JPH06104477A - Phototransistor - Google Patents

Phototransistor

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JPH06104477A
JPH06104477A JP4250986A JP25098692A JPH06104477A JP H06104477 A JPH06104477 A JP H06104477A JP 4250986 A JP4250986 A JP 4250986A JP 25098692 A JP25098692 A JP 25098692A JP H06104477 A JPH06104477 A JP H06104477A
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JP
Japan
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film
substrate
amorphous
phototransistor
transistor
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Application number
JP4250986A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazufumi Yamaguchi
和文 山口
Yasunaga Yamamoto
泰永 山本
Tatsushizu Okamoto
龍鎮 岡本
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To considerably reduce junction capacitance (Cbc) between a base and a collector by using an amorphous Si film at a light-receiving portion thereby completely depleting the amorphous Si film in an operative bias state. CONSTITUTION:An n-type Si crystal substrate 1, a p-type base diffused layer 2 formed on said Si substrate 1 and an n-type emitter diffused layer 3 formed on said layer 2 constitute an npn-type transistor having the substrate 1 as a common collector. Also, a p-type amorphous Si film 4 deposited on the substrate 1 creates a photodiode between said film 4 and the substrate 1 and generates a photocurrent and acts as a light-receiving portion. Also, the amorphous Si film 4 is electrically connected to the base diffused layer 2 with an electrode pattern 5 formed to a net pattern. Also, an electrode pattern 6 connected to an emitter electrode of transistor is provided. By doing this, the amorphous Si film 4 is completely depleted in operation bias state so that Cbc becomes extremely small.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】画像処理、画像通信機器の進展に
伴って、高性能イメージセンサのニーズが高まってい
る。本発明は高性能イメージセンサを構成するためのフ
ォトトランジスタに関するものである。
[Industrial application] With the progress of image processing and image communication equipment, the need for high-performance image sensors is increasing. The present invention relates to a phototransistor for forming a high performance image sensor.

【0002】[0002]

【従来の技術】集積回路を利用したイメージセンサは光
検知素子としてフォトダイオード、またはフォトトラン
ジスタを用いている。光電流はフォトダイオードで約1
nA/lx/mm2、フォトトランジスタで約100n
A/lx/mm2である。フォトトランジスタは検知素
子自体で増幅機能があるために光電流が大である。ま
た、イメージセンサは解像度を高くするに伴って受光面
積が小さくなり光電流が小さくなる。また高感度化のた
めに一定の時間だけ光電流を蓄積し、信号の出力のタイ
ミングで集中的に出力させる電荷蓄積モードによる駆動
方式が各種のイメージセンサで採用されている。例え
ば、CCDイメージセンサは読み取りタイミングで一斉
にフォトダイオードに蓄積された光信号電荷をCCDの
ポテンシャル井戸に導き、その後、ポテンシャル井戸に
沿って出力アンプ側に転送して画像信号を得ている。M
OSイメージセンサはフォトダイオードまたはフォトト
ランジスタに一定の電荷を充電した後、次の読み取りタ
イミングまでの間、光電流によって放電させ、次の再充
電によって蓄積画像信号を得ている。バイポーライメー
ジセンサはフォトトランジスタに一定の電荷を充電した
後、次の読み取りタイミングまでの間、光電流によって
放電させ、次の再充電のタイミングでトランジスタ機能
によって増幅した後、蓄積画像信号を得ている。
2. Description of the Related Art An image sensor using an integrated circuit uses a photodiode or a phototransistor as a light detecting element. Photocurrent is about 1 in photodiode
nA / lx / mm 2 , about 100n for phototransistor
A / lx / mm 2 . The phototransistor has a large photocurrent because the sensing element itself has an amplification function. Further, in the image sensor, the light receiving area becomes smaller and the photocurrent becomes smaller as the resolution becomes higher. Further, in order to improve the sensitivity, various image sensors employ a drive system in a charge storage mode in which photocurrent is stored for a certain period of time and concentratedly output at a signal output timing. For example, the CCD image sensor guides the optical signal charges accumulated in the photodiodes to the potential well of the CCD all at once at the reading timing, and then transfers them to the output amplifier side along the potential well to obtain an image signal. M
The OS image sensor charges a photodiode or a phototransistor with a certain amount of electric charge, then discharges it by a photocurrent until the next reading timing, and obtains an accumulated image signal by the next recharging. A bipolar image sensor charges a phototransistor with a certain amount of electric charge, then discharges it with a photocurrent until the next reading timing, and amplifies by a transistor function at the next recharging timing, and then obtains an accumulated image signal. .

