撮像装置
【課題】ＰＮ接合部を有する電界放出型陰極を用いた光導電型撮像装置において、ＰＮ接合部に光が当たることによってＰＮ接合部の電気的絶縁性が劣化するのを防止する。
【解決手段】外囲器２内に、電子ビームを放出する電界放出型陰極１０と電子ビームが入射する光電変換ターゲット７との間の高真空状態に維持された第１空間６１が形成されている。外囲器２を通過した光が電界放出型陰極１０のＰ型半導体からなる陰極ベースとＮ型半導体からなり、陰極ベースに接合された陰極電極との接合部に入射しないように、外囲器２の少なくとも一部が遮光性の材料３００で覆われている。
【解決手段】外囲器２内に、電子ビームを放出する電界放出型陰極１０と電子ビームが入射する光電変換ターゲット７との間の高真空状態に維持された第１空間６１が形成されている。外囲器２を通過した光が電界放出型陰極１０のＰ型半導体からなる陰極ベースとＮ型半導体からなり、陰極ベースに接合された陰極電極との接合部に入射しないように、外囲器２の少なくとも一部が遮光性の材料３００で覆われている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＮ接合部を含む電界放出型陰極を備えた撮像装置に関する。特に電界放出型陰極内のリーク電流を抑制するための構造を備えた撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光電変換膜が入射光量に応じて信号電荷を発生、蓄積し、この電荷を電子ビームによって時系列的に外部回路に読み出すことにより、入射光量の空間的分布に対応した時系列電気信号を発生する撮像装置として、光導電型撮像装置が知られている。前記電子ビームを光電変換膜に照射する手段として電界放出型陰極を用いた光導電型撮像装置が特許文献１に開示されている。
【０００３】
図８は、この光導電型撮像装置の主要部の概略構造を示す切り欠き斜視図である。電界放出型陰極１００は、基板１０１上に、複数のストライプ状の陰極電極１０２、絶縁層１０３、複数のストライプ状のゲート電極１０４をこの順に有している。絶縁層１０３及びゲート電極１０４には多数の開口１０５が形成されている。各開口１０５内に露出した陰極電極１０２上には、コーン形状のエミッタ１０６が設けられている。複数のストライプ状の陰極電極１０２及び複数のストライプ状のゲート電極１０４は、それぞれ互いに直交する方向に延設されてＸＹマトリクスを構成している。任意の陰極電極１０２に対して任意のゲート電極１０４に正電位Ｖｄを印加することにより、この陰極電極１０２とこのゲート電極１０４との交点位置にあるエミッタ１０６から電子ビーム１０７を電界放出させることができる。電位差Ｖｄを印加する陰極電極１０２及びゲート電極１０４を順次変更することにより、電界放出型陰極１００をマトリクス駆動することができる。
【０００４】
電界放出型陰極１００に対面して透光性基板１５０が設けられている。その電界放出型陰極１００に対向する面（内面）には、順次積層された透光性の導電膜１５１及び光電変換膜１５２からなる光電変換ターゲットが形成されている。透光性基板１５０の光変換ターゲットとは反対側の面（外面）に入射した光１６０は、透光性基板１５０及び導電膜１５１を透過して光電変換膜１５２に入射する。
【０００５】
このような光導電型撮像装置において、電界放出型陰極１００をマトリクス駆動し、エミッタ１０６から放出された電子ビーム１０７で光電変換膜１５２を走査する。光電変換膜１５２の電界放出型陰極１００側の面、即ち走査面は、２次電子を放出しにくい材料又は構造を有している。従って、電子ビーム１０７が光電変換膜１５２に到達すると、走査面の電位が降下していくが、その電位が陰極電極１０２の電位に等しくなるとそれ以上電子ビーム１０７が到達し得なくなる。従って、電子ビーム１０７の走査直後の光電変換膜１５２の走査面電位は陰極電極１０２の電位と平衡する。透光性導電膜１５１には陰極電極１０２に対して正のターゲット電圧Ｖａが印加されているため、光電変換膜１５２内には、透光性導電膜１５１側が正で走査面側が負とする向きの電界が形成される。
【０００６】
この状態で、外部からの光１６０が光電変換膜１５２に入射すると、その入射量に応じた電子正孔対が光電変換膜１５２中に発生し、前記電界によって電子は透光性導電膜１５１側に、正孔は走査面側にそれぞれ走行し、光電変換膜１５２の走査面電位は到達した正孔によって陰極電極１０２の電位から上昇してゆく。そこへ再び電子ビーム１０７が到達すると、走査面電位は陰極電極１０２の電位にリセットされ、その際、出力端子１７０から入射光量の空間分布に対応する時系列電気信号が得られる。
【０００７】
また、上記の光導電型撮像装置において前記電気信号を外部回路に読み出すための構造として、透光性基板１５０を貫通した電極リードピン（図示せず）の一端を透光性導電膜１５１に接触させ、他端を外部回路の増幅器に接続させる構造がよく用いられている。
【０００８】
以上の光導電型撮像装置では、光電変換膜１５２に入射した光量が多いほど、光電変換膜１５２の走査面電位の上昇も大きいが、光電変換膜１５２の走査面に到達した正孔をリセットするのに十分な電子ビーム１０７が光電変換膜１５２に到達しないと、光電変換膜１５２の走査面電位を陰極電極１０２の電位にまで下げることができず、結果として、出力端子１７０から得られる電気信号は、実際の入射光量から得られるべき電気信号よりも小さくなってしまう。換言すれば、光電変換膜１５２に到達に到達する電子ビーム１０７の量が十分に大きければ、小さな入射光量から大きな入射光量まで、入射光量に応じて正確に電気信号に変換することができる、いわゆるダイナミックレンジの広い撮像装置を実現できる。
【０００９】
光電変換膜１５２に到達する電子ビーム１０７の量を増大させるには、電界放出型陰極の電流容量、即ち電流密度を増大させることにより実現できる。
【００１０】
特許文献２には、シリコン基板上にフォトリソグラフィー法により極小開口が形成されたゲート電極を形成することで、高電流密度を実現した電界放出型陰極が開示されている。
【００１１】
この種の電界放出型陰極の基本的構造を図９に示す。Ｐ型半導体からなる陰極ベース２００上にＮ型半導体からなる陰極電極２０１が形成され、陰極電極２０１に、先端の尖った複数のエミッタ２０２がエッチング加工により形成されている。また、陰極電極２０１の上には絶縁層２１０を介してゲート電極２２０が形成されている。絶縁層２１０及びゲート電極２２０には、各エミッタ２０２に対応する位置に、エミッタ２０２の先端を中心とする略円形の開口２０５が形成されている。
【００１２】
動作時には、Ｐ型半導体である陰極ベース２００には相対的に低い電圧（例えば０ボルト）を印加し、エミッタ２０２が形成されたＮ型半導体である陰極電極２０１には相対的に高い電圧（例えば＋数十ボルト）を印加することにより、いわゆるＰＮ接合部に常に逆バイアス電圧が印加された状態にしてＰＮ接合部に空乏層を形成する。これにより、動作時に、陰極ベース２００と陰極電極２０１との間の電気的絶を確保でき、電界放出型陰極の背面（光電変換ターゲットとは反対側の面）の電気的絶縁及び背面電位の安定化が得られる。
【特許文献１】特開平６−１７６７０４号公報
【特許文献２】特開平８−１７３３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
以上述べたように、光導電型撮像装置のダイナミックレンジを拡大するためには、電界放出型陰極の高電流密度化が不可欠であり、このためにはシリコン基板上に極小開口が形成されたゲート電極を備えた電界放出型陰極が有効である。
【００１４】
また、シリコン基板上に形成された電界放出型陰極では、その背面の電気絶縁及び背面電位の安定化のためには、電界放出型陰極の陰極ベースとしてＰ型半導体を用い且つエミッタが形成された陰極電極としてＮ型半導体を用いてＰＮ接合部を形成し、ＰＮ接合部に常に逆バイアス電圧を印加して空乏層が形成された状態とすることが有効である。
