JPH0612810B2 - 赤外線固体撮像素子 - Google Patents
赤外線固体撮像素子Info
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- JPH0612810B2 JPH0612810B2 JP62199110A JP19911087A JPH0612810B2 JP H0612810 B2 JPH0612810 B2 JP H0612810B2 JP 62199110 A JP62199110 A JP 62199110A JP 19911087 A JP19911087 A JP 19911087A JP H0612810 B2 JPH0612810 B2 JP H0612810B2
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- Japan
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- schottky barrier
- barrier gate
- gate electrode
- infrared
- vertical
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- Light Receiving Elements (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、入射光学情報を電気信号に変換する撮像素子
に関し、特に赤外線固体撮像素子に関する。
に関し、特に赤外線固体撮像素子に関する。
従来、電子走査回路を走査機構とするこの種の赤外線固
体撮像素子においては、赤外線検出器としてショットキ
ーバイヤダイオードが用いられていた。
体撮像素子においては、赤外線検出器としてショットキ
ーバイヤダイオードが用いられていた。
ＭＯＳスイッチを用いて構成されたＭＯＳ型電子走査回
路を走査機構とする従来の赤外線固体撮像素子の全体構
成を第５図に示す。各画素１の赤外線検出器31は垂直Ｍ
ＯＳスイッチ15を介して垂直信号線12に接続されてお
り、さらに垂直信号線12は水平ＭＯＳスイッチ19を介し
て水平信号線20に接続されている。垂直ＭＯＳスイッチ
15のゲートは垂直走査線18に接続されており、ＯＮ／Ｏ
ＦＦは垂直走査回路21で制御される。また水平ＭＯＳス
イッチ19のＯＮ／ＯＦＦは水平走査回路22で制御され
る。
路を走査機構とする従来の赤外線固体撮像素子の全体構
成を第５図に示す。各画素１の赤外線検出器31は垂直Ｍ
ＯＳスイッチ15を介して垂直信号線12に接続されてお
り、さらに垂直信号線12は水平ＭＯＳスイッチ19を介し
て水平信号線20に接続されている。垂直ＭＯＳスイッチ
15のゲートは垂直走査線18に接続されており、ＯＮ／Ｏ
ＦＦは垂直走査回路21で制御される。また水平ＭＯＳス
イッチ19のＯＮ／ＯＦＦは水平走査回路22で制御され
る。
信号電荷の読み出しは、以下のように行われる。垂直走
査回路21によってまず第１行の垂直ＭＯＳスイッチ15が
ＯＮにされる。その状態で水平走査回路2の動作によっ
て各水平ＭＯＳスイッチ19が順次ＯＮ／ＯＮＮされて１
水平分の信号電荷が読み出される。第１行の垂直ＭＯＳ
スイッチ15がＯＦＦされ、次に第２行の垂直ＭＯＳスイ
ッチ15がＯＮにされる。ここで前述と同様に水平走査回
路22が動作し、１水平分の信号電荷が読み出される。こ
のような動作が全ての行について行われ、１画面分の信
号電荷が時系列で出力される。
査回路21によってまず第１行の垂直ＭＯＳスイッチ15が
ＯＮにされる。その状態で水平走査回路2の動作によっ
て各水平ＭＯＳスイッチ19が順次ＯＮ／ＯＮＮされて１
水平分の信号電荷が読み出される。第１行の垂直ＭＯＳ
スイッチ15がＯＦＦされ、次に第２行の垂直ＭＯＳスイ
ッチ15がＯＮにされる。ここで前述と同様に水平走査回
路22が動作し、１水平分の信号電荷が読み出される。こ
のような動作が全ての行について行われ、１画面分の信
号電荷が時系列で出力される。
上述したＭＯＳ電子走査回路を走査機構とする従来の赤
外線固体撮像素子からの出力は、各画素の赤外線検出
器、すなわちショットキーバリヤダイオードで光電変換
によって発生した信号電荷（暗電流分を含む）に、各画
素の赤外線検出器から静電容量の大きい垂直信号線へ信
号電荷が移されるときおよび垂直信号線から水平信号線
へ信号電荷が移されるときに発生するランダム雑音（以
