JP2013200187A - 非冷却型赤外線撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】非冷却型赤外線撮像装置は、半導体基板に設けられ、複数の参照画素11と、複数の赤外線検出画素12とを有し、各参照画素は第1セルを有し、第1セルは入射赤外線を吸収して熱に変換する第1赤外線吸収膜と、熱を電気信号に変換する第1熱電変換素子とを有する第1熱電変換部を備え、各赤外線検出画素は第2凹部の上方に設けられ第1セルよりも面積が大きい第2セルを有し、第2セルは、第2凹部の上方に設けられた第2熱電変換部と、第2熱電変換部を第2凹部の上方に支持する第1および第2支持構造部とを備え、第2熱電変換部は、入射赤外線を吸収して熱に変換する第2赤外線吸収膜と、第2赤外線吸収膜によって変換された熱を電気信号に変換する第2熱電変換素子と、を有する。
【選択図】図1
Description
Gth_IMG=κ2・S/L
Cth_IMG=c2・d2・Lc・Wc・Hc (3)
と表される。ここで、Sは支持構造部167a、167bの断面積を表し、Lは支持構造部167a、167bの長さを表し、Lc、Wcはそれぞれ熱電変換部161の長さおよび幅を表し、Hcは熱電変換部161の高さを表し埋め込み絶縁膜182の厚さを含んでいる。なお、κ2、c2、d2はそれぞれ、支持構造部167a、167bの熱伝導率、比熱、密度を表す。
Gth_TB=κ1・STB/LTB
Cth_TB=c1・d1・Lc・WcTB・Hc (4)
と表される。ここで、STB、LTBはそれぞれ、熱電変換部161aと配線165a、165bとの接続部166の断面積および長さを表し、Lc、WcTBはそれぞれ熱電変換部161aの長さおよび幅を表し、Hcは熱電変換部161aの高さを表し埋め込み絶縁膜182の厚さを含んでいる。なお、κ1、c1、d1はそれぞれ、熱電変換部161aと配線165a、165bとの接続部166の熱伝導率、比熱、密度を表す。
Gth_TB<Gth_IR
Cth_TB<Cth_IMG
本実施形態においては、図1に示すように、赤外線検出画素の一つの列の信号線に1個の参照画素が接続され、参照画素と赤外線検出画素は別の行に存在している。そして参照画素の行と、赤外線検出画素の行は、別の時間にバイアス電圧が印加されるため、信号を同時に比較することができない。そのため、参照画素から出力された信号をホールドし、赤外線検出画素を選択する際に差分信号のみを増幅する差動クランプ回路が用いられている。この差動クランプ回路は、結合容量22i(i=1、2)、差動増幅器20i(i=1、2)、フィードバックスイッチ23i(i=1、2)、およびフィードバック容量24i(i=1、2)を備えている。
6 列選択回路
111、112 参照画素
12ij(i,j=1,2) 赤外線検出画素
201、202 差動増幅器
221、222 結合容量
231、232 フィードバックスイッチ、
241、242 フィードバック容量
321、322 読み出しトランジスタ
33 読み出し線
411、412 負荷トランジスタ
441、442 垂直信号線(信号線)
450〜452 行選択線
160 赤外線検出画素のセル
160a 参照画素のセル
161 赤外線検出画素の熱電変換部
161a 参照画素の熱電変換部
162 ダイオード
162a ダイオード
163 配線
163a 配線
164 赤外線吸収膜
164a 赤外線吸収膜
165a、165b 接続配線
166 接続部
167a、167b 支持構造部
168a、168b 接続配線
169a、169b 絶縁膜
181 支持基板
182 埋め込み絶縁膜
185 凹部
185a 凹部
Claims (7)
- 半導体基板と、
前記半導体基板に設けられ、複数の画素がマトリクス状に配列された撮像領域であって、
前記複数の画素は、少なくとも1行に配列される複数の参照画素と、残りの行に配列され入射赤外線を検出する複数の赤外線検出画素とを有し、
各参照画素は前記半導体基板の表面部分に形成された第1凹部の上方に設けられた第1セルを有し、前記第1セルは入射赤外線を吸収して熱に変換する第1赤外線吸収膜と、前記第1赤外線吸収膜によって変換された熱を電気信号に変換する第1熱電変換素子とを有する第1熱電変換部を備え、
各赤外線検出画素は前記半導体基板の表面部分に形成された第2凹部の上方に設けられた第2セルを有し、前記第2セルは、前記第2凹部の上方に設けられた第2熱電変換部と、前記第2熱電変換部を前記第2凹部の上方に支持する第1および第2支持構造部とを備え、前記第2熱電変換部は、前記入射赤外線を吸収して熱に変換する第2赤外線吸収膜と、前記第2赤外線吸収膜によって変換された熱を電気信号に変換する第2熱電変換素子と、を有し、前記赤外線の入射する方向からみたときの前記第1セルの面積が前記第2セルの面積よりも小さい、撮像領域と、
前記撮像領域内に前記複数の画素の行に対応して設けられ、それぞれが対応する行の画素の前記熱電変換素子の一端に接続されて前記対応する行の画素を選択する、複数の行選択線と、
前記撮像領域内に前記複数の画素の列に対応して設けられ、それぞれが対応する列の画素の前記熱電変換素子の他端に接続されて前記対応する列の画素からの電気信号を読み出すための複数の信号線と、
を備えていることを特徴とする非冷却型赤外線撮像装置。 - 各信号線に対応して設けられた複数の差動クランプ回路を更に備え、前記差動クランプ回路は、
一端子が対応する信号線に接続された結合容量と、
前記結合容量の他の端子に正側入力端子が接続された差動増幅器と、
前記差動増幅器の前記正側入力端子と前記差動増幅器の出力端子との間に設けられたフィードバック容量と、
前記フィードバック容量と並列に接続されたフィードバックスイッチと、
を備えていることを特徴とする請求項1または2記載の非冷却型赤外線撮像装置。 - 各信号線に対応して設けられた複数の読み出しトランジスタを更に備え、各読み出しトランジスタは、ソース/ドレインの一方が前記差動増幅器の出力端子に接続され、ソース/ドレインの他方が読み出し線に接続され、ゲートが列選択回路からの選択信号を受けることを特徴とする請求項3記載の非冷却型赤外線撮像装置。
- 前記赤外線検出画素と前記参照画素から得られた信号電圧の差分を増幅する差動増幅器を備えていることを特徴とする請求項1または2記載の非冷却型赤外線撮像装置。
- 前記第1および第2熱電変換素子は直列に接続されたダイオードであることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の非冷却型赤外線撮像装置。
- 前記第1および第2熱電変換素子は直列に接続された抵抗体であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の非冷却型赤外線撮像装置。
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