JPH04288883A - フォトダイオード - Google Patents
フォトダイオードInfo
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- JPH04288883A JPH04288883A JP3077083A JP7708391A JPH04288883A JP H04288883 A JPH04288883 A JP H04288883A JP 3077083 A JP3077083 A JP 3077083A JP 7708391 A JP7708391 A JP 7708391A JP H04288883 A JPH04288883 A JP H04288883A
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Landscapes
- Light Receiving Elements (AREA)
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、光通信,光情報処理,
イメージセンサ等の分野における受光素子に関するもの
である。
イメージセンサ等の分野における受光素子に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】従来多アモルファスシリコンを用いた受
光素子がある。このアモルファスシリコンのp−i−n
ダイオードは、ガラス基板上に安価にしかも大面積で形
成可能であることから、ファクシミリ,コピー等の機器
におけるイメージセンサ素子として幅広く使用されてい
る。
光素子がある。このアモルファスシリコンのp−i−n
ダイオードは、ガラス基板上に安価にしかも大面積で形
成可能であることから、ファクシミリ,コピー等の機器
におけるイメージセンサ素子として幅広く使用されてい
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】また、従来の多結晶シ
リコンのp−nあるいはp−i−n接合においては、接
合界面の結晶粒界における不純物の偏析や接合界面への
欠陥の集中が原因となって、接合界面近傍の捕獲中心密
度が著しく高くなるという重大な欠点があった。このた
め、文献(例えば、Journal ofthe
Electrochemical Society,
vol.125.No.10 1978年の1648
頁)に示されてあるように、多結晶シリコンのp−nあ
るいはp−i−nダイオードに逆方向電界を加えると、
接合界面近傍の捕獲中心を経由して、トンネル電流やP
oole−Frenkel電流などが流れ、ダイオード
の逆方向リーク電流は大きくなる。そのため、ダイオー
ドに光を照射しても、光電流がリーク電流に埋もれてし
まい、受光素子として使用することができなかった。ま
た、アモルファスシリコンを用いたp−i−nダイオー
ドの場合には、アモルファスシリコンのみでp−i−n
ダイオードを形成した場合には逆方向の暗電流は必ずし
も低くはなく、1μW/cm2 程度の入射パワーの光
が検出限界であった。さらに0.1μW/cm2 程度
の光の検出が可能な高感度のフォトダイオードを作製す
るためには、pまたはn層をアモルファスSiCで形成
したり、オーミック電極とpまたはn層の間にアモルフ
ァスSiNの薄い層をはさむことなどの改善によって、
逆方向の暗電流を減少させる必要があった。
リコンのp−nあるいはp−i−n接合においては、接
合界面の結晶粒界における不純物の偏析や接合界面への
欠陥の集中が原因となって、接合界面近傍の捕獲中心密
度が著しく高くなるという重大な欠点があった。このた
め、文献(例えば、Journal ofthe
Electrochemical Society,
vol.125.No.10 1978年の1648
頁)に示されてあるように、多結晶シリコンのp−nあ
るいはp−i−nダイオードに逆方向電界を加えると、
接合界面近傍の捕獲中心を経由して、トンネル電流やP
oole−Frenkel電流などが流れ、ダイオード
の逆方向リーク電流は大きくなる。そのため、ダイオー
ドに光を照射しても、光電流がリーク電流に埋もれてし
まい、受光素子として使用することができなかった。ま
た、アモルファスシリコンを用いたp−i−nダイオー
ドの場合には、アモルファスシリコンのみでp−i−n
ダイオードを形成した場合には逆方向の暗電流は必ずし
も低くはなく、1μW/cm2 程度の入射パワーの光
が検出限界であった。さらに0.1μW/cm2 程度
の光の検出が可能な高感度のフォトダイオードを作製す
