JPS6042666B2 - solid state imaging device - Google Patents

solid state imaging device

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Publication number
JPS6042666B2
JPS6042666B2 JP53010987A JP1098778A JPS6042666B2 JP S6042666 B2 JPS6042666 B2 JP S6042666B2 JP 53010987 A JP53010987 A JP 53010987A JP 1098778 A JP1098778 A JP 1098778A JP S6042666 B2 JPS6042666 B2 JP S6042666B2
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JP
Japan
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electrode
solid
semiconductor substrate
gate electrode
state imaging
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JP53010987A
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Japanese (ja)
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JPS54103630A (en
Inventor
隆夫 近村
慎司 藤原
正一 深井
康明 照井
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication of JPS6042666B2 publication Critical patent/JPS6042666B2/en
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は固体撮像装置に関し、光電変換層に正孔阻止層
と(Znl−XCdJe)1−y(In2Te3)yと
よりなる可視光全域に高感度を有するヘテロ接合を用い
、この光電変換機能を有する固体素子を一絵素の単位と
して、これを複数個配列し、さらに光電変換信号を前記
単位間で転送する機能を有する自己走査型の固体撮像装
置及びXYマトリックス型固体撮像装置を提供するもの
である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a solid-state imaging device, in which a photoelectric conversion layer includes a hole blocking layer and a heterojunction having high sensitivity in the entire visible light range, which is composed of (Znl-XCdJe)1-y(In2Te3)y. A self-scanning solid-state imaging device and an XY matrix type solid-state imaging device that uses a photoelectric conversion function and has a function of arranging a plurality of solid-state elements having a photoelectric conversion function as a unit of one pixel and further transferring a photoelectric conversion signal between the units. The present invention provides a solid-state imaging device.

従来、ホトダイオードを光検知部とし、これをマトリッ
クス状に配置しさらにXY走査のための電界効果トラン
ジスタ回路を組合せたものや(以下これをXYマトリッ
クス型という)、光検知部の受光面の面積を拡大するた
めにホトダイオードの代りに光導電体膜を組合せた固体
撮像装置等が提案されている。
Conventionally, photodiodes have been used as photodetectors, arranged in a matrix, and combined with field effect transistor circuits for XY scanning (hereinafter referred to as XY matrix type). Solid-state imaging devices have been proposed in which a photoconductor film is used in place of a photodiode in order to enlarge the image.

ところで固体撮像装置としては、マトリックス状に配置
された光検出部による光電変換信号を外部走査回路によ
らす、自己走査機能を有していることが望ましい時もあ
る。
By the way, it is sometimes desirable for a solid-state imaging device to have a self-scanning function in which photoelectric conversion signals from photodetecting sections arranged in a matrix are sent to an external scanning circuit.

自己走査型撮像装置としてはBBD,CCD等によるも
のがあるが、いずれも光検知部と信号電荷転送部とを共
用しているために光電変換出力信号のSN比が悪いうえ
に、入射光がポリシリコン等の電極部に吸収されて青感
度の低下が著しく、カラー用の固体撮像装置としては大
きな欠点であつた。最近、これらの欠点を除去すべく光
導電体膜と自己走査機能を有する素子とを組合わせた固
体撮像装置が提案されているが、この場合の光感度等の
諸特性は光導電体膜で決定されることになり、したがつ
てすぐれた光導電体膜を開発することが重要となる。
Self-scanning imaging devices include those based on BBD, CCD, etc., but all of them share a photodetection section and a signal charge transfer section, so the S/N ratio of the photoelectric conversion output signal is poor, and the incident light is It is absorbed by electrode parts such as polysilicon, resulting in a significant drop in blue sensitivity, which is a major drawback for color solid-state imaging devices. Recently, solid-state imaging devices that combine a photoconductor film and an element with a self-scanning function have been proposed in order to eliminate these drawbacks, but in this case, various characteristics such as photosensitivity are determined by the photoconductor film. Therefore, it is important to develop superior photoconductor films.

本発明者らは、先にZnSeとZnl−0CdJeとの
ヘテロ接合により可視光全域にわたり高感度で諸特性が
すぐれた光導電体を開発し、特に撮像管ターゲットへの
応用を試みてきた(商標ニユービコン)。
The present inventors previously developed a photoconductor with high sensitivity and excellent properties over the entire visible light range using a heterojunction of ZnSe and Znl-0CdJe, and have particularly attempted to apply it to image pickup tube targets (trademark). Newbicon).

