JPS6057234B2 - 電荷結合型半導体ホトダイオード - Google Patents
電荷結合型半導体ホトダイオードInfo
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- JPS6057234B2 JPS6057234B2 JP51141358A JP14135876A JPS6057234B2 JP S6057234 B2 JPS6057234 B2 JP S6057234B2 JP 51141358 A JP51141358 A JP 51141358A JP 14135876 A JP14135876 A JP 14135876A JP S6057234 B2 JPS6057234 B2 JP S6057234B2
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- diffusion region
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- insulating layer
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices 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; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices 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; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/10—Semiconductor devices 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; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
- H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H01L31/112—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by field-effect operation, e.g. junction field-effect phototransistor
- H01L31/113—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by field-effect operation, e.g. junction field-effect phototransistor being of the conductor-insulator-semiconductor type, e.g. metal-insulator-semiconductor field-effect transistor
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は高感度の光感知半導体装置に関し、さらに具体
的に言えば、電気的に制御された光電感度を有する固体
電荷結合型光導電装置に関するものである。
的に言えば、電気的に制御された光電感度を有する固体
電荷結合型光導電装置に関するものである。
固体ホトダイオード検出装置は、パターン認識、位置検
出、像追跡等の像検出及び数多くの他の用途に使用され
て知られている。
出、像追跡等の像検出及び数多くの他の用途に使用され
て知られている。
例えば、米国特許第３８１２５１８号明細書には、光感
知表面のｎ型層により発生される電子一正孔の対を収集
するｐ型拡散領域を細長く延長して埋設した半導体ホト
ダイオードが開示されている。
知表面のｎ型層により発生される電子一正孔の対を収集
するｐ型拡散領域を細長く延長して埋設した半導体ホト
ダイオードが開示されている。
装置のキャパシタンス及び感度を高めるためにｐ型拡散
領域を細長く延長して形成している。米国特許第３８１
６７６腸明細書には、第１導電型の基板、反対導電型の
拡散領域及びゲート領域から成る光検出装置が開示され
ている。
領域を細長く延長して形成している。米国特許第３８１
６７６腸明細書には、第１導電型の基板、反対導電型の
拡散領域及びゲート領域から成る光検出装置が開示され
ている。
Ｊ さらに、この技術に関する米国特許としては、第３
７９５８０５号、第３８０８４７６号、第３８１４９５
５号等がある。
７９５８０５号、第３８０８４７６号、第３８１４９５
５号等がある。
１９６９年１２月発刊の１ＥＥＥＪ０ｕｒｎａＩ０ｆＳ
０１ｉｄＳｔａｔｅＣｉｒｃｕｉｔｓのＶＯＩ．ＳＣ−
４、ＮＯ．６にＳａＶＶＯｓＧ．Ｃｈａｍ？Ｒｌｌｎに
よる４４Ｐｈ０ｔ０−ＳｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙａｎｄＳ
ｃａｎｎｉｎｇＯｆＳｉＩｉｃＯｎＩｍａｇｅＤｅｔｅ
ＣｔＯｒＡｒｒａｙｓ″ど題する文献には、像を走査す
るためのプレナーＳｉｐ＋−ｎホトダイオードの基本的
