JPS6012759A - 光電変換装置及びその光電変換方法 - Google Patents

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】 本発明は光電変換装置に関する。

近年光電変換装置殊に、固体撮像装置に関する研究が、
半導体技術の進展と共に積極的に行なわれ、一部では実
用化され始めている。

これらの固体撮像装置は、大きく分けるとＣＣＤ型とＭ
ＯＳ型の２つに分類される。ＣＣＤ型撮像装置は、ＭＯ
Ｓキャパシタ電極下にポテンシャルの井戸を形成し、光
の入射により発生した電荷をこの井戸に蓄積し、読出し
時には、これらのポテンシャルの井戸を、電極にかける
パルスにより順次動かして、蓄積された゛電荷を出力ア
ンプ部まで転送して読出すという原理を用いている。ま
たＣＣＤ型１Ｍ像装置の中には、受光部はｐｎ接合ダイ
オード構造を使い、転送部はＣＯＤ構造で行なうという
タイプのものもある。また一方、ＭＯ３型撮像装置は、
受光部を構成するｐｎ接合よりなるフォトダイオードの
夫々に光の入射により発生した°電荷を蓄積し、読出し
時には、それぞれのフォトダイオードに接続されたＭＯ
Ｓスイッチングトランジスタを順次オンすることにより
蓄積された′電荷を出力アンプ部に読出すという原理を
用いている。

ＣＣＤ型撮像装ｄは、比較的簡単な構造をもち、また、
発生し再る雑音からみても、最終段におけるフローティ
ングｅディフュージョンよりなる電荷検出器の容量値だ
けがランダム雑音に寄与するので、比較的低雑音の撮像
装置であり、低照度撮影が０■能である。ただし、ＣＣ
Ｄ型撮像装置を作るプロセス的制約から、出力アンプと
してＭＯ５型アンプがオンチップ化されるため、シリコ
ンと、　ＳｉＯ２ｎＱとの界面から画像り、　ｆ］につ
きやすいｌ／ｆ雑音が発生する。従って、低雑音とはい
いながら、その性能に限界が存在している。また、高解
像度化を図るためにセル数を増加させて重密度化すると
、−・つのポテンシャル井戸に蓄積できる般大の電荷贋
が減少し、ダイナミックレンジがとれなくなるので、今
後、固体撮像装置が高解像度化されていくにで大きな問
題となる。また、ＣＣＤ型の撮像装置は、ポテンシャル
の井戸を順次動かしながら蓄積゛屯荷を転送していくわ
けであるから、セルの−・つに欠陥が存在してもそこで
電荷転送がス）　ツブしたり、あるいは、極端に悪くな
ってしまい、製造歩留りがトがらないという欠点も有し
ている。

これに対してＭＯＳ型撮像装置は、構造的にはＣＣＤ型
撮像装置、特にフレーム転送型の装置に比較して少し複
雑ではあるが、蓄積電にを大きくし得る様に構成でき、
ダイナミックレンジを広くとれるという優位性をもつ。

また、たとえセルの１つに欠陥が存在しても、ｘ−Ｙア
ドレス方式のためその欠陥による他のセルへの影響がな
く、製造歩留り的には有利である。しかしながら、この
ＭＯＳ型撮像装置では、信号読出し時に各フォトダイオ
ードに配線容量が接続されるため、きわめて大きな信号
電圧ドロップが発生し、出力゛電圧が下がってしまうこ
と、配線容にが大きく、これによるランダム雑音の発生
が大きいこと、また各フォトダイオードおよび水平スキ
ャン用のＭＯＳスイ・・ノチングトランジスタの寄生容
量のばらつきによる固定パターン雑音の混入等があり、
ＣＣ［）型撮像装置に比較して低照度撮影はむずかしい
こと等の欠点を有している。

また、将来の撮像装置の高解像度化においては各セルの
サイズが縮小され、蓄積電荷が減少してい〈。これに対
しチンプサイメから決まってくる配線容！桟は、たとえ
線幅を細くしてもあまり下がらない。このため２ＭＯ３
型撮像装置は、ますｉすＳ／Ｎ的に不利になる。

ＣＣＤ型およびＭＯＳ型撮像装置は、以上の様な−１４
”　＞ＣＪを右しながらも次第に実用化レベルに近すい
てきてはいる。しかし、さらに将来必要とされる高解像
度化を進めていくうえで木質的に大きな問題を右してい
るといえる。

それらの固体撮像装置に関し、特開昭５６−１５．０８
７８　“半導体撮像装置”°、′特開昭５８−１５７０
７３　”“半導体撮像装置゛°、特開昭５８−１ｅｉ５
４７３　“半導体撮像装置°゛に新しい方式が提案され
ている。ＣＣＤ型、ＭＯＳ型の撮像装置が、光入射によ
り発生した電荷を主電極（例えばＭＯＳ）ランジスタの
ソース）に蓄積するのに対して、ここで提案されている
方式は、光入射により発生した電荷を、制御電極　（例
えばへイポーラ・トランジスタのベース、ＳＩＴ　（静
電誘導トランジスタ）あるいはＭＯＳトランジスタのゲ
ート）に蓄積し、光により発生した電荷により、流れる
電流をコ′ントロールするという新しい考え方にもとす
くものである。すなわち、ＣＣＤ型、ＭＯＳ型が、蓄積
された電荷そのものを外部へ読出してくるのに対して、
ここで提案されている方式は、各セルの増幅機能により
電荷増幅してから蓄積された電荷を読出すわけであり、
また見方を変えるとインピーダンス変換により低インピ
ダンス出力として読出すわけである。従って、ここで提
案されている方式は、高出力、広ダイナミツクレンジ、
低雑音でアリ、がっ、光信号により励起されたキャリア
（［荷）は制御′Ｉ′Ｉｔ極に蓄積することから、非破
壊読出しができる等のいぐつかのメリットを有している
。さらに将来の高解像度化に対しても可能性を有する方
式であるといえる。

しかしながら、この方式は、基本的にＸ−Ｙアトレス方
式であり、Ｌ記公報に記載されている素子構造は、従来
のＭＯ３型撮像装置の各セルに／＜イボーラトランジス
タ、５ＩＴ）ランジスタ等の増幅素子を複合化したもの
を基本構成としている。そのため、比較的複雑な構造を
しており、高解像化の【ｊ１能性を有しながらも、その
ままでは高解像化には限界が存在する。

本発明は、各セルに増幅機能を有するもきわめて簡単な
構造であり、将来の高解像度化にも十分少、１処しうる
新しい光電変換装置を提供することをＩＡ的とする。

かかる目的は、３端子よりなる半導体トランジスタの制
御電極領域に、光励起により発生したキャリアを蓄積す
る光電変換装置において、該制御電極領域を浮遊状態に
し、浮遊状態にした制御゛−「極領域の電位を、キャパ
シタを介して制御することにより、光励起により発生し
たキャリアを該制御電極領域に蓄積する蓄積動作、蓄積
動作により該制ｍ電極領域に発生した蓄積電圧を読出す
読出し動作、該制御電極領域に蓄積されたキャリアを消
滅させるリフレッシュ動作をそれぞれさせ得る構造を有
することを特徴とする光電変換装置により達成される。

以下に本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。

ｆＩＳ１図は、本発明の一実施例に係る光電変換装置を
構成する光センサセルの基本構造および動作を説明する
図である。

第１図（ａ’）は、光センサセルの平面図を、第１図（
ｂ）は、第１［Ｎ（ａ）平面図のＡＡ′部分の断面図を
、第１図（ｃ）は、それの等価回路をそれぞれ示す。な
お、各部位において第１図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に共
通するものについては同一の番号をつけている。

第１図では、整列配置方式の平面図を示したが、水１Ｌ
方向解像度を高くするために、画素ずらし方式（補間配
置方式）にも配置できることはもちろんのことである。

この光センサセルは、ｔ５１図（ａ）、（ｂ）に示すご
とく、 リン（Ｐ）、アンチモン（ｓｂ）　、ヒ素（Ａｓ）等の
不純物をドープしてｎ型又はｎ“型とされたシリコン基
板ｌのヒに１通常ＰＳＧＭ等で構成されるパシベーショ
ン１１り２： シリコン酸化膜（Ｓｉ０２）より成る絶縁酸化膜３； となり合う光センサセルとの間を電気的に絶縁するため
のＳｉ０２あるいはＳｉｎ　Ｎ　４等よりなる絶縁膜又
はポリシリコン膜等で構成される素子分離領域４； エピタキシャル技術等で形成される不純物濃度の低いｎ
−領域５： その」二の例えば不純物拡散技術又はイオン注入技術を
用いてポロン（Ｂ）等の不純物をドープしたバイポーラ
トランジスタのベースとなるｐｆ域６； 不純物拡散技術、イオン注入技術等で形成されるバイポ
ーラトランジスタのエミッタとなるｎ＋領域７； 信号を外部へ読出すための、例えばアルミニウム（八１
）　、　Ａｌ−９ｉ、Ａｌ−Ｃｕ−９ｉ等の導電材料で
形成される配線８： 絶縁膜３を通して、浮遊状態になされたｐ９ｎ域６にパ
ルスを印加するための電極９； それの配線１０： 基板ｌの裏面にオーミックコンタクトをとるために不純
物拡散技術等で形成された不純物濃度の高いｎ＋領域１
１； 基板の゛電位を与える、すなわちバイポーラトランジス
タのコレクタ電位を与えるためのアルミニウム等の導゛
屯材料で形成される電極１２；より構成されている。

なお、第１図（ａ）の１９はｎ＋領域７と配線８の接続
をとるためのコンタクト部分である。又配線８および配
線１０の交カニする部分はいわゆる２層配線となってお
り、Ｓｉ０２等の絶縁材料で形成される絶縁領域で、そ
れぞれ互いに絶縁されている。すなわち、金属の２層配
線構造になっている。

ｆＪＳ１図（Ｃ）の等価回路のコンデンサＣｏｘ１３は
電極９、絶縁１１５Ｉ３、ｐ領域６のＭＯ３構造より構
成され、又バイポーラトランジスタ１４はエミッタとし
てのｎ“領域７、ベースとしてのｐ領域６、不純物濃度
の小さいｎ−領域５、コレクタとしてのｎ又はｎ＋領領
域の各部分より構成されている。これらの図面から明ら
かなように、ｐ領域６は浮遊領域になされている。

第１図（Ｃ）の第２の等価回路は、バイポーラトランジ
スタ１４をベース・エミッタの接合容晴Ｃｂｅ１５、ベ
ース・エミッタのｐｎ接合ダイオードＤｂｅ１６．ベー
ス−コレクタの接合台−％１Ｃｂｃ１７、ベース・コレ
クタのｐｎ接合ダイオードＤｂｃ１８を用いて表現した
ものである。

以下、光センサセルの基本動作を第１図を用いて説明す
る。

この光センサセルの基本動作は、光入射による電荷蓄積
動作、読出し動作およびリフレッシュ動作より構成され
る。電荷蓄積動作においては、例えばエミッタは、配Ｉ
Ｉ８を通して接地され、コレクターは配線１２を通して
正電位にバイアスされている。またベースは、あらかじ
めコンデンサー〇〇Ｘ１３に、配線ｌＯを通して正のパ
ルス電圧を印加することにより負電位、すなわち、エミ
ッタ７に対して逆バイアス状態にされているものとする
。このＣｏｘ１３にパルスを印加してベース６を負電位
にバイアスする動作については、後にリフレッシュ動作
の説明のとき、くわしく説明する。

この状ｉ島において、第１図に示す様に光センサセルの
表側から光２０が入射してくると、半導体内においてエ
レクトロンφホール対が発生する。

この内、エレクトロンは、ｎ領域ｌが正電位にバイアス
されているのでｎ領域１偏に流れだしていってしまうが
、ホールはｐ領域６にどんどん蓄積されていく、このホ
ールのｐ領域への蓄積によりｐ領域６の電位は次第に正
電位に向かって変化していく。

第１図（ａ）、（’ｂ）でも各センサセルの受光面下面
は、はとんどｐ領域で占られており、一部ｎ＋領領域と
なっている。当然のことながら、光により励起されるエ
レクトロンΦホール対濃度は表面に近い程大きい、この
ためＰ領域６中にも多くのエレクトロン・ホール対が光
により励起される。ｐ領域中に光励起されたエレクトロ
ンが再結合することなくＰ領域６からただちに流れ出て
、ｎ領域に吸収されるような構造にしておけば、Ｐ領域
６で励起されたホールはそのまま蓄積されて、ｐｔｎ域
６を正電位方向に変化させる。Ｐ領域６の不純物濃度が
均一になされている場合には、光で励起されたエレクト
ロンは拡散で、ｐ領域６とｎ−領域５とのｐｎ−接合部
まで流れ、その後はｎ−領域に加わっている強い電界に
よるドリフトでｎコレクタ領域ｌに吸収される。もちろ
ん、ｐｆｆｉ城６内城主内の走行を拡散だけで行なって
もよいわけであるが１表面から内部に行くほどｐベース
の不純物濃度が減少するように構成しておけば、この不
純物漕度差により、ベース内に内部から表面に向う電界
Ｅｄ、 が発生する。ここで、Ｗ、はｐ領域６の光入射側表面か
らの深さ、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度１．ｑは
単位電−荷、ＮＡＩＩはｐペース領域６の表面不純物濃
度、Ｎ＾目ｉｐ領域６のｎ−高抵抗領域５との界面にお
ける不純物濃度である。

ここで、　Ｎ　Ａｓ　／　Ｎ　Ａｔ　＞　３とすれば、
ｐ領域６内の゛電子の走行は、拡散よりはドリフトによ
り行なわれるようになる。すなわち、ｐ領域６内に光に
より励起されるキャリアを信号として有効に動作させる
ためには、ｐ領域６の不純物濃度は光入射側表面から内
部に向って減少しているようになっていることが望まし
い。拡散でｐ領域６を形成すれば、その不純物濃度は光
入射側表面にくらべ内部に行くほど減少している。

