JPH04233774A - 光検出装置及びエリアセンサー - Google Patents
光検出装置及びエリアセンサーInfo
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- JPH04233774A JPH04233774A JP2416346A JP41634690A JPH04233774A JP H04233774 A JPH04233774 A JP H04233774A JP 2416346 A JP2416346 A JP 2416346A JP 41634690 A JP41634690 A JP 41634690A JP H04233774 A JPH04233774 A JP H04233774A
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- Japan
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- tft
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Links
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- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract 2
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は絶縁基体上に電界効果型
トランジスタが形成されたいわゆるＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃ
ｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）構造の光検出装
置に関する。
トランジスタが形成されたいわゆるＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃ
ｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）構造の光検出装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の光検出装置の一例として、アバラ
ンシェフォトダイオードを用いたものが知られている。 図６は、そのアバランシェフォトダイオードを用いた光
検出装置を示す図であり、アバランシェフォトダイオー
ド６１で入射光に応じて発生した電流が演算増幅器６２
と容量６３により増幅されて出力される。アバランシェ
フォトダイオード６１は、ｐｎ接合の近傍に高電界を印
加して、入射光によって生じたキャリアを衝突電離によ
るなだれ増倍するものである。
ンシェフォトダイオードを用いたものが知られている。 図６は、そのアバランシェフォトダイオードを用いた光
検出装置を示す図であり、アバランシェフォトダイオー
ド６１で入射光に応じて発生した電流が演算増幅器６２
と容量６３により増幅されて出力される。アバランシェ
フォトダイオード６１は、ｐｎ接合の近傍に高電界を印
加して、入射光によって生じたキャリアを衝突電離によ
るなだれ増倍するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、固体撮像素
子のようにアレイ状に素子を配することを考えた場合で
は、図６の如きアバランシェフォトダイオード６１を用
いた光検出装置は、その微細化が困難であり、高密度に
素子を配することが容易でない。また、その周辺回路部
も含めたオンチップ化も困難となる。そこで、本発明は
高密度化やオンチップ化が容易とされるような光検出装
置の提供を目的とする。
子のようにアレイ状に素子を配することを考えた場合で
は、図６の如きアバランシェフォトダイオード６１を用
いた光検出装置は、その微細化が困難であり、高密度に
素子を配することが容易でない。また、その周辺回路部
も含めたオンチップ化も困難となる。そこで、本発明は
高密度化やオンチップ化が容易とされるような光検出装
置の提供を目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、本発明の光検出装置は、絶縁基体上に薄膜の半導体
層がチャンネル形成領域とされる電界効果型トランジス
タが形成され、フローティングボディ効果から入射光に
起因して上記薄膜の半導体層に蓄積される電荷を増幅し
て読み出すことを特徴とする。
め、本発明の光検出装置は、絶縁基体上に薄膜の半導体
層がチャンネル形成領域とされる電界効果型トランジス
タが形成され、フローティングボディ効果から入射光に
