JP3019650B2 - フォトセンサ - Google Patents
フォトセンサInfo
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- JP3019650B2 JP3019650B2 JP5044707A JP4470793A JP3019650B2 JP 3019650 B2 JP3019650 B2 JP 3019650B2 JP 5044707 A JP5044707 A JP 5044707A JP 4470793 A JP4470793 A JP 4470793A JP 3019650 B2 JP3019650 B2 JP 3019650B2
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- Japan
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- semiconductor layer
- electrode
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、フォトセンサに関し、
詳しくは、センサ機能と選択トランジスタの機能を兼ね
備えたフォトセンサに関する。
詳しくは、センサ機能と選択トランジスタの機能を兼ね
備えたフォトセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、フォトセンサは、通常、フォトダ
イオードやＴＦＴ（Thin Film Transistor）が使用され
ており、このフォトセンサを複数マトリックス状に配列
してフォトセンサシステムを構成している。そして各フ
ォトセンサは、照射された光の量に応じた電荷を発生
し、この電荷量をみることにより、輝度を知ることがで
きる。このマトリックス状に配列されたフォトセンサ
に、水平走査回路及び垂直走査回路から走査電圧を印加
して、各フォトセンサの電荷量を検出している。
イオードやＴＦＴ（Thin Film Transistor）が使用され
ており、このフォトセンサを複数マトリックス状に配列
してフォトセンサシステムを構成している。そして各フ
ォトセンサは、照射された光の量に応じた電荷を発生
し、この電荷量をみることにより、輝度を知ることがで
きる。このマトリックス状に配列されたフォトセンサ
に、水平走査回路及び垂直走査回路から走査電圧を印加
して、各フォトセンサの電荷量を検出している。
【０００３】このような従来のフォトセンサは、閉回路
が形成されていると、発生した電荷が電流として放出さ
れるため、従来、各フォトセンサ毎にフォトセンサとは
別に選択トランジスタを形成して接続し、この選択トラ
ンジスタを上記水平走査回路及び垂直走査回路で駆動す
ることにより、各フォトセンサ毎の電荷量を検出してい
る。
が形成されていると、発生した電荷が電流として放出さ
れるため、従来、各フォトセンサ毎にフォトセンサとは
別に選択トランジスタを形成して接続し、この選択トラ
ンジスタを上記水平走査回路及び垂直走査回路で駆動す
ることにより、各フォトセンサ毎の電荷量を検出してい
る。
【０００４】ところが、このような従来のフォトセンサ
にあっては、フォトセンサ毎に選択トランジスタを形成
して接続する必要があり、各フォトセンサが大きくな
り、画素の高密度化の障害になるという問題があった。
にあっては、フォトセンサ毎に選択トランジスタを形成
して接続する必要があり、各フォトセンサが大きくな
り、画素の高密度化の障害になるという問題があった。
【０００５】そこで、本出願人は、先にフォトセンサ自
体にフォトセンサ機能と選択機能とを持たせることによ
り、従来の選択トランジスタ無くしてフォトセンサを小
さくし、画素を高密度化させることのできるフォトセン
サを提案している。
体にフォトセンサ機能と選択機能とを持たせることによ
り、従来の選択トランジスタ無くしてフォトセンサを小
さくし、画素を高密度化させることのできるフォトセン
サを提案している。
【０００６】このフォトセンサは、図５に示すように、
基本的には、逆スタガー型薄膜トランジスタとコプラナ
ー型薄膜トランジスタとを半導体層を単一層にして組み
合わせた構成となっている。
基本的には、逆スタガー型薄膜トランジスタとコプラナ
ー型薄膜トランジスタとを半導体層を単一層にして組み
合わせた構成となっている。
【０００７】すなわち、フォトトランジスタ１は、図示
しない絶縁性基板上に、クロム（Ｃｒ）等からなるボト
ムゲート電極２が形成されており、このボトムゲート電
極２及び絶縁性基板を覆うように、窒化シリコン（Ｓｉ
Ｎ）からなるボトムゲート絶縁膜３が形成されている。
上記ボトムゲート電極２上には、ボトムゲート電極２と
対向する位置に、ｉ型アモルファス・シリコン（ｉ−ａ
−Ｓｉ）で形成された半導体層４が形成されており、こ
の半導体層４を挟んで、該半導体層４上に所定の間隔を
有して相対向する位置にソース電極５及びドレイン電極
６が形成されている。これらソース電極５及びドレイン
電極６は、それぞれｎ+ シリコン層７、８を介して半導
体層４と接続されており、これらによりボトムトランジ
スタ（逆スタガー型薄膜トランジスタ）が構成されてい
る。
しない絶縁性基板上に、クロム（Ｃｒ）等からなるボト
ムゲート電極２が形成されており、このボトムゲート電
極２及び絶縁性基板を覆うように、窒化シリコン（Ｓｉ
Ｎ）からなるボトムゲート絶縁膜３が形成されている。
上記ボトムゲート電極２上には、ボトムゲート電極２と
対向する位置に、ｉ型アモルファス・シリコン（ｉ−ａ
−Ｓｉ）で形成された半導体層４が形成されており、こ
の半導体層４を挟んで、該半導体層４上に所定の間隔を
有して相対向する位置にソース電極５及びドレイン電極
６が形成されている。これらソース電極５及びドレイン
電極６は、それぞれｎ+ シリコン層７、８を介して半導
体層４と接続されており、これらによりボトムトランジ
