JP3098017B2 - 光電測光法 - Google Patents

光電測光法

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 発明の分野 本発明はフォトトランジスタ及び、特にアモルファス
・シリコン層を積上げた形につくられたフォトトランジ
スタを使用する光電測光法に関する。
先行技術の説明 最も標準的なアモルファスシリコンの光電検出器は３
つの半導体層を積上げて形成したPIN形ダイオードであ
る。３層のうち１層はＰ型不純物でドープされ、次の層
はドープされておらず（真性又は殆んど真性）、第３の
層はＮ型ドーピングされている。
ここ数年間にいわゆるNIPIN型開放基板フォトトラン
ジスタもまた提案されている。これらのフォトトランジ
スタはアモルファスシリコンを５層積上げることによっ
てつくられている。それらは光に対して高い感度をも
つ。
この種のフォトトランジスタは例えばEl.Dev.Lett.IE
EEジャーナル誌EDL−８巻第２、1987年２月刊行に掲載
された「ガラス基板上のアモルファスシリコンフォトト
ランジスタ（Amorphous Silicon Phototransistor on G
lass Substrate）」と題する記事で紹介されている。
これらのフォトトランジスタは大面積基板上でＸ及び
Ｙのアドレス指定ができるイメージ作成マトリックスの
製造に良く適合する。
しかしそれらは照射後に残留キャリアをもつという欠
点があり、これは利得が大きくなればそれだけ高くな
る。このことはフォトトランジスタの照射中その中に電
流が生じること、及び照射が停止した後もかなり長い間
残存することを意味する。
本発明の目的はこの残留キャリアの低減を可能にする
光電測光法を提案することである。
第１図はアモルファスシリコン製のNIPIN形フォトト
ランジスタの全体構造を示す。この構造は通例ではガラ
スで作られている基板10上にアモルファスシリコンで作
られた半導体層を積重ねるというものである。
さらに詳細には、基板上に次の順序の層が積上げられ
ている。
−フォトトランジスタのエミッタ電極を形成する下側導
通層12、 −真性半導体の薄い層16、 −基層と呼ばれるＰ型半導体の薄い層18、 −第１真性層16よりはるかに厚めの真性半導体層20、 −コレクタ領域を形成するＮ型半導体の薄い層22、 −及びコレクタ電極を形成する導通層24。
電極の少なくとも１つ、例えばコレクタ電極24はフォ
トトランジスタの照射源の側が透明もしくは半透明にな
っている。
基層は電極と結合していない。フォトトランジスタは
いわゆる「オーバヘッドベース」トランジスタである。
基板については、層の積上げ順序はコレクタを基板側
におき、他の層をコレクタの上に積上げるというよう
に、逆にしてもよい（コレクタ領域は最も厚い真性層の
あるその側に配置されている）。
さらにまたPINIPトランジスタを作るため導通形成を
すべて逆にすることもできる。つまり使用電圧のバイア
スは、電荷キャリヤが正孔であるので全部逆にされる
（NIPINトランジスタの場合は電子である）。
第2a図から2c図は半導体内部の位置エネルギレベルを
表しており、生成して様々な作動条件により変形した様
々の電位障壁を示す。これらの図では、エミッタが左
側、コレクタが右側になっている。
第2a図には、エネルギレベルはトランジスタのコレク
タ及びエミッタ間に電位差が全く加わらない（Vce＝
０）場合を示す。エネルギレベルはエミッタとコレクタ
で同じである。中央部には位置障壁がある。つまりエネ
ルギは一番薄い真性領域16内で増加し、Ｐ型基層18内で
安定化し、更に一番厚い真性領域20に戻る。電位障壁の
厚さはVb0で示される。
第2b図は光電検出器として用いるためフォトトランジ
スタにバイアスがかけられるときのエネルギレベルの変
形を表す。
バイアスはコレクタに関してエミッタの負電圧Vceで
ある。
エミッタ及びベース間の電位障壁はVb0より小さい値V
be1に降下する。
しかしこの降下はエミッタ電子をベース内に充分に注
入するためには充分ではない。
しかしもしフォトトランジスタ、特にコレクタ側の真
性領域が照射されれば、電子−正孔対がこの領域内に生
じる。電子はコレクタ側に引寄せられ、更に真性領域内
を領する電界のため正孔はベース側に引寄せられる。
正孔は外部電源と結合していないベース内に集まる。
この蓄積は正孔の再結合及び正孔のエミッタへの拡散に
よってのみ制限される。この蓄積はさらにエミッタ−ベ
ース電位障壁を、ベース−エミッタ接合部に僅かに順方
向バイアスがかかる値Vbe2へ降下させる。第2c図はこの
状態を表す。
次にトランジスタが導通し、電子がエミッタからベー
スへ流れる。この電子流は光によって生じる電子流より
大きい。これがフォトトランジスタ効果である。
照射が止む時、ベース内に蓄積された正孔は瞬間的に
除去されることはない。それらは「アントラップ」さ
れ、更にエミッタへの拡散又は再結合によって徐々に放
電される。残っている正孔の分量が多い間は、エミッタ
から注入される電子電流はコレクタによって集められ
