JPH04211180A - 光電変換装置及び該装置を有する情報処理装置 - Google Patents

光電変換装置及び該装置を有する情報処理装置

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JPH04211180A
JPH04211180A JP2409872A JP40987290A JPH04211180A JP H04211180 A JPH04211180 A JP H04211180A JP 2409872 A JP2409872 A JP 2409872A JP 40987290 A JP40987290 A JP 40987290A JP H04211180 A JPH04211180 A JP H04211180A
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photoelectric conversion
conversion device
conductivity type
semiconductor
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JP2409872A
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Shigeyuki Matsumoto
繁幸 松本
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ビデオカメラ、ファク
シミリ、複写機、イメージリーグ等の画像入力装置、あ
るいはカメラの測距装置等の画像情報処理装置に用いら
れる光電変換装置に関し、より詳細には、フォトトラン
ジスタと当該フォトトランジスタのリフレッシュ動作(
リセット動作)を行うためのトランジスタとを一体に形
成した光電変換装置に関する。 [0002]
【従来の技術】従来、リセット用トランジスタを光トラ
ンジスタと共に一体的に半導体基体に作り込んだ光電変
換装置としては、例えば発明者 火見 忠弘等に付与さ
れた米国特許4,791,469号明細書や、発明者田
中 信義等に付与された米国特許4,794,443号
明細書及び発明者 中村 佳夫等に付与された米国特許
4,866.293号明細書等に記載された光電変換装
置が知られている。 [0003]図1は、従来の光電変換装置の一例を示す
概略的断面図である。 [00041図1において、n型半導体基板101上に
エピタキシャル成長によってn−層102が形成され、
各セルにおいて層101及び102はコレクタ領域とな
る。また、各セル内にp型ベース領域103が形成され
、さらに、p型ベース領域103内にn 型エミッタ領
域104が形成されて、フォトトランジスタとしてのn
pnバイポーラトランジスタ(以下、BPTと記す)を
構成している。 [0005]また、p型ベース領域103内にp 型ソ
ース領域105が形成され、一定距離をおいて、n−層
102内にP トレイン領域106が形成され、さらに
、酸化膜107を介してゲート電極108が形成されて
、リセット用のpチャネルMoSトランジスタ(以下、
リセットTrと記す)を構成している。 [0006] BPTおよびリセットTrの上には絶縁
膜109が形成され、トレイン領域106に接合したド
レイン電極110とn エミッタ領域104に接合した
エミッタ電極111が各々形成されている。さらに、そ
の上に絶縁膜112が形成され、開口部を除く部分は遮
光膜113に覆われている。また、基板101の裏面に
はコレクタ電極114が形成されている。 [0007] このような光電変換装置の等価回路図を
図2に示す。図2において、201はBPTのコレクタ
、202はコレクタ電極、203はBPTのベース、2
04はBPTのエミッタ、205はエミッタ電極、20
6はリセットTr、207はドレイン電極に接続された
端子、208はゲート電極に接続された端子である。 [00081以下、図2に示した等価回路図について、
基本的な動作を説明する。まず、BPTのベース203
は、所定の電位の初期状態にあるとする。BPTに光が
入射し、光量に対応したキャリアがベース203に蓄積
される(蓄積動作)。ベース電位は、ベースに蓄積され
た電荷によって変化し、その電位変化によってエミッタ
