JPH0644617B2 - 集積回路の製造方法 - Google Patents
集積回路の製造方法Info
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- JPH0644617B2 JPH0644617B2 JP59191800A JP19180084A JPH0644617B2 JP H0644617 B2 JPH0644617 B2 JP H0644617B2 JP 59191800 A JP59191800 A JP 59191800A JP 19180084 A JP19180084 A JP 19180084A JP H0644617 B2 JPH0644617 B2 JP H0644617B2
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Classifications
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- 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
- H01L27/1443—Devices controlled by radiation with at least one potential jump or surface barrier
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は受光素子を有する集積回路の製造方法に関する
ものである。
ものである。
第2図に従来のフォトダイオードを有する集積回路の一
例を示す。P型半導体基板1上にN型エピタキシャル層
2が形成されている。そしてこのN型エピタキシャル層
2はP型アイソレション領域3により個々の機能素子ご
とに分離されている。その分離されたN型エピタキシャ
ル層2aと、基板1との間のPN接合を利用したフォト
ダイオード10が形成されている。このフォトダイオー
ド10にはカソード電極5a,及びアノード電極5bが
接続されている。
例を示す。P型半導体基板1上にN型エピタキシャル層
2が形成されている。そしてこのN型エピタキシャル層
2はP型アイソレション領域3により個々の機能素子ご
とに分離されている。その分離されたN型エピタキシャ
ル層2aと、基板1との間のPN接合を利用したフォト
ダイオード10が形成されている。このフォトダイオー
ド10にはカソード電極5a,及びアノード電極5bが
接続されている。
そしてこのフォトダイオード10に隣接するN型エピタ
キシャル層2b内にバイポーラトランジスタが形成され
ており、このエピタキシャル層2bはコレクタとして利
用される。ここで6はベース、7はエミッタ、11はコ
レクタ2bと同一導電型で高濃度の埋込み層である。ま
た5,5,5は、ベース6エミッタ7及びコレクタ2b
に夫々接続された電極である。なおN型エピタキシャル
層2の電極形成部を除く表面は絶縁膜4で被覆されてい
る。
キシャル層2b内にバイポーラトランジスタが形成され
ており、このエピタキシャル層2bはコレクタとして利
用される。ここで6はベース、7はエミッタ、11はコ
レクタ2bと同一導電型で高濃度の埋込み層である。ま
た5,5,5は、ベース6エミッタ7及びコレクタ2b
に夫々接続された電極である。なおN型エピタキシャル
層2の電極形成部を除く表面は絶縁膜4で被覆されてい
る。
このような従来の集積回路におけるフォトダイオード1
0の応答性(動作速度)は十分なものではなく、この応
答性の改善(動作速度の向上)が望まれている。この応
答性はN型エピタキシャル層2aとP型半導体基板1と
の接合面における接合容量に依存している。このため応
答性を改善するためには、この接合容量を小さくする必
要がある。
0の応答性(動作速度)は十分なものではなく、この応
答性の改善(動作速度の向上)が望まれている。この応
答性はN型エピタキシャル層2aとP型半導体基板1と
の接合面における接合容量に依存している。このため応
答性を改善するためには、この接合容量を小さくする必
要がある。
この接合容量を小さくする方法として、次の2つの方法
が考えられる。
が考えられる。