【0003】光検知部の感度はフォトトランジスタを用
いた蓄積方式が最も高い。従来例におけるフォトトラン
ジスタの平面および断面構造を図4(a)、(b)に示
す。これはn型Si基板1上にトランジスタの増幅機能
および光電変換作用をするベース拡散層2を形成し、そ
の表面にn型のエミッタ拡散層3を形成した構造であ
り、通常のバイポーラトランジスタのベース拡散層を広
くして光電変換部としたものであり、コレクタ・ベース
間容量が大である。なお、8はエミッタ拡散と同時に形
成される拡散層でコレクタ電極となっている。フォトト
ランジスタ30、アクセス用電界効果型トランジスタ
(FET)34、リセット用FET36および走査用シ
フトレジスタ37からなるイメージセンサの等価回路を
図5に示す。分かり易くするために、フォトトランジス
タ30を光電流源31とベース・コレクタ間容量32と
トランジスタ33で表わしている。ベース・コレクタ接
合で発生した光電流がベース・コレクタ容量に蓄えられ
た電荷を放電させ、その結果コレクタ・ベース間電圧が
減少する。この電圧変化をフォトトランジスタ30のエ
ミッタ電極からアクセス用FET34を一定時間間隔
(蓄積時間)で導通させることにより画像出力ライン3
5に導き画像信号を出力し、それに引き続いてリセット
用FET36を導通させることによってフォトトランジ
スタ30のエミッタ電位を零電位にリセットする。この
方式は回路が簡単でかなり高感度であるが、このフォト
トランジスタは再充電のための時定数が大きいため高速
読み取りが難しいという問題点を有する。従って、G3
クラスのFax用としては使えるが、蓄積時間が短く、
走査周波数の高いG4クラスのFax用としては感度不
足で充分なS/Nが得られず、更に再充電の不完全性に
より残像性能が悪化する。
The sensitivity of the light detecting section is highest in the storage system using a phototransistor. Planar and cross-sectional structures of a phototransistor in a conventional example are shown in FIGS. This is a structure in which a base diffusion layer 2 having a transistor amplifying function and a photoelectric conversion function is formed on an n-type Si substrate 1, and an n-type emitter diffusion layer 3 is formed on the surface thereof. The diffusion layer is widened to form a photoelectric conversion unit, and the collector-base capacitance is large. A diffusion layer 8 is formed at the same time as the diffusion of the emitter and serves as a collector electrode. FIG. 5 shows an equivalent circuit of the image sensor including the phototransistor 30, the access field effect transistor (FET) 34, the reset FET 36, and the scanning shift register 37. For easy understanding, the phototransistor 30 is represented by a photocurrent source 31, a base-collector capacitance 32, and a transistor 33. The photocurrent generated at the base-collector junction discharges the electric charge stored in the base-collector capacitance, and as a result, the collector-base voltage decreases. This voltage change is conducted from the emitter electrode of the phototransistor 30 to the access FET 34 at a constant time interval (accumulation time) so that the image output line 3
5 to output an image signal, and subsequently to make the reset FET 36 conductive, the emitter potential of the phototransistor 30 is reset to zero potential. This system has a simple circuit and is quite sensitive, but this phototransistor has a problem that high-speed reading is difficult because of a large time constant for recharging. Therefore, G3
It can be used as a fax machine for classes, but the accumulation time is short,
For G4 class fax with a high scanning frequency, sufficient sensitivity cannot be obtained due to insufficient sensitivity, and afterimage performance deteriorates due to incomplete recharging.