後これをスイッチング雑音と記す）が加わったものであ
る。つまり、出力中の信号分は各画素で発生したときの
ままだが雑音分は増大している。しかも、出力に含まれ
ている雑音成分中、前述のスイッチング雑音の占める割
合は無視し得る大きさではない。そのためＭＯＳ型電子
走査回路を走査機構とする従来の赤外線固体撮像素子に
は、信号対雑音比が小さいという欠点がある。また、前
述のスイッチング雑音は、画素サイズが大きく異なって
も垂直信号線あるいは水平信号線の静電容量に大きな差
がなければほとんど変化しないのに対し、各画素からの
信号電荷は、画素サイズが変わり、それに伴って赤外線
検出器であるショットキーバリヤダイオードの有効受光
面積が変わると、それに比例して増減する。従って、Ｍ
ＯＳ型電子走査回路を走査機構とする従来の赤外線固体
撮像素子では、画素サイズの縮小による信号対雑音比の
劣化は加速度的であり、小型化・多画素化がさらに難し
いという欠点がある。
外線固体撮像素子からの出力は、各画素の赤外線検出
器、すなわちショットキーバリヤダイオードで光電変換
によって発生した信号電荷（暗電流分を含む）に、各画
素の赤外線検出器から静電容量の大きい垂直信号線へ信
号電荷が移されるときおよび垂直信号線から水平信号線
へ信号電荷が移されるときに発生するランダム雑音（以
後これをスイッチング雑音と記す）が加わったものであ
る。つまり、出力中の信号分は各画素で発生したときの
ままだが雑音分は増大している。しかも、出力に含まれ
ている雑音成分中、前述のスイッチング雑音の占める割
合は無視し得る大きさではない。そのためＭＯＳ型電子
走査回路を走査機構とする従来の赤外線固体撮像素子に
は、信号対雑音比が小さいという欠点がある。また、前
述のスイッチング雑音は、画素サイズが大きく異なって
も垂直信号線あるいは水平信号線の静電容量に大きな差
がなければほとんど変化しないのに対し、各画素からの
信号電荷は、画素サイズが変わり、それに伴って赤外線
検出器であるショットキーバリヤダイオードの有効受光
面積が変わると、それに比例して増減する。従って、Ｍ
ＯＳ型電子走査回路を走査機構とする従来の赤外線固体
撮像素子では、画素サイズの縮小による信号対雑音比の
劣化は加速度的であり、小型化・多画素化がさらに難し
いという欠点がある。
本発明の目的は、上述したような欠点を除去した赤外線
固体撮像素子を提供することにある。
固体撮像素子を提供することにある。
本発明は、単位画素が一次元あるいは二次元に配置され
た画素群と、前記画素中の赤外線検出器において光電変
換によって生じる電気的情報を順次読み出す電子走査回
路とを単一半導体基板上に具備する赤外線固体撮像素子
において、前記赤外線検出器がショットキーバリヤーゲ
ート電界効果トランジスタから成り、このショットキー
バリヤゲート電界効果トランジスタのショットキーバリ
ヤゲート電極に接続され、このショットキーバリヤゲー
ト電極を所定の周期で基準電位にリセットするスイッチ
素子を具備することを特徴としている。
た画素群と、前記画素中の赤外線検出器において光電変
換によって生じる電気的情報を順次読み出す電子走査回
路とを単一半導体基板上に具備する赤外線固体撮像素子
において、前記赤外線検出器がショットキーバリヤーゲ
ート電界効果トランジスタから成り、このショットキー
バリヤゲート電界効果トランジスタのショットキーバリ
ヤゲート電極に接続され、このショットキーバリヤゲー
ト電極を所定の周期で基準電位にリセットするスイッチ
素子を具備することを特徴としている。
電子走査回路を走査機構とする本発明の赤外線固体撮像
素子においては、まず、ショットキーバリヤゲート電界
効果トランジスタのショットキーバリヤゲート電極にス
イッチ素子を接続し、このショットキーバリヤゲート電
極を所定の周期で基準電位にリセットできる構造にする
ことによって、ショットキーバリヤゲート電界効果トラ
ンジスタでの赤外線検出を可能にしている。ショットキ
ーバリヤゲート電界効果トランジスタのゲート部分は、
従来例で赤外線検出器として用いられていたショットキ
ーバリヤダイオードと同様の構造をしている。従って、
ショットキーバリヤゲートにおいても赤外線の入射によ
って光電変換が起こり得る。しかし、ショットキーバリ
ヤゲート電界効果トランジスタを単独で通常の動作をさ
せたのでは、この効果を利用して入射光学情報を電気信
号に変換することはできない。ショットキーバリヤゲー
ト電界効果トランジスタを用いて赤外線検出を行うに