この場合に、入射光はZnSe側の高エネルギーギャッ
プ側から入つてくるが、p型半導体基板を用いるとその
構成上、Znl−XCdOTe側から光を入射する必要
があり、Znl−XCdJd側から光が入射したときに
は、特に青色感度の低下が著しく、カラー用の固体撮像
装置には不適であつた。本発明は、青色感度を向上せし
め、かつれを自己走査機能を有する素子及びXYマトリ
ックス型素子と組合わせることにより、可視光全域に高
感度でかつSN比のすぐれた固体撮像装置を提供するも
のである。以下図面に従つて本発明の一実施例にかかる
固体撮像装置を説明する。
In this case, the incident light enters from the high energy gap side on the ZnSe side, but if a p-type semiconductor substrate is used, due to its structure, the light needs to enter from the Znl-XCdOTe side, and the light enters from the Znl-XCdJd side. When it is incident, the blue sensitivity is particularly markedly reduced, making it unsuitable for color solid-state imaging devices. The present invention provides a solid-state imaging device with high sensitivity in the entire visible light range and an excellent S/N ratio by improving blue sensitivity and combining the rays with an element having a self-scanning function and an XY matrix type element. It is. DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図はSi基板に形成した回路素子が電荷転送型の場
合の光電変換装置の一単位の断面構造を示した例である
FIG. 1 is an example showing the cross-sectional structure of one unit of a photoelectric conversion device in which the circuit elements formed on the Si substrate are of a charge transfer type.

p型半導体基板10に酎型領域11を形成することによ
りダイオードを設ける。12はp+型領域でCCD動作
の場合に酎領域11からの電子の注入を阻止するための
電位障壁である。
A diode is provided by forming a dog-shaped region 11 in a p-type semiconductor substrate 10. Reference numeral 12 denotes a p+ type region, which is a potential barrier for blocking injection of electrons from the region 11 in the case of CCD operation.

13は酎領域でBBD動作の場合の電位の井戸であり、
それぞれCCD,BBDの時のみ設置すればよい。
13 is a potential well in the case of BBD operation in the chu region;
It is only necessary to install them for CCD and BBD respectively.

CCD動作、BBD動作は基本的に同じ電荷転送である
が、以下はn+型領域13のあるBBD動作について説
明を行なう。14は第1ゲートであり、n+型領域11
と重なり合う部分を有している。
Although the CCD operation and the BBD operation basically involve the same charge transfer, the BBD operation with the n+ type region 13 will be explained below. 14 is a first gate, and n+ type region 11
It has an overlapping part.

15は半導体基板10と第1ゲート電極14との間に設
けられたた絶縁体膜である。
Reference numeral 15 denotes an insulating film provided between the semiconductor substrate 10 and the first gate electrode 14.

16,17はそれぞれ第1電極18と半導体基板10及
び第1電極18と第1ゲート電極14を分離するための
絶縁体膜である。
16 and 17 are insulating films for separating the first electrode 18 from the semiconductor substrate 10 and the first electrode 18 from the first gate electrode 14, respectively.

第4電極18はn+型領域11と電気的に接続されてお
り、正孔阻止層19の電極にもなつている。20は (Znl−XCdOTe)1−y(Ir)2Te3)y
よりなる光導電体であり、その上の光入射側には第2電
極21が形成され、半導体基板10と同電位に保たれて
いる。
The fourth electrode 18 is electrically connected to the n+ type region 11 and also serves as an electrode of the hole blocking layer 19. 20 is (Znl-XCdOTe)1-y(Ir)2Te3)y
A second electrode 21 is formed on the light incident side of the photoconductor, and is maintained at the same potential as the semiconductor substrate 10.

なお、この電極には点線で示したように電圧■φlを印
加してもよい。ここで、絶縁体膜15を介して半導体基
板10と第1ゲート電極14とより形成される結合容量
CBは、n+領域11と半導体基板10とより形成され
る結合容量CDと正孔阻止層19、光導電体20よりな
るヘテロ接合を介し・て第1電極18、第2電極21に
より形成される結合容量C,との和より充分大となるよ
う形成する。22は入射光である。
Note that a voltage ■φl may be applied to this electrode as shown by the dotted line. Here, the coupling capacitance CB formed by the semiconductor substrate 10 and the first gate electrode 14 via the insulating film 15 is different from the coupling capacitance CD formed by the n+ region 11 and the semiconductor substrate 10 and the hole blocking layer 19. , and the coupling capacitance C formed by the first electrode 18 and the second electrode 21 via a heterojunction made of the photoconductor 20. 22 is incident light.

次に、この第1図の構造の光情報読み込み動作を説明す
る。
Next, the optical information reading operation of the structure shown in FIG. 1 will be explained.

