JPH05326912A - Image sensor - Google Patents

Image sensor

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Publication number
JPH05326912A
JPH05326912A JP4273466A JP27346692A JPH05326912A JP H05326912 A JPH05326912 A JP H05326912A JP 4273466 A JP4273466 A JP 4273466A JP 27346692 A JP27346692 A JP 27346692A JP H05326912 A JPH05326912 A JP H05326912A
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JP
Japan
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photodiode
diode
image sensor
layer
photoelectric conversion
Prior art date
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Pending
Application number
JP4273466A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Keiji Fujimagari
啓志 藤曲
Junji Okada
純二 岡田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujifilm Business Innovation Corp
Original Assignee
Fuji Xerox Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Xerox Co Ltd filed Critical Fuji Xerox Co Ltd
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Priority to US08/025,792 priority patent/US5376782A/en
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Publication of JPH05326912A publication Critical patent/JPH05326912A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices 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
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14643Photodiode arrays; MOS imagers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices 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
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14601Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements

Abstract

PURPOSE:To provide the constitution of an image sensing element, which can reduce the residual charge when resetting is performed, in an image sensor, which is formed by using a plurality of photodiodes in order to take out a signal that has undergone photoelectric conversion. CONSTITUTION:A first photodiode 1 and a diode 3 are connected in series in the same direction. A voltage in the forward direction or in the reverse direction is applied on the photodiode and the diode. At this time, a connecting point CP of two diodes is switched to the low impedance side and the high impedance side relatively. A second photodiode 2, which is connected to the connecting point CP is made to be the reset state or the storing state. Thus, the impedance at the connecting point can be always suppressed to the low value absolutely without the effect of the amount of light, which is cast on the second photodiode 2. The second photodiode 2 is saturated within the reset time, and the generation of residual charge is prevented.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ファクシミリやイメー
ジスキャナの画像読み取りに使用されるイメージセンサ
に関し、特に、複数個のダイオードを使用し、光電変換
された信号を取り出すものに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image sensor used for reading an image in a facsimile or an image scanner, and more particularly to a device for extracting a photoelectrically converted signal by using a plurality of diodes.

【0002】[0002]

【従来の技術】ファクシミリ等の画像読み取りに使用さ
れるイメージセンサは、例えば原稿幅と略同一長さの撮
像素子ラインを用い、ライン方向の電気的走査により原
稿面の1ラインの画像信号を読み取るとともに、原稿送
り装置により原稿を移動させ(副走査方向)、順次前記
電気的走査を行なって原稿面全体を読み取る構成をと
る。この種のイメージセンサには、例えば図19に示す
ように、フォトダイオードPDとブロッキングダイオー
ドBDとが互に逆極性になるように直列に接続して成る
撮像素子100を形成し、この撮像素子100を複数個
ライン状に一次元に配列して構成するものが提案されて
いる。前記撮像素子アレイは、例えばアモルファスシリ
コン等の非晶質半導体や多結晶半導体を半導体層として
薄膜プロセスで形成される。
2. Description of the Related Art An image sensor used for reading an image in a facsimile or the like uses, for example, an image pickup element line having substantially the same length as a document width, and reads an image signal of one line on the document surface by electrical scanning in the line direction. At the same time, the document is moved by the document feeder (in the sub-scanning direction), and the electrical scanning is sequentially performed to read the entire surface of the document. In this type of image sensor, for example, as shown in FIG. 19, an imaging device 100 is formed in which a photodiode PD and a blocking diode BD are connected in series so that their polarities are opposite to each other. It has been proposed that a plurality of lines are arranged in a one-dimensional array. The image sensor array is formed by a thin film process using an amorphous semiconductor such as amorphous silicon or a polycrystalline semiconductor as a semiconductor layer.

【0003】上記イメージセンサの一個の撮像素子10
0における画像信号の読み取りを、図20のタイミング
チャートを参照しながら説明する。すなわち、既にb点
において充電されているフォトダイオードPDに原稿面
(図示せず)からの反射光が照射され、その光の照射光
量に比例した光電流がフォトダイオードPDのアノード
側に流れ込み、フォトダイオードPDとブロッキングダ
イオードBDとの中点の電位Vcpはグランドに向って放
電し、ノードCPに電荷を蓄える(bーc期間、蓄積期
間)。
One image pickup device 10 of the above image sensor
The reading of the image signal at 0 will be described with reference to the timing chart of FIG. That is, the photodiode PD already charged at the point b is irradiated with the reflected light from the document surface (not shown), and the photocurrent proportional to the irradiation light amount of the light flows into the anode side of the photodiode PD to The potential Vcp at the midpoint between the diode PD and the blocking diode BD is discharged toward the ground, and charges are accumulated in the node CP (bc period, accumulation period).

【0004】続いて、ブロッキングダイオードBDのア
ノード側に駆動パルスVpulse による電圧Vh が印加さ
れ、ブロッキングダイオードBDがオンしダイオード間
の中点の接続点電位Vcpは略電圧Vh となり、同時にフ
ォトダイオードPDは電圧Vh で充電されてリセットす
る(信号読取及びリセット期間)。次に、駆動パルスV
pulse の電圧がVlow となると、フォトダイオードPD
及びダイオードBDはともにオフとなり、この状態でフ
ォトダイオードPDに光が照射されると、前記蓄積期間
を繰り返す。
Subsequently, a voltage Vh due to a driving pulse Vpulse is applied to the anode side of the blocking diode BD, the blocking diode BD is turned on, the potential Vcp at the connection point at the midpoint between the diodes becomes substantially the voltage Vh, and at the same time, the photodiode PD becomes The battery is charged with the voltage Vh and reset (signal reading and reset period). Next, drive pulse V
When the pulse voltage becomes Vlow, the photodiode PD
The diode BD is turned off, and when the photodiode PD is irradiated with light in this state, the accumulation period is repeated.

【0005】従って、蓄積期間中に前記ノードCPに蓄
えられた電荷が信号読取期間において放電して外部へ流
れる。換言すれば、蓄積期間内に光電流として流出した
フォトダイオードPDのカソード電極の正の電荷と同量
の電荷が、信号読取動作により外部より補充されて充電
電流Iout が流れる。この充電電流Ioutを読取回路
(積分器)5で積分することにより入射した光の露光量
を検出し、画像信号出力を得ることができる。以上の動
作がライン状に配列された各撮像素子について行なわ
れ、原稿上の1ラインの画像信号を時系列的に得ること
ができる。
Therefore, the electric charge accumulated in the node CP during the accumulating period is discharged during the signal reading period and flows to the outside. In other words, the same amount of charges as the positive charges of the cathode electrode of the photodiode PD, which flowed out as a photocurrent during the accumulation period, are replenished from the outside by the signal reading operation, and the charging current Iout flows. By integrating the charging current Iout with the reading circuit (integrator) 5, the exposure amount of the incident light can be detected and an image signal output can be obtained. The above operation is performed for each image pickup element arranged in a line, and the image signal of one line on the original can be obtained in time series.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
造の撮像素子による画像信号の読み取りによると、原稿
画像の紙送り方向での残像が解像度を劣化させるという
問題点があった。すなわち、アモルファスシリコンを半
導体層としたフォトダイオードに高照度の光が前記蓄積
期間中に照射する際、信号読取期間での充電電流が大き
い場合、図21に示されるように、フォトダイオードP
Dの微分抵抗ΔV/ΔI(図中のA点での傾き)が小さ
く、この抵抗と容量Cp とで構成される時定数は充分小
さくなる。
However, when an image signal is read by the image pickup device having the above structure, there is a problem that the afterimage of the original image in the paper feeding direction deteriorates the resolution. That is, when the photodiode having amorphous silicon as a semiconductor layer is irradiated with light of high illuminance during the accumulation period and the charging current during the signal reading period is large, as shown in FIG.
The differential resistance ΔV / ΔI of D (gradient at point A in the figure) is small, and the time constant constituted by this resistance and the capacitance Cp is sufficiently small.

【0007】しかし、照射光が低照度であると、ノード
CPに蓄えられた電荷が小さく、信号読取期間(リセッ
ト時)の充電電流も小さくなるので、図21に示される
ように、フォトダイオードPDの微分抵抗ΔV/ΔI
(図中のB点での傾き)が大きくなる。その結果、前記
時定数も増加し接続点電位Vcpが飽和するまでに要する
時間が長くなる。従って、予め設定された信号読取期間
内でのリセット動作が不十分となる場合が生じる。換言
すれば、入射光量により時定数が変化するので、照射光
が低照度の場合には残留電荷が生じ、原稿の次ラインの
読み取りに際して残像が生じて解像度が劣化するという
欠点がある。
However, when the illuminating light has a low illuminance, the electric charge stored in the node CP is small and the charging current during the signal reading period (at the time of resetting) is also small. Therefore, as shown in FIG. Differential resistance of ΔV / ΔI
(Inclination at point B in the figure) becomes large. As a result, the time constant also increases and the time required for the connection point potential Vcp to saturate becomes longer. Therefore, the reset operation may become insufficient within the preset signal reading period. In other words, since the time constant changes depending on the amount of incident light, there is a disadvantage that residual charges are generated when the irradiation light has low illuminance, and an afterimage is generated when the next line of the original is read, which deteriorates the resolution.

【0008】また、フォトダイオードPDで発生した電
荷が、フォトダイオードPDとブロッキングダイオード
BDの両方の容量に蓄積されるので、フォトダイオード
PDからブロッキングダイオードBDに信号読取回路を
通して電流が流れ出し、これがノイズとなる。
Further, since the charges generated in the photodiode PD are accumulated in the capacitances of both the photodiode PD and the blocking diode BD, a current flows from the photodiode PD to the blocking diode BD through the signal reading circuit, which causes noise. Become.

【0009】本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、光電変換された信号を取り出すため、フォトダイオ
ードPDとブロッキングダイオードBDとを組み合わせ
て成るイメージセンサにおいて、リセットを行なう場合
の残留電荷の減少を図ることができるとともに、フォト
ダイオードPDからブロッキングダイオードBDに電流
が流れ出ない構造のイメージセンサを提供することを目
的としている。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and in order to take out a photoelectrically converted signal, in an image sensor including a combination of a photodiode PD and a blocking diode BD, a residual charge is reduced when resetting is performed. It is an object of the present invention to provide an image sensor having a structure in which a current does not flow from the photodiode PD to the blocking diode BD.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記従来例の問題点を解
消するため請求項1のイメージセンサは、第1のフォト
ダイオードとダイオードとを同一方向に直列に接続して
成る整流素子群と、前記ダイオード間の接続点に接続さ
れ前記第1のフォトダイオードに対して同一極性側を前
記接続点側とする第2のフォトダイオードと、該第2の
フォトダイオードの反接続点側に接続された読取回路
と、前記第2のフォトダイオードに対して並列に接続さ
れた容量部と、前記接続点を相対的に低インピーダンス
状態と高インピーダンス状態との二つの状態に切り替え
るため、前記整流素子群に順方向または逆方向電圧を印
加する電源手段と、を具備している。そして、前記第1
のフォトダイオードとダイオードの容量比と、前記第2
のフォトダイオードと容量部との容量比とを略等しくす
る。
In order to solve the problems of the conventional example, an image sensor according to claim 1 comprises a rectifying element group comprising a first photodiode and a diode connected in series in the same direction, A second photodiode connected to a connection point between the diodes and having the same polarity side as the connection point side with respect to the first photodiode, and an anti-connection point side of the second photodiode. In order to switch the reading circuit, the capacitance portion connected in parallel to the second photodiode, and the connection point between two states of a relatively low impedance state and a high impedance state, the rectifying element group is provided. Power supply means for applying a forward or reverse voltage. And the first
And the capacitance ratio between the photodiode and the diode,
The capacitance ratio between the photodiode and the capacitance section is substantially equal.

