JP5661877B2 - Sensor device - Google Patents

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Description

本発明は、センサに関し、より厳密には、顕微鏡で使用されるような、迅速感知を要求する用途で使用するためのセンサ装置に関する。   The present invention relates to sensors, and more specifically to sensor devices for use in applications requiring rapid sensing, such as those used in microscopes.

異なる種類の放射線用のセンサは、光センサ、X線センサなどの様な、異なる用途で知られている。感知すべき放射線の波長及び変化率次第で、異なる型式のセンサが適切になる。光感知に関する或る具体的な分野は、共焦点顕微鏡である。   Different types of radiation sensors are known for different applications, such as optical sensors, X-ray sensors and the like. Depending on the wavelength of radiation to be sensed and the rate of change, different types of sensors are suitable. One specific area for light sensing is confocal microscopy.

蛍光顕微鏡で使用されるような共焦点顕微鏡の背後にある概念は、以下の様なものである。蛍光染料分子を、関心のある生物試料の特定の部分に付着させることができる。適した波長の光によって刺激されると、マーカーは蛍光を発し、それらの部分だけが、顕微鏡で観察することができるようになる。蛍光は、普通は、単一又は複数のレーザ光線によって刺激され、適したセンサ、普通は光電子増倍管によって検知される。試料は、照明/検知器によって走査され、試料全域に亘る蛍光性の画像が構築される。試料の目的としない領域からの光を検知しないように、光学経路内に極めて小さい孔(ピンホール)を設置する必要がある。代表的な共焦点顕微鏡システムの或る配置を図1に示している。   The concept behind a confocal microscope as used in a fluorescence microscope is as follows. Fluorescent dye molecules can be attached to specific portions of the biological sample of interest. When stimulated by light of the appropriate wavelength, the markers fluoresce and only those parts can be observed with a microscope. Fluorescence is usually stimulated by a single or multiple laser beams and detected by a suitable sensor, usually a photomultiplier tube. The sample is scanned by the illumination / detector and a fluorescent image is built across the sample. In order not to detect light from an unintended area of the sample, it is necessary to install a very small hole (pinhole) in the optical path. One arrangement of a typical confocal microscope system is shown in FIG.

図1のレーザ走査顕微鏡装置は、ダイクロイックミラと2つの走査鏡16、18を介して試料12を照射するように配置されているレーザ10備えている。走査鏡によって、レーザ光線は、試料12の表面を走査する。結像光学系20は、試料の光の走査地点がピンホール22上に結像するように配置されている。この配置は、共焦点配置と呼ばれ、確実に、走査されている特定の地点からの蛍光だけが検知器24に達するようにしている。光学系の焦点上にない試料内の深部からの如何なる光も、ピンホール上に正確に結像しない(ピンホールより大きいパターンを形成する)ので、検知器24まで達しない。共焦点配置では、この様に、試料の異なる部分を(光線走査の間に)長期に亘って標本抽出することができ、これが、時間分解顕微鏡の1つの形態である。   The laser scanning microscope apparatus of FIG. 1 includes a laser 10 arranged to irradiate a sample 12 via a dichroic mirror and two scanning mirrors 16 and 18. With the scanning mirror, the laser beam scans the surface of the sample 12. The imaging optical system 20 is arranged so that the scanning point of the sample light forms an image on the pinhole 22. This arrangement is referred to as a confocal arrangement and ensures that only fluorescence from the particular point being scanned reaches the detector 24. Any light from deep within the sample that is not on the focal point of the optical system does not image accurately on the pinhole (forms a pattern larger than the pinhole) and therefore does not reach the detector 24. In the confocal arrangement, different parts of the sample can thus be sampled over a long period (during the beam scan), which is one form of time-resolved microscope.

共焦点顕微鏡の実施例では、レーザが試料の表面を走査する時に個別の地点が標本抽出されるように、光のレベルを迅速に標本抽出できることが重要である。   In the confocal microscope embodiment, it is important to be able to quickly sample the light level so that individual points are sampled as the laser scans the surface of the sample.

Silicon Drift Detectorとして知られている或る型式のセンサは、顕微鏡の様な用途において或る種の速度に関する利点を有していることが知られている。シリコンドリフト検出器の概念は、1983年、E. GattiとP. Rehakにより「Semiconductor Drift Chamber-An application of Novel Cgarge Transport Scheme」, Nucl. Instr. And Meth. A 225, 1984, pp. 608-614で提案されている。それは、或る量の完全に減損した高抵抗シリコンで構成され、そこでは、表面と平行に強い成分を有する電場が、小型の集電陽極に向かう電離放射線の吸収によって発生した電子を駆動している。電場は、装置の一方の表面を覆っている(p−nダイオードを作り出している)多くの次第に度を増してゆく逆に付勢された電場条片によって作り出される。この概念は、図17に示されている。   One type of sensor known as the Silicon Drift Detector is known to have certain speed advantages in applications such as microscopes. The concept of the silicon drift detector was described in 1983 by E. Gatti and P. Rehak, “Semiconductor Drift Chamber-An application of Novel Cgarge Transport Scheme”, Nucl. Instr. And Meth. A 225, 1984, pp. 608-614. Proposed in It consists of a certain amount of completely depleted high-resistance silicon, where an electric field with a strong component parallel to the surface drives the electrons generated by the absorption of ionizing radiation towards a small current collector anode. Yes. The electric field is created by a number of increasingly energized reversely energized strips covering one surface of the device (creating a pn diode). This concept is illustrated in FIG.

感知ノードが装置の中心にある同心円配置を含め、様々な改良が提案されてきた。それらの装置は、X線分光法の分野において特殊な用途を見出している。構造は、殆どの場合、図17に示す配置に関する改良に基づいており、そこでは、適切な電場が、ダイオード接点を介して加えられ、全ての電荷を装置の外に掃引する。   Various improvements have been proposed, including concentric arrangements where the sensing node is in the center of the device. These devices find special applications in the field of X-ray spectroscopy. The structure is most often based on an improvement with respect to the arrangement shown in FIG. 17, where an appropriate electric field is applied through the diode contacts to sweep all charges out of the device.

既知のSilicon Drift Detectorsのバリエーションは、以前に発表された様々な文献で知られている。   Known variations of Silicon Drift Detectors are known from various previously published literature.

米国特許第4688067号は、シリコンドリフト検出器の作用を説明している。この特許は、p+接点に加えられるバイアスを使用して感知ノードへの電荷を取り除く方法について示している。 U.S. Pat. No. 4,688,067 describes the operation of a silicon drift detector. This patent shows how to remove charge to the sense node using a bias applied to the p + contact.

WO2006/012764号は、有効な「スリット」のサイズを変化させるために配置された平行な電極に基づく可変寸法の可変絞りセンサの1つの型式を開示している。   WO 2006/012764 discloses one type of variable dimension variable aperture sensor based on parallel electrodes arranged to change the effective "slit" size.