【００１５】
しかしながら、ＰＮ接合部にたとえ逆バイアス電圧が印加された状態であっても、ＰＮ接合部に光が当たると、価電子帯の電子が伝導帯に励起され電流が流れる、いわゆる光電効果が発生し、ＰＮ接合部に電流が流れ、これが不所望なリーク電流となり、撮像装置におけるノイズ成分となるという問題がある。
【００１６】
本発明は、電界放出型陰極を用いた光導電型撮像装置において、ＰＮ接合部に光が当たることによるＰＮ接合部の電気的絶縁性の劣化を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の撮像装置は、外部からの入射光が透過する透光性導電膜、及び前記入射光により信号電荷を発生する光電変換膜からなる光電変換ターゲットが形成された透光性基板と、前記光電変換ターゲットに向かって電子ビームを放出する電界放出型陰極が設けられた実装基板と、前記透光性基板と前記実装基板とを離間して保持するスペーサー部材と、少なくとも前記光電変換ターゲットと前記電界放出型陰極との間の高真空状態に維持された第１空間を内部に含む外囲器とを備える。
【００１８】
前記電界放出型陰極は、Ｐ型半導体からなる陰極ベースと、複数のエミッタを有し、Ｎ型半導体からなり、前記陰極ベースに接合された陰極電極と、前記エミッタから前記電子ビームを電界放出させるゲート電極とを備える。
【００１９】
前記外囲器を通過した光が前記陰極ベース及び前記陰極電極に入射しないように、前記外囲器の少なくとも一部が遮光性の材料で覆われている。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、外囲器を通過した光が陰極ベース及び陰極電極に入射しないように、外囲器の少なくとも一部が遮光性の材料で覆われているので、外光が外囲器を通過して、陰極ベースと陰極電極とが接合されたＰＮ接合部に入射するのを防止できる。従って、電界放出型陰極内に不所望なリーク電流が発生してＰＮ接合部の電気的絶縁性が劣化するのを防止できる。よって、高信頼性の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】
【００２１】
上記の本発明の撮像装置において、前記外囲器内であって、前記実装基板に対して反対側には、前記外囲器内を高真空状態に維持するためのゲッターが配置された第２空間が形成されており、前記実装基板には、前記第１空間と前記第２空間とをつなぐ貫通孔が形成されていることが好ましい。これにより、外囲器内を高真空状態に維持することができる。また、光電変換ターゲット及び電界放出型陰極が配置された第１空間とは別の第２空間内にゲッターが配置されているので、ゲッターとして蒸発型のゲッターを用いることができる。即ち、ゲッター材料を蒸発させて第２空間を形成する内壁面上にゲッター材料の蒸着膜を形成する際に、蒸発したゲッター材料が第１空間内の電界放出型陰極のエミッタに付着してエミッション特性が劣化するという問題は生じにくい。
【００２２】
前記遮光性の材料が前記外囲器の外面にコーティングされることにより、前記外囲器の少なくとも一部が前記遮光性の材料で覆われていることが好ましい。これにより、外囲器の少なくとも一部を遮光性の材料で覆う作業が容易になる。
【００２３】
前記遮光性の材料がシリコーン樹脂を含むことが好ましい。シリコーン樹脂は弾力性を有するので、撮像装置の耐衝撃性を向上させることができる。
【００２４】
前記光電変換膜がＸ線に対して感度を有し、前記遮光性の材料がＸ線遮蔽特性を有し、不所望なＸ線が前記外囲器を通過して前記光電変換膜に入射するのを前記遮光性の材料が防止することが好ましい。これにより、不所望なＸ線によって光電変換膜内に発生するノイズを低減することができる。
【００２５】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面を用いて詳細に説明する。
【００２６】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１にかかる撮像装置の概略構造を示した断面図、図２はその切り欠き斜視図である。
【００２７】
本実施の形態１の撮像装置は、基本的に、内面に光電変換ターゲット７が形成された透光性基板３と、光電変換ターゲット７に向かって電子ビームを放出する電界放出型陰極１０が設けられた実装基板４と、透光性基板３と実装基板４とを離間して保持するスペーサー部材５とを備えている。実装基板４の透光性基板３とは反対側の面にはゲッター容器２５が設けられている。
【００２８】
実装基板４とスペーサー部材５、及び実装基板４とゲッター容器２５は、それぞれ低融点の封着用ガラス３０を介して気密に接合されており、透光性基板３とスペーサー部材５とは封着用低融点金属４０を介して気密に接合されている。実装基板４、スペーサ部材５、及びゲッター容器２５は透光性のガラス材料からなる。透光性基板３、実装基板４、スペーサー部材５、及びゲッター容器２５で、内部が高真空状態に維持された外囲器２が構成される。外囲器２内の空間は、透光性基板３、実装基板４、及びスペーサー部材５で形成された第１空間と、実装基板４及びゲッター容器２５で形成された第２空間とに大別される。第１空間６１と第２空間６２とは、実装基板４に形成された貫通孔６０を介して繋がっている。
【００２９】
透光性基板３の材料は、撮像する光の波長に応じて公知の基板材料の中から選択して用いれば良く、例えば可視光を撮像する撮像装置の場合にはガラス基板が用いられ、紫外光を撮像する撮像装置の場合にはサファイヤや石英ガラスが用いられ、Ｘ線光を撮像する撮像装置の場合には金属Ｂｅ，Ａｌ，Ｔｉ，ＢＮなどが用いられる。
【００３０】
透光性基板３の内面に形成された光電変換ターゲット７は、外囲器２外からの入射光１に応じて信号電荷を発生し蓄積する。光電変換ターゲット７は、透光性基板３側から、外部からの入射光１が透過する透光性導電膜２２と、入射光１により信号電荷を発生する光電変換膜２３とをこの順に備える。
【００３１】
透光性導電膜２２としては、例えば真空蒸着法やスパッタリング法などにより形成されたＳｎＯ2膜やＩＴＯ膜などの金属薄膜を用いることができる。
【００３２】
光電変換膜２３は光を透過しない不透膜であり、従来から知られているＰｂＯ，Ｓｂ2Ｓ3，Ｓｃ，Ｓｉ，Ｃｄ，Ｚｎ，Ａｓ，Ｔｅなどからなる半導体材料を真空蒸着法などで膜状に形成して作成することができる。その中でも非晶質Ｓｅを主体とする半導体材料を用いて光電変換膜２３を形成すると、これに高電界を印加したときに膜内で信号電荷のアバランシェ増倍を生じさせて感度を飛躍的に高めることができる。
【００３３】
透光性基板３には、透光性導電膜２２に電圧を供給するために、外囲器２内の空間を真空気密に保ちながら透光性基板３を貫通したリードピン２４が設けられている。リードピン２４は、超音波はんだ加工法等により透光性導電膜２２と電気的に導通されている。
【００３４】
光電変換ターゲット７に対向して、実装基板４上に、電界放出型陰極１０が設けられている。電界放出型陰極１０は、光電変換ターゲット７に空間分布的に蓄積された信号電荷を時系列電気信号として読み出すための電子ビームを放出する。
【００３５】
電界放出型陰極１０は、図９に示すように、シリコン基板に不純物を導入して低抵抗化したＰ型半導体からなる陰極ベース２００と、例えばりん等の不純物を導入して形成されたＮ型半導体からなる陰極電極２０１とが接合されたＰＮ接合部を有している。陰極電極２０１の表面には、Ｎ型半導体からなる複数のエミッタ２０２が形成されている。
【００３６】