スタ（逆スタガー型薄膜トランジスタ）が構成されてい
る。
【０００８】上記ソース電極５、ドレイン電極６及び半
導体層４は、透明な窒化シリコンからなるトップゲート
絶縁膜９により覆われており、トップゲート絶縁膜９上
には、前記ボトムゲート電極２と相対向する位置に透明
な導電性材料からなるトップゲート電極１０が形成され
ている。このトップゲート電極１０は、チャネル領域の
みでなく、図１に示すように、ソース電極（Ｓ）５及び
ドレイン電極（Ｄ）６の端部をも覆う大きさに形成され
ている。
導体層４は、透明な窒化シリコンからなるトップゲート
絶縁膜９により覆われており、トップゲート絶縁膜９上
には、前記ボトムゲート電極２と相対向する位置に透明
な導電性材料からなるトップゲート電極１０が形成され
ている。このトップゲート電極１０は、チャネル領域の
みでなく、図１に示すように、ソース電極（Ｓ）５及び
ドレイン電極（Ｄ）６の端部をも覆う大きさに形成され
ている。
【０００９】そして、上記トップゲート電極１０、トッ
プゲート絶縁膜９、半導体層４、ソース電極５及びドレ
イン電極６により、トップトランジスタ（コプラナー型
薄膜トランジスタ）が形成されている。
プゲート絶縁膜９、半導体層４、ソース電極５及びドレ
イン電極６により、トップトランジスタ（コプラナー型
薄膜トランジスタ）が形成されている。
【００１０】このフォトセンサ１には、トップゲート電
極１０側から照射光が照射され、この照射光がトップゲ
ート電極１０及びトップゲート絶縁膜９を透過して、半
導体層４に照射される。そして、フォトセンサ１は、ボ
トムゲート電極２に印加する電圧とトップゲート電極１
０に印加する電圧を制御することにより、選択状態と非
選択状態及びセンス状態とリセット状態とを制御するこ
とができる。
極１０側から照射光が照射され、この照射光がトップゲ
ート電極１０及びトップゲート絶縁膜９を透過して、半
導体層４に照射される。そして、フォトセンサ１は、ボ
トムゲート電極２に印加する電圧とトップゲート電極１
０に印加する電圧を制御することにより、選択状態と非
選択状態及びセンス状態とリセット状態とを制御するこ
とができる。
【００１１】例えば、フォトセンサ１のボトムゲート電
極に正電圧を印加すると、半導体層４にｎチャンネルが
形成され、ここで、ソース電極５−ドレイン電極６間に
正電圧を印加すると、ソース電極５側から電子が供給さ
れて、電流が流れる。この状態で、トップゲート電極１
０にボトムゲート電極２の電界によるｎチャンネルを消
滅させるレベルの負電圧を印加すると、トップゲート電
極１０からの電界がボトムゲート電極２の電界がチャン
ネル層に与える影響を減じる方向に働く。その結果、空
乏層が半導体層４の厚み方向に伸び、ｎチャンネルをピ
ンチオフする。このとき、トップゲート電極１０側から
照射光が照射されると、半導体層４のトップゲート電極
１０側に電子−正孔対が誘起される。ところが、トップ
ゲート電極１０に負電圧が印加されているため、誘起さ
れた正孔は、チャンネル領域に蓄積され、トップゲート
電極１０の電界を打ち消す。このため、図６の曲線Ｔ１
に示すように、選択状態（ボトムゲート電極に正電圧を
印加した状態）での光照射時には、半導体層４のチャン
ネル領域にｎチャンネルが形成され、ソース電極５−ド
レイン電極６間に、照射光により誘起された正孔の数、
すなわち照射光の光量に応じたドレイン電流が流れる。
極に正電圧を印加すると、半導体層４にｎチャンネルが
形成され、ここで、ソース電極５−ドレイン電極６間に
正電圧を印加すると、ソース電極５側から電子が供給さ
れて、電流が流れる。この状態で、トップゲート電極１
０にボトムゲート電極２の電界によるｎチャンネルを消
滅させるレベルの負電圧を印加すると、トップゲート電
極１０からの電界がボトムゲート電極２の電界がチャン
ネル層に与える影響を減じる方向に働く。その結果、空
乏層が半導体層４の厚み方向に伸び、ｎチャンネルをピ
ンチオフする。このとき、トップゲート電極１０側から
照射光が照射されると、半導体層４のトップゲート電極
１０側に電子−正孔対が誘起される。ところが、トップ
ゲート電極１０に負電圧が印加されているため、誘起さ
れた正孔は、チャンネル領域に蓄積され、トップゲート
電極１０の電界を打ち消す。このため、図６の曲線Ｔ１
に示すように、選択状態（ボトムゲート電極に正電圧を
印加した状態）での光照射時には、半導体層４のチャン
ネル領域にｎチャンネルが形成され、ソース電極５−ド
レイン電極６間に、照射光により誘起された正孔の数、
すなわち照射光の光量に応じたドレイン電流が流れる。
【００１２】また、光無照射時には、図６の曲線Ｔ２で
示すように、ドレイン電流は極めて小さく、例えば、１
０-14 Ａ（アンペア）程度にすることができる。その結
果、フォトセンサ１は、光照射時のドレイン電流（Ｔ
１）と光無照射時のドレイン電流の差を充分大きくする
ことができる。
示すように、ドレイン電流は極めて小さく、例えば、１
０-14 Ａ（アンペア）程度にすることができる。その結
果、フォトセンサ１は、光照射時のドレイン電流（Ｔ
１）と光無照射時のドレイン電流の差を充分大きくする
ことができる。
【００１３】また、フォトセンサ１は、ボトムゲート電
極２に、正電圧を印加した状態で、トップゲート電極１
０を、例えば、０［Ｖ］にすると、半導体層４とトップ
ゲート絶縁膜９との間のトラップ準位から正孔を吐き出
させてリセットすることができる。
極２に、正電圧を印加した状態で、トップゲート電極１
０を、例えば、０［Ｖ］にすると、半導体層４とトップ
ゲート絶縁膜９との間のトラップ準位から正孔を吐き出
させてリセットすることができる。
【００１４】さらに、フォトセンサ１は、ボトムゲート
電極２に、正電圧を印加していない状態、すなわち非選
択状態では、半導体層４にチャンネルが形成されないか
ら、光照射を行なっても、ドレイン電流は流れず、非選
択状態とすることができる。すなわち、フォトセンサ１
