JPH0590554A - 固体撮像素子 - Google Patents
固体撮像素子Info
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- JPH0590554A JPH0590554A JP3282126A JP28212691A JPH0590554A JP H0590554 A JPH0590554 A JP H0590554A JP 3282126 A JP3282126 A JP 3282126A JP 28212691 A JP28212691 A JP 28212691A JP H0590554 A JPH0590554 A JP H0590554A
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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
- H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
- H01L27/14649—Infrared imagers
- H01L27/1465—Infrared imagers of the hybrid type
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ｐ側，ｎ側いずれかの電極を複数画素共通と
したフォトダイオードアレイを有する固体撮像素子にお
いて、各画素の動作点をゼロバイアス付近に均一化さ
せ、光電流の均一化，及びリーク電流の低減を図る。 【構成】 フォトダイオードアレイ１の共通電極５に、
フォトダイオードのｐｎ接合に対して順方向のバイアス
を与える電圧印加手段１１１を設け、ＣＣＤ２の入力段
の電極に印加する電圧によりフォトダイオードに印加さ
れる逆バイアスを相殺する構成とした。
したフォトダイオードアレイを有する固体撮像素子にお
いて、各画素の動作点をゼロバイアス付近に均一化さ
せ、光電流の均一化，及びリーク電流の低減を図る。 【構成】 フォトダイオードアレイ１の共通電極５に、
フォトダイオードのｐｎ接合に対して順方向のバイアス
を与える電圧印加手段１１１を設け、ＣＣＤ２の入力段
の電極に印加する電圧によりフォトダイオードに印加さ
れる逆バイアスを相殺する構成とした。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、固体撮像素子に関
し、特に基板抵抗が素子特性に影響する固体撮像素子に
おいて、各画素の動作点をゼロバイアス付近に均一化さ
せることのできる固体撮像素子に関するものである。
し、特に基板抵抗が素子特性に影響する固体撮像素子に
おいて、各画素の動作点をゼロバイアス付近に均一化さ
せることのできる固体撮像素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図５は従来の赤外線撮像装置の一例を示
す斜視図である。図において、１は光電変換を行い信号
電荷を発生する例えば１２８×１２８画素からなる２次
元アレイフォトダイオード、２は信号転送用シリコン電
荷結合素子（Ｓｉ−ＣＣＤ）、３はフォトダイオード１
とＣＣＤ２を接続するインジウム（Ｉｎ）バンプ、４は
入射赤外線である。
す斜視図である。図において、１は光電変換を行い信号
電荷を発生する例えば１２８×１２８画素からなる２次
元アレイフォトダイオード、２は信号転送用シリコン電
荷結合素子（Ｓｉ−ＣＣＤ）、３はフォトダイオード１
とＣＣＤ２を接続するインジウム（Ｉｎ）バンプ、４は
入射赤外線である。
【０００３】図６は図５の赤外線撮像装置の構造を示す
断面図であり、図において、図５と同一符号は同一又は
相当部分である。カドミウム・テルル（ＣｄＴｅ）基板
１１上に配置されたｐ形水銀・カドミウム・テルル（Ｈ
ｇＣｄＴｅ）層１２表面部には複数のｎ形不純物注入領
域１３が形成されており、各ｎ形不純物注入領域１３が
２次元アレイフォトダイオード１の画素領域を構成して
いる。ｎ形不純物注入領域１３が形成された領域以外の
ｐ形ＨｇＣｄＴｅ層１３表面の一部にはフォトダイオー
ドの全画素共通のｐ側電極５が設けられ、またＨｇＣｄ
Ｔｅ層１２表面及びｐ側電極５を覆って絶縁膜１０１が
設けられている。そして、この絶縁膜１０１にはｎ形不
純物注入領域１３に対応して開口が設けられており、こ
の開口部に各画素のｎ側電極６が設けられる。Ｓｉ−Ｃ
ＣＤ２のｐ形Ｓｉ基板２１の表面部には、フォトダイオ
ード１の画素領域に対応してｎ形領域２２が形成されて
おり、このｎ形領域がＣＣＤの入力段となる。Ｓｉ基板
２１の表面上には絶縁膜１０２が設けられており、ｎ形
領域２２に対応して設けられた絶縁膜１０２の開口部に
は電極７が設けられている。フォトダイオード１の各画
素のｎ側電極６とＣＣＤの入力段電極７とはインジウム
パンプ３により接続されている。一方、ｐ側電極５はイ
ンジウムバンプ３によりＣＣＤのｐ形領域に接続され、
ボンディングパッド１０３よりアルミ配線１０４を介し
て供給されるＣＣＤの基板電位（ＧＮＤ）が与えられ
る。
断面図であり、図において、図５と同一符号は同一又は
