JP3246062B2 - Photo sensor system - Google Patents

Photo sensor system

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JP3246062B2
JP3246062B2 JP09896893A JP9896893A JP3246062B2 JP 3246062 B2 JP3246062 B2 JP 3246062B2 JP 09896893 A JP09896893 A JP 09896893A JP 9896893 A JP9896893 A JP 9896893A JP 3246062 B2 JP3246062 B2 JP 3246062B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、フォトセンサシステム
に関し、詳しくは、固体撮像素子として高感度な特性を
得ることができるフォトセンサシステムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photo sensor system, and more particularly, to a photo sensor system capable of obtaining high sensitivity characteristics as a solid-state image sensor.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、フォトセンサシステムは、通常、
フォトダイオードやTFT(Thin Film Transistor)を
その受光素子(フォトセンサ)として利用し、複数のフ
ォトセンサをマトリックス状に配列している。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、この電荷量を見ることにより、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。ところ
が、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。
2. Description of the Related Art Conventionally, a photo sensor system is usually
A plurality of photosensors are arranged in a matrix using a photodiode or a thin film transistor (TFT) as a light receiving element (photosensor). And
Each photosensor generates an electric charge according to the amount of irradiated light, and the luminance can be known by checking the amount of the electric charge. A scanning voltage is applied from the horizontal scanning circuit and the vertical scanning circuit to the photosensors arranged in a matrix, and the charge amount of each photosensor is detected. However, in a conventional photosensor, when a closed circuit is formed, generated charges are released as a current.
A selection transistor is formed for each photosensor separately from the photosensor and connected, and the selection transistor is driven by the horizontal scanning circuit and the vertical scanning circuit, thereby detecting the charge amount of each photosensor.

【0003】特に、従来の単結晶シリコン基板を用いた
フォトセンサシステムでは、受光部と走査回路とが基板
の同一平面上に形成されていたため、1画素あたりの受
光部の占有面積率(開口率)が低く、信号電流の小さな
フォトダイオードを用いたCCD(Charge Coupled Dev
ice)等では、より高感度にするために、走査回路が形成
されたシリコン基板上の全面にアモルファス半導体を受
光面として形成する積層構造に改良されつつある。
In particular, in a conventional photosensor system using a single crystal silicon substrate, the light receiving section and the scanning circuit are formed on the same plane of the substrate. ) And a CCD (Charge Coupled Dev) using a photodiode with a low signal current
ice) and the like, in order to achieve higher sensitivity, a multilayer structure in which an amorphous semiconductor is formed as a light receiving surface over the entire surface of a silicon substrate on which a scanning circuit is formed is being improved.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のフォトセンサシステムにあっては、フォトセ
ンサ毎に選択トランジスタを形成して接続していたた
め、各フォトセンサセルが大きくなってフォトセンサシ
ステム自体が大型化し、画素を高密度に実装する際の障
害になるという問題があった。
However, in such a conventional photosensor system, since a selection transistor is formed for each photosensor and connected, each photosensor cell becomes large and the photosensor system becomes large. There is a problem that the pixel itself becomes large, which becomes an obstacle when pixels are densely mounted.

【0005】また、上記した積層構造のフォトセンサシ
ステムにあっては、受光部がアモルファスシリコン(a
−Si)フォトダイオードで形成されていたため、単位
面積あたりの信号電流が小さく、例えば、素子サイズが
100μmオーダーの場合の明時電流(光照射時の電
流)が1nA(ナノアンペア)〜10pA(ピコアンペ
ア)程度しかなく、暗時電流(光無照射時の電流)との
差が小さいため、フォトセンサの感度が低くなるという
問題があった。
In the above-described photosensor system having a laminated structure, the light receiving portion is made of amorphous silicon (a).
-Si) Since it is formed of a photodiode, the signal current per unit area is small. For example, when the element size is on the order of 100 μm, the light current (current at the time of light irradiation) is 1 nA (nanoampere) to 10 pA (picoampere). ), And the difference from the dark current (current when no light is irradiated) is small, so that the sensitivity of the photosensor is reduced.

【0006】そこで、本発明は、明時電流と暗時電流と
の差が大きくとれて、高感度光特性を有すると共に、製
造プロセスが簡略化されたフォトセンサシステムを提供
することを目的としている。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a photosensor system which has a large difference between a bright current and a dark current, has high sensitivity light characteristics, and has a simplified manufacturing process. .

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明のフォトセンサシ
ステムは、照射光の光量に応じた所定電荷を発生し、ゲ
ート電極を有する光電変換手段と、該光電変換手段を駆
動制御する光電変換駆動制御手段と、前記光電変換手段
の出力信号を前記光電変換駆動制御手段に搬送する信号
搬送手段と、を備え、前記光電変換手段の少なくとも主
要部と、前記光電変換駆動制御手段の少なくとも主要部
とが単結晶シリコンからなる基板上に積層形成され、該
単結晶シリコン中に形成された高濃度不純物拡散層によ
り前記光電変換駆動制御手段の回路素子及び前記光電変
換手段の前記ゲート電極が形成されたことにより上記目
的を達成している。
A photosensor system according to the present invention generates a predetermined charge corresponding to the amount of irradiation light , and
Photoelectric conversion means having a gate electrode, a photoelectric conversion drive control means for driving and controlling the photoelectric conversion means, and a signal transport means for transporting an output signal of the photoelectric conversion means to the photoelectric conversion drive control means, At least a main part of the photoelectric conversion unit and at least a main part of the photoelectric conversion drive control unit are stacked and formed on a substrate made of single crystal silicon ,
Due to the high concentration impurity diffusion layer formed in single crystal silicon
Circuit element of the photoelectric conversion drive control means and the photoelectric conversion
The above object is achieved by forming the gate electrode of the switching means .

【0008】この場合、前記光電変換手段は、請求項2
に記載するように、アモルファスシリコンからなる半導
体層を挟んで、ソース電極とドレイン電極とが相対向し
て配され、これら半導体層、ソース電極及びドレイン電
極を挟んでその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
射されるダブルゲート構造の薄膜トランジスタからなる
フォトセンサであってもよい。
[0008] In this case, the photoelectric conversion means may include:
As described in, a source electrode and a drain electrode are disposed opposite to each other with a semiconductor layer made of amorphous silicon therebetween, and an insulating film is interposed on both sides of the semiconductor layer, the source electrode and the drain electrode with the insulating layer interposed therebetween. A first gate electrode and a second gate electrode opposed to the semiconductor layer are disposed, and one of the first gate electrode side and the second gate electrode side is a light irradiation side, and irradiation is performed from the light irradiation side. Alternatively, the photosensor may be a double-gate thin film transistor in which the light passes through the insulating film on the light irradiation side and irradiates the semiconductor layer.

