JP5907500B2 - 光電変換装置、光電変換アレイおよび撮像装置 - Google Patents
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Description
第1ソース、第1ドレイン、第1絶縁ゲートを有する第1電界効果トランジスタとから少なくとも構成され、
該第1pn接合は少なくとも2つの異なる導電型の半導体領域から構成され、その1方の半導体領域と、該第1電界効果トランジスタの第1ソースとが接続され、
該2つの異なる導電型の半導体領域のいずれかに光が照射され、第1pn接合に光電流が流れる光電変換装置において、
該第1電界効果トランジスタは該2つの異なる導電型の半導体領域の該1方の領域と同一導電型のチャネルを有し、
該第1電界効果トランジスタの第1ドレインに、該2つの異なる導電型の半導体領域の該他方の半導体領域の電位に対して該第1pn接合がゼロバイアスまたは逆バイアスとなる第2電位を供給し、
該第1電界効果トランジスタの第1ソースが接続されている該1方の半導体領域が該他方の半導体領域に対してゼロまたは逆バイアスとなる第1電位となった場合に該第1電界効果トランジスタが導通する第1ゲート電位を第1絶縁ゲートへ供給することにより、
該2つの異なる導電型の半導体領域のいずれかに光が照射されても、該第1pn接合が深い順方向電圧にバイアスされないよう飽和制御することを特徴とする光電変換装置。
該第1半導体領域に接して設けられた逆導電型(opposite conductivity)を有する第2半導体領域と、該第2半導体領域と離間して該第1半導体領域に接して設けられた逆導電型を有する第3半導体領域と、
少なくとも該第2、第3半導体領域に挟まれる該第1半導体領域表面に設けられた第1絶縁膜と、該第1絶縁膜上に該第2、第3半導体領域を橋渡すごとく設けた第1ゲートから成り、
該第2半導体領域または該第2半導体領域近傍の第1半導体領域に光が照射され、該第2半導体領域と該第1半導体領域間に光電流が流れる光電変換装置において、
該第3半導体領域に該第1半導体領域に対してゼロまたは逆バイアスとなる第2電位を供給し、該第2半導体領域が第1半導体領域に対してゼロまたは逆バイアスとなる第1電位となった場合に該第2、第3半導体領域間の該第1ゲート下の該第1半導体領域表面にチャネルまたは電流路が誘起される第1ゲート電位を第1ゲートへ供給することにより、該第2半導体領域または該第2半導体領域近傍の第1半導体領域に光が照射されても、該第2半導体領域が該第1半導体領域に対して深い順方向電圧にバイアスされないよう飽和制御することを特徴とする光電変換装置。
第1方向へ延在する複数の第1配線と、
第2方向へ延在する複数の第2配線と、
前記第1ゲート電位を供給する少なくとも1つの第3配線と、
前記第2電位を供給する少なくとも1つの第4配線と、
該第1、第2、第3、第4配線は相互に絶縁され、
前記第2電界効果トランジスタの第2ゲートは該第1方向へ延在する複数の第1配線の一つに接続され、前記第2電界効果トランジスタの第2ソース・ドレインの他方は該第2方向へ延在する複数の第2配線の一つに接続されたことを特徴とする光電変換アレイ。
前記第1配線をスキャンするXドライブ回路と、
前記第2配線に接続された(複数の)電流または電荷センス回路と、
前記第2配線にソース・ドレインの一方が接続された(複数の)参照電位設定電界効果トランジスタと、
該参照電位設定電界効果トランジスタのソース・ドレインの他方に接続された参照電位供給手段と、
第3配線に接続された第1ゲート電位供給手段と
第4配線に接続された第2電位供給手段と、
から構成され、
該電流または電荷センス回路は前記第2配線に接続された第1入力端子と第2入力端子を有する差動型であり、該第2入力端子には参照電位が供給されたことを特徴とする撮像装置。
W=(iph−Ith)*2L/(μCox(Vg1−Vdd−Vth)2)
ここでLはチャネル長、Coxはゲート絶縁膜単位面積電気容量である。
102 :第2半導体領域
104 :第4半導体領域
107 :第7半導体領域