センサセルの受光面下の一部は、ｎ＋領域７により占ら
れている。ｎ＋領域７の深さは、通常０．２〜０．３　
ｐ、ｍ程度、あるいはそれ以下に設計されるから、ｎ１
領域７で吸収される光の量は、もともとあまり多くはな
いのでそれ程問題はない。

ただ、短波長側の光、特に青色光に対しては、ｎ“領域
７の存在は感度低ドの原因になる　、ｎ　＋領域７の不
純物濃度は通常ｌＸｌ０”ｃｍ□３程度あるいはそれ以
とに設計される。こうした高濃度に不純物がドープされ
たｎ＋領域７におけるホールの拡散距離は０，１５〜０
．２　ｐ、ｍ程度である。したがって、ｎ＋領域７内で
光励起されたホールを有効にｐ領域６に流し込むには、
ｎ＋領域７も光入射表面から内部に向って不純物濃度が
減少する構造になっていることが望ましい。ｎ＋領域７
の不純物濃度分布が上記の様になっていれば、光入射側
表面から内部に向う強いドリフト電界が発生して、ｎ１
領域７に光励起されたホールはドリフトによりただちに
Ｐ領域６に流れ込む、ｎ＋領域７、ｐ領域６の不純物濃
度がいずれも光入射側表面から内部に向って減少するよ
うに構成されていれば、センサセルの光入射側表面側に
存在するｎ＋領域７、Ｐ領域６において光励起されたキ
ャリアはすべて光信号として有効に働くのである。＾Ｓ
又はＰを高儂度にドープしたシリコン酸化膜あるいはポ
リシリコン膜からの不純物拡散により、このｎ＋領域７
を形成すると、上記に述べたような望ましい不純物傾斜
をもつｎ＋領領域得ることがｏｆ俺である。

最終的には、ホールの蓄積によりベース電位はエミッタ
電位まで変化し、この場合は接地電位まで変化して、そ
こでクリップされることになる。

より厳密に汀うと、ベース・エミッタ間が順方向に深く
バイアスされて、ペースに蓄積されたポールがエミッタ
に流出し始める電圧でクリップされる。つまり、この場
合の光センサセルの飽和電位は、最初にｐ領域６を負゛
電位にバイアスしたときのバイアス電位と接地電位との
電位差で略々与えられるわけである　ｎ　＋領域７が接
地されず、浮遊状態において光入力によって発生した電
荷の蓄積を行なう場合には、ｐ領域６はｎ領域ｌと略々
同電位まで電荷を蓄積することができる。

以、１−は電荷蓄積動作の定性的な概略説明であるが、
以下に少し具体的かつ定量的に説明する。

この光センサセルの分光感度分布は次式で笑えられる。

Ｓ（入　）　＝　□　争　ｅｘｐ（−α　Ｘ　）１．２
４ Ｘ　（１−ｅｘｐ＜−ａＶ）ｌ　・Ｔ　［Ａ／Ｗｌ（！
、１１．、入は光の波長　［ルｍ１．αはシリコン結晶
中での光の減衰係ａ　［ｐｍ−’］　、ｘは半導体表面
における、再結合損失を起こし感度に′＃早しない”ｄ
ｅａｄ　１ａｙｅｒ”　（不感領域）の厚さ　［ｇｍｌ
、ｙはエビ層の厚さ　［ｇｍ　］　、Ｔは透過率すなわ
ち。

入射してくる光りＩ）に対して反射等を考慮して有効に
′ｒ導体中に入射する光間、の割合をそれぞれ小してい
る。この光センサセルの分光感Ｉｆｆ　Ｓ（入）および
放射照１（［Ｅｅ（入）を用いて光電１１ｆ、　Ｉ　ｐ
は次式で計算され　る。

Ｉｐ＝ｆ″　Ｓ（入）・Ｅｅ（入）−ｄ入［川Ａ／ｃｍ
２］ （ＩＪシ放’ＡＪ！！’ｊ、　Ｉｆ　Ｅ　ｅ　（入ｊ　
［ｇＷ　φｃｍ−２＠　ｎｍ−’　］　は次式で４えら
れる。

［ｐ、Ｗ＊ｃ１’ｏｎ＋ｍ−’］ 伊しＥマはセンサの受光面の照度［Ｌｕｘ　］、Ｐ（入
）はセンサの受光面に入射している光の分光分布、■　
（入）は人間の１１の比視感度である。

これらの式を用いると、エビ厚の層４用四をもつ光セン
サセルでは、Ａ１１（（２８５４°Ｋ）で照射され、セ
ンサ受光面照度が１　［Ｌｕｘ］のとき。

約２８０　ｎＡ／ｃｍ−”の光電流が流れ、入射してく
るフォトンの数あるいは発生するエレクトロン・ホール
対の数は１．８　ＸＩＯ”ケ／ｃ＋ｅ　’　＠ｓｅｅ程
度である。

又、この時、光により励起されたホールかベースに蓄積
することにより発生する電位ＶｐはＶｐ＝Ｑ／Ｃで与え
られる。Ｑは蓄積されるホールの電荷量であり、ＣはＣ
ｂｃ１５とＣｂｃ１７を加算した接合容量である。

いま、ｎ＋領域７の不純物濃度を１０”ｃ■−３、ｐ領
域６の不純物濃度を５　Ｘ　１，０”　ｃｍ−”　、ｎ
−領域５の不純物濃度を１０　ｃｍ　１３、ｎ＋領域７
の面積を１６１Ｌｍ２．ｐ領域６の面積を６４ｐｍ’、
ｎ−領域５の厚さを３ルーにしたときの接合容量は、約
０．０１４ｐＦ位になり、一方、ｐ領域６に蓄積される
ホールの個数は、蓄積時間１／ｌ１ｌＯｓｅｃ　、有効
受光面積、すなわちｐ領域６の面積から電ａｉ８および
９の面積を引いた面積を５８ル鵬２程度とすると、１．
７ＸＩＯ’ケとなる。従って光入射により発生する電位
Ｖｐは　１９０ｍＶ位になる。

ここで注目すべきことは、高解像度化され、セルサイズ
が縮小化されていった時に、一つの光センサセルあたり
に入射する光！−が減少し、蓄積電荷４ｙＱが共に減少
していくが、セルの縮小化に伴ない接合容量もセルサイ
ズに比例して減少していくので、光入射により発生する
電位Ｖｐはほぼ一疋にたもたれるということである。こ
れは本発明における光センサセルが第１図に示すごとく
、きわめて簡単な構造をしており有効受光面がきわめて
大きくとれるｉｒ　ｔｔｈ性を有しているからである。

インターラインタイプのＣＯＤの場合と比較して未発明
における光電変換装置が有利な理由の一つはここにあり
、高解像度化にともない、インターラインタイプのＣＣ
Ｄ型撮像装置では、転送する電荷量を確保しようとする
と転送部の面積が相対的に大きくなり、このため有効受
光面が減少するので、感度、すなわち光入射による発生
電圧が減少してしまうことになる。また、インターライ
ンタイプのＣＣＤ型撮像装置では、飽和電圧が転送部の
大きさにより制限され、どんどん低下していってしまう
のに対し１本発明における光センサセルでは、先にも書
いた様に、最初にｐ領域６を負電位にバイアスした時の
バイアス電圧により飽和電圧は決まるわけであり、大き
な飽和電圧を確保することができる。

以りの様にしてｐ領域６に蓄積された電荷により発生し
た電圧を外部へ読出す動作について次に説明する。

読出し動作状態では、エミッタ、配線８は浮遊状態に、
コレクターは正電位Ｖｃｃに保持される。

第２図に等価回路を示す。今、光を照射する前に、ベー
ス６を負電位にバイアスした時の電位を−ｖ−とし、光
照射により発生した蓄積電圧なＶｐとすると、ベース電
位は、−Ｖ１＋Ｖｐなる電位になっている。この状態で
配線ｌＯを通して電極９に統−出し用の正の電圧ＶＩＩ
を印加すると、このｉＥの電位ｖｌｌは酸化膜容量Ｃｏ
！１３とベースΦエミッタ間接合容量Ｃｂｅ１５、ベー
ス場コレクタ間接合容量Ｃｂｃ７により容量分割され、
ベースには電圧 が加算される。従ってベース電位は となる。ここで、 となる条件が成立するようにしておくと、ベース電位は
光照射により発生したＪ４１１電圧Ｖｐそのものとなる
。このようにしてエミッタ電位に対してベース電位が正
方向にバイアスされると、エレクトロンは、エミッタか
らベースに注入され、コレクタ電位が正電位になってい
るので、ドリフト電界により加速されて、コレクタに到
達する。この時に流れる電流は、次式で与えられる。

ｘ　（ｅｘｐ　−（Ｖ　ｐ　−Ｖ　ｅ）　−１１Ｔ 但しＡｊはベース会エミッタ間の接合面積、ｑは中位電
荷ｉ　（＋、６Ｘ　１０−”クーｏン）、Ｄｎはベース
中におけるエレクトロンの拡散定数、ｎ　Ｐ＠はｐベー
スのエミッタ端における少数キャリヤとしてのエレクト
ロン濃度、Ｗ、はベース幅、ＮＡｅはベースのエミッタ
端におけるアクセプタ濃度、Ｎ＾Ｃはベースのコレクタ
端におけるアクセプタ濃度、にはポルツマン定数、Ｔは
絶対温度、Ｖｅはエミッタ電位である。

この電流は、エミッタ電位Ｖｅがベース電位、すなわち
ここでは光照射により発生した蓄積電圧Ｖｐに等しくな
るまで流れることは上式から明らかである。この時エミ
ッタ電位Ｖｅの時間的変化は次式で計算される。

Ｘ　［ｅｘｐ　−（Ｖ　ｐ　−Ｖ　ｅ）　−１１Ｔ 但し、ここで配線要領Ｃｓはエミッタに接続されている
配線８のもつ容量２１である。

第３図は、上式を用いて計算したエミッタ電位の時間変
化の−・例を示している。

第３図によればエミッタ゛−π位がベース電位に等しく
なるためには、約１秒位を要することになる。これはエ
ミッタ電位　ＶｅがＶｐに近くなるとあまり電流が流れ
なくなることに起因しているわけである。仁たがって、
これを解決するＬ段は、先に電極９に正電圧Ｖ、を印加
するときに、 なる条件を設定したが、この条件の代わりになる条件を
入れ、ベース電位をＶ＠ｔａｓだけ、余分に順方向にバ
イアスしてやる方法が考えられる。

この時に流れる電流は次式で与えられる。

Ｘ　（ｅｘｐ　正−１（Ｖｐ　＋　Ｖｅ＋ａｓ　−Ｖ　
ｅ）　−１１第４図（ａ）に、　Ｖｅ＋ａｓ＝０．８　
Ｖとした場合、ある一定時間の後、電極９に印加してい
たｖＲをゼロボルトにもどし、流れる電流を停止させた
ときの蓄積電圧Ｖｐに対する。読出し電圧、すなわちエ
ミッタ電位の関係を示す。但し、第４図（ａ）では、読
出し電圧はバイアス電圧成分による読出し時間に依存す
る一定の電位が必ず加算されてくるがそのゲタ分をさし
引いた値をプロットしている。電極９に印加している正
電圧ＶＲをゼロボルトにもどした時には、印加したとき
とは逆になる゛電圧がベース電位に加算されるので、ベ
ース電位は、正電圧ＶＲを印加する前の状態、すなわち
−■殻になり、エミッタに対し逆バイアスされるので電
流の流れが停止するわけである。第４図（ａ）によれば
１００ｎｓ程度以上の読出し時間（すなわちＶ、を電極
９に印加している時間）をとれば、蓄積電圧Ｖｐと読出
し電圧は４桁程度の一範囲にわたって直線性は確保され
、高速の読出しが可能であることを示している。第４図
（ａ）で、４５゜の線は読出しに十分の時間をかけた場
合の結果での線は読出しに十分の時間をかけた場合の結
果であり、上記の計算例では、配線８の容量　ｃｓを４
ｐＦとしているが、これはＣｂｅ＋Ｃｂｃの接合台φの
０．０１４ｐＦと比較して約３００倍も大きいにもかか
わらず、ｐ領域６に発生した蓄積電圧Ｖｐが何らの減衰
も受けず、かつ、バイアス電圧の効果により、きわめて
高速に読出されるていることを第４図（ａ）は示してい
る。これは上記構成に係る光センサセルのもつ増幅機能
、すなわち電荷増幅機能が有効に働らいているからであ
る。

これに対して従来のＭＯ３型撮像装置では、蓄積電圧Ｖ
ｐは、このような読出し過程において配線容量Ｃｓの影
９Ｆテｃｊ　１１Ｖｐ　／　（Ｃｊ　＋Ｃｓ　）（（１
７，ＬＣｊはＭＯ３型撮像装置の受光部のｐｎ接合容＋
１：）となり、２桁位読出し７［圧値が下がってしまう
という欠点を有していた。このためＭ　Ｏ’　Ｓ型撮像
装置では、外部へ読出すためのスイッチングＭＯ５）ラ
ンジスタの寄生容峨のばらつきによる固定パターン雑音
、あるいは配線容量すなわち出力容置が大きいことによ
り発生するランタム雑音が大きく、Ｓ／Ｎ比がとれない
という問題があったが、第１図（ａ）　、　（ｂ）　、
　（ｃ）で示す構成の光センサセルでは、ｐ領域６に発
生した蓄積電圧そのものが外部に読出されるわけであり
、この電圧はかなり人きいため固定パターン雑き、出力
容にに起因するランタム雑音が相対的に小さくなり、き
わめてＳ／Ｎ比の良い信吟を得ることがＵ（能である。

