JP3265676B2 - フォトセンサシステム - Google Patents
フォトセンサシステムInfo
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Description
【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、１つのフォトセンサにセンサ機能と
選択トランジスタの機能を兼用させたフォトセンサを直
列に接続して、高密度化を図ったフォトセンサシステム
に関する。
に関し、詳しくは、１つのフォトセンサにセンサ機能と
選択トランジスタの機能を兼用させたフォトセンサを直
列に接続して、高密度化を図ったフォトセンサシステム
に関する。
【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。
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】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。
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】
【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り、フォトセンサシ
ステム自体が大型化して、画素の高密度化の障害になる
という問題があった。
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り、フォトセンサシ
ステム自体が大型化して、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、本発明は、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とともに、信号
線毎にフォトセンサのソース電極とドレイン電極とを直
列に接続することにより、従来の選択トランジスタ無く
してフォトセンサセルを小さくするとともに、フォトセ
ンサシステム自体を小型化し、画素を高密度化させるこ
とのできる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。
ォトセンサ機能と選択機能とを持たせるとともに、信号
線毎にフォトセンサのソース電極とドレイン電極とを直
列に接続することにより、従来の選択トランジスタ無く
してフォトセンサセルを小さくするとともに、フォトセ
ンサシステム自体を小型化し、画素を高密度化させるこ
とのできる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。
【０００６】
【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、半導体層を挟んで、ソース電極とドレイン電
極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フォトセンサを複数個備えたフォ
トセンサシステムであって、前記複数のフォトセンサの
うち信号線に沿って配設された相隣接するフォトセンサ
のソース電極とドレイン電極とを直列に接続し、前記各
フォトセンサの光照射側のゲート電極に印加する電圧を
制御して前記各フォトセンサが順次センス状態になるよ
うに制御するセンス状態制御手段と、前記各フォトセン
サの光照射側のゲート電極に相対向するゲート電極に印
加する電圧を制御して前記複数のフォトセンサの選択及
び非選択の状態を制御する選択制御手段と、を備えるこ
とにより、上記目的を達成している。
ステムは、半導体層を挟んで、ソース電極とドレイン電
極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フォトセンサを複数個備えたフォ
トセンサシステムであって、前記複数のフォトセンサの
うち信号線に沿って配設された相隣接するフォトセンサ
のソース電極とドレイン電極とを直列に接続し、前記各
フォトセンサの光照射側のゲート電極に印加する電圧を
制御して前記各フォトセンサが順次センス状態になるよ
うに制御するセンス状態制御手段と、前記各フォトセン
サの光照射側のゲート電極に相対向するゲート電極に印
加する電圧を制御して前記複数のフォトセンサの選択及
び非選択の状態を制御する選択制御手段と、を備えるこ
とにより、上記目的を達成している。
【０００７】また、前記直列に接続されたフォトセンサ
のソース電極あるいはドレイン電極に直列に接続され、
該直列に接続されたフォトセンサの出力をオン／オフす
る選択手段を設けることにより、上記目的を達成してい
る。
のソース電極あるいはドレイン電極に直列に接続され、
該直列に接続されたフォトセンサの出力をオン／オフす
る選択手段を設けることにより、上記目的を達成してい
る。
【０００８】上記各場合において、前記センス状態制御
手段は、例えば、前記光照射側のゲート電極に印加する
電圧を制御して前記フォトセンサのセット及びリセット
状態をも制御するものであってもよい。
手段は、例えば、前記光照射側のゲート電極に印加する
電圧を制御して前記フォトセンサのセット及びリセット
状態をも制御するものであってもよい。
【０００９】
【作用】このようなフォトセンサを備えたフォトセンサ
システムは、その複数のフォトセンサのうち信号線に沿
って配設された相隣接するフォトセンサのソース電極と
ドレイン電極が直列に接続され、また半導体層を挟んで
その一方側に配置された光照射側のゲート電極に印加す
る電圧を制御して前記フォトセンサのセンス状態を制御
し、この各フォトセンサのゲート電極に印加する電圧を
制御して、前記フォトセンサの選択及び非選択の状態を