な主要な動作が掲載されており、本発明を理解する際の
基礎知識として役に立つ。
０１ｉｄＳｔａｔｅＣｉｒｃｕｉｔｓのＶＯＩ．ＳＣ−
４、ＮＯ．６にＳａＶＶＯｓＧ．Ｃｈａｍ？Ｒｌｌｎに
よる４４Ｐｈ０ｔ０−ＳｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙａｎｄＳ
ｃａｎｎｉｎｇＯｆＳｉＩｉｃＯｎＩｍａｇｅＤｅｔｅ
ＣｔＯｒＡｒｒａｙｓ″ど題する文献には、像を走査す
るためのプレナーＳｉｐ＋−ｎホトダイオードの基本的
な主要な動作が掲載されており、本発明を理解する際の
基礎知識として役に立つ。
本発明の目的は、基板、拡散領域及びゲート領域を含む
独特の幾可学的構造及びバイアス特性を有する高感度の
電荷結合型光検出装置を提供することにある。
独特の幾可学的構造及びバイアス特性を有する高感度の
電荷結合型光検出装置を提供することにある。
本発明によると、拡散領域に比較して非常に大きなポリ
シリコンの電子収集ゲート領域を有する半導体光検出装
置が提供される。
シリコンの電子収集ゲート領域を有する半導体光検出装
置が提供される。
さらに本発明によると、装置の実効キャパシタンスがゲ
ート領域のキャパシタンスに比較して小さい拡散領域の
キャパシタンスである半導体光検出装置が提供される。
ート領域のキャパシタンスに比較して小さい拡散領域の
キャパシタンスである半導体光検出装置が提供される。
さらに本発明によると、拡散領域がホトダイオードの領
域から電気的に絶縁分離される半導体光検出装置が提供
される。さらに本発明によると、出力キャパシタンスが
小さいので、熱雑音が小さく且つ高速度の半導体光検出
装置が提供される。
域から電気的に絶縁分離される半導体光検出装置が提供
される。さらに本発明によると、出力キャパシタンスが
小さいので、熱雑音が小さく且つ高速度の半導体光検出
装置が提供される。
本発明による固体電荷結合型半導体光検出装置は、一導
電型の基板表面内に形成された該基板とは反対導電型の
１以上の拡散領域と、該拡散領域の少なくとも一部を除
く基板表面上に形成された第１の絶縁層と、拡散領域を
除く基板上の第１の−絶縁層の表面に形成されたゲー１
・層と、該ゲート層の表面及び上記拡散領域の表面上に
形成された第２の絶縁層と、該第２の絶縁層を貫通して
拡散領域の衷面の一部分に接触して形成された第１の電
気接点を含む。
電型の基板表面内に形成された該基板とは反対導電型の
１以上の拡散領域と、該拡散領域の少なくとも一部を除
く基板表面上に形成された第１の絶縁層と、拡散領域を
除く基板上の第１の−絶縁層の表面に形成されたゲー１
・層と、該ゲート層の表面及び上記拡散領域の表面上に
形成された第２の絶縁層と、該第２の絶縁層を貫通して
拡散領域の衷面の一部分に接触して形成された第１の電
気接点を含む。
第２の接点は、第２の絶縁層を．貫通してゲー１・層の
表面に接触して設けられている。該装置の光電感度は、
比較的小さな拡散領域が大きなゲート領域に対して逆方
向バイアスされるように電気的に制御される。以下、図
面を参照して本発明の良好なる実施例・を説明する。
表面に接触して設けられている。該装置の光電感度は、
比較的小さな拡散領域が大きなゲート領域に対して逆方
向バイアスされるように電気的に制御される。以下、図
面を参照して本発明の良好なる実施例・を説明する。
第１図及び第２図は、本発明による高感度の半導体光検
出装置の１実施例の平面図及び断面図を示す。この半導
体光検出装置はｐ導電型の材料から成る基板１０を含み
、該基板１０には、耐拡散領域１６が形成された領域を
除く基板の上表面の大部分に二酸化シリコンから成つて
もよい絶縁層１２が形成される。この絶縁層１２上には
、ポリシリコンから成つてもよいゲート層１８が形成さ
れる。二酸化シリコンから成つてもよい第２の絶縁層１
３は、ゲート層１８及びそこから下方に延びてｎ＋拡散
領域１６の表面上に形成される。アルミニウムから成つ
てもよい第１の接点２２Ｊは、絶縁層１３上及び該絶縁
層１３を貫通し耐拡散領域１６に接触して設けられる。
出装置の１実施例の平面図及び断面図を示す。この半導
体光検出装置はｐ導電型の材料から成る基板１０を含み
、該基板１０には、耐拡散領域１６が形成された領域を
除く基板の上表面の大部分に二酸化シリコンから成つて
もよい絶縁層１２が形成される。この絶縁層１２上には
、ポリシリコンから成つてもよいゲート層１８が形成さ
れる。二酸化シリコンから成つてもよい第２の絶縁層１
３は、ゲート層１８及びそこから下方に延びてｎ＋拡散
領域１６の表面上に形成される。アルミニウムから成つ
てもよい第１の接点２２Ｊは、絶縁層１３上及び該絶縁
層１３を貫通し耐拡散領域１６に接触して設けられる。
同様にアルミニウムから成つてもよい第２の接点２４は
、絶縁層１３上及び該絶縁層１３を貫通しゲート層１８
に接触して設けられる。接点２２は、Ｄ．Ｃゲー１・供
給電位■ｃにより制御される能動素子１９に接続される
。
、絶縁層１３上及び該絶縁層１３を貫通しゲート層１８
に接触して設けられる。接点２２は、Ｄ．Ｃゲー１・供
給電位■ｃにより制御される能動素子１９に接続される
。
能動素子１９のドレイン電圧■。は光検出装置の出力信
号である。第２の接点２４はバイアス電位Ｖ，の源に接