【0009】また請求項3に記載するように、前記第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が
透明な導電性材料により形成され、他方が前記単結晶シ
リコン中に形成された高濃度不純物拡散層により形成さ
れたゲート電極であるようにしてもよい。
According to a third aspect of the present invention, the first
Either the gate electrode side or the second gate electrode side
It is formed of a transparent conductive material, and the other is the single crystal silicon.
Formed by the high-concentration impurity diffusion layer formed during recon
Alternatively, the gate electrode may be a modified gate electrode .

【0010】[0010]

【作用】請求項1記載のフォトセンサシステムでは、光
電変換手段の少なくとも主要部と、光電変換駆動制御手
段の少なくとも主要部とが基板上に積層形成されている
ため、フォトセンサシステム自体を小型化することがで
き、画素の高密度化が図れると共に、受光部の開口率が
高くなって、高感度化することができる。
According to the photo sensor system of the first aspect, the light
At least a main part of the photoelectric conversion means and a photoelectric conversion drive control means.
At least the main part of the step is laminated on the substrate
Therefore, the photo sensor system itself can be downsized.
Pixel density and the light-receiving area aperture ratio
It is possible to increase the sensitivity and increase the sensitivity.

【0011】また、請求項1記載のフォトセンサシステ
ムでは、単結晶シリコン基板中に形成された高濃度不純
物拡散層により光電変換駆動制御手段の回路素子が形成
されるため、成膜工程が簡略化され、簡易な製造プロセ
スで種々の回路素子を構成することができる。
Further , a photosensor system according to claim 1 is provided.
High impurity concentration formed in the single crystal silicon substrate
Circuit element of photoelectric conversion drive control means is formed by object diffusion layer
This simplifies the film-forming process,
Various circuit elements can be configured with the same.

【0012】そして、請求項1記載のフォトセンサシス
テムでは、光電変換手段の何れか一方のゲート電極が、
単結晶シリコン中に形成された高濃度不純物拡散層によ
り形成されているため、製造プロセスを一層簡略化する
ことができる。
The photosensor system according to claim 1
In one embodiment, one of the gate electrodes of the photoelectric conversion means is
Due to the high concentration impurity diffusion layer formed in single crystal silicon
Simplifies the manufacturing process
be able to.

【0013】請求項2記載のフォトセンサシステムは、
光電変換手段として、として、アモルファスシリコンか
らなる半導体層を挟んでソース電極とドレイン電極が設
けられ、この半導体層、ソース電極及びドレイン電極を
挟んでその両側にそれぞれ絶縁膜を介して半導体層と相
対向する位置に2つのゲート電極が設けられたダブルゲ
ート構造の薄膜トランジスタからなるフォトセンサを用
いたため、光電変換効率が高くなり、高感度光特性が得
られる。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a photo sensor system comprising:
As photoelectric conversion means, amorphous silicon or
A source electrode and a drain electrode are provided with a semiconductor layer
This semiconductor layer, the source electrode and the drain electrode
On both sides of the semiconductor layer via the insulating film.
Double gate with two gate electrodes provided at opposing positions
Uses a photosensor composed of thin-film transistors
As a result, the photoelectric conversion efficiency is increased, and high sensitivity optical characteristics are obtained.
Can be

【0014】請求項3記載のフォトセンサシステムで
は、第1ゲート電極側または第2ゲート電極側のいずれ
か一方から容易に光を半導体層に照射することができる
ので光電変換効率を高くすることができ、他方を単結晶
シリコン中に形成された高濃度不純物拡散層により形成
されているため、製造プロセスを一層簡略化することが
できる。
[0014] In the photosensor system according to the third aspect,
Is either the first gate electrode side or the second gate electrode side
Light can be easily applied to the semiconductor layer from either side
Therefore, the photoelectric conversion efficiency can be increased, and the other is a single crystal
Formed by high concentration impurity diffusion layer formed in silicon
Has made it possible to further simplify the manufacturing process.
it can.

【0015】[0015]

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to embodiments.

【0016】〔第1実施例〕図1〜図3は、フォトセン
サシステムの第1実施例を示す図であり、図1はそのフ
ォトセンサシステムの構成を示す側面断面図、図2は図
1のフォトセンサシステムの回路ブロック図、図3はフ
ォトセンサの電圧印加状態における出力特性を示す特性
曲線図である。
FIGS. 1 to 3 show a first embodiment of a photosensor system. FIG. 1 is a side sectional view showing the structure of the photosensor system, and FIG. FIG. 3 is a characteristic curve diagram showing output characteristics of the photosensor system when a voltage is applied.

【0017】図1において、フォトセンサシステム1
は、光照射量を電荷量に変換する光電変換部のフォトセ
ンサ2と、フォトセンサ2からの信号を搬送するデータ
ライン3と、データライン3からの信号を読み出すため
のスイッチング作用を行う電界効果型のnチャネルMO
S(Metal Oxide Semiconductor) トランジスタ(n−M
OSFET)4等で構成されている。
In FIG. 1, a photo sensor system 1
Is a photosensor 2 of a photoelectric conversion unit that converts a light irradiation amount into a charge amount, a data line 3 that carries a signal from the photosensor 2, and a field effect that performs a switching action for reading a signal from the data line 3. Type n channel MO
S (Metal Oxide Semiconductor) transistor (n-M
OSFET) 4 and the like.

【0018】そして、このフォトセンサシステム1は、
ここでは、p型の単結晶シリコン基板5上に所定膜厚の
ガラスあるいは、CVD(Chemical Vapour Depositio
n) 法等により酸化シリコンや窒化シリコンを堆積させ
た絶縁性基板6が形成されており、その絶縁性基板6上
には上記したフォトセンサ2が設けられ、単結晶シリコ
ン基板5には上記したn−MOSFET4等が設けられ
ている。
This photo sensor system 1
Here, a glass of a predetermined thickness or a CVD (Chemical Vapor Depositio) is formed on a p-type single crystal silicon substrate 5.
n) An insulating substrate 6 on which silicon oxide or silicon nitride is deposited by a method or the like is formed, the photosensor 2 is provided on the insulating substrate 6, and the single crystal silicon substrate 5 is An n-MOSFET 4 and the like are provided.