起因して上記薄膜の半導体層に蓄積される電荷を増幅し
て読み出すことを特徴とする。
【０００５】
【作用】絶縁基体上に薄膜の半導体層を形成し、その半
導体層にチャンネル形成領域を形成することで、その薄
膜の電界効果型トランジスタは電気的にフローティング
な状態となり、入射光に起因して電界効果型トランジス
タはその特性が変化する（フローティングボディ効果）
。これは入射光に応じてドレイン近傍で衝突電離によっ
てホールが発生し、その結果、チャンネル近傍のポテン
シャルが上昇したり、電界効果型トランジスタの閾値電
圧Ｖｔｈの減少やドレイン電流の増大等が現れる。従っ
て、入射光に応じた信号の読み出しが可能となる。絶縁
基体上に薄膜の電界効果型トランジスタを形成すること
は、最新のＳＯＩ技術を用いてその高集積化が可能であ
る。このため高密度化やオンチップ化も容易となる。
導体層にチャンネル形成領域を形成することで、その薄
膜の電界効果型トランジスタは電気的にフローティング
な状態となり、入射光に起因して電界効果型トランジス
タはその特性が変化する（フローティングボディ効果）
。これは入射光に応じてドレイン近傍で衝突電離によっ
てホールが発生し、その結果、チャンネル近傍のポテン
シャルが上昇したり、電界効果型トランジスタの閾値電
圧Ｖｔｈの減少やドレイン電流の増大等が現れる。従っ
て、入射光に応じた信号の読み出しが可能となる。絶縁
基体上に薄膜の電界効果型トランジスタを形成すること
は、最新のＳＯＩ技術を用いてその高集積化が可能であ
る。このため高密度化やオンチップ化も容易となる。
【０００６】
【実施例】本発明の好適な実施例を図面を参照しながら
説明する。 〔第１の実施例〕本実施例は、１つの電界効果型トラン
ジスタにより光検出装置を構成した例である。図１は本
実施例の光検出装置の回路図であり、絶縁基板上に形成
された薄膜の半導体層をチャンネル形成領域とする電界
効果型トランジスタとしてＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌ
ｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；薄膜トランジスタ）１が
設けられている。このＴＦＴ１が光検出素子として機能
する。ＴＦＴ１のゲート１ｇには接地電位が与えられ、
ＴＦＴ１のソース１ｓには、ソース電圧Ｖｓ（例えば接
地レベル）が与えられる。このＴＦＴ１のドレイン１ｄ
は演算増幅器２の−端子に接続され、この−端子は抵抗
素子３を介して演算増幅器２の出力端子に接続される。 その演算増幅器２の＋端子には、バイアス電圧ＶＤ０が
与えられる。ここで、バイアス電圧ＶＤ０は例えば６Ｖ
程度の電圧とされる。このような回路構成の光検出装置
は、抵抗素子３の抵抗値をＲ０ とした場合に、光やＸ
線，α線等が入射した時はＴＦＴ１の特性が変化して当
該ＴＦＴ１のドレイン電流が大きく変化する。その結果
、抵抗素子３に電流Ｉ０ が流れ、演算増幅器２の出力
端子のレベルがＶＤ０レベルから（ＶＤ０＋Ｒ０ Ｉ０
）レベルに遷移して、光等がＴＦＴ１に入射したこと
が検出される。
説明する。 〔第１の実施例〕本実施例は、１つの電界効果型トラン
ジスタにより光検出装置を構成した例である。図１は本
実施例の光検出装置の回路図であり、絶縁基板上に形成
された薄膜の半導体層をチャンネル形成領域とする電界
効果型トランジスタとしてＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌ
ｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；薄膜トランジスタ）１が
設けられている。このＴＦＴ１が光検出素子として機能
する。ＴＦＴ１のゲート１ｇには接地電位が与えられ、
ＴＦＴ１のソース１ｓには、ソース電圧Ｖｓ（例えば接
地レベル）が与えられる。このＴＦＴ１のドレイン１ｄ
は演算増幅器２の−端子に接続され、この−端子は抵抗
素子３を介して演算増幅器２の出力端子に接続される。 その演算増幅器２の＋端子には、バイアス電圧ＶＤ０が
与えられる。ここで、バイアス電圧ＶＤ０は例えば６Ｖ
程度の電圧とされる。このような回路構成の光検出装置
は、抵抗素子３の抵抗値をＲ０ とした場合に、光やＸ
線，α線等が入射した時はＴＦＴ１の特性が変化して当
該ＴＦＴ１のドレイン電流が大きく変化する。その結果
、抵抗素子３に電流Ｉ０ が流れ、演算増幅器２の出力
端子のレベルがＶＤ０レベルから（ＶＤ０＋Ｒ０ Ｉ０
）レベルに遷移して、光等がＴＦＴ１に入射したこと
が検出される。
【０００７】図２は、ＴＦＴの模式図であり、シリコン
酸化物で構成された絶縁基体１１に設けられた凹部１２