第2図にこの素子を駆動するパルスノパターンと第1電
極18における電位変化を示す。時間ちにおいて第1ゲ
ート電極14に■CHなる読み込みパルスを印加すると
、第1電極18における電位は第2図bに示した如く(
■。H−■T)にチャージされる。ここで■Tは、酎領
域11,13および第1ゲート電極14より構成される
FETの閾値電圧である。今、電極21より光が入射さ
れると、(Znl−0CdJe)1−,(In2Te3
),からなる光導電体19において電子正孔対が生成さ
れ、それぞれが電極18,21に到達して電極18の電
位が低下する。この電位低下は入射光量に比例し、1フ
ィールド期間蓄積されるので■まで低下する。さらに時
Illlt2において、第1ゲート電極14にVCHを
印加すると、その下の半導体の表面電位は上昇し、その
結果n+型領域11からn+型領域13に電子の注入が
起こりCI3に移される。その結果、酎型領域11の電
圧は再び上昇し注入は停止する。この時ギ型領域11の
電圧は(VCH−VT)となる。したがつて前記蓄積容
量に放電により失われた電荷と等価の電子が移動した時
点で注入は停止するので、蓄積容量CBに移動した電荷
の総量は入射光の照度に対応する。ここで、電極21の
電位を第1図の点線に示した如く、Vφにバイアスする
と、強い入射光がある場合でも、ダイオードの電位低下
は■φ以下にならないので、ブルミングを避けることが
出来る。以上は、光検知部と第1ゲート電極14による
固体素子の一単位についての説明であるが、耐型領域1
3に読込まれた光電変換信号を自己走査によつて出力部
に送り出す手段について以下に説明する。第3図は第1
図に示した固体素子の一単位を一次元に配置した場合の
平面図であり点線でかこまれた部分23は上記一単位を
示している。その他の図番に対応し、同一図面のものは
同一機能をする。隣り合う単位に含まれる第1ゲート電
極14,25との間に第2ゲート電極24,26が付設
されている。前述した一連の操作で第1ゲート電極14
で読み込まれた電荷は第2のゲート電極24に、第2図
に示した正の転送パルスを加える々ことにより、電荷転
送の形で第2のゲート電極24の下に移動する。さらに
第2ゲート電極24の下に移動した電荷は、同様の原理
に基づいて25,26と次々に転送され出力段まで転送
される。すなわち、光検出部で光電変換された信号を2
相のブロック信号で出力段に送り出すことができる。さ
らに本発明の特徴は光検出部の構造にある。
FIG. 2 shows the pulse pattern for driving this element and the potential change at the first electrode 18. When a read pulse CH is applied to the first gate electrode 14 at a certain time, the potential at the first electrode 18 becomes (
■. H-■T) is charged. Here, ■T is the threshold voltage of the FET composed of the thin regions 11 and 13 and the first gate electrode 14. Now, when light is incident from the electrode 21, (Znl-0CdJe)1-, (In2Te3
), electron-hole pairs are generated in the photoconductor 19, each reaching the electrodes 18 and 21, and the potential of the electrode 18 decreases. This potential drop is proportional to the amount of incident light and is accumulated for one field period, so the potential decreases to ■. Further, at time Illt2, when VCH is applied to the first gate electrode 14, the surface potential of the semiconductor therebelow increases, and as a result, electrons are injected from the n+ type region 11 to the n+ type region 13 and transferred to CI3. As a result, the voltage in the dog-shaped region 11 rises again and the implantation stops. At this time, the voltage of the square region 11 becomes (VCH-VT). Therefore, the injection stops when electrons equivalent to the charges lost due to discharge have moved to the storage capacitor, and therefore the total amount of charges moved to the storage capacitor CB corresponds to the illuminance of the incident light. Here, if the potential of the electrode 21 is biased to Vφ as shown by the dotted line in FIG. 1, even if there is strong incident light, the potential of the diode will not drop below ■φ, so blooming can be avoided. The above is an explanation of one unit of the solid-state device including the photodetector and the first gate electrode 14.
The means for sending out the photoelectric conversion signal read in the photoelectric conversion signal 3 to the output section by self-scanning will be explained below. Figure 3 is the first
This is a plan view when one unit of the solid-state element shown in the figure is arranged one-dimensionally, and a portion 23 surrounded by a dotted line indicates the one unit. Items in the same drawing that correspond to other drawing numbers have the same function. Second gate electrodes 24 and 26 are provided between first gate electrodes 14 and 25 included in adjacent units. Through the series of operations described above, the first gate electrode 14
By applying the positive transfer pulse shown in FIG. 2 to the second gate electrode 24, the charges read in are moved under the second gate electrode 24 in the form of charge transfer. Further, the charge that has moved below the second gate electrode 24 is transferred to 25 and 26 one after another based on the same principle, and is transferred to the output stage. In other words, the signal photoelectrically converted by the photodetector is converted into 2
The phase block signal can be sent to the output stage. A further feature of the present invention lies in the structure of the photodetector.

