JP2515768B2 - 光電変換装置 - Google Patents
光電変換装置Info
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- JP2515768B2 JP2515768B2 JP61291591A JP29159186A JP2515768B2 JP 2515768 B2 JP2515768 B2 JP 2515768B2 JP 61291591 A JP61291591 A JP 61291591A JP 29159186 A JP29159186 A JP 29159186A JP 2515768 B2 JP2515768 B2 JP 2515768B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、半導体トランジスタの制御電極領域の電位
がキャパシタを介して制御される光電変換装置に関す
る。
がキャパシタを介して制御される光電変換装置に関す
る。
［従来技術］ 第５図（Ａ）は、従来の光電変換装置の概略的平面
図、第５図（Ｂ）は、その一つの光電変換セルのＡ−
Ａ′線断面図である。
図、第５図（Ｂ）は、その一つの光電変換セルのＡ−
Ａ′線断面図である。
両図において、ｎシリコン基板１上にn-エピタキシャ
ル層４が形成され、その中に素子分離領域６によって相
互に電気的に絶縁された光電変換セルが配列されてい
る。
ル層４が形成され、その中に素子分離領域６によって相
互に電気的に絶縁された光電変換セルが配列されてい
る。
まず、n-エピタキシャル層４上にバイポーラトランジ
スタのp-ベース領域９、その中にn+エミッタ領域15が形
成されている。さらに、酸化膜12を挟んで、p-ベース領
域９の電位を制御するためのキャパシタ電極14、n+エミ
ッタ領域15に接続しているエミッタ電極19が各々形成さ
れている。
スタのp-ベース領域９、その中にn+エミッタ領域15が形
成されている。さらに、酸化膜12を挟んで、p-ベース領
域９の電位を制御するためのキャパシタ電極14、n+エミ
ッタ領域15に接続しているエミッタ電極19が各々形成さ
れている。
そして、キャパシタ電極14に接続した電極17、基板１
の裏面にオーミックコンタクト用のn+領域２、バイポー
ラトランジスタのコレクタ電極21が各々形成され、光電
変換セルを構成している。
の裏面にオーミックコンタクト用のn+領域２、バイポー
ラトランジスタのコレクタ電極21が各々形成され、光電
変換セルを構成している。
光電変換セルの基本動作は、まず、負電位にバイアス
されたp-ベース領域９を浮遊状態とし、光励起により発
生した電子・ホール対のうちホールをp-ベース領域９に
蓄積する（蓄積動作）。
されたp-ベース領域９を浮遊状態とし、光励起により発
生した電子・ホール対のうちホールをp-ベース領域９に
蓄積する（蓄積動作）。
続いて、キャパシタ電極14に正電圧を印加してエミッ
タ・ベース間を順方向にバイアスし、蓄積されたホール
により発生した蓄積電圧を浮遊状態のエミッタ側へ読出
す（読出し動作）。
タ・ベース間を順方向にバイアスし、蓄積されたホール
により発生した蓄積電圧を浮遊状態のエミッタ側へ読出
す（読出し動作）。
続いて、エミッタ側を接地してキャパシタ電極14に正
電圧のパルスを印加し、p-ベース領域９に蓄積されたホ
ールを消滅させる。これにより、リフレッシュ用の正電
圧パルスが立下がった時点でp-ベース領域９が初期状態
に復帰する（リフレッシュ動作）。
電圧のパルスを印加し、p-ベース領域９に蓄積されたホ
ールを消滅させる。これにより、リフレッシュ用の正電
圧パルスが立下がった時点でp-ベース領域９が初期状態
に復帰する（リフレッシュ動作）。
このような光電変換装置は、蓄積された電荷を各セル
の増幅機能により電荷増幅して読出すわけであり、高出
力、高感度、さらに低雑音を達成できる。また、構造的
に単純であるために、将来の高解像度化に対しても有利
なものであるといえる。
の増幅機能により電荷増幅して読出すわけであり、高出
力、高感度、さらに低雑音を達成できる。また、構造的
に単純であるために、将来の高解像度化に対しても有利
なものであるといえる。
［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、従来の光電変換装置におけるキャパシ