相当部分である。カドミウム・テルル（ＣｄＴｅ）基板
１１上に配置されたｐ形水銀・カドミウム・テルル（Ｈ
ｇＣｄＴｅ）層１２表面部には複数のｎ形不純物注入領
域１３が形成されており、各ｎ形不純物注入領域１３が
２次元アレイフォトダイオード１の画素領域を構成して
いる。ｎ形不純物注入領域１３が形成された領域以外の
ｐ形ＨｇＣｄＴｅ層１３表面の一部にはフォトダイオー
ドの全画素共通のｐ側電極５が設けられ、またＨｇＣｄ
Ｔｅ層１２表面及びｐ側電極５を覆って絶縁膜１０１が
設けられている。そして、この絶縁膜１０１にはｎ形不
純物注入領域１３に対応して開口が設けられており、こ
の開口部に各画素のｎ側電極６が設けられる。Ｓｉ−Ｃ
ＣＤ２のｐ形Ｓｉ基板２１の表面部には、フォトダイオ
ード１の画素領域に対応してｎ形領域２２が形成されて
おり、このｎ形領域がＣＣＤの入力段となる。Ｓｉ基板
２１の表面上には絶縁膜１０２が設けられており、ｎ形
領域２２に対応して設けられた絶縁膜１０２の開口部に
は電極７が設けられている。フォトダイオード１の各画
素のｎ側電極６とＣＣＤの入力段電極７とはインジウム
パンプ３により接続されている。一方、ｐ側電極５はイ
ンジウムバンプ３によりＣＣＤのｐ形領域に接続され、
ボンディングパッド１０３よりアルミ配線１０４を介し
て供給されるＣＣＤの基板電位（ＧＮＤ）が与えられ
る。
【０００４】図７は２次元アレイフォトダイオード部１
を示す模式図であり、ここでは説明の簡単のため、３×
３画素のものを示す。図において、ｐ側電極５は全画素
共通で設けられ、ｎ側電極６は２次元アレイフォトダイ
オード１の各画素に対応して設けられる。
を示す模式図であり、ここでは説明の簡単のため、３×
３画素のものを示す。図において、ｐ側電極５は全画素
共通で設けられ、ｎ側電極６は２次元アレイフォトダイ
オード１の各画素に対応して設けられる。
【０００５】図８はＣＣＤ２の入力段からＣＣＤチャネ
ルまでの構成及び各領域のポテンシャルを示す図であ
る。この図に示すＣＣＤは、入力段に電荷蓄積領域を有
する電荷蓄積形ＣＣＤである。フォトダイオード１のｎ
側電極はＣＣＤのｎ形領域２２に接続される。このｎ形
領域２２で構成される入力段領域２５に隣接して入力ゲ
ート領域２６が配置され、入力ゲート領域２６に隣接し
て電荷蓄積領域２７が配置され、電荷蓄積領域２７に隣
接して転送ゲート領域２８が配置され、転送ゲート領域
２８に隣接してＣＣＤチャネル領域２９が配置される。
１７は入力ゲート領域２６上に設けられた入力ゲート電
極であり、この入力ゲート電極１７に印加されるＤＣ電
圧ＶG により入力ゲート領域２６のポテンシャル高さが
決まり、入力段領域２５から蓄積領域２７への電荷の入
力量が調節される。１８は蓄積領域２６上に設けられた
蓄積領域形成用の電極であり、所定の電圧ＶT が印加さ
れている。１９は転送ゲート領域２８上に設けられた転
送ゲート電極であり、所定タイミングで印加される信号
φT により転送ゲート領域２８のポテンシャルを変化さ
せて、蓄積領域２７に蓄積された電荷をＣＣＤチャネル
領域２９に転送する。２０はＣＣＤチャネル領域２９上
に配置された転送電極であり、該転送電極２０には所定
タイミングで信号φCCD が印加され、ＣＣＤチャネル領
域２９に転送された電荷は、チャネル上を順次転送され
る。
ルまでの構成及び各領域のポテンシャルを示す図であ
る。この図に示すＣＣＤは、入力段に電荷蓄積領域を有
する電荷蓄積形ＣＣＤである。フォトダイオード１のｎ
側電極はＣＣＤのｎ形領域２２に接続される。このｎ形
領域２２で構成される入力段領域２５に隣接して入力ゲ
ート領域２６が配置され、入力ゲート領域２６に隣接し
て電荷蓄積領域２７が配置され、電荷蓄積領域２７に隣
接して転送ゲート領域２８が配置され、転送ゲート領域
２８に隣接してＣＣＤチャネル領域２９が配置される。
１７は入力ゲート領域２６上に設けられた入力ゲート電
極であり、この入力ゲート電極１７に印加されるＤＣ電
圧ＶG により入力ゲート領域２６のポテンシャル高さが
決まり、入力段領域２５から蓄積領域２７への電荷の入
力量が調節される。１８は蓄積領域２６上に設けられた
蓄積領域形成用の電極であり、所定の電圧ＶT が印加さ
れている。１９は転送ゲート領域２８上に設けられた転
送ゲート電極であり、所定タイミングで印加される信号
φT により転送ゲート領域２８のポテンシャルを変化さ
せて、蓄積領域２７に蓄積された電荷をＣＣＤチャネル
領域２９に転送する。２０はＣＣＤチャネル領域２９上
に配置された転送電極であり、該転送電極２０には所定
タイミングで信号φCCD が印加され、ＣＣＤチャネル領
域２９に転送された電荷は、チャネル上を順次転送され
る。
【０００６】図９は図５のフォトダイオードの電気回路
図であり、図において、８はフォトダイオード１中の周
辺部に配置された画素、９は中央部に配置された画素、
１０は画素間の基板抵抗（ｒ，Ｒ）である。また、図１
０は各画素のＩ−Ｖ特性を示す図である。
図であり、図において、８はフォトダイオード１中の周
辺部に配置された画素、９は中央部に配置された画素、
１０は画素間の基板抵抗（ｒ，Ｒ）である。また、図１