すなわち、その構造は、第1図に示した如くn+型領域
11に電気的に接続した第1電極18と、その上の正孔
阻止層19と光導電体20とのヘテロ接合及びその上の
第2電極21とよりなる。次にこの光検知部の製造法の
一例を示す。前述したような転送機能を有する半導体基
板10はn+型領域11に一部穴があいており、その他
の部分は絶縁体層16,17にて覆われている。その上
に、電子ビーム蒸着法あるいはスパッタリング法等によ
り例えばMO,Ta等の第1電極15を形成する。この
第1電極18は、少くとも隣接単位素子と接触しないよ
うに形成する。さらにその上に正孔の阻止層19、例え
ばZnO,ZnS,ZnSe,CdS,CdSe等を真
空蒸着法やスパッタリング法で基板温度150〜350
℃にて0.1〜1.0pmに形成する。その上に(Zn
O.7CdO.3Te)。.95(Ir]2Te3)。
.05を真空蒸着法により基板温度100〜350℃に
て0.5〜4μm形成する。この光導電体はまた、前半
にCdTeを前記条件と同様に0.3〜3.0μm形成
し、さらに後半に(ZnTe)。.99(In2Te3
)。.01を0.2〜2.0μm形成してもよい。この
ようにして得られた光導電膜を真空中にて550℃6〜
1紛の熱処理を加えることにより所望の光導電体膜20
が得られる。その上に透明電極21を形成することによ
り、本発明の単位素子が得られる。次に、この光検知部
の動作を説明する。
That is, as shown in FIG. 1, the structure includes a first electrode 18 electrically connected to an n+ type region 11, a heterojunction between a hole blocking layer 19 and a photoconductor 20 above the first electrode 18, and a heterojunction between the first electrode 18 and the photoconductor 20 above the first electrode 18, as shown in FIG. It consists of a second electrode 21. Next, an example of a method for manufacturing this photodetecting section will be described. A semiconductor substrate 10 having a transfer function as described above has a hole partially formed in the n+ type region 11, and other parts are covered with insulating layers 16 and 17. A first electrode 15 made of, for example, MO or Ta is formed thereon by electron beam evaporation or sputtering. This first electrode 18 is formed so as not to contact at least an adjacent unit element. Furthermore, a hole blocking layer 19 such as ZnO, ZnS, ZnSe, CdS, CdSe, etc. is formed on the substrate at a substrate temperature of 150 to 350 by vacuum evaporation or sputtering.
It is formed to a thickness of 0.1 to 1.0 pm at ℃. On top of that (Zn
O. 7CdO. 3Te). .. 95(Ir]2Te3).
.. 05 is formed to a thickness of 0.5 to 4 μm at a substrate temperature of 100 to 350° C. by vacuum evaporation. This photoconductor also had CdTe formed to a thickness of 0.3 to 3.0 μm in the same manner as the above conditions in the first half, and (ZnTe) in the second half. .. 99(In2Te3
). .. 01 may be formed to have a thickness of 0.2 to 2.0 μm. The photoconductive film thus obtained was heated at 550°C in a vacuum.
A desired photoconductor film 20 can be formed by adding one layer of heat treatment.
is obtained. By forming the transparent electrode 21 thereon, the unit element of the present invention is obtained. Next, the operation of this photodetector will be explained.