制御しているので、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とを兼ね備えさせることがで
き、従来の別個に形成して配設されたフォトセンサを選
択するための選択トランジスタを取り除くことができる
とともに、信号線に沿って相隣接するフォトセンサのソ
ース電極とドレイン電極を直列接続しているので、配線
面積や接続点数を削減することができる。その結果、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
を高密度化させることができる。
システムは、その複数のフォトセンサのうち信号線に沿
って配設された相隣接するフォトセンサのソース電極と
ドレイン電極が直列に接続され、また半導体層を挟んで
その一方側に配置された光照射側のゲート電極に印加す
る電圧を制御して前記フォトセンサのセンス状態を制御
し、この各フォトセンサのゲート電極に印加する電圧を
制御して、前記フォトセンサの選択及び非選択の状態を
制御しているので、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とを兼ね備えさせることがで
き、従来の別個に形成して配設されたフォトセンサを選
択するための選択トランジスタを取り除くことができる
とともに、信号線に沿って相隣接するフォトセンサのソ
ース電極とドレイン電極を直列接続しているので、配線
面積や接続点数を削減することができる。その結果、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
を高密度化させることができる。
【００１０】また、前記直列に接続されたフォトセンサ
のソース電極あるいはドレイン電極に直列に接続され、
該直列に接続されたフォトセンサの出力をオン／オフす
る選択手段を設けているので、複数のフォトセンサをマ
トリックス状に配設した場合においても、選択手段をオ
ン／オフすることより、データライン毎にそのフォトセ
ンサの出力を容易に取り出すことができる。
のソース電極あるいはドレイン電極に直列に接続され、
該直列に接続されたフォトセンサの出力をオン／オフす
る選択手段を設けているので、複数のフォトセンサをマ
トリックス状に配設した場合においても、選択手段をオ
ン／オフすることより、データライン毎にそのフォトセ
ンサの出力を容易に取り出すことができる。
【００１１】さらに、光照射側のゲート電極に印加する
電圧を制御して前記フォトセンサのセットとリセット状
態をも制御しているので、前回の蓄積電荷を直ちに放出
でき、光照射量を連続的に検出することができる。
電圧を制御して前記フォトセンサのセットとリセット状
態をも制御しているので、前回の蓄積電荷を直ちに放出
でき、光照射量を連続的に検出することができる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
【００１３】図１〜図５は、フォトセンサシステムの一
実施例を示す図であり、図１はそのフォトセンサシステ
ムに使用されるフォトセンサの側面断面図、図２は図１
のフォトセンサの等価回路、図３は図１のフォトセンサ
の各電極に印加する電圧とその状態変化の説明図、図４
は図３の電圧印加状態における出力特性を示す特性曲線
図、図５はフォトセンサを適用したセンサアレイの一例
の一部を示す等価回路図である。
実施例を示す図であり、図１はそのフォトセンサシステ
ムに使用されるフォトセンサの側面断面図、図２は図１
のフォトセンサの等価回路、図３は図１のフォトセンサ
の各電極に印加する電圧とその状態変化の説明図、図４
は図３の電圧印加状態における出力特性を示す特性曲線
図、図５はフォトセンサを適用したセンサアレイの一例
の一部を示す等価回路図である。
【００１４】図１において、フォトセンサ１は、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。
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。
【００１５】すなわち、フォトトランジスタ１は、ガラ
ス等からなる透明な絶縁性基板２上に、クロム（Ｃｒ）
等からなるボトムゲート電極３が形成されており、この
ボトムゲート電極（ＢＧ）３及び絶縁性基板２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４が形成されている。このボトムゲート絶縁膜４
は、Ｓｉ／Ｎ組成比が「１」よりも大きいＳｉリッチな
ＳｉxＮ1-xを使用してもよい。
ス等からなる透明な絶縁性基板２上に、クロム（Ｃｒ）
等からなるボトムゲート電極３が形成されており、この
ボトムゲート電極（ＢＧ）３及び絶縁性基板２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４が形成されている。このボトムゲート絶縁膜４
は、Ｓｉ／Ｎ組成比が「１」よりも大きいＳｉリッチな
ＳｉxＮ1-xを使用してもよい。
【００１６】上記ボトムゲート電極（ＢＧ）３上には、
ボトムゲート電極（ＢＧ）３と対向する位置に、半導体
層５が形成されており、半導体層５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５を挟んで、該半導体層５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）６及びドレイン電極（Ｄ）７が形成されてお
り、これらソース電極（Ｓ）６及びドレイン電極（Ｄ）
７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８、９を介して
半導体層５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）ＢＴｒが構
成されている。