【0011】請求項2のイメージセンサは、請求項1記
載のイメージセンサにおいて、前記第2のフォトダイオ
ードを、下部電極と上部透明電極とで光電変換層を挟む
ことにより構成し、該上部透明電極の一部を遮光するこ
とにより前記容量部を形成する。
An image sensor according to a second aspect is the image sensor according to the first aspect, wherein the second photodiode is formed by sandwiching a photoelectric conversion layer between a lower electrode and an upper transparent electrode, and the upper transparent electrode. The above-mentioned capacitance portion is formed by shielding a part of the light.

【0012】請求項3のイメージセンサは、請求項1記
載のイメージセンサにおいて、電源手段は、整流素子群
を逆バイアスするためダイオード側に一定電圧を印加す
る直流電源と、第1フォトダイオード側にパルス電圧を
印加するパルス印加装置とから成り、前記直流電源の一
定電圧Vb ,前記パルス電圧のハイレベル電圧Vh ,ロ
ーレベル電圧Vl は、各絶対値が|Vl| <|Vb| <
|Vh|を満足している。
An image sensor according to a third aspect is the image sensor according to the first aspect, wherein the power source means applies a constant voltage to the diode side to reverse bias the rectifying element group, and a power source means to the first photodiode side. A constant voltage Vb of the DC power supply, a high level voltage Vh of the pulse voltage, and a low level voltage Vl of absolute value | Vl | <| Vb | <
| Vh | is satisfied.

【0013】請求項4のイメージセンサは、請求項1記
載のイメージセンサにおいて、フォトダイオード及びダ
イオードは、下部電極と上部電極とで光電変換層を挟ん
で形成する。この光電変換層は、逆バイアス時に電子を
ブロックする電極側より、ノンドープa−Si:H層,
内側ドーピングa−Si:H層,該内側ドーピングa−
Si:H層より比抵抗が小さい外側ドーピングa−S
i:H層で形成されている。
An image sensor according to a fourth aspect is the image sensor according to the first aspect, wherein the photodiode and the diode are formed by sandwiching a photoelectric conversion layer between a lower electrode and an upper electrode. This photoelectric conversion layer is a non-doped a-Si: H layer from the electrode side that blocks electrons during reverse bias,
Inner doping a-Si: H layer, inner doping a-
Outer doping a-S having a smaller specific resistance than the Si: H layer
i: H layer.

【0014】請求項5のイメージセンサは、請求項1記
載のイメージセンサにおいて、フォトダイオード及びダ
イオードは、下部電極と上部電極とで光電変換層を挟ん
で形成する。この光電変換層は、逆バイアス時に電子を
ブロックする電極側より、外側ノンドープa−Si:H
層,該外側ノンドープa−Si:H層より高い基板温度
で着膜された内側ノンドープa−Si:H層,ドーピン
グa−Si:H層で形成されている。
An image sensor according to a fifth aspect is the image sensor according to the first aspect, wherein the photodiode and the diode are formed by sandwiching a photoelectric conversion layer between a lower electrode and an upper electrode. This photoelectric conversion layer has a non-doped a-Si: H outside from the electrode side that blocks electrons during reverse bias.
Layer, an inner non-doped a-Si: H layer deposited at a higher substrate temperature than the outer non-doped a-Si: H layer, and a doped a-Si: H layer.

【0015】請求項6のイメージセンサは、下部電極上
にそれぞれ分離する光電変換層を形成し、該光電変換層
上にそれぞれ上部電極を形成して第1のフォトダイオー
ド及び第2のフォトダイオードを構成するとともに、前
記第1のフォトダイオード及又は第2のフォトダイオー
ドの下層に光電変換層及び電極を配置してダイオードを
形成する。
According to another aspect of the image sensor of the present invention, a photoelectric conversion layer is formed on each of the lower electrodes, and an upper electrode is formed on each of the photoelectric conversion layers to form a first photodiode and a second photodiode. In addition to the above structure, a photoelectric conversion layer and an electrode are arranged below the first photodiode and the second photodiode to form a diode.

【0016】請求項7のイメージセンサは、請求項6記
載のイメージセンサにおいて、ドーピングされたa−S
i:H膜により下部電極を形成する。
The image sensor of claim 7 is the image sensor of claim 6, wherein the doped a-S is used.
The i: H film forms the lower electrode.

【0017】[0017]

【作用】請求項1のイメージセンサによれば、第2のフ
ォトダイードのリセット及び読み取り動作は、整流素子
群に順方向に一定電圧を印加して電流を流すことで行な
う。また、蓄積動作は、整流素子群に逆方向の一定電圧
を印加して全てのダイオードを逆バイアスにすることで
行なう。すなわち、第2のフォトダイオードのリセット
時に際し、第1のフォトダイオードとダイオード間の接
続点におけるインピーダンスは、整流素子群に印加する
電圧により流れる電流と、第1及び第2のフォトダイオ
ードへの光入射により蓄積された電荷が放電する際の充
電電流できまる。従って、充電電流よりも充分大きな電
流が流れるよう整流素子群への印加電圧を選べば、第2
のフォトダイオードに照射される光量に影響されること
なく前記接続点のインピーダンスを絶対的に常に低く抑
えることができる。第2のフォトダイオードの蓄積動作
時は、整流素子群に逆バイアス電圧を印加すれば、前記
接続点はハイインピーダンスとなるため、第2のフォト
ダイオードからの電流を蓄えられる。また、第1のフォ
トダイオードとダイオードの容量比と、前記第2のフォ
トダイオードと容量部との容量比とを略等しくすること
により、第2のフォトダイオードから第1のフォトダイ
オード及びダイオードへ流れ出す電流によるノイズを低
減できる。
According to the image sensor of the first aspect, the reset and read operations of the second photodiode are performed by applying a constant voltage to the rectifying element group in the forward direction to cause a current to flow. The accumulation operation is performed by applying a constant voltage in the reverse direction to the rectifying element group to reverse bias all the diodes. That is, at the time of resetting the second photodiode, the impedance at the connection point between the first photodiode and the diode is the current flowing due to the voltage applied to the rectifying element group and the light to the first and second photodiodes. The charge current at the time of discharging the electric charge accumulated by the incident is determined. Therefore, if the voltage applied to the rectifying element group is selected so that a current sufficiently larger than the charging current flows,
The impedance of the connection point can be absolutely kept low without being affected by the amount of light applied to the photodiode. When a reverse bias voltage is applied to the rectifying element group during the accumulation operation of the second photodiode, the connection point becomes high impedance, so that the current from the second photodiode can be accumulated. Further, by making the capacitance ratio of the first photodiode and the diode substantially equal to the capacitance ratio of the second photodiode and the capacitance section, the second photodiode flows out to the first photodiode and the diode. Noise due to current can be reduced.

【0018】また、請求項2のイメージセンサによれ
ば、容量部を第2のフォトダイオードを作製する工程で
同時に形成できる。
Further, according to the image sensor of the second aspect, the capacitance portion can be formed at the same time in the step of manufacturing the second photodiode.

【0019】請求項3のイメージセンサによれば、パル
ス電圧を発生するパルス印加装置と直流電源とを整流素
子群の両端に接続し、直流電源の一定電圧Vb ,前記パ
ルス電圧のハイレベル電圧Vh ,ローレベル電圧Vl の
各絶対値が|Vl| <|Vb| <|Vh|を満足するこ
とにより、整流素子群に順方向電圧または逆方向電圧を
印加させることができる。
According to the image sensor of the third aspect, the pulse applying device for generating the pulse voltage and the DC power supply are connected to both ends of the rectifying element group, and the constant voltage Vb of the DC power supply and the high level voltage Vh of the pulse voltage are connected. , When the absolute values of the low-level voltage Vl satisfy | Vl | <| Vb | <| Vh |, a forward voltage or a reverse voltage can be applied to the rectifying element group.

【0020】請求項4のイメージセンサによれば、フォ
トダイオード及びダイオードを薄膜構造とし、光電変換
層をドーピングa−Si:H層としたので順方向電流を
大きくするとともに、逆バイアス時に電子をブロックす
る電極側にノンドープa−Si:H層を形成したので、
暗電流を抑制して良好なP/D比を維持することができ
る。
According to the image sensor of claim 4, since the photodiode and the diode have a thin film structure and the photoelectric conversion layer is a doped a-Si: H layer, the forward current is increased and the electrons are blocked during the reverse bias. Since the non-doped a-Si: H layer was formed on the electrode side to be
It is possible to suppress the dark current and maintain a good P / D ratio.

【0021】請求項5記載のイメージセンサによれば、
フォトダイオード及びダイオードを薄膜構造とし、光電
変換層を高い基板温度で着膜したノンドープa−Si:
H層としたので順方向電流を大きくするとともに、逆バ
イアス時に電子をブロックする電極側に前記ノンドープ
a−Si:H層より低い基板温度で着膜したノンドープ
a−Si:H層を形成したので、暗電流を抑制して良好
なP/D比を維持することができる。
According to the image sensor of claim 5,
Non-doped a-Si in which a photodiode and a diode have a thin film structure and a photoelectric conversion layer is deposited at a high substrate temperature:
Since the H layer is used, the forward current is increased, and the non-doped a-Si: H layer formed at the substrate temperature lower than that of the non-doped a-Si: H layer is formed on the electrode side that blocks electrons during reverse bias. It is possible to suppress the dark current and maintain a good P / D ratio.

【0022】請求項6のイメージセンサによれば、ダイ
オードと第1のフォトダイオード及び第2のフォトダイ
オードとを二層構造とするので、一画素の面積が限られ
てにる場合において、第1のフォトダイオード及び第2
のフォトダイオードの受光領域を広くすることができ
る。
According to the image sensor of claim 6, since the diode and the first photodiode and the second photodiode have a two-layer structure, when the area of one pixel is limited, the first sensor is used. Photodiode and second
It is possible to widen the light receiving area of the photodiode.

【0023】請求項7のイメージセンサによれば、ドー
ピングされたa−Si:H膜により下部電極を形成した
ので、ダイオード上に第1のフォトダイオード及び第2
のフォトダイオードを二層構造により形成する際に、製
造工程の簡略化を図ることができる。
According to the image sensor of claim 7, since the lower electrode is formed of the doped a-Si: H film, the first photodiode and the second photodiode are formed on the diode.
The manufacturing process can be simplified when the photodiode of (1) is formed with a two-layer structure.

【0024】[0024]

【実施例】本発明の一実施例にかかるイメージセンサの
一画素分について、図1の等価回路図を参照しながら説
明する。一画素を構成する撮像素子100は、それぞれ
非晶質または多結晶半導体から成る第1のフォトダイオ
ード1と第2のフォトダイオード2とダイオード3とダ
イオード4とから形成される。すなわち、第1のフォト
ダイオード1のカソード側と、ダイオード3のアノード
側とを接続し、同一方向に直列に接続して成る整流素子
群を形成している。前記第1のフォトダイオード1とダ
イオード3の接続点CPに、第2のフォトダイオード2
のカソード側を接続し、接続点CPにおいて第1のフォ
トダイオード1と第2のフォトダイオード2の同一極性
側同士が接続するように構成している。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One pixel of an image sensor according to one embodiment of the present invention will be described with reference to the equivalent circuit diagram of FIG. The image pickup device 100 constituting one pixel is formed of a first photodiode 1, a second photodiode 2, a diode 3 and a diode 4 each made of an amorphous or polycrystalline semiconductor. That is, the cathode side of the first photodiode 1 and the anode side of the diode 3 are connected to form a rectifying element group formed by connecting them in series in the same direction. At the connection point CP of the first photodiode 1 and the diode 3, the second photodiode 2
Of the first photodiode 1 and the second photodiode 2 of the same polarity are connected to each other at the connection point CP.

