JPH0447981B2 - - Google Patents
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- JPH0447981B2 JPH0447981B2 JP58120751A JP12075183A JPH0447981B2 JP H0447981 B2 JPH0447981 B2 JP H0447981B2 JP 58120751 A JP58120751 A JP 58120751A JP 12075183 A JP12075183 A JP 12075183A JP H0447981 B2 JPH0447981 B2 JP H0447981B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14681—Bipolar transistor imagers
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Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、光電変換装置及びその光電変換方法
に係り、特に光入射により発生したキヤリアを蓄
積し、蓄積されたキヤリアに基づいて信号を読み
出す光電変換装置及びその光電変換方法に関す
る。
に係り、特に光入射により発生したキヤリアを蓄
積し、蓄積されたキヤリアに基づいて信号を読み
出す光電変換装置及びその光電変換方法に関す
る。
［従来の技術］
近年、光電変換装置殊に、固体撮像装置に関す
る研究が、半導体技術の進展と共に積極的に行わ
れ、一部では実用化され始めている。
る研究が、半導体技術の進展と共に積極的に行わ
れ、一部では実用化され始めている。
これらの固体撮像装置は、大きく分けると
CCD型とMOS型の２つに分類される。CCD型撮
像装置は、MOSキヤパシタ電極下にポテンシヤ
ルの井戸を形成し、光の入射により発生した電荷
をこの井戸に蓄積し、読出し時には、これらのポ
テンシヤルの井戸を、電極にかけるパルスにより
順次動かして、蓄積された電荷を出力アンプ部ま
で転送して読出すという原理を用いている。また
CCD型撮像装置の中には、受光部はpn接合ダイ
オード構造を使い、転送部はCCD構造で行うと
いうタイプのものもある。また一方、MOS型撮
像装置は、受光部を構成するpn接合よりなるフ
オトダイオードの夫々に光の入射により発生した
電荷を蓄積し、読出し時には、それぞれのフオト
ダイオードに接続されたMOSスイツチングトラ
ンジスタを順次オンすることにより蓄積された電
荷を出力アンプ部に読出すという原理を用いてい
る。
CCD型とMOS型の２つに分類される。CCD型撮
像装置は、MOSキヤパシタ電極下にポテンシヤ
ルの井戸を形成し、光の入射により発生した電荷
をこの井戸に蓄積し、読出し時には、これらのポ
テンシヤルの井戸を、電極にかけるパルスにより
順次動かして、蓄積された電荷を出力アンプ部ま
で転送して読出すという原理を用いている。また
CCD型撮像装置の中には、受光部はpn接合ダイ
オード構造を使い、転送部はCCD構造で行うと
いうタイプのものもある。また一方、MOS型撮
像装置は、受光部を構成するpn接合よりなるフ
オトダイオードの夫々に光の入射により発生した
電荷を蓄積し、読出し時には、それぞれのフオト
ダイオードに接続されたMOSスイツチングトラ
ンジスタを順次オンすることにより蓄積された電
荷を出力アンプ部に読出すという原理を用いてい
る。
CCD型撮像装置は、比較的簡単な構造をもち、
また、発生し得る雑音からみても、最終段におけ
るフローテイング・デイフユージヨンよりなる電
荷検出器の容量値だけがランダム雑音に寄与する
ので、比較的低雑音の撮像装置であり、低照度撮
像が可能である。ただし、CCD型撮像装置を作
るプロセス的制約から、出力アンプとしてMOS
型アンプがオンチツプ化されるため、シリコン
と、SiO2膜との界面から画像上、目につきやす
い、１／ｆ雑音を発生する。従つて、低雑音とは
いいながら、その性能に限界が存在している。ま
た、高解像度化を図るためにセル数を増加させて
高密度化すると、一つのポテンシヤル井戸に蓄積
できる最大の電荷量が減少し、ダイナミツクレン
ジがとれなくなるので、今後、固体撮像装置が高
解像度化されていく上で大きな問題となる。ま
た、CCD型の撮像装置は、ポテンシヤルの井戸
を順次動かしながら蓄積電荷を転送していくわけ
であるから、セルの一つに欠陥が存在してもそこ
で電荷転送がストツプしたり、あるいは、極端に
悪くなつてしまい、製造歩留りが上がらないとい
う欠点も有している。
また、発生し得る雑音からみても、最終段におけ
るフローテイング・デイフユージヨンよりなる電
荷検出器の容量値だけがランダム雑音に寄与する
ので、比較的低雑音の撮像装置であり、低照度撮
像が可能である。ただし、CCD型撮像装置を作
るプロセス的制約から、出力アンプとしてMOS
型アンプがオンチツプ化されるため、シリコン
と、SiO2膜との界面から画像上、目につきやす
い、１／ｆ雑音を発生する。従つて、低雑音とは
いいながら、その性能に限界が存在している。ま
た、高解像度化を図るためにセル数を増加させて
高密度化すると、一つのポテンシヤル井戸に蓄積
できる最大の電荷量が減少し、ダイナミツクレン
ジがとれなくなるので、今後、固体撮像装置が高
解像度化されていく上で大きな問題となる。ま
た、CCD型の撮像装置は、ポテンシヤルの井戸
を順次動かしながら蓄積電荷を転送していくわけ
であるから、セルの一つに欠陥が存在してもそこ
で電荷転送がストツプしたり、あるいは、極端に
悪くなつてしまい、製造歩留りが上がらないとい
う欠点も有している。
これに対してMOS型撮像装置は、構造的には
CCD型撮像装置、特にフレーム転送型の装置に
比較して少し複雑ではあるが、蓄積容量を大きく
し得る様に構成でき、ダイナミツクレンジを広く
とれるという優位性をもつ。また、たとえセルの
１つに欠陥が存在しても、Ｘ−Ｙアドレス方式の
ためその欠陥による他のセルへの影響がなく、製
造歩留り的には有利である。しかしながら、この
MOS型撮像装置では、信号読出し時に各フオト
ダイオードに配線容量が接続されるため、きわめ
て大きな信号電圧ドロツプが発生し、出力電圧が
下がつてしまうこと、配線容量が大きく、これに
よるランダム雑音の発生が大きいこと、また各フ
オトダイオードおよび水平スキヤン用のMOSス
イツチングトランジスタの寄生容量のばらつきに
よる固定パターン雑音の混入等があり、CCD型
撮像装置に比較して低照度撮影はむずかしいこと
等の欠点を有している。
CCD型撮像装置、特にフレーム転送型の装置に
比較して少し複雑ではあるが、蓄積容量を大きく
し得る様に構成でき、ダイナミツクレンジを広く
とれるという優位性をもつ。また、たとえセルの
１つに欠陥が存在しても、Ｘ−Ｙアドレス方式の
ためその欠陥による他のセルへの影響がなく、製
造歩留り的には有利である。しかしながら、この
MOS型撮像装置では、信号読出し時に各フオト
ダイオードに配線容量が接続されるため、きわめ
て大きな信号電圧ドロツプが発生し、出力電圧が
下がつてしまうこと、配線容量が大きく、これに
よるランダム雑音の発生が大きいこと、また各フ
オトダイオードおよび水平スキヤン用のMOSス
イツチングトランジスタの寄生容量のばらつきに
よる固定パターン雑音の混入等があり、CCD型
撮像装置に比較して低照度撮影はむずかしいこと
等の欠点を有している。
また、将来の撮像装置の高解像度化においては
各セルのサイズが縮小され、蓄積電荷が減少して
いく。これに対しチツプサイズから決まつてくる
配線容量は、たとえ線幅が細くしてもあまり下が
らない。このため、MOS型撮像装置は、ますま
すＳ／Ｎ的に不利になる。
各セルのサイズが縮小され、蓄積電荷が減少して
いく。これに対しチツプサイズから決まつてくる
配線容量は、たとえ線幅が細くしてもあまり下が
らない。このため、MOS型撮像装置は、ますま
すＳ／Ｎ的に不利になる。
CCD型およびMOS型撮像装置は、以上の様な
一長一短を有しながらも次第に実用化レベルに近
ずいてきてはいる。しかし、さらに将来必要とさ
れる高解像度化を進めていくうえで本質的に大き
な問題を有しているといえる。
一長一短を有しながらも次第に実用化レベルに近
ずいてきてはいる。しかし、さらに将来必要とさ
れる高解像度化を進めていくうえで本質的に大き
な問題を有しているといえる。
これらに対して、固体像装置に関し、特開昭56
−150878号公報“半導体撮像装置”、特開昭56−
157073号公報“半導体撮像装置”、特開昭56−
165473号公報“半導体撮像装置”に新しい方式が
提案されている。CCD型、MOS型の撮像装置が、
光入射により発生した電荷を主電極（例えば
MOSトランジスタのソース）に蓄積するのに対
して、ここで提案されている方式は、光入射によ
り発生した電荷を、制御電極（例えばバイポー
ラ・トランジスタのベース、SIT（静電誘導トラ
ンジスタ）あるいはMOSトランジスタのゲート）
に蓄積し、光により発生した電荷により、流れる
電流をコントロールするという新しい考え方にも
とずくものである。すなわち、CCD型、MOS型
が、蓄積された電化そのものを外部へ読出してく
るのに対して、ここで提案されている方式は、各
セルの増幅機能により電荷増幅してから蓄積され
た電荷を読出すわけであり、また見方を変えると
インピーダンス変換により低インピーダンス出力
として読出すわけである。従つて、ここで提案さ
れている方式は、高出力、広ダイナミツクレン
ジ、低雑音であり、かつ、光信号により励起され
たキヤリア（電荷）は制御電極に蓄積することか
ら、非破壊読出しができる等のいくつかのメリツ
トを有している。さらに将来の高解像度化に対し
ても可能性を有する方式であるといえる。
−150878号公報“半導体撮像装置”、特開昭56−
157073号公報“半導体撮像装置”、特開昭56−
165473号公報“半導体撮像装置”に新しい方式が
提案されている。CCD型、MOS型の撮像装置が、
光入射により発生した電荷を主電極（例えば
MOSトランジスタのソース）に蓄積するのに対
して、ここで提案されている方式は、光入射によ
り発生した電荷を、制御電極（例えばバイポー
ラ・トランジスタのベース、SIT（静電誘導トラ
ンジスタ）あるいはMOSトランジスタのゲート）
に蓄積し、光により発生した電荷により、流れる
電流をコントロールするという新しい考え方にも
とずくものである。すなわち、CCD型、MOS型
が、蓄積された電化そのものを外部へ読出してく
るのに対して、ここで提案されている方式は、各
セルの増幅機能により電荷増幅してから蓄積され
た電荷を読出すわけであり、また見方を変えると
インピーダンス変換により低インピーダンス出力
として読出すわけである。従つて、ここで提案さ
れている方式は、高出力、広ダイナミツクレン
ジ、低雑音であり、かつ、光信号により励起され
たキヤリア（電荷）は制御電極に蓄積することか
ら、非破壊読出しができる等のいくつかのメリツ
トを有している。さらに将来の高解像度化に対し
ても可能性を有する方式であるといえる。
［発明が解決しようとする技術課題］
しかしながら、この方式は、基本的にＸ−Ｙア
ドレス方式であり、上記公報に記載されている素
子構造は、従来のMOS型撮像装置の各セルにバ
イポーラトランジスタ、SITトランジスタ等の増
幅素子を複合化したもを基本構造としている。そ
のため、比較的複雑な構造をしており、高解像化
の可能性を有しながらも、そのままでは高解像化
には限界が存在する。
ドレス方式であり、上記公報に記載されている素
子構造は、従来のMOS型撮像装置の各セルにバ
イポーラトランジスタ、SITトランジスタ等の増
幅素子を複合化したもを基本構造としている。そ
のため、比較的複雑な構造をしており、高解像化
の可能性を有しながらも、そのままでは高解像化
には限界が存在する。
また以下に述べる点においても限界が存在して
いる。上記特開昭56−150878号公報、特開昭56−
147073号公報、特開昭56−165473号公報及び
「SIT（Static injection Transistor）イメージセ
ンサへの応用、テレビジヨン学会技術報告（以下
TV学会誌と記述する）」は、本願発明の発明者
の内一人が係つた従来技術の一代表例を示すもの
である。
いる。上記特開昭56−150878号公報、特開昭56−
147073号公報、特開昭56−165473号公報及び
「SIT（Static injection Transistor）イメージセ
ンサへの応用、テレビジヨン学会技術報告（以下
TV学会誌と記述する）」は、本願発明の発明者
の内一人が係つた従来技術の一代表例を示すもの
である。
特開昭56−150878号公報、特開昭56−157073号
公報には、N+、P+、Ｉ（又はP-、N-）、N+領域
からなるフツク構造のP+領域に電荷を蓄積し、
接地電位との間でキヤパシタを形成しているN+
領域の電位をスイツチングトランジスタで読み出
す方式の構成が記載されている。
公報には、N+、P+、Ｉ（又はP-、N-）、N+領域
からなるフツク構造のP+領域に電荷を蓄積し、
接地電位との間でキヤパシタを形成しているN+
領域の電位をスイツチングトランジスタで読み出
す方式の構成が記載されている。
しかしながら、この構成では高速で直線性の良
い読み出しを行うことができない。また、読み出
し後のリセツト動作においてもP+領域を接地す
るだけである為、目につくような残像が多く発生
し、また固定パターンノイズも大きい。
い読み出しを行うことができない。また、読み出
し後のリセツト動作においてもP+領域を接地す
るだけである為、目につくような残像が多く発生
し、また固定パターンノイズも大きい。
一方、特開昭56−165473号公報には、N+領域、
浮遊状態のP+領域、高抵抗領域及びパルス電圧
が印加される透明電極に接続された+領域とで構
成される、N+、P+、Ｉ（又はP-、N-）、N+領域
のフツク構造が示されている。そして浮遊状態の
N+領域は同時に読み出し用トランジスタの主電
極領域の一つとなつており、読み出し動作時には
トランジスタがオンして正に帯電したN+領域へ
電子が流入してその電圧変化を信号として読み出
しを行う。しかしながら、これも高速且つ直線性
の良い出力信号が得られない。また、読み出し後
のリセツト動作においても透明電極側のN+領域
を０か僅かに負電位にセツトするだけであるため
に目につくような残像が多く発生してしまう。
浮遊状態のP+領域、高抵抗領域及びパルス電圧
が印加される透明電極に接続された+領域とで構
成される、N+、P+、Ｉ（又はP-、N-）、N+領域
のフツク構造が示されている。そして浮遊状態の
N+領域は同時に読み出し用トランジスタの主電
極領域の一つとなつており、読み出し動作時には
トランジスタがオンして正に帯電したN+領域へ
電子が流入してその電圧変化を信号として読み出
しを行う。しかしながら、これも高速且つ直線性
の良い出力信号が得られない。また、読み出し後
のリセツト動作においても透明電極側のN+領域
を０か僅かに負電位にセツトするだけであるため
に目につくような残像が多く発生してしまう。
そして、TV学会誌には、ゲート蓄積型ホトセ
ルとベース蓄積型ホトセルとが示されている。こ
のうちベース蓄積型ホトセルは、浮遊状態とされ
たベースと、パルス的に電圧が印加されるコレク
タと、容量とスイツチングMOSFETとを含む出
力回路が接続されたエミツタと、で構成されてい
る。しかしながら、この構成ではコレクタに電圧
を印加することで読み出しを行つている為に、第
４図、第５図で後述するように、高速動作で直線
性を確保することが難しい。
ルとベース蓄積型ホトセルとが示されている。こ
のうちベース蓄積型ホトセルは、浮遊状態とされ
たベースと、パルス的に電圧が印加されるコレク
タと、容量とスイツチングMOSFETとを含む出
力回路が接続されたエミツタと、で構成されてい
る。しかしながら、この構成ではコレクタに電圧
を印加することで読み出しを行つている為に、第
４図、第５図で後述するように、高速動作で直線
性を確保することが難しい。
又、米国特許第3624428号明細書や特公昭50−
38531号公報にはベースに絶縁層を介して電極を
設けたトランジスタにエミツタ接地抵抗負荷の出
力回路を接続し電流読み出しを行う構成が示され
ている。しかし破壊型の電流読み出しである為に
直線性、残像特性が悪い。また感度も低い。
38531号公報にはベースに絶縁層を介して電極を
設けたトランジスタにエミツタ接地抵抗負荷の出
力回路を接続し電流読み出しを行う構成が示され
ている。しかし破壊型の電流読み出しである為に
直線性、残像特性が悪い。また感度も低い。
［発明の目的］
本発明の目的は、各セルに増幅機能を有するも
きわめて簡単な構造であり、従来の高解像度化に
も十分対処しうる新しい光電変換装置及びその光
電変換方法を提供することにある。
きわめて簡単な構造であり、従来の高解像度化に
も十分対処しうる新しい光電変換装置及びその光
電変換方法を提供することにある。
本発明の別の目的は、照射された光に対して直
線性の良好な出力信号を極短時間で得ることが可
能となる高速性に優れた光電変換装置及び光電変
換方法を提供することにある。
線性の良好な出力信号を極短時間で得ることが可
能となる高速性に優れた光電変換装置及び光電変
換方法を提供することにある。
更に本発明の別の目的は、直線性の良好な高速
読み出しを行つても残像や固定パターンノイズが
ほとんど問題とならないような優れた光電変換装
置及びその光電変換方法を提供することにある。
読み出しを行つても残像や固定パターンノイズが
ほとんど問題とならないような優れた光電変換装
置及びその光電変換方法を提供することにある。
かかる目的は、第一導電型の半導体からなる制
御電極領域と、前記第一導電型とは異なる第二導
電型の半導体からなり容量負荷を含む出力回路に
電気的に接続された第一の主電極領域と、第二導
電型の半導体からなる第二の主電極領域と、を有
し、光エネルギーを受けることにより生成される
キヤリアを前記制御電極領域に蓄積可能なトラン
ジスタと、 前記制御電極領域と容量結合された電極を有
し、蓄積されたキヤリアに基づいて信号を前記ト
ランジスタより読み出す為の読み出し手段と、 を具備し、蓄積動作、読み出し動作及びリフレツ
シユ動作を行い、該読み出し動作と該リフレツシ
ユ動作は前記第二の主電極領域が前記制御電極領
域に対して逆方向にバイアスされるべく所望の電
位に保持された状態で行われる光電変換装置であ
つて、 前記読み出し手段は前記電気制御電極領域に前
記電極により前記第一及び第二の主電極領域に対
して独立的に電位を与え、前記容量負荷に接続さ
れており浮遊状態にある前記第一の主電極領域と
前記制御電極領域との接合部を順方向にバイアス
し、前記信号を前記容量負荷における電圧として
読み出す手段であることを特徴とする光電変換装
置により達成される。
御電極領域と、前記第一導電型とは異なる第二導
電型の半導体からなり容量負荷を含む出力回路に
電気的に接続された第一の主電極領域と、第二導
電型の半導体からなる第二の主電極領域と、を有
し、光エネルギーを受けることにより生成される
キヤリアを前記制御電極領域に蓄積可能なトラン
ジスタと、 前記制御電極領域と容量結合された電極を有
し、蓄積されたキヤリアに基づいて信号を前記ト
ランジスタより読み出す為の読み出し手段と、 を具備し、蓄積動作、読み出し動作及びリフレツ
シユ動作を行い、該読み出し動作と該リフレツシ
ユ動作は前記第二の主電極領域が前記制御電極領
域に対して逆方向にバイアスされるべく所望の電
位に保持された状態で行われる光電変換装置であ
つて、 前記読み出し手段は前記電気制御電極領域に前
記電極により前記第一及び第二の主電極領域に対
して独立的に電位を与え、前記容量負荷に接続さ
れており浮遊状態にある前記第一の主電極領域と
前記制御電極領域との接合部を順方向にバイアス
し、前記信号を前記容量負荷における電圧として
読み出す手段であることを特徴とする光電変換装
置により達成される。
また、かかる目的は、第一導電型の半導体から
なる制御電極領域と、前記第一導電型とは異なる
第二導電型の半導体からなり容量負荷を含む出力
回路に電気的に接続された第一の主電極領域と、
第二導電型の第二の主電極領域と、を有し、光エ
ネルギーを受けることにより生成されるキヤリア
を前記制御電極領域に蓄積可能なトランジスタ
と、 前記制御電極領域と容量結合された電極を有
し、蓄積されたキヤリアに基づいて信号を前記ト
ランジスタより読み出す為の読み出し手段と、 を具備する光電変換装置を用いた光電変換方法に
おいて、 前記制御電極領域にキヤリアを蓄積する為に前
記トランジスタを光照射する蓄積工程と、 前記第二の主電極領域が前記制御電極領域に対
して逆方向にバイアスされるべく所望の電位に保
持された状態で前記制御電極領域に蓄積されたキ
ヤリアを除くリフレツシユ工程と、 前記第二の主電極領域が前記制御電極領域に対
して逆方向にバイアスされるべく所望の電位に保
持された状態で行われる読み出し工程と、 を含み、 前記読み出し工程では、前記制御電極領域に、
前記電極により、前記第一及び第二の主電極領域
に対して独立的に電位が与えられ、前記容量負荷
に接続されており浮遊状態にある前記第一の主電
極領域と前記制御電極領域との接合部が順方向に
バイアスされ、前記信号を前記容量負荷における
電圧として読み出すことを特徴とする光電変換方
法により達成される。
なる制御電極領域と、前記第一導電型とは異なる
第二導電型の半導体からなり容量負荷を含む出力
回路に電気的に接続された第一の主電極領域と、
第二導電型の第二の主電極領域と、を有し、光エ
ネルギーを受けることにより生成されるキヤリア
を前記制御電極領域に蓄積可能なトランジスタ
と、 前記制御電極領域と容量結合された電極を有
し、蓄積されたキヤリアに基づいて信号を前記ト
ランジスタより読み出す為の読み出し手段と、 を具備する光電変換装置を用いた光電変換方法に
おいて、 前記制御電極領域にキヤリアを蓄積する為に前
記トランジスタを光照射する蓄積工程と、 前記第二の主電極領域が前記制御電極領域に対
して逆方向にバイアスされるべく所望の電位に保
持された状態で前記制御電極領域に蓄積されたキ
ヤリアを除くリフレツシユ工程と、 前記第二の主電極領域が前記制御電極領域に対
して逆方向にバイアスされるべく所望の電位に保
持された状態で行われる読み出し工程と、 を含み、 前記読み出し工程では、前記制御電極領域に、
前記電極により、前記第一及び第二の主電極領域
に対して独立的に電位が与えられ、前記容量負荷
に接続されており浮遊状態にある前記第一の主電
極領域と前記制御電極領域との接合部が順方向に
バイアスされ、前記信号を前記容量負荷における
電圧として読み出すことを特徴とする光電変換方
法により達成される。
［作用］
本発明によれば、読み出し動作時に制御電極領
域の電位を主電極領域とは独立に制御することに
より、制御電極領域と出力回路に接続された第一
の主電極領域との接合か順方向に深くバイアスさ
れる。そうすると極めて短い時間で積分された信
号電圧が出力回路の容量負荷に表われるので、照
射された光に対して直線性のよい出力信号を高速
で得ることができる。
域の電位を主電極領域とは独立に制御することに
より、制御電極領域と出力回路に接続された第一
の主電極領域との接合か順方向に深くバイアスさ
れる。そうすると極めて短い時間で積分された信
号電圧が出力回路の容量負荷に表われるので、照
射された光に対して直線性のよい出力信号を高速
で得ることができる。
また、本発明は、第二の主電極領域を制御電極
領域に対して逆方向にバイアスした状態で読み出
し及びリフレツシユ動作が行われるので、これら
動作中に第二の主電極領域の電位が振られること
がなく、制御電極領域に第二の主電極領域との接
合容量に起因するノイズが発生することがない。
領域に対して逆方向にバイアスした状態で読み出
し及びリフレツシユ動作が行われるので、これら
動作中に第二の主電極領域の電位が振られること
がなく、制御電極領域に第二の主電極領域との接
合容量に起因するノイズが発生することがない。
［実施例］
本発明による好適な実施態様例の概略を以下に
説明する。
説明する。
まず、第１図及び第２図を参照すると、第１図
の符号３０で示されるようなトランジスタを含む
光電変換セルの主電極領域の一方（第一の主電極
領域）としてのエミツタには出力回路が接続され
ている。この出力回路は垂直ライン３８，３８′，
３８″、水平シフトレジスタ３９、MOSトランジ
スタ４０，４０′，４０″、出力ライン４１、
MOSトランジスタ４２、出力トランジスタ４４、
負荷抵抗４５等で構成され、垂直ライン３８，３
８′，３８″は各々容量負荷としての配線容量を有
している。
の符号３０で示されるようなトランジスタを含む
光電変換セルの主電極領域の一方（第一の主電極
領域）としてのエミツタには出力回路が接続され