にシリコン層等からなる薄膜の半導体層１３が形成され
る。半導体層１３の両端部は、ｎ＋ 型の高濃度不純物
領域１４，１５とされ、例えばｎ＋ 型の高濃度不純物
領域１４がソースとされ、ｎ＋ 型の高濃度不純物領域
１５がドレインとされる。ｎ＋ 型の高濃度不純物領域
１４，１５の間の半導体層１３の表面側はチャンネル形
成領域１６とされ、そのチャンネル形成領域１６上にゲ
ート絶縁膜１７を介してゲート電極１８が形成される。 ｎ＋ 型の高濃度不純物領域１４，１５上は、ゲート絶
縁膜が開口されてソース電極１９，ドレイン電極２０が
形成される。このような構造のＴＦＴは、ゲート電極１
８に供給される電圧を変化させることでドレイン電流が
変化するが、特に光が入射した場合では、そのフローテ
ィングボディ効果により閾値電圧Ｖｔｈやドレイン電流
等の素子特性が変動することになる。
酸化物で構成された絶縁基体１１に設けられた凹部１２
にシリコン層等からなる薄膜の半導体層１３が形成され
る。半導体層１３の両端部は、ｎ＋ 型の高濃度不純物
領域１４，１５とされ、例えばｎ＋ 型の高濃度不純物
領域１４がソースとされ、ｎ＋ 型の高濃度不純物領域
１５がドレインとされる。ｎ＋ 型の高濃度不純物領域
１４，１５の間の半導体層１３の表面側はチャンネル形
成領域１６とされ、そのチャンネル形成領域１６上にゲ
ート絶縁膜１７を介してゲート電極１８が形成される。 ｎ＋ 型の高濃度不純物領域１４，１５上は、ゲート絶
縁膜が開口されてソース電極１９，ドレイン電極２０が
形成される。このような構造のＴＦＴは、ゲート電極１
８に供給される電圧を変化させることでドレイン電流が
変化するが、特に光が入射した場合では、そのフローテ
ィングボディ効果により閾値電圧Ｖｔｈやドレイン電流
等の素子特性が変動することになる。
【０００８】図３は、ＴＦＴのフローティングボディ効
果を説明するための図の１つであり、縦軸がドレイン電
流ＩＤＳを示し、横軸がソース−ドレイン間の電圧ＶＤ
Ｓである。曲線Ａ０ は入射光がない場合の特性を示し
、曲線Ａ１ は入射光によって電荷蓄積がなされた場合
の特性である。図３に示すように、曲線Ａ０ と曲線Ａ
１ は、ヒシテリシスループを描き、ぞれぞれ異なる軌
跡を描く。例えば、ＴＦＴのソース−ドレイン間の電圧
ＶＤＳを或る電圧ＶＤ０と固定した場合では、入射光な
しの時にｎＡオーダーの電流値が得られ、入射光有りの
時にｍＡオーダーの電流値が得られることになる。従っ
て、入射光の有無応じて、ドレイン電流が大きく異なる
ことから、絶縁基板上の電界効果型トランジスタを用い
て光検出が行われる。
果を説明するための図の１つであり、縦軸がドレイン電
流ＩＤＳを示し、横軸がソース−ドレイン間の電圧ＶＤ
Ｓである。曲線Ａ０ は入射光がない場合の特性を示し
、曲線Ａ１ は入射光によって電荷蓄積がなされた場合
の特性である。図３に示すように、曲線Ａ０ と曲線Ａ
１ は、ヒシテリシスループを描き、ぞれぞれ異なる軌
跡を描く。例えば、ＴＦＴのソース−ドレイン間の電圧
ＶＤＳを或る電圧ＶＤ０と固定した場合では、入射光な
しの時にｎＡオーダーの電流値が得られ、入射光有りの
時にｍＡオーダーの電流値が得られることになる。従っ
て、入射光の有無応じて、ドレイン電流が大きく異なる
ことから、絶縁基板上の電界効果型トランジスタを用い
て光検出が行われる。
【０００９】図４も、フローティングボディ効果を説明
するための図であり、ＴＦＴのゲート電圧ＶＧ に対す
るドレイン電流ＩＤＳの変化を示す。図４中、縦軸はド
レイン電流ＩＤＳを示し、横軸がゲート電圧ＶＧ であ
る。この図４において、曲線Ｂ０ は入射光がない場合
の特性を示し、曲線Ｂ１ は入射光によって電荷蓄積が
なされた場合の特性である。これら曲線Ｂ０，Ｂ１ も
図３の曲線Ａ０，Ａ１ と同様なヒシテリシスループを
描く。図４からＴＦＴの閾値電圧Ｖｔｈが、フローティ
ングボディ効果から、入射光なしの時は高くなり、入射
光有りの時は低くなることがわかる。例えば、ゲート電
圧ＶＧ を例えば０Ｖとした場合では、入射光なしの時
には極めて小さなドレイン電流ＩＤＳしか得られないが
、入射光有りの時では大きなドレイン電流ＩＤＳが得ら
れる。
するための図であり、ＴＦＴのゲート電圧ＶＧ に対す
るドレイン電流ＩＤＳの変化を示す。図４中、縦軸はド
レイン電流ＩＤＳを示し、横軸がゲート電圧ＶＧ であ
る。この図４において、曲線Ｂ０ は入射光がない場合
の特性を示し、曲線Ｂ１ は入射光によって電荷蓄積が
なされた場合の特性である。これら曲線Ｂ０，Ｂ１ も
図３の曲線Ａ０，Ａ１ と同様なヒシテリシスループを
描く。図４からＴＦＴの閾値電圧Ｖｔｈが、フローティ
ングボディ効果から、入射光なしの時は高くなり、入射
