JP2012013475A - Composite detector - Google Patents

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Akihiro Wakahara
昭浩 若原
Hiroshi Okada
浩 岡田
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Toyohashi University of Technology NUC
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Toyohashi University of Technology NUC
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To detect an electromagnetic wave at high sensitivity by setting electromagnetic wave sensors of different wavelengths on the same semiconductor substrate.SOLUTION: A composite detector includes: a sensing section 20; a charge supply section 16 for supplying charges to the sensing section 20; a charge supply adjustment section ICG2 formed between the sensing section 20 and the charge supply section 16; a charge accumulating section 17 for accumulating charges from the sensing section 20; a charge transfer adjustment section TG1 formed between the sensing section 20 and the charge accumulating section 17; and an output section 21 corresponding to charges in the charge accumulating section 17. A first set and a second set are formed on the same semiconductor substrate. The sensing section 20 of the first set receives a first electromagnetic wave and generates charges corresponding to the intensity of the first electromagnetic wave. An electromagnetic wave sensing element for receiving a second electromagnetic wave of a wavelength different from that of the first electromagnetic wave, and outputting it according to the intensity of the second electromagnetic wave is mounted on a semiconductor substrate corresponding to the second set. The sensing section of the second set changes potential according to the power of the electromagnetic sensing element 130.

Description

本発明は複合検出装置に関する。更に詳しくは、波長の異なる複数種類の電磁波(例えば可視光線と紫外線)を同時に検出可能とする複合検出装置に関する。   The present invention relates to a composite detection apparatus. More specifically, the present invention relates to a composite detection apparatus that can simultaneously detect a plurality of types of electromagnetic waves (for example, visible light and ultraviolet light) having different wavelengths.

イメージングを伴う火災センサにおいては、通常時のイメージと火災発生時のイメージとの差分をとることで火災の発生を感知できる。火災時には紫外線を伴う火炎が発生することがあり、この火炎のイメージは可視光線のみを検出するセンサからは得られない。
他方、紫外線センサのみで火災センサを構成すると、通常時のイメージを形成することが困難である。
そこで、紫外線を検出可能なセンサを可視光線用センサと併用することが望まれる。
可視光センサとしてはCCDカメラを始め各種のセンサが提案されている。また、紫外線用センサとしてはAlGaN、ZnOやダイヤモンド等のワイドギャップ半導体(フォトダイオード)を用いるものが提案されている。非特許文献1にはGaN系の紫外線アレイセンサを既存のCMOSの読み出し回路にフリップチップ技術を用いて接合することが開示されている。
本発明に関連する技術を開示する文献として非特許文献1及び非特許文献2も参照されたい。
In a fire sensor with imaging, the occurrence of a fire can be detected by taking the difference between the normal image and the fire occurrence image. In the event of a fire, a flame with ultraviolet rays may be generated, and an image of this flame cannot be obtained from a sensor that detects only visible light.
On the other hand, if a fire sensor is composed of only an ultraviolet sensor, it is difficult to form a normal image.
Therefore, it is desired to use a sensor capable of detecting ultraviolet rays in combination with a visible light sensor.
Various sensors including a CCD camera have been proposed as visible light sensors. As an ultraviolet sensor, a sensor using a wide gap semiconductor (photodiode) such as AlGaN, ZnO or diamond has been proposed. Non-Patent Document 1 discloses that a GaN-based ultraviolet array sensor is bonded to an existing CMOS readout circuit using a flip-chip technique.
See also Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2 as documents disclosing techniques related to the present invention.

