JPH11214667A - Active type picture element detector - Google Patents

Active type picture element detector

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JPH11214667A
JPH11214667A JP10111622A JP11162298A JPH11214667A JP H11214667 A JPH11214667 A JP H11214667A JP 10111622 A JP10111622 A JP 10111622A JP 11162298 A JP11162298 A JP 11162298A JP H11214667 A JPH11214667 A JP H11214667A
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JP
Japan
Prior art keywords
anode
active pixel
photodiode
mos transistor
base
Prior art date
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Pending
Application number
JP10111622A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Meika Ki
明華 季
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SHIJIE XIANJIN INTEGRATED CIRC
SHIJIE XIANJIN INTEGRATED CIRCUIT CO Ltd
Original Assignee
SHIJIE XIANJIN INTEGRATED CIRC
SHIJIE XIANJIN INTEGRATED CIRCUIT CO Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by SHIJIE XIANJIN INTEGRATED CIRC, SHIJIE XIANJIN INTEGRATED CIRCUIT CO Ltd filed Critical SHIJIE XIANJIN INTEGRATED CIRC
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable to display energy quantity of optical energy quantum, by converting energy of optical energy quantum to an electronic signal. SOLUTION: Photons which have given an impact to a P-anode of a diode D1 420 obtain sufficient energy and generate electron-hole pairs, Holes are moved to the P-anode of the photodiode D1 420, and electrons are collected by a cathode of the photodiode D1 420 and transferred via a power source Vcc. The holes having positive charges are accumulated in the P-anode of the photodiode D1 420 and gradually increase potential. A row activating circuit is changed from a high potential to a low potential, and a P-MOS transistor M1 415 is made electrically continuous. Charges generated by photons L334 (image) are displayed with a potential of the P-anode, flow to a P-base of a transistor Q1 410, and form a base current IB1 417. Hence, the base current forms a signal current by the amplification of a transistor. After the signal current is detected, the row activating circuit returns to a low potential.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は回路及び半導体デ
バイスに於いて、入射光を電気信号に変換することによ
り該入射光の強度を代表する能動式画素検出器に関し、
特に、回路及び半導体デバイスに於ける過電荷(charge
overflow) による映像の焦点ぼけ(blooming)と、前記回
路及び半導体デバイス内の残留電荷による映像遅れの解
消に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an active pixel detector that represents the intensity of incident light by converting incident light into an electric signal in a circuit and a semiconductor device.
In particular, overcharge in circuits and semiconductor devices
The present invention relates to the problem of image blooming due to overflow and the elimination of image delay due to residual charges in the circuits and semiconductor devices.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来回路は二次元ホトセンサアレイを具
え、各ホトセンサに映像素子(画素)含む。物体から放
射または反射される光エネルギーが前記ホトセンサアレ
イをを衝撃し、検出器によって光エネルギーが電気信号
に転換される。なお、映像回路が各検出器をスキャンす
ることで信号を読出し、映像の電気信号は外部回路の処
理を経て表示される。電荷結合デバイス(CCD, charged
couple device)カメラは、一般に最も使用されるシング
ルチップ映像技術である。CCDは、半導体基板内に集
積された検出器の電位ウェルに発生する電荷を介して操
作され、電位ウェルの深度は半導体基板の表面に位置し
たゲート電極の電位によって制御され、前記ゲート電極
の電位を変更することにより半導体基板の表面に於いて
電荷を検出点に移動させ、電荷は増幅されて映像の電子
信号となる。
2. Description of the Related Art A conventional circuit has a two-dimensional photosensor array, and each photosensor includes an image element (pixel). Light energy emitted or reflected from an object bombards the photosensor array, and the light energy is converted into an electrical signal by a detector. The video circuit scans each detector to read out the signal, and the electric signal of the video is displayed through the processing of the external circuit. Charge-coupled device (CCD, charged
Couple device) cameras are the most commonly used single-chip imaging technology. The CCD is operated via electric charges generated in a potential well of a detector integrated in a semiconductor substrate, and the depth of the potential well is controlled by a potential of a gate electrode located on a surface of the semiconductor substrate, and a potential of the gate electrode is controlled. Is changed to move the electric charge to the detection point on the surface of the semiconductor substrate, and the electric charge is amplified to become an image electronic signal.

【0003】近代のMOSプロセス技術は、CCD構成
内の電荷転送を許容することにより完璧な効果をビデオ
レートで完成してある。しかし、収集された電荷の極少
ない一部分が表面移動に於いて流失し、各電位ウェルに
蓄積される電荷はフレーム時間毎に移動して検出され
る。一般的に、この時間は30−60frams/sec.程度あ
る。CCD技術に於ける問題は、前記光衝撃にて発生す
る電荷が検出及び増幅以前に直接移送される。よって、
このプロセスに於ける効率がゼロとなり、デバイスのゲ
インが1より小さくなって、各電位ウェルに蓄積する電
荷値を制限する。検出しうる最小電荷値は、検出増幅器
のノイズの上に於いて検出増幅器が検出しうる値であ
り、最大検出電荷値は、実質的に生成し、且つ、ウェル
の一つから他のウェル内に移動できる電荷値のみに制限
される。
[0003] Modern MOS process technology has perfected the effect at video rate by allowing charge transfer in the CCD configuration. However, a very small portion of the collected charge is washed away in the surface movement, and the charge stored in each potential well moves and is detected every frame time. Generally, this time is on the order of 30-60 frams / sec. The problem with CCD technology is that the charge generated by the light shock is transferred directly before detection and amplification. Therefore,
The efficiency in this process goes to zero, and the gain of the device becomes less than one, limiting the amount of charge stored in each potential well. The minimum detectable charge value is the value that the sense amplifier can detect over the noise of the sense amplifier, and the maximum detectable charge value is substantially generated and can be generated from one well to another well. Is limited only to the charge value that can move to

【0004】このCCDダイナミックレンジの制限を克
服する為、ホトトランジスタを用いた入射光検出が行わ
れる。USP 5,260,592(Mead et al.)、 USP 5,324,958(Me
ad et al.)及び「A High Resolution CMOS Imager With
Active Pixel Using Capacitively CoupledBiPolar Ope
ration (Chi et al.)」 Paper #82 Proceeding of Inter
-nationalConference on VLSI technology,system and
applications,Taipei,Taiwan,June1997 等に開示される
高解析度映像は、図1a,1b,1cに描かれた簡単な構成で
あり、此れ等の画素構成は、典型的なCMOSロジック
技術の標準プロセス技法でもある。
In order to overcome the limitation of the CCD dynamic range, incident light detection using a phototransistor is performed. USP 5,260,592 (Mead et al.), USP 5,324,958 (Mead
ad et al.) and `` A High Resolution CMOS Imager With
Active Pixel Using Capacitively CoupledBiPolar Ope
ration (Chi et al.) Paper # 82 Proceeding of Inter
-nationalConference on VLSI technology, system and
Applications, Taipei, Taiwan, June 1997, etc. have high resolution images with simple configurations depicted in FIGS. 1a, 1b, and 1c. These pixel configurations conform to typical CMOS logic technology standards. It is also a process technique.

【0005】N不純物を注入したP基板5 をNウェル10
の形成に用い、電界酸化物20を半導体基板の表面に成長
させて画素の領域を規制し、電界酸化物20内に於いてホ
トトランジスタQ1 60を形成するPベース15にP不純物
を注入し、Nウェルに電源ソースを接続してホトトラン
ジスタQ1 60のコレクタとする。さらに、ゲート酸化物
の薄層ををPベース15の表面に成長させて、コンデンサ
C65の容量誘電体30を形成し、ポリシリコン層35をPベ
ース15の上に蒸着してエッチングすることにより、コン
デンサC65 の第2の極板を成す。また、周縁を再酸化し
て酸化スペーサを形成した後、N不純物の注入によりホ
トトランジスタQ160 のエミッタ25を画成し、Pベース
15を浮かしたままで保持し、結合コンデンサ C65の電位
row 経てその電位を決定する。なお、ポリシリコン層
は行能動化電圧回路Vrow 62に接続し、行能動化電圧回
路Vrow 62がホトトランジスタQ1 60を能動化してホト
トランジスタQ160 が集積した電荷の転送をする。
A P substrate 5 implanted with N impurities is placed in an N well 10
A field oxide 20 is grown on the surface of the semiconductor substrate to regulate the pixel area, and a P impurity is implanted into the P base 15 forming the phototransistor Q160 in the field oxide 20, A power source is connected to the N-well to make the collector of the phototransistor Q160. In addition, a thin layer of gate oxide is grown on the surface of
The second dielectric plate of the capacitor C65 is formed by forming the capacitor dielectric 30 of C65 and depositing and etching a polysilicon layer 35 on the P base 15. After the peripheral edge is reoxidized to form an oxide spacer, the emitter 25 of the phototransistor Q160 is defined by implanting N impurities,
15 is held floating and its potential is determined via the potential V row of the coupling capacitor C65. The polysilicon layer is connected to the row activation voltage circuit V row 62, the transfer of charges that row activation voltage circuit V row 62 is the phototransistor Q160 and activated the phototransistor Q1 60 is integrated.