る。
この電流は漂遊残留効果（暗電流）を形成する。実験
によれば、この効果の90から95％が消失するには数十ミ
リセカンドの間待機する必要があることがわかる。暗電
流が最小値に戻るためには１秒に達する時間が必要であ
る。
この残留現象はきわめて大きく、従って真性領域のト
ラップ内にキャリヤが蓄積することによってのみ残留が
生じる単純形PINフォトダイオードの場合よりずっと面
倒である。フォトトランジスタではこの蓄積は真性領域
のトラップ内に生じ、更にエミッタからベースへ電流の
流れが続く。
上記待機時間の問題を解決するために、測定すべき照
射に重合わせた連続照射の補助光源でフォトトランジス
タを定常的に照射することが知られている。
この定常照射はトラップを満たす電子−正孔対を発生
させ、更に特に最低エネルギレベルのトラップを生じ
る。このトラップは実際に空にするのに非常に時間がか
かり、残留効果を増大させる。
有効照射（信号照射）が停止すると、補助照射が維持
される。消去すべき正孔は信号照射によって集められた
正孔だけである。これらの正孔は急速に消失する。補助
照射により集められた正孔は残留するが、これらは除去
される必要がない。なぜなら、それらは信号照射が有る
ときも無いときも常に存在し、従って有効照射による信
号を差を取ることによって決定できるからである。
この方法の欠点は定常補助照射による定常電流の存在
である。この電流は雑音の発生源である。さらに、１つ
のフォトトランジスタと他のトランジスタのマトリック
スが必ずしも同一ではないことである。結局補助光源の
存在に頼ることになるが、その実施は必ずしも容易では
ない。
発明の要約 本発明の目的、特にNIPIN又はPINIP型アモルファスシ
リコンフォトトランジスタがフォトトランジスタとして
使用される場合に、残留キャリアが低減される新規の光
電測光法を提案することである。
本発明方法はフォトダイオードが、第１の電極（例え
ばマトリックス配列の場合には行電極）と浮動ノードの
間で、この浮動ノードと第２の電極（列電極）との間で
結合された切替素子と結合されている場合に適用するこ
とができる。この場合、本方法はフォトトランジスタが
非導通モードにバイアスをかけられ、更に切替素子が非
導通である検出工程を含む。この工程のあいだフォトト
ランジスタの洩れ電流による電荷は浮動ノードに貯蔵さ
れる。この洩れ電流は照射が強くなればそれだけ大きく
なる。次に読取り工程がある。フォトトランジスタはま
だ非導通モードにあり、切替素子は浮動ノードに貯蔵さ
れた電荷を除去するため導通状態になる。この方法はこ
の読取り工程の後に残留キャリア消去のための工程が実
行されることを特徴とする。この工程はフォトトランジ
スタを導通させることから成る。
電子はベースに流れ、次にエミッタ及びコレクタ間を
流れる（どちらの方向でも良い）。この電子流はベース
を通過し、更にそこに貯蔵された正孔と再結合する。そ
れはまた真性領域をも通過し、更にそこにトラップされ
た正孔と再結合する。
第１の具体例では、エミッタとコレクタとの間に僅か
な順方向電圧（およそ１から２ボルト）をかけることに
よってフォトトランジスタのコレクタ−ベース接合部に
順方向バイアスをかけるという方法が用いられている
（エミッタはNIPINトランジスタではコレクタより陽性
であり、PINIPトランジスタの場合はその逆である）。
フォトトランジスタの暗電流除去を可能にする別の具
体例では、フォトトランジスタの逆導通を進め又は閉止
閾値を超え、更に再結合によってベース内に蓄積された
正孔を除去することを可能にするかなりの量の電流を通
過させるために、コレクタ−ベース接合部に大きな逆バ
イアスをかける。従ってエミッタ及びコレクタ間に付加
される電圧は比較的高く（数ボルト）、コレクタ側で正
である（NIPINトランジスタの場合）。
この電圧は好ましくはフォトトランジスタの電流−電
圧特性（逆バイアスで）の屈曲点に極めて近い。
本発明方法は非結合ベースフォトトランジスタに良く
適合する。エミッタ−ベース及びコレクタ−ベース接合
部はコレクタ及びエミッタ間の電圧によって導通化され
ている。
切換素子は光電電荷の蓄積中は非導通であり、これら
の電荷の読出し中は導通しており、原則としてフォトト
ランジスタよりはるかに低いキャパシタンスを有する読
取ダイオードである。このダイオードは逆方向に導通可
能であり、これは残留キャリアの消去を実行するために
用いられる。
より有利な具体例では、読取ダイオードは順方向に第
１導通閾値を、逆方向に第２導通閾値をもつ。NIPINフ
ォトトランジスタはまた順方向に第１導通又は閉じ閾値
を、逆方向に導通又は閉じ閾値をもつ。フォトトランジ
スタと読取ダイオードは順方向と同じ方向に直列に結合
され、マトリックスは次の方法で行導線上に信号周期を
与えることによって働く。
−先ず第１に、照射による電荷蓄積工程のあいだ行導線
にバイアス電圧が印加される。
−次に読取りパルスと呼ばれる電圧パルスが付与され、
前記読取りパルスはバイアス電圧に関して所与の符号を
もつ。
