JP5443793B2 - 赤外線固体撮像素子 - Google Patents
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Description
本発明の第1実施形態による赤外線固体撮像素子の構成を図1に示す。本実施形態の赤外線固体撮像素子1は半導体基板(図示せず)上に形成され、マトリクス状に配列された画素を含む撮像領域10と、読み出し回路30と、行選択回路40と、列選択回路42と、を備えている。
Vdd−Vref+ΔVref
で与えられ、ΔVrefは、
(δVref(1)2+δVref(2)2+…+δVref(n)2)1/2/n
と表される。ここでnは無感度画素の総数である。例えば、各無感度画素に対してばらつき及び時間変動ノイズδVref(i)が同等の10μVであるとすると、n=1の場合は、ΔVref=10μVとなり、n=100の場合は、ΔVref=1μVとなって、nの平方根に逆比例してノイズ電圧が下がっていく。すなわち、無感度画素を多数接続すればするほど、参照電位のSN比、または安定性が向上していく。
本発明の第2実施形態による赤外線固体撮像素子について図9を参照して説明する。本実施形態の赤外線固体撮像素子は、第1実施形態の赤外線固体撮像素子とは、無感度画素の配置のみが異なっている。
A22=(A21+A12+A32+A23)÷6+(A11+A31+A13+A33)÷12
となるように計算を行えばよい。例えばA21=80、A12=84、A32=77、A23=88、A11=68、A31=76、A13=90、A33=76である場合は、A22=81となる。上記補間式は、縦方向および横方向に位置する有感度画素の信号値は、対角方向に位置する有感度画素の信号値の2倍の重みをつけて加重平均したものである。
11 無感度画素(熱的無感度画素)
11A 無感度画素(光学的無感度画素)
111、112 無感度画素
12 有感度画素
1211、1212、1221、1222 有感度画素
13 熱電変換部
13A 反射部
14 ダイオード
161、162 行選択線
181、182 垂直信号線(信号線)
19 参照電位線
30 読み出し回路
311、312 差動増幅回路
341、342 列選択トランジスタ
38 水平信号線
40 行選択回路
411、412 負荷トランジスタ
42 列選択回路
511〜514 負荷トランジスタ
101 支持基板
102 埋め込み絶縁層
110 凹部
120 配線
124 赤外線吸収膜
130a、130b 支持構造部
132a、132b 接続配線
134a、134b 絶縁膜
140a、140b 支持構造部
142a、142b 接続配線
144a、144b 絶縁膜
150 赤外線反射膜
300 有感度画素領域
500 無感度画素領域(参照画素領域)
501 サブ領域
Claims (8)
- 半導体基板と、
前記半導体基板上に、入射赤外線を検出する複数の赤外線検出画素がマトリクス状に配列された有感度画素領域と、複数の参照画素が設けられる参照画素領域と、を備える撮像領域であって、各赤外線検出画素は前記入射赤外線を吸収して熱に変換する赤外線吸収膜と、この赤外線吸収膜によって変換された熱を電気信号に変換する第1熱電変換素子と、を有する熱電変換部を有し、各参照画素は、第2熱電変換素子を有している、撮像領域と、
前記撮像領域内に、前記赤外線検出画素の各行に対応して設けられ、それぞれが対応する行の前記赤外線検出画素の前記第1熱電変換素子の一端に接続されて前記対応する行の赤外線検出画素を選択する、複数の行選択線と、
前記撮像領域内に、前記赤外線検出画素の各列に対応して設けられ、それぞれが対応する列の前記赤外線検出画素の前記第1熱電変換素子の他端に接続されて前記対応する列の赤外線検出画素からの電気信号を信号電位として読み出すための複数の信号線と、
前記複数の参照画素のそれぞれの前記第2熱電変換素子の一端が接続される参照電位線と、
前記複数の参照画素のそれぞれに対応して設けられた複数の定電流源であって、各定電流源は、対応する前記参照画素の前記第2熱電変換素子の前記一端に接続される、複数の定電流源と、
前記複数の参照画素のそれぞれの前記第2熱電変換素子の他端が接続される定電圧源と、
各前記信号線に対応して設けられた複数の増幅器であって、各増幅器は対応する前記信号線から読み出された前記信号電位と、前記参照電位線からの、前記複数の参照画素の出力の平均電位である参照電位との差を増幅する複数の増幅器と、
を備えていることを特徴とする赤外線固体撮像素子。 - 前記参照画素領域は、前記複数の赤外線検出画素がマトリクス状に配列された前記有感度画素領域の少なくとも2辺を取り囲むように配置されていることを特徴とする請求項1記載の赤外線固体撮像素子。
- 前記参照画素領域は、前記参照画素毎に設けられたサブ領域を有しており、各前記サブ領域は、前記有感度画素領域内に、前記サブ領域の前記参照画素が1個の赤外線検出画素と置き換わるように設けられることを特徴とする請求項1記載の赤外線固体撮像素子。
- 前記半導体基板の表面部分には、前記複数の赤外線検出画素に対応してマトリクス状に配列された複数の凹部が形成され、前記赤外線検出画素のぞれぞれは、前記熱電変換部を対応する凹部の上方に支持する第1および第2支持構造部を更に有し、前記第1支持構造部は一端が対応する前記赤外線検出画素の前記熱電変換素子の一端に接続され、他端が対応する前記赤外線検出画素が接続する前記行選択線に接続される第1接続配線を有し、前記第2支持構造部は一端が対応する前記赤外線検出画素の前記熱電変換素子の他端に接続され、他端が対応する前記赤外線検出画素が接続する前記信号線に接続される第2接続配線を有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の赤外線固体撮像素子。
- 前記参照画素は、前記入射赤外線の熱に感度を有しない熱的無感度画素であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の赤外線固体撮像素子。
- 前記参照画素は、前記第2熱電変換素子を覆うように形成され前記入射赤外線を反射する赤外線反射膜を有している光学的無感度画素であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の赤外線固体撮像素子。
- 前記第1および第2熱電変換素子は直列に接続されたダイオードであることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の赤外線固体撮像素子。
- 前記第1および第2熱電変換素子は直列に接続された抵抗体であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の赤外線固体撮像素子。
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