JPS59219957A - ホトダイオ−ドアレイ - Google Patents

ホトダイオ−ドアレイ

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Publication number
JPS59219957A
JPS59219957A JP58093954A JP9395483A JPS59219957A JP S59219957 A JPS59219957 A JP S59219957A JP 58093954 A JP58093954 A JP 58093954A JP 9395483 A JP9395483 A JP 9395483A JP S59219957 A JPS59219957 A JP S59219957A
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JP
Japan
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electrode
semiconductor region
photodiode
photodiode array
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Pending
Application number
JP58093954A
Other languages
English (en)
Inventor
Shigeru Sonobe
園部 茂
Iwao Kato
加藤 厳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP58093954A priority Critical patent/JPS59219957A/ja
Publication of JPS59219957A publication Critical patent/JPS59219957A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • H01L27/14643Photodiode arrays; MOS imagers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Light Receiving 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は光信号を電気信号に変換するホトダイオードア
レイに係シ、特に、分光器のスペクトル光を検出するホ
トダイオードアレイに関するものである。
〔発明の背景〕
ホトダイオードアレイ(以下1)DAと記す)はその1
L能向上に伴って微弱光を検出する計測分野にも採用さ
れるようになってきた。
第1図は従来のPDAの一般的な回路図である。
PDAIはMOSスイッチで構成された複数段からなる
シフトレジスタ21〜2nと、このシフトレジスタの谷
出力端に接続されたアドレス用MOSスイッチ41〜4
1%及びこのMOSスイッチ4のソース端子に接読され
たホトダイオード31ダ〜3Bの3要素が同一の半導体
基体(しUえはシリコンチップ)上に形成されている。
5は信号の転送速ILを決めるクロックパルス入力端子
、6は繰返し走査周期を決めるスタートパルス入力端子
、8は多段分のシフトレジスタ2の走丘終了パルス出力
端子、9はビデオ信号出力端子で4の谷ドレインを並列
接続した端子である。
10はコモン端子で、ホトダイオード3のアドレス用M
OSス・fフチ4に接続されない端子を並列接続してあ
り、これにはシフトレジスタ2のグランドライン7も接
続されている。
第2図は従来のPDAの外部増幅回路図で、第3図は従
来のI) D Aの特定ピットのビデオ出力波形モデル
図である。111riビデオ増幅用のオペアンプ、12
は負荷抵抗、13は充゛1シ用のバイアス電源・、14
は回路の接地”++liz  15はフィードバック抵
抗で取流増幅度を決定するものである。寸だ、16はD
C阻止谷)AをもつDC阻止用コンデンザ\17はビデ
オアンプの出力1瑞子である。
このようにiンγ成されたPDAと外部増幅回路は、シ
フトレジスタ2が第1図の矢印方向に走査を行ってX 
:i片目のアドレススイッチ4□がオンしたときは、外
部回路から38の並列谷;へ(図示されてない)に矢印
方向に充電電流が工λ荷抵抗12を通って流れるので、
この変化隣ヲビデオ増幅用のオペアンプ11で垢1幅す
る。この時オペアンプ11の出力端にはビデオ出力rJ
j、圧AC成分とバイアス電圧DC成分の和の′電圧が
第3図の如く表われるので、これ−f D Cill止
用コンデンサ16で阻止してレベルAを事実上の零電位
としている。
しかしこの方法の欠点はオペアンプ11のダイナミック
レンジがバイアス電圧分だけ狭くなることと、倣弱光入
射時にtまビデオ出力゛電圧がレベルA以下(即ち負1
)L圧(till )になることもあるので、一般的な
ユニポーラ増幅ではカットオンされる恐れがあることで
ある。これを改善するためにオペアンプ11の位相反転
入力側にキャンセル′c諒を入れてI) Cln1止用
コンデンザ16を省く方法もあるが、これは実用、、′
ユIであるとはいえない。これを改善して現在一応の好
結果を実験的に求めているのが次のものである。
第4図は第2図の改良形である外部増幅回路図である。
