JPS6071920A

JPS6071920A - 光検出器

Info

Publication number: JPS6071920A
Application number: JP58182408A
Authority: JP
Inventors: Junichi Nishizawa; 潤一西澤; Naoshige Tamamushi; 玉蟲　尚茂
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-09-29
Filing date: 1983-09-29
Publication date: 1985-04-23
Also published as: JPH0516537B2

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】本発明は静電誘導トランジスタの光検出器及びその信号
検出に関するもので特に微弱光検出用に使用されるもの
である。

静電誘導トランジスタ（以下ＳＩＴと云う）を用いた光
電変換装置は高感度、高速、という特徴があり、種々の
デバイス構造が提案されているが、その代表的構造は特
開昭５５−１３９２４号、特願昭５６−１９２４１７＠
に示されている。このような種々な構造を有するＳＩＴ
光電変換装置の動作方法としては、ＳＩＴのゲート部分
にキャパシタ領域を設け、光によって−４− 発生された４−ヤリアのうちの一方をこのゲートキャパ
シタ部分に蓄積させ、ゲート部分の電位変化に併なうチ
ャンネル部分の電位変化によってＳＩＴのソース・トレ
イン間のインピーダンスが変化することから、ソース・
ドレイン間を流れる電流を検出する方法が最も一般的な
ものとして、特願昭５６−１９２４１７号に示されてい
る。ゲート部分にキャパシタ領域を設ける構造に対し、
ソースもしくはドレイン領域にキャパシタ領域を設りる
ＳＩＴ光電変換装置の提案もなされている。第１図、（
ａ　）、（ｂ）、（Ｃ）にそれぞれ、ドレイン、ソース
、ゲート部分にキャパシタ領域を設けたＳＩＴ光電変換
装置の例を示す。

第１図においてキャパシタ１は光によって発生したキャ
リアを光情報として蓄積させる部分であり、（ａ）の例
ではトレイン領域、（ｂ）の例ではソース領域、（Ｃ）
の例ではゲート領域にキャパシタ１が接続されている。

２は静電誘導トランジスタを示し、３．４．５はそれぞ
−　５　− れ、ゲート、ドレイン、ソース端子を示す。第１図（ａ
　）、（ｂ）の例では光出力信号は端子４．５間の容量
性結合電流を検出しており、第１図（ｃ）の例では端子
４．５間の直流電流を検出する。本発明の先行例として
は、第１図Ｃ）が最も近いため、更に第２図においてこ
の動作を詳しく説明する。

第２図は、本発明の先行例として最も近い動作の静電誘
導トランジスタを用いた光検出器の動作説明図であり、
第２図（ａ）はその動作回路、第２図（ｂ）は動作波形
を示している。第２図（ａ　＞において、２２は光検出
用ＳＩＴであり、２３はゲートキャパシタ（値を０４と
する）２１を介したゲート端子を示し、２４はドレイン
端子であり、スイッチング手段２７を介して、負荷抵抗
２８及びトレインバイアス電圧２９に接続されている。

２ｏは出力端子である。２５はソース端子であり、接地
電位になされている。ＳＩＴに光入力ｈν２６が連続的
に照射される場合を考える。ゲートパルスφ４が時−６
− 刻ｔ、においでゲート端子２３に印加されると、ゲート
キャパシタ２１の値Ｃ０とＳＩＴの入力インピーダンス
の容量性分割により、５ＴＴ２２のゲート２３′に電圧
が加わり、５ＩＴ２２のゲート領域に蓄積されたゲート
の多数キャリアを５ＩＴ２２のチャンネルへ注入し、ゲ
ートパルスφ。が切れると、ゲートの電位は一定の負の
電位レベル−Ｖ、となる。この状態で光が照射されると
、光によって発生したキャリアのうちゲートの多数キャ
リアと同じ種類のキャリアはゲート部分２３′に蓄積さ
れるためゲートの電位は−Ｖ１１から正方向に上昇して
くる。

その上昇の程度は光強度に依存し、第２図（ｂ）中のゲ
ート電位の動作波形に示されるように、光強度が強けれ
ば強い程、初期ゲートレベルの一■牙から短い時定数で
Ｏレベルに戻ることになる。一定の時間（すなわち、こ
れが光積分時間ＴＬ□に相当するが）経過後、時刻ｔ２
において読み出しパルスφ、を読み出し用スイッチング
素子に加えると、負荷抵抗２８を通してドー　７　− レインバイアス電圧２９から読み出し信号電流が流れる
。この電流は５ＩＴ２２のドレイン端子２４とソース端
子２５を流れる直流電流であり、５ＩＴ２２のＩ−Ｖ特
性そのものを反映した電流であり、トレイン・ソース間
のインピーダンスが流れる直流電流の値を決定している
。

−且パルスφ６によって読み出した後は、時刻ｔ　でゲ
ートパルスφ４を加えることによって５ＩＴ２２のゲー
ト部分２３′の電位を再び一■２のレベルに戻すことで
リフレッシュが行なわれる。第２図の従来例の動作は光
によって発生したキャリアのうちゲートと同一の多数キ
ャリアはゲート領域に蓄積されており、光信号の検出は
５ｒＴ２２のドレイン・ソース間の直流電流を検出する
方式である。