図３は、本実施の形態１にかかる撮像装置の主要部の概略構造を示す切り欠き斜視図である。電界放出型陰極１０は、陰極ベース２００上に、第１方向と平行な複数のストライプ状の陰極電極２０１、ＳｉＯ2からなる絶縁層２１０、第２方向と平行な複数のストライプ状のゲート電極２２０をこの順に有している。絶縁層２１０及びゲート電極２２０には多数の開口２０５が形成されている。各開口２０５内に露出した陰極電極２０１上には、コーン形状のエミッタ２０２が設けられている。複数のストライプ状の陰極電極２０１及び複数のストライプ状のゲート電極２２０は、それぞれ互いに直交する方向に延設されてＸＹマトリクスを構成している。任意の陰極電極２０１に対して任意のゲート電極２２０に正電位Ｖｄを印加することにより、この陰極電極２０１とこのゲート電極２２０との交点位置にあるエミッタ２０２から電子ビーム１０７を電界放出させることができる。電位差Ｖｄを印加する陰極電極２０１及びゲート電極２２０を順次変更することにより、電界放出型陰極１０をマトリクス駆動することができる。かくして、電界放出型陰極１０から放出された電子ビーム１０７で光電変換ターゲット７を走査する。
【００３７】
電界放出型陰極１０をマトリクス駆動するためには、複数の陰極電極２０１が互いに絶縁され、且つ、複数のゲート電極２２０が互いに絶縁されている必要がある。そこで、絶縁層２１０は、互いに隣り合う陰極電極２０１間及び互いに隣り合うゲート電極２２０間にも形成されている。
【００３８】
但し、陰極電極２０１の下面（ゲート電極２２０とは反対側の面）にもＳｉＯ2からなる絶縁層２１０を形成すると、電界放出型陰極１０内に極めて大面積のＳｉＯ2膜が形成されることになるため、マトリクス駆動時に印加されるパルス状電圧によってＳｉＯ2膜に電荷がチャージして電位が不安定となり、ノイズ等の悪影響を及ぼすと共に、電界放出型陰極１０の構造が複雑となりコストアップにつながる。
【００３９】
そこで、本実施の形態１では、Ｐ型半導体からなる陰極ベース２００上にＮ型半導体からなる陰極電極２０１を形成し、陰極ベース２００にゼロ電位を与える。これにより、比較的安価に陰極電極２０１の下面の電位を安定化させることができる。
【００４０】
また、駆動時には、例えば陰極ベース２００にゼロ電位、陰極電極２０１にプラス電位をそれぞれ印加して、ＰＮ接合部に常に逆バイアス電圧が印加された状態にする。これにより、ＰＮ接合部に空乏層が形成されるので、陰極ベース２００と陰極電極２０１との間の電気的絶縁を確保することができる。
【００４１】
尚、図３は電界放出型陰極１０の一部を描いた図であり、実際には更に多数のエミッタ２０２が格子点上に配置されている。
【００４２】
電界放出型陰極１０は絶縁材料からなる実装基板４上に接着・固定されている。電界放出型陰極１０の複数の陰極電極２０１及び複数のゲート電極２２０は、実装基板４上にパターニング形成された複数の電極５０に接続されている。電極５０は外囲器２外へ引き出され駆動回路（図示せず）に接続される。
【００４３】
図４〜図６を用いて、シリコン基板にエミッタ及びゲート電極を形成する方法を簡単に説明する。
【００４４】
まず、図４（Ａ）に示すように、Ｐ型シリコン層２５１及びＮ型シリコン層２５２を形成したシリコンの基板２５０のＮ型シリコン層２５２の表面に熱酸化法により酸化シリコン膜２５３を形成し、さらにその表面をフォトレジスト２５４で被覆する。
【００４５】
次に、図４（Ｂ）に示すように、フォトリソグラフィー法によりフォトレジスト２５４をエッチングして、約１μｍの径を有する円盤状のエッチングマスク２５５を形成する。
【００４６】
次に、図４（Ｃ）に示すように、ドライエッチング法によりエッチングマスク２５５の周辺の酸化シリコン膜２５３を除去し、エッチングマスク２５５の下に、これとほぼ同等の径を有する酸化シリコンからなる円盤構造２５６を形成する。
【００４７】
次に、図５（Ａ）に示すように、エッチングマスク２５５が付着した状態で、酸化シリコンからなる円盤構造２５６の側面にウェットエッチングを施すことにより径が縮小された酸化シリコンからなる円盤構造２５６ａを形成する。
【００４８】
次に、図５（Ｂ）に示すように、エッチングマスク２５５を除去することにより、約０．３μｍの微小径を有する酸化シリコンからなる円盤状の微小エッチングマスク２５６ａを形成する。
【００４９】
次に、図５（Ｃ）に示すように、微小エッチングマスク２５６ａをマスクとして使用してサイドエッチングがほとんど生じない条件でＮ型シリコン層２５２をドライエッチングすることにより、微小エッチングマスク２５６ａの下に円柱状の立体構造２５２ａを形成する。
【００５０】
次に、図６（Ａ）に示すように、円柱状の立体構造２５２ａに異方性エッチングを施すことにより、一対の円錐形状が互いにその頂点で接続された形状を有する微小立体構造２５２ｂを形成する。微小立体構造２５２ｂの最小径（即ち、一対の円錐形状の接続部の径）は、微小エッチングマスク２５６ａの径よりも小さく、約０．１μｍである。
【００５１】
次に、図６（Ｂ）に示すように、微小エッチングマスク２５６ａを介して蒸着することにより、微小エッチングマスク２５６ａの上面及び微小立体構造２５２ｂの周囲のＮ型シリコン層２５２の上面に絶縁物２５７およびゲート電極となる金属２５８を順に付着させる。
【００５２】
次に、図６（Ｃ）に示すように、微小立体構造２５２ｂの側面にウェットエッチングを施して、微小立体構造２５２ｂの最小径を零に減少させることにより、微小エッチングマスク２５６ａおよび微小エッチングマスク２５６ａの上に付着した絶縁物２５７および金属２５８を除去する。この結果、微小エッチングマスク２５６ａと同等の内径を有する微小開口のゲート２５８ａ内に、急峻な先端を有するエミッタ２５９が形成される。
【００５３】
図１に示すように、電界放出型陰極１０と光電変換ターゲット７との間には、シールド−グリッド電極２０が配置されている。シールド−グリッド電極２０は、多数の貫通孔が形成された板状の電極であり、スペーサー部材５に保持されている。シールド−グリッド電極２０は、電界放出型陰極１０から放出された電子ビームを効果的に光電変換ターゲット７に到達させる作用、外囲器２内に存在する迷走電子、余剰電子、及び残留ガスイオンなどによって電界放出型陰極１０が損傷するのを防止する作用、及び、電界放出型陰極１０から電子ビームを放出する位置を時間的に切り替えるために陰極電極２０１及びゲート電極２２０に印加される駆動パルス電圧によって光電変換ターゲット７に生じる雑音を低減する作用を有している。
【００５４】
ゲッター容器２５内にはゲッター２６が収納されている。外囲器２を気密に封着した後、外囲器２外からゲッター２６に電流を流してゲッター２６を加熱し、ゲッター２６の材料からなる薄膜（ゲッター膜）を第２空間６２を形成する内壁面に蒸着形成する。これにより、外囲器２内の余分なガスが吸着除去され、高真空状態が形成され維持される。
【００５５】
本実施の形態１では、ゲッター容器２５は透光性のガラス材料からなり、その外面は遮光性のシリコーン樹脂系材料３００で覆われている。同様に、実装基板４及びスペーサー部材５の外面も遮光性のシリコーン樹脂系材料３００で覆われている。この結果、外光が、ゲッター容器２５、実装基板４、又はスペーサー部材５を通過して外囲器２内に入射するのが防止されている。
【００５６】
シリコーン樹脂系材料３００が設けられていない場合、例えばゲッター容器２５を通過した外光は実装基板４の貫通孔６０などを通過して第１空間６１内に到達し、直接的に又は第１空間６１内で反射して間接的に、電界放出型陰極１０のＰＮ接合部に入射する可能性がある。ＰＮ接合部に光が入射すると、光電効果によりＮ型半導体からなる陰極電極２０１とＰ型半導体からなる陰極ベース２００との間に不所望なリーク電流が流れ、陰極電極２０１に印加される駆動パルス波形が歪んで所望のエミッタ電流が得られない。外光がスペーサー部材５又は実装基板４を通過して外囲器２内に入射した場合も、上記と同様の現象が生じる可能性がある。