第2図と同じ部分には同一符号を付しているが、負荷抵
抗12とバイアス効果源13との間に接地端14を設定
してDC阻止用コンデンサ16を省略して完全なり C
JW幅を行っている。ビデオ出力の負電圧側への振幅に
対してはオペアンプ11のオフセット電圧を若干正、z
 JIE側へ設定しておくことで解決できる。
しかるにこのような回路には微弱光検出の場合は次のよ
うな欠点をもっている。
il+  コモン端子10とj安地端14との間にバイ
アス′亀源が4>在しているので、シフトレジスタの入
力パルスはこの電圧を相殺するために負電圧にも振幅を
持つ第51区(b)のような負′電圧にも]辰幅をもつ
パルスとしなければならないので、回路は複雑となる。
(2)  コモン端子10に電圧が印加されることでシ
フトレジスタのしきい値が基板のバイアス効果により素
子の設計値からずれるだめの動作マージノが不足する。
このような欠点分もつ−Cいるのでその実用化を困+’
、:’+bなもの−とじていン゛こ。
〔発明の目的〕
本発明は」−記従米技術の欠点を屏c′1→し、比較的
簡単な回ll111」二の改善によってず仄弱光検出時
においてもダイナミックレンジが狭くなることも負電圧
11i11がカットオンされることもない信頼性あるホ
トダイオードアレイをJ是自しすることを目的とする。
し発明の概要〕 本発明の特徴とするところケよ、ホトダイオード列と止
片回路とを子?Jf体基体とは反対の4成性を有する各
々の分191F拡散領域内に形成し、この分離拡故頑域
の少なくとも一方を半ぐt体基体に対して逆バイアス状
、憾とすると共に、ホトダイオードのアドレス用スイッ
チに122Aノじされない枦1]の共通ライン用端子と
して分v1□L拡散領域内に走査回路用のグランド市原
とは独立にオーミック接続屯1函を設けて成成しだこと
にある。
即ち、足前回路のグランドとホトダイオードの共通2イ
ンが半導体主基体で共通となっていることが欠点の主原
因となっていることに着目し、ホトダイオード列と走査
回路とを夫々の分離拡散層領域(WELL拡散4と通称
されている)に形成すると共に、半導体主基体とWEL
L領域とは逆ノくイアスすることにより電気的に絶縁状
態に1なき、ホトダイオード列の共通ライン(アノード
或いはカソード)を走査回路のグランドとは独立して半
導体主基体を介さずに外部へ取り出すことにより、ビデ
オ出力信号のDC増幅を容易にしたことである。
〔発明の実施例〕
第6図i本発明の一実施例であるPDAの回路図で、第
1図と同じ部分には同一符号を付しである。第1図と異
なる所はホトダイオード列3の共通ライン10をシフト
レジスタ2のグランドライン19から分離したことであ
る。しかし従来のPDAではこれらが主基体で同゛屯位
となってしまうため分離できなかった。また、微弱光検
出を行なわないのであればその必要もなかった。そのた
めに本実JA同では次の構造をもつ素子を使用した。
第7図は第6図のPDAの1段分の素子構造を示す1%
面図である。ホトダイオードは紙面と垂直な方向に複数
個配列してあシ、シフトレジスタは図の右方に設置され
ているが説明が繁雑となるので図示していない。図にお
いて、20け1対の主表面33と34f:有するn型の
高比抵抗の半導体基体で、ここにP型の導電性を有する
第゛2の半導体領域(WELL拡散領域)21.22と
、第2の半4体領域内に表面を露出させるように埋設さ
れた低比抵抗N型導電性を有する第3の半導体領域(受
光面拡散領域)23と、第3の領域に隣接して同様に埋
設された第4の半導体領域(ドレイン拡散領域)24と
、第2の領域内の適当な位置に同様に埋設された低比抵
抗P型心電性を有する第5の半導体・領域25とから構
成されている。
一方の主表面33の第3の半導体領域の露出する部分が
受光面であり、30は第4の半導体領域の露出面にオー
・ミンク接触した第1の電極、31は第5の半導体領域
25の露出面にオーミック接触した第2の電、唾、32
は他方の主表面34にオーミック接触した第3の電極、
27は一方の主表面33の第1.第2の電極30.31
の接触場所を除く部分を被覆する第1のシリコン酸化膜
で、能動領域のみ膜厚を薄くしである。まだ、26は上
記第1のシリコン酸化$27を介して第3の半導体領域
23と第4の半導体領域24の隙間を橋渡しする導電膜
で、これは例えばポリシリコンであり、第1の電極30
と接触することなく紙面右方に設けられたシフトレジス
タ回路の出力ラインと接続している。なお、第2のシリ
コン酸化膜28は第1電極30、第2の電;+i<3i
の接触箇所を除く部分を被覆するものである。
ホトダイオード用の第2の半導体領域2工とシフトトラ
ンジスタ用の第2の半導体領域22とは夫々の分離拡散
低域で、第2の半導体領域22は第3の電極32を介し
てシフトレジスタ回路の電源電圧と同電位にすることに
よシミ気的絶縁状態に置かれる。また、導電膜26はア
ドレス用MOSスイッチ4のゲート端子であシ、第3の
半導体領域23の一部がソース電極、第4の半導体領域
24がドレイン% 4Mで、第1の電極30が各アイド
ルスイッチのトレイン電極と接触をとシ、ビデオ出力ラ
インとしてホトダイオード3の信号を引出す。第2の電
極31は第2の半導体領域21がホトダイオードのアノ
ード領域であるので、これを外部へ引出すためのライン
となっている。
上記PDAの外部回路として前記第4図の回路を用いた