は、ボトムゲート電極２に印加する電圧を制御すること
により、選択状態と、非選択状態とを制御することがで
きる。また、この非選択状態において、トップゲート電
極１０に０［Ｖ］を印加すると、上記同様に、半導体層
４とトップゲート絶縁膜９との間のトラップ準位から正
孔を吐き出させてリセットすることができる。
電極２に、正電圧を印加していない状態、すなわち非選
択状態では、半導体層４にチャンネルが形成されないか
ら、光照射を行なっても、ドレイン電流は流れず、非選
択状態とすることができる。すなわち、フォトセンサ１
は、ボトムゲート電極２に印加する電圧を制御すること
により、選択状態と、非選択状態とを制御することがで
きる。また、この非選択状態において、トップゲート電
極１０に０［Ｖ］を印加すると、上記同様に、半導体層
４とトップゲート絶縁膜９との間のトラップ準位から正
孔を吐き出させてリセットすることができる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本出願
人が先に提案したフォトセンサ１にあっては、フォトセ
ンサ１自体にフォトセンサ機能と選択機能とを持たせ、
従来の選択トランジスタ無くしてフォトセンサを小型化
し、画素を高密度化させることはできるが、トップゲー
ト電極１０がソース電極（Ｓ）５の端部及びドレイン電
極（Ｄ）６の端部をと重合する大きさに形成されていた
ため、製造時のバラツキによりデプリーション型に形成
されたり、非選択状態におけるリセット時にトップゲー
ト電極１０に正電位が印加すると、図６に曲線Ｔ３で示
すように、光照射により、チャネルが形成されドレイン
電流が流れ、スイッチ特性が悪化するおそれがあった。
人が先に提案したフォトセンサ１にあっては、フォトセ
ンサ１自体にフォトセンサ機能と選択機能とを持たせ、
従来の選択トランジスタ無くしてフォトセンサを小型化
し、画素を高密度化させることはできるが、トップゲー
ト電極１０がソース電極（Ｓ）５の端部及びドレイン電
極（Ｄ）６の端部をと重合する大きさに形成されていた
ため、製造時のバラツキによりデプリーション型に形成
されたり、非選択状態におけるリセット時にトップゲー
ト電極１０に正電位が印加すると、図６に曲線Ｔ３で示
すように、光照射により、チャネルが形成されドレイン
電流が流れ、スイッチ特性が悪化するおそれがあった。
【００１６】そこで、本発明は、フォトセンサ機能と選
択トランジスタ機能の両方を兼ね備えるとともに、スイ
ッチ特性の良好なフォトセンサを提供することを目的と
している。
択トランジスタ機能の両方を兼ね備えるとともに、スイ
ッチ特性の良好なフォトセンサを提供することを目的と
している。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明のフォトセンサ
は、半導体層上に該半導体層を挟んでソース電極とドレ
イン電極が所定の間隔をおいて相対向して配され、該半
導体層を挟んでその上下両側にそれぞれ絶縁膜を介して
該半導体層と相対向する第１ゲート電極及び第２ゲート
電極が配され、該第１ゲート電極側または第２ゲート電
極側のいずれか一方を光照射側とし、該光照射側から照
射された光が、該光照射側の絶縁膜を透過して前記半導
体層に照射されるフォトセンサであって、前記第１ゲー
ト電極は、チャンネルを形成するためのチャンネル電圧
が選択的に印加されることができ、前記絶縁膜の一方を
介し前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に位置す
る前記半導体層のチャンネル領域に連続して重なるよう
に配され、 前記第２ゲート電極は、前記チャンネル電圧
と同極性のリセット電圧が選択的に印加されることがで
き、前記リセット電圧により前記半導体層にチャンネル
が形成されない構造であることにより、上記目的を達成
している。
は、半導体層上に該半導体層を挟んでソース電極とドレ
イン電極が所定の間隔をおいて相対向して配され、該半
導体層を挟んでその上下両側にそれぞれ絶縁膜を介して
該半導体層と相対向する第１ゲート電極及び第２ゲート
電極が配され、該第１ゲート電極側または第２ゲート電
極側のいずれか一方を光照射側とし、該光照射側から照
射された光が、該光照射側の絶縁膜を透過して前記半導
体層に照射されるフォトセンサであって、前記第１ゲー
ト電極は、チャンネルを形成するためのチャンネル電圧
が選択的に印加されることができ、前記絶縁膜の一方を
介し前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に位置す
る前記半導体層のチャンネル領域に連続して重なるよう
に配され、 前記第２ゲート電極は、前記チャンネル電圧
と同極性のリセット電圧が選択的に印加されることがで
き、前記リセット電圧により前記半導体層にチャンネル
が形成されない構造であることにより、上記目的を達成
している。
【００１８】前記第２ゲート電極は、前記絶縁膜の一方
を介し前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に位置
する前記半導体層のチャンネル領域に連続して重ならな
いように配されてもよい。
を介し前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に位置
する前記半導体層のチャンネル領域に連続して重ならな
いように配されてもよい。
【００１９】
【作用】本発明のフォトセンサによれば、光照射側のゲ
ート電極に正電圧を印加して、フォトセンサをリセット
状態としたとき、このゲート電極の電界により形成され
るチャネルが、オフセット領域で遮断されるので、リセ
ット状態においてドレイン電流が流れるのを防止するこ
とができる。その結果、フォトセンサにフォトセンサ機
能と選択機能とを持たせることができるとともに、フォ
トセンサのスイッチ特性を向上させることができる。
ート電極に正電圧を印加して、フォトセンサをリセット
