JPH06232441A - Photosensor and driving method for photosensor - Google Patents

Photosensor and driving method for photosensor

Info

Publication number
JPH06232441A
JPH06232441A JP5042124A JP4212493A JPH06232441A JP H06232441 A JPH06232441 A JP H06232441A JP 5042124 A JP5042124 A JP 5042124A JP 4212493 A JP4212493 A JP 4212493A JP H06232441 A JPH06232441 A JP H06232441A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gate electrode
photosensor
layer
charge trap
electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP5042124A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3246034B2 (en
Inventor
Hiroyasu Yamada
裕康 山田
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.)
Casio Computer Co Ltd
Original Assignee
Casio Computer Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Casio Computer Co Ltd filed Critical Casio Computer Co Ltd
Priority to JP04212493A priority Critical patent/JP3246034B2/en
Publication of JPH06232441A publication Critical patent/JPH06232441A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3246034B2 publication Critical patent/JP3246034B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide a photosensor capable of accurately detecting the illuminance of irradiation light and a driving method for photosensor. CONSTITUTION:A photosensor 1 is formed on a insulating substrate 2 and has a carrier moving layer comprising a channel region 4, N<+> diffusion layers 5 and 6. A carrier generating layer made of amorphous silicon and an electric charge trap layer 11 are sequentially formed on the channel region 4, and these are covered with a gate insulating film 12. A gate electrode (G) 13 is formed on the electric charge trap layer 11, and a control electrode 14 is formed as an united body at both sides of the gate electrode (G) 13. Potential of each electrode is adjusted and held to a reset state and electrons are trapped in the electric charge trap layer 11, and a set state is created and light is applied; then the trapped electrons are replaced with holes, and threshold voltage of the photosensor 1 is varied and a drain current corresponding to total luminous energy can be obtained.

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、フォトセンサ及びフォ
トセンサの駆動方法に関し、詳しくは、電荷トラップに
よるヒステリシス特性を有し照射光の照度を正確に検出
するフォトセンサ及びそのフォトセンサの駆動方法に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photosensor and a method for driving the photosensor, and more particularly, a photosensor having a hysteresis characteristic due to a charge trap for accurately detecting the illuminance of irradiation light and a method for driving the photosensor. Regarding

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、フォトセンサシステムは、通常、
フォトダイオードやTFT(Thin Film Transistor)
をその受光素子(フォトセンサ)として使用し、複数の
フォトセンサをマトリックス状に配列している。各フォ
トセンサは、照射された光の量に応じた電荷を発生し、
この電荷量を見ることにより輝度を検出している。そし
て、従来のフォトセンサシステムは、このマトリックス
状に配列されたフォトセンサに、水平走査回路及び垂直
走査回路から走査電圧を印加して、各フォトセンサの電
荷量を検出している。
2. Description of the Related Art Conventionally, photosensor systems are usually
Photodiode and TFT (Thin Film Transistor)
Is used as the light receiving element (photo sensor), and a plurality of photo sensors are arranged in a matrix. Each photo sensor generates an electric charge according to the amount of light emitted,
The brightness is detected by looking at this charge amount. Then, in the conventional photo sensor system, a scanning voltage is applied from the horizontal scanning circuit and the vertical scanning circuit to the photo sensors arranged in a matrix, and the charge amount of each photo sensor is detected.

【0003】ところが、このような従来のフォトセンサ
は、閉回路が形成されていると、発生した電荷が電流と
して放出されるため、従来、各フォトセンサ毎にフォト
センサとは別に選択トランジスタを形成して接続し、こ
の選択トランジスタを上記水平走査回路及び垂直走査回
路で駆動することにより、各フォトセンサ毎の電荷量を
検出している。
However, in such a conventional photosensor, when a closed circuit is formed, the generated charge is discharged as a current, so that conventionally, a selection transistor is formed separately from the photosensor for each photosensor. Then, the selection transistor is driven by the horizontal scanning circuit and the vertical scanning circuit to detect the charge amount of each photosensor.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のフォトセンサにあっては、各フォトセンサに
蓄積された電荷を搬送して、増幅した後、A/D変換し
ていたため、電荷の搬送時にノイズが重畳され、このノ
イズの影響を除去するために周辺回路が複雑になり、フ
ォトセンサシステム自体が大型化するとともに、S/N
比が小さく、照射光の照度を正確に検出することができ
ず、諧調表示が不正確になるという問題があった。
However, in such a conventional photosensor, the charge accumulated in each photosensor is conveyed, amplified, and then A / D converted. Noise is superposed during transportation, the peripheral circuit becomes complicated to remove the influence of this noise, the photosensor system itself becomes large, and the S / N ratio increases.
There is a problem that the ratio is small, the illuminance of the irradiation light cannot be accurately detected, and the gradation display becomes inaccurate.

