JPH0888338A - 半導体光電変換素子およびこれを用いた撮像装置 - Google Patents
半導体光電変換素子およびこれを用いた撮像装置Info
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- JPH0888338A JPH0888338A JP6221442A JP22144294A JPH0888338A JP H0888338 A JPH0888338 A JP H0888338A JP 6221442 A JP6221442 A JP 6221442A JP 22144294 A JP22144294 A JP 22144294A JP H0888338 A JPH0888338 A JP H0888338A
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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-
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- H01L31/0264—Inorganic materials
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Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明は、室温あるいはペルチェ効果を利用し
た電子冷却器で冷却できる温度で使用することができ、
応答速度が速く、高感度である新規な半導体光電変換素
子を提供することを目的とする。 【構成】半導体基板に形成された電荷転送領域と、前記
電荷転送領域と電気的に接続されており、前記半導体基
板と接触するように形成された圧電材料からなる受光領
域とを具備する半導体光電変換素子であって、前記受光
領域への光の入射により生じる熱に起因する歪みを利用
した圧電効果により生じた電荷を前記電荷転送領域に導
くことを特徴としている。
た電子冷却器で冷却できる温度で使用することができ、
応答速度が速く、高感度である新規な半導体光電変換素
子を提供することを目的とする。 【構成】半導体基板に形成された電荷転送領域と、前記
電荷転送領域と電気的に接続されており、前記半導体基
板と接触するように形成された圧電材料からなる受光領
域とを具備する半導体光電変換素子であって、前記受光
領域への光の入射により生じる熱に起因する歪みを利用
した圧電効果により生じた電荷を前記電荷転送領域に導
くことを特徴としている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体光電変換素子に関
し、特に赤外線の受光素子として機能する半導体光電変
換素子に関する。
し、特に赤外線の受光素子として機能する半導体光電変
換素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】赤外線の撮像システムに使用される赤外
線の検知器としては、原理的に半導体を用いた量子型検
知器と焦電効果を利用した焦電型検知器に分類すること
ができる。
線の検知器としては、原理的に半導体を用いた量子型検
知器と焦電効果を利用した焦電型検知器に分類すること
ができる。
【０００３】従来の量子型検知器は、室温付近の幅射を
検知するために検知器の温度を室温付近にすると、検知
器を構成する材料のバンドギャップが約０．１２ｅＶと
小さいため、検知器自身の熱により生じた電荷が被写体
情報を含む赤外線の熱により生じた電荷にノイズとして
混入してしまう。このため、従来の量子型検知器では、
炭酸ガスレーザのようなエネルギーが高い赤外線以外の
赤外線を正確に検知することができず、これを用いた撮
像システムでは明瞭な画像が得られない。したがって、
従来の量子型検知器を用いた撮像システムにおいては、
例えばジュールトムソン型冷凍器やスターリングサイク
ル型冷凍器等の冷却システムを装備し、液体窒素温度
（絶対温度７７Ｋ）程度に冷却して高感度に赤外線を検
知するようにしている。その結果、上記のような撮像シ
ステムは、大型のものとなり、製造コストが高いものと
なり、その用途は防衛や宇宙機器に限られている。
検知するために検知器の温度を室温付近にすると、検知
器を構成する材料のバンドギャップが約０．１２ｅＶと
小さいため、検知器自身の熱により生じた電荷が被写体
情報を含む赤外線の熱により生じた電荷にノイズとして
混入してしまう。このため、従来の量子型検知器では、
炭酸ガスレーザのようなエネルギーが高い赤外線以外の
赤外線を正確に検知することができず、これを用いた撮
像システムでは明瞭な画像が得られない。したがって、
従来の量子型検知器を用いた撮像システムにおいては、
例えばジュールトムソン型冷凍器やスターリングサイク
ル型冷凍器等の冷却システムを装備し、液体窒素温度