０は各画素のＩ−Ｖ特性を示す図である。
【０００７】次に動作について説明する。フォトダイオ
ード１の各画素において、ｐ電極５は画素の周辺部に各
画素共通に設けられており、Ｓｉ−ＣＣＤの基板電位
（ＧＮＤ）に接続されている。一方、ｎ電極６はＩｎバ
ンプ３を介して信号転送用Ｓｉ−ＣＣＤ２と電気的に接
続されている。ここで、各画素に入射した赤外線４は電
荷に変換され、Ｉｎバンプ３を通ってＳｉ−ＣＣＤ２へ
移動する。この後、各画素からの電荷は時系列信号とな
って出力され、画像信号となる。
ード１の各画素において、ｐ電極５は画素の周辺部に各
画素共通に設けられており、Ｓｉ−ＣＣＤの基板電位
（ＧＮＤ）に接続されている。一方、ｎ電極６はＩｎバ
ンプ３を介して信号転送用Ｓｉ−ＣＣＤ２と電気的に接
続されている。ここで、各画素に入射した赤外線４は電
荷に変換され、Ｉｎバンプ３を通ってＳｉ−ＣＣＤ２へ
移動する。この後、各画素からの電荷は時系列信号とな
って出力され、画像信号となる。
【０００８】図８に示すように、Ｓｉ−ＣＣＤには入力
ゲート電極７があり、ここに低いＤＣ電圧（ＶG ）を加
えることにより、Ｉｎバンプ３を通ってきた電荷の入力
量を調節することができる。また、このＤＣ電圧
（ＶG ）の大きさに応じて、フォトダイオード１の各画
素には逆バイアス（Ｖbb）が印加される。図９はこの電
圧印加の様子を示す電気回路図であるが、ここでフォト
ダイオードアレイの周辺画素８と中央画素９では、共通
ｐ電極５までの距離が異なるため基板抵抗１０に差が生
じ、結果として各画素にかかる逆バイアス（Ｖbb）に違
いが生じる。具体的には、周辺画素８にかかる逆バイア
ス及び流れる光電流をＶa ，ｉa 、中央画素９にかかる
逆バイアス及び流れる光電流をＶb ，ｉb とすると、
ゲート電極７があり、ここに低いＤＣ電圧（ＶG ）を加
えることにより、Ｉｎバンプ３を通ってきた電荷の入力
量を調節することができる。また、このＤＣ電圧
（ＶG ）の大きさに応じて、フォトダイオード１の各画
素には逆バイアス（Ｖbb）が印加される。図９はこの電
圧印加の様子を示す電気回路図であるが、ここでフォト
ダイオードアレイの周辺画素８と中央画素９では、共通
ｐ電極５までの距離が異なるため基板抵抗１０に差が生
じ、結果として各画素にかかる逆バイアス（Ｖbb）に違
いが生じる。具体的には、周辺画素８にかかる逆バイア
ス及び流れる光電流をＶa ，ｉa 、中央画素９にかかる
逆バイアス及び流れる光電流をＶb ，ｉb とすると、
【０００９】 Ｖa ＝Ｖbb−ｒ（ｉa ＋ｉb ） Ｖb ＝Ｖbb−Ｒ・ｉb −ｒ（ｉa ＋ｉb ）＝Ｖa −Ｒ・ｉb
【００１０】となり、中央画素９の方が周辺画素８に比
べ、かかる逆バイアスは小さい。このことを図１０にあ
てはめると、周辺画素８と中央画素９では、動作バイア
ス点が異なるため、出力される光電流に差が生じる。具
体的には中央画素９の方が周辺画素８に比べ出力される
光電流は少なくなる。
べ、かかる逆バイアスは小さい。このことを図１０にあ
てはめると、周辺画素８と中央画素９では、動作バイア
ス点が異なるため、出力される光電流に差が生じる。具
体的には中央画素９の方が周辺画素８に比べ出力される
光電流は少なくなる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】従来の赤外線撮像素子
は以上のように構成されているので、周辺画素と中央画
素で出力される光電流にむらが生じるという問題点があ
った。また、逆バイアスを動作点としているため、リー
ク電流の影響を受けやすくなるという問題点もあった。
この問題はｐ電極を各画素に隣接して形成することによ
って解決できるが、技術的に困難であった。
は以上のように構成されているので、周辺画素と中央画
素で出力される光電流にむらが生じるという問題点があ
った。また、逆バイアスを動作点としているため、リー
ク電流の影響を受けやすくなるという問題点もあった。
この問題はｐ電極を各画素に隣接して形成することによ
って解決できるが、技術的に困難であった。
【００１２】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、各画素にかかる逆バイアスをゼ
ロバイアス付近に均一化させることにより、光電流の均
一化，リーク電流の低減を図ることを目的とする。
ためになされたもので、各画素にかかる逆バイアスをゼ
ロバイアス付近に均一化させることにより、光電流の均
一化，リーク電流の低減を図ることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】この発明に係る固体撮像
素子は、ｐｎ接合の一方の電極を複数画素共通としたフ
ォトダイオードアレイと、該フォトダイオードアレイの
他方の電極に接続され各画素領域にて発生した電荷を転
送する信号転送部とからなるものにおいて、フォトダイ
オードの共通電極に対し、フォトダイオードのｐｎ接合
に順方向の電圧を与える電圧印加手段を備えたものであ
る。
素子は、ｐｎ接合の一方の電極を複数画素共通としたフ
ォトダイオードアレイと、該フォトダイオードアレイの
