JPH034607A - Optical detection amplifier - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
この発明は1例えばカメラやビデオカメラなどの自動露
出装置やその他の各種の光学的測定4e置等に応用され
るもので、尚囲の光量を検知し。Detailed Description of the Invention (Industrial Application Field) This invention is applied to automatic exposure devices such as cameras and video cameras, and other various optical measurement devices, etc. Detected.
その光量を増幅して電気信号に変換し出力するように構
成された光検出増幅器に関するものである。The present invention relates to a photodetection amplifier configured to amplify the amount of light, convert it into an electrical signal, and output it.
(従来の技術)
一般に、光センサーの出力を電界効果トランジスタ(F
ET)により増幅する場合に十分な利得を得るためには
、l−、記電界効果トランジスタのゲート・ドレイン間
に、動作点が直線部のほぼ中央に移るように所定の直流
の電圧、つまり、バイアス電圧を印加する必要があり、
このバイアス電圧を維持するために、従来ではコンデン
サを用いて光センサーと電界効果トランジスタのゲート
トを結合していた。(Prior art) Generally, the output of a photosensor is converted into a field effect transistor (F).
In order to obtain sufficient gain when amplifying by ET), a predetermined DC voltage must be applied between the gate and drain of the field effect transistor so that the operating point moves to approximately the center of the linear part, that is, It is necessary to apply a bias voltage,
In order to maintain this bias voltage, conventionally a capacitor has been used to couple the optical sensor and the gate of the field effect transistor.
第1θ図は従来の光検出増幅器の回路図で、同図(A)
は電圧信号を出力する電圧モードの回路を示し、同図(
B)は電流信号を出力する電流モードの回路を示す、こ
れら各図において、1は光センサ−,2は電界効果トラ
ンジスタ、R1、R2は分圧抵抗、RLはソース抵抗、
Vccは電源電圧であり、電圧モードおよび電流モード
のいずれの場合も、バイアス電圧V旺は、
となる、従って、光センサ−lとトランジスタ2のゲー
トとを、コンデンサを用いないで直結すると、バイアス
電圧VIEは光センサ−lの内部抵抗により左右され、
起電力の変動(受光量の変動)にともなって大きく変動
し、その結果、動作点に異常を発生して一定の出力特性
が得られなくなる。Figure 1θ is a circuit diagram of a conventional photodetection amplifier;
shows a voltage mode circuit that outputs a voltage signal, and the same figure (
B) shows a current mode circuit that outputs a current signal. In each of these figures, 1 is an optical sensor, 2 is a field effect transistor, R1 and R2 are voltage dividing resistors, RL is a source resistor,
Vcc is the power supply voltage, and in both voltage mode and current mode, the bias voltage V is as follows.Therefore, if the photosensor 1 and the gate of transistor 2 are directly connected without using a capacitor, the bias voltage will be The voltage VIE depends on the internal resistance of the optical sensor-1,
It fluctuates greatly as the electromotive force fluctuates (fluctuates in the amount of light received), and as a result, an abnormality occurs in the operating point, making it impossible to obtain constant output characteristics.
そこで、バイアス電圧VB&を維持し、光センサ−lの
起電力の変動にかかわらず、出力特性を一定にするため
にはコンデンサCが必要であり。Therefore, a capacitor C is required to maintain the bias voltage VB& and to keep the output characteristics constant regardless of fluctuations in the electromotive force of the optical sensor 1.
このコンデンサCを介して光センサ−1とトランジスタ
2のゲートとを結合する、いわゆるCR結合増輻回路が
採用されていたのである。A so-called CR coupling amplifier circuit was used in which the optical sensor 1 and the gate of the transistor 2 were coupled through the capacitor C.
(発明が解決しようとする課題)
以上のように構成された従来の光検出増幅器による場合
は、光センサーとトランジスタのゲートとの間にカップ
リングコンデンサを使用しているために、交流信号に対
しては抵抗が小さくて所定通りの増幅作用が得られるも
のの、直流信号に対してはコンデンサが充電機能を発揮
するに過ぎず、光センサーによる直流信号の増幅作用を
得ることができなかった。(Problem to be Solved by the Invention) In the case of the conventional photodetection amplifier configured as described above, since a coupling capacitor is used between the photosensor and the gate of the transistor, Although the resistor is small and a predetermined amplification effect can be obtained, the capacitor only performs a charging function for DC signals, and it is not possible to obtain the amplification effect of DC signals by an optical sensor.
また、上記のようなカップリングコンデンサの存在によ
り、トランジスタを非晶質シリコン半導体の成膜技術の
応用によって薄膜化、低コスト化できるとしても、この
薄膜トランジスタに対してコンデンサ及び光センサーは
外付けの構成としなければならない、それ故に、光セン
サーとトランジスタとを同一の基板上に集積一体化して
形成することができず、全体として製造工程および回路
構成が複雑になり、コスト的にも高価になる欠点があっ
た。Furthermore, even if transistors can be made thinner and lower in cost by applying amorphous silicon semiconductor film formation technology due to the existence of the coupling capacitor as described above, capacitors and optical sensors must be externally attached to these thin film transistors. Therefore, the optical sensor and the transistor cannot be integrated and formed on the same substrate, making the manufacturing process and circuit configuration as a whole complicated and expensive. There were drawbacks.