WO 2009/081890 A1WO 2009/081890 A1

Opto-electronics Review 10(4), 251-260(2002)Opto-electronics Review 10 (4), 251-260 (2002) Abstract book of 2nd International Symposium on Advanced Plasma Science and its Application for Nitrides and Nanomaterials, p.108 (March 7-10, 2010, Nagoya)10a-B06OBAbstract book of 2nd International Symposium on Advanced Plasma Science and its Application for Nitrides and Nanomaterials, p.108 (March 7-10, 2010, Nagoya) 10a-B06OB

火災センサには小型化及び軽量化の要請があるところ、可視光センサと紫外線センサとをワンチップ化したものは提供されていない。
照明器具としての蛍光灯からは微量の紫外線が放出されているので、かかるバックグランドとしての紫外線の影響を排除する見地から紫外線センサには高い感度が要求される。
フォトダイオードを用いて紫外線等の電磁波を検出するシステムでは、光を受けたフォトダイオードの発生する電流を増幅してこれを検出している。従って、電流が流れることに起因する雑音の問題を内包している。換言すれば高い感度での検出が困難である。
勿論、外部に電流増幅器を接続することにより検出感度の向上を図ることができるが、装置が大型化するので製造コストの観点から好ましくない。また、外部電流増幅器は可視光センサと紫外線センサとをワンチップ上にマウントする上でも制約となる。
Although there is a demand for miniaturization and weight reduction of fire sensors, there is no provision of a one-chip visible light sensor and ultraviolet sensor.
Since a small amount of ultraviolet rays is emitted from a fluorescent lamp as a lighting fixture, high sensitivity is required for the ultraviolet sensor from the viewpoint of eliminating the influence of the ultraviolet rays as the background.
In a system for detecting electromagnetic waves such as ultraviolet rays using a photodiode, the current generated by the photodiode receiving light is amplified and detected. Therefore, the problem of noise caused by current flow is included. In other words, detection with high sensitivity is difficult.
Of course, it is possible to improve the detection sensitivity by connecting a current amplifier to the outside, but this is not preferable from the viewpoint of manufacturing cost because the apparatus becomes large. In addition, the external current amplifier is a limitation in mounting the visible light sensor and the ultraviolet sensor on one chip.

本発明者は上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねてきたところ、いわゆるフローティングディフュージョンの技術を利用して雑音を除去することに気がついた。フローティングディフュージョンの技術を利用した可視光線の検出も確立されているので(特許文献1参照)、この可視光線用のデバイス構造を紫外線用フォトダイオードの出力検出にそのまま利用できれば、装置の簡素化及びコンパクト化の要請を満足できる。   The inventor has conducted extensive studies to solve the above problems, and has found that noise is removed by using a so-called floating diffusion technique. Since detection of visible light using floating diffusion technology has been established (see Patent Document 1), if this visible light device structure can be used as it is for output detection of a photodiode for ultraviolet light, the apparatus can be simplified and compact. Satisfies the demand for conversion.

この発明の第1の局面は、本発明者の上記知見を敷衍したものであり、次のように規定される。
センシング部と、
前記センシング部へ電荷を供給する電荷供給部と、
前記センシング部と前記電荷供給部との間に形成される電荷供給調節部と、
前記センシング部から転送された電荷を蓄積する電荷蓄積部と、
前記センシング部と前記電荷蓄積部との間に形成される電荷転送調節部と、
前記電荷蓄積部に蓄積された電荷に対応する出力を生成する出力部と、を備えてなる、第1のセット及び第2のセットが同一の半導体基板上に形成され、
前記第1のセットの前記センシング部は第1の電磁波を受けて該第1の電磁波の強さに応じた前記電荷を発生し、
前記第1の電磁波と異なる波長の第2の電磁波を受けて該第2の電磁波の強さに応じた出力を発生させる電磁波感応素子が前記第2のセットに対応して前記半導体基板上にマウントされ、前記第2のセットのセンシング部は該電磁波感応素子での出力に応じてそのポテンシャルを変化させる、ことを特徴とする複数の電磁波を検出する複合検出装置。
The first aspect of the present invention is based on the above findings of the present inventor and is defined as follows.
A sensing unit;
A charge supply unit for supplying charge to the sensing unit;
A charge supply control unit formed between the sensing unit and the charge supply unit;
A charge storage unit for storing the charge transferred from the sensing unit;
A charge transfer control unit formed between the sensing unit and the charge storage unit;
An output unit that generates an output corresponding to the charge stored in the charge storage unit, the first set and the second set are formed on the same semiconductor substrate,
The sensing unit of the first set receives a first electromagnetic wave and generates the electric charge according to the strength of the first electromagnetic wave,
An electromagnetic wave sensitive element that receives a second electromagnetic wave having a wavelength different from that of the first electromagnetic wave and generates an output corresponding to the intensity of the second electromagnetic wave is mounted on the semiconductor substrate corresponding to the second set. And the second set of sensing units changes its potential in accordance with the output from the electromagnetic wave sensing element.