n+型領域11は読ひ込みパルスにより正の電圧(■。
o−■T)に印加され、かつ第2電極21は零電位であ
るから、ヘテロ接合は逆バイアスされている。今、Zn
O,ZnS,ZnSe,CdSe等は正孔阻止層19で
あり、この正孔阻止層19の有無による暗電流の違いを
第7図に示す。Aが正孔阻止層19の有る場合で、Bが
無い場合であり、明らかに暗電流の減少がみられる。一
抱、電極21側から光入射を行なつた時の青色の感度と
膜厚方向の組成分布の関係を第8図に示した。第8図a
はオージエ分析法により、膜厚方向における組成分布を
求めたもので、光入射側からの組成分布を示している。
CからGにいくにしたがいCdTeの平均組成が増加す
ると共に膜厚方向の組成の傾斜も増加している。第8図
bはa(7)C−Gに対応した試料・の青色感度を測定
したもので、例えは印加電圧5Vでみると青色感度はC
からGにいくにしたがい増加していることがわかる。C
においても電圧と共に青色感度は上昇するが、それにつ
れて暗電流が増加するのでS/N上好ましくない。青色
光は吸収係数が大きいこと、及び第8図の試料E・F(
7)0.3μm以下の組成分布は近似しており、0.3
μm以上の組成分布は大きく異なつているが青色感度に
おいては、E,Fはほぼ同等であることから、0.3μ
m以下の組成分布が重要であることがわかる。青色感度
としては試料D以上であればSiホトダイオードのみの
場合より充分まさるのでD試料の青感度を下限とすると
高い青感度を得る組成分布の条件は、0.3μmまでの
平均組成がx≧0.05でかつXが光入射方向に漸減し
ている構造となる。またx=1の場合には青色感度とし
ては上記条件のものより少なくなり、暗電流も増加する
ので除去した。しかし、上記条件以外の組成においても
特にカラー用を目的としなければ、白色光には充分な感
度を有し、かつ、従来の電荷転送型における光検知部の
面積割合が転送段を形成する必要から、イメージ部全体
の114〜115となり、光利用効率が低下する等の欠
点が除去出来るので、特に低照度の撮像等には有利であ
る。次に本発明にかかる光導電体膜の特性とその他の光
導電体膜の特性を第1表にまとめて示す。
The n+ type region 11 receives a positive voltage (■) due to the reading pulse.
o−■T) and the second electrode 21 is at zero potential, so the heterojunction is reverse biased. Now, Zn
O, ZnS, ZnSe, CdSe, etc. are the hole blocking layer 19, and the difference in dark current depending on the presence or absence of this hole blocking layer 19 is shown in FIG. A is the case with the hole blocking layer 19, and B is the case without the hole blocking layer 19, and a clear reduction in dark current can be seen. FIG. 8 shows the relationship between the blue sensitivity and the composition distribution in the film thickness direction when light is incident from the electrode 21 side. Figure 8a
The composition distribution in the film thickness direction was determined by the Augier analysis method, and shows the composition distribution from the light incident side.
As one goes from C to G, the average composition of CdTe increases and the gradient of the composition in the film thickness direction also increases. Figure 8b shows the measured blue sensitivity of the sample corresponding to a(7)C-G.For example, when looking at the applied voltage of 5V, the blue sensitivity is C
It can be seen that it increases as you go from G to G. C
Although the blue sensitivity also increases with voltage, the dark current increases accordingly, which is unfavorable in terms of S/N. Blue light has a large absorption coefficient, and samples E and F in Figure 8 (
7) The composition distribution below 0.3 μm is approximate, and 0.3
Although the composition distribution over μm differs greatly, in terms of blue sensitivity, E and F are almost the same, so 0.3 μm
It can be seen that the composition distribution below m is important. If the blue sensitivity is higher than Sample D, it is sufficiently superior to the case of only Si photodiode, so if the blue sensitivity of Sample D is set as the lower limit, the composition distribution condition for obtaining high blue sensitivity is that the average composition up to 0.3 μm is x≧0. .05 and X gradually decreases in the direction of light incidence. Further, in the case of x=1, the blue sensitivity is lower than that under the above conditions and the dark current also increases, so it was removed. However, even with compositions other than the above, unless the purpose is for color use, it is necessary to have sufficient sensitivity to white light and to have a proportion of the area of the photodetector in the conventional charge transfer type that forms a transfer stage. Therefore, the entire image area becomes 114 to 115, and defects such as a decrease in light utilization efficiency can be eliminated, which is particularly advantageous for low-illuminance imaging. Next, the characteristics of the photoconductor film according to the present invention and the characteristics of other photoconductor films are summarized in Table 1.

本発明は、青感度においては他の光導電体膜にまさり白
色光感度暗電流においてもニユービコンと同様のものが
得られる。さらに、この光導電体膜は従来の電荷転送電
極部上にも形成できるため、面積的な光利用効率も高く
きわめて高感度な固体撮像装置が得られる。第4図は本
発明の他の実施例を示すもので、Si基板上に形成した
回路素子がXYマトリックス型の場合の光電変換固体装
置の一単位の断面構造を示した例である。
The present invention has better blue sensitivity than other photoconductor films and white light sensitivity and dark current similar to Nubicon. Furthermore, since this photoconductor film can also be formed on a conventional charge transfer electrode section, a solid-state imaging device with high areal light utilization efficiency and extremely high sensitivity can be obtained. FIG. 4 shows another embodiment of the present invention, and is an example showing the cross-sectional structure of one unit of a photoelectric conversion solid-state device when the circuit elements formed on a Si substrate are of an XY matrix type.

p型半導体基板27上にn+領域28,29を設け絶縁
層30を介してゲート電極34を設けFETを形成する
。ここで28はドレインで電極33により隣接素子FE
Tのドレインと共通接続されており行選択線となつてい
る。またゲート電極34は隣接素子FETのゲート電極
と共通接続されており列選択線となつている。29はソ
ースとなる。
N+ regions 28 and 29 are provided on a p-type semiconductor substrate 27, and a gate electrode 34 is provided via an insulating layer 30 to form an FET. Here, 28 is a drain and an electrode 33 connects the adjacent element FE.
It is commonly connected to the drain of T and serves as a row selection line. Further, the gate electrode 34 is commonly connected to the gate electrode of the adjacent element FET, and serves as a column selection line. 29 is the source.

