(57)【要約】【課題】光電変換膜と記透明電極との間の膜剥がれを防止し、光電変換膜の周辺部での表面電位の変動を抑制することを目的とする。【解決手段】電子を放出する電子放出部が形成された第1の基板と前記第1の基板に対向する位置に設けられた第２の基板とを側面外周部を介して封着させた電界放出型撮像装置において、前記第２の基板の前記電子放出部側の表面に形成された透明電極と、前記透明電極上に形成された光電変換膜と、前記光電変換膜の外周部と前記透明電極との間に電気絶縁層を配置した電界放出型撮像装置。【選択図】図１
2009295286.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子を放出する電子放出部が形成された第1の基板と前記第1の基板に対向する位置に設けられた第２の基板とを側面外周部を介して封着させた電界放出型撮像装置において、
前記第２の基板の前記電子放出部側の表面に形成された透明電極と、
前記透明電極上に形成された光電変換膜と、
前記光電変換膜の外周部と前記透明電極との間に電気絶縁層を配置した電界放出型撮像装置。
【請求項２】
前記透明電極は、前記第２の基板の側面外周部で囲まれる面積よりも大きい面積を持つ請求項１に記載の電界放出型撮像装置。
【請求項３】
前記光電変換膜は、前記透明電極よりも小さく且つ前記電子放出部よりも大きい面積を持ち、前記電子放出部から放出される電子を全て受けるように前記透明電極上に配置されている請求項１に記載の電界放出型撮像装置。
【請求項４】
前記電気絶縁層は、光学的に遮光性を有する請求項１に記載の電界放出型電子源撮像装置。
【請求項５】
前記電気絶縁層は、酸化クロム、酸化コバルト、酸化マンガン、酸化ルビジウムのいずれかを主成分とする物質である請求項２に記載の電界放出型電子源撮像装置。
【請求項６】
前記電子放出部は、電子を放出するエミッタが複数配列された電子源アレイから成る請求項１に記載の電界放出型電子源撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光電変換部にアバランシェ増倍機能を有する光電変換膜を用いた電界放出型電子源撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体微細加工技術の進展により、半導体などの基板にミクロンオーダーの微細な冷陰極構造を多数集積化する真空マイクロエレクトロニクス技術が注目を集めている。これらの技術によって得られる微小冷陰極構造を備えた電界放出型電子源アレイは、平面型の電子放出特性や高い電流密度が期待できること、熱陰極とは異なりヒーター等の熱源を必要としないこと等から、低消費電力型の次世代フラットディスプレイ、センサ、平面型撮像装置の電子源として期待が集まっている。
【０００３】
図２に、電界放出型電子源アレイを用いた平面型撮像装置の基本構成を示す。光透過性を有する前面基板１と、背面基板２と、側面外周器３とを備え、これらはフリットガラスやインジウム等の封着部材４により固着固定され、その内部が真空に保持されている。  前面基板１の内面には、外部からの入射光を透過する透明電極５が形成され、前面基板１の内部に埋め込まれた電極ピン６を介して、透明電極５に電圧を印加するようになっている。透明電極５の表面にターゲットとして、硫化アンチモン、セレン等からなる光電変換膜７が形成されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
背面基板２の内面には、複数の冷陰極素子（エミッタ）と、各冷陰極素子の周辺に形成された絶縁層及び冷陰極素子から電子を取り出す為の電圧を印加するゲート電極等からなる周辺素子とが集積一体化された電界放出型電子源アレイ８が形成された半導体基板９が設置されている。冷陰極素子から放出された電子ビーム１０を光電変換膜７にランディングさせて、入射光により光電変換膜７中で発生・蓄積された信号電荷の空間分布を時系列電気信号として外部に取り出し、光電変換膜７上に結像した画像を読み取ることができる。
【０００５】
しかしながら、光電変換膜７を蒸着法で形成すると、透明電極５と光電変換膜７が積層された光電変換部の周辺部では、光電変換膜７の膜厚が薄くなる。光電変換膜７の膜厚が薄くなると、ガウスの法則に従って光電変換膜の静電容量が増加するので、光電変換膜７に光が入射すると、電荷の蓄積量が高くなる。即ち、光電変換膜７に光が入射すると、光電変換部の周辺部では、光電変換膜表面の電位が上昇することになる。
【０００６】
この電位上昇によって電界の歪みが発生し、光電変換膜７の信号読み取り領域に照射される電子ビームの軌道が変化するため、信号読み取りが正常に行われなくなる。また、光電変換膜７がアバランシェ増倍機能を有する場合には、透明電極５と光電変換膜７との積層膜周辺部でより強い電子なだれが発生し、光電変換膜７の周辺部で大きな電位上昇を発生させる。この現象が生じると、画像信号の正常な読み取りができなくなり、撮像画像の乱れをさらに大きくする。そこで、光電変換膜の周辺部に正孔捕獲層を設けることにより、撮像画像の乱れを解決する技術が考案された。