上述の如く第２図に示した方式は光情報としてのキャリ
アを５ＩＴ２２のゲートに蓄積させ、信号検出はドレイ
ン２４、ソース２５間を流れる直流電流を検出する方式
である。この直流電流は、トレインバイアス電圧２９及
び負荷紙−８− 抗２８から決まる負荷直線を５ＩＴ２２のドレインバイ
アス電圧とドレイン電流の関係を示す特性上にて引いた
時の交点で決まる動作点に従って決定されるわけであり
、この電流−電圧特性のゲート電圧に相当するパラメー
タを決定するものが、初期負バイアスゲート−■、と光
強度で決まるゲート電位の上昇分である。しかるにこの
ような直流電流を検出する方式において、消費電力を低
減させるためにダイナミックなパルス動作を行なわせる
ことは常套的な手段であり、第２図が一例であったわけ
であるが、本発明者らはここで新たな問題を見出した。

これは、第２図のｙｏｕｔの読み出し波形に示されるよ
うな、スパイクが発生することである。この原因は５Ｔ
Ｔ２２が内部容量として持つドレイン・ンース間容ｌＣ
Ｄ５９０が光検出時間内において放電するために起こる
ことが確認された。

このＣＤ５９０の放電弁が、読み出しパルスφ９が入っ
たことで、電源２９から負荷抵抗２８を通して充電され
るため、スパイク状の充電電−９− 流成分がまず現われて、その後５ＩＴ２２のドレイン２
，４、ソース２５間を流れる直流成分が現われるわけで
ある。このスパイク成分は特に５ＩＴ２２が高インピー
ダンス状態のときに顕著に現われる。このＪ：うなスパ
イク成分は直流電流を検出するようなタイプの光検出方
式ではスパイクノイズとして作用し、出力信号のＳ／へ
に悪い影響を与える。このスパイク成分の原因は５ＩＴ
２２を通してのＣＤ５９０の放電にあったわけであるが
、スパイク成分を除去する手段としては、信号弁が直流
であることから、低域通過フィルタを通すことで、分離
することが可能である。しかるに本発明者らは、このス
パイク成分の中味を分析し、ノーマリオン型ＳＩ　Ｔ　
％ｊｕｓｔ　−ｐｉｎｃｈｅｄ　−ｏｆｆ　Ｓ　Ｔ　Ｔ
　、ノーマリオフＳＩＴ等の、種々なＩ−Ｖ特性を示す
ＳＩＴについて第２図に示された従来型直流電流検出方
式に与える影響を調べた結果このスパイク成分が光強度
依存性を持つことを見出しＳＩＴ光検出器の新しい信号
検出方法となりうろこ−１０− とを見出した。

本発明の目的の一つはＳＩＴ光検出器の信号読み出し方
法において従来型直流電流検出方式とは別の新しい信号
検出方法を提供することである。

本発明の目的をさらに具体的に述べると、光検出状態に
おいて、光情報が蓄積されるキャパシタをＳＩＴ本体と
は別のドレイン・ソース間キャパシタとし、受光部分で
あるＳＩＴと光情報の蓄積部分である一Ｆ記主キヤパシ
タ別にすることによって、光積分方式による微弱光検出
、広ダイナミツクレンジな光検出器を１ｆ供づることで
ある。

上記目的以外に、本発明によるＳＩＴ光検出器の信号読
み出し方法を利用する簡単な構成の露出計を提供するこ
とも本発明の目的の一つである。

更に上記のにうな目的を実現するためにドレイン・ソー
ス間に接続されるキャパシタの値をデバイスの出力イン
ピーダンスの容量性成分の−１１− 値よりも大ぎく選ばれたことを特徴とするＳＩＴ光検出
器の構成そのものを提供することも目的の一つである。

更にＳＩＴの出力特性に応じて適当なゲート抵抗、ゲー
トバイアスの組み合わせ、もしくはゲートキャパシタ、
グー１〜パルス印加手段の組み合わせからなるゲート回
路を持った上記記載のＳＩＴ光検出器の構成を提供する
ことも目的の一つである。