【００５７】
外光がＰＮ接合部に入射しないように外囲器２の少なくとも一部を遮光性材料３００で覆うことにより、ＰＮ接合部の光電効果による不所望なリーク電流の発生を防ぐことができるので、電界放出型陰極１０のマトリクス駆動に支障を来すことがない。
【００５８】
撮像装置の製造工程に於いては、ゲッター膜の形成状態を確認して不良品を排除できるように、少なくともゲッター膜を形成した後に、遮光性のシリコーン樹脂系材料３００をゲッター容器２５の外面に被覆することが望ましい。
【００５９】
（実施の形態２）
図７は本発明の実施の形態２にかかる撮像装置の概略構造を示した断面図である。実施の形態１に係る撮像装置を示した図１と機能及び構造が同一であると見なせる部材については図１と同一の符号を付して、それらの説明を省略する。以下、実施の形態１と異なる点について説明する。
【００６０】
実施の形態１では実装基板４及びスペーサー部材５は透光性のガラス材料からなるが、本実施の形態２では実装基板７０及びスペーサー部材８０は例えばセラミック等の遮光性の材料からなる。従って、実施の形態１と異なり、実装基板７０及びスペーサー部材８０の外面は遮光性のシリコーン樹脂系材料３００で覆われていない。
【００６１】
ゲッター容器２５も遮光性材料で形成すれば、外光がゲッター容器２５を通過して外囲器２内に入射するのを防止できる。ところが、この場合、ゲッター膜の形成状態を確認することができないという問題が生じる。従って、実施の形態１と同様に本実施の形態２でも、ゲッター容器２５は透光性のガラス材料からなる。
【００６２】
しかしながら、ゲッター容器２５の外面は遮光性のシリコーン樹脂系材料３００で覆われているので、外光がゲッター容器２５を通過して外囲器２内に入射するのを防ぐことができる。従って、電界放出型陰極１０のＰＮ接合部に光が入射して、光電効果により不所望なリーク電流が流れるのを防ぐことができ、信頼性の高い撮像装置を提供することができる。
【００６３】
また、実装基板７０及びスペーサー部材８０が遮光性の材料からなるので、遮光性のシリコーン樹脂系材料３００で覆う領域を少なくすることができる。
【００６４】
なお、撮像装置の製造工程に於いてゲッター膜の形成状態を確認して不良品を排除できるという実施の形態１の効果は本実施の形態２でも同様に得られる。
【００６５】
上記の実施の形態１，２において、外囲器２の外面の少なくとも一部を覆う遮光性材料３００の厚み等の詳細寸法は、外光を十分に遮蔽することができるように、使用する遮光性材料の遮光特性などを考慮して適宜決定すれば良い。
【００６６】
上記の実施の形態１，２では、外囲器２の外面の少なくとも一部を覆う遮光性材料としてシリコーン樹脂系材料を用いたが、遮光性を有する材料であればこれに限定されない。
【００６７】
例えば外囲器２の外面の少なくとも一部を覆う遮光性材料として、鉛ガラス、鉛含有樹脂、タングステン含有樹脂等のＸ線をも遮蔽する特性を有する材料を用いても良い。この場合、紫外線からＸ線の領域にまで感度を有する光電変換膜２３に外囲器２を通過して入射する不所望なＸ線を遮蔽することができる。従って、この不所望なＸ線によって光電変換膜２３内に発生するノイズを低減することができるという付加的効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明によればＰＮ接合部を有する電界放出型陰極内に不所望なリーク電流が発生するのを防止できるので、高信頼性の撮像装置として広範囲に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１にかかる撮像装置の概略構造を示した断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１にかかる撮像装置の概略構造を示した切り欠き斜視図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態１にかかる光導電型撮像装置の主要部の概略構造を示した切り欠き斜視図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態１にかかる光導電型撮像装置の電界放出型陰極の形成方法を工程順に示した断面図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態１にかかる光導電型撮像装置の電界放出型陰極の形成方法を工程順に示した断面図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態１にかかる光導電型撮像装置の電界放出型陰極の形成方法を工程順に示した断面図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態２にかかる撮像装置の概略構造を示した断面図である。
【図８】図８は、従来の光導電型撮像装置の主要部の概略構造を示した切り欠き斜視図である。
【図９】図９は、電界放出型陰極の基本的構造を示した断面図である。
【符号の説明】
【００７０】
１ 光
２ 外囲器
３ 透光性基板
４ 実装基板
５ スペーサー部材
７ 光電変換ターゲット
１０ 電界放出型陰極
２０ シールド−グリッド電極
２２ 透光性導電膜
２３ 光電変換膜
２４ リードピン
２５ ゲッター容器
２６ ゲッター
３０ 封着用ガラス
４０ 封着用低融点金属
５０ 電極
６０ 貫通孔
６１ 第１空間
６２ 第２空間
７０ 実装基板
８０ スペーサー部材
１０７ 電子ビーム
２００ 陰極ベース
２０１ 陰極電極
２０２ エミッタ
２０５ 開口
２１０ 絶縁層
２２０ ゲート電極
３００ 遮光性のシリコーン樹脂系材料
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＮ接合部を含む電界放出型陰極を備えた撮像装置に関する。特に電界放出型陰極内のリーク電流を抑制するための構造を備えた撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光電変換膜が入射光量に応じて信号電荷を発生、蓄積し、この電荷を電子ビームによって時系列的に外部回路に読み出すことにより、入射光量の空間的分布に対応した時系列電気信号を発生する撮像装置として、光導電型撮像装置が知られている。前記電子ビームを光電変換膜に照射する手段として電界放出型陰極を用いた光導電型撮像装置が特許文献１に開示されている。
【０００３】
図８は、この光導電型撮像装置の主要部の概略構造を示す切り欠き斜視図である。電界放出型陰極１００は、基板１０１上に、複数のストライプ状の陰極電極１０２、絶縁層１０３、複数のストライプ状のゲート電極１０４をこの順に有している。絶縁層１０３及びゲート電極１０４には多数の開口１０５が形成されている。各開口１０５内に露出した陰極電極１０２上には、コーン形状のエミッタ１０６が設けられている。複数のストライプ状の陰極電極１０２及び複数のストライプ状のゲート電極１０４は、それぞれ互いに直交する方向に延設されてＸＹマトリクスを構成している。任意の陰極電極１０２に対して任意のゲート電極１０４に正電位Ｖｄを印加することにより、この陰極電極１０２とこのゲート電極１０４との交点位置にあるエミッタ１０６から電子ビーム１０７を電界放出させることができる。電位差Ｖｄを印加する陰極電極１０２及びゲート電極１０４を順次変更することにより、電界放出型陰極１００をマトリクス駆動することができる。
【０００４】
電界放出型陰極１００に対面して透光性基板１５０が設けられている。その電界放出型陰極１００に対向する面（内面）には、順次積層された透光性の導電膜１５１及び光電変換膜１５２からなる光電変換ターゲットが形成されている。透光性基板１５０の光変換ターゲットとは反対側の面（外面）に入射した光１６０は、透光性基板１５０及び導電膜１５１を透過して光電変換膜１５２に入射する。