光有りの時は低くなることがわかる。例えば、ゲート電
圧ＶＧ を例えば０Ｖとした場合では、入射光なしの時
には極めて小さなドレイン電流ＩＤＳしか得られないが
、入射光有りの時では大きなドレイン電流ＩＤＳが得ら
れる。
【００１０】以上のように、本実施例の光検出装置では
、絶縁基板上に形成されたＴＦＴ１のフローティングボ
ディ効果から、入射光の有無に応じて当該ＴＦＴ１のド
レイン電流ＩＤＳが変化する。そして、その変化したド
レイン電流ＩＤＳが演算増幅器２で増幅して読み出され
ることで、光検出を行うことができる。このような本実
施例は、電荷蓄積が生ずるような広い範囲の光、Ｘ線、
α線に対して検出が可能となり、その適用範囲は広い。 また、光検出素子となるＴＦＴはその微細化が可能なた
め、全体の超小型化が実現でき、さらに、その絶縁基板
にＳＯＩ技術を用いて周辺回路も同時に形成することが
できるため、本実施例ではオンチップ化が容易である。 なお、上述の実施例では、ＴＦＴをｎチャンネルとした
がＴＦＴはｐチャンネルでも良い。
、絶縁基板上に形成されたＴＦＴ１のフローティングボ
ディ効果から、入射光の有無に応じて当該ＴＦＴ１のド
レイン電流ＩＤＳが変化する。そして、その変化したド
レイン電流ＩＤＳが演算増幅器２で増幅して読み出され
ることで、光検出を行うことができる。このような本実
施例は、電荷蓄積が生ずるような広い範囲の光、Ｘ線、
α線に対して検出が可能となり、その適用範囲は広い。 また、光検出素子となるＴＦＴはその微細化が可能なた
め、全体の超小型化が実現でき、さらに、その絶縁基板
にＳＯＩ技術を用いて周辺回路も同時に形成することが
できるため、本実施例ではオンチップ化が容易である。 なお、上述の実施例では、ＴＦＴをｎチャンネルとした
がＴＦＴはｐチャンネルでも良い。
【００１１】〔第２の実施例〕本実施例は、光検出素子
として機能するＴＦＴをアレイとして配列したものであ
り、撮像素子として機能する光検出装置の例である。図
５はその要部の回路図である。図中簡単のため２つのみ
図示したＴＦＴ３０ａ，ＴＦＴ３０ｂ，…が直線状に配
列され、それら各ＴＦＴ３０ａ，３０ｂ，…のゲートは
共通のゲート線３３に接続されてなる。各ＴＦＴ３０ａ
，３０ｂ，…のソースはそれぞれ接地され、各ＴＦＴ３
０ａ，３０ｂ，…のドレインは各ドレイン線３１，３２
に接続される。各ＴＦＴ３０ａ，３０ｂ，…は第１の実
施例で説明したように、フローティングボディ効果によ
って入射光に応じて特性が変動し、順番にドレイン線３
１，３２を選択して増幅することで、読み出しが行われ
る。このような光検出装置では、直線状部分の光検出が
可能であり、各ＴＦＴはそれぞれＳＯＩ技術により高集
積化できるため、高解像度な撮像装置としても機能する
ことになる。なお、ＴＦＴをマトリクス状に配すること
で、エリアセンサーとしても機能させることができる。
として機能するＴＦＴをアレイとして配列したものであ
り、撮像素子として機能する光検出装置の例である。図
５はその要部の回路図である。図中簡単のため２つのみ
図示したＴＦＴ３０ａ，ＴＦＴ３０ｂ，…が直線状に配
列され、それら各ＴＦＴ３０ａ，３０ｂ，…のゲートは
共通のゲート線３３に接続されてなる。各ＴＦＴ３０ａ
，３０ｂ，…のソースはそれぞれ接地され、各ＴＦＴ３
０ａ，３０ｂ，…のドレインは各ドレイン線３１，３２
に接続される。各ＴＦＴ３０ａ，３０ｂ，…は第１の実
施例で説明したように、フローティングボディ効果によ
って入射光に応じて特性が変動し、順番にドレイン線３
１，３２を選択して増幅することで、読み出しが行われ
る。このような光検出装置では、直線状部分の光検出が
可能であり、各ＴＦＴはそれぞれＳＯＩ技術により高集
積化できるため、高解像度な撮像装置としても機能する
ことになる。なお、ＴＦＴをマトリクス状に配すること
で、エリアセンサーとしても機能させることができる。
【００１２】
【発明の効果】本発明の光検出装置は、上述のように、
絶縁基体上に形成した薄膜の半導体層をチャンネル形成
領域とする電界効果型トランジスタをそのフローティン
グボディ効果を応用した光検出素子とする。従って、電
荷蓄積効果が生ずるような広い範囲の光、Ｘ線、α線等
に対して検出が可能となり、また、光検出素子となるＴ
ＦＴはその微細化が可能なため、全体の超小型化が実現
できる。更に、本発明の光検出装置では、アレー状に上
記光検出素子を配することもでき、ＳＯＩ技術を用いて
周辺回路も同時に形成することができるため、全体のオ
ンチップ化も容易となる。
絶縁基体上に形成した薄膜の半導体層をチャンネル形成
領域とする電界効果型トランジスタをそのフローティン
グボディ効果を応用した光検出素子とする。従って、電
荷蓄積効果が生ずるような広い範囲の光、Ｘ線、α線等