他方の電極に接続され各画素領域にて発生した電荷を転
送する信号転送部とからなるものにおいて、フォトダイ
オードの共通電極に対し、フォトダイオードのｐｎ接合
に順方向の電圧を与える電圧印加手段を備えたものであ
る。
【００１４】
【作用】この発明においては、ｐｎ接合の一方の電極を
複数画素共通としたフォトダイオードアレイと、該フォ
トダイオードアレイの他方の電極に接続され各画素領域
にて発生した電荷を転送する信号転送部とからなるもの
において、フォトダイオードの共通電極に対し、フォト
ダイオードのｐｎ接合に順方向の電圧を与える電圧印加
手段を備えた構成としたから、信号転送部の入力段のゲ
ートに電圧が与えられることによってフォトダイオード
に印加される逆バイアスを相殺でき、画素の動作点をゼ
ロバイアス付近に均一化させることができる。
複数画素共通としたフォトダイオードアレイと、該フォ
トダイオードアレイの他方の電極に接続され各画素領域
にて発生した電荷を転送する信号転送部とからなるもの
において、フォトダイオードの共通電極に対し、フォト
ダイオードのｐｎ接合に順方向の電圧を与える電圧印加
手段を備えた構成としたから、信号転送部の入力段のゲ
ートに電圧が与えられることによってフォトダイオード
に印加される逆バイアスを相殺でき、画素の動作点をゼ
ロバイアス付近に均一化させることができる。
【００１５】
【実施例】以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図１は本発明の一実施例による固体撮像素子のフ
ォトダイオード部を示す模式図であり、図において、図
７と同一符号は同一又は相当部分である。ｐ側電極５は
全画素共通で設けられ、ｎ側電極６は２次元アレイフォ
トダイオード１の各画素に対応して設けられる。本実施
例では、共通ｐ側電極５とＧＮＤ電位の間にＤＣ電源１
１１が設けられ、フォトダイオードのｐ側電極に所定の
電圧Ｖp が与えられる。
する。図１は本発明の一実施例による固体撮像素子のフ
ォトダイオード部を示す模式図であり、図において、図
７と同一符号は同一又は相当部分である。ｐ側電極５は
全画素共通で設けられ、ｎ側電極６は２次元アレイフォ
トダイオード１の各画素に対応して設けられる。本実施
例では、共通ｐ側電極５とＧＮＤ電位の間にＤＣ電源１
１１が設けられ、フォトダイオードのｐ側電極に所定の
電圧Ｖp が与えられる。
【００１６】図２は本発明の一実施例による固体撮像素
子の具体的構成の一例を示す断面図であり、図におい
て、図６と同一符号は同一又は相当部分である。カドミ
ウム・テルル（ＣｄＴｅ）基板１１上に配置されたｐ形
水銀・カドミウム・テルル（ＨｇＣｄＴｅ）層１２表面
部には複数のｎ形不純物注入領域１３が形成されてお
り、各ｎ形不純物注入領域１３が２次元アレイフォトダ
イオード１の画素領域を構成している。ｎ形不純物注入
領域１３が形成された領域以外のｐ形ＨｇＣｄＴｅ層１
３表面の一部にはフォトダイオードの全画素共通のｐ側
電極５が設けられ、またＨｇＣｄＴｅ層１２表面及びｐ
側電極５を覆って絶縁膜１０１が設けられている。そし
て、この絶縁膜１０１にはｎ形不純物注入領域１３に対
応して開口が設けられており、この開口部に各画素のｎ
側電極６が設けられる。Ｓｉ−ＣＣＤ２のｐ形Ｓｉ基板
２１の表面部には、フォトダイオード１の画素領域に対
応してｎ形領域２２が形成されており、このｎ形領域が
ＣＣＤの入力段となる。Ｓｉ基板２１の表面上には絶縁
膜１０２が設けられており、ｎ形領域２２に対応して設
けられた絶縁膜１０２の開口部には電極７が設けられて
いる。フォトダイオード１の各画素のｎ側電極６とＣＣ
Ｄの入力段電極７とはインジウムパンプ３により接続さ
れている。
子の具体的構成の一例を示す断面図であり、図におい
て、図６と同一符号は同一又は相当部分である。カドミ
ウム・テルル（ＣｄＴｅ）基板１１上に配置されたｐ形
水銀・カドミウム・テルル（ＨｇＣｄＴｅ）層１２表面
部には複数のｎ形不純物注入領域１３が形成されてお
り、各ｎ形不純物注入領域１３が２次元アレイフォトダ
イオード１の画素領域を構成している。ｎ形不純物注入
領域１３が形成された領域以外のｐ形ＨｇＣｄＴｅ層１
３表面の一部にはフォトダイオードの全画素共通のｐ側
電極５が設けられ、またＨｇＣｄＴｅ層１２表面及びｐ
側電極５を覆って絶縁膜１０１が設けられている。そし
て、この絶縁膜１０１にはｎ形不純物注入領域１３に対
応して開口が設けられており、この開口部に各画素のｎ
側電極６が設けられる。Ｓｉ−ＣＣＤ２のｐ形Ｓｉ基板
２１の表面部には、フォトダイオード１の画素領域に対
応してｎ形領域２２が形成されており、このｎ形領域が
ＣＣＤの入力段となる。Ｓｉ基板２１の表面上には絶縁
膜１０２が設けられており、ｎ形領域２２に対応して設
けられた絶縁膜１０２の開口部には電極７が設けられて
いる。フォトダイオード１の各画素のｎ側電極６とＣＣ
Ｄの入力段電極７とはインジウムパンプ３により接続さ
れている。
【００１７】本実施例では、ｐ側電極５は従来のように
ＣＣＤのｐ形基板には接続されておらず、インジウムバ
ンプ３により絶縁膜１０２上に配置されたＡｌ配線１０