−次に反対符号の電圧パルスが付与される。この電圧パ
ルスは残留キャリア消去パルスと呼ばれ、このパルスの
レベルと列導線の電位との間の電位差の絶対値は、フォ
トトランジスタと読取ダイオードの逆導通閾値の合計よ
り大きい。
好ましくは、この差の逆導通閾値の合計にかなり近
い。
こうして、残留キャリア消去パルスの間、読取ダイオ
ードは導通し、更に少し後にはフォトトランジスタ自体
も導通する。電子はベースに注入され、更にフォトトラ
ンジスタ内の正孔と再結合する。
好ましくは、残留キャリア消去パルスと反対極性のリ
セットパルスが消去パルスの後に印加される。この振幅
は読取ダイオードが順方向モードで再び導通化されるこ
とを可能にするようなものである。最後に、リセットパ
ルスは行電圧がバイアス電圧に戻ると終了する。
読取ダイオード自体はNIPIN型又はPINIP型の５層構造
によって形成されても良い。
先行技術では、フォトトランジスタ検出系を開示して
いる米国特許第4,737,832号が注目される。読取り工程
の後、トランジスタのベース内に蓄積された電荷を除去
するための工程が存在する。しかしそれは照射によって
生じた光電電荷がベース内に蓄積されること、（本発明
のようにコレクタと結合した浮遊ノードではなく）、及
び読取り工程がこれらの電荷を除去しないからである。
読取りは非破壊的である。従って新たな照射工程の前に
フォトトランジスタを再度初期設定する必要がある。本
発明では、電荷はコレクタに蓄積され、読取り工程がこ
れらの電荷を除去する。しかし、ベースに電荷が蓄積さ
れ、部分的残留効果を形成する。本発明は、このような
残留効果を除去することを目的とする。
本発明のその他の特徴並びに利点については、添付図
面を参照した以下の詳しい説明から明らかとされよう。
好ましい具体例の説明 フォトトランジスタの一般的な電流／電圧特性曲線を
第３図に示す。
Ｘ軸はエミッタ−コレクタ電圧Vceを示す（NIPINトラ
ンジスタについてはエミッタ上が正符号）。Ｙ軸上には
エミッタとコレクタの間を通過する電流Iceをとる。
実線の特性曲線は無照射の特性曲線である。これは正
の順方向導通閾値Vsdpと負の逆方向導通閾値Vsipをも
つ。閾値Vsdpと閾値Vsipとの間でトランジスタを流れる
電流は「暗電流」と呼ばれる弱い電流である。閾値を超
えると、フォトトランジスタは導通性となり、強電流を
通す。
ダッシュ線の特性曲線は照射が存在するときの電流を
示す。所定電圧Vceの電流は閾値Vsdp及びVsipの間であ
っても、照射が強くなればなるほどそれだけ高くなる。
正規作動状態で選ばれたバイアス電圧は逆バイアス電圧
Vce＝V1（V1は閾値Vsipより少し低い絶対値を表す）で
ある。「逆バイアス」という用語は、フォトトランジス
タのコレクタ−ベース接合部が逆方向である（コレクタ
はNIPINトランジスタの場合はエミッタより正である）
ことを意味する。
作動中、トランジスタは無照射の最初から実線の特性
曲線の点Ａでバイアスをかけられる。次に、フォトトラ
ンジスタが照射され、バイアス点はＢへ移動する。この
電流は、例えばコンデンサに流れ、読取増幅器で読出さ
れる。
ひとたび信号が読出されると、残留キャリアはフォト
トランジスタを導通化する消去電圧パルスVeffを付与し
て取除かれる。
第１のアプローチでは、電圧V2がフォトトランジスタ
の端子に加えられる。この電圧V2は順方向バイアスVeff
＝V2をもち、これは絶対値で順方向導通閾値Vsdpより大
である。バイアス点は特性曲線の点Ｄにずれる。電流は
エミッタからベースを通してコレクタへ流れる。
正孔の加速化された再結合はベース内で実行され、残
留キャリアを除去する。
次に、バイアス点は暗特性（点Ｄ′）へ戻る。最後に
バイアス電圧V1が再び付与されて点Ａに戻る。
このサイクルは２つの連続する信号読取り間で照射が
中断されると仮定しており、照射が連続性であれば点Ａ
を通過することなく点Ｄから点Ｂへ直接移る。
実際、この方法は残留キャリアをかなりの程度まで減
少させるが、バイアスV1に戻るとき暗電流のかなりの増
加を伴うことがわかる。
この暗電流は過渡的なものであり、先行の照射から独
立しているが、次の信号にキャリアを付加するので有効
信号に重なり合わされる、比較的強い連続する信号バッ
クグランドを形成する。これは、前述の連続照射によっ
て残留キャリアを除去する方法において発生する雑音に
類似の雑音を発生させる。
この過渡的暗電流は、フォトトランジスタの導通化の
後のベース及びコレクタ間の真性領域のトラップの不飽
和と解釈されてもよい。これらのトラップは実際に消去
電圧Veff＝V2が印加されている間は電子で満たされてい
る。さらに実験的に証明し得ることであるが、この暗電
流は電圧V2の印加に続いて、電圧V2の振幅が大きければ
それだけ強くなり、これはひとたびこの振幅の絶対値が
フォトトランジスタの順方向導通閾値電圧Vsdpの振幅を
超えるときに生じる。
暗電流に対してさらに有効な変形具体例として、本発
明はフォトトランジスタのコレクタとエミッタの間に電
圧V2のような順方向モードではなく逆方向モードであり