【0019】フォトセンサ2の構造は、図1に示すよう
に、絶縁性基板6上に、ボトムゲート電極7が形成され
ており、このボトムゲート電極(BG)7及び絶縁性基
板6を覆うように、窒化シリコン(SiN)からなる絶
縁膜8が配設されている。そして、ボトムゲート電極
(BG)7上には、絶縁膜8を介して対向する位置に、
半導体層9が形成されている。この半導体層9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9を挟んで、該半導体層9上に所定
間隔を有して相対向する位置にアルミニウム等の電極材
料からなるソース電極(S)10及びドレイン電極
(D)11が形成されている。これらソース電極(S)
10及びドレイン電極(D)11は、それぞれリン等の
ドーパントが拡散されたn+ のアモルファスシリコンよ
りなるオーミックコンタクト層12、13を介して半導
体層9と接続されている。このようにして、ボトムトラ
ンジスタが構成されている。
As shown in FIG. 1, the structure of the photosensor 2 is such that a bottom gate electrode 7 is formed on an insulating substrate 6 so as to cover the bottom gate electrode (BG) 7 and the insulating substrate 6. In addition, an insulating film 8 made of silicon nitride (SiN) is provided. Then, on the bottom gate electrode (BG) 7, at a position opposed to the bottom gate electrode (BG) 7 via the insulating film 8,
A semiconductor layer 9 is formed. This semiconductor layer 9 is formed of i-type amorphous silicon (ia-Si). A source electrode (S) 10 and a drain electrode (D) 11 made of an electrode material such as aluminum are formed on the semiconductor layer 9 at positions facing each other at a predetermined interval with the semiconductor layer 9 interposed therebetween. . These source electrodes (S)
The drain electrode (D) 11 is connected to the semiconductor layer 9 via ohmic contact layers 12 and 13 made of n + amorphous silicon in which a dopant such as phosphorus is diffused. Thus, a bottom transistor is formed.

【0020】また、上記ソース電極(S)10とドレイ
ン電極(D)11との間、及びオーミックコンタクト層
12と13との間の部分は、透明な窒化シリコンからな
る前記と同様の絶縁膜8により覆われており、前記半導
体層9上には絶縁膜8を介して前記ボトムゲート電極
(BG)7と相対向する位置に透明な導電性材料(IT
O)からなるトップゲート電極(TG)14が形成され
ている。
The portion between the source electrode (S) 10 and the drain electrode (D) 11 and the portion between the ohmic contact layers 12 and 13 are made of the same insulating film 8 made of transparent silicon nitride. And a transparent conductive material (IT) on the semiconductor layer 9 at a position facing the bottom gate electrode (BG) 7 with an insulating film 8 interposed therebetween.
An O) top gate electrode (TG) 14 is formed.

【0021】トップゲート電極(TG)14は、後述す
る電子−正孔対を発生するために半導体層9のチャンネ
ル領域のみでなく、図1に示すように、オーミックコン
タクト層12、13の上部面も覆う大きさに形成するこ
とが望ましい。
The top gate electrode (TG) 14 is formed not only in the channel region of the semiconductor layer 9 for generating an electron-hole pair described later, but also on the upper surface of the ohmic contact layers 12 and 13 as shown in FIG. It is desirable to form it in a size that covers the same.

【0022】そして、このトップゲート電極(TG)1
4上には、窒化シリコンからなる透明な絶縁膜8(オー
バーコート膜)が形成されており、フォトセンサ2を保
護している。
The top gate electrode (TG) 1
A transparent insulating film 8 (overcoat film) made of silicon nitride is formed on 4, and protects the photosensor 2.

【0023】このフォトセンサ2は、本実施例では、図
1に示すように、トップゲート電極(TG)14側から
矢印方向に光が照射され、この照射光がトップゲート電
極(TG)14及び絶縁膜8を透過して、半導体層9に
照射されると、その照射光量に応じた電子−正孔対が半
導体層9中に誘起される。
In this embodiment, as shown in FIG. 1, the photo sensor 2 is irradiated with light from the top gate electrode (TG) 14 side in the direction of the arrow, and this irradiated light is irradiated with the top gate electrode (TG) 14 and When the semiconductor layer 9 is irradiated through the insulating film 8, electron-hole pairs corresponding to the amount of irradiation are induced in the semiconductor layer 9.

【0024】上記フォトセンサ2の各部の膜厚は、例え
ば、ボトムゲート電極(BG)7が500オングストロ
ーム、半導体層9が1500オングストローム、ソース
電極(S)及びドレイン電極(D)が500オングスト
ローム、オーミックコンタクト層12、13が250オ
ングストローム、ボトムゲート電極(BG)7と半導体
層9との間の絶縁膜8が2000オングストローム、ト
ップゲート電極(TG)14と半導体層9との間の絶縁
膜8が2000オングストローム、トップゲート電極
(TG)14が500オングストローム、及びトップゲ
ート電極(TG)14を覆う絶縁膜(オーバーコート
膜)8が2000オングストロームに形成されている。
そして、本実施例では、半導体層9上のソース電極
(S)10とドレイン電極(D)11との間のゲート長
(L)は7μmに、奥行き方向のゲート幅(W)は10
0μmに形成されている。
The thickness of each part of the photosensor 2 is, for example, 500 angstroms for the bottom gate electrode (BG) 7, 1500 angstroms for the semiconductor layer 9, 500 angstroms for the source electrode (S) and the drain electrode (D), and ohmic. The contact layers 12 and 13 are 250 Å, the insulating film 8 between the bottom gate electrode (BG) 7 and the semiconductor layer 9 is 2000 Å, and the insulating film 8 between the top gate electrode (TG) 14 and the semiconductor layer 9 is 2000 angstrom, the top gate electrode (TG) 14 is formed at 500 angstrom, and the insulating film (overcoat film) 8 covering the top gate electrode (TG) 14 is formed at 2000 angstrom.
In this embodiment, the gate length (L) between the source electrode (S) 10 and the drain electrode (D) 11 on the semiconductor layer 9 is 7 μm, and the gate width (W) in the depth direction is 10 μm.
It is formed at 0 μm.

【0025】また、図1に示すように、単結晶シリコン
基板5には、上記したフォトセンサ2を駆動制御するた
めの回路の一部であるn−MOSFET4が形成されて
おり、データライン3を介してフォトセンサ2からの出
力信号の読み出しを行っている。
As shown in FIG. 1, an n-MOSFET 4 which is a part of a circuit for controlling the drive of the photosensor 2 is formed on the single crystal silicon substrate 5. The output signal from the photo sensor 2 is read through the interface.

【0026】このn−MOSFET4は、単結晶シリコ
ン基板5にリン等のドーパントが高濃度に拡散されたn
+ のソース領域(S)15とドレイン領域(D)16と
が所定間隔をおいて形成され、そのソース領域(S)1
5とドレイン領域(D)16との間のチャネル領域上
に、ゲート絶縁膜となる所定膜厚をおいて上記絶縁性基
板6中に導電性材料からなるゲート電極17が埋め込み
形成されている。そして、ゲート電極17にしきい値電
圧を越える電圧を印加してn−MOSFET4をオンさ
せ、フォトセンサ2からの信号の読み出しが行われる。
The n-MOSFET 4 has a single-crystal silicon substrate 5 in which a dopant such as phosphorus is diffused at a high concentration.
+ Source region (S) 15 and drain region (D) 16 are formed at predetermined intervals, and the source region (S) 1
A gate electrode 17 made of a conductive material is buried in the insulating substrate 6 with a predetermined thickness serving as a gate insulating film on a channel region between the drain region 5 and the drain region (D) 16. Then, a voltage exceeding the threshold voltage is applied to the gate electrode 17 to turn on the n-MOSFET 4, and a signal is read from the photosensor 2.