特に、電流モードの出力を得る光検出増幅器においては
、照度の変化によって光センサーの出力レベルが数桁以
上に亘って変化するために1例えばカメラ等に該光検出
増幅器を組込み使用する場合、その出力を対数圧縮する
Jlog変換回路、即ち、対数増幅回路を組合せること
が必要となる。In particular, in the case of a photodetector amplifier that obtains a current mode output, the output level of the photosensor changes over several orders of magnitude depending on changes in illuminance. It is necessary to combine a Jlog conversion circuit that logarithmically compresses the output, that is, a logarithmic amplifier circuit.
このような対数増幅回路は、構成が非常に複雑で、コス
トをより一層高める。一方、電圧モードで使用した場合
、小信号入力時、つまり低照度側での直線性が悪い欠点
を有している。Such a logarithmic amplifier circuit has a very complicated structure, further increasing the cost. On the other hand, when used in voltage mode, it has the disadvantage of poor linearity when a small signal is input, that is, at low illuminance.
この発明は上記実情に鑑みてなされたも−ので、光セン
サーによる直流信号をも増幅できるばかりでなく、全体
を1つの基板上に集積一体化して。This invention was made in view of the above-mentioned circumstances, and therefore not only can DC signals from optical sensors be amplified, but also can be integrated as a whole on one substrate.
小形で、かつ低コスト化を実現できる光検出増幅器を提
供することを目的とする。It is an object of the present invention to provide a photodetection amplifier that is small and can be realized at low cost.
また、この発明のもう1つの目的は、電圧モードの場合
、直線性の良い対数圧縮出力が得られるようにする点に
ある。Another object of the present invention is to provide a logarithmic compression output with good linearity in the voltage mode.
(課題を解決するための手段)
E記目的を達成するために、この発明に係る光検出増幅
器は、透明基板上に、透明電極、P−I−N接合の非晶
質半導体層波シ耐熱性金属を順次積層して光センサー部
を形成し、この光センサー部に近接し、且つ遮光膜が形
成された同一透明基板上に、ゲート電極6絶縁膜、I−
N接合の非晶質半導体層及び互いに噛合する櫛形状のン
ース・ドレイン電極を順次積層して薄膜トランジスタを
形成し、この薄膜トランジスタのゲート電極と前記光セ
ンサー部の透明電極とが接続されていることを特徴とす
る。(Means for Solving the Problems) In order to achieve the object E, a photodetection amplifier according to the present invention includes a heat-resistant amorphous semiconductor layer having a transparent electrode and a P-I-N junction on a transparent substrate. A photosensor section is formed by sequentially stacking the metals, and a gate electrode 6 insulating film, an I-
A thin film transistor is formed by sequentially stacking an N-junction amorphous semiconductor layer and interlocking comb-shaped source and drain electrodes, and the gate electrode of this thin film transistor is connected to the transparent electrode of the photosensor section. Features.
また、上記構成の光検出増幅器において、光センサー部
及び薄膜トランジスタに近接し、且つ遮光膜が形成され
た同一透明基板上に、■型非晶質半導体層及び金属電極
を順次積層して分圧抵抗部およびソース抵抗部を形成し
、上記分圧抵抗部と薄膜トランジスタのゲート電極との
間に上記光センサー部を接続させている。In addition, in the photodetection amplifier having the above configuration, a partial pressure resistor is formed by sequentially stacking a ■-type amorphous semiconductor layer and a metal electrode on the same transparent substrate on which a light-shielding film is formed and which is close to the photosensor section and the thin film transistor. A portion and a source resistance portion are formed, and the photosensor portion is connected between the voltage dividing resistance portion and the gate electrode of the thin film transistor.
さらに、請求項3に記載された発明に係る光検出増幅器
は、上記薄膜トランジスタを同一の基板上に複数段にダ
ーリントン接続して形成し、そのうち初段の薄膜トラン
ジスタにより、光センサー部の電圧出力の非直線性を補
正するように構成したことを特徴とする。Furthermore, in the photodetection amplifier according to the invention set forth in claim 3, the thin film transistors are formed by connecting the thin film transistors in a plurality of stages on the same substrate in Darlington, and the first stage of the thin film transistors causes the voltage output of the photosensor section to become non-linear. It is characterized by being configured to correct the gender.
(作用)
この発明によれば、薄膜トランジスタのゲート電極に光
センサー部を電気的に直結した構成とすることにより、
コンデンサを使用しないで、光センサー部による検出信
号の直流信号をも増幅して出力することができるととも
に、カップリングコンデンサーが不要であるから、光セ
ンサーを外付けする必要がなく、光センサー部及び薄膜
トランジスタを同一の基板上に非晶質半導体を用いた成
膜技術により容易に集積一体止することができる。(Function) According to the present invention, by configuring the photosensor section to be electrically connected directly to the gate electrode of the thin film transistor,
It is possible to amplify and output the DC signal of the detection signal from the optical sensor section without using a capacitor, and since a coupling capacitor is not required, there is no need to attach an external optical sensor, and the optical sensor section and Thin film transistors can be easily integrated and integrated on the same substrate by a film formation technique using an amorphous semiconductor.