【0004】また、エミッタ電極のリセットに加えて、
ベース電極をリセットすることにより、残像を低減する
方式が提案(特開平2−83976号公報)されている
が、この方式ではセンサ回路および駆動回路が複雑にな
る。
In addition to resetting the emitter electrode,
A method of reducing the afterimage by resetting the base electrode has been proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 2-83976), but this method complicates the sensor circuit and the drive circuit.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】フォトトランジスタは
通常のトランジスタに比べて広いベース領域が必要であ
り、そのためにベース・コレクタ間の接合容量Cbcは大
きくなる。よって、光電流×蓄積時間/Cbcで表わされ
る信号電圧の感度は受光面積に比例して大きくならな
い。また電荷蓄積モードでの動作では図5に示したよう
に、ベース電極がフローティングの状態でCbcを充電す
るものであるが、充電回路に直列にベース・エミッタ接
合が介在し、これが非線形抵抗となって接合容量への充
電時間がCbcの増大と共に極端に増大する。従って、充
電時間を長く取れない高速走査時には再充電が不完全に
なり残像性能の低下をもたらす。高抵抗Si基板上にフ
ォトトランジスタを形成することによるCbcを削減する
試みもされているが、製造技術面で基板の更なる高抵抗
化には限界がある。
The phototransistor requires a wider base region than an ordinary transistor, and therefore the junction capacitance Cbc between the base and collector becomes large. Therefore, the sensitivity of the signal voltage represented by photocurrent × accumulation time / Cbc does not increase in proportion to the light receiving area. Further, in the operation in the charge storage mode, as shown in FIG. 5, Cbc is charged with the base electrode in a floating state, but a base-emitter junction is interposed in series in the charging circuit, which becomes a non-linear resistance. Therefore, the charging time to the junction capacitance increases extremely with Cbc. Therefore, during high-speed scanning in which the charging time cannot be long, recharging is incomplete and the afterimage performance deteriorates. Attempts have been made to reduce Cbc by forming a phototransistor on a high-resistance Si substrate, but there is a limit to further increase the resistance of the substrate in terms of manufacturing technology.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明の実施例1による
フォトトランジスタはSi結晶基板上に形成したコレク
タ層、ベース層、エミッタ層からなるトランジスタとト
ランジスタのベースと同一の導電型で、トランジスタの
ベース層とオーミック接続され、トランジスタのコレク
タ層とp/n接合するアモルファスSi膜とからなる。
アモルファスSi膜はコレクタ層との間でフォトダイオ
ード接合を形成し、光電流をベース層に供給する。トラ
ンジスタが基板を共通のコレクタとする基板共通型の場
合、ベース膜および基板上にアモルファスSi膜を堆積
し、トランジスタのベース層とアモルファスSi層とは
オーミック接続する。この構造において、フォトダイオ
ードはアモルファスSi膜と基板間に直接形成される。
A phototransistor according to a first embodiment of the present invention has a transistor having a collector layer, a base layer, and an emitter layer formed on a Si crystal substrate and the same conductivity type as the base of the transistor. It is composed of an amorphous Si film which is ohmic-connected to the base layer and forms a p / n junction with the collector layer of the transistor.
The amorphous Si film forms a photodiode junction with the collector layer and supplies photocurrent to the base layer. In the case of a substrate common type in which the transistor uses the substrate as a common collector, an amorphous Si film is deposited on the base film and the substrate, and the base layer of the transistor and the amorphous Si layer are ohmic-connected. In this structure, the photodiode is directly formed between the amorphous Si film and the substrate.

【0007】本発明の実施例2によるフォトトランジス
タはSi結晶基板をコレクタとし、基板上に拡散法で形
成したベース層、ベース層上に拡散法で形成したエミッ
タ層からなるトランジスタと基板上に設けたアモルファ
スSiによるpin3層膜からなるフォトダイオードか
らなる。p型アモルファスSi膜は裏面電極によってベ
ース層と、n型アモルファスSi膜は基板であるコレク
タとそれぞれオーミック接続されている。また、開口率
の向上のためにアモルファスSi膜によるフォトダイオ
ードをトランジスタ上に形成することも可能である。
The phototransistor according to the second embodiment of the present invention is provided on a substrate and a transistor having a Si crystal substrate as a collector, a base layer formed on the substrate by a diffusion method, and an emitter layer formed on the base layer by a diffusion method. And a photodiode formed of a pin 3 layer film of amorphous Si. The p-type amorphous Si film is ohmic-connected to the base layer by the back electrode, and the n-type amorphous Si film is ohmic-connected to the collector that is the substrate. It is also possible to form a photodiode of an amorphous Si film on the transistor in order to improve the aperture ratio.