更に、フォトトランジスタの逆方向導通閾値電圧（Vsi
p）より絶対値が大きい振幅をもつ消去電圧Veff＝V3を
印加することによって残留キャリアを除去する読取りサ
イクルを提案する。
ここではエミッタ−ベース電位障壁の低下とエミッタ
からベースへの（そしてもはやコレクタからベースへの
ではなく）電子注入が存在する。ベースを通過する際、
電子はここに蓄積された正孔と再結合し、こうして残留
キャリアを除去する。
この場合、読取り及び残留キャリア消去サイクルは第
３図のフォトトランジスタのバイアス点を点Ａ（無照射
時）から点Ｂ（照射時）へ移動させ、次に点Ｅ（残留キ
ャリア消去電圧Veff＝V3の印加時）へ、次に点Ｅ′（照
射中止）へそして最後に点Ａ（正規バイアスV1へ復帰）
へ移行させる。前述の様に復帰は２つの連続する読取り
間で照射が中断されず連続しているならば、復帰は点
Ｅ′と点Ａを通らずに点Ｅから点Ｂへ直接に実行される
ことができる。
このようにしてフォトトランジスタの導通閾値より大
きな逆電圧を印加することによって消去が実行される
時、少なくとも極端に高くはない電圧値V3については、
暗電流はV3の振幅に応じて低減することに留意された
い。フォトトランジスタを順方向に導通させる電圧V2を
印加することによって消去法を改良することができる。
この結果を得るため、消去パルス印加中の電子流は強
すぎてはならない。消去電圧Veff＝V3はフォトトランジ
スタの特性値Ice＝ｆ（Vce）の屈曲点に比較的近い。す
なわち閾値Vsipに近くなければならない。
第４図は残留キャリア消去（グラフ4a）後の前述の過
渡的暗電流の振幅の変化のグラフ（グラフ4a）、及び印
加された消去電圧（順方向電圧側はV2、逆方向電圧側は
V3）の振幅の関数としての残留キャリアの変化のグラフ
（グラフ4b）である。
第4a図では、Ｘ軸上の点は消去電圧の値を表す。Ｙ軸
上の点は消去直後の電流Ice（無照射時又は信号照射
時）を表す。
第4b図では、Ｘ軸上の点は消去電圧値を表す。Ｙ軸上
の点は有効信号の比率として、例えば消去電圧印加後に
40ミリセカンドに選択された所定時間終了時に残存する
残留キャリアを表す。
これらのグラフから次のことがわかる。
−先ず第１に、全体として逆方向消去電圧（V3）側での
ほうが有利である。何故ならかなり低い残留キャリアと
かなり低い過渡的暗電流の両方を得ることができるから
である。
−第２に、図示の例では最小暗電流と低残留キャリアの
両方が得られるほぼ目盛４と６の間（Ｘ軸上）に位置す
る最適領域がある。
こうしてこの領域に消去電圧を印加することが考えら
れる。つまりこの領域は実際にフォトトランジスタの逆
方向導通閾値Vsipに近い消去電圧Veffに対応する。
上記の本発明残留キャリア消去法は感光ドットのマト
リックスの場合に適用することができ、各マトリックス
は読取りダイオードと直列接続されたフォトトランジス
タによって形成される。この種のマトリックスは1988年
２月26日付フランス特許出願第8802360号に開示されて
いる。
次に第５図に示すこの種の構造に関する本発明の具体
的実施例を説明する。
マトリックスは感光ドットPijの行と列のネットワー
クをもつ。
各行はこの行の感光ドットに結合された行導線Liをも
つ。行導線Liは、蓄積工程中のバイアス電圧Vp0、読取
り工程の間の読取りパルス及び、新たな蓄積工程に入る
前のリセット工程中のリセットパルスを与えるために使
用される。行導線は、ドットの読取りを希望する所定の
行を選択し、更に他の行がバイアス電圧Vp0に保持され
ている間はこの選択された行上に読取り及びリセットパ
ルスを与えることができる行復号器DELと結合してい
る。
各列はこの列の感光ドットに結合された列導線Cjをも
つ。列導線Cjは、この列と選択された行との交点に位置
する感光ドットPijによって生成された電荷を読取るた
めの回路CLと接続している。
１具体例では、読取り回路はドットの各列のための積
分器INTと、指定された行の連続するドットの照射を表
す信号を連続して出力Ｓに与えるため積分器の出力を受
取るマルチプレクサMuxとを含んでいる。
他の場合においては、読取り回路は電荷転送回路であ
ってもよく、マルチプレクサは電荷転送シフトレジスタ
であってもよい。
各感光ドットPijは参照符号PHTで示された５層構造に
よって表されたNIPINフォトトランジスタを含んでい
る。この素子はこの場合は読取りダイオードDLである切
換素子と直列に接続しており、全体は行Liと列Cjの間に
結合されている。
フォトトランジスタと読取りダイオードの間の接合点
Ａは照射によって生成される電荷が集中するノードであ
る。
読取りダイオードDLは電荷を浮遊ノードＡから列導線
Cjへ転送することができ、フォトトランジスタと比較し
て小さい容量を持たなければならない。このことは列か
ら見た総キャパシタンスを、この列と結合したフォトト
ランジスタのキャパシタンスの合計より明らかに小さく
することを可能にする。
さらに、読取りダイオードはその端子電圧が順方向の