タは、キャパシタ電極14が低濃度のベース領域９に対向
した構成となっているために、不安定であり、読出し信
号のバラツキの原因になるという問題点を有していた。
タは、キャパシタ電極14が低濃度のベース領域９に対向
した構成となっているために、不安定であり、読出し信
号のバラツキの原因になるという問題点を有していた。
すなわち、キャパシタ電極14に印加される電圧によ
り、酸化膜12とp-ベース領域９との界面は蓄積、空乏、
反転とその状態が変化する。この状態変化によって容量
値が変化すると共に、暗電流発生の要因ともなる。
り、酸化膜12とp-ベース領域９との界面は蓄積、空乏、
反転とその状態が変化する。この状態変化によって容量
値が変化すると共に、暗電流発生の要因ともなる。
また光電変換セルを多数配列した場合、全てが均一に
状態変化するとは限らないために、読出し信号のバラツ
キにより固定パターンノイズの原因ともなっていた。
状態変化するとは限らないために、読出し信号のバラツ
キにより固定パターンノイズの原因ともなっていた。
［問題点を解決するための手段］ 本発明による光電変換装置は、 半導体トランジスタの制御電極領域の電位をキャパシ
タを介して制御することにより、前記制御電極領域に光
励起によって発生したキャリアを蓄積し、該蓄積により
発生した蓄積電圧を前記半導体トランジスタの１つの主
電極領域から読み出す方式の光電変換セルを有する光電
変換装置において、 前記キャパシタは、電極が絶縁層を挟んで前記制御電
極領域に対向した領域を有し、かつ前記制御電極領域の
内前記電極に対向している部分を高い不純物濃度を有す
る所定の導電型の第１の制御電極領域（106）とし、前
記制御電極領域の内前記主電極領域に接する部分を低い
不純物濃度を有する前記導電型の第２の制御電極領域
（104）としたことを特徴とする。
タを介して制御することにより、前記制御電極領域に光
励起によって発生したキャリアを蓄積し、該蓄積により
発生した蓄積電圧を前記半導体トランジスタの１つの主
電極領域から読み出す方式の光電変換セルを有する光電
変換装置において、 前記キャパシタは、電極が絶縁層を挟んで前記制御電
極領域に対向した領域を有し、かつ前記制御電極領域の
内前記電極に対向している部分を高い不純物濃度を有す
る所定の導電型の第１の制御電極領域（106）とし、前
記制御電極領域の内前記主電極領域に接する部分を低い
不純物濃度を有する前記導電型の第２の制御電極領域
（104）としたことを特徴とする。
［作用］ このように、本発明の光電変換装置は、制御電極領域
の内キャパシタを構成するキャパシタ電極に対向してい
る部分を高い不純物濃度とし、主電極領域に接する部分
を低い不純物濃度として形成されているために、キャパ
シタを構成する制御電極領域と絶縁層との界面が安定
し、読み出し信号のバラツキが低減し、且つ光電変換の
感度を高めることができる。
の内キャパシタを構成するキャパシタ電極に対向してい
る部分を高い不純物濃度とし、主電極領域に接する部分
を低い不純物濃度として形成されているために、キャパ
シタを構成する制御電極領域と絶縁層との界面が安定
し、読み出し信号のバラツキが低減し、且つ光電変換の
感度を高めることができる。
［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面を参照しながら詳細に説
明する。
明する。
第１図（Ａ）は、本発明により光電変換装置の一実施
例の模式的断面図、第１図（Ｂ）は、その等価回路図で
ある。
例の模式的断面図、第１図（Ｂ）は、その等価回路図で
ある。
同図において、ｎ型シリコン基板101上にエピタキシ
ャル成長によってn-領域102が形成され、素子分離領域1
03に囲まれて光電変換セルが形成されている。
ャル成長によってn-領域102が形成され、素子分離領域1
03に囲まれて光電変換セルが形成されている。
光電変換セルのバイポーラトランジスタは、n-領域10
2をコレクタ領域とし、p-ベース領域104、n+エミッタ領
域105によって構成されている。
2をコレクタ領域とし、p-ベース領域104、n+エミッタ領
域105によって構成されている。
センサ感度を向上させるには、p-ベース領域104の不
純物濃度を下げてベース・エミッタ間容量Cbeを小さく
することが望ましい。しかし不純物濃度をあまり小さく
しすぎると、ベース領域が動作状態で完全に空乏化して