【0005】そこで、本発明は、フォトセンサをヒステ
リシス特性を有するトランジスタ薄膜により形成するこ
とにより、増幅機能を有し、高精度で、小型化すること
ができるとともに、画素を高密度化させることのできる
フォトセンサを提供するとともに、このフォトセンサの
駆動方法を提供することを目的としている。
Therefore, according to the present invention, by forming the photosensor with a transistor thin film having a hysteresis characteristic, the photosensor has an amplification function, can be miniaturized with high accuracy, and can increase the density of pixels. It is an object of the present invention to provide a photo sensor that can be used and a method for driving the photo sensor.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明のフォトセンサ
は、チャネル領域、ソース領域及びドレイン領域を有す
るシリコン層と、前記チャネル領域上に形成され電荷ト
ラップによるヒステリシス特性を有する電化トラップ層
と、前記チャネル領域の略中央部上に形成された透明な
ゲート電極と、前記ゲート電極を挟んで前記ゲート電極
の両側に形成された一対の制御電極と、を備えることに
より、上記目的を達成している。
A photosensor according to the present invention comprises a silicon layer having a channel region, a source region and a drain region, an electrification trap layer formed on the channel region and having a hysteresis characteristic due to charge trapping, The above object is achieved by including a transparent gate electrode formed on a substantially central portion of the channel region, and a pair of control electrodes formed on both sides of the gate electrode with the gate electrode interposed therebetween. .

【0007】この場合、前記一対の制御電極は、例え
ば、請求項2に記載するように、透明材料により一体的
に形成されていてもよい。
In this case, the pair of control electrodes may be integrally formed of a transparent material as described in claim 2, for example.

【0008】また、前記シリコン層は、例えば、請求項
3に記載するように、多結晶シリコンで形成されていて
もよい。
The silicon layer may be made of polycrystalline silicon, for example.

【0009】さらに、このフォトセンサは、例えば、請
求項4に記載するように、前記シリコン層上にアモルフ
ァスシリコン層をさらに積層し、該アモルファスシリコ
ン層上に前記電荷トラップ層を形成してもよい。
Further, in this photosensor, for example, as described in claim 4, an amorphous silicon layer may be further laminated on the silicon layer, and the charge trap layer may be formed on the amorphous silicon layer. .

【0010】前記電荷トラップ層は、例えば、請求項5
に記載するように、その組成比においてシリコンが化学
量論比よりも大きい窒化シリコンで形成された層を有し
ていてもよい。
The charge trap layer may be, for example, as described in claim 5.
As described in (4) above, it may have a layer formed of silicon nitride in which the composition ratio of silicon is higher than the stoichiometric ratio.

【0011】本発明のフォトセンサの駆動方法は、チャ
ネル領域、ソース領域及びドレイン領域を有するシリコ
ン層と、前記チャネル領域上に形成された電荷トラップ
層と、前記チャネル領域の略中央部上に形成された透明
なゲート電極と、前記ゲート電極を挟んで前記ゲート電
極の両側に形成された一対の制御電極と、を備えたフォ
トセンサの駆動方法であって、前記ソース領域及び前記
ドレイン領域に対して前記ゲート電極及び前記制御電極
を正電位にして前記電荷トラップ層に電子をトラップす
る第1ステップと、前記ソース領域及び前記ドレイン領
域に対して前記制御電極を正電位にし前記ゲート電極を
負電位にした状態で、前記ゲート電極を介して前記シリ
コン層に光を照射して前記電荷トラップ層中の電子を光
強度に応じて正孔に置換する第2ステップと、前記ソー
ス領域及び前記ドレイン領域に対して前記制御電極を正
電位にした状態で、前記ゲート電極を負電位にしてドレ
イン電流を得る第3ステップと、を実行することによ
り、上記目的を達成している。
According to the method of driving a photosensor of the present invention, a silicon layer having a channel region, a source region and a drain region, a charge trap layer formed on the channel region, and a substantially central portion of the channel region are formed. A transparent gate electrode and a pair of control electrodes formed on both sides of the gate electrode with the transparent gate electrode sandwiched between the source electrode and the drain region. The gate electrode and the control electrode to a positive potential to trap electrons in the charge trapping layer, and the control electrode to a positive potential and the gate electrode to a negative potential with respect to the source region and the drain region. In this state, the silicon layer is irradiated with light through the gate electrode so that the electrons in the charge trap layer are converted into holes depending on the light intensity. By performing a second step of substituting, and a third step of obtaining a drain current by setting the gate electrode to a negative potential with the control electrode having a positive potential with respect to the source region and the drain region. , Achieves the above purpose.

【0012】[0012]

【作用】本発明によれば、フォトセンサは、チャネル領
域、ソース領域及びドレイン領域を有するシリコン層の
該チャネル領域上に電荷トラップによるヒステリシス特
性を有する電荷トラップ層が形成され、このチャネル領
域の略中央部上に透明なゲート電極が形成されるととも
に、このゲート電極を挟んでゲート電極の両側に一対の
制御電極が形成されている。
According to the present invention, in the photosensor, a charge trap layer having hysteresis characteristics due to charge traps is formed on a silicon layer having a channel region, a source region and a drain region, and the channel region is substantially A transparent gate electrode is formed on the central portion, and a pair of control electrodes are formed on both sides of the gate electrode with the gate electrode sandwiched therebetween.

【0013】したがって、ソース領域及びドレイン領域
に対してゲート電極及び制御電極を正電位にして電荷ト
ラップ層に電子をトラップさせた後、ソース領域及びド
レイン領域に対して制御電極を正電位にしゲート電極を
負電位にした状態で、ゲート電極を介してシリコン層に
光を照射すると、電荷トラップ層中の電子を光強度に応
じて正孔に置換させることができ、次いで、ソース領域
及びドレイン領域に対して制御電極を正電位にした状態
で、ゲート電極を負電位にすると、ドレイン電流を取り
出すことができる。その結果、フォトセンサを増幅率が
高く、高精度で、小型のものとすることができる。
Therefore, after the gate electrode and the control electrode are set to a positive potential with respect to the source region and the drain region to trap electrons in the charge trap layer, the control electrode is set to a positive potential with respect to the source region and the drain region. When the silicon layer is irradiated with light through the gate electrode with a negative potential, electrons in the charge trap layer can be replaced with holes according to the light intensity, and then the source region and the drain region can be replaced. On the other hand, if the gate electrode is set to the negative potential while the control electrode is set to the positive potential, the drain current can be taken out. As a result, the photosensor can have a high amplification factor, high accuracy, and a small size.