【0027】なお、図1中には図示していないが、単結
晶シリコン基板5には、後述するフォトセンサ2を駆動
制御するための種々の回路素子が形成されている。
Although not shown in FIG. 1, on the single crystal silicon substrate 5, various circuit elements for driving and controlling the photosensor 2 described later are formed.

【0028】図2は、図1に示すフォトセンサシステム
の機能ブロック図である。図2に示すように、フォトセ
ンサシステム1は、絶縁性基板6上に形成されたダブル
ゲート(WG)構造のアモルファスシリコンを用いたT
FTフォトセンサ22と、そのTFTフォトセンサ22
を駆動制御する単結晶シリコン基板5上に形成された各
種回路素子23とで構成されている。
FIG. 2 is a functional block diagram of the photo sensor system shown in FIG. As shown in FIG. 2, the photosensor system 1 has a double gate (WG) amorphous silicon formed on an insulating substrate 6 using a T gate.
FT photo sensor 22 and its TFT photo sensor 22
And various circuit elements 23 formed on the single-crystal silicon substrate 5 for controlling the driving of the substrate.

【0029】TFTフォトセンサ22の光電変換部24
は、照射光量を電荷量として取り出すもので、半導体層
9にアモルファスシリコンを用いたダブルゲート構造の
TFTフォトセンサを採用したため、光電変換効率が高
くなり、高感度光特性を得ることができる。従来は、C
CDのように半導体表面の電荷を電極から電極へ次々に
転送する転送回路を備えたフォトダイオードなどが用い
られている。しかし、本実施例の光電変換手段として
は、ダブルゲート構造のTFTフォトセンサやフォトト
ランジスタなどを用いるものであって、上記転送回路が
不要となる上、S/N比が改善されるため、ノイズ等の
影響の少ない高感度の光検出を行うことができる。
The photoelectric conversion unit 24 of the TFT photo sensor 22
Is to extract the irradiation light amount as a charge amount. Since a TFT photosensor having a double gate structure using amorphous silicon for the semiconductor layer 9 is employed, the photoelectric conversion efficiency is increased, and high sensitivity optical characteristics can be obtained. Conventionally, C
A photodiode, such as a CD, having a transfer circuit for sequentially transferring charges on a semiconductor surface from one electrode to another electrode is used. However, as the photoelectric conversion means of this embodiment, a TFT photosensor or a phototransistor having a double gate structure is used, and the above transfer circuit becomes unnecessary and the S / N ratio is improved. It is possible to perform high-sensitivity light detection with little influence of the above.

【0030】また、TFTフォトセンサ22を駆動制御
する各種回路素子23は、単結晶シリコン基板5に形成
されているため、不純物拡散工程によって形成される不
純物拡散層を用いることにより容易に各種素子を形成す
ることが可能となり、製造プロセスを簡略化することが
できる。
Further, since the various circuit elements 23 for controlling the driving of the TFT photosensor 22 are formed on the single crystal silicon substrate 5, the various elements can be easily formed by using the impurity diffusion layer formed by the impurity diffusion step. It can be formed, and the manufacturing process can be simplified.

【0031】各種回路素子23は、外部機器と接続され
て光検出動作を制御するコントローラ25、マトリック
ス状に配列されたフォトセンサを水平走査及び垂直走査
する際のアドレスを指示するアドレスデコーダ26、光
電変換部24の光検出状態に応じてダブルゲート構造の
TFTフォトセンサの各電極に所定の電圧値を印加する
ための電圧レベル変換部27、光電変換部24から読み
出した信号を増幅するセンスアンプ28、増幅された信
号を転送するデータ転送部26、転送データを出力する
ための出力バッファ27等から構成されている。
Various circuit elements 23 are connected to an external device to control a light detecting operation, a controller 25, an address decoder 26 for instructing an address at the time of horizontal scanning and vertical scanning of a photo sensor arranged in a matrix, A voltage level converter 27 for applying a predetermined voltage value to each electrode of the TFT photosensor having a double gate structure according to the light detection state of the converter 24, and a sense amplifier 28 for amplifying a signal read from the photoelectric converter 24. , A data transfer unit 26 for transferring the amplified signal, an output buffer 27 for outputting transfer data, and the like.

【0032】次に、作用を説明する。Next, the operation will be described.

【0033】図1に示すように、フォトセンサ1のボト
ムゲート電極(BG)7に正電圧、例えば、+10Vを
印加すると、ボトムトランジスタにnチャンネルが形成
される。ここで、ソース電極(S)10−ドレイン電極
(D)11間に正電圧として、例えば、+5Vを印加す
ると、ソース電極(S)10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(TG)1
4にボトムゲート電極(BG)7の電界によるチャンネ
ルを消滅させるレベルの負電圧、例えば、−20Vを印
加すると、トップゲート電極(TG)14からの電界が
ボトムゲート電極(BG)7の電界がチャンネル層に与
える影響を減じる方向に働き、この結果、空乏層が半導
体層9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)14側から光
が照射されると、半導体層9のトップゲート電極(T
G)14側に電子−正孔対が誘起される。しかし、トッ
プゲート電極(TG)14には、−20V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
れて、トップゲート電極(TG)14の電界を打ち消
す。このため、半導体層9のチャンネル領域にnチャン
ネルが形成されて、ソース電極(S)10とドレイン電
極(D)11との間にドレイン電流IDSが流れる。この
ドレイン電流IDSは、照射光の光量に応じて変化する。
As shown in FIG. 1, when a positive voltage, for example, +10 V is applied to the bottom gate electrode (BG) 7 of the photosensor 1, an n-channel is formed in the bottom transistor. Here, when a positive voltage of, for example, +5 V is applied between the source electrode (S) 10 and the drain electrode (D) 11, electrons are supplied from the source electrode (S) 10 side and a current flows. In this state, the top gate electrode (TG) 1
When a negative voltage, for example, −20 V, at which the channel due to the electric field of the bottom gate electrode (BG) 7 disappears, an electric field from the top gate electrode (TG) 14 is changed to an electric field from the bottom gate electrode (BG) 7. It works in a direction to reduce the influence on the channel layer, and as a result, the depletion layer extends in the thickness direction of the semiconductor layer 9 and pinches off the n-channel. At this time, when light is irradiated from the top gate electrode (TG) 14 side, the top gate electrode (T
G) An electron-hole pair is induced on the 14 side. However, since −20 V is applied to the top gate electrode (TG) 14, the induced holes are accumulated in the channel region and cancel the electric field of the top gate electrode (TG) 14. Therefore, an n-channel is formed in the channel region of the semiconductor layer 9, and a drain current IDS flows between the source electrode (S) 10 and the drain electrode (D) 11. The drain current I DS changes according to the amount of irradiation light.