【0008】[0008]

【作用】本発明のフォトトランジスタは通常のトランジ
スタと、アモルファスSi膜とコレクタ層からなるフォ
トダイオードの複合構造である。トランジスタのベース
−コレクタ間の接合容量Cbcはベース−コレクタ接合面
積が小さいために小さく、アモルファスSi膜と結晶S
i基板からなるコレクタ層で形成されるフォトダイオー
ドにおいて光電流は結晶型Siの場合とほぼ同一である
が、その接合容量は動作バイアス状態ではアモルファス
Si膜が完全に空乏化するために極めて小さくなる。従
って、光電流を維持してCbcの削減が可能になり、電荷
蓄積モードでの動作において、フォトトランジスタの信
号電圧感度が大きくなり且つ、残像性能も向上する。ま
た、三層構造のアモルファスSi膜によるフォトダイオ
ードの場合、更にその接合容量が小さくなり信号電圧感
度が向上する。
The phototransistor of the present invention has a composite structure of a normal transistor and a photodiode including an amorphous Si film and a collector layer. The base-collector junction capacitance Cbc of the transistor is small because the base-collector junction area is small, and the amorphous Si film and crystalline S
Although the photocurrent of the photodiode formed of the collector layer made of the i substrate is almost the same as that of crystalline Si, its junction capacitance is extremely small in the operating bias state because the amorphous Si film is completely depleted. . Therefore, Cbc can be reduced while maintaining the photocurrent, the signal voltage sensitivity of the phototransistor is increased and the afterimage performance is improved in the operation in the charge storage mode. Further, in the case of a photodiode having an amorphous Si film having a three-layer structure, its junction capacitance is further reduced and the signal voltage sensitivity is improved.

【0009】[0009]