ている。この出力回路は垂直ライン３８，３８′，
３８″、水平シフトレジスタ３９、MOSトランジ
スタ４０，４０′，４０″、出力ライン４１、
MOSトランジスタ４２、出力トランジスタ４４、
負荷抵抗４５等で構成され、垂直ライン３８，３
８′，３８″は各々容量負荷としての配線容量を有
している。
また蓄積された電荷に基づき光電変換された信
号を読み出す為の読み出し手段として、垂直シフ
トレジスタ３２、バツフアMOSトランジスタ３
３，３３′，３３″、端子３４、水平ライン３１，
３１′，３１″が設けられた回路構成を採つてい
る。
号を読み出す為の読み出し手段として、垂直シフ
トレジスタ３２、バツフアMOSトランジスタ３
３，３３′，３３″、端子３４、水平ライン３１，
３１′，３１″が設けられた回路構成を採つてい
る。
そして、制御電極領域としてのベースは主電極
領域とは独立的に読み出し手段によつて、その電
位が制御される。この時の動作を第２図を参照し
て説明する。読み出し時には浮遊状態にある主電
極領域としてのエミツタ及び正の電位に保持され
ている主電極領域（第二の主電極領域）としての
コレクタに対して、独立的に配線１０より正の電
圧VRを印加することでエミタツタ電位に対して
ベース電位を上昇させることにより、制御電極領
域と出力回路に接続された主電極領域との間の接
合が順方向にバイアスされる。このようにして、
エミツタ電位がベース電位即ち光照射により発生
した蓄積電圧に等しくなるまで、電流が流れるの
であるが、このときに要する時間は、電圧VRの
作用により短縮され高速読み出しにおいても、優
れた直線性が確保できるのである。
領域とは独立的に読み出し手段によつて、その電
位が制御される。この時の動作を第２図を参照し
て説明する。読み出し時には浮遊状態にある主電
極領域としてのエミツタ及び正の電位に保持され
ている主電極領域（第二の主電極領域）としての
コレクタに対して、独立的に配線１０より正の電
圧VRを印加することでエミタツタ電位に対して
ベース電位を上昇させることにより、制御電極領
域と出力回路に接続された主電極領域との間の接
合が順方向にバイアスされる。このようにして、
エミツタ電位がベース電位即ち光照射により発生
した蓄積電圧に等しくなるまで、電流が流れるの
であるが、このときに要する時間は、電圧VRの
作用により短縮され高速読み出しにおいても、優
れた直線性が確保できるのである。
一方、第一の主電極領域としてのエミツタはス
イツチ手段としてのMOSトランジスタ４８，４
８′，４８″によりアース記号をもつて示される第
１の基準電圧源に接続され接地される。
イツチ手段としてのMOSトランジスタ４８，４
８′，４８″によりアース記号をもつて示される第
１の基準電圧源に接続され接地される。
このとき第二主電極領域としてのコレクタは第
２の基準電圧源に接続、即ち正電位にされるこの
ような状態において正電位VRHなる電圧を印加し
て制御電極領域としてのベースの電位を制御する
ことにより少なくともベース・エミツタ間が順方
向バイアスされてベース領域に蓄積されたホール
が流れ出したり、ベース領域内に電子が流入した
りして蓄積された電荷が消滅する。このような順
バイアスを与える為の順バイアス手段としては上
記読み出し手段に加えて、例えば第１図のバツフ
アMOSトランジスタ３５，３５′，３５″、端子
３６，３７等を設けることで構成される。
２の基準電圧源に接続、即ち正電位にされるこの
ような状態において正電位VRHなる電圧を印加し
て制御電極領域としてのベースの電位を制御する
ことにより少なくともベース・エミツタ間が順方
向バイアスされてベース領域に蓄積されたホール
が流れ出したり、ベース領域内に電子が流入した
りして蓄積された電荷が消滅する。このような順
バイアスを与える為の順バイアス手段としては上
記読み出し手段に加えて、例えば第１図のバツフ
アMOSトランジスタ３５，３５′，３５″、端子
３６，３７等を設けることで構成される。
以下に本発明の実施例を図面を用いて詳細に説
明する。
明する。
第３図は、本発明の一実施例に係る光電変換装
置を構成する光センサセルの基本構造および動作
を説明する図である。第３図ａは、光センサセル
の平面図を、第３図ｂは、第３図ａ平面図の
AA′部分の断面図を、第３図ｃは、それの等価回
路をそれぞれ示す。なお、各部位において第３図
ａ，ｂ，ｃに共通するものについては同一の番号
をつけている。
置を構成する光センサセルの基本構造および動作
を説明する図である。第３図ａは、光センサセル
の平面図を、第３図ｂは、第３図ａ平面図の
AA′部分の断面図を、第３図ｃは、それの等価回
路をそれぞれ示す。なお、各部位において第３図
ａ，ｂ，ｃに共通するものについては同一の番号
をつけている。
第３図では、整列配置方式の平面図を示した
が、水平方向解像度を高くするために、画素ずら
し方式（補間配置方式）にも配置できることはも
ちろんのことである。
が、水平方向解像度を高くするために、画素ずら
し方式（補間配置方式）にも配置できることはも
ちろんのことである。
この光センサセルは、第３図ａ，ｂに示すごと
く、 リン（Ｐ）、アンチモン（Sb）、ヒ素（As）等
の不純物をドープしてｎ型又はn+型とされたシ
リコン基板１の上に、通常PSG膜等で構成され
るパシベーシヨン膜２； シリコン酸化膜（SiO2）より成る絶縁酸化膜
３； となり合う光センサセルとの間を電気的に絶縁
するためのSiO2あるいはSi3N4等よりなる絶縁膜
又はポリシリコン膜等で構成される素子分離領域
４； エピタキシヤル技術等で形成される不純物濃度
の低いn-領域５； その上の例えば不純物拡散技術又はイオン注入
技術を用いてボロン(B)等の不純物をドープしてバ
イポーラトランジスタのベースとなるｐ領域６； 不純物拡散技術、イオン注入技術等で形成され
るバイポーラトランジスタのエミツタとなるn+
領域７； 信号を外部へ読出すための、例えばアルミニウ
ム（Al）、Al−Si、Al−Cu−Si等の導電材料で
形成される配線８； 絶縁膜３を通して、浮遊状態になされたｐ領域
６にパルスを印加するための電極９； それの配線１０； 基板１の裏面にオーミツクコンタクトをとるた
めに不純物拡散技術等で形成された不純物濃度の
高いn+領域１１； 基板の電位を与える、すなわちバイポーラトラ
ンジスタのコレクタ電位を与えるためのアルミニ
ウム等の導電材料で形成される電極１２； より構成されている。
く、 リン（Ｐ）、アンチモン（Sb）、ヒ素（As）等
の不純物をドープしてｎ型又はn+型とされたシ
リコン基板１の上に、通常PSG膜等で構成され
るパシベーシヨン膜２； シリコン酸化膜（SiO2）より成る絶縁酸化膜
３； となり合う光センサセルとの間を電気的に絶縁
するためのSiO2あるいはSi3N4等よりなる絶縁膜
又はポリシリコン膜等で構成される素子分離領域
４； エピタキシヤル技術等で形成される不純物濃度
の低いn-領域５； その上の例えば不純物拡散技術又はイオン注入
技術を用いてボロン(B)等の不純物をドープしてバ
イポーラトランジスタのベースとなるｐ領域６； 不純物拡散技術、イオン注入技術等で形成され
るバイポーラトランジスタのエミツタとなるn+
領域７； 信号を外部へ読出すための、例えばアルミニウ
ム（Al）、Al−Si、Al−Cu−Si等の導電材料で
形成される配線８； 絶縁膜３を通して、浮遊状態になされたｐ領域
６にパルスを印加するための電極９； それの配線１０； 基板１の裏面にオーミツクコンタクトをとるた
めに不純物拡散技術等で形成された不純物濃度の
高いn+領域１１； 基板の電位を与える、すなわちバイポーラトラ
ンジスタのコレクタ電位を与えるためのアルミニ
ウム等の導電材料で形成される電極１２； より構成されている。
なお、第３図ａの１９はn+領域７と配線８の
接続をとるためのコンタクト部分である。又配線
８および配線１０の交互する部分はいわゆる２層
配線となつており、SiO2等の絶縁材料で形成さ
れる絶縁領域で、それぞれ互いに絶縁されてい
る。すなわち、金属の２層配線構造になつてい
る。
接続をとるためのコンタクト部分である。又配線
８および配線１０の交互する部分はいわゆる２層
配線となつており、SiO2等の絶縁材料で形成さ
れる絶縁領域で、それぞれ互いに絶縁されてい
る。すなわち、金属の２層配線構造になつてい
る。
第３図ｃの等価回路のコンデサCox１３は電極
９、絶縁膜３、ｐ領域６のMOS構造より構成さ
れ、又バイポーラトランジスタ１４はエミツタと
してのn+領域７、ベースとしてのｐ領域６、不
純物濃度の小さいn-領域５、コレクタとしての
ｎ又はn+領域１の各部分より構成されている。
これらの図面から明らかなように、ｐ領域６は浮
遊領域になされている。
９、絶縁膜３、ｐ領域６のMOS構造より構成さ
れ、又バイポーラトランジスタ１４はエミツタと
してのn+領域７、ベースとしてのｐ領域６、不
純物濃度の小さいn-領域５、コレクタとしての
ｎ又はn+領域１の各部分より構成されている。
これらの図面から明らかなように、ｐ領域６は浮
遊領域になされている。
第３図ｃの第２の等価回路は、バイポーラトラ
ンジスタ１４をベース・エミツタの接合容量Cbe
１５、ベース・エミツタのpn接合ダイオードDbe
１６、ベース・コレクタの接合容量Cbc１７、ベ
ース・コレクタのpn接合ダイオードDbc１８を用
いて表現したものである。
ンジスタ１４をベース・エミツタの接合容量Cbe
１５、ベース・エミツタのpn接合ダイオードDbe
１６、ベース・コレクタの接合容量Cbc１７、ベ
ース・コレクタのpn接合ダイオードDbc１８を用
いて表現したものである。
ここでは、本来等価回路図として、pn接合ダ
イオードDbc１６及びpn接合ダイオードDbc１８
と並列に記されるべき２つの異なる向きの電流源
を示す記号は省略してある。
イオードDbc１６及びpn接合ダイオードDbc１８
と並列に記されるべき２つの異なる向きの電流源
を示す記号は省略してある。
以下、光センサセルの基本動作を第３図を用い
て説明する。
て説明する。
この光センサセルの基本動作は、光入射による
電荷蓄積動作、読出し動作およびリフレツシユ動
作より構成される。
電荷蓄積動作、読出し動作およびリフレツシユ動
作より構成される。
まず、電荷蓄積動作について説明する。
電荷蓄積動作においては、例えはエミツタは、
配線８を通して接地され、コレクタは配線１２を
通して正電位にバイアスされている。またベース
は、あらかじめコンデンサCox１３に、配線１０
を通して正のパルス電圧を印加することによ負電
位、すなわち、エミツタ７に対して逆バイアス状
態にされているものとする。このCox１３にパル
スを印加してベース６を負電位にバイアスする動
作については、後にリフレツシユ動作の説明のと
き、くわしく説明する。
配線８を通して接地され、コレクタは配線１２を
通して正電位にバイアスされている。またベース
は、あらかじめコンデンサCox１３に、配線１０
を通して正のパルス電圧を印加することによ負電
位、すなわち、エミツタ７に対して逆バイアス状
態にされているものとする。このCox１３にパル
スを印加してベース６を負電位にバイアスする動
作については、後にリフレツシユ動作の説明のと
き、くわしく説明する。
この状態において、第３図に示す様に光センサ
セルの表側から光２０が入射してくると、半導体
内においてエレクトロン・ホール対が発生する。
この内、エレクトロンは、ｎ領域１が正電位にバ
イアスされているのでｎ領域１側に流れだしてい
つてしまうが、ホールはｐ領域６にどんどん蓄積
されていく。このホールのｐ領域への蓄積により
ｐ領域６の電位は次第に正電位に向かつて変化し
ていく。
セルの表側から光２０が入射してくると、半導体
内においてエレクトロン・ホール対が発生する。
この内、エレクトロンは、ｎ領域１が正電位にバ
イアスされているのでｎ領域１側に流れだしてい
つてしまうが、ホールはｐ領域６にどんどん蓄積
されていく。このホールのｐ領域への蓄積により
ｐ領域６の電位は次第に正電位に向かつて変化し
ていく。
第３図ａ，ｂでも各センサセルの受光面下面
は、ほとんどｐ領域で占められており、一部n+
領域７となつている。当然のことながら、光によ
り励起されるエレクトロン・ホール対濃度は表面
に近い程大きい。このためｐ領域６中にも多くの
エレクトロン・ホール対が光により励起される。
ｐ領域中に光励起されたエレクトロンが再結合す
ることなくｐ領域６からただちに流れ出て、ｎ領
域に吸収されるような構造にしておけば、ｐ領域
６で励起されたホールはそのまま蓄積されて、ｐ
領域６を正電位方向に変化させる。ｐ領域６の不
純物濃度が均一になされている場合には、光で励
起されたエレクトロンは拡散で、ｐ領域６とn-
領域５とのpn-接合部まで流れ、その後はn-領域
に加わつている強い電界によるドリフトでｎコレ
クタ領域１に吸収される。もちろん、ｐ領域６内
の電子の走行を拡散だけで行つてもよいわけであ
るが、表面から内部に行くほどｐベースの不純物
濃度が減少するように構成しておけば、この不純
物濃度差により、ベース内に内部から表面に向う
電界Ed、 Ed＝１／WB・kT／ｑ・lnNAS／NAi が発生する。ここで、WBはｐ領域６の光入射側
表面からの深さ、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対
温度、ｑは単位電荷、NASはｐベース領域６の表
面不純物濃度、NAiはｐ領域６のn-高抵抗領域５
との界面における不純物濃度である。
は、ほとんどｐ領域で占められており、一部n+
領域７となつている。当然のことながら、光によ
り励起されるエレクトロン・ホール対濃度は表面
に近い程大きい。このためｐ領域６中にも多くの
エレクトロン・ホール対が光により励起される。
ｐ領域中に光励起されたエレクトロンが再結合す
ることなくｐ領域６からただちに流れ出て、ｎ領
域に吸収されるような構造にしておけば、ｐ領域
６で励起されたホールはそのまま蓄積されて、ｐ
領域６を正電位方向に変化させる。ｐ領域６の不
純物濃度が均一になされている場合には、光で励
起されたエレクトロンは拡散で、ｐ領域６とn-
領域５とのpn-接合部まで流れ、その後はn-領域
に加わつている強い電界によるドリフトでｎコレ
クタ領域１に吸収される。もちろん、ｐ領域６内
の電子の走行を拡散だけで行つてもよいわけであ
るが、表面から内部に行くほどｐベースの不純物
濃度が減少するように構成しておけば、この不純
物濃度差により、ベース内に内部から表面に向う
電界Ed、 Ed＝１／WB・kT／ｑ・lnNAS／NAi が発生する。ここで、WBはｐ領域６の光入射側
表面からの深さ、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対
温度、ｑは単位電荷、NASはｐベース領域６の表
面不純物濃度、NAiはｐ領域６のn-高抵抗領域５
との界面における不純物濃度である。
ここで、NAS／NAi＞３とすれば、ｐ領域６内
の電子の走行は、拡散よりはドリフトにより行わ
れるようになる。すなわち、ｐ領域６内に光によ
り励起されうキヤリアを信号として有効に動作さ
せるためには、ｐ領域６の不純物濃度は光入射側
表面から内部に向かつて減少しているようになつ
ていることが望ましい。拡散でｐ領域６を形成す
れば、その不純物濃度は光入射側表面にくらべ内
部に行くほど減少している。
の電子の走行は、拡散よりはドリフトにより行わ
れるようになる。すなわち、ｐ領域６内に光によ
り励起されうキヤリアを信号として有効に動作さ
せるためには、ｐ領域６の不純物濃度は光入射側
表面から内部に向かつて減少しているようになつ
ていることが望ましい。拡散でｐ領域６を形成す
れば、その不純物濃度は光入射側表面にくらべ内
部に行くほど減少している。
センサセルの受光面下の一部は、n+領域７に
より占められている。n+領域７の深さは、通常
0.2〜0.3μｍ程度、あるいはそれ以下に設計され
るから、n+領域７で吸収される光の量は、もと
もとあまり多くはないのでそれ程問題はない。た
だ、短波長側の光、時に青色光に対しては、n+
領域７の存在は感度低下の原因になる。n+領域
７の不純物濃度は通常１×1020cm-3程度あるいは
それ以上に設計される。こうした高濃度に不純物
がドープされたn+領域７におけるホールの拡散
距離は0.15〜0.2μｍ程度である。したがつて、n+
領域７内で光励起されたホールを有効にｐ領域６
に流し込むには、n+領域７も光入射表面から内
部に向つて不純物濃度が減少する構造になつてい
ることが望ましい。n+領域７の不純物濃度分布
が上記の様になつていれば、光入射側表面から内
部に向う強いドリフト電界が発生して、n+領域
７に光励起されたホールはドリフトによりただち
にｐ領域６に流れ込む。n+領域７、ｐ領域６の
不純物濃度がいずれも光入射側表面から内部に向
つて減少するように構成されていれば、センサセ
ルの光入射側表面側に存在するn+領域７、ｐ領
域６において光励起されたキヤリアはすべて光信
号として有効に働くのである。As又はＰを高濃
度にドープしたシリコン酸化膜あるいはポリシリ
コン膜からの不純物拡散により、このn+領域７
を形成すると、上記に述べたような望ましい不純
物傾斜をもつn+領域を得ることが可能である。
より占められている。n+領域７の深さは、通常
0.2〜0.3μｍ程度、あるいはそれ以下に設計され
るから、n+領域７で吸収される光の量は、もと
もとあまり多くはないのでそれ程問題はない。た
だ、短波長側の光、時に青色光に対しては、n+
領域７の存在は感度低下の原因になる。n+領域
７の不純物濃度は通常１×1020cm-3程度あるいは
それ以上に設計される。こうした高濃度に不純物
がドープされたn+領域７におけるホールの拡散
距離は0.15〜0.2μｍ程度である。したがつて、n+
領域７内で光励起されたホールを有効にｐ領域６
に流し込むには、n+領域７も光入射表面から内
部に向つて不純物濃度が減少する構造になつてい
ることが望ましい。n+領域７の不純物濃度分布
が上記の様になつていれば、光入射側表面から内
部に向う強いドリフト電界が発生して、n+領域
７に光励起されたホールはドリフトによりただち
にｐ領域６に流れ込む。n+領域７、ｐ領域６の
不純物濃度がいずれも光入射側表面から内部に向
つて減少するように構成されていれば、センサセ
ルの光入射側表面側に存在するn+領域７、ｐ領
域６において光励起されたキヤリアはすべて光信
号として有効に働くのである。As又はＰを高濃
度にドープしたシリコン酸化膜あるいはポリシリ
コン膜からの不純物拡散により、このn+領域７
を形成すると、上記に述べたような望ましい不純
物傾斜をもつn+領域を得ることが可能である。
最終的には、ホールの蓄積によりベース電位は
エミツタ電位まで変化し、この場合は接地電位ま
で変化して、そこでクリツプされることになる。
より厳密に言うと、ベース・エミツタ間が順方向
に深くバイアスされて、ベースに蓄積されたホー
ルがエミツタに流出し始める電圧でクリツプされ
る。つまり、この場合の光センサセルの飽和電位
は、最初にｐ領域６を負電位にバイアスしたとき
のバイアス電位と接地電位との電位差で略々与え
られるわけである。n+領域７が接地されず、浮
遊状態において光入力によつて発生した電荷の蓄
積を行う場合には、ｐ領域６はｎ領域１と略々同
電位まで電荷を蓄積することができる。
エミツタ電位まで変化し、この場合は接地電位ま
で変化して、そこでクリツプされることになる。
より厳密に言うと、ベース・エミツタ間が順方向
に深くバイアスされて、ベースに蓄積されたホー
ルがエミツタに流出し始める電圧でクリツプされ
る。つまり、この場合の光センサセルの飽和電位
は、最初にｐ領域６を負電位にバイアスしたとき
のバイアス電位と接地電位との電位差で略々与え
られるわけである。n+領域７が接地されず、浮
遊状態において光入力によつて発生した電荷の蓄
積を行う場合には、ｐ領域６はｎ領域１と略々同
電位まで電荷を蓄積することができる。
以上は電荷蓄積動作の定性的な概略説明である
が、以下に少し具体的かつ定量的に説明する。
が、以下に少し具体的かつ定量的に説明する。
この光センサセルの分光感度分布は次式で与え
られる。
られる。
Ｓ（λ）＝λ／1.24・exp（−αx）×｛
１−exp（−αy）｝・Ｔ〔Ａ／Ｗ〕 但し、λは光の波長〔μｍ〕、αはシリコン結
晶中での光の減衰係数〔μｍ-1〕、ｘは半導体表
面における、再結合損失を起こし感度に寄与しな
い“dead layer”（不感領域）の厚さ〔μｍ〕、
ｙはエピタキシヤル層の厚さ〔μｍ〕、Ｔは透過
率すなわち、入射してくる光量に対して反射等を
考慮して有効に半導体中に入射する光量の割合を
それぞれ示している。この光センサセルの分光感
度Ｓ（λ）および放射照度Ee（λ）を用いて光電
流Ipは次式で計算される。
１−exp（−αy）｝・Ｔ〔Ａ／Ｗ〕 但し、λは光の波長〔μｍ〕、αはシリコン結
晶中での光の減衰係数〔μｍ-1〕、ｘは半導体表
面における、再結合損失を起こし感度に寄与しな
い“dead layer”（不感領域）の厚さ〔μｍ〕、
ｙはエピタキシヤル層の厚さ〔μｍ〕、Ｔは透過
率すなわち、入射してくる光量に対して反射等を
考慮して有効に半導体中に入射する光量の割合を
それぞれ示している。この光センサセルの分光感
度Ｓ（λ）および放射照度Ee（λ）を用いて光電
流Ipは次式で計算される。
Ip＝∫∞ 0Ｓ（λ）・Ee（λ）・dλ〔μA／cm2〕
但し、放射照度Ee（λ）〔μW・cm-2・ｎｍ-1〕
は次式で与えられる。
は次式で与えられる。
Ee（λ）＝EV・Ｐ（λ）／6.80∫∞／0
Ｖ（λ）Ｐ（λ）・dλ〔μW・cm-2・ｎｍ-1〕 但しEVはセンサの受光面の照度〔Lux〕、Ｐ
（λ）はセンサの受光面に入射している光の分光
分布、Ｖ（λ）は人間の目の比視感度である。
Ｖ（λ）Ｐ（λ）・dλ〔μW・cm-2・ｎｍ-1〕 但しEVはセンサの受光面の照度〔Lux〕、Ｐ
（λ）はセンサの受光面に入射している光の分光
分布、Ｖ（λ）は人間の目の比視感度である。
これらの式を用いると、エピ厚の層4μｍをも
つ光センサセルでは、Ａ光源（2854〓）で照射さ
れ、センサ受光面照度が１〔Lux〕のとき、約
280nA／cm-2の光電流が流れ、入射してくるフオ
トンの数あるいは発生するエレクトロン・ホール
対の数は1.8×1012ケ／cm2・sec程度である。
つ光センサセルでは、Ａ光源（2854〓）で照射さ
れ、センサ受光面照度が１〔Lux〕のとき、約
280nA／cm-2の光電流が流れ、入射してくるフオ
トンの数あるいは発生するエレクトロン・ホール
対の数は1.8×1012ケ／cm2・sec程度である。
又、この時、光により励起されたホールがベー
スに蓄積することにより発生する電位VpはVp＝
Ｑ／Ｃで与えられる。Ｑは蓄積されるホールの電
荷量であり、ＣはCbe１５とCbc１７を加算した
接合容量である。
スに蓄積することにより発生する電位VpはVp＝
Ｑ／Ｃで与えられる。Ｑは蓄積されるホールの電
荷量であり、ＣはCbe１５とCbc１７を加算した
接合容量である。
今、n+領域７の不純物濃度を1020cm-3、ｐ領域
６の不純物濃度を５×1016cm-3、n-領域５の不純
物濃度を1013cm-3、n+領域７の面積を16μm2、ｐ
領域６の面積を64μm2、n-領域５の厚さを3μｍに
したときの接合容量は、約0.014pF位になり、一
方、ｐ領域６に蓄積されるホールの個数は、蓄積
時間1/60sec、有効受光面積、すなわちｐ領域６
の面積から電極８および９の面積を引いた面積を
56μm2程度とすると、1.7×104ケとなる。従つて
光入射により発生する電位Vpは190ｍＶ位にな
る。
６の不純物濃度を５×1016cm-3、n-領域５の不純
物濃度を1013cm-3、n+領域７の面積を16μm2、ｐ
領域６の面積を64μm2、n-領域５の厚さを3μｍに
したときの接合容量は、約0.014pF位になり、一
方、ｐ領域６に蓄積されるホールの個数は、蓄積
時間1/60sec、有効受光面積、すなわちｐ領域６
の面積から電極８および９の面積を引いた面積を
56μm2程度とすると、1.7×104ケとなる。従つて
光入射により発生する電位Vpは190ｍＶ位にな
る。
ここで注目すべきことは、高解像度化され、セ
ルサイズが縮小化されていつた時に、一つの光セ
ンサセルあたりに入射する光量が減少し、蓄積電
荷量Ｑが共に減少していくが、セルの縮小化に伴
ない接合容量もセルサイズに比例して減少してい
くので、光入射により発生する電位Vpはほぼ一
定に保たれるということである。これは本発明に
おける光センサセルが第３図に示すごとく、きわ
めて簡単な構造をしており有効受光面がきわめて
大きくとれる可能性を有しているからである。
ルサイズが縮小化されていつた時に、一つの光セ
ンサセルあたりに入射する光量が減少し、蓄積電
荷量Ｑが共に減少していくが、セルの縮小化に伴
ない接合容量もセルサイズに比例して減少してい
くので、光入射により発生する電位Vpはほぼ一