状態としたとき、このゲート電極の電界により形成され
るチャネルが、オフセット領域で遮断されるので、リセ
ット状態においてドレイン電流が流れるのを防止するこ
とができる。その結果、フォトセンサにフォトセンサ機
能と選択機能とを持たせることができるとともに、フォ
トセンサのスイッチ特性を向上させることができる。
【００２０】また、前記オフセット領域内に接地電位に
保持された接地電位ゲートを設ければ、フローティング
部分のチャージアップ等の不安定要因を取り除くことが
できる。
保持された接地電位ゲートを設ければ、フローティング
部分のチャージアップ等の不安定要因を取り除くことが
できる。
【００２１】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
【００２２】図１及び図２は、本発明のフォトセンサの
一実施例を示す図であり、図１は、そのフォトセンサの
側面断面図、図２は、図１のフォトセンサの特性曲線図
である。
一実施例を示す図であり、図１は、そのフォトセンサの
側面断面図、図２は、図１のフォトセンサの特性曲線図
である。
【００２３】図１において、フォトセンサ２０は、ガラ
ス等からなる透明な絶縁性基板２１上に、クロム（Ｃ
ｒ）等からなるボトムゲート電極（ＢＧ）２２が形成さ
れており、このボトムゲート電極（ＢＧ）２２及び絶縁
性基板２１を覆うように窒化シリコン（ＳｉＮ）からな
るボトムゲート絶縁膜２３が形成されている。
ス等からなる透明な絶縁性基板２１上に、クロム（Ｃ
ｒ）等からなるボトムゲート電極（ＢＧ）２２が形成さ
れており、このボトムゲート電極（ＢＧ）２２及び絶縁
性基板２１を覆うように窒化シリコン（ＳｉＮ）からな
るボトムゲート絶縁膜２３が形成されている。
【００２４】上記ボトムゲート絶縁膜２３上には、ボト
ムゲート電極（ＢＧ）２２と対向する位置に、半導体層
２４が形成されており、半導体層２４は、ｉ型アモルフ
ァス・シリコン（ｉ−ａ−Ｓｉ）で形成されている。こ
の半導体層２４を挟んで、該半導体層２４上に所定の間
隔を有して相対向する位置にクロム（Ｃｒ）等からなる
ソース電極（Ｓ）２５及びドレイン電極（Ｄ）２６が形
成されており、これらソース電極（Ｓ）２５及びドレイ
ン電極（Ｄ）２６は、それぞれリン等のドーパントが拡
散されたアモルファスシリコンよりなるｎ+ シリコン層
（オームコンタクト層）２７、２８を介して半導体層２
４と接続されている。これらによりボトムトランジスタ
（逆スタガー型薄膜トランジスタ）が構成されている。
ムゲート電極（ＢＧ）２２と対向する位置に、半導体層
２４が形成されており、半導体層２４は、ｉ型アモルフ
ァス・シリコン（ｉ−ａ−Ｓｉ）で形成されている。こ
の半導体層２４を挟んで、該半導体層２４上に所定の間
隔を有して相対向する位置にクロム（Ｃｒ）等からなる
ソース電極（Ｓ）２５及びドレイン電極（Ｄ）２６が形
成されており、これらソース電極（Ｓ）２５及びドレイ
ン電極（Ｄ）２６は、それぞれリン等のドーパントが拡
散されたアモルファスシリコンよりなるｎ+ シリコン層
（オームコンタクト層）２７、２８を介して半導体層２
４と接続されている。これらによりボトムトランジスタ
（逆スタガー型薄膜トランジスタ）が構成されている。
【００２５】上記ソース電極（Ｓ）２５とドレイン電極
（Ｄ）２６及び半導体層２４のソース電極（Ｓ）２５と
ドレイン電極（Ｄ）２６の間の部分は、透明な窒化シリ
コンからなるトップゲート絶縁膜２９により覆われてお
り、トップゲート絶縁膜２９上には、前記ボトムゲート
電極（ＢＧ）２２と相対向する位置に透明な導電性材料
からなるトップゲート電極（ＴＧ）３０が形成されてい
る。
（Ｄ）２６及び半導体層２４のソース電極（Ｓ）２５と
ドレイン電極（Ｄ）２６の間の部分は、透明な窒化シリ
コンからなるトップゲート絶縁膜２９により覆われてお
り、トップゲート絶縁膜２９上には、前記ボトムゲート
電極（ＢＧ）２２と相対向する位置に透明な導電性材料
からなるトップゲート電極（ＴＧ）３０が形成されてい
る。
【００２６】トップゲート電極（ＴＧ）３０は、後述す
る電子−正孔対を発生するために半導体層２４のチャン
ネル領域を覆い、かつ、図１に示すように、ドレイン電
極（Ｄ）２６のチャネル領域側（ソース電極（Ｓ）２５
側）の端部上面をも覆うように形成されているが、トッ
プゲート電極（ＴＧ）３０のソース電極２５側の端部
は、ソース電極（Ｓ）２５のチャネル側（ドレイン電極
（Ｄ）２６側）の端部とは、所定間隔だけ空いたオフセ
ット領域Ｌが形成されている。このオフセット領域Ｌ
は、後述するように、非選択状態におけるリセット時の
半導体層２４のチャネルをピンチオフするのに充分な長
さに形成される。
る電子−正孔対を発生するために半導体層２４のチャン
ネル領域を覆い、かつ、図１に示すように、ドレイン電
極（Ｄ）２６のチャネル領域側（ソース電極（Ｓ）２５
側）の端部上面をも覆うように形成されているが、トッ
プゲート電極（ＴＧ）３０のソース電極２５側の端部
は、ソース電極（Ｓ）２５のチャネル側（ドレイン電極
（Ｄ）２６側）の端部とは、所定間隔だけ空いたオフセ
ット領域Ｌが形成されている。このオフセット領域Ｌ
は、後述するように、非選択状態におけるリセット時の
半導体層２４のチャネルをピンチオフするのに充分な長
さに形成される。
【００２７】そして、図示しないが、このトップゲート
電極（ＴＧ）３０及びトップゲート絶縁膜２９を覆うよ
うに、窒化シリコンからなる透明なオーバーコート膜が
形成されており、これら保護している。上記トップゲー
ト電極（ＴＧ）３０、トップゲート絶縁膜２９、半導体
層２４、ソース電極（Ｓ）２５及びドレイン電極（Ｄ）
２６により、トップトランジスタ（コプラナー型薄膜ト
ランジスタ）が形成されている。
電極（ＴＧ）３０及びトップゲート絶縁膜２９を覆うよ
うに、窒化シリコンからなる透明なオーバーコート膜が
形成されており、これら保護している。上記トップゲー