先に、バイアス電圧ＶＩＩｓａｓを０．６ｖに設定した
とき、４桁程度の直線性が１００＋＋ｘｅｃ程度の高速
読出し時間で得られることを示したが、この直線性およ
び読出し時間とバイアス電圧　ｖｉｓａｓの関係を計算
した結果をさらにくわしく、第４図（ｂ）にボす・ 第４図（ｂ）において横軸はバイアス電圧ｖＩＩＬａＳ
であり、また、縦軸は読出し時間をとっている。

またパラメータは、蓄積電圧がｌ　ｍＶのときに。

読出し電圧がｌ　−■の８０％、９０％、９５％。

９８％になるまでの時間依存性を示している。第４図（
ａ）に示される様に、蓄積電圧１　■Ｖにおいて、それ
ぞれ８０％、９０％、９５％、９８％になっている時は
、それ以上の蓄積電圧では、さらに良いイ４を示してい
ることは１ｇＩらかである。

この第４図（ｂ）によれば、バイアス電圧Ｖｉｔａｓが
０．８ｖでは、読出し電圧が蓄積電圧の８０％になるの
は読出し時間が０．１２８Ｌｓ　、　９０％になるのは
０．２７７ＬＳ　、９５％になるのは０．５４ｇ５　、
　９８％になるのは　１．４μｓであるのがわかる。ま
た、バイアス電圧Ｖ　ａ＋　ａｓを　０．６ｖより大き
くすれば、さらに高速の読出しがＯｆ能であることを示
している。この様に、撮像装置の全体の設計から読出し
時間および必要な直線性が決定されると、必要とされる
バイアス電圧ｖＩＩＩａｓが第４図（ｂ）のグラフを用
いることにより決定することができる。

上記構成に係る光センサセルのもう一つの利点は、ｐ領
域６に蓄積されたホールはｐ領域６におけるエレクトロ
ンとホールの再結合確率がきわめて小さいことから非破
壊的に読出しＯｆ能なことである。すなわち読出し時に
電極９に印加していた電圧ｖ貸をゼロボルトにもどした
時、ｐ領域６の電位は電圧ｖＩＩを印加する前の逆バイ
アス状態になり、光照射により発生した蓄積電圧Ｖｐは
、新しく光が照射されない限り、そのまま保存されるわ
けである。このことは、上記構成に係る光センサセルを
光電変換装置として構成したときに、システム動作上、
新しい機能を提供することができることを意味する。

このｐ領域６に蓄積電圧Ｖｐを保持できる時間は、きわ
めて長く、最大の保持時間は、むしろ、接合の空乏層中
において熱的に発生する暗電流によって制限を受ける。

すなわち、この熱的に発生する暗電波により光センサセ
ルが飽和してしまうからである。しかしながら、上記構
成に係る光センサセルでは、空乏層の広がっている領域
は、低不純物濃度領域であるｎ−領域５であり、このｎ
−領域５は１１０１２ｃ＋−”　〜１０”　ｃｍ−’程
度と、きわめて不純物濃度が低いため、その結晶性が良
好であり、ＭＯ５Ｍ！！、ＣＣＤ型撮像装置に比較して
熱的に発生するエレクトロン・ホール対は少ない。

このため、暗電流は、イカの従来の装置に比較して小さ
い、すなわち、上記構成に係る光センサセルは本質的に
暗電流雑音の小さい構造をしているわけである。

次いでｐ領域６に蓄積された電荷をリフレッシュする動
作について説明する。

Ｌ記構成に係る光センサセルでは、すでに述べたごとく
、ｐ領域６に蓄積された電荷は、読出し動作では消滅し
ない、このため新しい光情報を人力するためには、前に
蓄積されていた電荷を消滅させるためのリフレッシュ動
作が必要である。また同時に、浮遊状態になされている
ｐ領域６の電位を所定の負電圧に帯電させておく必要が
ある。

−ｈ記構成に係る光センサセルでは、リフレッシュ動作
も読出し動作と同様：配線ｌＯを通して電極９に正電圧
を印加することにより行なう、このとき、配線８を通し
てエミッタを接地する。コレクタは、電極１２を通して
接地又は正電位にしておく、第５図にリフレッシュ動作
の等価回路を示す、但しコレクタ側を接地した状態の例
を示している。

この状態で正電圧■闘なる電圧が電極９に印加されると
、ベース２２には、酸化収容１ｃｏｘ１３、ベース・エ
ミッタ間接合容１３Ｃｂｅ１５、ベース中フレクタ間接
合容１ｃｂｃ１７の容量分割により。

なる電圧が、前の読出し動作のときと同様瞬時的にがが
る。この電圧により、ベース０１３フフ間接合ダイオー
ドＤｂｅ１６およびベース・コレクタ間接合ダイオード
Ｄｂｃ１８は順方向バイアスされて導通状態となり、電
流が流れ始め、ベース電位は次第に低下していく。

この時、ｔｙ＊状態にあるベースの電位Ｖの変化は近似
的に次式で表わされる。

（Ｃｂｅ＋　Ｃｂｃ）リ　＝（ｉｎ＋ｊｚ）ｔ 但し、 ｘ　（ｅｘｐ　（マー−ｙＶ）−１１ Ｘ（ｅ菖ｐ　（−Ｖ）−１） Ｔ ｉｌはダイオードＤｂｃを流れる電流、ｉ、はダイオー
ドＤｂｅを流れる電流である。Ａｂはベース面積、Ａｅ
はエミッタ面積、Ｄｐはコレクタ中におけるホールの拡
散定斂−Ｐｎ＊はコレクタ中における熱平衡状１１ｊの
ホール濃度、Ｌｐはコレクタ中におけるホールの平均自
由行程、ｎｌ、はベース中における熱平衡状ぎａでのエ
レクトロン濁度である。＋２で、ベース側からエミッタ
へのホール注λによる電流は、エミッタの不純物濃度が
ベースの不純物濃度にくらべて充分高いので、無視でき
る。

ヒに示した式は、段階接合近似のものであり実際のデバ
イスでは段階接合からはずれており、又ベースの厚さが
薄く、かつ複雑な濃度分布を有しているので厳密なもの
ではないが、リフレッシュ動作をかなりの近似で説明可
能である。

−Ｌ　式中（７）ベースφコレクタ間に流れる電流１１
の内、Ｑ　”　ＤＰ　”　Ｐｎｓ／　ｉ、ｐはホールに
よる電流、すなわちベースからホールがコレクタ側へ流
れだす成分を示している。このホールによる電流が流れ
やすい様に上記構成に係る光センサセルでは、コレクタ
の不純物濃度は、通常のバイポーラトランジスタに比較
して少し低めに設計される。

この式を用いて計算した、ベース電位の時間依存性の一
例をｔ５６図に示す。横軸は、リフレッシユ電圧ｖｌＩ
Ｈが電極９に印加された瞬間からの時間経過すなわちリ
フレッシュ時間を、縦軸は。

ベース電位をそれぞれ示す、また、ベースの初期電位を
パラメータにしている。ベースの初期電位とは、リフレ
ッシュ１［圧ＶＲＨが加わった瞬間に。

浮遊状態にあるベースが示す電位であり、ｖｌＩＨ＋Ｃ
ｏｔ、　Ｃｂｅ、　Ｃｂｃ及びベースに蓄積されている
電荷によってきまる。

この第６図をみれば、ベースの電位は初期電位によらず
、ある時間経過後には必ず１片対数グラフ上で一つの直
線にしたがって下がっていく。

第６図（ｂ）に、リフレッシュ時間に対するベース電位
変化の実験値を示す。第６図（龜）に示した計算例に比
較して、この実験で用いたテストデバイスは、ディメン
ションがかなり大きいため、計算例とはその絶対値は一
致しないが、リフレッシュ時間に対するベース電位変化
が片対数グラフにで直線的に変化していることが実証さ
れている。この実験例ではコレクタおよびエミッタの両
者をＪｌｉ地したときの値を示している。

今、光照射による１？積電圧Ｖｐの最大値を０．４［Ｖ
］　、リフレ・ンシュ電圧■賢ｌによりベースに印加さ
れる電圧■　を０．４［Ｖ　１　とすると、第６図に示
すごとく初期ベース電位の最大値は０．８［Ｖ］となり
、リフレッシュ電圧印加後１０　［ｓｅｃ］後には直線
にのってベース電位が下がり始め、１０１［ｓｅｃ］後
には、光があたらなかった時、すなわち初期ベース電位
が０．４［Ｖ］のときの電位変化と一致する。

ｐ領域６が、ＭＯＳキャパシタＣｏｔを通して正電圧を
ある時間印加し、その正電圧を除去すると負電位に？ｔ
Ｆ屯する仕方には、２通りの仕方がある。一つは、ｐ領
域６から正電荷を持つホールが、主として接地状態にあ
るｎ領域ｌに流れ０１すことによって、負電荷が蓄積さ
れる動作である。

ｐ領域６からホールが、ｎ領域ｌに一方的に流れ、ｎ領
域ｌの電−ｒ−があまりｐ領域６内に流れ込まないよう
にするためには、ｐ領域６の不純物密度をｎ領域ｌの不
純物密度より高くしておけばよい、一方、ｎ＋領域７や
ｎ領域ｌからの電子が、ｐ領域６に流れ込み、ホールと
再結合することによって、Ｐ領域６に負電荷が蓄積する
動作も行なえる。この場合には、ｎ領域ｌの不純物密度
はｐ領域６より高くなされている。ｐ領域６からホール
が波山することによって、負電荷が蓄積する動作の方が
、ｐ領域６ベースに電子が流れ込んでホールと再結合す
ることにより負電荷が蓄積する動作よりはるかに速い、
しかし、これまでの実験によれば、電子をｐ領域６に流
し込むリフレッシュ動作でも、充電変換装置の動作に対
しては、十分に速い時間応答を示すことが確認されてい
る。

上記構成に係る光センサセルｔｔｘｙ方向に多数ならべ
て光電変換装置を構成したきき、画像により各センサセ
ルで、蓄積電圧Ｖｐは、」；記の例では　０〜０．４　
［Ｖ］　の間でばらついているが、リフレッシュ電圧Ｖ
ＲＨ印加後１０−’　［５ｅｃｌには、全てのセンサセ
ルのベースには約０．３［Ｖ］程度の一定電圧は残るも
のの、画像による蓄積電圧Ｖｐの変化分は全て消えてし
まうことがわかる。すなわち、上記構成に係る光センサ
セルによる光電変換装置では、リフレッシュ動作により
全てのセンサセルのベース電位をゼロボルトまで持って
い〈完全リフレッシュモードと（このときは第６図（ａ
）の例ではＩＯ［ｓｅｃ］を要する）、ベース電位には
ある一定電圧は残るものの蓄積電圧Ｖｐによる変動成分
が消えてしまう過渡的リフレシュモードのニ一つが存在
するわけである（このときは第６図（ａ）の例では、１
０　［Ｊｌ、　５ｅｃｌ　〜ＩＯ［ｓｅｃ］のリフレッ
シュパルス）。以−Ｌの例では、リフレッシュ電圧ｖＲ
１１によりベースに印加される°重圧■　を０．４’［
Ｖ］としたが、この電圧■＾を０．６［Ｖ］とすれば。

上記、ｉＩ！Ｓ渡的リフレフシュモードは、第６図によ
れば、ｌ　［ｎ５ｅｃ］でおこり、きわめて高速にリフ
レッシュすることができる。完全リフレッシュモードで
動作させるか、過渡的リフレッシュモードで動作させる
かの選択は光電変換装置の使用目的によって決定される
。

この過渡的リフレッシュモードにおいてベースに残る電
圧を■１とすると、リフレッシュ電圧Ｖ　ｇＨを印加後
、ＶＩＩＮをゼロボルトにもどす瞬間の過渡的状態にお
いて、 なる負゛電圧がベースに加算されるので、リフレッシュ
パルスによるリフレッシュ動作後のベース電位は Ｃｏｔ Ｖ、−□・７曲 ＣＯ！＋　Ｃｂｅ＋　Ｃｂｅ となり、ベースはエミッタに対して逆バイアス状態にな
る。

先に光により励起されたキャリアを蓄積する蓄積動作の
とき１．Ｖ積状態ではベースは逆バイアス状態で行なわ
れるという説明をしたが、このリフレッシュ動作により
、リフレッシュおよびベースを逆バイアス状態に持って
いくことの２つの動作が同時に行なわれるわけである。

第６図（Ｃ）にリフレッシュ電圧ＶＲＩＩに対するリフ
レッシュ動作後のベース電位 ｏ１１ ＶＫ−□・ｖＲ■ ＣＯ！＋　Ｃｂｅ＋　Ｃｂｅ の変化の実験イ１を示す、パラメータとしてＣｏｔの値
を５ｐＦから１ｏＯｐＦまでとっている。丸印は実験値
であり、実線は Ｃｏ重 Ｖ、−□・Ｖ□ Ｃｏｘ＋Ｃｂｅ＋Ｃｂｃ より計算される計算値を示している。このときＶ　Ｋ　
＝　０．６２Ｖであり、また、Ｃｂｃ＋　Ｃｂｅ＝　４
ｐＦである。但し観測用オシロスコープのプローグ容噺
１３ｐＦがＣｂｃ＋Ｃｂｅに並列に接続されている。こ
の様に、計算値と実験値は完全に一致しており、リフレ
ッシュ動作が実験的にも確認されている。

以ｔのリフレッシュ動作においては、第５図に示す様に
、コレクタを接地したときの例について説明したが、コ
レクタを市電位にした状態で行なうこともｉｑ能である
。このときは、ベース・コレクタ間接合ダイオードＤｂ
ｃ１８が、リフレッシュパルスが印加されても、このリ
フレッシュパルスによりベースに印加される゛電位より
も、コレクタに印加されている１Ｅ１ｒＬ位の方が大き
いと非導通状態のままなので、電流はベース・エミッタ
間接合ダイオードＤｂｅ１６だけを通して流れる。この
ため、ベース電位の低下は、よりゆっくりしたものにな
るが、基本的には、前に説１！１１１．だのと、まった
く回様な動作が行なわれるわけである。