【0025】第2のフォトダイオード2の反接続点CP
側は、第2のフォトダイオード2に入射した光に応じた
充電電流を読み取るための積分器5に信号読取線6を介
して接続されている。また、前記接続点CPに、ダイオ
ード4のカソード側を接続し、接続点CPにおいて前記
ダイオード3とダイオード4の逆極性側同士が接続する
ように構成し、該ダイオード4の反接続点側は、前記信
号読取線6に接続されている。従って、ダイオード4
は、第2のフォトダイオード2に対して並列となるよう
に接続されている。また、第1のフォトダイオード1と
ダイオード3の容量比と、前記第2のフォトダイオード
2とダイード4の容量比とは、略等しくなるようにして
いる。
Anti-connection point CP of the second photodiode 2
The side is connected via a signal reading line 6 to an integrator 5 for reading a charging current according to the light incident on the second photodiode 2. In addition, the cathode side of the diode 4 is connected to the connection point CP, and the opposite polarity sides of the diode 3 and the diode 4 are connected to each other at the connection point CP, and the opposite connection point side of the diode 4 is It is connected to the signal reading line 6. Therefore, the diode 4
Are connected in parallel to the second photodiode 2. Further, the capacitance ratio between the first photodiode 1 and the diode 3 and the capacitance ratio between the second photodiode 2 and the diode 4 are made substantially equal.

【0026】ダイオード3のカソード側には、第1のフ
ォトダイオード1,第2のフォトダイオード2,ダイオ
ード3,ダイオード4を逆バイアスするため一定電圧V
bを印加する直流電源7がバイアス電圧印加線8を介し
て接続されている。また、第1フォトダイオード1のア
ノード側には、パルス電圧を印加するパルス印加装置9
がパルス電圧印加線10を介して接続され、前記直流電
源7の一定電圧Vb ,パルス電圧のハイレベル電圧Vh
,ローレベル電圧Vl は、Vl <Vb <Vh を満足す
るように設定されている。従って、第1フォトダイオー
ド1のアノード側にハイレベル電圧Vhが印加されてい
るときには、前記接続点CPは低インピーダンス状態と
なり、ローレベル電圧Vlが印加されているときには、
接続点CPは高インピーダンス状態となる。また、前記
ダイオード4は、パルス電圧の印加にかかわらず常時逆
バイアス状態となるため、容量部としてのみ機能する。
On the cathode side of the diode 3, a constant voltage V is applied to reverse bias the first photodiode 1, the second photodiode 2, the diode 3 and the diode 4.
A DC power supply 7 for applying b is connected via a bias voltage application line 8. Further, a pulse applying device 9 for applying a pulse voltage to the anode side of the first photodiode 1
Are connected via a pulse voltage applying line 10, a constant voltage Vb of the DC power supply 7 and a high level voltage Vh of the pulse voltage.
, The low level voltage Vl is set to satisfy Vl <Vb <Vh. Therefore, when the high level voltage Vh is applied to the anode side of the first photodiode 1, the connection point CP is in a low impedance state, and when the low level voltage Vl is applied,
The connection point CP is in a high impedance state. Further, the diode 4 is always in the reverse bias state regardless of the application of the pulse voltage, and therefore functions only as the capacitance section.

【0027】次に、前記撮像素子の具体的な構造につい
て図2,図3及び図4を参照しながら説明する。第1の
フォトダイオード1,第2のフォトダイオード2,ダイ
オード3,ダイオード4は、クロムから成る下部電極
と、ITO(酸化インジウム・スズ)から成る上部電極
とで非晶質または多結晶半導体から成る光電変換層を挟
んで形成されている。光電変換層は、pin(ni
p)、in(ni)、pi(ip)のいずれの構造であ
ってもよい。すなわち、絶縁基板11上にクロムを着膜
及びパターニングし、第1のフォトダイオード1,第2
のフォトダイオード2及びダイオード4に対して共通と
なる下部電極12と、ダイオード3の下部電極及びバイ
アス電圧印加線8となるクロムパターン13、パルス電
圧印加線10となるクロムパターン14とをそれぞれ形
成する。
Next, a specific structure of the image pickup device will be described with reference to FIGS. 2, 3 and 4. The first photodiode 1, the second photodiode 2, the diode 3, and the diode 4 are made of an amorphous or polycrystalline semiconductor with a lower electrode made of chromium and an upper electrode made of ITO (indium tin oxide). It is formed so as to sandwich the photoelectric conversion layer. The photoelectric conversion layer has a pin (ni
It may have any structure of p), in (ni), and pi (ip). That is, chromium is deposited and patterned on the insulating substrate 11, and the first photodiode 1 and the second photodiode 2 are formed.
A lower electrode 12 which is common to the photodiodes 2 and 4 of FIG. 4, a lower electrode of the diode 3 and a chromium pattern 13 which becomes the bias voltage applying line 8 and a chromium pattern 14 which becomes the pulse voltage applying line 10 are formed respectively. ..

【0028】次に、アモルファスシリコン(a−Si)
及びITOを連続して着膜し、それぞれ同一形状にパタ
ーニングして第1のフォトダイオード1の光電変換層2
1及び上部電極31、第2のフォトダイオード2の光電
変換層22及び上部電極32、ダイオード3の光電変換
層23及び上部電極33、ダイオード4の光電変換層2
4及び上部電極34をそれぞれ形成する。上部電極32
と上部電極34とは、首部35により接続されている。
各ダイオードにおいて、下部電極,光電変換層,上部電
極が重なり合う部分の面積をそれぞれa,b,c,dと
すると、a/c=b/dが成立するように形成する。従
って、各ダイオードは同一製造工程で作製されるので特
性が均一となり、逆バイアス時の容量比が面積比と同じ
になり、各容量比をCa,Cb,Cc,Cdとすると、
Ca/Cc=Cb/Cdとなる。
Next, amorphous silicon (a-Si)
And ITO are continuously deposited and patterned to have the same shape, and the photoelectric conversion layer 2 of the first photodiode 1 is formed.
1 and upper electrode 31, photoelectric conversion layer 22 and upper electrode 32 of second photodiode 2, photoelectric conversion layer 23 and upper electrode 33 of diode 3, photoelectric conversion layer 2 of diode 4
4 and the upper electrode 34 are formed respectively. Upper electrode 32
The upper electrode 34 and the upper electrode 34 are connected by a neck portion 35.
In each diode, the areas where the lower electrode, the photoelectric conversion layer, and the upper electrode overlap are a, b, c, and d, respectively, so that a / c = b / d is established. Therefore, since each diode is manufactured in the same manufacturing process, the characteristics are uniform, the capacitance ratio at the time of reverse bias is the same as the area ratio, and when the capacitance ratios are Ca, Cb, Cc, and Cd,
Ca / Cc = Cb / Cd.

【0029】次に、全面に絶縁膜40を着膜及びパター
ニングし、上部電極31,33,34、下部電極12の
延設部12a上、クロムパターン14上にコンタクト孔
41,42,43,44,45をそれぞれ形成する。続
いてアルミニウムを着膜及びパターニングし、上部電極
34を覆う信号読取線51(6)、コンタクト孔41と
コンタクト孔45とを覆う配線52、コンタクト孔42
とコンタクト孔43とを覆う配線53をそれぞれ形成す
る。この際、信号読取線51の端辺下に位置する上部電
極を首部35としたので、アルミニウムのパターン形成
時にずれが生じても、前記面積比の誤差を防止して加工
精度を確保することができる。ダイオード4は、フォト
ダイオード1,2と同じ構造であるが、上部電極34が
信号読取線51により遮光されるので整流作用のみ行な
うダイオードとなる。同様に、ダイオード3の上部電極
33は、配線53により遮光されるので整流作用のみ行
なうダイオードとなる。
Next, an insulating film 40 is deposited and patterned on the entire surface, and contact holes 41, 42, 43 and 44 are formed on the upper electrodes 31, 33 and 34, the extended portion 12a of the lower electrode 12 and the chrome pattern 14. , 45 are formed respectively. Subsequently, aluminum is deposited and patterned, and the signal read line 51 (6) covering the upper electrode 34, the wiring 52 covering the contact hole 41 and the contact hole 45, and the contact hole 42.
A wiring 53 is formed to cover the contact hole 43 and the contact hole 43. At this time, since the upper electrode located below the end side of the signal reading line 51 is the neck portion 35, even if a deviation occurs during the pattern formation of aluminum, the area ratio error can be prevented and the processing accuracy can be ensured. it can. The diode 4 has the same structure as the photodiodes 1 and 2, but since the upper electrode 34 is shielded by the signal reading line 51, it serves as a diode that performs only a rectifying function. Similarly, since the upper electrode 33 of the diode 3 is shielded from light by the wiring 53, it serves as a diode that performs only a rectifying function.

【0030】上記のように構成することにより、第1の
フォトダイオード1と第2のフォトダイオード2は、下
部電極12を共通とすることでカソード側同士が接続さ
れている。また、第2のフォトダイード2のカソード側
とダイオード3とは、前記下部電極12の延設部12a
と透明電極33とが絶縁膜40に穿孔されたコンタクト
孔42を介して配線53で接続されている。第1のフォ
トダイオード1のアノード側は配線52を介してクロム
パターン14(パルス電圧印加信号線10)に、ダイオ
ード3のカソード側(クロムパターン13)はバイアス
電圧印加線8に、第2のフォトダイオード2及びダイオ
ード4のアノード側は信号読取線51(6)にそれぞれ
接続される。
With the above configuration, the first photodiode 1 and the second photodiode 2 are connected to each other at their cathode sides by sharing the lower electrode 12. Further, the cathode side of the second photodiode 2 and the diode 3 are formed by extending the extending portion 12a of the lower electrode 12.
The transparent electrode 33 is connected to the transparent electrode 33 by a wiring 53 through a contact hole 42 formed in the insulating film 40. The anode side of the first photodiode 1 is connected to the chrome pattern 14 (pulse voltage application signal line 10) via the wiring 52, the cathode side of the diode 3 (chrome pattern 13) is connected to the bias voltage application line 8, and the second photo diode is formed. The anode sides of the diode 2 and the diode 4 are connected to the signal read line 51 (6), respectively.

【0031】上記のように構成された撮像素子100
は、図5に示すように、複数個ライン状に並設され、各
第1のフォトダイオード1のアノード側をシフトレジス
タ60の出力端子Q0 〜QN にパルス電圧印加線10を
介してそれぞれ接続する。また、各ダイオード3のカソ
ード側は、撮像素子ラインに対して一個の直流電源7
が、第1のフォトダイオード1及びダイオード3から成
る各整流素子群に対して逆バイアスとなる極性に接続さ
れている。各第2のフォトダイオード2及びダイオード
4のアノード側は、撮像素子ラインに対して一本となる
共通の信号読取線6に接続され、該信号読取線6は積分
器5の入力端子に接続されている。該積分器5は、制御
信号により開閉を行なうスイッチ61によりリセットさ
れるように構成されている。
Image sensor 100 constructed as described above
As shown in FIG. 5, a plurality of lines are arranged side by side, and the anode side of each first photodiode 1 is connected to the output terminals Q0 to QN of the shift register 60 via the pulse voltage application line 10, respectively. .. Further, the cathode side of each diode 3 has one DC power supply 7 for the image pickup device line.
Are connected to each rectifying element group consisting of the first photodiode 1 and the diode 3 in such a polarity as to be reverse biased. The anode side of each of the second photodiodes 2 and 4 is connected to a common signal reading line 6 which is one for the image pickup device line, and the signal reading line 6 is connected to the input terminal of the integrator 5. ing. The integrator 5 is configured to be reset by a switch 61 that opens and closes according to a control signal.

【0032】シフトレジスタ4は、スタートパルスの印
加により前記出力端子Q0 〜QN から順次パルスがシフ
トされて出力される。パルスのハイレベル電圧Vh 及び
ローレベル電圧Vl は、前記直流電源7の一定電圧Vb
に対して、Vl <Vb <Vhを満足している。
The shift register 4 sequentially shifts and outputs the pulses from the output terminals Q0 to QN by applying the start pulse. The high level voltage Vh and the low level voltage Vl of the pulse are the constant voltage Vb of the DC power supply 7.
On the other hand, Vl <Vb <Vh is satisfied.