【０００５】
このような光導電型撮像装置において、電界放出型陰極１００をマトリクス駆動し、エミッタ１０６から放出された電子ビーム１０７で光電変換膜１５２を走査する。光電変換膜１５２の電界放出型陰極１００側の面、即ち走査面は、２次電子を放出しにくい材料又は構造を有している。従って、電子ビーム１０７が光電変換膜１５２に到達すると、走査面の電位が降下していくが、その電位が陰極電極１０２の電位に等しくなるとそれ以上電子ビーム１０７が到達し得なくなる。従って、電子ビーム１０７の走査直後の光電変換膜１５２の走査面電位は陰極電極１０２の電位と平衡する。透光性導電膜１５１には陰極電極１０２に対して正のターゲット電圧Ｖａが印加されているため、光電変換膜１５２内には、透光性導電膜１５１側が正で走査面側が負とする向きの電界が形成される。
【０００６】
この状態で、外部からの光１６０が光電変換膜１５２に入射すると、その入射量に応じた電子正孔対が光電変換膜１５２中に発生し、前記電界によって電子は透光性導電膜１５１側に、正孔は走査面側にそれぞれ走行し、光電変換膜１５２の走査面電位は到達した正孔によって陰極電極１０２の電位から上昇してゆく。そこへ再び電子ビーム１０７が到達すると、走査面電位は陰極電極１０２の電位にリセットされ、その際、出力端子１７０から入射光量の空間分布に対応する時系列電気信号が得られる。
【０００７】
また、上記の光導電型撮像装置において前記電気信号を外部回路に読み出すための構造として、透光性基板１５０を貫通した電極リードピン（図示せず）の一端を透光性導電膜１５１に接触させ、他端を外部回路の増幅器に接続させる構造がよく用いられている。
【０００８】
以上の光導電型撮像装置では、光電変換膜１５２に入射した光量が多いほど、光電変換膜１５２の走査面電位の上昇も大きいが、光電変換膜１５２の走査面に到達した正孔をリセットするのに十分な電子ビーム１０７が光電変換膜１５２に到達しないと、光電変換膜１５２の走査面電位を陰極電極１０２の電位にまで下げることができず、結果として、出力端子１７０から得られる電気信号は、実際の入射光量から得られるべき電気信号よりも小さくなってしまう。換言すれば、光電変換膜１５２に到達に到達する電子ビーム１０７の量が十分に大きければ、小さな入射光量から大きな入射光量まで、入射光量に応じて正確に電気信号に変換することができる、いわゆるダイナミックレンジの広い撮像装置を実現できる。
【０００９】
光電変換膜１５２に到達する電子ビーム１０７の量を増大させるには、電界放出型陰極の電流容量、即ち電流密度を増大させることにより実現できる。
【００１０】
特許文献２には、シリコン基板上にフォトリソグラフィー法により極小開口が形成されたゲート電極を形成することで、高電流密度を実現した電界放出型陰極が開示されている。
【００１１】
この種の電界放出型陰極の基本的構造を図９に示す。Ｐ型半導体からなる陰極ベース２００上にＮ型半導体からなる陰極電極２０１が形成され、陰極電極２０１に、先端の尖った複数のエミッタ２０２がエッチング加工により形成されている。また、陰極電極２０１の上には絶縁層２１０を介してゲート電極２２０が形成されている。絶縁層２１０及びゲート電極２２０には、各エミッタ２０２に対応する位置に、エミッタ２０２の先端を中心とする略円形の開口２０５が形成されている。
【００１２】
動作時には、Ｐ型半導体である陰極ベース２００には相対的に低い電圧（例えば０ボルト）を印加し、エミッタ２０２が形成されたＮ型半導体である陰極電極２０１には相対的に高い電圧（例えば＋数十ボルト）を印加することにより、いわゆるＰＮ接合部に常に逆バイアス電圧が印加された状態にしてＰＮ接合部に空乏層を形成する。これにより、動作時に、陰極ベース２００と陰極電極２０１との間の電気的絶を確保でき、電界放出型陰極の背面（光電変換ターゲットとは反対側の面）の電気的絶縁及び背面電位の安定化が得られる。
【特許文献１】特開平６−１７６７０４号公報
【特許文献２】特開平８−１７３３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
以上述べたように、光導電型撮像装置のダイナミックレンジを拡大するためには、電界放出型陰極の高電流密度化が不可欠であり、このためにはシリコン基板上に極小開口が形成されたゲート電極を備えた電界放出型陰極が有効である。
【００１４】
また、シリコン基板上に形成された電界放出型陰極では、その背面の電気絶縁及び背面電位の安定化のためには、電界放出型陰極の陰極ベースとしてＰ型半導体を用い且つエミッタが形成された陰極電極としてＮ型半導体を用いてＰＮ接合部を形成し、ＰＮ接合部に常に逆バイアス電圧を印加して空乏層が形成された状態とすることが有効である。
【００１５】
しかしながら、ＰＮ接合部にたとえ逆バイアス電圧が印加された状態であっても、ＰＮ接合部に光が当たると、価電子帯の電子が伝導帯に励起され電流が流れる、いわゆる光電効果が発生し、ＰＮ接合部に電流が流れ、これが不所望なリーク電流となり、撮像装置におけるノイズ成分となるという問題がある。
【００１６】
本発明は、電界放出型陰極を用いた光導電型撮像装置において、ＰＮ接合部に光が当たることによるＰＮ接合部の電気的絶縁性の劣化を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の撮像装置は、外部からの入射光が透過する透光性導電膜、及び前記入射光により信号電荷を発生する光電変換膜からなる光電変換ターゲットが形成された透光性基板と、前記光電変換ターゲットに向かって電子ビームを放出する電界放出型陰極が設けられた実装基板と、前記透光性基板と前記実装基板とを離間して保持するスペーサー部材と、少なくとも前記光電変換ターゲットと前記電界放出型陰極との間の高真空状態に維持された第１空間を内部に含む外囲器とを備える。
【００１８】
前記電界放出型陰極は、Ｐ型半導体からなる陰極ベースと、複数のエミッタを有し、Ｎ型半導体からなり、前記陰極ベースに接合された陰極電極と、前記エミッタから前記電子ビームを電界放出させるゲート電極とを備える。
【００１９】
前記外囲器を通過した光が前記陰極ベース及び前記陰極電極に入射しないように、前記外囲器の少なくとも一部が遮光性の材料で覆われている。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、外囲器を通過した光が陰極ベース及び陰極電極に入射しないように、外囲器の少なくとも一部が遮光性の材料で覆われているので、外光が外囲器を通過して、陰極ベースと陰極電極とが接合されたＰＮ接合部に入射するのを防止できる。従って、電界放出型陰極内に不所望なリーク電流が発生してＰＮ接合部の電気的絶縁性が劣化するのを防止できる。よって、高信頼性の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】
【００２１】
上記の本発明の撮像装置において、前記外囲器内であって、前記実装基板に対して反対側には、前記外囲器内を高真空状態に維持するためのゲッターが配置された第２空間が形成されており、前記実装基板には、前記第１空間と前記第２空間とをつなぐ貫通孔が形成されていることが好ましい。これにより、外囲器内を高真空状態に維持することができる。また、光電変換ターゲット及び電界放出型陰極が配置された第１空間とは別の第２空間内にゲッターが配置されているので、ゲッターとして蒸発型のゲッターを用いることができる。即ち、ゲッター材料を蒸発させて第２空間を形成する内壁面上にゲッター材料の蒸着膜を形成する際に、蒸発したゲッター材料が第１空間内の電界放出型陰極のエミッタに付着してエミッション特性が劣化するという問題は生じにくい。