すなわち第６図（ａ）のリフレッシュ時間に対するベー
ス電位の関係は、第６図（ａ）のベース電位が低ドする
時の斜めの直線が右側の方、つまり、より時間の要する
方向ヘシフトすることになる。

したがって、コレクタを接地した時と同じリフレッシユ
電圧Ｖ□を用いると、リフレッシュに時間を要すること
になるが、リフレッシュ電圧Ｖｌｌ）ｌをわずか高めて
やればコレクタを接地した時と同様、高速のリフレ・ン
シュ動作がＩ′ｉ丁能である。

以上が光入射による電荷蓄積動作、読出し動作、リフレ
ッシユ動作よりなる。Ｌ記構成に係る光センサセルの基
本動作の説明である。

以上説明したごとく、に記構成に係る光センサセルの基
本構造は、すでにあげた特開昭５６−１５０８７８、特
開昭５８−１５７０７３　、特開昭５６−１θ５４７３
と比較してきわめて筒中な構造であり、将来の高解像度
化に十分対応できるとともに、それらのもつ優れた特徴
である増幅機能からくる低雑音、高出力、広ダイナミン
クレンジ、非破壊読出し等のメリットをそのまま保存し
ている。

次に、以上説明した構成に係る光センサセルを二次元に
配列して構成した本発明の光電変換装置の一実施例につ
いて図面を用いて説明する。

八木光センサセル構造を二次元的に３×３に配列した光
電変換装の回路構成図図を第７図に示す。

すでに説Ｉｊｌ　した点線でかこまれた基本光センサセ
ル３０（この時へイポーラトランジスタのコレクタは基
板および基板電極に接続されることを示している。）、
読出しパルスおよびリフレッシュパルスを印加するため
の水１ｔライン３１゜３１　′、　３１　”、読出しパ
ルスを発生させるための１■直シフトレジスタ３２、Ｉ
ト直シフトレジスタ３２と水平ライン３１．３１’、３
１”の間のバッファＭＯＳトランジスタ３３．３３’。

３３″・　″ツファＭＯＳトランジスタ３３゜３３′、
３３″のゲーｉ・にパルスを印加するための端子３４、
リフレッシュパルスを印加するためのバッフγＭＯＳト
ランジスタ３５．３５’、３５″、それのゲートにパル
スを印加するための端子３６、リフレ・ンシュパルスを
印加するための端子３７．基本光センサセル　３ｏがら
蓄積電圧を読出すための垂直ライン３８．３８’、３８
″。

各垂直ラインを選択するためのパルスを発生する水平シ
フトレジスタ３９．各垂直ラインを開閉するためのゲー
ト用ＭＯＳトランンジスタ４０゜４０．４０″、蓄積電
圧をアンプ部に読出すための出力ライン４１、読出し後
に、出方ラインに蓄積した電荷をリフレッシュするため
のＭＯＳトランジスタ４２、ＭＯＳトランジスタ４２ヘ
リフレツシユパルスを印加するための端子４３、出方信
号を増幅するためのバイポーラ、ＭＯＳ、ＦＥＴ、Ｊ−
、ＦＥＴ等のトランジスタ４４、負荷抵抗４５、トラン
ジスタと電源を接続するための端子４６、トランジスタ
の出力端子４７、読出し動作において垂直ライン４０．
４０’、４０”に蓄積された電荷をリフレッシュするた
めのＭＯＳ）ランジスタ４８．４．８　′、　４Ｂ　”
、　オ、ｌ：びＭＯＳ）ランジスタ４８．４８′、４８
”のゲートにパルスを印加するための端子４９によりこ
の光電変換装置は構成されている。

この光電変換装置の動作について第７図および第８図に
示すパルスタイミング図を用いて説明する。

第８図において１区間６１はリフレッシュ動作、区間６
２は＃積動作１区間６３は読出し動作にそれぞれ対応し
ている。

時刻ｔ１において、基板電位、すなわち光センサセル部
のコレクタ電位６４は、接地電位または正電位に保たれ
るが、第８図では接地電位に保たれているものを示して
いる。接地電位又は正電位のいずれにしても、すでに説
明した様に、リフレッシュに要する時間が異なってくる
だけであり、ノ、（本動作に変化はない、端子４９の電
位６５はｈｉｇｈ状態であり、ＭＯＳ）ランジスタ４８
゜４８’、４Ｂ”は導通状態に保たれ、各光センサセル
は、垂直ライン３８．３８′、３８“を通して接地され
ている。また端子３６には、波形６６のごとくバッフ、
ＭＯ３）ランジスタが導通する電圧が印加されており、
全画面一括リフレッシュ用バッファＭＯＳ）ランジスタ
３５．３５’、３５″は導通状態となっている。この状
態で端子３７に波形　６７のごとくパルスが印加される
と。

水平ライン３１．３１’、３１”を通して各光センサセ
ルのベースに電圧がかかり、すでに説明した様に、リフ
レッシュ動作に入り、それ以前に蓄積されていた電荷が
、完全リフレッシュモード又は過渡的リフツレシュモー
ドにしたがってリフレッシュされる。完全リフレフシュ
モードになるか又は過渡的リフレッシュモードになるか
は波形６７のパルス輻により決定されるわけである。　
。

ｔ７７時刻おいて、すでに説明したごとく、各光センサ
セルのトランジスタのベースはエミッタに対して逆バイ
アス状態となり１次の蓄積区間６２へ移る。このリフレ
ッシュ区間６１においては、図に示すように、他の印加
パルスは全てｌｏｗ状態に保たれている。

蓄積動作区間６２においては、基板電圧、すなわちトラ
ンジスタのコレクタ電位波形　６４は正電位にする。こ
れにより光隔射により発生したエレクトロン・ホール対
のうちのエレクトロンを、コレクタ側へ早く渡してしま
うことができる。しかし、このコレクタ電位を正電位に
保つことは、゛ベースをエミッタに対して逆方向バイア
ス状態、すなわち負電位にして撮像しているので必須条
件ではな（、接地電位あるいは若干負電位状態にしても
基本的なａｔａ動作に変化はない。

蓄積動作状態においては、ＭＯＳトランジスタ４８．４
８’、４８″のゲート端子４９の電位６５は、リフレッ
シュ区間と同様、ｈｉｇｈに保たれ、各ＭＯＳトランジ
スタは導通状ｆａに保たれ゛る。このため、各光センサ
セルのエミッタは垂直ライン３８．３８’、３８”を通
して接地されている０強い光の照射により、ベースにホ
ールが蓄。

積され、飽和してくると、すなわちベース電位がエミッ
タ電位（接地電位）に対して順方向バイアス状態になっ
てくると、ホールは垂直ライン３８．３８′、３８”を
通して流れ、そこでベース電位変化は停止トシ、はクツ
リプされることになる。

したがって、垂直方向にとなり合う光センサセルのエミ
ッタが垂直ライン３８．３８’、３８”により共通に接
続されていても、この様に垂直ライン３８．３８’、３
８”を接地しておくと、ブルーミング現象を生ずること
はない。

このブルーミング現象をさける方法は、ＭＯＳトランジ
スタ４８．４８’、４８”を非導通状態にして、垂直ラ
イン３８．３８’、３８”を浮遊１ｇにしていても、基
板電位、すなわちコレクタ電位６４を若干負電位にして
おき、ホールの＃積によりベース電位が正電位方向に変
化してきたとき、エミッタより先にコレクタ側の方へ流
れだす様にすることにより達成することも５丁能である
。

蓄積区間６２に次いで１時刻ｔ１より読出し区間６３に
なる。この時刻ｔｓにおいて、ＭＯＳトランジスタ４８
．４８’、４８”のゲート端子４９の電位６５をｌｏｗ
にし、かつ水平ライン３１．３１′、３１”のバッファ
ーＭＯＳトランジスタ３３．３３’、３３＃のゲート端
子の電位６８をｈｉｇｈにし、それぞれのＭＯＳ）ラン
ジスタを導通状態とする。但し、このゲート端子３４の
電位６８をｈｉｇｈにするタイミングは１時刻ｔ３であ
ることは必須条件ではなく、それより早い時刻であれば
良い。

時刻ｔ４では、垂直シフトレジスター３２の出力のうち
、水平ライン３１に接続されたものが波形６９のごと＜
　ｈｉｇｈとなり、このとき、ＭＯＳ）　、ランジスタ
３３が導通状態であるから、この水平ライン３１に接続
された３つの各光センサセルの読出しが行なわれる。こ
の読出し動作はすでに前に説明した通りであり、各光セ
ンサセルのベース領域に蓄積された信号電荷により発生
した信号電圧は、そのまま、垂直ライン３８．３８’。

３８″に現われる。このときの垂直シフトレジスター３
２からのパルス電圧のパルス幅は、第４図に示した様に
、ｉ積電圧に対する読出し電圧が、１・分直線性を保つ
関係になるパルス幅に設定される。またパルス電圧は先
に説明した様に、ＶｌＩａｓ分だけエミッタに対して順
方向バイアスがかかる様調整、される。

？ｆＫ　ＩＩ’　テ、　時刻ｔ　＊　において、水平シ
フトレジスタ３９の出力のうち、垂直ライン３８に接続
されたＭＯＳトランジスタ４０のゲートへの出力だけが
波形７０のごと（ｈｉｇｈとなり、ＭＯＳ）ランジスタ
４０が導通状態となり、出力信号は出力ライン４１を通
して、出力トランジスタ４４に入り。

電流増幅されて出力端子４７から出力される。この様に
信号が読出された後、出力ライン４１には配線容にに起
因する信号電荷が残っているので。

時刻ｔ６において、ＭＯＳ）ランジスタ４２のゲート端
子４３にパルス波形７１のごとくパルスを印加し、ＭＯ
Ｓ）ランジスタ４２を導通状態にして出力ライン４１を
接地して、この残留した信号電荷をリフレッシュしてや
るわけである。以下同様にして、スイッチングＭＯ３）
ランジスタ４０’、４０”を順次導通させて垂直ライン
３Ｂ’、３８”の信号出力を読出す、この様にして水平
に並んだ−ライン分の各光センサセルからの信号を読出
した後、垂直ライン３８．３８’。

３８＃には、出力ライン４１と同様、それの配線容量に
起因する信号電荷が残留しているので、各暇直ライン３
８．３８’、３８″に接続されたＭＯＳ）ランジスタ４
８．４８’、４８．”を、それのゲート端子４９に波形
６５で示される様にｈｉｇｈにして導通させ、この残留
信号電荷をリフレッシュする。

次イで、時刻ｔ　ｓにおいて、垂直シフトレジスター３
２の出力のうち、水平ライン３１′に接続された出力が
波形６９′のごと（ｈｉｇｈとなり、水ｑｔライン３１
′に接続された各光センサセルの蓄積電圧が、各垂直ラ
イン３８．３８’、３８″に読出されるわけである。以
下、順次前と同様の動作により、出力端子４７から信号
が読出される。

以にの説明においては、蓄積区間６２と読出し区間６３
が明確に区分される様な応用分野１例えばｈ＆近研究開
発が積極的に行なわれているスチルビデオに適用される
動作状態について説明したが、テレビカメラの様に蓄積
区間６２における動作と読出し区間６３における動作が
同時に行なわれている様な応用分野に関しても、第８図
のパルスタイミングを変更することにより適用可能であ
る。但し、この時のリフレッシュは全画面一括リフレッ
シュではなく、−ライン毎のリフレッシュ機能が必要で
ある０例えば、水平ライン３１に接続された各光センサ
セルの信号が読出された後、時刻１．において各垂直ラ
インに残留した電荷を消去するためＭＯＳ）ランジスタ
４Ｂ、４８′。

４８″を導通にするが、このとき水平ライン３１にリフ
レッシュパルスを印加する。すなわち、波形６９におい
て時刻ｔ１においても時刻ｔ４と同様、パルス電圧、パ
ルス幅、の異なるのパルスを発生する様な構成の垂直シ
フトレジスタを使用することにより達成することができ
る。この様にダブルパルス的動作以外には、’ｉ７図の
右側に設置した一部リフレッシュパルスを印加する機器
の代りに、左側と同様のｗＳ２の垂直シフトレジスタを
右側にも設け、タイミングを左側に設けられた垂直レジ
スタとずらせながら動作させることにより達成させるこ
とも可能である。

このときは、すでに説明した様な蓄積状態において、各
光センサセルのエミッタおよびコレクタの各電位を操作
してプルーミングを押さえるという動作の自由度が少な
くなる。しかし、基本動作の所で説明した様に、読出し
状態では、ベースにＶｇｓａｓなるバイアス″−［圧を
印加したときに始めて高速読出しができる様な構成とし
ているので、第３図のグラフかられかる様に、Ｖ　ｉ＋
　ａｓを印加しない時に、各光センサセルの飽和により
、垂直ライン２８．２８’、２８”に流れだす信号型荷
分はきわめてわずかであり、ブルーミング現象は、まっ
たく問題にはならない。

゛また。スミア現象に対しても、本実施例に係る光電変
換装置は、きわめて優れた特性を得ることができる。ス
ミア現象は、ＣＣＤ型撮像装置、特にフレーム転送型に
おいては、光の照射されている所を電荷転送されるとい
う、動作および構造上発生する問題であり、インタライ
ン型においては１、特に長波長の光により半導体の深部
で発生したキャリアが電荷転送部に蓄積されるために発
生する問題である。

また、ＭＯ３型撮像装置においては、各光センサセルに
接地されたスイッチングＭＯＳトランジスタのドレイン
側に、やはり長波長の光により半導体深部で発生したキ
ャリアが蓄積されるために生じる問題である。