また、バイアス電圧印加用の分圧抵抗部およびソース抵
抗部についても、非晶質半導体の成膜技術により、上記
光センサー部及びトランジスタと同一の基板上に積層形
成することにより、ワンチップデバイスの光検出増幅器
を得ることができる。Furthermore, the voltage dividing resistor and source resistor for bias voltage application are also layered on the same substrate as the photosensor and transistor using amorphous semiconductor film formation technology, resulting in a one-chip device. A photodetector amplifier can be obtained.
さらに、複数段の薄膜トランジスタを非晶質半導体の成
膜技術により同一の基板上にダーリントン接続して形成
し、そのうち初段の薄膜トランジスタにより光センサー
部の電圧出力の非直線性を補正するように構成すること
により、この薄膜トランジスタの増幅率を適当に設定す
ることで、その利得の非直線性を利用して直線性の良い
対数圧縮出力を得ることができる。Furthermore, multiple stages of thin film transistors are formed by Darlington connection on the same substrate using amorphous semiconductor film formation technology, and the first stage of the thin film transistors is configured to correct the nonlinearity of the voltage output of the photosensor section. By appropriately setting the amplification factor of this thin film transistor, it is possible to obtain a logarithmically compressed output with good linearity by utilizing the nonlinearity of the gain.
(実施例) 以下、この発明の一実施例を図面に基づいて説明する。(Example) Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described based on the drawings.
第1図はこの発明の電圧モードの光検出増幅器全体の外
観平面図を示し、第2図乃至第4図は第1図の■−■線
、ローm線及びff−IV線での断面構造を示す。FIG. 1 shows an external plan view of the entire voltage mode photodetection amplifier of the present invention, and FIGS. 2 to 4 show the cross-sectional structure taken along the ■-■ line, the lo-m line, and the ff-IV line in FIG. 1. shows.
第1図において、Sは光センサー部、Trは薄膜トラン
ジスタ、R1,R2はバイアス電圧印加用の分圧抵抗部
、RLはソース抵抗部、T (V)は入力端子部、T(
0)は出力端子部、T (GMD)は接地端子部であり
、これら各素子は第2図乃至第4図で示したように、ガ
ラスなどの同一の耐熱性透明基板lO上に夫々形成され
ている。In FIG. 1, S is a photosensor section, Tr is a thin film transistor, R1 and R2 are voltage dividing resistors for bias voltage application, RL is a source resistor, T (V) is an input terminal, and T (
0) is an output terminal portion, T (GMD) is a ground terminal portion, and as shown in Figs. 2 to 4, these elements are formed on the same heat-resistant transparent substrate lO, such as glass. ing.
また、上記透明基板10Fの全面には金属膜や顔料を含
有した樹脂などの遮光11911および上記素子を絶縁
するための酸化シリコン(SiOz)や窒化シリコン(
SiN+)などからなる絶縁膜12が形成されており、
上記遮光膜llのうち、光センサー部Sの形成領域のみ
エノfング手法などにより除去して、光入射窓13を形
成している。Further, on the entire surface of the transparent substrate 10F, there is a light shielding layer 11911 such as a metal film or a resin containing a pigment, and silicon oxide (SiOz) or silicon nitride (SiOz) for insulating the elements.
An insulating film 12 made of SiN+) or the like is formed.
Of the light-shielding film 11, only the region where the photosensor section S is formed is removed by an etching technique or the like to form the light entrance window 13.
上記光入射窓13に対応する絶縁Mlz上に、第2図で
明示されているように、酸化錫(Sn02)やITO(
酸化インジウム−錫)などからなる透明電極14を熱分
解法や電子ビーム法、スパッタリング法などにより 5
00〜200OAの膜厚に被着するとともに、この透明
電極14の上にP−1−N接合した非晶質シリコン半導
体層15を被着し、さらに、この非晶質シリコン半導体
層15の上にアルミニウム(1)やニッケル(Ni)、
クロム(Or)、チタン(Ti)などの耐熱性金属電極
16を被着することによって、上記光センサー部Sが形
成されている。As shown in FIG. 2, tin oxide (Sn02) or ITO (
A transparent electrode 14 made of a material such as indium oxide (tin oxide) is formed by a thermal decomposition method, an electron beam method, a sputtering method, etc. 5
A P-1-N bonded amorphous silicon semiconductor layer 15 is deposited on the transparent electrode 14 to a film thickness of 00 to 200 OA. aluminum (1) and nickel (Ni),
The optical sensor section S is formed by depositing a heat-resistant metal electrode 16 such as chromium (Or) or titanium (Ti).