は、ショットキーバリヤゲートに所定の逆バイアス電位
を印加した後、ショットキーバリヤゲートをフロート状
態にしておく必要がある。フロート状態のショットキー
バリヤゲートにおいて光電変換が生じると、その発生電
荷量に応じてショットキーバリヤゲートのバイアス電位
が初期状態から変化するので、ショットキーバリヤゲー
ト電界効果トランジスタはこのバイアス電位の変化分を
ソース電流の変化分に増幅して出力することができる。
さらに、連続的な赤外線検出はバイアス電位の変化した
ショットキーバリヤゲートを初期の逆バイアス電位に所
定の周期でリセットすることで可能となる。電子走査回
路を走査機構とする本発明の赤外線固体撮像素子におい
ては、以上の赤外線検出動作をショットキーバリヤゲー
ト電界効果トランジスタとこのショットキーバリヤゲー
ト電界効果トランジスタのショットキーバリヤゲート電
極に接続されたスイッチ素子との組合せで実現している
のである。
素子においては、まず、ショットキーバリヤゲート電界
効果トランジスタのショットキーバリヤゲート電極にス
イッチ素子を接続し、このショットキーバリヤゲート電
極を所定の周期で基準電位にリセットできる構造にする
ことによって、ショットキーバリヤゲート電界効果トラ
ンジスタでの赤外線検出を可能にしている。ショットキ
ーバリヤゲート電界効果トランジスタのゲート部分は、
従来例で赤外線検出器として用いられていたショットキ
ーバリヤダイオードと同様の構造をしている。従って、
ショットキーバリヤゲートにおいても赤外線の入射によ
って光電変換が起こり得る。しかし、ショットキーバリ
ヤゲート電界効果トランジスタを単独で通常の動作をさ
せたのでは、この効果を利用して入射光学情報を電気信
号に変換することはできない。ショットキーバリヤゲー
ト電界効果トランジスタを用いて赤外線検出を行うに
は、ショットキーバリヤゲートに所定の逆バイアス電位
を印加した後、ショットキーバリヤゲートをフロート状
態にしておく必要がある。フロート状態のショットキー
バリヤゲートにおいて光電変換が生じると、その発生電
荷量に応じてショットキーバリヤゲートのバイアス電位
が初期状態から変化するので、ショットキーバリヤゲー
ト電界効果トランジスタはこのバイアス電位の変化分を
ソース電流の変化分に増幅して出力することができる。
さらに、連続的な赤外線検出はバイアス電位の変化した
ショットキーバリヤゲートを初期の逆バイアス電位に所
定の周期でリセットすることで可能となる。電子走査回
路を走査機構とする本発明の赤外線固体撮像素子におい
ては、以上の赤外線検出動作をショットキーバリヤゲー
ト電界効果トランジスタとこのショットキーバリヤゲー
ト電界効果トランジスタのショットキーバリヤゲート電
極に接続されたスイッチ素子との組合せで実現している
のである。
なお、ショットキーバリヤゲート電界効果トランジスタ
はショットキーバリヤゲートにおける光電変換の揺らぎ
や暗電流などに基づく雑音分も同時に増幅してしまうの
で、有効受光面積が等しいショットキーバリヤダイオー
ドとショットキーバリヤゲート電界効果トランジスタと
を単体の赤外線検出器として比較しただけでは、結局、
出力の信号対雑音比に大差がない。しかし、電子走査回
路を走査機構とする赤外線固体撮像素子の出力では、前
述のように赤外線検出器の出力に一定量のスイッチング
雑音が加わることになるので、赤外線検出器を従来のシ
ョットキーバリヤダイオードからショットキーバリヤゲ
ート電界効果トランジスタに変えることで電子走査回路
を走査機構とする赤外線固体撮像素子の信号対雑音比を
改善することができる。
はショットキーバリヤゲートにおける光電変換の揺らぎ
や暗電流などに基づく雑音分も同時に増幅してしまうの
で、有効受光面積が等しいショットキーバリヤダイオー
ドとショットキーバリヤゲート電界効果トランジスタと
を単体の赤外線検出器として比較しただけでは、結局、
出力の信号対雑音比に大差がない。しかし、電子走査回
路を走査機構とする赤外線固体撮像素子の出力では、前
述のように赤外線検出器の出力に一定量のスイッチング
雑音が加わることになるので、赤外線検出器を従来のシ
ョットキーバリヤダイオードからショットキーバリヤゲ
ート電界効果トランジスタに変えることで電子走査回路
を走査機構とする赤外線固体撮像素子の信号対雑音比を
改善することができる。
次に本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明