パンチングスルー状態となってしまう。ここでは、p-ベ
ース領域104の不純物濃度を〜1016cm-3とした。
純物濃度を下げてベース・エミッタ間容量Cbeを小さく
することが望ましい。しかし不純物濃度をあまり小さく
しすぎると、ベース領域が動作状態で完全に空乏化して
パンチングスルー状態となってしまう。ここでは、p-ベ
ース領域104の不純物濃度を〜1016cm-3とした。
更に、p-ベース領域104には高い不純物濃度〜1018cm
-3領域106が形成され、p+領域106が酸化膜107を挟んで
ポリシリコンのキャパシタ電極108と対向し、ベース電
位を制御するためのキャパシタを構成している。
-3領域106が形成され、p+領域106が酸化膜107を挟んで
ポリシリコンのキャパシタ電極108と対向し、ベース電
位を制御するためのキャパシタを構成している。
なお、キャパシタを構成する部分の酸化膜107は薄く
形成されているが、それ以外の部分ではベース領域104
等に影響を及ぼさない程度に十分厚く形成されている。
形成されているが、それ以外の部分ではベース領域104
等に影響を及ぼさない程度に十分厚く形成されている。
その他に、n+エミッタ領域105と接合したAl等のエミ
ッタ電極109が形成され、また基板101の裏面にオートミ
ックコンタクト層を介してコレクタ電極110が形成され
ている。
ッタ電極109が形成され、また基板101の裏面にオートミ
ックコンタクト層を介してコレクタ電極110が形成され
ている。
本実施例の基本動作は従来例と同様であり、キャパシ
タ電極108に印加される電圧によってp-ベース領域104の
電位が制御され、読出し、リフレッシュそして蓄積が各
動作を行う。その際、高い不純物濃度のp+領域106がキ
ャパシタ電極108と対向しているために、p+領域106と酸
化膜107との界面状態が安定化し、光電変換セルを多数
配列してもバラツキのない出力を得ることができる。
タ電極108に印加される電圧によってp-ベース領域104の
電位が制御され、読出し、リフレッシュそして蓄積が各
動作を行う。その際、高い不純物濃度のp+領域106がキ
ャパシタ電極108と対向しているために、p+領域106と酸
化膜107との界面状態が安定化し、光電変換セルを多数
配列してもバラツキのない出力を得ることができる。
第２図は、上記光電変換セルを用いたラインセンサの
回路図である。
回路図である。
同図において、光電変換セルS1〜Snのコレクタ電極11
0には一定の正電圧Vccが印加されている。各キャパシタ
電極108は端子201に共通に接続され、端子201には読出
し動作およびリフレッシュ動作を行うためのパルスφ１
が印加される。また、各エミッタ電極109は垂直ラインL
1〜Lnに各々接続され、垂直ラインL1〜Lnは各々トラン
ジスタQa1〜Qanを介して蓄積用コンデンサC1〜Cnに接続
されている。トランジスタQa1〜Qanのゲート電極は端子
203が共通に接続され、端子203にはパルスφ３が印加さ
れる。
0には一定の正電圧Vccが印加されている。各キャパシタ
電極108は端子201に共通に接続され、端子201には読出
し動作およびリフレッシュ動作を行うためのパルスφ１
が印加される。また、各エミッタ電極109は垂直ラインL
1〜Lnに各々接続され、垂直ラインL1〜Lnは各々トラン
ジスタQa1〜Qanを介して蓄積用コンデンサC1〜Cnに接続
されている。トランジスタQa1〜Qanのゲート電極は端子
203が共通に接続され、端子203にはパルスφ３が印加さ
れる。
また、コンデンサC1〜Cnは各々トランジスタQ1〜Qnを
介して出力ライン204に接続されている。トランジスタQ
1〜Qnのゲート電極は走査回路205の並列出力端子に各々
接続されて、並列出力端子からはパルスφh1〜φhnが順
次出力される。
介して出力ライン204に接続されている。トランジスタQ
1〜Qnのゲート電極は走査回路205の並列出力端子に各々
接続されて、並列出力端子からはパルスφh1〜φhnが順
次出力される。
出力ライン204は、リフレッシュするためのトランジ
スタQrhを介して接地され、トランジスタQrhのゲート電
極にはパルスφr2が印加される。
スタQrhを介して接地され、トランジスタQrhのゲート電
極にはパルスφr2が印加される。
また、垂直ラインL1〜Lnは各々トランジスタQb1〜Qbn