場合は、ホトダイオードの共通ライン10にバイアス電
源13の電圧を印加してもシフトレジスタ2とは回路的
に分離されているので何等不都合は生じない。また、シ
フトレジスタ2を駆動するパルスも第5図(a)の如く
正側になっているので、その駆動回路は簡単なものでよ
いことになる。
本実施例のPDAは、ホトダイオード列と走査回路をそ
れぞれの分離拡散層領域に形成すると共に、半導体主基
体とWELL領域とは逆バイアスすることによシミ気的
に絶縁状態に置き、ホトダイオード列の共通ラインを走
査回路のグランドとは独立して半導体主基体を介さず外
部へ取り出すことによシ、ビデオ出力信号用のり、C増
幅を容易することができるという効果が得られる。
上記実施例はNチャンネルMO8)ランジスタで構成さ
れたPDAについて説明したが、これに限定されるもの
ではなく、Pチャンネルのものでも適用できる。また、
CCDタイプのPDAでも同様な効果が期待できる。更
に、第7図の説明ではホトダイオードとシフトレジスタ
の両方の分離拡散領域を基体に対して逆バイアスすると
したが、場合によってはホトダイオード側の領域は逆バ
イアスしなくとも効果は得られる。
〔発明の効果〕
本発明のホトダイオードアレイは、微弱光検出時におい
ても信頼性ある測定値が得られるという効果が得られる
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のPDAの一般的な回路図、第2図は従来
のPDAの外部増幅回路図、第3図は従来のPDAの特
定ピットのビデオ出力波形モデル図、第4図は第2図の
改良形である外部増幅回路図、第5図はシフトレジスタ
駆動パルスの電圧据幅比較図、第6図は本発明の一実施
例であるPDAの回路図、第7図は第6図のPDAの1
段分の素子構造を示す断面図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、複数個のホトダイオードからなるホトダイオード列
    と、上記ホトダイオードに夫々接続する複数個のアドレ
    ス用スイッチと、このアドレス用スイッチを時系列的に
    接続させるための走査回路とを同一の半導体基体上に形
    成したホトダイオードアレイにおいて、上記ホトダイオ
    ード列と上記走査回路とを上記半導体基体とは反対の導
    電性を有する各々の分92拡故領域内に形成し、この分
    離拡散領域の少なくとも一方を上記半導体基体に対して
    逆バイアス状態とすると共に、上記ホトダイオードのア
    ドレス用スイッチに接続されない側の共通ライン用端子
    として上記分離拡散領域内に走査回路用グランド電極と
    は独立にオーミック接触電極を設けてなることを特徴と
    するホトダイオードアレイ。 2、上記逆バイアス状態が、ビデオ信号出力端子と接地
    端の間に負荷抵抗を接続し、かつ、ホトダイオード列共
    通ライン端子と上記接地端の間にホトダイオードに対し
    て逆バイアスを与える直流車圧を印加してビデオ出力信
    号を得る状態である特許請求の範囲第1項記載のホトダ
    イオードアレイ。
JP58093954A 1983-05-30 1983-05-30 ホトダイオ−ドアレイ Pending JPS59219957A (ja)

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JP58093954A JPS59219957A (ja) 1983-05-30 1983-05-30 ホトダイオ−ドアレイ

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JP58093954A JPS59219957A (ja) 1983-05-30 1983-05-30 ホトダイオ−ドアレイ

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JPS59219957A true JPS59219957A (ja) 1984-12-11

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ID=14096817

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP58093954A Pending JPS59219957A (ja) 1983-05-30 1983-05-30 ホトダイオ−ドアレイ

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JP (1) JPS59219957A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5332919A (en) * 1992-02-24 1994-07-26 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Photodetector with surrounding region

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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