・コレクタ間の電流が制御される。 [00091次に、浮遊状態にしたエミッタ電極205
から入射光量に対応した電気信号を読出す(読出し動作
)。 [00101なお、ベース203に蓄積されたキャリア
の除去動作(リフレッシュ動作)は、エミッタ電極20
5を接地し、MOSトランジスタ206を介してベース
203を初期ベース電位に設定することにより行う。す
なわち、あらかじめ端子207を初期ベース電位となる
電位に設定しておき、リフレッシュ動作時にリセットT
r206をON状態とすることによって、ベース領域の
キャリアを消滅させることができる。 [0011]以後、同様にして、蓄積、読出し、リフレ
ッシュの各動作が繰り返される。 [0012] このように、図1および図2に示した光
電変換装置は、光入射により発生したキャリアをベース
領域に蓄積し、その蓄積電荷量によってエミッタ電極と
コレクタ電極との間に流れる電流を制御するものである
。 このような光電変換装置においては、蓄積されたキャリ
アを、BPTにより電荷増幅して読出すので、高出力、
高感度、低雑音の光電変換装置を達成することができる
。 [0013]また、光励起によってベース領域に蓄積さ
れたキャリアによりベース領域に発生する電位■ は、
Q/C(Qはベースに蓄積されたキャリアの電荷量、C
はベースに接続されている容量)で与えられる。ここで
、光電変換装置が高集積化された場合、セル・サイズの
縮小と共にQもCも小さくなる。すなわち、光電変換装
置が高集積化しても、光励起により発生する電位■は、
はぼ一定に保たれる。したがって、このような光電変換
装置は、将来の高解像度化に対しても有利なものである
と言える。 [0014]そして、上述のごとき従来の光電変換装置
においては、BPTのコレクタ領域とリセットTrのチ
ャネル形成領域とが、n−領域102として、一体に形
成されていた。したがって、BPTのコレクタ領域の不
純物濃度とリセットTrのチャネル形成領域の不純物濃
度とは、同じであった。 [0015]具体的には、BPTのコレクタ領域の不純
物濃度は、光電変換装置の光感度およびKTCノイズと
強い相関を有しており、一般に、8×1013〜5×1
015cm−3の濃度範囲にあることが望ましいとされ
ている。 [0016]Lかし、上述のごとき従来の光電変換装置
には、以下のような課題があった。 [0017]■蓄積蓄積時には、リセットTrをOFF
状態にしなければならないが、リセットTrのソース・
トレイン間のリーク電流を防止するためには、ゲート長
を充分とらねばならず、このため、チップサイズが大き
くなってしまっていた。これは、リセットTrのチャネ
ル形成領域が低濃度であるためであると思われる。 [0018]■リセツトTrのゲートに電圧を印加する
BTストレス試験を行うと、閾値電圧vthの変動が通
常のMOSトランジスタより大きかった。その理由は明
らかではないが、酸化膜−8i界面の反転に起因するプ
ールフレンケル型のトラップがキャリアで満たされ、電
流の流れ易い方向へ閾値電圧V がシフトするためであ
ると考えられる。 [0019]■リセツトTrのチャネル形成領域が低濃
度であるため、電界集中を生じると、ソース領域および
ドレイン領域とチャネル形成領域のPN接合が容易に接
合形状をかえ、耐圧および閾値電圧■ が経時的に大き
くなる、ウオーキングと呼ばれる現象がおこり、リセッ
トTrの動作が不安定であった。
【0020】そこで、前出の米国特許4. 791.4
69号明細書に記載されているようにチャネルとなる反
転層形成部分に不純物をドープしてリーク電流を防止す
ることも考えられる。 [00211その構成を図3に示す。 [0022]  102’は不純物がドープされたチャ
ネル領域である。
【0023】しかしながら、チャネルドープしただけで
は、充分に技術課題解決がなされなかった。 [0024]本発明者が数多くの実験を繰り返し行った
結果、その原因は次のような点にあることが判明した。 [0025]すなわち、リセット用MO8)ランジスタ
は、光トランジスタと一体的に形成されているが故に、
通常のMOSトランジスタ単体でのゲート長やゲート巾
の設定、閾値電圧の設定がそのままこの構成にはあては
まらないことであった。 [0026]具体的には、不純物濃度の低いn−層10
2及びコレクタ電圧の印加されたn層101がチャネル
の下にあるが為に、図3に示すようにドレイン領域10