する。
する。
第１図は本発明の一実施例の４画素分の平面図である。
面密度が小さくなっているが、これは図面を見やすくす
るためであり、実際は二層ポリシリコン（Ｓｉ）や二層
アルミ（Ａｌ）配線を駆使することによって配線等を多
重にし、面密度の高いものを製造することができる。第
２図（ａ）および（ｂ）は本発明の一実施例と単位画素
の断図で、（ａ）は第１図のＡ−Ａ′で切った場合、
（ｂ）は第１図のＢ−Ｂ′で切った場合に相当する。な
お、第２図（ａ）および（ｂ）には、Ａｌ配線とｎ形Ｓ
ｉ基板上に形成された各不純物領域との電気的接続点
（オーミック接触部）のうち第１図のＡ−Ａ′断面内お
よびＢ−Ｂ′断面内に存在しないものも描かれている
が、これは本実施例の単位画素の構造をより明確に示す
ためである。第３図は本発明の一実施例の全体構成図で
ある。第４図（ａ）および（ｂ）はショットキーバリヤ
ゲートにおける光電変換過程の説明図である。
面密度が小さくなっているが、これは図面を見やすくす
るためであり、実際は二層ポリシリコン（Ｓｉ）や二層
アルミ（Ａｌ）配線を駆使することによって配線等を多
重にし、面密度の高いものを製造することができる。第
２図（ａ）および（ｂ）は本発明の一実施例と単位画素
の断図で、（ａ）は第１図のＡ−Ａ′で切った場合、
（ｂ）は第１図のＢ−Ｂ′で切った場合に相当する。な
お、第２図（ａ）および（ｂ）には、Ａｌ配線とｎ形Ｓ
ｉ基板上に形成された各不純物領域との電気的接続点
（オーミック接触部）のうち第１図のＡ−Ａ′断面内お
よびＢ−Ｂ′断面内に存在しないものも描かれている
が、これは本実施例の単位画素の構造をより明確に示す
ためである。第３図は本発明の一実施例の全体構成図で
ある。第４図（ａ）および（ｂ）はショットキーバリヤ
ゲートにおける光電変換過程の説明図である。
本実施例の単位画素１は第１図および第２図に示すよう
に、ｎ形Ｓｉ基板２上に形成されたｐ形ウェル３と、同
じくｎ形Ｓｉ基板２上に形成された高濃度ｐ形領域（こ
れを第１高濃度ｐ形領域とする）４と、ｐ形ウェル３内
に設けられ、周囲をｎ形ガードリング５で取り囲まれた
ショットキーバリヤゲート電極６と、ｐ形ウェル３内
で、ショットキーバリヤゲート電極６を挟んで第１高濃
度ｐ形領域４と反対側に設けられた高濃度ｐ形領域（こ
れを第２高濃度ｐ形領域とする）７と、ショットキーバ
リヤゲート電極６に関し、第１高濃度ｐ形領域４と同じ
側で、かつｎ形ガードリング５およびショットキーバリ
ヤゲート電極６とオーミック接触している高濃度ｎ形領
域（これを第１高濃度ｎ形領域とする）８と、ｐ形ウェ
ル３内で、第１高濃度ｎ形領域８と対向し、かつ第１高
濃度ｐ形領域４と並列する位置に設けられた高濃度ｎ形
領域（これを第２高濃度ｎ形領域とする）９と、Ｓｉ酸
化膜10によってＳｉ基板２から絶縁され、第１高濃度ｐ
形領域４−ｐ形ウェル３間および第１高濃度ｎ形領域８
−第２高濃度ｎ形領域９間のチャネルを制御する単一の
ポリＳｉゲート電極11とから構成されている。各画素１
上には、Ｓｉ酸化膜10によって他から絶縁され、垂直一
列の画素１の第１高濃度ｐ形領域４間を電気的に接続し
ているＡｌの垂直信号線12と、同じくＳｉ酸化膜10によ
って他から絶縁され、水平一行の画素１の第２高濃度ｐ
形領域７間を電気的に接続しているＡｌの共通線13と、
同じくＳｉ酸化膜10によって他から絶縁され、垂直一列
の画素１の第２高濃度ｎ形領域９間を電気的に接続して
いるＡｌのゲートバイアス印加線14が走っている。
に、ｎ形Ｓｉ基板２上に形成されたｐ形ウェル３と、同
じくｎ形Ｓｉ基板２上に形成された高濃度ｐ形領域（こ
れを第１高濃度ｐ形領域とする）４と、ｐ形ウェル３内
に設けられ、周囲をｎ形ガードリング５で取り囲まれた
ショットキーバリヤゲート電極６と、ｐ形ウェル３内
で、ショットキーバリヤゲート電極６を挟んで第１高濃
度ｐ形領域４と反対側に設けられた高濃度ｐ形領域（こ
れを第２高濃度ｐ形領域とする）７と、ショットキーバ
リヤゲート電極６に関し、第１高濃度ｐ形領域４と同じ
側で、かつｎ形ガードリング５およびショットキーバリ
ヤゲート電極６とオーミック接触している高濃度ｎ形領
域（これを第１高濃度ｎ形領域とする）８と、ｐ形ウェ
ル３内で、第１高濃度ｎ形領域８と対向し、かつ第１高
濃度ｐ形領域４と並列する位置に設けられた高濃度ｎ形
領域（これを第２高濃度ｎ形領域とする）９と、Ｓｉ酸
化膜10によってＳｉ基板２から絶縁され、第１高濃度ｐ