ト電極（ＴＧ）３０、トップゲート絶縁膜２９、半導体
層２４、ソース電極（Ｓ）２５及びドレイン電極（Ｄ）
２６により、トップトランジスタ（コプラナー型薄膜ト
ランジスタ）が形成されている。
【００２８】このフォトセンサ１は、本実施例では、ト
ップゲート電極２９側から照射光が照射され、この照射
光がトップゲート電極（ＴＧ）３０及びトップゲート絶
縁膜２９を透過して、半導体層２４に照射される。
ップゲート電極２９側から照射光が照射され、この照射
光がトップゲート電極（ＴＧ）３０及びトップゲート絶
縁膜２９を透過して、半導体層２４に照射される。
【００２９】このフォトセンサ１は、例えば、ボトムゲ
ート電極（ＢＧ）２２が１０００Å（オングストロー
ム）、ボトムゲート絶縁膜２３が２０００Å、半導体層
２４が１５００Å、ソース電極（Ｓ）２５及びドレイン
電極（Ｄ）２６が５００Å、ｎ+ シリコン層（オームコ
ンタクト層）２７、２８が２５０Å、トップゲート絶縁
膜２９が２０００Å、トップゲート電極（ＴＧ）３０が
５００Å及びオーバーコート膜が４０００Åに形成され
ており、半導体層２４上のソース電極（Ｓ）２５とドレ
イン電極（Ｄ）２６との間隔が、７μｍに形成されてい
る。
ート電極（ＢＧ）２２が１０００Å（オングストロー
ム）、ボトムゲート絶縁膜２３が２０００Å、半導体層
２４が１５００Å、ソース電極（Ｓ）２５及びドレイン
電極（Ｄ）２６が５００Å、ｎ+ シリコン層（オームコ
ンタクト層）２７、２８が２５０Å、トップゲート絶縁
膜２９が２０００Å、トップゲート電極（ＴＧ）３０が
５００Å及びオーバーコート膜が４０００Åに形成され
ており、半導体層２４上のソース電極（Ｓ）２５とドレ
イン電極（Ｄ）２６との間隔が、７μｍに形成されてい
る。
【００３０】次に、このフォトセンサ２０の動作を説明
する。
する。
【００３１】フォトセンサ２０は、ボトムゲート電極
（ＢＧ）２２に印加する電圧（以降、ボトムゲート電圧
ＶBG）とトップゲート電極（ＴＧ）３０に印加する電圧
（以降、トップゲート電圧ＶTG）を制御することによ
り、選択状態と非選択状態及びセンス状態とリセット状
態とを制御することができる。
（ＢＧ）２２に印加する電圧（以降、ボトムゲート電圧
ＶBG）とトップゲート電極（ＴＧ）３０に印加する電圧
（以降、トップゲート電圧ＶTG）を制御することによ
り、選択状態と非選択状態及びセンス状態とリセット状
態とを制御することができる。
【００３２】すなわち、フォトセンサ２０は、ボトムゲ
ート電極（ＢＧ）２２に、正電圧を印加していないとき
には、半導体層２４にチャンネルが形成されず、光照射
を行なっても、ドレイン電流ＩDSが流れず、非選択状態
とすることができる。すなわち、フォトセンサ２０は、
ボトムゲート電極（ＢＧ）２２に印加する電圧を制御す
ることにより、選択状態と、非選択状態とを制御するこ
とができる。
ート電極（ＢＧ）２２に、正電圧を印加していないとき
には、半導体層２４にチャンネルが形成されず、光照射
を行なっても、ドレイン電流ＩDSが流れず、非選択状態
とすることができる。すなわち、フォトセンサ２０は、
ボトムゲート電極（ＢＧ）２２に印加する電圧を制御す
ることにより、選択状態と、非選択状態とを制御するこ
とができる。
【００３３】また、フォトセンサ２０のボトムゲート電
極（ＢＧ）２２に正電圧、例えば、＋１０［Ｖ］を印加
すると、半導体層２４にｎチャンネルが形成される。こ
こで、ソース電極（Ｓ）２５−ドレイン電極（Ｄ）２６
間に正電圧、例えば、＋１０［Ｖ］を印加すると、ソー
ス電極（Ｓ）２５側から電子が供給され、電流が流れ
る。この状態で、トップゲート電極（ＴＧ）３０にボト
ムゲート電極（ＢＧ）２２の電界によるｎチャンネルを
消滅させるレベルの負電圧、例えば、−２０［Ｖ］をト
ップゲート電圧ＶTGとして印加すると、トップゲート電
極（ＴＧ）３０からの電界がボトムゲート電極（ＢＧ）
２２の電界がチャンネル層に与える影響を減じる方向に
働く。その結果、空乏層が半導体層２４の厚み方向に伸
び、ｎチャンネルをピンチオフする。このとき、トップ
ゲート電極（ＴＧ）３０側から照射光が照射されると、
半導体層２４のトップゲート電極（ＴＧ）３０側に電子
−正孔対が誘起される。ところが、トップゲート電極
（ＴＧ）３０に、−２０［Ｖ］が印加されているため、
誘起された正孔は、チャンネル領域に蓄積され、トップ
ゲート電極（ＴＧ）３０の電界を打ち消す。このため、
半導体層２４のチャンネル領域にｎチャンネルが形成さ
れ、電流が流れる。そして、このソース電極（Ｓ）２５
−ドレイン電極（Ｄ）２６間に流れるドレイン電流ＩDS
は、照射光により誘起された正孔の数に応じて、すなわ
ち照射光の光量に応じて変化する。
極（ＢＧ）２２に正電圧、例えば、＋１０［Ｖ］を印加
すると、半導体層２４にｎチャンネルが形成される。こ
こで、ソース電極（Ｓ）２５−ドレイン電極（Ｄ）２６
間に正電圧、例えば、＋１０［Ｖ］を印加すると、ソー
ス電極（Ｓ）２５側から電子が供給され、電流が流れ
る。この状態で、トップゲート電極（ＴＧ）３０にボト
ムゲート電極（ＢＧ）２２の電界によるｎチャンネルを
消滅させるレベルの負電圧、例えば、−２０［Ｖ］をト
ップゲート電圧ＶTGとして印加すると、トップゲート電
極（ＴＧ）３０からの電界がボトムゲート電極（ＢＧ）
２２の電界がチャンネル層に与える影響を減じる方向に
働く。その結果、空乏層が半導体層２４の厚み方向に伸
び、ｎチャンネルをピンチオフする。このとき、トップ
ゲート電極（ＴＧ）３０側から照射光が照射されると、
半導体層２４のトップゲート電極（ＴＧ）３０側に電子
−正孔対が誘起される。ところが、トップゲート電極
（ＴＧ）３０に、−２０［Ｖ］が印加されているため、
誘起された正孔は、チャンネル領域に蓄積され、トップ
ゲート電極（ＴＧ）３０の電界を打ち消す。このため、
半導体層２４のチャンネル領域にｎチャンネルが形成さ
れ、電流が流れる。そして、このソース電極（Ｓ）２５
