンを主体とし、Ｔｅ、Ｂｉ、ＣｄおよびＳｂのなかから選択された少なくとも１つを１５重量％以上６０重量％以下含むことを特徴とする撮像デバイス。
【請求項４】
請求項１から３いずれか記載のデバイスにおいて、前記電界を緩和する手段が、前記第２の光導電膜を前記第１の光導電膜より厚くすることから成ることを特徴とする撮像デバイス。
【請求項５】
請求項１から３いずれか記載のデバイスにおいて、前記電界を緩和する手段が、正の空間電荷を形成するための正孔捕獲層を前記ターゲット電極と前記第１の光導電膜よりバンドギャップが狭い材料からなる層との間に設けることを特徴とする撮像デバイス。
【請求項６】
請求項５記載のデバイスにおいて、前記正孔捕獲層がＬｉＦ、ＮａＦ、ＫＦ、ＭｇＦ２ 、ＣａＦ２およびＢａＦ２からなる群から選択された少なくとも１つを１０重量ｐｐｍ以上１０重量％以下含む非晶質セレン系半導体薄膜からなることを特徴とする撮像デバイス。
【請求項７】
請求項１から６いずれか記載の撮像デバイスを、ターゲット電極に前記第１の光導電膜内で電荷のアバランシェ増倍が生じるほどの電圧を印加して動作させることを特徴とする撮像デバイスの動作方法。
【請求項８】
請求項７記載の方法において、前記撮像デバイスの感度を最適化するためのターゲット電圧の調整と非走査領域へのバイアス光照射とを併用した撮像デバイスの動作方法であって、
前記バイアス光の波長は、前記第１の光導電膜より狭いバンドギャップに対応する光の波長である、ことを特徴とする撮像デバイス動作方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高感度、高解像度で、高Ｓ／Ｎの高品位画像が得られる光導電型撮像デバイスに係り、特にターゲット電極の電圧を減少させて感度調整を行う際に生じる図形歪みを速やかに解消させるために好適な撮像デバイスターゲット部の構造、ならびにその動作方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
真空中に、透光性ターゲット電極と光導電膜とからなるターゲット部と、該ターゲット部に対向して設けられた電子ビーム発生部とを具える光導電型撮像デバイス（以下、単に撮像デバイスと呼ぶ）において、感度向上を図るために、ターゲット部を阻止型構造（光導電膜への電荷の注入を抑止した構造）にして、ターゲット電極に光導電膜内で電荷のアバランシェ増倍が生じるほどの高い電圧を印加する方法は公知である。
【０００３】
しかしながら、かかる撮像デバイスでは、ターゲット電極の電圧（以下、単にターゲット電圧と称す）を高く設定して使用するため、電極反射像、さざ波現象、画像の極性反転現象などの不良現象が生じやすくなることが知られている。これらの画像不良現象は、ターゲット部の高電圧動作に伴って、非走査領域の表面電位がカソード電位に対して大幅に上昇し、かつ変動し、それによって信号を読み取るための電子ビームや、２次電子や散乱電子がベンディングを起こして反射したり、新たな２次電子を放出したりするために生じると考えられている。これら不良現象の発生を抑制する有効な手段として、非走査領域の光導電膜内に、正孔を捕獲する層を層状に設ける方法が開示されている（特開平７−２９５０７）。
【０００４】
非走査領域に前記方法を採用した撮像デバイスでは、動作中、非走査領域の光導電膜のターゲット電極側近傍（非走査領域に入射する光の大部分を吸収する領域）の電界が、捕獲された空間電荷の影響を受けて緩和されほぼゼロになる。その結果、入射光の吸収によるキャリアの発生やターゲット電極からのキャリア注入（暗電流）が極度に抑止され、非走査領域の表面電位は非走査領域に入射する光に影響されることなく、常にほぼカソード電位に保たれる。従って、ターゲット電圧を一定にして使用する場合は、前記不良現象に対して顕著な改善効果が得られることが知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら前述の従来技術を用いた撮像デバイス、例えば特開平７−２９５０７号記載の方法を採用した従来技術のアバランシェ増倍型撮像デバイスでは、動作中に、被写体の明るさに応じた最適感度状態を実現するためにターゲット電圧を変化させると、電子ビーム走査領域の内周部に画像歪みが発生する。この画像歪みは、ターゲット電圧を下げて感度調整を行った場合に顕著で、かつ長期にわたって現れる。発明者らは、前記不良現象を詳細に調査した結果、画像歪みは以下により発生することが明らかになった。