(1)P型半導体基板1とN型エピタキシャル層2aとの
接合面積を小さくする。
接合面積を小さくする。
(2)P型半導体基板1とN型エピタキシャル層2aの両
方か、またはどちらか一方の不純物濃度を低くする。
方か、またはどちらか一方の不純物濃度を低くする。
しかし、前記(1)の方法の場合、このフォトダイオード
の受光面積が小さくなり受光感度を減少することになり
好ましくない。
の受光面積が小さくなり受光感度を減少することになり
好ましくない。
また、PN接合アイソレーションによる集積回路では半
導体基板を通じての漏れ電流は完全には防止できないた
め、前記(2)の方法の場合、P型半導体基板1の不純物
濃度を下げるとこの基板1の抵抗値が大きくなり漏れ電
流による内部電圧降下が大きくなる。従って漏れ電流の
生じた部分における基板内部電位が不必要に高くなり近
くの素子へ不所望なバイアスを与えその素子を誤動作さ
せるなどの悪影響を与える。
導体基板を通じての漏れ電流は完全には防止できないた
め、前記(2)の方法の場合、P型半導体基板1の不純物
濃度を下げるとこの基板1の抵抗値が大きくなり漏れ電
流による内部電圧降下が大きくなる。従って漏れ電流の
生じた部分における基板内部電位が不必要に高くなり近
くの素子へ不所望なバイアスを与えその素子を誤動作さ
せるなどの悪影響を与える。
またエピタキシャル層2a及び2bはその製造過程にお
いて共通のN型エピタキシャル層2の形成によって得ら
れるものであり、エピタキシャル層2aの不純物濃度を
下げるためにはN型エピタキシャル層2全体の濃度を下
げなければならない。従ってこのようにすると、集積回
路上の他の機能素子、例えば第2図中のトランジスタの
コレクタとなるエピタキシャル層2bの抵抗値が大きく
なる。そのためエミッタ7−コレクタ2b間の飽和電圧
VCE(SET)が大きくなり増幅率が低下するといった
性能悪化が生じる。
いて共通のN型エピタキシャル層2の形成によって得ら
れるものであり、エピタキシャル層2aの不純物濃度を
下げるためにはN型エピタキシャル層2全体の濃度を下
げなければならない。従ってこのようにすると、集積回
路上の他の機能素子、例えば第2図中のトランジスタの
コレクタとなるエピタキシャル層2bの抵抗値が大きく
なる。そのためエミッタ7−コレクタ2b間の飽和電圧
VCE(SET)が大きくなり増幅率が低下するといった
性能悪化が生じる。
また個別受光素子では、第3図に示すようなPINフォト
ダイオードがある。
ダイオードがある。
これはVGウエファ13、つまり高濃度N+基板に低濃
度N−をエピタキシャル法(気相成長法)により形成し
たウエファを用いて、その低濃度N−層の上にP層14
を形成したPIN接合型のフォトダイオードである。しか
し、このようなVGウエファを集積回路の製造に適用す
ることは一般に不可能であり、これまでにこのようなP
IN接合型のフォトダイオードを内蔵した集積回路は実
現していない。
度N−をエピタキシャル法(気相成長法)により形成し
たウエファを用いて、その低濃度N−層の上にP層14
を形成したPIN接合型のフォトダイオードである。しか
し、このようなVGウエファを集積回路の製造に適用す
ることは一般に不可能であり、これまでにこのようなP
IN接合型のフォトダイオードを内蔵した集積回路は実
現していない。
本発明は上記従来の問題点を解決し、フォトダイオード
の受光感度を減少することなく、かつ他の素子部の特性
が悪化することなく、フォトダイオードの応答性(動作
速度)を向上させる集積回路の製造方法を提供すること
を目的とする。
の受光感度を減少することなく、かつ他の素子部の特性
が悪化することなく、フォトダイオードの応答性(動作
速度)を向上させる集積回路の製造方法を提供すること
を目的とする。
本発明は上記目的を達成するための、第1導電型半導体
基板の受光素子形成予定領域に、低濃度不純物領域を形
成する工程と、前記予定領域を含む半導体基板表面に第
2導電型エピタキシャル層を形成する工程と、前記予定
領域を囲んで前記低濃度不純物領域に到達して前記エピ
タキシャル層のうち受光素子用の第1エピタキシャル層
を区画する第1アイソレーション領域及び、前記基板に
到達して他の機能素子用の第2エピタキシャル層を区画