212 :第2バイポーラトランジスタ2010のベースとして機能する逆導電型の半導体領域
217 :第2バイポーラトランジスタ2010の逆導電型領域
301 :第2ドレイン
303 :第2ゲート
304 :第2ゲート絶縁膜
311 :第3半導体領域、第1ドレイン
313 :第1ゲート
314 :第1ゲート絶縁膜
1000 :フォトダイオード
1001 :フォトダイオードのカソード
1002 :フォトダイオードのアノード
1010 :フォトトランジスタ
1011 :フォトトランジスタのコレクタ
1012 :フォトトランジスタのベース
1013 :フォトトランジスタのエミッタ
2010 :第2バイポーラトランジスタ
3000 :(スイッチ)第2電界効果トランジスタ
3010 :(飽和制御)第1電界効果トランジスタ
3011 :第1ドレイン
3012 :第1ソース
3013 :第1ゲート
1001−i−j(i=1〜m、j=1〜n) :本発明の撮像装置用アレイを構成するセル
3090 :参照電位設定電界効果トランジスタ
6001 :参照電位供給手段
9010 :Yドライブ回路
9020 :電流または電荷センス回路
9030 :並列直列変換回路
M1313 :第1ドレイン311の引き出し配線(第4配線)
M1303 :第2ゲート303をX方向へ接続した複数の第1配線
M2301 :スイッチ第2電界効果トランジスタ3000のソース・ドレインの他方301をY方向へ接続した複数の出力線(第2配線)
M2311 :第1ゲート313の引き出し配線(第3配線)
Claims (13)
- 光電変換機能を有する第1pn接合と
第1ソース、第1ドレイン、第1絶縁ゲートを有する第1電界効果トランジスタとから少なくとも構成され、
該第1pn接合は少なくとも2つの異なる導電型の半導体領域から構成され、その1方の半導体領域と、該第1電界効果トランジスタの第1ソースとが接続され、
該2つの異なる導電型の半導体領域のいずれかに光が照射され、該第1pn接合に光電流が流れる光電変換装置において、
該第1電界効果トランジスタは該2つの異なる導電型の半導体領域の該1方の領域と同一導電型のチャネルを有し、
該第1電界効果トランジスタの第1ドレインに、該2つの異なる導電型の半導体領域の他方の半導体領域の電位に対して該第1pn接合がゼロバイアスまたは逆バイアスである第2電位を供給し、
該第1電界効果トランジスタの第1ソースが接続されている該1方の半導体領域が該他方の半導体領域に対してゼロまたは逆バイアスとなる第1電位となった場合に該第1電界効果トランジスタが導通する第1ゲート電位を第1絶縁ゲートへ供給することにより、
該2つの異なる導電型の半導体領域のいずれかに光が照射されても、該第1pn接合が深い順方向電圧にバイアスされないよう飽和制御することを特徴とする光電変換装置。 - 前記第1ゲート電位と前記2つの異なる導電型の半導体領域の他方の半導体領域の電位との差の絶対値は前記第1電界効果トランジスタのゲート閾値電圧の絶対値と等しいかそれ以上であることを特徴とする請求項1記載の光電変換装置。
- 前記第1pn接合は第1バイポーラトランジスタのベース・コレクタ接合であり、該第1バイポーラトランジスタのベースと前記第1電界効果トランジスタのソースとが接続されていることを特徴とする請求項1記載の光電変換装置。
- 請求項1記載の光電変換装置において、さらに第2ソース、第2ドレイン、第2ゲートを備えた第2電界効果トランジスタを設け、該第2ソース・ドレインの一方は前記1方の半導体領域に接続され、該第2ゲートに導通信号を供給することにより、該第2ソースまたはドレインの他方から電子情報を得ることを特徴とする光電変換装置。
- 請求項3記載の光電変換装置において、さらに第2ソース、第2ドレイン、第2ゲートを備えた第2電界効果トランジスタを設け、該第2ソース・ドレインの一方は前記第1バイポーラトランジスタのエミッタに接続され、該第2ゲートに導通信号を供給することにより、該第2ソースまたはドレインの他方から電子情報を得ることを特徴とする光電変換装置。