に対して検出が可能となり、また、光検出素子となるＴ
ＦＴはその微細化が可能なため、全体の超小型化が実現
できる。更に、本発明の光検出装置では、アレー状に上
記光検出素子を配することもでき、ＳＯＩ技術を用いて
周辺回路も同時に形成することができるため、全体のオ
ンチップ化も容易となる。
【図１】本発明の光検出装置の一例の回路図である。
【図２】上記一例の要部であるＴＦＴの素子断面図であ
る。
る。
【図３】本発明の光検出装置におけるフローティングボ
ディ効果を説明するためのＴＦＴのドレイン電流対ソー
ス−ドレイン間電圧の特性図である。
ディ効果を説明するためのＴＦＴのドレイン電流対ソー
ス−ドレイン間電圧の特性図である。
【図４】本発明の光検出装置におけるフローティングボ
ディ効果を説明するためのＴＦＴのドレイン電流対ゲー
ト電圧の特性図である。
ディ効果を説明するためのＴＦＴのドレイン電流対ゲー
ト電圧の特性図である。
【図５】本発明の光検出装置の他の一例の要部回路図で
ある。
ある。
【図６】従来の光検出装置の一例の回路図である。
１…ＴＦＴ
２…演算増幅器
３…抵抗素子
１１…絶縁基板
１３…半導体層
１４，１５…ｎ＋ 型の高濃度不純物領域１６…チャン
ネル形成領域 １７…ゲート絶縁膜 １８…ゲート電極
ネル形成領域 １７…ゲート絶縁膜 １８…ゲート電極
Claims (1)
- 【請求項１】 絶縁基体上に薄膜の半導体層をチャン
ネル形成領域とする電界効果型トランジスタが形成され
、フローティングボディ効果から入射光に起因して上記
薄膜の半導体層に蓄積される電荷を増幅して読み出すこ
とを特徴とする光検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2416346A JPH04233774A (ja) | 1990-12-28 | 1990-12-28 | 光検出装置及びエリアセンサー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2416346A JPH04233774A (ja) | 1990-12-28 | 1990-12-28 | 光検出装置及びエリアセンサー |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04233774A true JPH04233774A (ja) | 1992-08-21 |
Family
ID=18524575
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2416346A Pending JPH04233774A (ja) | 1990-12-28 | 1990-12-28 | 光検出装置及びエリアセンサー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04233774A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6020581A (en) * | 1998-02-24 | 2000-02-01 | International Business Machines Corporation | Solid state CMOS imager using silicon-on-insulator or bulk silicon |
| US6452212B1 (en) | 1993-11-02 | 2002-09-17 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and method for operating the same |
-
1990
- 1990-12-28 JP JP2416346A patent/JPH04233774A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6452212B1 (en) | 1993-11-02 | 2002-09-17 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and method for operating the same |
| US6020581A (en) * | 1998-02-24 | 2000-02-01 | International Business Machines Corporation | Solid state CMOS imager using silicon-on-insulator or bulk silicon |
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