【0006】第2の絶縁物である二酸化珪素を半導体基
板の表面に蒸着して誘電体40を形成し、金属層45は、バ
イポーラトランジスタQ1 60のエミッタ25とともにコン
タクト50の上に位置させ、前記金属層45を検出増幅器70
に接続する内部接続線(interconnection) 前記プロセス
は、明らかにCMOSトランジスタの製作に用いられ
る。例えば、ポリシリコン35は、CMOSトランジスタ
のゲート電極に用いられ、前記エミッタ25を画成するN
注入物は、ソース/ドレイン電極エリアに用いられう
る。CCDを製作する方法と比較して、バイポーラ画素
とCMOSトランジスタの製造に於ける両者間の適合性
は大きなメリットである。外部の反射または放射による
光エネルギー量子L1 105 はPベースの能動領域17に衝
撃し、コレクタ・ベース接合12とエミッタ・ベース接合
22付近で吸収されて電子・ホール対を生成する。前記電
子・ホール対は、最も近いp−n接合部に収集され、少
数キャリアがコレクタ・ベース接合12またはエミッタ・
ベース接合部22に収集されてベース電流と成り、このベ
ース電流にトランジスタの電流利得が乗積されてコレク
タ電流と成る。なお、トランジスタQ160 のエミッタ25
の信号電流ISC100 は、光エネルギー量子の光子105 が
電子・ホール対に転換された時に生成するベース電流と
前記コレクタ電流との合計である。前記信号電流ISC10
0は、ある条件の下に於いて検出増幅器70に伝送する。
A second insulator, silicon dioxide, is deposited on the surface of the semiconductor substrate to form a dielectric 40, and a metal layer 45 is placed on the contact 50 together with the emitter 25 of the bipolar transistor Q160. Detector 70 for metal layer 45
The above process is obviously used in the fabrication of CMOS transistors. For example, polysilicon 35 is used for the gate electrode of a CMOS transistor, and the N
The implant can be used for the source / drain electrode area. Compared to the method of fabricating a CCD, the compatibility between bipolar pixels and CMOS transistors in fabrication is a significant advantage. Light energy quanta L1 105 due to external reflection or radiation bombard the active region 17 of the P base, and the collector-base junction 12 and the emitter-base junction
It is absorbed near 22 to generate electron-hole pairs. The electron-hole pairs are collected at the nearest pn junction and minority carriers are collected at the collector-base junction 12 or at the emitter-junction.
The base current is collected by the base junction 22 to form a base current, and the base current is multiplied by the current gain of the transistor to form a collector current. The emitter 25 of the transistor Q160
The signal current I SC 100 is a photon 105 of the light energy quantum is the sum of the base current and the collector current generated when converted to electron-hole pairs. The signal current I SC 10
0 is transmitted to the detection amplifier 70 under certain conditions.

【0007】図1dを参照してホトトランジスタ画素構成
の操作を説明する。積分期間102 内の行能動化電圧回路
row 62は所定電位を保持することによって、トランジ
スタQ1 60のエミッタ・ベース接合22の逆バイアスを成
し、この状態に於いて、光子105 が電子・ホール対に転
換した時に生成する電流をコンデンサ C65に蓄積する。
積分期間102 に生成する電荷値を読み取る場合、行能動
化電圧回路Vrow 62はその読み取り時間104 の間、電位
を高レベルにし、Pベースの電位はVrow の容量結合に
よって上升するとともに、エミッタ25を正バイアスに
し、トランジスタQ1 60のベース15にコンデンサ C65の
電荷を流してエミッタ電流、即ち、信号電流ISC 100を
形成する。
The operation of the phototransistor pixel configuration will be described with reference to FIG. 1d. The row activation voltage circuit V row 62 in the integration period 102 holds the predetermined potential, thereby forming a reverse bias of the emitter-base junction 22 of the transistor Q160. In this state, the photon 105 emits electrons and holes. The current generated when the pair is converted is stored in capacitor C65.
When reading the charge value generated during the integration period 102, the row activation voltage circuit V row 62 sets the potential to a high level during the reading time 104, the P base potential rises due to the capacitive coupling of V row , and the emitter voltage increases. 25 is biased positively, and the charge of the capacitor C65 flows through the base 15 of the transistor Q160 to form an emitter current, that is, a signal current I SC100 .

【0008】なお、ホトダイオードとMOSトランジス
タを仕込んだその他の構造に付いては、"Image Capture
Circuit in CMOS" E.Fossum,Paper #B1,Proceedings
of InternationalConferenceon VLSI-Technology, Syst
ems, and Applications, Taipei,Taiwan, June1997を参
照。受動画素回路は、ホトダイオードとMOSパストラ
ンジスタを具え、ホトダイオードで入射光を電荷に変換
し、電荷はMOSパストランジスタを通過して電荷集積
増幅器に伝送される。能動画素回路は、ホトダイオード
とMOSパストランジスタ及び電荷集積増幅器の緩衝増
幅装置(buffer amp.) となるソース追尾装置(source fo
llower) を具え、リセット信号によって能動するMOS
トランジスタを能動画素回路に組み込み、ホトダイオー
ドをリセットする電子シャッタとして用いられる。
[0008] For other structures incorporating photodiodes and MOS transistors, see "Image Capture
Circuit in CMOS "E.Fossum, Paper # B1, Proceedings
of InternationalConferenceon VLSI-Technology, Syst
See ems, and Applications, Taipei, Taiwan, June1997. The passive pixel circuit includes a photodiode and a MOS pass transistor. The photodiode converts incident light into charges, and the charges pass through the MOS pass transistor and are transmitted to the charge integration amplifier. The active pixel circuit includes a photodiode, a MOS pass transistor, and a source tracking device (source fo) serving as a buffer amplifier of a charge integration amplifier.
llower) and MOS activated by reset signal
A transistor is incorporated in an active pixel circuit and used as an electronic shutter for resetting a photodiode.

【0009】図1a,1b,及び図1cに掲示される能動式バ
イポーラ画素回路は、Chi の記述するCMOS画素回路
と比較して、より高い感度と簡略化された画素レイアウ
ト及び低い製造原価等のメリットを具える。しかし、バ
イポーラ能動画素には、焦点ぼけと映像遅れの問題があ
る。図2を参照して焦点ぼけ現象を以下に説明する。画
素アレイ〔画素A80−画素X85〕に於いて、ホトダイオ
ードQ1 60a に光量子L1 105 が衝撃して生成する電荷
を画素行A80が収集する時、行能動化電圧回路Vrow
低レベルに於いて、ホトダイオードQ1 60a のエミッタ
・ベース接合を逆バイアスにしてコンデンサC65a に電
荷を収集し、またこの時点に於いて、他の画素行X85を
読出してコンデンサC65b の電荷レベルを検出する。
The active bipolar pixel circuit shown in FIGS. 1a, 1b, and 1c has higher sensitivity, a simplified pixel layout, lower manufacturing costs, etc., as compared to the CMOS pixel circuit described by Chi. With benefits. However, bipolar active pixels suffer from defocus and image lag. The defocus phenomenon will be described below with reference to FIG. In the pixel array [Pixel A80-Pixel X85], when the pixel row A80 collects the charge generated by the light quantum L1 105 bombarding the photodiode Q1 60a, the row activation voltage circuit V row is at a low level. The emitter-base junction of the photodiode Q160a is reverse-biased to collect charge on the capacitor C65a, and at this point another pixel row X85 is read to detect the charge level on the capacitor C65b.

【0010】若し、画素A80を衝撃する光量子のエネル
ギーが十分に大きい場合、電荷はホトダイオードQ1 60
a のエミッタ・ベース接合部を正バイアスにし、オーバ
ーフロー電流Iofc 95が列間接続90に流れ、検出増幅器
が検出した電流Itot 11は、オーバーフロー電流Iofc
95と信号電流ISCの和となる。よって、読み取られた画
素(画素X85)は、その有るべき輝度以上の輝度により
映像の焦点ぼけ現象を引き起こす。図3に映像遅れの原
因を説明する。図3に於いて、最終フレームの画素X20
0は、図示フレームの前のフレームに於いて読出され、
行能動化電圧回路Vrow が高レベルから低レベル185 と
なって、エミッタがコンデンサC165 の結合により、前
記Pベースを逆バイアスにする。
If the energy of the photons impacting the pixel A80 is sufficiently large, the charge is transferred to the photodiode Q160.
The emitter-base junction of a is positively biased, the overflow current I ofc 95 flows through the inter-column connection 90, and the current I tot 11 detected by the detection amplifier becomes the overflow current I ofc
95 and the signal current I SC . Therefore, the read pixel (pixel X85) causes a defocus phenomenon of the image due to the luminance higher than the required luminance. FIG. 3 illustrates the cause of the video delay. In FIG. 3, the pixel X20 of the last frame is shown.
0 is read in the frame before the illustrated frame,
The row activation voltage circuit V row goes from high to low 185 and the emitter reverse biases the P base by the coupling of capacitor C165.

【0011】映像積分のスタート時点に於ける画素行の
諸画素のPベース電位は異なるが、読取作業に於いて読
出が開始してVrow が高レベルから低レベルに変換した
時、Pベースに於ける電位の降下量(ΔVB )は、 ΔVB =(パルス高さ)×(結合比) となり、 コンデンサの結合比(γ)は、 γ =C/(C+CBE+CBC) で定義される。 式中:CBEは、Q1 160 のベース・エミッタ結合容量、
BCは、Q1 160 のベース・コレクタ結合容量である。
なお、Pベースの電位は、Vrow 及び結合比(γ)で制
御され、コンデンサC165 からの電荷転送が未完全であ
る故、トランジスタQ1 160 のエミッタに剰余電流210
を生成する。
Although the P base potentials of the pixels in the pixel row at the start of the video integration are different, when reading starts in the reading operation and V row changes from a high level to a low level, the P base The amount of potential drop (ΔV B ) at the time is ΔV B = (pulse height) × (coupling ratio), and the coupling ratio (γ) of the capacitor is defined by γ = C / (C + CBE + CBC ) . Where : C BE is the base-emitter coupling capacitance of Q1 160,
C BC is the base-collector coupling capacitance of Q 1 160.
Note that the potential of the P base is controlled by V row and the coupling ratio (γ), and since the charge transfer from the capacitor C 165 is incomplete, the residual current 210
Generate

【0012】前記剰余電流210 の第2部分が、前記読み
取り作業に於いて、Pベースに残留するトランジスタQ
1 160 のベース・エミッタ結合の注入電子の少数残留キ
ャリア電荷となる。Pベースに残留する電荷が、電流増
益とともにトランジスタQ1 160 のエミッタに向かって
流れ、読み取り期間に検出された信号電流215 に加わっ
て、移動物体または明るい物体の後を追尾することによ
り映像の幻影となる。前記残留電荷は、再結合またはP
ペースの少数キャリア流失によって、一定時間後には消
失するも、前記映像遅れの時間は、約少数キャリアの再
結合ライフタイム(100ms )である故、数フレーム継続
することもある。Pベースに不純物を添加することで再
結合時間の短縮を図るライフタイムキラーには、結合間
の漏洩電流が増加する問題があって、映像の感度劣化と
なる。
A second portion of the surplus current 210 is generated by the transistor Q remaining in the P base during the read operation.
1160 is the minority residual carrier charge of the injected electrons in the base-emitter coupling. The charge remaining on the P base flows with the current gain toward the emitter of transistor Q1 160, and in addition to the signal current 215 detected during the reading period, follows the moving or bright object, thereby causing the illusion of the image. Become. The residual charge is either recombination or P
Although the image disappears after a certain period of time due to the loss of the minority carrier in the pace, the image delay time may last several frames because the recombining lifetime of the minority carrier is about 100 ms. The lifetime killer which aims to shorten the recombination time by adding an impurity to the P base has a problem in that the leakage current between the couplings increases, which deteriorates the image sensitivity.

【0013】USP 5,097,305 (Mead et al.) に開示する
光検出器は、ホトトランジスタと前記ホトトランジスタ
のベースに結合するコンデンサを具え、パストランジス
タをホトトランジスタのエミッタに接続することで選択
的に信号電流と検出増幅器とを結合している。また、US
P 5,288,988 (Hashimo et al.)は、図1a,1b及び1cに類
似した光検出器回路を記述し、光変換セルにMOSトラ
ンジスタを結合させ、MOSトランジスタを能動化させ
ることによって、ホトトランジスタのベースに於ける剰
余電荷を除去して残留電流の生成を防ぐ。
The photodetector disclosed in US Pat. No. 5,097,305 (Mead et al.) Includes a phototransistor and a capacitor coupled to the base of the phototransistor, and selectively connects a signal by connecting a pass transistor to an emitter of the phototransistor. The current and the sense amplifier are coupled. Also US
P 5,288,988 (Hashimo et al.) Describes a photodetector circuit similar to FIGS. 1a, 1b and 1c, in which a MOS transistor is coupled to a photo-conversion cell and the MOS transistor is activated to activate the phototransistor base. To eliminate the residual charge and prevent generation of residual current.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】本発明の主要目的は光
エネルギー量子のエネルギーを電子信号に変換すること
で前記光エネルギー量子のエネルギー量を表示しうる能
動式画素検出セルを提供することである。本発明の更の
目的は、映像の焦点ぼけの問題を解決する能動式画素検
出セルを提供することである。本発明のまたの目的は、
剰余電荷を減少することにより映像遅れの問題を減少す
る能動式画素検出セルを提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION It is a primary object of the present invention to provide an active pixel detection cell capable of displaying the energy of a light energy quantum by converting the energy of the light energy quantum into an electronic signal. . It is a further object of the present invention to provide an active pixel detection cell that solves the problem of image defocus. Another object of the present invention is to
It is an object of the present invention to provide an active pixel detection cell which reduces the problem of image delay by reducing the residual charge.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明の目的に対応して
提出される能動式画素検出器は、ホトダイオードと、バ
イポーラトランジスタ及びMOSトランジスタを備え
る。前記ホトダイオードのカソードは電源供給装置の電
圧供給端のアノードに接続され、光量子が前記アノード
を衝撃してホトダイオード内に電荷を生成する。なお、
MOSトランジスタで映像の焦点ぼけを解消するため、
前記MOSトランジスタは、ホトダイオードのアノード
に接続されたドレイン電極と、ソース電極及びゲート電
極を具え、前記ゲート電極を検出器制御回路に接続し、
選択的にMOSトランジスタを能動または非能動にする
ことでMOSトランジスタに電荷が流動することを阻止
または許容する。また、前記バイポーラトランジスタに
より、電荷を増幅して電子信号を生成する。前記バイポ
ーラトランジスタのコレクタは電源供給装置に接続さ
れ、ベースはMOSトランジスタのソース電極に連結
し、MOSトランジスタが能動化された時に電荷の収集
を行う。また、エミッタは電子信号が外部回路に出力し
うるように外部回路へ接続される。
SUMMARY OF THE INVENTION An active pixel detector provided for the purpose of the present invention comprises a photodiode, a bipolar transistor and a MOS transistor. A cathode of the photodiode is connected to an anode at a voltage supply terminal of a power supply device, and photons bombard the anode to generate charges in the photodiode. In addition,
In order to eliminate the defocus of the image with the MOS transistor,
The MOS transistor has a drain electrode connected to the anode of a photodiode, a source electrode and a gate electrode, and connects the gate electrode to a detector control circuit;
By selectively activating or deactivating the MOS transistor, charge is prevented or allowed to flow to the MOS transistor. Further, the bipolar transistor amplifies the electric charge to generate an electronic signal. The collector of the bipolar transistor is connected to a power supply, the base is connected to the source electrode of the MOS transistor, and collects electric charge when the MOS transistor is activated. The emitter is connected to an external circuit so that an electronic signal can be output to the external circuit.

【0016】なお、能動式画素検出器は寄生MOSトラ
ンジスタ(parastic MOS transistor) を備え、ホトダイ
オードのアノードを寄生MOSトランジスタのドレイン
電極として有し、ソース電極に、能動式画素検出器アレ
イに於ける行能動式画素検出器に近接した能動式検出器
のホトダイオードのアノードを宛がう。寄生MOSトラ
ンジスタのゲート電極は、該寄生MOSトランジスタを
導通させることにより、行に於ける同一電位レベルのホ
トダイオードのアノード電位をリセットし、異なるアノ
ード電位によって生成する映像遅れ現象は、リセット
後、能動式画素検出器から除去される。
Note that the active pixel detector has a parasitic MOS transistor (parastic MOS transistor), has an anode of a photodiode as a drain electrode of the parasitic MOS transistor, and has a source electrode connected to a row in the active pixel detector array. Address the anode of the photodiode of the active detector in proximity to the active pixel detector. The gate electrode of the parasitic MOS transistor resets the anode potential of the photodiode at the same potential level in the row by turning on the parasitic MOS transistor. Removed from the pixel detector.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】図4a,4b及び4cを参照して本発明
の能動式画素検出器の構造を以下に述べる。本デバイス
の構成は、典型的なシリコンウェーハのP基板305 から
始まる。P基板305 の表面をマスキングするとともに、
N不純物を注入してNウェル310 を形成し、絶縁エリア
または電界酸化物315 を成長させて能動式画素セルエリ
アを規制し、能動式画素センサセルのエリアをホトマス
キングしてホトダイオードD1 420 のPアノード330 を
形成する。Nウェルに電源VCCを接触させてホトダイオ
ードD1 420 のカソードとし、能動式画素センサセルの
エリア内の第2のエリアをホトマスキングしてバイポー
ラトランジスタQ1 420 のPベース320 エリアを規制す
る。P不純物の注入によってPベース320 を形成した
後、Pベース320 のエリア内に第3のエリアをマスキン
グし、N不純物を注入してバイポーラトランジスタQ1
420 のエミッタ325 を形成する。なお、バイポーラトラ
ンジスタQ1 420 のコレクタにNウェル310 が用いら
れ、前記バイポーラトランジスタQ1 420 のPベース32
0 とホトダイオードD1 420 のPアノード330 がMOS
トランジスタのソースとコレクタ電極をそれぞれ形成
し、ゲート酸化層340 をソース電極320 及びドレイン電
極330 間のチャネルエリア337 の上方に成長させ、ポリ
シリコンマテリアル335 をゲート酸化層340 の上に蒸着
してエッチングすることによりMOSトランジスタM1
315 のゲートを画成する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The structure of an active pixel detector according to the present invention will be described below with reference to FIGS. 4a, 4b and 4c. The construction of the device starts with a P-substrate 305 of a typical silicon wafer. While masking the surface of the P board 305,
The N well 310 is formed by implanting N impurities, an insulating area or a field oxide 315 is grown to regulate the active pixel cell area, and the area of the active pixel sensor cell is photomasked to form the P anode of the photodiode D1 420. Form 330 A power supply V CC is brought into contact with the N well to serve as a cathode of the photodiode D1 420, and a second area in the area of the active pixel sensor cell is photomasked to regulate the P base 320 area of the bipolar transistor Q1 420. After the P base 320 is formed by the implantation of the P impurity, the third area is masked in the area of the P base 320 and the N impurity is implanted to form the bipolar transistor Q1.
420 emitters 325 are formed. The N-well 310 is used for the collector of the bipolar transistor Q1 420, and the P base 32 of the bipolar transistor Q1 420 is used.
0 and the P anode 330 of the photodiode D1 420 are MOS
The source and collector electrodes of the transistor are formed, a gate oxide layer 340 is grown above the channel area 337 between the source electrode 320 and the drain electrode 330, and a polysilicon material 335 is deposited and etched on the gate oxide layer 340. The MOS transistor M1
Defining 315 gates.

【0018】半導体基板の表面に絶縁物を蒸着して誘電
物350 を形成し、N+ エミッタ325の接点327 を誘電物3
50 内の開口部に形成する。なお、金属層355 を蒸着し
てトランジスタM1 410 のエミッタ325 と検出増幅器42
5 とを連結して能動式画素センサアレイの外部回路とす
る。また、MOSトランジスタM1 410 のゲート電極を
形成するポリシリコンマテリアル335 を行能動化回路V
row 416 に接続して検出器制御回路を形成する。以上に
示すプロセスのステップは、CMOSトランジスタの製
造にも使用しうる。例えば、ポリシリコンマテリアル33
5 でのCMOSトランジスタのゲート電極形成、また、
エミツタ325 のN注入物はソース/ドレイン電極エリア
の形成に用いられうる。CCDの製造プロセスと比較し
て、バイポーラ画素とCMOSトランジスタの製造に於
ける両者間の適合性は大きなメリットである。
An insulator is deposited on the surface of the semiconductor substrate to form a dielectric 350, and the contact 327 of the N + emitter 325 is
50 formed in the opening. A metal layer 355 is deposited to form an emitter 325 of the transistor M1 410 and the detection amplifier 42.
5 to form an external circuit of the active pixel sensor array. Also, a polysilicon material 335 forming the gate electrode of the MOS transistor M1 410 is supplied to the row activation circuit V.
Connect to row 416 to form a detector control circuit. The process steps described above can also be used to fabricate CMOS transistors. For example, polysilicon material 33
5, the formation of the gate electrode of the CMOS transistor,
The N implant of emitter 325 can be used to form source / drain electrode areas. Compared with the CCD manufacturing process, the compatibility between the bipolar pixel and the CMOS transistor in manufacturing is a great advantage.

【0019】図4dを参照して、以下に能動式画素センサ
セルの動作原理の説明をする。ダイオードD1 420 のP
アノードを衝撃した光量子L334 は、図1a,1b及び1cに
記述するホトトランジスタQ1 60のように十分なエネル
ギーを得て電子・ホール対を生成し、ホトダイオードD
1 420 のPアノードにホールが移動し、電子はホトダイ
オードD1 420 のカソード(Nフェル310 )に収集さ
れ、電源VCCを経て転送される。正電を帯びるホール
は、図示のようにホトダイオードD1 420 のPアノード
に累積して電位を逐次増加させる。行能動化回路Vrow
415 が、高電位から低電位に変更してP−MOSトラン
ジスタM1 415 を導通にし、光量子L334 (映像)によ
って生成する電荷QS 494 は、Pアノードの電位V
p-anode で表示され、トランジスタQ1 410 のPベース
320 に流れてベース電流IB1417 を形成する。前記ベー
ス電流IB1417 は、トランジスタQ1 410 の増幅により
信号電流I SC412 を形成し、信号電流を検出した後、行
能動化回路Vrow 416 は低電位485に回復する。この
時、ホトダイオードD1 420 のPベース320 に剰余電荷
Q496が残留するが、ホトダイオードD1 420 のPベー
ス320 は、後述するリセット操作によって所定電位にリ
セットする。
Referring to FIG. 4d, an active pixel sensor will now be described.
The operation principle of the cell will be described. P of diode D1 420
The light quantum L334 bombarding the anode is shown in FIGS. 1a, 1b and 1c.
Enough energy like the phototransistor Q160 described
Energy to generate an electron-hole pair,
1 The hole moves to the P anode of 420, and the electrons are
Collected on the cathode (Nfel 310) of Aether D1 420
Power supply VCCIs transferred through. Positive hall
Is the P anode of the photodiode D1 420 as shown in the figure.
And the potential is sequentially increased. Row activation circuit Vrow
415 changes from high potential to low potential and
The transistor M1 415 is made conductive, and the light quantum L334 (video)
Charge QS494 is the potential V of the P anode
p-anodeAnd the P base of transistor Q1 410
320 and the base current IB1Form 417. The bee
Current IB1417 is amplified by transistor Q1410
Signal current I SC412, and after detecting the signal current,
Activation circuit Vrow416 recovers to the low potential 485. this
At the time, surplus charge is stored in the P base 320 of the photodiode D1 420.
Q496 remains, but the P base of photodiode D1 420
The switch 320 is reset to a predetermined potential by a reset operation described later.
set.

【0020】図5を参照して本発明の能動式画素検出器
の画素映像ぼけを解消する操作原理を以下に説明する。
画素A430 と画素X435 は、能動式画素検出器アレイに
於ける二つの能動式画素検出器であって、同一の列460
と共通の検出増幅器426 に接続する。前記画素A430 の
能動化制御は、行能動化回路Vrowa440 が内部連結線Ro
wa 450を介して制御し、画素X435 は、行能動化回路V
rowx445 が内部連結線Rowx 455を介して制御する。行能
動化回路Vrowa450 が高電位422 になり、画素A430は
積分時間489 内にある。この時点に於いて、画素X435
のホトダイオードD1420bを光量子L2 470 が衝撃して
生成する収集電荷が読出されれば、行能動化回路Vrowx
455 が低電位477 になってPMOSトランジスタM1 41
5bを導通にし、画素X435 のトランジスタQ1 410bのエ
ミッタから信号電流ISC412bが出力される。
Referring to FIG. 5, the operation principle of the active pixel detector of the present invention for eliminating pixel image blur will be described below.
Pixel A 430 and pixel X 435 are the two active pixel detectors in the active pixel detector array,
And a common detection amplifier 426. The activation of the pixel A 430 is controlled by the row activation circuit V rowa 440 being connected to the internal connection line Ro.
The pixel X 435 is controlled via the row activation circuit V
rowx 445 controls via the internal connection line Rowx455. Row activation circuit V rowa 450 goes to high potential 422 and pixel A 430 is within integration time 489. At this point, pixel X435
If the collected charge generated by the light quantum L2 470 impacting the photodiode D1420b is read out, the row activation circuit V rowx
455 becomes the low potential 477 and the PMOS transistor M1 41
5b is turned on, and the signal current I SC 412b is output from the emitter of the transistor Q1 410b of the pixel X435.

【0021】上記の場合、ホトダイオードD1 420aを衝
撃する光量子が如何に強烈であっても、図2内に示すオ
ーバーフロー電流Iofc 95がなく、PMOSトランジス
タM1 415aが作用しない故、前記トランジスタQ1 410a
には電流が流れない。それは、光量子L1 465 の強烈作
用によりホールがPアノードに集積してPアノードの電
位を急速上升させ、ホトダイオードを正バイアス傾向に
するので、ホトダイオードのカソードに接続された電源
CCにオーバーフロー電流が流出するからである。よっ
て、トータル電流ITOT 413 には関係のない余剰部分が
なく、信号電流ISCのみで構成され、検出増幅器425 で
適宜な電流が入力しうるため、映像ぼけの形成防止が可
能となる。図4a, 4b, 4cと4dを参照してリセット作用を
説明する。ゲート酸化層が成長して形成する絶縁物の上
に第2のポリシリコン360 を蒸着し、該リセットポリシ
リコン360 をリセット回路Vreset に接続し,低電位48
0 を前記リセット回路Vre set に印加することでポリシ
リコン360 をリセットさせ、近接する能動式画素検出器
によって形成される寄生MOSトランジスタを導通にし
て全てのPアノードを同一の電位にリセットする。寄生
MOSトランジスタとリセット作用の詳細は、以下の図
6a, 6b及び6cで説明する。
In the above case, no matter how intense the photons hitting the photodiode D1 420a, there is no overflow current I ofc 95 shown in FIG. 2 and the PMOS transistor M1 415a does not operate.
No current flows through. It quickly on to squares the P anode potential by holes are integrated in the P anode by intense action of photons L1 465, since the photodiode to the positive bias trend, overflow current flowing out to the power supply V CC connected to the cathode of the photodiode Because you do. Therefore, there is no extraneous part in the total current I TOT 413, and the total current I TOT 413 is composed of only the signal current I SC , and an appropriate current can be input to the detection amplifier 425. The reset action will be described with reference to FIGS. 4a, 4b, 4c and 4d. A second polysilicon 360 is deposited on an insulator formed by growing a gate oxide layer, and the reset polysilicon 360 is connected to a reset circuit V reset , and a low potential 48 is applied.
0 is reset polysilicon 360 by applying to the reset circuit V re The set, reset all the P anode and the conductive parasitic MOS transistor formed by the active-type pixel detectors close to the same potential. The following figure shows the details of the parasitic MOS transistor and the reset action.
This is described in 6a, 6b and 6c.

【0022】図6a, 6b及び6cに於いて行及び列構成の能
動式画素検出器アレイに於ける行上の三つの能動式画素
検出器500a,500b, 500cを示す。前記各能動式画素検出
器500a,500b,500c のPMOSトランジスタM1 515a,
515b, 515cのゲート電極505a, 505b,505cは、共通の行
ポリシリコン335 により行能動化回路Vrow に連結され
て、リセットポリシリコン360 と各能動式画素検出器50
0a,500b, 500cのリセットポリシリコン360 を相互接続
し、なお、リセット制御回路Vreset 535 に接続され
る。周縁結合エリア520 は、行能動式画素検出器の末端
に於いてP不純物を半導体基板305 に注入して形成さ
れ、前記周縁結合エリア520 はバイアス電源VP+330 に
接続する。なお、ゲート酸化層が成長して形成する酸化
層365 がリセットポリシリコン層360 とPアノード330
a,330b, 330cを隔離する。
FIGS. 6a, 6b and 6c show three active pixel detectors 500a, 500b, 500c on a row in an active pixel detector array in a row and column configuration. The PMOS transistor M1 515a of each of the active pixel detectors 500a, 500b, 500c,
The gate electrodes 505a, 505b, 505c of 515b, 515c are connected to a row enable circuit V row by a common row polysilicon 335, and the reset polysilicon 360 and each active pixel detector 50 are connected.
The reset polysilicon 360 of 0a, 500b, and 500c is interconnected and connected to a reset control circuit V reset 535. The peripheral coupling area 520 is formed by implanting a P impurity into the semiconductor substrate 305 at the end of the row active pixel detector, and the peripheral coupling area 520 is connected to a bias power supply V P + 330. The oxide layer 365 formed by growing the gate oxide layer is composed of the reset polysilicon layer 360 and the P anode 330
Isolate a, 330b, 330c.

【0023】各Pアノード330a, 330b, 330cを各能動式
画素検出器500a, 500b, 500cのPMOSトランジスタM
1 515a, 515b, 515cのドレイン/ソース電極とし、リセ
ット回路Vreset 530 のバイアスが低電位である場合、
各能動式画素検出器500a, 500b, 500cの前記各PMOS
トランジスタM1 515a, 515b, 515cを導通にして、全て
のPアノード330a, 330b, 330c の電位を周縁結合エリ
アと同一電位のバイアス電源VP+530 にリセットする。
T 注入物535 を寄生MOSトランジスタP1 550 のチ
ャネルエリアに位置させることにより、寄生MOSトラ
ンジスタP1 550 の臨界電位を希望値に設定する。前記
注入物は、寄生MOSトランジスタがエンハンスメント
(enhancement)形又はデプレッション(depletion) 形M
OSトランジスタであるかによって、N不純物またはP
不純物に決定する。
Each P anode 330a, 330b, 330c is connected to the PMOS transistor M of each active pixel detector 500a, 500b, 500c.
1 If the bias of the reset circuit V reset 530 is low potential, the drain / source electrodes of 515a, 515b, 515c
Each PMOS of each active pixel detector 500a, 500b, 500c
The transistors M1 515a, 515b, and 515c are turned on to reset the potentials of all the P anodes 330a, 330b, and 330c to the bias power supply V P + 530 having the same potential as the peripheral coupling area.
By positioning the V T implant 535 in the channel area of a parasitic MOS transistor P1 550, it sets the critical potential of the parasitic MOS transistor P1 550 to the desired value. The implant is an enhancement of the parasitic MOS transistor.
(enhancement) type or depletion type M
N impurity or P depending on whether the transistor is an OS transistor
Determined as impurities.

【0024】寄生トランジスタP1 550 の動作は、従来
技術で述べるように、行の全てのPアノードの電位をバ
イアス電位VP+530 の周縁結合エリアと等しくすること
で映像遅れの部分解消が可能である。図4cと4dで示すよ
うに、読出期間に於いて映像電荷QS 494 は、Pベース
に流れてベース電流を形成し、トランジスタQ1 410 の
Pベースを正バイアスにしてバイポーラトランジスタの
動作起動を行い、映像電荷QS 494 が形成するベース電
流が増幅されてエミッタ電流ISCとなって検出増幅器42
5 に流れ、検出増幅器425 に収集される電荷、即ち、増
幅された映像電荷QS 494 は、ホトダイオードD1 420
に衝撃した光量子L1 334 の振幅(amplitude) 表示に用
いられる。なお、前記ホトダイオードD1 420 のアノー
ド面積をバイポーラトランジスタQ1 410 のベースより
も大きくなるように設定したことは、注入された少数キ
ヤリア(エミッタから注入される電子)を、バイポーラ
トランジスタQ1 410 のベースに拘束して、Pチャネル
MOSトランジスタからホトダイオードD1 420 のアノ
ードに逆流することを無くすためのホトダイオードD1
420 のアノード電圧との同じ電圧を、バイポーラトラン
ジスタQ1 410 のベースに具えるためである。
As described in the related art, the operation of the parasitic transistor P1 550 can partially eliminate the image delay by making the potentials of all the P anodes in the row equal to the peripheral coupling area of the bias potential V P + 530. . As shown in FIGS. 4c and 4d, during the readout period, the image charge Q S 494 flows to the P base to form a base current, and activates the bipolar transistor with the P base of the transistor Q1 410 being positively biased. , The base current formed by the image charge Q S 494 is amplified to become the emitter current I SC and the detection amplifier 42
5 and collected by the detection amplifier 425, that is, the amplified video charge Q S 494,
This is used to display the amplitude of the light quantum L1 334 that has impacted the light. The fact that the anode area of the photodiode D1420 is set to be larger than the base of the bipolar transistor Q1410 means that the injected minority carrier (electrons injected from the emitter) is restricted to the base of the bipolar transistor Q1410. And a photodiode D1 for preventing backflow from the P-channel MOS transistor to the anode of the photodiode D1 420.
This is because the same voltage as the anode voltage of 420 is provided at the base of the bipolar transistor Q1410.

【0025】相応するPNPバイポーラトランジスタと
NMOSトランジスタ具えた画素は、シリコンマテリア
ルの極性を反転して注入することによって容易に完成し
うる。よって、作動バイアスも同じように反転すること
が可能である。以上の記述によって、本発明の好ましい
実施例を掲示したが、前記記述は、本発明を拘束するも
のではない。この方面の技術に精通した者が、本発明の
主旨と範囲内に於いて各種の変更と修飾を行うことがで
きる故、本発明の保護すべき範囲は、明細書に記載する
特許請求の範囲を基準とする。
A pixel with corresponding PNP bipolar transistors and NMOS transistors can be easily completed by injecting the silicon material with the polarity reversed. Therefore, the operating bias can be similarly inverted. Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the description does not limit the present invention. Since a person skilled in the art can make various changes and modifications within the spirit and scope of the present invention, the scope of protection of the present invention is defined by the appended claims. Based on

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

【図 1a】 従来のホトセンサセルの平面図。FIG. 1a is a plan view of a conventional photosensor cell.

【図 1b】 従来のホトセンサセルの半導体基板断面
図。
FIG. 1b is a sectional view of a semiconductor substrate of a conventional photosensor cell.

【図 1c】 図1aと1bに示された従来ホトセンサセルの
回路図。
FIG. 1c is a circuit diagram of the conventional photosensor cell shown in FIGS. 1a and 1b.

【図 1d】 図1aと1bに示された従来ホトセンサセルの
タイミング図。
FIG. 1d is a timing diagram of the conventional photosensor cell shown in FIGS. 1a and 1b.

【図 2】 従来技術のオーバーフロー電流による映像
ぼけを説明するホトセンサアレイセルの2セルを示した
回路図。
FIG. 2 is a circuit diagram illustrating two photosensor array cells for explaining image blurring due to an overflow current according to the related art.

【図 3】 従来技術の余剰電流によって発生する映像
遅れを説明するホトセンサアレイセル回路図。
FIG. 3 is a circuit diagram of a photosensor array cell for explaining a video delay caused by an excess current according to the related art.

【図 4a】 本発明の能動式画素検出器の平面図。FIG. 4a is a plan view of an active pixel detector of the present invention.

【図 4b】 本発明の能動式画素検出器の半導体基板断
面図。
FIG. 4b is a sectional view of a semiconductor substrate of the active pixel detector of the present invention.

【図 4c】 図4aと4bに示された本発明の能動式画素セ
ンサセルの回路図。
FIG. 4c is a circuit diagram of the active pixel sensor cell of the present invention shown in FIGS. 4a and 4b.

【図 4d】 本発明の能動式画素センサアレイセルのタ
イミング図。
FIG. 4d is a timing diagram of the active pixel sensor array cell of the present invention.

【図 5】 本発明の能動式画素センサアレイセルのオ
ーバーフロー電流解消を説明するための2セルを示した
回路図。
FIG. 5 is a circuit diagram showing two cells for explaining the elimination of overflow current of the active pixel sensor array cell of the present invention.

【図 6a】 本発明の能動式画素センサアレイセルの3
セルデバイスの平面図。
FIG. 6a shows the active pixel sensor array cell 3 of the present invention.
The top view of a cell device.

【図 6b】 本発明の能動式画素センサアレイセルの3
セルデバイスの断面図。
FIG. 6b: 3 of the active pixel sensor array cell of the present invention
Sectional drawing of a cell device.

【図 6c】 本発明の能動式画素センサアレイセルに於
いて映像遅れを減少するホトダイオードのリセット操作
を説明する回路図。
FIG. 6c is a circuit diagram illustrating a photodiode reset operation for reducing image delay in the active pixel sensor array cell of the present invention.

Claims (20)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光エネルギー量子のエネルギーを収集す
るとともに前記光エネルギー量子を電子信号に変換する
能動式画素検出器に於いて、 電源供給装置に接続されたカソードおよび光量子が衝撃
して電荷を生成するアノードを具えるホトダイオード
と、 前記ホトダイオードの前記アノードに接続したドレイン
電極と、検出器制御回路に接続するソース及びゲート電
極とを具え、前記検出器制御回路が選択的にトランジス
タを能動化または非能動化することにより、前記電荷を
トランジスタに流すようして映像の焦点ぼけ防止を行う
MOSトランジスタ,及び前記電源供給装置に連結した
コレクタ、前記MOSトランジスに接続して能動時に電
荷を収集するベースと、外部回路に接続して前記電子信
号を外部回路に転送するエミッタとを有し、前記電荷を
増幅することによって、前記電子信号を生成するバイポ
ーラトランジスを備えることを特徴とする能動式画素検
出器。
1. An active pixel detector for collecting energy of light energy quanta and converting the light energy quanta into an electronic signal, wherein a cathode connected to a power supply device and the light quantum bombard to generate electric charge. A photodiode having an anode, a drain electrode connected to the anode of the photodiode, and a source and a gate electrode connected to a detector control circuit, wherein the detector control circuit selectively activates or deactivates the transistor. A MOS transistor for preventing the defocus of an image by flowing the charge through the transistor by activating the transistor, a collector connected to the power supply device, and a base connected to the MOS transistor to collect the charge when active. Having an emitter connected to an external circuit to transfer the electronic signal to the external circuit. By amplifying the charge, active type pixel detectors, characterized in that it comprises a bipolar transient scan to generate the electronic signal.
【請求項2】 半導体基板上に製作された前記検出器に
於いて、第1の導体型不純物を前記半導体基板の表面に
注入し、第2の導電型不純物のウェルを前記半導体基板
の表面内に形成したことを特徴とする請求項1に記載の
能動式画素検出器。
2. In the detector manufactured on a semiconductor substrate, a first conductive impurity is injected into a surface of the semiconductor substrate, and a well of a second conductive impurity is formed in the surface of the semiconductor substrate. The active pixel detector according to claim 1, wherein the active pixel detector is formed as follows.
【請求項3】 前記ホトダイオードの前記カソードを前
記半導体基板の前記表面内の前記ウェルに形成し、前記
アノードは前記ウェル内の前記第1の導電型の前記不純
物を第1のエリアに注入して形成し、且つ、前記アノー
ドは、前記バイポーラトランジスタの前記ベースよりも
大きく、前記ベース内に剰余した少数キャリアを前記ベ
ース内に拘束して映像の遅れを減少することを特徴とす
る請求項2に記載の能動式画素検出器。
3. The cathode of the photodiode is formed in the well in the surface of the semiconductor substrate, and the anode is configured to inject the impurity of the first conductivity type in the well into a first area. 3. The image display device according to claim 2, wherein the anode is formed larger than the base of the bipolar transistor, and restrains minority carriers remaining in the base in the base to reduce image delay. An active pixel detector as described.
【請求項4】 前記バイポーラトランジスタの前記コレ
クタを前記半導体基板内の前記ウェルに形成し、前記ベ
ースは、前記ウェル内の前記第1導電型の前記不純物を
第2のエリアに注入して形成し、前記エミッタは、前記
ベース内に前記第2の導電型不純物を第3のエリアに注
入して形成することを特徴とする請求項3に記載の能動
式画素検出器。
4. The collector of the bipolar transistor is formed in the well in the semiconductor substrate, and the base is formed by implanting the impurity of the first conductivity type in the well into a second area. 4. The active pixel detector according to claim 3, wherein the emitter is formed by implanting the second conductivity type impurity into the third area in the base.
【請求項5】 前記MOSトランジスタの前記ドレイン
電極に前記第1導電型不純物の前記第1のエリアを有
し、前記MOSトランジスタの前記ソース電極に前記第
1導電型不純物の第2のエリアを有することと、前記ゲ
ート電極は、ソース電極と前記ドレイン電極の全ての中
間に於いてゲート酸化層を成長させてチャネル地帯を形
成することを特徴とする請求項4に記載の能動式画素検
出器。
5. The MOS transistor has the first area of the first conductivity type impurity at the drain electrode, and the source electrode of the MOS transistor has a second area of the first conductivity type impurity. 5. The active pixel detector according to claim 4, wherein said gate electrode forms a channel zone by growing a gate oxide layer at an intermediate portion between all of said source electrode and said drain electrode.
【請求項6】 前記エミッタを、前記半導体基板表面の
前記絶縁層上に蒸着された金属内部連結線により外部回
路と結合し、且つ、前記エミッタと接触していることを
特徴とする請求項5に記載の能動式画素検出器。
6. The semiconductor device according to claim 5, wherein the emitter is connected to an external circuit by a metal internal connection line deposited on the insulating layer on the surface of the semiconductor substrate, and is in contact with the emitter. An active pixel detector according to claim 1.
【請求項7】 前記ホトダイオードのアノードをドレイ
ン電極として有し、能動式画素検出器アレイに於ける行
能動式画素検出器に近接した能動式検出器のホトダイオ
ードのアノードをソース電極とし、ゲート電極をリセッ
ト回路に接続して導通させることにより、前記ホトダイ
オードのアノードの電位をリセットすることにより前記
能動式画素検出器上の映像遅れを防ぐ寄生MOSトラン
ジスタを備えたことを特徴とする請求項6に記載の能動
式画素検出器。
7. An anode of a photodiode of an active detector adjacent to a row active pixel detector in an active pixel detector array having an anode of the photodiode as a drain electrode, and a gate electrode of the photodiode. 7. The device according to claim 6, further comprising a parasitic MOS transistor that connects to a reset circuit and conducts, thereby resetting the potential of the anode of the photodiode to prevent image delay on the active pixel detector. Active pixel detector.
【請求項8】 画素検出装置に於いて、 (a) 行と列の状態に配置される複数の能動式画素検出
器の前記各能動式画素検出器の各能動式画素検出器に、 電源供給装置に接続されたカソードおよび光量子が衝撃
して電荷を生成するアノードを具えるホトダイオード
と、 映像アレイに生成する映像ぼけを防止するための、前記
ホトダイオードの前記アノードに接続するドレイン電極
と、ソース電極およびゲート電極を具えたMOSトラン
ジスタ、及び電源装置に連結したコレクタ、前記MOS
トランジスタに接続して、前記MOSトランジスタが能
動化した時、前記電荷を収集するベースとエミッタとを
具えるバイポーラトランジスタを備え、 (b) 各行の前記MOSトランジスタの前記各ゲート電
極に接続して、各行に於ける各MOSトランジスタを能
動又は非能動化することにより、前記電荷を前記MOS
トランジスタに流す行能動化回路、及び (c) 各列上の前記能動式画素検出器の前記バイポーラ
トランジスタの前記エミツタに接続して、前記電子信号
の検出と増幅を行うとともに、前記電子信号を外部回路
に転送する複数の検出増幅器を備え、外部の反射または
放射された光子のエネルギーを収集し、前記光子エネル
ギーを電子信号に変換して前記光子エネルギーの強度を
表示することを特徴とする映像アレイ。
8. A pixel detecting device comprising: (a) supplying power to each of the active pixel detectors of the plurality of active pixel detectors arranged in rows and columns; A photodiode having a cathode connected to the device and an anode which generates charges upon impact of photons; a drain electrode connected to the anode of the photodiode for preventing image blurring generated in an image array; and a source electrode. And a MOS transistor having a gate electrode and a collector connected to a power supply device, the MOS
A bipolar transistor comprising a base and an emitter for collecting the electric charge when the MOS transistor is activated, wherein the bipolar transistor is connected to the respective gate electrodes of the MOS transistors in each row; By activating or deactivating each MOS transistor in each row, the charge is transferred to the MOS transistor.
(C) connected to the emitter of the bipolar transistor of the active pixel detector on each column to detect and amplify the electronic signal, and to externally output the electronic signal. An image array comprising a plurality of detection amplifiers for transferring to a circuit, collecting energy of external reflected or emitted photons, converting the photon energy into an electronic signal and displaying the intensity of the photon energy. .
【請求項9】 センサアレイは、半導体基板の表面に第
1の導体型不純物を注入し、また、前記半導体基板の前
記表面内に第2の導体型不純物ウェルを注入した能動式
画素センサアレイであることを特徴とする請求項8に記
載の映像アレイ。
9. An active pixel sensor array in which a first conductive impurity is implanted into a surface of a semiconductor substrate, and a second conductive impurity well is implanted into the surface of the semiconductor substrate. The image array according to claim 8, wherein:
【請求項10】 各能動式画素検出器の前記ホトダイオー
ドの前記カソードは、前記半導体基板の前記表面内の前
記ウェルに形成され、前記アノードは、前記カソード内
に前記第1の導体型の前記不純物を注入して第1のエリ
アを形成し、前記アノードを前記バイポーラトランジス
タの前記ベースより大きくすることによって、前記ベー
スに集中する少数剰余キャリアを前記ベースに拘束する
ことにより映像遅れの現象を減少することを特徴とする
請求項9に記載の映像アレイ。
10. The cathode of the photodiode of each active pixel detector is formed in the well in the surface of the semiconductor substrate, and the anode has the impurity of the first conductive type in the cathode. To form a first area and make the anode larger than the base of the bipolar transistor, thereby restraining minority carriers concentrated on the base to the base, thereby reducing an image delay phenomenon. The image array according to claim 9, wherein:
【請求項11】 各能動式画素検出器の前記バイポーラト
ランジスタの前記コレクタは、前記半導体基板内に形成
した前記ウェルであって、前記ベースは、前記ウェル内
に前記第1の導電型の前記不純物を注入した第2のエリ
アで形成し、また、前記エミッタは、前記第2のエリア
内に前記第2の導電型の前記不純物を注入した第3のエ
リアで形成されたことを特徴とする請求項10に記載の映
像アレイ。
11. The collector of the bipolar transistor of each active pixel detector, wherein the collector is the well formed in the semiconductor substrate, and the base is the impurity of the first conductivity type in the well. The emitter is formed in a second area into which the impurity of the second conductivity type is implanted in the second area. Item 11. The image array according to Item 10.
【請求項12】 各能動式画素検出器の前記MOSトラン
ジスタの前記ドレイン電極は、前記第1導電型の前記不
純物を有する前記第1エリア、前記ソース電極は、前記
第1導電型の前記不純物を有する前記第2エリアであっ
て、前記ゲート電極は、全ての前記ソース電極と前記ド
レイン電極の間に蒸着された全てのゲート酸化層のチヤ
ネルエリアで形成することを特徴とする請求項11に記載
の映像アレイ。
12. The drain electrode of the MOS transistor of each active pixel detector has the first area having the impurity of the first conductivity type, and the source electrode has the impurity of the first conductivity type. 12. The second area of claim 11, wherein the gate electrode is formed of a channel area of all gate oxide layers deposited between all the source electrodes and the drain electrodes. Image array.
【請求項13】 前記エミッタを、前記半導体基板表面の
前記絶縁層上に蒸着された金属内部連結線により検出増
幅器と結合し、且つ、前記エミッタと接触していること
を特徴とする請求項12に記載の映像アレイ。
13. The semiconductor device according to claim 12, wherein the emitter is connected to a detection amplifier by a metal interconnect line deposited on the insulating layer on the surface of the semiconductor substrate, and is in contact with the emitter. Image array according to 1.
【請求項14】 各能動式画素検出器に、前記ホトダイオ
ードのアノードをドレイン電極とし、能動式画素検出器
アレイに於ける行能動式画素検出器に近接した能動式検
出器のホトダイオードのアノードをソース電極にし、ゲ
ート電極を更に具える寄生MOSトランジスタを備えた
ことを特徴とする請求項8に記載の映像アレイ。
14. An active pixel detector, wherein the anode of the photodiode is a drain electrode, and the anode of the photodiode of the active detector adjacent to the row active pixel detector in the active pixel detector array is a source. 9. The image array according to claim 8, further comprising a parasitic MOS transistor serving as an electrode, further comprising a gate electrode.
【請求項15】 前記寄生MOSトランジスタの前記ゲー
ト電極をリセット回路に接続し、前記寄生MOSトラン
ジスタを能動化することにより各行能動式画素検出器の
各ホトダイオードの前記アノードを同一の電位にリセッ
トすることで前記映像アレイ上の映像遅れ問題を解消す
ることを特徴とする請求項14に記載の映像アレイ。
15. A method of connecting the gate electrode of the parasitic MOS transistor to a reset circuit and resetting the anode of each photodiode of each row active pixel detector to the same potential by activating the parasitic MOS transistor. 15. The image array according to claim 14, wherein the problem of image delay on the image array is solved by:
【請求項16】 第1の導電型不純物を有する半導体基板
に、光子エネルギーを収集して前記光量子を電子信号に
変換する能動式画素検出器を製造する方法に於いて、 (a) 前記半導体基板のマスクエリアにウェルを前記半
導体基板内に形成して、前記半導体基板に第2の導電型
の不純物を注入し、 (b) 前記エリア外に電界酸化層を成長して前記能動式
画素検出器のエリアを限定して、 (c) 前記半導体基板をマスキングすることにより前記
ウェル内にホトダイオードを形成するとともに、第1の
導体型不純物を注入して前記ホトダイオードのアノード
を成し、前記ウェルを前記ホトダイオードのカソードと
し (d) 前記半導体基板をマスキングするとともに第1の
導電型不純物を注入してベースを形成し、更に前記半導
体基板をマスキングするとともに第2の導電型不純物を
注入してエミツタを形成させ、なお、前記ウェルを前記
バイポーラトランジスタのコレクタとする。 (e) また、前記アノードのチヤネルエリアにゲート酸
化層を蒸着して、前記MOSトランジスタのドレイン電
極を形成する。前記ベースを前記MOSトランジスタの
ソース電極とし、第1のポリシリコンを蒸着して前記ゲ
ート酸化層の上にゲート電極を形成する諸ステップを備
えたことを特徴とする半導体素子の製造方法。
16. A method of manufacturing an active pixel detector for collecting photon energy and converting the photons into an electronic signal on a semiconductor substrate having a first conductivity type impurity, comprising the steps of: Forming a well in the semiconductor substrate in the mask area, implanting impurities of the second conductivity type into the semiconductor substrate, and (b) growing an electric field oxide layer outside the area to form the active pixel detector. (C) masking the semiconductor substrate to form a photodiode in the well, implanting a first conductive type impurity to form an anode of the photodiode, and forming the well into the well. (D) masking the semiconductor substrate, implanting a first conductivity type impurity to form a base, and masking the semiconductor substrate; Injecting second conductivity type impurity to form the emitter, the Note, the wells and the collector of the bipolar transistor. (e) depositing a gate oxide layer on the channel area of the anode to form a drain electrode of the MOS transistor; A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a gate electrode on the gate oxide layer by depositing first polysilicon using the base as a source electrode of the MOS transistor.
【請求項17】 前記ゲート電極を検出制御回路に接続し
て、前記MOSトランジスタを能動化または非能動化す
ることにより、前記アノードに衝撃する前記光量子が形
成する電荷を前記バイポーラトランジスタのベースに流
すことを特徴とする請求項16に記載の半導体素子製造方
法。
17. A method in which the gate electrode is connected to a detection control circuit to activate or deactivate the MOS transistor, so that charges formed by the photons impacting on the anode flow to the base of the bipolar transistor. 17. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 16, wherein:
【請求項18】 前記アノードを前記バイポーラトランジ
スタの前記ベースより大きくすることによって、前記ベ
ースの少数キャリアを前記ベースに拘束することにより
映像遅れを減少することを特徴とする請求項16に記載の
半導体素子製造方法。
18. The semiconductor of claim 16, wherein the anode is made larger than the base of the bipolar transistor to reduce image delay by constraining minority carriers of the base to the base. Element manufacturing method.
【請求項19】 寄生MOSトランジスタの形成に於い
て、 (a) 絶縁物を成長させることにより前記寄生MOSト
ランジスタの寄生ゲート酸化層を形成し、 (b) 前記寄生ゲート酸化層に第2のポリシリコンを蒸
着して前記寄生MOSトランジスタのゲートとし、 (c) 前記寄生MOSトランジスタのドレイン電極は、
前記ホトダイオードの前記アノードであって、前記寄生
MOSトランジスタのソース電極は、前記半導体基板上
に、能動式画素検出器に近接して形成する前記ホトダイ
オードの前記アノードであることを特徴とする請求項16
に記載の半導体素子製造方法。
19. A method for forming a parasitic MOS transistor, comprising: (a) forming a parasitic gate oxide layer of the parasitic MOS transistor by growing an insulator; and (b) forming a second polysilicon on the parasitic gate oxide layer. Depositing silicon to form a gate of the parasitic MOS transistor; (c) a drain electrode of the parasitic MOS transistor,
17. The anode of the photodiode, wherein a source electrode of the parasitic MOS transistor is the anode of the photodiode formed on the semiconductor substrate in proximity to an active pixel detector.
3. The method for manufacturing a semiconductor device according to item 1.
【請求項20】 前記寄生MOSトランジスタの前記ゲー
ト電極をリセット回路に接続し、リセット信号を供給す
ることによって、前記寄生MOSトランジスタを能動化
して、前記アノードを所定電位にリセットして、前記能
動式画素検出器の映像遅れを解消することを特徴とする
請求項16に記載の半導体素子製造方法。
20. Connecting the gate electrode of the parasitic MOS transistor to a reset circuit and supplying a reset signal to activate the parasitic MOS transistor, reset the anode to a predetermined potential, and 17. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 16, wherein an image delay of the pixel detector is eliminated.
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JP2012235137A (en) * 2006-12-22 2012-11-29 Intellectual Venturesii Llc Cmos image sensor having floating base reading concept
RU2494497C2 (en) * 2011-07-21 2013-09-27 Виктор Николаевич Мурашев Mos-diode cell of solid radiation detector

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US8723990B2 (en) 2006-12-22 2014-05-13 Intellectual Ventures Ii Llc Image pixel employing floating base readout concept, and image sensor and image sensor array including the image pixel
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