（絶対温度７７Ｋ）程度に冷却して高感度に赤外線を検
知するようにしている。その結果、上記のような撮像シ
ステムは、大型のものとなり、製造コストが高いものと
なり、その用途は防衛や宇宙機器に限られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる点に鑑
みてなされたものであり、室温あるいはペルチェ効果を
利用した電子冷却器で冷却できる温度で使用することが
でき、応答速度が速く、高感度である新規な半導体光電
変換素子を提供することを目的とする。
みてなされたものであり、室温あるいはペルチェ効果を
利用した電子冷却器で冷却できる温度で使用することが
でき、応答速度が速く、高感度である新規な半導体光電
変換素子を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体基板に
形成された電荷転送領域と、前記電荷転送領域と電気的
に接続されており、前記半導体基板と接触するように形
成された圧電材料からなる受光領域とを具備する半導体
光電変換素子であって、前記受光領域への光の入射によ
り生じる熱に起因する歪みを利用した圧電効果により生
じた電荷を前記電荷転送領域に導くことを特徴とする半
導体光電変換素子を提供する。
形成された電荷転送領域と、前記電荷転送領域と電気的
に接続されており、前記半導体基板と接触するように形
成された圧電材料からなる受光領域とを具備する半導体
光電変換素子であって、前記受光領域への光の入射によ
り生じる熱に起因する歪みを利用した圧電効果により生
じた電荷を前記電荷転送領域に導くことを特徴とする半
導体光電変換素子を提供する。
【０００６】ここで、半導体基板としては、シリコン基
板、ＧａＡｓ基板等を用いることができる。また、光と
は、０．８〜２０μｍの波長を有する赤外線を意味す
る。受光領域を構成する圧電材料としては、ＰｂＴｅ、
ＰｂＳｅ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、ＨｇＣｄＴｅ、ＩｎＳ
ｂ等の光を吸収して発熱し、その熱による膨張の際に発
生する歪みにより電荷を発生する材料を用いることがで
きる。なお、受光領域に使用する圧電材料は、赤外線の
検出波長や電気的な処理の容易さを考慮して適宜選択す
る。具体的に、受光領域に使用する圧電材料の種類と検
出波長との関係を下記第１表および第２表に示す。第１
表および第２表において、ＨｇＴｅ、Ｈｇ1-x Ｃｄx Ｔ
ｅ、ＩｎＳｂ、Ｃｄ3 Ａｓ2 、Ｂｉ2 Ｔｅ3 、ＰｔＳｂ
2 は検出波長の点で好ましく、そのなかでもＨｇＴｅ、
Ｃｄ3 Ａｓ2 、Ｂｉ2 Ｔｅ3 は、半導体基板の材料がシ
リコンの場合にシリコンとの組み合わせで圧電効果が大
きくなるので特に好ましい。
板、ＧａＡｓ基板等を用いることができる。また、光と
は、０．８〜２０μｍの波長を有する赤外線を意味す
る。受光領域を構成する圧電材料としては、ＰｂＴｅ、
ＰｂＳｅ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、ＨｇＣｄＴｅ、ＩｎＳ
ｂ等の光を吸収して発熱し、その熱による膨張の際に発
生する歪みにより電荷を発生する材料を用いることがで
きる。なお、受光領域に使用する圧電材料は、赤外線の
検出波長や電気的な処理の容易さを考慮して適宜選択す
る。具体的に、受光領域に使用する圧電材料の種類と検
出波長との関係を下記第１表および第２表に示す。第１
表および第２表において、ＨｇＴｅ、Ｈｇ1-x Ｃｄx Ｔ
ｅ、ＩｎＳｂ、Ｃｄ3 Ａｓ2 、Ｂｉ2 Ｔｅ3 、ＰｔＳｂ
2 は検出波長の点で好ましく、そのなかでもＨｇＴｅ、
Ｃｄ3 Ａｓ2 、Ｂｉ2 Ｔｅ3 は、半導体基板の材料がシ
リコンの場合にシリコンとの組み合わせで圧電効果が大
きくなるので特に好ましい。
【０００７】
【表１】
【０００８】
【表２】
【０００９】また、圧電材料として、上記の少なくとも
２つの材料を混合してなる材料を用いることにより、混
合比に応じた各材料の検出波長の中間的な波長を検出す
ることができる。
２つの材料を混合してなる材料を用いることにより、混
合比に応じた各材料の検出波長の中間的な波長を検出す
ることができる。
【００１０】受光領域は、光を吸収して熱を発生する光
吸収層と、光吸収層で発生した熱で加熱されて膨張する
時に半導体基板材料との間の線膨張係数差により歪みが
生じて電荷を発生する圧電層とから構成されていてもよ
い。この場合、光吸収層で発生した熱が圧電層に伝導さ
れるならば、光吸収層と圧電層とは接触して設けてもよ
く、独立して設けてもよい。光吸収層としては、ポリイ
ミド、シクロペンタジエン誘導体等の有機材料からなる
膜を用いることができる。圧電層の材料としては、Ｚｎ
Ｔｅ、ＺｎＯ、ＩｎＳｂ、ＧａＰ、ＧａＳｂ等を用いる
ことができる。
吸収層と、光吸収層で発生した熱で加熱されて膨張する
時に半導体基板材料との間の線膨張係数差により歪みが