を介して接地されている。また各トランジスタのゲート
電極は端子202に共通に接続され、端子202にはパルスφ
２が印加される。
を介して接地されている。また各トランジスタのゲート
電極は端子202に共通に接続され、端子202にはパルスφ
２が印加される。
第３図は、上記ラインセンサの動作を説明するための
タイミングチャートである。
タイミングチャートである。
まず、各光電変換セルS1〜Snには入射光の照度に対応
したキャリアが蓄積されているものとする。この状態
で、パルスφ３によってトランジスタQa1〜QanをON状態
にし、パルスφ２によってトランジスタQb1〜QbnはOFF
状態としてエミッタ電極109を浮遊状態とし、端子201に
読出し用正電圧パルスφｒを印加する。これによって、
すでに述べたように、浮遊状態のエミッタ側に各セルの
出力信号が読出され、各信号がコンデンサC1〜Cnに蓄積
される。読出しが終了すると、パルスφ３によってトラ
ンジスタQa1〜QanをOFF状態とする。
したキャリアが蓄積されているものとする。この状態
で、パルスφ３によってトランジスタQa1〜QanをON状態
にし、パルスφ２によってトランジスタQb1〜QbnはOFF
状態としてエミッタ電極109を浮遊状態とし、端子201に
読出し用正電圧パルスφｒを印加する。これによって、
すでに述べたように、浮遊状態のエミッタ側に各セルの
出力信号が読出され、各信号がコンデンサC1〜Cnに蓄積
される。読出しが終了すると、パルスφ３によってトラ
ンジスタQa1〜QanをOFF状態とする。
続いて、パルスφ２によってトランジスタQb1〜Qbnを
ON状態として各セルのエミッタ電極109を接地し、端子2
01にリフレッシュパルスφrcを印加する。これによって
既に述べたリフレッシュ動作が行われ、ベース領域104
に蓄積されたホールが消滅する。リフレッシュ動作が終
了すると、各セルは蓄積動作を開始する。
ON状態として各セルのエミッタ電極109を接地し、端子2
01にリフレッシュパルスφrcを印加する。これによって
既に述べたリフレッシュ動作が行われ、ベース領域104
に蓄積されたホールが消滅する。リフレッシュ動作が終
了すると、各セルは蓄積動作を開始する。
また、リフレッシュ動作と平行して、走査回路205は
パルスφh1〜φhnを出力し、トランジスタQ1〜Qnを順次
ON状態にする。これによって、コンデンサC1〜Cnに蓄積
されていた各信号が出力ライン204に順次読出され、ア
ンプ206を通して出力信号Voutとして外部へ出力され
る。
パルスφh1〜φhnを出力し、トランジスタQ1〜Qnを順次
ON状態にする。これによって、コンデンサC1〜Cnに蓄積
されていた各信号が出力ライン204に順次読出され、ア
ンプ206を通して出力信号Voutとして外部へ出力され
る。
その際、各信号が出力されるごとに、パルスφh1〜φ
hnに各々重なるタイミングでパルスφr2を印加する。こ
のタイミングでトランジスタQrhがONとなり、出力ライ
ン204の残留キャリアが除去されると共に、コンデンサC
1〜Cnの残留キャリアが各々トランジスタQ1〜Qnを通し
て順次除去される。
hnに各々重なるタイミングでパルスφr2を印加する。こ
のタイミングでトランジスタQrhがONとなり、出力ライ
ン204の残留キャリアが除去されると共に、コンデンサC
1〜Cnの残留キャリアが各々トランジスタQ1〜Qnを通し
て順次除去される。
こうして全セルS1〜Snの読出し信号を出力すると、次
の読出し動作が開始され、以下同様に上記動作が繰返さ
れる。
の読出し動作が開始され、以下同様に上記動作が繰返さ
れる。
すでに述べたように、本実施例はキャパシタの界面状
態が安定しているために、バラツキのない読出し信号を
得ることができ、固定パターンノイズが抑制された出力
信号Voutが得られる。
態が安定しているために、バラツキのない読出し信号を
得ることができ、固定パターンノイズが抑制された出力
信号Voutが得られる。
第４図は、上記光電変換装置を使用した撮像装置の一
例の概略的構成図である。
例の概略的構成図である。
同図において、撮像素子301が第２図に示す光電変換
装置に相当する。撮像素子301の出力信号Voutは信号処
理回路302によってゲイン調整等の処理が行われ、ビデ
オ信号として出力される。
装置に相当する。撮像素子301の出力信号Voutは信号処