ボトムゲート電極（ＢＧ）３と対向する位置に、半導体
層５が形成されており、半導体層５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５を挟んで、該半導体層５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）６及びドレイン電極（Ｄ）７が形成されてお
り、これらソース電極（Ｓ）６及びドレイン電極（Ｄ）
７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８、９を介して
半導体層５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）ＢＴｒが構
成されている。
【００１７】上記ソース電極（Ｓ）６とドレイン電極
（Ｄ）７及び半導体層５のソース電極（Ｓ）６とドレイ
ン電極（Ｄ）７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１０により覆われており、トッ
プゲート絶縁膜１０上には、前記ボトムゲート電極（Ｂ
Ｇ）３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）１１が形成されている。トップ
ゲート電極（ＴＧ）１１は、後述する電子−正孔対を発
生するために半導体層５のチャンネル領域のみでなく、
図１に示すように、ｎ+ シリコン層８、９上部面も覆う
大きさに形成することが望ましい。そして、図示しない
が、このトップゲート電極（ＴＧ）１１及びトップゲー
ト絶縁膜１０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、保護している。
上記トップゲート電極（ＴＧ）１１、トップゲート絶縁
膜１０、半導体層５、ソース電極（Ｓ）６及びドレイン
電極（Ｄ）７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）ＴＴｒが形成されている。
（Ｄ）７及び半導体層５のソース電極（Ｓ）６とドレイ
ン電極（Ｄ）７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１０により覆われており、トッ
プゲート絶縁膜１０上には、前記ボトムゲート電極（Ｂ
Ｇ）３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）１１が形成されている。トップ
ゲート電極（ＴＧ）１１は、後述する電子−正孔対を発
生するために半導体層５のチャンネル領域のみでなく、
図１に示すように、ｎ+ シリコン層８、９上部面も覆う
大きさに形成することが望ましい。そして、図示しない
が、このトップゲート電極（ＴＧ）１１及びトップゲー
ト絶縁膜１０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、保護している。
上記トップゲート電極（ＴＧ）１１、トップゲート絶縁
膜１０、半導体層５、ソース電極（Ｓ）６及びドレイン
電極（Ｄ）７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）ＴＴｒが形成されている。
【００１８】このフォトセンサ１は、本実施例では、図
１に示すように、トップゲート電極（ＴＧ）１１側から
照射光Ａが照射され、この照射光Ａがトップゲート電極
（ＴＧ）１１及びトップゲート絶縁膜１０を透過して、
半導体層５に照射される。なお、フォトセンサ１は、上
記構成からも明らかなように、照射光Ａをトップゲート
電極１側から照射するものに限定されるものではなく、
ボトムゲート電極（ＢＧ）３側から照射するようにして
も、以降に説明する動作を、同様に行なわせることがで
きる。
１に示すように、トップゲート電極（ＴＧ）１１側から
照射光Ａが照射され、この照射光Ａがトップゲート電極
（ＴＧ）１１及びトップゲート絶縁膜１０を透過して、
半導体層５に照射される。なお、フォトセンサ１は、上
記構成からも明らかなように、照射光Ａをトップゲート
電極１側から照射するものに限定されるものではなく、
ボトムゲート電極（ＢＧ）３側から照射するようにして
も、以降に説明する動作を、同様に行なわせることがで
きる。
【００１９】このフォトセンサ１は、例えば、ボトムゲ
ート電極（ＢＧ）が１０００‰（オングストローム）、
ボトムゲート絶縁膜４が２０００‰、半導体層５が１５
００‰、ソース電極（Ｓ）及びドレイン電極（Ｄ）が５
００‰、オームコンタクト層８、９が２５０‰、トップ
ゲート絶縁膜１０が２０００‰、トップゲート電極（Ｔ
Ｇ）が５００‰及びオーバーコート膜が４０００‰に形
成されており、半導体層５上のソース電極（Ｓ）とドレ
イン電極（Ｄ）との間隔が、７μｍに形成されている。
ート電極（ＢＧ）が１０００‰（オングストローム）、
ボトムゲート絶縁膜４が２０００‰、半導体層５が１５
００‰、ソース電極（Ｓ）及びドレイン電極（Ｄ）が５
００‰、オームコンタクト層８、９が２５０‰、トップ
ゲート絶縁膜１０が２０００‰、トップゲート電極（Ｔ
Ｇ）が５００‰及びオーバーコート膜が４０００‰に形
成されており、半導体層５上のソース電極（Ｓ）とドレ
イン電極（Ｄ）との間隔が、７μｍに形成されている。
【００２０】このように、フォトセンサ１は、逆スタガ
ー型薄膜トランジスタＢＴｒとコプラナー型薄膜トラン
ジスタＴＴｒとを組み合わせた構成となっており、その
等価回路は、図２のように示すことができる。
ー型薄膜トランジスタＢＴｒとコプラナー型薄膜トラン
ジスタＴＴｒとを組み合わせた構成となっており、その
等価回路は、図２のように示すことができる。
【００２１】次に、このフォトセンサ１の動作を説明す
る。
る。
【００２２】フォトセンサ１は、図３に示すように、ボ
トムゲート電極（ＢＧ）に印加する電圧とトップゲート