本発明の構成として〈発明の目的〉をどのような技術手
段で達成したかを概括的に述べる。

ＳＩＴに光が照射されると、主としてチャンネル内の空
乏化された領域内において電子・正孔対が生成されるが
、このキャリアのうち、ゲートの多数主１１リアと同一
のキャリアはゲートに蓄積され、他のキャリアはソース
もしくはドレイン領域へ流れ去る。ゲートに過剰に蓄積
されたキャリアはゲート電位を上昇させるため、ＳＩＴ
のチャンネル内に暗状態において生じていた電位障壁の
高さを下げる働きをする。チャン−１２− ネル内の電位障壁高さが下がってくると、ＳｒＴのソー
ス・ドレイン間のコンダクタンスが大きくなるから、光
強度に応じた出力電流が流れることになる。ここでもし
、トレイン・ソース間に一定の値Ｃｓｏの外部キャパシ
タンスが接続され、このキャパシタンスに外部電源から
スイッチ素子を介して一定の電圧を充電させた状態を初
期状態として、ここで光が照射されつづけたとすると、
上述の如く、ＳＩＴ内では、光によって生じたキャリア
のうちの一方がゲート領域に蓄積されて、チャンネル中
の電位障壁高さが低下するため、ＳＩＴのソース・ドレ
イン間のコンダクタンスが上界し、　、ＥＩ　Ｃｓ　ｏ
　に充電された一定の電圧の放電が始まる。放電電流は
ＳＩＴを通して流れるため、外部キャパシタＣｓ０の電
圧低下分は、光強度と光照射時間の関数となる。この光
の効果により放電されたキャパシタＣ５Ｏへ、外部電源
からスイッチ素子を介して一定の電圧を再度、充電させ
るときに流れる充電電流は、主としてＣ３゜と負荷抵抗
−１３− ＲＬの時定数をもったスパイク状の電流として外部負荷
抵抗ＲＬの両端で検出される。上記の説明が、本発明に
係るＳＩＴ光検出器の信号読み出し方法の概要であるが
、光検出素子としてのＳＩＴの特性にＪニー）で種々な
グー１〜回路の構成が可能である。例えば、光照射され
ない、暗状態において、零ゲートバイアス時のドレイン
・ソース間電流の流れが１０　Ａ以下のＳＩＴにおいて
は、オープンゲート状態の二端子動作とするか、もしく
は一定のゲート抵抗Ｒ＆を介してゲートに順方向のバイ
アスを加え、光強度と照射時間に応じてチャンネル内の
電位障壁高さを下げてやる動作とすることもある。ある
いは暗状態において、零ゲートバイアス時のドレイン・
ソース間電流の流れが１０〜１０　Ａ程度のＳＩＴにお
いては、オーブンゲート状態の二端子動作もしくは一定
のグー、ト抵抗Ｒ＆をゲート端子と接地電位との間に短
絡させることもある。まＩＣ％暗状態において、零ゲー
トバイアス時のドレイン・ソース間電流の流れが１０−
　１４　− へ以上のＳＩＴにおいてはゲートには一定のゲート抵抗
を介して逆バイアス電圧を加え、光強度と照射時間に応
じてチャンネル内の電位障壁高さを上げてやる動作とす
ることもある。またＳＩＴのゲートに外部キャパシタを
接続し、ゲートパルスを一定の周期で加えて、ゲートに
蓄積されるキャリアをリフレッシュするような手段を備
えた上記ＳＩＴ光検出器の構成とすることもある。さら
に、暗状態における出力を除去するために２つの特性の
そろったＳＩＴ光検出器を並べ上記ゲートパルス及びス
イッチ素子の読み出しパルスのタイミングを同期させ、
一方にのみ光照射を加え互いの出力スパイクの差信号を
取り出すような構成部分を備えた露出計を構成すること
もできる。

以下図面を参照して本発明の詳細な説明する。第３図は
本発明の実施例を示す。第３図ａ）において５ＩＴ３２
は平面ゲート構造のＳＩＴであり、ｎ＋基板３０１はド
レイン、ｎ＋領域３０４はソースｆＲ域である。ｐ＋ゲ
グー領−１５− 域３０３にはグー１〜電極３３、ゲート負荷抵抗２９０
を介して逆バイアス電圧２８０が加えられている。チャ
ンネル領域３０２はｎ−（ｐ−１ｉ）の高抵抗領域であ
り、主としてこの部分の空乏層内において、光入力ｈν
３６によってキャリアが発生する。ソース端子３５及び
ドレイン端子３４間には外部ドレイン・ソース間キャパ
シタＣ５０３００が接続されており、ドレイン端子３４
はスイッチ用ＭＯＳトランジスタ３７を介して負荷抵抗
ＲＬ３８及びドレインバイアス電源３９に接続されてい
る。第３図（ｂ）は第３図（ａ）のＳＩＴのドレイン領
域３０１とソース領域３０４を逆にした倒立型構成のＳ
ＩＴを用いる例である。すなわち、第３図（ｂ）におい
てｎ十領域３０１はソース領域であり、ｎ＋領域３０４
はドレイン領域となっている。伯の各部分は第３図（ａ
　）と同様である。

第３図（ａ　）、（ｂ）において光はともにデバイスの
表面側に照射されているため、第３図（ａ）の正立型５
ＩＴｒは特に＋１　”　（３０３）−１６− ｎ−（３０２）ｎ＋（３０１）接合からなルｐｔｎダイ
オードの受光感陳が太きくＳＩＴの光検出に寄与し、第
３図（ｂ）の倒立型ＳＩＴでは、特に＋１　”　（３０
３）ｎ　−（３０２）ｎ＋（３０４）接合からなるｐ；
ｏダイオードの受光感度が太きくＳＩＴの光検出に寄与
している。第３図（ａ　”）、（ｂ）に示した平面ゲー
ト構造の５ＩＴ３２は、−例であって、他の埋め込みゲ
ート構造のＳＩＴ、切り込みゲート構造のＳＩＴであっ
ても良い。チャンネル内の電位障壁を制御するためのゲ
ートの少なくとも一部分がｐｎ接合ゲートで形成されて
いるＳＩＴであれば縦型でも横型構造であっても良く、
また正立動作でも、倒立動作でも本発明の一般性は失な
われない。第３図（ｂ）の倒立動作では、表面ｎ十領域
３０４がドレイン領域として動作するため、ドレインバ
イアス電圧３９の効果で、ｐ＋ゲグー３０３とｎ＋ドレ
イン３０４の近傍側の空乏層幅が正立時に比べ広がって
おり、実質的な短波長感度の上昇の割合が大きいと云え
る。