【0034】このように、フォトセンサ2は、トップゲ
ート電極(TG)14からの電界がボトムゲート電極
(BG)7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、光無照射時に流れるドレ
イン電流(暗時電流)IDSが極めて小さくなり、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2は、光照射時(明時)と光無照射時(暗
時)のドレイン電流と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比を大きくとる
ことができるので、高感度のフォトセンサとすることが
できる。
As described above, the photosensor 2 controls the electric field from the top gate electrode (TG) 14 so as to act in a direction to prevent the electric field from the bottom gate electrode (BG) 7 from forming a channel. Since the n-channel is pinched off, the drain current (dark current) I DS flowing when no light is irradiated becomes extremely small, for example, about 10 −14 A. As a result, the photosensor 2 can sufficiently increase the difference between the drain current at the time of light irradiation (bright) and the drain current at the time of no light irradiation (dark), and the amplification factor of the bottom transistor at this time is:
Since the S / N ratio can be increased depending on the amount of light irradiated, a high-sensitivity photosensor can be obtained.

【0035】また、フォトセンサ2は、ボトムゲート電
極(BG)7に、正電圧(+10V)を印加した状態
で、トップゲート電極(TG)14を、例えば、0Vに
すると、半導体層9とトップゲート電極(TG)14と
の間の絶縁膜8のトラップ準位から正孔を吐き出させて
リフレッシュ、すなわち、リセットすることができる。
すなわち、フォトセンサ2は、連続使用すると絶縁膜8
と半導体層9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)11から注入される正
孔によって埋められてゆき、光無照射状態でのチャンネ
ル抵抗も小さくなって、光無照射時にドレイン電流が増
加する。そこで、トップゲート電極(TG)14に0V
を印加し、この正孔を吐き出させて、リセットする。
In the photosensor 2, when the top gate electrode (TG) 14 is set to, for example, 0 V while a positive voltage (+10 V) is applied to the bottom gate electrode (BG) 7, the semiconductor layer 9 and the top Holes can be discharged from trap levels of the insulating film 8 between the gate electrode (TG) 14 and refresh, that is, reset can be performed.
That is, when the photosensor 2 is used continuously, the insulating film 8 is used.
Trap level between the semiconductor layer 9 and the semiconductor layer 9 is filled with holes generated by light irradiation and holes injected from the drain electrode (D) 11, and the channel resistance in the non-light-irradiated state also decreases. In addition, the drain current increases when no light is irradiated. Therefore, 0 V is applied to the top gate electrode (TG) 14.
Is applied to cause the holes to be discharged, and reset.

【0036】さらに、フォトセンサ2は、ボトムゲート
電極(BG)7に、正電圧を印加していないときには、
ボトムトランジスタ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2は、ボトム
ゲート電極(BG)7に印加する電圧VBG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(TG)14に0Vを印加すると、上記と同様に、
半導体層9とトップゲート電極(TG)14との間の絶
縁膜8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。
Further, when a positive voltage is not applied to the bottom gate electrode (BG) 7,
A channel is not formed in the bottom transistor, and even when light irradiation is performed, a drain current does not flow and a non-selected state can be obtained. That is, the photosensor 2 can control the selected state and the non-selected state by controlling the voltage VBG applied to the bottom gate electrode (BG) 7. When 0 V is applied to the top gate electrode (TG) 14 in this non-selected state, as described above,
The holes can be discharged from the trap levels of the insulating film 8 between the semiconductor layer 9 and the top gate electrode (TG) 14 to reset the holes.

【0037】次に、上記動作を、フォトセンサ2の各電
極への印加電圧に対するドレイン電流特性曲線を示す図
3を用いて説明する。なお、図3は、ボトムゲート電極
(BG)7に印加されるボトムゲート電圧VBG及び照射
光の有無をパラメータとして、トップゲート電極(T
G)14に印加するトップゲート電圧VTGを変化させた
ときのドレイン電流特性を示している。
Next, the above operation will be described with reference to FIG. 3 showing a drain current characteristic curve with respect to a voltage applied to each electrode of the photosensor 2. FIG. 3 is a graph showing the relationship between the bottom gate voltage V BG applied to the bottom gate electrode (BG) 7 and the presence or absence of irradiation light as parameters.
G) Drain current characteristics when the top gate voltage V TG applied to 14 is changed.

【0038】そこで、図3に示すように、フォトセンサ
2のボトムゲート電圧VBGを0Vとして、光を照射した
とき(明時)のドレイン電流特性曲線がT1であり、光
を照射しないとき(暗時)のドレイン電流特性曲線がT
2である。すなわち、この状態は、トップゲート電圧V
TGが0V〜−20Vに変化しても、また、光照射の有無
にかかわらず、ドレイン電流IDSは、10pA(ピコア
ンペア)以下であり、フォトセンサ2は、非選択状態と
なっている。
Therefore, as shown in FIG. 3, when the bottom gate voltage V BG of the photosensor 2 is set to 0 V, the drain current characteristic curve when light is irradiated (during light) is T1, and when the light is not irradiated ( The dark current characteristic curve is T
2. That is, in this state, the top gate voltage V
Even if TG changes from 0 V to −20 V, and regardless of the presence or absence of light irradiation, the drain current I DS is 10 pA (picoamps) or less, and the photosensor 2 is in a non-selected state.

【0039】また、フォトセンサ2のボトムゲート電圧
BGを+10Vとして、光を照射した状態でトップゲー
ト電圧VTGを0Vから−20Vに変化しても、ドレイン
電流IDSは、図3に示す明時のドレイン電流特性曲線の
B2のように、常に、1μA以上のドレイン電流IDS
流れ、光照射が検出される。また、フォトセンサ2に光
を照射しないときは、図3に示す暗時のドレイン電流特
性曲線のB1のように、トップゲート電圧VTGが−14
V以下で、10pA以下のドレイン電流IDSが流れ、ト
ップゲート電圧VTGがそれよりも高くなると、ドレイン
電流IDSは増大する。
Further, even if the bottom gate voltage V BG of the photosensor 2 is set to +10 V and the top gate voltage V TG is changed from 0 V to −20 V in a state where light is irradiated, the drain current I DS is shown in FIG. as in the B2 drain current characteristic curve of the bright time, always, 1 .mu.A or more drain current I DS flows, light irradiation is detected. When the photosensor 2 is not irradiated with light, the top gate voltage V TG is -14 as shown by B1 in the drain current characteristic curve at the time of darkness shown in FIG.
Below V, a drain current I DS of 10 pA or less flows, and when the top gate voltage V TG becomes higher than that, the drain current I DS increases.