米国特許第4837607号は、電極配置に関して改良を加えている。   U.S. Pat. No. 4,837,607 improves upon electrode placement.

EP第0383389号は、SSDの修正を説明しており、p+接点を通して作り出される信号が、入射光の到達時間を測定することによって位置情報を得るために使用されている。 EP 0383389 describes a modification of the SSD, where the signal produced through the p + contact is used to obtain position information by measuring the arrival time of incident light.

米国特許第6249033B1号は、時間の測定をする必要無しに位置情報を得るための、基本のSDDの複雑化について説明している。   U.S. Pat. No. 6,249,033B1 describes the complexity of basic SDD to obtain location information without the need to measure time.

米国特許第2004/0149919A1号は、応答の均一性等の改良のための、SDDに対する修正について説明している。   US 2004/0149919 A1 describes a modification to the SDD for improvements such as response uniformity.

米国特許第6794654B1号は、SDDのモジュールについて説明している。   US Pat. No. 6,794,654 B1 describes an SDD module.

米国特許第2005/0173733A1号は、同心円配置の中央で感知ノードに接触する方法について説明している。   US 2005/0173733 A1 describes a method of contacting a sensing node in the center of a concentric arrangement.

WO2006/053938A1号は、表面漏洩の影響を防ぐためにSDDに加える極めて特殊な修正について説明している。   WO 2006/053938 A1 describes a very special modification to the SDD to prevent the effects of surface leakage.

米国特許第4,688,067号US Pat. No. 4,688,067 WO2006/012764号WO2006 / 012764 米国特許第4,837,607号US Pat. No. 4,837,607 EP第0383389号EP 0383389 米国特許第6,249,033号US Pat. No. 6,249,033 特許第2004/0149919A1号Patent No. 2004 / 0149919A1 米国特許第6794654B1号US Pat. No. 6,794,654 B1 米国特許第2005/0173733A1号US 2005/0173733 A1 WO2006/053938A1号WO2006 / 053938A1 E. Gatti、P. Rehak「Semiconductor Drift Chamber-An application of Novel Cgarge Transport Scheme」, Nucl. Instr. And Meth. A 225, 1984, pp. 608-614E. Gatti, P. Rehak “Semiconductor Drift Chamber-An application of Novel Cgarge Transport Scheme”, Nucl. Instr. And Meth. A 225, 1984, pp. 608-614

放射線用センサとして半導体装置を使用するのは、便益が認識されている一方で、刻時電荷連結装置における感知速度に或る限界が認識されている(刻時速度の限界)。   While the benefits of using semiconductor devices as radiation sensors have been recognized, certain limits have been recognized in the sensing speed of clocked charge coupled devices (clocking speed limits).

更に、共焦点システムにおけるピンホールの大きさは、分解能と、検知され而してノイズを発生する光学信号の量との兼ね合いで選択されることが認識されている。極めて小さいピンホールは、高いノイズという犠牲を払って高性能な分解能を提供することになる。
これは、極めて小さいピンホールは、試料区域を極めて小さい大きさに制限するため、検知される信号の量が低下することに起因する。大きいピンホールでは、ノイズは減るが、分解能は低下することになる。これは、大きいピンホールは、大きい試料区域からの光を検知し、大きい信号を提供することができる一方で、大きい試料区域は、低い分解能を提供することに起因する。更に、試料区域の大きさを調整することによって分解能とノイズの間の適切なバランスを提供することができるという便益も認識されている。
Furthermore, it has been recognized that the size of the pinhole in a confocal system is selected in a trade-off between resolution and the amount of optical signal that is detected and thus generates noise. A very small pinhole will provide high performance resolution at the expense of high noise.
This is due to the fact that very small pinholes limit the sample area to a very small size, thus reducing the amount of signal detected. Large pinholes reduce noise but reduce resolution. This is due to the fact that large pinholes can detect light from a large sample area and provide a large signal, while large sample areas provide low resolution. In addition, the benefit has been recognized that adjusting the size of the sample area can provide an appropriate balance between resolution and noise.

本発明は、これから参照する請求項において定義されている。   The invention is defined in the claims to which reference will now be made.

概括的には、本発明は、複数の電極に跨って電場の勾配を提供するように構成可能な複数の電極を有しており、入射放射線によって発生するセンサ内の電荷が電極の全域に亘る電場の勾配によって出力に掃引され、電極の内の少なくとも1つは、直流電圧に接続可能であるため、電荷に対する障壁を撮像区域内に提供し、そのためセンサは可変試料区域を有するようになっている、新規のセンサ配置を提供している。   In general, the present invention has a plurality of electrodes that can be configured to provide a gradient of the electric field across the plurality of electrodes, and the charge in the sensor generated by incident radiation extends across the electrodes. As the electric field gradient sweeps the output, at least one of the electrodes can be connected to a DC voltage, thus providing a barrier to charge in the imaging area so that the sensor has a variable sample area. Provides a new sensor arrangement.

電荷は、複数の電極に跨る電場勾配によって掃引されるため、CCD装置の既知の刻時方式と比較して、信号電荷を迅速に動かすことができるようになる。試料区域は可変なので、センサの感度と分解能の必要性のバランスを保つように試料区域を選択することになる。本発明のこの態様は、適切な電圧が加えられると、選択された試料区域からだけ電荷が出力へ掃引されるように、センサ上に配置される電極の配置を提供する技法を使用している。   Since the electric charge is swept by an electric field gradient across a plurality of electrodes, the signal electric charge can be moved quickly as compared with the known clocking method of the CCD device. Since the sample area is variable, the sample area will be selected to balance the need for sensor sensitivity and resolution. This aspect of the invention uses a technique that provides an arrangement of electrodes that are placed on the sensor such that when an appropriate voltage is applied, charge is swept to the output only from selected sample areas. .

本発明の1つの実施形態は、上に述べた共焦点配置の光電子増倍管とピンホールの組み合わせを単一のセンサに置き換えることができる。遙かに頑強な配置を提供することに加えて、更に、使用者は、感知区域の大きさを迅速且つ正確に調整することができるようになる。倍増レジスタが、複数の電極と同じモノリシック基板上に含まれているため、試料区域から受け取った電荷が倍増され、必要な感度を提供することができる。   One embodiment of the present invention can replace the confocal photomultiplier tube and pinhole combination described above with a single sensor. In addition to providing a much more robust arrangement, the user will also be able to adjust the size of the sensing area quickly and accurately. Since the doubling resistor is included on the same monolithic substrate as the plurality of electrodes, the charge received from the sample area can be doubled to provide the required sensitivity.