−ドレイン電極（Ｄ）２６間に流れるドレイン電流ＩDS
は、照射光により誘起された正孔の数に応じて、すなわ
ち照射光の光量に応じて変化する。
【００３４】このように、フォトセンサ２０は、トップ
ゲート電極（ＴＧ）３０からの電界がボトムゲート電極
（ＢＧ）２２からの電界によるチャンネル形成に対して
それを妨げる方向に働くように制御し、ｎチャンネルを
ピンチオフするものであるから、負のトップゲート電圧
ＶTGが印加されているセンス時における光無照射時に流
れるドレイン電流ＩDSを、図２に曲線Ｔ４に示すよう
に、極めて小さく、例えば、１０-14 Ａ程度にすること
ができる。その結果、フォトセンサ２０は、図２に示す
ように、光照射時のドレイン電流ＩDS（図２の曲線Ｔ
５）と光無照射時のドレイン電流ＩDS（図２の曲線Ｔ
４）の差を充分大きくすることができ、また、このとき
のボトムトランジスタの増幅率は、照射された光量によ
って変化し、Ｓ／Ｎ比を大きくすることができる。
ゲート電極（ＴＧ）３０からの電界がボトムゲート電極
（ＢＧ）２２からの電界によるチャンネル形成に対して
それを妨げる方向に働くように制御し、ｎチャンネルを
ピンチオフするものであるから、負のトップゲート電圧
ＶTGが印加されているセンス時における光無照射時に流
れるドレイン電流ＩDSを、図２に曲線Ｔ４に示すよう
に、極めて小さく、例えば、１０-14 Ａ程度にすること
ができる。その結果、フォトセンサ２０は、図２に示す
ように、光照射時のドレイン電流ＩDS（図２の曲線Ｔ
５）と光無照射時のドレイン電流ＩDS（図２の曲線Ｔ
４）の差を充分大きくすることができ、また、このとき
のボトムトランジスタの増幅率は、照射された光量によ
って変化し、Ｓ／Ｎ比を大きくすることができる。
【００３５】また、フォトセンサ２０は、ボトムゲート
電極（ＢＧ）２２に、正電圧（＋１０［Ｖ］）を印加し
た状態で、トップゲート電極（ＴＧ）３０を、例えば、
０〜＋５［Ｖ］程度にすると、半導体層２４とトップゲ
ート絶縁膜２９との間のトラップ準位から正孔が吐き出
されてリフレッシュ、すなわち、リセットされる。すな
わち、フォトセンサ２０は、トップゲート電極（ＴＧ）
３０に−２０［Ｖ］が印加されたままの状態にすると、
トップゲート絶縁膜２９と半導体層２４との間のトラッ
プ準位が、光照射により発生する正孔及びドレイン電極
（Ｄ）２６から注入される正孔によって埋められてい
き、光無照射状態でのチャンネル抵抗も小さくなって、
非選択状態における光無照射時にドレイン電流ＩDSが増
加する。そこで、トップゲート電極（ＴＧ）３０に０〜
＋５［Ｖ］程度を印加し、この正孔を吐き出させて、リ
セットする。
電極（ＢＧ）２２に、正電圧（＋１０［Ｖ］）を印加し
た状態で、トップゲート電極（ＴＧ）３０を、例えば、
０〜＋５［Ｖ］程度にすると、半導体層２４とトップゲ
ート絶縁膜２９との間のトラップ準位から正孔が吐き出
されてリフレッシュ、すなわち、リセットされる。すな
わち、フォトセンサ２０は、トップゲート電極（ＴＧ）
３０に−２０［Ｖ］が印加されたままの状態にすると、
トップゲート絶縁膜２９と半導体層２４との間のトラッ
プ準位が、光照射により発生する正孔及びドレイン電極
（Ｄ）２６から注入される正孔によって埋められてい
き、光無照射状態でのチャンネル抵抗も小さくなって、
非選択状態における光無照射時にドレイン電流ＩDSが増
加する。そこで、トップゲート電極（ＴＧ）３０に０〜
＋５［Ｖ］程度を印加し、この正孔を吐き出させて、リ
セットする。
【００３６】このリセット時において、フォトセンサ２
０には、上述のように、トップゲート電極（ＴＧ）３０
のソース電極（Ｓ）２５側にオフセット領域Ｌが形成さ
れ、トップゲート電極（ＴＧ）３０のソース電極（Ｓ）
２５側の端部とソース電極（Ｓ）２５のドレイン電極
（Ｄ）２６側の端部との間に所定の間隔が形成されてい
るので、トップゲート電極（ＴＧ）３０に印加する電界
により形成されるチャネルが、上記所定間隔の設けられ
たソース電極（Ｓ）２５側において遮断される。このた
め、図２に曲線Ｔ６で示すように、非選択状態における
リセット時において、ボトムゲート電極（ＢＧ）２２に
印加する電圧、すなわちボトムゲート電圧ＶBGが多少変
動しても、ドレイン電流ＩDSは、常に０．１ｐＡ程度で
あり、スイッチ特性に影響を与えるようなドレイン電流
ＩDSが流れるのを防止することができ、フォトセンサ２
０のスイッチ特性を向上させることができる。
０には、上述のように、トップゲート電極（ＴＧ）３０
のソース電極（Ｓ）２５側にオフセット領域Ｌが形成さ
れ、トップゲート電極（ＴＧ）３０のソース電極（Ｓ）
２５側の端部とソース電極（Ｓ）２５のドレイン電極
（Ｄ）２６側の端部との間に所定の間隔が形成されてい
るので、トップゲート電極（ＴＧ）３０に印加する電界
により形成されるチャネルが、上記所定間隔の設けられ
たソース電極（Ｓ）２５側において遮断される。このた
め、図２に曲線Ｔ６で示すように、非選択状態における
リセット時において、ボトムゲート電極（ＢＧ）２２に
印加する電圧、すなわちボトムゲート電圧ＶBGが多少変
動しても、ドレイン電流ＩDSは、常に０．１ｐＡ程度で
あり、スイッチ特性に影響を与えるようなドレイン電流
ＩDSが流れるのを防止することができ、フォトセンサ２
０のスイッチ特性を向上させることができる。
【００３７】なお、上記実施例においては、オフセット
領域Ｌをソース電極（Ｓ）２５側にのみ形成している
が、これに限るものではなく、ドレイン電極（Ｄ）２６
側にのみ形成してもよいし、図３に示すように、ソース
電極（Ｓ）２５側とドレイン電極（Ｄ）２６側の両側に
形成してもよい。すなわち、図３において、フォトセン
サ４０は、そのトップゲート電極（ＴＧ）４１は、半導
体層２４のチャネル領域の中央部上方にのみ形成されて
おり、ソース電極（Ｓ）２５側にオフセット領域Ｌ１が
形成されているとともに、ドレイン電極（Ｄ）２６側に
オフセット領域Ｌ２が形成されている。このオフセット