【００２２】
前記遮光性の材料が前記外囲器の外面にコーティングされることにより、前記外囲器の少なくとも一部が前記遮光性の材料で覆われていることが好ましい。これにより、外囲器の少なくとも一部を遮光性の材料で覆う作業が容易になる。
【００２３】
前記遮光性の材料がシリコーン樹脂を含むことが好ましい。シリコーン樹脂は弾力性を有するので、撮像装置の耐衝撃性を向上させることができる。
【００２４】
前記光電変換膜がＸ線に対して感度を有し、前記遮光性の材料がＸ線遮蔽特性を有し、不所望なＸ線が前記外囲器を通過して前記光電変換膜に入射するのを前記遮光性の材料が防止することが好ましい。これにより、不所望なＸ線によって光電変換膜内に発生するノイズを低減することができる。
【００２５】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面を用いて詳細に説明する。
【００２６】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１にかかる撮像装置の概略構造を示した断面図、図２はその切り欠き斜視図である。
【００２７】
本実施の形態１の撮像装置は、基本的に、内面に光電変換ターゲット７が形成された透光性基板３と、光電変換ターゲット７に向かって電子ビームを放出する電界放出型陰極１０が設けられた実装基板４と、透光性基板３と実装基板４とを離間して保持するスペーサー部材５とを備えている。実装基板４の透光性基板３とは反対側の面にはゲッター容器２５が設けられている。
【００２８】
実装基板４とスペーサー部材５、及び実装基板４とゲッター容器２５は、それぞれ低融点の封着用ガラス３０を介して気密に接合されており、透光性基板３とスペーサー部材５とは封着用低融点金属４０を介して気密に接合されている。実装基板４、スペーサ部材５、及びゲッター容器２５は透光性のガラス材料からなる。透光性基板３、実装基板４、スペーサー部材５、及びゲッター容器２５で、内部が高真空状態に維持された外囲器２が構成される。外囲器２内の空間は、透光性基板３、実装基板４、及びスペーサー部材５で形成された第１空間と、実装基板４及びゲッター容器２５で形成された第２空間とに大別される。第１空間６１と第２空間６２とは、実装基板４に形成された貫通孔６０を介して繋がっている。
【００２９】
透光性基板３の材料は、撮像する光の波長に応じて公知の基板材料の中から選択して用いれば良く、例えば可視光を撮像する撮像装置の場合にはガラス基板が用いられ、紫外光を撮像する撮像装置の場合にはサファイヤや石英ガラスが用いられ、Ｘ線光を撮像する撮像装置の場合には金属Ｂｅ，Ａｌ，Ｔｉ，ＢＮなどが用いられる。
【００３０】
透光性基板３の内面に形成された光電変換ターゲット７は、外囲器２外からの入射光１に応じて信号電荷を発生し蓄積する。光電変換ターゲット７は、透光性基板３側から、外部からの入射光１が透過する透光性導電膜２２と、入射光１により信号電荷を発生する光電変換膜２３とをこの順に備える。
【００３１】
透光性導電膜２２としては、例えば真空蒸着法やスパッタリング法などにより形成されたＳｎＯ2膜やＩＴＯ膜などの金属薄膜を用いることができる。
【００３２】
光電変換膜２３は光を透過しない不透膜であり、従来から知られているＰｂＯ，Ｓｂ2Ｓ3，Ｓｃ，Ｓｉ，Ｃｄ，Ｚｎ，Ａｓ，Ｔｅなどからなる半導体材料を真空蒸着法などで膜状に形成して作成することができる。その中でも非晶質Ｓｅを主体とする半導体材料を用いて光電変換膜２３を形成すると、これに高電界を印加したときに膜内で信号電荷のアバランシェ増倍を生じさせて感度を飛躍的に高めることができる。
【００３３】
透光性基板３には、透光性導電膜２２に電圧を供給するために、外囲器２内の空間を真空気密に保ちながら透光性基板３を貫通したリードピン２４が設けられている。リードピン２４は、超音波はんだ加工法等により透光性導電膜２２と電気的に導通されている。
【００３４】
光電変換ターゲット７に対向して、実装基板４上に、電界放出型陰極１０が設けられている。電界放出型陰極１０は、光電変換ターゲット７に空間分布的に蓄積された信号電荷を時系列電気信号として読み出すための電子ビームを放出する。
【００３５】
電界放出型陰極１０は、図９に示すように、シリコン基板に不純物を導入して低抵抗化したＰ型半導体からなる陰極ベース２００と、例えばりん等の不純物を導入して形成されたＮ型半導体からなる陰極電極２０１とが接合されたＰＮ接合部を有している。陰極電極２０１の表面には、Ｎ型半導体からなる複数のエミッタ２０２が形成されている。
【００３６】
図３は、本実施の形態１にかかる撮像装置の主要部の概略構造を示す切り欠き斜視図である。電界放出型陰極１０は、陰極ベース２００上に、第１方向と平行な複数のストライプ状の陰極電極２０１、ＳｉＯ2からなる絶縁層２１０、第２方向と平行な複数のストライプ状のゲート電極２２０をこの順に有している。絶縁層２１０及びゲート電極２２０には多数の開口２０５が形成されている。各開口２０５内に露出した陰極電極２０１上には、コーン形状のエミッタ２０２が設けられている。複数のストライプ状の陰極電極２０１及び複数のストライプ状のゲート電極２２０は、それぞれ互いに直交する方向に延設されてＸＹマトリクスを構成している。任意の陰極電極２０１に対して任意のゲート電極２２０に正電位Ｖｄを印加することにより、この陰極電極２０１とこのゲート電極２２０との交点位置にあるエミッタ２０２から電子ビーム１０７を電界放出させることができる。電位差Ｖｄを印加する陰極電極２０１及びゲート電極２２０を順次変更することにより、電界放出型陰極１０をマトリクス駆動することができる。かくして、電界放出型陰極１０から放出された電子ビーム１０７で光電変換ターゲット７を走査する。
【００３７】
電界放出型陰極１０をマトリクス駆動するためには、複数の陰極電極２０１が互いに絶縁され、且つ、複数のゲート電極２２０が互いに絶縁されている必要がある。そこで、絶縁層２１０は、互いに隣り合う陰極電極２０１間及び互いに隣り合うゲート電極２２０間にも形成されている。
【００３８】
但し、陰極電極２０１の下面（ゲート電極２２０とは反対側の面）にもＳｉＯ2からなる絶縁層２１０を形成すると、電界放出型陰極１０内に極めて大面積のＳｉＯ2膜が形成されることになるため、マトリクス駆動時に印加されるパルス状電圧によってＳｉＯ2膜に電荷がチャージして電位が不安定となり、ノイズ等の悪影響を及ぼすと共に、電界放出型陰極１０の構造が複雑となりコストアップにつながる。
【００３９】
そこで、本実施の形態１では、Ｐ型半導体からなる陰極ベース２００上にＮ型半導体からなる陰極電極２０１を形成し、陰極ベース２００にゼロ電位を与える。これにより、比較的安価に陰極電極２０１の下面の電位を安定化させることができる。
【００４０】
また、駆動時には、例えば陰極ベース２００にゼロ電位、陰極電極２０１にプラス電位をそれぞれ印加して、ＰＮ接合部に常に逆バイアス電圧が印加された状態にする。これにより、ＰＮ接合部に空乏層が形成されるので、陰極ベース２００と陰極電極２０１との間の電気的絶縁を確保することができる。
【００４１】
尚、図３は電界放出型陰極１０の一部を描いた図であり、実際には更に多数のエミッタ２０２が格子点上に配置されている。
【００４２】
電界放出型陰極１０は絶縁材料からなる実装基板４上に接着・固定されている。電界放出型陰極１０の複数の陰極電極２０１及び複数のゲート電極２２０は、実装基板４上にパターニング形成された複数の電極５０に接続されている。電極５０は外囲器２外へ引き出され駆動回路（図示せず）に接続される。
【００４３】
図４〜図６を用いて、シリコン基板にエミッタ及びゲート電極を形成する方法を簡単に説明する。
【００４４】
