JPS59214258A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPS59214258A
JPS59214258A JP58089820A JP8982083A JPS59214258A JP S59214258 A JPS59214258 A JP S59214258A JP 58089820 A JP58089820 A JP 58089820A JP 8982083 A JP8982083 A JP 8982083A JP S59214258 A JPS59214258 A JP S59214258A
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JP
Japan
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gate
conductivity type
charges
photoelectric conversion
potential
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JP58089820A
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Yoshihiro Miyamoto
義博 宮本
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices 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
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/148Charge coupled imagers
    • H01L27/14875Infrared CCD or CID imagers
    • H01L27/14881Infrared CCD or CID imagers of the hybrid type

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (al  発明の技術分野 本発明は半導体装置に掛かり、特に背景光等により生じ
る不要成分を抑制し得る二次元赤外センサの信号読み出
し装置に関する。
(b)  従来技術と問題点 赤外ホトダイオードと、二次元(インクレース型)CO
Dとを組合せて構成される通常のハイブリソド二次元セ
ンサ(IRCCD)は、検知すべき信号成分に対し、背
景光などによる直流成分が大きいため、検出感度を高め
ることが難しくまたダイナミックレンジを大iくするこ
とが困難である。即ち、赤外センサでは検知すべき対象
試料温度の変動分に対応する信号より、背景光である対
象試料の温度レベルあるいは環境温度に対応する直流成
分の方が圧倒的に大きい場合が多い。例えば検知しよう
とする対象試料の温度が、常温における数度の変動であ
るような場合、検知されル赤外線強度は約300 (’
K )に対応する背景光に、僅か数度の変化に対応する
微弱な信号光が重畳したものとなり、検知出力もこれに
対応して上記背景光に対応する直流成分に、微弱な信号
成分が重畳したものとなる。従って検出感度を向上させ
るには、上述の直流成分を除去して所望の信号成分のみ
を取り出すことが必要である。
ところが従来の二次元赤外センサの読み出し回路に、か
かる背景光などによる直流成分を抑制す。
る機能を付加しようとすると、読み出し回路の構成が複
雑となり且つCOD領域の面積が減少する。
そのため真に実用的な赤外センサの読み出し回路の出現
が強く望まれていた。
(C1発明の目的 本発明はかかる事1青に鑑みてなされたものであって、
その目的は、背景光などによる直流成分を抑制して所望
の信号成分のみを取り出すことが出来、且つ構成の簡単
な二次元赤外センサの読み出し回路を提供することにあ
る。
+d)  発明の構成 本発明の特徴は、複数個の光電変換素子が二次元配列さ
れた赤外センサ部と、前記光電変換素子からの検′知出
力のうち所望の信号部分の選択出力手段及び該所望の信
号部分を除く不要電荷の排出手段とを有する構成におい
て、前記所望の信号部分の選択出力手段及び不要電荷の
排出手段が、−導電型半導体基板表面に互いに離隔して
形成された・入力側及び出力側逆導電型領域と、該入力
側及び出力側逆導電型領域に挟まれた領域上に入力ゲー
ト、蓄積ゲート、及び移送ゲートとを有する読み出し電
荷制御素子からなり、且つ前記入力側逆導電型領域が前
記光電変換素子の出力端のそれぞれに接続され、前記入
力ゲート蓄積ゲート、及び移送ゲートの電位をそれぞれ