6及びソース領域(ベース領域)105より深い個所P
Tで、空乏層DL同士がつながりパンチスルーしてしま
う為である。 [0027]
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
の光電変換装置における技術的課題を改善し、リセット
Trが小さく、かつ、閾値電圧の安定した光電変換装置
及び該光電変換装置を搭載した情報処理装置を提供する
ことにある。 [0028]
【課題を解決するための手段】本発明による光電変換装
置は、第1導電型の半導体からなる少なくとも2つの主
電極領域と、前記第1導電型とは異なる第2導電型の半
導体からなる制御電極領域と、を有する光トランジスタ
と、前記制御電極領域と、チャネル領域と、第2導電型
の半導体からなる領域と、前記チャネル領域上に設けら
れたゲート電極と、を有する電界効果型トランジスタと
、を具備し、前記チャネル領域は第1導電型の高不純物
濃度半導体で形成され、その最大深さが前記制御電極領
域及び前記第2導電型の半導体からなる領域のいずれか
一方よりも深い位置に達していることを特徴とする。 [0029]また、本発明による光電変換装置は、前記
主電極領域の一方と前記制御電極領域との間には、高抵
抗領域が設けられ、その中に前記チャネル領域が設けら
れていることを特徴とする。 [00301さらに、本発明による光電変換装置は、前
記光トランジスタと前記電界効果トランジスタとは、第
1導電型の半導体からなる素子分離領域により囲まれて
いることを特徴とする。 [0031]さらに、本発明による光電変換装置は、前
記チャネル領域内に前記第2導電型の半導体からなる領
域が設けられていることを特徴とする。 [0032]さらに、本発明による光電変換装置は、前
記主電極領域の一方は、第1の基準電圧源に接続可能に
設けられ、前記第2導電型の半導体からなる領域は、第
2の基準電圧源に接続可能に設けられていることを特徴
とする。 [0033]本発明による装置は、請求項1記載の光電
変換装置と、該装置に像を結像する為の光学系と、を有
することを特徴とする。 [0034]また、本発明による装置は、請求項1記載
の光電変換装置の複数と、光源と、該装置に像を結像す
る為の光学系と、を有することを特徴とする。 [0035]本発明による情報処理装置は、請求項7記
載の装置と、前記装置により読み取るべき画像情報を担
持した原稿を保持する手段と、前記装置により読み取ら
れた画像情報を記録する記録手段と、を有することを特
徴とする。 [0036]また、本発明による情報処理装置は、前記
記録手段はインクジェット記録ヘッドであることを特徴
とする。 [0037]さらに、本発明による情報処理装置は、前
記記録ヘッドは、熱エネルギーを利用してインクを吐出
する記録ヘッドであることを特徴とする。 [0038]
【作用】本発明の光電変換装置は、バイポーラトランジ
スタのコレクタ領域およびリセット用トランジスタのチ
ャネル形成領域を形成する第1導電型の半導体領域中の
、前記チャネル形成領域を含む特定の領域を、不純物濃
度の高い領域としたので、前記コレクタ領域および前記
チャネル形成領域をそれぞれ最適な濃度に設定すること
ができる。したがって、光電変換装置のリセット用トラ
ンジスタのゲート幅を小さくし、かつ、閾値電圧を安定
させることができる。 [0039]
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に
説明する。 [0040] (実施例−1) 図4は本実施例に係わる光電変換装置
を示す概略的断面図である。図4において、図1と同じ
符号を付したものは、それぞれ同じものを示す。また、
115はリセットTrのチャネル形成領域、116はチ
ャネル領域を収容するように形成されたnウェル領域で
ある。 [00411この図4に示されているように、n領域1
16をソース・ドレイン領域105,106よりも深い
位置に形成することにより、トレイン領域106とn層
102との接合により形成される空乏層と、ソース領域
(ベース領域)105とn−層102との接合により形
成される空乏層と、を完全に分離することができる。 [0042] BPTのコレクタ領域としてのn−領域
の不純物濃度は、光電変換装置の光感度およびKTCノ
イズとの相関を考慮すれば、8×1013〜5×101