【0033】次に前記撮像素子アレイを構成する一画素
の動作について、図1及び図6を参照しながら説明す
る。図6はシフトレジスタ60から出力されるパルスと
接続点電位Vcpの波形を重ねたものである。第1のフォ
トダイオード1のアノード側に、シフトレジスタ60か
らのパルスが印加されることにより、前記アノード側に
は高電位Vh と低電位Vl とが間欠的に加わる。ダイオ
ード3のカソード側には、パルス電圧に対して極性が逆
となり、Vl <Vb <Vh を満足する一定電圧Vb が常
時印加されている。従って、図6のo点で第1のフォト
ダイオード1のアノード側が高電位Vh となると、第1
のフォトダイオード1及びダイオード3から成る整流素
子群の両端に電圧(Vh ―Vb )が順方向に印加された
状態となり、第1のフォトダイオード1及びダイオード
3がオンし、接続点CPの接続点電位Vcpは第1のフォ
トダイオード1とダイオード3の等価抵抗で決まる(リ
セット状態)。例えば、Ca,Cb,Cc,Cdの4つ
の容量が全て等しい場合、前記電位は(Vh ―Vb )/
2となる。
Next, the operation of one pixel forming the image pickup element array will be described with reference to FIGS. FIG. 6 shows the pulse output from the shift register 60 and the waveform of the connection point potential Vcp superimposed on each other. By applying a pulse from the shift register 60 to the anode side of the first photodiode 1, the high potential Vh and the low potential Vl are intermittently applied to the anode side. On the cathode side of the diode 3, a constant voltage Vb having a polarity opposite to that of the pulse voltage and satisfying Vl <Vb <Vh is constantly applied. Therefore, when the anode side of the first photodiode 1 becomes the high potential Vh at the point o in FIG.
The voltage (Vh-Vb) is applied to both ends of the rectifying element group consisting of the photodiode 1 and the diode 3 in the forward direction, the first photodiode 1 and the diode 3 are turned on, and the connection point of the connection point CP is connected. The potential Vcp is determined by the equivalent resistance of the first photodiode 1 and the diode 3 (reset state). For example, when the four capacitors Ca, Cb, Cc, and Cd are all equal, the potential is (Vh-Vb) /
It becomes 2.

【0034】次に、p点で第1のフォトダイオード1の
アノード側が低電位Vl となると、第1のフォトダイオ
ード1及びダイオード3から成る整流素子群の両端に電
圧(Vb ―Vl )が逆方向に印加された状態となり、第
1のフォトダイオード1、第2のフォトダイード2、ダ
イオード3及びダイオード4が容量部として機能し、前
記接続点CPはハイインピーダンスとなる。この状態で
第1のフォトダイオード1及び第2のフォトダイオード
2に光が照射すると、光電流が流れ前記電位Vcpの電位
は、グランドに向って放電し始め、前記面積比に応じて
電荷が発生してCa,Cb,Cc,Cdの4つの容量に
分配されて蓄積させる(蓄積状態)。これらの容量は、
上述したようにCa/Cc=Cb/Cdであるので、第
2のフォトダイオードで発生した電荷はCaとCcに、
第2のフォトダイオードで発生した電荷はCbとCdに
それぞれ分配されて電圧がつりあい、信号読取線6に流
れ出す電流は発生しない。
Next, when the anode side of the first photodiode 1 has a low potential Vl at point p, the voltage (Vb-Vl) is reversed in the opposite direction across the rectifying element group consisting of the first photodiode 1 and the diode 3. Then, the first photodiode 1, the second photodiode 2, the diode 3 and the diode 4 function as a capacitance portion, and the connection point CP becomes high impedance. When light is applied to the first photodiode 1 and the second photodiode 2 in this state, a photocurrent flows and the potential of the potential Vcp begins to discharge toward the ground, and electric charges are generated according to the area ratio. Then, it is distributed and accumulated in four capacitors Ca, Cb, Cc, and Cd (accumulation state). These capacities are
Since Ca / Cc = Cb / Cd as described above, the charges generated in the second photodiode are Ca and Cc,
The charges generated in the second photodiode are distributed to Cb and Cd, respectively, and the voltages are balanced, so that the current flowing out to the signal reading line 6 is not generated.

【0035】次に、一定時間経過したq点になると、再
び第1のフォトダイオード1のアノード側が高電位Vh
となり、第1のフォトダイオード1及びダイオード3が
順方向にバイアスされて電流が流れる。この時、接続点
CPの電位Vcpは、第1のフォトダイオード1とダイオ
ード3の等価抵抗で決まり、この電位で第2のフォトダ
イオード2及びダイオード4が充電される。この際、第
2のフォトダイオード2とダイオード4の一端に接続さ
れた積分器5を通じて充電が行なわれるので、充電電流
Iout に応じた積分信号Voutを読み取ることができ
る。前記接続点CPにおけるインピーダンスは、整流素
子群に印加する電圧により流れる電流Idと、第2のフ
ォトダイオード2への光入射により蓄積された電荷が放
電する際に外部に流れる充電電流Iout できまるので、
前記充電電流Iout よりも充分大きな電流Id が流れる
よう整流素子群への印加電圧Vh 及びVb を選べば、第
2のフォトダイオード2に照射される光量に影響される
ことなく前記接続点CPのインピーダンスを常に略一定
値に低く抑えることができ、充電の際の時定数を低くし
て短い時間でリセット動作を行なうことができる。
Next, at a point q after a certain period of time, the anode side of the first photodiode 1 is again at the high potential Vh.
Then, the first photodiode 1 and the diode 3 are biased in the forward direction and a current flows. At this time, the potential Vcp at the connection point CP is determined by the equivalent resistance of the first photodiode 1 and the diode 3, and the second photodiode 2 and the diode 4 are charged with this potential. At this time, since charging is performed through the integrator 5 connected to one ends of the second photodiode 2 and the diode 4, the integrated signal Vout according to the charging current Iout can be read. The impedance at the connection point CP is defined by the current Id flowing by the voltage applied to the rectifying element group and the charging current Iout flowing outside when the charge accumulated by the light incident on the second photodiode 2 is discharged. ,
If the applied voltages Vh and Vb to the rectifying element group are selected so that a current Id sufficiently larger than the charging current Iout flows, the impedance of the connection point CP is not affected by the amount of light applied to the second photodiode 2. Can be suppressed to a substantially constant value at all times, and the reset operation can be performed in a short time by reducing the time constant during charging.

【0036】すなわち、従来の構成であると、時定数が
大きくなるため充電電流による電位変化の立ち上がりが
図7に点線で示すような上昇曲線を描く。そのため、パ
ルス電圧Vpulse のパルス幅期間中に図10におけるフ
ォトダイオードPDが完全に飽和せず、飽和レベルに足
りない分が残留電荷となり、この残留電荷がリセット後
の蓄積期間において残留電荷分として残り、次ラインに
おける残像の要因となる。本実施例によれば、時定数を
小さく設定することができ、図7に実線で示すような上
昇曲線となりパルス電圧Vpulse のパルス幅期間中に第
2のフォトダイオード2を完全に飽和させることができ
る。従って、前記充電電流Iout を検出して積分するこ
とで、残留電荷を生じさせることなく第2のフォトダイ
オード2に入射した光の露光量を知ることができる。
That is, in the case of the conventional configuration, the time constant becomes large, so that the rising edge of the potential change due to the charging current draws a rising curve as shown by the dotted line in FIG. Therefore, during the pulse width period of the pulse voltage Vpulse, the photodiode PD in FIG. 10 is not completely saturated, and the amount which is insufficient to the saturation level becomes the residual charge, and this residual charge remains as the residual charge amount in the accumulation period after reset. , Which causes afterimage on the next line. According to this embodiment, the time constant can be set small, and the rising curve shown by the solid line in FIG. 7 can be obtained, and the second photodiode 2 can be completely saturated during the pulse width period of the pulse voltage Vpulse. it can. Therefore, by detecting and integrating the charging current Iout, it is possible to know the exposure amount of the light incident on the second photodiode 2 without generating residual charges.

【0037】次に、n個の撮像素子から成る撮像素子ア
レイの動作について、図5及び図8を参照して説明す
る。シフトレジスタ60の各出力Qn からは、図8に示
すように順次パルスがシフトされて出力されるので前記
動作が時系列的に行なわれ、共通の信号読取線6には図
8の信号電流(充電電流)Iout が出力される。シフト
レジタ60の各パルスの立ち上がりに際してスパイクノ
イズが充電電流(信号電流)に重畳し、立ち下がりに際
して前記ノイズと極性が反対のスパイクノイズがあらわ
れる。しかしながら、隣接する各パルスの立ち上がり及
び立ち下がり時期を一致させることにより、立ち上がり
と立ち下がりのノイズを相殺させることができる。従っ
て、前記信号電流Iout においては、図8に示すよう
に、シフトレジタ60の第1番目のパルスの立ち上がり
スパイクノイズ(充電電流に重畳)と、n番目のパルス
の立ち下がりスパイクノイズ(下側に出力)が信号読取
線6に出力される。従って、前記信号電流Iout を積分
すると図8に示す積分出力Vout を得ることができる。
図8中のresetは、リセットスイッチ61による積
分器5のリセットを行なうタイミングを示している。
Next, the operation of the image sensor array consisting of n image sensors will be described with reference to FIGS. Since the pulses are sequentially shifted and output from the respective outputs Qn of the shift register 60 as shown in FIG. 8, the above operation is performed in time series, and the common signal read line 6 receives the signal current (shown in FIG. 8). Charging current Iout is output. Spike noise is superimposed on the charging current (signal current) at the rising edge of each pulse of the shift register 60, and spike noise having the opposite polarity to the noise appears at the falling edge. However, by matching the rising and falling times of adjacent pulses, it is possible to cancel the rising and falling noises. Therefore, in the signal current Iout, as shown in FIG. 8, the rising spike noise of the first pulse of the shift register 60 (superimposed on the charging current) and the falling spike noise of the nth pulse (output to the lower side) ) Is output to the signal reading line 6. Therefore, by integrating the signal current Iout, the integrated output Vout shown in FIG. 8 can be obtained.
Reset in FIG. 8 indicates the timing at which the reset switch 61 resets the integrator 5.

【0038】図9は撮像素子の一画素分の他の実施例を
示すもので、第1のフォトダイード1、第2のフォトダ
イオード2、ダイオード3、ダイオード4の向きを全て
逆にしたものであり、図1と同一構成部分については同
一符号を付している。この場合、ダイオード2に印加す
る直流電圧及び第1のフォトダイオード1に印加するパ
ルス電圧の極性も逆となり、パルスのハイレベル電圧V
h 及びローレベル電圧Vl は、直流電源7の一定電圧V
b に対して、各絶対値が|Vl| <|Vb| <|Vh|
を満足するように設定する。
FIG. 9 shows another embodiment of one pixel of the image pickup device, in which the directions of the first photodiode 1, the second photodiode 2, the diode 3 and the diode 4 are all reversed. The same components as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals. In this case, the polarities of the DC voltage applied to the diode 2 and the pulse voltage applied to the first photodiode 1 are also opposite, and the high level voltage V
h and the low level voltage Vl are constant voltage V of the DC power supply 7.
For b, each absolute value is | Vl | <| Vb | <| Vh |
Set to satisfy.

【0039】図10(a)(b)は本発明にかかるイメ
ージセンサの他の実施例の断面説明図を示すものであ
る。平面図は上記実施例における図2と同様であり、図
10において図2ないし図4と同様の構成をとる部分に
ついては同一符号を付している。この実施例では、第1
のフォトダイオード1の光電変換層21,第2のフォト
ダイオード2の光電変換層22,ダイオード3の光電変
換層23,ダイオード4の光電変換層24を、逆バイア
ス時に電子をブロックする上部電極31,32,33,
34側より、ノンドープa−Si:H層21c,22
c,23c,24c、比抵抗が1MΩ・cm以上になる
ようにリン(P)をドープしたドーピングa−Si:H
層21b,22b,23b,24b、比抵抗が1kΩ・
cm以下になるようにリン(P)をドープしたドーピン
グa−Si:H層21a,22a,23a,24aを有
するように構成する。
10 (a) and 10 (b) are sectional explanatory views of another embodiment of the image sensor according to the present invention. The plan view is the same as that of FIG. 2 in the above embodiment, and in FIG. 10, portions having the same configurations as those of FIGS. 2 to 4 are denoted by the same reference numerals. In this embodiment, the first
The photoelectric conversion layer 21 of the photodiode 1, the photoelectric conversion layer 22 of the second photodiode 2, the photoelectric conversion layer 23 of the diode 3, and the photoelectric conversion layer 24 of the diode 4 as the upper electrode 31 for blocking electrons during reverse bias, 32, 33,
From the 34 side, non-doped a-Si: H layers 21c, 22
c, 23c, 24c, doping a-Si: H doped with phosphorus (P) so that the specific resistance is 1 MΩ · cm or more
Layers 21b, 22b, 23b, 24b, specific resistance of 1 kΩ
The doping a-Si: H layers 21a, 22a, 23a, and 24a doped with phosphorus (P) so as to have a thickness of cm or less are formed.