この光センサー部Sにおける上記非晶質シリコン半導体
屑15は、シラン、ジシランなどのシリコン化合物ガス
と水素などのキャリアガスとが所定比に混合された反応
成膜ガスをグロー放電で分解するプラズマCVD法や光
CVD法等で1&膜されるもので、P層は上述の反応成
膜ガスにシボラン(B2H6)などのP型ドーピングガ
スを混入した反応ガスで、100〜500Aの膜厚に形
成され、1層はその上にノンドープの反応成膜ガスで、
0.3〜2ILviの膜厚に形成され、8層はさらにそ
の上に上述の反応成膜ガスにフォスフインなどのN型ド
ーピングガスを混入した反応ガスで、500Ai!I後
の膜厚に形成されている。The amorphous silicon semiconductor scrap 15 in the optical sensor section S is produced by plasma CVD, which decomposes a reaction film-forming gas in which a silicon compound gas such as silane or disilane and a carrier gas such as hydrogen are mixed in a predetermined ratio by glow discharge. The P layer is formed to a film thickness of 100 to 500A using a reaction gas obtained by mixing a P-type doping gas such as Siborane (B2H6) with the above-mentioned reaction film forming gas. , the first layer is a non-doped reactive film forming gas on top of it,
The 8 layers are formed to a film thickness of 0.3 to 2 ILvi, and the 8 layers are further coated with a reaction gas obtained by mixing an N-type doping gas such as phosphine with the above-mentioned reaction film forming gas to form a film of 500Ai! It is formed to have a film thickness after I.
上記薄膜トランジスタT「は、第3図で明示されている
ように、上記透明基板10上に形成した遮光ll!11
および絶縁膜lz上に、上記光センサー部Sにおける透
明電極14と同一の成膜条件でゲート電極17を被着す
るとともに、このy −計電極17上に酸化シリコン(
SiOz)や窒化シリコン(SiN4)などからなる絶
縁薄膜18をプラズマCVD法などにより、500〜2
000Aの膜厚に被着し、この絶縁膜1118の上にI
−N接合した非晶質シリコン半導体層19を被着し、さ
らに、この非晶質シリコン半導体層19上に櫛型状のソ
ース電極20およびドレイン電極21からなる能動素子
を1μ塵の厚さに形成することにより、構成されている
。The thin film transistor T" is formed on the transparent substrate 10 as shown in FIG.
A gate electrode 17 is deposited on the insulating film lz under the same film forming conditions as the transparent electrode 14 in the photosensor section S, and silicon oxide (
An insulating thin film 18 made of silicon nitride (SiOz) or silicon nitride (SiN4) is coated with a film of 500 to 2
The insulating film 1118 is coated with a thickness of 000A, and I
A -N junction amorphous silicon semiconductor layer 19 is deposited, and an active element consisting of a comb-shaped source electrode 20 and a drain electrode 21 is formed on the amorphous silicon semiconductor layer 19 to a thickness of 1 μm. It is constituted by forming.
この薄膜トランジスタTrにおける上記非晶質シリコン
半導体層19は、ゲート電極17への印加電圧に応じて
ソース電極20およびドレイン電極21間にチャンネル
を形成するものであって。The amorphous silicon semiconductor layer 19 in this thin film transistor Tr forms a channel between the source electrode 20 and the drain electrode 21 depending on the voltage applied to the gate electrode 17.
1層はシラン、ジシランなどのシリコン化合物ガスと水
素などのキャリアガスとが所定比に混合されたノンドー
プの反応成膜ガスをプラズマCVD法ヤ光CVD法等ニ
ヨリ、 50G−10000λノFfJ厚に形成され
、N層はその上に上述の反応成膜ガスにフォスフインな
どのN型ドーピングガスを混入した反応ガスで、200
〜500λの膜厚に形成されている。The first layer is formed to a thickness of 50G-10000λ FfJ using a non-doped reactive film-forming gas in which a silicon compound gas such as silane or disilane and a carrier gas such as hydrogen are mixed at a predetermined ratio using plasma CVD or optical CVD. The N layer is coated with a reactive gas containing an N-type doping gas such as phosphine in the above-mentioned reactive film-forming gas.
It is formed to have a film thickness of ~500λ.
また、ソース電極20およびドレイン電極21は、上記
非晶質シリコン半導体層19上に、ニッケル(Xi)、
アルミニウム(1)、チタン(Ti)、クロム(Or)
などの金属膜を真空蒸着法やスパッタソング法等で被着
した後、フォトリソグラフィーやレジスト・エツチング
処理などにより所定の櫛型形状にパターン化される。即
ち、ゲート電極17に印加される電圧に応じて非晶質シ
リコン半導体層19内にチャンネルが形成され、ソース
電極20およびドレイン電極21の互いに噛み合った対
向部分に電子が移動するように構成されている。Further, the source electrode 20 and the drain electrode 21 are made of nickel (Xi), nickel (Xi),
Aluminum (1), titanium (Ti), chromium (Or)
After depositing a metal film such as by vacuum evaporation, sputter song, etc., it is patterned into a predetermined comb shape by photolithography, resist etching, etc. That is, a channel is formed in the amorphous silicon semiconductor layer 19 according to the voltage applied to the gate electrode 17, and electrons are moved to the opposing portions of the source electrode 20 and the drain electrode 21 that are interlocked with each other. There is.