する第2アイソレーション領域を形成する工程とを具備
し、前記第1エピタキシャル層と前記低濃度不純物領域
との間のPN接合を用いて形成される受光素子がこの不
純物領域の不純物濃度に依存してその応答速度がコント
ロールされていることを特徴とする集積回路の製造方法
である。
基板の受光素子形成予定領域に、低濃度不純物領域を形
成する工程と、前記予定領域を含む半導体基板表面に第
2導電型エピタキシャル層を形成する工程と、前記予定
領域を囲んで前記低濃度不純物領域に到達して前記エピ
タキシャル層のうち受光素子用の第1エピタキシャル層
を区画する第1アイソレーション領域及び、前記基板に
到達して他の機能素子用の第2エピタキシャル層を区画
する第2アイソレーション領域を形成する工程とを具備
し、前記第1エピタキシャル層と前記低濃度不純物領域
との間のPN接合を用いて形成される受光素子がこの不
純物領域の不純物濃度に依存してその応答速度がコント
ロールされていることを特徴とする集積回路の製造方法
である。
本発明の一実施例を第1図を用いて説明する。第1工
程、P型半読体基板(第1導電型半導体基板)1の受光
素子形成予定領域にN型不純物(リン)を、この基板の
不純物濃度より低濃度にイオン注入しP−層(低濃度不
純物領域)9を形成する。(第1図a参照) 第2工程、該基板1の他の機能素子形成予定領域にN型
不純物(リン)を拡散させN+埋込層11を形成した
後、これを含む全面にエピタキシャル法(気相成長法)
によりN型エピタキシャル層2を形成する。(第1図b
参照) 第3工程、N型エピタキシャル層2にSiO2絶縁膜4をマ
スクとして用い、P型不純物の熱選択拡散によりアイソ
レーション領域3を形成し、このN型エピタキシャル層
2を島状のエピタキシャル層2a及び2bに分離する。
なお、このアイソレーション領域3の1部はP−層9に
到達するように形成されている。この分離されたN型エ
ピタキシャル層2aと該P−9とで受光素子のPN接合
が形成される。ここで受光素子10を囲むアイソレーシ
ョン領域3eを第1アイソレーション領域とし他の機能
素子を区画する領域3fを第2アイソレーション領域と
する。(第1図c参照) 第4工程、分離されたN型エピタキシャル層2bに他の
機能素子を形成する。本実施例ではエピタキシャル層2
aには受光素子(フォトダイオード)10が形成され、
エピタキシャル層2bにはトランジスタ15が形成され
る。このトランジスタ15はエピタキシャル層2bをコ
レクタ用として用い、この層2bに順次ベース拡散及び
エミッタ拡散を施してP層(ベース領域)6,N層(エ
ミッタ領域)7を形成することにより得られる。その後
各素子に対する電極が形成される。そして5a及び5b
は受光素子(フォトダイオード)10のカソード電極及
びアノード電極であり、5,5,5はトランジスタのエ
ミッタ、ベース、コレクタ電極、4はSiO2絶縁膜をそれ
ぞれ示している。(第1図d参照) このようにして製造された受光素子内蔵集積回路におい
ては電極5a,5b間に逆電圧を印加するとN型エピタ
キシャル層2aとP−層9とのPN接合面付近で空乏層
が発生する。そしてP−層9がP型半導体基板に比し低
濃度のため、この空乏層は従来より深く形成される。こ
のため受光素子10の接合容量は低減する。そしてこの
受光素子10へ光を入射すると、光の強弱に比例した強
さの逆電流が出力される。このときの応答速度trは以下
の式で表すことができる。
程、P型半読体基板(第1導電型半導体基板)1の受光
素子形成予定領域にN型不純物(リン)を、この基板の
不純物濃度より低濃度にイオン注入しP−層(低濃度不
純物領域)9を形成する。(第1図a参照) 第2工程、該基板1の他の機能素子形成予定領域にN型
不純物(リン)を拡散させN+埋込層11を形成した
後、これを含む全面にエピタキシャル法(気相成長法)
によりN型エピタキシャル層2を形成する。(第1図b
参照) 第3工程、N型エピタキシャル層2にSiO2絶縁膜4をマ
スクとして用い、P型不純物の熱選択拡散によりアイソ
レーション領域3を形成し、このN型エピタキシャル層
2を島状のエピタキシャル層2a及び2bに分離する。
なお、このアイソレーション領域3の1部はP−層9に
到達するように形成されている。この分離されたN型エ