続される。動作状態では、光は絶縁層１３の上表面に照
射されて絶縁層１３、ゲート領域１８、絶縁層１２を通
過して基板１０に達する。
号である。第２の接点２４はバイアス電位Ｖ，の源に接
続される。動作状態では、光は絶縁層１３の上表面に照
射されて絶縁層１３、ゲート領域１８、絶縁層１２を通
過して基板１０に達する。
この光は領域１６にも照射される。この光は、使用され
る認識装置、感知装置若しくは追跡装置から照射され、
さらに光ファイバ若しくは他の同様な手段により、光検
出装置に光を選択的に照射してもよい。反対側から領域
１０内に光を照射することもできる。従来の光検出素子
ては、反転層が通常絶縁層と半導体層相互の間に形成さ
れ、反転層内の電荷の量は光検出素子て減衰する光量と
照射時間に比例する。絶縁体と半導体との界面における
反転層内に発生される電荷は、光に比例する出力電圧を
発生する。本発明の重要な特徴は、接点２４を介してゲ
ート領域１８に制御可能なバイアス電圧Ｖ１を印加する
ことにある。
る認識装置、感知装置若しくは追跡装置から照射され、
さらに光ファイバ若しくは他の同様な手段により、光検
出装置に光を選択的に照射してもよい。反対側から領域
１０内に光を照射することもできる。従来の光検出素子
ては、反転層が通常絶縁層と半導体層相互の間に形成さ
れ、反転層内の電荷の量は光検出素子て減衰する光量と
照射時間に比例する。絶縁体と半導体との界面における
反転層内に発生される電荷は、光に比例する出力電圧を
発生する。本発明の重要な特徴は、接点２４を介してゲ
ート領域１８に制御可能なバイアス電圧Ｖ１を印加する
ことにある。
このバイアス電圧により、絶縁層１２と基板１０との界
面に反転層が生じない程度に拡散領域１６が正にバイア
スされることが保証される。従つて拡散領域１６がホト
ダイオードの領域２０から電気的に絶縁分離されること
により、ｎ＋拡散領域１６の負荷及びキャパシタンスが
減少されることになる。従つて、光により励起されるキ
ャリアはホトタイオードの領域２０の面積に比例するが
、このポＩ・グイオードの領域２０は酎拡散領域１６の
負荷キャパシタンスに寄与しない。その結果光検出装置
が高域度になる。第２図を参照するに、゛Ｅ゛は拡散領
域１６にキャリアを掃引する水平方向の電界を表わし、
破ば１５は装置の表面電位分布Ｐｓを表わし、下方向に
示されている正電位を有する。領域１７は基板１０内の
空乏領域として形成され、表面電位がｎ＋拡散領域１６
の近傍領域で一層正になることが明らかである。従つて
本発明によると、光の照射により基板１０のｐ領域に励
起されるキャリアの量は大きなホ１・ダイオードの領域
２０の面積に比例するが、このキャリアは、バイアス電
圧の結果、この領域２０から電気的に絶縁分離される比
較的小さい拡散領域１６に収集されることになるので、
負荷キャパシタンスにより影響されることがない。
面に反転層が生じない程度に拡散領域１６が正にバイア
スされることが保証される。従つて拡散領域１６がホト
ダイオードの領域２０から電気的に絶縁分離されること
により、ｎ＋拡散領域１６の負荷及びキャパシタンスが
減少されることになる。従つて、光により励起されるキ
ャリアはホトタイオードの領域２０の面積に比例するが
、このポＩ・グイオードの領域２０は酎拡散領域１６の
負荷キャパシタンスに寄与しない。その結果光検出装置
が高域度になる。第２図を参照するに、゛Ｅ゛は拡散領
域１６にキャリアを掃引する水平方向の電界を表わし、
破ば１５は装置の表面電位分布Ｐｓを表わし、下方向に
示されている正電位を有する。領域１７は基板１０内の
空乏領域として形成され、表面電位がｎ＋拡散領域１６
の近傍領域で一層正になることが明らかである。従つて
本発明によると、光の照射により基板１０のｐ領域に励
起されるキャリアの量は大きなホ１・ダイオードの領域
２０の面積に比例するが、このキャリアは、バイアス電
圧の結果、この領域２０から電気的に絶縁分離される比
較的小さい拡散領域１６に収集されることになるので、
負荷キャパシタンスにより影響されることがない。
拡散領域がホトダイオードの領域から電気的に絶縁分離
されない従来のプレーナ●ホトダイオードでは、光によ
り励起されたキャリアにより発生される出力電圧Δ■は
下記の式になる。ここで、Ｑは電荷キャリア、Ｃ１は単
位面積当りのゲート領域のキャパシタンス、Ａ１は従来
のポトダイオードの領域である収集面積を表わす。
されない従来のプレーナ●ホトダイオードでは、光によ
り励起されたキャリアにより発生される出力電圧Δ■は
下記の式になる。ここで、Ｑは電荷キャリア、Ｃ１は単
位面積当りのゲート領域のキャパシタンス、Ａ１は従来
のポトダイオードの領域である収集面積を表わす。
従つて、装置の出力電圧値は、大きな負荷キャパシタン
スＣ１及び大きな収集而積Ａ１により減少される。他方
、本発明による拡散領域１６の如く、拡散領域が電気的
に絶縁分離される場むの出力電圧は下記の式になる。
スＣ１及び大きな収集而積Ａ１により減少される。他方
、本発明による拡散領域１６の如く、拡散領域が電気的
に絶縁分離される場むの出力電圧は下記の式になる。
ここで、Ｃ２は幇拡散領域１６だけの単位面積当りのキ
ャパシタンス、Ａ２は拡散領域１６の面積を表わす。