【０００７】
図３に正孔捕獲層を設けた光電変換部を示す。前面基板１の内面には、透明電極５が形成されており、画像信号取り出し領域を成す前面基板中央の透明電極５の上面には、光電変換膜として第一の光導電層１１と電子ビームランディング層１２の積層膜が設けられている。非画像信号取り出し領域を成す前記光電変換膜の周囲は、第二の光導電層１３、正孔捕獲層１４、第三の光導電層１５、表面層１６が順次積層して形成されている。
【０００８】
このように、光電変換膜の非画像信号取り出し領域に正孔捕獲層１４を設けることで、透明電極５から第二の光導電層１３に漏洩する正孔や、入射光によって第二の光導電層１３で生成される正孔を正孔捕獲層１４で捕獲することが出来る。このため、読み取り動作中に第二の光導電層１３にかかる電界は零となるので、第二の光導電層１３から第三の光導電層１５への正孔の流入が阻止される。その結果、入射光の有無にかかわらず第三の光導電層１５を通過する正孔数を少なくすることができるので、非画像信号取り出し領域に該当する光電変換膜周辺部での表面電位の上昇を抑え、安定した画像信号読み取りを実現している（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開平６−１７６７０４号公報
【特許文献２】特開平７−２９５０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前記従来の構成では、非画像信号取り出し領域の透明電極５上に、第二の光導電層１３、正孔捕獲層１４、第三の光導電層１５、表面層１６の４層を積層して、厚い膜となっているために、透明電極５と第二の光導電層１３との間で膜剥がれが起きやすい。この膜剥がれにより正孔捕獲層への正孔の流入が妨げられ、光電変換膜の周辺部での表面電位の変動が生じるという課題を有していた。
【００１０】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、光電変換膜と記透明電極との間の膜剥がれを防止し、光電変換膜の周辺部での表面電位の変動を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記従来の課題を解決するために、本発明の電界放出型電子源撮像装置は、電子を放出する電子放出部が形成された第1の基板と前記第1の基板に対向する位置に設けられた第２の基板とを側面外周部を介して封着させた電界放出型撮像装置において、前記第２の基板の前記電子放出部側の表面に形成された透明電極と、前記透明電極上に形成された光電変換膜と、前記光電変換膜の外周部と前記透明電極との間に電気絶縁層を配置したことを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の電界放出型電子源撮像装置によれば、光電変換部の外周部を形成する光電変換膜と透明電極との間に電気絶縁層を１層形成することで、光電変換膜の周辺部での表面電位の変動を抑制して、電子または正孔の流れ込みを抑えるので、光電変換膜の周辺部での画像の乱れの少ない撮像装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明の電界放出型電子源撮像装置の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。
【００１４】
（実施の形態１）
図１に、第一の実施形態の電界放出型電子源撮像装置の概略図を示す。第一の実施形態の電界放出型電子源撮像装置の構成は、光透過性を有する前面基板１と、背面基板２と、側面外周器３とを備え、これらはインジウムからなる封着材料４により固着固定され、その内部が真空に保持されている。前面基板１の内面全体には、外部からの入射光を透過する透明電極１７が形成されており、透明電極１７上には、アモルファス−セレンからなるアバランシェ増倍効果を有する光電変換膜１８が、透明電極１７より小さく、かつ画像信号読み取り領域より大きい面積で形成されている。さらに、光電変換膜１８の周辺部には酸化クロムからなる遮光性の電気絶縁層１９が、透明電極１７と光電変換膜１８の間に挟まる形で形成されている。
【００１５】
背面基板２の内面には、複数の冷陰極素子（エミッタ）と、各冷陰極素子の周辺に形成された絶縁層及び冷陰極素子から電子を取り出す為の電圧を印加するゲート電極等からなる周辺素子とが集積一体化された電界放出型電子源アレイ８が形成された半導体基板９が設置されている。冷陰極素子から放出された電子ビーム１０を光電変換膜１８にランディングさせて、入射光により光電変換膜１８中で発生・蓄積された信号電荷の空間分布を時系列電気信号として外部に取り出し、光電変換膜１８上に結像した画像を読み取ることができる。
【００１６】