領域Ｌ１及びオフセット領域Ｌ２は、図１のオフセット
領域Ｌと同様に、非選択状態におけるリセット時のチャ
ネルをピンチオフするのに充分な間隔に形成されてい
る。
領域Ｌをソース電極（Ｓ）２５側にのみ形成している
が、これに限るものではなく、ドレイン電極（Ｄ）２６
側にのみ形成してもよいし、図３に示すように、ソース
電極（Ｓ）２５側とドレイン電極（Ｄ）２６側の両側に
形成してもよい。すなわち、図３において、フォトセン
サ４０は、そのトップゲート電極（ＴＧ）４１は、半導
体層２４のチャネル領域の中央部上方にのみ形成されて
おり、ソース電極（Ｓ）２５側にオフセット領域Ｌ１が
形成されているとともに、ドレイン電極（Ｄ）２６側に
オフセット領域Ｌ２が形成されている。このオフセット
領域Ｌ１及びオフセット領域Ｌ２は、図１のオフセット
領域Ｌと同様に、非選択状態におけるリセット時のチャ
ネルをピンチオフするのに充分な間隔に形成されてい
る。
【００３８】したがって、本実施例のフォトセンサ４０
においても、同様に、フォトセンサ４０にフォトセンサ
としての機能と選択機能とを兼ね備えさせることができ
るとともに、非選択状態におけるリセット時に、ボトム
ゲート電圧ＶBGが変動した場合にも、ドレイン電流ＩDS
が流れるのを確実に防止することができ、フォトセンサ
４０のスイッチ特性を向上させることができる。なお、
図３において、上記図１と同様の構成部分には同一の符
号を付している。
においても、同様に、フォトセンサ４０にフォトセンサ
としての機能と選択機能とを兼ね備えさせることができ
るとともに、非選択状態におけるリセット時に、ボトム
ゲート電圧ＶBGが変動した場合にも、ドレイン電流ＩDS
が流れるのを確実に防止することができ、フォトセンサ
４０のスイッチ特性を向上させることができる。なお、
図３において、上記図１と同様の構成部分には同一の符
号を付している。
【００３９】また、上記各実施例においては、トップゲ
ート電極（ＴＧ）３０、４１とソース電極（Ｓ）２５や
ドレイン電極（Ｄ）２６との間にオフセット領域Ｌ、Ｌ
１、Ｌ２のみを形成しているが、これらに限るものでは
なく、例えば、図４に示すように、トップゲート電極
（ＴＧ）３０とソース電極（Ｓ）２５との間のオフセッ
ト領域Ｌを覆う接地電極５１を形成してもよい。すなわ
ち、フォトセンサ５０は、オフセット領域Ｌ内のトップ
ゲート絶縁膜２５上に形成された接地電極５１を有して
おり、この接地電極５１は、少なくとも、非選択状態の
リセット時に接地電位に保持される。なお、図４におい
て、上記図１と同様の構成部分には同一の符号を付して
いる。
ート電極（ＴＧ）３０、４１とソース電極（Ｓ）２５や
ドレイン電極（Ｄ）２６との間にオフセット領域Ｌ、Ｌ
１、Ｌ２のみを形成しているが、これらに限るものでは
なく、例えば、図４に示すように、トップゲート電極
（ＴＧ）３０とソース電極（Ｓ）２５との間のオフセッ
ト領域Ｌを覆う接地電極５１を形成してもよい。すなわ
ち、フォトセンサ５０は、オフセット領域Ｌ内のトップ
ゲート絶縁膜２５上に形成された接地電極５１を有して
おり、この接地電極５１は、少なくとも、非選択状態の
リセット時に接地電位に保持される。なお、図４におい
て、上記図１と同様の構成部分には同一の符号を付して
いる。
【００４０】このように、接地電極５１を形成すると、
半導体層２４のオフセット領域Ｌに対応する部分がチャ
ージアップされる等の不安定要因の発生を防止すること
ができ、非選択状態におけるリセット時に、ボトムゲー
ト電圧ＶBGが変動した場合にドレイン電流ＩDSが流れる
のをより一層確実に防止することができ、フォトセンサ
５０のスイッチ特性をより一層向上させることができ
る。
半導体層２４のオフセット領域Ｌに対応する部分がチャ
ージアップされる等の不安定要因の発生を防止すること
ができ、非選択状態におけるリセット時に、ボトムゲー
ト電圧ＶBGが変動した場合にドレイン電流ＩDSが流れる
のをより一層確実に防止することができ、フォトセンサ
５０のスイッチ特性をより一層向上させることができ
る。
【００４１】
【発明の効果】本発明のフォトセンサによれば、第２ゲ
ート電極にチャンネル電圧と同極性のリセット電圧を印
加して、フォトセンサをリセット状態としたとき、この
第２ゲート電極の電界により連続したチャネルが形成さ
れないような構造なので、リセット状態においてドレイ
ン電流が流れるのを防止することができる。その結果、
フォトセンサにフォトセンサ機能と選択機能とを持たせ
ることができるとともに、フォトセンサのスイッチ特性
を向上させることができる。
ート電極にチャンネル電圧と同極性のリセット電圧を印
加して、フォトセンサをリセット状態としたとき、この
第２ゲート電極の電界により連続したチャネルが形成さ
れないような構造なので、リセット状態においてドレイ
ン電流が流れるのを防止することができる。その結果、
フォトセンサにフォトセンサ機能と選択機能とを持たせ
ることができるとともに、フォトセンサのスイッチ特性
を向上させることができる。
【００４２】
【図１】本発明に係るフォトセンサの一実施例の正面断
面図。
面図。
【図２】図１のフォトセンサのトップゲート電圧−ドレ
イン電流特性曲線図。
イン電流特性曲線図。
【図３】本発明に係るフォトセンサの他の実施例の正面
断面図。
断面図。
【図４】本発明に係るフォトセンサのさらに他の実施例
の正面断面図。
の正面断面図。
【図５】従来のフォトセンサの正面断面図。
【図６】従来のフォトセンサのトップゲート電圧−ドレ
イン電流特性曲線図。
イン電流特性曲線図。
２０ フォトセンサ ２１ 絶縁性基板 ２２ ボトムゲート電極（ＢＧ） ２３ ボトムゲート絶縁膜 ２４ 半導体層 ２５ ソース電極（Ｓ） ２６ ドレイン電極（Ｄ） ２７、２８ ｎ+ シリコン層 ２９ トップゲート絶縁膜 ３０ トップゲート電極（ＴＧ） Ｌ、Ｌ１、Ｌ２ オフセット領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 31/10 - 31/119 H01L 29/78 - 29/796