【0040】上記光電変換層は、絶縁基板11上にクロ
ムを着膜及びパターニングし、第1のフォトダイオード
1,第2のフォトダイオード2及びダイオード4に対し
て共通となる下部電極12と、ダイオード3の下部電極
及びバイアス電圧印加線8となるクロムパターン13、
パルス電圧印加線10となるクロムパターン14とをそ
れぞれ形成した後に、次の手順により作製される。
The photoelectric conversion layer is formed by depositing and patterning chromium on the insulating substrate 11, and the lower electrode 12 common to the first photodiode 1, the second photodiode 2 and the diode 4 and the diode. A lower electrode 3 and a chrome pattern 13 to be the bias voltage applying line 8;
After forming the chromium pattern 14 which becomes the pulse voltage application line 10, it is manufactured by the following procedure.

【0041】P−CVD法により100%のシラン(S
iH4)ガス中にホスフィン(PH3)ガスを0.1〜1
%ドーピングしたガスを用いてクロムパターン14との
間にオーミックコンタクトをとるようにし、基板温度が
180〜350℃、膜厚が1000オングストローム以
下となるように、比抵抗が1kΩ・cm以下となる第1
のドーピングa−Si:H膜を着膜する。次に、P−C
VD法により100%のシラン(SiH4)ガス中にホ
スフィン(PH3)ガスを0.01%以下でドーピング
したガスを用い、基板温度180〜350℃で比抵抗が
1MΩ・cm以上となる第2のドーピングa−Si:H
膜を着膜する。続いて、ノンドープのアモルファスシリ
コン(a−Si:H)膜を着膜する。第2のドーピング
a−Si:H膜とノンドープのa−Si:H膜を併せた
膜厚は、0.3〜2μmで、前記第2のドーピングa−
Si:H膜の方がノンドープのa−Si:H膜より膜厚
が厚く形成されている。
100% silane (S
0.1 to 1 of phosphine (PH 3 ) gas in iH 4 ) gas
% Ohmic contact is made between the chromium pattern 14 and the substrate, the substrate temperature is 180 to 350 ° C., the film thickness is 1000 angstroms or less, and the specific resistance is 1 kΩ · cm or less. 1
The doping a-Si: H film is deposited. Next, PC
Using a gas in which phosphine (PH 3 ) gas is doped by 0.01% or less in 100% silane (SiH 4 ) gas by the VD method, the specific resistance becomes 1 MΩ · cm or more at a substrate temperature of 180 to 350 ° C. 2 doping a-Si: H
Deposit the membrane. Then, a non-doped amorphous silicon (a-Si: H) film is deposited. The total thickness of the second doping a-Si: H film and the non-doped a-Si: H film is 0.3 to 2 μm, and the second doping a-
The Si: H film is formed thicker than the non-doped a-Si: H film.

【0042】また、第1のドーピングa−Si:H膜,
第2のドーピングa−Si:H膜,ノンドープのa−S
i:H膜の着膜は連続した工程で行なわれるが、各工程
が真空を破って行なわれる場合には、BHF(バッファ
ードフッ酸)で第1のドーピングa−Si:H膜上の酸
化膜の除去を行なった後に第2のドーピングa−Si:
H膜の着膜を、また、第2のドーピングa−Si:H膜
上の酸化膜の除去を行なった後にノンドープのa−S
i:H膜の着膜を行なうようにする。
Further, the first doping a-Si: H film,
Second doped a-Si: H film, non-doped a-S
The deposition of the i: H film is performed in successive steps. However, when each step is performed by breaking the vacuum, the first doping a-Si: H film is oxidized with BHF (buffered hydrofluoric acid). After removing the film, the second doping a-Si:
After the H film is deposited and the oxide film on the second doping a-Si: H film is removed, the non-doped a-S film is removed.
i: The H film is deposited.

【0043】次に、図2ないし図4の実施例と同様に、
スパッタ法により800オングストロームの膜厚でIT
O(酸化インジウム・スズ)を着膜し、ITOをフォト
リソ法によりパターニングした後、a−Si:H膜及び
ドーピングa−Si:H膜をドライエッチングによりパ
ターニングして第1のフォトダイオード1,2及びダイ
オード3,4を形成する。前記ドライエッチングにはC
4,SF6等のガスを用いる。
Next, as in the embodiment of FIGS. 2 to 4,
IT with a film thickness of 800 Å by the sputtering method
After depositing O (indium tin oxide) and patterning ITO by photolithography, the a-Si: H film and the doping a-Si: H film are patterned by dry etching to form the first photodiodes 1 and 2. And the diodes 3 and 4 are formed. C for the dry etching
A gas such as F 4 or SF 6 is used.

【0044】上記実施例によれば、比抵抗が1MΩ・c
m以上となる第2のドーピングa−Si:H膜でドーピ
ングa−Si:H層21b,22b,23b,24bを
形成したので電子の移動度・寿命積を大きくすることが
でき、第1のフォトダイオード及びダイオード3におい
て、短い時間内に大きな順方向電流を流すことができ
る。すなわち、例えば図11に示すように、本実施例の
構造のダイオードによれば、第2のドーピングa−S
i:H膜が存在しないダイオード(光電変換層を比抵抗
が1kΩ・cm以下となる第1のドーピングa−Si:
H膜とノンドープのa−Si:H膜で作製したもの)に
比較して同一印加電圧における順方向電流を大きくする
ことができる。
According to the above embodiment, the specific resistance is 1 MΩ · c.
Since the doping a-Si: H layers 21b, 22b, 23b, and 24b are formed of the second doping a-Si: H film having a thickness of m or more, the mobility / lifetime product of electrons can be increased, and the first A large forward current can be passed through the photodiode and the diode 3 within a short time. That is, for example, as shown in FIG. 11, according to the diode having the structure of the present embodiment, the second doping a-S
i: diode without H film (first doping a-Si with specific resistance of photoelectric conversion layer of 1 kΩ · cm or less:
The forward current at the same applied voltage can be increased as compared with the H film and the non-doped a-Si: H film).

【0045】一方、ドーピングa−Si:H膜を光電変
換層とした場合、例えば光電変換層を第1のドーピング
a−Si:H膜と第2のドーピングa−Si:H膜で作
製した場合、図12に示すように暗出力時の逆方向電流
が増加し暗電流特性が劣化する。これに対して本実施例
によれば、逆バイアス時に電子をブロックする電極側に
ノンドープa−Si:H層21c,22c,23c,2
4cを形成したので電子の移動度を小さくでき、第1の
フォトダイオード,第2のフォトダイオード,ダイオー
ド3,ダイオード4において暗電流を抑えることがで
き、P/D比(明電流と暗電流の比)を良好とすること
ができる。従って、良好なP/D比を維持しつつ順方向
電流を大きくすることができるので、高速読み出し時に
おいても残像を生じさせないイメージセンサとすること
ができる。
On the other hand, when the doped a-Si: H film is used as the photoelectric conversion layer, for example, when the photoelectric conversion layer is made of the first doped a-Si: H film and the second doped a-Si: H film. As shown in FIG. 12, the reverse current at the time of dark output increases and the dark current characteristic deteriorates. On the other hand, according to the present embodiment, the non-doped a-Si: H layers 21c, 22c, 23c, 2 are provided on the side of the electrodes that block electrons during reverse bias.
Since 4c is formed, the electron mobility can be reduced, the dark current can be suppressed in the first photodiode, the second photodiode, the diode 3 and the diode 4, and the P / D ratio (bright current and dark current Ratio) can be made good. Therefore, since the forward current can be increased while maintaining a good P / D ratio, it is possible to obtain an image sensor that does not cause an afterimage even during high-speed reading.

【0046】図13(a)(b)は本発明にかかるイメ
ージセンサの他の実施例の断面説明図を示すものであ
る。平面図は上記実施例における図2と同様であり、図
13において図2ないし図4と同様の構成をとる部分に
ついては同一符号を付している。この実施例では、第1
のフォトダイオード1の光電変換層21,第2のフォト
ダイオード2の光電変換層22,ダイオード3の光電変
換層23,ダイオード4の光電変換層24を、逆バイア
ス時に電子をブロックする上部電極31,32,33,
34側より、異なる着膜温度で成膜したノンドープa−
Si:H層21z,22z,23z,24z及びノンド
ープa−Si:H層21y,22y,23y,24y
(ノンドープa−Si:H層21z,22z,23z,
24zの着膜温度をノンドープa−Si:H層21y,
22y,23y,24yの着膜温度より低くする)、そ
の下層にリン(P)をドープしたドーピングa−Si:
H層21x,22x,23x,24xを形成している。
13 (a) and 13 (b) are sectional explanatory views of another embodiment of the image sensor according to the present invention. The plan view is the same as FIG. 2 in the above-described embodiment, and in FIG. 13, parts having the same configurations as those in FIGS. In this embodiment, the first
The photoelectric conversion layer 21 of the photodiode 1, the photoelectric conversion layer 22 of the second photodiode 2, the photoelectric conversion layer 23 of the diode 3, and the photoelectric conversion layer 24 of the diode 4 as the upper electrode 31 for blocking electrons during reverse bias, 32, 33,
Non-doped a- formed at different deposition temperatures from the 34 side
Si: H layers 21z, 22z, 23z, 24z and non-doped a-Si: H layers 21y, 22y, 23y, 24y.
(Non-doped a-Si: H layers 21z, 22z, 23z,
The deposition temperature of 24z is set to the non-doped a-Si: H layer 21y,
22y, 23y, and 24y), and the lower layer below is doped with phosphorus (P) a-Si:
The H layers 21x, 22x, 23x, 24x are formed.

【0047】上記光電変換層は、絶縁基板11上にクロ
ムを着膜及びパターニングし、第1のフォトダイオード
1,第2のフォトダイオード2及びダイオード4に対し
て共通となる下部電極12と、ダイオード3の下部電極
及びバイアス電圧印加線8となるクロムパターン13、
パルス電圧印加線10となるクロムパターン14とをそ
れぞれ形成した後に、次の手順により作製される。
The photoelectric conversion layer is formed by depositing and patterning chromium on the insulating substrate 11, and the lower electrode 12 common to the first photodiode 1, the second photodiode 2 and the diode 4 and the diode. A lower electrode 3 and a chrome pattern 13 to be the bias voltage applying line 8;
After forming the chromium pattern 14 which becomes the pulse voltage application line 10, it is manufactured by the following procedure.