ピタキシャル層2aと該P−9とで受光素子のPN接合
が形成される。ここで受光素子10を囲むアイソレーシ
ョン領域3eを第1アイソレーション領域とし他の機能
素子を区画する領域3fを第2アイソレーション領域と
する。(第1図c参照) 第4工程、分離されたN型エピタキシャル層2bに他の
機能素子を形成する。本実施例ではエピタキシャル層2
aには受光素子(フォトダイオード)10が形成され、
エピタキシャル層2bにはトランジスタ15が形成され
る。このトランジスタ15はエピタキシャル層2bをコ
レクタ用として用い、この層2bに順次ベース拡散及び
エミッタ拡散を施してP層(ベース領域)6,N層(エ
ミッタ領域)7を形成することにより得られる。その後
各素子に対する電極が形成される。そして5a及び5b
は受光素子(フォトダイオード)10のカソード電極及
びアノード電極であり、5,5,5はトランジスタのエ
ミッタ、ベース、コレクタ電極、4はSiO2絶縁膜をそれ
ぞれ示している。(第1図d参照) このようにして製造された受光素子内蔵集積回路におい
ては電極5a,5b間に逆電圧を印加するとN型エピタ
キシャル層2aとP−層9とのPN接合面付近で空乏層
が発生する。そしてP−層9がP型半導体基板に比し低
濃度のため、この空乏層は従来より深く形成される。こ
のため受光素子10の接合容量は低減する。そしてこの
受光素子10へ光を入射すると、光の強弱に比例した強
さの逆電流が出力される。このときの応答速度trは以下
の式で表すことができる。
tr∝Cj(Rs+RL)≒Cj×RL Cj:受光素子(フォトダイオード)の接合容量 Rs:受光素子の内部直列抵抗 RL:負荷抵抗 よってこの式からもわかるように接合容量Cjが低減す
ると応答速度tr速くなる。
ると応答速度tr速くなる。
また、このような集積回路の製造工程において、半導体
基板1表面の受光素子形成予定領域に、予め半導体基板
と同一導電型でこの基板よりも低濃度の不純物領域9を
形成する工程を取り入れているために、この不純物領域
9の濃度コントロールにより受光素子10の応答速度を
適宜定めることができる。従って受光素子10のこの不
純物領域9との間でPN接合を形成するための隣接層即
ちエピタキシャル層2aの形成に格別な制約がないた
め、トランジスタ15の動作特性要求に応じてそのコレ
クタとなるエピタキシャル層2bに要求された条件従っ
て形成されたエピタキシャル層2が各層2a及び2bに
共通に利用できる。また前記不純物領域9により受光素
子の応答速度が定められ得るから、受光素子面を大きく
してその応答速度を速くでき、受光感度を向上できる。
更に、応答速度を速くするために半導体基板1やエピタ
キシャル層2の不純物濃度を低くする必要がないので、
漏れ電流による基板内での不所望な高電位分布が防止で
き受光素子以外の他の機能素子の誤動作が防止できる。
また受光素子以外の機能素子、例えばトランジスタのコ
レクタ抵抗を不所望に大きくすることがなく例えば、V
CE(sat)を小さく保てる。そしてこのように受光素子
及びその他の機能素子の電気的特性を維持した状態で集
積回路の容易な製造が行なわれるなどの種々の効果があ
る。
基板1表面の受光素子形成予定領域に、予め半導体基板
と同一導電型でこの基板よりも低濃度の不純物領域9を
形成する工程を取り入れているために、この不純物領域
9の濃度コントロールにより受光素子10の応答速度を
適宜定めることができる。従って受光素子10のこの不
純物領域9との間でPN接合を形成するための隣接層即
ちエピタキシャル層2aの形成に格別な制約がないた
め、トランジスタ15の動作特性要求に応じてそのコレ
クタとなるエピタキシャル層2bに要求された条件従っ
て形成されたエピタキシャル層2が各層2a及び2bに
共通に利用できる。また前記不純物領域9により受光素
子の応答速度が定められ得るから、受光素子面を大きく
してその応答速度を速くでき、受光感度を向上できる。
更に、応答速度を速くするために半導体基板1やエピタ
キシャル層2の不純物濃度を低くする必要がないので、
漏れ電流による基板内での不所望な高電位分布が防止で
き受光素子以外の他の機能素子の誤動作が防止できる。
また受光素子以外の機能素子、例えばトランジスタのコ