るためには、pまたはn層をアモルファスSiCで形成
したり、オーミック電極とpまたはn層の間にアモルフ
ァスSiNの薄い層をはさむことなどの改善によって、
逆方向の暗電流を減少させる必要があった。
【0004】本発明の目的は、多結晶シリコンダイオー
ドにおいては逆方向リーク電流を著しく減少させて受光
素子として使用することができ、アモルファスシリコン
のダイオードにおいては逆方向暗電流を減少させたフォ
トダイオードを提供することにある。
ドにおいては逆方向リーク電流を著しく減少させて受光
素子として使用することができ、アモルファスシリコン
のダイオードにおいては逆方向暗電流を減少させたフォ
トダイオードを提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、第1の発明は、基板上に、第1のゲート電極と、第
1の絶縁膜と、第1の電極と、不純物をドープしてない
半導体層と、第2の電極と、第2の絶縁膜と、第2のゲ
ート電極とが順次積層され、前記第1のゲート電極と前
記第1の電極が空間的に一部重なり、また前記第2のゲ
ート電極と前記第2の電極が空間的に一部重なる構造を
有し、前記第1のゲート電極と前記第2のゲート電極の
どちらか一方あるいは両方が透明電極であるように構成
されたフォトダイオードである。また、第2の発明は基
板上に、膜中に負の固定電荷を有する第3の絶縁膜と、
該第3の絶縁膜と空間的に一部重なる構造を有する第1
の電極と、不純物をドープしてないi型半導体層と、第
2の電極と、膜中に正の固定電荷を有する第4の絶縁膜
とが順次積層され、かつ前記第2の電極は前記第4の絶
縁膜と空間的に一部重なる構造を有するように形成され
たフォトダイオードである。
に、第1の発明は、基板上に、第1のゲート電極と、第
1の絶縁膜と、第1の電極と、不純物をドープしてない
半導体層と、第2の電極と、第2の絶縁膜と、第2のゲ
ート電極とが順次積層され、前記第1のゲート電極と前
記第1の電極が空間的に一部重なり、また前記第2のゲ
ート電極と前記第2の電極が空間的に一部重なる構造を
有し、前記第1のゲート電極と前記第2のゲート電極の
どちらか一方あるいは両方が透明電極であるように構成
されたフォトダイオードである。また、第2の発明は基
板上に、膜中に負の固定電荷を有する第3の絶縁膜と、
該第3の絶縁膜と空間的に一部重なる構造を有する第1
の電極と、不純物をドープしてないi型半導体層と、第
2の電極と、膜中に正の固定電荷を有する第4の絶縁膜
とが順次積層され、かつ前記第2の電極は前記第4の絶
縁膜と空間的に一部重なる構造を有するように形成され
たフォトダイオードである。
【0006】
【作用】このゲート電極に適当な電圧を加えて、片側に
pチャネル、別の片側にnチャネルを誘起し、捕獲中心
密度の低いi領域内に、p−iならびにn−i接合を形
成することができる。これによって、捕獲中心を経由す
るトンネル電流やPoole−Frenkel電流など
を減少させることが可能となり、ダイオードの逆方向リ
ーク電流が著しく減少する。このため、多結晶シリコン
ではフォトダイオードとしての使用が初めて可能となり
、また、アモルファスシリコンでは入射パワーの低い光
に対するS/Nが向上する。
pチャネル、別の片側にnチャネルを誘起し、捕獲中心
密度の低いi領域内に、p−iならびにn−i接合を形
成することができる。これによって、捕獲中心を経由す
るトンネル電流やPoole−Frenkel電流など
を減少させることが可能となり、ダイオードの逆方向リ
ーク電流が著しく減少する。このため、多結晶シリコン
ではフォトダイオードとしての使用が初めて可能となり
、また、アモルファスシリコンでは入射パワーの低い光
に対するS/Nが向上する。
【0007】
【実施例1】以下、実施例1,実施例2とも、多結晶シ
リコンを用いた実施例について説明する。図1は、本発
明の第1の実施例のフォトダイオードの断面図である。 ガラス基板1の上に、モリブデンを用いて第1のゲート
電極2を約50nmの膜厚で形成し、その上に、スパッ
タリングによってSiO2 よりなる第1の絶縁膜3を
約100nmの膜厚で形成した。次にモリブデンを用い
て第1の電極4を約50nmの膜厚で第1の絶縁膜3内
の一端部表面側に形成し、不純物をドープしてないi型
多結晶シリコン層5を約1000nmの膜厚で形成し、
さらに、モリブデンを用いて第2の電極6を約50nm
の膜厚でi型多結晶シリコン層5の一端部表面上に形成
した。さらにその上に、スパッタリングによってSiO
2 よりなる第2の絶縁膜7を約100nmの膜厚で形