【0014】[0014]

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する。EXAMPLES The present invention will be described below based on examples.

【0015】図1〜図5は、本発明のフォトセンサ及び
フォトセンサの駆動方法の一実施例を示す図である。
1 to 5 are views showing an embodiment of a photosensor and a photosensor driving method according to the present invention.

【0016】図1は、そのフォトセンサ1の側面断面図
であり、フォトセンサ1は、ガラス等からなる絶縁性基
板2上に形成されたシリコン層3を有する。
FIG. 1 is a side sectional view of the photosensor 1, which has a silicon layer 3 formed on an insulating substrate 2 made of glass or the like.

【0017】シリコン層3は、キャリア移動層10aと
キャリア発生層10bから構成されており、キャリア移
動層10aは、その中央部に形成されたチャネル領域4
と、チャネル領域4を挟んだ両側に形成されたN+ 拡散
領域5、6を有している。このキャリア移動層10a
は、多結晶シリコンで形成されており、N+ 拡散層5、
6は、例えば、リン等のドーパントを拡散することによ
り形成されている。
The silicon layer 3 is composed of a carrier moving layer 10a and a carrier generating layer 10b, and the carrier moving layer 10a has a channel region 4 formed at the center thereof.
And N + diffusion regions 5 and 6 formed on both sides sandwiching the channel region 4. This carrier moving layer 10a
Is made of polycrystalline silicon, and has an N + diffusion layer 5,
6 is formed by diffusing a dopant such as phosphorus.

【0018】キャリア発生層10bは、上記チャネル領
域4の略中央部上に配置されており、光吸収係数の高い
アモルファスシリコンで形成されている。
The carrier generation layer 10b is arranged substantially above the center of the channel region 4 and is made of amorphous silicon having a high light absorption coefficient.

【0019】キャリア移動層10aを挟んで該キャリア
移動層10a上に所定の間隔を有して相対向する位置に
ソース電極(S)7及びドレイン電極(D)8が形成さ
れており、これらソース電極(S)7及びドレイン電極
(D)8は、前記キャリア移動層10aのN+ 拡散領域
5、6に接続されている。そして、このソース電極
(S)7及びドレイン電極(D)8と前記絶縁性基板2
との間には、絶縁膜9が形成されており、絶縁膜9は、
例えば、窒化シリコンにより形成されている。
A source electrode (S) 7 and a drain electrode (D) 8 are formed on the carrier moving layer 10a so as to be opposed to each other at a predetermined distance with the carrier moving layer 10a interposed therebetween. The electrode (S) 7 and the drain electrode (D) 8 are connected to the N + diffusion regions 5 and 6 of the carrier moving layer 10a. Then, the source electrode (S) 7 and the drain electrode (D) 8 and the insulating substrate 2
The insulating film 9 is formed between the insulating film 9 and
For example, it is formed of silicon nitride.

【0020】また、キャリア発生層10b上には、電荷
トラップ層11が形成されており、電荷トラップ層11
は、光透過性を有する窒化シリコン、特に、そのSi/
N組成比が化学量論比(Si/N=0.75)よりも大
きな値、例えば、Si/N組成比が0.85以上のいわ
ゆるSiリッチの窒化シリコンで形成されている。
A charge trap layer 11 is formed on the carrier generation layer 10b, and the charge trap layer 11 is formed.
Is a light-transmissive silicon nitride, especially Si /
The N composition ratio is larger than the stoichiometric ratio (Si / N = 0.75), for example, the Si / N composition ratio is 0.85 or more, so-called Si-rich silicon nitride.

【0021】Siリッチな窒化シリコンは、電荷トラッ
プ作用を有し、書込時と消去時にしきい値電圧を変動す
る。この電圧−電流特性は、ヒステリシスループを描
き、この状態は印加電圧を取り除いても維持されるの
で、不揮発性メモリトランジスタを構成することが可能
である。この詳細は、特開平2−119183号公報に
開示されている。
Si-rich silicon nitride has a charge trapping function and changes the threshold voltage during writing and erasing. This voltage-current characteristic draws a hysteresis loop, and this state is maintained even if the applied voltage is removed, so that it is possible to configure a non-volatile memory transistor. The details are disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2-119183.

【0022】そして、シリコン層3及び電荷トラップ層
11を覆うように、光透過性を有するゲート絶縁膜12
が形成されており、ゲート絶縁膜12は、通常の化学量
論比の窒化シリコンで形成されている。
Then, the gate insulating film 12 having a light transmitting property is formed so as to cover the silicon layer 3 and the charge trapping layer 11.
And the gate insulating film 12 is formed of silicon nitride having a normal stoichiometric ratio.

【0023】このゲート絶縁膜12内であって、前記電
荷トラップ層11の上部には、ゲート電極13が形成さ
れており、ゲート電極(G)13は、例えば、透明導電
膜(ITO)で形成されている。
A gate electrode 13 is formed on the charge trap layer 11 in the gate insulating film 12, and the gate electrode (G) 13 is formed of, for example, a transparent conductive film (ITO). Has been done.