定に保たれるということである。これは本発明に
おける光センサセルが第３図に示すごとく、きわ
めて簡単な構造をしており有効受光面がきわめて
大きくとれる可能性を有しているからである。
インターラインタイプのCCDの場合と比較し
て本発明における光電変換装置が有利な理由の一
つはここにあり、高解像度化にともない、インタ
ーラインタイプのCCD型撮像装置では、転送す
る電荷量を確保しようとすると転送部の面積が相
対的に大きくなり、このため有効受光面が減少す
るので、感度、すなわち光入射による発生電圧が
減少してしまうことになる。また、インターライ
ンタイプのCCD型撮像装置では、飽和電圧が転
送部の大さにより制限され、どんどん低下してい
つてしまうのに対し、本発明における光センサセ
ルでは、先にも書いた様に、最初にｐ領域６を負
電位にバイアスした時のバイアス電圧により飽和
電圧は決まるわけであり、大きな飽和電圧を確保
することができる。
て本発明における光電変換装置が有利な理由の一
つはここにあり、高解像度化にともない、インタ
ーラインタイプのCCD型撮像装置では、転送す
る電荷量を確保しようとすると転送部の面積が相
対的に大きくなり、このため有効受光面が減少す
るので、感度、すなわち光入射による発生電圧が
減少してしまうことになる。また、インターライ
ンタイプのCCD型撮像装置では、飽和電圧が転
送部の大さにより制限され、どんどん低下してい
つてしまうのに対し、本発明における光センサセ
ルでは、先にも書いた様に、最初にｐ領域６を負
電位にバイアスした時のバイアス電圧により飽和
電圧は決まるわけであり、大きな飽和電圧を確保
することができる。
以上の様にしてｐ領域６に蓄積された電荷によ
り発生した電圧を外部へ読出す動作について次に
説明する。
り発生した電圧を外部へ読出す動作について次に
説明する。
読出し動作状態では、エミツタ、配線８は浮遊
状態に、コレクタは正電位Vccに保持される。
状態に、コレクタは正電位Vccに保持される。
第２図に等価回路を示す。
ここでも、本来等価回路として、pn接合ダイ
オードDbe１６及びpn接合ダイオードDbc１８と
並列に記されるべき２つの異なる向きの電流源を
示す記号は省略してある。
オードDbe１６及びpn接合ダイオードDbc１８と
並列に記されるべき２つの異なる向きの電流源を
示す記号は省略してある。
今、光を照射す前に、ベース６を負電位にバイ
アスした時の電位を−VBとし、光照射により発
生した蓄積電圧をVPとすると、ベース電位は、−
VB＋VPなる電位になつている。この状態で配線
１０を通して電極９に読出し用の正の電左VRを
印加すると、この正の電位VRは酸化膜容量Cox
１３とベース・エミツタ間接合容量Cbe１５、ベ
ース・コレクタ間接合容量Cbc７により容量分割
され、ベースには電圧 Cox／Cox＋Cbe＋Cbc・VR が加算される。従つてベース電位は −VB＋VP＋Cox／Cox＋Cbe＋Cbc・VR となる。ここで、 −VB＋Cox／Cox＋Cbe＋Cbc・VR＝０ となる条件が成立するようにしておくと、ベース
電位は光照射により発生した蓄積電圧VPそのも
のとなる。このようにしてエミツタ電位に対して
ベース電位が正方向にバイアスされると、レエク
トロンは、エミツタからベースに注入され、コレ
クタ電位が正電位になつているので、ドリフト電
界により加速され、コレクタに到達する。この時
に流れる電流は、次式で与えられる。
アスした時の電位を−VBとし、光照射により発
生した蓄積電圧をVPとすると、ベース電位は、−
VB＋VPなる電位になつている。この状態で配線
１０を通して電極９に読出し用の正の電左VRを
印加すると、この正の電位VRは酸化膜容量Cox
１３とベース・エミツタ間接合容量Cbe１５、ベ
ース・コレクタ間接合容量Cbc７により容量分割
され、ベースには電圧 Cox／Cox＋Cbe＋Cbc・VR が加算される。従つてベース電位は −VB＋VP＋Cox／Cox＋Cbe＋Cbc・VR となる。ここで、 −VB＋Cox／Cox＋Cbe＋Cbc・VR＝０ となる条件が成立するようにしておくと、ベース
電位は光照射により発生した蓄積電圧VPそのも
のとなる。このようにしてエミツタ電位に対して
ベース電位が正方向にバイアスされると、レエク
トロンは、エミツタからベースに注入され、コレ
クタ電位が正電位になつているので、ドリフト電
界により加速され、コレクタに到達する。この時
に流れる電流は、次式で与えられる。
ｉ＝Ajｑ・Dn・npe／WB（１＋lnNAe／NA
c×｛expｑ／kT（Vp−Ve）−１｝ 但しAjはベース・エミツタ間の接合面積、ｑ
は単位電荷量（1.6×10-19クーロン）、Doはベー
ス中におけるエレクトロンの拡散定数、npeはｐ
ベースのエミツタ端における少数キヤリヤとして
のエレクトロン濃度、WBはベース幅、NAeはベ
ースのエミツタ単におけるアクセプタ濃度、NAc
はベースのコレクタ端におけるアクセプタ濃度、
ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度、Veはエミ
ツタ電位である。
c×｛expｑ／kT（Vp−Ve）−１｝ 但しAjはベース・エミツタ間の接合面積、ｑ
は単位電荷量（1.6×10-19クーロン）、Doはベー
ス中におけるエレクトロンの拡散定数、npeはｐ
ベースのエミツタ端における少数キヤリヤとして
のエレクトロン濃度、WBはベース幅、NAeはベ
ースのエミツタ単におけるアクセプタ濃度、NAc
はベースのコレクタ端におけるアクセプタ濃度、
ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度、Veはエミ
ツタ電位である。
この電流は、エミツタ電位Veがベース電位、
すなわちここでは光照射により発生した蓄積電圧
VPに等しくなるまで流れることは上式から明ら
かである。この時エミツタ電位Veの時間的変化
は次式で計算される。
すなわちここでは光照射により発生した蓄積電圧
VPに等しくなるまで流れることは上式から明ら
かである。この時エミツタ電位Veの時間的変化
は次式で計算される。
Cs・dVe／dt
＝ｉ＝Ajｑ・Dn・npe／WB
（１＋lnNAe／NAc）
×｛expｑ／kT（Vp−Ve）−１｝
但し、ここで配線容量Csはエミツタに接続さ
れている配線８のもつ容量２１である。
れている配線８のもつ容量２１である。
第４図は、上式を用いて計算したエミツタ電位
の時間変化の一例を示している。
の時間変化の一例を示している。
第４図によればエミツタ電位がベース電位に等
しくなるためには、約１秒位を要することにな
る。これはエミツタ電位VeがVPに近くなるとあ
まり電流が流れなくなることに起因しているわけ
である。したがつて、これを解決する手段は、先
に電極９に正電圧VRを印加するときに、 −VB＋Cox／Cox＋Cbe＋Cbc・VR＝０ なる条件を設定したが、この条件の代りに −VB＋Cox／Cox＋Cbe＋Cbc・VR＝VBias なる条件を入れ、ベース電位をVBiasだけ、余分
に順方向にバイアスしてやる方法が考えられる。
しくなるためには、約１秒位を要することにな
る。これはエミツタ電位VeがVPに近くなるとあ
まり電流が流れなくなることに起因しているわけ
である。したがつて、これを解決する手段は、先
に電極９に正電圧VRを印加するときに、 −VB＋Cox／Cox＋Cbe＋Cbc・VR＝０ なる条件を設定したが、この条件の代りに −VB＋Cox／Cox＋Cbe＋Cbc・VR＝VBias なる条件を入れ、ベース電位をVBiasだけ、余分
に順方向にバイアスしてやる方法が考えられる。
この時に流れる電流は次式で与えらる。
ｉ＝Ajｑ・Dn・npe／WB（１＋lnNAe／NA
C×｛expｑ／KT（VP＋VBias−Ve）−１｝ 第５図ａに、VBias＝0.6Vとした場合、ある一
定時間の後、電極９に印加していたVRをゼロボ
ルトにもどし、流れる電流を停止させたときの蓄
積電圧VPに対する読出し電圧、すなわちエミツ
タ電位の関係を示す。但し、第５図ａでは、読出
し電圧はバイアス電圧成分による読出し時間に依
存する一定の電位が必ず加算されてくるがそのゲ
タ分をさし引いた値をプロツトしている。電極９
に印加している正電圧VRをゼロボルトにもどし
た時には、印加した時とは逆に −Cox／Cox＋Cbe＋Cbc・VR なる電圧がベース電位に加算されるので、ベース
電位は、正電圧VRを印加する前の状態、すなわ
ち、−VBになり、エミツタに対して逆バイアスさ
れるので電流の流れが停止するわけである。第５
図ａによれば100ns程度以上の読出し時間（すな
わちVRを電極９に印加している時間）をとれば、
蓄積電圧VPと読出し電圧は４桁程度の範囲にわ
たつて直線性は確保され、高速の読出しが可能で
あることを示している。第５図ａで、45°の線は
読出しに十分の時間をかけた場合の結果であり、
上記の計算例では、配線８の容量Csを4pEとして
いるが、これはCbe＋Cbcの接合容量の0.014pFと
比較して約300倍も大きいにもかかわらず、ｐ領
域６に発生した蓄積電圧VPが何らの減衰も受け
ず、かつ、バイアス電圧の効果により、きわめて
高速に読出されていることを第５図ａは示してい
る。これは上記構成に係る光センサセルのもつ増
幅機能、すなわち電荷増幅機能が有効に働らいて
いるからである。
C×｛expｑ／KT（VP＋VBias−Ve）−１｝ 第５図ａに、VBias＝0.6Vとした場合、ある一
定時間の後、電極９に印加していたVRをゼロボ
ルトにもどし、流れる電流を停止させたときの蓄
積電圧VPに対する読出し電圧、すなわちエミツ
タ電位の関係を示す。但し、第５図ａでは、読出
し電圧はバイアス電圧成分による読出し時間に依
存する一定の電位が必ず加算されてくるがそのゲ
タ分をさし引いた値をプロツトしている。電極９
に印加している正電圧VRをゼロボルトにもどし
た時には、印加した時とは逆に −Cox／Cox＋Cbe＋Cbc・VR なる電圧がベース電位に加算されるので、ベース
電位は、正電圧VRを印加する前の状態、すなわ
ち、−VBになり、エミツタに対して逆バイアスさ
れるので電流の流れが停止するわけである。第５
図ａによれば100ns程度以上の読出し時間（すな
わちVRを電極９に印加している時間）をとれば、
蓄積電圧VPと読出し電圧は４桁程度の範囲にわ
たつて直線性は確保され、高速の読出しが可能で
あることを示している。第５図ａで、45°の線は
読出しに十分の時間をかけた場合の結果であり、
上記の計算例では、配線８の容量Csを4pEとして
いるが、これはCbe＋Cbcの接合容量の0.014pFと
比較して約300倍も大きいにもかかわらず、ｐ領
域６に発生した蓄積電圧VPが何らの減衰も受け
ず、かつ、バイアス電圧の効果により、きわめて
高速に読出されていることを第５図ａは示してい
る。これは上記構成に係る光センサセルのもつ増
幅機能、すなわち電荷増幅機能が有効に働らいて
いるからである。
これに対して従来のMOS型撮像装置で、蓄積
電圧VPは、このような読出し過程において配線
容量Ｃの影響でCj・VP／（Cj＋Cs）（但しCjは
MOS型撮像装置の受光部のpn接合容量）となり、
２桁位読出し電圧値が下がつてしまうという欠点
を有していた。このためMOS型撮像装置では、
外部へ読出すためのスイツチングMOSトランジ
スタの寄生容量のばらつきによる固定パターン雑
音、あるいは配線容量すなわち出力容量が大きい
ことにより発生するランダム雑音が大きく、Ｓ／
Ｎ比がとれないという問題があつたが、第３図
ａ，ｂ，ｃで示す構成の光センサセルでは、ｐ領
域６に発生した蓄積電圧そのものが外部に読出さ
れるわけであり、この電圧はかなり大きいため固
定パターン雑音、出力容量に起因するランダム雑
音が相対的に小さくなり、きわめてＳ／Ｎ比の良
い信号を得ることが可能である。
電圧VPは、このような読出し過程において配線
容量Ｃの影響でCj・VP／（Cj＋Cs）（但しCjは
MOS型撮像装置の受光部のpn接合容量）となり、
２桁位読出し電圧値が下がつてしまうという欠点
を有していた。このためMOS型撮像装置では、
外部へ読出すためのスイツチングMOSトランジ
スタの寄生容量のばらつきによる固定パターン雑
音、あるいは配線容量すなわち出力容量が大きい
ことにより発生するランダム雑音が大きく、Ｓ／
Ｎ比がとれないという問題があつたが、第３図
ａ，ｂ，ｃで示す構成の光センサセルでは、ｐ領
域６に発生した蓄積電圧そのものが外部に読出さ
れるわけであり、この電圧はかなり大きいため固
定パターン雑音、出力容量に起因するランダム雑
音が相対的に小さくなり、きわめてＳ／Ｎ比の良
い信号を得ることが可能である。
先に、バイアス電圧VBiasを0.6Vに設定したと
き、４桁程度の直線性が100nsec程度の高速読出
し時間で得られることを示したが、この直線性お
よび読出し時間とバイアス電圧VBiasの関係を計
算した結果をさらにくわしく、第５図ｂに示す。
き、４桁程度の直線性が100nsec程度の高速読出
し時間で得られることを示したが、この直線性お
よび読出し時間とバイアス電圧VBiasの関係を計
算した結果をさらにくわしく、第５図ｂに示す。
第５図ｂにおいて、横軸はバイアス電圧VBias
であり、また、縦軸は読出し時間をとつている。
またパラメータは、蓄積電圧が１ｍＶのときに、
読出して電圧が１ｍＶの80％、90％、95％、98％
になるまでの時間依存性を示している。第５図ａ
に示される様に、蓄積電圧１ｍＶにおいて、それ
ぞれ80％、90％、95％、98％になつている時は、
それ以上の蓄積電圧では、さらに良い値を示して
いることは明らかである。
であり、また、縦軸は読出し時間をとつている。
またパラメータは、蓄積電圧が１ｍＶのときに、
読出して電圧が１ｍＶの80％、90％、95％、98％
になるまでの時間依存性を示している。第５図ａ
に示される様に、蓄積電圧１ｍＶにおいて、それ
ぞれ80％、90％、95％、98％になつている時は、
それ以上の蓄積電圧では、さらに良い値を示して
いることは明らかである。
この第５図ｂによれば、バイアス電圧VBiasが
0.6Vでは、読出し電圧が蓄積電圧の80％になる
のは読出し時間が0.12μs、90％になるのは
0.27μs、95％になるのは0.54μs、98％になるのは
1.4μsであるのがわかる。また、バイアス電圧
VBiasを0.6Vより大きすれば、さらに高速の読出
しが可能であることを示している。この様に、撮
像装置の全体の設計から読出し時間および必要な
直線性が決定されると、必要とされるバイアス電
圧VBiasが第５図ｂのグラフを用いることにのよ
り決定することができる。
0.6Vでは、読出し電圧が蓄積電圧の80％になる
のは読出し時間が0.12μs、90％になるのは
0.27μs、95％になるのは0.54μs、98％になるのは
1.4μsであるのがわかる。また、バイアス電圧
VBiasを0.6Vより大きすれば、さらに高速の読出
しが可能であることを示している。この様に、撮
像装置の全体の設計から読出し時間および必要な
直線性が決定されると、必要とされるバイアス電
圧VBiasが第５図ｂのグラフを用いることにのよ
り決定することができる。
上記構成に係る光センサセルのもう一つの利点
は、ｐ領域６に蓄積されたホールはｐ領域６にお
けるエレクトロンとホールの再結合確立がきわめ
て小さいこと及びエミツタに接続された容量負荷
への電圧読み出しを行うことから非破壊的に読出
し可能なことである。すなわち読出し時に電極９
に印加していた電圧VRをゼロボルトにもどした
時、ｐ領域６の電位は電圧VRを印加する前に逆
バイアス状態になり、光照射により発生した蓄積
電圧VPは、新しく光が照射されない限り、その
まま保存されるわけである。このことは、上記構
成に係る光センサセルを光電変換装置として構成
したときに、システム動作上、新しい機能を提供
することができることを意味する。
は、ｐ領域６に蓄積されたホールはｐ領域６にお
けるエレクトロンとホールの再結合確立がきわめ
て小さいこと及びエミツタに接続された容量負荷
への電圧読み出しを行うことから非破壊的に読出
し可能なことである。すなわち読出し時に電極９
に印加していた電圧VRをゼロボルトにもどした
時、ｐ領域６の電位は電圧VRを印加する前に逆
バイアス状態になり、光照射により発生した蓄積
電圧VPは、新しく光が照射されない限り、その
まま保存されるわけである。このことは、上記構
成に係る光センサセルを光電変換装置として構成
したときに、システム動作上、新しい機能を提供
することができることを意味する。
このｐ領域６に蓄積電圧VPを保持できる時間
は、きわめて長く、最大の保持時間は、むしろ、
接合の空乏層中において熱的に発生する暗電流に
よつて制限を受ける。すなわち、この熱的に発生
する暗電流により光センサセルが飽和してしまう
からである。しかしながら、上記構成に係る光セ
ンサセルでは、空乏層の広がつている領域は、低
不純物濃度領域であるn-領域５であり、このn-
領域５は1012cm-3〜1014cm-3程度と、きわめて不
純物濃度が低いため、その結晶性が良好であり、
MOS型、CCD型撮像装置に比較して熱的に発生
するエレクトロン・ホール対は少ない。このた
め、暗電流は、他の従来の装置に比較して小さ
い。すなわち、上記構成に係る光センサセルは本
質的に暗電流雑音の小さい構造をしているわけで
ある。
は、きわめて長く、最大の保持時間は、むしろ、
接合の空乏層中において熱的に発生する暗電流に
よつて制限を受ける。すなわち、この熱的に発生
する暗電流により光センサセルが飽和してしまう
からである。しかしながら、上記構成に係る光セ
ンサセルでは、空乏層の広がつている領域は、低
不純物濃度領域であるn-領域５であり、このn-
領域５は1012cm-3〜1014cm-3程度と、きわめて不
純物濃度が低いため、その結晶性が良好であり、
MOS型、CCD型撮像装置に比較して熱的に発生
するエレクトロン・ホール対は少ない。このた
め、暗電流は、他の従来の装置に比較して小さ
い。すなわち、上記構成に係る光センサセルは本
質的に暗電流雑音の小さい構造をしているわけで
ある。
次いでｐ領域６に蓄積された電荷をリフレツシ
ユする動作について説明する。
ユする動作について説明する。
上記構成に係る光センサセルでは、すでに述べ
たごとく、ｐ領域６に蓄積された電荷は、読出し
動作では消滅しない。このため新しい光情報を入
力するためには、前に蓄積されていた電荷を消滅
させるためのリフレツシユ動作が必要である。ま
た同時に、浮遊状態になされているｐ領域６の電
位を所定の負電圧に帯電させておく必要がある。
たごとく、ｐ領域６に蓄積された電荷は、読出し
動作では消滅しない。このため新しい光情報を入
力するためには、前に蓄積されていた電荷を消滅
させるためのリフレツシユ動作が必要である。ま
た同時に、浮遊状態になされているｐ領域６の電
位を所定の負電圧に帯電させておく必要がある。
上記構成に係る光センサセルでは、リフレツシ
ユ動作も読出し動作と同様、配線１０を通して電
極９に正電圧を印加することにより行う。このと
き、配線８をしてエミツタを接地する。コレクタ
は、電極１２を通して接地又は正電位にしてお
く。第６図にリフレツシユ動作の等価回路を示
す。但し本発明はコレクタ・ベース間を逆バイア
ス状態としてリフレツシユを行うものであるが、
ここでは、その基本動作の理解を容易にする為に
コレクタ側を接地した状態の例を示している。
ユ動作も読出し動作と同様、配線１０を通して電
極９に正電圧を印加することにより行う。このと
き、配線８をしてエミツタを接地する。コレクタ
は、電極１２を通して接地又は正電位にしてお
く。第６図にリフレツシユ動作の等価回路を示
す。但し本発明はコレクタ・ベース間を逆バイア
ス状態としてリフレツシユを行うものであるが、
ここでは、その基本動作の理解を容易にする為に
コレクタ側を接地した状態の例を示している。
この状態で正電圧VRHなる電圧が電極９に印加
されると、ベース２２には、酸化膜容量Cox１
３、ベース・エミツタ間接合容量Cbe１５、ベー
ス・コレクタ間接合容量Cbc１７の容量分割によ
り、 Cox／Cox＋Cbe＋Cbc・VRH なる電圧が、前の読出し動作のときと同様瞬時的
にかかる。この電圧により、ベース・エミツタ間
接合ダイオードDbe１６およびベース・コレクタ
間接合ダイオードDbc１８は順方向バイアスされ
て導通状態となり、電流が流れ始め、ベース電位
は次第に低下していく。
されると、ベース２２には、酸化膜容量Cox１
３、ベース・エミツタ間接合容量Cbe１５、ベー
ス・コレクタ間接合容量Cbc１７の容量分割によ
り、 Cox／Cox＋Cbe＋Cbc・VRH なる電圧が、前の読出し動作のときと同様瞬時的
にかかる。この電圧により、ベース・エミツタ間
接合ダイオードDbe１６およびベース・コレクタ
間接合ダイオードDbc１８は順方向バイアスされ
て導通状態となり、電流が流れ始め、ベース電位
は次第に低下していく。
この時、浮遊状態にあるベースの電位Ｖの変化
は近似的に次式で表わされる。
は近似的に次式で表わされる。
（Cbe＋Cbc）dV／dt＝−（i1＋i2）
但し、
i1＝Ab（qDPpoe／Lp＋qDonpe／WB
×｛exp（ｑ／kTＶ）−１｝
i2＝AeqDonpe／WB×｛exp（ｑ／kTＶ）−１｝
i1はダイオードDbcを流れる電流、i2はダイオ
ードDbeを流れる電流である。Abはベース面積、
Aeはエミツタ面積、Dpはコレクタ中におけるホ
ールの拡散定数、poeはコレクタ中における熱平
衡状態のホール濃度、Lpはコレクタ中における
ホールの平均自由行程、ｎpeはベース中におけ
る熱平衡状態でのエレクトロン濃度である。i2
で、ベース側からエミツタへのホール注入による
電流は、エミツタの不純物濃度がベースの不純物
濃度にくらべて充分高いので、無視できる。
ードDbeを流れる電流である。Abはベース面積、
Aeはエミツタ面積、Dpはコレクタ中におけるホ
ールの拡散定数、poeはコレクタ中における熱平
衡状態のホール濃度、Lpはコレクタ中における
ホールの平均自由行程、ｎpeはベース中におけ
る熱平衡状態でのエレクトロン濃度である。i2
で、ベース側からエミツタへのホール注入による
電流は、エミツタの不純物濃度がベースの不純物
濃度にくらべて充分高いので、無視できる。
上に示した式は、段階接合近似のものであり実
際のデバイスでは段階接合からはずれており、又
ベースの圧さが薄く、かつ複雑な濃度分布を有し
ているので厳密なものではないが、リフレツシユ
動差をかなりの近似で説明可能である。
際のデバイスでは段階接合からはずれており、又
ベースの圧さが薄く、かつ複雑な濃度分布を有し
ているので厳密なものではないが、リフレツシユ
動差をかなりの近似で説明可能である。
上式中のベース・コレクタ間に流れる電流i1の
内、ｑ・Dp・poe／Lpはホールによる電流、すな
わちベースからホールがコレクタ側へ流れだす成
分を示している。このホールによる電流が流れや
すい様に上記構成に係る光センサセルでは、コレ
クタの不純物濃度は、通常のバイポーラトランジ
スタに比較して少し低めに設計される。
内、ｑ・Dp・poe／Lpはホールによる電流、すな
わちベースからホールがコレクタ側へ流れだす成
分を示している。このホールによる電流が流れや
すい様に上記構成に係る光センサセルでは、コレ
クタの不純物濃度は、通常のバイポーラトランジ
スタに比較して少し低めに設計される。
この式を用いて計算した、ベース電位の時間依
存性の一例を第７図に示す。横軸は、リフレツシ
ユ電圧VRHが電極９に印加された瞬間からの時間
経過すなわちリフレツシユ時間を、縦軸は、ベー
ス電位をそれぞれ示す。また、ベースの初期電位
をパラメータにしている。ベースの初期電位と
は、リフレツシユ電圧VRHが加わつた瞬間に、浮
遊状態にあるベースが示す電位であり、VRH，
Cox，Cbe，Cbc及びベースに蓄積されている電
荷によつてきまる。
存性の一例を第７図に示す。横軸は、リフレツシ
ユ電圧VRHが電極９に印加された瞬間からの時間
経過すなわちリフレツシユ時間を、縦軸は、ベー
ス電位をそれぞれ示す。また、ベースの初期電位
をパラメータにしている。ベースの初期電位と
は、リフレツシユ電圧VRHが加わつた瞬間に、浮
遊状態にあるベースが示す電位であり、VRH，
Cox，Cbe，Cbc及びベースに蓄積されている電
荷によつてきまる。
この第７図をみれば、ベースの電位は初期電位
によらず、ある時間経過後には必ず、片対数グラ
フ上で一つの直線にしたがつて下がつていく。
によらず、ある時間経過後には必ず、片対数グラ
フ上で一つの直線にしたがつて下がつていく。
第７図ｂに、リフレツシユ時間に対するベース
電位変化の実験値を示す。第７図ａに示した計算
例に比較して、この実験で用いたテストデバイス
は、デイメンシヨンがかなり大きいため、計算例
とはその絶対値は一致しないが、リフレツシユ時
間に対するベース電位変化が片対数グラフ上で直