【0040】したがって、フォトセンサ2は、図3に示
したように、トップゲート電圧VTGを、例えば、0Vと
−20Vとに制御することにより、センス状態とリセッ
ト状態を制御することができ、また、ボトムゲート電圧
BGを、例えば、0Vと+10Vとに制御することによ
り、選択状態及び非選択状態を制御することができる。
その結果、トップゲート電圧VTGとボトムゲート電圧V
BGとを制御することにより、フォトセンサ2を、それ自
体で、フォトセンサとしての機能と、選択トランジスタ
としての機能を兼ね備えたものとして、動作させること
ができる。
Therefore, as shown in FIG. 3, the photosensor 2 can control the sense state and the reset state by controlling the top gate voltage V TG to, for example, 0 V and −20 V. Further, by controlling the bottom gate voltage V BG to, for example, 0 V and +10 V, the selected state and the non-selected state can be controlled.
As a result, the top gate voltage V TG and the bottom gate voltage V TG
By controlling the BG , the photo sensor 2 can operate as a photo sensor having both a function as a photo sensor and a function as a selection transistor.

【0041】このように、本第1実施例のフォトセンサ
システムは、単結晶シリコン基板上に所定膜厚の絶縁性
基板が配設されており、その絶縁性基板上にダブルゲー
ト構造のアモルファスシリコンを用いたTFTフォトセ
ンサを形成したため、光電変換効率が高くなり、高感度
の光特性が得られる。これにより、HDTV(HighDefi
nition Television)等の多画素対応の固体撮像素子に利
用することができる。また、センサ部の信号電流を大き
くとることができるので、信号の読み出し部をMOSト
ランジスタを使ったXY−アドレス方式で構成すること
が可能となり、パラレル・シリアル変換等を駆使して高
速読み出しに利用することができる。さらに、このTF
Tフォトセンサを駆動制御する種々の回路は、単結晶シ
リコン基板中に不純物を選択的に拡散させる不純物拡散
層を用いて素子形成することにより、成膜工程が少なく
て済み、簡易なプロセスで素子形成することができる。
そして、TFTフォトセンサを駆動制御する種々の回路
上にTFTフォトセンサを積層する構造を採用したた
め、フォトセンサシステムを小型化することができ、画
素の高密度化が図れると共に、受光部の開口率が高くな
って、さらに高感度化することができるようになった。
As described above, in the photosensor system of the first embodiment, an insulating substrate having a predetermined thickness is provided on a single crystal silicon substrate, and an amorphous silicon having a double gate structure is provided on the insulating substrate. Since the TFT photosensor using is formed, the photoelectric conversion efficiency is increased, and high-sensitivity optical characteristics can be obtained. As a result, HDTV (HighDefi
nition Television) and the like. Also, since the signal current of the sensor section can be increased, the signal reading section can be configured by an XY-address method using MOS transistors, and can be used for high-speed reading by making full use of parallel-serial conversion. can do. Furthermore, this TF
Various circuits for driving and controlling the T photosensor are formed by using an impurity diffusion layer that selectively diffuses impurities into a single crystal silicon substrate, thereby reducing the number of film forming steps and making the device simple. Can be formed.
In addition, a structure in which the TFT photosensor is stacked on various circuits for driving and controlling the TFT photosensor is employed, so that the photosensor system can be miniaturized, the density of pixels can be increased, and the aperture ratio of the light receiving portion. And the sensitivity can be further increased.

【0042】〔第2実施例〕図4は、第2実施例に係る
フォトセンサシステムの構成を示す側面断面図である。
[Second Embodiment] FIG. 4 is a side sectional view showing the structure of a photosensor system according to a second embodiment.

【0043】図4において、フォトセンサシステム41
は、光照射量を電荷量に変換する光電変換部のフォトセ
ンサ42と、フォトセンサ42からの信号を搬送するデ
ータライン43と、データライン43からの信号を読み
出すためのスイッチング作用を行う電界効果型のnチャ
ネルMOS(Metal Oxide Semiconductor) トランジスタ
(n−MOSFET)44等で構成されている。
In FIG. 4, the photo sensor system 41
Is a photosensor 42 of a photoelectric conversion unit that converts a light irradiation amount into a charge amount, a data line 43 that carries a signal from the photosensor 42, and a field effect that performs a switching action for reading a signal from the data line 43. And an n-channel MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor (n-MOSFET) 44 or the like.

【0044】そして、このフォトセンサシステム41
は、p型の単結晶シリコン基板45上に所定膜厚のガラ
スあるいは、CVD(Chemical Vapour Deposition) 法
等により酸化シリコンや窒化シリコンを堆積させた絶縁
性基板46が形成されており、その絶縁性基板46を挟
んでフォトセンサ42が設けられ、単結晶シリコン基板
45には上記したn−MOSFET44等が設けられて
いる。
The photo sensor system 41
Is formed on a p-type single crystal silicon substrate 45 by forming an insulating substrate 46 on which glass of a predetermined thickness or silicon oxide or silicon nitride is deposited by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method or the like. The photo sensor 42 is provided with the substrate 46 interposed therebetween, and the single crystal silicon substrate 45 is provided with the above-described n-MOSFET 44 and the like.

【0045】本第2実施例のフォトセンサ42の特徴的
な構成は、図4に示すように、p型の単結晶シリコン基
板45中にリン等のドーパントを高濃度に拡散させたn
+ の高濃度拡散層でボトムゲート電極47を形成してい
ることにある。そして、この絶縁性基板46を挟んでボ
トムゲート電極47と対向する直上位置に、i型アモル
ファス・シリコンで形成された半導体層48が形成され
ている。
The characteristic structure of the photosensor 42 of the second embodiment is, as shown in FIG. 4, an n-type in which a dopant such as phosphorus is diffused in a p-type single crystal silicon substrate 45 at a high concentration.
That is, the bottom gate electrode 47 is formed by the high concentration diffusion layer of + . Then, a semiconductor layer 48 made of i-type amorphous silicon is formed directly above the bottom gate electrode 47 with the insulating substrate 46 interposed therebetween.