【０００６】
すなわち非走査領域に電界緩和層を設けた従来技術の撮像デバイスでは、従来技術の項で述べたように、非走査領域の光導電膜で発生する暗電流や光電流がほとんどないために、非走査領域の表面電位は一定のターゲット電圧下で動作する限り通常ほぼカソード電位に平衡する。しかしながら、かかる状態で急にターゲット電圧を下げると、非走査領域の表面電位は直ちにカソード電位に対して負電位となり、その後、光導電膜表面からのわずかな電子注入ないしはターゲット電極からの正孔注入、もしくは入射光ないし熱励起によるわずかな発生キャリアにより長時間を要して徐々にカソード電位に戻ることになる。この間、非走査領域の近傍を走査する電子ビームは、非走査領域表面の負電位の影響を受けて軌道が内側に曲げられ、その結果、長期間にわたって画像歪みが発生する。
【０００７】
本発明の目的は、ターゲット電圧を減少させて感度調整を行う場合に発生する前記画像歪みを速やかに解消し得る撮像デバイスを提供することにある。また本発明の他の目的は、前記画像歪みを速やかに解消した状態で、光導電膜内で電荷のアバランシェ増倍が生じるほどの電圧をターゲット電極に印加して使用し得る高感度・高画質の撮像デバイスの動作方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明では、前記目的を達成するため、透光性面板と、該面板上に延伸された透光性ターゲット電極と、該ターゲット電極と整流性接合をなす光導電体層を含むターゲット部と、入射光に応じて該ターゲット部に形成され蓄積された電荷パターンを読みとるための電子ビーム発生部とを具え、前記光導電体層が第１の光導電膜からなる電子ビーム走査領域と第２の光導電膜からなる非走査領域とで構成された撮像デバイスにおいて、前記第２の光導電膜が、前記ターゲット電極への電圧の印加で該第２の光導電膜に生じる電界を緩和する手段と、前記第１の光導電膜よりバンドギャップが狭い材料からなる層とを設けることにより、また前記他の目的は前記第１の光導電膜内で電荷のアバランシェ増倍が生じるほどの高い電圧をターゲット電極に印加し前記撮像デバイスを動作させることにより達成される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明では、非走査領域の第２の光導電膜に、電界を緩和する手段と第１の光導電膜より長波長光に感度を有する（バンドギャップが狭い）層を設けて、動作中にターゲット電圧を急激に減少させたときに生じる非走査領域の負の表面電位変化を、ターゲット電極ならびに光導電膜表面からのキャリアの注入を抑止した状態で、長波長光に感度を有する層で熱的に励起されるキャリアを利用して効果的にかつ速やかに解消する。また非走査領域の負の表面電位変化をより速やかに解消することが望ましい場合や熱的に励起されるキャリア数が不十分な場合には、長波長のバイアス光を照射することにより、第１の光導電膜に何等の弊害を与えることなしに前記目的を達成することができる。
【００１０】
【実施例】
以下、添付図面を参照し実施例により本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明撮像デバイスに係るターゲット部の一例を示す略構成図で、（ａ）はターゲット部を電子ビーム走査側から見た平面図、（ｂ）はターゲット部の断面図である。１は面板、２はターゲット電極、５は電子ビーム走査領域の境界を示す線で、内側が走査領域、外側が非走査領域に相当する。３は電子ビーム走査領域に設けられた第１の光導電膜で、３０１は光導電層、３０２は走査電子ビームランディング層である。４は非走査領域に設けられた第２の光導電膜で、４０１、４０３、４０５は光導電層、４０２は正孔捕獲層、４０４は長波長光に感度を有する層、４０６は非走査領域の表面層である。