まず、図４（Ａ）に示すように、Ｐ型シリコン層２５１及びＮ型シリコン層２５２を形成したシリコンの基板２５０のＮ型シリコン層２５２の表面に熱酸化法により酸化シリコン膜２５３を形成し、さらにその表面をフォトレジスト２５４で被覆する。
【００４５】
次に、図４（Ｂ）に示すように、フォトリソグラフィー法によりフォトレジスト２５４をエッチングして、約１μｍの径を有する円盤状のエッチングマスク２５５を形成する。
【００４６】
次に、図４（Ｃ）に示すように、ドライエッチング法によりエッチングマスク２５５の周辺の酸化シリコン膜２５３を除去し、エッチングマスク２５５の下に、これとほぼ同等の径を有する酸化シリコンからなる円盤構造２５６を形成する。
【００４７】
次に、図５（Ａ）に示すように、エッチングマスク２５５が付着した状態で、酸化シリコンからなる円盤構造２５６の側面にウェットエッチングを施すことにより径が縮小された酸化シリコンからなる円盤構造２５６ａを形成する。
【００４８】
次に、図５（Ｂ）に示すように、エッチングマスク２５５を除去することにより、約０．３μｍの微小径を有する酸化シリコンからなる円盤状の微小エッチングマスク２５６ａを形成する。
【００４９】
次に、図５（Ｃ）に示すように、微小エッチングマスク２５６ａをマスクとして使用してサイドエッチングがほとんど生じない条件でＮ型シリコン層２５２をドライエッチングすることにより、微小エッチングマスク２５６ａの下に円柱状の立体構造２５２ａを形成する。
【００５０】
次に、図６（Ａ）に示すように、円柱状の立体構造２５２ａに異方性エッチングを施すことにより、一対の円錐形状が互いにその頂点で接続された形状を有する微小立体構造２５２ｂを形成する。微小立体構造２５２ｂの最小径（即ち、一対の円錐形状の接続部の径）は、微小エッチングマスク２５６ａの径よりも小さく、約０．１μｍである。
【００５１】
次に、図６（Ｂ）に示すように、微小エッチングマスク２５６ａを介して蒸着することにより、微小エッチングマスク２５６ａの上面及び微小立体構造２５２ｂの周囲のＮ型シリコン層２５２の上面に絶縁物２５７およびゲート電極となる金属２５８を順に付着させる。
【００５２】
次に、図６（Ｃ）に示すように、微小立体構造２５２ｂの側面にウェットエッチングを施して、微小立体構造２５２ｂの最小径を零に減少させることにより、微小エッチングマスク２５６ａおよび微小エッチングマスク２５６ａの上に付着した絶縁物２５７および金属２５８を除去する。この結果、微小エッチングマスク２５６ａと同等の内径を有する微小開口のゲート２５８ａ内に、急峻な先端を有するエミッタ２５９が形成される。
【００５３】
図１に示すように、電界放出型陰極１０と光電変換ターゲット７との間には、シールド−グリッド電極２０が配置されている。シールド−グリッド電極２０は、多数の貫通孔が形成された板状の電極であり、スペーサー部材５に保持されている。シールド−グリッド電極２０は、電界放出型陰極１０から放出された電子ビームを効果的に光電変換ターゲット７に到達させる作用、外囲器２内に存在する迷走電子、余剰電子、及び残留ガスイオンなどによって電界放出型陰極１０が損傷するのを防止する作用、及び、電界放出型陰極１０から電子ビームを放出する位置を時間的に切り替えるために陰極電極２０１及びゲート電極２２０に印加される駆動パルス電圧によって光電変換ターゲット７に生じる雑音を低減する作用を有している。
【００５４】
ゲッター容器２５内にはゲッター２６が収納されている。外囲器２を気密に封着した後、外囲器２外からゲッター２６に電流を流してゲッター２６を加熱し、ゲッター２６の材料からなる薄膜（ゲッター膜）を第２空間６２を形成する内壁面に蒸着形成する。これにより、外囲器２内の余分なガスが吸着除去され、高真空状態が形成され維持される。
【００５５】
本実施の形態１では、ゲッター容器２５は透光性のガラス材料からなり、その外面は遮光性のシリコーン樹脂系材料３００で覆われている。同様に、実装基板４及びスペーサー部材５の外面も遮光性のシリコーン樹脂系材料３００で覆われている。この結果、外光が、ゲッター容器２５、実装基板４、又はスペーサー部材５を通過して外囲器２内に入射するのが防止されている。
【００５６】
シリコーン樹脂系材料３００が設けられていない場合、例えばゲッター容器２５を通過した外光は実装基板４の貫通孔６０などを通過して第１空間６１内に到達し、直接的に又は第１空間６１内で反射して間接的に、電界放出型陰極１０のＰＮ接合部に入射する可能性がある。ＰＮ接合部に光が入射すると、光電効果によりＮ型半導体からなる陰極電極２０１とＰ型半導体からなる陰極ベース２００との間に不所望なリーク電流が流れ、陰極電極２０１に印加される駆動パルス波形が歪んで所望のエミッタ電流が得られない。外光がスペーサー部材５又は実装基板４を通過して外囲器２内に入射した場合も、上記と同様の現象が生じる可能性がある。
【００５７】
外光がＰＮ接合部に入射しないように外囲器２の少なくとも一部を遮光性材料３００で覆うことにより、ＰＮ接合部の光電効果による不所望なリーク電流の発生を防ぐことができるので、電界放出型陰極１０のマトリクス駆動に支障を来すことがない。
【００５８】
撮像装置の製造工程に於いては、ゲッター膜の形成状態を確認して不良品を排除できるように、少なくともゲッター膜を形成した後に、遮光性のシリコーン樹脂系材料３００をゲッター容器２５の外面に被覆することが望ましい。
【００５９】
（実施の形態２）
図７は本発明の実施の形態２にかかる撮像装置の概略構造を示した断面図である。実施の形態１に係る撮像装置を示した図１と機能及び構造が同一であると見なせる部材については図１と同一の符号を付して、それらの説明を省略する。以下、実施の形態１と異なる点について説明する。
【００６０】
実施の形態１では実装基板４及びスペーサー部材５は透光性のガラス材料からなるが、本実施の形態２では実装基板７０及びスペーサー部材８０は例えばセラミック等の遮光性の材料からなる。従って、実施の形態１と異なり、実装基板７０及びスペーサー部材８０の外面は遮光性のシリコーン樹脂系材料３００で覆われていない。
【００６１】
ゲッター容器２５も遮光性材料で形成すれば、外光がゲッター容器２５を通過して外囲器２内に入射するのを防止できる。ところが、この場合、ゲッター膜の形成状態を確認することができないという問題が生じる。従って、実施の形態１と同様に本実施の形態２でも、ゲッター容器２５は透光性のガラス材料からなる。
【００６２】
しかしながら、ゲッター容器２５の外面は遮光性のシリコーン樹脂系材料３００で覆われているので、外光がゲッター容器２５を通過して外囲器２内に入射するのを防ぐことができる。従って、電界放出型陰極１０のＰＮ接合部に光が入射して、光電効果により不所望なリーク電流が流れるのを防ぐことができ、信頼性の高い撮像装置を提供することができる。
【００６３】
また、実装基板７０及びスペーサー部材８０が遮光性の材料からなるので、遮光性のシリコーン樹脂系材料３００で覆う領域を少なくすることができる。
【００６４】
なお、撮像装置の製造工程に於いてゲッター膜の形成状態を確認して不良品を排除できるという実施の形態１の効果は本実施の形態２でも同様に得られる。
【００６５】
上記の実施の形態１，２において、外囲器２の外面の少なくとも一部を覆う遮光性材料３００の厚み等の詳細寸法は、外光を十分に遮蔽することができるように、使用する遮光性材料の遮光特性などを考慮して適宜決定すれば良い。
【００６６】
上記の実施の形態１，２では、外囲器２の外面の少なくとも一部を覆う遮光性材料としてシリコーン樹脂系材料を用いたが、遮光性を有する材料であればこれに限定されない。
【００６７】