理回路302によってゲイン調整等の処理が行われ、ビデ
オ信号として出力される。
また、撮像素子301を駆動するための上記各パルスは
ドライバ303によって供給され、ドライバ303は制御部30
4の制御によって動作する。また、制御部304は撮像素子
301の出力に基いて信号処理回路302のゲイン等を調整す
るとともに、露出制御手段305を制御して撮像素子301に
入射する光量を調整する。
ドライバ303によって供給され、ドライバ303は制御部30
4の制御によって動作する。また、制御部304は撮像素子
301の出力に基いて信号処理回路302のゲイン等を調整す
るとともに、露出制御手段305を制御して撮像素子301に
入射する光量を調整する。
なお、第２図に示すラインセンサではなく、エリアセ
ンサを構成すれば、信号処理回路302からテレビジョン
信号を得ることもできる。
ンサを構成すれば、信号処理回路302からテレビジョン
信号を得ることもできる。
［発明の効果］ 以上詳細に説明したように本発明による光電変換装置
は、キャパシタを構成する部分の制御電極領域が高濃度
で形成されているために、キャパシタを構成する制御電
極領域と絶縁層との界面が安定し、読出し信号のバラツ
キが低減し、結果的に高感度となる。このために、例え
ば撮像素子を構成した場合に固定パターンノイズの少な
い良質の画像信号を得ることができる。
は、キャパシタを構成する部分の制御電極領域が高濃度
で形成されているために、キャパシタを構成する制御電
極領域と絶縁層との界面が安定し、読出し信号のバラツ
キが低減し、結果的に高感度となる。このために、例え
ば撮像素子を構成した場合に固定パターンノイズの少な
い良質の画像信号を得ることができる。
第１図（Ａ）は、本発明により光電変換装置の一実施例
の模式的断面図、第１図（Ｂ）は、その等価回路図、 第２図は、上記光電変換セルを用いたラインセンサの回
路図、 第３図は、上記ラインセンサの動作を説明するためのタ
イミングチャート、 第４図は、上記光電変換装置を使用した撮像装置の一例
の概略的構成図、 第５図（Ａ）は、従来の光電変換装置の概略的平面図、
第５図（Ｂ）は、その一つの光電変換セルのＡ−Ａ′線
断面図である。 101……ｎ型シリコン基板 102……n-領域 103……素子分離領域 104……p-ベース領域 105……n+エミッタ領域 106……p+領域 107……酸化膜 108……キャパシタ電極 109……エミッタ電極 110……コレクタ電極
の模式的断面図、第１図（Ｂ）は、その等価回路図、 第２図は、上記光電変換セルを用いたラインセンサの回
路図、 第３図は、上記ラインセンサの動作を説明するためのタ
イミングチャート、 第４図は、上記光電変換装置を使用した撮像装置の一例
の概略的構成図、 第５図（Ａ）は、従来の光電変換装置の概略的平面図、
第５図（Ｂ）は、その一つの光電変換セルのＡ−Ａ′線
断面図である。 101……ｎ型シリコン基板 102……n-領域 103……素子分離領域 104……p-ベース領域 105……n+エミッタ領域 106……p+領域 107……酸化膜 108……キャパシタ電極 109……エミッタ電極 110……コレクタ電極
Claims (1)
- 【請求項１】半導体トランジスタの制御電極領域の電位
をキャパシタを介して制御することにより、前記制御電
極領域に光励起によって発生したキャリアを蓄積し、該
蓄積により発生した蓄積電圧を前記半導体トランジスタ
の１つの主電極領域から読み出す方式の光電変換セルを
有する光電変換装置において、 前記キャパシタは、電極が絶縁層を挟んで前記制御電極
領域に対向した領域を有し、かつ前記制御電極領域の内
前記電極に対向している部分を高い不純物濃度を有する
所定の導電型の第１の制御電極領域（106）とし、前記
制御電極領域の内前記主電極領域に接する部分を低い不
純物濃度を有する前記導電型の第２の制御電極領域（10
4）としたことを特徴とする光電変換装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61291591A JP2515768B2 (ja) | 1986-12-09 | 1986-12-09 | 光電変換装置 |