31,32は絶縁層である。31 and 32 are insulating layers.

35はソース29と電気的に接続した電極で絶縁層31
,32上にも形成されている。
35 is an electrode electrically connected to the source 29 and an insulating layer 31
, 32.

36は正孔阻止層で37は(Znl−0Cd0Te)1
−9(Irl2Te3)yよりなる光導電体であり、そ
の上に透明電極38を形成し、半導体基板27と同電位
に保つ。
36 is a hole blocking layer and 37 is (Znl-0Cd0Te)1
-9(Irl2Te3)y, on which a transparent electrode 38 is formed and kept at the same potential as the semiconductor substrate 27.

39は入射光である。39 is incident light.

次にこの第4図の光情報読み込み動作を第5図、第6図
を用いて説明する。第5図は第4図の単位素子をXY方
向に各2個ずつ形成した場合の回路構成を示している。
40から45まではFETで46は出力端子である。
Next, the optical information reading operation shown in FIG. 4 will be explained using FIGS. 5 and 6. FIG. 5 shows a circuit configuration in which two unit elements of FIG. 4 are formed in each of the X and Y directions.
40 to 45 are FETs, and 46 is an output terminal.

第6図はXY走査回路から印加されるパルスの時間変化
を示したものである。第5図に示したラインYl,Y2
,Xl,X2に対応して記述してある。今、ラインY1
に第6図に示したパルスが印加されるとTOにてFET
42,43はオンとなる。さらにX1にもパルスが印加
されるので、FET4Oが0nとなり負荷抵抗RLを通
して電源■1よりQll,Q″11が逆バイアスされる
。ここでQllはソース29と半導体基板27とで形成
されるダイオードでQ″11は正孔阻止層36と(Zn
l−0Cd0Te)1−y(Irl2Te3)Y37と
によつて形成されるダイオードである。
FIG. 6 shows temporal changes in pulses applied from the XY scanning circuit. Lines Yl and Y2 shown in Figure 5
, Xl, and X2. Now line Y1
When the pulse shown in Figure 6 is applied to
42 and 43 are turned on. Furthermore, since a pulse is also applied to X1, FET4O becomes 0n, and Qll and Q''11 are reverse biased from the power supply ■1 through the load resistor RL. Here, Qll is a diode formed by the source 29 and the semiconductor substrate 27. Q″11 is the hole blocking layer 36 and (Zn
1-0Cd0Te)1-y(Irl2Te3)Y37.

次に時間T1にては、FET4OはオフとなりFET4
lが0nとなる。従つてT1からT2の期間は同様にQ
l2,Q″1。が逆バイアスされる。同様にT2からT
3の間にはQ2l,Q″4、T3からT4の間にはQ2
2,Q″22が逆バイアスされれる。一方、例えば第4
図に示したようにダイオードQ″11に光入射があると
ダイオードQ″11及びQllのアノード電位は光量に
応じてT。かT1にてバイアスされた電位より低下する
。この低下量は光量に比例しかつ1フィールド期間蓄積
される。T4からT5の期間においてはT。からT1の
期間と同様FET4O,42がオンとなるから光量に比
例して低下した電荷分が電源■ェより負荷抵抗RLを通
して供給される。従つて出力端子46には光量に比例し
た電位変化が出力される。同様にして、順次パルスを印
加することによりQ″1。,Q12,Q″21,Q21
,Q″22,Q22の各絵素に対応した出力が時係列に
取り出すことが出来る。以上述べた如く、本発明は半導
体基板上に電荷転送型固体素子及びXYマトリックス型
固体素子上にきわめて高感度で暗電流の少ないヘテロ接
合を形成した装置で、高SN比、高感度で、かつブルー
ミングの少ない固体撮像装置を提供することができる。
Next, at time T1, FET4O is turned off and FET4O is turned off.
l becomes 0n. Therefore, the period from T1 to T2 is Q
l2, Q″1. is reverse biased. Similarly, from T2 to T
Q2l, Q″4 between T3 and Q2 between T3 and T4
2, Q″22 is reverse biased. On the other hand, e.g.
As shown in the figure, when light is incident on the diode Q''11, the anode potential of the diodes Q''11 and Qll becomes T depending on the amount of light. The potential is lower than the potential biased at T1. This amount of decrease is proportional to the amount of light and is accumulated for one field period. T in the period from T4 to T5. Since the FETs 4O and 42 are turned on in the same way as in the period T1, the electric charge that decreases in proportion to the amount of light is supplied from the power source 1 through the load resistor RL. Therefore, a potential change proportional to the amount of light is output to the output terminal 46. Similarly, by sequentially applying pulses, Q″1., Q12, Q″21, Q21
, Q''22, and Q22 can be taken out in time series.As described above, the present invention is capable of producing extremely high-density charge transfer type solid-state devices and XY matrix-type solid-state devices on semiconductor substrates. A device in which a heterojunction with high sensitivity and low dark current is formed makes it possible to provide a solid-state imaging device with a high SN ratio, high sensitivity, and little blooming.