−１７− 次に第３図（ｂ）の動作方法を例にして、第３図（０〉
を参照しながら本発明のＳＩＴ光検出器の信号読み出し
方法について説明する。第３図（Ｃ）には第３図（ｂ）
に示したものと同じ動作回路と、暗状態及び光検出状態
におけるＳＩＴ部分のチャンネル内のソース・ドレイン
方向で切った面と、その面に垂直なゲート部分を横に切
った面内における充満帯と伝導帯のバンド構造の様子が
示されている。点線Ａが光検出状態のバンド構造であり
、実線Ｂが暗状態のバンド構造に対応している。点線Ａ
の光検出状態におけるｎ＋領域３０４の伝導帯のレベル
と、実線Ｂに示した暗状態における伝導帯のレベルの差
Ｃは、本発明のＳＩＴ光検出器の特徴である外部ドレイ
ン・ソース間容量Ｃ５゜３００が放電した電圧に対応し
ている。第３図（Ｃ’）において容量Ｃ３ｏ３００の放
電電流は■。。

、充電電流はＩ　で示されている。まず初期ａ状態として、容１ｃ　ｓｏ　３００がスイッチング素子
３７の導通により一定電圧が充電された状−１８− 態から考える。このときのＳＩＴの表面ｎ＋領領域０４
はＣ３゜３００が充電されていることから、基板ｎ中領
域３０１に比べて、Ｃ３ｏ３００の充電電圧に相当した
正のバイアス電圧がかかった状態となっている。ＳＩＴ
内部のバンド構造は実線に示された通りである。ＳＩＴ
のゲートには負荷抵抗２９０を介して逆バイアス電圧２
８０が印加されている例であるから、そ　゛のバイアス
回路で決まる分だけチャンネル内の電位障壁高さは持ち
上がっている。このような初期状態から光ｈν３６が照
射されると、チャンネル内の空乏化されている部分で、
光励起による電子・正孔対が生成される。第３図（Ｃ）
において白丸（○）が正孔、黒丸（・）が電子を示して
いる。表面ｎ　領域３０４に正のバイアス電圧が加わる
という例であるから表面側に空乏開領域が広がっている
様子が示されている。ここで発生した電子・正孔対のう
ち電子は主として表面〇十領域３０４と基板ｎ＋領領域
０１に蓄積されるが、正孔は、チャンネル内の５−１９
　− ＩＴの真性グー１〜Ｇ’近傍に蓄積されるのではなくて
、ゲート領域３０３に蓄積されることになる。ゲート回
路へ流入して行く正孔電流をＩＰＰｈとして示しである
。このゲート回路へ流入する正孔電流１ｈによって、ゲ
ート抵抗ＰＲＣｒの両端でＲＣＴ■、−なる電圧変化が生じ、従っ
て、ゲートの電位変化を生じせしめることになり、点線
で示されるようにゲート部分及びチャンネル部分のバン
ド構造が変化する、このことは、ソース・ドレイン方向
で見ると、０十領域３０１からチャンネルへ電位障壁を
越えて注入される電子の数が圧倒的にゲート領域３０３
からソース３０１へ拡散する正孔の数に比べて大きくな
ることを意味する。これは、ソース３０１から見た電位
障壁高さはゲート３０３の電位変化によって追随して変
わるため、わずかな電位障壁高さの低下も圧倒的な注入
電子数の増加につながるのに対して、ゲート領域３０３
からソース領域３０１へ正孔が拡散するには、（ゲート
３０３どソース３０１の間の拡散電位−２０− ）＋（ゲートバイアスによる上昇分）という高い電位障
壁が存在するからである。一旦、チャンネルへ電位障壁
を越えて注入された電子は、ｎ＋領域３０４へ向けてド
リフト走行し、ｎ＋領域３０４に蓄積されることになる
。ｎ＋領域３０４にはキャパシタＣ５ｏが存在するから
従ってｎ中領域３０４の電位も上昇し、光検出時を示す
点線Ａのようなバンド構造に移行する。

このことは一旦充電されたＣ５ｏ３００が放電すること
を意味しており、従って、再（資）スイッチ用ＭＯ８ｌ
−ランジスタ３７をゲートパルスφＳによって導通させ
るとＣ５ｏ３００の再充電が行なわれ、電源３９から負
荷抵抗３８を通してＣ５０３００の充電電流■。ｈが流
れる。このときソース・ドレイン方向のチャンネルのバ
ンド構造も再び実線Ｂのようになり、出力信号は負荷抵
抗３８の両端の電圧スパイクとして検出されるわけであ
るａ読み出し信号の時定数は負荷抵抗ＲＬ３８とＣ５０
３００の積ＲＣ程陵であり、一方、ゲートに流入する正
孔の失−２１− ねれる時定数は、ゲートの負荷抵抗ＲＣＴ２９゜とゲー
トの持つ内部容量の積程麿である。もしゲートがオープ
ン状態である場合には、ゲートの持つ内部容量と、内部
のリーク抵抗にて決まる時定数となる。

第３図（Ｃ）で説明した本発明によるＳＩＴ光検出器の
信号読み出し方法を用いると従来のバイポーラトランジ
スタに比べて特に１（μＷ／ａｍ２）　ＩＪ、下の光に
対して高感度、広ダイナミツクレンジな特性が得られて
いる。ドレイン・ソース間キャパシタＣＳＯの値として
は、ＳＩＴ内部のドレイン・ソース間キャパシタＣｄｓ
の値では不十分であり、Ｃｄ８の１０倍以上であること
が望ましいことが実験的に確認されている。