50m3の濃度範囲にあることが望ましい。また、リセ
ットTrのチャネル形成領域115の不純物濃度は、リ
セットTrのソース領域105、ドレイン領域106の
濃度およびゲート巾と耐圧とのかね合いで決定されるが
、一般にはI X 1015cm−”以上であることが
望ましい。
【0043】したがって、nウェル領域116の不純物
濃度は、1×1015〜1017cm−3が好ましい。 [0044]以上詳細に説明した様に、本実施例によれ
ば、リセット用トランジスタのゲート長を小さくするこ
とができ、かつ、閾値電圧を安定させることができる。 したがって、チップサイズが小さく、かつ、動作の安定
性に優れた光電変換装置を提供することができる。 [0045]製造工程における本nウェル領域116の
形成は、多くの場合において可能である。もちろんこの
nウェル領域形成のために一工程を追加してもかまわな
い。しかし、工程簡略化を行うのであれば、チャネルス
トップ(n型)あるいはBIPプロセスのコンクターコ
ンタクト(CN)等の形成工程と同じ工程でリセットT
rのチャネル領域に濃度の高い領域を作ることが好まし
い。 [0046] (実施例−2) 図5を参照しながら本発明の実施例2
について説明する。図5は本例の光電変換装置を示す模
式的断面図であり、図4において説明した部分と同じ部
分には同一符号を付与しである。 [0047]  120はn 型半導体の素子分離領域
であり、1つの受光部を囲むように形成され、選択酸化
法により形成されたフィールド酸化膜121の下に設け
られている。この領域は受光領域外でコレクタ電極に印
加される電圧と同じ電圧Vccが印加されるように構成
されている。VBBはベース領域の電位固定の為の基準
電圧源である。 [0048]ソース領域105及びドレイン領域106
よりも深い位置に形成されたチャネル領域116は、前
述したように素子分離領域120と同じ工程にて形成さ
れており、深い部分での空乏層のつながりを防止してい
る。 [0049]本例のような光電変換装置の場合には、特
に、ソース領域105及びドレイン領域106をベース
103より浅く形成をする。また、nウェル領域116
はソース領域105及びトレイン領域106下方での空
芝屑のつながりを防止するものであるから、図5に示す
ようにソース領域105及びドレイン領域106のチャ
ネル側部分の下方のみに設けられてもよいが、図6に示
すようにソース領域105及びドレイン領域106を収
容するように形成されてもよい。 [00501重要なのは、エピタキシャル層より不純物
濃度の高い領域が、ソース領域105またはドレイン領
域106の少なくともいずれか一方より深い位置まで達
していることである。 [0051]とりわけ、本例では基準電圧Vccを+5
V程度、PMO8のドレインに印加される基準電圧VB
BをVccより小さい±0〜+2V程度として動作させ
る為に、上述した本発明の構成が有効である。したがっ
て、固定パターンノイズ低減及び高感皮という利点を失
うことなく、高性能、高信頼性の光電変換装置を提供で
きる。 [0052]そして、nウェル領域116の存在により
、できる限り光感皮に悪影響を与えないようにする為に
は、nウェル領域116上には遮光層113を設ける。 すなわち、実質的な光電変換領域外の位置にnウェル領
域116やPMOSトランジスタ(105,116,1
06,108)を形成することが望ましい。 [0053] (製造方法の説明) n型Si基板101上にエピタキシャル成長によりn層
102を形成する。 [0054]イオン注入により素子分離領域120、n
ウェル領域116を形成すべき部分に同時にリンイオン
を注入し、その後選択酸化法によりフィールド酸化膜1
21を形成する。 [0055]ポロンイオンを注入し、P型ベース領域1
03を形成する。 [0056]ゲート絶縁膜を形成した後、ポリシリコン
からなるゲート電極108を形成する。 [0057]再びボロンイオンを注入し、ソース領域1
05及びドレイン領域106を形成する。 [0058]その後は、絶縁膜の形成、コンタクトホー
ルの形成、導電層の形成及びパターニング、をくり返し
、配線部を形成する。 [0059]具体的には、n型Si基板としては不純物
濃度がI X 10”’以上のものを使用する。 [00601工ピタキシヤル層の厚みは4〜20μmの