電極（ＴＧ）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。
トムゲート電極（ＢＧ）に印加する電圧とトップゲート
電極（ＴＧ）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。
【００２３】すなわち、図３の（Ｃ）及び（Ｄ）に示す
ように、フォトセンサ１のボトムゲート電極（ＢＧ）に
正電圧、例えば、＋１０［Ｖ］を印加すると、半導体層
５にｎチャンネルが形成される。ここで、ソース電極
（Ｓ）−ドレイン電極（Ｄ）間に正電圧、例えば、＋１
０［Ｖ］を印加すると、ソース電極（Ｓ）側から電子が
供給され、電流が流れる。この状態で、図３（Ｄ）に示
すように、トップゲート電極（ＴＧ）にボトムゲート電
極（ＢＧ）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］を印加すると、トッ
プゲート電極（ＴＧ）からの電界がボトムゲート電極
（ＢＧ）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５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）側から照射光Ａが照射されると、
半導体層５のトップゲート電極（ＴＧ）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）
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）の電界を打ち消す。このため、半導体層５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）−ドレイン電極
（Ｄ）間に流れる電流（以下ドレイン電流）ＩDSは、照
射光Ａにより誘起された正孔の数に応じて、すなわち照
射光Ａの光量に応じて変化する。
ように、フォトセンサ１のボトムゲート電極（ＢＧ）に
正電圧、例えば、＋１０［Ｖ］を印加すると、半導体層
５にｎチャンネルが形成される。ここで、ソース電極
（Ｓ）−ドレイン電極（Ｄ）間に正電圧、例えば、＋１
０［Ｖ］を印加すると、ソース電極（Ｓ）側から電子が
供給され、電流が流れる。この状態で、図３（Ｄ）に示
すように、トップゲート電極（ＴＧ）にボトムゲート電
極（ＢＧ）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］を印加すると、トッ
プゲート電極（ＴＧ）からの電界がボトムゲート電極
（ＢＧ）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５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）側から照射光Ａが照射されると、
半導体層５のトップゲート電極（ＴＧ）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）
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）の電界を打ち消す。このため、半導体層５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）−ドレイン電極
（Ｄ）間に流れる電流（以下ドレイン電流）ＩDSは、照
射光Ａにより誘起された正孔の数に応じて、すなわち照
射光Ａの光量に応じて変化する。
【００２４】このように、フォトセンサ１は、トップゲ
ート電極（ＴＧ）からの電界がボトムゲート電極（Ｂ
Ｇ）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ＩDSを極めて小さく、例えば、１０-14 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（明時）のドレイン電流ＩDSと光無照射
時（暗時）のドレイン電流ＩDS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。
ート電極（ＴＧ）からの電界がボトムゲート電極（Ｂ
Ｇ）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ＩDSを極めて小さく、例えば、１０-14 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（明時）のドレイン電流ＩDSと光無照射
時（暗時）のドレイン電流ＩDS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。
【００２５】また、フォトセンサ１は、図３（Ｃ）に示
すように、ボトムゲート電極（ＢＧ）に、正電圧（＋１
０［Ｖ］）を印加した状態で、トップゲート電極（Ｔ
Ｇ）を、例えば、０［Ｖ］にすると、半導体層５とトッ
プゲート絶縁膜１０との間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１は、連続使用され
ると、トップゲート絶縁膜１０と半導体層５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）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、
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）に０［Ｖ］を印加し、この正孔
を吐き出させて、リセットする。
すように、ボトムゲート電極（ＢＧ）に、正電圧（＋１
０［Ｖ］）を印加した状態で、トップゲート電極（Ｔ
Ｇ）を、例えば、０［Ｖ］にすると、半導体層５とトッ