選択制御することにより、前記出力側逆導電型領域から
、前記光電変換素子の検知出力のうち、所望の信号部分
の選択出力及び不要電荷の排出が可能とされたところに
ある。
fQl  発明の実施例 以下本発明の一実施例を図面を参照しながら説明する。
第1図は本発明の一実施例の要部を模式的に示す要部断
面図であって、1は読み出し電荷量制御素子、2はCO
D、3はリセットトランジスタ、4は光電変換素子で本
実施例では赤外ホトダイオードである。更に5は一導電
型半導体基板で、本実施例ではp型のシリコン(Si)
基板、6,7゜8.9,9”は逆導電型領域で本実施例
ではn型領域、10は絶縁膜で例えば二酸化シリコン(
5i02)膜、11.12.13は多結晶シリコン等よ
りなる読み出し電荷量制御素子1の入力ゲート、蓄積ゲ
ート、移送ゲート、14.15はCCD2の移送ゲート
及び転送電極、16はりセントトランジスタ3のゲート
電極で、14〜16はいずれも多結晶シリコンよりなる
。なおCCD2.  リセットトランジスタ3゜及び赤
外ホトダイオード4は通常のものと何ら変わるところは
ない。
上記本実施例の動作は、電荷蓄積、信号読み出し、及び
不要電荷排出の3段階から構成される。
その動作を第2図のポテンシャル図を参照しながら説明
する。
まず読み出し電荷量制御素子1の入力ゲート11には、
全期間を通じて凡そ0.1(V)の直流電圧を印加して
おく。これにより第2図に見られる如く入力ゲート11
直下部のポテンシャルは僅かに押し下げられる。
■〔電荷蓄積〕 (第2図(a)参照)上記状態で蓄積
ゲート12に凡そ10(V)のパルス電圧を印加する。
このとき移送ゲート13の電位は0 (V)としておく
。これにより蓄積ゲート12直下部のポテンシャルは′
上記入力ゲート11直下部のポテンシャル22より遥か
に深く押し下げられ、ポテンシャルの井戸20が形成さ
れるので、赤外ホトダイオード4から、検知された赤外
光強度に対応する量の電荷が、n型領域6を経由してポ
テンシャルの井戸加に流入(矢印A)し1、所定時間経
過後には上記赤外光強度に対応した電荷量2】がポテン
シャルの井戸20に蓄積される。この段階では移送ゲー
ト13には電圧が印加されていないので、その直下部の
ポテンシャルは高く保たれ、ポテンシャルの井戸20と
n型領域7との間の障壁23として働く。従ってポテン
シャルの井戸2o内の電荷は他へ流れ出すことはない。
■〔信号読み出し〕 (同図(b)参照)次いで読み出
し電荷量制御素子1の移送ゲート13に例えば凡そ2〔
V〕のパルス電圧を印加するとともに、CCD3の移送
ゲート14に凡そ3  (V〕の電圧を印加する。これ
により移送ゲート13及び14直下部のポテンシャルが
下がり、障壁詔及び24が低くなる。そのためポテンシ
ャルの井戸2o内に蓄積された電荷21のうち、上記障
壁23のポテンシャルより高い部分は、障壁23.24
を越えてCCD2のポテンシャルの井戸25内に流入(
矢印B。
C)する。
■〔不要電荷排出〕 (同図(C1参照)次いでC0D
2の移送ゲート14の印加電圧を0(V)ととして障壁
24を高め、CCD2への電荷の移送を停止せしめる。
そしてCOD、2においては通常の読み出し方法に従っ
て、転送電極15に所定の電圧を印加することにより、
ポテンシャルの井戸δに蓄積された電荷は転送され時系
列データとして外部に読み出される。
一方読み出し電荷量制御素子1においては、蓄積ゲート
12に対する印加電圧を凡そ1 〔■〕として、該蓄積
ゲート12直下部のポテンシャルを上昇させるとともに
、リセットトランジスタ3のゲート16に凡そ3〔V〕
の電圧を印加して該ゲート16直下部のポテンシャル2
6を下げることにより、上記ポテンシャルの井戸2o内
部に残留していた電荷を、n型領域7及びリセットトラ
ンジスタ3のn型領域9,9゛を経由して外部の電源に
流出させる(矢印り、E)。これによりポテンシャルの
井戸20内の不要電荷は排出される。このようにポテン
シャルの井戸2oを空にした後、上述の操作を順次繰り
返す。
上記説明中、電荷蓄積段階でポテンシャルの井戸20に
蓄積される電荷量は、検知しようとする対象試料の温度
に対応する。即ち前記従来例の説明の中に掲げた例では
、凡そ300 (’K )に対応する電荷量が蓄積され
る。この電荷量は図ではポテンシャルの井戸20中の電
荷はハツチ部21の高さで表される。
本実施例においては次の信号読み出し段階において、移
送ゲート13に印加する電圧を選択して障壁23の高さ
を制御することにより、上記ポテンシャルの井戸20に
蓄積された電荷量のうちから、CCD2に移送する電荷
量を制御することが出来る。
例えば上記障壁23の高さが280 (’K )である
