JP5517411B2 - 赤外線センサ、及び赤外線固体撮像装置 - Google Patents
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Description
1.赤外線固体撮像装置
最初に、本発明の実施の形態における赤外線センサを利用した赤外線固体撮像装置を説明する。図1に、赤外線固体撮像装置の斜視図を示す。赤外線固体撮像装置300は、基板301上に検出器503を複数個配列した検出器アレイ502と、各検出器503が出力した電気信号を処理して外部に出力する信号処理回路509とを備える。検出器503と信号処理回路509は、垂直信号線302および水平信号線303によって接続されている。なお、以下の実施の形態2〜5においても赤外線固体撮像装置の斜視図は図1に示すものと同じである。
本実施形態の赤外線センサは温度に応じて変化する電気信号を出力するものであって、検出器503に形成された電界効果トランジスタと抵抗等の負荷とで構成されるソース接地増幅回路(後述)を含む。図4(a)に、赤外線センサ、すなわち、それを構成するソース接地増幅回路の回路図を示す。ソース接地増幅回路は、電源とグランド間に接続された負荷704と電界効果トランジスタ601の直列回路を含む。電界効果トランジスタ601のみが検出部504上に形成され、負荷704や電源は検出部504以外の部分に形成される。ソース接地された電界効果トランジスタ601が感熱体である。
理想的な定電流源は、外部のインピーダンスに関係無く一定の電流を供給し、かつ、内部のインピーダンスが無限大である。そのため、負荷704が理想的な定電流源の場合、負荷704が抵抗の場合の式(1)から式(6)までは同様に成り立つが、式(7)から式(9)までにおいては、R→∞、かつ、dIds/dT→0として考える必要がある。このとき、出力電圧Voutの温度変化とゲート−ソース間電圧Vgsの関係は、図5(b)に示すようなデルタ関数の特性を示す。
図6を参照して、本実施の形態における赤外線センサの検出器503の製造方法を説明する。図6に、各製造工程における赤外線センサの断面構造の変化を示す。
赤外線センサの別の構成例を示す。なお、本実施の形態の赤外線センサについても図1に示した赤外線固体撮像素子への適用が可能である。本実施の形態において検出器503の平面図、断面図はそれぞれ図2、図3に示したものと同じであり、赤外線センサの温度検出原理も実施の形態1で説明したものと同じである(以下の実施形態でも同様)。
図8(a)に、本実施の形態の赤外線センサを構成するソース接地増幅回路の回路図を示す。ソース接地された電界効果トランジスタ601が感熱体である。この点は実施の形態1のものと同じである。本実施の形態では、実施の形態2と同様に、電界効果トランジスタ601がダイオード接続されているが、電界効果トランジスタ601のドレイン-ゲート間に降圧回路602を配置している点が実施の形態2と異なる。
図10(a)に、本実施の形態の赤外線センサを構成するソース接地増幅回路の回路図を示す。ソース接地された電界効果トランジスタ601が感熱体である。この点は実施の形態1と同じである。
図12(a)に、本実施の形態の赤外線センサを構成するソース接地増幅回路の回路図を示す。ソース接地された電界効果トランジスタ601が感熱体である。この点は実施の形態1のものと同じである。
Claims (8)
- 基板上に、温度変化を電気信号の変化として出力する温度検出部を配置し、
前記温度検出部は感熱体として電界効果トランジスタを含み、
赤外線の検知動作時において、前記電界効果トランジスタはピンチオフ状態で動作するようにバイアスされ、
前記電界効果トランジスタは所定の負荷と接続されてソース接地増幅回路を構成し、
前記電界効果トランジスタのゲートとドレイン間に、前記ドレインの電圧を前記ゲートの電圧から前記電界効果トランジスタのしきい値電圧だけ低い電圧に設定する降圧回路を配置し、
前記降圧回路は電界効果トランジスタを含み、
前記感熱体である電界効果トランジスタ、および、前記降圧回路の電界効果トランジスタを、前記基板に設けられた凹部上で中空に保持した検出部に配置することで、
前記降圧回路が降圧する電圧は、前記感熱体である電界効果トランジスタのしきい値電圧と、温度によらず同じである、
ことを特徴とする赤外線センサ。 - 前記降圧回路はスイッチ回路をさらに含み、
前記降圧回路に含まれる電界効果トランジスタは、そのドレインとゲートが短絡され、
前記降圧回路に含まれる電界効果トランジスタのドレインが前記温度検出部の感熱体としての電界効果トランジスタのゲートに接続され、
前記降圧回路に含まれる電界効果トランジスタのソースが前記温度検出部の感熱体としての電界効果トランジスタのドレインに接続され、
前記スイッチ回路が前記降圧回路に含まれる電界効果トランジスタのドレインと所定電位との間に接続され、
前記降圧回路に含まれる電界効果トランジスタは、前記温度検出部の感熱体としての電界効果トランジスタと、温度によらず同じしきい値電圧を有する、
ことを特徴とする請求項1に記載の赤外線センサ。 - 前記温度検出部は前記基板上において中空に支持され、前記降圧回路は、前記温度検出部内に形成されたことを特徴とする請求項1記載の赤外線センサ。
- 前記温度検出部の感熱体としての電界効果トランジスタのゲートとドレイン間にバッファを配置したことを特徴とする請求項1記載の赤外線センサ。
- 前記温度検出部の感熱体としての電界効果トランジスタのゲートとドレイン間にスイッチを配置し、さらに、前記温度検出部の感熱体としての電界効果トランジスタのゲートと接地電位との間に容量素子が接続されたことを特徴とする請求項1または4に記載の赤外線センサ。
- 赤外線センサの検出感度を上げるために前記負荷に加わる電圧を増加させることを特徴とする請求項1に記載の赤外線センサ。
- 赤外線センサの検出感度を上げるために、前記温度検出部の電界効果トランジスタの利得定数を減少させることを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1つに記載の赤外線センサ。
- 請求項1ないし請求項7のいずれか1つに記載の赤外線センサを複数個配置されて構成される検出器アレイと、
各赤外線センサからの出力信号を読み出す信号読み出し回路と
を備えたことを特徴とする赤外線固体撮像装置。
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