レクタ抵抗を不所望に大きくすることがなく例えば、V
CE(sat)を小さく保てる。そしてこのように受光素子
及びその他の機能素子の電気的特性を維持した状態で集
積回路の容易な製造が行なわれるなどの種々の効果があ
る。
上記実施例ではP−層低濃度不純物領域9をイオン注入
によって形成する場合のみ述べたが、熱拡散法で形成し
ても同様の効果が得られる。また、このP−層9は、写
真蝕刻法により基板1に穴を形成しその中にエピタキシ
ャル法によりP−層9を成長させて形成してもよい。
によって形成する場合のみ述べたが、熱拡散法で形成し
ても同様の効果が得られる。また、このP−層9は、写
真蝕刻法により基板1に穴を形成しその中にエピタキシ
ャル法によりP−層9を成長させて形成してもよい。
また、この低濃度不純物領9はP−層に代えてN型エピ
タキシャル層より低濃度のN−型層であってもよい。そ
の場合、半導体基板とN−型層間に逆電圧を印加する
と、半導体基板とN−型層とのPN接合面付近で空乏層
が発生する。そしてN−型層がN型エピタキシャル層2
aに比して不純物濃度が低濃度であるため、この空乏層
は従来より深く形成される。このため、受光素子の接合
容量は低減し、本発明の一実施例と同様の効果が得れ
る。N−層は該P型基板1にN型不純物をこのP型基板
の不純物濃度より高濃度に、イオン注入するか、又は上
記のような熱拡散するかして形成する。なお、この場合
の高濃度とは、このN−層の不純物濃度がN型エピタキ
シャル層の不純物濃度を越えないまでの程度を言う。
タキシャル層より低濃度のN−型層であってもよい。そ
の場合、半導体基板とN−型層間に逆電圧を印加する
と、半導体基板とN−型層とのPN接合面付近で空乏層
が発生する。そしてN−型層がN型エピタキシャル層2
aに比して不純物濃度が低濃度であるため、この空乏層
は従来より深く形成される。このため、受光素子の接合
容量は低減し、本発明の一実施例と同様の効果が得れ
る。N−層は該P型基板1にN型不純物をこのP型基板
の不純物濃度より高濃度に、イオン注入するか、又は上
記のような熱拡散するかして形成する。なお、この場合
の高濃度とは、このN−層の不純物濃度がN型エピタキ
シャル層の不純物濃度を越えないまでの程度を言う。
また、受光素子10以外の機能素子として、バイボーラ
トランジスタ15を図示して、述べたが、その他複数の
機能素子が他の領域に形成されてあり、それらの機能素
子の電気的特性も維持できることは言うまでもない。
トランジスタ15を図示して、述べたが、その他複数の
機能素子が他の領域に形成されてあり、それらの機能素
子の電気的特性も維持できることは言うまでもない。
本発明によると、半導体基板上の受光素子形成予定領域
のみ、低濃度の領域を形成する工程を取り入れているた
め受光素子以外の素子の特性を維持した状態で受光素子
の応答速度を向上させることができると共にその製造が
容易であるという効果がある。
のみ、低濃度の領域を形成する工程を取り入れているた
め受光素子以外の素子の特性を維持した状態で受光素子
の応答速度を向上させることができると共にその製造が
容易であるという効果がある。
第1図は本発明方法の一実施例を示す工程図であり、集
積回路の受光素子付近の断面図、第2図は従来の集積回
路の受光素子付近の断面図、第3図は個別受光素子(PI
Nフォトダイオード)の断面図である。 1……P型半導体基板(第1導電型半導体基板) 2……N型エピタキシャル層(第2導電型エピタキシャ
ル層) 3……アイソレーション領域(3e,第1アイソレーシ
ョン領域3f,第2アイソレーション領域) 9……P−層(低濃度不純物領域) 10……受光素子(フォトダイオード)
積回路の受光素子付近の断面図、第2図は従来の集積回
路の受光素子付近の断面図、第3図は個別受光素子(PI
Nフォトダイオード)の断面図である。 1……P型半導体基板(第1導電型半導体基板) 2……N型エピタキシャル層(第2導電型エピタキシャ
ル層) 3……アイソレーション領域(3e,第1アイソレーシ
ョン領域3f,第2アイソレーション領域) 9……P−層(低濃度不純物領域) 10……受光素子(フォトダイオード)
Claims (4)
- 【請求項1】第1導電型半導体基板の受光素子形成予定