【００１１】
図２は本発明による撮像デバイスを電子銃を用いて構成した一例を示す概念図である。１０２は面板１とターゲット電極２と光導電体層１０１からなるターゲット部、６はメッシュ電極、７はカソード、８は電子ビームを偏向集束するための電極、１０３はメッシュ電極６とカソード７および電子ビームを偏向集束するための電極８からなる走査電子ビ−ム発生部、９は走査電子ビーム、１０はインジウムリング、１１は金属リング、１２は電子銃筐体、１３は入射光、１４はレンズ、１５はターゲット電圧印加用電源、１６は負荷抵抗、１７は信号出力端子である。
【００１２】
図３は本発明による撮像デバイスを電子放出板を用いて構成した一例を示す概念図であって、１９は電子放出板、１０３はメッシュ電極６と電子放出板１９からなる走査電子ビーム発生部、１８は電子放出板１９用の電源、２０は電子放出板筐体である。
【００１３】
図１において、正孔捕獲層４０２に捕獲される正の空間電荷の効果により、ターゲット電圧は正孔捕獲層４０２と非走査領域の表面層４０６との間に印加されることになる。従って、第２の光導電膜４におけるターゲット電極２と正孔捕獲層４０２で挟まれた光導電層４０１の厚さは、外部から非走査領域に入射する通常光の大部分を吸収し得る程に厚くすることが望ましい。正孔捕獲層４０２から非走査領域の表面層４０６の間で外部からの入射光（通常光）により発生する電荷量を無視できる程に少なくするためである。第２の光導電膜４における正孔捕獲層４０２と非走査領域の表面層４０６で挟まれた部分は、第１の光導電膜３より厚くすることが望ましい。何故ならば、第１の光導電膜でアバランシェ増倍を生じせしめて使用する場合でも、非走査領域ではアバランシェ増倍が生じないようにしておくことで、非走査領域の過度な面電位上昇を抑制できるとともに、ターゲット電圧を減少させた時に発生するキャリア数が過度に変動および増加するのを防ぎ、非走査領域の安定な面電位制御を可能にするためである。
【００１４】
本発明では、ターゲットを前記構造にすることにより、長波長光に感度を有する層４０４の堆積条件（材料、濃度、厚さなど）および照射する長波長のバイアス光条件により非走査領域におけるキャリア数を安定に制御することができ、その結果、非走査領域の表面電位を速やかにカソード電位と平衡させることができる。
【００１５】
本発明の撮像デバイスでは、光導電体層の材料として、従来から知られている種々の材料が使用できる。中でも、第１の光導電膜３の少なくとも一部にＳｅないしはＳｉを主体とする非晶質半導体を用いれば、高感度、高解像度、低残像の優れた画像が得られる。特に、Ｓｅを主体とする非晶質半導体を用い、ターゲット電極２に第１の光導電膜３で電荷のアバランシェ増倍が生じる程の高い電圧を印加して使用することにより、超高感度、高解像度、低残像の高品質な画質が実現できる。
【００１６】
Ｓｅを主体とする非晶質半導体で光導電体層を構成する場合、長波長光に感度を有する層４０４としては、Ｓｅを主体とする非晶質半導体層を用い、かつその中にＴｅ、Ｂｉ、ＣｄおよびＳｂの中から選ばれた少なくとも１つを添加すると良い。添加量が少なすぎると図形歪み解消効果が十分に得られず、逆に多すぎると熱的に励起されるキャリア数が非走査領域に付着する散乱電子や２次電子や余剰の走査電子より多くなり、その結果、非走査領域の表面電位がカソード電位に平衡し得ずに上昇してしまうことになる。添加量は１５重量％以上６０重量％以下が望ましく、この範囲であれば必ずしも長波長のバイアス光を照射する必要はなく、長波長光に感度を有する層４０４を設けただけでも図形歪みの解消に効果がある。
【００１７】
図１では、長波長光に感度を有する層４０４を正孔捕獲層４０２と表面層４０６に挟まれた第２の光導電膜４の層内部に設けているが、正孔捕獲層４０２、もしくは表面層４０６に接触させて設けても図形歪み解消効果がある。また、長波長光に感度を有する層４０４は、必ずしも第２の光導電膜４の全域にわたつて設ける必要はなく、一部に設けるだけでも図形歪みの解消に効果がある。