生じて電荷を発生する圧電層とから構成されていてもよ
い。この場合、光吸収層で発生した熱が圧電層に伝導さ
れるならば、光吸収層と圧電層とは接触して設けてもよ
く、独立して設けてもよい。光吸収層としては、ポリイ
ミド、シクロペンタジエン誘導体等の有機材料からなる
膜を用いることができる。圧電層の材料としては、Ｚｎ
Ｔｅ、ＺｎＯ、ＩｎＳｂ、ＧａＰ、ＧａＳｂ等を用いる
ことができる。
【００１１】本発明においては、充分な圧電効果を発揮
させるためには、半導体基板の材料と圧電材料もしくは
圧電層の材料との間で線膨張係数差があること（線膨張
係数の不整合）が必要である。この場合、線膨張係数差
は、圧電材料もしくは圧電層の材料が光の入射による加
熱で膨張した際に歪みが起こる程度でよい。また、圧電
能は、半導体基板と受光領域との間の線膨張係数差の他
に、受光領域の深さ（厚さ）にも影響を受ける。受光領
域の深さは、受光領域を構成する材料にもよるが、１〜
２０μｍであることが好ましい。
させるためには、半導体基板の材料と圧電材料もしくは
圧電層の材料との間で線膨張係数差があること（線膨張
係数の不整合）が必要である。この場合、線膨張係数差
は、圧電材料もしくは圧電層の材料が光の入射による加
熱で膨張した際に歪みが起こる程度でよい。また、圧電
能は、半導体基板と受光領域との間の線膨張係数差の他
に、受光領域の深さ（厚さ）にも影響を受ける。受光領
域の深さは、受光領域を構成する材料にもよるが、１〜
２０μｍであることが好ましい。
【００１２】電荷転送領域と受光領域とは、金属配線等
により両者を電気的に接続する。本発明においては、上
記半導体光電変換素子を画素毎に設けて、電荷転送領域
から電荷を転送させるための駆動部を設けることにより
撮像装置を構成することができる。この場合、受光領域
を区画する半導体基板の側壁は（１１１）面を有するこ
とが好ましい。これは、側壁は（１１１）面を有すると
受光領域の圧電効果が増大するからである。
により両者を電気的に接続する。本発明においては、上
記半導体光電変換素子を画素毎に設けて、電荷転送領域
から電荷を転送させるための駆動部を設けることにより
撮像装置を構成することができる。この場合、受光領域
を区画する半導体基板の側壁は（１１１）面を有するこ
とが好ましい。これは、側壁は（１１１）面を有すると
受光領域の圧電効果が増大するからである。
【００１３】
【作用】本発明の半導体光電変換素子は、半導体基板に
形成された電荷転送領域と、前記電荷転送領域と電気的
に接続されており、前記半導体基板と接触するように形
成された圧電材料からなる受光領域とを具備し、前記受
光領域への光の入射により生じる熱に起因する歪みを利
用した圧電効果により生じた電荷を前記電荷転送領域に
導くことを特徴としている。
形成された電荷転送領域と、前記電荷転送領域と電気的
に接続されており、前記半導体基板と接触するように形
成された圧電材料からなる受光領域とを具備し、前記受
光領域への光の入射により生じる熱に起因する歪みを利
用した圧電効果により生じた電荷を前記電荷転送領域に
導くことを特徴としている。
【００１４】この半導体光電変換素子は、入射光を吸収
することにより生じる電荷を電荷転送素子に転送するの
ではない、入射光が吸収されて生じる熱により加熱され
て膨張する際に生じる歪みを利用した圧電効果により発
生する電荷を電荷転送領域に導くものである。このた
め、焦電型検出器より応答速度が速く、しかも室温付近
でも高感度で光を検出することができる。
することにより生じる電荷を電荷転送素子に転送するの
ではない、入射光が吸収されて生じる熱により加熱され
て膨張する際に生じる歪みを利用した圧電効果により発
生する電荷を電荷転送領域に導くものである。このた
め、焦電型検出器より応答速度が速く、しかも室温付近
でも高感度で光を検出することができる。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て具体的に説明する。 （実施例１）図１は本発明の半導体光電変換素子の一実
施例を示す断面図である。図中１０は半導体基板である
（１００）面を有するｐ形シリコン基板を示す。シリコ
ン基板１０の表面には、複数列の凹部が形成されてお
り、１列おきに受光領域１１が形成されている。すなわ
ち、この受光領域１１は、（１１１）面を有するシリコ
ン壁１２により区画された凹部内に圧電材料を充填する
ことにより形成されている。受光領域１１以外の凹部の
底面には、電荷転送領域１３が形成されている。受光領
域１１と電荷転送領域１３とは、金配線１４により電気
的に接続されている。なお、金配線１４とシリコン基板
１０との間には、シリコン酸化膜１５が介在されてい
る。また、受光領域と電気的に接続するようにしてアル
ミニウム配線１６が形成されており、アルミニウム配線
１６が形成されているシリコン壁１２には接地線１７が
形成されている。この接地線１７から電荷が素子内のキ