ャパシタンス、Ａ２は拡散領域１６の面積を表わす。
本発明の装置の高光電感度は、下記の如く出力電圧の比
率により示される。
率により示される。
Ｃ２及びＡ２の両者共Ｃ１及びＡ１よりもかなり小さい
ので、比較的小さな収集面積を有し、且つホトダイオー
ドの領域から電気的に絶縁分離されるようにバイアスさ
れる拡散領域を有する本発明の装置は、従来のホトダイ
オードよりもかなり高感度になる。
ので、比較的小さな収集面積を有し、且つホトダイオー
ドの領域から電気的に絶縁分離されるようにバイアスさ
れる拡散領域を有する本発明の装置は、従来のホトダイ
オードよりもかなり高感度になる。
さらに、本発明の装置の実効出力キャパシタンスが小さ
いので、熱雑音が小さく且つ高速度の装置が提供される
。第１図及び第２図に示す実施例では、ｐ型基板とｎ＋
拡散領域から成り、この場合には、ホトダイオードによ
り励起されるキャリアは電子である。
いので、熱雑音が小さく且つ高速度の装置が提供される
。第１図及び第２図に示す実施例では、ｐ型基板とｎ＋
拡散領域から成り、この場合には、ホトダイオードによ
り励起されるキャリアは電子である。
本発明の他の変形例、例えば、基板をｎ導電型の材料、
拡散領域をｐ型、励起されるキャリアを正孔としてもよ
いことは当業者には明白である。
拡散領域をｐ型、励起されるキャリアを正孔としてもよ
いことは当業者には明白である。
第１図は本発明による高感度の電荷結合型半導体光検出
装置のｌ実施例を示す平面図、第２図は該装置の表面電
位勾配を表わす曲線を含む、第１図の線２−２に沿う断
面図である。 １０・・・・・・基板、１２，１３・・・・・・絶縁層
、１６・・・・・拡散領域、１８・・・・・・ゲー１・
層、２２，２４・・・接点。
装置のｌ実施例を示す平面図、第２図は該装置の表面電
位勾配を表わす曲線を含む、第１図の線２−２に沿う断
面図である。 １０・・・・・・基板、１２，１３・・・・・・絶縁層
、１６・・・・・拡散領域、１８・・・・・・ゲー１・
層、２２，２４・・・接点。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ （ａ）一導電型の半導体基板と、 （ｂ）前記基板中に、前記基板の表面積よりも実質的に
小さい面積で形成された反対導電型の拡散領域と、（ｃ
）前記拡散領域の表面を除く前記基板の表面領域に形成
された第１の絶縁層と、（ｄ）前記基板と協働してホト
ダイオードを形成するために、前記拡散領域を除く前記
第１の絶縁層の表面領域に前記拡散領域をとり囲むよう
に設けられたゲート層と、（ｅ）前記ゲート層の表面及
び前記拡散領域の表面に設けられた第２の絶縁層と、（
ｆ）前記第２の絶縁層を貫通して前記拡散領域の表面と
接触する第１の電気接点と、（ｇ）前記ゲート層と接触
する第２の電気接点と、（ｈ）前記第１の絶縁層と前記
基板との界面に反転層が生じないように前記拡散領域を
バイアスし前記拡散領域を前記ホトダイオードから電気
的に分離するためのバイアス電圧を前記第１の電気接点
と前記第２の電気接点の間に加えるバイアス手段、とを
具備する電荷結合型半導体ホトダイオード。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US642862 | 1975-12-22 | ||
| US05/642,862 US4019199A (en) | 1975-12-22 | 1975-12-22 | Highly sensitive charge-coupled photodetector including an electrically isolated reversed biased diffusion region for eliminating an inversion layer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5277594A JPS5277594A (en) | 1977-06-30 |
| JPS6057234B2 true JPS6057234B2 (ja) | 1985-12-13 |
Family
ID=24578348
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP51141358A Expired JPS6057234B2 (ja) | 1975-12-22 | 1976-11-26 | 電荷結合型半導体ホトダイオード |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4019199A (ja) |
| JP (1) | JPS6057234B2 (ja) |
| DE (1) | DE2646343A1 (ja) |
| FR (1) | FR2336805A1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61179270U (ja) * | 1985-04-30 | 1986-11-08 | ||