【実施例】本発明の実施例1におけるフォトトランジス
タの平面および断面構造を図1(a)、(b)に示す。
n型Si結晶基板1、Si基板1上に形成したp型のベ
ース拡散層2、ベース拡散層2上に形成したn型のエミ
ッタ拡散層3は基板を共通のコレクタとするnpn型ト
ランジスタを構成する。4は基板1上に堆積したp型ア
モルファスSi膜で、基板1との間でフォトダイオード
を形成し、光電流を発生して受光部として作用する。ま
た、アモルファスSi膜4は編目状に形成された電極パ
ターン5でトランジスタのベース拡散層2と電気的に接
続している。6はトランジスタのエミッタ電極に接続し
た電極パターンである。なお、電極パターン5、6は結
晶SiおよびアモルファスSi膜と良好なオーミック接
続の可能なAl−Si−Cu膜がよい。7は基板1上に
形成されたSiO2膜である。一般にアモルファスSi
膜のキャリア濃度は結晶Siにくらべて小さいが、本実
施例では少なくともn型Si基板1のキャリア濃度より
小さくする。拡散法で接合を形成する場合には必ず拡散
層のキャリア濃度は基板のキャリア濃度より大きくする
必要があり、空乏層はキャリア濃度の大きな拡散層側に
は広がらず、従って、接合容量が大きくなるが、堆積法
では基板のキャリア濃度よりもキャリア濃度の小さな薄
膜を基板上に形成することが可能になり、容量の増大を
低減することができる。図2は本発明によるフォトトラ
ンジスタを電荷蓄積モードで動作させた場合の等価回路
である。本発明によるフォトトランジスタ10を等価回
路的に増幅用トランジスタ11、トランジスタのベース
−コレクタ間容量12(容量値、Cbc)とアモルファス
Si膜と基板間の接合によって発生する光電流源13、
その接合容量14(容量値、Ca)で表わしている。ア
クセス用FET15はフォトトランジスタ10で発生し
た光信号電荷を走査回路からの走査信号に従って出力ラ
イン16に導く作用をし、リセット用FET17は読み
出し後のフォトトランジスタのエミッタ電極の電位を零
または所望の電位にリセットするものである。なお、1
8は正電源ライン、19はアクセスパルスの入力端子、
20はリセットパルスの入力端子である。蓄積時間の間
隔でリセット用FET17のゲート電極にリセットパル
スを印加することによってフォトトランジスタのエミッ
タ電圧を零または所望の電圧にリセットし、各リセット
の直前にアクセスパルスをアクセスパルスの入力端子1
9に印加することによって、フォトトランジスタのエミ
ッタに現われた信号電圧を出力ライン16に導く。図1
に示す実施例1のフォトトランジスタを図2に示す回路
で動作させた場合、コレクタ−ベース間に数Vの電圧が
印加されてアモルファスSi膜が完全空乏状態になる。
増幅用トランジスタ11は受光部としてのベース領域が
不要なためベース面積が小さく、容量12の容量値は小
さい。また、アモルファスSi膜と基板間の接合容量1
4はアモルファスSi膜のキャリア濃度が小さく、動作
バイアス状態で殆ど完全空乏状態になり、容量値Caは
極めて小さくなる。
EXAMPLE A plan view and a sectional structure of a phototransistor in Example 1 of the present invention are shown in FIGS.
The n-type Si crystal substrate 1, the p-type base diffusion layer 2 formed on the Si substrate 1, and the n-type emitter diffusion layer 3 formed on the base diffusion layer 2 constitute an npn-type transistor using the substrate as a common collector. To do. Reference numeral 4 denotes a p-type amorphous Si film deposited on the substrate 1, which forms a photodiode with the substrate 1 and generates a photocurrent to act as a light receiving portion. Further, the amorphous Si film 4 is electrically connected to the base diffusion layer 2 of the transistor by the electrode pattern 5 formed in a stitch shape. Reference numeral 6 is an electrode pattern connected to the emitter electrode of the transistor. The electrode patterns 5 and 6 are preferably Al-Si-Cu films capable of good ohmic contact with crystalline Si and amorphous Si films. Reference numeral 7 is a SiO 2 film formed on the substrate 1. Generally amorphous Si
The carrier concentration of the film is smaller than that of crystalline Si, but in this embodiment, it is at least smaller than the carrier concentration of the n-type Si substrate 1. When forming a junction by the diffusion method, the carrier concentration of the diffusion layer must be larger than the carrier concentration of the substrate, and the depletion layer does not spread to the side of the diffusion layer with a large carrier concentration, thus increasing the junction capacitance. However, with the deposition method, it is possible to form a thin film having a carrier concentration smaller than that of the substrate on the substrate, and it is possible to suppress an increase in capacity. FIG. 2 is an equivalent circuit when the phototransistor according to the present invention is operated in the charge storage mode. The phototransistor 10 according to the present invention is equivalent to an amplifying transistor 11, a base-collector capacitance 12 (capacitance value, Cbc) of the transistor, and a photocurrent source 13 generated by a junction between an amorphous Si film and a substrate.
It is represented by the junction capacitance 14 (capacitance value, Ca). The access FET 15 acts to guide the optical signal charge generated in the phototransistor 10 to the output line 16 according to the scanning signal from the scanning circuit, and the resetting FET 17 sets the potential of the emitter electrode of the phototransistor after reading to zero or a desired potential. To reset to. 1
8 is a positive power supply line, 19 is an access pulse input terminal,
Reference numeral 20 is a reset pulse input terminal. By applying a reset pulse to the gate electrode of the reset FET 17 at an accumulation time interval, the emitter voltage of the phototransistor is reset to zero or a desired voltage, and the access pulse is input to the access pulse input terminal 1 immediately before each reset.
Application to 9 leads the signal voltage appearing at the emitter of the phototransistor to the output line 16. Figure 1
When the phototransistor of Example 1 shown in FIG. 2 is operated by the circuit shown in FIG. 2, a voltage of several V is applied between the collector and the base, and the amorphous Si film is completely depleted.
Since the amplifying transistor 11 does not need a base region as a light receiving portion, the base area is small and the capacitance value of the capacitor 12 is small. Also, the junction capacitance between the amorphous Si film and the substrate 1
In No. 4, the carrier concentration of the amorphous Si film is small, almost completely depleted in the operating bias state, and the capacitance value Ca becomes extremely small.