このセンサは、X線を含む放射線の様々な波長に使用することができるが、主要な用途は、光の可視スペクトルの感知である。他の波長を感知するバリエーションは、記載されている実施形態の構造に大きな変更を加えることなく可能であるが、使用される材料の寸法と種類は異なるであろう。基板は、埋め込みn型チャネルを備えているp型のシリコン基板が望ましい。埋め込みp型チャネルと、n型又はp型何れかの表面チャネル配置とを備えているn型を含め、他の基板も可能である。   While this sensor can be used for a variety of wavelengths of radiation, including x-rays, the primary application is sensing the visible spectrum of light. Variations to sense other wavelengths are possible without significant changes to the structure of the described embodiment, but the dimensions and types of materials used will vary. The substrate is preferably a p-type silicon substrate having a buried n-type channel. Other substrates are possible, including an n-type with a buried p-type channel and either an n-type or p-type surface channel arrangement.

電極は、p型電極を備えているn型基板の構造でのように、基板上に直接的に配置してもよい。しかしながら、電極は、導体/絶縁体/半導体配置における絶縁層によって隔てられた状態で、基板の表面に亘って配置するのが望ましい。   The electrodes may be placed directly on the substrate, as in the structure of an n-type substrate with a p-type electrode. However, it is desirable to arrange the electrodes across the surface of the substrate, separated by an insulating layer in a conductor / insulator / semiconductor arrangement.

電極自体は、様々な形状及びパターンで配置することができ、大きさ可変の試料区域を画定する。好適な配置では、各電極が先の電極を実質的に囲んで、試料区域の大きさは、試料区域の外縁を画定する電極を選択することによって拡張及び縮小される。この配置の好適な具体例は、一連の同心電極リングである。電極が他のパターンの試料区域を画定することも、同じく可能である。   The electrodes themselves can be arranged in a variety of shapes and patterns and define a variable size sample area. In a preferred arrangement, each electrode substantially surrounds the previous electrode, and the size of the sample area is expanded and reduced by selecting an electrode that defines the outer edge of the sample area. A preferred embodiment of this arrangement is a series of concentric electrode rings. It is also possible for the electrodes to define other patterns of sample areas.

電極は、印加電圧によって、撮像区域に亘る電場が、複数の電極に亘る電荷を撮像区域から出力へ掃引するように、接続可能である。而して、センサは、単一の電極によって画定されている区域から、全ての電極によって画定されている最大の区域、並びに電極間の隣接する配置によって画定されているあらゆる区域まで、電荷を出力へ掃引するように構成されている。試料区域を画定する電極は、電極間の電圧差によって作り出される電位勾配の影響の下で、電荷が、或る電極の領域から別の電極の領域へ直接通過するのを感知することにおいて連続的でなければならない。   The electrodes are connectable such that, depending on the applied voltage, the electric field across the imaging area sweeps charge across the plurality of electrodes from the imaging area to the output. Thus, the sensor outputs charge from the area defined by a single electrode to the largest area defined by all electrodes, as well as any area defined by adjacent placement between the electrodes. Is configured to sweep. The electrode defining the sample area is continuous in sensing the passage of charge directly from one electrode region to another under the influence of a potential gradient created by the voltage difference between the electrodes. Must.

何れの電極も、或るレベルの直流電圧に接続されており、撮像区域内に電荷に対する障壁を提供している。障壁は、電荷が試料区域の外側から出力に到達するのを防ぎ、選択された試料区域内の電荷のみが標本抽出されるようにする電位勾配である。電極に印加される直流電圧は、全て、電極の1つが障壁を提供する電場を作り出し、他の電極に印加される電圧は電荷を試料区域から出力へ掃引するのに適切な電圧を有するように、調整されている。疑念を払拭するために、直流電圧は可変であり、固定されてはいない。   Both electrodes are connected to a certain level of DC voltage and provide a barrier to charge within the imaging area. The barrier is a potential gradient that prevents charge from reaching the output from outside the sample area and ensures that only the charge in the selected sample area is sampled. The DC voltage applied to the electrodes all creates an electric field where one of the electrodes provides a barrier, and the voltage applied to the other electrode has an appropriate voltage to sweep charge from the sample area to the output. Have been adjusted. To dispel doubts, the DC voltage is variable and not fixed.

電極の大きさと数は、センサの意図する用途に適するように選択することができる。しかしながら、最大電極幅には限界があり、それは、電極下の電位勾配は、電極の幅が拡大するにつれ低下するからである。好適な大きさは、周辺の電場が適切な電圧勾配を提供するよう、幅5ミクロンの電極である。印加される電圧は、個々の電極又は電極のグループ毎に選択可能である。   The size and number of electrodes can be selected to suit the intended use of the sensor. However, the maximum electrode width is limited because the potential gradient under the electrode decreases as the electrode width increases. A preferred size is a 5 micron wide electrode so that the surrounding electric field provides a suitable voltage gradient. The applied voltage can be selected for each individual electrode or group of electrodes.

既知のレーザ走査顕微鏡装置のブロック図である。It is a block diagram of a known laser scanning microscope apparatus. 本発明を具現化しているセンサの概略図である。1 is a schematic diagram of a sensor embodying the present invention. 埋め込みチャネルセンサの電位分布を示すグラフである。It is a graph which shows the electric potential distribution of a buried channel sensor. 図2のセンサのチャネル電位を示すグラフである。It is a graph which shows the channel potential of the sensor of FIG. 5番リングにバイアスが印加された状態の図2のセンサのチャネル電位を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing a channel potential of the sensor of FIG. 2 in a state where a bias is applied to the fifth ring. 電荷を装置の縁部へ掃き出すようにバイアスが印加された状態の図2のセンサのチャネル電位を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing the channel potential of the sensor of FIG. 2 with a bias applied to sweep charge to the edge of the device. チャネル幅に対するチャネル電位を示すグラフである。It is a graph which shows the channel potential with respect to a channel width. 図2のセンサの概略図であり、先細ゲート構造を示している。FIG. 3 is a schematic diagram of the sensor of FIG. 2 showing a tapered gate structure. 出力信号が検知器の大きさに伴ってどの様に変化するかを示している。It shows how the output signal varies with the size of the detector. 出力信号が標本抽出時間に伴ってどの様に変化するかを示している。It shows how the output signal changes with sampling time. 七面同心センサの形態をした代替実施形態を示している。Fig. 5 shows an alternative embodiment in the form of a seven-sided concentric sensor. 四面同心センサの形態をした代替実施形態を示している。Fig. 5 shows an alternative embodiment in the form of a four-sided concentric sensor. 非同心センサの形態をした代替実施形態を示している。Fig. 5 shows an alternative embodiment in the form of a non-concentric sensor. 出力が1つの側へ向かう非同心センサの形態をした代替実施形態を示している。Fig. 5 shows an alternative embodiment in the form of a non-concentric sensor with the output going to one side. 図2のセンサ用の出力配置の概略図を示している。Fig. 3 shows a schematic diagram of the output arrangement for the sensor of Fig. 2; 4つの出力ステージを有する本発明の代替実施形態を示している。Fig. 4 illustrates an alternative embodiment of the invention having four output stages. 既知のドリフト検知器を示している。A known drift detector is shown.