| JPH0335823Y2 (ja) * | 1984-12-28 | 1991-07-30 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1559312A (en) * | 1976-08-26 | 1980-01-16 | Philips Nv | Photosensitive device arrangements and systems and photosensitive elements therefor |
| US4140909A (en) * | 1977-12-19 | 1979-02-20 | General Electric Company | Radiation detector |
| US4894703A (en) * | 1982-03-19 | 1990-01-16 | American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories | Restricted contact, planar photodiode |
| US4990989A (en) * | 1982-03-19 | 1991-02-05 | At&T Bell Laboratories | Restricted contact planar photodiode |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3391282A (en) * | 1965-02-19 | 1968-07-02 | Fairchild Camera Instr Co | Variable length photodiode using an inversion plate |
| US3473032A (en) * | 1968-02-08 | 1969-10-14 | Inventors & Investors Inc | Photoelectric surface induced p-n junction device |
| US3601668A (en) * | 1969-11-07 | 1971-08-24 | Fairchild Camera Instr Co | Surface depletion layer photodevice |
| US3816769A (en) * | 1969-12-17 | 1974-06-11 | Integrated Photomatrix Ltd | Method and circuit element for the selective charging of a semiconductor diffusion region |
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| NL7208026A (ja) * | 1972-06-13 | 1973-12-17 | ||
| US3808476A (en) * | 1973-01-05 | 1974-04-30 | Westinghouse Electric Corp | Charge pump photodetector |
| US3877053A (en) * | 1973-05-07 | 1975-04-08 | Gen Motors Corp | Voltage controlled variable area solid state tuning capacitor |
| US3877058A (en) * | 1973-12-13 | 1975-04-08 | Westinghouse Electric Corp | Radiation charge transfer memory device |
-
1975
- 1975-12-22 US US05/642,862 patent/US4019199A/en not_active Expired - Lifetime
-
1976
- 1976-10-14 DE DE19762646343 patent/DE2646343A1/de not_active Ceased
- 1976-11-12 FR FR7634823A patent/FR2336805A1/fr active Granted
- 1976-11-26 JP JP51141358A patent/JPS6057234B2/ja not_active Expired
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0335823Y2 (ja) * | 1984-12-28 | 1991-07-30 | ||
| JPS61179270U (ja) * | 1985-04-30 | 1986-11-08 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE2646343A1 (de) | 1977-06-30 |
| FR2336805B1 (ja) | 1978-06-30 |
| FR2336805A1 (fr) | 1977-07-22 |
| JPS5277594A (en) | 1977-06-30 |
| US4019199A (en) | 1977-04-19 |
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