第１電圧閾値Vsdより大きくなれば順方向に導通し、端
子電圧が逆方向の第２電圧閾値Vsiより大きくなれば逆
方向に導通することができる。
言いかえれば、読取りダイオードはツェナーダイオー
ドと類似の電流／電圧特性曲線を持つ。フォトトランジ
スタのコレクタ及び読取りダイオードの陽極は浮遊ノー
ドＡに結合している。２つの素子はそれ故、同一導通方
向に直列接続されている（第５図からわかる通り、列導
線並びにダイオードについては、行導線から列導線へ順
方向に導通する）。
電圧閾値はマトリックスの制御回路の動作と両立しな
ければならない。もしマトリックスが例えばMOSトラン
ジスタと共に作動しなければならない場合は、導通閾値
は絶対値として12から15ボルト以上であってはならな
い。
しかし、他方では第１及び第２閾値間の差は充分大き
くなければならない。何故ならば照射測定信号の動作範
囲を限定するのはこの閾値だからである。
例えば、＋１ボルトの第１正閾値については順方向に
導通し、およそ−８から−15ボルトの間で半導体層のド
ーピングを適正に選択することによって調節することが
できる第２負電圧閾値については逆方向に導通するダイ
オードを作ることが可能である。
これらの閾値を安定性があり且つ再現性のあるものに
することが渇望されるから、この安定性と再現性を得ら
れるようにする技術によって読取りダイオードDLを作る
ことが選択されよう。接合部の電子なだれによって逆方
向に導通するダイオードの安定性及び再現性は必ずしも
十分なものではない。これに対し、開放ベースNIPIN型
トランジスタでは、逆方向導通は電位障壁の低下によっ
て実行され、この点ではるかに優れた特性をもつ読取り
ダイオードとして機能する。従って、読取りダイオード
をNIPINトランジスタ（好ましくは無照射であり且つフ
ォトトランジスタよりずっと小型である）で構成するこ
とができる。このトランジスタの列導線に結合された側
は、フォトトランジスタPHT自体が点Ａと結合したコレ
クタを持つならば、コレクタである。もしそうでなけれ
ば、それは別の側である。
次に第５図のマトリックスの動作を説明する。
説明を簡単にするため、読取りダイオードのキャパシ
タンスがフォトトランジスタと比較して無視し得る程度
であると仮定する。そうでなければ、説明に用いた電位
及び電位変化の数値は変わる。但し作動原理はそのまま
有効である。
列に結合された読取り回路はその電位をゼロの基準値
に保つことも仮定する。
第６図は作動を説明するためのタイミングチャート図
である。行導線Liに印加された電位VLの変化を実線で示
す。ノードＡの電位VAの変化をダッシュ線で示す。
周期作動サイクルは瞬間t0と瞬間ｔ′０の間で持続す
る。
最初は、瞬間t0の直後つまり選択した行の行導線の電
位がバイアス電圧Vp0に戻された直後に、初期状態は次
のようになる。
−行導線Li上の電位VLは例えば−５ボルトのバイアス値
Vp0をもつ。この値は、フォトトランジスタがノードＡ
の電位が光電荷の到着後に降下するときも逆バイアスを
かけられるように選択されている。
−ノード上の電位VAは、読取りダイオードが順方向に導
通しないようにゼロ又はゼロに近い値Va0をもつ。
−導線Cjの電位は仮定的にゼロに等しいとされる基準電
位である。
次に、周期終端に存在する状況について説明する。
瞬間t0において、瞬間t1まで継続する電荷蓄積工程が
始まる。この工程は先行工程が終了すると同時に開始す
るか、又は信号照射が実行される瞬間に（照射が連続的
でなければ）開始することが注目されよう。同様に注目
されることは、電荷蓄積工程が照射が停止するとき（非
連続照射）か、あるいは照射工程に続く読取り工程の出
発時に終了することである。図示の例では照射が連続し
ているとみなされている。ノードＡへの電荷の集中は従
って読取りパルスが印加される瞬間t1まで継続する。
フォトトランジスタPHTの電界の影響の下で、照射は
ノードＡに集中する電荷を生じる。選択した電位方向に
ついて、フォトダイオードの接続方向を考えれば、集中
する電荷は電子である。
ノードＡの電位は電荷が到着するとき降下し、照射強
度に比例する下向き勾配を示す。
瞬間t1において、蓄積周期が終了し、読取りパルスが
選択された行導線に付与され、その電位をバイアス値Vp
0から値Vp1へ移動させる。
値Vp1は、フォトトランジスタを順方向に導通させな
いで、照射測定の動作範囲が充分高くなるため充分にゼ
ロに接近するように選択される。この動作範囲は、実際
はVp1及びVp0の間の電位差に関連し、その差は充分でな
ければならない。実際はVp1は事実上ゼロに等しく、更
にいかなる場合においても、フォトトランジスタの順方
向導通閾値より小さい。
容量結合によって、行導線における電圧の急激な増加
はノードＡに転送される。フォトコンダクタは逆バイア
スをかけられ、そしてそのキャパシタンスは読取りダイ
オードよりはるかに高いから、読取りパルスの立上がり
縁の振幅の主要部分はノードＡにおいて回復する。
ノードＡの電位は、照射が蓄積工程の間高ければ高い
ほど小さい値Vaを持ち、値（Vp1−Vpo）だけ急激に増加