成し、最後にITOを用いて、透明な第2のゲート電極
8を約50nmの膜厚で設けた。
リコンを用いた実施例について説明する。図1は、本発
明の第1の実施例のフォトダイオードの断面図である。 ガラス基板1の上に、モリブデンを用いて第1のゲート
電極2を約50nmの膜厚で形成し、その上に、スパッ
タリングによってSiO2 よりなる第1の絶縁膜3を
約100nmの膜厚で形成した。次にモリブデンを用い
て第1の電極4を約50nmの膜厚で第1の絶縁膜3内
の一端部表面側に形成し、不純物をドープしてないi型
多結晶シリコン層5を約1000nmの膜厚で形成し、
さらに、モリブデンを用いて第2の電極6を約50nm
の膜厚でi型多結晶シリコン層5の一端部表面上に形成
した。さらにその上に、スパッタリングによってSiO
2 よりなる第2の絶縁膜7を約100nmの膜厚で形
成し、最後にITOを用いて、透明な第2のゲート電極
8を約50nmの膜厚で設けた。
【0008】図1の構造において、第1のゲート電極2
に負電圧を、第2のゲート電極8に正電圧を加えると、
図2に示すように、第1のゲート電極2上のi型多結晶
シリコン層5中にpチャネル9が、第2のゲート電極8
下のi型多結晶シリコン層5中にnチャネル10が誘起
される。これによって、i型多結晶シリコン層5の中に
、p−i−nの積層ダイオード構造が形成され、しかも
、p−iならびにn−i接合の界面が、捕獲中心の少な
いi型多結晶シリコン層5中に形成されることになる。
に負電圧を、第2のゲート電極8に正電圧を加えると、
図2に示すように、第1のゲート電極2上のi型多結晶
シリコン層5中にpチャネル9が、第2のゲート電極8
下のi型多結晶シリコン層5中にnチャネル10が誘起
される。これによって、i型多結晶シリコン層5の中に
、p−i−nの積層ダイオード構造が形成され、しかも
、p−iならびにn−i接合の界面が、捕獲中心の少な
いi型多結晶シリコン層5中に形成されることになる。
【0009】一般に、不純物をドープして形成したp型
あるいはn型多結晶シリコンを用いて、p−i−n積層
構造のダイオードを作製すると、p−iならびにn−i
接合の界面は、粒界による欠陥の集中や不純物の偏析な
どのために、捕獲中心がi型多結晶シリコン膜内部より
もはるかに多くなる。このため、接合に逆バイアスを加
えると、界面の捕獲中心を介したトンネル電流やPoo
le−Frenkel電流などによって、図3(a)に
示すように、逆方向のリーク電流が非常に大きくなって
しまう。
あるいはn型多結晶シリコンを用いて、p−i−n積層
構造のダイオードを作製すると、p−iならびにn−i
接合の界面は、粒界による欠陥の集中や不純物の偏析な
どのために、捕獲中心がi型多結晶シリコン膜内部より
もはるかに多くなる。このため、接合に逆バイアスを加
えると、界面の捕獲中心を介したトンネル電流やPoo
le−Frenkel電流などによって、図3(a)に
示すように、逆方向のリーク電流が非常に大きくなって
しまう。
【0010】しかしながら、図1に示す本実施例のダイ
オードにおいては、第1のゲート電極2に負電圧を、第
2のゲート電極8に正電圧を加えた状態で、ダイオード
の電圧−電流特性を測定したところ、図3(b)に示す
ように、逆方向リーク電流が著しく減少し、正常なダイ
オード特性が得られた。また、図1または図2に示す透
明な第2のゲート電極8側から、i型多結晶シリコン層
5へ光を照射したところ、図3(b)に示すように、光
電流を観測することができ、同図の暗時の電流と比較し
て、逆方向バイアス時に十分なオン・オフ比がとれた。
オードにおいては、第1のゲート電極2に負電圧を、第
2のゲート電極8に正電圧を加えた状態で、ダイオード
の電圧−電流特性を測定したところ、図3(b)に示す
ように、逆方向リーク電流が著しく減少し、正常なダイ
オード特性が得られた。また、図1または図2に示す透
明な第2のゲート電極8側から、i型多結晶シリコン層
5へ光を照射したところ、図3(b)に示すように、光
電流を観測することができ、同図の暗時の電流と比較し
て、逆方向バイアス時に十分なオン・オフ比がとれた。
【0011】本実施例では、第1のゲート電極2にモリ
ブデンを用いたが、透明電極材料を用いて、基板1側か
ら光を入射する構造としてもよい。また、本実施例では
、第1のゲート電極2、第2のゲート電極8、第1の電
極4、第2の電極6のそれぞれに、別々に電圧を加えた
4端子動作としたが、動作電圧によっては、第1のゲー
ト電極2と第1の電極4を相互接続し、また第2のゲー
ト電極8と第2の電極6を相互接続して、2端子動作と