ャパシタに蓄積され、この電荷が転送されることにな
る。このようにして、本発明の半導体光電変換素子が構
成されている。
て具体的に説明する。 （実施例１）図１は本発明の半導体光電変換素子の一実
施例を示す断面図である。図中１０は半導体基板である
（１００）面を有するｐ形シリコン基板を示す。シリコ
ン基板１０の表面には、複数列の凹部が形成されてお
り、１列おきに受光領域１１が形成されている。すなわ
ち、この受光領域１１は、（１１１）面を有するシリコ
ン壁１２により区画された凹部内に圧電材料を充填する
ことにより形成されている。受光領域１１以外の凹部の
底面には、電荷転送領域１３が形成されている。受光領
域１１と電荷転送領域１３とは、金配線１４により電気
的に接続されている。なお、金配線１４とシリコン基板
１０との間には、シリコン酸化膜１５が介在されてい
る。また、受光領域と電気的に接続するようにしてアル
ミニウム配線１６が形成されており、アルミニウム配線
１６が形成されているシリコン壁１２には接地線１７が
形成されている。この接地線１７から電荷が素子内のキ
ャパシタに蓄積され、この電荷が転送されることにな
る。このようにして、本発明の半導体光電変換素子が構
成されている。
【００１６】この半導体光電変換素子は次のようにして
作製した。まず、シリコン基板１０を９０℃の水酸化テ
トラメチルアンモニウム液に２５分間浸漬して異方性エ
ッチングを行い、底面が２０μｍ×２０μｍであり、深
さが約３μｍの６４×６４列（互いに直交する方向）の
凹部列を形成し、さらに同様の異方性エッチングによ
り、電荷転送領域用の溝を６４列形成した。この電荷転
送領域用の溝にチャネルを形成することにより電荷転送
領域１３を設けた。
作製した。まず、シリコン基板１０を９０℃の水酸化テ
トラメチルアンモニウム液に２５分間浸漬して異方性エ
ッチングを行い、底面が２０μｍ×２０μｍであり、深
さが約３μｍの６４×６４列（互いに直交する方向）の
凹部列を形成し、さらに同様の異方性エッチングによ
り、電荷転送領域用の溝を６４列形成した。この電荷転
送領域用の溝にチャネルを形成することにより電荷転送
領域１３を設けた。
【００１７】次いで、６４×６４列の受光領域１１に対
応する凹部以外の領域をシリコン酸化膜で被覆した後
に、受光領域１１に対応する凹部を１０％弗化水素水溶
液で３分間晒し、溶存酸素量３０ppb 以下の超純水中で
洗浄した。次いで、この上に金属水銀、ジメチルカドミ
ウム、ジイソプロピルテルルを原料として用いた有機金
属化学気相成長法によりＣｄＴｅを厚さ１μｍ、Ｈｇ
0.76Ｃｄ0.24Ｔｅを厚さ２μｍでそれぞれ連続して成長
させた。その後、受光領域１１に対応する凹部以外の領
域に堆積したＣｄＴｅおよびＨｇＣｄＴｅを除去して受
光領域１１を形成した。最後に、受光領域１１と電荷転
送領域１３にシリコン酸化膜１５を介して金配線１４を
形成した。また、受光領域１１と電気的に接続するよう
にアルミニウム配線１６を形成し、アルミニウム配線１
６を形成したシリコン壁１２に接地線１７を形成した。
応する凹部以外の領域をシリコン酸化膜で被覆した後
に、受光領域１１に対応する凹部を１０％弗化水素水溶
液で３分間晒し、溶存酸素量３０ppb 以下の超純水中で
洗浄した。次いで、この上に金属水銀、ジメチルカドミ
ウム、ジイソプロピルテルルを原料として用いた有機金
属化学気相成長法によりＣｄＴｅを厚さ１μｍ、Ｈｇ
0.76Ｃｄ0.24Ｔｅを厚さ２μｍでそれぞれ連続して成長
させた。その後、受光領域１１に対応する凹部以外の領
域に堆積したＣｄＴｅおよびＨｇＣｄＴｅを除去して受
光領域１１を形成した。最後に、受光領域１１と電荷転
送領域１３にシリコン酸化膜１５を介して金配線１４を
形成した。また、受光領域１１と電気的に接続するよう
にアルミニウム配線１６を形成し、アルミニウム配線１
６を形成したシリコン壁１２に接地線１７を形成した。
【００１８】このようにして作製された半導体光電変換
素子を図２に示す。この半導体光電変換素子は、波長
９．４μｍの赤外線を高感度に検出することができるも
のである。この半導体光電変換素子を９〜９．５μｍの
バンドパスフィルタを設置した光学系の中に組み込み、
チョッピングせずに室温で動作させた。波長９〜９．５
μｍの赤外線が受光領域１１に入射すると、受光領域１
１で赤外線が吸収されて熱が発生する。この熱により受
光領域１１およびシリコン基板１０が加熱される。この
加熱によりシリコン基板１０および受光領域１１に充填
されている圧電材料（ＣｄＴｅおよびＨｇＣｄＴｅ）が
膨張する。このとき、シリコンと圧電材料との間に線膨
張係数差が存在するので、圧電材料に歪みが発生する。
この歪みにより圧電材料中に電荷が発生する。この電荷
は金配線１４により電荷転送領域１３に転送される。こ
のような動作により良好な画像情報が得られた。また、
感度（ＮＥＴＤ：雑音等価温度差）も０．１Ｋであり、
従来の７７Ｋに冷却したＨｇＣｄＴｅ赤外線検出器と同