これに対して本実施例に係る光電変換装置では、動作お
よび構造上発生するスミア現象はまったくなく、また長
波長の光により半導体深部で発生したキャリアが蓄積さ
れるという現象もまったく生じない、但し、光センサセ
ルのエミッタにおいて比較的表面近傍で発生したエレク
トロンとホールのうち、エレクトロンが蓄積されるとい
う現象が心配されるが、これは、一括リフレッシュ動作
のときは蓄積動作状態において、エミッタが接地されて
いるため、エレクトロンは蓄積されず、スミア現象が生
じ４い、また通常のテレビカメラのとき応用されるライ
ンリフレッシュ動作のときは、水平ブランキングの期間
において、垂直ラインに蓄積電圧を読出す前に、垂直ラ
インを接地してリフレッシュするので、この時同時にエ
ミッタに一水平走査期間に蓄積されたエレクトロンは流
れ出してしまい、このため、スミア現象ｔヨはとんど発
生しない、この様に、本実施例に係る充電変換装置では
、その構造ヒおよび動作−ヒ、スミア現象はほとん本質
的に無視し１！する程度しか発生せず１本実施例に係る
光電変換装置の大きな利点の−・つである。

また、蓄積動作状態において、エミッタおよびコレクタ
の各電位を操作して、ブルーミング現象を押さえるとい
う動作について前に記述したが、これを利用してγ特性
を制御することも可能である。

すなわち、蓄積動作の途中おいて、一時的にエミッタま
たはコレクタの電位をある一定の負電位にし、ベースに
蓄積されたキャリアのうち、この負電位を墜えるキャリ
ア数より多く蓄積されてしするホールをエミッタまたは
コレクタ側へ流してしまうという動作をさせる。これに
より、蓄積電圧と入射光量に対する関係は、入射光量の
小さ６ｓときはシリコン結晶のもつγ＝１の特性を示し
、入射光量の大きい所では、γが１より小さくなる様な
特性を示す。つまり、折線近似的に通常テレビカメラで
要求されるγ＝　０．４５の特性をもたせることが可能
である。蓄積動作の途中においてト記動作を一度やれば
一折線近似となり、エミッタ又はコレクタに印加する負
電位を二度適宜変更して行なえば、二折線タイプのγ特
性を持たせることも可能である。

また、以上の実施例においては、シリコン基板を共通コ
レクタとしているが通常バイポーラトランジスタのごと
く埋込ｎ＋領領域設け、各ライン毎にコレクタを分割さ
せる様な構造としてもよい。

なお、実際の動作には第８図に示したパルスタイミング
以外に、垂直シフトレジスタ３２、水１Ｌシフトレジス
３９を駆動するためのクロックパルスが必要である。

第９図に出力信号に関係する等価回路を示す。

容量Ｃマ８０は、垂直ライン３８．３８’。

３８″の配線６清であり、容“１１□Ｃ，８１は出力ラ
イン４１の配線６諧をそれぞれ示している。また第９図
右側の等価回路は、読出し状態におけるものであり、ス
イッチング用ＭＯＳトランジスタ４０．４０′、４０”
は導通状！ムであり、それの導通状態における抵抗値を
抵抗ＲＭ８２で示している。また増幅用トランジスタ４
４を抵抗ｒ、８３および電流ｖ、８４を用いた等価回路
で示している。出力ライン４１の配線６槍に起因する電
荷蓄積をリフレッシュするためのＭＯＳトランジスタ４
２は、読出し状態では非導通状態であり、インピーダン
スが高いので、右側の等価回路では省略している。

等価回路の各パラメータは、実際に構成する光電変換装
置の大きさにより決定されるわけであるが、例えば、容
覆Ｃマ８０は約４　ｐＦ位、容量Ｃ，８１は約４　ｐＦ
位、ＭＯＳトランジスタの導通状態の抵抗ＲＭ８２は３
にΩ程度、バイポーラトランジスタ４４の電流増幅率β
は約１００程度として、出力端子４７において観測され
る出力信号波形を計算した例を第１０図に示す。

第１Ｑ図において横軸はスイッチングＭＯＳトランジス
タ４０．４０’、４０”が導通した瞬間からの時間　［
ｐｓ］を、縦軸は垂直ライン３８゜３８′、３８″の配
線容捕Ｃマ８０に、各光センサセルから信号電荷が読出
されてｌボルトの電圧がかかっているときの出力端子４
７に現われる出力電圧　［Ｖ］　をそれぞれ示している
。

出力信号波形８５は負荷抵抗Ｒε４５がＩＯＫΩ、８６
は負荷抵抗Ｒ６４５が５にΩ、８７は負荷抵抗Ｒ１４５
が２にΩのときのものであり、いずれにおいてもピーク
値は、Ｃｖ８０とＣ，８１の容量分割により０．５ｖ程
度になっている。当然のことながら、負荷抵抗Ｒ５４５
が大きい方が減衰敬は小さく、望ましい出力波形になっ
ている。

立−ヒリ時間は、上記のパラメータ値のとき、約２０　
ｎ５ｅｃと高速である。スイッチングＭＯＳトランジス
タ４０．４０′、４０”の導通状態における抵抗Ｒ，を
小さくすることにより、および、配線容量Ｃマ　、ＣＩ
を小さくすることにより、さらに高速の読出しも可能で
ある。

」二記構成に係る光センサセルを利用した光電変換装置
では、各光センサセルのもつ増＠機能により、出力に現
れる電圧が大きいため、最終段の増幅アンプも、ＭＯ３
型撮像装置に比較してかなり簡Ｃ１ｉなもので良い。Ｌ
記例ではバイポーラトランジスタ１段のタイプのものを
使用した例について説明したが、２段構成のもの等、他
の方式を使うことも当然のことなからｕｆ能である。こ
の例の様にバイポーラトランジスタを用いると、ＣＯＤ
撮像装置における最終段のアンプのＭＯＳトランジスタ
から発生する画像」二目につきゃすいＩ／ｆ雑音の問題
が、本実施例の光電変換装置では発生せず、きわめてＳ
／Ｎ比の良い画質を得ることが可能である。

上に述べた様に、」二記構成に係る光センサセルを利用
した光電変換装置では、最終段の増幅アンプがきわめて
簡単なもので良いことから、最終段の増幅アンプを一つ
だけ設ける第７図に示した一実施例のごときタイプでは
なく、増幅アンプを複数個設置して、一つの画面を複数
に分割して読出す様な構成とすることもｕ（能である。

第１１図に、分割読出し方式の一例を示す。第１１図に
示す実施例は、水平方向を３分割とし最終段アンプを３
つ設置した例である。基本的な動作は第７図の実施例お
よび第８図のタイミング図を用いて説明したものとほと
んど同じであるが、この第１１図の実施例では、３つの
等価な水ｆシフトレジスタ１００　、ｌｏｔ　、１０２
を設け、これらの始動パルスを印加するための端子１０
３に始動パルスが入ると、１列Ｅｌ、（ｎ＋１）列■。

（２ｎ＋１）列し＋（ｎは整穀であり、この実施例では
水平方向絵素数は３ｎ個である。）に接続された各セン
サセルの出力が同時に読出されることになる。次の時点
では、２列目、（ｎ＋２）列目、（２ｎ＋２）列目が読
出されることになる。

この実施例によれば、−木の水平ライン分を読出す時間
が固定されている時は、水平方向のスキャニング周波数
は、一つの最終段アンプをつけた方式に比較して１／３
の周波数で良く、水平シフトレジスターが簡単になり、
かつ光電変換装置からの出、力信号をアナログディジタ
ル変換して、信号処理する様な用途には、高速のアナロ
グ争ディジタル変換器は不必要であり、分割読出し方式
の大きな利点である。

第１１図に示した実施例では、等価な水平シフトレジス
ターを３つ設けた方式であったが、同様な機能は、水平
レジスター１つだけでももたせる゛ことが可能である。

この場合の実施例を第１２図に示す。

第１２図の実施例は、第１１図に示した実施例のうちの
水平スイッチングＭＯＳトランジスターと、最終段アン
プの中間の部分だけを書いたものであり、他の部分は、
第１１図の実施例と同じであるから省略している。

この実施例では、１つの水平シフトレジスター１０４か
らの出力を１列目、（ｎ＋１）列目、（２ｎ＋　１）列
■のスイッチングＭＯ３）ランシスターのゲートに接続
し、それらのラインを同時に読出す様にしている０次の
時点では、２列目、（ｎ＋２）列■、（２ｎ＋２）列■
が読出されるわけである。

この実施例によれば、各スイッチングＭＯ３）ランシス
ターのゲートへの配線は増加するものの、水平シフトレ
ジスターとしては１つだけで動作が可能である。

第１１図、１２図の例では出力アンプを３個設けた例を
示したが、この数はその目的に応じてさらに多くしても
よいことはもちろんである。

第１１図、第１２図の実施例ではいずれも、水平シフト
レジスター、垂直シフトレジスターの始動パルスおよび
クロックパルスは省略しているが、これらは、他のリフ
レッシュパルスと同様、同一・チップ内に設けたクロ−
２クパルス発生器あるいは、他のチップ上に設けられた
クロックパルス発生器から供給される。

この分割読出し方式では、水平ライン一括又は全画面一
括リフレッシュを行なうと、ｎ列目と　（ｎ＋１）列目
の光センサセル間では、わずか蓄積時間が異なり、これ
により、暗電流成分および信号成分に、わずかの不連続
性が生じ１画像上目についてくる可能性も考えられるが
、これの量はわずかであり、実用ヒ問題はない、また、
これが、許容限度以」−になってきた場合でも、外部回
路を用いて、それを補正することは、キヨシ状波を発生
させ、これと暗電流成分との減算およびこれと信号成分
の乗除算により行なう従来の補正技術を使用することに
より容易に０■能である。　′この様な光電変換装置を
用いて、カラー画像を撮像する時は、光電変換装置のＥ
に、ストライプフィルターあるいは、モザイクフィルタ
ー等をオンチップ化したり、又は、別に作ったカラーフ
ィルターを貼合せることによりカラー信号を得ることが
可能である。

一例としてＲ，Ｇ、Ｈのストライプ・フィルターを使用
した時は、上記構成に係る光センサセルを利用した光電
変換装置ではそれぞれ別々の最終段アンプよりＲ信号、
Ｇ信号、Ｂ信号を得ることが可能である。これの一実施
例を第１３図に示す、この第１３図も第１２図と同様、
水モレシスターのまわりだけを示している。他は第７図
および第１１図と同じであり、ただ１列目はＲのカラー
フィルター、２列目はＧのカラーフィルター、３列目は
Ｂのカラーフィルター、４列０はＲのカラーフィルター
という様にカラーフィルターがついているものとする。

第１３図に示すごとく１列目、４列目、７列目−−−−
−−の各垂直ラインは出力ライン１１０に接続され、こ
れはＲ信号をとりだす、又２列目、５列目、８列目−一
一一一一の各垂直ラインは出力ライン１１１に接続され
、これはＧ信号をとりだす、又同様にして、３列目。

６列目、９列目−−−−−−の各垂直ラインは出力ライ
ン１１２に接続されＢ信号をとりだす、出力ライン１１
０，１１１，１１２はそれぞれオンチップ化されたリフ
レッシュ用ＭＯ３）ランジスタおよび最終段アンプ、例
えばエミッタフォロアタイプのバイポーラトランジスタ
に接続され、各カラー信号が別々に出力されるわ（すで
ある。

本発明の他の実施例に係る光電変換装置を構成する光セ
ンサセルの他の例の基本構造および動作を説明するため
の図をｆｆ１１４図に示す、またそれの等価回路および
全体の回路構成図を第１５図（ａ）に示す。

第１４図に示す光センサセルは、同一の水平スキャンパ
ルスにより読出し動作、およびラインリフレッシュを同
時に行なうことを可能とした光センサセルである。第１
４図において、すでにｉ１図で示した構成と異なる点は
、第１図の場合水平ライン配線ｌＯに接続されるＭＯＳ
キャパシタ電極９が一つだけであったものが上下に隣接
する光センサ−セルの側にもＭＯＳキャパシタ電極１２
０が接続され、１つの光センサセルからみた時に、ダブ
ルコンデンサータイプとなっていること、および図にお
いてＬ下に隣接する光センサセルのエミッタ７、　は２
層配線にされた配線■８、および配線■１２１　（第１
４図では、垂直ラインが１本に見えるが、絶ｌ＆層を介
して２木のラインが配置されている）に交Ｗに接続、す
なわちエミッタ７はコンタクトホール１９を通して配線
（、（、＋　ｆ３に、エミッタ　はコンタクトポールｌ
　を通して配線■１２１にそれぞれ接続されていること
が異なっている。

これは第１５図（ａ）の等価回路をみるとより明らかと
なる。すなわち、光センサセル１５２のペースに接続さ
れたＭＯＳキャパシタ１５０は水？ライン３１に接続さ
れ、ＭＯＳキャパシタ１５１は水平ライン３　に接続さ
れている。また光センサセル１５２の図において下に隣
接する光センサセル１５　のＭＯＳキャパシタ１５　は
共通する水平ライン３　に接続されている。

光センサセル１５２のエミッタは垂直ライン３８に、光
センサセル１５　のエミッタは垂直ライン１３８に、光
センサセル１５　のエミッタは垂直ライン３８という様
にそれぞれ交〃に接続されている。

第１５図（ａ）の等価回路では、以上述べた基本の光セ
ンサーセル部以外で、第７図の撮像装置と異なるのは、
垂直ライン３８をリフレッシュするためのスイッチング
ＭＯＳトランジスタ４８のほかに垂直ライン１３８をリ
フレッシュするためのスイッチングＭＯＳトランジスタ
１４８、および垂直ライン３８を選択するスイッチング
ＭＯＳトランジスタ４０のほか垂直ライン１３８を選択
するためのスイッチングＭＯＳトランジスタ１４０が追
加され、また出力アンプ系が一つ増設されている。この
出力系の構成は、各ラインをリフレッシュするためのス
イッチングＭＯ３）ランジスタ４８、および１４８が接
続されている様な構成とし、さらに水平スキャン用のス
イッチングＭＯＳトランジスタを用いる第１５図（ｂ）
に示す様にして出力アンプを一つだけにする構成もまた
可能である。第ｔ５ｆｌ（ｂ）ではｆｆ１１５図（ａ）
ｔｙｙ垂直垂直２還７ る。