形領域４−ｐ形ウェル３間および第１高濃度ｎ形領域８
−第２高濃度ｎ形領域９間のチャネルを制御する単一の
ポリＳｉゲート電極11とから構成されている。各画素１
上には、Ｓｉ酸化膜10によって他から絶縁され、垂直一
列の画素１の第１高濃度ｐ形領域４間を電気的に接続し
ているＡｌの垂直信号線12と、同じくＳｉ酸化膜10によ
って他から絶縁され、水平一行の画素１の第２高濃度ｐ
形領域７間を電気的に接続しているＡｌの共通線13と、
同じくＳｉ酸化膜10によって他から絶縁され、垂直一列
の画素１の第２高濃度ｎ形領域９間を電気的に接続して
いるＡｌのゲートバイアス印加線14が走っている。
第１高濃度ｐ形領域４と、それと対向するｐ形ウェル３
と、ポリＳｉゲート電極11とで、ｎ形Ｓｉ基板２をチャ
ネルとする垂直ＭＯＳスイッチ15を構成しており、第１
高濃度ｎ形領域８と、第２高濃度ｎ形領域９と、ポリＳ
ｉゲート電極11とで、ｐ形ウェル３をチャネルとするシ
ョットキーバリヤゲート電極リセット用ＭＯＳスイッチ
16を構成している。ショットキーバリヤゲート電界効果
トランジスタ17は、ショットキーバリヤゲート電極６
（ｎ形ガードリング５を含む）と、第２高濃度ｐ形領域
７と、ｐ形ウェル３とから成る。ｐ形ウェル３の深さ方
向の形状はショットキーバリヤゲート電極６直下のチャ
ネル部分で浅くなっており、ショットキーバリヤゲート
のバイアス変化でチャネル中の電流を充分に制御できる
ようになっている。
と、ポリＳｉゲート電極11とで、ｎ形Ｓｉ基板２をチャ
ネルとする垂直ＭＯＳスイッチ15を構成しており、第１
高濃度ｎ形領域８と、第２高濃度ｎ形領域９と、ポリＳ
ｉゲート電極11とで、ｐ形ウェル３をチャネルとするシ
ョットキーバリヤゲート電極リセット用ＭＯＳスイッチ
16を構成している。ショットキーバリヤゲート電界効果
トランジスタ17は、ショットキーバリヤゲート電極６
（ｎ形ガードリング５を含む）と、第２高濃度ｐ形領域
７と、ｐ形ウェル３とから成る。ｐ形ウェル３の深さ方
向の形状はショットキーバリヤゲート電極６直下のチャ
ネル部分で浅くなっており、ショットキーバリヤゲート
のバイアス変化でチャネル中の電流を充分に制御できる
ようになっている。
本実施例の全体構成は第３図に示すように、単位画素１
が二次元に配置され、ポリＳゲート電極11を兼ねるポリ
Ｓｉの垂直走査線18とＡｌの共通線13とが素子上を水平
に走り、Ａｌの垂直信号線12とＡｌのゲートバイアス印
加線14とが素子上を垂直に走っている。各画素１のショ
ットキーバリヤゲート電界効果トランジスタ17は垂直Ｍ
ＯＳスイッチ15を介して垂直信号線12に接続されてお
り、さらに垂直信号線12は水平ＭＯＳスイッチ19を介し
て水平信号線20に接続されている。ショットキーバリヤ
ゲート電界効果トランジスタ17のショットキーバリヤゲ
ート電極６はリセット用ＭＯＳスイッチ16を介してゲー
トバイアス印加線14に接続されている。垂直ＭＯＳスイ
ッチ15のゲートおよびリセット用ＭＯＳスイッチ16のゲ
ートは共通の垂直走査線18を用いて垂直走査回路21でＯ
Ｎ／ＯＦＦ制御される。これは、垂直ＭＯＳスイッチ15
については、ゲート入力の低レベルがＯＮ，高レベルが
ＯＦＦであるのに対し、リセット用ＭＯＳスイッチ16に
ついては、ゲート入力の低レベルがＯＦＦ，高レベルが
ＯＮであり、かつ両者ともＯＦＦ状態となるゲート入力
レベルが存在するので制御可能となっている。また水平
ＭＯＳスイッチ19は水平走査回路22でＯＮ／ＯＦＦ制御
される。
が二次元に配置され、ポリＳゲート電極11を兼ねるポリ
Ｓｉの垂直走査線18とＡｌの共通線13とが素子上を水平
に走り、Ａｌの垂直信号線12とＡｌのゲートバイアス印
加線14とが素子上を垂直に走っている。各画素１のショ
ットキーバリヤゲート電界効果トランジスタ17は垂直Ｍ
ＯＳスイッチ15を介して垂直信号線12に接続されてお
り、さらに垂直信号線12は水平ＭＯＳスイッチ19を介し
て水平信号線20に接続されている。ショットキーバリヤ
ゲート電界効果トランジスタ17のショットキーバリヤゲ
ート電極６はリセット用ＭＯＳスイッチ16を介してゲー
トバイアス印加線14に接続されている。垂直ＭＯＳスイ
ッチ15のゲートおよびリセット用ＭＯＳスイッチ16のゲ
ートは共通の垂直走査線18を用いて垂直走査回路21でＯ
Ｎ／ＯＦＦ制御される。これは、垂直ＭＯＳスイッチ15
については、ゲート入力の低レベルがＯＮ，高レベルが
ＯＦＦであるのに対し、リセット用ＭＯＳスイッチ16に