【0024】また、ゲート電極(G)13の両側の上記
チャネル層4の上部には、前記ゲート絶縁膜12を挟ん
で制御電極(GC)14が形成されており、制御電極
(GC)14は、ゲート電極(G)13と同様に、例え
ば、透明導電膜(ITO)で形成されている。このゲー
ト電極(G)13の両側の制御電極(GC)14は、ゲ
ート電極(G)13の上部を覆うように連続して、一体
的に形成されており、このように制御電極(GC)14
をゲート電極(G)13を覆うように形成することによ
り、フォトセンサ1の形成面積を小さくすることがで
き、画素密度を向上させることができる。
A control electrode (GC) 14 is formed on both sides of the gate electrode (G) 13 and above the channel layer 4 with the gate insulating film 12 interposed therebetween. Like the gate electrode (G) 13, it is made of, for example, a transparent conductive film (ITO). The control electrodes (GC) 14 on both sides of the gate electrode (G) 13 are continuously and integrally formed so as to cover the upper part of the gate electrode (G) 13, and thus the control electrode (GC) is formed. 14
Is formed so as to cover the gate electrode (G) 13, the formation area of the photosensor 1 can be reduced, and the pixel density can be improved.

【0025】そして、図示しないが、これら制御電極
(GC)14、ソース電極(S)7、ドレイン電極
(D)8及びその他の各部を覆うように、窒化シリコン
からなる透明なオーバーコート膜が形成されている。
Although not shown, a transparent overcoat film made of silicon nitride is formed so as to cover these control electrode (GC) 14, source electrode (S) 7, drain electrode (D) 8 and other parts. Has been done.

【0026】このフォトセンサ1は、通常の成膜技術、
例えば、真空蒸着法、スパッタ法あるいはプラズマCV
D法等により形成することができ、この場合、前記絶縁
膜9とゲート絶縁膜12とを、同じ材料により形成する
と、フォトセンサ1の製造の簡素化を図ることができ
る。また各膜厚は、適宜設定されるが、電荷トラップ層
11としては、例えば、2000オングストロームに形
成されている。
This photo sensor 1 is manufactured by using a normal film forming technique,
For example, vacuum deposition method, sputtering method or plasma CV
It can be formed by the D method or the like. In this case, if the insulating film 9 and the gate insulating film 12 are formed of the same material, the manufacture of the photosensor 1 can be simplified. Each film thickness is set appropriately, but the charge trap layer 11 is formed to have a thickness of 2000 angstrom, for example.

【0027】次に、作用を説明する。Next, the operation will be described.

【0028】フォトセンサ1は、以下の手順で駆動する
ことにより、増幅機能及び選択トランジスタ機能を備え
たフォトセンサとして利用することができる。
The photosensor 1 can be used as a photosensor having an amplification function and a selection transistor function by driving in the following procedure.

【0029】すなわち、まず、図2に示すように、フォ
トセンサ1を、そのソース電極(S)7及びドレイン電
極(D)8に対して、ゲート電極(G)13及び制御電
極(GC)14が正電位となるようにバイアスする。例
えば、ソース電極(S)7及びドレイン電極(D)8間
に0[V]を、ゲート電極(G)13に+20[V]
を、そして制御電極(GC)14に+20[V]の電圧
を印加する。このようにすると、チャネル領域4に電子
が注入され、チャネル領域4は、強いエンハンスメント
型となる。このチャネル領域4に注入される電子は、図
2に示すように、制御電極14を通してキャリア移動層
10aのN+ 拡散領域5、6から供給される。チャネル
領域4に注入された電子は、電荷トラップ層11が上述
のようにSiリッチとなっていることから、キャリア発
生層10を通して電荷トラップ層11にトラップされ
る。したがって、キャリア移動層10aのチャネル領域
4にnチャネルが形成されてリセット状態となる。電荷
トラップ層11の膜厚が2000オングストロームの場
合、ゲート電圧VG 及び制御電圧VGCを+20[V]
とすると、上記電子は、100マイクロ秒程度の短時間
で電荷トラップ層11にトラップされた。
That is, first, as shown in FIG. 2, the photosensor 1 is provided with a source electrode (S) 7 and a drain electrode (D) 8, a gate electrode (G) 13 and a control electrode (GC) 14. Is biased to a positive potential. For example, 0 [V] is applied between the source electrode (S) 7 and the drain electrode (D) 8 and +20 [V] is applied to the gate electrode (G) 13.
And a voltage of +20 [V] is applied to the control electrode (GC) 14. By doing so, electrons are injected into the channel region 4, and the channel region 4 becomes a strong enhancement type. The electrons injected into the channel region 4 are supplied from the N + diffusion regions 5 and 6 of the carrier moving layer 10a through the control electrode 14 as shown in FIG. The electrons injected into the channel region 4 are trapped in the charge trap layer 11 through the carrier generation layer 10 because the charge trap layer 11 is Si-rich as described above. Therefore, an n channel is formed in the channel region 4 of the carrier moving layer 10a and the reset state is established. When the film thickness of the charge trap layer 11 is 2000 angstrom, the gate voltage V G and the control voltage V GC are +20 [V].
Then, the electrons are trapped in the charge trap layer 11 in a short time of about 100 microseconds.