【００１８】
さらにまた、Ｓｅを主体とする非晶質半導体で光導電体層を構成する場合、正孔捕獲層４０２としては、Ｓｅを主体とする非晶質半導体層を用い、層内で深い正孔捕獲準位を形成する材料としてＬｉＦ、ＮａＦ、ＫＦ、ＭｇＦ2 、ＣａＦ2およびＢａＦ2 からなる群の中から選ばれた少なくとも１つを１０重量ｐｐｍ以上１０重量％以下の範囲で添加すると良い。添加量が少なすぎると正孔を捕獲する能力が不十分となり、逆に多すぎると正孔捕獲層４０２の熱的安定性が低下するので好ましくない。図１では、正孔捕獲層４０２を第２の光導電膜４の全域にわたって設けているが、必ずしもその必要はなく、非走査領域のターゲット電極をカバーする領域に設ければ良く、またその少なくとも一部に設けるだけでも効果が得られる。
【００１９】
走査電子ビームランディング層３０２も、表面層４０６と同様に、２次電子の放出比が１以下であることのほかに、付着電子が光導電膜内に注入するのを防ぐ、いわゆる電子注入阻止機能を有することが望ましい。かかる条件を満たす層として、例えば、硫化アンチモンやセレン化アンチモン等からなる多孔質状薄膜が好適である。電子ビームランディング層３０２および表面層４０６の電子注入阻止機能が不十分な場合は、これらの層と光導電層３０１および４０５の間にそれぞれ電子注入阻止強化層を設けることもできる。
【００２０】
ターゲット電極と光導電体層の整流性接合が不十分で、正孔の注入阻止機能が十分でない場合は、ターゲット電極２と第１ならびに第２の光導電膜３、４の間に正孔注入阻止強化層を設けると良い。また、ターゲット電極２と第１の光導電膜３の間に正孔の注入を阻止する方向の強力な整流性接合を形成することは、残像の少ない画像を得るだけでなく、ターゲット電圧を高めてアバランシェ増倍効果により高感度化を図る上で極めて重要である。
【００２１】
電子ビーム発生部としては、必ずしも図２に示したような静電偏向・静電集束方式に限られるものではなく、電磁偏向・静電集束方式、静電偏向・電磁集束方式、電磁偏向・電磁集束方式も使用し得ることは言うまでもない。
【００２２】
以下、本発明の具体例につき、図面を用いてさらに詳細に説明する。
具体例１では、第１の光導電膜と第２の光導電膜を同じ組成からなる材料で構成し、同一工程で形成する。
【００２３】
図４は本発明による具体例１の撮像デバイスに係るターゲット部を説明するための概略図で、（ａ）はターゲット部を電子ビーム走査側から見た平面図、（ｂ）はターゲット部の断面図である。同図において、２１は面板、２２はターゲット電極、２５は正孔注入阻止強化層、２３、２４は第１ならびに第２の光導電膜、２３１は電子ビーム走査領域に設ける光導電層、２４１は非走査領域に設ける光導電層で、この具体例では同一材料で構成する。２４３、２４５はそれぞれ非走査領域の光導電層、２４２は正孔捕獲層、２４４は長波長光に感度を有する光導電層、２３２は電子注入阻止機能を有する多孔質性の電子ビームランディング層、２４６は電子注入阻止機能を有する多孔質性の表面層、１０５は電子ビーム走査領域の境界を示す線である。
【００２４】
この撮像デバイスの作製は、まず、３分の２吋サイズの透光性ガラスからなる面板２１の片面に、高周波スパッタリング蒸着法により、直径１４ｍｍ、膜厚３０ｎｍの酸化インジウムを主体とする透明導電性ターゲット電極２２を形成する。次に、その上に真空蒸着法によって、直径１４ｍｍ、膜厚２０ｎｍの酸化セリウムからなる正孔注入阻止強化層２５を形成し、更にその上にＳｅを主体とする非晶質半導体からなる厚み２５μｍの光導電層２３１ならびに２４１を形成する。
【００２５】
次に、真空蒸着法により、蒸着用マスクを装着し、図４（ａ）の２４で示した部分に対応する領域に、ＬｉＦ含有量２０００重量ｐｐｍの非晶質Ｓｅからなる厚み５０〜５００ｎｍの正孔捕獲層２４２を形成する。その上に厚み１５μｍのＳｅを主体とする非晶質半導体からなる光導電膜２４３を形成する。さらにその上に、Ｔｅ含有量５０重量％の非晶質Ｓｅからなる厚み５０〜５００ｎｍの長波長光に感度を有する光導電膜２４４、厚み１５μｍのＳｅを主体とする非晶質半導体からなる光導電層２４５を順次形成する。