上に述べた様々な態様の本発明の実施形態について、添付図面を参照しながら説明してゆく。   Various embodiments of the present invention described above will be described with reference to the accompanying drawings.

本発明の実施形態は、適切なバイアス電圧を印加することによって電荷を集積し大きさ可変の区域から感知することができるように、配置されている電極を有する装置を備えている。電極は、様々なパターンに配置することができるが、好適な実施形態は、各電極が最初の電極を連続して実質的に取り巻いている一連の電極を有している。説明している実施形態は、環状の同心電極の配置を有している。リングは、均一に間隔を空けてて配置されているのが望ましいが、他の配置及び形状も可能である。更に他の配置及び形状を有する様々な異なる実施形態については、後程説明する。基本的に、実施形態は、大きさ又は「開口」可変のセンサを提供している。センサは、その構造に電荷増倍レジスタが使用されているときは、高速信号捕捉を行うことができ、高感度である。電極に印加される電圧の制御は、制御バイアス回路によって行われる。   Embodiments of the present invention comprise a device having electrodes arranged so that charge can be collected and sensed from a variable size area by applying an appropriate bias voltage. Although the electrodes can be arranged in a variety of patterns, the preferred embodiment has a series of electrodes, each electrode substantially surrounding the first electrode in succession. The described embodiment has an annular concentric electrode arrangement. The rings are preferably uniformly spaced, but other arrangements and shapes are possible. Various different embodiments having other arrangements and shapes will be described later. Basically, embodiments provide a sensor that is variable in size or “aperture”. The sensor is capable of high speed signal capture and high sensitivity when a charge multiplication resistor is used in its structure. Control of the voltage applied to the electrode is performed by a control bias circuit.

本発明の好適な実施形態を図2に示している。本発明の実施形態は、CCDに類似する構造に基づいており、同心電極32の中で被覆されている円形形状の光学的感知区域30を有するセンサを備えている。本構造は、電極配置が、半導体の表面上の絶縁体を覆う導電性の電極を有している型式(しばしば、金属/絶縁体/半導体の略称であるMISと呼ばれる)である点において、CCD構造に類似している。装置の作動区域に寄与する中心からのリングの数は、ゲートに印加される適切な電位を選定することによって、使用者が選択することができる。而して、試料区域は、選択可能である。電極は、ゲート電極と呼ばれることもあるが、疑念を払拭するため、ライン毎に刻時される従来式区域配列CCD装置におけるゲート電極とは異なり、装置から電荷を読み出すときにはゲート電極は刻時されないことに留意されたい。従って、構造において類似点が有るものの、本発明の実施形態の動作は、既知のCCD装置とは大きく異なっている。   A preferred embodiment of the present invention is shown in FIG. Embodiments of the present invention are based on a structure similar to a CCD and include a sensor having a circular shaped optical sensing area 30 covered in concentric electrodes 32. This structure is a CCD in that the electrode arrangement is of the type having a conductive electrode covering an insulator on the surface of the semiconductor (often referred to as MIS, which is an abbreviation for metal / insulator / semiconductor). Similar to structure. The number of rings from the center that contribute to the working area of the device can be selected by the user by selecting the appropriate potential applied to the gate. Thus, the sample area is selectable. The electrodes are sometimes referred to as gate electrodes, but to eliminate doubts, the gate electrodes are not timed when reading the charge from the device, unlike the gate electrodes in a conventional area array CCD device, which is timed per line. Please note that. Therefore, although there are similarities in structure, the operation of the embodiment of the present invention is greatly different from the known CCD device.

本実施形態のゲート電極の配置は、埋め込み式n型チャネルCCD装置の一部として、p型シリコン基板上のゲート絶縁層に適用される。構造内で作り出された電子が受ける電位は、ゲートに印可される電位によって決まる。構造は、最初は信号電荷が空になっている。感知対象の光が感知区域30に注がれると、放出された必要な信号電荷が、ゲートを横切る電位差によって装置の中心に向かって流れる。入射光子によって発生する電子は、最初に何処で発生しても、φnを中心からn番目のゲートに印加される電位として、ゲートに印加される電位がφn>φn+1であれば、構造の中心に向かって迅速に流れる。   The arrangement of the gate electrode of this embodiment is applied to the gate insulating layer on the p-type silicon substrate as part of the embedded n-type channel CCD device. The potential received by the electrons created in the structure is determined by the potential applied to the gate. The structure initially has an empty signal charge. When the light to be sensed is poured into the sensing area 30, the required signal charge that is released flows towards the center of the device due to the potential difference across the gate. Regardless of where the electrons generated by the incident photons are initially generated, if φn is a potential applied to the nth gate from the center and the potential applied to the gate is φn> φn + 1, it will be at the center of the structure. Flows quickly toward.

上記説明は、構造の中心に電荷が集められるnチャネル装置に適用されることを留意されたい。代わりの配置には、信号が装置の外周部へ動かされる構造が含まれる。別の代替案は、ゲートに印加される電位がφn<φn+1で、発生したホールが装置の中心に向かって流れる、pチャネルCCD装置である。   Note that the above description applies to n-channel devices where charge is collected in the center of the structure. An alternative arrangement includes a structure in which the signal is moved to the outer periphery of the device. Another alternative is a p-channel CCD device where the potential applied to the gate is φn <φn + 1 and the generated holes flow toward the center of the device.

埋め込みチャネル装置に関する或る寸法的電位分布を図3に示す。図示のように、取り巻く電極からの影響が無いと、電極は最大電位点に集まる傾向がある。この最大電位は、チャネル電位として知られている。2つのゲートが互いに隣接するように配置されている場合、信号電子は、最高チャネル電位を有するゲートの下に流れる傾向にある。   A dimensional potential distribution for a buried channel device is shown in FIG. As shown, if there is no influence from surrounding electrodes, the electrodes tend to gather at the maximum potential point. This maximum potential is known as the channel potential. When the two gates are arranged adjacent to each other, the signal electrons tend to flow under the gate with the highest channel potential.