【0030】このリセット状態から、図3に示すよう
に、ソース電極(S)7及びドレイン電極(D)8に対
して、ゲート電極(G)13を負電位にし、制御電極
(GC)14を正電位にバイアスする。例えば、ソース
電極(S)7及びドレイン電極(D)8に+20[V]
を、制御電極(GC)14に+20[V]を、そしてゲ
ート電極(G)13に0[V]を印加すると、フォトセ
ンサ1は、センス状態となり、この状態で、ゲート電極
(G)13側から光(図4中、矢印で表示している。)
を照射すると、照射光は、制御電極(GC)14、ゲー
ト電極(G)13、ゲート絶縁膜12及び電荷トラップ
層11を透過して、キャリア発生層10bに照射され
る。キャリア発生層10bでは、光が照射されると、図
3に示すように、照射光の照度に対応した量の電子−正
孔対が発生し、このキャリア発生層10bに発生した電
子−正孔対のうち、電子は、キャリア移動層10aのN
+ 拡散領域5、6に移動し、正孔は、電荷トラップ層1
1に取り込まれて、リセット時にトラップされた電子と
置換される。つまり、光照射の時点から光照射により発
生した電子−正孔対の正孔が、順次電荷トラップ層11
に取り込まれ、電荷トラップ層11にトラップされてい
る電子と置換されて、しきい値はデプリーション型の方
向へ変化することとなる。この場合、電荷トラップ層1
1は、ヒステリシス特性を有しているので、電荷トラッ
プ層11に取り込まれた電荷は、リセットしない限り保
持される。その結果、光照射時点からセンス時間終了ま
での光照射量、すなわち総露光量に応じて、フォトセン
サ1のしきい値電圧Vthが変化するので、僅かな光照射
量の変化でも、充分に検出することができる。
From this reset state, as shown in FIG. 3, the gate electrode (G) 13 is set to a negative potential with respect to the source electrode (S) 7 and the drain electrode (D) 8 and the control electrode (GC) 14 is set. Bias to positive potential. For example, +20 [V] is applied to the source electrode (S) 7 and the drain electrode (D) 8.
When +20 [V] is applied to the control electrode (GC) 14 and 0 [V] is applied to the gate electrode (G) 13, the photosensor 1 enters the sensing state, and in this state, the gate electrode (G) 13 Light from the side (indicated by an arrow in FIG. 4)
When the irradiation is performed, the irradiation light is transmitted through the control electrode (GC) 14, the gate electrode (G) 13, the gate insulating film 12 and the charge trap layer 11, and is applied to the carrier generation layer 10b. When the carrier generation layer 10b is irradiated with light, as shown in FIG. 3, an amount of electron-hole pairs corresponding to the illuminance of the irradiation light is generated, and the electron-holes generated in the carrier generation layer 10b are generated. Of the pair, the electrons are N of the carrier transfer layer 10a.
+ Move to the diffusion regions 5 and 6, and holes are trapped in the charge trap layer 1.
It is taken in by 1 and is replaced with the electron trapped at the time of reset. That is, the holes in the electron-hole pairs generated by the light irradiation from the time of the light irradiation are sequentially charged.
Are trapped in the charge trap layer 11 and are replaced with the electrons trapped in the charge trap layer 11, and the threshold value changes in the depletion type direction. In this case, the charge trap layer 1
Since No. 1 has a hysteresis characteristic, the charges taken into the charge trap layer 11 are retained unless reset. As a result, the threshold voltage V th of the photosensor 1 changes according to the light irradiation amount from the light irradiation time to the end of the sensing time, that is, the total exposure amount, and even a slight change in the light irradiation amount is sufficient. Can be detected.

【0031】また、このセンス状態において、光照射が
ない時には、ソース電極(S)7及びドレイン電極
(D)8に対して、制御電極(GC)14の電位が同電
位となっているので、ゲート電極(G)13が負電位で
あっても、光照射がないときには、N+ 拡散層5、6か
らは正孔がほとんど供給されない。その結果、しきい値
電圧Vthが、ほとんど変化せず、光照射量を高感度で検
出することができる。
In this sense state, when there is no light irradiation, the potential of the control electrode (GC) 14 is the same as that of the source electrode (S) 7 and the drain electrode (D) 8. Even if the gate electrode (G) 13 has a negative potential, holes are hardly supplied from the N + diffusion layers 5 and 6 when there is no light irradiation. As a result, the threshold voltage V th hardly changes and the light irradiation amount can be detected with high sensitivity.

【0032】読出時は、図4に示すように、ソース電極
(S)7及びドレイン電極(D)8に対して制御電極
(GC)14を正電位にした状態で、ゲート電極(G)
13を負電位にする。例えば、ソース電極(S)7に0
[V]、ドレイン電極(D)8に+5[V]を、ゲート
電極(G)13に0[V]を、そして制御電極(GC)
14に+10[V]を印加することにより、光照射量に
対応した大きさのドレイン電流IDS、すなわちチャネル
電流を増幅して読み出すことができる。
At the time of reading, as shown in FIG. 4, the control electrode (GC) 14 is set to a positive potential with respect to the source electrode (S) 7 and the drain electrode (D) 8 and the gate electrode (G).
13 is set to a negative potential. For example, 0 is set to the source electrode (S) 7.
[V], +5 [V] for the drain electrode (D) 8, 0 [V] for the gate electrode (G) 13, and the control electrode (GC).
By applying +10 [V] to 14, the drain current I DS having a magnitude corresponding to the light irradiation amount, that is, the channel current can be amplified and read.