プゲート絶縁膜１０との間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１は、連続使用され
ると、トップゲート絶縁膜１０と半導体層５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）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、
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）に０［Ｖ］を印加し、この正孔
を吐き出させて、リセットする。
【００２６】さらに、フォトセンサ１は、図３（Ａ）及
び図３（Ｂ）に示すように、ボトムゲート電極（ＢＧ）
に、正電圧を印加していないときには、半導体層５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１は、ボトムゲート電極（ＢＧ）
に印加する電圧（以下、ボトムゲート電圧）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、図３
（Ａ）に示すように、トップゲート電極（ＴＧ）に０
［Ｖ］を印加すると、上記同様に、半導体層５とトップ
ゲート絶縁膜１０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。
び図３（Ｂ）に示すように、ボトムゲート電極（ＢＧ）
に、正電圧を印加していないときには、半導体層５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１は、ボトムゲート電極（ＢＧ）
に印加する電圧（以下、ボトムゲート電圧）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、図３
（Ａ）に示すように、トップゲート電極（ＴＧ）に０
［Ｖ］を印加すると、上記同様に、半導体層５とトップ
ゲート絶縁膜１０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。
【００２７】次に、上記動作のうち選択状態にあるとき
の動作を、トップゲート電極（ＴＧ）に印加する電圧
（以下、トップゲート電圧）ＶTGを変化させたときのド
レイン電流特性曲線を示す図４を用いて、説明する。な
お、図４は、図３の（Ｃ）および（Ｄ）に示すように、
ボトムゲート電圧ＶBGとして＋１０［Ｖ］を印加した状
態で、照射光Ａの光量をパラメータとして、トップゲー
ト電圧ＶTGを変化させたときのドレイン電流ＩDSの特性
を示している。
の動作を、トップゲート電極（ＴＧ）に印加する電圧
（以下、トップゲート電圧）ＶTGを変化させたときのド
レイン電流特性曲線を示す図４を用いて、説明する。な
お、図４は、図３の（Ｃ）および（Ｄ）に示すように、
ボトムゲート電圧ＶBGとして＋１０［Ｖ］を印加した状
態で、照射光Ａの光量をパラメータとして、トップゲー
ト電圧ＶTGを変化させたときのドレイン電流ＩDSの特性
を示している。
【００２８】すなわち、図３（Ｃ）及び図３（Ｄ）に示
す状態において、２３００ルックス（ｌｘ）の光量の照
射光Ａを照射したときには、図４にドレイン電流特性曲
線Ｔ１で示すように、トップゲート電圧ＶTGが変化して
も、常に、１μＡ（マイクロアンペア）以上のドレイン
電流ＩDSが流れる。また、４００ルックスの光量の照射
光Ａを照射したときには、図４にドレイン電流特性曲線
Ｔ２で示すように、トップゲート電圧ＶTGが０［Ｖ］か
ら−１２［Ｖ］程度の間では、１μＡ以上のドレイン電
流ＩDSが流れ、トップゲート電圧ＶTGが−１２［Ｖ］を
過ぎると、ドレイン電流ＩDSは多少減少するものの、
０．１μＡ以上の電流が、常に流れる。すなわち、４０
０ルックス（ｌｘ）以上の光量の照射光Ａが照射される
明時には、常に、０．１μＡ以上のドレイン電流ＩDSが
流れる。
す状態において、２３００ルックス（ｌｘ）の光量の照
射光Ａを照射したときには、図４にドレイン電流特性曲
線Ｔ１で示すように、トップゲート電圧ＶTGが変化して
も、常に、１μＡ（マイクロアンペア）以上のドレイン
電流ＩDSが流れる。また、４００ルックスの光量の照射
光Ａを照射したときには、図４にドレイン電流特性曲線
Ｔ２で示すように、トップゲート電圧ＶTGが０［Ｖ］か
ら−１２［Ｖ］程度の間では、１μＡ以上のドレイン電
流ＩDSが流れ、トップゲート電圧ＶTGが−１２［Ｖ］を
過ぎると、ドレイン電流ＩDSは多少減少するものの、
０．１μＡ以上の電流が、常に流れる。すなわち、４０
０ルックス（ｌｘ）以上の光量の照射光Ａが照射される
明時には、常に、０．１μＡ以上のドレイン電流ＩDSが
流れる。
【００２９】また、同様に、図３（Ｃ）及び図３（Ｄ）
に示す状態において、１ルックスの光量のときには、図
４にドレイン電流特性曲線Ｄ１で示すように、トップゲ
ート電圧ＶTGが０［Ｖ］であると、１μＡ以上のドレイ
ン電流ＩDSが流れるが、トップゲート電圧ＶTGが−１２
［Ｖ］以下になると、ドレイン電流ＩDSは、急激に減少
し、トップゲート電圧ＶTGが−１６［Ｖ］以下になる
と、ドレイン電流ＩDSは、１ｐＡ（ピコアンペア）以下
になる。また、１６ルックスの光量のときには、図４に
ドレイン電流特性曲線Ｄ２で示すように、トップゲート
電圧ＶTGが０［Ｖ］であると、１μＡ以上のドレイン電
流ＩDSが流れるが、トップゲート電圧ＶTGが−１２
［Ｖ］以下になると、急激に減少し、トップゲート電圧
ＶTGが−１７［Ｖ］以下になると、ドレイン電流Ｉ
DSは、１ｐＡ以下になる。
に示す状態において、１ルックスの光量のときには、図
４にドレイン電流特性曲線Ｄ１で示すように、トップゲ
ート電圧ＶTGが０［Ｖ］であると、１μＡ以上のドレイ
ン電流ＩDSが流れるが、トップゲート電圧ＶTGが−１２
［Ｖ］以下になると、ドレイン電流ＩDSは、急激に減少