【0046】そして、この半導体層48を挟んで、その
半導体層48上に所定間隔を有して相対向する位置にア
ルミニウム等の電極材料からなるソース電極(S)49
及びドレイン電極(D)50が形成されている。これら
ソース電極(S)49及びドレイン電極(D)50は、
それぞれリン等のドーパントが拡散されたn+ のアモル
ファスシリコンよりなるオーミックコンタクト層51、
52を介して半導体層48と接続されている。このよう
にして、ボトムトランジスタが構成されている。
Then, a source electrode (S) 49 made of an electrode material such as aluminum is provided on the semiconductor layer 48 at a position opposed to the semiconductor layer 48 at a predetermined interval with the semiconductor layer 48 interposed therebetween.
And a drain electrode (D) 50 are formed. These source electrode (S) 49 and drain electrode (D) 50
Ohmic contact layers 51 each made of n + amorphous silicon in which a dopant such as phosphorus is diffused,
It is connected to the semiconductor layer 48 via 52. Thus, a bottom transistor is formed.

【0047】また、上記ソース電極(S)49とドレイ
ン電極(D)50との間、及びオーミックコンタクト層
51と52との間の部分は、透明な窒化シリコンからな
る絶縁膜53により覆われており、前記した半導体層4
8上には絶縁膜53を介してボトムゲート電極(BG)
47と相対向する位置に透明な導電性材料(ITO)か
らなるトップゲート電極(TG)54が形成されてい
る。
The portion between the source electrode (S) 49 and the drain electrode (D) 50 and the portion between the ohmic contact layers 51 and 52 are covered with an insulating film 53 made of transparent silicon nitride. And the semiconductor layer 4 described above.
8 is provided with a bottom gate electrode (BG) via an insulating film 53.
A top gate electrode (TG) 54 made of a transparent conductive material (ITO) is formed at a position facing 47.

【0048】そして、このトップゲート電極(TG)5
4上には、窒化シリコンからなる透明な絶縁膜53(オ
ーバーコート膜)が形成されており、フォトセンサ42
を保護している。
Then, the top gate electrode (TG) 5
4, a transparent insulating film 53 (overcoat film) made of silicon nitride is formed.
Is protected.

【0049】このフォトセンサ42は、本第2実施例で
は、図4に示すように、トップゲート電極(TG)54
側から矢印方向に光が照射され、この照射光がトップゲ
ート電極(TG)54及び絶縁膜53を透過して、半導
体層48に照射されると、その照射光量に応じた電子−
正孔対が半導体層48中に誘起される。
In the second embodiment, as shown in FIG. 4, the photo sensor 42 has a top gate electrode (TG) 54
The light is irradiated in the direction of the arrow from the side, and the irradiated light passes through the top gate electrode (TG) 54 and the insulating film 53 and irradiates the semiconductor layer 48.
Hole pairs are induced in the semiconductor layer 48.

【0050】また、図4に示すように、単結晶シリコン
基板45には、上記したフォトセンサ42を駆動制御す
るための回路の一部であるn−MOSFET44が形成
されている。そして、ゲート電極57にしきい値電圧を
越える電圧を印加してn−MOSFET44をオンさ
せ、フォトセンサ2からの信号の読み出しが行われる。
As shown in FIG. 4, an n-MOSFET 44, which is a part of a circuit for controlling the drive of the photosensor 42, is formed on the single crystal silicon substrate 45. Then, a voltage exceeding the threshold voltage is applied to the gate electrode 57 to turn on the n-MOSFET 44, and a signal is read from the photosensor 2.

【0051】本第2実施例におけるn−MOSFET4
4の特徴的な構成は、単結晶シリコン基板45にリン等
のドーパントが高濃度に拡散されたn+ のソース領域
(S)55とドレイン領域(D)56とが所定間隔をお
いて形成され、そのソース領域(S)55とドレイン領
域(D)56との間のチャネル領域上のゲート絶縁膜と
して、上記絶縁性基板46が用いられ、その絶縁性基板
46上の対向する位置に導電性材料からなるゲート電極
57が形成されている。
The n-MOSFET 4 in the second embodiment
The characteristic configuration 4 is that an n + source region (S) 55 and a drain region (D) 56 in which a dopant such as phosphorus is diffused at a high concentration are formed at a predetermined interval in a single crystal silicon substrate 45. The insulating substrate 46 is used as a gate insulating film on a channel region between the source region (S) 55 and the drain region (D) 56, and a conductive film is formed on the insulating substrate 46 at an opposing position. A gate electrode 57 made of a material is formed.

【0052】なお、図4中に図示していないが、単結晶
シリコン基板45にはフォトセンサ42を駆動制御する
ための種々の回路素子が形成されている。
Although not shown in FIG. 4, various circuit elements for driving and controlling the photosensor 42 are formed on the single crystal silicon substrate 45.

【0053】このように、本第2実施例のフォトセンサ
システム41は、フォトセンサ42とn−MOSFET
44とが、上記第1実施例と異なり上下位置には積層さ
れていないが、フォトセンサ42のダブルゲートの一方
のゲート電極を単結晶シリコン基板45中のn+ の高濃
度不純物拡散層に置き換えたため、成膜工程を簡略化す
ることができる。また、p型の単結晶シリコン基板中に
形成されたn+ の高濃度不純物拡散層でできたボトムゲ
ート電極47は、他のゲートラインとはpn接合により
素子分離されており、このボトムゲート電極47が0V
で非選択となり、+10Vで選択動作となるため、接地
されているp型の単結晶シリコン基板側に電流が流れる
ことは無い。さらに、n−MOSFET44のゲート絶
縁膜及びボトムゲート絶縁膜として上記絶縁性基板46
を利用しているため、さらに製造プロセスを簡略化する
ことができる。
As described above, the photo sensor system 41 according to the second embodiment includes the photo sensor 42 and the n-MOSFET
44 is not stacked in the vertical position unlike the first embodiment, but one gate electrode of the double gate of the photosensor 42 is replaced with an n + high concentration impurity diffusion layer in the single crystal silicon substrate 45. Therefore, the film forming process can be simplified. A bottom gate electrode 47 formed of an n + high-concentration impurity diffusion layer formed in a p-type single crystal silicon substrate is element-isolated from other gate lines by a pn junction. 47 is 0V
And the selection operation is performed at +10 V, so that no current flows to the grounded p-type single-crystal silicon substrate side. Further, the insulating substrate 46 serves as a gate insulating film and a bottom gate insulating film of the n-MOSFET 44.
Is used, so that the manufacturing process can be further simplified.