線的に変化していることが実証されている。この
実験例ではコレクタおよびエミツタの両者を接地
したときの値を示している。
電位変化の実験値を示す。第７図ａに示した計算
例に比較して、この実験で用いたテストデバイス
は、デイメンシヨンがかなり大きいため、計算例
とはその絶対値は一致しないが、リフレツシユ時
間に対するベース電位変化が片対数グラフ上で直
線的に変化していることが実証されている。この
実験例ではコレクタおよびエミツタの両者を接地
したときの値を示している。
今、光照射による蓄積電圧VPの最大値を0.4
〔Ｖ〕、リフレツシユ電圧VRHによりベースに印加
される電圧Ｖを0.4〔Ｖ〕とすると、第７図に示す
ごとく初期ベース電位の最大値は0.8〔Ｖ〕とな
り、リフレツシユ電圧印加後10-15〔sec〕後には
直線にのつてベース電位が下がり始め、10-5
〔sec〕後には、光があたらなかつた時、すなわち
初期ベース電位が0.4〔Ｖ〕のときの電位変化と一
致する。
〔Ｖ〕、リフレツシユ電圧VRHによりベースに印加
される電圧Ｖを0.4〔Ｖ〕とすると、第７図に示す
ごとく初期ベース電位の最大値は0.8〔Ｖ〕とな
り、リフレツシユ電圧印加後10-15〔sec〕後には
直線にのつてベース電位が下がり始め、10-5
〔sec〕後には、光があたらなかつた時、すなわち
初期ベース電位が0.4〔Ｖ〕のときの電位変化と一
致する。
ｐ領域６が、MOSキヤパシタCoxを通して正
電圧をある時間印加し、その正電圧を除去すると
負電位に帯電する仕方には、２通りの仕方があ
る。一つは、ｐ領域６から正電荷を持つホール
が、主として接地状態にあるｎ領域１に流れ出す
ことによつて、負電荷が蓄積される動作である。
ｐ領域６からホールが、ｎ領域１に一方的に流
れ、ｎ領域１の電子があまりｐ領域６内に流れ込
まないようにするためには、ｐ領域６の不純物密
度をｎ領域１の不純物密度より高くしておけばよ
い。一方、n+領域７やｎ領域１からの電子が、
ｐ領域６に流れ込み、ホールと再結合することに
よつて、ｐ領域６に負電荷が蓄積する動作も行え
る。この場合には、ｎ領域１の不純物密度はｐ領
域６より高くなされている。ｐ領域６からホール
が流出することによつて、負電荷が蓄積する動作
の方が、ｐ領域６ベースに電子が流れ込んでホー
ルと再結合することにより負電荷が蓄積する動作
よりはるかに速い。しかし、これまでの実験によ
れば、電子をｐ領域６に流し込むリフレツシユ動
作でも、光電変換装置の動作に対しては、十分に
速い時間応答を示すことが確認されている。
電圧をある時間印加し、その正電圧を除去すると
負電位に帯電する仕方には、２通りの仕方があ
る。一つは、ｐ領域６から正電荷を持つホール
が、主として接地状態にあるｎ領域１に流れ出す
ことによつて、負電荷が蓄積される動作である。
ｐ領域６からホールが、ｎ領域１に一方的に流
れ、ｎ領域１の電子があまりｐ領域６内に流れ込
まないようにするためには、ｐ領域６の不純物密
度をｎ領域１の不純物密度より高くしておけばよ
い。一方、n+領域７やｎ領域１からの電子が、
ｐ領域６に流れ込み、ホールと再結合することに
よつて、ｐ領域６に負電荷が蓄積する動作も行え
る。この場合には、ｎ領域１の不純物密度はｐ領
域６より高くなされている。ｐ領域６からホール
が流出することによつて、負電荷が蓄積する動作
の方が、ｐ領域６ベースに電子が流れ込んでホー
ルと再結合することにより負電荷が蓄積する動作
よりはるかに速い。しかし、これまでの実験によ
れば、電子をｐ領域６に流し込むリフレツシユ動
作でも、光電変換装置の動作に対しては、十分に
速い時間応答を示すことが確認されている。
上記構成に係る光センサセルをXY方向に多数
ならべて光電変換装置を構成したとき、画像によ
り各センサセルで、蓄積電圧VPは、上記の例で
は０〜0.4〔Ｖ〕の間でばらついているが、リフレ
ツシユ電圧VRH印加後10-5〔sec〕には、全てのセ
ンサセルのベースには約0.3〔Ｖ〕程度の一定電圧
は残るものの、画像による蓄積電圧VPの変化分
は全て消えてしまうことがわかる。すなわち、上
記構成に係る光センサセルによる光電変換装置で
は、リフレツシユ動作により全てのセンサセルの
ベース電位をゼロボルトまで持つていく完全リフ
レツシユモードと（このときは第７図ａの例では
10〔sec〕を要する）、ベース電位にはある一定電
圧は残るものの蓄積電圧VPによる変動成分が消
えてしまう過渡的リフレツシユモードの二つが存
在するわけである（このときは第７図ａの例で
は、10〔μsec〕〜10〔sec〕とリフレツシユパル
ス）。以上の例では、リフレツシユ電圧VRHによ
りベースに印加される電圧VAを0.4〔Ｖ〕とした
が、この電圧VAを0.6〔Ｖ〕とすれば、上記、過
渡的リフレツシユモードは、第７図によれば、１
〔nsec〕でおこり、きわめて高速にリフレツシユ
することができる。完全リフレツシユモードで動
作させるか、過渡的リフレツシユモードで動作さ
せるかの選択は光電変換装置の使用目的によつて
決定される。
ならべて光電変換装置を構成したとき、画像によ
り各センサセルで、蓄積電圧VPは、上記の例で
は０〜0.4〔Ｖ〕の間でばらついているが、リフレ
ツシユ電圧VRH印加後10-5〔sec〕には、全てのセ
ンサセルのベースには約0.3〔Ｖ〕程度の一定電圧
は残るものの、画像による蓄積電圧VPの変化分
は全て消えてしまうことがわかる。すなわち、上
記構成に係る光センサセルによる光電変換装置で
は、リフレツシユ動作により全てのセンサセルの
ベース電位をゼロボルトまで持つていく完全リフ
レツシユモードと（このときは第７図ａの例では
10〔sec〕を要する）、ベース電位にはある一定電
圧は残るものの蓄積電圧VPによる変動成分が消
えてしまう過渡的リフレツシユモードの二つが存
在するわけである（このときは第７図ａの例で
は、10〔μsec〕〜10〔sec〕とリフレツシユパル
ス）。以上の例では、リフレツシユ電圧VRHによ
りベースに印加される電圧VAを0.4〔Ｖ〕とした
が、この電圧VAを0.6〔Ｖ〕とすれば、上記、過
渡的リフレツシユモードは、第７図によれば、１
〔nsec〕でおこり、きわめて高速にリフレツシユ
することができる。完全リフレツシユモードで動
作させるか、過渡的リフレツシユモードで動作さ
せるかの選択は光電変換装置の使用目的によつて
決定される。
この過渡的リフレツシユモードにおいてベース
に残る電圧をVKとすると、リフレツシユ電圧VRH
を印加後、VRHをゼロボルトにもどす瞬間の過渡
的状態において、 −Cox／Cox＋Cbe＋Cbc・VRH なる負電圧がベースに加算されるので、リフレツ
シユパルスによるリフレツシユ動作後のベース電
位は VK−Cox／Cox＋Cbe＋Cbc・VRH となり、ベースはエミツタに対して逆バイアス状
態になる。
に残る電圧をVKとすると、リフレツシユ電圧VRH
を印加後、VRHをゼロボルトにもどす瞬間の過渡
的状態において、 −Cox／Cox＋Cbe＋Cbc・VRH なる負電圧がベースに加算されるので、リフレツ
シユパルスによるリフレツシユ動作後のベース電
位は VK−Cox／Cox＋Cbe＋Cbc・VRH となり、ベースはエミツタに対して逆バイアス状
態になる。
先に光により励起されたキヤリアを蓄積する蓄
積動作のとき、蓄積状態ではベースは逆バイアス
状態で行われるという説明をしたが、このリフレ
ツシユ動作により、リフレツシユおよびベースを
逆バイアス状態に持つていくことの２つの動作が
同時に行われるわけである。
積動作のとき、蓄積状態ではベースは逆バイアス
状態で行われるという説明をしたが、このリフレ
ツシユ動作により、リフレツシユおよびベースを
逆バイアス状態に持つていくことの２つの動作が
同時に行われるわけである。
第７図ｃにリフレツシユ電圧VRHに対するリフ
レツシユ動作後のベース電位 VK−Cox／Cox＋Cbe＋Cbc・VRH の変化の実験値を示す。パラメータとしてCoxの
値を5pFから100pFまでとつている。丸印は実験
値であり、実線は VK−Cox／Cox＋Cbe＋Cbc・VRH より計算される計算値を示している。このとき
VK＝0.52Vであり、また、Cbc＋Cbe＝4pFであ
る。但し観測用オシロスコープのプローグ容量
13pFがCbc＋Cbeに並列に接続されている。この
様に、計算値と実験値は完全に一致しており、リ
フレツシユ動作が実験的にも確認されている。
レツシユ動作後のベース電位 VK−Cox／Cox＋Cbe＋Cbc・VRH の変化の実験値を示す。パラメータとしてCoxの
値を5pFから100pFまでとつている。丸印は実験
値であり、実線は VK−Cox／Cox＋Cbe＋Cbc・VRH より計算される計算値を示している。このとき
VK＝0.52Vであり、また、Cbc＋Cbe＝4pFであ
る。但し観測用オシロスコープのプローグ容量
13pFがCbc＋Cbeに並列に接続されている。この
様に、計算値と実験値は完全に一致しており、リ
フレツシユ動作が実験的にも確認されている。
以上のリフレツシユ動作においては、第６図に
示す様に、コレクタを接地したときの例について
説明したが、コレクタを正電位にした状態で行う
ことも可能である。このときは、ベース・コレク
タ間接合ダイオードDbc１８が、リフレツシユパ
ルスが印加されても、このリフレツシユパルスに
よりベースに印加される電位よりも、コレクタに
印加されている正電位の方が大きいと非導通状態
のままなので、電流はベース・エミツタ間接合ダ
イオードDbe１６だけを通して流れる。このた
め、ベース電位の低下はコレクタを接地した時よ
り相対的によりゆつくりしたものとはなるが、基
本的には、前に説明したのと、まつたく同様な高
速リフレツシユ動作が行われるわけである。
示す様に、コレクタを接地したときの例について
説明したが、コレクタを正電位にした状態で行う
ことも可能である。このときは、ベース・コレク
タ間接合ダイオードDbc１８が、リフレツシユパ
ルスが印加されても、このリフレツシユパルスに
よりベースに印加される電位よりも、コレクタに
印加されている正電位の方が大きいと非導通状態
のままなので、電流はベース・エミツタ間接合ダ
イオードDbe１６だけを通して流れる。このた
め、ベース電位の低下はコレクタを接地した時よ
り相対的によりゆつくりしたものとはなるが、基
本的には、前に説明したのと、まつたく同様な高
速リフレツシユ動作が行われるわけである。
すなわち第７図ａのリフレツシユ時間に対する
ベース電位の関係は、第７図ａのベース電位が低
下する時の斜めの直線が右側の方、つまり、より
時間の要する方向へシフトすることになる。した
がつて、コレクタを接地した時と同じリフレツシ
ユ電圧VRHを用いると、リフレツシユに時間を要
することになるが、リフレツシユ電圧VRHをわず
かに高めてやればコレクタを接地した時と同様、
高速のリフレツシユ動作が可能である。
ベース電位の関係は、第７図ａのベース電位が低
下する時の斜めの直線が右側の方、つまり、より
時間の要する方向へシフトすることになる。した
がつて、コレクタを接地した時と同じリフレツシ
ユ電圧VRHを用いると、リフレツシユに時間を要
することになるが、リフレツシユ電圧VRHをわず
かに高めてやればコレクタを接地した時と同様、
高速のリフレツシユ動作が可能である。
以上が光入射による電荷蓄積動作、読出し動
作、リフレツシユ動作よりなる上記構成に係る光
センサセルの基本動作の説明である。
作、リフレツシユ動作よりなる上記構成に係る光
センサセルの基本動作の説明である。
以上説明したごとく、上記構成に係る光センサ
セルの基本構造は、すでにあげた特開昭56−
150878号公報、特開昭56−157073号公報、特開昭
56−165473号公報と比較してきわめて簡単な構造
であり、将来の高解像度化に十分対応できるとと
もに、それらのもつ優れた特徴である増幅機能か
らくる低雑音、高出力、広ダイナミツクレンジ、
非破壊読出し等のメリツトをそのまま保存してい
る。
セルの基本構造は、すでにあげた特開昭56−
150878号公報、特開昭56−157073号公報、特開昭
56−165473号公報と比較してきわめて簡単な構造
であり、将来の高解像度化に十分対応できるとと
もに、それらのもつ優れた特徴である増幅機能か
らくる低雑音、高出力、広ダイナミツクレンジ、
非破壊読出し等のメリツトをそのまま保存してい
る。
次に、以上説明した構成に係る光センサセルを
二次元に配列して構成した本発明の光電変換装置
の一実施例について図面を用いて説明する。
二次元に配列して構成した本発明の光電変換装置
の一実施例について図面を用いて説明する。
基本光センサセル構造を二次元的に３×３に配
列した光電変換装置の回路構成図を第１図に示
す。
列した光電変換装置の回路構成図を第１図に示
す。
すでに説明した点線で囲まれた基本光センサセ
ル３０（この時バイポーラトランジスタのコレク
タは基板及び基板電極に接続されることを示して
いる。）、読出しパルスおよびリフレツシユパルス
を印加するための水平ライン３１，３１′，３
１″、読出しパルスを発生させるための垂直シフ
トレジスタ３２、垂直シフトレジスタ３２と水平
ライン３１，３１′，３１″の間のバツフアMOS
トランジスタ３３，３３′，３３″のゲートにパル
スを印加するための端子３４、リフレツシユパル
スを印加するためのバツフアMOSトランジスタ
３５，３５′，３５″、それのゲートにパルスを印
加するための端子３６、リフレツシユパルスを印
加するための端子３７、基本光センサセル３０か
ら蓄積電圧を読出すための垂直ライン３８，３
８′，３８″、各垂直ラインを選択するためのパル
スを発生する水平シフトレジスタ３９、各垂直ラ
インを開閉するためのゲート用MOSトランジス
タ４０，４０′，４０″、蓄積電圧をアンプ部に読
出すための出力ライン４１、読出し後に、出力ラ
インに蓄積した電荷をリフレツシユするための
MOSトランジスタ４２、MOSトランジスタ４２
へリフレツシユパルスを印加するための端子４
３、出力信号を増幅するためのバイポーラ、
MOS、FET、Ｊ−FET等のトランジスタ４４、
負荷抵抗４５、トランジスタと電源を接続するた
めの端子４６、トランジスタの出力端子４７、読
出し動作において垂直ラインン４０，４０′，４
０″に蓄積さた電荷をリフレツシユするための
MOSトランジスタ４８，４８′，４８″、および
MOSトランジスタ４８，４８′，４８″のゲート
にパルスを印加するための端子４９によりこの光
電変換装置は構成されている。
ル３０（この時バイポーラトランジスタのコレク
タは基板及び基板電極に接続されることを示して
いる。）、読出しパルスおよびリフレツシユパルス
を印加するための水平ライン３１，３１′，３
１″、読出しパルスを発生させるための垂直シフ
トレジスタ３２、垂直シフトレジスタ３２と水平
ライン３１，３１′，３１″の間のバツフアMOS
トランジスタ３３，３３′，３３″のゲートにパル
スを印加するための端子３４、リフレツシユパル
スを印加するためのバツフアMOSトランジスタ
３５，３５′，３５″、それのゲートにパルスを印
加するための端子３６、リフレツシユパルスを印
加するための端子３７、基本光センサセル３０か
ら蓄積電圧を読出すための垂直ライン３８，３
８′，３８″、各垂直ラインを選択するためのパル
スを発生する水平シフトレジスタ３９、各垂直ラ
インを開閉するためのゲート用MOSトランジス
タ４０，４０′，４０″、蓄積電圧をアンプ部に読
出すための出力ライン４１、読出し後に、出力ラ
インに蓄積した電荷をリフレツシユするための
MOSトランジスタ４２、MOSトランジスタ４２
へリフレツシユパルスを印加するための端子４
３、出力信号を増幅するためのバイポーラ、
MOS、FET、Ｊ−FET等のトランジスタ４４、
負荷抵抗４５、トランジスタと電源を接続するた
めの端子４６、トランジスタの出力端子４７、読
出し動作において垂直ラインン４０，４０′，４
０″に蓄積さた電荷をリフレツシユするための
MOSトランジスタ４８，４８′，４８″、および
MOSトランジスタ４８，４８′，４８″のゲート
にパルスを印加するための端子４９によりこの光
電変換装置は構成されている。
この光電変換装置の動作について第１図および
第８図に示すパルスタイミング図を用いて説明す
る。第８図において、区間６１はリフレツシユ動
作、区間６２は蓄積動作、区間６３は読出し動作
にそれぞれ対応している。
第８図に示すパルスタイミング図を用いて説明す
る。第８図において、区間６１はリフレツシユ動
作、区間６２は蓄積動作、区間６３は読出し動作
にそれぞれ対応している。
時刻t1において、基板電位、すなわち光センサ
セル部のコレクタ電位６４は、接地電位または正
電位に保たれるが、第８図では接地電位に保たれ
ているものを示している。接地電位または正電位
のいずれにしても、すでに説明した様に、リフレ
ツシユに要する時間が異なつてくるだけであり、
基本動作に変化はない。端子４９の電位６５は
high状態であり、MOSトランジスタ４８，４
８′，４８″は導通状態に保たれ、各光センサセル
は、垂直ライン３８，３８′，３８″を通して接地
されている。また端子３６には、波形６６のごと
くバツフアMOSトランジスタが導通する電圧が
印加されており、全画面一括リフレツシユ用バツ
フアMOSトランジスタ３５，３５′，３５″は導
通状態となつている。この状態で端子３７に波形
６７のごとくパルスが印加されると、水平ライン
３１，３１′，３１″を通して各光センサセルのベ
ースに電圧がかかり、すでに説明した様に、リフ
レツシユ動作に入り、それ以前に蓄積されていた
電荷が、完全リフレツシユモード又は過渡的リフ
レツシユモードにしたがつてリフレツシユされ
る。完全リフレツシユモードになるか又は過渡的
リフレツシユモードになるかは波形６７のパルス
幅により決定されるわけである。
セル部のコレクタ電位６４は、接地電位または正
電位に保たれるが、第８図では接地電位に保たれ
ているものを示している。接地電位または正電位
のいずれにしても、すでに説明した様に、リフレ
ツシユに要する時間が異なつてくるだけであり、
基本動作に変化はない。端子４９の電位６５は
high状態であり、MOSトランジスタ４８，４
８′，４８″は導通状態に保たれ、各光センサセル
は、垂直ライン３８，３８′，３８″を通して接地
されている。また端子３６には、波形６６のごと
くバツフアMOSトランジスタが導通する電圧が
印加されており、全画面一括リフレツシユ用バツ
フアMOSトランジスタ３５，３５′，３５″は導
通状態となつている。この状態で端子３７に波形
６７のごとくパルスが印加されると、水平ライン
３１，３１′，３１″を通して各光センサセルのベ
ースに電圧がかかり、すでに説明した様に、リフ
レツシユ動作に入り、それ以前に蓄積されていた
電荷が、完全リフレツシユモード又は過渡的リフ
レツシユモードにしたがつてリフレツシユされ
る。完全リフレツシユモードになるか又は過渡的
リフレツシユモードになるかは波形６７のパルス
幅により決定されるわけである。
t2時刻において、すでに説明したごとく、各光
センサセルのトランジスタのベースはエミツタに
対して逆バイアス状態となり、次の蓄積区間６２
へ移る。このリフレツシユ区間６１においては、
図に示すように、他の印加パルスは全てlow状態
に保たれている。
センサセルのトランジスタのベースはエミツタに
対して逆バイアス状態となり、次の蓄積区間６２
へ移る。このリフレツシユ区間６１においては、
図に示すように、他の印加パルスは全てlow状態
に保たれている。
蓄積動作区間６２においては、基板電圧、すな
わちトランジスタのコレクタ電位波形６４は正電
位にする。これにより光照射により発生したエレ
クトロン・ホール対のうちエレクトロンを、コレ
クタ側へ早く流してしまうことができる。しか
し、このコレクタ電位を正電位に保つことは、ベ
ースをエミツタに対して逆方向バイアス状態、す
なわち負電位にして撮像しているので必須条件で
はなく、接地電位あるいは若干負電位状態にして
も基本的な蓄積動作に変化はない。
わちトランジスタのコレクタ電位波形６４は正電
位にする。これにより光照射により発生したエレ
クトロン・ホール対のうちエレクトロンを、コレ
クタ側へ早く流してしまうことができる。しか
し、このコレクタ電位を正電位に保つことは、ベ
ースをエミツタに対して逆方向バイアス状態、す
なわち負電位にして撮像しているので必須条件で
はなく、接地電位あるいは若干負電位状態にして
も基本的な蓄積動作に変化はない。
蓄積動作状態においては、MOSトランジスタ
４８，４８′，４８″のゲート端子４９の電位６５
は、リフレツシユ区間と同様、highに保たれ、各
MOSトランジスタは導通状態に保たれる。この
ため、各光センサセルのエミツタは垂直ライン３
８，３８′，３８″を通して接地されている。強い
光の照射により、ベースにホールが蓄積され、飽
和してくると、すなわちベース電位がエミツタ電
位（接地電位）に対して順方向バイアス状態にな
つてくると、ホールは垂直ライン３８，３８′，
３８″を通して流れ、そこでベース電位変化は停
止し、クリツプされることになる。したがつて、
垂直方向にとなり合う光センサセルのエミツタが
垂直ライン３８，３８′，３８″により共通に接続
されていても、この様に垂直ライン３８，３８′，
３８″を接地しておくと、ブルーミング現象を生
ずることはない。
４８，４８′，４８″のゲート端子４９の電位６５
は、リフレツシユ区間と同様、highに保たれ、各
MOSトランジスタは導通状態に保たれる。この
ため、各光センサセルのエミツタは垂直ライン３
８，３８′，３８″を通して接地されている。強い
光の照射により、ベースにホールが蓄積され、飽
和してくると、すなわちベース電位がエミツタ電
位（接地電位）に対して順方向バイアス状態にな
つてくると、ホールは垂直ライン３８，３８′，
３８″を通して流れ、そこでベース電位変化は停
止し、クリツプされることになる。したがつて、
垂直方向にとなり合う光センサセルのエミツタが
垂直ライン３８，３８′，３８″により共通に接続
されていても、この様に垂直ライン３８，３８′，
３８″を接地しておくと、ブルーミング現象を生
ずることはない。
このブルーミング現象をさける方法は、MOS
トランジスタ４８，４８′，４８″を非導通状態に
して、垂直ライン３８，３８′，３８″を浮遊状態
にしていても、基板電位、すなわちコレクタ電位
６４を若干負電位にしておき、ホールの蓄積によ
りベース電位が正電位方向に変化してきたとき、
エミツタより先にコレクタ側の方へ流れ出す様に
することにより達成することも可能である、 蓄積区間６２に次いで、時刻t3より読出し区間
６３になる。この時刻t3において、MOSトラン
ジスタ４８，４８′，４８″のゲート端子４９の電
位６５をlowにし、かつ水平ライン３１，３１′，
３１″のバツフアMOSトランジスタ３３，３３′，
３３″のゲート端子の電位６８をhighにし、それ
ぞれのMOSトランジスタを導通状態とする。但
し、このゲート端子３４の電位６８をhighにする
タイミングは、時刻t3であることは必須条件では
なく、それより早い時刻であれば良い。
トランジスタ４８，４８′，４８″を非導通状態に
して、垂直ライン３８，３８′，３８″を浮遊状態
にしていても、基板電位、すなわちコレクタ電位
６４を若干負電位にしておき、ホールの蓄積によ
りベース電位が正電位方向に変化してきたとき、
エミツタより先にコレクタ側の方へ流れ出す様に
することにより達成することも可能である、 蓄積区間６２に次いで、時刻t3より読出し区間
６３になる。この時刻t3において、MOSトラン
ジスタ４８，４８′，４８″のゲート端子４９の電
位６５をlowにし、かつ水平ライン３１，３１′，
３１″のバツフアMOSトランジスタ３３，３３′，
３３″のゲート端子の電位６８をhighにし、それ
ぞれのMOSトランジスタを導通状態とする。但
し、このゲート端子３４の電位６８をhighにする
タイミングは、時刻t3であることは必須条件では
なく、それより早い時刻であれば良い。
時刻t4では、垂直シフトレジスタ３２の出力の
うち、水平ライン３１に接続されたものが波形６
９のごとくhighとなり、このとき、MOSトラン
ジスタ３３が導通状態であるから、この水平ライ
ン３１に接続された３つの各光センサセルの読出
しが行なわれる。この読出し動作はすでに前に説
明した通りであり、各光センサセルのベース領域
に蓄積された信号電荷により発生した信号電圧
は、そのまま、垂直ライン３８，３８′，３８″に
現われる。このときの垂直シフトレジスタ３２か
らのパルス電圧のパルス幅は、第５図に示した様
に、蓄積電圧に対する読出し電圧が、十分直線性
を保つ関係になるパルス幅に設定される。またパ
ルス電圧は先に説明した様に、VBias分だけエミ
ツタに対して順方向バイアスがかかる様調整され
る。
うち、水平ライン３１に接続されたものが波形６
９のごとくhighとなり、このとき、MOSトラン
ジスタ３３が導通状態であるから、この水平ライ