ここで、遮光性の電気絶縁層１９が無い場合は、前面基板１への入射光によって光電変換膜１８の全面にわたって電荷が蓄積するが、光電変換膜１８の周辺部においては、光電変換膜１８の膜厚が薄くなるので、異常に高い電荷が蓄積されて電子なだれが発生する。
【００１７】
光電変換膜１８の周辺部は、画像信号の取り出し領域外であり、ここで電子なだれが発生すると、画像信号が正常に読み取れなくなって画像の乱れが発生する。
【００１８】
一方、本実施形態では、光の入射側の光電変換膜１８周辺部には酸化クロムからなる遮光性の電気絶縁層１９が形成されているので、光電変換膜１８の周辺部には光が入射しない。即ち、光電変換膜）１８の膜厚が薄く、光が入射すると異常な電荷が蓄積されやすい部分に、電荷が蓄積されるのを防ぐ。さらに、電気絶縁層１９が透明電極１７への電流の流れ込みを防止するので、電子なだれも発生しない。したがって、画像信号の取り出し領域外で電気信号が流れるのを大幅に低減し、画像の乱れを少なくすることができる。
【００１９】
本実施形態において、透明電極１７を前面基板の内面全体に形成したのは、側面部のインジウム封着部材４を透明電極１７の電極端子として用いるためである。これにより、前面基板１の内部に電圧印加のための電極ピンを埋め込む必要がなくなるので、前面基板１の機械的強度が強まり、電極ピンの周辺でのクラック発生や電極ピンと前面基板との隙間からの真空リーク発生が無くなり、撮像装置の品質が向上する。さらに、前面基板上に電極ピンが無いことで、画像信号読み取り領域以外の必要面積を小さくすることができ、撮像装置の小型化が可能になる。
【００２０】
次に、第一の実施形態に示した撮像装置の製造方法の一例について説明する。光透過性を有するガラス基板１上に、透明電極１７として、前記ガラス基板上において側面部のインジウム封着部材４で囲まれる面積よりも大きい、ＩＴＯ薄膜をスパッタリングで形成する。次に、画像信号読み取り領域以外で、かつ封着部材４との接合部以外の部分の透明電極１７上に対して、遮光性の電気絶縁層１９として酸化クロムの薄膜を０．３μｍ以上の膜厚で形成する。次に、画像信号読み取り領域を完全に網羅するように、画像信号読み取り領域よりもやや大きい面積の硫化アンチモンを蒸着で形成し、さらにその上にセレンをアモルファス状になるように蒸着で形成して、光電変換膜の光電変換部を有する前面基板を製造する。
【００２１】
この前面基板と背面基板２とを側面外周器３を介して、インジウムを封着部材４として、真空中で封着、ないしは封着後、内部を排気して真空とし、光電変換膜に光電変換膜を形成した電界放出型電子源撮像装置を製造する。
【００２２】
なお、本実施形態では、遮光性の電気絶縁層として酸化クロムを用いたが、特に材料を選ぶものではなく、入射光を遮光し、電気絶縁性のある膜であればよい。酸化クロムと同様の効果があるものとしては、例えば、酸化コバルト、酸化マンガン、酸化ルビジウムがある。
【００２３】
さらに、図３に示した従来の構成では、透明電極と第一の光導電層以外に、第二の光導電層、正孔捕獲層、第三の光導電層、表面層の４層を形成するのに対し、本発明では、透明電極と光電変換膜の間に電気絶縁層を１層形成するだけなので、成膜回数を少なくすることができ低コストの撮像装置を実現することができる。
【００２４】
また、全ての電気絶縁層を透明電極の電子放出部側の面に形成し、かつ透明電極を封着材料で囲まれる面積よりも大きい面積とすることにより、封着材料の側面部より透明電極に電圧が印加することができ、これにより、前面基板の内部に電圧印加のための電極ピンを埋め込む必要がなくなるので、前面基板の機械的強度が強まり、電極ピンの周辺でのクラック発生や電極ピンと前面基板との隙間からの真空リーク発生が無くなって、撮像装置の品質が向上する。さらに、前面基板上に電極ピンが無いことで、画像信号読み取り領域以外の必要面積を小さくすることができ、撮像装置の小型化が可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明の利用分野は、電界放出型電子源撮像装置として、特に暗視カメラ等の高感度・高解像度の撮像装置として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる電界放出型電子源撮像装置の断面図
【図２】従来の電界放出型電子源アレイを用いた電界放出型電子源撮像装置の断面図
【図３】従来の電界放出型電子源アレイを用いた電界放出型電子源撮像装置の断面図
【符号の説明】
【００２７】
１  前面基板
２  背面基板
３  側面外周器
４  封着部材
５、１７  透明電極
６  電極ピン
７、１８  光電変換膜
８  電界放出型電子源アレイ
９  半導体基板
１０  電子ビーム
１１  第一の光導電層
１２  電子ビームランディング層
１３  第二の光導電層１１
１４  正孔捕獲層
１５  第三の光導電層
１６  表面層
１９  遮光性電気絶縁層
【図１】
2009295286.tif 000003
【図２】
2009295286.tif 000004
【図３】
2009295286.tif 000005