以上の説明から明らかな如り、本発明によるＳＩＴ光検
出器の信号読み出し方法は、ＳＩＴの持つ高相互コンダ
クタンス性を利用しており、微弱な光を短時間照射する
だけで、ＳＩＴが反応してＳＩＴのソースから電子が注
入される−　２２　− というような特性を利用して、受光部分と、その増幅さ
れた光信号を蓄積するドレイン・ソース間キャパシタ部
分と５３’Ｊ々に構成されていることも大きな特徴であ
る。ＳＩＴが高感度、高相互コンダクタンスであるがｌ
＆に、本発明のような光検出方法が、利点を発揮するの
であって、バイポーラトランジスタによる同様の動作で
は、はるかに特性が悪い。データを示しながらこのこと
は後述する。

第４図（ａ　）乃至（ｄ　＞には、本発明に係るＳＩＴ
光検出器の実施例として、考えられうる回路例を全て示
しである。第４図のＳＩＴは前述の如く、平面ゲートの
ＳＩＴであっても、埋め込みゲートのＳＩＴであっても
、また切り込みゲートのＳＩＴであっても良く、更に縦
型でも横型でも真く、また正立動作でも倒立動作であっ
てもよい。ソース・ドレイン間のチャンネル中に電流を
制御する電位障壁が存在し、その電位障壁高さがトレイ
ン・ソース間電圧、もしくはゲート電圧によって制御さ
れ、ドレイン・＝　２３　− ソース間電流は、ゲート電圧及びドレイン・ソース間電
圧に対して、主として指数関数的変化をするデバイスで
あればよい。電位障壁高さを制御するゲートの椛造はｐ
ｎ接合ゲートがゲートのうちの少なくとも一部分に存在
すればよい。

例えば、分割ゲートのＳＩＴにおいて、片方のゲートは
ＭＩＳゲートとし、他方のゲートがｐ０接合というふう
にである。第４図（ａ）はゲート４３がオーブン状態で
の５ＩＴ４２を受光素子としており、光情報はキャパシ
タ４００にＳＩ　Ｔ　４２を通して流れた放電量として
蓄積される。キャパシタ４．　ＯＯはドレイン端子４４
とソース端子４５の間に接続され、その値は、ＳＩ−「
４２の出力インピーダンスの容量性成分の値より１０倍
以上大ぎくとっである。スイッチ素子４７を導通さぜる
ことで、負荷抵抗４８の両端には電源４９からのキャパ
シタ４００への充電電流が流れ、出力端子４０において
信号が検出される。第８図、第９図において具体的なデ
ータとともに動作は詳しく説明する。

−２４− 第４図（ｂ）は５ＴＴ４２のゲート端子にゲート容量４
１を接続した回路例であり、端子４３から、ゲートパル
スφ。を印加することで、ＳＩＴのゲート部分に過剰に
蓄積されている光情報としてのキャリアをリフレッシュ
する機能が備わっている。キャパシタ４００の族Ｎ量を
検出する動作は第４図（ａ）と同様であるが、ゲートパ
ルスφＧとスイッチ素子４７のゲートパルスφ、のタイ
ミングによって、高速な動作を行なわせることが可能で
ある。第６図において、具体的な動作は説明する。

第４図（Ｃ）はＳ　Ｉ　Ｔ　４．２のゲート端子４３に
負荷抵抗１０２及び逆バイアス電圧１０３を印加する例
であり、キャパシタ４００のｔ１１電量を検出する点は
第４図（ａ　＞と同様である。二端子の動作となってい
る。第５図において具体的動作は説明する。

第４図（ｄ　＞は５ＩＴ４２のゲート端子４３に負荷抵
抗１０２及び順方向バイアス電圧１０４を印加する例で
あり、キャパシタ４００の放−２５− 電量を検出する点は第４図（ａ　＞と同様である。第４
図＜ａ　＞、（Ｃ）と同様の二端子動作となっている。

第４図（ａ＞乃至（ｄ　）に用いられるＳＩＴは、特性
上、暗状態において、ゲートバイアス零Ｖの時に、ドレ
イン・ソース間に流れる電流値を目安とて選ぶことがで
きる。ゲートオープン状態で使用する第４図（ａ）の回
路に用いるＳＩＴとしては、上記電流値は１０　Δ以下
であることが望ましい。これは通常ノーマリオフのＳＩ
Ｔと呼ばれる。もしも１０−”Ａ以上流れるＳＩＴを第
４図＜ａ＞の回路で動作させたとすると、出力信号の中
に暗状態で流れるドレイン・ソース＠電流の影響を反映
する光疑似信号が含まれることになり、この場合には第
４図（Ｃ）のにうな動作回路を用いた方がよい。あるい
は第４図（ｂ）の動作回路を用いることもできる。すな
わちゲートパルスφｑの効果で、ゲート領域を負に帯電
させた状態をリフレッシュ状態とすることで、１Ｏ−８
Ａ以下に零ゲートパー　２６　− イアス時に流れる電流値を押えるわけである。

従って、第４図（Ｃ）は１０−”Ａ以上の電流値を目安
とすることで選ぶことができる。一方、第４図（ｄ　）
はゲート４３に順方向バイアス１０４を加える例である
が、ゲート４３に加わる順方向電圧は、０．１〜０．８
ｖ程度の範囲に含まれる。上記の電流値の目安としては
１Ｏ−１２Ａ程痕であり、１Ｏ−１２Ａ以下の場合には
、順方向バイアスは、ゲート４３の点で０．１〜０゜８
ｖの範囲に含まれている。