等であった。
素子を図２に示す。この半導体光電変換素子は、波長
９．４μｍの赤外線を高感度に検出することができるも
のである。この半導体光電変換素子を９〜９．５μｍの
バンドパスフィルタを設置した光学系の中に組み込み、
チョッピングせずに室温で動作させた。波長９〜９．５
μｍの赤外線が受光領域１１に入射すると、受光領域１
１で赤外線が吸収されて熱が発生する。この熱により受
光領域１１およびシリコン基板１０が加熱される。この
加熱によりシリコン基板１０および受光領域１１に充填
されている圧電材料（ＣｄＴｅおよびＨｇＣｄＴｅ）が
膨張する。このとき、シリコンと圧電材料との間に線膨
張係数差が存在するので、圧電材料に歪みが発生する。
この歪みにより圧電材料中に電荷が発生する。この電荷
は金配線１４により電荷転送領域１３に転送される。こ
のような動作により良好な画像情報が得られた。また、
感度（ＮＥＴＤ：雑音等価温度差）も０．１Ｋであり、
従来の７７Ｋに冷却したＨｇＣｄＴｅ赤外線検出器と同
等であった。
【００１９】本実施例では、受光領域１１を構成する圧
電材料としてＣｄＴｅおよびＨｇＣｄＴｅを用いた場合
について説明しているが、有機金属化学気相成長法にお
いて、ジメチル亜鉛および酸素を用いてＺｎＯを成長さ
せた場合、トリメチルインジウムおよびトリメチルアン
チモンを用いてＩｎＳｂを成長させた場合、トリメチル
ガリウムおよびトリメチルアンチモンを用いてＧａＳｂ
を成長させた場合も本実施例と同様に良好な結果が得ら
れた。 （実施例２）本実施例においては、図３に示すように、
受光領域１１を圧電層１８と光吸収層１９で構成した場
合について説明する。まず、実施例１と同様にしてシリ
コン基板１０に凹部および溝を形成し、溝に電荷転送領
域１３を形成し、受光領域１１に対応する凹部内を洗浄
した。次いで、この上にジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）およ
びジエチルテルル（ＤＥＴｅ）を用いた有機金属化学気
相成長法によりＺｎＴｅを厚さ約３μｍで成長させて圧
電層１８を形成し、その後、光吸収層１９として厚さ１
００nmのポリイミド膜を形成した。その後、受光領域１
１に対応する凹部以外の領域に堆積したＺｎＴｅおよび
ポリイミド膜を除去して受光領域１１を形成した。最後
に、実施例１と同様にして金配線１４およびアルミニウ
ム配線１６を形成した。
電材料としてＣｄＴｅおよびＨｇＣｄＴｅを用いた場合
について説明しているが、有機金属化学気相成長法にお
いて、ジメチル亜鉛および酸素を用いてＺｎＯを成長さ
せた場合、トリメチルインジウムおよびトリメチルアン
チモンを用いてＩｎＳｂを成長させた場合、トリメチル
ガリウムおよびトリメチルアンチモンを用いてＧａＳｂ
を成長させた場合も本実施例と同様に良好な結果が得ら
れた。 （実施例２）本実施例においては、図３に示すように、
受光領域１１を圧電層１８と光吸収層１９で構成した場
合について説明する。まず、実施例１と同様にしてシリ
コン基板１０に凹部および溝を形成し、溝に電荷転送領
域１３を形成し、受光領域１１に対応する凹部内を洗浄
した。次いで、この上にジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）およ
びジエチルテルル（ＤＥＴｅ）を用いた有機金属化学気
相成長法によりＺｎＴｅを厚さ約３μｍで成長させて圧
電層１８を形成し、その後、光吸収層１９として厚さ１
００nmのポリイミド膜を形成した。その後、受光領域１
１に対応する凹部以外の領域に堆積したＺｎＴｅおよび
ポリイミド膜を除去して受光領域１１を形成した。最後
に、実施例１と同様にして金配線１４およびアルミニウ
ム配線１６を形成した。
【００２０】この半導体光電変換素子は、波長９．４μ
ｍの赤外線を高感度に検出することができるものであ
る。この半導体光電変換素子を９〜９．５μｍのバンド
パスフィルタを設置した光学系の中に組み込み、チョッ
ピングせずに室温で動作させたところ実施例１と同様に
良好な画像情報が得られた。また、感度（ＮＥＴＤ：雑
音等価温度差）も０．０８Ｋであり、従来の７７Ｋに冷
却したＨｇＣｄＴｅ赤外線検出器と同等であった。 （実施例３）本実施例においては、図４に示すように、
シリコン基板にトレンチを形成し、そこに受光領域１１
を形成した場合について説明する。この半導体光電変換
素子の場合、受光領域１１の長手方向の電位差を信号と
して読み取る方式である。
ｍの赤外線を高感度に検出することができるものであ
る。この半導体光電変換素子を９〜９．５μｍのバンド
パスフィルタを設置した光学系の中に組み込み、チョッ
ピングせずに室温で動作させたところ実施例１と同様に
良好な画像情報が得られた。また、感度（ＮＥＴＤ：雑
音等価温度差）も０．０８Ｋであり、従来の７７Ｋに冷
却したＨｇＣｄＴｅ赤外線検出器と同等であった。 （実施例３）本実施例においては、図４に示すように、