することも可能である。
ブデンを用いたが、透明電極材料を用いて、基板1側か
ら光を入射する構造としてもよい。また、本実施例では
、第1のゲート電極2、第2のゲート電極8、第1の電
極4、第2の電極6のそれぞれに、別々に電圧を加えた
4端子動作としたが、動作電圧によっては、第1のゲー
ト電極2と第1の電極4を相互接続し、また第2のゲー
ト電極8と第2の電極6を相互接続して、2端子動作と
することも可能である。
【0012】
【実施例2】図4は、本発明の第2の実施例である。第
1の実施例との相違は、第1のゲート電極を設ける代わ
りに、膜中に負の固定電荷を有することによりバイアス
の無い状態で真上のi型多結晶シリコン層5中にpチャ
ネル9を誘起する絶縁膜11と、第2のゲート電極を設
ける代わりに、膜中に正の固定電荷を有する事によりバ
イアスの無い状態で真下のi型多結晶シリコン層5中に
nチャネル10を誘起する絶縁膜12を設けたことであ
る。絶縁膜の種類や形成条件によって、絶縁膜−i型多
結晶シリコン界面を制御しなければならない難しさが生
ずるものの、素子構造か簡単になるという長所がある。
1の実施例との相違は、第1のゲート電極を設ける代わ
りに、膜中に負の固定電荷を有することによりバイアス
の無い状態で真上のi型多結晶シリコン層5中にpチャ
ネル9を誘起する絶縁膜11と、第2のゲート電極を設
ける代わりに、膜中に正の固定電荷を有する事によりバ
イアスの無い状態で真下のi型多結晶シリコン層5中に
nチャネル10を誘起する絶縁膜12を設けたことであ
る。絶縁膜の種類や形成条件によって、絶縁膜−i型多
結晶シリコン界面を制御しなければならない難しさが生
ずるものの、素子構造か簡単になるという長所がある。
【0013】以上、実施例1と実施例2では、多結晶シ
リコンについて説明したが、多結晶シリコンをアモルフ
ァスシリコンに置き換えても、同じようにダイオードの
逆方向暗電流の低減効果が得られる。図1に示した構造
において多結晶シリコンをアモルファスシリコンに置き
換えたダイオードを作製し、その特性を測定したところ
、逆方向暗電流が従来のp−i−nダイオードよりも2
桁低くなり、入射パワーが0.1μW/cm2 以下の
光の受光が可能になった。また、多結晶シリコン,アモ
ルファスシリコンの代わりに、アモルファスGe,多結
晶Ge,アモルファスSiGe,多結晶SiGe,アモ
ルファスSiC,多結晶SiCを用いても良い。
リコンについて説明したが、多結晶シリコンをアモルフ
ァスシリコンに置き換えても、同じようにダイオードの
逆方向暗電流の低減効果が得られる。図1に示した構造
において多結晶シリコンをアモルファスシリコンに置き
換えたダイオードを作製し、その特性を測定したところ
、逆方向暗電流が従来のp−i−nダイオードよりも2
桁低くなり、入射パワーが0.1μW/cm2 以下の
光の受光が可能になった。また、多結晶シリコン,アモ
ルファスシリコンの代わりに、アモルファスGe,多結
晶Ge,アモルファスSiGe,多結晶SiGe,アモ
ルファスSiC,多結晶SiCを用いても良い。
【0014】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によってp
−nならびにn−i接合の界面を捕獲中心密度の低いi
領域内に形成することで、捕獲中心を経由するトンネル
電流あるいはPoole−Frenkel電流を減少さ
せることが可能となった。このため、従来はフォトダイ
オードとして使用できなかった多結晶シリコンにおいて
、ダイオードの逆方向リーク電流が著しく減少し、フォ
トダイオードとしての使用が可能なった。また、アモル
ファスシリコンにおいては、従来に比べてダイオードの
逆方向リーク電流が著しく減少し、低い入射パワーの光
に対するフォトダイオードのS/Nが飛躍的に向上した
。
−nならびにn−i接合の界面を捕獲中心密度の低いi
領域内に形成することで、捕獲中心を経由するトンネル
電流あるいはPoole−Frenkel電流を減少さ
せることが可能となった。このため、従来はフォトダイ
オードとして使用できなかった多結晶シリコンにおいて
、ダイオードの逆方向リーク電流が著しく減少し、フォ
トダイオードとしての使用が可能なった。また、アモル
ファスシリコンにおいては、従来に比べてダイオードの
逆方向リーク電流が著しく減少し、低い入射パワーの光
に対するフォトダイオードのS/Nが飛躍的に向上した
。
【図1】本発明の第1の実施例を説明するための断面図
である。
である。
【図2】本発明の第1の実施例の動作を説明するための