このように構成される第1の局面の複合検出装置において、第1のセットはいわゆるフローティングディフュージョン技術を利用した光検出装置として、そのセンシング部を例えば透明材料で被覆することにより可視光が検出可能である。
その第2のセットはいわゆる物理・化学現象測定装置としてセンシング部の環境変化を電荷量に変換してその変化を特定する。ここに、電磁波感応素子の発生する出力(第2の電磁波の強さに対応して発生した電荷による電位)を検出対象物理量とすれば、電磁波感応素子の出力をセンシング部のポテンシャル変化に変換し、もってフローティングディフュージョン技術を利用して、何ら電流を伴うことなく、高感度に当該電磁波感応素子の出力を特定できる。
ここに、第1のセット、第2のセット及び電磁波感応素子を同一の半導体基板上に配置することにより、異なる波長の電磁波のセンサをワンチップ上にまとめることができる。
更には、第1のセット及び第2のセットの構成を同じくすることにより、装置の簡素化及びコンパクト化を達成できる。
In the composite detection device of the first aspect configured as described above, the first set is a light detection device using a so-called floating diffusion technology, and the visible light can be detected by covering the sensing portion with a transparent material, for example. It is.
The second set is a so-called physical / chemical phenomenon measuring device that converts the environmental change of the sensing unit into a charge amount and identifies the change. If the output generated by the electromagnetic wave sensitive element (the potential due to the electric charge generated corresponding to the intensity of the second electromagnetic wave) is used as the physical quantity to be detected, the output of the electromagnetic wave sensitive element is converted into a potential change of the sensing unit. Thus, by using the floating diffusion technology, the output of the electromagnetic wave sensitive element can be specified with high sensitivity without any current.
Here, by arranging the first set, the second set, and the electromagnetic wave sensitive element on the same semiconductor substrate, sensors of electromagnetic waves having different wavelengths can be integrated on one chip.
Furthermore, by making the configurations of the first set and the second set the same, simplification and compactness of the apparatus can be achieved.

第1の電磁波と第2の電磁波は任意に選択可能であるが、第1のセットは第1の電磁波を直接測定するので、そのセンシング部を構成する半導体基板の特性に依存する。シリコンで基板を形成するときは第1の電磁波として可視光線から近赤外線領域を選択することが好ましい。
これに対し、電磁波感応素子はそのバンドギャップを調整することにより任意の波長の電磁波に対応可能である。
この発明の複合検出装置を火災センサとして利用するときには、第1の電磁波として可視光線を採用し、第2の電磁波として紫外線を採用することが好ましい。
The first electromagnetic wave and the second electromagnetic wave can be arbitrarily selected. However, since the first set directly measures the first electromagnetic wave, it depends on the characteristics of the semiconductor substrate constituting the sensing unit. When the substrate is formed of silicon, it is preferable to select a near infrared region from visible light as the first electromagnetic wave.
On the other hand, the electromagnetic wave sensitive element can cope with an electromagnetic wave having an arbitrary wavelength by adjusting the band gap.
When the composite detection device of the present invention is used as a fire sensor, it is preferable to employ visible light as the first electromagnetic wave and ultraviolet light as the second electromagnetic wave.