ン３１に接続された３つの各光センサセルの読出
しが行なわれる。この読出し動作はすでに前に説
明した通りであり、各光センサセルのベース領域
に蓄積された信号電荷により発生した信号電圧
は、そのまま、垂直ライン３８，３８′，３８″に
現われる。このときの垂直シフトレジスタ３２か
らのパルス電圧のパルス幅は、第５図に示した様
に、蓄積電圧に対する読出し電圧が、十分直線性
を保つ関係になるパルス幅に設定される。またパ
ルス電圧は先に説明した様に、VBias分だけエミ
ツタに対して順方向バイアスがかかる様調整され
る。
次いで、時刻t5において、水平シフトレジスタ
３６の出力のうち、垂直ライン３８に接続された
MOSトランジスタ４０のゲートへの出力だけが
波形７０のごとくhighとなり、MOSトランジス
タ４０が導通状態となり、出力信号は出力ライン
４１を通して、出力トランジスタ４４に入り、電
流増幅されて出力端子４７から出力される。この
様に信号が読出された後、出力ライン４１には配
線容量に起因する信号電荷が残つているので、時
刻t6において、MOSトランジスタ４２のゲート
端子４３にパルス波形７１のごとくパルスを印加
し、MOSトランジスタ４２を導通状態にし出力
ライン４１を接地して、この残留した信号電荷を
リフレツシユしてやるわけである。以下同様にし
て、スイツチングMOSトランジスタ４０，４
０′，４０″を順次導通させて垂直ライン３８，３
８′，３８″の信号出力を読出す。この様にして水
平に並んだ一ライン分の各光センサセルからの信
号を読出した後、垂直ライン３８，３８′，３
８″には、出力ライン４１と同様、それの配線容
量に起因する信号電荷が残留しているので、各垂
直ライン３８，３８′，３８″に接続されたMOS
トランジスタ４８，４８′，４８″を、それのゲー
ト端子４９に波形６５で示される様にhighにして
導通させ、この残留信号電荷をリフレツシユす
る。
３６の出力のうち、垂直ライン３８に接続された
MOSトランジスタ４０のゲートへの出力だけが
波形７０のごとくhighとなり、MOSトランジス
タ４０が導通状態となり、出力信号は出力ライン
４１を通して、出力トランジスタ４４に入り、電
流増幅されて出力端子４７から出力される。この
様に信号が読出された後、出力ライン４１には配
線容量に起因する信号電荷が残つているので、時
刻t6において、MOSトランジスタ４２のゲート
端子４３にパルス波形７１のごとくパルスを印加
し、MOSトランジスタ４２を導通状態にし出力
ライン４１を接地して、この残留した信号電荷を
リフレツシユしてやるわけである。以下同様にし
て、スイツチングMOSトランジスタ４０，４
０′，４０″を順次導通させて垂直ライン３８，３
８′，３８″の信号出力を読出す。この様にして水
平に並んだ一ライン分の各光センサセルからの信
号を読出した後、垂直ライン３８，３８′，３
８″には、出力ライン４１と同様、それの配線容
量に起因する信号電荷が残留しているので、各垂
直ライン３８，３８′，３８″に接続されたMOS
トランジスタ４８，４８′，４８″を、それのゲー
ト端子４９に波形６５で示される様にhighにして
導通させ、この残留信号電荷をリフレツシユす
る。
次いで、時刻t8において、垂直シフトレジスタ
３２の出力のうち、水平ライン３１′に接続され
た出力が波形６９′のごとくhighとなり、水平ラ
イン３１′に接続された各光センサセルの蓄積電
圧が、各垂直ライン３８，３８′，３８″に読出さ
れるわけである。以下、順次前と同様の動作によ
り、出力端子４７から信号が読出される。
３２の出力のうち、水平ライン３１′に接続され
た出力が波形６９′のごとくhighとなり、水平ラ
イン３１′に接続された各光センサセルの蓄積電
圧が、各垂直ライン３８，３８′，３８″に読出さ
れるわけである。以下、順次前と同様の動作によ
り、出力端子４７から信号が読出される。
以上の説明においては、蓄積区間６２と読出し
区間６３が明確に区分される様な応用分野、例え
ば最近研究開発が積極的に行なわれているスチル
ビデオに適用される動作状態について説明した
が、テレビカメラの様に蓄積区間６２における動
作と読出し区間６３における動作が同時に行なわ
れている様な応用分野に関しても、第８図のパル
スタイミングを変更することにより適用可能であ
る。但し、この時のリフレツシユは全画面一括リ
フレツシユではなく、一ライン毎のリフレツシユ
機能が必要である。例えば、水平ライン３１に接
続された各光センサセルの信号が読出された後、
時刻t7において各垂直ラインに残留した電荷を消
去するためMOSトランジスタ４８，４８′，４
８″を導通にするが、このとき水平ライン３１に
リフレツシユパルスを印加する。すなわち、波形
６９において時刻t7においても時刻t4と同様、パ
ルス電圧、パルス幅の異なるパルスを発生する様
な構成の垂直シフトレジスタを使用することによ
り達成することができる。この様にダブルパルス
的動作以外には、第１図の右側に設置した一括リ
フレツシユパルスを印加する機器の代わりに、左
側と同様の第２の垂直シフトレジスタを右側にも
設け、タイミングを左側に設けられた垂直レジス
タとずらせながら動作させることにより達成させ
ることも可能である。
区間６３が明確に区分される様な応用分野、例え
ば最近研究開発が積極的に行なわれているスチル
ビデオに適用される動作状態について説明した
が、テレビカメラの様に蓄積区間６２における動
作と読出し区間６３における動作が同時に行なわ
れている様な応用分野に関しても、第８図のパル
スタイミングを変更することにより適用可能であ
る。但し、この時のリフレツシユは全画面一括リ
フレツシユではなく、一ライン毎のリフレツシユ
機能が必要である。例えば、水平ライン３１に接
続された各光センサセルの信号が読出された後、
時刻t7において各垂直ラインに残留した電荷を消
去するためMOSトランジスタ４８，４８′，４
８″を導通にするが、このとき水平ライン３１に
リフレツシユパルスを印加する。すなわち、波形
６９において時刻t7においても時刻t4と同様、パ
ルス電圧、パルス幅の異なるパルスを発生する様
な構成の垂直シフトレジスタを使用することによ
り達成することができる。この様にダブルパルス
的動作以外には、第１図の右側に設置した一括リ
フレツシユパルスを印加する機器の代わりに、左
側と同様の第２の垂直シフトレジスタを右側にも
設け、タイミングを左側に設けられた垂直レジス
タとずらせながら動作させることにより達成させ
ることも可能である。
この時は、すでに説明したような蓄積状態にお
いて、各光センサセルのエミツタおよびコレクタ
の各電位を操作してブルーミングを押えるという
動作の自由度が少なくなる。しかし、基本動作の
所で説明した様に、読出し状態では、ベースに
VBiasなるバイアス電圧を印加したときに高速読
出しができる様な構成としているので、第４図の
グラフからわかる様に、VBiasを印加しない時に、
各光センサセルの飽和により、垂直ライン２８，
２８′，２８″に流れ出す信号電荷分はきわめてわ
ずかであり、ブルーミング現象は、まつたく問題
にはならない。
いて、各光センサセルのエミツタおよびコレクタ
の各電位を操作してブルーミングを押えるという
動作の自由度が少なくなる。しかし、基本動作の
所で説明した様に、読出し状態では、ベースに
VBiasなるバイアス電圧を印加したときに高速読
出しができる様な構成としているので、第４図の
グラフからわかる様に、VBiasを印加しない時に、
各光センサセルの飽和により、垂直ライン２８，
２８′，２８″に流れ出す信号電荷分はきわめてわ
ずかであり、ブルーミング現象は、まつたく問題
にはならない。
また、スミア現象に対しても、本実施例に係る
光電変換装置は、きわめて優れた特性を得ること
ができる。スミア現象は、CCD型撮像装置、特
にフレーム転送型においては、光の照射されてい
る所を電荷転送されるという、動作および構造上
発生する問題であり、インタライン型において
は、特に長波長の光により半導体の深部で発生し
たキヤリアが電荷転送部に蓄積されるために発生
した問題である。
光電変換装置は、きわめて優れた特性を得ること
ができる。スミア現象は、CCD型撮像装置、特
にフレーム転送型においては、光の照射されてい
る所を電荷転送されるという、動作および構造上
発生する問題であり、インタライン型において
は、特に長波長の光により半導体の深部で発生し
たキヤリアが電荷転送部に蓄積されるために発生
した問題である。
また、MOS型撮像装置においては、各光セン
サセルに接地されたスイツチングMOSトランジ
スタのドレイン側に、やはり長波長の光により半
導体深部で発生したキヤリアが蓄積されるために
生じる問題である。
サセルに接地されたスイツチングMOSトランジ
スタのドレイン側に、やはり長波長の光により半
導体深部で発生したキヤリアが蓄積されるために
生じる問題である。
これに対して本実施例に係る光電変換装置で
は、動作および構造上発生するスミア現象はまつ
たくなく、また長波長の光により半導体深部で発
生したキヤリアが蓄積されるという現象もまつた
く生じない。但し、光センサセルのエミツタにお
いて比較的表面近傍で発生したエレクトロンとホ
ールのうち、エレクトロンが蓄積されるという現
像が心配されるが、これは、一括リフレツシユ動
作のときは蓄積動作状態において、エミツタが接
地されているため、エレクトロンは蓄積されず、
スミア現象が生じない。また通常のテレビカメラ
のとき応用されるラインリフレツシユ動作のとき
は、水平ブランキングの期間において、垂直ライ
ンに蓄積電圧を読出す前に、垂直ラインを接地し
てリフレツシユするので、この時同時にエミツタ
に一水平走査期間に蓄積されたエレクトロンは流
れ出してしまい、このため、スミア現象はほとん
ど発生しない。この様に、本実施例に係る光電変
換装置では、その構造上および動作上、スミア現
像はほとんど本質的に無視し得る程度しか発生せ
ず、本実施例に係る光電変換装置の大きな利点の
一つである。
は、動作および構造上発生するスミア現象はまつ
たくなく、また長波長の光により半導体深部で発
生したキヤリアが蓄積されるという現象もまつた
く生じない。但し、光センサセルのエミツタにお
いて比較的表面近傍で発生したエレクトロンとホ
ールのうち、エレクトロンが蓄積されるという現
像が心配されるが、これは、一括リフレツシユ動
作のときは蓄積動作状態において、エミツタが接
地されているため、エレクトロンは蓄積されず、
スミア現象が生じない。また通常のテレビカメラ
のとき応用されるラインリフレツシユ動作のとき
は、水平ブランキングの期間において、垂直ライ
ンに蓄積電圧を読出す前に、垂直ラインを接地し
てリフレツシユするので、この時同時にエミツタ
に一水平走査期間に蓄積されたエレクトロンは流
れ出してしまい、このため、スミア現象はほとん
ど発生しない。この様に、本実施例に係る光電変
換装置では、その構造上および動作上、スミア現
像はほとんど本質的に無視し得る程度しか発生せ
ず、本実施例に係る光電変換装置の大きな利点の
一つである。
また、蓄積動作状態において、エミツタおよび
コレクタの各電位を操作して、ブルーミング現象
を押えるという動作について前に記述したが、こ
れを利用してγ特性を制御することも可能であ
る。
コレクタの各電位を操作して、ブルーミング現象
を押えるという動作について前に記述したが、こ
れを利用してγ特性を制御することも可能であ
る。
すなわち、蓄積動作の途中において、一時的に
エミツタまたはコレクタの電位をある一定の負電
位にし、ベースに蓄積されたキヤリアのうち、こ
の負電位を与えるキヤリア数より多く蓄積されて
いるホールをエミツタまたはコレクタ側へ流して
しまうという動作をさせる。これにより、蓄積電
圧と入射光量に対する関係は、入射光量の小さい
ときはシリコン結晶のもつγ＝１の特性を示し、
入射光量の大きい所では、γが１より小さくなる
様な特性を示す。つまり、折線近似的に通常テレ
ビカメラで要求されるγ＝0.45の特性をもたせる
ことが可能である。蓄積動作の途中において上記
動作を一度やれば一折線近似となり、エミツタ又
はコレクタに印加する負電位を二度適宜変更して
行なえば、二折線タイプのγ特性を持たせること
も可能である。
エミツタまたはコレクタの電位をある一定の負電
位にし、ベースに蓄積されたキヤリアのうち、こ
の負電位を与えるキヤリア数より多く蓄積されて
いるホールをエミツタまたはコレクタ側へ流して
しまうという動作をさせる。これにより、蓄積電
圧と入射光量に対する関係は、入射光量の小さい
ときはシリコン結晶のもつγ＝１の特性を示し、
入射光量の大きい所では、γが１より小さくなる
様な特性を示す。つまり、折線近似的に通常テレ
ビカメラで要求されるγ＝0.45の特性をもたせる
ことが可能である。蓄積動作の途中において上記
動作を一度やれば一折線近似となり、エミツタ又
はコレクタに印加する負電位を二度適宜変更して
行なえば、二折線タイプのγ特性を持たせること
も可能である。
また、以上の実施側においては、シリコン基板
を共通コレクタとしているが通常バイポーラトラ
ンジスタのごとく埋込n+領域を設け、各ライン
毎にコレクタを分割させる様な構造としてもよ
い。
を共通コレクタとしているが通常バイポーラトラ
ンジスタのごとく埋込n+領域を設け、各ライン
毎にコレクタを分割させる様な構造としてもよ
い。
なお、実際の動作には第８図に示したパルスタ
イミング以外に、垂直シフトレジスタ３２、水平
シフトレジスタ３９を駆動するためのクロツクパ
ルスが必要である。
イミング以外に、垂直シフトレジスタ３２、水平
シフトレジスタ３９を駆動するためのクロツクパ
ルスが必要である。
第９図に出力信号に関係する等価回路を示す。
容量CV８０は垂直ライン３８，３８′，３８″の
配線容量であり、容量CH８４は出力ライン４１
の配線容量をそれぞれ示している。また第９図右
側の等価回路は、読出し状態におけるものであ
り、スイツチング用MOSトランジスタ４０，４
０′，４０″は導通状態であり、それの導通状態に
おける抵抗値を抵抗RM８２で示している。また
増幅用トランジスタ４４を抵抗re８３および電流
源８４を用いた等価回路で示している。出力ライ
ン４１の配線容量に起因する電荷蓄積をリフレツ
シユするためのMOSトランジスタ４２は、読出
し状態では非導通状態であり、インピーダンスが
高いので、右側の等価回路では省略している。
容量CV８０は垂直ライン３８，３８′，３８″の
配線容量であり、容量CH８４は出力ライン４１
の配線容量をそれぞれ示している。また第９図右
側の等価回路は、読出し状態におけるものであ
り、スイツチング用MOSトランジスタ４０，４
０′，４０″は導通状態であり、それの導通状態に
おける抵抗値を抵抗RM８２で示している。また
増幅用トランジスタ４４を抵抗re８３および電流
源８４を用いた等価回路で示している。出力ライ
ン４１の配線容量に起因する電荷蓄積をリフレツ
シユするためのMOSトランジスタ４２は、読出
し状態では非導通状態であり、インピーダンスが
高いので、右側の等価回路では省略している。
等価回路の各パラメータは、実際に構成する光
電変換装置の大きさにより決定されるわけである
が、例えば、容量CV８０は約4pF位、容量CH８１
は約4pF位、MOSトランジスタの導通状態の抵
抗RM８２は3KΩ程度、バイポーラトランジスタ
４４の電流増幅率βは約100程度として、出力端
子４７において観測される出力信号波形を計算し
た例を第１０図に示す。
電変換装置の大きさにより決定されるわけである
が、例えば、容量CV８０は約4pF位、容量CH８１
は約4pF位、MOSトランジスタの導通状態の抵
抗RM８２は3KΩ程度、バイポーラトランジスタ
４４の電流増幅率βは約100程度として、出力端
子４７において観測される出力信号波形を計算し
た例を第１０図に示す。
第１０図において横軸はスイツチングMOSト
ランジスタ４０，４０′，４０″が導通した瞬間か
らの時間［μs］を、縦軸は垂直ライン３８，３
８′，３８″の配線容量CV８０に、各光センサセ
ルから信号電荷が読出されて１ボルトの電圧がか
かつているときの出力端子４７に現われる出力電
圧［Ｖ］をそれぞれ示している。
ランジスタ４０，４０′，４０″が導通した瞬間か
らの時間［μs］を、縦軸は垂直ライン３８，３
８′，３８″の配線容量CV８０に、各光センサセ
ルから信号電荷が読出されて１ボルトの電圧がか
かつているときの出力端子４７に現われる出力電
圧［Ｖ］をそれぞれ示している。
出力信号波形８５は負荷抵抗RE４５が10KΩ、
８６は負荷抵抗RE４５が5KΩ、８７は負荷抵抗
RE４５が2KΩのときのものであり、いずれにお
いてもピーク値は、CV８０とCH８１の容量分割
により0.5V程度になつている。当然のことなが
ら、負荷抵抗ＲE４５が大きいほうが減衰量は小
さく、望ましい出力波形になつている。立ち上が
り時間は、上記のパラメータ値のとき、約20nsec
と高速である。スイツチングMOSトランジスタ
４０，４０′，４０″の導通状態における抵抗ＲM
を小さくすることにより、および、配線容量Ｃ
Ｖ，ＣHを小さくすることにより、さらに高速の
読出しも可能である。
８６は負荷抵抗RE４５が5KΩ、８７は負荷抵抗
RE４５が2KΩのときのものであり、いずれにお
いてもピーク値は、CV８０とCH８１の容量分割
により0.5V程度になつている。当然のことなが
ら、負荷抵抗ＲE４５が大きいほうが減衰量は小
さく、望ましい出力波形になつている。立ち上が
り時間は、上記のパラメータ値のとき、約20nsec
と高速である。スイツチングMOSトランジスタ
４０，４０′，４０″の導通状態における抵抗ＲM
を小さくすることにより、および、配線容量Ｃ
Ｖ，ＣHを小さくすることにより、さらに高速の
読出しも可能である。
上記構成に係る光センサセルを利用した光電変
換装置では、各光センサセルのもつ増幅機能によ
り、出力に現われる電圧が大きいため、最終段の
増幅アンプも、MOS型撮像装置に比較してかな
り簡単なものでよい。上記例ではバイポーラトラ
ンジスタ１段のタイプのものを使用した例につい
て説明したが、２段構成のもの等、他の方式を使
うことも当然のことながら可能である。この例の
様にバイポーラトランジスタを用いると、CCD
撮像装置における最終段のアンプのMOSトラン
ジスタから発生する画像上目につきやすい１／ｆ
雑音の問題が、本実施例の光電変換装置では発生
せず、きわめてＳ／Ｎ比の良い画質を得ることが
可能である。
換装置では、各光センサセルのもつ増幅機能によ
り、出力に現われる電圧が大きいため、最終段の
増幅アンプも、MOS型撮像装置に比較してかな
り簡単なものでよい。上記例ではバイポーラトラ
ンジスタ１段のタイプのものを使用した例につい
て説明したが、２段構成のもの等、他の方式を使
うことも当然のことながら可能である。この例の
様にバイポーラトランジスタを用いると、CCD
撮像装置における最終段のアンプのMOSトラン
ジスタから発生する画像上目につきやすい１／ｆ
雑音の問題が、本実施例の光電変換装置では発生
せず、きわめてＳ／Ｎ比の良い画質を得ることが
可能である。
上に述べた様に、上記構成に係る光センサセル
を利用した光電変換装置では、最終段の増幅アン
プがきわめて簡単なもので良いことから、最終段
の増幅アンプを一つだけ設ける第１図に示した実
施例のごときタイプではなく、増幅アンプを複数
個設置して、一つの画面を複数に分割して読出す
様な構成とすることも可能である。
を利用した光電変換装置では、最終段の増幅アン
プがきわめて簡単なもので良いことから、最終段
の増幅アンプを一つだけ設ける第１図に示した実
施例のごときタイプではなく、増幅アンプを複数
個設置して、一つの画面を複数に分割して読出す
様な構成とすることも可能である。
第１１図に、分割読出し方式の一例を示す。第
１１図に示す実施例は、水平方向を３分割とし最
終段アンプを３つ設置した例である。基本的な動
作は第１図の実施例および第８図のタイミング図
を用いて説明したものとほとんど同じであるが、
この第１１図の実施例では、３つの等価な水平シ
フトレジスタ１００，１０１，１０２を設け、こ
れらの始動パルスを印加するための端子１０３に
始動パルスが入ると、１列目、（ｎ＋１）列目、
（2n＋１）列目（ｎは整数であり、この実施例で
は水平方向絵素数は3n個である。）に接続された
各センサセルの出力が同時に読出されることにな
る。次の時点では、２列目、（ｎ＋２）列目、
（2n＋２）列目が読出されることになる。
１１図に示す実施例は、水平方向を３分割とし最
終段アンプを３つ設置した例である。基本的な動
作は第１図の実施例および第８図のタイミング図
を用いて説明したものとほとんど同じであるが、
この第１１図の実施例では、３つの等価な水平シ
フトレジスタ１００，１０１，１０２を設け、こ
れらの始動パルスを印加するための端子１０３に
始動パルスが入ると、１列目、（ｎ＋１）列目、
（2n＋１）列目（ｎは整数であり、この実施例で
は水平方向絵素数は3n個である。）に接続された
各センサセルの出力が同時に読出されることにな
る。次の時点では、２列目、（ｎ＋２）列目、
（2n＋２）列目が読出されることになる。
この実施例によれば、一本の水平ライン分を読
出す時間が固定されている時は、水平方向のスキ
ヤンニング周波数は、一つの最終段アンプをつけ
た方式に比較して1/3の周波数で良く、水平シフ
トレジスタが簡単になり、かつ光電変換装置から
の出力信号をアナログデイジタル変換して、信号
処理する様な用途には、高速のアナログ・デイジ
タル変換器は不必要であり、分割読出し方式の大
きな利点である。
出す時間が固定されている時は、水平方向のスキ
ヤンニング周波数は、一つの最終段アンプをつけ
た方式に比較して1/3の周波数で良く、水平シフ
トレジスタが簡単になり、かつ光電変換装置から
の出力信号をアナログデイジタル変換して、信号
処理する様な用途には、高速のアナログ・デイジ
タル変換器は不必要であり、分割読出し方式の大
きな利点である。
第１１図に示した実施例では、等価な水平シフ
トレジスタを３つ設けた方式であつたが、同様な
機能は、水平シフトレジスタ１つだけでももたせ
ることが可能である。この場合の実施例を第１２
図に示す。
トレジスタを３つ設けた方式であつたが、同様な
機能は、水平シフトレジスタ１つだけでももたせ
ることが可能である。この場合の実施例を第１２
図に示す。
第１２図の実施例は、第１１図に示した実施例
のうちの水平スイツチングMOSトランジスタと、
最終段アンプの中間の部分だけを書いたものであ
り、他の部分は、第１１図の実施例と同じである
から省略している。
のうちの水平スイツチングMOSトランジスタと、
最終段アンプの中間の部分だけを書いたものであ
り、他の部分は、第１１図の実施例と同じである
から省略している。
この実施例では、１つの水平シフトレジスタ１
０４からの出力を１列目、（ｎ＋１）列目、（2n
＋１）列目のスイツチングMOSトランジスタの
ゲートに接続し、それらのラインを同時に読出す
ようにしている。次の時点では、２列目、（ｎ＋
２）列目、（2n＋２）列目が読出されるわけであ
る。
０４からの出力を１列目、（ｎ＋１）列目、（2n
＋１）列目のスイツチングMOSトランジスタの
ゲートに接続し、それらのラインを同時に読出す
ようにしている。次の時点では、２列目、（ｎ＋
２）列目、（2n＋２）列目が読出されるわけであ
る。
この実施例によれば、各スイツチングMOSト
ランジスタのゲートへの配線は増加するものの、
水平シフトレジスタとしては１つだけで動作が可
能である。
ランジスタのゲートへの配線は増加するものの、
水平シフトレジスタとしては１つだけで動作が可
能である。
第１１図、第１２図の例では出力アンプを３個
設けた例を示したが、この数はその目的に応じて
さらに多くしてもよいことはもちろんである。
設けた例を示したが、この数はその目的に応じて
さらに多くしてもよいことはもちろんである。
第１１図、第１２図の実施例ではいずれも、水
平シフトレジスタ、垂直シフトレジスタの始動パ
ルスおよびクロツクパルスは省略しているが、こ
れらは、他のリフレツシユパルスと同様、同一チ
ツプ内に設けたクロツクパルス発生器あるいは、
他のチツプ上に設けられたクロツクパルス発生器
から供給される。
平シフトレジスタ、垂直シフトレジスタの始動パ
ルスおよびクロツクパルスは省略しているが、こ
れらは、他のリフレツシユパルスと同様、同一チ
ツプ内に設けたクロツクパルス発生器あるいは、
他のチツプ上に設けられたクロツクパルス発生器
から供給される。
この分割読出し方式では、水平ライン一括又は
全画面一括リフレツシユを行なうと、ｎ列目と
（ｎ＋１）列目の光センサセル間では、わずか蓄
積時間が異なり、これにより、暗電流成分および
信号成分に、わずかの不連続性が生じ、画像上目
についてくる可能性も考えられるが、これの量は
わずかであり、実用上問題はない。また、これ
が、許容限度以上になつてきた場合でも、外部回
路を用いて、それを補正することは、キヨシ状波