【0033】このドレイン電流IDSを、光照射量、すな
わち露光量をパラメータとして制御電極(GC)14の
電圧(制御電極電圧)VGCとの関係で示すと、図5に示
すようになる。すなわち、ドレイン電流IDSは、リセッ
ト時には、1pA程度であり、センス時には、光無照射
状態では、上述のように、正孔の供給がないため、リセ
ット時と同じ1pA程度である。ところが、センス時に
光を照射すると、上述のように、露光量に対応した電子
−正孔対が発生し、このうちの正孔が電荷トラップ層1
1に移動して、リセット時に電荷トラップ層11にトラ
ップされた電子と置換されるので、フォトセンサ1のし
きい値電圧Vthが露光量に応じて変化する。その結果、
図5に示すように、露光量が大きくなるにしたがって、
ドレイン電流IDSが指数関数的に増加し、ドレイン電流
DSにより露光量を高感度で検出することができる。
The drain current I DS is shown in FIG. 5 in relation to the voltage (control electrode voltage) V GC of the control electrode (GC) 14 using the light irradiation amount, that is, the exposure amount as a parameter. That is, the drain current I DS, during a reset is about 1pA, the sensing operation, light in a non-irradiation state, as described above, since there is no hole in the supply, is the same 1pA about when a reset. However, when light is irradiated during sensing, as described above, electron-hole pairs corresponding to the amount of exposure are generated, and of these holes, holes are included in the charge trap layer 1.
The threshold voltage V th of the photo sensor 1 changes according to the exposure amount because it moves to 1 and is replaced with the electrons trapped in the charge trap layer 11 at the time of reset. as a result,
As shown in FIG. 5, as the exposure amount increases,
The drain current I DS exponentially increases, and the exposure amount can be detected with high sensitivity by the drain current I DS .

【0034】このように、フォトセンサ1は、キャリア
移動層10aのチャネル領域4上に形成され電荷トラッ
プによるヒステリシス特性を有する電荷トラップ層11
が形成され、このチャネル領域4の略中央部上に透明な
ゲート電極13が形成されるとともに、このゲート電極
13を挟んでゲート電極13の両側に制御電極14が形
成されているので、フォトセンサ1にヒステリシス特性
(メモリ機能)を持たせることができ、リセットするこ
とにより、電荷トラップ層11に電子をトラップさせ、
その後、センス状態として光を照射すると、光照射の総
量に応じて発生した正孔を電荷トラップ層11にトラッ
プされている電子と置換させることができるとともに、
光無照射時との出力比を大きくすることができ、高感度
で光照射量を検出することができる。その結果、フォト
センサ1を高精度で、小型なものとすることができ、画
素を高密度化させることができる。
As described above, in the photosensor 1, the charge trap layer 11 formed on the channel region 4 of the carrier transfer layer 10a and having the hysteresis characteristic by the charge trap.
Since the transparent gate electrode 13 is formed on the substantially central portion of the channel region 4 and the control electrodes 14 are formed on both sides of the gate electrode 13 with the gate electrode 13 interposed therebetween, the photosensor 1 can have a hysteresis characteristic (memory function), and by resetting, the charge trap layer 11 can trap electrons,
After that, when light is irradiated in the sense state, holes generated according to the total amount of light irradiation can be replaced with the electrons trapped in the charge trap layer 11, and
It is possible to increase the output ratio with that without light irradiation, and it is possible to detect the light irradiation amount with high sensitivity. As a result, the photo sensor 1 can be made highly precise and small, and the pixels can be made highly dense.

【0035】また、キャリア移動層10aをポリシリコ
ンで形成しているため、電荷の移動速度が速く、フォト
センサ1の駆動性能を良好なものとすることができる。
Further, since the carrier moving layer 10a is formed of polysilicon, the charge moving speed is high and the driving performance of the photosensor 1 can be improved.

【0036】さらに、キャリア発生層10bは、アモル
ファスシリコンからなるので、照射光により効率よく電
子−正孔対を発生させることができ、フォトセンサ1の
検出感度を良好なものとすることができる。
Further, since the carrier generation layer 10b is made of amorphous silicon, it is possible to efficiently generate electron-hole pairs by irradiation light, and the photosensor 1 can have good detection sensitivity.

【0037】また、ゲート電極(G)13のソース電極
(S)7側とドレイン電極(D)8側とを挟むように制
御電極(GC)14を形成しているので、センス時に制
御電極(GC)14の電圧を制御することにより、光無
照射時に正孔がチャネル領域4に流入するのを防止する
ことができ、フォトセンサ1の感度をより一層向上させ
ることができる。
Since the control electrode (GC) 14 is formed so as to sandwich the source electrode (S) 7 side and the drain electrode (D) 8 side of the gate electrode (G) 13, the control electrode ( By controlling the voltage of the GC) 14, holes can be prevented from flowing into the channel region 4 when there is no light irradiation, and the sensitivity of the photosensor 1 can be further improved.

【0038】なお、上述の実施例において、キャリア移
動層10aとキャリア発生層10bは、同一半導体材
料、例えば、アモルファスシリコンや多結晶シリコンの
みで形成し、キャリア移動機能とキャリア発生機能を兼
用する構造とすることも可能である。
In the above-mentioned embodiment, the carrier moving layer 10a and the carrier generating layer 10b are made of the same semiconductor material, for example, amorphous silicon or polycrystalline silicon, and have a carrier moving function and a carrier generating function. It is also possible to

【0039】また、制御電極(GC)14は、ゲート電
極(G)13の上面側全体を覆う形状とされているが、
ゲート電極(G)13の左右両側に一対として形成して
もよい。
The control electrode (GC) 14 has a shape covering the entire upper surface of the gate electrode (G) 13,
A pair may be formed on the left and right sides of the gate electrode (G) 13.