範囲より選択され、不純物濃度は、I X 1014〜
1016の範囲より選択される。 [0061]各領域の層厚と不純物濃度の選択範囲は以
下の通りである。 [0062] [0063]各領域の層厚及び不純物濃度の相対的関係
は、図4や図5に示すような関係をもって上記範囲より
適宜選択される。 [0064]そして前述した光電変換装置は、セラミッ
ク基板上に複数が千鳥状或いは一直線状に配置されて、
センサモジュールを構成する。そして、そのセンサモジ
ュールはアルミの筐体にLEDアレイ等の光源及び短焦
点結像素子アレイ等の光学系と共に配置されてセンサユ
ニットを構成する。 [0065]図7は、本例に係るセンサユニットを用い
て構成した画像情報処理装置として通信機能を有するフ
ァクシミリの一例を示す。ここで、302は原稿350
を読み取り位置に向けて給送するための給送手段として
の給送ローラ、304は原稿350を一枚ずつ確実に分
離給送するための分離片である。306はセンサユニッ
トに対して読み取り位置に設けられて原稿350の被読
み取り面を規制するとともに原稿350を搬送する搬送
手段としてのプラテンローラである。 [0066] 360は図示の例ではロール紙形態をし
た記録媒体であり、センサユニットにより読み取られた
画像情報あるいはファクシミリ装置等の場合には外部か
ら送信された画像情報がここに再生される。310は当
該画像形成をおこなうための記録手段としての記録ヘッ
ドで、サーマルヘッド、インクジェット記録ヘッド等種
々のものを用いることができる。また、この記録ヘッド
は、シリアルタイプのものでも、ラインタイプのもので
もよい。312は記録ヘッド310による記録位置に対
して記録媒体360を搬送するとともにその被記録面を
規制する搬送手段としてのプラテンローラである。 [0067] 320は、入力/出力手段としての操作
入力を受容するスイッチやメツセージその他、装置の状
態を報知するための表示部等を配したオペレーションパ
ネルである。 [0068] 330は、制御手段としてのシステムコ
ントロール基板であり、各部の制御を行う制御部(コン
トローラー)や、光電変換素子の駆動回路(ドライバー
)、画像情報の処理部(プロセッサー)、送受信部等が
設けられる。340は装置の電源である。 [0069]本発明の情報処理装置に用いられる記録手
段としては、例えば米国特許第4723120号明細書
、同第4740796号明細書にその代表的な構成や原
理が開示されているものが望ましい。この方式は液体(
インク)が保持されているシートや液路に対応して配置
されている電気熱変換体に、記録情報に対応していて核
沸騰を超える急速な温度上昇を与える少なくとも一つの
駆動信号を印加することによって、電気熱変換体に熱エ
ネルギーを発生せしめ、記録ヘッドの熱作用面に膜沸騰
させて、結果的にこの駆動信号に一対一対応し液体(イ
ンク)内の気泡を形成出来るので有効である。この気泡
の成長、収縮により吐出用開口を介して液体(インク)
を吐出させて、少なくとも一つの滴を形成する。 [00701更に、記録装置が記録できる最大記録媒体
の幅に対応した長さを有するフルラインタイプの記録ヘ
ッドとしては、上述した明細書に開示されているような
複数記録ヘッドの組み合わせによって、その長さを満た
す構成や一体的に形成された一個の記録ヘッドとしての
構成のいずれでも良い。 [00711加えて、装置本体に装着されることで、装
置本体との電気的な接続や装置本体からのインクの供給
が可能になる交換自在のチップタイプの記録ヘッド、あ
るいは記録ヘッド自体にインクタンクが一体的に設けら
れたカートリッジタイプの記録ヘッドを用いた場合にも
本発明は有効である。 [0072]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば高性
能な光電変換装置は小さなものとなる。これは、熱エネ
ルギーを利用して記録を行うインクジェットヘッドもや
はり小型化に向いていることから、小規模な複写機、フ
ァクシミリ装置として有用である。 [0073]本発明は、以上説明した実施例に限定され
ることはない。例えば、光トランジスタとしてはバイポ
ーラトランジスタ以外に電界効果型トランジスタでもよ
いようにあらゆる変形例をも含む。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の光電変換装置の一例を示す概略的断面図