を発生させ、これと暗電流成分との減算およびこ
れと信号成分の乗除算により行なう従来の補正技
術を使用することにより容易に可能である。
全画面一括リフレツシユを行なうと、ｎ列目と
（ｎ＋１）列目の光センサセル間では、わずか蓄
積時間が異なり、これにより、暗電流成分および
信号成分に、わずかの不連続性が生じ、画像上目
についてくる可能性も考えられるが、これの量は
わずかであり、実用上問題はない。また、これ
が、許容限度以上になつてきた場合でも、外部回
路を用いて、それを補正することは、キヨシ状波
を発生させ、これと暗電流成分との減算およびこ
れと信号成分の乗除算により行なう従来の補正技
術を使用することにより容易に可能である。
この様な光電変換装置を用いて、カラー画像を
撮像する時は、光電変換装置の上に、ストライプ
フイルタあるいは、モザイクフイルタ等をオンチ
ツプ化したり、又は、別に作つたカラーフイルタ
を貼合わせることによりカラー信号を得ることが
可能である。
撮像する時は、光電変換装置の上に、ストライプ
フイルタあるいは、モザイクフイルタ等をオンチ
ツプ化したり、又は、別に作つたカラーフイルタ
を貼合わせることによりカラー信号を得ることが
可能である。
一例として、Ｒ，Ｇ，Ｂのストライプ・フイル
タを使用した時は、上記構成に係る光センサセル
を利用した光電変換装置ではそれぞれ別々の最終
段アンプよりＲ信号、Ｇ信号、Ｂ信号を得ること
が可能である。これの一実施例を第１３図に示
す。この第１３図も第１２図と同様、水平シフト
レジスタのまわりだけを示している。他は第１図
および第１１図と同じであり、ただ１列目はＲの
カラーフイルタ、２列目はＧのカラーフイルタ、
３列目はＢのカラーフイルタ、４列目はＲのカラ
ーフイルタという様にカラーフイルタがついてい
るものとする。第１３図に示すごとく、１列目、
４列目、７列目…の各垂直ラインは出力ライン１
１０に接続され、これはＲ信号をとりだす。又２
列目、５列目、８列目…の各垂直ラインは出力ラ
イン１１１に接続され、これはＧ信号をとりだ
す。又同様にして、３列目、６列目、９列目…の
各垂直ラインは出力ライン１１２に接続されたＢ
信号をとりだす。出力ライン１１０，１１１，１
１２はそれぞれオンチツプ化されたリフレツシユ
用MOSトランジスタおよび最終段アンプ、例え
ばエミツタフオロアタイプのバイボーラトランジ
スタに接続され、各カラー信号が別々に出力され
るわけである。
タを使用した時は、上記構成に係る光センサセル
を利用した光電変換装置ではそれぞれ別々の最終
段アンプよりＲ信号、Ｇ信号、Ｂ信号を得ること
が可能である。これの一実施例を第１３図に示
す。この第１３図も第１２図と同様、水平シフト
レジスタのまわりだけを示している。他は第１図
および第１１図と同じであり、ただ１列目はＲの
カラーフイルタ、２列目はＧのカラーフイルタ、
３列目はＢのカラーフイルタ、４列目はＲのカラ
ーフイルタという様にカラーフイルタがついてい
るものとする。第１３図に示すごとく、１列目、
４列目、７列目…の各垂直ラインは出力ライン１
１０に接続され、これはＲ信号をとりだす。又２
列目、５列目、８列目…の各垂直ラインは出力ラ
イン１１１に接続され、これはＧ信号をとりだ
す。又同様にして、３列目、６列目、９列目…の
各垂直ラインは出力ライン１１２に接続されたＢ
信号をとりだす。出力ライン１１０，１１１，１
１２はそれぞれオンチツプ化されたリフレツシユ
用MOSトランジスタおよび最終段アンプ、例え
ばエミツタフオロアタイプのバイボーラトランジ
スタに接続され、各カラー信号が別々に出力され
るわけである。
本発明の他の実施例に係る光電変換装置を構成
する光センサセルの他の例の基本構造および動作
を説明するための図を第１４図に示す。またそれ
の等価回路および全体の回路構成図を第１５図ａ
に示す。
する光センサセルの他の例の基本構造および動作
を説明するための図を第１４図に示す。またそれ
の等価回路および全体の回路構成図を第１５図ａ
に示す。
第１４図に示す光センサセルは、同一の水平ス
キヤンパルスにより読出し動作、およびラインリ
フレツシユを同時に行なうことを可能とした光セ
ンサセルである。第１４図において、すでに第３
図で示した構成と異なる点は、第３図の場合水平
ライン配線１０に接続されるMOSキヤパシタ電
極９が一つだけであつたものが上下に隣接する光
センサセル側にもMOSキヤパシタ電極１２０が
接続され、１つの光センサセルからみた時に、ダ
ブルコンデンサタイプとなつていること、および
図において上下に隣接する光センサセルのエミツ
タ７，７′は２層配線にされた配線８、および
配線１２１、（第１４図では、垂直ラインが１
本に見えるが、絶縁層を介して２本のラインが配
置されている）に交互に接続、すなわちエミツタ
７はコンタクトホール１９を通して配線８に、
エミツタ７′はコンタクトホール１９′を通して配
線１２１にそれぞれ接続されていることが異な
つている。
キヤンパルスにより読出し動作、およびラインリ
フレツシユを同時に行なうことを可能とした光セ
ンサセルである。第１４図において、すでに第３
図で示した構成と異なる点は、第３図の場合水平
ライン配線１０に接続されるMOSキヤパシタ電
極９が一つだけであつたものが上下に隣接する光
センサセル側にもMOSキヤパシタ電極１２０が
接続され、１つの光センサセルからみた時に、ダ
ブルコンデンサタイプとなつていること、および
図において上下に隣接する光センサセルのエミツ
タ７，７′は２層配線にされた配線８、および
配線１２１、（第１４図では、垂直ラインが１
本に見えるが、絶縁層を介して２本のラインが配
置されている）に交互に接続、すなわちエミツタ
７はコンタクトホール１９を通して配線８に、
エミツタ７′はコンタクトホール１９′を通して配
線１２１にそれぞれ接続されていることが異な
つている。
これは第１５図ａの等価回路をみるとより明ら
かとする。すなわち、光センサセル１５２のベー
スに接続されたMOSキヤパシタ１５０は水平ラ
イン３１に接続され、MOSキヤパシタ１５１は
水平ライン３１′に接続されている。また光セン
サセル１５２の図において下に隣接する光センサ
セル１５２′のMOSキヤパシタ１５０′は共通す
る水平ライン３１′に接続されている。
かとする。すなわち、光センサセル１５２のベー
スに接続されたMOSキヤパシタ１５０は水平ラ
イン３１に接続され、MOSキヤパシタ１５１は
水平ライン３１′に接続されている。また光セン
サセル１５２の図において下に隣接する光センサ
セル１５２′のMOSキヤパシタ１５０′は共通す
る水平ライン３１′に接続されている。
光センサセル１５２のエミツタは垂直ライン３
８に、光センサセル１５２′のエミツタは垂直ラ
イン１３８に、光センサセル１５２″のエミツタ
は垂直ライン３８という様にそれぞれ交互に接続
されている。
８に、光センサセル１５２′のエミツタは垂直ラ
イン１３８に、光センサセル１５２″のエミツタ
は垂直ライン３８という様にそれぞれ交互に接続
されている。
第１５図ａの等価回路では、以上述べた基本の
光センサセル部以外で、第１図の撮像装置と異な
るのは、垂直ライン３８をリフレツシユするため
のスイツチングMOSトランジスタ４８のほかに
垂直ライン１３８をリフレツシユするためのスイ
ツチングMOSトランジスタ１４８、および垂直
ライン３８を選択するスイツチングMOSトラン
ジスタ４０のほか垂直ライン１３８を選択するた
めのスイツチングMOSトランジスタ１４０が追
加され、また出力アンプ系が一つ増設されてい
る。この出力系の構成は、各ラインをリフレツシ
ユするためのスイツチングMOSトランジスタ４
８、および１４８が接続されている様な構成と
し、さらに水平スキヤン用のスイツチングMOS
トランジスタを用いる第１５図ｂに示す様にして
出力アンプを一つだけにする構成もまた可能であ
る。第１５図ｂでは第１５図ａの垂直ライン選択
および出力アンプ系の部分だけを示している。
光センサセル部以外で、第１図の撮像装置と異な
るのは、垂直ライン３８をリフレツシユするため
のスイツチングMOSトランジスタ４８のほかに
垂直ライン１３８をリフレツシユするためのスイ
ツチングMOSトランジスタ１４８、および垂直
ライン３８を選択するスイツチングMOSトラン
ジスタ４０のほか垂直ライン１３８を選択するた
めのスイツチングMOSトランジスタ１４０が追
加され、また出力アンプ系が一つ増設されてい
る。この出力系の構成は、各ラインをリフレツシ
ユするためのスイツチングMOSトランジスタ４
８、および１４８が接続されている様な構成と
し、さらに水平スキヤン用のスイツチングMOS
トランジスタを用いる第１５図ｂに示す様にして
出力アンプを一つだけにする構成もまた可能であ
る。第１５図ｂでは第１５図ａの垂直ライン選択
および出力アンプ系の部分だけを示している。
この第１４図の光センサセルおよび第１５図ａ
に示す実施例によれば、次の様な動作が可能であ
る。すなわち、今水平ライン３１に接続された各
光センサセルの読出し動作が終了し、テレビ動作
における水平ブランキング期間にある時、垂直シ
フトレジスタ３２からの出力パルスが水平ライン
３１′に出力されるMOSキヤパシタ１５１を通し
て、読出しの終了した光センサセル１５２をリフ
レツシユする。このとき、スイツチングMOSト
ランジスタ４８は導通状態にされ、垂直ライン３
８は接地されている。
に示す実施例によれば、次の様な動作が可能であ
る。すなわち、今水平ライン３１に接続された各
光センサセルの読出し動作が終了し、テレビ動作
における水平ブランキング期間にある時、垂直シ
フトレジスタ３２からの出力パルスが水平ライン
３１′に出力されるMOSキヤパシタ１５１を通し
て、読出しの終了した光センサセル１５２をリフ
レツシユする。このとき、スイツチングMOSト
ランジスタ４８は導通状態にされ、垂直ライン３
８は接地されている。
また、水平ライン３１′に接続されたMOSキヤ
パシタ１５０′を通して光センサセル１５２′の出
力が垂直ライン１３８に読出される。このとき当
然のことながらスイツチングMOSトランジスタ
１４８は非導通状態になされ、垂直ライン１３８
は浮遊状態となつているわけである。この様に一
つの垂直スキヤンパルスにより、すでに読出しを
終了した光センサセルのリフレツシユと、次のラ
インの光センサセルの読出しが同一のパルスで同
時的に行なうことが可能である。このときすでに
説明した様にリフレツシユする時の電圧と読出し
時の電圧は、読出し時には、高速読乱しの必要性
からバイアス電圧をかけるので異なつてくるが、
これは第１４図に示すごとく、MOSキヤパシタ
電極９およびMOSキヤパシタ電極１２０の面積
を変えることにより各電極に同一の電圧が印加さ
れても各光センサセルのベースには異なる電圧が
かかる様な構成をとることにより達成されてい
る。
パシタ１５０′を通して光センサセル１５２′の出
力が垂直ライン１３８に読出される。このとき当
然のことながらスイツチングMOSトランジスタ
１４８は非導通状態になされ、垂直ライン１３８
は浮遊状態となつているわけである。この様に一
つの垂直スキヤンパルスにより、すでに読出しを
終了した光センサセルのリフレツシユと、次のラ
インの光センサセルの読出しが同一のパルスで同
時的に行なうことが可能である。このときすでに
説明した様にリフレツシユする時の電圧と読出し
時の電圧は、読出し時には、高速読乱しの必要性
からバイアス電圧をかけるので異なつてくるが、
これは第１４図に示すごとく、MOSキヤパシタ
電極９およびMOSキヤパシタ電極１２０の面積
を変えることにより各電極に同一の電圧が印加さ
れても各光センサセルのベースには異なる電圧が
かかる様な構成をとることにより達成されてい
る。
すなわち、リフレツシユ用MOSキヤパシタの
面積は、読出し用MOSキヤパシタの面積にくら
べて小さくなつている。この例にように、センサ
セル全部を一括リフレツシユするのではなく、一
ラインずつリフレツシユしていく場合には、第３
図ｂに示される様にコレクタをｎ型あるいはｎ基
板で構成しておいてもよいが、水平ラインごとに
コレクタを分離して設けたほうが望ましいことが
ある。コルクタが基板になつている場合には、全
光センサセルのコレクタが共通領域となつている
ため、蓄積および受光読出し状態ではコレクタに
一定のバイアス電圧が加わつた状態になつてい
る。もちろん、すでに説明したようにコレクタに
バイアス電圧が加わつた状態でも浮遊ベースのリ
フレツシユは、エミツタの間で行なえる。ただ
し、この場合には、ベース領域のリフレツシユが
行なわれると同時に、リフレツシユパルスが印加
されたセルのエミツタコレクタ間に無駄な電流が
流れ、消費電力を大きくするという欠点が伴う。
こうした欠点を克服するためには、全センサセル
のコレクタを共通領域とせずに、各水平ラインに
並ぶセンサセルのコレクタは共通になるが、各水
平ラインごとのコレクタは互いに分離された構造
にする。すなわち、第３図の構造に関連させて説
明すれば、基板はｐ型にして、ｐ型基板中にコレ
クタ各水平ラインごとに互いに分離されたn+埋
込領域を設けた構造にする。隣り合う水平ライン
のn+埋込領域の分離は、ｐ領域を間に介在させ
る構造でもよい。水平ラインに沿つて埋込まれる
コレクタのキヤパシタを減少させるには、絶縁物
分離の方が優れている。第３図では、コレクタが
基板で構成されているから、センサセルを囲む分
離領域はすべてほとんど同じ深さまで設けられて
いる。一方、各水平ラインごとのコレクタを互い
に分離するには、水平ライン方向の分離領域を垂
直ライン方向の分離領域より必要な値だけ深くし
ておくことになる。
面積は、読出し用MOSキヤパシタの面積にくら
べて小さくなつている。この例にように、センサ
セル全部を一括リフレツシユするのではなく、一
ラインずつリフレツシユしていく場合には、第３
図ｂに示される様にコレクタをｎ型あるいはｎ基
板で構成しておいてもよいが、水平ラインごとに
コレクタを分離して設けたほうが望ましいことが
ある。コルクタが基板になつている場合には、全
光センサセルのコレクタが共通領域となつている
ため、蓄積および受光読出し状態ではコレクタに
一定のバイアス電圧が加わつた状態になつてい
る。もちろん、すでに説明したようにコレクタに
バイアス電圧が加わつた状態でも浮遊ベースのリ
フレツシユは、エミツタの間で行なえる。ただ
し、この場合には、ベース領域のリフレツシユが
行なわれると同時に、リフレツシユパルスが印加
されたセルのエミツタコレクタ間に無駄な電流が
流れ、消費電力を大きくするという欠点が伴う。
こうした欠点を克服するためには、全センサセル
のコレクタを共通領域とせずに、各水平ラインに
並ぶセンサセルのコレクタは共通になるが、各水
平ラインごとのコレクタは互いに分離された構造
にする。すなわち、第３図の構造に関連させて説
明すれば、基板はｐ型にして、ｐ型基板中にコレ
クタ各水平ラインごとに互いに分離されたn+埋
込領域を設けた構造にする。隣り合う水平ライン
のn+埋込領域の分離は、ｐ領域を間に介在させ
る構造でもよい。水平ラインに沿つて埋込まれる
コレクタのキヤパシタを減少させるには、絶縁物
分離の方が優れている。第３図では、コレクタが
基板で構成されているから、センサセルを囲む分
離領域はすべてほとんど同じ深さまで設けられて
いる。一方、各水平ラインごとのコレクタを互い
に分離するには、水平ライン方向の分離領域を垂
直ライン方向の分離領域より必要な値だけ深くし
ておくことになる。
各水平ラインごとにコレクタが分離されていれ
ば、読出しが終つて、リフレツシユ動作が始まる
時に、その水平ラインのコレクタの電圧を接地す
れば、前述したようなエミツタコレクタ間電流は
流れず、消費電力の増加をもたらさない。リフレ
ツシユが終つて光信号による電荷蓄積動作に入る
時に、ふたたびコレクタ領域には所定のバイアス
電圧を印加する。
ば、読出しが終つて、リフレツシユ動作が始まる
時に、その水平ラインのコレクタの電圧を接地す
れば、前述したようなエミツタコレクタ間電流は
流れず、消費電力の増加をもたらさない。リフレ
ツシユが終つて光信号による電荷蓄積動作に入る
時に、ふたたびコレクタ領域には所定のバイアス
電圧を印加する。
また第１５図ａの等価回路によれば、各水平ラ
インごとに出力は出力端子４７および１４７に交
互に出力されることになる。これは、すでに説明
したごとく、第１５図ｂの様な構成にすることに
より一つのアンプから出力をとりだすことも可能
である。
インごとに出力は出力端子４７および１４７に交
互に出力されることになる。これは、すでに説明
したごとく、第１５図ｂの様な構成にすることに
より一つのアンプから出力をとりだすことも可能
である。
以上説明した様に本実施例によれば、比較的簡
単な構成で、ラインリフレツシユが可能となり、
通常のテレビカメラ等の応用分野にも適用するこ
とができる。
単な構成で、ラインリフレツシユが可能となり、
通常のテレビカメラ等の応用分野にも適用するこ
とができる。
本発明の他の実施例としては、光センサセルに
複数のエミツタを設けた構成あるいは、一つのエ
ミツタに複数のコンタクトを設けた構成により、
一つの光センサセルから複数の出力をとりだすタ
イプが考えられる。
複数のエミツタを設けた構成あるいは、一つのエ
ミツタに複数のコンタクトを設けた構成により、
一つの光センサセルから複数の出力をとりだすタ
イプが考えられる。
これは本発明による光電変換装置の各光センサ
セルが増幅機能をもつことから、一つの光センサ
セルから複数の出力をとりだすために、各光セン
サセルに複数の配線容量が接続されても、光セン
サセルの内部で発生した蓄積電圧Vpが、まつた
く減衰することなしに各出力に読出すことが可能
であることに起因している。
セルが増幅機能をもつことから、一つの光センサ
セルから複数の出力をとりだすために、各光セン
サセルに複数の配線容量が接続されても、光セン
サセルの内部で発生した蓄積電圧Vpが、まつた
く減衰することなしに各出力に読出すことが可能
であることに起因している。
この様に、各光センサセルから複数の出力をと
りだすことができる構成により、各光センサセル
を多数配列してなる光電変換装置に対して信号処
理あるいは雑音対策等に対して多くの利点を付加
することが可能である。
りだすことができる構成により、各光センサセル
を多数配列してなる光電変換装置に対して信号処
理あるいは雑音対策等に対して多くの利点を付加
することが可能である。
次に本発明に係る光電変換装置の一製法例につ
いて説明する。第１６図に、選択エピタキシヤル
成長（N.Endo et al、“Novel deviceisolation
technology with selected epitaxial growth”
Tech.Dig.of 1982 IEDM、pp.241−244参照）を
用いたその製法の一例を示す。
いて説明する。第１６図に、選択エピタキシヤル
成長（N.Endo et al、“Novel deviceisolation
technology with selected epitaxial growth”
Tech.Dig.of 1982 IEDM、pp.241−244参照）を
用いたその製法の一例を示す。
１〜10×1016cm-3程度の不純物濃度のｎ形Si基
板１の裏面側に、コンタクト用のn+領域１１を、
AsあるいはＰの拡散で設ける。n+領域からのオ
ートドーピングを防ぐために、図には示さないが
酸化膜及び窒化膜を裏面に通常は設けておく。
板１の裏面側に、コンタクト用のn+領域１１を、
AsあるいはＰの拡散で設ける。n+領域からのオ
ートドーピングを防ぐために、図には示さないが
酸化膜及び窒化膜を裏面に通常は設けておく。
基板１は、不純物濃度及び酸素濃度が均一に制
御されたものを用いる。すなわち、キヤリアライ
ンタイムがウエハで十分に長くかつ均一な結晶ウ
エハを用いる。その様なものとしては例えば
MCZ法による結晶が適している。基板１の表面
に略々1μｍ程度の酸化膜をウエツト酸化により
形成する。すなわち、H2O雰囲気かあるいは
（H2＋O2）雰囲気で酸化する。積層欠陥等を生じ
させずに良好な酸化膜を得るには、900℃程度の
温度での高圧酸化が適している。
御されたものを用いる。すなわち、キヤリアライ
ンタイムがウエハで十分に長くかつ均一な結晶ウ
エハを用いる。その様なものとしては例えば
MCZ法による結晶が適している。基板１の表面
に略々1μｍ程度の酸化膜をウエツト酸化により
形成する。すなわち、H2O雰囲気かあるいは
（H2＋O2）雰囲気で酸化する。積層欠陥等を生じ
させずに良好な酸化膜を得るには、900℃程度の
温度での高圧酸化が適している。
その上に、たとえば２〜4μｍ程度の厚さの
SiO2膜をCVDで堆積する。（N2＋SiH4＋O2）ガ
ス系で300〜500℃程度の温度で所望の厚さの
SiO2膜を堆積する。O2／SiH4のモル比は温度に
もよるが４〜40程度に設定する。フオトリソグラ
フイ工程により、セル間の分離領域となる部分の
酸化膜を残して他の領域の酸化膜は、（CF4＋
H2）、C2F4、CH2F2等のガスを用いたリアクテイ
ブイオンエツチングで除去する（第１６図の工程
ａ）、例えば、10×10μm2に１画素を設ける場合
には、10μｍピツチのメツシユ状にSiO2膜を残
す。SiO2膜の幅はたとえば2μｍ程度に選ばれる。
リアクテイブイオンエツチングによる表面のダメ
ージ層及び汚染層を、Ar／Cl2ガス系プラズマエ
ツチングかウエツトエツチングによつて除去した
後、超高真空中におる蒸着かもしくは、ロードロ
ツク形式で十分に雰囲気が清浄になされたスパツ
タ、あるいは、SiH4ガスにCO2レーザ光線を照
射する減圧光CVDで、アモルフアスシリコン３
０１を堆積する（第１６図の工程ｂ）、CBrF3、
CCl2F2、Cl2等のガスを用いたリアクテイブイオ
ンエツチングによる異方性エツチによりSiO2層
側面に堆積している以外のアモルフアスシリコン
を除去する（第１６図の程工ｃ）、前と同様に、
ダメージ層と汚染層を十分除去した後、シリコン
基板表面を十分清浄に洗浄し、（H2＋SiH2、Cl2
＋HCl）ガス系によりシリコン層の選択成長を行
なう。数10Torrの減圧状態で成長は行ない、基
板温度は900〜1000℃、HClのモル比をある程度
以上高い値に設定する。HClの量が少なすぎると
選択成長は起こらない。シリコン基板上にはシリ
コン結晶層が成長するが、SiO2層上のシリコン
はHClによつてエツチングされてしまうため、
SiO2層上にはシリコンは堆積しない（第１６図
ｄ）。n-層５の厚さは例えば３〜5μｍ程度であ
る。不純物濃度は好ましは1012〜1016cm-3程度に
設定する。もちろん、この範囲をずれてもよくい
が、pn-接合の拡散電位で完全に空乏化するかも
しくはコレクタに動作電厚を印加した状態では、
少なくともn-領域が完全に空乏化するような不
純物濃度および圧さに選ぶのが望ましい。
SiO2膜をCVDで堆積する。（N2＋SiH4＋O2）ガ
ス系で300〜500℃程度の温度で所望の厚さの
SiO2膜を堆積する。O2／SiH4のモル比は温度に
もよるが４〜40程度に設定する。フオトリソグラ
フイ工程により、セル間の分離領域となる部分の
酸化膜を残して他の領域の酸化膜は、（CF4＋
H2）、C2F4、CH2F2等のガスを用いたリアクテイ
ブイオンエツチングで除去する（第１６図の工程
ａ）、例えば、10×10μm2に１画素を設ける場合
には、10μｍピツチのメツシユ状にSiO2膜を残
す。SiO2膜の幅はたとえば2μｍ程度に選ばれる。
リアクテイブイオンエツチングによる表面のダメ
ージ層及び汚染層を、Ar／Cl2ガス系プラズマエ
ツチングかウエツトエツチングによつて除去した
後、超高真空中におる蒸着かもしくは、ロードロ
ツク形式で十分に雰囲気が清浄になされたスパツ
タ、あるいは、SiH4ガスにCO2レーザ光線を照
射する減圧光CVDで、アモルフアスシリコン３
０１を堆積する（第１６図の工程ｂ）、CBrF3、
CCl2F2、Cl2等のガスを用いたリアクテイブイオ
ンエツチングによる異方性エツチによりSiO2層
側面に堆積している以外のアモルフアスシリコン
を除去する（第１６図の程工ｃ）、前と同様に、
ダメージ層と汚染層を十分除去した後、シリコン
基板表面を十分清浄に洗浄し、（H2＋SiH2、Cl2
＋HCl）ガス系によりシリコン層の選択成長を行
なう。数10Torrの減圧状態で成長は行ない、基
板温度は900〜1000℃、HClのモル比をある程度
以上高い値に設定する。HClの量が少なすぎると
選択成長は起こらない。シリコン基板上にはシリ
コン結晶層が成長するが、SiO2層上のシリコン
はHClによつてエツチングされてしまうため、
SiO2層上にはシリコンは堆積しない（第１６図
ｄ）。n-層５の厚さは例えば３〜5μｍ程度であ
る。不純物濃度は好ましは1012〜1016cm-3程度に
設定する。もちろん、この範囲をずれてもよくい
が、pn-接合の拡散電位で完全に空乏化するかも