６に接続され、該Ａｌ配線１０６にはＤＣ電源１１１よ
りボンディングパッド１０５を介して所定の電圧Ｖp が
印加されている。また、ＣＣＤのｐ形基板にはボンディ
ングパッド１０３よりアルミ配線１０４を介してＣＣＤ
の基板電位（ＧＮＤ）が与えられる。
ＣＣＤのｐ形基板には接続されておらず、インジウムバ
ンプ３により絶縁膜１０２上に配置されたＡｌ配線１０
６に接続され、該Ａｌ配線１０６にはＤＣ電源１１１よ
りボンディングパッド１０５を介して所定の電圧Ｖp が
印加されている。また、ＣＣＤのｐ形基板にはボンディ
ングパッド１０３よりアルミ配線１０４を介してＣＣＤ
の基板電位（ＧＮＤ）が与えられる。
【００１８】図３は図１のフォトダイオードの各画素に
かかる電圧を説明するための電気回路図であり、図にお
いて、８はフォトダイオード１中の周辺部に配置された
画素、９は中央部に配置された画素である。また１０は
画素間の基板抵抗（ｒ，Ｒ）である。図４はフォトダイ
オードの各画素のＩ−Ｖ特性を示す図である。
かかる電圧を説明するための電気回路図であり、図にお
いて、８はフォトダイオード１中の周辺部に配置された
画素、９は中央部に配置された画素である。また１０は
画素間の基板抵抗（ｒ，Ｒ）である。図４はフォトダイ
オードの各画素のＩ−Ｖ特性を示す図である。
【００１９】次に、この発明の一実施例による赤外線撮
像素子の動作を、図１ないし図４を用いて説明する。従
来例と同様、各画素に入射した赤外線４は電荷に変換さ
れ、Ｉｎバンプ３を通ってＳｉ−ＣＣＤ２へ移動する。
この後、各画素からの電荷は時系列信号となって出力さ
れ、画像信号となる。ここで、共通ｐ電極に印加される
電位Ｖp が０Ｖの時、即ちＣＣＤの基板電位と同じであ
る時は、従来の装置と全く等価であり、各画素には逆バ
イアスＶbbがかかっている。印加される逆バイアスの大
きさはＣＣＤの入力ゲートに与えられるＤＣ電圧の大き
さに依存するが、通常１００mV程度である。本実施例に
おいては、ＤＣ電源１１１によりフォトダイオード１の
ｐ側電極に電圧Ｖpを与えることにより、各画素にかか
る逆バイアスの値が変化する。
像素子の動作を、図１ないし図４を用いて説明する。従
来例と同様、各画素に入射した赤外線４は電荷に変換さ
れ、Ｉｎバンプ３を通ってＳｉ−ＣＣＤ２へ移動する。
この後、各画素からの電荷は時系列信号となって出力さ
れ、画像信号となる。ここで、共通ｐ電極に印加される
電位Ｖp が０Ｖの時、即ちＣＣＤの基板電位と同じであ
る時は、従来の装置と全く等価であり、各画素には逆バ
イアスＶbbがかかっている。印加される逆バイアスの大
きさはＣＣＤの入力ゲートに与えられるＤＣ電圧の大き
さに依存するが、通常１００mV程度である。本実施例に
おいては、ＤＣ電源１１１によりフォトダイオード１の
ｐ側電極に電圧Ｖpを与えることにより、各画素にかか
る逆バイアスの値が変化する。
【００２０】具体的には周辺画素８にかかる逆バイアス
及び流れる光電流をＶa ，ｉa 、中央画素９にかかる逆
バイアス及び流れる光電流をＶb ，ｉb とすると、
及び流れる光電流をＶa ，ｉa 、中央画素９にかかる逆
バイアス及び流れる光電流をＶb ，ｉb とすると、
【００２１】 Ｖa ＝Ｖbb−ｒ（ｉa ＋ｉb ）−Ｖp Ｖb ＝Ｖbb−Ｒ・ｉb −ｒ（ｉa ＋ｉb ）−Ｖp ＝Ｖa −Ｒ・ｉb
【００２２】となる。ここで、Ｖp が大きくなるにつ
れ、ｉb は小さくなるので、Ｖa とＶb はその差を縮め
ながらゼロに近づいていく。Ｖp ＝Ｖbb、即ち外部から
かかる実効的な逆バイアスがゼロになったときにＶa ，
Ｖb は最もゼロに近づき、
れ、ｉb は小さくなるので、Ｖa とＶb はその差を縮め
ながらゼロに近づいていく。Ｖp ＝Ｖbb、即ち外部から
かかる実効的な逆バイアスがゼロになったときにＶa ，
Ｖb は最もゼロに近づき、
【００２３】 Ｖa ＝−ｒ（ｉa ＋ｉb ） Ｖb ＝−Ｒ・ｉb −ｒ（ｉa ＋ｉb ）＝Ｖa −Ｒ・ｉb
【００２４】となる（この時、ｉa ，ｉb は最小値をと
る）。図４に示すように、ゼロバイアスに近づくにつれ
て、周辺画素の出力する光電流ｉa と中央画素の出力す
る光電流ｉb の差は小さくなり、出力のバラツキは低減
することとなる。
る）。図４に示すように、ゼロバイアスに近づくにつれ
て、周辺画素の出力する光電流ｉa と中央画素の出力す
る光電流ｉb の差は小さくなり、出力のバラツキは低減
することとなる。
【００２５】このように本実施例では、フォトダイオー
ドアレイの各画素に印加される逆バイアスＶbbと同程度
のＤＣ電圧を共通ｐ電極に印加する構成としたから、各
画素の動作点がゼロバイアス付近に均一化することがで
き、周辺画素と中央画素の出力のバラツキ及びリーク電
流による影響を低減できる。
ドアレイの各画素に印加される逆バイアスＶbbと同程度
のＤＣ電圧を共通ｐ電極に印加する構成としたから、各
画素の動作点がゼロバイアス付近に均一化することがで
き、周辺画素と中央画素の出力のバラツキ及びリーク電
流による影響を低減できる。
【００２６】なお、上記実施例では、ＤＣ電源が固定電
位のものを示したが、図１１に示すように可変電位のＤ