【0010】従って、受光部を含めたベース層の面積が
7000μm2の従来のフォトトランジスタではコレク
タ−ベース間容量Cbcは約1.2pFであったが、本発
明による同一サイズのフォトトランジスタではCbcは約
0.15pFになった。アモルファスSi膜が完全空乏
化しても光励起によって発生する光電流は空乏化してい
ない場合とほぼ同一である。出力信号電圧は理論的にI
L×Tint/Cbcで表わされる。そこで、ILは光電流、
Tintは蓄積時間である。実験の結果、従来のフォトト
ランジスタのフォトトランジスタの出力信号感度は約1
1V/Lx.sであったが、本実施例のフォトトランジ
スタの出力信号感度は約80V/Lx.sになり極めて
高感度になった。また、残像性能は従来のフォトトラン
ジスタが約7%であったが、本発明のフォトトランジス
タでは約2%であった。よって、本実施例によるフォト
トランジスタによれば、感度および残像性能が大幅に向
上し、センサ面の照度を低減することが可能になり、セ
ンサユニットにおける光源のコストを下げることができ
る。更に、アモルファスSi膜のバンドギャップは結晶
Siのそれよりも大きいために、分光感度はより視感度
曲線に近くなり好都合である。
Therefore, although the collector-base capacitance Cbc is about 1.2 pF in the conventional phototransistor having an area of the base layer including the light receiving portion of 7000 μm 2 , it is Cbc in the phototransistor of the same size according to the present invention. It became about 0.15 pF. Even when the amorphous Si film is completely depleted, the photocurrent generated by photoexcitation is almost the same as when it is not depleted. The output signal voltage is theoretically I
It is represented by L × Tint / Cbc. So IL is the photocurrent,
Tint is the accumulation time. As a result of the experiment, the output signal sensitivity of the conventional phototransistor is about 1
Although it was 1 V / Lx.s, the output signal sensitivity of the phototransistor of this example was about 80 V / Lx.s, which was extremely high. The afterimage performance was about 7% for the conventional phototransistor, but about 2% for the phototransistor of the present invention. Therefore, according to the phototransistor of the present embodiment, the sensitivity and the afterimage performance are significantly improved, the illuminance on the sensor surface can be reduced, and the cost of the light source in the sensor unit can be reduced. Furthermore, since the band gap of the amorphous Si film is larger than that of crystalline Si, the spectral sensitivity is closer to the luminosity curve, which is advantageous.

【0011】図1はn型基板の場合であったが、導電型
を全く逆にしても同様の作用と効果を発揮させることが
できる。つまり、p型基板1上にn型の拡散層からなる
ベース拡散層2、ベース拡散層2上にp型のエミッタ拡
散層3を形成した後、n型のアモルファスSi膜を基板
1上に堆積することによってpnpトランジスタおよび
n型アモルファスSi膜と結晶基板からなるフォトダイ
オードを形成する。なお、アモルファスSi膜とベース
層は電極パターンでオーミック接続する。動作バイアス
状態で第2ベース拡散層を完全空乏化できる。その結
果、図1のフォトトランジスタと同様に実効的なコレク
タ・ベース間容量を大幅に削減することができる。
Although FIG. 1 shows the case of the n-type substrate, the same action and effect can be exhibited even if the conductivity type is completely reversed. That is, after forming the base diffusion layer 2 composed of an n-type diffusion layer on the p-type substrate 1 and the p-type emitter diffusion layer 3 on the base diffusion layer 2, an n-type amorphous Si film is deposited on the substrate 1. By doing so, a photodiode including a pnp transistor and an n-type amorphous Si film and a crystal substrate is formed. The amorphous Si film and the base layer are ohmic-connected with an electrode pattern. The second base diffusion layer can be completely depleted in the operation bias state. As a result, the effective collector-base capacitance can be significantly reduced as in the phototransistor of FIG.