【0048】P−CVD法により100%のシラン(S
iH4)ガス中にホスフィン(PH3)ガスを1%ドーピ
ングしたガスを用い、基板温度を180〜350℃とし
1000オングストロームの膜厚でドーピングa−S
i:H膜を着膜する。続いて、第1のノンドープa−S
i:H膜及び第2のノンドープa−Si:H膜を異なる
基板温度で着膜し、全体の膜厚を0.3〜2μmとす
る。前記着膜において、第1のノンドープa−Si:H
膜の基板温度は230〜350℃とし、第2のノンドー
プa−Si:H膜の基板温度は、第1のノンドープa−
Si:H膜の基板温度より低い180〜250℃とし、
第1のノンドープa−Si:H膜のほうが第2のノンド
ープa−Si:H膜より膜厚を厚くなるように構成して
いる。
100% silane (S
iH 4 ) gas with 1% doping of phosphine (PH 3 ) gas is used, the substrate temperature is 180 to 350 ° C., and the doping a-S is performed at a film thickness of 1000 angstrom.
i: Deposit H film. Then, the first non-doped aS
The i: H film and the second non-doped a-Si: H film are deposited at different substrate temperatures so that the total film thickness is 0.3 to 2 μm. In the deposited film, the first non-doped a-Si: H
The substrate temperature of the film is 230 to 350 ° C., and the substrate temperature of the second non-doped a-Si: H film is the first non-doped a-
180 to 250 ° C. lower than the substrate temperature of the Si: H film,
The first non-doped a-Si: H film is thicker than the second non-doped a-Si: H film.

【0049】また、第1のノンドープa−Si:H膜及
び第2のノンドープa−Si:H膜は、温度の異なる連
続した2つの反応層で着膜するが、反応層単層で形成す
る場合には、反応層中で基板温度が設定温度に下がるま
で充分な時間を置くか、又は第1のノンドープa−S
i:H膜を着膜後、温度変更のために一度真空を破った
場合には、BHF(バッファードフッ酸)で第1のノン
ドープa−Si:H膜上の酸化膜の除去を行なった後に
第2のノンドープa−Si:H膜の着膜を行なうように
する。
The first non-doped a-Si: H film and the second non-doped a-Si: H film are formed by two reaction layers having different temperatures but are formed as a single reaction layer. In some cases, allow sufficient time for the substrate temperature to drop to the set temperature in the reaction layer, or use the first non-doped a-S
After the i: H film was deposited, when the vacuum was once broken to change the temperature, the oxide film on the first non-doped a-Si: H film was removed with BHF (buffered hydrofluoric acid). After that, the second non-doped a-Si: H film is deposited.

【0050】次に、図2ないし図4の実施例と同様に、
スパッタ法により800オングストロームの膜厚でIT
O(酸化インジウム・スズ)を着膜し、ITOをフォト
リソ法によりパターニングした後、第1及び第2のノン
ドープa−Si:H膜及びドーピングa−Si:H膜を
ドライエッチングによりパターニングして第1のフォト
ダイオード1,2及びダイオード3,4を形成する。前
記ドライエッチングにはCF4,SF6等のガスを用い
る。
Next, similarly to the embodiment of FIGS. 2 to 4,
IT with a film thickness of 800 Å by the sputtering method
After depositing O (indium tin oxide) and patterning ITO by photolithography, the first and second non-doped a-Si: H films and the doped a-Si: H film are patterned by dry etching. 1 photodiodes 1 and 2 and diodes 3 and 4 are formed. A gas such as CF 4 or SF 6 is used for the dry etching.

【0051】上記実施例によれば、比較的高温で着膜さ
れた第1のノンドープa−Si:H膜でノンドープa−
Si:H層21y,22y,23y,24yを形成した
ので、局在準位の小さい膜が形成でき、第1のフォトダ
イオード及びダイオード3において、短い時間内に大き
な順方向電流を流すことができる。すなわち、例えば図
14に示すように、本実施例の構造のダイオード(ノン
ドープa−Si:H層を250℃と230℃の基板温度
で着膜した二層構造)によれば、ノンドープa−Si:
H層を230℃の基板温度で着膜した一層で形成したダ
イオード(光電変換層をドーピングa−Si:H膜と第
2のノンドープのa−Si:H膜で作製したもの)に比
較して同一印加電圧における順方向電流を大きくするこ
とができる。
According to the above embodiment, the first non-doped a-Si: H film deposited at a relatively high temperature is used as the non-doped a-.
Since the Si: H layers 21y, 22y, 23y, and 24y are formed, a film having a small localized level can be formed, and a large forward current can flow in the first photodiode and the diode 3 within a short time. .. That is, for example, as shown in FIG. 14, according to the diode having the structure of the present embodiment (two-layer structure in which the non-doped a-Si: H layer is deposited at the substrate temperature of 250 ° C. and 230 ° C.), the non-doped a-Si is used. :
In comparison with a diode (a photoelectric conversion layer made of a doped a-Si: H film and a second non-doped a-Si: H film) formed by a single layer in which an H layer is deposited at a substrate temperature of 230 ° C. The forward current at the same applied voltage can be increased.

【0052】一方、250℃の基板温度で着膜されるノ
ンドープa−Si:H膜のみで光電変換層を形成した場
合、図15に示すように暗出力時の逆方向電流が増加し
暗電流特性が劣化する。これに対して本実施例によれ
ば、逆バイアス時に電子をブロックする電極側に230
℃で着膜されるノンドープa−Si:H層31z,32
z,33z,34zを形成することにより、ITOとシ
リコンの界面においてITO膜とのバリヤハイトを大き
くしたので、第1のフォトダイオード,第2のフォトダ
イオード,ダイオード3,ダイオード4において暗電流
を抑えることができ、P/D比(明電流と暗電流の比)
を良好とすることができる。すなわち図15より、23
0℃の基板温度で着膜されるノンドープa−Si:H膜
のみで光電変換層を形成した場合と略同様の暗電流特性
とすることができる。従って、良好なP/D比を維持し
つつ順方向電流を大きくすることができるので、高速読
み出し時においても残像を生じさせないイメージセンサ
とすることができる。
On the other hand, when the photoelectric conversion layer is formed only by the non-doped a-Si: H film deposited at the substrate temperature of 250 ° C., the reverse current at dark output increases and the dark current increases as shown in FIG. The characteristics deteriorate. On the other hand, according to this embodiment, 230
Non-doped a-Si: H layers 31z, 32 deposited at ℃
By forming z, 33z, and 34z, the barrier height between the ITO film and the ITO film is increased at the interface between ITO and silicon, so that the dark current is suppressed in the first photodiode, the second photodiode, the diode 3, and the diode 4. P / D ratio (ratio of bright current and dark current)
Can be good. That is, from FIG.
The dark current characteristics can be substantially the same as the case where the photoelectric conversion layer is formed only by the non-doped a-Si: H film deposited at the substrate temperature of 0 ° C. Therefore, since the forward current can be increased while maintaining a good P / D ratio, it is possible to obtain an image sensor that does not cause an afterimage even during high-speed reading.

【0053】図16及び図17は本発明の他の実施例を
示すもので、2次元のカラーイメージセンサに適用した
例である。図2に示したイメージセンサ(一画素)にお
いて、信号読取線6及びパルス電圧印加線10を横方向
に交互に配設するとともにバイアス電圧印加線8を縦方
向に配設して、これらの配線で囲まれた部分を一画素と
すると、図18に示すような平面構造となる。図18に
おいて、図2と同様の構成をとる部分については同一符
号を付している。図18のカラーイメージセンサによれ
ば、各画素のフォトダイード及びダイオードは同一平面
上に形成されているので、一画素内に配線53で遮光さ
れたダイオード3の存在により、光電変換に寄与するフ
ォトダイオード1の受光領域A及びフォトダイオード2
の受光領域Bの面積が制限され、感度の低下を招く。
16 and 17 show another embodiment of the present invention, which is an example applied to a two-dimensional color image sensor. In the image sensor (one pixel) shown in FIG. 2, the signal reading lines 6 and the pulse voltage applying lines 10 are alternately arranged in the horizontal direction, and the bias voltage applying lines 8 are arranged in the vertical direction. If a portion surrounded by is one pixel, a planar structure as shown in FIG. 18 is obtained. In FIG. 18, parts having the same configurations as those in FIG. 2 are designated by the same reference numerals. According to the color image sensor of FIG. 18, since the photodiode and the diode of each pixel are formed on the same plane, the presence of the diode 3 shielded by the wiring 53 in one pixel contributes to the photoelectric conversion. 1 light receiving area A and photodiode 2
The area of the light receiving region B is limited, and the sensitivity is lowered.

【0054】本実施例では図16に示すように、信号読
取線6及びパルス電圧印加線10を横方向に交互に配設
するとともに、バイアス電圧印加線8をフォトダイード
2の下層において縦方向に配設することにより、一画素
における受光領域A,Bの面積の拡大を図っている。す
なわち、フォトダイオード2の下層に光電変換層を介し
てクロムパターン13を配置することによりダイオード
3を形成し、アノードとカソード同士が接続されたフォ
トダイオード2及びダイオード3を積層構造としてい
る。図16において、図2と同様の構成をとる部分につ
いては同一符号を付している。
In this embodiment, as shown in FIG. 16, the signal reading lines 6 and the pulse voltage applying lines 10 are alternately arranged in the horizontal direction, and the bias voltage applying lines 8 are arranged vertically in the lower layer of the photodiode 2. By arranging, the area of the light receiving regions A and B in one pixel is expanded. That is, the diode 3 is formed by disposing the chromium pattern 13 under the photodiode 2 with the photoelectric conversion layer interposed therebetween, and the photodiode 2 and the diode 3 having the anode and the cathode connected to each other have a laminated structure. 16, parts having the same configuration as in FIG. 2 are given the same reference numerals.

【0055】次に本実施例の製造方法について図17を
参照しながら説明する。図17(a)ないし(d)は図
16のイメージセンサの各断面図である。絶縁基板11
上に蒸着法又はスパッタリング法によりクロムから成る
膜厚700オングストローム程度の金属膜を着膜し、フ
ォトリソ法によりパターニングして、ダイオード3の下
部電極及びバイアス電圧印加線8となるクロムパターン
13を形成する。次に、PーCVD法によりアモルファ
スシリコン(a−Si)膜を着膜する。このアモルファ
スシリコン(a−Si)膜は、膜厚は0.5〜1.5μ
m程度とし、その構成はpin(nip),in(n
i),pi(ip)のいずれでも良い。続いて、蒸着法
又はスパッタリング法によりCr等の金属膜を700オ
ングストロームの膜厚に着膜し、フォトリソ法によりパ
ターニングしてダイオード3の上部電極33を形成す
る。この上部電極33は、第1のフォトダイオード1,
第2のフォトダイオード2及びダイオード4に対して共
通となる下部電極12を兼用している。アモルファスシ
リコン(a−Si)膜のドライエッチングを行ないダイ
オード3の略一画素の大きさに等しい光電変換層23を
形成する。前記ドライエッチングにはCF4やSF6等の
ガスを用いる。
Next, the manufacturing method of this embodiment will be described with reference to FIG. 17A to 17D are sectional views of the image sensor of FIG. Insulating substrate 11
A metal film made of chromium and having a thickness of about 700 angstroms is deposited thereon by a vapor deposition method or a sputtering method, and patterned by a photolithography method to form a chromium pattern 13 to be the lower electrode of the diode 3 and the bias voltage application line 8. .. Next, an amorphous silicon (a-Si) film is deposited by P-CVD method. This amorphous silicon (a-Si) film has a film thickness of 0.5 to 1.5 μm.
m, and the configuration is pin (nip), in (n
Either i) or pi (ip) may be used. Then, a metal film of Cr or the like is deposited to a film thickness of 700 angstrom by the vapor deposition method or the sputtering method, and is patterned by the photolithography method to form the upper electrode 33 of the diode 3. The upper electrode 33 is formed by the first photodiode 1,
The lower electrode 12, which is common to the second photodiode 2 and the diode 4, is also used. Amorphous silicon (a-Si) film is dry-etched to form a photoelectric conversion layer 23 having a size of about one pixel of the diode 3. A gas such as CF 4 or SF 6 is used for the dry etching.