第1のセットにおいてはそのセンシング部のポテンシャルを固定し、センシング部を構成する電荷井戸が電荷で満杯に充填された状態にし、第1の電磁波を受けたときに生成する電荷をセンシング部から電荷蓄積部へ転送し、転送された電荷量から第1の電磁波の強さを特定することができる。また、センシング部に対応する電荷井戸の電荷を空にしておいて、第1の電磁波を受けたときに蓄積される電荷を読み出してもよい。
これに対し、第2のセットでは、センシング部に印加される電磁波感応素子の出力(電荷量)に応じてセンシング部のポテンシャルが変化する。電磁波感応素子の出力がゼロ(第2の電磁波の強さがゼロ、電磁波感応素子のシャッタが閉められた状態に対応)のときのポテンシャルP0と電磁波感応素子が何らかの出力(第1の出力、検出された第2の電磁波の第1の強さの対応)のときのポテンシャルP1との差分から電荷蓄積部へ転送される電荷量が特定される。電荷蓄積部へ蓄積された電荷量を任意の方法で電圧に変換し、もって電磁波感応素子の出力(即ち、第2の電磁波の強さ)を特定する。
In the first set, the potential of the sensing unit is fixed, the charge well constituting the sensing unit is fully filled with charges, and the charge generated when receiving the first electromagnetic wave is charged from the sensing unit. The intensity of the first electromagnetic wave can be specified from the transferred charge amount. Alternatively, the charge in the charge well corresponding to the sensing unit may be emptied, and the charge accumulated when receiving the first electromagnetic wave may be read out.
On the other hand, in the second set, the potential of the sensing unit changes according to the output (charge amount) of the electromagnetic wave sensitive element applied to the sensing unit. When the output of the electromagnetic wave sensing element is zero (corresponding to the state where the second electromagnetic wave intensity is zero and the shutter of the electromagnetic wave sensing element is closed), the potential P0 and the electromagnetic wave sensing element have some output (first output, detection) The amount of charge transferred to the charge storage unit is specified from the difference from the potential P1 at the time of the first intensity of the second electromagnetic wave). The amount of charge stored in the charge storage unit is converted into a voltage by an arbitrary method, and the output of the electromagnetic wave sensitive element (that is, the intensity of the second electromagnetic wave) is specified.

第2のセットのセンシング部には電磁波感応素子の出力変化と電荷移動量の変化(センシング部に蓄積される電荷量の変化)との間に図1の関係がある。高感度の測定を実行するには、図1の関係において、傾斜の大きい領域を用いる必要があり、そのためには、当該領域において下側の部分に電磁波感応素子がシャッタ状態時の移動電荷量をセットすることが好ましい。
センシング部の特性は温度等の関係で経時変化するおそれがあるので、電磁波感応素子の出力とセンシング部のポテンシャルとの関係も変化するおそれがある。例えば、電磁波感応素子がシャッタ状態のポテンシャルP0の位置が設定値より深くなると、センシング部に蓄積される電荷量が大きくなる。その結果、図1の関係において大傾斜領域の上側の部分が利用されることとなり、感度低下と測定範囲の減縮をまねきかねない。
In the second set of sensing units, there is a relationship shown in FIG. 1 between the change in output of the electromagnetic wave sensitive element and the change in charge transfer amount (change in the amount of charge accumulated in the sensing unit). In order to perform high-sensitivity measurement, it is necessary to use a region with a large slope in the relationship shown in FIG. It is preferable to set.
Since the characteristics of the sensing unit may change with time due to temperature or the like, the relationship between the output of the electromagnetic wave sensitive element and the potential of the sensing unit may also change. For example, when the position of the potential P0 when the electromagnetic wave sensitive element is in the shutter state becomes deeper than the set value, the amount of charge accumulated in the sensing unit increases. As a result, the upper part of the large inclined area in the relationship of FIG. 1 is used, which may lead to a reduction in sensitivity and a reduction in the measurement range.