図4は、信号電荷が空になり、電極に直流電圧が印加されて、感知区域全体から電荷を掃引するときの、図2に示す構造の直径に沿ったチャネル電位を示している。この場合、p型シリコン基板は、20Ohm/cmの抵抗率を有している。n型埋め込みチャネルインプラントは、0.54ミクロンの深さに亘って広がる2.5x1016/cm-3の均一なドーパント濃度を有している。ゲート酸化物は、厚さが130nmである。各リング電極は、幅が4ミクロンである。中心電極の直径は、10ミクロンである。直流電圧は、電極に印加され、或る電極から次の電極への電位差を提供する。電圧は、刻時されず、装置の縁部で発生する電子が約20ns以内に中心に掃引されるような電場を提供する。連続するゲート電位間の差異が増大すると、より高速な移動が起こる。電位分布は、或る電極から別の電極へ急激な階段にはなっていないことに留意されたい。これは、縁部の電場が、其々の電極の下で電位勾配を発生させるためである。 FIG. 4 shows the channel potential along the diameter of the structure shown in FIG. 2 when the signal charge is emptied and a DC voltage is applied to the electrode to sweep the charge from the entire sensing area. In this case, the p-type silicon substrate has a resistivity of 20 Ohm / cm. The n-type buried channel implant has a uniform dopant concentration of 2.5 × 10 16 / cm −3 extending over a depth of 0.54 microns. The gate oxide is 130 nm thick. Each ring electrode is 4 microns wide. The diameter of the center electrode is 10 microns. A DC voltage is applied to the electrode and provides a potential difference from one electrode to the next. The voltage is not timed and provides an electric field such that electrons generated at the edge of the device are swept to the center within about 20 ns. As the difference between successive gate potentials increases, faster movement occurs. Note that the potential distribution is not a steep step from one electrode to another. This is because the edge electric field generates a potential gradient under each electrode.

図4に示すチャネル電位では、装置区域全体に亘って発生する信号が、装置の中心に集められることになる。ゲートの1つが、低電位になると、中心に近接して発生する信号のみが集められることになる。使用者は、どのゲートを低電位にして作動区域の有効寸法をどうするか、を選択することができる。5番リングを低レベルにした場合のチャネル電位を図5に示している。装置の縁部に近接して発生する何れの電荷も、低バイアスリングの下で作られた電位障壁によって、中心に達するのを妨げられることになる。この不要な信号は、蓄積され、最終的には作動区域の外側のドレイン構造に溢れ出して、除去される。   With the channel potential shown in FIG. 4, the signal generated over the entire device area will be collected in the center of the device. When one of the gates is at a low potential, only signals generated close to the center will be collected. The user can select which gate is to be low potential and what is the effective size of the working area. FIG. 5 shows the channel potential when the fifth ring is set to a low level. Any charge generated close to the edge of the device will be prevented from reaching the center by the potential barrier created under the low bias ring. This unwanted signal accumulates and eventually overflows the drain structure outside the working area and is removed.

この不要信号を高速で除去する必要がある場合は、縁部のゲートに印加されるバイアスを増やして、電場が信号を直接ドレインに導くようにすることができる。このような事例のチャネル電位分布の具体例を図6に示している。図示のように、低電圧にバイアスを掛けられたリングの内側で発生する電荷(端部から約28ミクロン以内)は、センサの中心へ掃引され、低電圧にバイアスを掛けられたリングの外側で発生する電荷は、高まる電圧によってセンサの端へ掃引される。   If this unwanted signal needs to be removed at high speed, the bias applied to the edge gates can be increased so that the electric field directs the signal directly to the drain. A specific example of the channel potential distribution in such a case is shown in FIG. As shown, the charge generated within the low voltage biased ring (within about 28 microns from the edge) is swept to the center of the sensor and outside the low voltage biased ring. The generated charge is swept to the edge of the sensor by the increasing voltage.

電荷は、作動区域の中心部に到達すると、除去されて測定される必要がある。最も単純な方法は、直接増幅器に接続されている従来式の出力ノードを有することである。しかしながら、このセンサは、低い光レベルでの用途に有益であり、そのため、出力ノードの前に電荷増倍を施すのが望ましいことが分かっている。これには、電荷を増幅のため装置から取り除くことが必要なことも分かっている。本発明の実施形態は、装置の中心部へ伸長し、センサから放出される電荷を刻時するために設置されているCCDレジスタを使用することができる。或いは、信号電荷を、装置の中心から、ゲートを刻時する必要無しにチャネルを通して縁部へ動かすのに適した電場を作り出す他の配置を使用することもできる。この配置は、適切な直流レベルにバイアスが掛けられている複数のゲート、又は装置内に適した電場を作り出すように構造が修正された単一のゲートで構成されている。その様な修正には、チャネルに沿ったゲート絶縁体の厚さの変化、チャネルに沿った埋め込みチャネルインプラント濃度の変化、又はチャネルに沿ったゲート電極/チャネルの幅の変化が、含まれる。   When the charge reaches the center of the working area, it needs to be removed and measured. The simplest method is to have a conventional output node connected directly to the amplifier. However, it has been found that this sensor is useful for low light level applications, so it is desirable to perform charge multiplication before the output node. It has also been found that it is necessary to remove the charge from the device for amplification. Embodiments of the present invention can use a CCD register that extends to the center of the device and is installed to clock the charge emitted from the sensor. Alternatively, other arrangements can be used that create an electric field suitable for moving the signal charge from the center of the device to the edge through the channel without having to clock the gate. This arrangement consists of multiple gates biased at the appropriate DC level, or a single gate modified in structure to create a suitable electric field within the device. Such modifications include a change in gate insulator thickness along the channel, a change in buried channel implant concentration along the channel, or a change in gate electrode / channel width along the channel.

チャネル幅の変化は好適な実施形態であり、以下に説明する。単一ゲート構造を使用すると、複数のゲート電極の必要性が排除され、結果的に設計が簡素化される。更に、チャネルに沿った電位変化が十分に高い場合、刻時レジスタより高速で信号を抽出できる。埋め込みチャネル装置内のチャネル電位は、ゲート電位によって決まる。しかしながら、ゲートの下のチャネル電位は、縁部の電場のため、隣接する構造によっても左右される。取り巻く構造の影響は、ゲートの幅によって決まる。上記埋め込みチャネル装置におけるゲート幅に対するチャネル電位を図7に示す。ここでは、この場合表面チャネル領域であるが、p+チャネルストッパでもよい絶縁構造、又は例えば低電位にバイアスされている他のゲート電極によって、ゲートは取り巻かれている。一定の電位が、一方の端部が他方の端部より狭く形成されているゲートに印加されると、電圧は、狭い端部から広い端部へ向かって増大し、狭い端部に導入されている全ての電子は、電場の影響によって迅速に広い端部に移動することを示している。而して、単純なゲート構造を、図2の構造に導入して、信号電荷を抽出することができる。 The change in channel width is a preferred embodiment and will be described below. Using a single gate structure eliminates the need for multiple gate electrodes and consequently simplifies the design. Furthermore, if the potential change along the channel is sufficiently high, a signal can be extracted at a higher speed than the clock register. The channel potential in the buried channel device is determined by the gate potential. However, the channel potential under the gate is also affected by the adjacent structure due to the edge electric field. The influence of the surrounding structure is determined by the width of the gate. FIG. 7 shows the channel potential with respect to the gate width in the buried channel device. Here, the gate is surrounded by an insulating structure, which in this case is a surface channel region, but may be a p + channel stopper, or another gate electrode biased to a low potential, for example. When a constant potential is applied to the gate where one end is narrower than the other end, the voltage increases from the narrow end to the wide end and is introduced into the narrow end. This shows that all the electrons are moving to the wide end quickly due to the influence of the electric field. Thus, a simple gate structure can be introduced into the structure of FIG. 2 to extract the signal charge.