Ｃ電源１１２を用いるようにすれば、フォトダイオード
を所望のバイアス値で使用することができる。これによ
り、常に最適な素子特性での動作が可能となる。
位のものを示したが、図１１に示すように可変電位のＤ
Ｃ電源１１２を用いるようにすれば、フォトダイオード
を所望のバイアス値で使用することができる。これによ
り、常に最適な素子特性での動作が可能となる。
【００２７】また、上記実施例では、共通ｐ電極の電位
の調整にＤＣ電源を用いたが、所望の動作を満たすもの
であれば、他の方式でもかまわない。また、上記実施例
では赤外線撮像素子の場合について説明したが、素子基
板抵抗が特性に影響を与えるような固体撮像素子であれ
ば、本発明を適用することにより、上記実施例と同様の
効果を奏する。
の調整にＤＣ電源を用いたが、所望の動作を満たすもの
であれば、他の方式でもかまわない。また、上記実施例
では赤外線撮像素子の場合について説明したが、素子基
板抵抗が特性に影響を与えるような固体撮像素子であれ
ば、本発明を適用することにより、上記実施例と同様の
効果を奏する。
【００２８】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、ｐｎ
接合の一方の電極を複数画素共通としたフォトダイオー
ドアレイと、該フォトダイオードアレイの他方の電極に
接続され各画素領域にて発生した電荷を転送する信号転
送部とからなるものにおいて、フォトダイオードの共通
電極に対し、フォトダイオードのｐｎ接合に順方向の直
流電圧を与える直流電圧印加手段を備えた構成としたか
ら、信号転送部の入力段のゲートに電圧が与えられるこ
とによってフォトダイオードに印加される逆バイアスを
相殺でき、画素の動作点をゼロバイアス付近に均一化さ
せることができ、これにより、画素ごとの光電流の出力
むらの低減、及びリーク電流による悪影響を低減を図る
ことができる効果がある。
接合の一方の電極を複数画素共通としたフォトダイオー
ドアレイと、該フォトダイオードアレイの他方の電極に
接続され各画素領域にて発生した電荷を転送する信号転
送部とからなるものにおいて、フォトダイオードの共通
電極に対し、フォトダイオードのｐｎ接合に順方向の直
流電圧を与える直流電圧印加手段を備えた構成としたか
ら、信号転送部の入力段のゲートに電圧が与えられるこ
とによってフォトダイオードに印加される逆バイアスを
相殺でき、画素の動作点をゼロバイアス付近に均一化さ
せることができ、これにより、画素ごとの光電流の出力
むらの低減、及びリーク電流による悪影響を低減を図る
ことができる効果がある。
【図１】本発明の一実施例による固体撮像素子のフォト
ダイオードを示す模式図である。
ダイオードを示す模式図である。
【図２】本発明の一実施例による固体撮像素子の構成を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図３】図１に示すフォトダイオードアレイの各画素に
かかる電圧を説明するための電気回路図である。
かかる電圧を説明するための電気回路図である。
【図４】本発明の一実施例による固体撮像素子のフォト
ダイオードの各画素のＩ−Ｖ特性を示す図である。
ダイオードの各画素のＩ−Ｖ特性を示す図である。
【図５】従来の赤外線撮像素子を示す斜視図である。
【図６】従来の赤外線撮像素子の構成を示す断面図であ
る。
る。
【図７】従来の赤外線撮像素子のフォトダイオードを示
す模式図である。
す模式図である。
【図８】従来のＣＣＤの入力段からＣＣＤチャネルまで
の構成及び各領域のポテンシャルを示す図である。
の構成及び各領域のポテンシャルを示す図である。
【図９】図７に示すフォトダイオードアレイの各画素に
かかる電圧を説明するための電気回路図である。
かかる電圧を説明するための電気回路図である。
【図１０】従来の赤外線撮像素子のフォトダイオードの
各画素のＩ−Ｖ特性を示す図である。
各画素のＩ−Ｖ特性を示す図である。
【図１１】本発明の他の実施例による固体撮像素子の構
成を示す断面図である。
成を示す断面図である。
１ １２８×１２８の画素からなる２次元アレイフ
ォトダイオード ２ 信号転送用Ｓｉ−ＣＣＤ ３ インジウムバンプ ４ 入射赤外線 ５ 共通ｐ側電極 ６ ｎ側電極 ７ 入力電極 ８ フォトダイオード１中の周辺画素 ９ フォトダイオード１中の中央部画素 １０ 画素間の基板抵抗 １１１ 共通ｐ電極とＧＮＤの間に設けられたＤＣ電源
ォトダイオード ２ 信号転送用Ｓｉ−ＣＣＤ ３ インジウムバンプ ４ 入射赤外線 ５ 共通ｐ側電極 ６ ｎ側電極 ７ 入力電極 ８ フォトダイオード１中の周辺画素 ９ フォトダイオード１中の中央部画素 １０ 画素間の基板抵抗 １１１ 共通ｐ電極とＧＮＤの間に設けられたＤＣ電源
Claims (1)
- 【請求項１】 第１導電型半導体層中に形成された複数
の第２導電型領域で構成される画素領域と、上記第１導
電型半導体層上に形成された複数画素共通の電極とを有
するフォトダイオードアレイと、 上記第２導電型領域に接続され各画素領域にて発生した
電荷を転送する信号転送部とからなる固体撮像素子にお
いて、 上記第１導電型半導体層に対し、上記第１導電型半導体