この第１４図の光センサセル及び第１５図（ａ）に示す
実施例によれば、次の様な動作が＋１（ｔＦである．す
なわち、今水平ライン３１に接続された各光センサセル
の読出し動作が終Ｙ　Ｌ、テレビ動作における水ｆブラ
ンキング期間にある時，垂直シフトレジスター３２から
の出力パルスが水１Ｌライン３　に出力されるとＭＯＳ
キャパシタ１５１を通して，読出しの終ｒした光センサ
セル１５２をリフレッシュする．このとき、スイッチン
グＭＯＳトランジスタ４８は導通状態にされ，垂直ライ
ン３８は接地されている。

また水平ライン３　に接続されたＭＯＳキャパシタ１５
　を通して光センサ−セル１５　の出力がＩｒｊ＋ケラ
イン１３８に読出される．このと、！を自然のことなが
らスイフチングＭＯ３）ランジスタ１４８は非導通状態
になされ、垂直ライン１３８は浮遊状態となっているわ
けである．この様に−っの垂直スキャンパルスにより，
すでに読出しを終ｆした光センサ−セルのリフレッシュ
と、次のライ／の光センサ−セルの読出しが同一・のパ
ルスで同時的に行なうことがＵ（能である。このときす
でに説明した様にリフレッシュする時の電圧と読出しの
時の電圧は、読出し時には、高速読出しの必要性からバ
イアス電圧をかけるので異なってくるが、これは第１４
図に示すごとく、ＭＯＳキャパシタ電極９およびＭＯＳ
キャパシタ電極１２０の面積を変えることにより各電極
に同一の電圧が印加されても各光センサ−セルのベース
には異なる電圧がかかる様な構成をとることにより達成
されている。

すなわち、リフレッシュ用ＭＯＳキャパシタの。

面積は、読ｊ口し用ＭＯＳキャパシタの面積にくらべて
小さくなっている。この例のように、センサセル全部を
一部リフレッシュするのではなく、−ラインずつリフレ
ッシュしていく場合には、第１図（ｂ）に示されるよう
にコレクタをｎ型あるいはｎＪ＆板で４ＩＩｉ成してお
いてもよいが、水平ラインごとにコレクタを分離して、
没けた方が望ましいことがある。コレクタが基板になっ
ている場合には、全光センサセルのコレクタが共通領域
とケつ−（１１％　６　タメ、蓄積および受光読出し状
ｆＬではコレクタに一定のバイアス電圧が加わった状態
になっている。もちろん、すでに説明したようにコレク
タにバイアス電圧が加わった状態でも浮遊ベースのリフ
レッシュは、エミッタの間で行なえる。ただし、この場
合には、ベース領域のリフレッシュが行なわれると同時
に、リフレッシュパルスが印加されたセルのエミッタコ
レクタ間に無駄な電流が流れ、消費電力を大きくすると
いう欠点が伴なう。こうした欠点を克服するためには、
全センサセルのコレクタを共通領域とせずに、各水ＩＬ
ラインに並ぶセンサセルのコレクタは共通になるが、各
水平ラインごとのコレクタは互いに分離された構造にす
る。すなわち、第１図の構造に関連させて説明すれば、
基板はｐ型にして、ｐ型基板中にコレクタ−６水平ライ
ンごとにＩｆいに分離されたｎ　埋込領域を設けた構造
にする。隣り合う水ラミラインのｎ　埋込領域の分離は
、ｐ領域を間に介在させる構造でもよい、水平ラインに
沿って埋込まれるコレクタのキャパシタを減少させるに
は、絶縁物分離の方が優れている。第１図では、コレク
タが基板で構成されているから、センサセルを囲む分離
領域はすべてほとんど１ｊ７７じ深さまで設けられてい
る。一方、各水平ラインごとのコレクタをｌＬいに分離
するには、木−１Ｌライン方向の分離領域を１■直ライ
ン方向の分が領域より必要なイ１だけ深くしておくこと
になる。

各水平ラインごとにコレクタが分離されていれば、読出
しが終って、リフレッシュ動作が始ｉる時に、その水平
ラインのコレクタの電圧を接地すれば、前述したような
エニー２タ３１フフ間電流は波れず、消費電力の増加を
もたらさない、リフレッシュが終って光信号による電荷
蓄積動作に入る時に、ふたたびコレクタ領域には所定の
バイアス電圧を印加する。

また第１５図（ａ）の等価回路によれば、各水平ライン
毎に出力は出力端子４７および１４７−に交１１、に出
力されることになる。これは、すでに説明したごとく、
第１５図（ｂ）の様な構成にすることにより−・つのア
ンプから出力をとりだすこともｈｌ、能である。

以上説明した様に本実施例によれば、比較的筒中な構成
で、ラインリフレッシュが可能となり、通常のテレビカ
メラ等の応用分野にも適用することがデできる。

本発明の他の実施例としては、光センサセルに複数のエ
ミッタを設けた構成あるいは、一つのエミッタに複数の
コンタクトを設けた構成により、一つの光センサセルか
ら複数の出力をとりだすタイプが考えられる。

これは本発明による光電変換装置の各光センサセルが増
幅機能をもつことから、・つの光センサセルから複数の
出力をとりだすために、各光センサセルに複数の６！線
容量が接続されても、光センサセルの内部で発生した蓄
積電圧Ｖｐが、まったく減衰することなしに各出力に読
出すことがｉｉｌ能であることに起因している。

この様に、各光センサセルから複数の出力をとりだすこ
とができる構成により、各光センサセルを多数配列して
なる光電変換装置に対して信号処理あるいは雑音対策等
に対して多くの利点を付加することが可能である。

次に未発明に係る光電変換装置の一製法例について説明
する。第１６図に、選択エピタキシャル成長（Ｎ、Ｅｒ
＋ｄｏ　ｅｔ　ａｌ、　”Ｎｏｖｅｌ　ｄｅｖｉｃｅ　
ｉｓｏｌａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｗｉｔｈ　
５ｅｌｅｃｔｅｄ　ｅｐｉｔａｘｉａｌ　ｇｒｏｗｔｈ
＋′Ｔｅｃｈ、　Ｄｉｇ、　ｏｆ　１９Ｂ２　Ｉ　Ｅ　
Ｄ　Ｍ　、　ＰＰ、　２４１−２４４参照）を用いたそ
の製法の一例を示す。

１’　−１０Ｘ　１０　”　ｃｍ−３程度の不純物濃度
のｎ形Ｓｉ基板１の表面側に、コンタクト用のｎ＋領領
域ｌを、ＡｓあるいはＰの拡散で設ける。ｎ＋領領域ら
のオートドーピングを防ぐために、図には示さないが酸
化膜及び窒化膜を裏面に通常は設けておく。

基板１は、不純物濃度及び酸素濃度が均一に制御された
ものを用いる。すなわち、キャリアラインタイムがウェ
ハで上のに長くかつ均一な結晶ウェハを用いる。その様
なものとしては例えばＭＣＺ法による結晶が爵している
。基板１の表面に略々ｌルー程度の酸化膜をウェット酸
化により形成する６すなわち、ＨｙＯ雰囲気かあるいは
（）■２＋０．）雰囲気で酸化する。積層欠陥等を生じ
させずに良好な酸化膜を得るには、８００℃程度の温度
での高圧酸化が適している。

その上に、たとえば２〜４ル膠程度の厚さの５ｉ０２膜
をＣＶＤ’ｔ’堆積ｔ６．　（Ｎ２　＋　Ｓｉ！（４＋
０、）ガス系で、３００〜５００℃程度の温度で所望の
厚さノＳｉｎ、膜を’ＩＥｔｉＴ　ｔ　ルーＯｘ　／　
ＳｉＨ４のモル比は温度にもよるが４〜４０程度に設定
する。フォトリングラフィ工程により、セル間の分離領
域となる部分の酸化膜な残しぞ他の領域の酸化１１Ｑハ
、（ＣＦ４　＋Ｈ２）　、　Ｃ２Ｆｌｌ　、ＣＨ２Ｆ２
等のガスを用いたリアクティブイオンエツチングで除去
する（第１６図の工程（ａ））。例えば、　ＩＯＸｌｏ
ｇ、ｍ’に１画素を設ける場合には、１ＯＩＬＬ１ピツ
チのメツシュ状に５ｉＯｙ　ＩＩｓ！を残す＊ＳｉＯｔ
Ｍの幅はたとえば２ル履程度に選ばれる。リアクティブ
イオンエツチングによる表面のダメージ層及び汚゛染層
を、Ａｒ／ＣＩ　２　ガス系プラズマエツチングかウェ
ットエツチングをこよって除去した後、Ｂ高真空中にお
ける蒸着かもしくは、ロードロック形式で十分に雰囲気
が清浄になされたスパッタ、あるいは、Ｓｉｎ　４カス
にＣＯ，レーザ光線を照射する減Ｉｆ光ＣＶＤで、アモ
ルファスシリコン３０１を！）１積する（第１６図の工
程（ｂ））。ＣＢｒＦ、、ＣＣ１、Ｆ、、Ｃ１７等のガ
スを用いたりアクティブイオンエ・νチングによる異方
性エッチにより、５ｉＯｚ　層側面に堆積している以外
のアモルファスシリコンを除去する（第１６図の工程（
Ｃ））。ｒ）１ノと同様に、ダメージと汚染層を十分除
去した接、シリコン基板表面を十分清浄に洗浄し、　（
Ｈ７＋ＳｉＨ，、Ｃ文、＋ＨＣ楚）ガス系によりシリコ
ン層の選択成長を行う。数１０Ｔｏｒｒの減圧状態で成
長は行い、基板温度は９００〜１０００℃、８０文のモ
ル比をある程度以し高い値に設定する。＋ＩＣ見の星が
少なすぎると選択成長は起こらない。シリコン基板−ヒ
にはシリコン結晶層が成長するが、Ｓｉ０２層！＝のシ
リコンはＨＣｕによってエツチングされてしまうため、
　５ｉ０２　ｍＦにはシリコンは堆積しない（第１６図
（ｄ））。ｎ一層５のｌｌＸさはたとえば３〜５ＪＬ１
１程度である。

不純物濃度は、好ましくは＋ｏｌｔ〜１０”　ｃｗｈ−
”程度に設定する。もちろん、この範囲をずれてもよい
が、ｐｎ−接合の拡散電位で完全に空乏化するかもしく
はコレクタに動作電圧を印加した状態で・は、少なくと
もｎ−領域が完全に空乏化するような不純物濃度および
厚さに選ぶのが望ましい。

通常入手できるＨＣＩガスには大樋の水分が含まれてい
るため、シリコン基板表面で常に酸化膜が形成されると
いうようなことになって、到底高品買のエピタキシャル
成長はψめない、水分の多いＨｆｄｌは、ボンベに入っ
ている状態でボンベの材料と反応し鉄分を中心とする重
金属を大量に含むことになって、重金属汚染の多いエビ
層になり易い、光センサ−セルに使用するエビ層は、暗
電流成分が少ないｎψましいわけであるから１重金属に
よる汚染は極限まで抑える必要がある。　ＳｉＨ。

ＣＩ、に超高純度の材料を使用することはもちろんであ
るが、）ＩＣ１には特に水分の少ない、望ましくは少な
くとも水分含有量が０．５ｐｐ■以下のものを使用する
。もちろん、水分含有量は少ない程よい。

エピタキシャル成長層をさらに高品質にするには、基板
をまず１１５０〜１２５０℃程度の高温処理で表面近傍
から酸素を除去して、その後８００℃程度の長時開塾処
理により基板内部にブイクロディフェクトを多数発生さ
せ、デヌーデットゾーンを有するインドリシックゲッタ
リングの行える基板にしておくこともきわめて有効であ
る０分離領域としての　Ｓ：Ｏｔ層４が存在した状態で
のエピタキシャル成長を行うわけであるから、Ｓｉｎｇ
からの酸素のとり込みを少なくするため、成長温度は低
い程望ましい６通常よく使われる高周波加熱法では、カ
ーボンサセプタからの汚染が多くて、より−・層の低温
化は難しい０反応室内にカーボンサセプタなど持込まな
いランプ加熱によるウニ／−直接加熱法が成長雰囲気を
もつともクリーンにできて、高品質エビ層を低温で成長
させられる。

反応室におけるウニ／１支持具は、より蒸気圧の低い超
高純度溶融サファイアが＾している。原材料ガスの予熱
が容易に行え、かつ大流量のガスが流れている状態でも
ウニＩ＼面内温度を均一化し易い、すなわちサーマルス
トレスがほとんど発生しないランプ加熱にょるウニへ直
接加熱法は、高品質エビ層を得るのに適している。成長
時にウニ八表面への紫外線照射は、エビ層の品質をさら
に向ヒさせる。

分離領域４となる５ｉｎｓ　ＷＩＩの側壁にはアモルフ
ァスシリコンが堆積している（第１６図のｒ程（Ｃ）、
アモルファスシリコンは固相成長で単結晶化し易いため
、５ｉ０１分階領域４との界面近傍の結°晶が非常に優
れたものになる。高抵抗ｎ一層５を選択エピタキシャル
成長により形成した後（第１６図）［ａ（ｄ））、表面
ｆａ１ｍ　ｌ　〜２０Ｘ　１０１＠ｃｍ−’程度のＰ領
域６を、ドープトオキサイドからの拡散か、あるいは低
ドーズのイオン注入層をソースとした拡散により所定の
深さまで形成する。