好適な出力ゲート構造を図8に示している。構造34は、チャネルの両側にチャネル絶縁体38を有する出力チャネルを形成しているゲート電極36を備えている。狭い端部Aは構造の中心に位置し、広い端部Bは構造の縁部に位置している。このゲートに1ボルト印加され、ゲート幅が装置の中心Aの4ミクロンから外周部Bの8ミクロンに変化する場合、チャネル電位は、9.2ボルトから10.2ボルトに変化する。この電位変化は、ゲート長が50ミクロンであれば、約20nsの信号電子を抽出するのに十分である。ゲート自体は、長さに沿って幅が変化する必要は無いことに留意されたい。ゲートの幅を一定にする代わりに、ゲート下のチャネルの幅を変化させてもよく、その場合、チャネル幅の変化が電位変化を引き起こすことになる。   A preferred output gate structure is shown in FIG. The structure 34 includes a gate electrode 36 that forms an output channel with channel insulators 38 on either side of the channel. The narrow end A is located at the center of the structure and the wide end B is located at the edge of the structure. When 1 volt is applied to this gate and the gate width changes from 4 microns at the center A of the device to 8 microns at the outer periphery B, the channel potential changes from 9.2 volts to 10.2 volts. This potential change is sufficient to extract approximately 20 ns of signal electrons if the gate length is 50 microns. Note that the gate itself need not vary in width along the length. Instead of making the width of the gate constant, the width of the channel under the gate may be changed, and in this case, the change in the channel width causes a potential change.

センサの分解能は、理想的でない検知器の挙動によって低下する可能性のあることが分かっている。最初に、放出された光を検知することで試料全体を走査している様な理想的な検知器について検討する。この架空の検知器は、無限小の区域に亘って対象からの光を標本抽出し、光が検知器に当たると直ぐに信号を測定する。対象区域がその様な検知器によって走査された場合、測定された信号は、放出された光と一致し、構築された撮像は理想的な分解能を示す。しかしながら、2つの主要なことが分解能を低下させる。第1は、検知器が無限小にはできず、光が、走査される際に検知器の領域に亘って収集されることである。この結果を説明するために、一次元の対象と一次元の検知器の事例を考察する。
対象は、期間Wのバーパターンで構成されている。対象全体を走査したときの、幅W/2、W/4、及びW/8の検知器からの信号を、図9に示している。
It has been found that the resolution of the sensor can be reduced by non-ideal detector behavior. First, consider an ideal detector that scans the entire sample by detecting the emitted light. This fictitious detector samples light from an object over an infinitesimal area and measures the signal as soon as the light hits the detector. When the area of interest is scanned by such a detector, the measured signal matches the emitted light and the constructed imaging shows ideal resolution. However, two main things reduce resolution. The first is that the detector cannot be infinitesimal and light is collected over the area of the detector as it is scanned. To illustrate this result, consider the case of a one-dimensional object and a one-dimensional detector.
The object is composed of a bar pattern of period W. The signals from the detectors with widths W / 2, W / 4, and W / 8 when the entire object is scanned are shown in FIG.

分解能を低下させる第2のことは、検知器からの信号全体を抽出するためにかかる有限な時間である。最初の瞬間的な刺激の後に、信号全体を抽出するために時間Tがかかり、この時間の間の信号抽出率は、最初の刺激の後は一定である様な、仮想の検知器の場合を考察する。期間Wのバーパターンを走査した後のこの検知器からの結果を図10に示している。検知器はW/2の幅を有している。瞬間的な信号収集の理想的な事例と比較して、様々なTの値の結果を曲線で表している。Tは、距離W/2及びW/4を走査するのにかかる時間となるように選定されている。   The second thing that reduces the resolution is the finite time it takes to extract the entire signal from the detector. After the initial momentary stimulus, it takes time T to extract the entire signal, and the signal extraction rate during this time is the case for a hypothetical detector that is constant after the initial stimulus. Consider. The result from this detector after scanning the bar pattern for period W is shown in FIG. The detector has a width of W / 2. Compared to the ideal case of instantaneous signal acquisition, the results for various T values are represented by curves. T is selected to be the time taken to scan the distances W / 2 and W / 4.

図10から明らかな様に、Tは、距離W/4を走査する時間よりかなり短くなければならず、さもなくば最高の分解能でのコントラストは劣化することになる。Tの最大値として有用な値は、W/10の距離を走査する時間である。実際には、距離Wを走査する代表的な時間は、Tの最大値が100nsとなる1μs程度である。図8に示す新しい出力チャネル配置は、その様に迅速な移動時間を達成することができるが、信号をこの比率で撮像区域の外側に掃引するのにCCDクロックを使用するのは、実現可能な提案ではない。   As is apparent from FIG. 10, T must be much shorter than the time to scan the distance W / 4, otherwise the contrast at the highest resolution will be degraded. A useful value for the maximum value of T is the time to scan a distance of W / 10. Actually, a typical time for scanning the distance W is about 1 μs at which the maximum value of T is 100 ns. The new output channel arrangement shown in FIG. 8 can achieve such a fast travel time, but it is feasible to use a CCD clock to sweep the signal out of the imaging area at this ratio. Not a suggestion.

信号電荷が作動区域から抽出されると直ぐに、測定可能な電位に変換されなければならない。代表的なCCD出力回路は、出力チャネルの出力に取り付けられている。しかしながら、出力チャネルの出力にCCDゲートを備えているのは望ましいことであり、これにより、このゲートが高レベルまで脈動するか、又は出力チャネルゲートが低レベルまで脈動するまで、信号が出力回路に入るのを防ぐ。   As soon as the signal charge is extracted from the working area, it must be converted to a measurable potential. A typical CCD output circuit is attached to the output channel output. However, it is desirable to have a CCD gate at the output of the output channel, so that the signal is sent to the output circuit until this gate pulsates to a high level or the output channel gate pulsates to a low level. Prevent entry.