する。Va1＝Va＋Vp1−Vp0であると仮定する。
ノードＡの電位はゼロ以下であり、瞬間t1においてゼ
ロを超える。読取りダイオードは導通状態となり、電荷
量は列導線へ移動する。この量はフォトダイオードがt0
からt1まで受ける照射の測定値を表す。これは読取り回
路CLによって検出される。
列へ転送される電荷量は照射が強ければそれだけ小さ
くなる。これは弱い照射の読取りにとって有利であろ
う。
読取りパルスは、ノードＡに存在する電荷の全量が移
動される時間を充分持つだけの間持続する。読取りパル
スは瞬間t2に止まる。こうしてノードＡの電位は読取り
ダイオードの順方向導通電圧Vsdに事実上等しく、そこ
で読取りダイオードは非導通状態に復帰する。
読取りパルスの終端は行導線の電圧VLのVp0への復帰
である。この復帰はフォトトランジスタを通る容量結合
によって、およそVsdからVsd−Vp1＋Vp0へ移動するノー
ドＡの電位内の急激な降下によって表される。
瞬間t3において、残留キャリア消去パルスが付加され
る。読取りパルスの終端と残留キャリア消去パルスの開
始との間の時間インタバルt2,t3はゼロに減らされる。
しかし、マトリックスの他の行に読取りパルスが付与さ
れる間に時間インタバルt2/t3を保持することもまた可
能である。行導線の電位VLはこのインタバルの間はその
バイアス値Vp0に一時的に復帰する。
残留キャリア消去パルスは、行導線の電位VLを、容量
結合によって、読取りダイオードばかりでなくフォトト
ランジスタも逆導通させるのに充分に低い値にノードＡ
の電位が降下するような値Vp2に移動させる。
ここで再び、フォトトランジスタは読取りダイオード
のキャパシタンスよりはるかに大きなキャパシタンスを
持つから、電位Vp2−Vp0の変化は事実上全体としてノー
ドＡに再転送される。
フォトトランジスタの残留キャリアを消去するこの工
程の間のこの電位の変化を詳しく説明するため、第６図
（行導線及びノードＡの電位のタイミングチャート）
と、残留キャリア消去の特定時に、瞬間t3及びt4の間
の、読取りダイオード及びフォトトランジスタ内の電位
及び電流を表す第７図の両方を参照しなければならな
い。
瞬間t3において、ノードＡの電位は値Vsd−Vp1＋Vp0
＋Vp2−Vp0へ、すなわち、Vsd＋Vp2−Vp1へ移動する。
この値は負であり、且つその絶対値は読取りダイオー
ドの逆方向導通閾値Vsiより大きい。ダイオードは導通
し、その端子でおよそVsiに等しい電圧降下を生じる。
いま列電圧がゼロにセットされると、値Vsd＋Vp2−Vp1
から値Vsiまで上昇するのはノードＡの電位である（第
６図のダッシュ線30の曲線部を参照のこと）。
この時間のあいだ、導線の電圧はVp2にとどまる。ノ
ードＡの電位と行導線の電位の間の電圧差はこのように
してきわめて迅速に増加する。瞬間ｔ′３に、この差は
フォトトランジスタの逆導通閾値である値Vsipに達し、
他方では読取りダイオードは依然として逆導通性である
ことがわかる。
第６図を参照すれば、これは残留キャリア消去パルス
の電位Vp2の絶対値がトランジスタ及びダイオードの逆
導通閾値の合計（Vsi＋Vsip）より大であるように選択
されている限り、可能である。
フォトトランジスタは次に逆導通性となり、その端子
間で電圧Vsip即ちその絶対値がVsipより僅かに大きい電
圧を保つ。従って、値Vsiへ向かい続ける代りに（もし
フォトトランジスタが導通していなければ従うであろう
ダッシュ線カーブ35）、ノード電圧の絶対値はVp2−Vsi
pより僅かに小さい値に安定する（第６図の曲線40の部
分）。
曲線40に対応する工程の間、ダイオード及びフォトト
ランジスタ両方は逆導通方向にある。これらの素子が直
列接続されていれば、同じ１つの電流がそれらを流れよ
うとする。それ故これら２つの素子の電流−電圧特性曲
線を第７図に示し、その基準電圧は、 −ダイオードについては、それの結合されている導線の
ゼロ電位、 −そしてフォトトランジスタについては、それの結合さ
れている行導線の電圧Vp2である。
さらに詳細には、第７図はノードＡの電位の関数とし
て瞬間ｔ′３及びt4の間でフォトトランジスタと読取り
ダイオードを通過する電流を表す。
特性曲線は、ダイオード及びフォトトランジスタ内の
電流が同一である作用点Ｆで交差する。
ノードＡの電位は、残留キャリア消去パルスが終了す
るまで事実上この作用点Ｆにとどまる。第６図及び第７
図で容易にわかるように、この作用点の電位VafはVsi及
びVp2−Vsiの間である。
本発明の重要な特徴によれば、この作用点の電圧Vaf
は、電圧Vp2をVsi＋Vsipにかなり近い値に選ぶことで、
Vp2−Vsipに充分に近づくことがわかる。
フォトトランジスタの瞬間ｔ′３から瞬間t4（消去パ
ルスの終端）への切換えは、そのベース内に電子を流れ
させ、そして再結合によって残留キャリアの源である正
孔を除去する効果をもつ。電位Vp2についてVsi＋Vsipに
近い値の選択は残留キャリアの消去に従う過渡的暗電流
を最小限にする。時間インタバルｔ′3/yt4について