センシング部に蓄積される電荷量はセンシング部のポテンシャルと電荷転送調節部のポテンシャルとの差により規定される。そこで、この発明の第2の局面では、電荷転送調節部の電位(即ち、そのポテンシャル)を調整することにより、センシング部のポテンシャルが変化しても、センシング部に蓄積される電荷量を常に好適な量に調整することとした。例えば、電磁波感応素子がシャッタ状態のポテンシャルP0の位置が設定値より深くなったときには、電荷転送調節部の電位を調節してそのポテンシャルを下げ、もってセンシング部に蓄積される電荷量を調節し、その量が常に図1の関係において大傾斜部分の下側領域に位置するようにする。   The amount of charge accumulated in the sensing unit is defined by the difference between the potential of the sensing unit and the potential of the charge transfer control unit. Therefore, in the second aspect of the present invention, by adjusting the potential of the charge transfer adjustment unit (that is, its potential), the amount of charge accumulated in the sensing unit is always suitable even if the potential of the sensing unit changes. It was decided to adjust to an appropriate amount. For example, when the position of the potential P0 in the shutter state of the electromagnetic wave sensitive element becomes deeper than a set value, the potential of the charge transfer adjustment unit is adjusted to lower the potential, thereby adjusting the amount of charge accumulated in the sensing unit, The amount is always located in the lower region of the large slope portion in the relationship of FIG.

電磁波感応素子の出力と電荷量との関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between the output of an electromagnetic wave sensitive element, and a charge amount. この発明の実施の形態の複合検出装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the composite detection apparatus of embodiment of this invention. 紫外線検出部の等価回路を示す。The equivalent circuit of an ultraviolet-ray detection part is shown. 紫外線検出部の出力特性をしめすチャートである。It is a chart which shows the output characteristic of an ultraviolet detection part.

以下、この発明の実施の形態を説明する。
図2は実施の形態の複合検出装置1の構成を示す模式図である。
この複合検出装置1は可視光検出部10と紫外線検出部100とを備える。図中の符号3はシリコン基板であり、このシリコン基板3の表面に可視光検出部10と紫外線検出部100とが作り込まれている。なお、可視光検出部10と紫外線検出部100とはフォローティングディフュージョン(以下、「FD」と省略することがある)技術を利用した電荷読み出し装置(第1のセット11及び第2のセット111)を備える。両者において同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。同一の要素を採用することにより、製造工数の削減及び装置の簡素化を達成できる。
図中の符号5はレンズである。
Embodiments of the present invention will be described below.
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a configuration of the composite detection device 1 according to the embodiment.
The composite detection apparatus 1 includes a visible light detection unit 10 and an ultraviolet detection unit 100. Reference numeral 3 in the figure denotes a silicon substrate, and a visible light detection unit 10 and an ultraviolet detection unit 100 are formed on the surface of the silicon substrate 3. Note that the visible light detection unit 10 and the ultraviolet detection unit 100 are charge readout devices (first set 11 and second set 111) using a following diffusion (hereinafter, may be abbreviated as “FD”) technology. Is provided. In both, the same elements are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. By adopting the same element, it is possible to reduce the number of manufacturing steps and simplify the apparatus.
Reference numeral 5 in the figure denotes a lens.