- 請求項3記載の光電変換装置において、さらに第2ソース、第2ドレイン、第2ゲートを備えた第2電界効果トランジスタと1つまたは複数の第2バイポーラトランジスタを設け、前記第1バイポーラトランジスタのエミッタは該1つまたは複数の第2バイポーラトランジスタの内の一つのベースに接続され、第2バイポーラトランジスタが複数の場合は更にベースとエミッタが相互接続され、ベースに接続されない残余のエミッタを第2ソース・ドレインの一方に接続され、該第2ゲートに導通信号を供給することにより、該第2ソース・ドレインの他方から電子情報を得ることを特徴とする光電変換装置。
- 第1導電型を有する第1半導体領域と、
該第1半導体領域に接して設けられた逆導電型を有する第2半導体領域と、該第2半導体領域と離間して該第1半導体領域に接して設けられた逆導電型を有する第3半導体領域と、
少なくとも該第2、第3半導体領域に挟まれる該第1半導体領域表面に設けられた第1絶縁膜と該第1絶縁膜上に該第2、第3半導体領域を橋渡すごとく設けた第1ゲートから成り、
該第2半導体領域または該第2半導体領域近傍の第1半導体領域に光が照射され、該第2半導体領域と該第1半導体領域間に光電流が流れる光電変換装置において、
該第3半導体領域に該第1半導体領域に対してゼロまたは逆バイアスとなる第2電位を供給し、該第2半導体領域が第1半導体領域に対してゼロまたは逆バイアスとなる第1電位となった場合に該第2、第3半導体領域間の該第1ゲート下の該第1半導体領域表面にチャネルまたは電流路が誘起される第1ゲート電位を第1ゲートへ供給することにより、該第2半導体領域または該第2半導体領域近傍の第1半導体領域に光が照射されても、該第2半導体領域が該第1半導体領域に対して深い順方向電圧にバイアスされないよう飽和制御することを特徴とする光電変換装置。 - 請求項7記載の光電変換装置において、前記第2半導体領域の上部を覆うようにかつ前記第1ゲートとは端部が位置整合した状態で第1導電型の第4半導体領域を設けたことを特徴とする光電変換装置。
- 請求項7記載の光電変換装置において、更に前記第2半導体領域に接して第1導電型の第5半導体領域を設け、前記第2半導体領域に流れた電流が、該第5半導体領域または第1半導体領域から増幅して得られることを特徴とする光電変換装置。
- 交差する第1方向と第2方向に複数個配列された前記請求項4〜6のいずれかに記載の光電変換装置と、
第1方向へ延在する複数の第1配線と、
第2方向へ延在する複数の第2配線と、
前記第1ゲート電位を供給する少なくとも1つの第3配線と
前記第2電位を供給する少なくとも1つの第4配線と
該第1、第2、第3、第4配線は相互に絶縁され、
前記第2電界効果トランジスタの第2ゲートは該第1方向へ延在する複数の第1配線の一つに接続され、前記第2電界効果トランジスタの第2ソース・ドレインの他方は該第2方向へ延在する複数の第2配線の一つに接続されたことを特徴とする光電変換アレイ。 - 前記第1ドレインは隣接する光電変換装置で共通部分を有することを特徴とする請求項10記載の光電変換アレイ
- 請求項10記載の光電変換アレイと、
前記第1配線をスキャンするXドライブ回路と、
前記第2配線に接続された電流または電荷センス回路と、
前記第2配線にソース・ドレインの一方が接続された参照電位設定電界効果トランジスタと、
該参照電位設定電界効果トランジスタのソース・ドレインの他方に接続された参照電位供給手段と、
第3配線に接続された第1ゲート電位供給手段と
第4配線に接続された第2電位供給手段と、
から構成され、
該電流または電荷センス回路は前記第2配線に接続された第1入力端子と第2入力端子を有する差動型であり、該第2入力端子には参照電位が供給されたことを特徴とする撮像装置。 - 前記参照電位設定電界効果トランジスタは前記センス回路のセンス終了後、前記複数の第1配線の一つに接続された第2電界効果トランジスタがオフになる前に前記第2配線に参照電位を供給する、要すれば前記センス回路のセンス前のすべての第2電界効果トランジスタがオフのときに参照電位を供給することを特徴とする請求項12記載の撮像装置。
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