【0012】本発明の実施例2におけるフォトトランジ
スタの平面および断面構造を図3に示す。n型Si基板
1、Si基板1上に形成したp型のベース拡散層2、ベ
ース拡散層2上に形成したn型のエミッタ拡散層3は、
いわゆる基板を共通のコレクタとするnpnトランジス
タである。21はAL−Si−Cu膜であり、その表面
に堆積された3層のアモルファスSi膜22によるpi
nフォトダイオードの基板側電極であり、かつ、トラン
ジスタのベース層と接続している。3層のアモルファス
Si膜22は基板側から順にp型膜、i型膜、n型膜の
順に堆積している。23はフォトダイオードの表面と基
板とをオーミック接続する電極パターンであり、フォト
ダイオードの表面では編目状に形成している。このフォ
トダイオードはアモルファスSi膜の真性層を含む3層
構造であるために接合容量が更に小さくなる。つまり、
このデバイス構造では動作バイアス電圧が低い場合でも
Cbcが小さいという特徴がある。
FIG. 3 shows a plane and sectional structure of a phototransistor according to the second embodiment of the present invention. The n-type Si substrate 1, the p-type base diffusion layer 2 formed on the Si substrate 1, and the n-type emitter diffusion layer 3 formed on the base diffusion layer 2 are
This is an npn transistor having a so-called substrate as a common collector. Reference numeral 21 denotes an AL-Si-Cu film, and the pi formed by the three-layer amorphous Si film 22 deposited on the surface of the AL-Si-Cu film.
It is a substrate-side electrode of the n-photodiode and is connected to the base layer of the transistor. The three-layered amorphous Si film 22 is sequentially deposited from the substrate side in the order of a p-type film, an i-type film, and an n-type film. Reference numeral 23 is an electrode pattern for ohmic-connecting the surface of the photodiode and the substrate, and is formed in a stitch shape on the surface of the photodiode. Since this photodiode has a three-layer structure including an intrinsic layer of an amorphous Si film, the junction capacitance is further reduced. That is,
This device structure is characterized in that Cbc is small even when the operating bias voltage is low.

【0013】本発明によるフォトトランジスタを1次元
イメージセンサに応用するには、図5に示す回路に従っ
て、1次元に配列した画素となるこのフォトトランジス
タと、1次元の走査用シフトレジスタからイメージセン
サを構成することができる。また、2次元に配列したフ
ォトトランジスタと各フォトトランジスタをX−Yマト
リクス状に走査するの走査回路にすることによって2次
元センサにも応用することができる。
In order to apply the phototransistor according to the present invention to a one-dimensional image sensor, an image sensor is formed from this phototransistor which becomes a one-dimensional array of pixels and a one-dimensional scanning shift register according to the circuit shown in FIG. Can be configured. Further, it can be applied to a two-dimensional sensor by forming a two-dimensionally arranged phototransistor and a scanning circuit for scanning each phototransistor in an XY matrix.

【0014】[0014]

【発明の効果】本発明のフォトトランジスタは受光部に
アモルファスSi膜を用いることにより、動作バイアス
状態でアモルファスSi膜を完全に空乏化し、ベース・
コレクタ間容量を大幅に削減することができる。従っ
て、フォトトランジスタのエミッタ電極に出力される信
号電圧の感度および残像性能が大幅に向上する。従っ
て、本発明は電荷蓄積モードで動作する光検出素子およ
び文書読み取り用イメージセンサとして有用であり、そ
の産業上の効果は大である。
In the phototransistor of the present invention, the amorphous Si film is completely depleted in the operating bias state by using the amorphous Si film in the light receiving portion, and
The capacity between collectors can be significantly reduced. Therefore, the sensitivity of the signal voltage output to the emitter electrode of the phototransistor and the afterimage performance are significantly improved. Therefore, the present invention is useful as a photodetector operating in the charge storage mode and an image sensor for reading a document, and its industrial effect is great.

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

【図1】本発明の実施例1におけるフォトトランジスタ
の平面、断面図
FIG. 1 is a plan view and a sectional view of a phototransistor according to a first embodiment of the present invention.

【図2】電荷蓄積モードでのフォトトランジスタの動作
を示す等価回路を示す図
FIG. 2 is a diagram showing an equivalent circuit showing the operation of a phototransistor in a charge storage mode.

【図3】本発明の実施例2におけるフォトトランジスタ
の平面、断面図
FIG. 3 is a plan view and a sectional view of a phototransistor according to a second embodiment of the present invention.

【図4】従来例におけるフォトトランジスタの平面、断
面図
FIG. 4 is a plan view and a sectional view of a phototransistor in a conventional example.