ｐ領域６の深さはたとえば０，８〜ｌ＃Ｌｌｌ程度であ
る。

ｐ領域６の厚さと不純物濃度は以下のような考えで決定
する。感度をＬげようとすれば、ｐ領域６の不純物濃度
なドげてＣｂｅを小さくすることが望ましい、Ｃｂｅは
略々次のように与えられる。

ただし、Ｖｂｉはエミッタ・ベース間拡散電位であり、 で与えられる。ここで、εはシリコン結晶の誘電率、Ｎ
　はエミッタの不純物濃度、Ｎ　はベースのエニー２夕
に隣接する部分の不純物密度、ｎｉ　は真性キャリア濃
度である。Ｎ　を小さくする程Ｃｂｅは小さくなって、
感度はヒ昇するが、Ｎ　をあまり小さくしすぎるとベー
ス領域が動作状態で完全に空乏化してパンチングスルー
状態になってしまうため、あまり低くはできない、ベー
ス領域が完全に空乏化してパンチングスルー状態になら
ない程度に設定する。

その後、シリコン基板表面に（Ｈ＊　＋Ｏｔ　）ガス系
スチーム酸化により数１０Ａから数１００Ａ程度の厚さ
の熱醸化ｌＩ３を、８００〜９００℃程度の温度で形成
する。そのヒに、（ＳｉＨ４＋　ＮＨｉ　）糸ｉｆ　ス
（Ｆ）　ＣＶ　Ｄ　’ｔ’窒化Ｉｌｌ　（Ｓ　ｉ　ｓ　
Ｎ　ａ　）　３０２を５００〜１５００Ａ程瓜の厚さで
形成する。形成温度は７００〜９００℃程度である。　
ＮＯＷガスも、ＨＣｉガスと並んで通常入手できる製品
は、大酸に水分を含んでいる。水分の多いＮ）ｌ、ガス
を原材料に使うと、酸素浪度の多い窒化膜となり、再現
性に乏しくなると同時に、その後のＳｉｎ、膜との選択
エツチングで選択比が取れないという結果を招く。

ＮＨ，ガスも、少なくとも水分含有祉が０．５ＰＰ購以
下のものにする。水分含有には少ない程望ましむ）こと
はいうまでもない、窒化膜３０２の１−にさらにＰＳＧ
膜３００をＣＶＤにより堆積する。ガス系は、たとえば
、（Ｎｌ　＋　ＳｉＨ４＋　０２　＋ＰＨ３）を用いて
、３００〜４５０℃程度の温度で２０００〜３０００人
程度の厚さのＰＳＧ膜をＣＶＤにより堆積する（第１６
図の工程（ｅ））、２度のマスク合せ工程を含むフォト
リソグラフィー［程により、ｎ１領域７上と、リフレッ
シュ及び読み出し）くルス印加電極Ｅに、Ａｓドープの
ポリシリコンＩｌ！Ｊ３０４を堆積、する、この場合ｐ
ドープのポリシリコン膜を使ってもよい、たとえば、２
回のフォトリソグラフィ一工程により、エミッタヒは、
ＰＳＧ膜。

５ｉｆｆＮ　４１ｆ！Ｊ　、５ｉｆｔ咬をすべて除去し
、リフレッシュおよび及び読み出しパルス印加電極を設
ける部分には下地のＳｉｎ、　ｔＰＪを残して、ＰＳＧ
ＩＩ！とＳｉｚ　Ｎ　４Ｗ２のみエツチングする。その
後、　Ａｓドープのポリシリコンを、　（８２＋ＳｉＨ
４＋Ａｓ１ｌ　３　）　もしくは（８２＋　ＳｉＨ４＋
　Ａｓ１１２　）ガスでＣＶＤ法により堆積する。堆積
温度は５５０℃〜７００℃程度、膜厚は　１０００〜２
０００人である。ノンドープのポリシリコンをＣＶＤ法
で堆積しておいて、その後Ａｓ又はＰを拡散してももち
ろんよい、エミッタとリフレッシュ及び読み出しパルス
印加電極りを除いた他の部分のポリシリコン膜をマスク
合わせフォトリソグラフィ一工程の後エツチングで除去
する。さらに、ＰＳＧ膜をエツチングすると。

リフトオフによりＰＳＧ膜に堆積していたポリシリコン
はセルファライン的に除去されてしまう（第１６図の工
程（ｆ））、ポリシリコン膜のエツチングはＣ，ＣＩ、
　Ｆ４．　（ＣＢ　ｒ　Ｆ３　＋ＣＩ、　）等のガス系
でエツチングし、５ＬｓＮｓＦｆＡはＣＨ！ＦＷ　’Ｊ
のガスでエツチングする。

次に、ＰＳＧ膜３０５を、すでに述べたようなガス系の
ＣＶＤ法で堆積した後、マスク合わせ工程とエツチング
工程とにより、リフレッシュパルス及び読み出しパルス
電極用ポリシリコン膜上にコンタクトホールを開ける。

こうした状態で。

ＡＩ、Ａｌ−５ｉ、ＡＱ　−Ｃｕ−Ｓｉ等の金属を真空
蒸着もしくはスパッタによって堆積するか、あるいは（
ＣＨ３）　Ｉ　Ａ　ｌやＡｌｌ、を原材料ガスとするプ
ラズマＣＶＤ法、あるいはまたト記原材料ガスのＡｌ−
ＣポンドやＡｌ−０１ポンドを直接光照射により切断す
る光照射ＣＶＤ法により　Ａｎを堆積する。　（ＣＡ４
３　）　ｓ　ＡＪＩや＾ＪＪＣ１＊を原材料ガスとして
Ｌ記のようなＣＶＤ法を行う場合には、大過剰に水素を
流しておく、細くてかつ急峻なコンタクトホールにＡｌ
を堆積するには、水分や酸素混入のまったくないクリー
ン雰囲気の中で３００〜４００℃膜厚に基板温度をＬげ
たＣＶＤ法が優れている。第１図に示された金属配線ｌ
Ｏのバターニングを終えた後、層間絶縁ｌＩ！３０６を
ＣＶＤ法で堆積する。３０６は、１り述したＰＳＧ膜、
あるいはＣＶＤ法Ｓ　ｉｏｎ膜、あるいは耐水性等を考
慮しする必要がある場合には、（５ｉｔｌｎ　＋ｔｔｌ
ｌ）　）ガス系のプラズマＣＶＤ法にょて形成した５ｉ
３Ｎ４ｎＱである。　Ｓｉｘ　Ｎ　ｓ　１１２中の水素
の含有Ｖを低く抑えるためには、（Ｓｉｌ＋４＋Ｎ２　
）ガス系でのプラズマＣＶＤ法を使用する。

プラズマＣＶＤ法によるダメージを現象させ形成された
Ｓｉｎ　Ｎ　４膜の電気的耐圧を大きくし、かつリーク
電流を小さくするには光ＣＶＤ法にょるＳｉ３　Ｎ　４
膜がすぐれている。光ＣＶＤ法には２通りの方法がある
。　（Ｓｉｌｌ　４　＋Ｎｌｌ３　＋８ｇ）ガス系で外
部から水銀ランプの２５３７人の紫外線を照射する方法
と、　（Ｓｉｌｌ　４　＋　Ｎｉ１）　ｓガス系に水銀
ランプの１８４９Ａの紫外線を照射する方法である。い
ずれも基板温度は１５０〜３５０℃程度である。

マスク合わせ工程及びエツチング工程により、エミッタ
７上のポリシリコンに、絶縁ＩＦＪ　３０５，３０Ｂを
貫通したコンタクトホールをリアクティブイオンエッチ
で開けた後、前述した方法でＡＵ、Ａす−Ｓ　ｉ、Ａ　
１−Ｃｕ−３ｉ等の金属を堆積する。この場合には、コ
ンタクトホールのアスペクト比が大きいので、ＣＶＤ法
による堆積の力がすぐれている。第１図における金属配
ｗＡ８のバターニングを終えた後、最終パッシベーショ
ン膜としてのＳｉ３Ｎ、膜あ６１．％はＰＳＧ膜２をＣ
ｖＤ法ニヨり堆積する（第１６図（ｇ））。

この場合も、光ＣＶＤ法による膜がすぐれている。１２
は裏面のＡＩ、Ａｌ−９ｉ等による金属電極である。

本発明の光電変換装置の製法には、実に多彩な］［程が
あり、第１６図はほんの一例を述べたに過ぎない。

本発明の光電変換？Ｃ置の虫要な点は、ｐ領域６とｎ−
領域５の間及びｐ領域６とｎ十領域７の間のリーク電流
を如何に小さく抑えるかにある。

ｎ−領域５の品質を良好にして暗電流を少なくすること
はもちろんであるが、酸化膜なとよりなる分離領域４と
ｎ−領域５の界面こそが問題である。第１６図では、そ
のために、あらかじめ分離領域４の側壁にアモルファス
Ｓｒを堆積しておいてエビ成長を行う方法を説明した。

この場合には、エビ成長中に基板Ｓｉからの固相成長で
アモルファスＳｉは単結晶化されるわけである。エビ成
長は、８５０°〜１０００°Ｃ程度と比較的高い温度で
行われる。そのため、基板Ｓｉからの固相成長によりア
モルファスＳｉが単結晶化される前に、アモルファスＳ
ｉ中に微結晶がＪ＆長し始めてしまうことが多く、結晶
性を悪くする原因になる。温度が低い方が、固相成長す
る速度がアモルファスＳｉ中に微結晶カー成長し始める
速度より相対的にずっと大きくなるから、選択エピタキ
シャル成長を行う前に、５５０℃〜７００℃程度の低温
処理で、アモルファスＳｉを単結晶しておくと、界面の
特性は改善される。この時、基板ＳｉとアモルファスＳ
ｉの間に酸化膜等の層があると固相成長の１３１１姶が
遅れるため。

両名の境界にはそうした層が含まれないような超高清浄
プロセスが必要である。

アモルファスＳｉの固相成長には−［−述したファーナ
ス成長の他に、基板をある程度の温度に保っておいて　
フッシュランプ加熱あるいは赤外線ランプによる、たと
えば数秒からａｌＯ秒程度のラビッドアニール技術も有
効である。こうした技術を使う時には、　ＳｉＯ２層側
壁に堆積するＳｉは、多結晶でもよい、ただし、非常に
クリーンなプロセスで堆積し、多結晶体の結晶粒界に酸
素、炭Ｊ等の含まれない多結晶Ｓｉにしておく必要があ
る。

こうしたＳｉＯ２側面のＳｉが単結晶化された後、Ｓｉ
の選択成長を行うことになる。

Ｓ　ｉＯ，分＃領域４と高抵抗ｎ−領域５界面のリーク
電流がどうしても問題になる時は、高抵抗ｎ−領域５の
５１０７分離領域４に隣接する部分だけ、ｎ形の不純物
濃度を高くしておくとこのリーク電流の問題はさけられ
る。たとえば、分１１１１Ｓｉｎ、領域４に接触するｎ
−領域５の０．３〜１１１■程度の厚さの領域だけ、た
とえば１　ｗ　ＩＯＸ　１０”　ｃｍ−’程度にｎ形の
不純物濃度を高くするのである。この構造は比較的容易
に形成できる。基板ｌ上に略々ｌ経腸程度熱酸化膜を形
成した後、そのヒにＣＶＤ法で堆積する５ｉＯｙ膜をま
ず所要の厚さだけ、所定の暇のＰを含んだ５ｉ０２膜に
しておく、さらにその１−にＳｉｎ、をＣＶＤ法で堆積
するということで分離領域４を作っておく。その後の高
温プロセスで分離領域４中にサンドイッチ状に存在する
燐を含んだＳｉｎ、　ｌりから、燐が高抵抗ｎ−領域５
申に拡散して、界面がもっとも不純物濃度が高いという
良好な不純物分布を作る。

すなわち、第１７図のような構造に構成するわけである
０分離領域４が、３層柿造に構成されていて、３０８は
熱酸化１１ｉｓｉＯ，，３０９は燐を含んだＣＶＤ法Ｓ
ｉＯ、膜、３０１はＣＶＤ法ＳｉＯ。

膜である０分離領域４に隣接して、ｎ−領域５中との間
に、ｎ領域３０７が、燐を含んだＳｉＯｖ膜３０９から
の拡ｎｋで形成される。３０７はセル周辺全部に形成さ
れている。この構造にすると、ベース・コレクタ間容量
Ｃｂｃは大きくなるが、ベース−フレフタ＋１１１リー
ク電流は激減する。

第１６図では、あらかじめ分離用絶縁領域４を作ってお
いて１選択エピタキシャル成長を行なう例について説明
・したが、基板ヒに必要な高低抗ｎ一層のエピタキシャ
ル成長をしておいてから、分離領域となるべき部分をリ
アクティブイオンエツチングによりメツシュ状に切り込
んで分離領域を形成する、Ｕグループ分離技術（Ａ、１
ｌａｙａｓａｋａｅｔ　ａｌ、”Ｕ　−ｇｒｏｏｖｅ　
１ｓｏｌａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｆｏｒｈｉ
ｇｈ　５ｐｅｅｄ　ｂｉｐｏｌａｒ　ＶＬＳＩ’Ｓ　”
　、　Ｔｅｃｈ、　Ｄｉｇ、　ｏｆＩＥＤＭ、　Ｐ、１
３２．１９８２．参照）を使って行うこともできる。