シリコン基板にトレンチを形成し、そこに受光領域１１
を形成した場合について説明する。この半導体光電変換
素子の場合、受光領域１１の長手方向の電位差を信号と
して読み取る方式である。
【００２１】この半導体光電変換素子は、まず、実施例
１と同様にしてシリコン基板に溝を形成して電荷転送領
域１３を形成し、さらに、受光領域１１に対応する領域
に幅２μｍ、長さ２０μｍ、深さ５μｍの溝を反応性イ
オンエッチングで形成した後、実施例１と同様にして有
機金属化学気相成長法によりＨｇ0.76Ｃｄ0.24Ｔｅを厚
さ５μｍで成長させて受光領域１１を形成し、最後に金
配線１４およびアルミニウム配線１６を形成することに
より作製した。
１と同様にしてシリコン基板に溝を形成して電荷転送領
域１３を形成し、さらに、受光領域１１に対応する領域
に幅２μｍ、長さ２０μｍ、深さ５μｍの溝を反応性イ
オンエッチングで形成した後、実施例１と同様にして有
機金属化学気相成長法によりＨｇ0.76Ｃｄ0.24Ｔｅを厚
さ５μｍで成長させて受光領域１１を形成し、最後に金
配線１４およびアルミニウム配線１６を形成することに
より作製した。
【００２２】この半導体光電変換素子は、波長９．４μ
ｍの赤外線を高感度に検出することができるものであ
る。この半導体光電変換素子を９〜９．５μｍのバンド
パスフィルタを設置した光学系の中に組み込み、チョッ
ピングせずに室温で動作させたところ実施例１と同様に
良好な画像情報が得られた。また、感度（ＮＥＴＤ：雑
音等価温度差）も０．０８Ｋであり、従来の７７Ｋに冷
却したＨｇＣｄＴｅ赤外線検出器と同等であった。 （実施例４）本実施例においては、図５に示すように、
画素間分離（熱分離）をトレンチ構造を用いて行う場合
について説明する。
ｍの赤外線を高感度に検出することができるものであ
る。この半導体光電変換素子を９〜９．５μｍのバンド
パスフィルタを設置した光学系の中に組み込み、チョッ
ピングせずに室温で動作させたところ実施例１と同様に
良好な画像情報が得られた。また、感度（ＮＥＴＤ：雑
音等価温度差）も０．０８Ｋであり、従来の７７Ｋに冷
却したＨｇＣｄＴｅ赤外線検出器と同等であった。 （実施例４）本実施例においては、図５に示すように、
画素間分離（熱分離）をトレンチ構造を用いて行う場合
について説明する。
【００２３】この半導体光電変換素子は、まず、実施例
１と同様にしてシリコン基板に溝を形成して電荷転送領
域１３を形成し、さらに、受光領域１１に対応する領域
に幅２μｍ、長さ２０μｍ、深さ５μｍの溝および幅２
μｍ、深さ５μｍの素子間分離溝２０を反応性イオンエ
ッチングで形成した後、実施例１と同様にして有機金属
化学気相成長法によりＨｇ0.76Ｃｄ0.24Ｔｅを厚さ５μ
ｍで成長させて受光領域１１を形成し、最後に金配線１
４およびアルミニウム配線１６を形成することにより作
製した。
１と同様にしてシリコン基板に溝を形成して電荷転送領
域１３を形成し、さらに、受光領域１１に対応する領域
に幅２μｍ、長さ２０μｍ、深さ５μｍの溝および幅２
μｍ、深さ５μｍの素子間分離溝２０を反応性イオンエ
ッチングで形成した後、実施例１と同様にして有機金属
化学気相成長法によりＨｇ0.76Ｃｄ0.24Ｔｅを厚さ５μ
ｍで成長させて受光領域１１を形成し、最後に金配線１
４およびアルミニウム配線１６を形成することにより作
製した。
【００２４】この半導体光電変換素子は、波長９．４μ
ｍの赤外線を高感度に検出することができるものであ
る。この半導体光電変換素子を９〜９．５μｍのバンド
パスフィルタを設置した光学系の中に組み込み、チョッ
ピングせずに室温で動作させたところ実施例１と同様に
良好な画像情報が得られた。また、感度（ＮＥＴＤ：雑
音等価温度差）も０．０７Ｋであり、従来の７７Ｋに冷
却したＨｇＣｄＴｅ赤外線検出器と同等であった。ま
た、素子間分離溝２０の深さを受光領域１１の深さより
深くすることにより、さらに鮮明な画像情報が得られ
た。 （実施例５）本実施例においては、図６に示すように、
画素間分離用のトレンチ内に大きな熱容量を有する誘電
体あるいは有機材料（断熱材料）２１を充填して素子分
離効果を向上させた場合について説明する。
ｍの赤外線を高感度に検出することができるものであ
る。この半導体光電変換素子を９〜９．５μｍのバンド
パスフィルタを設置した光学系の中に組み込み、チョッ
ピングせずに室温で動作させたところ実施例１と同様に
良好な画像情報が得られた。また、感度（ＮＥＴＤ：雑
音等価温度差）も０．０７Ｋであり、従来の７７Ｋに冷
却したＨｇＣｄＴｅ赤外線検出器と同等であった。ま
た、素子間分離溝２０の深さを受光領域１１の深さより
深くすることにより、さらに鮮明な画像情報が得られ
た。 （実施例５）本実施例においては、図６に示すように、
画素間分離用のトレンチ内に大きな熱容量を有する誘電
体あるいは有機材料（断熱材料）２１を充填して素子分
離効果を向上させた場合について説明する。