である。
【図2】図1に示した光電変換装置の等価回路図である
【図3】図1に示す光電変換装置の一部分を拡大した模
式的断面図である。
【図4】本発明の実施例−1に係わる光電変換装置を示
す模式的断面図である。
【図5】本発明の実施例−2に係わる光電変換装置を示
す模式的断面図である。
【図61 PMOSトランジスタの他の例を示す模式的
断面図である。 【図7】本発明による情報処理装置の模式的断面図であ
る。
【符号の説明】
101・・・n型基板 102・・・n−層 102′・・・チャネル領域 103・・・p型ベース領域 104・・・n 型エミッタ領域 105・・・p 型ソース領域 106・・・P 型ドレイン領域 107・・・酸化膜 108・・・ゲート電極 109・・・絶縁膜 110・・・ドレイン電極 111・・・エミッタ電極 112・・・絶縁膜 113・・・遮光膜 114・・・コレクタ電極 115・・・チャネル領域 116・・・nウェル領域 120・・・素子分離領域 121・・・フィールド酸化膜 201・・・BPTのコレクタ 202・・・コレクタ電極 203・・・BPTのベース 204・・・BPTのエミッタ 205・・・エミッタ電極 206・・・リセットTr 207・・・ドレイン電極に接続された端子208・・
・ゲート電極に接続された端子300・・・センサユニ
ット 302・・・給送ローラ 304・・・分離片 306・・・プラテンローラ 310・・・記録ヘッド 312・・・プラテンローラ 320・・・オペレーションパネル 330・・・システムコントロール基板340・・・電
源 350・・・原稿 360・・・記録媒体
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1導電型の半導体からなる少なくとも
    2つの主電極領域と、前記第1導電型とは異なる第2導
    電型の半導体からなる制御電極領域と、を有する光トラ
    ンジスタと、前記制御電極領域と、チャネル領域と、第
    2導電型の半導体からなる領域と、前記チャネル領域上
    に設けられたゲート電極と、を有する電界効果型トラン
    ジスタと、を具備する光電変換装置において、前記チャ
    ネル領域は第1導電型の高不純物濃度半導体で形成され
    、その最大深さが前記制御電極領域及び前記第2導電型
    の半導体からなる領域のいずれか一方よりも深い位置に
    達していることを特徴とする光電変換装置。
  2. 【請求項2】 前記主電極領域の一方と前記制御電極領
    域との間には、高抵抗領域が設けられ、その中に前記チ
    ャネル領域が設けられている請求項1記載の光電変換装
    置。
  3. 【請求項3】 前記光トランジスタと前記電界効果トラ
    ンジスタとは、第1導電型の半導体からなる素子分離領
    域により囲まれている請求項1記載の光電変換装置。
  4. 【請求項4】 前記チャネル領域内に前記第2導電型の
    半導体からなる領域が設けられている請求項1記載の光
    電変換装置。
  5. 【請求項5】 前記主電極領域の一方は、第1の基準電
    圧源に接続可能に設けられ、前記第2導電型の半導体か
    らなる領域は、第2の基準電圧源に接続可能に設けられ
    ている特許請求の範囲第1項に記載の半導体装置。
  6. 【請求項6】 請求項1記載の光電変換装置と、該装置
    に像を結像する為の光学系と、を有する装置。
  7. 【請求項7】 請求項1記載の光電変換装置の複数と、
    光源と、該装置に像を結像する為の光学系と、を有する
    装置。
  8. 【請求項8】 請求項7記載の装置と、前記装置により
    読み取るべき画像情報を担持した原稿を保持する手段と
    、前記装置により読み取られた画像情報を記録する記録
    手段と、を有する情報処理装置。
  9. 【請求項9】 前記記録手段はインクジェット記録ヘッ
    ドである請求項8記載の情報処理装置。
  10. 【請求項10】  前記記録ヘッドは、熱エネルギーを
    利用してインクを吐出する記録ヘッドである請求項9記
    載の情報処理装置。
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