【００２６】
そして、蒸着用マスクを取り外し、ターゲット部の走査側表面の直径１４ｍｍの領域に、圧力０．３Ｔｏｒｒの不活性ガス雰囲気中で三硫化アンチモンを蒸着し、厚み０．２μｍの電子ビームランディング層２３２と表面層２４６を同時かつ同一工程で形成し、本発明のターゲット部を得る。このように得られたターゲット部をインジウムリングならびに金属リングを用いて電子銃筐体に装着し、内部を真空封止して撮像デバイスを得る。
【００２７】
具体例２では具体例１と同じ工程で得られた撮像デバイス用のターゲット部を、インジウムリングならびに金属リングを用いて平面状の電子放出板筐体に装着し、内部を真空に排気封止して撮像デバイスを得る。
具体例１ならびに具体例２で得られた撮像デバイスを用いて、動作中にターゲット電圧を変化させ、発生する図形歪みが解消するまでに要する時間を測定した。その結果、長波長のバイアス光を非走査領域に照射しない場合においても、長波長光に感度を有する光導電膜を設けていない撮像デバイスと比較し、大幅な図形歪み解消効果があることが確認された。また、ターゲット電庄を変化させるときに長波長のバイアス光を併用すれば、図形歪み解消時間は更に短縮された。
【００２８】
以上いくつかの実施例、具体例をあげ本発明の実施の形態を説明してきたが、本発明はこれらに限定されることなく、特許請求の範囲に規定された発明の要旨内で各種の変形、変更の可能なことは自明であろう。
【００２９】
【発明の効果】
これまで説明してきたように、本発明によれば、高感度、高解像度の撮像デバイスにおいて、ターゲット電圧を減少させて感度調整を行う際に生じる図形歪みを速やかに解消させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明撮像デバイスに係るターゲット部の一例を示す略構成図で、（ａ）は撮像ターゲット部を電子ビーム走査側から見た平面図、（ｂ）は撮像デバイスターゲット部の断面図である。
【図２】  本発明による撮像デバイスの動作状態の一例を示す概略図である。
【図３】  本発明による撮像デバイスの動作状態の他の例を示す概略図である。
【図４】  本発明撮像デバイスに係るターゲット部の具体例を説明するための概略図で、（ａ）はターゲット部を電子ビーム走査側から見た平面図、（ｂ）はターゲット部の断面図である。
【符号の説明】
１      面板
１０１  光導電体層
１０２  ターゲット部
１０３  走査電子ビーム発生部
２      ターゲット電極
３      第１の光導電膜
３０１  光導電層
３０２  走査電子ビームランディング層
４      第２の光導電膜
４０１、４０３、４０５  光導電層
４０２  正孔捕獲層
４０４  長波長光に感度を有する層
４０６  非走査領域の表面層
５      電子ビーム走査領域の境界を示す線
６      メッシュ電極
７      カソード
８      電子ビームを偏向集束するための電極
９      走査電子ビーム
１０    インジウムリング
１１    金属リング
１２    電子銃筐体
１３    入射光
１４    レンズ
１５    ターゲット電圧印加用電源
１６    負荷抵抗
１７    信号出力端子
１８    電子放出板用電源
１９    電子放出板
２０    電子放出板筐体
２１    面板
２２    ターゲット電極
２３    第１の光導電膜
２３１  光導電層
２３２  走査電子ビームランディング層
２４    第２の光導電膜
２４１、２４３、２４５  光導電層
２４２  正孔捕獲層
２４４  長波長光に感度を有する層
２４６  非走査領域の表面層
１０５  電子ビーム走査領域の境界を示す線
２５    正孔注入阻止強化層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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