また、分圧抵抗部R1,R2及びソース抵抗部RLは、
第4図及び第3図で明示されているように、上記絶縁P
a12上に、■型層のみを有する非晶質シリコン半導体
層22を被着するともに、その上に、上記S膜トランジ
スタTrにおける能動素子と同様に、ニッケル(N層)
、アルミニウム(AIL)、チタン(Ti)、クロム(
Cr)などの金Jtillを被着した後、フォトリソグ
ラフィーやレジスト滲エツチング処理などにより所定の
櫛型形状にパターン化された電極23を形成することに
より。Furthermore, the voltage dividing resistance sections R1 and R2 and the source resistance section RL are as follows:
As clearly shown in FIGS. 4 and 3, the above insulation P
On a12, an amorphous silicon semiconductor layer 22 having only a ■-type layer is deposited, and on top of that, a nickel (N layer) is deposited as in the active element in the S-film transistor Tr.
, aluminum (AIL), titanium (Ti), chromium (
After depositing gold Jtill such as Cr), an electrode 23 patterned into a predetermined comb shape is formed by photolithography, resist etching, or the like.
構成されている。It is configured.
以との各素子から成る光検出増幅器において、各素子間
の電気的な接続は電極17.20.21及び23のパタ
ーン化によって、第5図(A)の等価回路図で示すよう
に行なわれ、光センサー部Sは薄膜トランジスタTrの
ゲート電極17と分圧抵抗部R1,R2の接続点との間
に亘って直結されている。In the photodetection amplifier consisting of the following elements, electrical connections between the elements are made by patterning the electrodes 17, 20, 21 and 23, as shown in the equivalent circuit diagram of FIG. 5(A). , the optical sensor section S is directly connected between the gate electrode 17 of the thin film transistor Tr and the connection point of the voltage dividing resistor sections R1 and R2.
なお、第1図乃至第41iidにおいて、24は上記し
た各端子部T(V) 、 T(0) 、 T(GND)
を除く全ての部分を被覆するように形成した絶縁保護膜
である。In addition, in FIG. 1 to No. 41iid, 24 represents each of the above-mentioned terminal portions T(V), T(0), T(GND).
This is an insulating protective film formed to cover all parts except for.
上記構成の光検出増幅器によれば、透明基板lOおよび
光入射窓13を通じて、透明電極14側から光が照射さ
れると、その光は透明電極14を経て非晶質シリコン半
導体層15に到達し、この非晶質シリコン半導体層15
の分光感度に応じて1層からキャリアが発生される。そ
して、この1層を挟むPM及びN層との界面の電界によ
り、キャリアがP層及びNN3に収集され、金属電極1
6と透明電極14との間から光起電力が導出される。According to the photodetection amplifier having the above configuration, when light is irradiated from the transparent electrode 14 side through the transparent substrate lO and the light incidence window 13, the light reaches the amorphous silicon semiconductor layer 15 via the transparent electrode 14. , this amorphous silicon semiconductor layer 15
Carriers are generated from one layer according to the spectral sensitivity of the carrier. Then, carriers are collected in the P layer and NN3 due to the electric field at the interface with the PM and N layers sandwiching this one layer, and the metal electrode 1
Photovoltaic force is derived from between the transparent electrode 14 and the transparent electrode 14 .
この光起電力は薄膜トランジスタTrのゲート電極17
に印加され、このゲート電極17への印加電圧に応じて
、薄膜トランジスタTrの非晶質シリコン半導体711
9内にチャンネルが形成され、ソース電極20およびド
レイン電極21の互いに噛み合った対向部分に電子が移
動する。このとき、F記薄膜トランジスタTrのゲート
電極17に印加されるところの光センサー部Sによる光
起電力に1分圧抵抗部R1,R2を通して−足のバイア
ス電圧を重畳することにより、動作点を移行させてvJ
G図で示すような出力特性が得られ1人力光量を十分に
大きく増幅した出力が得られる。This photovoltaic force is applied to the gate electrode 17 of the thin film transistor Tr.
is applied to the amorphous silicon semiconductor 711 of the thin film transistor Tr in accordance with the voltage applied to the gate electrode 17.
A channel is formed in 9, and electrons move to opposing portions of source electrode 20 and drain electrode 21 that are interlocked with each other. At this time, the operating point is shifted by superimposing a negative bias voltage on the photoelectromotive force generated by the photosensor S that is applied to the gate electrode 17 of the F thin film transistor Tr through the voltage-dividing resistors R1 and R2. Let me vJ
Output characteristics as shown in diagram G can be obtained, and an output that sufficiently amplifies the amount of light produced by one person can be obtained.
ところで、上記構成の光検出増幅器は、光センサー部S
を薄膜トランジスタTrのゲート電極17にカップリン
グコンデンサを使用しないで直流的に直結しているので
、光センサー部Sによる検出信号の直流信号をも増幅す
ることができるとともに、−L述したように、非晶質シ
リコン半導体のI&成膜技術利用して、光センサー部S
と薄膜トランジスタT「とを1つの基板上に集積−一体
化することが非常に容易となり、全体として小形で、か
つ低コストの光検出増幅器を得ることができる。By the way, the photodetection amplifier with the above configuration has a photosensor section S.