し、トップゲート電圧ＶTGが−１６［Ｖ］以下になる
と、ドレイン電流ＩDSは、１ｐＡ（ピコアンペア）以下
になる。また、１６ルックスの光量のときには、図４に
ドレイン電流特性曲線Ｄ２で示すように、トップゲート
電圧ＶTGが０［Ｖ］であると、１μＡ以上のドレイン電
流ＩDSが流れるが、トップゲート電圧ＶTGが−１２
［Ｖ］以下になると、急激に減少し、トップゲート電圧
ＶTGが−１７［Ｖ］以下になると、ドレイン電流Ｉ
DSは、１ｐＡ以下になる。
【００３０】したがって、フォトセンサ１は、図３に示
したように、トップゲート電圧ＶTGを、例えば、０
［Ｖ］と−２０［Ｖ］とに制御することにより、非照射
時（暗時）において、ドレイン電流ＩDSが１μＡ以上の
値と１ｐＡ以下の値とに変化し、トップゲート電圧ＶTG
を−２０［Ｖ］に設定した状態で、ドレイン電流Ｉ
DSを、光無照射時には、１ｐＡとし、光照射時には、１
μＡ以上とすることができる。その結果、トップゲート
電圧ＶTGを０［Ｖ］と−２０［Ｖ］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
るとともに、光照射時と光無照射時とのドレイン電流Ｉ
DSの比は、１０6 倍以上となり、照射光Ａの照射量をＳ
／Ｎ比で１２０ｄＢ以上の高感度で読み出すことができ
る。また、ボトムゲート電圧ＶBGを、例えば、０［Ｖ］
と＋１０［Ｖ］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及びボトムゲート電圧ＶBGを制御するこ
とにより、フォトセンサ１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。
したように、トップゲート電圧ＶTGを、例えば、０
［Ｖ］と−２０［Ｖ］とに制御することにより、非照射
時（暗時）において、ドレイン電流ＩDSが１μＡ以上の
値と１ｐＡ以下の値とに変化し、トップゲート電圧ＶTG
を−２０［Ｖ］に設定した状態で、ドレイン電流Ｉ
DSを、光無照射時には、１ｐＡとし、光照射時には、１
μＡ以上とすることができる。その結果、トップゲート
電圧ＶTGを０［Ｖ］と−２０［Ｖ］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
るとともに、光照射時と光無照射時とのドレイン電流Ｉ
DSの比は、１０6 倍以上となり、照射光Ａの照射量をＳ
／Ｎ比で１２０ｄＢ以上の高感度で読み出すことができ
る。また、ボトムゲート電圧ＶBGを、例えば、０［Ｖ］
と＋１０［Ｖ］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及びボトムゲート電圧ＶBGを制御するこ
とにより、フォトセンサ１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。
【００３１】したがって、このフォトセンサ１をセンサ
アレイに適用する場合、図５に示すように、このフォト
センサ１がフォトセンサとしての機能と選択トランジス
タとしての機能とを兼ね備えていることを利用して、１
データラインの各フォトセンサ１を直列に接続して使用
する。
アレイに適用する場合、図５に示すように、このフォト
センサ１がフォトセンサとしての機能と選択トランジス
タとしての機能とを兼ね備えていることを利用して、１
データラインの各フォトセンサ１を直列に接続して使用
する。
【００３２】すなわち、センサアレイに適用する場合、
多数のフォトセンサ１をマトリックス状に配し、そのデ
ータライン（信号線）毎に相隣接する各フォトセンサ１
のソース電極（Ｓ）−ドレイン電極（Ｄ）を直列に接続
するとともに、そのボトムゲート電極（ＢＧ）を共通接
続して、いわゆるＮＡＮＤ構成とする。そして、この直
列接続された最終段のフォトセンサ１のソース電極
（Ｓ）を接地し、初段のフォトセンサのドレイン電極
（Ｄ）に、コラムスイッチ２０を接続した構成とする。
なお、このコラムスイッチ２０は、単純なスイッチ特性
を有しているものであれば、どの様なものであってもよ
い。
多数のフォトセンサ１をマトリックス状に配し、そのデ
ータライン（信号線）毎に相隣接する各フォトセンサ１
のソース電極（Ｓ）−ドレイン電極（Ｄ）を直列に接続
するとともに、そのボトムゲート電極（ＢＧ）を共通接
続して、いわゆるＮＡＮＤ構成とする。そして、この直
列接続された最終段のフォトセンサ１のソース電極
（Ｓ）を接地し、初段のフォトセンサのドレイン電極
（Ｄ）に、コラムスイッチ２０を接続した構成とする。
なお、このコラムスイッチ２０は、単純なスイッチ特性
を有しているものであれば、どの様なものであってもよ
い。
【００３３】このような構成において、上述のように、
直列接続された各フォトセンサ１のトップゲート電圧Ｖ
TGを制御することにより、各フォトセンサ１の選択状態
及び非選択状態を制御することができ、また、そのとき
のボトムゲート電圧ＶBGを制御することより、センス状
態及びリセット状態を制御することができる。
直列接続された各フォトセンサ１のトップゲート電圧Ｖ
TGを制御することにより、各フォトセンサ１の選択状態
及び非選択状態を制御することができ、また、そのとき
のボトムゲート電圧ＶBGを制御することより、センス状
態及びリセット状態を制御することができる。
【００３４】すなわち、ボトムゲート電圧ＶBGでデータ
ラインの選択を行ない、トップゲート電圧ＶTGでそのデ
ータラインの各フォトセンサ１を順次センスさせて、コ
ラムスイッチ２０をオンすることより、当該選択したデ
ータラインの各フォトセンサ１の出力を順次コラムスイ
ッチ２０を介して取り出すことができる。
ラインの選択を行ない、トップゲート電圧ＶTGでそのデ
ータラインの各フォトセンサ１を順次センスさせて、コ