【００２５】この半導体光電変換素子は、実施例４と同
様にして、シリコン基板に電荷転送領域１３を形成し、
さらに、溝および素子間分離溝２０を反応性イオンエッ
チングで形成し、有機金属化学気相成長法によりＨｇ
0.76Ｃｄ0.24Ｔｅを成長させて受光領域１１を形成した
後、素子間分離溝２０内にＰＺＴやポリイミド等のよう
な空気より熱伝導率の小さい材料を充填し、最後に金配
線１４およびアルミニウム配線１６を形成することによ
り作製した。
様にして、シリコン基板に電荷転送領域１３を形成し、
さらに、溝および素子間分離溝２０を反応性イオンエッ
チングで形成し、有機金属化学気相成長法によりＨｇ
0.76Ｃｄ0.24Ｔｅを成長させて受光領域１１を形成した
後、素子間分離溝２０内にＰＺＴやポリイミド等のよう
な空気より熱伝導率の小さい材料を充填し、最後に金配
線１４およびアルミニウム配線１６を形成することによ
り作製した。
【００２６】この半導体光電変換素子は、波長９．４μ
ｍの赤外線を高感度に検出することができるものであ
る。この半導体光電変換素子を９〜９．５μｍのバンド
パスフィルタを設置した光学系の中に組み込み、チョッ
ピングせずに室温で動作させたところ、素子分離効果が
高いので実施例４よりもさらに良好な画像情報が得られ
た。また、感度（ＮＥＴＤ：雑音等価温度差）も０．０
７Ｋであり、従来の７７Ｋに冷却したＨｇＣｄＴｅ赤外
線検出器と同等であった。また、素子間分離溝の深さを
受光領域１１の深さより深くすることにより、さらに鮮
明な画像情報が得られた。
ｍの赤外線を高感度に検出することができるものであ
る。この半導体光電変換素子を９〜９．５μｍのバンド
パスフィルタを設置した光学系の中に組み込み、チョッ
ピングせずに室温で動作させたところ、素子分離効果が
高いので実施例４よりもさらに良好な画像情報が得られ
た。また、感度（ＮＥＴＤ：雑音等価温度差）も０．０
７Ｋであり、従来の７７Ｋに冷却したＨｇＣｄＴｅ赤外
線検出器と同等であった。また、素子間分離溝の深さを
受光領域１１の深さより深くすることにより、さらに鮮
明な画像情報が得られた。
【００２７】
【発明の効果】以上説明した如く本発明の半導体光電変
換素子は、半導体基板に形成された電荷転送領域と、前
記電荷転送領域と電気的に接続されており、前記半導体
基板と接触するように形成された圧電材料からなる受光
領域とを具備し、前記受光領域への光の入射により生じ
る熱に起因する歪みを利用した圧電効果により生じた電
荷を前記電荷転送領域に導くので、室温あるいはペルチ
ェ効果を利用した電子冷却器で冷却できる温度で使用す
ることができ、応答速度が速く、高感度なものである。
さらに、この半導体光電変換素子を画素毎に設けて電荷
転送領域から電荷を転送させるための駆動部を設けるこ
とにより、上記温度において高感度の撮像装置を構成す
ることができる。
換素子は、半導体基板に形成された電荷転送領域と、前
記電荷転送領域と電気的に接続されており、前記半導体
基板と接触するように形成された圧電材料からなる受光
領域とを具備し、前記受光領域への光の入射により生じ
る熱に起因する歪みを利用した圧電効果により生じた電
荷を前記電荷転送領域に導くので、室温あるいはペルチ
ェ効果を利用した電子冷却器で冷却できる温度で使用す
ることができ、応答速度が速く、高感度なものである。
さらに、この半導体光電変換素子を画素毎に設けて電荷
転送領域から電荷を転送させるための駆動部を設けるこ
とにより、上記温度において高感度の撮像装置を構成す
ることができる。
【図１】本発明の半導体光電変換素子の一実施例の一部
を示す断面図。
を示す断面図。
【図２】本発明の半導体光電変換素子を示す平面図。
【図３】本発明の半導体光電変換素子の他の実施例の一
部を示す断面図。
部を示す断面図。
【図４】本発明の半導体光電変換素子の他の実施例の一
部を示す断面図。
部を示す断面図。
【図５】本発明の半導体光電変換素子の他の実施例の一
部を示す断面図。
部を示す断面図。
【図６】本発明の半導体光電変換素子の他の実施例の一
部を示す断面図。
部を示す断面図。
１０…シリコン基板、１１…受光領域、１２…シリコン
壁、１３…電荷転送領域、１４…金配線、１５…シリコ
ン酸化膜、１６…アルミニウム配線、１７…接地線、１
８…光吸収層、１９…圧電層、２０…素子間分離溝、２
１…断熱材料。
壁、１３…電荷転送領域、１４…金配線、１５…シリコ
ン酸化膜、１６…アルミニウム配線、１７…接地線、１
８…光吸収層、１９…圧電層、２０…素子間分離溝、２
１…断熱材料。
Claims (2)
- 【請求項１】半導体基板に形成された電荷転送領域と、 前記電荷転送領域と電気的に接続されており、前記半導
体基板と接触するように形成された圧電材料からなる受
光領域と、を具備する半導体光電変換素子であって、 前記受光領域への光の入射により生じる熱に起因する歪
みを利用した圧電効果により生じた電荷を前記電荷転送