【0054】なお、本第2実施例のフォトセンサシステ
ム41の動作説明は、上記第1実施例の場合と同様であ
るので、ここでは説明を省略する。
The operation of the photosensor system 41 according to the second embodiment is the same as that of the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

【0055】[0055]

【発明の効果】このようなフォトセンサを備えたフォト
センサシステムによれば、単結晶シリコン基板上に所定
膜厚の絶縁性基板を有し、光電変換手段として、前記絶
縁性基板上にダブルゲート(WG)構造のアモルファス
シリコンを用いたTFTフォトセンサを形成したので、
光電変換効率が高くなって、高感度光特性が得られる。
また、光電変換手段を駆動制御する光電変換駆動制御手
段は、単結晶シリコン基板に形成されるので、不純物拡
散層を使った簡易な製造プロセスで種々の回路素子を構
成することができる。
According to the photo sensor system having such a photo sensor, an insulating substrate having a predetermined thickness is provided on a single crystal silicon substrate, and a double gate is provided on the insulating substrate as a photoelectric conversion means. Since a TFT photosensor using amorphous silicon of (WG) structure was formed,
The photoelectric conversion efficiency is increased, and high sensitivity optical characteristics can be obtained.
Further, since the photoelectric conversion drive control means for controlling the drive of the photoelectric conversion means is formed on the single crystal silicon substrate, various circuit elements can be constituted by a simple manufacturing process using the impurity diffusion layer.

【0056】さらに、光電変換手段が絶縁性基板上に形
成され、光電変換駆動制御手段を単結晶シリコン基板に
形成して積層構造とすることができるので、フォトセン
サシステム自体を小型化することができ、画素の高密度
化が図れると共に、受光部の開口率が高くなって、高感
度化することができる。
Further, since the photoelectric conversion means is formed on an insulating substrate, and the photoelectric conversion drive control means can be formed on a single crystal silicon substrate to have a laminated structure, the size of the photosensor system itself can be reduced. As a result, the density of the pixels can be increased, and the aperture ratio of the light receiving section can be increased, so that the sensitivity can be increased.

【0057】また、光電変換手段のいずれか一方のゲー
ト電極を単結晶シリコン基板中の高濃度不純物拡散層で
形成し、そのゲート電極と半導体層との間の絶縁膜に前
記絶縁性基板を用いたことにより、製造プロセスを一層
簡略化することができる。
Further, one of the gate electrodes of the photoelectric conversion means is formed of a high concentration impurity diffusion layer in a single crystal silicon substrate, and the insulating substrate is used as an insulating film between the gate electrode and the semiconductor layer. As a result, the manufacturing process can be further simplified.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】第1実施例に係るフォトセンサシステムの構成
を示す側面断面図である。
FIG. 1 is a side sectional view showing a configuration of a photosensor system according to a first embodiment.

【図2】図1のフォトセンサシステムの回路ブロック図
である。
FIG. 2 is a circuit block diagram of the photo sensor system of FIG.

【図3】フォトセンサの電圧印加状態における出力特性
を示す特性曲線図である。
FIG. 3 is a characteristic curve diagram showing output characteristics of the photo sensor in a state where a voltage is applied.

【図4】第2実施例に係るフォトセンサシステムの構成
を示す側面断面図である。
FIG. 4 is a side sectional view showing a configuration of a photosensor system according to a second embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、41 フォトセンサシステム 2、42 フォトセンサ 3、43 データライン 4、44 n−MOSFET 5、45 単結晶シリコン基板 6、46 絶縁性基板 7、47 ボトムゲート電極 8、48 絶縁膜 9、49 半導体層 10、50 ソース電極 11、51 ドレイン電極 12、13、52、53 オーミックコンタクト層 1, 41 Photosensor system 2, 42 Photosensor 3, 43 Data line 4, 44 n-MOSFET 5, 45 Single crystal silicon substrate 6, 46 Insulating substrate 7, 47 Bottom gate electrode 8, 48 Insulating film 9, 49 Semiconductor Layer 10, 50 Source electrode 11, 51 Drain electrode 12, 13, 52, 53 Ohmic contact layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 31/02 - 31/0392 H01L 31/10 - 31/119 H01L 27/14 - 27/15 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 31/02-31/0392 H01L 31/10-31/119 H01L 27/14-27/15

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 照射光の光量に応じた所定電荷を発生
し、ゲート電極を有する光電変換手段と、 該光電変換手段を駆動制御する光電変換駆動制御手段
と、 前記光電変換手段の出力信号を前記光電変換駆動制御手
段に搬送する信号搬送手段と、 を備え、 前記光電変換手段の少なくとも主要部と、前記光電変換
駆動制御手段の少なくとも主要部とが単結晶シリコンか
らなる基板上に積層形成され、該単結晶シリコン中に形
成された高濃度不純物拡散層により前記光電変換駆動制
御手段の回路素子及び前記光電変換手段の前記ゲート電
極が形成されたことを特徴とするフォトセンサシステ
ム。
1. A predetermined charge is generated according to the amount of irradiation light.
A photoelectric conversion unit having a gate electrode; a photoelectric conversion drive control unit for driving and controlling the photoelectric conversion unit; and a signal transfer unit for transferring an output signal of the photoelectric conversion unit to the photoelectric conversion drive control unit. Whether at least a main part of the photoelectric conversion means and at least a main part of the photoelectric conversion drive control means are single-crystal silicon
Is layered on Ranaru substrate, form in the single crystal silicon
The photoelectric conversion driving control is performed by the formed high-concentration impurity diffusion layer.
A circuit element of the control means and the gate electrode of the photoelectric conversion means.
A photosensor system, wherein a pole is formed .
【請求項2】 前記光電変換手段は、 アモルファスシリコンからなる半導体層を挟んで、ソー
ス電極とドレイン電極とが相対向して配され、これら半
導体層、ソース電極及びドレイン電極を挟んでその両側
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ダブルゲー
ト構造の薄膜トランジスタからなるフォトセンサである
ことを特徴とする請求項1記載のフォトセンサシステ
ム。
2. The photoelectric conversion means, wherein a source electrode and a drain electrode are arranged opposite to each other with a semiconductor layer made of amorphous silicon therebetween, and on both sides of the semiconductor layer, the source electrode and the drain electrode. A first layer opposed to the semiconductor layer via an insulating film;
A gate electrode and a second gate electrode are provided, and one of the first gate electrode side and the second gate electrode side is set as a light irradiation side, and light irradiated from the light irradiation side is insulated on the light irradiation side. 2. The photosensor system according to claim 1, wherein the photosensor is a photosensor comprising a thin film transistor having a double gate structure that irradiates the semiconductor layer through a film.
【請求項3】 前記第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が透明な導電性材料により形成さ
れ、他方が前記単結晶シリコン中に形成された高濃度不
純物拡散層により形成されたゲート電極であることを特
徴とする請求項2記載のフォトセンサシステム。
3. The first gate electrode side or the second gate.
One of the electrodes is made of a transparent conductive material.
And the other is a high-concentration impurity formed in the single-crystal silicon.
It is a gate electrode formed by a pure substance diffusion layer.
3. The photosensor system according to claim 2, wherein:
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