(可視光検出部10)
まず、可視光検出部10について説明する。
この可視光検出部10は、可視光測定装置として例えば特許文献1で紹介されているような第1のセット11から構成される。
第1のセット11はMOS構造を備える。シリコン基板3の表面にpウェル15が形成され、pウェル15中にn+領域16、17及び18が更に形成される。p型、n型の導電型を調整するには汎用的な方法によりそれぞれの不純物を基板3に対してドープする。
第1のn+領域16は電荷供給部であり、この電荷供給部16には電荷供給電極ID1が接続される。第2のn+領域17は電荷蓄積部であり、この電荷蓄積部17にはFD電極FD1が接続され、FD電極FD1は出力回路21に接続される。この出力回路21は基板3のn領域に形成されて、第1のセット11とあわせてCMOS構造を構成する。出力回路21は、電荷蓄積部17に蓄積される電荷量変化にともなる容量変化を電圧信号に変換して出力する。第3のn+領域18はドレイン部であり、リセットゲートRG1を介して電荷蓄積部17に蓄積された電荷を転送し、電荷を外部へ放出する。そのためのアース電極も基板3のn領域に形成されている。
(Visible light detector 10)
First, the visible light detection unit 10 will be described.
The visible light detection unit 10 includes a first set 11 as introduced in Patent Document 1 as a visible light measurement device.
The first set 11 has a MOS structure. A p-well 15 is formed on the surface of the silicon substrate 3, and n + regions 16, 17 and 18 are further formed in the p-well 15. In order to adjust the p-type and n-type conductivity types, respective impurities are doped into the substrate 3 by a general-purpose method.
The first n + region 16 is a charge supply unit, and the charge supply unit 16 is connected to the charge supply electrode ID1. The second n + region 17 is a charge storage unit, and the charge storage unit 17 is connected to the FD electrode FD 1, and the FD electrode FD 1 is connected to the output circuit 21. The output circuit 21 is formed in the n region of the substrate 3 and constitutes a CMOS structure together with the first set 11. The output circuit 21 converts a capacitance change accompanying a change in the amount of charge accumulated in the charge accumulation unit 17 into a voltage signal and outputs the voltage signal. The third n + region 18 is a drain portion, which transfers charges accumulated in the charge accumulation portion 17 via the reset gate RG1, and discharges the charges to the outside. A ground electrode for this purpose is also formed in the n region of the substrate 3.

センシング部20の表面には酸化シリコンからなる絶縁膜21が積層され、さらにその上に直接窒化シリコンからなる透光性の保護膜23が積層されている。センシング20を構成するpウェルの表面にはn型の薄い埋め込みチャネル領域を形成することが好ましい。
このように構成された可視光検出部10によれば、レンズ5を通して入射された光のうち、可視光成分の強さに応じてセンシング部20に電荷(電子)が発生し、その電荷がTG1を介して電荷蓄積部17へ転送され、出力回路21に読みだされて電圧信号として出力される。
An insulating film 21 made of silicon oxide is laminated on the surface of the sensing unit 20, and a light-transmitting protective film 23 made of silicon nitride is further laminated thereon. It is preferable to form an n-type thin buried channel region on the surface of the p-well constituting the sensing 20.
According to the visible light detection unit 10 configured as described above, charges (electrons) are generated in the sensing unit 20 according to the intensity of the visible light component in the light incident through the lens 5, and the charges are TG1. Then, it is transferred to the charge storage section 17 and read out to the output circuit 21 and output as a voltage signal.

(紫外線検出部100)
紫外線検検出部100は第2のセット111と紫外線感応素子130とを備えてなる。
第2のセット111は、センシング電極125を除き、第1のセット11と同一の構成である。図例上、同一の要素には同一の参照番号を付している。なお、電極に関してはID1とID2、ICG1とICG2、TG1とTG2、FD1とFD2、RG1とRG2とは同一の構造である。
センシング電極125は第2のセット111のセンシング部20を構成する保護膜23の全表面を被覆し、センシング部20へ可視光が届かないようにすることが好ましい。なお、保護膜23は省略可能である。
(Ultraviolet detector 100)
The ultraviolet detection / detection unit 100 includes a second set 111 and an ultraviolet sensitive element 130.
The second set 111 has the same configuration as the first set 11 except for the sensing electrode 125. In the figure, the same elements are given the same reference numerals. Regarding the electrodes, ID1 and ID2, ICG1 and ICG2, TG1 and TG2, FD1 and FD2, and RG1 and RG2 have the same structure.
The sensing electrode 125 preferably covers the entire surface of the protective film 23 constituting the sensing unit 20 of the second set 111 so that visible light does not reach the sensing unit 20. The protective film 23 can be omitted.