領域に第1導電型の低濃度不純物領域を形成する工程
と、前記予定領域を含む前記半導体基板表面に第2導電
型エピタキシャル層を形成する工程と、前記予定領域を
囲んで前記低濃度不純物領域に到達して前記エピタキシ
ャル層のうち受光素子用の第1エピタキシャル層を区画
する第1アイソレーション領域及び、前記半導体基板に
到達して他の機能素子用の第2エピタキシャル層を区画
する第2アイソレーション領域を形成する工程とを具備
し、前記低濃度不純物領域は、前記半導体基板の不純物
濃度よりも低い不純物濃度に形成されていることを特徴
とする集積回路の製造方法。 - 【請求項2】前記低濃度不純物領域は、第2導電型不純
物を前記半導体基板の不純物濃度より低濃度にイオン注
入することにより形成することを特徴とする特許請求の
範囲第1項記載の集積回路の製造方法。 - 【請求項3】第1導電型半導体基板の受光素子形成予定
領域に第2導電型の低濃度不純物領域を形成する工程
と、前記予定領域を含む半導体基板表面に第2導電型エ
ピタキシャル層を形成する工程と、前記予定領域を囲ん
で前記低濃度不純物領域に到達して前記エピタキシャル
層のうち受光素子用の第1エピタキシャル層を区画する
第1アイソレーション領域及び、前記基板に到達して他
の機能素子用の第2エピタキシャル層を区画する第2ア
イソレーション領域を形成する工程とを具備し、前記低
濃度不純物領域は、前記第1エピタキシャル層の不純物
濃度よりも低い不純物濃度に形成されていることを特徴
とする集積回路の製造方法。 - 【請求項4】前記低濃度不純物領域は、前記エピタキシ
ャル層よりも低濃度な第2導電型となる程度に第2導電
型不純物を前記半導体基板の不純物濃度より高濃度にイ
オン注入することにより形成することを特徴とする特許
請求の範囲第3項記載の集積回路の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59191800A JPH0644617B2 (ja) | 1984-09-14 | 1984-09-14 | 集積回路の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59191800A JPH0644617B2 (ja) | 1984-09-14 | 1984-09-14 | 集積回路の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6170750A JPS6170750A (ja) | 1986-04-11 |
JPH0644617B2 true JPH0644617B2 (ja) | 1994-06-08 |
Family
ID=16280743
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP59191800A Expired - Lifetime JPH0644617B2 (ja) | 1984-09-14 | 1984-09-14 | 集積回路の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0644617B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61280655A (ja) * | 1985-05-14 | 1986-12-11 | Sanyo Electric Co Ltd | フオトセンサを内蔵する半導体集積回路 |
JPH0650771B2 (ja) * | 1986-09-13 | 1994-06-29 | 財団法人半導体研究振興会 | 固体撮像装置及びその製造方法 |
JP2670634B2 (ja) * | 1990-03-12 | 1997-10-29 | シャープ株式会社 | 回路内蔵受光素子 |
-
1984
- 1984-09-14 JP JP59191800A patent/JPH0644617B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS6170750A (ja) | 1986-04-11 |
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