Since it is directly connected to the gate electrode 17 of the thin film transistor Tr without using a coupling capacitor, the DC signal of the detection signal by the photosensor section S can also be amplified, and -L As mentioned above, Using amorphous silicon semiconductor I & film formation technology, optical sensor section S
It is very easy to integrate and integrate the thin film transistor T and the thin film transistor T on one substrate, and it is possible to obtain a photodetector amplifier that is small and low cost as a whole.
第5図(B)は電流モードの光検出増幅器の等価回路図
を示し、この場合の具体的構造の図示は省略するが、第
1図乃至第4図で示す絶縁$12上に、工型層のみを有
する非晶質シリコン半導体層を被着し、その上にニッケ
ル(Xi)、アルミニウム(An、チタン(〒1)、ク
ロム(Car)などにより櫛型の金属電極を形成してな
る抵抗部Rを付加し、この抵抗部Rを光センサー部Sに
対して並列に接続すれば良い。FIG. 5(B) shows an equivalent circuit diagram of a current mode photodetection amplifier. Although the specific structure is omitted in this case, the mold A resistor formed by depositing an amorphous silicon semiconductor layer having only a single layer, and forming a comb-shaped metal electrode of nickel (Xi), aluminum (An, titanium (〒1), chromium (Car), etc.) on the amorphous silicon semiconductor layer. What is necessary is to add a section R and connect this resistor section R in parallel to the optical sensor section S.
第7図はこの発明の別の実施例における電圧モードの光
検出増幅器の等価回路図を示し、この実施例では、ゲー
ト電極、絶縁薄膜、I−N接合した非晶質シリコン半導
体層を基板上に順次′1!L層し、かつ、その非晶質シ
リコン半導体層上に櫛型状のソース電極及びドレイン電
極を形成してなる薄膜トランジスタの2つTri、Tr
2をダーリントン接続するとともに、初段の薄膜トラン
ジスタTriのゲート電極と、Iy!li層を有する非
晶質シリコン半導体層及び金属電極を上記と同一の基板
上に積層してなる分圧抵抗部R1,R2の接続点との間
に、透明電極、P−I−N接合した非晶質シリコン半導
体層及び耐熱性金属電極を上記と同一・の基板上に積層
してなる光センサー部Sを直結し、かつ上記2つの薄膜
トランジスタTri、Tr2のドレイン電極側に夫々■
型層を有する非晶質シリコン半導体層及び金属電極を上
記と同一の基板上に積層してなる安定化抵抗R1、R2
をバターニングによって接続したものである。FIG. 7 shows an equivalent circuit diagram of a voltage mode photodetection amplifier in another embodiment of the present invention, in which a gate electrode, an insulating thin film, an amorphous silicon semiconductor layer with an I-N junction are formed on a substrate '1 in sequence! Two thin film transistors, Tri and Tr, each having an L layer and a comb-shaped source electrode and a comb-shaped drain electrode formed on the amorphous silicon semiconductor layer.
2 is Darlington connected, and the gate electrode of the first stage thin film transistor Tri and Iy! A transparent electrode and a P-I-N junction were connected between the connection points of the voltage dividing resistors R1 and R2, which are formed by laminating an amorphous silicon semiconductor layer having a Li layer and a metal electrode on the same substrate as above. A photosensor section S formed by laminating an amorphous silicon semiconductor layer and a heat-resistant metal electrode on the same substrate as above is directly connected, and the drain electrodes of the two thin film transistors Tri and Tr2 are connected to
Stabilizing resistors R1 and R2 formed by laminating an amorphous silicon semiconductor layer having a mold layer and a metal electrode on the same substrate as above.
are connected by buttering.
第8図は、上記第7図で示す回路構成の光検出増幅器の
動作を、信号の流れに沿って示した概略フロー図であり
、光センサー部Sに光が照射されたとき、この光センサ
ー部Sの開放端には、照度(L u x)の変化に対応
して第9図(A)で示すように、対数圧縮された電圧(
V oc)が出力される。この出力電圧(V oc)は
、特に低照度側において直線性をもたず、−h向きのカ
ーブを描くように歪んでいる。FIG. 8 is a schematic flow diagram showing the operation of the photodetection amplifier having the circuit configuration shown in FIG. 7 above along the flow of signals. At the open end of the section S, a logarithmically compressed voltage (
Voc) is output. This output voltage (Voc) does not have linearity, especially on the low illuminance side, and is distorted so as to draw a curve in the -h direction.
つぎに、このような光センサー部Sの非直線性の出力電
圧(V oc)が初段の薄膜トランジスタTrlのゲー
ト電極に印加されることにより、その電圧(V oc)
が増幅されるが、このとき、初段の薄膜トランジスタT
rlのゲート電圧(V)に対する増幅率(L)、つまり
利得特性は第9図(B)に示すように、上記光センサー
部Sの出力電圧(V oc)に対して逆向きに歪んだ非
直線性を有している。この点に注目して、上記初段の薄
膜トランジスタTriの増幅率(L)の使用範囲(交)
を、上記光センサー部Sの開放端の出力電圧(V oc
)に対応させて適当に設定することにより、上記出力電
圧(V oc)の非直線性を補正して直線性の良い対数
出力が得られることになる。Next, the nonlinear output voltage (V oc) of the photosensor section S is applied to the gate electrode of the first-stage thin film transistor Trl, so that the voltage (V oc)
is amplified, but at this time, the first stage thin film transistor T
The amplification factor (L) with respect to the gate voltage (V) of rl, that is, the gain characteristic, is the amplification factor (L) with respect to the gate voltage (V) of rl, as shown in Fig. 9 (B). It has linearity. Paying attention to this point, the usage range (cross) of the amplification factor (L) of the first stage thin film transistor Tri is
is the output voltage (V oc
), it is possible to correct the nonlinearity of the output voltage (Voc) and obtain a logarithmic output with good linearity.