ラムスイッチ２０をオンすることより、当該選択したデ
ータラインの各フォトセンサ１の出力を順次コラムスイ
ッチ２０を介して取り出すことができる。
【００３５】この場合、直列接続されたフォトセンサ１
の直列抵抗は、直列接続されたフォトセンサ１の数（図
５の場合、４個）にフォトセンサ１の内部抵抗値を乗算
した抵抗値となるが、このようにして直列接続された各
フォトセンサ１は、それぞれ上述の図４に示すドレイン
電流ＩDSの値から分るように、その内部抵抗が、トップ
ゲート電圧ＶTGが０［Ｖ］であるリセット時や光照射時
（明時）では、１０メガオーム（ＭΩ）程度であるのに
対して、光無照射時（暗時）では、１０テラオーム（Ｔ
Ω）程度であるため、選択されたフォトセンサ１のセン
ス状態の明時及びリセット状態の内部抵抗と暗時の内部
抵抗との比は、１０6倍となる。そのため、トップゲー
ト電圧ＶTGによりセンスされたフォトセンサ１の光照射
量を１２０ｄＢ以上の高感度で読み出すことができる。
の直列抵抗は、直列接続されたフォトセンサ１の数（図
５の場合、４個）にフォトセンサ１の内部抵抗値を乗算
した抵抗値となるが、このようにして直列接続された各
フォトセンサ１は、それぞれ上述の図４に示すドレイン
電流ＩDSの値から分るように、その内部抵抗が、トップ
ゲート電圧ＶTGが０［Ｖ］であるリセット時や光照射時
（明時）では、１０メガオーム（ＭΩ）程度であるのに
対して、光無照射時（暗時）では、１０テラオーム（Ｔ
Ω）程度であるため、選択されたフォトセンサ１のセン
ス状態の明時及びリセット状態の内部抵抗と暗時の内部
抵抗との比は、１０6倍となる。そのため、トップゲー
ト電圧ＶTGによりセンスされたフォトセンサ１の光照射
量を１２０ｄＢ以上の高感度で読み出すことができる。
【００３６】このように、フォトセンサ１自体にフォト
センサとしての機能と選択トランジスタとしての機能と
を兼ね備えているので、従来の別個に形成して配設され
たフォトセンサを選択するための選択トランジスタを取
り除くことができるとともに、信号線に沿って相隣接す
るフォトセンサのソース電極とドレイン電極を直列接続
しているので、配線面積や接続点数を削減することがで
きる。その結果、フォトセンサシステム自体を小型化す
ることができ、画素を高密度化させることができる。
センサとしての機能と選択トランジスタとしての機能と
を兼ね備えているので、従来の別個に形成して配設され
たフォトセンサを選択するための選択トランジスタを取
り除くことができるとともに、信号線に沿って相隣接す
るフォトセンサのソース電極とドレイン電極を直列接続
しているので、配線面積や接続点数を削減することがで
きる。その結果、フォトセンサシステム自体を小型化す
ることができ、画素を高密度化させることができる。
【００３７】なお、図５では、説明を簡単にするために
フォトセンサ１を４個だけ直列に接続しているが、これ
に限るものではなく、通常のセンサアレイに使用される
個数のフォトセンサ１を直列に接続しても充分に高感度
の出力を得ることができ、例え１万個のフォトセンサ１
を直列に接続しても、光照射時やリセット状態のフォト
センサ１の内部抵抗の合計は、１０5 ＭΩ（１０4 ×１
０＝１０5 ＭΩ）であり、光無照射時のフォトセンサ１
の内部抵抗との比は、１０2あるので、４０ｄＢの感度
を得ることができる。
フォトセンサ１を４個だけ直列に接続しているが、これ
に限るものではなく、通常のセンサアレイに使用される
個数のフォトセンサ１を直列に接続しても充分に高感度
の出力を得ることができ、例え１万個のフォトセンサ１
を直列に接続しても、光照射時やリセット状態のフォト
センサ１の内部抵抗の合計は、１０5 ＭΩ（１０4 ×１
０＝１０5 ＭΩ）であり、光無照射時のフォトセンサ１
の内部抵抗との比は、１０2あるので、４０ｄＢの感度
を得ることができる。
【００３８】
【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、その複数のフォトセンサのう
ち信号線に沿って配設された相隣接するフォトセンサの
ソース電極とドレイン電極が直列に接続され、また半導
体層を挟んでその一方側に配置された光照射側のゲート
電極に印加する電圧を制御して前記フォトセンサのセン
ス状態を制御し、この各フォトセンサのゲート電極に印
加する電圧を制御して、前記フォトセンサの選択及び非
選択の状態を制御している。したがって、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とを兼ね
備えさせることができ、従来の別個に形成して配設され
たフォトセンサを選択するための選択トランジスタを取
り除くことができるとともに、信号線に沿って相隣接す
るフォトセンサのソース電極とドレイン電極を直列接続
しているので、配線面積や接続点数を削減することがで
きる。その結果、フォトセンサシステム自体を小型化す
ることができ、画素を高密度化させることができる。
センサシステムによれば、その複数のフォトセンサのう
ち信号線に沿って配設された相隣接するフォトセンサの
ソース電極とドレイン電極が直列に接続され、また半導
体層を挟んでその一方側に配置された光照射側のゲート
電極に印加する電圧を制御して前記フォトセンサのセン
ス状態を制御し、この各フォトセンサのゲート電極に印
加する電圧を制御して、前記フォトセンサの選択及び非
選択の状態を制御している。したがって、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とを兼ね
備えさせることができ、従来の別個に形成して配設され
たフォトセンサを選択するための選択トランジスタを取
り除くことができるとともに、信号線に沿って相隣接す
るフォトセンサのソース電極とドレイン電極を直列接続
しているので、配線面積や接続点数を削減することがで