ついては、ゲート入力の低レベルがＯＦＦ，高レベルが
ＯＮであり、かつ両者ともＯＦＦ状態となるゲート入力
レベルが存在するので制御可能となっている。また水平
ＭＯＳスイッチ19は水平走査回路22でＯＮ／ＯＦＦ制御
される。
信号の読み出しは、以下のように行われる。垂直走査回
路21によってまず第１行の垂直ＭＯＳスイッチ15がＯＮ
にされる。その状態で水平走査回路22の動作によって各
水平ＭＯＳスイッチ19が順次ＯＮ／ＯＦＦされて電流供
給と１水平分の信号読み出しが行われる。第１行の垂直
ＭＯＳスイッチ15がＯＦＦされ、続いて第１行のリセッ
ト用ＭＯＳスイッチ16がＯＮにされて第１行のショット
キーバリヤゲート電極６がリセットされる。第１行のリ
セット用ＭＯＳスイッチ16がＯＦＦにされ、次に第２行
の垂直ＭＯＳスイッチ15がＯＮにされる。ここで前述と
同様に水平走査回路22が動作し、再び電流供給と１水平
分の信号読み出しが行われる。その後垂直走査回路21も
第１行のときと同様の動作をし、第２行のショットキー
バリヤゲート電極６もリセットされる。このような動作
が全ての行について行われ、１画面分の信号電流が時系
列で出力される。
路21によってまず第１行の垂直ＭＯＳスイッチ15がＯＮ
にされる。その状態で水平走査回路22の動作によって各
水平ＭＯＳスイッチ19が順次ＯＮ／ＯＦＦされて電流供
給と１水平分の信号読み出しが行われる。第１行の垂直
ＭＯＳスイッチ15がＯＦＦされ、続いて第１行のリセッ
ト用ＭＯＳスイッチ16がＯＮにされて第１行のショット
キーバリヤゲート電極６がリセットされる。第１行のリ
セット用ＭＯＳスイッチ16がＯＦＦにされ、次に第２行
の垂直ＭＯＳスイッチ15がＯＮにされる。ここで前述と
同様に水平走査回路22が動作し、再び電流供給と１水平
分の信号読み出しが行われる。その後垂直走査回路21も
第１行のときと同様の動作をし、第２行のショットキー
バリヤゲート電極６もリセットされる。このような動作
が全ての行について行われ、１画面分の信号電流が時系
列で出力される。
第３図中には外部接続例も同時に示してある。この例で
は、共通線13の外部端子と接地との間に電源23を接続
し、水平信号線20の外部端子と接地との間に負荷抵抗24
接続している。このようにすると、撮像出力を負荷抵抗
24の両端に現れる電圧変化として取得することができ
る。
は、共通線13の外部端子と接地との間に電源23を接続
し、水平信号線20の外部端子と接地との間に負荷抵抗24
接続している。このようにすると、撮像出力を負荷抵抗
24の両端に現れる電圧変化として取得することができ
る。
次に、第４図を用いて本実施例の赤外線検出の機構につ
いて説明する。第４図にはショットキーバリヤゲートの
エネルギー帯構造が描かれている。簡単のためｎ形Ｓｉ
基板２とｐ形ウェル３との間を零バイアスにしてある
が、当然ここに逆バイアスを掛けてもよい。第４図
（ａ）に示すように、基準電位（初期の逆バイアス状
態）30にリセットされたショットキーバリヤゲートに赤
外光25が入射すると、ショットキーバリヤゲート電極６
内でフェルミ準位Ｅｆ26下の電子が赤外光25を吸収して
フェルミ準位26上の空準位に遷移し、ホット電子27とホ
ットホール28とを形成する。ホット電子27とホットホー
ル28は再結合するまでショットキーバリヤゲート電極６
内を運動するが、この運動はどの方向へも等確率で発生
するものである。運動中、ショットキーバリヤゲート電
極６とｐ型ウェル３との界面に達成したホットホール28
のうち、ショットキーバリヤφSB29より大きいエネルギ
ーを持ち、かつ界面に対する運動量の垂直成分に相当す
るエネルギーがショットキーバリヤ29より大きいもの
が、ショットキーバリヤゲート電極６からｐ形ウェル３
へ注入される。このように赤外光25によって発生したホ
ット電子27とホットホール28とがショットキーバリヤゲ
ート電極６とｐ形ウェル３とに分離されると、第４図
（ｂ）に示すようにショットキーバリヤゲート電極６と
ｐ形ウェル３との間のバイアス変化が生ずる。バイアス
の変化はｐ形ウェル３内のチャネルをＡからＢに拡張す
る。外部からｐ形ウェル３内のチャネルに電流を供給す
ることによって、光電変換による信号を増幅した形で得
ることができる。
いて説明する。第４図にはショットキーバリヤゲートの
エネルギー帯構造が描かれている。簡単のためｎ形Ｓｉ
基板２とｐ形ウェル３との間を零バイアスにしてある
が、当然ここに逆バイアスを掛けてもよい。第４図