領域に導くことを特徴とする半導体光電変換素子。 - 【請求項２】半導体基板に形成された電荷転送領域、お
よび前記電荷転送領域と電気的に接続されており、前記
半導体基板と接触するように形成された圧電材料からな
る受光領域を有する半導体光電変換素子と、 前記電荷転送領域から電荷を転送させるための駆動部
と、を具備する撮像装置であって、 前記受光領域への光の入射により生じる熱に起因する歪
みを利用した圧電効果により生じた電荷を前記電荷転送
領域に導くことを特徴とする撮像装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22144294A JP3311869B2 (ja) | 1994-09-16 | 1994-09-16 | 半導体光電変換素子およびこれを用いた撮像装置 |
| US08/527,582 US5641973A (en) | 1994-09-16 | 1995-09-13 | Semiconductor piezoelectric photoelectric converting device and imaging device using such semiconductor photoelectric converting device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22144294A JP3311869B2 (ja) | 1994-09-16 | 1994-09-16 | 半導体光電変換素子およびこれを用いた撮像装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0888338A true JPH0888338A (ja) | 1996-04-02 |
| JP3311869B2 JP3311869B2 (ja) | 2002-08-05 |
Family
ID=16766807
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22144294A Expired - Fee Related JP3311869B2 (ja) | 1994-09-16 | 1994-09-16 | 半導体光電変換素子およびこれを用いた撮像装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5641973A (ja) |
| JP (1) | JP3311869B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010507085A (ja) * | 2006-10-20 | 2010-03-04 | アナログ・デバイシズ・インコーポレーテッド | ダイ温度センサ |
| US7847252B2 (en) | 2007-09-10 | 2010-12-07 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Infrared-detecting element and infrared image sensor using the same |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6265820B1 (en) | 1998-01-29 | 2001-07-24 | Emagin Corporation | Heat removal system for use in organic light emitting diode displays having high brightness |
| JP2008040298A (ja) * | 2006-08-09 | 2008-02-21 | Funai Electric Co Ltd | 形状可変ミラー |
| JP4225331B2 (ja) * | 2006-08-09 | 2009-02-18 | 船井電機株式会社 | 形状可変ミラー |
| KR101896951B1 (ko) * | 2011-10-13 | 2018-09-12 | 엘지이노텍 주식회사 | 태양전지 및 이의 제조방법 |
| US9753148B2 (en) | 2014-05-22 | 2017-09-05 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Radiation sensor and methods of detecting a targeted radiation using the radiation sensor |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP3311869B2 (ja) | 2002-08-05 |
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