第５図は、第３図において説明した実施例及び動作原理
をもとに、第４図（Ｃ）の動作回路を用いた具体的動作
を説明する図面である。第５図＜ａ　＞は動作回路を示
し、５ＩＴ５２のドレイン５４、ソース５５間には光情
報蓄積用キャパシタＣＳ０５００が接続されており、ス
イッチ素子５７のゲートパルスφＳのオン・オフによっ
てキャパシタＣ５ｏ５００の充電を電源■ＤＩ）５９か
ら負荷抵抗ＲＬ５８を通して行なうことで出力信号Ｖｏ
ｕｔを得ている。ゲート端＝　２７　− 子５３には負荷抵抗５０２を介して逆バイアス電圧ｖｃ
Ｔ５０３が加えられており、これによって、暗状態で流
れる電流を抑＋Ｉ＝　している。光入力１１ν５６が連
続光の場合を考える。読み出し動作波形を第５図（ｂ）
に示す。第５図（ｂ）にはスイッチ素子５７のゲートパ
ルスφ、のタイミングと、その時に出力端子５０に現れ
る出力信号が示されている。ゲートパルスφ８のタイミ
ングの周期が光積分時間ＴＬ工に対応している。第５図
（Ｃ）はゲートパルスφ８と出力波形の拡大図を示す。

φ６の立上がり時及び立下がり時に発生しているスパイ
クはスイッチ素子５７のゲートと出力端子５０間の容量
を通して視れる微分波形である。出力波形Ａ、Ｂ、Ｃ１
Ｄはそれぞれ連続的に照射している光の強度が弱い場合
から、次第に強（なった場合に対応しており、出力信号
波形の時定数は負荷抵抗５８の値ＲＬと蓄積用キャパシ
タ５００の値ＣＳＯの積程度である。第５図の動作では
、ゲートパー　ルスφ、の周期を調節することで光積分
時間Ｔ−２８− １□を調節している。

第６図は５ＩＴ６２のゲートにキャパシタＣ＆６１を接
続し、ゲート端子６３にリグートパルスφ４を印加する
機能を持った動作を示している。５ＩＴ６２のドレイン
６４及びソース６５間には光情報蓄積用のキャパシタＣ
５０６００が接続されており、スイッチ素子６７のゲー
トパルスφ、のタイミングで、電源６９から負荷抵抗Ｒ
Ｌ６８を通して流れるＣ９゜６００の充電電流を検出し
ている。ゲートパルスφ。をゲートキャパシタ６１を通
してゲート領域に加えることで、ゲート領域に蓄積され
た光によって発生したキャリアをリフレッシュする。こ
の状態を初期状態として光照射を行なうとゲートには再
びキャリアが蓄積されはじめ、ドレイン・ソース間のチ
ャンネル中の電位障壁の高さは、下がってくる。トレイ
ン・ソース間のコンダクタンスが上がってくるわけであ
り、Ｃ５０６００に溜った電荷は放電を始める。次に一
定の時間経過後、スイッチ素子６７のゲートパルスφ−
２９− ５を加えると、電源Ｖ、Ｄ６９より、Ｃｓ０６００へ充
電電流が流れる。この充電電流を出力端子６０で検出し
た波形の一例は第６図（ｂ）にφ。及びφ５とともに示
されている通りである。この動作の場合、ゲートパルス
φ６により５ＩＴ６２のゲートに蓄積されるキャリアを
リフレッシュする機能を具備しているため、リフレッシ
ュのタイミングを速くすることで高速読み出しができる
。光積分時間ＴＬ工は第６図ｂ）に示すようにゲートパ
ルスφ６とスイッチ素子のゲートパルスφ８の時間間隔
で決定される。

第７図は、第４図（ｂ）及び第６図において説明したよ
うな、ＳＩＴのゲート部分にキャパシタを設け、ゲート
に蓄積されたキャリアをリフレッシュする機能を具備し
た本発明に係るＳＩＴ光検出器の信＠読み出し時に、光
信号分に含まれる暗電流信号成分を除去するための信号
読み出し回路の一例である。特性の同じ５ＩＴ７２及び
８２を並べ、値の同じドレイン７４、−　３０　− ８４、ソース７５．８５間キャパシタＣ５ｏ　７００．
８００を接続し、ゲートキャパシタ７１及び８１の値も
等しく選び、スイッチ素子７７及び８７も同じ特性のも
のが接続されている。

更に負荷抵抗７８．８８も同一の値、ドレインバイアス
電圧７９及び８９も同一の値に選ばれている。直流成分
除去用のコンデンサ９１及び９２もほぼ等しい値に選ば
れている。９０の点線部分に示されたＳＩＴ光検出器は
光入力ｈνを受光する役割を持ち、別のＳＩＴ光検出器
部分には光を遮蔽するためにシャッタ等が設けられてい
る。これら特性の揃ったＳＩＴ光検出器を並べておくこ
とで、一方は光を検出し、他方は内部から発生する雑音
等のみを出力するようにしである。一方、キャパシタ７
１及び８１に加えるべきリフレッシュ用ゲートパルスφ
４は、共通のゲート端子７３から両者同時に加えられる
ようになされており、信号読み出し用スイッチＭＯ８ｔ
−ランジスタフ７及び８７のゲートパルスφ５も同時に
両者に加えられるようにな−３１− されている。従って、φ。及びφ５によって発生される
スイッチングスパイク等のノイズ分は、差動増幅器９０
０の出力端子１０００においては除去されることになる
。第７図に示されたＳＩＴ光検出器の個々の動作は第６
図と同様であり、またキャパシタＣｓｏ　７００，８０
０（７）値も５ＴＴ７２．８２の持つ内部ドレイン・ソ
ース間キャパシタの値の１０倍以上に選ばれることが望
ましい。