【0056】次に、PーCVD法により再度アモルファ
スシリコン(a−Si)膜を着膜する。このアモルファ
スシリコン(a−Si)膜は、膜厚は0.5〜1.5μ
m程度とし、その構成はpin(nip),in(n
i),pi(ip)のいずれでも良い。続いて、蒸着法
又はスパッタリング法により酸化インジウム・スズ等の
透明導電膜を800オングストロームの膜厚に着膜し、
フォトリソ法によりパターニングして第1のフォトダイ
オード1の上部電極31,第2のフォトダイオード2の
上部電極32、ダイオード4の上部電極34(上部電極
32と上部電極34とは一体になっている)をそれぞれ
形成し、アモルファスシリコン(a−Si)膜のドライ
エッチングを行ない第1のフォトダイオード1の光電変
換層21,第2のフォトダイオード2の光電変換層2
2,ダイオード4の光電変換層24(光電変換層22と
光電変換層24とは一体になっている)を形成し、第1
のフォトダイオード1及び第2のフォトダイオード2及
びダイオード4が光電変換層23上に位置するように形
成する。各ダイオードにおいて、下部電極,光電変換
層,上部電極が重なり合う部分の面積をそれぞれa,
b,c,dとすると、a/c=b/dが成立するように
形成する。従って、各ダイオードは同一製造工程で作製
されるので特性が均一となり、逆バイアス時の容量比が
面積比と同じになり、各容量比をCa,Cb,Cc,C
dとすると、Ca/Cc=Cb/Cdとなる。
Next, an amorphous silicon (a-Si) film is deposited again by the P-CVD method. This amorphous silicon (a-Si) film has a film thickness of 0.5 to 1.5 μm.
m, and the configuration is pin (nip), in (n
Either i) or pi (ip) may be used. Then, a transparent conductive film of indium tin oxide or the like is deposited to a thickness of 800 Å by vapor deposition or sputtering,
The upper electrode 31 of the first photodiode 1, the upper electrode 32 of the second photodiode 2, and the upper electrode 34 of the diode 4 are patterned by the photolithography method (the upper electrode 32 and the upper electrode 34 are integrated). Respectively, and the amorphous silicon (a-Si) film is dry-etched to perform the photoelectric conversion layer 21 of the first photodiode 1 and the photoelectric conversion layer 2 of the second photodiode 2.
2, the photoelectric conversion layer 24 of the diode 4 (the photoelectric conversion layer 22 and the photoelectric conversion layer 24 are integrated) is formed, and the first
The photodiode 1, the second photodiode 2, and the diode 4 are formed so as to be located on the photoelectric conversion layer 23. In each diode, the area of the portion where the lower electrode, the photoelectric conversion layer, and the upper electrode overlap is a,
If b, c, and d are set, a / c = b / d is formed. Therefore, since each diode is manufactured in the same manufacturing process, the characteristics are uniform, the capacitance ratio at the time of reverse bias is the same as the area ratio, and the capacitance ratios are Ca, Cb, Cc, C.
If d, then Ca / Cc = Cb / Cd.

【0057】次に、全面に絶縁膜40を着膜及びパター
ニングし、上部電極31,34上にコンタクト孔41,
43をそれぞれ形成し、続いてアルミニウムを着膜及び
パターニングして、上部電極34を覆う信号読取線51
(6)及び上部電極31の一部を覆うパルス電圧印加線
14(10)を形成する。ダイオード4は、フォトダイ
オード1,2と同じ構造であるが、上部電極34が信号
読取線51により遮光されるので整流作用のみ行なうダ
イオードとなる。また、ダイオード3の上部電極33
は、金属膜で形成されているので上方からの光を遮光し
整流作用のみ行なうダイオードとなる。尚、図17にお
いて、図3及び図4と同様の構成をとる部分については
同一符号を付している。
Next, an insulating film 40 is deposited and patterned on the entire surface, and contact holes 41, 41 are formed on the upper electrodes 31, 34.
43 is formed, and then aluminum is deposited and patterned to cover the upper electrode 34 with the signal read line 51.
The pulse voltage application line 14 (10) is formed so as to cover (6) and a part of the upper electrode 31. The diode 4 has the same structure as the photodiodes 1 and 2, but since the upper electrode 34 is shielded by the signal reading line 51, it serves as a diode that performs only a rectifying function. In addition, the upper electrode 33 of the diode 3
Is a diode formed of a metal film so as to shield light from above and only perform a rectifying function. Note that, in FIG. 17, the same reference numerals are given to parts having the same configurations as those in FIGS. 3 and 4.

【0058】本実施例によれば、フォトダイオード2と
ダイオード3とを積層構造とするので、図18において
ダイオード3の配線53とした部分についても受光領域
とすることができるので、一画素においてフォトダイオ
ード1の受光領域A及びフォトダイオード2の受光領域
Bの面積が占める割合を大きくすることができる。
According to this embodiment, since the photodiode 2 and the diode 3 have a laminated structure, the portion of the diode 3 shown as the wiring 53 in FIG. 18 can also be used as a light receiving region. The area occupied by the light receiving region A of the diode 1 and the light receiving region B of the photodiode 2 can be increased.

【0059】また、上記実施例においては、ダイオード
3の上部電極33(フォトダイード1及びフォトダイオ
ード2の下部電極12)を金属膜で形成したが、ドーピ
ングされたa−Si:H膜で形成してもよい。この場
合、図17におけるダイオード3の光電変換層23、ダ
イオード3の上部電極33(フォトダイード1及びフォ
トダイオード2の下部電極12)、フォトダイード1及
びフォトダイオード2の光電変換層21,22を連続し
て着膜することができるので、製造工程の簡略化を図る
ことができる。
In the above embodiment, the upper electrode 33 of the diode 3 (the lower electrode 12 of the photodiode 1 and the photodiode 2) is formed of a metal film, but it is formed of a doped a-Si: H film. Good. In this case, the photoelectric conversion layer 23 of the diode 3, the upper electrode 33 of the diode 3 (the lower electrode 12 of the photodiode 1 and the photodiode 2), the photoelectric conversion layers 21 and 22 of the photodiode 1 and the photodiode 2 in FIG. Since the film can be deposited, the manufacturing process can be simplified.

【0060】前記ドーピングされたa−Si:H膜は、
例えば、P−CVD法により100%のシラン(SiH
4)ガス中にホスフィン(PH3)ガスを1%ドーピング
したガスを用い、基板温度を180〜350℃で着膜す
ることにより、比抵抗が100Ω・cm程度のドーピン
グa−Si:H層とすることができる。
The doped a-Si: H film is
For example, 100% silane (SiH
4 ) By using a gas obtained by doping phosphine (PH 3 ) gas at 1% with a substrate temperature of 180 to 350 ° C. to form a doped a-Si: H layer having a specific resistance of about 100 Ω · cm. can do.

【0061】[0061]

【発明の効果】請求項1のイメージセンサによれば、第
2のフォトダイオードのリセット時に際し、整流素子の
接続点におけるインピーダンスは、整流素子群に印加す
る電圧により流れる電流と、第2のフォトダイオードへ
の光入射により蓄積された電荷が放電する際の充電電流
できまる。従って、充電電流よりも充分大きな電流が流
れるよう整流素子群への印加電圧を選べば、第2のフォ
トダイオードに照射される光量に影響されることなく前
記接続点のインピーダンスを常に低く抑えることがで
き、リセット時間内に光電変換素子を飽和させて残留電
荷の発生を防止する。その結果、前記残留電荷による残
像がなくなり、イメージセンサの解像度を向上させるこ
とができる。また、第2のフォトダイードに並列に容量
部を接続し、前記第1のフォトダイオードとダイオード
の容量比と、前記第2のフォトダイオードと容量部との
容量比とを略等しくすることにより、第2のフォトダイ
オードから第1のフォトダイオード及びダイオードへ流
れ出す電流によるノイズを低減してイメージセンサの解
像度を向上させることができる。
According to the image sensor of the first aspect, at the time of resetting the second photodiode, the impedance at the connection point of the rectifying elements is the current flowing due to the voltage applied to the rectifying element group and the second photodiode. The charge current when the charge accumulated by the light incident on the diode is discharged can be obtained. Therefore, if the applied voltage to the rectifying element group is selected so that a current sufficiently larger than the charging current flows, the impedance at the connection point can always be suppressed to a low level without being affected by the amount of light emitted to the second photodiode. Therefore, the photoelectric conversion element is saturated within the reset time to prevent generation of residual charges. As a result, the residual image due to the residual charges disappears, and the resolution of the image sensor can be improved. In addition, by connecting a capacitance section in parallel to the second photodiode and making the capacitance ratio of the first photodiode and the diode substantially equal to the capacitance ratio of the second photodiode and the capacitance section, The noise due to the current flowing from the second photodiode to the first photodiode and the diode can be reduced to improve the resolution of the image sensor.

【0062】請求項2のイメージセンサによれば、容量
部を第2のフォトダイオードを作製する工程で同時に形
成でき、製造の簡略化を図ることができる。
According to the image sensor of the second aspect, it is possible to simultaneously form the capacitor portion in the step of manufacturing the second photodiode, and it is possible to simplify the manufacturing.

【0063】請求項3のイメージセンサによれば、パル
ス電圧を発生するパルス印加装置と直流電源とを整流素
子群の両端に接続し、直流電源の一定電圧Vb ,前記パ
ルス電圧のハイレベル電圧Vh ,ローレベル電圧Vl の
各絶対値が|Vl| <|Vb| <|Vh|を満足するこ
とにより、整流素子群に順方向電圧または逆方向電圧を
印加させることができる。
According to the image sensor of the third aspect, the pulse applying device for generating the pulse voltage and the DC power source are connected to both ends of the rectifying element group, and the constant voltage Vb of the DC power source and the high level voltage Vh of the pulse voltage are applied. , When the absolute values of the low-level voltage Vl satisfy | Vl | <| Vb | <| Vh |, a forward voltage or a reverse voltage can be applied to the rectifying element group.

【0064】請求項4のイメージセンサによれば、フォ
トダイオード及びダイオードを薄膜構造とし、光電変換
層をドーピングa−Si:H層としたので順方向電流を
大きくするとともに、逆バイアス時に電子をブロックす
る電極側にノンドープa−Si:H層を形成したので、
暗電流を抑制して良好なP/D比を維持することがで
き、高速読み出し時においても残像を生じさせないイメ
ージセンサとすることができる。
According to the image sensor of claim 4, since the photodiode and the diode have a thin film structure and the photoelectric conversion layer is a doped a-Si: H layer, the forward current is increased and the electrons are blocked during the reverse bias. Since the non-doped a-Si: H layer was formed on the electrode side to be
A dark current can be suppressed to maintain a good P / D ratio, and an image sensor that does not cause an afterimage even during high-speed reading can be provided.

【0065】請求項5記載のイメージセンサによれば、
フォトダイオード及びダイオードを薄膜構造とし、光電
変換層を高い基板温度で着膜したノンドープa−Si:
H層としたので順方向電流を大きくするとともに、逆バ
イアス時に電子をブロックする電極側に前記ノンドープ
a−Si:H層より低い基板温度で着膜したノンドープ
a−Si:H層を形成したので、暗電流を抑制して良好
なP/D比を維持することができ、高速読み出し時にお
いても残像を生じさせないイメージセンサとすることが
できる。
According to the image sensor of claim 5,
Non-doped a-Si in which a photodiode and a diode have a thin film structure and a photoelectric conversion layer is deposited at a high substrate temperature:
Since the H layer is used, the forward current is increased, and the non-doped a-Si: H layer formed at the substrate temperature lower than that of the non-doped a-Si: H layer is formed on the electrode side that blocks electrons during reverse bias. A dark current can be suppressed, a good P / D ratio can be maintained, and an image sensor that does not cause an afterimage even during high-speed reading can be provided.

【0066】請求項6のイメージセンサによれば、ダイ
オードと第1のフォトダイオード及び第2のフォトダイ
オードとを二層構造とするので、一画素の面積が限られ
ている場合において、第1のフォトダイオード及び第2
のフォトダイオードの受光領域を広くすることができ、
感度の向上を図ることができる。
According to the image sensor of claim 6, since the diode and the first photodiode and the second photodiode have a two-layer structure, when the area of one pixel is limited, Photodiode and second
It is possible to widen the light receiving area of the photodiode of
The sensitivity can be improved.