しくはコレクタに動作電厚を印加した状態では、
少なくともn-領域が完全に空乏化するような不
純物濃度および圧さに選ぶのが望ましい。
通常入手できるHClガスには大量の水分が含ま
れているため、シリコン基板表面で常に酸化膜が
形成されるというようなことになつて、到底高品
質のエピタキシヤル成長は望めない。水分の多い
HClは、ボンベに入つている状態でボンベの材料
と反応し鉄分を中心とする重金属を大量に含むこ
とになつて、重金属汚染の多いエピタキシヤル層
になり易い。光センサセルに使用するエピタキシ
ヤル層は、暗電流成分が少ない程望ましいわけで
あるから、重金属による汚染は極限まで抑える必
要がある。SiH2Cl2に超高純度の材料を使用する
ことはもちろんであるが、HClには時に水分の少
ない、望ましくは少なくとも水分含有量が
0.5ppm以下のものを使用する。もちろん、水分
含有量は少ない程よい。エピタキシヤル成長層を
さらに高品質にするには、基板をまず1150〜1250
℃程度の高温処理で表面近傍から酸素を除去し
て、その後800℃程度の長時間熱処理により基板
内部にマイクロデイフエクトを多数発生させ、デ
ヌーデツトゾーンを有するイントリシツクゲツタ
リングの行える基板にしておくこともきわめて有
効でである。分離領域としてのSiO2層４が存在
した状態でのエピタキシヤル成長を行なうわけで
あるから、SiO2からの酸素のとり込みを少なく
するため、成長温度は低いほど望ましい。通常よ
く使われる高周波加熱法では、カーボンサセプタ
からの汚染が多くて、より一層の低温化は難し
い。反応室内にカーボンサセプタなど持込まない
ランプ加熱によるウエハ直接加熱法が成長雰囲気
をもつともクリーンにできて、高品質エピタキシ
ヤル層を低温で成長させられる。
れているため、シリコン基板表面で常に酸化膜が
形成されるというようなことになつて、到底高品
質のエピタキシヤル成長は望めない。水分の多い
HClは、ボンベに入つている状態でボンベの材料
と反応し鉄分を中心とする重金属を大量に含むこ
とになつて、重金属汚染の多いエピタキシヤル層
になり易い。光センサセルに使用するエピタキシ
ヤル層は、暗電流成分が少ない程望ましいわけで
あるから、重金属による汚染は極限まで抑える必
要がある。SiH2Cl2に超高純度の材料を使用する
ことはもちろんであるが、HClには時に水分の少
ない、望ましくは少なくとも水分含有量が
0.5ppm以下のものを使用する。もちろん、水分
含有量は少ない程よい。エピタキシヤル成長層を
さらに高品質にするには、基板をまず1150〜1250
℃程度の高温処理で表面近傍から酸素を除去し
て、その後800℃程度の長時間熱処理により基板
内部にマイクロデイフエクトを多数発生させ、デ
ヌーデツトゾーンを有するイントリシツクゲツタ
リングの行える基板にしておくこともきわめて有
効でである。分離領域としてのSiO2層４が存在
した状態でのエピタキシヤル成長を行なうわけで
あるから、SiO2からの酸素のとり込みを少なく
するため、成長温度は低いほど望ましい。通常よ
く使われる高周波加熱法では、カーボンサセプタ
からの汚染が多くて、より一層の低温化は難し
い。反応室内にカーボンサセプタなど持込まない
ランプ加熱によるウエハ直接加熱法が成長雰囲気
をもつともクリーンにできて、高品質エピタキシ
ヤル層を低温で成長させられる。
反応室におけるウエハ支持具は、より蒸気圧の
低い超高純度溶融サフアイアが適している。原材
料ガスの予熱が容易に行え、かつ大流量のガスが
流れるいる状態でもウエハ面内温度を均一化し易
い、すなわちサーマルストレスがほとんど発生し
ないランプ加熱によるウエハ直接加熱法は、高品
質エピタキシヤル層を得るのに適している。成長
時にウエハ表面への紫外線照射は、エピタキシヤ
ル層の品質をさらに向上させる。
低い超高純度溶融サフアイアが適している。原材
料ガスの予熱が容易に行え、かつ大流量のガスが
流れるいる状態でもウエハ面内温度を均一化し易
い、すなわちサーマルストレスがほとんど発生し
ないランプ加熱によるウエハ直接加熱法は、高品
質エピタキシヤル層を得るのに適している。成長
時にウエハ表面への紫外線照射は、エピタキシヤ
ル層の品質をさらに向上させる。
分離領域４となるSiO2層の側壁にはアモルフ
アスシリコンが堆積している（第１６図の工程
ｃ）。アモルフアスシリコンは固相成長で単結晶
化し易いため、SiO2分離領域４との界面近傍の
結晶が非常に優れたものになる。高抵抗n-層５
を選択エピタキシヤル成長により形成した後（第
１６図の工程ｄ）、表面濃度１〜20×1016cm-3程
度のｐ領域６を、ドープトオキサイドからの拡散
か、あるいは低ドーズのイオン注入層をソースと
した拡散により所定の深さまで形成する。ｐ領域
６の深さはたとえば0.6〜1μｍ程度である。
アスシリコンが堆積している（第１６図の工程
ｃ）。アモルフアスシリコンは固相成長で単結晶
化し易いため、SiO2分離領域４との界面近傍の
結晶が非常に優れたものになる。高抵抗n-層５
を選択エピタキシヤル成長により形成した後（第
１６図の工程ｄ）、表面濃度１〜20×1016cm-3程
度のｐ領域６を、ドープトオキサイドからの拡散
か、あるいは低ドーズのイオン注入層をソースと
した拡散により所定の深さまで形成する。ｐ領域
６の深さはたとえば0.6〜1μｍ程度である。
ｐ領域６の厚さと不純物濃度は以下のような考
えで決定する。感度を上げようとすれば、ｐ領域
６の不純物濃度を下げてCbeを小さすることが望
ましい。Cbeは略々次のように与えられる。
えで決定する。感度を上げようとすれば、ｐ領域
６の不純物濃度を下げてCbeを小さすることが望
ましい。Cbeは略々次のように与えられる。
Cbe＝Aeε（ｑ・NA／2εVbi）1/2
ただし、Vbiはエミツタ・ベーツ間拡散電位で
あり、 Vbi＝kT／ｑ1nNDNA／ni 2 で与えられる。ここで、εはシリコン結晶の誘電
率、NDはエツタの不純物濃度、NAはベースのエ
ミツタに隣接する部分の不純物密度、niは眞性キ
ヤリア濃度である。NAを小さくするほどCbeは
小さくなつて、感度は上昇するが、NAをあまり
小さくしすぎるとベース領域が動作状態に完全に
空乏化してパンチングスルー状態になつてしまう
ため、あまり低くは出来ない。ベース領域が完全
に空乏化してパンチングスルー状態にならない程
度に設足する。
あり、 Vbi＝kT／ｑ1nNDNA／ni 2 で与えられる。ここで、εはシリコン結晶の誘電
率、NDはエツタの不純物濃度、NAはベースのエ
ミツタに隣接する部分の不純物密度、niは眞性キ
ヤリア濃度である。NAを小さくするほどCbeは
小さくなつて、感度は上昇するが、NAをあまり
小さくしすぎるとベース領域が動作状態に完全に
空乏化してパンチングスルー状態になつてしまう
ため、あまり低くは出来ない。ベース領域が完全
に空乏化してパンチングスルー状態にならない程
度に設足する。
その後、シリコン基板表面に（H2＋O2）ガス
系スチーム酸化により数10Åから数100Å程度の
厚さの熱酸化膜３を、800〜900℃程度の温度で形
成する。その上に、（SiH4＋NH3）系ガスの
CVDで窒化膜（Si3N4）３０２を500〜1500Å程
度の厚さで形成する。形成温度は700〜900℃程度
である。NH3ガスも、HClガスと並んで通常入
手できる製品は、大量に水分を含んでいる。水分
の多いNH3ガスを原材料に使うと、酸素濃度の
多い窒素膜となり、再現性に乏しくなると同時
に、その後のSiO2膜との選択エツチングで選択
比が取れないという結果を招く。NH3ガスも、
少なくとも水分含有量が0.5ppm以下のものにす
る。水分含有量は少ない程望ましいことはいうま
でもない。窒化膜３０２の上にさらにPSG膜３
００をCVDにより堆積する。ガス系は、たとえ
ば、（N2＋SiH4＋O2＋PH3）を用いて、300〜
450℃程度の温度で2000〜3000Å程度の厚さの
PSG膜をCVDにより堆積する（第１６図の工程
ｅ）。２度のマスク合わせ工程を含むフオトリソ
グラフイー工程により、n+領域７上と、リフレ
ツシユ及び読出しパルス印加電極上に、Asドー
プのポリシリコン膜３０４を堆積する。この場合
ｐドープのポリシリコン膜を使つてもよい。たと
えば、２回のフオトリソグラフイー工程により、
エミツタ上は、PSG膜、Si3N4膜、SiO2膜をすべ
て除去し、リフレツシユおよび読出しパルス印加
電極を設ける部分には下地のSiO2膜を残して、
PSG膜とSi3N4膜のみエツチングする。その後、
Asドープのポリシリコンを、（N2＋SiH4＋
AsH3）もしくは（H2＋SiH4＋AsH3）ガスで
CVD法により堆積する。堆積温度は550℃〜700
℃程度、膜厚は1000〜2000Åである。ノンドープ
のポリシリコンをCVD法で堆積しておいて、そ
の後As又はＰを拡散してももちろんよい。エミ
ツタとリフレツシユ及び読出しパルス印加電極上
を除いた他の部分のポリシコン膜をマスク合わせ
フオトリソグラフイー工程の後エツチングで除去
する。さらに、PSG膜をエツチグンすると、リ
フトオフによりPSG膜に堆積していたポリシリ
コンはセルフアライン的に除去されてしまう（第
１６図の工程ｆ）。ポリシリコン膜のエツチング
はC2Cl2F4、（CBrF3＋Cl2）等のガス系でエツチ
ングし、Si3N4膜はCH2F2等のガスでエツチング
する。
系スチーム酸化により数10Åから数100Å程度の
厚さの熱酸化膜３を、800〜900℃程度の温度で形
成する。その上に、（SiH4＋NH3）系ガスの
CVDで窒化膜（Si3N4）３０２を500〜1500Å程
度の厚さで形成する。形成温度は700〜900℃程度
である。NH3ガスも、HClガスと並んで通常入
手できる製品は、大量に水分を含んでいる。水分
の多いNH3ガスを原材料に使うと、酸素濃度の
多い窒素膜となり、再現性に乏しくなると同時
に、その後のSiO2膜との選択エツチングで選択
比が取れないという結果を招く。NH3ガスも、
少なくとも水分含有量が0.5ppm以下のものにす
る。水分含有量は少ない程望ましいことはいうま
でもない。窒化膜３０２の上にさらにPSG膜３
００をCVDにより堆積する。ガス系は、たとえ
ば、（N2＋SiH4＋O2＋PH3）を用いて、300〜
450℃程度の温度で2000〜3000Å程度の厚さの
PSG膜をCVDにより堆積する（第１６図の工程
ｅ）。２度のマスク合わせ工程を含むフオトリソ
グラフイー工程により、n+領域７上と、リフレ
ツシユ及び読出しパルス印加電極上に、Asドー
プのポリシリコン膜３０４を堆積する。この場合
ｐドープのポリシリコン膜を使つてもよい。たと
えば、２回のフオトリソグラフイー工程により、
エミツタ上は、PSG膜、Si3N4膜、SiO2膜をすべ
て除去し、リフレツシユおよび読出しパルス印加
電極を設ける部分には下地のSiO2膜を残して、
PSG膜とSi3N4膜のみエツチングする。その後、
Asドープのポリシリコンを、（N2＋SiH4＋
AsH3）もしくは（H2＋SiH4＋AsH3）ガスで
CVD法により堆積する。堆積温度は550℃〜700
℃程度、膜厚は1000〜2000Åである。ノンドープ
のポリシリコンをCVD法で堆積しておいて、そ
の後As又はＰを拡散してももちろんよい。エミ
ツタとリフレツシユ及び読出しパルス印加電極上
を除いた他の部分のポリシコン膜をマスク合わせ
フオトリソグラフイー工程の後エツチングで除去
する。さらに、PSG膜をエツチグンすると、リ
フトオフによりPSG膜に堆積していたポリシリ
コンはセルフアライン的に除去されてしまう（第
１６図の工程ｆ）。ポリシリコン膜のエツチング
はC2Cl2F4、（CBrF3＋Cl2）等のガス系でエツチ
ングし、Si3N4膜はCH2F2等のガスでエツチング
する。
次に、PSG膜３０５を、すでに述べたような
ガス系のCVD法で堆積した後、マスク合わせ工
程とエツチング工程とにより、リフレツシユパル
ス及び読出しパルス電極用ポリシリコン膜上にコ
ンタクトホールを開ける。こうした状態で、Al、
Al−Si、Al−Cu−Si等の金属を真空蒸着もしく
はスパツタによつて堆積するか、あるいは
（CH3）3AlやAlCl3を原材料ガスとするプラズマ
CVD法、あるいはまた上記原材料ガスのAl−Ｃ
ボンドやAl−Clボンドを直接光照射により切断
する光照射CVD法によりAlを堆積する。
（CH3）3AlやAlCl3を原材料ガスとして上記のよう
なCVD法を行なう場合には、大過剰に水素を流
しておく。細くてかつ急峻なコンタクトホールに
Alを堆積するには、水分や酸素混入のまつたく
ないクリーン雰囲気の中で300〜400℃膜厚に基板
温度を上げたCVD法が優れている。第３図に示
された金属配線１０のパターニングを終えた後、
層間絶縁膜３０６をCVD法で堆積する。３０６
は、前述したPSG膜、あるいはCVD法SiO2膜、
あるいは耐水性等を考慮しする必要がある場合に
は、（SiH4＋NH3）ガス系のプラズマCVD法に
よつて形成たSi3N4膜である。Si3N4膜中の水素
の含有量を低く抑えるためには、（SiH4＋N2）ガ
ス系でのプラズマCVD法を使用する。
ガス系のCVD法で堆積した後、マスク合わせ工
程とエツチング工程とにより、リフレツシユパル
ス及び読出しパルス電極用ポリシリコン膜上にコ
ンタクトホールを開ける。こうした状態で、Al、
Al−Si、Al−Cu−Si等の金属を真空蒸着もしく
はスパツタによつて堆積するか、あるいは
（CH3）3AlやAlCl3を原材料ガスとするプラズマ
CVD法、あるいはまた上記原材料ガスのAl−Ｃ
ボンドやAl−Clボンドを直接光照射により切断
する光照射CVD法によりAlを堆積する。
（CH3）3AlやAlCl3を原材料ガスとして上記のよう
なCVD法を行なう場合には、大過剰に水素を流
しておく。細くてかつ急峻なコンタクトホールに
Alを堆積するには、水分や酸素混入のまつたく
ないクリーン雰囲気の中で300〜400℃膜厚に基板
温度を上げたCVD法が優れている。第３図に示
された金属配線１０のパターニングを終えた後、
層間絶縁膜３０６をCVD法で堆積する。３０６
は、前述したPSG膜、あるいはCVD法SiO2膜、
あるいは耐水性等を考慮しする必要がある場合に
は、（SiH4＋NH3）ガス系のプラズマCVD法に
よつて形成たSi3N4膜である。Si3N4膜中の水素
の含有量を低く抑えるためには、（SiH4＋N2）ガ
ス系でのプラズマCVD法を使用する。
プラズマCVD法によるダメージを現象させ形
成されたSi3N4膜の電気的耐圧を大きくし、かつ
リーク電流を小さくするには光CVD法による
Si3N4膜がすぐれている。光CVD法には２通りの
方法がある。（SiH4＋NH3＋Hg）ガス系で外部
から水銀ランプの2537Åに紫外線を照射する方法
と、（SiH4＋NH）3ガス系に水銀ランプの1849Å
に紫外線を照射する方法である。いずれも基板温
度は150〜350℃程度である。
成されたSi3N4膜の電気的耐圧を大きくし、かつ
リーク電流を小さくするには光CVD法による
Si3N4膜がすぐれている。光CVD法には２通りの
方法がある。（SiH4＋NH3＋Hg）ガス系で外部
から水銀ランプの2537Åに紫外線を照射する方法
と、（SiH4＋NH）3ガス系に水銀ランプの1849Å
に紫外線を照射する方法である。いずれも基板温
度は150〜350℃程度である。
マスク合わせ工程及びエツチング工程により、
エミツタ７上のポリシリコンに、絶縁膜３０５，
３０６を貫通したコンタクトホールをリアクテイ
ブイオンエツチで開けた後、前述した方法でAl、
Al−Si、Al−Cu−Si等の金属を堆積する。この
場合には、コンタクトホールのアスペクト比が大
きいので、CVD法による堆積の方がすぐれてい
る。第１図における金属配線８のパターニングを
終えた後、最終パツシベーシヨン膜としての
Si3N4膜あるいはPSG膜２をCVD法により堆積す
る第１６図ｇ）。
エミツタ７上のポリシリコンに、絶縁膜３０５，
３０６を貫通したコンタクトホールをリアクテイ
ブイオンエツチで開けた後、前述した方法でAl、
Al−Si、Al−Cu−Si等の金属を堆積する。この
場合には、コンタクトホールのアスペクト比が大
きいので、CVD法による堆積の方がすぐれてい
る。第１図における金属配線８のパターニングを
終えた後、最終パツシベーシヨン膜としての
Si3N4膜あるいはPSG膜２をCVD法により堆積す
る第１６図ｇ）。
この場合も、光CDV法による膜がすぐれてい
る。１２は裏面のAl、Al−Si等による金属電極
である。
る。１２は裏面のAl、Al−Si等による金属電極
である。
本発明の光電変換装置の製法には、実に多彩な
工程があり、第１６図はほんの一例を述べたに過
ぎない。
工程があり、第１６図はほんの一例を述べたに過
ぎない。
本発明の光電変換装置の重要な点は、ｐ領域６
とn-領域５の間及びｐ領域６とn+領域７の間に
リーク電流を如何に小さく抑えるかにある。n-
領域５のの品質を良好にして暗電流を少なくする
ことはもちろんであるが、酸化膜などよりなる分
離領域４とn-領域５の界面こそが問題である。
第１６図では、そのために、あらかじめ分離領域
４の側壁にアモルフアスSiを堆積しておいてエピ
タキシヤル成長を行なう方法を説明した。この場
合には、エピタキシヤル成長中に基板Siからの固
相成長でアモルフアスSiは単結晶化されるわけで
ある。エピタキシヤル成長は、850℃〜1000℃程
度と比較的高い温度で行われる。そのため、基板
Siからの固相成長によりアモルフアスSiが単結晶
化される前に、アモルフアスSi中に微結晶が成長
し始めてしまうことが多く、結晶性を悪くする原
因になる。温度が低い方が、固相成長する速度が
アモルフアスSi中に微結晶が成長し始める速度よ
り相対的にずつと大きくなるから、選択エピタキ
シヤル成長を行なう前に、550℃〜700℃程度の低
温処理で、アモルフアスSiを単結晶しておくと、
界面の特性は改善される。この時、基板Siとアモ
ルフアスSiの間に酸化膜等の層があると固相成長
の開始が遅れるため、両者の境界にはそうした層
が含まれないような超高清浄プロセスが必要であ
る。
とn-領域５の間及びｐ領域６とn+領域７の間に
リーク電流を如何に小さく抑えるかにある。n-
領域５のの品質を良好にして暗電流を少なくする
ことはもちろんであるが、酸化膜などよりなる分
離領域４とn-領域５の界面こそが問題である。
第１６図では、そのために、あらかじめ分離領域
４の側壁にアモルフアスSiを堆積しておいてエピ
タキシヤル成長を行なう方法を説明した。この場
合には、エピタキシヤル成長中に基板Siからの固
相成長でアモルフアスSiは単結晶化されるわけで
ある。エピタキシヤル成長は、850℃〜1000℃程
度と比較的高い温度で行われる。そのため、基板
Siからの固相成長によりアモルフアスSiが単結晶
化される前に、アモルフアスSi中に微結晶が成長
し始めてしまうことが多く、結晶性を悪くする原
因になる。温度が低い方が、固相成長する速度が
アモルフアスSi中に微結晶が成長し始める速度よ
り相対的にずつと大きくなるから、選択エピタキ
シヤル成長を行なう前に、550℃〜700℃程度の低
温処理で、アモルフアスSiを単結晶しておくと、
界面の特性は改善される。この時、基板Siとアモ
ルフアスSiの間に酸化膜等の層があると固相成長
の開始が遅れるため、両者の境界にはそうした層
が含まれないような超高清浄プロセスが必要であ
る。
アモルフアスSiの固相成長には上述したフアー
ナス成長の他に、基板をある程度の温度に保つて
おいて、フツシユランプ加熱あるいは赤外線ラン
プによる、たとえば数秒から数10秒程度のラピツ
ドアニール技術も有効である。こうした技術を使
うときには、SiO2層側壁に堆積するSiは、多結
晶でもよい。ただし、非常にクリーンなプロセス
で堆積し、多結晶体の結晶粒界に酸素、炭素等の
含まれない多結晶Siにしておく必要がある。
ナス成長の他に、基板をある程度の温度に保つて
おいて、フツシユランプ加熱あるいは赤外線ラン
プによる、たとえば数秒から数10秒程度のラピツ
ドアニール技術も有効である。こうした技術を使
うときには、SiO2層側壁に堆積するSiは、多結
晶でもよい。ただし、非常にクリーンなプロセス
で堆積し、多結晶体の結晶粒界に酸素、炭素等の
含まれない多結晶Siにしておく必要がある。
こうしたSiO2側面のSiが単結晶化された後、Si
の選択成長を行うことになる。
の選択成長を行うことになる。
SiO2分離領域４と高抵抗n-領域５界面のリー
ク電流がどうしても問題になる時は、高抵抗n-
領域５のSiO2分離領域４に隣接する部分だけ、
ｎ形の不純物濃度を高くしておくとこのリーク電
流の問題はさけられる。たとえば、分離SiO2領
域４に接触するn-領域５の0.3〜1μｍ程度の厚さ
の領域だけ、たとえば１〜10×1016cm-3程度にｎ
形の不純物濃度を高くするのである。この構成は
比較的容易に形成できる。基板１上に略々1μｍ
程度熱酸化膜を形成した後、その上にCVD法で
堆積する。SiO2膜をまず所要の厚さだけ、所定
の量のＰを含んだSiO2膜にしておく。さらにそ
の上にSiO2をCVD法で堆積するということで分
離領域４を作つておく。その後の高温プロセスで
分離領域４中にサンドイツチ状に存在する燐を含
んだSiO2膜から、燐が高抵抗n-領域５中に拡散
して、界面がもつとも不純物濃度が高いという良
好な不純物分布を作る。
ク電流がどうしても問題になる時は、高抵抗n-
領域５のSiO2分離領域４に隣接する部分だけ、
ｎ形の不純物濃度を高くしておくとこのリーク電
流の問題はさけられる。たとえば、分離SiO2領
域４に接触するn-領域５の0.3〜1μｍ程度の厚さ
の領域だけ、たとえば１〜10×1016cm-3程度にｎ
形の不純物濃度を高くするのである。この構成は
比較的容易に形成できる。基板１上に略々1μｍ
程度熱酸化膜を形成した後、その上にCVD法で
堆積する。SiO2膜をまず所要の厚さだけ、所定
の量のＰを含んだSiO2膜にしておく。さらにそ
の上にSiO2をCVD法で堆積するということで分
離領域４を作つておく。その後の高温プロセスで
分離領域４中にサンドイツチ状に存在する燐を含
んだSiO2膜から、燐が高抵抗n-領域５中に拡散
して、界面がもつとも不純物濃度が高いという良
好な不純物分布を作る。
すなわち、第１７図のような構造に構成するわ
けである。分離領域４が、３層構造に構成されて
いて、３０８は熱酸化膜SiO2、３０９は燐を含
んだCVD法SiO2膜、３０１はCVD法SiO2膜であ
る。分離領域４に隣接して、n-領域５中との間
に、ｎ領域３０７が、燐を含んだSiO2膜３０９
からの拡散で形成される。３０７はセル周辺全部
に形成されている。この構造にすると、ベース・
コレクタ間容量Cbcは大きくなるが、ベース・コ
レクタ間リーク電流は激減する。
けである。分離領域４が、３層構造に構成されて
いて、３０８は熱酸化膜SiO2、３０９は燐を含
んだCVD法SiO2膜、３０１はCVD法SiO2膜であ
る。分離領域４に隣接して、n-領域５中との間
に、ｎ領域３０７が、燐を含んだSiO2膜３０９
からの拡散で形成される。３０７はセル周辺全部
に形成されている。この構造にすると、ベース・
コレクタ間容量Cbcは大きくなるが、ベース・コ
レクタ間リーク電流は激減する。
第１６図では、あらかじめ分離用絶縁領域４を
作つておいて、選択エピタキシヤル成長を行なう
例について説明したが、基板上に必要な高抵抗
n-層のエピタキシヤル成長をしておいてから、
分離領域となるべき部分をリアクテイブイオンエ
ツチングによりメツシユ状に切り込んで分離領域
を形成する、Ｕグループ分離技術（A.Hayasaka
et al、“Ｕ−groove isolation technique for
high speed biolar VLSI′S″、Tech.Dig.of
IEDM.P.62、1982、参照）を使つて行なうこと
も出来る。
作つておいて、選択エピタキシヤル成長を行なう
例について説明したが、基板上に必要な高抵抗
n-層のエピタキシヤル成長をしておいてから、
分離領域となるべき部分をリアクテイブイオンエ
ツチングによりメツシユ状に切り込んで分離領域
を形成する、Ｕグループ分離技術（A.Hayasaka
et al、“Ｕ−groove isolation technique for
high speed biolar VLSI′S″、Tech.Dig.of
IEDM.P.62、1982、参照）を使つて行なうこと
も出来る。
本発明に係る光電変換装置は、絶縁物により構
成される分離領域に取り囲まれた領域に、その大
部分の領域が半導体ウエハ表面に隣接するベース
領域が浮遊状態になされたバイポーラトランジス
タを形成し、浮遊状態になされたベース領域の電
位を薄い絶縁層を介して前記ベース領域の一部に
設けた電極により制御することによつて、光情報
を光電変換する装置である。高不純物濃度領域よ
りなるエミツタ領域が、ベース領域の一部に設け
られており、このエミツタは水平スキヤンパルス