本発明に係るＳＩＴ光検出器の信号読み出し方法を、具
体的に行なわせた場合の実験結果の一例を第８図及び第
９図に示す。

ＳＩＴの構造は第３図（ａ　）中に示した平面ゲートの
ＳＩＴであり〇一層３０２の厚さは約５μｍ、不純物密
度は２〜３　Ｘ　１０１３　ｃｍ−３であり、ｐ十グー
ト３０３の間隔はマスク上で６μｍである。ｐ十グート
３０３の拡散深さは３μｍであり、不純物密度はＩ　Ｘ
　１０１ｇｃｍ−３以上で、ボロンの拡散源を用いてい
る。全体のデバイスの寸法は５０μｍ　Ｘ５Ｑμｍであ
り、ソース−３２− の全長は１２０μｍである。このような構造のＳｒＴの
ドレイン・ソース間にＣ８Ｏなるキャパシタを接続し、
スイッチＭｏＳトランジスタを介して負荷抵抗１にΩ及
びバイアス電′ａＩＶに接続しである。このＳＩＴは、
暗状態において、室温で、零ゲートバイアス時にドレイ
ン・ソース間には３．６Ｘ１０＝（Ａ）の電流が検出さ
れる。このＳＩＴを第４図（ａ　）において示したオー
プンゲート状態で光検出させた例が第８図である。第８
図の縦軸は暗出力電圧を差引いた出力電圧であり、横軸
は光強度を示している。パラメータとして、光積分時間
ＴＬ工及びドレイン・ソース間に接続したキャパシタＣ
９０をそれぞれＴ　Ｌｌ　＝　２０　μｓｅｃ　、　１
ｍ５ｅｃ。

５ｗｒｓｅｃ及びＣ，ｏ＝Ｏｔｌ　Ｆ　（内部容量のみ
）、１０Ｄ　Ｆ、１００ｐ　Ｆの値で選ばれている。実
験に用いたＳＩＴの出力インピーダンスの容量性成分は
１０ｐＦ以下である。第８図から明らかなように、本発
明に係るＳＩＴ光検出器の信号検出方法ではＣＳＯり１
００１１Ｆの方がＣ３Ｏ−３３− ＝Ｏｐ　Ｆもしくは１０ｐＦの結果よりも微弱光感度が
良好であり、またダイナミックレンジも広い。

第９図は、本発明に係るＳＩＴ光検出器の信号検出方法
を、同一寸法のバイポーラトランジスタとＳＩＴで比較
した例である。ＳＩＴは第８図のＳＩＴと同一である。

ドレイン・ソース間に接続したキャパシタＣ６０の値と
しては１００ｐ　Ｆと１０００ｐＦの二通りで比較した
。

ＳＩＴの方が微弱光感度が明らかに良好であり、ダイナ
ミックレンジも広い。第９図から明らかな如く本発明に
係る信号検出方法は、単純に従来のバイポーラトランジ
スタに応用することもできるが、ＳＩＴ光検出器におい
て、応用した方が、遥かに効果の上がる信号検出方法で
ある。