は、ベース内に蓄積された電荷が再結合される時間をも
つために充分長い必要があるのは明らかである（従って
t3/t4）。
サイクルは好ましくは、瞬間t4において消去パルスと
は逆符号の、ノードＡの電位をゼロ以上に上昇させるに
充分な振幅のリセットパルスを付与することによって連
続する。このことは、次に順方向モードに導通化し、従
ってノードＡの電位をVsdのオーダーの値に復帰させる
ことを可能にする。
最後に、リセットパルスは行電位VLを初期バイアス値
Vp0に復帰させることによって瞬間t5に終了する。この
復帰の間、ノードＡもまた容量結合によってその初期値
Va0に戻らなければならない。このことは、VLからLp0へ
の復帰のための最終電位ジャンプの振幅がVa0−Vsdに等
しくなければならないことを意味する。このことはま
た、リセットパルスの電圧レベルVp3がVp0−Vp3＝Va0−
Vsdであることも意味する。
読取りダイオードがリセットパルスの間に順方向導通
モードに有効に戻るためには、電圧ジャンプVp3−Vp2が
容量結合によってノードＡの電位を閾値Vsdより上にあ
げることが必要である。そこで残留キャリア消去パルス
の終了時のノードＡの電位はVaf（VsiとVp2−Vsipの
間）である。
従って、Vsd−VafよりVp3−Vp2のほうが大きいことが
必要である。
これらの種々の条件は所望の結果に到るため行導線の
電位の様々な値を正確に選択することを可能にする。電
位Vp2は、点Ｆの位置（第７図）、特に電位Vafの位置
を、残留キャリアの消去とこの消去後の暗電流の除去と
の間に可能な最大限の妥協をもたらすため最適化するよ
う調節される。
新たな積分サイクルが、マトリックスが再び照射され
る瞬間ｔ′０に再開する。瞬間ｔ′０は瞬間t5と一致し
てもよい。信号照射が連続しているときはt5と一致する
必要がある。
蓄積／読取り／残留キャリア消去／リセットサイクル
において、マトリックスの他の行の感光ドットの読取
り、消去及びリセットの必要な作動が実行されることが
わかる。例えば、t2（読取り終了）とt3（残留キャリア
消去）の間の時間インタバルは、マトリックスのすべて
の行に対してつぎつぎに読取りパルスを付与することを
可能にするため充分に長い。こうして残留キャリア消去
及びリセットパルスはマトリックスのすべての行に対し
て同時に付与されてもよい。
しかし読取り、残留キャリア消去及び１行へのリセッ
トのような構成、更に読取り、残留キャリア消去及び次
の行へのリセット、等々の構成を試みることも可能であ
ろう。
【図面の簡単な説明】
第１図はNIPIN型フォトトランジスタの全体構造図、第
２図（2a,2b,2c）は様々な状況における半導体層内のキ
ャリヤのエネルギレベルの説明図、第３図は、照射があ
る場合と照射が無い場合とのフォトトランジスタの電流
−電圧特性を表すグラフ、第４図は本発明に従ってフォ
トトランジスタに付与される残留キャリア消去パルスの
振幅の関数としての残留キャリアと暗電流（絶対値で表
す）の変化を表すグラフ、第５図は本発明の実施を可能
にする感光ドットのマトリックス図、第６図は第５図の
感光ドットの電荷貯蔵点と行導体の電位のタイミングチ
ャート、第７図は本発明に従う残留キャリア消去作動中
の読取ダイオード及びフォトトランジスタの電流−電圧
特性を表すグラフである。 10……基板、12……下側導通層、16……第１真性層、18
……Ｐ型基層、20……真性層、22……Ｎ型層、24……コ
レクタ電極層。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−194654（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−20480（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−252077（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−46655（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−152066（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−154371（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−113469（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−128678（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−43166（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−285759（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−28387（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−31057（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−168058（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−288181（ＪＰ，Ａ) 特公 昭50−39997（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01J 1/02 G01J 1/44 H01L 31/10 H04N 5/335