層と上記第２導電型領域間に形成される接合に順方向の
電圧を与える電圧印加手段を備えたことを特徴とする固
体撮像素子。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3282126A JP2809908B2 (ja) | 1991-09-30 | 1991-09-30 | 固体撮像素子 |
| US07/884,762 US5168338A (en) | 1991-09-30 | 1992-05-18 | Solid-state hybrid infrared imaging device |
| GB9210996A GB2260056B (en) | 1991-09-30 | 1992-05-22 | Solid-state imaging device |
| FR9211461A FR2681980B1 (fr) | 1991-09-30 | 1992-09-25 | Dispositif imageur a semiconducteurs comportant un reseau de photodiodes. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3282126A JP2809908B2 (ja) | 1991-09-30 | 1991-09-30 | 固体撮像素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0590554A true JPH0590554A (ja) | 1993-04-09 |
| JP2809908B2 JP2809908B2 (ja) | 1998-10-15 |
Family
ID=17648462
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3282126A Expired - Lifetime JP2809908B2 (ja) | 1991-09-30 | 1991-09-30 | 固体撮像素子 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5168338A (ja) |
| JP (1) | JP2809908B2 (ja) |
| FR (1) | FR2681980B1 (ja) |
| GB (1) | GB2260056B (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7230247B2 (en) | 2002-03-08 | 2007-06-12 | Hamamatsu Photonics K.K. | Detector |
| CN100385673C (zh) * | 2002-03-08 | 2008-04-30 | 浜松光子学株式会社 | 检测器 |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0635892B1 (en) * | 1992-07-21 | 2002-06-26 | Raytheon Company | Bake-stable HgCdTe photodetector and method for fabricating same |
| US5293261A (en) * | 1992-12-31 | 1994-03-08 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Device for low electric-field induced switching of Langmuir-Blodgett ferroelecric liquid crystal polymer films |
| JPH07176688A (ja) * | 1993-12-20 | 1995-07-14 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体集積回路 |
| WO1996010843A1 (en) * | 1994-09-30 | 1996-04-11 | The University Of Western Australia | Photosensitive semiconductor array |
| FR2795271B1 (fr) | 1999-06-15 | 2001-08-31 | Commissariat Energie Atomique | Procede de polarisation des photodiodes d'un capteur matriciel par leurs pixels connexes |
| DE19933471A1 (de) * | 1999-07-20 | 2001-02-01 | Daimler Chrysler Ag | Bildaufnehmer mit integrierter Signalverarbeitung und Bildaufnahmeverfahren |