【0067】請求項7のイメージセンサによれば、ドー
ピングされたa−Si:H膜により下部電極を形成した
ので、ダイオード上に第1のフォトダイオード及び第2
のフォトダイオードを二層構造により形成する際に、製
造工程の簡略化を図ることができる。
According to the image sensor of claim 7, since the lower electrode is formed of the doped a-Si: H film, the first photodiode and the second photodiode are formed on the diode.
The manufacturing process can be simplified when the photodiode of (1) is formed with a two-layer structure.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明に係るイメージセンサの一実施例にお
ける一画素についての等価回路図である。
FIG. 1 is an equivalent circuit diagram of one pixel in an embodiment of an image sensor according to the present invention.

【図2】 本発明に係るイメージセンサの一実施例にお
ける一画素についての平面説明図である。
FIG. 2 is an explanatory plan view of one pixel in one embodiment of the image sensor according to the present invention.

【図3】 図2のX−X′線断面説明図である。FIG. 3 is a cross-sectional explanatory view taken along line XX ′ of FIG.

【図4】 図2のY−Y′線断面説明図である。4 is a cross-sectional explanatory view taken along the line YY 'of FIG.

【図5】 本発明に係るイメージセンサの一実施例を示
す等価回路図である。
FIG. 5 is an equivalent circuit diagram showing an embodiment of the image sensor according to the present invention.

【図6】 本発明に係るイメージセンサの一画素につい
ての動作を説明するためのタイミングチャート図であ
る。
FIG. 6 is a timing chart diagram for explaining the operation of one pixel of the image sensor according to the present invention.

【図7】 本実施例のイメージセンサにおける読み取り
及びリセット動作する際、従来例との比較を説明するた
めの波形図である。
FIG. 7 is a waveform diagram for explaining a comparison with a conventional example when a reading and resetting operation is performed in the image sensor of the present embodiment.

【図8】 図5のイメージセンサの読み取り動作を説明
するためのタイミングチャート図である。
FIG. 8 is a timing chart diagram for explaining a reading operation of the image sensor of FIG.

【図9】 本発明に係るイメージセンサの他の実施例を
示す一画素分の等価回路図である。
FIG. 9 is an equivalent circuit diagram of one pixel showing another embodiment of the image sensor according to the present invention.

【図10】 (a)(b)は本発明の他の実施例に係る
イメージセンサの一画素についての断面説明図である。
10A and 10B are cross-sectional explanatory views of one pixel of an image sensor according to another embodiment of the present invention.

【図11】 図10の実施例によるフォトダイオードの
順方向電流の特性図である。
11 is a characteristic diagram of the forward current of the photodiode according to the embodiment of FIG.

【図12】 図10の実施例によるフォトダイオードの
逆方向電流の特性図である。
12 is a characteristic diagram of the reverse current of the photodiode according to the embodiment of FIG.

【図13】 (a)(b)は本発明の他の実施例に係る
イメージセンサの一画素についての断面説明図である。
13A and 13B are cross-sectional explanatory views of one pixel of an image sensor according to another embodiment of the present invention.

【図14】 図13の実施例によるフォトダイオードの
順方向電流の特性図である。
FIG. 14 is a characteristic diagram of a forward current of a photodiode according to the example of FIG.

【図15】 図13の実施例によるフォトダイオードの
逆方向電流の特性図である。
FIG. 15 is a characteristic diagram of the reverse current of the photodiode according to the embodiment of FIG.

【図16】 本発明の他の実施例を示すものでカラーイ
メージセンサに適用した場合の平面説明図である。
FIG. 16 is a plan view showing another embodiment of the present invention when applied to a color image sensor.

【図17】 (a)ないし(d)は図16のカラーイメ
ージセンサの断面説明図であり、(a)はI−I線断面
説明図、(b)はII−II線断面説明図、(c)はIII−I
II線断面説明図、(d)はIV−IV線断面説明図である。
17A to 17D are sectional explanatory views of the color image sensor of FIG. 16, FIG. 17A is a sectional explanatory view taken along the line I-I, FIG. 17B is a sectional explanatory view taken along the line II-II, and FIG. c) is III-I
II line sectional explanatory drawing, (d) is IV-IV line sectional explanatory drawing.

【図18】 図2のイメージセンサを2次元に配置した
カラーイメージセンサの平面説明図である。
18 is an explanatory plan view of a color image sensor in which the image sensor of FIG. 2 is two-dimensionally arranged.

【図19】 従来のイメージセンサの一画素分の構成を
示す等価回路図である。
FIG. 19 is an equivalent circuit diagram showing a configuration of one pixel of a conventional image sensor.

【図20】 図19のイメージセンサの読み取り動作を
説明するためのタイミングチャート図である。
FIG. 20 is a timing chart diagram for explaining a reading operation of the image sensor of FIG.

【図21】 アモルファスシリコンダイオードの電圧電
流特性を示すグラフ図である。
FIG. 21 is a graph showing voltage-current characteristics of an amorphous silicon diode.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,2…フォトダイオード、 3,4…ダイオード、
5…積分器、 6,51…信号読取線、 7…直流電
源、 8…バイアス電圧印加線、 9…パルス印加装
置、 10…パルス電圧印加線、 13…クロムパター
ン、 21,22,23,24…光電変換層、 21
a,22a,23a,24a…ドーピングa−Si:H
層(比抵抗が1kΩ・cm以下)、 21b,22b,
23b,24b…ドーピングa−Si:H層(比抵抗が
1MΩ・cm以上)、 21c,22c,23c,24
c…ノンドープa−Si:H層、 21x,22x,2
3x,24x…ドーピングa−Si:H層、 21y,
22y,23y,24y…ノンドープa−Si:H層
(高温着膜)、 21z,22z,23z,24z…ノ
ンドープa−Si:H層(低温着膜)、 31,32,
33,34…上部電極、 60…シフトレジスタ、 1
00…撮像素子
1, 2 ... Photodiode, 3, 4 ... Diode,
Reference numeral 5 ... Integrator, 6,51 ... Signal reading line, 7 ... DC power supply, 8 ... Bias voltage applying line, 9 ... Pulse applying device, 10 ... Pulse voltage applying line, 13 ... Chrome pattern, 21, 22, 23, 24 ... Photoelectric conversion layer, 21
a, 22a, 23a, 24a ... Doping a-Si: H
Layers (specific resistance is 1 kΩ · cm or less), 21b, 22b,
23b, 24b ... Doping a-Si: H layer (specific resistance is 1 MΩ · cm or more), 21c, 22c, 23c, 24
c ... Non-doped a-Si: H layer, 21x, 22x, 2
3x, 24x ... Doping a-Si: H layer, 21y,
22y, 23y, 24y ... Non-doped a-Si: H layer (high temperature deposition film), 21z, 22z, 23z, 24z ... Non-doped a-Si: H layer (low temperature deposition film), 31, 32,
33, 34 ... Upper electrode, 60 ... Shift register, 1
00 ... Image sensor

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1のフォトダイオードとダイオードと
を同一方向に直列に接続して成る整流素子群と、前記ダ
イオード間の接続点に接続され前記第1のフォトダイオ
ードに対して同一極性側を前記接続点側とする第2のフ
ォトダイオードと、該第2のフォトダイオードの反接続
点側に接続された読取回路と、前記第2のフォトダイオ
ードに対して並列に接続された容量部と、前記接続点を
相対的に低インピーダンス状態と高インピーダンス状態
との二つの状態に切り替えるため、前記整流素子群に順
方向または逆方向電圧を印加する電源手段と、を具備
し、前記第1のフォトダイオードとダイオードの容量比
と、前記第2のフォトダイオードと容量部との容量比と
を略等しくしたことを特徴とするイメージセンサ。
1. A rectifying element group formed by connecting a first photodiode and a diode in series in the same direction, and a rectifying element group connected to a connection point between the diodes and having the same polarity side with respect to the first photodiode. A second photodiode on the side of the connection point; a reading circuit connected to the side opposite to the connection point of the second photodiode; and a capacitor section connected in parallel to the second photodiode, Power source means for applying a forward or reverse voltage to the rectifying element group in order to switch the connection point between two states of a relatively low impedance state and a high impedance state. An image sensor characterized in that a capacitance ratio between diodes and a capacitance ratio between the second photodiode and the capacitance portion are substantially equal to each other.
【請求項2】 前記第2のフォトダイオードは、下部電
極と上部透明電極とで光電変換層を挟んで構成され、該
上部透明電極の一部を遮光することにより前記容量部を
形成する請求項1記載のイメージセンサ。
2. The second photodiode is formed by sandwiching a photoelectric conversion layer between a lower electrode and an upper transparent electrode, and the capacitor section is formed by shielding a part of the upper transparent electrode from light. 1. The image sensor according to 1.
【請求項3】 電源手段は、整流素子群を逆バイアスす
るためダイオード側に一定電圧を印加する直流電源と、
第1フォトダイオード側にパルス電圧を印加するパルス
印加装置とから成り、前記直流電源の一定電圧Vb ,前
記パルス電圧のハイレベル電圧Vh ,ローレベル電圧V
l は、各絶対値が|Vl| <|Vb|<|Vh| を満足
する請求項1記載のイメージセンサ。
3. A DC power source for applying a constant voltage to the diode side to reverse bias the rectifying element group,
And a constant voltage Vb of the DC power source, a high level voltage Vh of the pulse voltage, and a low level voltage V of the pulse voltage.
The image sensor according to claim 1, wherein each absolute value of l satisfies | Vl | <| Vb | <| Vh |.
【請求項4】 請求項1記載のイメージセンサにおい
て、フォトダイオード及びダイオードは、下部電極と上
部電極とで光電変換層を挟んで形成し、該光電変換層は
逆バイアス時に電子をブロックする電極側からノンドー
プa−Si:H層,内側ドーピングa−Si:H層,該
内側ドーピングa−Si:H層より比抵抗が小さい外側
ドーピングa−Si:H層を形成するイメージセンサ。
4. The image sensor according to claim 1, wherein the photodiode and the diode are formed by sandwiching a photoelectric conversion layer between a lower electrode and an upper electrode, and the photoelectric conversion layer is an electrode side that blocks electrons during reverse bias. To an undoped a-Si: H layer, an inner doping a-Si: H layer, and an outer doping a-Si: H layer having a smaller specific resistance than the inner doping a-Si: H layer.
【請求項5】 請求項1記載のイメージセンサにおい
て、フォトダイオード及びダイオードは、下部電極と上
部電極とで光電変換層を挟んで形成し、該光電変換層は
逆バイアス時に電子をブロックする電極側から、外側ノ
ンドープa−Si:H層,該外側ノンドープa−Si:
H層より高い基板温度で着膜された内側ノンドープa−
Si:H層,ドーピングa−Si:H層を形成するイメ
ージセンサ。
5. The image sensor according to claim 1, wherein the photodiode and the diode are formed by sandwiching a photoelectric conversion layer between a lower electrode and an upper electrode, and the photoelectric conversion layer is on an electrode side that blocks electrons during reverse bias. From the outer non-doped a-Si: H layer, the outer non-doped a-Si:
Inner non-doped a- deposited at substrate temperature higher than H layer
An image sensor that forms a Si: H layer and a doped a-Si: H layer.
【請求項6】 下部電極上にそれぞれ分離する光電変換
層を形成し、該光電変換層上にそれぞれ上部電極を形成
して第1のフォトダイオード及び第2のフォトダイオー
ドを構成するとともに、前記第1のフォトダイオード又
は第2のフォトダイオードの下層に光電変換層及び電極
を配置してダイオードを形成する請求項1記載のイメー
ジセンサ。
6. A photoelectric conversion layer is formed separately on the lower electrode, and an upper electrode is formed on the photoelectric conversion layer to form a first photodiode and a second photodiode. The image sensor according to claim 1, wherein a photoelectric conversion layer and an electrode are arranged below the first photodiode or the second photodiode to form a diode.
【請求項7】 ドーピングされたa−Si:H膜により
下部電極を形成した請求項6記載のイメージセンサ。
7. The image sensor according to claim 6, wherein the lower electrode is formed of a doped a-Si: H film.
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