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】測光素子として、第１電極と浮動ノードと
    の間に結合されたフォトトランジスタが、前記浮動ノー
    ドと第２電極の間に接続された切換素子を伴って用いら
    れている光電測光法であって、フォトトランジスタが非
    導通モードでバイアスをかけられ更にフォトトランジス
    タに生じる光電電荷が浮動ノードに蓄積される測光工程
    と、切換素子が導通化され、蓄積された電荷が除去され
    る読取り工程とから成り、読取り工程の後、フォトトラ
    ンジスタを導通化することから成る残留キャリアを消去
    するための工程が実行され、 フォトトランジスタが非結合ベーストランジスタであ
    り、前記残留キャリア消去工程の間のトランジスタの導
    通化がコレクタ及びエミッタ間に該フォトトランジスタ
    の導通閾値より高い電圧パルスを付与することによって
    達成される光電測光法。
  2. 【請求項２】電圧パルスが、エミッタからベースへ電荷
    が注入されるように順方向バイアスで印加される、請求
    項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】電圧パルスが逆バイアスで印加され、コレ
    クタからベースへ電荷が注入され、該バイアスはトラン
    ジスタの逆導通閾値より高い請求項１に記載の方法。
  4. 【請求項４】残留キャリア消去中の逆バイアス電圧がフ
    ォトトランジスタの逆導通閾値電圧に近い請求項３に記
    載の方法。
  5. 【請求項５】フォトトランジスタが５つの重ね合わせた
    層をもつアモルファスシリコンでつくられたPINIP又はN
    IPINフォトトランジスタである請求項１から４のいずれ
    か一項に記載の方法。
  6. 【請求項６】感光マトリックスの残留キャリアを消去す
    るための方法であって、その各感光ドットが光電感度素
    子としてのフォトトランジスタと、マトリックスの行導
    線と列導線との間にフォトトランジスタと直列に配置さ
    れた読取りダイオードとを含んでおり、読取りダイオー
    ドとフォトトランジスタとは逆導通状態に置かれること
    ができ、 −先ず第１に、照射による電荷積分工程中に行導線にバ
    イアス電圧（Vp0）を印加し、 −次に、読取りダイオードが導通して光電電荷が列導線
    に向けて抽出されるように、読取パルスと呼ばれる電圧
    パルスを行導線へ付与し、読取パルス間のライン電圧
    （Vp1）レベルとバイアス電圧（Vp0）との間の差がフォ
    トトランジスタの順方向導通閾値より小さく、 −次に、残留キャリア消去パルスと呼ばれる、前記読取
    パルスの極性と反対極性の電圧パルスを行導線へ付与
    し、残留キャリア消去パルス間の行電圧レベル（Vp2）
    と列導線の電圧との間の差は、絶対値で、フォトトラン
    ジスタと読取ダイオードとの逆方向導通閾値の合計より
    大きいことを特徴とする方法。
  7. 【請求項７】消去パルスのレベルと列導線の電位との間
    の電位差が読取ダイオードとフォトトランジスタの逆導
    通閾値の合計に近い請求項６に記載の方法。
  8. 【請求項８】リセットパルスが、読取ダイオードを順方
    向導通状態に再び置くために充分な振幅で、消去パルス
    に後続する請求項６又は７に記載の方法。
  9. 【請求項９】読取パルスがマトリックスの各行導線に順
    次印加され、残留キャリア消去パルスが全ての行導線に
    同時に印加され、残留キャリア消去パルスが全ての行導
    線に同時に印加される前にマトリックスの全ての行に対
    応している一連の読取パルスが印加されるように、各読
    取パルスの終端と残留キャリア消去パルスとの間には、
    十分な間隔が置かれる請求項６から８のいずれか一項に
    記載の方法。
  10. 【請求項１０】読取ダイオードがNIPIN又はPINIP型の非
    結合ベーストランジスタの形につくられており、フォト
    トランジスタと同一方向に直列に配置されている請求項
    ６から９のいずれか一項に記載の方法。
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