| FR2926001A1 (fr) * | 2007-12-31 | 2009-07-03 | Commissariat Energie Atomique | Dispositif de detection de rayonnements electromagnetiques a couche de transfert isotrope |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63300559A (ja) * | 1987-05-29 | 1988-12-07 | Nec Corp | 配列型赤外線検知器 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3808435A (en) * | 1973-05-29 | 1974-04-30 | Texas Instruments Inc | Infra-red quantum differential detector system |
| GB2095905B (en) * | 1981-03-27 | 1985-01-16 | Philips Electronic Associated | Infra-red radiation imaging devices and methods for their manufacture |
| FR2529388B1 (fr) * | 1982-06-25 | 1985-06-07 | Thomson Csf | Dispositif photosensible assurant un effet anti-eblouissement |
| US4614960A (en) * | 1983-07-15 | 1986-09-30 | Westinghouse Electric Corp. | Focal plane array |
| JPS6261357A (ja) * | 1985-09-11 | 1987-03-18 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 固体撮像装置 |
| FR2634900B1 (fr) * | 1988-08-01 | 1991-02-15 | Commissariat Energie Atomique | Systeme de detection d'informations sous forme de rayonnement electromagnetique et de lecture des informations detectees |
| JP2517075B2 (ja) * | 1988-08-31 | 1996-07-24 | 三菱電機株式会社 | 赤外線検知器 |
| FR2656158B1 (fr) * | 1989-12-19 | 1992-02-28 | Thomson Composants Militaires | Photosenseur hybride. |
-
1991
- 1991-09-30 JP JP3282126A patent/JP2809908B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1992
- 1992-05-18 US US07/884,762 patent/US5168338A/en not_active Expired - Fee Related
- 1992-05-22 GB GB9210996A patent/GB2260056B/en not_active Expired - Fee Related
- 1992-09-25 FR FR9211461A patent/FR2681980B1/fr not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63300559A (ja) * | 1987-05-29 | 1988-12-07 | Nec Corp | 配列型赤外線検知器 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US7230247B2 (en) | 2002-03-08 | 2007-06-12 | Hamamatsu Photonics K.K. | Detector |
| CN100385673C (zh) * | 2002-03-08 | 2008-04-30 | 浜松光子学株式会社 | 检测器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB9210996D0 (en) | 1992-07-08 |
| FR2681980A1 (fr) | 1993-04-02 |
| JP2809908B2 (ja) | 1998-10-15 |
| GB2260056B (en) | 1995-02-22 |
| US5168338A (en) | 1992-12-01 |
| GB2260056A (en) | 1993-03-31 |
| FR2681980B1 (fr) | 2001-08-17 |
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