先に指摘したように、電荷は、感知され、出力増幅器によって変換される前に、増倍レジスタで増倍されるのが望ましい。これは、図15と図16に示され、後で説明するが、随意的に、電荷を出力チャネルから増倍レジスタまで移動させるために移動ゲートを含んでいてもよい。移動ゲートは、増倍レジスタの入力にあるCCDゲートであり、信号電荷が増倍レジスタに入るようを要求されるときに脈動する。これは、厳密には必要ではないが、使用者に追加的柔軟性を提供する。例えば、信号を増倍レジスタまで1μsで送るよう要求されることもある。増倍レジスタが1MHzで刻時することができれば、信号は、移動ゲートを使用せずに1μs毎に入ることになる。しかしながら、増倍レジスタを高速で走らせ、暗信号の立ち上がりを抑えるのが好都合である。移動ゲートを採用すると、増倍レジスタを、例えば約10MHzで走らせ、移動ゲートを1μs毎に脈動させることができる。この場合、10番目の倍増要素毎に、信号電荷を含有することになる。   As pointed out above, the charge is preferably multiplied in a multiplication register before it is sensed and converted by the output amplifier. This is shown in FIGS. 15 and 16 and will be described later, and may optionally include a transfer gate to move charge from the output channel to the multiplication register. The moving gate is a CCD gate at the input of the multiplication register and pulsates when signal charge is required to enter the multiplication register. This is not strictly necessary, but provides additional flexibility to the user. For example, it may be required to send a signal to the multiplication register in 1 μs. If the multiplication register can be clocked at 1 MHz, the signal will enter every 1 μs without using a moving gate. However, it is convenient to run the multiplication register at high speed to suppress the rise of the dark signal. When a moving gate is employed, the multiplication register can be run at, for example, about 10 MHz, and the moving gate can be pulsated every 1 μs. In this case, every 10th doubling element contains a signal charge.

幾つかの代替的な撮像区域配置を図11から図14に示している。それらの図は先細出力チャネルを示していることに留意されたい。撮像区域の中心から信号を抽出するのに、CCD刻時方式の使用を含め、他の配置も存在し得る。図11と図12で示すように同心ゲートを画定することの利点は、光学軸と理想的に整列させるために検出器を動かさなくても、検出器区域を変更できることである。しかしながら、これは重要な点ではなく、他の非同心配置も、図13と図14に示すように可能である。   Several alternative imaging area arrangements are shown in FIGS. Note that the figures show a tapered output channel. Other arrangements may exist, including the use of a CCD clocking system to extract the signal from the center of the imaging area. The advantage of defining a concentric gate as shown in FIGS. 11 and 12 is that the detector area can be changed without moving the detector to ideally align with the optical axis. However, this is not an important point and other non-concentric arrangements are possible as shown in FIGS.

共焦点顕微鏡を含め、多くの用途で、単一の光子を検出する必要がある。これは、当技術では既知であり、図15に示す電子増倍レジスタの使用を必要とする。電極の様々な異なる形状及び配置が可能である。1つのその様な実施例が、図16に示されており、異なる出力回路の中に抽出される各セグメントからの信号を備えた分割された配置である。例えば、検知器は、四分区間に分けられ、4つの出力回路を有している。各四分区間からの信号は、監視され、光学システムの整列に役立てられる。   In many applications, including confocal microscopy, it is necessary to detect a single photon. This is known in the art and requires the use of an electron multiplier register as shown in FIG. Various different shapes and arrangements of electrodes are possible. One such embodiment is shown in FIG. 16 and is a split arrangement with signals from each segment extracted into different output circuits. For example, the detector is divided into quadrants and has four output circuits. The signal from each quadrant is monitored and used to align the optical system.

電極に印加される電圧の制御は、どの様な適した制御バイアス回路で行ってもよい。制御バイアス回路は、様々な形態をとる。1つの単純な例では、其々の電極から出る制御ラインには一列のスイッチが設けられ、装置を使用するときに、操作者が適切な電圧を設定するようになっている。しかしながら、電極からの制御ラインは、ソフトウエア制御によって切り替え可能な制御バイアス回路に接続されるのが望ましい。こうすると、操作者の制御で又は自動的にの何れかで、装置又は他の入力から受信した信号に基づいて撮像区域を選定できるようになる。   Control of the voltage applied to the electrode may be performed by any suitable control bias circuit. The control bias circuit takes various forms. In one simple example, the control lines coming out of each electrode are provided with a row of switches so that the operator can set the appropriate voltage when using the device. However, the control line from the electrode is preferably connected to a control bias circuit that can be switched by software control. This allows the imaging area to be selected based on signals received from the device or other inputs, either under operator control or automatically.

新しいセンサ装置の好適な構造は、埋め込みチャネル導電体/絶縁体/半導体型式の構造であり、電荷増大レジスタも同じ型式の構造であるため、これらは、単一のシリコン基板上に都合良く形成することができ、好都合である。   Since the preferred structure of the new sensor device is a buried channel conductor / insulator / semiconductor type structure and the charge enhancement resistor is of the same type structure, they are conveniently formed on a single silicon substrate. Can be convenient.

10 レーザ
12 試料
16、18 走査鏡
20 結像光学系
22 ピンホール
24 検知器
30 感知区域
32 同心電極
36 ゲート電極
38 チャネル絶縁体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Laser 12 Sample 16, 18 Scanning mirror 20 Imaging optical system 22 Pinhole 24 Detector 30 Sensing area 32 Concentric electrode 36 Gate electrode 38 Channel insulator

Claims (9)