紫外線感応素子130にはIII族窒化物系化合物半導体からなるフォトダイオードを用いた。この素子130を、図2に示すように、フリップチップ形式に基板3にマウントする。即ち、素子130のn型電極がpウェル115にバンプ131で接続され、そのp型電極がn領域116にバンプ133で接続される。n領域116は第2のセット111のセンシング電極125に接続される。
図3には紫外線検出部100の等価回路を示す。
A photodiode made of a group III nitride compound semiconductor was used for the ultraviolet sensitive element 130. The element 130 is mounted on the substrate 3 in a flip chip format as shown in FIG. That is, the n-type electrode of the element 130 is connected to the p-well 115 by the bump 131, and the p-type electrode is connected to the n region 116 by the bump 133. The n region 116 is connected to the sensing electrode 125 of the second set 111.
FIG. 3 shows an equivalent circuit of the ultraviolet detection unit 100.

レンズ5を通して光を受けた紫外線感応素子130は受光光に含まれる紫外線成分に応じた電荷を発生させ、その電荷量に応じた電位が領域116を介してセンシング電極125に生じる。
センシング電極125の電位に応じ、第2のセット111のセンシング部20のポテンシャルが変化する。このポテンシャルの変化をフローティングディフュージョンの技術により電荷蓄積部17に蓄積される電荷量に変換し、更に出力回路21により出力信号とする。
即ち、ゲート電極TG2の電位を調節してセンシング部20から電荷蓄積部17への電荷の転送を禁止した状態で、電荷供給調節部ICG2の電位を調節して電荷供給部16より電荷をセンシング部20へ注入する。その後、電荷供給部16からの電荷供給を停止するとともに、電荷供給調整部ICGの電位を下げてセンシング部20の電荷をすり切る。これのより、センシング部20にはそのポテンシャル深さに応じた電荷が蓄積される。次に、ゲート電極TG2の電位を上げてセンシング部20に蓄積された電荷を電荷蓄積部17へ転送してその電荷量を出力回路21で読み出す。
The ultraviolet sensitive element 130 that has received light through the lens 5 generates a charge corresponding to the ultraviolet component contained in the received light, and a potential corresponding to the amount of the charge is generated in the sensing electrode 125 via the region 116.
Depending on the potential of the sensing electrode 125, the potential of the sensing unit 20 of the second set 111 changes. This potential change is converted into a charge amount stored in the charge storage unit 17 by the floating diffusion technique, and is further output as an output signal by the output circuit 21.
That is, in a state where the potential of the gate electrode TG2 is adjusted to prohibit the transfer of the charge from the sensing unit 20 to the charge storage unit 17, the potential of the charge supply adjusting unit ICG2 is adjusted and the charge is supplied from the charge supplying unit 16 to the sensing unit. Inject into 20. Thereafter, the charge supply from the charge supply unit 16 is stopped, and the electric potential of the charge supply adjustment unit ICG is lowered to wear out the charge of the sensing unit 20. Thus, charges corresponding to the potential depth are accumulated in the sensing unit 20. Next, the potential of the gate electrode TG <b> 2 is raised to transfer the charge stored in the sensing unit 20 to the charge storage unit 17, and the charge amount is read by the output circuit 21.

図4は紫外線検出部100の出力結果を示す。
図4Aはブランク(紫外線の照射なし)のときの出力(Vsig)を示し、図4Bは紫外線(波長:325nm)を510μW/cmの強さで照射したときの出力(Vsig)を示す。
この結果より、紫外線検出部100を用いることにより紫外線の検出が可能なことがわかる。
FIG. 4 shows the output result of the ultraviolet detection unit 100.
4A shows the output (Vsig) when blank (no UV irradiation), and FIG. 4B shows the output (Vsig) when UV (wavelength: 325 nm) is irradiated at an intensity of 510 μW / cm 3 .
From this result, it can be seen that ultraviolet rays can be detected by using the ultraviolet ray detection unit 100.

このように構成された可視光線検出部10及び紫外線検出部100をシリコン基板3上にマトリックス状に配置することにより、それぞれの出力に基づき、可視光のイメージ及び紫外光のイメージを同時に形成することが可能となる。
紫外線検出部100において紫外線感応素子130の出力は電位であるので(電流を検出するものではない)、ノイズの影響を受け難く、高感度の検出が可能となる。
By arranging the visible light detection unit 10 and the ultraviolet detection unit 100 thus configured in a matrix on the silicon substrate 3, a visible light image and an ultraviolet light image can be simultaneously formed based on respective outputs. Is possible.
Since the output of the ultraviolet sensitive element 130 is a potential (not to detect current) in the ultraviolet detecting unit 100, it is not easily affected by noise and can be detected with high sensitivity.