とすれば、CCD2に移送される電荷量は、約20 (
’K〕の信号に相当する量のみとなり、上記280 (
’K〕の信号に相当する不要電荷は外部に排出されるこ
ととなる。
以上の如く本実施例を用いれば、赤外センサの検知出力
のうちから、望ましくない直流成分を除去し、所望の信
号部分のみを読み出すことが可能となる。
第3図は上記一実施例の信号読み出し部の構成例を示す
要部平面図であって、前記第1図と同一部分は同一符号
を付して示しである。
本実施例の信号読み出し部は前述した如く、読み出し電
荷量制御素子1.CCD’2.及びリセットトランジス
タ3とからなる。読み出し電荷量制御素子1は同図では
1個のみ示したが、実際には0行m列のマトリックス状
に配列され、C0D2及びリセットトランジスタ3は、
いずれも上記マトリックスの1行に対して1個設けられ
ている。
上記読み出し電荷量制御素子1の入力ゲート11゜蓄積
ゲート12.移送ゲート13は、上記7トリノクスの各
列に対してそれぞれ1本ずつ配設されている。
31.32は逆導電型領域6.7上を被覆する絶縁膜に
開口された電極窓、また33.34はそれぞれCCD2
の逆導電型領域8及びリセットトランジスタ3の逆導電
型領域9上の電極窓である。35は上記リセットトラン
ジスタ3の電極窓35から導出され、対応する行の総て
の読み出し電荷量制御素子1の電極窓32.及びCCD
2の電極窓33を連結する配線で、アルミニウム(Nl
)のような金属薄層を用いて形成される。
なお上記一実施例はSi基板5をp型、逆導電型領域を
n型とした例を示したが、これを総て反対としても良い
(fl  発明の詳細 な説明した如く本発明によれば、二次元赤外センナの読
み出しに当たって、背景光などによる直流成分を抑制し
て、所望の信号成分のみを取り出すことが出来る。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第3図は本発明の一実施例を示す図で、第1図
は上記一実施例の構造を模式的に示す要部断面図、第2
図はその動作を説明するためのポテンシャル図、第3図
はその平面配置を示す要部平面図である。 図において、1は読み出し電荷量制御素子、2はCCD
、3はリセットトランジスタ、4は光電変換素子、5は
一導電型の半導体基板、6,7゜8.9.9′は逆導電
型領域、10は絶縁膜、11゜12、13はそれぞれ上
記読み出し電荷量制御素子1の多結晶シリコン等よりな
る入力ゲート、蓄積ゲート、及び移送ゲート、14.1
5はそれぞれC0D2の多結晶シリコン等よりなる移送
ゲート及び転送電極、16はリセットトランジスタ3の
ゲート電極、20及び怒はポテンシャルの井戸、21は
蓄積された電荷、22.23.24.26は電位の障壁
、A−Eは電荷の流れる方向を示す矢印である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 複数個の光電変換素子が二次元配列された赤外センサ部
    と、前記光電変換素子からの検知出力のうち所望の信号
    部分の選択出力手段及び該所望の信号部分を除く不要電
    荷の排出手段とを有する構成において、前記所望の信号
    部分の選択出力手段及び不要電荷の排出手段が、−導電
    型半導体基板表面に互いに離隔して形成された入力側及
    び出力側逆導電型領域と、該入力側及び出力側逆導電型
    領域に挾まれた領域上に入力ゲート蓄積ゲート。 及び移送ゲートとを有する読み出し電荷制御素子からな
    り、且つ前記入力側逆導電型領域が前記光電変換素子の
    出力端のそれぞれに接続され、前記人力ゲート、蓄積ゲ
    ート、及び移送ゲートの電位をそれぞれ選択制御するこ
    とにより、前記出力側逆導電型領域から、前記光電変換
    素子の検知出力のうち、所望の信号部分の選択出力及び
    不要電荷の排出が可能とされたことを特徴とする半導体
    装置。
JP58089820A 1983-05-20 1983-05-20 半導体装置 Granted JPS59214258A (ja)

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JP58089820A JPS59214258A (ja) 1983-05-20 1983-05-20 半導体装置

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JPH0519828B2 JPH0519828B2 (ja) 1993-03-17

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