つづいて、上記の直線性の良い出力電圧に直流成分を重
畳させて二段目の薄膜トランジスタTr2のゲート電極
に印加することによって、J:配電圧を必要電圧にまで
増幅して出力することができる。Next, by superimposing a DC component on the output voltage with good linearity and applying it to the gate electrode of the second-stage thin film transistor Tr2, the J: distribution voltage can be amplified to the required voltage and output. .
上記のような動作特性を有する第7図の回路構成の光検
出増幅器においても、光センサー部S、2つの薄膜トラ
ンジスタT rl、 T r2、抵抗部R1゜R2,R
L 、 R1,R2の全てが非晶質シリコン半導体層の
成膜技術により同一の基板上に集積化されたワンチップ
デバイスであるが、その具体的な製造方法及び構造は素
子数が増加するのみで、第1図乃至第4図で示す実施例
とほぼ同様であるため、図示および説明を省略する。Also in the photodetection amplifier having the circuit configuration shown in FIG. 7 having the above-mentioned operating characteristics, a photosensor section S, two thin film transistors T rl and T r2, and a resistor section R1゜R2, R
Although L, R1, and R2 are all integrated on the same substrate using an amorphous silicon semiconductor layer deposition technology, it is a one-chip device, but the specific manufacturing method and structure only increase the number of elements. Since this embodiment is substantially the same as the embodiment shown in FIGS. 1 to 4, illustration and description thereof will be omitted.
尚、上記各実施例において、非晶質シリコン半導体層を
、例えばアルゴンレーザー光などのエネルギー注入によ
り結晶構造に変換して使用しても良い。In each of the above embodiments, the amorphous silicon semiconductor layer may be converted into a crystal structure by injection of energy such as argon laser light.
(発明の効果)
以上のように、この発明によれば、カップリングコンデ
ンサを用いないで、光センサー部を薄膜トランジスタの
ゲート電極に直流的に直結することにより、光センサー
部による検出直流信号をも増幅して出力することができ
、これによって、光検出増幅器の感度特性を向上するこ
とができ、その用途の拡大を図ることができる。(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, by directly connecting the photosensor part to the gate electrode of the thin film transistor without using a coupling capacitor, the DC signal detected by the photosensor part can also be detected by the photosensor part. It can be amplified and output, thereby improving the sensitivity characteristics of the photodetection amplifier and expanding its applications.
しかも、光センサー部を外付けする必要がないため、こ
の光センサー部と薄膜トランジスタを。Moreover, since there is no need to attach the optical sensor section externally, the optical sensor section and thin film transistor can be used together.
成膜技術を応用して同一の基板上に容易に集積−体止す
ることができ、従って、上述のように感度特性や対ノイ
ズに優れた光検出増幅器の小型化並びに製造コストの低
減化を実現することができるといった効果を奏する。By applying film-forming technology, it can be easily integrated and assembled on the same substrate, and therefore, as mentioned above, it is possible to miniaturize and reduce manufacturing costs of photodetector amplifiers with excellent sensitivity characteristics and noise resistance. It has the effect that it can be realized.
特に、抵抗部をも同一の基板上に集積一体止することに
より、光検出増幅器全体のワンチップデバイス化が可能
で、この種、光検出増幅器を組込み使用する機器の□小
型化、低コスト化にも寄与する効果を奏する。In particular, by integrating and fixing the resistor section on the same substrate, the entire photodetection amplifier can be made into a single-chip device, which reduces the size and cost of equipment that incorporates this kind of photodetection amplifier. It also has the effect of contributing to
また、薄膜トランジスタを同一の基板上に複数段にダー
リントン接続して形成し、初段の薄膜トランジスタによ
り光センサー部の出力電圧の非直線性を補正するように
構成することによって、小型かつ低コストの光検出増幅
器における対数圧縮出力を直線性の良いものとできる効
果を奏する。In addition, by forming multiple stages of thin film transistors in Darlington connection on the same substrate, and configuring the first stage thin film transistor to correct the nonlinearity of the output voltage of the photosensor section, it is possible to achieve compact and low cost photodetection. This has the effect that the logarithm compression output in the amplifier can be made to have good linearity.