この発明は、上記発明の実施の形態及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。   The present invention is not limited to the description of the embodiments and examples of the invention described above. Various modifications may be included in the present invention as long as those skilled in the art can easily conceive without departing from the description of the scope of claims.

1 複合検出装置
3 半導体基板
10 可視光検出部
11 第1のセット
16、ID1,ID2 電荷供給部
ICG1,ICG2 電荷供給調節部
17,FD1,FD2 電荷蓄積部
20 センシング部
TG1,TG2 電荷転送調節部
21 出力回路
130 紫外線感応素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Composite detection apparatus 3 Semiconductor substrate 10 Visible light detection part 11 1st set 16, ID1, ID2 Charge supply part ICG1, ICG2 Charge supply adjustment part 17, FD1, FD2 Charge storage part 20 Sensing part TG1, TG2 Charge transfer adjustment part 21 Output circuit 130 UV sensitive element

Claims (3)

センシング部と、
前記センシング部へ電荷を供給する電荷供給部と、
前記センシング部と前記電荷供給部との間に形成される電荷供給調節部と、
前記センシング部から転送された電荷を蓄積する電荷蓄積部と、
前記センシング部と前記電荷蓄積部との間に形成される電荷転送調節部と、
前記電荷蓄積部に蓄積された電荷に対応する出力を生成する出力部と、を備えてなる、第1のセット及び第2のセットが同一の半導体基板上に形成され、
前記第1のセットの前記センシング部は第1の電磁波を受けて該第1の電磁波の強さに応じた前記電荷を発生し、
前記第1の電磁波と異なる波長の第2の電磁波を受けて該第2の電磁波の強さに応じた出力を発生させる電磁波感応素子が前記第2のセットに対応して前記半導体基板上にマウントされ、前記第2のセットのセンシング部は該電磁波感応素子の出力に応じてそのポテンシャルを変化させる、ことを特徴とする複数の電磁波を検出する複合検出装置。
A sensing unit;
A charge supply unit for supplying charge to the sensing unit;
A charge supply control unit formed between the sensing unit and the charge supply unit;
A charge storage unit for storing the charge transferred from the sensing unit;
A charge transfer control unit formed between the sensing unit and the charge storage unit;
An output unit that generates an output corresponding to the charge stored in the charge storage unit, the first set and the second set are formed on the same semiconductor substrate,
The sensing unit of the first set receives a first electromagnetic wave and generates the electric charge according to the strength of the first electromagnetic wave,
An electromagnetic wave sensitive element that receives a second electromagnetic wave having a wavelength different from that of the first electromagnetic wave and generates an output corresponding to the intensity of the second electromagnetic wave is mounted on the semiconductor substrate corresponding to the second set. And the second set of sensing units changes its potential in accordance with the output of the electromagnetic wave sensing element. A composite detection apparatus for detecting a plurality of electromagnetic waves.
前記第2のセットにおける前記電荷供給調節部の電位を調整し、前記電磁波感応素子の出力がゼロのとき、前記センシング部から前記電荷蓄積部へ転送される電荷量を所定量に調節する、ことを特徴とする請求項1に記載の複合検出装置。   Adjusting the electric potential of the charge supply adjusting unit in the second set, and adjusting the amount of charge transferred from the sensing unit to the charge storage unit to a predetermined amount when the output of the electromagnetic wave sensitive element is zero. The composite detection apparatus according to claim 1. 前記第1の電磁波は可視光線であり、前記第2の電磁波は紫外線である、ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の複合検出装置。   The composite detection apparatus according to claim 1, wherein the first electromagnetic wave is visible light, and the second electromagnetic wave is ultraviolet light.
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