【0040】[0040]

【発明の効果】本発明のフォトセンサ及びそのフォトセ
ンサの駆動方法によれば、フォトセンサは、チャネル領
域、ソース領域及びドレイン領域を有するシリコン層の
該チャネル領域上に電荷トラップ層が形成され、このチ
ャネル領域の略中央部上に透明なゲート電極が形成され
るとともに、このゲート電極を挟んでゲート電極の両側
に一対の制御電極が形成されているので、ソース領域及
びドレイン領域に対してゲート電極及び制御電極を正電
位にして電荷トラップ層に電子をトラップさせた後、ソ
ース領域及びドレイン領域に対して制御電極を正電位に
しゲート電極を負電位にした状態で、ゲート電極を介し
てシリコン層に光を照射すると、電荷トラップ層中の電
子を光強度に応じて正孔に置換させることができ、次い
で、ソース領域及びドレイン領域に対して制御電極を正
電位にした状態で、ゲート電極を負電位にすると、ドレ
イン電流を取り出すことができる。その結果、フォトセ
ンサを増幅率が高く、高精度で、小型のものとすること
ができる。
According to the photosensor and the method of driving the photosensor of the present invention, the photosensor has a charge trap layer formed on the channel region of a silicon layer having a channel region, a source region and a drain region. A transparent gate electrode is formed on the substantially central portion of the channel region, and a pair of control electrodes are formed on both sides of the gate electrode with the gate electrode sandwiched between them, so that the gate is formed on the source region and the drain region. After the electrodes and the control electrode are set to a positive potential to trap electrons in the charge trap layer, the control electrode is set to a positive potential and the gate electrode is set to a negative potential with respect to the source region and the drain region. When the layer is irradiated with light, the electrons in the charge trap layer can be replaced with holes according to the light intensity, and then the source region and the In a state where the control electrode is at a positive potential with respect to the drain region and the gate electrode to the negative potential, it can be taken out drain current. As a result, the photosensor can have a high amplification factor, high accuracy, and a small size.

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

【図1】本発明に係るフォトセンサの一実施例の側面断
面図。
FIG. 1 is a side sectional view of an embodiment of a photo sensor according to the present invention.

【図2】図1のフォトセンサのリセット時のバイアス関
係及びキャリアの動きを示す説明図。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a bias relationship and carrier movement at the time of resetting the photosensor of FIG.

【図3】図1のフォトセンサのセンス時のバイアス関係
及びキャリアの動きを示す説明図。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a bias relationship and carrier movement during sensing of the photo sensor of FIG.

【図4】図1のフォトセンサの読み出し時のバイアス関
係を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing a bias relationship at the time of reading from the photo sensor of FIG.

【図5】露光量をパラメータとしてドレイン電流をゲー
ト電圧との関係で示す特性曲線図。
FIG. 5 is a characteristic curve diagram showing the drain current in relation to the gate voltage with the exposure amount as a parameter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 フォトセンサ 2 絶縁性基板 3 シリコン層 4 チャネル領域 5、6 N+ 拡散領域 7 ソース電極(S) 8 ドレイン電極(D) 9 絶縁膜 10a キャリア移動層 10b キャリア発生層 11 電荷トラップ層 12 ゲート絶縁膜 13 ゲート電極(G) 14 制御電極(GC)1 Photosensor 2 Insulating Substrate 3 Silicon Layer 4 Channel Region 5, 6 N + Diffusion Region 7 Source Electrode (S) 8 Drain Electrode (D) 9 Insulating Film 10a Carrier Transfer Layer 10b Carrier Generation Layer 11 Charge Trap Layer 12 Gate Insulation Membrane 13 Gate electrode (G) 14 Control electrode (GC)