また本発明の固体撮像装置は、1次元および2次元の形
成が可能であり、1次元の場合にはファクシミリ等のセ
ンサーとして応用でき、その高感度の特徴から光源の寿
命の延長ができ、一方2次元の場合には固体撮像装置と
して低照度まで撮像できる上に、特に青感度が高いこと
から固体カラーカメラとして用いた際に照明の低減がで
きる等、多くの利点を有する。
Furthermore, the solid-state imaging device of the present invention can be formed into one-dimensional and two-dimensional structures, and in the case of one-dimensional structure, it can be applied as a sensor for facsimiles, etc. Due to its high sensitivity, the life of the light source can be extended; In the case of a two-dimensional device, it has many advantages, such as being able to capture images even at low illuminance as a solid-state imaging device, and having particularly high blue sensitivity, it is possible to reduce illumination when used as a solid-state color camera.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例の電荷転送型光電変換固体素
子の一単位の断面構造図、第2図A,bは第1図の一実
施例についての動作を説明するための図でクロックパル
スの時間関係及び光導電体膜の電位変化を示す図、第3
図は第1図の光電変換固体素子の一単位を一次元に配置
し電荷転送をもたせた構造の平面図、第4図はXYマト
リックス型光電変換固体素子の一単位の断面図、第5図
は同回路図、第6図は第5図の動作を説明するためのパ
ルスの時間関係を示す図、第7図はヘテロ接合よりなる
光導電体膜の正孔阻止層に有無による暗電流の違いを示
す特性図、第8図A,bは本発明による光導電体膜のオ
ージエ分析法による組成分布図及び青感度の電圧依存性
を示す特性図である。 10・・・・・・p型半導体基板、11,13・・・・
・・耐型領域、14・・・・・・第1ゲート電極、18
・・・・・・第1電極、19・・・・・正孔阻止層、2
0・・・・・・光導電体、21・・・・・・第2電極。
FIG. 1 is a cross-sectional structural diagram of one unit of a charge transfer type photoelectric conversion solid-state device according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2A and 2B are diagrams for explaining the operation of the embodiment of FIG. 1. Figure 3 showing the time relationship of clock pulses and potential changes of the photoconductor film.
The figure is a plan view of a structure in which one unit of the photoelectric conversion solid-state element shown in Figure 1 is arranged one-dimensionally to provide charge transfer, Figure 4 is a cross-sectional view of one unit of the XY matrix type photoelectric conversion solid-state element, and Figure 5 is the same circuit diagram, FIG. 6 is a diagram showing the time relationship of pulses to explain the operation of FIG. 5, and FIG. Characteristic diagrams showing the differences, FIGS. 8A and 8B, are composition distribution diagrams obtained by Auger analysis of the photoconductor film according to the present invention, and characteristic diagrams showing the voltage dependence of blue sensitivity. 10... p-type semiconductor substrate, 11, 13...
... Type-resistant region, 14... First gate electrode, 18
...First electrode, 19... Hole blocking layer, 2
0...Photoconductor, 21...Second electrode.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 半導体基板に不純物領域を形成し、前記不純物領域
に蓄積された映像信号を出力する走査回路を形成し、前
記不純物領域の一部に絶縁層を設け、かつ前記不純物領
域の他の一部と、正孔阻止層および(Zn_1_−_x
Cd_xTe)_1_−_y(In_2Te_3)_y
よりなるヘテロ接合とが電気的に接合されてなることを
特徴とする固体撮像装置。 2 p型半導体基板に、n型ダイオード領域を形成し、
前記半導体基板上に第1の絶縁体層を介して前記ダイオ
ード領域に重なり合う部分を有すように第1のゲート電
極を設け、さらに前記第1ゲート電極を覆うように第2
の絶縁体層を設け、この第2の絶縁体層およびその他の
表面部を覆いかつ前記ダイオード領域と電気的に結合し
た第1の電極を形成し、前記第1の電極上に正孔阻止層
と(Zn_1_−_xCd_xTe)_1_−_y(I
n_2Te_3)_yとのヘテロ接合よりなる光導電体
層を設け、更にこの光導電体層上に第2の電極を形成し
てこの第2の電極と前記p型半導体基板とを電気的に接
続し、前記ダイオード領域と第1のゲート電極と光導電
体層とよりなる固体素子を一単位として、この一単位を
複数個配列し、相隣り合う前記各単位の第1ゲート電極
間に、第2のゲート電極を備えたことを特徴とする固体
撮像装置。 3 p型半導体基板にn型ソース・ドレイン領域を形成
し、前記半導体基板に絶縁体層を介してソース・ドレイ
ン領域に重なり合う部分を有するようにゲート電極を配
置して、電界効果トランジスタを形成し、前記ソース部
を除いた部分に絶縁体層を設け、この絶縁体層を覆うよ
うにソース領域と電気的に結合した第1の電極を形成し
、前記電極上に正孔阻止層と(Zn_1_−_xCd_
xTe)_1_−_y(In_2Te_3)_yとのヘ
テロ接合よりなる光導電体層を設け、更に上記光導電体
層上に第2の電極を形成してこの第2の電極と前記p型
半導体基板とを電気的に接続し、前記電界効果トランジ
スタと光導電体層とよりなる固体素子を一単位としてこ
の一単位を複数個配列し、列ごとに前記固体素子のゲー
ト電極を共通接続して列選択線を得、行ごとに上記固体
素子のドレイン領域を共通接続して行選択線を得、前記
列選択線および行選択線に所定の走査パルスを印加する
ことにより各絵素における映像信号を取り出すようにし
たことを特徴とする固体撮像装置。 4 特許請求の範囲第1項記載において、正孔阻止層と
して少なくともZnO、ZnS、ZnSe、CdS、C
dSeを用いた固体撮像装置。 5 特許請求の範囲第1項記載において、(Zn_1_