（ａ）に示すように、基準電位（初期の逆バイアス状
態）30にリセットされたショットキーバリヤゲートに赤
外光25が入射すると、ショットキーバリヤゲート電極６
内でフェルミ準位Ｅｆ26下の電子が赤外光25を吸収して
フェルミ準位26上の空準位に遷移し、ホット電子27とホ
ットホール28とを形成する。ホット電子27とホットホー
ル28は再結合するまでショットキーバリヤゲート電極６
内を運動するが、この運動はどの方向へも等確率で発生
するものである。運動中、ショットキーバリヤゲート電
極６とｐ型ウェル３との界面に達成したホットホール28
のうち、ショットキーバリヤφSB29より大きいエネルギ
ーを持ち、かつ界面に対する運動量の垂直成分に相当す
るエネルギーがショットキーバリヤ29より大きいもの
が、ショットキーバリヤゲート電極６からｐ形ウェル３
へ注入される。このように赤外光25によって発生したホ
ット電子27とホットホール28とがショットキーバリヤゲ
ート電極６とｐ形ウェル３とに分離されると、第４図
（ｂ）に示すようにショットキーバリヤゲート電極６と
ｐ形ウェル３との間のバイアス変化が生ずる。バイアス
の変化はｐ形ウェル３内のチャネルをＡからＢに拡張す
る。外部からｐ形ウェル３内のチャネルに電流を供給す
ることによって、光電変換による信号を増幅した形で得
ることができる。
本実施例はｎ形Ｓｉ基板に形成しているが、本発明の赤
外線固体撮像素子はｐ形Ｓｉ基板にも形成可能であり、
さらに、Ｓｉ以外の半導体基板を用いることもできる。
ただし、Ｓｉ以外の半導体では構成元素の酸化物が絶縁
物として良好な特性を備えていない場合があり、そのよ
うな半導体を基板とするときには、ＭＯＳスイッチの代
わりにＭＩＳスイッチや接合形ＦＥＴなどを用いて電子
走査回路を構成しなければならない。また、Ｓｉを用い
た場合でもＭＩＳスイッチや接合型ＦＥＴなどで同様の
電子走査回路を構成することが可能である。
外線固体撮像素子はｐ形Ｓｉ基板にも形成可能であり、
さらに、Ｓｉ以外の半導体基板を用いることもできる。
ただし、Ｓｉ以外の半導体では構成元素の酸化物が絶縁
物として良好な特性を備えていない場合があり、そのよ
うな半導体を基板とするときには、ＭＯＳスイッチの代
わりにＭＩＳスイッチや接合形ＦＥＴなどを用いて電子
走査回路を構成しなければならない。また、Ｓｉを用い
た場合でもＭＩＳスイッチや接合型ＦＥＴなどで同様の
電子走査回路を構成することが可能である。
以上説明したように、本発明によれば、一次元あるいは
二次元に配置された画素中の赤外線検出器をショットキ
ーバリヤゲート電界効果トランジスタで構成し、このシ
ョットキーバリヤゲート電界効果トランジスタのショッ
トキーバリヤゲート電極に接続され、このショットキー
バリヤゲート電極を所定の周期で基準電位にリセットす
るスイッチ素子を設けることによって、増幅機能を有す
るショットキーバリヤゲート電界効果トランジスタでの
赤外線検出を可能にし、従来のものより良好な信号対雑
音比を示すところの、ＭＯＳスイッチ等を用いた電子走
査回路を走査機構とする赤外線固体撮像素子を提供する
ことができる。
二次元に配置された画素中の赤外線検出器をショットキ
ーバリヤゲート電界効果トランジスタで構成し、このシ
ョットキーバリヤゲート電界効果トランジスタのショッ
トキーバリヤゲート電極に接続され、このショットキー
バリヤゲート電極を所定の周期で基準電位にリセットす
るスイッチ素子を設けることによって、増幅機能を有す
るショットキーバリヤゲート電界効果トランジスタでの
赤外線検出を可能にし、従来のものより良好な信号対雑
音比を示すところの、ＭＯＳスイッチ等を用いた電子走
査回路を走査機構とする赤外線固体撮像素子を提供する
ことができる。
第１図は本発明の一実施例の４画素分の平面図、 第２図（ａ）および（ｂ）は本発明の一実施例の単位画
素の断面図で、（ａ）は第１図のＡ−Ａ′で切った場
合、（ｂ）は第１図のＢ−Ｂ′で切った場合の断面図、 第３図は本発明の一実施例の全体構成図、 第４図（ａ）および（ｂ）はショットキーバリヤゲート
における光電変換過程の説明図、 第５図は従来の赤外線固体撮像素子の全体構成図であ
る。 １……画素 ２……ｎ形Ｓｉ基板 ３……ｐ形ウェル ４……第１高濃度ｐ形領域 ５……ｎ形ガードリング ６……ショットキーバリヤゲート電極 ７……第２高濃度ｐ形領域 ８……第１高濃度ｎ形領域 ９……第２高濃度ｎ形領域 10……Ｓｉ酸化膜 11……ポリＳｉゲート電極 12……垂直信号線 13……共通線 14……ゲートバイアス印加線 15……垂直ＭＯＳスイッチ 16……ショットキーバリヤゲート電極リセット用ＭＯＳ