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 チャネル領域、ソース領域及びドレイン
領域を有するシリコン層と、 前記チャネル領域上に形成され電荷トラップによるヒス
テリシス特性を有する電荷トラップ層と、 前記チャネル領域の略中央部上に形成された透明なゲー
ト電極と、 前記ゲート電極を挟んで前記ゲート電極の両側に形成さ
れた一対の制御電極と、 を備えたことを特徴とするフォトセンサ。
1. A silicon layer having a channel region, a source region and a drain region, a charge trap layer formed on the channel region and having hysteresis characteristics due to charge traps, and formed on a substantially central portion of the channel region. A photosensor comprising: a transparent gate electrode, and a pair of control electrodes formed on both sides of the gate electrode with the gate electrode interposed therebetween.
【請求項2】 前記一対の制御電極は、透明材料により
一体的に形成されたことを特徴とする請求項1記載のフ
ォトセンサ。
2. The photosensor according to claim 1, wherein the pair of control electrodes are integrally formed of a transparent material.
【請求項3】 前記シリコン層は、多結晶シリコンで形
成されたことを特徴とする請求項1または請求項2記載
のフォトセンサ。
3. The photosensor according to claim 1, wherein the silicon layer is made of polycrystalline silicon.
【請求項4】 前記シリコン層上にアモルファスシリコ
ン層をさらに積層し、該アモルファスシリコン層上に前
記電荷トラップ層を形成したことを特徴とする請求項1
から請求項3のいずれかに記載のフォトセンサ。
4. An amorphous silicon layer is further laminated on the silicon layer, and the charge trap layer is formed on the amorphous silicon layer.
4. The photosensor according to claim 3.
【請求項5】 前記電荷トラップ層は、その組成比にお
いてシリコンが化学量論比よりも大きい窒化シリコンで
形成された層を有することを特徴とする請求項1から請
求項4のいずれかに記載のフォトセンサ。
5. The charge trap layer according to claim 1, wherein the charge trap layer includes a layer formed of silicon nitride having a composition ratio of silicon larger than a stoichiometric ratio. Photo sensor.
【請求項6】 チャネル領域、ソース領域及びドレイン
領域を有するシリコン層と、 前記チャネル領域上に形成された電荷トラップ層と、 前記チャネル領域の略中央部上に形成された透明なゲー
ト電極と、 前記ゲート電極を挟んで前記ゲート電極の両側に形成さ
れた一対の制御電極と、 を備えたフォトセンサの駆動方法であって、 前記ソース領域及び前記ドレイン領域に対して前記ゲー
ト電極及び前記制御電極を正電位にして前記電荷トラッ
プ層に電子をトラップする第1ステップと、 前記ソース領域及び前記ドレイン領域に対して前記制御
電極を正電位にし、前記ゲート電極を負電位にした状態
で、前記ゲート電極を介して前記シリコン層に光を照射
して前記電荷トラップ層中の電子を光強度に応じて正孔
に置換する第2ステップと、 前記ソース領域及び前記ドレイン領域に対して前記制御
電極を正電位にした状態で、前記ゲート電極を負電位に
してドレイン電流を得る第3ステップと、 からなることを特徴とするフォトセンサの駆動方法。
6. A silicon layer having a channel region, a source region and a drain region, a charge trap layer formed on the channel region, and a transparent gate electrode formed on a substantially central portion of the channel region. A method of driving a photosensor, comprising: a pair of control electrodes formed on both sides of the gate electrode with the gate electrode sandwiched between the gate electrode and the control electrode with respect to the source region and the drain region. A positive potential for trapping electrons in the charge trap layer, the gate electrode having a positive potential with respect to the source region and the drain region and a negative potential with respect to the gate electrode. A second step of irradiating the silicon layer with light through an electrode to replace the electrons in the charge trap layer with holes according to the light intensity; A third step of obtaining a drain current by setting the gate electrode to a negative potential while the control electrode is set to a positive potential with respect to the source region and the drain region; .
JP04212493A 1993-02-05 1993-02-05 Photosensor and photosensor driving method Expired - Fee Related JP3246034B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP04212493A JP3246034B2 (en) 1993-02-05 1993-02-05 Photosensor and photosensor driving method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP04212493A JP3246034B2 (en) 1993-02-05 1993-02-05 Photosensor and photosensor driving method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH06232441A true JPH06232441A (en) 1994-08-19
JP3246034B2 JP3246034B2 (en) 2002-01-15

Family

ID=12627200

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP04212493A Expired - Fee Related JP3246034B2 (en) 1993-02-05 1993-02-05 Photosensor and photosensor driving method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3246034B2 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100290858B1 (en) * 1999-03-13 2001-05-15 구자홍 quantum dot infrared detection device and method for fabricating the same
JP2008096133A (en) * 2006-10-06 2008-04-24 Sony Corp Semiconductor device and light detection method
JP2009182194A (en) * 2008-01-31 2009-08-13 Sony Corp Optical sensor element, imaging device, electronic apparatus, and memory element
JP2017038038A (en) * 2015-08-10 2017-02-16 Nltテクノロジー株式会社 Optical sensor element and photoelectric conversion element

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100290858B1 (en) * 1999-03-13 2001-05-15 구자홍 quantum dot infrared detection device and method for fabricating the same
JP2008096133A (en) * 2006-10-06 2008-04-24 Sony Corp Semiconductor device and light detection method
JP2009182194A (en) * 2008-01-31 2009-08-13 Sony Corp Optical sensor element, imaging device, electronic apparatus, and memory element
JP2017038038A (en) * 2015-08-10 2017-02-16 Nltテクノロジー株式会社 Optical sensor element and photoelectric conversion element

Also Published As

Publication number Publication date
JP3246034B2 (en) 2002-01-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101116412B1 (en) Phototransistor
US6512547B1 (en) Solid-state imaging device and method of detecting optical signals using the same
JP4715203B2 (en) Photodetector circuit
JPS617663A (en) Depletion type thin film semiconductor photodetector
JPS61120466A (en) Semiconductor light detecting element
US4686555A (en) Solid state image sensor
JPH0414543B2 (en)
JP2747410B2 (en) Solid-state imaging device
US8071410B2 (en) Multi spectral sensor
JPH07120765B2 (en) Sensor device, photoconductive sensor driving method, and driving device
JP3246034B2 (en) Photosensor and photosensor driving method
JPH0414510B2 (en)
EP0038697B1 (en) Semiconductor image sensor
WO2009119573A1 (en) Solid-state imaging device
JPH06296036A (en) Photosensor
JP3265676B2 (en) Photo sensor system
JP3019650B2 (en) Photo sensor
JP3246038B2 (en) Photosensor and photosensor driving method
JP3246062B2 (en) Photo sensor system
JPS6089967A (en) Photoelectric conversion element
US20080272413A1 (en) Light-Sensitive Component
JPH06291353A (en) Optical detection method of photosensor
US20020117660A1 (en) Quantum type phototransistor
CN114830632A (en) Optical detection device and method for driving optical sensor
KR20000055884A (en) Method for fabricating a thin film transistor type optical detecting sensor

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees