JPS5846069B2 - 赤外線用電荷転送装置 - Google Patents
赤外線用電荷転送装置Info
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- JPS5846069B2 JPS5846069B2 JP54010213A JP1021379A JPS5846069B2 JP S5846069 B2 JPS5846069 B2 JP S5846069B2 JP 54010213 A JP54010213 A JP 54010213A JP 1021379 A JP1021379 A JP 1021379A JP S5846069 B2 JPS5846069 B2 JP S5846069B2
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- Japan
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- wide
- narrow
- semiconductor
- Prior art date
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
- H10F39/10—Integrated devices
- H10F39/12—Image sensors
- H10F39/15—Charge-coupled device [CCD] image sensors
- H10F39/157—CCD or CID infrared image sensors
Landscapes
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は光電変換を行う半導体部分と電荷転送動作を行
う半導体部分とを多元半導体によって構成した赤外線用
電荷転送装置（Ｉｎ ｆ ｒａｒｅｄＣｈａｒｇｅ
Ｔｒａｕｓｆｅｒ １）ｅｖｉｃｅ ：以下ＩＲＣＴＤ
と略称する）に関するものである。
う半導体部分とを多元半導体によって構成した赤外線用
電荷転送装置（Ｉｎ ｆ ｒａｒｅｄＣｈａｒｇｅ
Ｔｒａｕｓｆｅｒ １）ｅｖｉｃｅ ：以下ＩＲＣＴＤ
と略称する）に関するものである。
赤外線映像装置は物体の温度パターンをリモートセンシ
ングできるため広い用途が見出されて久しい。
ングできるため広い用途が見出されて久しい。
物体から輻射される赤外線のパターンを映像化するため
には例えば１０μｍ波長帯の赤外線に応答する一次元光
センサを利用し、これを適宜掃引することによって二次
元映像を得ることが行われる。
には例えば１０μｍ波長帯の赤外線に応答する一次元光
センサを利用し、これを適宜掃引することによって二次
元映像を得ることが行われる。
このための受光部としては、大きく分ければ、熱抵抗作
用を利用する構成と、入射光で直接電荷を発生せしめる
構成との２つになる。
用を利用する構成と、入射光で直接電荷を発生せしめる
構成との２つになる。
前者は光・熱・電荷発生という過程をふむために光に対
する感度が低くしかも応答速度が小であるのに対し、後
者は直接入射光で電荷発生を起こさせるために光に対す
る感度が高く、しかも応答速度が犬であるという大きな
相異があり、本発明は後者の構成にかかるもので、その
ために半導体基板を多元半導体で構成しである。
する感度が低くしかも応答速度が小であるのに対し、後
者は直接入射光で電荷発生を起こさせるために光に対す
る感度が高く、しかも応答速度が犬であるという大きな
相異があり、本発明は後者の構成にかかるもので、その
ために半導体基板を多元半導体で構成しである。
波長λ−５〜１０μｍの赤外線に対して光電変換を行い
得る半導体としては、関係式Ｅｇ（ｅｖ）＝ｈｃ／λ＝
１．２４／λ（Ｅｇ ：禁制帯幅、ｈニブランク定数、
Ｃ：光速、λ：光波長）から容易に判るように、例えば
７７°にの温度においてＥｇ＝０．１（ｅｖ）なる狭禁
制帯幅の半導体材料、すなわち、水銀・カドミウム・テ
ルル（Ｈｇ Ｃｄ Ｔｅ ）またはＥｇ＝０．２３ｅｖ
なるインジウムアンチモナイド（ＩｎＳｂ）などが利用
可能である。
得る半導体としては、関係式Ｅｇ（ｅｖ）＝ｈｃ／λ＝
１．２４／λ（Ｅｇ ：禁制帯幅、ｈニブランク定数、
Ｃ：光速、λ：光波長）から容易に判るように、例えば
７７°にの温度においてＥｇ＝０．１（ｅｖ）なる狭禁
制帯幅の半導体材料、すなわち、水銀・カドミウム・テ
ルル（Ｈｇ Ｃｄ Ｔｅ ）またはＥｇ＝０．２３ｅｖ
なるインジウムアンチモナイド（ＩｎＳｂ）などが利用
可能である。
ただし、ＨｇＣｄＴｅ等の３元半導体は組成によってＥ
ｇが変化することはよく知られている。
ｇが変化することはよく知られている。
しかるにこのようなシリコン（Ｓｉ ）などよりはるか
に禁制帯幅が狭い多元半導体を用いると表面降伏電圧が
低いことや熱的に励起されるキャリア数が多いため暗電
流が犬となることなどから、光電変換により得た電気信
号を処理するためのレジスタ動作を行う電荷転送装置（
ＣＴＤ）を作ることが非常に難しく、赤外線検出機能と
電荷転送機能とを同時に果しうる半導体装置とすること
は困難である。
に禁制帯幅が狭い多元半導体を用いると表面降伏電圧が
低いことや熱的に励起されるキャリア数が多いため暗電
流が犬となることなどから、光電変換により得た電気信
号を処理するためのレジスタ動作を行う電荷転送装置（
ＣＴＤ）を作ることが非常に難しく、赤外線検出機能と
電荷転送機能とを同時に果しうる半導体装置とすること
は困難である。
このため従来は光電変換部分を上記の多元半導体で、そ
して電荷転送領域を別個にシリコン（Ｓｉ）で、それぞ
れ作った上で両者を電気的に接続し、いわゆるハイブリ
ッドＩＲＣＴＤを構成していたが、こうした場合にはＣ
ＴＤチップの端子数が数百に及び、これを多数の素子を
含む赤外線光電変換部分に接続する工程はきわめて繁雑
でありまた人手で行う場合には非常な熟練を必要とする
などの欠点があった。
して電荷転送領域を別個にシリコン（Ｓｉ）で、それぞ
れ作った上で両者を電気的に接続し、いわゆるハイブリ
ッドＩＲＣＴＤを構成していたが、こうした場合にはＣ
ＴＤチップの端子数が数百に及び、これを多数の素子を
含む赤外線光電変換部分に接続する工程はきわめて繁雑
でありまた人手で行う場合には非常な熟練を必要とする
などの欠点があった。
本発明はこのような欠点に鑑みてなされたもので、前記
の多元半導体はその組成によって禁制帯幅Ｅｇが変化す
るという特徴を利用し、その狭禁制帯幅の領域を受光部
とし、この領域で赤外線の光電変換を行い、比較的広い
禁制帯幅の領域で電荷転送を行わしめるＩＲＣＴＤを提
供せんとするものであって、以下図面を用いて詳細に説
明する。
の多元半導体はその組成によって禁制帯幅Ｅｇが変化す
るという特徴を利用し、その狭禁制帯幅の領域を受光部
とし、この領域で赤外線の光電変換を行い、比較的広い
禁制帯幅の領域で電荷転送を行わしめるＩＲＣＴＤを提
供せんとするものであって、以下図面を用いて詳細に説
明する。
第１図は本発明の第１の実施例の構造を示す断面図であ
って、ＨｇＣｄＴｅ基板４は不純物濃度が約１０” ／
ＣＷ？！で０．１ｅｙなる狭い禁制帯幅を有するｎ型の
部分１、同じくｎ型で不純物濃度が約１（）１２ ／ｃ
ｒｎ２、Ｅｇが０．３ｅｖなる比較的広い禁制帯幅部分
２、ならびにこの画部分のへテロ接合３を有する。
って、ＨｇＣｄＴｅ基板４は不純物濃度が約１０” ／
ＣＷ？！で０．１ｅｙなる狭い禁制帯幅を有するｎ型の
部分１、同じくｎ型で不純物濃度が約１（）１２ ／ｃ
ｒｎ２、Ｅｇが０．３ｅｖなる比較的広い禁制帯幅部分
２、ならびにこの画部分のへテロ接合３を有する。
このようなＨｇＣｄＴｅ基板４は、カドミウム・テルル
（ＣｄＴｅ）材と水銀・テルル（ＨｇＴｅ）板とを閉管
中で対向せしめ、相互拡散法によって作ることができる
。
（ＣｄＴｅ）材と水銀・テルル（ＨｇＴｅ）板とを閉管
中で対向せしめ、相互拡散法によって作ることができる
。
また５はこのようにして作られたＨｇＣｄＴｅ基板の表
面絶縁被膜たる硫化亜鉛（ＺｎＳ）層であり、６は該Ｚ
ｎＳ層上に配設された導電性材料からなる転送電極であ
る。
面絶縁被膜たる硫化亜鉛（ＺｎＳ）層であり、６は該Ｚ
ｎＳ層上に配設された導電性材料からなる転送電極であ
る。
ちなみに上記狭禁制帯幅を有するｎ型の部分１の不純物
濃度を、上記の比較的広い禁制帯部分２よりも高い不純
物濃度とした理由は、後述のように上記画部分の境界に
できる後述のへテロ接合を電圧でバイアスした場合でも
上記ｎ型の部分１の価電子帯の頂部Ｅｖを広い禁制帯部
分２の価電子帯の頂部Ｅｖよりも一層引き下げることに
よって、ｎ型の部分１から広い禁制帯幅部分２の方向へ
、発生した電荷（正札）をすみやかに送り込む加速電界
を形成させるためである。
濃度を、上記の比較的広い禁制帯部分２よりも高い不純
物濃度とした理由は、後述のように上記画部分の境界に
できる後述のへテロ接合を電圧でバイアスした場合でも
上記ｎ型の部分１の価電子帯の頂部Ｅｖを広い禁制帯部
分２の価電子帯の頂部Ｅｖよりも一層引き下げることに
よって、ｎ型の部分１から広い禁制帯幅部分２の方向へ
、発生した電荷（正札）をすみやかに送り込む加速電界
を形成させるためである。
今、狭禁制帯幅（以下狭Ｅｇと略称する）領域１ （Ｅ
ｇ＝０．１ ｅｖ）と広禁制帯幅（以下Ｅｇと略称する
）領域２（Ｅｇ＝０．３ｅｖ）との間を■なる電圧でバ
イアスし、転送電極６ａ、５ｂ、６ｃのそれぞれにφ１
．φ２．φ３の３相からなる転送パルスを加えれば、上
記広Ｅｇ領域と狭Ｅｇ領域との間に電位勾配が生じると
共に広Ｅｇ領域２の表面に電位の井戸（以下単に井戸と
略称する）７が生じる。
ｇ＝０．１ ｅｖ）と広禁制帯幅（以下Ｅｇと略称する
）領域２（Ｅｇ＝０．３ｅｖ）との間を■なる電圧でバ
イアスし、転送電極６ａ、５ｂ、６ｃのそれぞれにφ１
．φ２．φ３の３相からなる転送パルスを加えれば、上
記広Ｅｇ領域と狭Ｅｇ領域との間に電位勾配が生じると
共に広Ｅｇ領域２の表面に電位の井戸（以下単に井戸と
略称する）７が生じる。
この状態におけるエネルギのバンドダイアグラムを第２
図に示した。
図に示した。
ただし第２図中のＥｃ。Ｅｖ、Ｆはそれぞれ半導体中の
導電帯の底、価電子帯の頂部、およびフェルミ・レベル
であり、ＥｎＦ、ＥｐＦは電子および正孔の擬フェルミ
・レベル、２０は絶縁被膜５の導電帯の底、２１は転送
電極６のフェルミ・レベルである。
導電帯の底、価電子帯の頂部、およびフェルミ・レベル
であり、ＥｎＦ、ＥｐＦは電子および正孔の擬フェルミ
・レベル、２０は絶縁被膜５の導電帯の底、２１は転送
電極６のフェルミ・レベルである。
この状態で狭Ｅｇ領域１側すなわち受光部側から赤外線
を投射すれば光子のエネルギによって可動の電子と正孔
の対が第１図の該狭Ｅｇ領域１内で発生するが、電子は
基板の背面電極９の方向へ、また正札は広Ｅｇ領域２の
方向へそれぞれバイアス電圧Ｖによって運ばれて井戸７
中の正電荷１０となる。
を投射すれば光子のエネルギによって可動の電子と正孔
の対が第１図の該狭Ｅｇ領域１内で発生するが、電子は
基板の背面電極９の方向へ、また正札は広Ｅｇ領域２の
方向へそれぞれバイアス電圧Ｖによって運ばれて井戸７
中の正電荷１０となる。
なお第１、第２両図中の矢印イおよび口は上記電子と正
孔の流れる方向を示したものであり、１１は広Ｅｇ領域
２の電極である。
孔の流れる方向を示したものであり、１１は広Ｅｇ領域
２の電極である。
また狭Ｅｇ領域１と広Ｅｇ領域２それぞれの厚さは２０
〜３０μｍおよび約５０μｍに選ばれている。
〜３０μｍおよび約５０μｍに選ばれている。
上記の井戸７中に送り込まれた正電荷すなわち正孔は転
送パルスφ１．φ２．φ３の働きによって絶縁膜５と広
Ｅｇ領域の半導体２との界面に沿う方向に転送されるが
、この半導体２の禁制帯幅は、狭Ｅｇ領域１における０
、１ｅｖなる値よりも大きく約０．３ｅｖあるために表
面降伏電圧は高くまた熱的励起によるキャリアの発生も
少ない。
送パルスφ１．φ２．φ３の働きによって絶縁膜５と広
Ｅｇ領域の半導体２との界面に沿う方向に転送されるが
、この半導体２の禁制帯幅は、狭Ｅｇ領域１における０
、１ｅｖなる値よりも大きく約０．３ｅｖあるために表
面降伏電圧は高くまた熱的励起によるキャリアの発生も
少ない。
したがってこの広Ｅｇ領域における電荷転送は支障なく
とり行われうる。
とり行われうる。
このＩＲＣＴＤは第１図の実施例に見られた狭Ｅｇ領域
１と広Ｅｇ領域２との間にバイアス電圧Ｖを印加し、光
電変換から生じた正孔をすみやかに井戸７中に送りこむ
べく、半導体４中に加速電界を設けているがこの電圧印
加用の広Ｅｇ側電極１１は同図中に見られるごとく１個
所に設けられていた。
１と広Ｅｇ領域２との間にバイアス電圧Ｖを印加し、光
電変換から生じた正孔をすみやかに井戸７中に送りこむ
べく、半導体４中に加速電界を設けているがこの電圧印
加用の広Ｅｇ側電極１１は同図中に見られるごとく１個
所に設けられていた。
しかし、広Ｅｇ領域２の比抵抗は、前述した不純物濃度
から容易に判るように非常に高い値である。
から容易に判るように非常に高い値である。
このため、もしこのＩＲＣＴＤのビット数が特に多いよ
うな場合には、上記半導体内電界の値が場所によって一
定でなくなり不均一な分布を生じる場合も考えられる。
うな場合には、上記半導体内電界の値が場所によって一
定でなくなり不均一な分布を生じる場合も考えられる。
こうした加速電界の場所的不均一を防止するために考え
られたものが第３図に示す第２の実施例である。
られたものが第３図に示す第２の実施例である。
すなわち転送電極６ａ、６ｂｔ６Ｃの境界附近に対向す
る狭Ｅｇ領域１から広Ｅｇ領域２に達するまで深くエツ
チングし、それによって作られた堀割り部分の各底部３
０に前記第１図と機能的には全く同じである電極１１ａ
を設けると共に、狭Ｅｇ領域１の台形状となった部分の
各頂部３１にやはり同機能を有する電極９ａを設け、１
１ａなる電極のすべておよび９ａなる電極のすべてを並
列に接続した上で、バイアス電圧■を印加する。
る狭Ｅｇ領域１から広Ｅｇ領域２に達するまで深くエツ
チングし、それによって作られた堀割り部分の各底部３
０に前記第１図と機能的には全く同じである電極１１ａ
を設けると共に、狭Ｅｇ領域１の台形状となった部分の
各頂部３１にやはり同機能を有する電極９ａを設け、１
１ａなる電極のすべておよび９ａなる電極のすべてを並
列に接続した上で、バイアス電圧■を印加する。
かくすれば、各ヘテロ接合３のすべてはその両側に全く
同じ電位差■が与えられることとなり、広Ｅｇ領域２中
の電界分布が不均一となるおそれはなくなり、その結果
光電変換から生じた正孔は本ＩＲＣＴＤの半導体４の全
面にわたって均等かつ速やかに井戸７中に運ばれうる。
同じ電位差■が与えられることとなり、広Ｅｇ領域２中
の電界分布が不均一となるおそれはなくなり、その結果
光電変換から生じた正孔は本ＩＲＣＴＤの半導体４の全
面にわたって均等かつ速やかに井戸７中に運ばれうる。
以上に述べた本発明に係るＩＲＣＴＤは前述したごとく
光電変換部分と電荷転送部分とを完全に一体化している
ため、ボンディングの手間が著しく省け、かつ素子間特
性の変動がごく少ないものとなるので実用上極めて犬な
る効果が期待できる。
光電変換部分と電荷転送部分とを完全に一体化している
ため、ボンディングの手間が著しく省け、かつ素子間特
性の変動がごく少ないものとなるので実用上極めて犬な
る効果が期待できる。
第１図は本発明に係るＩＲＣＴＤの第１の実施例の構造
断面図、第２図は上記ＩＲＣＴＤのエネルギダイアグラ
ム、また第３図は上記ＩＲＣＴＤの第２の実施例の構造
断面図である。 １：ＨｇＣｄＴｅの狭Ｅｇ領域、２：ＨｇＣｄＴｅの広
Ｅｇ領域、３：ヘテロ接合部、４：ＨｇＣｄＴｅ材、５
：絶縁膜、６ａ、６ｂ、６ｃ：転送電極、７：井戸、８
：入射赤外線、９，１１，９ａ。 １１ａ：電極、１０：井戸内電荷、３０：堀割り部分の
底部、３１：エツチングによって生じた台形状の狭Ｅｇ
領域の頂部、Ｅｃ ：伝導体の底、Ｅｖ：価電子帯の頂
部、Ｅｎｐ、ＥｐＦ：擬フェルミ・レベル、Ｆ：フェル
ミ・レベル、■：バイアス電圧、φ１．φ２．φ３：転
送パルス電圧。
断面図、第２図は上記ＩＲＣＴＤのエネルギダイアグラ
ム、また第３図は上記ＩＲＣＴＤの第２の実施例の構造
断面図である。 １：ＨｇＣｄＴｅの狭Ｅｇ領域、２：ＨｇＣｄＴｅの広
Ｅｇ領域、３：ヘテロ接合部、４：ＨｇＣｄＴｅ材、５
：絶縁膜、６ａ、６ｂ、６ｃ：転送電極、７：井戸、８
：入射赤外線、９，１１，９ａ。 １１ａ：電極、１０：井戸内電荷、３０：堀割り部分の
底部、３１：エツチングによって生じた台形状の狭Ｅｇ
領域の頂部、Ｅｃ ：伝導体の底、Ｅｖ：価電子帯の頂
部、Ｅｎｐ、ＥｐＦ：擬フェルミ・レベル、Ｆ：フェル
ミ・レベル、■：バイアス電圧、φ１．φ２．φ３：転
送パルス電圧。
Claims (1)
- １ 半導体基板の一方の表面は絶縁被膜を介して複数の
転送電極を配置してなる電荷転送部とし、他方の表面は
受光部とした構成において、上記半導体基板は多元半導
体材料よりなり、上記受光部は高不純物濃度で狭禁制帯
幅とすることにより入射光で直接電荷を発生せしめ、上
記電荷転送部は低不純物濃度で広禁制帯幅とし、かつ上
記受光部と電荷転送部間に形成されたヘテロ接合部に対
するバイアス電圧印加用電極を上記受光部と電荷転送部
のそれぞれに設けたことを特徴とする赤外線用゛電荷転
送装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP54010213A JPS5846069B2 (ja) | 1979-01-30 | 1979-01-30 | 赤外線用電荷転送装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP54010213A JPS5846069B2 (ja) | 1979-01-30 | 1979-01-30 | 赤外線用電荷転送装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS55102280A JPS55102280A (en) | 1980-08-05 |
| JPS5846069B2 true JPS5846069B2 (ja) | 1983-10-14 |
Family
ID=11743978
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP54010213A Expired JPS5846069B2 (ja) | 1979-01-30 | 1979-01-30 | 赤外線用電荷転送装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5846069B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61203271U (ja) * | 1985-06-11 | 1986-12-20 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57138186A (en) * | 1981-02-20 | 1982-08-26 | Fujitsu Ltd | Infrared ray detector |
| JPS57204684A (en) * | 1981-06-08 | 1982-12-15 | Texas Instruments Inc | Method and device for forming infrared image |
| JPS60183767A (ja) * | 1984-03-01 | 1985-09-19 | Mitsubishi Electric Corp | 光検出半導体装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5513470B2 (ja) * | 1974-03-19 | 1980-04-09 |
-
1979
- 1979-01-30 JP JP54010213A patent/JPS5846069B2/ja not_active Expired
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61203271U (ja) * | 1985-06-11 | 1986-12-20 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS55102280A (en) | 1980-08-05 |
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