スイッチ 17……ショットキーバリヤゲート電界効果トランジスタ 18……垂直走査線 19……水平ＭＯＳスイッチ 20……水平信号線 21……垂直走査回路 22……水平走査回路 23……電源 24……負荷抵抗 25……赤外光 26……フェルミ準位 27……ホット電子 28……ホットホール 29……ショットキーバリヤ 30……基準電位 31……赤外線検出器
素の断面図で、（ａ）は第１図のＡ−Ａ′で切った場
合、（ｂ）は第１図のＢ−Ｂ′で切った場合の断面図、 第３図は本発明の一実施例の全体構成図、 第４図（ａ）および（ｂ）はショットキーバリヤゲート
における光電変換過程の説明図、 第５図は従来の赤外線固体撮像素子の全体構成図であ
る。 １……画素 ２……ｎ形Ｓｉ基板 ３……ｐ形ウェル ４……第１高濃度ｐ形領域 ５……ｎ形ガードリング ６……ショットキーバリヤゲート電極 ７……第２高濃度ｐ形領域 ８……第１高濃度ｎ形領域 ９……第２高濃度ｎ形領域 10……Ｓｉ酸化膜 11……ポリＳｉゲート電極 12……垂直信号線 13……共通線 14……ゲートバイアス印加線 15……垂直ＭＯＳスイッチ 16……ショットキーバリヤゲート電極リセット用ＭＯＳ
スイッチ 17……ショットキーバリヤゲート電界効果トランジスタ 18……垂直走査線 19……水平ＭＯＳスイッチ 20……水平信号線 21……垂直走査回路 22……水平走査回路 23……電源 24……負荷抵抗 25……赤外光 26……フェルミ準位 27……ホット電子 28……ホットホール 29……ショットキーバリヤ 30……基準電位 31……赤外線検出器
Claims (1)
- 【請求項１】単位画素が一次元あるいは二次元に配置さ
れた画素群と、前記画素中の赤外線検出器において光電
変換によって生じる電気的情報を順次読み出す電子走査
回路とを単一半導体基板上に具備する赤外線固体撮像素
子において、前記赤外線検出器がショットキーバリヤゲ
ート電界効果トランジスタから成り、このショットキー
バリヤゲート電界効果トランジスタのショットキーバリ
ヤゲート電極に接続され、このショットキーバリヤゲー
ト電極を所定の周期で基準電位にリセットするスイッチ
素子を具備することを特徴とする赤外線固体撮像素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62199110A JPH0612810B2 (ja) | 1987-08-11 | 1987-08-11 | 赤外線固体撮像素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62199110A JPH0612810B2 (ja) | 1987-08-11 | 1987-08-11 | 赤外線固体撮像素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6442856A JPS6442856A (en) | 1989-02-15 |
| JPH0612810B2 true JPH0612810B2 (ja) | 1994-02-16 |
Family
ID=16402290
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62199110A Expired - Lifetime JPH0612810B2 (ja) | 1987-08-11 | 1987-08-11 | 赤外線固体撮像素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0612810B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61255176A (ja) * | 1985-05-08 | 1986-11-12 | Fuji Photo Film Co Ltd | 蓄積型イメ−ジセンサ− |
-
1987
- 1987-08-11 JP JP62199110A patent/JPH0612810B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6442856A (en) | 1989-02-15 |
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