| US07/758,399 US5126814A (en) | 1986-12-09 | 1991-09-04 | Photoelectric converter with doped capacitor region |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61291591A JP2515768B2 (ja) | 1986-12-09 | 1986-12-09 | 光電変換装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63144667A JPS63144667A (ja) | 1988-06-16 |
| JP2515768B2 true JP2515768B2 (ja) | 1996-07-10 |
Family
ID=17770924
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61291591A Expired - Fee Related JP2515768B2 (ja) | 1986-12-09 | 1986-12-09 | 光電変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2515768B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7214891B1 (en) | 1992-05-01 | 2007-05-08 | Ishida Co., Ltd. | Method and apparatus for printing merchandising information |
| US7026556B1 (en) | 2000-09-15 | 2006-04-11 | Premark Feg L.L.C. | Method and system for controlling messages printed by an in store label printer and related label structure |
| EP1359527A3 (en) | 2002-04-29 | 2004-06-16 | Premark FEG L.L.C. | Food product scale and method for providing in-store incentive labels to customers |
| US20040267621A1 (en) | 2003-06-27 | 2004-12-30 | Schuller Robert J. | Food product scale-based incentive system |
| US8521583B2 (en) | 2003-12-26 | 2013-08-27 | Valassis In-Store Solutions, Inc. | Computerized management system for multi-chain promotions, and related audit system |
| US7488003B2 (en) | 2006-03-30 | 2009-02-10 | Premark Feg L.L.C. | Label supply, label handling method and label printing apparatus |
| US8432567B2 (en) | 2009-06-26 | 2013-04-30 | Premark Feg L.L.C. | Printer and scale for handling RFID labels |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6012760A (ja) * | 1983-07-02 | 1985-01-23 | Tadahiro Omi | 光電変換装置及び光電変換方法 |
| JPS6012761A (ja) * | 1983-07-02 | 1985-01-23 | Tadahiro Omi | 光電変換装置 |
-
1986
- 1986-12-09 JP JP61291591A patent/JP2515768B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63144667A (ja) | 1988-06-16 |
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