−_xCd_xTe)_1_−_y(In_2Te_3
)_yの第2電極側からの膜厚0.3μm以下の平均組
成が1.0>x≧0.05でかつ第2電極側に向いxの
漸減する構造を有する固体撮像装置。
[Scope of Claims] 1. An impurity region is formed in a semiconductor substrate, a scanning circuit for outputting a video signal accumulated in the impurity region is formed, an insulating layer is provided in a part of the impurity region, and the impurity region other part of the hole blocking layer and (Zn_1_-_x
Cd_xTe)_1_-_y(In_2Te_3)_y
What is claimed is: 1. A solid-state imaging device characterized by electrically joining a heterojunction consisting of: 2 Forming an n-type diode region on the p-type semiconductor substrate,
A first gate electrode is provided on the semiconductor substrate so as to have a portion overlapping the diode region via a first insulator layer, and a second gate electrode is provided so as to cover the first gate electrode.
a first electrode covering the second insulating layer and other surface portions and electrically coupled to the diode region; and a hole blocking layer on the first electrode. and (Zn_1_-_xCd_xTe)_1_-_y(I
A photoconductor layer made of a heterojunction with n_2Te_3)_y is provided, and a second electrode is further formed on this photoconductor layer to electrically connect the second electrode to the p-type semiconductor substrate. , a solid-state device including the diode region, the first gate electrode, and the photoconductor layer is set as one unit, a plurality of units are arranged, and a second gate electrode is arranged between the first gate electrodes of each adjacent unit. A solid-state imaging device comprising a gate electrode. 3. Forming an n-type source/drain region on a p-type semiconductor substrate, and arranging a gate electrode on the semiconductor substrate so as to have a portion overlapping the source/drain region via an insulating layer to form a field effect transistor. , an insulating layer is provided in a portion other than the source region, a first electrode electrically coupled to the source region is formed so as to cover this insulating layer, and a hole blocking layer and (Zn_1_ −_xCd_
xTe)_1_-_y(In_2Te_3)_y, a photoconductor layer consisting of a heterojunction is provided, and a second electrode is further formed on the photoconductor layer, and this second electrode and the p-type semiconductor substrate are connected. are electrically connected, a plurality of solid-state devices consisting of the field-effect transistor and the photoconductor layer are arranged as one unit, and the gate electrodes of the solid-state devices are commonly connected for each column to select a column. A line is obtained, the drain regions of the solid-state elements are commonly connected for each row to obtain a row selection line, and a video signal in each picture element is extracted by applying a predetermined scanning pulse to the column selection line and the row selection line. A solid-state imaging device characterized by: 4. In claim 1, the hole blocking layer comprises at least ZnO, ZnS, ZnSe, CdS, C
Solid-state imaging device using dSe. 5 In claim 1, (Zn_1_
-_xCd_xTe)_1_-_y(In_2Te_3
) A solid-state imaging device having a structure in which the average composition of _y with a film thickness of 0.3 μm or less from the second electrode side is 1.0>x≧0.05, and x gradually decreases toward the second electrode side.
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GB7903077A GB2014783B (en) 1978-01-31 1979-01-29 Solid-state image sensor
DE2903651A DE2903651C2 (en) 1978-01-31 1979-01-31 Solid state image sensing device
FR7902477A FR2416554A1 (en) 1978-01-31 1979-01-31 SOLID STATE SHOOTING DEVICE

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