【図5】イメージセンサの等価回路図FIG. 5 is an equivalent circuit diagram of the image sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 Si基板 2 ベース拡散層 3 エミッタ拡散層 4 アモルファスSi膜 5、6 電極パターン 10 フォトトランジスタ 11 トランジスタ 12 トランジスタのベース−コレクタ間容量 13 光電流源 14 アモルファスSi膜−コレクタ層間の容量 15 アクセス用FET 16 画像信号出力ライン 17 リセット用FET 21 アモルファスSi膜によるフォトダイオードの基
板側電極 22 3層のアモルファスSi膜 23 フォトダイオードの表面と基板とを接続する電極
パターン 30 フォトトランジスタ 34 アクセス用FET 35 画像信号出力ライン 36 リセット用FET 37 走査用シフトレジスタ
1 Si Substrate 2 Base Diffusion Layer 3 Emitter Diffusion Layer 4 Amorphous Si Film 5, 6 Electrode Pattern 10 Phototransistor 11 Transistor 12 Transistor Base-Collector Capacitance 13 Photocurrent Source 14 Amorphous Si Film-Collector Interlayer Capacitance 15 Access FET 16 image signal output line 17 reset FET 21 photodiode-side electrode of amorphous Si film 22 three-layer amorphous Si film 23 electrode pattern connecting photodiode surface and substrate 30 phototransistor 34 access FET 35 image signal Output line 36 Reset FET 37 Scanning shift register

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】Si結晶基板上に形成したコレクタ層、ベ
ース層、エミッタ層からなるトランジスタと、トランジ
スタのベース層と同一の導電型で、トランジスタのベー
ス層と接続され、トランジスタのコレクタ層との間でp
/n接合を形成するように堆積し、受光部として作用す
るアモルファスSi膜からなり、ベース−コレクタ間容
量を大幅に削減したことを特徴とするフォトトランジス
タ。
1. A transistor comprising a collector layer, a base layer, and an emitter layer formed on a Si crystal substrate, and a transistor having the same conductivity type as that of the base layer of the transistor, connected to the base layer of the transistor, and a collector layer of the transistor. Between p
A phototransistor characterized by comprising an amorphous Si film deposited so as to form a / n junction and acting as a light receiving portion, and significantly reducing the base-collector capacitance.
【請求項2】Si結晶基板をコレクタとし、基板上に拡
散法で形成したベース層、ベース層上に拡散法で形成し
たエミッタ層からなるトランジスタとベース層と接続さ
れ基板上に堆積したアモルファスSi膜からなり、エミ
ッタ電極から画像信号を取り出すことを特徴とする請求
項1記載のフォトトランジスタ。
2. Amorphous Si deposited on a substrate, which is connected to a transistor formed of a Si crystal substrate as a collector, a base layer formed on the substrate by the diffusion method, and an emitter layer formed on the base layer by the diffusion method, and the base layer. 2. The phototransistor according to claim 1, wherein the phototransistor is made of a film and extracts an image signal from the emitter electrode.
【請求項3】Si結晶基板がn型で、アモルファスSi
膜がp型であることを特徴とする請求項2記載のフォト
トランジスタ。
3. A Si crystal substrate is an n-type and amorphous Si
The phototransistor according to claim 2, wherein the film is p-type.
【請求項4】Si基板、基板をコレクタとし基板上に拡
散法で形成したベース層、ベース層上に拡散法で形成し
たエミッタ層からなるトランジスタと、基板上に設けら
れた、ベース層とオーミック接続しベース層と同一の導
電型の第1のアモルファスSi膜、真性の第2のアモル
ファスSi膜、コレクタ層とオーミック接続しコレクタ
層と同一の導電型の第3のアモルファスSi膜からなる
フォトダイオードとからなり、ベース−コレクタ間容量
を大幅に削減したことを特徴とするフォトトランジス
タ。
4. A transistor comprising a Si substrate, a base layer having the substrate as a collector and formed on the substrate by a diffusion method, and an emitter layer formed on the base layer by a diffusion method, and a base layer and an ohmic layer provided on the substrate. A photodiode including a first amorphous Si film having the same conductivity type as the base layer connected thereto, an intrinsic second amorphous Si film, and a third amorphous Si film having the same conductivity type as the collector layer ohmic-connected to the collector layer. And a phototransistor characterized in that the base-collector capacitance is significantly reduced.
【請求項5】Si基板がn型で、トランジスタがnpn
型であり、第1〜第3のアモルファスSi層をトランジ
スタを含む領域上に形成したことを特徴とする請求項4
のフォトトランジスタ。
5. The Si substrate is n-type and the transistor is npn.
5. A mold, wherein first to third amorphous Si layers are formed on a region including a transistor.
Phototransistor.
JP4250986A 1992-09-21 1992-09-21 Phototransistor Pending JPH06104477A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7531778B2 (en) 2005-09-15 2009-05-12 Fujifilm Corporation Nano tube photo detecting device

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