Claims (2)
- 【請求項１】 半導体層上に該半導体層を挟んでソース
電極とドレイン電極が所定の間隔をおいて相対向して配
され、該半導体層を挟んでその上下両側にそれぞれ絶縁
膜を介して該半導体層と相対向する第１ゲート電極及び
第２ゲート電極が配され、該第１ゲート電極側または第
２ゲート電極側のいずれか一方を光照射側とし、該光照
射側から照射された光が、該光照射側の絶縁膜を透過し
て前記半導体層に照射されるフォトセンサであって、前記第１ゲート電極は、チャンネルを形成するためのチ
ャンネル電圧が選択的に印加されることができ、前記絶
縁膜の一方を介し前記ソース電極と前記ドレイン電極と
の間に位置する前記半導体層のチャンネル領域に連続し
て重なるように配され、 前記第２ゲート電極は、前記チャンネル電圧と同極性の
リセット電圧が選択的に印加されることができ、前記リ
セット電圧により前記半導体層にチャンネルが形成され
ない構造である ことを特徴とするフォトセンサ。 - 【請求項２】 前記第２ゲート電極は、前記絶縁膜の一
方を介し前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に位
置する前記半導体層のチャンネル領域に連続して重なら
ないように配されることを特徴とする請求項１記載のフ
ォトセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5044707A JP3019650B2 (ja) | 1993-02-08 | 1993-02-08 | フォトセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5044707A JP3019650B2 (ja) | 1993-02-08 | 1993-02-08 | フォトセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06237008A JPH06237008A (ja) | 1994-08-23 |
| JP3019650B2 true JP3019650B2 (ja) | 2000-03-13 |
Family
ID=12698896
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5044707A Expired - Fee Related JP3019650B2 (ja) | 1993-02-08 | 1993-02-08 | フォトセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3019650B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016115712A (ja) * | 2014-12-11 | 2016-06-23 | 凸版印刷株式会社 | 接触型２次元イメージセンサ |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11261097A (ja) * | 1998-03-12 | 1999-09-24 | Casio Comput Co Ltd | フォトセンサ素子 |
| KR101829309B1 (ko) * | 2010-01-22 | 2018-02-19 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 반도체 장치 |
| US20130207102A1 (en) * | 2012-02-15 | 2013-08-15 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device |
| KR20210079411A (ko) * | 2013-06-27 | 2021-06-29 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 반도체 장치 |
| JP6785563B2 (ja) * | 2016-02-19 | 2020-11-18 | 三菱電機株式会社 | 非線形素子、アレイ基板、およびアレイ基板の製造方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0294576A (ja) * | 1988-09-30 | 1990-04-05 | Hitachi Ltd | ホトトランジスタ |
| JPH0362965A (ja) * | 1989-07-31 | 1991-03-19 | Casio Comput Co Ltd | メモリ機能付フォトセンサ |
| JPH06342929A (ja) * | 1991-05-31 | 1994-12-13 | Ind Technol Res Inst | 薄膜トランジスタ光電検出器アレイ及びその製造方法 |
| JPH06177417A (ja) * | 1992-12-04 | 1994-06-24 | Hitachi Ltd | ホトトランジスタ及びラインイメージセンサ |
-
1993
- 1993-02-08 JP JP5044707A patent/JP3019650B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016115712A (ja) * | 2014-12-11 | 2016-06-23 | 凸版印刷株式会社 | 接触型２次元イメージセンサ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06237008A (ja) | 1994-08-23 |
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