本発明に係る充電変換装置は、絶縁物より構成される分
＃領域に取り囲まれた領域に、その大部分の領域が半導
体ウェハ表面に隣接するベース領域が浮遊状態になされ
たバイポーラトランジスタを形成し、浮遊状態になされ
たベース領域の゛電位を薄い絶縁層を介して前記ベース
領域の一部に設けた電極により制御することによって、
光情報を光電変換する装置である。高不純物濃度領域よ
りなるエミッタ領域が、ベース領域の一部に設けられて
おり、このエミッタは水平スキャンパルスにより動作す
るＭＯＳトランジスタに接続されている。前述した、浮
遊ベース領域の一部に薄い絶縁層を介して設けられた電
極は、水ｑｔラインに接続されている。ウェハ内部に設
けられるコレクタは、基板で構成されることもあるし、
目的によっては反対導電型高抵抗基板に、各水平ライン
ごとに分離された高濃度不純物理込み領域で構成される
場合もある。絶縁層を介して設けられた電極で　浮遊ベ
ース領域のリフレッシュを行なう時のパルス電圧に対し
て、信号を読出す時の印加ノＺルス″電圧は実質的に大
きい。実際に、２種類の電圧を持つパルス列を用いても
よいし、ダブルキャパシタ構造で説明したように、リフ
レッシュ用ＭＯＳキャパシタ電極の容１ｃｏｘにくらべ
て読出し１１ＭＯｓキャパシタ電極の容量Ｃｏｔを大き
くしておいてもよい。リフレッシュパルス印加により、
逆バイアス状態になされた浮遊ベース領域に光励起され
たキャリアを蓄積して光信号に基すいた信号を記憶させ
、該信号読出し時には、ペースψエミッタ間が順方向に
深くバイアスされるように読出し用パルス屯圧を印加し
て、高速度で信号を読出せるようにしたことが特徴であ
る。こうした特徴を備えていれば、本発明の光電変換ｙ
ｃ置はいかなる構造で実現してもよく、前記の実施例に
述べられた構造に限定されないことはもちろんである。

たとえば、前記の実施例で説明した構造と導電型がまっ
たく反転した構造でも、もちろん同様である。ただし、
この時には印加電圧の極性を完全に反転する必要がある
。導電型がまったく反転した構造では、領域はｎ型にな
る。すなわち、ベースを構成する不純物は＾ＳやＰにな
る。　ＡｓやＰを含む領域の表面を油化すると、Ａｓや
ＰはＳ＋／　Ｓｈｏ　２界面のＳｉ側にパイルア・ンプ
する。すなわち、ベース内部に表面から内部に向う強い
ドリフト電界が生じて、光励起されたホールはただちに
ベースからコレクタ側に抜け、ベースにはエレクトロン
が効率よく蓄積される。

ベースがｐ型の場合には、通常使われる不純物はポロン
である。ポロンを含むｐ領域表面を熱酸化すると、ポロ
ンは酸化膜中に取り込まれるため、　Ｓｉ／Ｓｉ　０２
界面近傍のＳｌ中におけるポロン濃度はやや内部のポロ
ン濃度より低くなる。この深さは、酸化膜厚にもよるが
、通阜数１００八である。この界面近傍には、エレクト
ロンに対する逆ドリフト電界が生じ、この領域に光励起
されたエレクトロンは、表面に集められる傾向にある。

このままだと、この逆ドリフト電界を生じている領域は
不感領域になるが、表面に沿った一部にｎ＋領領域、本
発明の光電変換装置では存在しているため、ｐ領域のＳ
ｉ／５ｉｎｓ界面に集まったエレクトロンは、このｎ１
領域にｐ＋結合される前に流れ込む、そのために、たと
えポロンがＳｔ／５ｉ０２界面近傍で減少していて、逆
ドリフト電界が生じるような領域が存在しても、はとん
ど不感領域にはならない、むしろ、こうした領域がＳｉ
／！３ｉ０を界面に存在すると、蓄積されたホールをＳ
ｉ／Ｓｉｎ、界面から引き離して内部に存在させるよう
にするために。

ホールが界面で消滅する効果が無くなり、ｐｌｆ！のベ
ースにおけるホール蓄積効果が良好となり、きわめて望
ましい。

以上説明してきたように、本発明に光電変換装置は、浮
遊状態になされた制御電極領域であるベース領域に光に
より励起されたキャリアをＪｆ＆するもノテある。すな
わち、Ｂａ５ｅ　５ｔｏｒｅ　ＩｓａｇｅＳｅｎｓｏｒ
と呼ばれるべき装置であり１口ＡＳＩＳ、と略称する。

本発明の充電変換装置は、１個のトランジスタで１画素
を構成できるため高密度化がきわめて容易であり、同時
にその構造からプルーミング、スミアが少なく、かつ高
感度である。そのダイナミックレンジは広く取れ、内部
増幅機能を有するため配線容量によらず大きな信号電圧
を発生するため低雑音でかつ周辺回路が容易になるとい
う特徴を有している０例えば将来の高品質固体撮像装置
として、その−［業的価値はきわめて高い。

なお、未発［ｊＩに係る光電変！ｌｊ！装置は以上述べ
た固体撮像装置の外に、たとえば１画像人力装置、ファ
クシミリ、ワークスティジョン、デジタル複写機、ワー
プロ′等の画像入力装置、ＯＣＲ，バーコード読取り？
ｃｉ、カメラ、ビデオカメラ、８ミリカメラ等のオート
フォーカス用の光電変換被写体検出装置等にも応用でき
る。

【図面の簡単な説明】 第１図から第６図までは、本発明の一実施例に係る光セ
ンサセルの主要構造及び基本動作を説喫するための図で
ある。第１図（ａ）は１１ｊ面図、（ｂ）は断面図、（
ｃ）は等価回路図であり、第２図は読出し動作時の等価
回路図、第３図は読出し時間と読出し電圧との関係を示
すグラフ、第４図（ａ）は１ｖ１１１電圧と読出し時間
との関係を、第４図（ｂ）はバイアス電圧と読出し時間
との関係をそれぞれ示すグラフ、第５図はリフレッシュ
動作時の等価回路図、第６図（ａ）〜（ｅ）はリフレッ
シュ時間と゛ベース電位との関係を示すグラフである。 第７図から第１Ｏ図までは、第１図に示す光センサセル
により構成した充電変換装置の説明図であり、第７図は
回路図、ｒｔＳ８図≠はパルスタイミング図　、−一 発である。第９図は出力信号に関係する等価回路図、第
１θ図は導通した瞬間からの出力電圧を時間との関係で
示すグラフである。第１１．１２及び１３図は他の光電
変換装置を示す回路図である。第１４図は光センサセル
の変形例のｔｙ構造を説明するための平面図である。第
１５図は、第１４図に示す光センサセルにより構成した
光電変換装置の回路構成図である。第１６図及び１７図
は本発明の光電変換装置の一製造方法例を示すための断
面図である。 ｌ・・パシリコンノ＾板、２・・・ＰＳＧ＠、３・・・
絶縁酸化膜、４・・・素子分離領域、５・・・ｎ−領域
（コレクタ領域）、６・・・ｐ領域（ベース領域）、７
．７′・・・ｎ１領域（エミッタ領域）、８・・・配線
、９・・・電極、１０・・・配線、１１・・・ｎ＋領領
域１２・・・電極、１３・・・コンデンサ、１４・・・
バイポーラトランジスタ、１５．１７・・・接合容酸、
１６．１８・・・ダイオード、１９．１９’・・・コン
タクト部、２０・・・光、２８・・・垂直ライン、３０
・・・光センサセル、３１・・・水平ライン、３２・・
・１ｉＦＪシフトレジスタ、３３．３５・・・ＭＯＳ）
ランジスタ、３６．３７・・・端子、３８・・・垂直ラ
イン、３９・・・水平シフトレジスタ、４０・・・ＭＯ
Ｓ）ランジスタ、４１・・・出力ライン、４２・・・Ｍ
ＯＳ）ランジスタ、４３・・・端子、４４・・・トラン
ジスタ、４４．４５・・・負荷抵抗４６・・・端子、４
７・・・端子、４８・・・ＭＯＳトランジスタ、４９・
・・端子、６１，６２．６３・・・区間。 ６４・・・コレクターＥ位、６７・・・波形、８０．８
１・・・古着、８２．８３・・・抵抗、８４・・・電流
源、１００、ｌｏｔ、１０２・・・水平シフトレジスタ
、１１１．１．１２・・・出力ライン、１３８・・・垂
Ｗ（ライン、１４０・・・ＭＯＳタランジスタ、１４８
・・・ＭＯＳ）ランジスタ、１５０．１５０′・・・Ｍ
６Ｓコンデンサ、１５２．１５２′・・・光センサセル
、３００・・・アモルファスシリコン、３０２・・・窒
化１１１２．３０３・・・ＰＳＧ咬、３０４・・・ポリ
シリコン、３０５・・・ＰＳＧ膜、３０６・・・層間絶
縁膜。 第１図 第１図 第５図 第４図（ｂ） ｌ（イア７＠ｓ− 第１２図 第１３図 第１４図 第１６図（９） ｎｌ −１１７回 ７しす　ｌ 手続補正書 １唱和５９年　５月２３日 特許庁長官　若　杉　和　夫　殿 １、１を件の表示 特願昭５８−１２０７５１号 ２、　発すｊの名称 光電変換装置 ３、　補正をする者 事件との関係　特許出願人 氏名　大　見　忠　弘 ４、代理人 住所　東京都港区虎ノ門五丁目１３番１号虎ノ門４０森
ビル明細書の発明の詳細な説明の欄 ６、補正の内容 （１）　明細書第１９頁第１２行のｒｌｏｃｍ１３Ｊを
ｒｌ　Ｏ”　ｃｍ−’Ｊと補正する。 （２）　明細書第２２頁第６行の と補正する。 （３）　明細書第３４頁第１４行のｒｌｏ　［ｓｅｃ］
　Ｊをｒｌｏ″’［ｓｅｃ］　Ｊと補正する。 （４）　明細書第３６真下から１行目の「電圧Ｖ　をＪ
を「電圧Ｖ＾を」と補正する。 （５）　明細書第４１頁下から５行目〜４行目の「、バ
ッファＭＯＳトランジスタ３３．３３’、３３”Ｊを削
除する。 （６）　明細書第４５頁下から２行目の「はクツリプ」
を「クリップ」と補正する。 （７）　明細書第５３頁第６行の「本質的に」の前に「
ど」を挿入する。 （８）　明細書第５３頁下から７行目の「途【１月の後
に「に」を挿入する。 （９）　明細書第６４頁第１行の「エミッタ７、　は」
を「エミッタ７．７′は」と補正する。 （ｌＯ）明細書第６４頁第６行の 「エミッタ　はコンタクトホール１　を」を「エミッタ
７′はコンタクトホール１９’を」と補正する。 （１１）明細書節６４頁ドから８行目の「水平ライン３
　に」を「水平ライン３１’に」と補正する。 （１２）明細書第６４頁下から６行目の「セル１５　の
」を「セル１５２′の」と補正する。 （１３）明細書第６４真下から６行目のｒＭｏＳ＋ヤパ
シタ１５　は」をｒＭＯ３＋−？パシタ１５０′は」と
補正する。 （１４）明細書第６４頁下から５行目の「水平ライン３
　に」を「水平ライン３１′に」と補正する。 （１５）明細書第６４頁下から３行目の［光センサセル
１５　の」を「光センサセル１５２′の」と補正する。 （１６）明細書第６４頁下から２行目の「光センサセル
１５　の」を「光センサセル１５２＃の」と補正する。 （１７）明細書第６６頁第６行〜７行および第１２行の
「水平ライン３　に」を「水平ライン３１’に」と補正
する。 （１８）明細書第６６頁第１２行〜１３行のｒＭＯＳキ
ャパシタ１５　を通して光センサ−セル１５　の」をｒ
ＭＯｓキャパシタ１５０′を通して光センサセル１５２
′の」と補正する。 （１８）明細書第６６頁下から２行目および１行目と、
第６７頁第８行目の「光センサ−セル」を「光センサセ
ル」に補止する。 （２０）明細書第６８頁下から５行目の「コレクターＪ
を「コレクタ」と補正する。 （２１）明細書第６８頁下から４行目および下から３行
目の「ｎ　埋込領域」を「ｎ＋埋込領域」と補正する。 （２２）明細書第７７頁第７行の「（Ｃ）。」をｒ　（
Ｃ）　）。」と補正する。 （２３）明細書第７８頁第１行の と補正する。 （２４）明細書第７８頁第４行の と補正する。 （２５）明細書第７８頁第６行の「Ｎ　はエミッタの不
純物濃度、Ｎ　はベース」を「Ｎｏはエミッタの不純物
濃度、Ｎ＾はベース」と補正する。 （２Ｂ）明細書第７８頁第８行および９行の「Ｎ　」を
「Ｎ＾」と補正する。 （２７）明細書第８６頁第１θ行のｒｓｉｏｚ、３０９
は」をｒｓｉｏｙ　、３０９は」と補正する。 （２８）明細書第９１頁第１２行の「本発明に」を「本
発明の」と補正する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ　３端子よりなる半導体トランジスタの制御電極領域
   に、光励起により発生したキャリアを蓄積する光電変換
   装置において、該制御′ｒｒＬ極領域を浮遊状態にし、
   浮遊状態にした制御電極領域の電位を、キャパシタを介
   して制御することにより、光励起により発生したキャリ
   アを該制御電極領域に蓄積する蓄積動作、蓄積動作によ
   り該制御電極領域に発生した蓄積７１ｉ圧を読出す読出
   し動作、該制御電極領域に？ｌ積されたキャリアを消滅
   させるリフレンシュ動作をそれぞれさせ得る構造を有す
   ることを特徴とする光電変換装置。 ２　キャパシタが制御電極領域、絶縁膜及び電極により
   構成されている特許請求の範囲第１項記載の光電変換装
   置。 ３　＃ｒ積動作において浮遊状態の制御電極領域がＦ電
   極に対して逆バイアス状態になされ、かつ、読出し動作
   において制御電極領域が少なくとも一方の主電極に対し
   て蓄積電圧に重畳して順方向バイアスが加わるべくなさ
   れる特許請求の範囲第１項記載の光゛屯変換装置。