きる。その結果、フォトセンサシステム自体を小型化す
ることができ、画素を高密度化させることができる。
【００３９】さらに、光照射側のゲート電極に印加する
電圧を制御して前記フォトセンサのセットとリセット状
態をも制御しているので、前回の蓄積電荷を直ちに放出
でき、光照射量を連続的に検出することができる。
電圧を制御して前記フォトセンサのセットとリセット状
態をも制御しているので、前回の蓄積電荷を直ちに放出
でき、光照射量を連続的に検出することができる。
【図１】本発明に係るフォトセンサシステムの一実施例
に適用されるフォトセンサの正面断面図。
に適用されるフォトセンサの正面断面図。
【図２】図１のフォトセンサの等価回路。
【図３】図１のフォトセンサの各電極に印加する電圧と
その状態変化の説明図。
その状態変化の説明図。
【図４】光照射量をパラメータとしてトップゲート電圧
を変化させた場合のドレイン電流の特性を示す特性曲線
図。
を変化させた場合のドレイン電流の特性を示す特性曲線
図。
【図５】図２のフォトセンサを適用したセンサアレイの
一例の一部を示す等価回路図。
一例の一部を示す等価回路図。
【符号の説明】 １ フォトセンサ ２ 絶縁性基板 ３ ボトムゲート電極（ＢＧ） ４ ボトムゲート絶縁膜 ５ 半導体層 ６ ソース電極（Ｓ） ７ ドレイン電極（Ｄ） ８、９ ｎ+ シリコン層 １０ トップゲート絶縁膜 １１ トップゲート電極（ＴＧ） ２０ コラムスイッチ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 27/146 H01L 31/10 H04N 1/028
Claims (3)
- 【請求項１】 半導体層を挟んで、ソース電極とドレイ
ン電極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フォトセンサを複数個備えた
フォトセンサシステムであって、 前記複数のフォトセンサのうち信号線に沿って配設され
た相隣接するフォトセンサのソース電極とドレイン電極
とを直列に接続し、 前記各フォトセンサの光照射側のゲート電極に印加する
電圧を制御して前記各フォトセンサが順次センス状態に
なるように制御するセンス状態制御手段と、 前記各フォトセンサの光照射側のゲート電極に相対向す
るゲート電極に印加する電圧を制御して前記複数のフォ
トセンサの選択及び非選択の状態を制御する選択制御手
段と、 を備えたことを特徴とするフォトセンサシステム。 - 【請求項２】 前記直列に接続されたフォトセンサのソ
ース電極あるいはドレイン電極に直列に接続され、該直
列に接続されたフォトセンサの出力をオン／オフする選
択手段を設けたことを特徴とするフォトセンサシステ
ム。 - 【請求項３】 前記センス状態制御手段は、前記光照射
側のゲート電極に印加する電圧を制御して前記フォトセ
ンサのセット及びリセット状態をも制御することを特徴
とする請求項１記載のフォトセンサシステム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02361893A JP3265676B2 (ja) | 1993-01-18 | 1993-01-18 | フォトセンサシステム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02361893A JP3265676B2 (ja) | 1993-01-18 | 1993-01-18 | フォトセンサシステム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06216359A JPH06216359A (ja) | 1994-08-05 |
| JP3265676B2 true JP3265676B2 (ja) | 2002-03-11 |
Family
ID=12115601
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02361893A Expired - Fee Related JP3265676B2 (ja) | 1993-01-18 | 1993-01-18 | フォトセンサシステム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3265676B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
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|---|---|---|---|---|
| JP3089971B2 (ja) * | 1995-01-20 | 2000-09-18 | カシオ計算機株式会社 | 光電変換素子の駆動方法 |
| JP3289535B2 (ja) * | 1995-02-08 | 2002-06-10 | カシオ計算機株式会社 | 光電変換装置 |
| JP4266656B2 (ja) | 2003-02-14 | 2009-05-20 | キヤノン株式会社 | 固体撮像装置及び放射線撮像装置 |
| JP5068149B2 (ja) * | 2007-11-29 | 2012-11-07 | 株式会社ジャパンディスプレイウェスト | 光センサ素子、光センサ素子の駆動方法、表示装置、および表示装置の駆動方法 |
-
1993
- 1993-01-18 JP JP02361893A patent/JP3265676B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH06216359A (ja) | 1994-08-05 |
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