例えば外囲器２の外面の少なくとも一部を覆う遮光性材料として、鉛ガラス、鉛含有樹脂、タングステン含有樹脂等のＸ線をも遮蔽する特性を有する材料を用いても良い。この場合、紫外線からＸ線の領域にまで感度を有する光電変換膜２３に外囲器２を通過して入射する不所望なＸ線を遮蔽することができる。従って、この不所望なＸ線によって光電変換膜２３内に発生するノイズを低減することができるという付加的効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明によればＰＮ接合部を有する電界放出型陰極内に不所望なリーク電流が発生するのを防止できるので、高信頼性の撮像装置として広範囲に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１にかかる撮像装置の概略構造を示した断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１にかかる撮像装置の概略構造を示した切り欠き斜視図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態１にかかる光導電型撮像装置の主要部の概略構造を示した切り欠き斜視図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態１にかかる光導電型撮像装置の電界放出型陰極の形成方法を工程順に示した断面図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態１にかかる光導電型撮像装置の電界放出型陰極の形成方法を工程順に示した断面図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態１にかかる光導電型撮像装置の電界放出型陰極の形成方法を工程順に示した断面図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態２にかかる撮像装置の概略構造を示した断面図である。
【図８】図８は、従来の光導電型撮像装置の主要部の概略構造を示した切り欠き斜視図である。
【図９】図９は、電界放出型陰極の基本的構造を示した断面図である。
【符号の説明】
【００７０】
１ 光
２ 外囲器
３ 透光性基板
４ 実装基板
５ スペーサー部材
７ 光電変換ターゲット
１０ 電界放出型陰極
２０ シールド−グリッド電極
２２ 透光性導電膜
２３ 光電変換膜
２４ リードピン
２５ ゲッター容器
２６ ゲッター
３０ 封着用ガラス
４０ 封着用低融点金属
５０ 電極
６０ 貫通孔
６１ 第１空間
６２ 第２空間
７０ 実装基板
８０ スペーサー部材
１０７ 電子ビーム
２００ 陰極ベース
２０１ 陰極電極
２０２ エミッタ
２０５ 開口
２１０ 絶縁層
２２０ ゲート電極
３００ 遮光性のシリコーン樹脂系材料
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部からの入射光が透過する透光性導電膜、及び前記入射光により信号電荷を発生する光電変換膜からなる光電変換ターゲットが形成された透光性基板と、
前記光電変換ターゲットに向かって電子ビームを放出する電界放出型陰極が設けられた実装基板と、
前記透光性基板と前記実装基板とを離間して保持するスペーサー部材と、
少なくとも前記光電変換ターゲットと前記電界放出型陰極との間の高真空状態に維持された第１空間を内部に含む外囲器と
を備えた撮像装置であって、
前記電界放出型陰極は、Ｐ型半導体からなる陰極ベースと、複数のエミッタを有し、Ｎ型半導体からなり、前記陰極ベースに接合された陰極電極と、前記エミッタから前記電子ビームを電界放出させるゲート電極とを備え、
前記外囲器を通過した光が前記陰極ベース及び前記陰極電極に入射しないように、前記外囲器の少なくとも一部が遮光性の材料で覆われていることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記外囲器内であって、前記実装基板に対して反対側には、前記外囲器内を高真空状態に維持するためのゲッターが配置された第２空間が形成されており、
前記実装基板には、前記第１空間と前記第２空間とをつなぐ貫通孔が形成されている請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記遮光性の材料が前記外囲器の外面にコーティングされることにより、前記外囲器の少なくとも一部が前記遮光性の材料で覆われている請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記遮光性の材料がシリコーン樹脂を含む請求項１に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記光電変換膜がＸ線に対して感度を有し、前記遮光性の材料がＸ線遮蔽特性を有し、不所望なＸ線が前記外囲器を通過して前記光電変換膜に入射するのを前記遮光性の材料が防止する請求項１に記載の撮像装置。
【請求項１】
外部からの入射光が透過する透光性導電膜、及び前記入射光により信号電荷を発生する光電変換膜からなる光電変換ターゲットが形成された透光性基板と、
前記光電変換ターゲットに向かって電子ビームを放出する電界放出型陰極が設けられた実装基板と、
前記透光性基板と前記実装基板とを離間して保持するスペーサー部材と、
少なくとも前記光電変換ターゲットと前記電界放出型陰極との間の高真空状態に維持された第１空間を内部に含む外囲器と
を備えた撮像装置であって、
前記電界放出型陰極は、Ｐ型半導体からなる陰極ベースと、複数のエミッタを有し、Ｎ型半導体からなり、前記陰極ベースに接合された陰極電極と、前記エミッタから前記電子ビームを電界放出させるゲート電極とを備え、
前記外囲器を通過した光が前記陰極ベース及び前記陰極電極に入射しないように、前記外囲器の少なくとも一部が遮光性の材料で覆われていることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記外囲器内であって、前記実装基板に対して反対側には、前記外囲器内を高真空状態に維持するためのゲッターが配置された第２空間が形成されており、
前記実装基板には、前記第１空間と前記第２空間とをつなぐ貫通孔が形成されている請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記遮光性の材料が前記外囲器の外面にコーティングされることにより、前記外囲器の少なくとも一部が前記遮光性の材料で覆われている請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記遮光性の材料がシリコーン樹脂を含む請求項１に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記光電変換膜がＸ線に対して感度を有し、前記遮光性の材料がＸ線遮蔽特性を有し、不所望なＸ線が前記外囲器を通過して前記光電変換膜に入射するのを前記遮光性の材料が防止する請求項１に記載の撮像装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００８−９７９７１（Ｐ２００８−９７９７１Ａ）
【公開日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２７７７９７（Ｐ２００６−２７７７９７）
【出願日】平成１８年１０月１１日（２００６．１０．１１）
【出願人】（５０３２１７７８３）ＭＴ映像ディスプレイ株式会社 (176)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１０月１１日（２００６．１０．１１）
【出願人】（５０３２１７７８３）ＭＴ映像ディスプレイ株式会社 (176)
【Ｆターム（参考）】
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