入射放射線を電荷発生によって感知する型式のセンサ装置において、
入射放射線によって内部で電荷が発生する基板と、
前記基板の撮像区域を画定するために前記基板上に配置されている複数の電極であって、第1の電極及び各後に続く電極が先の電極を取り囲むように配置されている、複数の電極と、を備えており、
前記電極は、直流電圧に接続可能で、電場が前記撮像区域に亘って作り出され、前記基板の多数の電極に亘る電荷を前記撮像区域から出力まで掃引することができるように配置されており、前記電極の内少なくとも1つは、前記撮像区域内に電荷に対する障壁を設けるように、直流電圧に接続可能で、それによって、前記センサは可変試料区域を有するようになっており、電荷が掃引されて向かう前記電極は、前記試料区域の中心に位置し、
前記出力は、出力チャネルを備えており、前記出力チャネルは、該チャネルの両側にチャネル絶縁体を有すると共に前記出力チャネルを形成するように直流電圧に接続可能なゲート電極を有し、
前記出力チャネルは、電荷が掃引されて向かう前記試料区域内の電極の下の基板の領域に連結されており、
前記出力チャネルは、先細形状の幅と、狭い端部と、広い端部とを有しており、前記狭い端部で、電荷が前記試料区域から掃引されて向かう電極の下の基板の領域に連結されており、
前記先細形状の幅は、前記チャネル電位が前記チャネルに沿って上昇し、前記出力チャネルが電荷を前記試料区域の前記中心の領域から前記試料区域の外側の前記撮像区域の縁部へ掃引するようになっており、
前記電極は直流電圧に接続可能で、前記試料区域より外側にある電極が、電荷を前記障壁から遠くへ掃引する電圧レベルを有するようになっている、センサ装置。
In a sensor device of the type that senses incident radiation by charge generation,
A substrate in which charges are generated internally by incident radiation;
A plurality of electrodes disposed on the substrate to define an imaging area of the substrate, wherein the first electrode and each subsequent electrode are disposed to surround the previous electrode. And,
The electrodes are connectable to a dc voltage and are arranged such that an electric field is created across the imaging area and the charge across multiple electrodes of the substrate can be swept from the imaging area to the output; At least one of the electrodes is connectable to a DC voltage so as to provide a barrier to charge in the imaging area, so that the sensor has a variable sample area, and the charge is swept. The electrode facing away is located in the center of the sample area,
The output comprises an output channel, the output channel having a channel insulator on both sides of the channel and having a gate electrode connectable to a DC voltage so as to form the output channel;
The output channel is connected to a region of the substrate below the electrode in the sample area where charge is swept to;
The output channel has a tapered width, a narrow end, and a wide end, at which the charge is swept away from the sample area to a region of the substrate under the electrode. Are connected,
The tapered width causes the channel potential to rise along the channel so that the output channel sweeps charge from the central region of the sample area to the edge of the imaging area outside the sample area. It has become,
The sensor device, wherein the electrode is connectable to a DC voltage, and an electrode outside the sample area has a voltage level that sweeps charge away from the barrier .
前記電極は同心である、請求項1に記載のセンサ装置。   The sensor device according to claim 1, wherein the electrodes are concentric. 前記電極は、それぞれが環状リングであり、各後に続く電極が先の電極を取り囲んでおり、更に、電荷が掃引されて向かう電極である中心の円形の電極を取り囲んでいる、請求項2に記載のセンサ装置。   3. The electrodes of claim 2, wherein each electrode is an annular ring, each subsequent electrode surrounds the previous electrode, and further surrounds a central circular electrode that is the electrode to which charge is being swept. Sensor device. 前記電極は、等しい幅である、請求項3に記載のセンサ装置。   The sensor device according to claim 3, wherein the electrodes have equal widths. 前記電極は直流電圧に接続可能で、前記試料区域より外側にある電極が、電荷を前記試料区域より外側にあるドレインに向けて掃引する電圧レベルを有するようになっている、請求項1に記載のセンサ装置。   The electrode of claim 1, wherein the electrode is connectable to a DC voltage, and an electrode outside the sample area has a voltage level that sweeps charge toward a drain outside the sample area. Sensor device. 前記出力チャネルによって前記試料区域に連結され、前記試料区域からの電荷を増倍するように配置されている電荷増倍レジスタを更に備えている、上記請求項の1〜の何れか1項に記載のセンサ装置。 Coupled to said sample region by said output channel, it said further comprises the placed electrical charge multiplication register to multiply the charge from the sample zone, in any one of one to 5 above claims The sensor device described. 上記請求項1〜の何れか1項に記載のセンサ装置を備えている、レーザ走査顕微鏡装置。 The laser scanning microscope apparatus provided with the sensor apparatus of any one of the said Claims 1-6 . 入射放射線を電荷発生によって感知する型式のセンサ装置を作動させるための方法であって、前記センサ装置は、入射放射線によって内部で電荷が発生する基板と、前記基板の撮像区域を画定するために前記基板上に配置されている複数の電極であって、各後に続く電極が先の電極を取り囲むように配置されている、複数の電極と、を備えており、前記センサ装置は、更に、出力チャネルを有する出力を備え、前記出力チャネルは、該チャネルの両側にチャネル絶縁体を有すると共に前記出力チャネルを形成するように直流電圧に接続可能なゲート電極を有し、前記出力チャネルは、電荷が掃引されて向かう試料区域内の電極の下の基板の領域に連結されており、前記電荷が掃引されて向かう電極は、前記試料区域の中心の領域に位置する、センサ装置を作動させるための方法において、
電場が前記撮像区域に亘って作り出され、多数の電極に亘る電荷が前記撮像区域から出力まで掃引されるように、前記電極を直流電圧に接続する段階と、
前記撮像区域内に電荷に対する障壁を設けるように、前記電極の内の少なくとも1つを直流電圧に接続する段階であって、それによって、前記センサが可変試料区域を有するようにする、段階と、
前記出力チャネルを形成するように前記ゲート電極を直流電圧に接続する段階であって、前記出力チャネルが、先細形状の幅と、狭い端部と、広い端部とを有しており、前記狭い端部で、電荷が前記試料区域から掃引されて向かう電極の下の基板の領域に連結されており、それにより、前記チャネル電位が前記狭い端部から前記広い端部へ前記チャネルに沿って上昇して、前記出力チャネルが電荷を前記試料区域の前記中心の領域から前記試料区域の外側の前記撮像区域の縁部へ掃引する段階と、
前記電極を直流電圧に接続して、前記試料区域より外側にある電極が、電荷を前記障壁から遠くへ掃引する電圧レベルを有するようにする段階と、
から成る方法。
A method for operating a sensor device of a type that senses incident radiation by charge generation, the sensor device comprising: a substrate on which charge is generated by incident radiation; and an imaging area of the substrate to define the imaging area A plurality of electrodes disposed on the substrate, each subsequent electrode being disposed so as to surround the previous electrode, and the sensor device further comprises an output channel The output channel has a channel insulator on both sides of the channel and a gate electrode connectable to a DC voltage to form the output channel, the output channel sweeping charge Connected to a region of the substrate under the electrode in the sample area that is being directed, and the electrode to which the charge is swept is located in a central region of the sample area, A method for operating the capacitors device,
Connecting the electrodes to a DC voltage such that an electric field is created across the imaging area and charge across multiple electrodes is swept from the imaging area to the output;
Connecting at least one of the electrodes to a DC voltage so as to provide a barrier to charge within the imaging area, thereby allowing the sensor to have a variable sample area;
Connecting the gate electrode to a DC voltage to form the output channel, the output channel having a tapered width, a narrow end, and a wide end, the narrow At the end, charge is coupled to the region of the substrate under the electrode that is swept away from the sample area, so that the channel potential rises along the channel from the narrow end to the wide end. The output channel sweeps charge from the central region of the sample area to the edge of the imaging area outside the sample area;
Connecting the electrode to a DC voltage such that an electrode outside the sample area has a voltage level that sweeps charge away from the barrier;
A method consisting of:
前記電極を直流電圧に接続して、前記試料区域より外側にある電極が、電荷を前記試料区域より外側にあるドレインに向けて掃引する電圧レベルを有するようにする段階を含んでいる、請求項に記載の方法。 Connecting the electrode to a DC voltage so that an electrode outside the sample area has a voltage level that sweeps charge towards a drain outside the sample area. 9. The method according to 8 .
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