断面図である。
断面図である。
【図3】(a)は従来のダイオードの電流−電圧特性図
、(b)は本発明のダイオードの暗時ならびに光照射時
の電流−電圧特性図である。
、(b)は本発明のダイオードの暗時ならびに光照射時
の電流−電圧特性図である。
【図4】本発明の第2の実施例を説明するための断面図
である。
である。
1 ガラス基板
2 第1のゲート電極
3 第1の絶縁膜
4 第1の電極
5 i型多結晶シリコン層
6 第2の電極
7 第2の絶縁膜
8 第2のゲート電極
9 pチャネル
10 nチャネル
11 膜中に負の固定電荷を有する絶縁膜(第3の絶
縁膜) 12 膜中に正の固定電荷を有する絶縁膜(第4の絶
縁膜)
縁膜) 12 膜中に正の固定電荷を有する絶縁膜(第4の絶
縁膜)
Claims (4)
- 【請求項1】 基板上に、第1のゲート電極と、第1
の絶縁膜と、第1の電極と、不純物をドープしてない半
導体層と、第2の電極と、第2の絶縁膜と、第2のゲー
ト電極とが順次積層され、前記第1のゲート電極と前記
第1の電極が空間的に一部重なり、また前記第2のゲー
ト電極と前記第2の電極が空間的に一部重なる構造を有
し、前記第1のゲート電極と前記第2のゲート電極のど
ちらか一方あるいは両方が透明電極であるように構成さ
れたフォトダイオード。 - 【請求項2】 基板上に、膜中に負の固定電荷を有す
る第3の絶縁膜と、該第3の絶縁膜と空間的に一部重な
る構造を有する第1の電極と、不純物をドープしてない
i型半導体層と、第2の電極と、膜中に正の固定電荷を
有する第4の絶縁膜とが順次積層され、かつ前記第2の
電極は前記第4の絶縁膜と空間的に一部重なる構造を有
するように形成されたフォトダイオード。 - 【請求項3】 前記半導体に多結晶シリコンを用いた
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のフォ
トダイオード。 - 【請求項4】 前記半導体にアモルファスシリコンを
用いたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載
のフォトダイオード。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3077083A JP2905307B2 (ja) | 1991-03-18 | 1991-03-18 | フォトダイオード |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3077083A JP2905307B2 (ja) | 1991-03-18 | 1991-03-18 | フォトダイオード |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04288883A true JPH04288883A (ja) | 1992-10-13 |
JP2905307B2 JP2905307B2 (ja) | 1999-06-14 |
Family
ID=13623889
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3077083A Expired - Fee Related JP2905307B2 (ja) | 1991-03-18 | 1991-03-18 | フォトダイオード |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2905307B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009177127A (ja) * | 2007-12-25 | 2009-08-06 | Sony Corp | 受光素子および表示装置 |
-
1991
- 1991-03-18 JP JP3077083A patent/JP2905307B2/ja not_active Expired - Fee Related
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JP2009177127A (ja) * | 2007-12-25 | 2009-08-06 | Sony Corp | 受光素子および表示装置 |
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JP2905307B2 (ja) | 1999-06-14 |
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