により動作するMOSトランジスタに接続されて
いる。前述した、浮遊ベース領域の一部に薄い絶
縁層を介して設けられた電極は、水平ラインに接
続されている。ウエハ内部に、設けられるコレク
タは、基板で構成されることもあるし、目的によ
つては反対導電型高抵抗基板に、各水平ラインご
とに分離された高濃度不純物埋込み領域で構成さ
れる場合もある。絶縁層を介して設けられた電極
で、浮遊ベース領域のリフレツシユを行なう時の
パルス電圧に対して、信号を読出す時の印加パル
ス電圧は実質的に大きい。実際に、２種類の電圧
を持つパルス列を用いてもよいし、ダブルキヤパ
シタ構造で説明したように、リフレツシユ用
MOSキヤパシタ電極の容量Cpxにくらべて読出し
用MOSキヤパシタ電極の容量Cpxを大きくしてお
いてもよい。リフレツシユパルス印加により、逆
バイアス状態になされた浮遊ベース領域に光励起
されたキヤリアを蓄積して光信号に基づいた信号
を記憶させ、該信号読出し時には、ベース・エミ
ツタ間が順方向に深くバイアスされるように読出
し用パルス電圧を印加して、高速度で信号を読出
せるようにしたことが特徴である。こうした特徴
を備えていれば、本発明の光電変換装置はいかな
る構造で実現してもよく、前記の実施例に述べら
れた構造に限定されないことはもちろんである。
成される分離領域に取り囲まれた領域に、その大
部分の領域が半導体ウエハ表面に隣接するベース
領域が浮遊状態になされたバイポーラトランジス
タを形成し、浮遊状態になされたベース領域の電
位を薄い絶縁層を介して前記ベース領域の一部に
設けた電極により制御することによつて、光情報
を光電変換する装置である。高不純物濃度領域よ
りなるエミツタ領域が、ベース領域の一部に設け
られており、このエミツタは水平スキヤンパルス
により動作するMOSトランジスタに接続されて
いる。前述した、浮遊ベース領域の一部に薄い絶
縁層を介して設けられた電極は、水平ラインに接
続されている。ウエハ内部に、設けられるコレク
タは、基板で構成されることもあるし、目的によ
つては反対導電型高抵抗基板に、各水平ラインご
とに分離された高濃度不純物埋込み領域で構成さ
れる場合もある。絶縁層を介して設けられた電極
で、浮遊ベース領域のリフレツシユを行なう時の
パルス電圧に対して、信号を読出す時の印加パル
ス電圧は実質的に大きい。実際に、２種類の電圧
を持つパルス列を用いてもよいし、ダブルキヤパ
シタ構造で説明したように、リフレツシユ用
MOSキヤパシタ電極の容量Cpxにくらべて読出し
用MOSキヤパシタ電極の容量Cpxを大きくしてお
いてもよい。リフレツシユパルス印加により、逆
バイアス状態になされた浮遊ベース領域に光励起
されたキヤリアを蓄積して光信号に基づいた信号
を記憶させ、該信号読出し時には、ベース・エミ
ツタ間が順方向に深くバイアスされるように読出
し用パルス電圧を印加して、高速度で信号を読出
せるようにしたことが特徴である。こうした特徴
を備えていれば、本発明の光電変換装置はいかな
る構造で実現してもよく、前記の実施例に述べら
れた構造に限定されないことはもちろんである。
たとえば、前記の実施例で説明した構造と導電
型がまつたく反転した構造でも、もちろん同様で
ある。ただし、この時には印加電圧の極性を完全
に反転する必要がある。導電型がまつたく反転し
た構造では、領域はｎ型になる。すなわち、ベー
スを構成する不純物はAsやＰになる。AsやＰを
含む領域の表面を酸化すると、AsやＰはSi／
SiO2界面のSi側にパイルアツプする。すなわち、
ベース内部に表面から内部に向う強いドリフト電
解が生じて、光励起されたホールはただちにベー
スからコレクタ側に抜け、ベースにはエレクトロ
ンが効率よく蓄積される。
型がまつたく反転した構造でも、もちろん同様で
ある。ただし、この時には印加電圧の極性を完全
に反転する必要がある。導電型がまつたく反転し
た構造では、領域はｎ型になる。すなわち、ベー
スを構成する不純物はAsやＰになる。AsやＰを
含む領域の表面を酸化すると、AsやＰはSi／
SiO2界面のSi側にパイルアツプする。すなわち、
ベース内部に表面から内部に向う強いドリフト電
解が生じて、光励起されたホールはただちにベー
スからコレクタ側に抜け、ベースにはエレクトロ
ンが効率よく蓄積される。
ベースがｐ型の場合には、通常使われる不純物
はボロンである。ボロンを含むｐ領域表面を熱酸
化すると、ボロンは酸化膜中に取り込まれるた
め、Si／SiO2界面近傍のSi中におけるボロン濃度
はやや内部のボロン濃度より低くなる。この深さ
は、酸化膜厚にもよるが、通常数100Åである。
この界面近傍には、エレクトロンに対する逆ドリ
フト電界が生じ、この領域に光励起されたエレク
トロンは、表面に集められる傾向にある。このま
まだと、この逆ドリフト電界を生じている領域は
不感領域になるが、表面に沿つた一部にn+領域
が、本発明の光電変換装置では存在しているた
め、ｐ領域のSi／SiO2界面に集まつたエレクト
ロンは、このn+領域に再結合される前に流れ込
む。そのために、たとえばボロンがSi／SiO2界
面近傍で減少していて、逆ドリフト電界が生じる
ような領域が存在しても、ほとんど不感領域には
ならない。むしろ、こうした領域がSi／SiO2界
面に存在すると、蓄積されたホールをSi／SiO2
界面から引き離して内部に存在させるようにする
ために、ホールが界面で消滅する効果が無くな
り、ｐ層のベースにおけるホール蓄積効果が良好
となり、きわめて望ましい。
はボロンである。ボロンを含むｐ領域表面を熱酸
化すると、ボロンは酸化膜中に取り込まれるた
め、Si／SiO2界面近傍のSi中におけるボロン濃度
はやや内部のボロン濃度より低くなる。この深さ
は、酸化膜厚にもよるが、通常数100Åである。
この界面近傍には、エレクトロンに対する逆ドリ
フト電界が生じ、この領域に光励起されたエレク
トロンは、表面に集められる傾向にある。このま
まだと、この逆ドリフト電界を生じている領域は
不感領域になるが、表面に沿つた一部にn+領域
が、本発明の光電変換装置では存在しているた
め、ｐ領域のSi／SiO2界面に集まつたエレクト
ロンは、このn+領域に再結合される前に流れ込
む。そのために、たとえばボロンがSi／SiO2界
面近傍で減少していて、逆ドリフト電界が生じる
ような領域が存在しても、ほとんど不感領域には
ならない。むしろ、こうした領域がSi／SiO2界
面に存在すると、蓄積されたホールをSi／SiO2
界面から引き離して内部に存在させるようにする
ために、ホールが界面で消滅する効果が無くな
り、ｐ層のベースにおけるホール蓄積効果が良好
となり、きわめて望ましい。
以上説明してきたように本発明の光電変換装置
は、浮遊状態になされた制御電極領域であるベー
ス領域に光により励起されたキヤリアを蓄積する
ものである。すなわち、Base Store Imeage
Sensorと呼ばれるべき装置であり、BASISと略
称する。
は、浮遊状態になされた制御電極領域であるベー
ス領域に光により励起されたキヤリアを蓄積する
ものである。すなわち、Base Store Imeage
Sensorと呼ばれるべき装置であり、BASISと略
称する。
なお、本発明に係る光電変換装置は以上述べた
固体撮像装置の外に、たとえば、画像入力装置、
フアクシミリ、ワークステイシヨン、デジタル複
写機、ワープロ等の画像入力装置、OCR、バー
コード読取り装置、カメラ、ビデオカメラ、８ミ
リカメラ等のオートフオーカス用の光電変換被写
体検出装置等にも応用できる。
固体撮像装置の外に、たとえば、画像入力装置、
フアクシミリ、ワークステイシヨン、デジタル複
写機、ワープロ等の画像入力装置、OCR、バー
コード読取り装置、カメラ、ビデオカメラ、８ミ
リカメラ等のオートフオーカス用の光電変換被写
体検出装置等にも応用できる。
［発明の効果］
本発明によれば、制御電極領域の電位が主電極
領域とは独立的に制御されるので、出力信号の良
好な直線性を確保しつつ高速での読み出しが可能
となる。
領域とは独立的に制御されるので、出力信号の良
好な直線性を確保しつつ高速での読み出しが可能
となる。
また、本発明は、第二の主電極領域を制御電極
領域に対して逆方向にバイアスした状態で読み出
し及びリフレツシユ動作が行われるので、これら
の動作中に第二の電極領域の電位が振られること
がなく、制御電極領域に第二の主電極領域との接
合容量に起因するノイズが発生することがない。
領域に対して逆方向にバイアスした状態で読み出
し及びリフレツシユ動作が行われるので、これら
の動作中に第二の電極領域の電位が振られること
がなく、制御電極領域に第二の主電極領域との接
合容量に起因するノイズが発生することがない。
本発明の光電変換装置は、１個のトランジスタ
で１画素を構成できるため高密度化がきわめて容
易であり、同時にその構造からブルーミング、ス
ミアが少なく、かつ高感度である、そのダイナミ
ツクレンジは広く取れ、内部増幅機能を有するた
め配線容量によらず大きな信号電圧を発生するた
め低録音でかつ周辺回路が容易になるという特徴
を有している。例えば将来の高品質固体撮像装置
として、その工業的価値はきわめて高い。
で１画素を構成できるため高密度化がきわめて容
易であり、同時にその構造からブルーミング、ス
ミアが少なく、かつ高感度である、そのダイナミ
ツクレンジは広く取れ、内部増幅機能を有するた
め配線容量によらず大きな信号電圧を発生するた
め低録音でかつ周辺回路が容易になるという特徴
を有している。例えば将来の高品質固体撮像装置
として、その工業的価値はきわめて高い。
第１図は本発明の一実施態様例の回路図であ
る。第２図から第７図までは、本発明の一実施例
に係る光センサセルの主要構造及び基本動作を説
明するための図である。第２図は読出し動作時の
等価回路図、第３図ａは平面図、ｂは断面図、ｃ
は等価回路図であり、第４図は読出し時間と読出
し電圧との関係を示すグラフ、第５図ａは蓄積電
圧と読出し時間との関係を、第５図ｂはバイアス
電圧と読出し時間との関係をそれぞれ示すグラ
フ、第６図はリフレツシユ動作時の等価回路図、
第７図ａ〜ｃはリフレツシユ時間とベース電位と
の関係を示すグラフである。第８図から第１０図
までは、第１図の光電変換装置の説明図であり、
第８図はパルスタイミング図である。第９図は出
力信号に関係する等価回路図、第１０図は導通し
た瞬間からの出力電圧を時間との関係で示すグラ
フである。第１１，１２及び第１３図は他の光電
変換装置を示す回路図である。第１４図は本発明
の変形例の主要構造を説明するための平面図であ
る。第１５図は第１４図に示す光センサセルによ
り構成した光電変換装置の回路構成図である。第
１６図及び１７図は本発明の光電変換装置の一製
造方法例を示すための断面図である。 １……シリコン基板、２……PSG膜、３……
絶縁酸化膜、４……素子分離領域、５……n-領
域（コレクタ領域）、６……ｐ領域（ベース領
域）、７，７′……n+領域（エミツタ領域）、８…
…配線、９……電極、１０……配線、１１……
n+領域、１２……電極、１３……コンデンサ、
１４……バイポーラトランジスタ、１５，１７…
…接合容量、１６，１８……ダイオード、１９，
１９′……コンタクト部、２０……光、２８……
垂直ライン、３０……光センサセル、３１……水
平ライン、３２……垂直シフトレジスタ、３３，
３５……MOSトランジスタ、３６，３７……端
子、３８……垂直ライン、３９……水平シフトレ
ジスタ、４０……MOSトランジスタ、４１……
出力ライン、４２……MOSトランジスタ、４３
……端子、４４……トランジスタ、４５……負荷
抵抗、４６……端子、４７……端子、４８……
MOSトランジスタ、４９……端子、６１，６２，
６３……区間、６４……コレクタ電位、６７……
波形、８０，８１……容量、８２，８３……抵
抗、８４……電流源、１００，１０１，１０２…
…水平シフトレジスタ、１１１，１１２……出力
ライン、１３８……垂直ライン、１４０……
MOSトランジスタ、１４８……MOSトランジス
タ、１５０，１５０′……MOSコンデンサ、１５
２，１５２′……光センサセル、３００……アモ
ルフアスシリコン、３０２……窒化膜、３０３…
…PSG膜、３０４……ポリシリコン、３０５…
…PSG膜、３０６……層間絶縁膜。
る。第２図から第７図までは、本発明の一実施例
に係る光センサセルの主要構造及び基本動作を説
明するための図である。第２図は読出し動作時の
等価回路図、第３図ａは平面図、ｂは断面図、ｃ
は等価回路図であり、第４図は読出し時間と読出
し電圧との関係を示すグラフ、第５図ａは蓄積電
圧と読出し時間との関係を、第５図ｂはバイアス
電圧と読出し時間との関係をそれぞれ示すグラ
フ、第６図はリフレツシユ動作時の等価回路図、
第７図ａ〜ｃはリフレツシユ時間とベース電位と
の関係を示すグラフである。第８図から第１０図
までは、第１図の光電変換装置の説明図であり、
第８図はパルスタイミング図である。第９図は出
力信号に関係する等価回路図、第１０図は導通し
た瞬間からの出力電圧を時間との関係で示すグラ
フである。第１１，１２及び第１３図は他の光電
変換装置を示す回路図である。第１４図は本発明
の変形例の主要構造を説明するための平面図であ
る。第１５図は第１４図に示す光センサセルによ
り構成した光電変換装置の回路構成図である。第
１６図及び１７図は本発明の光電変換装置の一製
造方法例を示すための断面図である。 １……シリコン基板、２……PSG膜、３……
絶縁酸化膜、４……素子分離領域、５……n-領
域（コレクタ領域）、６……ｐ領域（ベース領
域）、７，７′……n+領域（エミツタ領域）、８…
…配線、９……電極、１０……配線、１１……
n+領域、１２……電極、１３……コンデンサ、
１４……バイポーラトランジスタ、１５，１７…
…接合容量、１６，１８……ダイオード、１９，
１９′……コンタクト部、２０……光、２８……
垂直ライン、３０……光センサセル、３１……水
平ライン、３２……垂直シフトレジスタ、３３，
３５……MOSトランジスタ、３６，３７……端
子、３８……垂直ライン、３９……水平シフトレ
ジスタ、４０……MOSトランジスタ、４１……
出力ライン、４２……MOSトランジスタ、４３
……端子、４４……トランジスタ、４５……負荷
抵抗、４６……端子、４７……端子、４８……
MOSトランジスタ、４９……端子、６１，６２，
６３……区間、６４……コレクタ電位、６７……
波形、８０，８１……容量、８２，８３……抵
抗、８４……電流源、１００，１０１，１０２…
…水平シフトレジスタ、１１１，１１２……出力
ライン、１３８……垂直ライン、１４０……
MOSトランジスタ、１４８……MOSトランジス
タ、１５０，１５０′……MOSコンデンサ、１５
２，１５２′……光センサセル、３００……アモ
ルフアスシリコン、３０２……窒化膜、３０３…
…PSG膜、３０４……ポリシリコン、３０５…
…PSG膜、３０６……層間絶縁膜。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 第一導電型の半導体からなる制御電極領域
と、前記第一導電型とは異なる第二導電型の半導
体からなり容量負荷を含む出力回路に電気的に接
続された第一の主電極領域と、第二導電型の半導
体からなる第二の主電極領域と、を有し、光エネ
ルギーを受けることにより生成されるキヤリアを
前記制御電極領域に蓄積可能なトランジスタと、 前記制御電極領域と容量結合された電極を有
し、蓄積されたキヤリアに基づいて信号を前記ト
ランジスタより読み出す為の読み出し手段と、 を具備し、蓄積動作、読み出し動作及びリフレツ
シユ動作を行い、該読み出し動作と該リフレツシ
ユ動作は前記第二の主電極領域が前記制御電極領
域に対して逆方向にバイアスされるべく所望の電
位に保持された状態で行われる光電変換装置であ
つて、 前記読み出し手段は、前記電気制御電極領域に
前記電極により前記第一及び第二の主電極領域に
対して独立的に電位を与え、前記容量負荷に接続
されており浮遊状態にある前記第一の主電極領域
と前記制御電極領域との接合部を順方向にバイア
スし、前記信号を前記容量負荷における電圧とし
て読み出す手段であることを特徴とする光電変換
装置。 ２ 前記制御電極領域上に設けられた絶縁層と該
制御電極領域との界面に沿つた一部分に、第二導
電型の半導体層領域が介在していることを特徴と
する特許請求の範囲第１項に記載の光電変換装
置。 ３ 前記トランジスタは第二導電型の半導体から
なる半導体基板と一体的に構成されていることを
特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の光電変
換装置。 ４ 前記トランジスタは第一導電型の半導体から
なる半導体基板上に形成されていることを特徴と
する特許請求の範囲第１項に記載の光電変換装
置。 ５ 前記読み出し手段は、前記制御電極領域に前
記電位を与える為のシフトレジスタを含むことを
特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の光電変
換装置。 ６ 前記出力回路は、出力アンプに前記信号を転
送するシフトレジスタを含むことを特徴とする特
許請求の範囲第１項に記載の光電変換装置。 ７ 第一導電型の半導体からなる制御電極領域
と、前記第一導電型とは異なる第二導電型の半導
体からなり容量負荷を含む出力回路に電気的に接
続された第一の主電極領域と、第二導電型の第二
の主電極領域と、を有し、光エネルギーを受ける
ことにより生成されるキヤリアを前記制御電極領
域に蓄積可能なトランジスタと、 前記制御電極領域と容量結合された電極を有
し、蓄積されたキヤリアに基づいて信号を前記ト
ランジスタより読み出す為の読み出し手段と、 を具備する光電変換装置を用いた光電変換方法に
おいて、 前記制御電極領域にキヤリアを蓄積する為に前
記トランジスタを光照射する蓄積工程と、 前記第二の主電極領域が前記制御電極領域に対
して逆方向にバイアスされるべく所望の電位に保
持された状態で前記制御電極領域に蓄積されたキ
ヤリアを除くリフレツシユ工程と、 前記第二の主電極領域が前記制御電極領域に対
して逆方向にバイアスされるべく所望の電位に保
持された状態で行われる読み出し工程と、 を含み、 前記読み出し工程では、前記制御電極領域に、
前記電極により、前記第一及び第二の主電極領域
に対して独立的に電位が与えられ、前記容量負荷
に接続されており浮遊状態にある前記第一の主電
極領域と前記制御電極領域との接合部が順方向に
バイアスされ、前記信号を前記容量負荷における
電圧として読み出すことを特徴とする光電変換方
法。
Priority Applications (14)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58120751A JPS6012759A (ja) | 1983-07-02 | 1983-07-02 | 光電変換装置及びその光電変換方法 |
| US06/625,130 US4686554A (en) | 1983-07-02 | 1984-06-27 | Photoelectric converter |
| CA000457917A CA1257922A (en) | 1983-07-02 | 1984-06-29 | Photoelectric converter |
| EP19900201220 EP0391502A3 (en) | 1983-07-02 | 1984-07-02 | Photoelectric converter |
| EP84304517A EP0132076B1 (en) | 1983-07-02 | 1984-07-02 | Photoelectric converter |
| EP87110980A EP0252529A3 (en) | 1983-07-02 | 1984-07-02 | Photoelectric converter |
| EP87110981A EP0252530A3 (en) | 1983-07-02 | 1984-07-02 | Photoelectric converter |
| DE3486462T DE3486462T2 (de) | 1983-07-02 | 1984-07-02 | Lichtelektrischer Wandler |
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| US08/025,638 US5563431A (en) | 1983-07-02 | 1993-03-02 | Photoelectrical converter with refresh means |
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58120751A JPS6012759A (ja) | 1983-07-02 | 1983-07-02 | 光電変換装置及びその光電変換方法 |
Related Child Applications (3)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP2172602A Division JPH0340465A (ja) | 1990-07-02 | 1990-07-02 | 光電変換方法 |
| JP2172601A Division JPH0340464A (ja) | 1990-07-02 | 1990-07-02 | 光電変換装置 |
| JP2172603A Division JPH0340466A (ja) | 1990-07-02 | 1990-07-02 | 光電変換装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6012759A JPS6012759A (ja) | 1985-01-23 |
| JPH0447981B2 true JPH0447981B2 (ja) | 1992-08-05 |
Family
ID=14794082
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58120751A Granted JPS6012759A (ja) | 1983-07-02 | 1983-07-02 | 光電変換装置及びその光電変換方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6012759A (ja) |
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| US5771070A (en) | 1985-11-15 | 1998-06-23 | Canon Kabushiki Kaisha | Solid state image pickup apparatus removing noise from the photoelectric converted signal |
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| US5737016A (en) * | 1985-11-15 | 1998-04-07 | Canon Kabushiki Kaisha | Solid state image pickup apparatus for reducing noise |
| JPS62179760A (ja) * | 1986-02-04 | 1987-08-06 | Canon Inc | 光電変換装置の製造方法 |
| JPS6328064A (ja) * | 1986-07-22 | 1988-02-05 | Canon Inc | 光電変換装置 |
| DE3889603T2 (de) * | 1987-08-05 | 1994-09-15 | Canon Kk | Photoelektrisches Umwandlungsgerät. |
| JP2746883B2 (ja) * | 1987-09-11 | 1998-05-06 | キヤノン株式会社 | 光電変換装置 |
| JPH0843716A (ja) | 1994-07-28 | 1996-02-16 | Canon Inc | 光電変換素子の蓄積制御装置、焦点検出装置、及びカメラ |
| JP3774499B2 (ja) | 1996-01-24 | 2006-05-17 | キヤノン株式会社 | 光電変換装置 |
-
1983
- 1983-07-02 JP JP58120751A patent/JPS6012759A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6012759A (ja) | 1985-01-23 |
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| Watanabe | Research and Development of Low Noise, High |