本発明は、微弱光検出に向き、また高ダイナミツクレン
ジな光検出方法をＳＩＴ光検出器において見出したもの
であり、露出計、原子吸光分析装置、あるいは星の光の
検出等への応用弁−３４− 野がある。本発明に係るＳＩＴ光検出器の材質は３ｉ　
、Ｑｅのみならず、ＧａＡＳ、ＩｎＰ、Ｉｎ　Ｇａ　Ａ
ｓ　Ｐ等の■−ｖ族の二元系、三元系、四元系の化合物
半導体を用いてもよいことは勿論である。また光検出部
分のＳＩＴは、縦型、横型、正立型、倒立型のいずれで
も良く、ゲートの構造も、一部分にチャンネルの電位を
制御するためのｐｎ接合ゲートを含んでいる限り、平面
ゲート、切り込みゲート、埋め込みグー１〜、ＭＩＳゲ
ートのいずれでもよいことも、勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ　）乃至（Ｃ）は従来のＳＩＴ光検出器の８
１７部分の回路例で、（ａ　）はドレインにコンデンサ
がある例、（ｂ）はソースにコンデンサがある例、（Ｃ
）はゲートにコンデンサを持つ例、第２図は従来のＳＴ
Ｔ光検出器の信号読み出し方法の具体例であり、（ａ）
は動作回路、（ｂ）は動作波形を示し、本発明に最も関
連があるものについての説明図、第３図は−３５一本発明の実施例を（ａ）、（ｂ）に示し、（Ｃ）は動作
原理の説明図、第４図は本発明の実施例に係る回路であ
り、（ａ）はゲートオーブン状態の場合、（１１）はゲ
ートにキャパシタを有づる場合、（Ｃ）はゲートに負荷
抵抗と逆バイアス電圧を有する場合、（ｄ　）はゲート
に負荷抵抗と順バイアス電圧を有する場合、第５図は第
４図（Ｃ）に示した動作回路の具体的動作を（ａ）は回
路、（ｂ）は動作波形、（ｃ）は出力波形の拡大波形を
用いて示したもの、第６図は第４図（ｂ）に示した動作
回路の具体的動作を（ａ　）は回路、（ｂ）は動作波形
を示す図、第７図は本発明に係るＳＩＴ光検出器を用い
て差動出力を得るための回路の一例であり、露出計等へ
の応用に用いられるもの、第８図及び第９図は本発明に
係るＳＩＴ光検出器の実験結果を示す図である。３０．４０．５０．６０・・・出力端子、３２．４２．
５２．６２．７２．８２・・・ＳＩＴ、３３・・・ゲー
ト電極、３４・・・ドレイン端子もしくはソー−３６− ス端子、３５・・・ソース端子もしくはドレイン端子、
３６．４６．５６．６６．７６・・・光入力、３７．４
７．５７．６７．７７．８７・・・スイッチ素子、３８
．４８．５８．６８．７８．８８・・・負荷抵抗、３９
．４９．５９．６９．７９．８９・・・ドレインバイア
ス電源、４１．６１．７１．８１・・・ゲートキャパシ
タ、４３．５３．６３．７３・・・ゲート端子、４４．
５４．６４．７４．８４・・・ドレイン端子、４５．５
５．６５．７５．８５・・・ソース端子、９０・・・光
を受光する方のＳＩＴ光検出器、９１．９２・・・直流
除去用キャパシタ、２８０，４０３．５０３・・・逆方
向ゲートバイアス電源、２９０．４０２．５０２・・・
ゲート負荷抵抗、３００，４００．５００．６００．７
００，８００・・・ドレイン・ソース間に接続するキャ
パシタ、３０１・・・０＋基板でトレインもしくはソー
ス領域となる、３０２・・・ｎ−（もしくはｐ−１τ）
高抵抗チャンネル、３０３・・・ｐ＋ケグ−〜領域、３
０４・・・ｎ＋ソース領域、４０７１・・・順方向ゲー
トバイアス電源、９〇−３７− Ｏ・・・差動増幅器、１０００・・・差動出力端子−３
８− ＣＣ）第こプ　図第４１

Claims

【特許請求の範囲】（１）静電誘導トランジスタのドレイン・ソース間にキ
ャパシタが接続され、ソースは接地電位になされ、かつ
ドレインはスイッチ素子を介して出力端子に接続され、
前記出力端子には負荷抵抗を介して接地電位との間にド
レインバイアス電圧が印加されているようになされたこ
とを特徴とする光検出器。（２）前記静電誘導トランジスタのゲートは浮遊電位と
なされていることを特徴とする特許（３）前記静電誘導トランジスタのゲートに負荷抵抗を
介して順方向の１定ゲートバイアス電圧が印加されてい
るようになされていることを特徴とする前記特許請求の
範囲第１項記載の光検出器。一　１　− （４）前記静電誘導トランジスタのゲートに負荷抵抗を
介して逆方向の１定ゲートバイアス電圧が印加されてい
るようになされていることを特徴とする前記特許請求の
範囲第１項記載の光検出器。（５）前記静電誘導トランジスタのゲートはキャパシタ
を介してゲートパルス印加手段に接続されていることを
特徴とする前記特許請求の範囲第１項記載の光検出器。（６）前記ドレイン・ソース間に接続されるキャパシタ
の値が、前記静電誘導トランジスタの出力インピーダン
スの容量性成分の値の１０倍以上になされていることを
特徴とする前記特許請求の範囲第１項記載の光検出器。《７）特性の同じ二つの静電誘導トランジスタの一方は
光を検出するための窓を有し、他方は光を遮蔽するため
の手段を有し、両静電誘導トランジスタのゲートには同
じ値のゲートキャパシタが接続され、このキヤパー　２
　− シタを介して両静電誘導トランジスタのゲートは、ゲー
トパルスφ６の印加手段に共通に接続されており、両静
電誘導トランジスタのトレイン端子は、各々、スイッチ
素子を介して同じ値の負荷抵抗及びドレイン、バイアス
電源に接続されていて、かつ前記負荷抵抗の降下電圧は
同じ値の直流カット用コンデンサを介して差動増幅器入
力され、前記二つの静電誘導トランジスタの光信骨分と
暗電流信号弁の差信号が該差動増幅器の出力端子に取り
出されるようになされた構成の光検出器において前記二
つの静電誘導トランジスタのドレイン・ソース間には同
じ値の光信号及び暗電流信号の蓄積用キャパシタが接続
され、該信号の読み出しは二つのスイッチ素子のグー１
−に同時にアドレスされる読み出しアドレスパルスのφ
８により行なわれ、両静電誘導トランジスタのゲートに
蓄積されるキャリアのリフレッシコ動作はφ、によって
行なわれること−３− を特徴とづる光検出器。（８）前記特許請求の範囲第１項乃至第７項記載の光検
出器において、該静電誘導トランジスタのドレイン・ソ
ース間に接続されたキャパシタの放電量を、トレインに
接続されたスイッチ素子を介して再充電することによっ
て検出することを特徴とする光信号検出方法。