第1図はこの発明に係る光検出増幅器の一実施例を示す
平面図、第2図は第1図■−■線に沿った縦断面図、第
3図は第1図m−m線に沿った縦断面図、第4図は第1
図N−IV線に沿った縦断面図、第5図(A) (
B)は第1図乃至第4図で示すものの等価回路図、第6
図は増幅特性図、第7図はこの発明の別の実施例におけ
る光検出増幅器の等価回路図、第8図は第7図で示す光
検出増幅器の動作を説明する概略フロー図、第9図(A
)、(B)は第7図で示す光検出増幅器の各部の動作特
性図、第10図(A) (B)は従来。
の光検出増幅器の回路図である。
10・・・透明基板、11・・・遮光膜、14・・・透
明電極、15,19.22・・・非晶質シリコン半導体
層、18.23・・・金属電極、17・・・ゲート電極
。
18・・・絶縁薄膜、20・・・ソース電極、21・・
・ドレイン電極、S・・・光センサー部、Tr・・・薄
膜トランジスタ、R1,R2,RL・・・抵抗部。
以 上FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of a photodetection amplifier according to the present invention, FIG. 2 is a longitudinal sectional view taken along the line ■-■ in FIG. 1, and FIG. A vertical cross-sectional view along the line, Figure 4 is the 1st
Longitudinal cross-sectional view along the line N-IV in Figure 5 (A) (
B) is an equivalent circuit diagram of the circuit shown in Figs. 1 to 4, and Fig. 6
7 is an equivalent circuit diagram of a photodetection amplifier in another embodiment of the present invention, FIG. 8 is a schematic flow diagram explaining the operation of the photodetection amplifier shown in FIG. 7, and FIG. 9 is an amplification characteristic diagram. (A
), (B) are operational characteristic diagrams of each part of the photodetection amplifier shown in FIG. 7, and FIGS. 10 (A) and (B) are conventional diagrams. FIG. 2 is a circuit diagram of a photodetection amplifier of FIG. DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... Transparent substrate, 11... Light shielding film, 14... Transparent electrode, 15, 19.22... Amorphous silicon semiconductor layer, 18.23... Metal electrode, 17... Gate electrode. 18... Insulating thin film, 20... Source electrode, 21...
- Drain electrode, S...photo sensor section, Tr...thin film transistor, R1, R2, RL...resistance section. that's all
Claims (3)
質半導体層及び耐熱性金属を順次積層して光センサー部
を形成し、この光センサー部に近接し、且つ遮光膜が形
成された同一透明基板上に、ゲート電極、絶縁膜、I−
N接合の非晶質半導体層及び互いに噛合する櫛形状のソ
ース、ドレイン電極を順次積層して薄膜トランジスタを
形成し、この薄膜トランジスタのゲート電極と前記光セ
ンサー部の透明電極とが接続されていることを特徴とす
る光検出増幅器。(1) A transparent electrode, a P-I-N junction amorphous semiconductor layer, and a heat-resistant metal are sequentially laminated on a transparent substrate to form a photosensor part, and a light-shielding film is formed adjacent to the photosensor part. A gate electrode, an insulating film, an I-
A thin film transistor is formed by sequentially stacking an N-junction amorphous semiconductor layer and interlocking comb-shaped source and drain electrodes, and the gate electrode of this thin film transistor is connected to the transparent electrode of the photosensor section. Features of the photodetection amplifier.
、且つ遮光膜が形成された同一透明基板上に、I型非晶
質半導体層及び金属電極を順次積層して分圧抵抗部およ
びソース抵抗部を形成し、上記分圧抵抗部と薄膜トラン
ジスタのゲート電極との間に上記光センサー部を接続さ
せて成る請求項1記載の光検出増幅器。(2) An I-type amorphous semiconductor layer and a metal electrode are sequentially laminated on the same transparent substrate on which a light-shielding film is formed and which is close to the optical sensor section and the thin film transistor to form a voltage dividing resistor section and a source resistor section. 2. The photodetection amplifier according to claim 1, wherein the photosensor section is connected between the voltage dividing resistor section and the gate electrode of the thin film transistor.
ダーリントン接続して形成し、そのうち初段の薄膜トラ
ンジスタにより光センサー部の電圧出力の非直線性を補
正するように構成したことを特徴とする光検出増幅器。(3) A photodetector characterized in that the thin film transistors are formed in multiple stages on the same substrate in Darlington connection, and the first stage of the thin film transistors is configured to correct nonlinearity of the voltage output of the photosensor section. amplifier.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1140093A JP2940935B2 (en) | 1989-05-31 | 1989-05-31 | Photodetector amplifier |
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---|---|---|---|
JP1140093A JP2940935B2 (en) | 1989-05-31 | 1989-05-31 | Photodetector amplifier |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH034607A true JPH034607A (en) | 1991-01-10 |
JP2940935B2 JP2940935B2 (en) | 1999-08-25 |
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JP (1) | JP2940935B2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5985548A (en) * | 1993-02-04 | 1999-11-16 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Amplification of assay reporters by nucleic acid replication |
WO2005034975A1 (en) | 2003-10-10 | 2005-04-21 | Ajinomoto Co., Inc. | Plant seed extract composition and process for producing the same |
US9534806B2 (en) | 2014-10-13 | 2017-01-03 | Lg Electronics Inc. | Controller for a chiller and a method for controlling a chiller |
-
1989
- 1989-05-31 JP JP1140093A patent/JP2940935B2/en not_active Expired - Fee Related
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JP2940935B2 (en) | 1999-08-25 |
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