JPS6139569A - solid state photodetection device - Google Patents
solid state photodetection deviceInfo
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- JPS6139569A JPS6139569A JP15856984A JP15856984A JPS6139569A JP S6139569 A JPS6139569 A JP S6139569A JP 15856984 A JP15856984 A JP 15856984A JP 15856984 A JP15856984 A JP 15856984A JP S6139569 A JPS6139569 A JP S6139569A
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- Japan
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- capacitor
- junction
- electrode layer
- photodetection device
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- Pending
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
- H10F39/10—Integrated devices
- H10F39/12—Image sensors
- H10F39/18—Complementary metal-oxide-semiconductor [CMOS] image sensors; Photodiode array image sensors
Landscapes
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
1亙立1
本発明は光検出デバイス、とくに固体光検出デバイスに
関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION 1. Summary of the Invention The present invention relates to a photodetection device, particularly a solid state photodetection device.
11韮遣
たとえばフォトダイオード構造の撮像セルが1次元また
は2次元に配列された撮像セルアレイを有する固体撮像
デバイスは、その光電変換効率すなわち入射光に対する
光キヤリア発生感度をいかに向上させるかが重要な課題
のひとつである。そのため従来は、各撮像セルの入射光
に対する光学的な開口率を向上させたり、入射光の損失
を低減させる様々な手法がとられてきた。11. For example, for a solid-state imaging device that has an imaging cell array in which imaging cells with a photodiode structure are arranged in one or two dimensions, an important issue is how to improve the photoelectric conversion efficiency, that is, the sensitivity of generating optical carriers to incident light. It is one of the Therefore, conventionally, various methods have been taken to improve the optical aperture ratio of each imaging cell to the incident light and to reduce the loss of the incident light.
たとえば、シリコン基板上にpn接合フォトダイオード
が形成され、その方ソードまたは7ノードが、光キヤリ
ア読出し回路を構成するrGFETのソース領域を形成
している光検出デバイ、スがある。入射光によりフォト
ダイオード領域で発生した光キャリアは、そのpn接合
付近に一時的に蓄積され、IGFETを通して入射光に
応じた信号電流として出力される。しかし、この構成で
は、pn接合の容量に限−界−があるので、入射光によ
り生成した比較的少量の光キャリアで飽和してしまう、
容量が飽和する光量が少なく、したがって、撮像デバイ
スとして十分なダイナミックレンジが得られない欠点が
あった。For example, there is a photodetection device in which a pn junction photodiode is formed on a silicon substrate, the sword or node of which forms the source region of an rGFET that constitutes an optical carrier readout circuit. Photocarriers generated in the photodiode region by the incident light are temporarily accumulated near the pn junction, and are outputted as a signal current according to the incident light through the IGFET. However, in this configuration, there is a limit to the capacity of the pn junction, so it becomes saturated with a relatively small amount of photocarriers generated by the incident light.
The amount of light at which the capacity is saturated is small, and therefore a sufficient dynamic range cannot be obtained as an imaging device.
民−J
本発明はこのような要求に鑑み、ダイナミックレンジの
十分に広い固体光検出デバイスを提供することを目的と
する。Public-J In view of such demands, an object of the present invention is to provide a solid-state photodetection device with a sufficiently wide dynamic range.
ばし
接合を形成する他方の導電型の領域と、一方主面に入射
する光によって前記pn接合に励起された光キャリアを
読み出す読出し手段とを有する固体光検出デバイスは、
少なくとも他方の導電型の領域を覆うように主面に形成
された誘電体層と、誘電体層を覆うように形成された電
極層とを有し、他方の導電型の領域、誘電体層および電
極層によって光キャリアの一部を蓄積する容量を形成す
るものである。A solid-state photodetection device has a region of the other conductivity type forming a pn junction, and a readout means for reading out photocarriers excited in the pn junction by light incident on one principal surface,
a dielectric layer formed on a main surface to cover at least a region of the other conductivity type, and an electrode layer formed to cover the dielectric layer; The electrode layer forms a capacitor that stores some of the photocarriers.
罠1」11墓朋
次に添付図面を参照して本発明による固体光検出デバイ
スの実施例を詳細に説明する。Embodiments of the solid-state photodetection device according to the present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings.
第1図を参照すると1本発明による固体光検出デバイス
の実施例において固体撮像デバイスの1つの撮像セル1
0が断面にて示され、この撮像セル10が複数個、1次
元ないしは2次元に配列されて撮像セルアレイが構成さ
れる。Referring to FIG. 1, one imaging cell 1 of a solid-state imaging device in an embodiment of a solid-state photodetection device according to the present invention.
0 is shown in cross section, and a plurality of these imaging cells 10 are arranged one-dimensionally or two-dimensionally to form an imaging cell array.
撮像セル10は本実施例では、p型シリコン基板12の
一方の主面に2つのn中領域14および1θが形成され
ている。一方のn中領域14は、p型基板12とともに
フォトダイオードのpn接合を形成している。In this embodiment, the imaging cell 10 has two n-type regions 14 and 1θ formed on one main surface of a p-type silicon substrate 12. One n medium region 14 forms a pn junction of the photodiode together with the p type substrate 12.
同主面の2つのn中領域14と16の間には、酸化シリ
コン層!8が形成され、さらにその上に電極層2oが形
成されている。これらによって、n中領域14をソース
とし、n÷領域16をドレーンとし、電極層2゜をゲー
ト電極とするIGFETが構成される。ドレーン領域1
BのEにはアルミニウム電極N22が形成されている。Between the two n medium regions 14 and 16 on the same main surface is a silicon oxide layer! 8 is formed, and an electrode layer 2o is further formed thereon. These constitute an IGFET in which the n medium region 14 serves as a source, the n÷ region 16 serves as a drain, and the electrode layer 2° serves as a gate electrode. drain area 1
An aluminum electrode N22 is formed at E of B.
一方、ソース領域14の上には1図示のように誘電体層
24が形成され、さらにその上を電極層2Bが覆ってい
る。誘電体層24は好ましくは、非感光性、すなわち入
射光によってキャリアが励起されない材料が使用され、
たとえばSi3N4などの窒化膜、S+02などの酸化
膜などが有利に使用される。On the other hand, a dielectric layer 24 is formed on the source region 14 as shown in FIG. 1, and an electrode layer 2B further covers the dielectric layer 24. The dielectric layer 24 is preferably made of a non-photosensitive material, that is, a material whose carriers are not excited by incident light;
For example, nitride films such as Si3N4, oxide films such as S+02, etc. are advantageously used.
また、基板12の主面に上方から入射する光30がその
下方のpn接合領域まで到達できるほど十分に薄く形成
される。Further, it is formed to be sufficiently thin so that light 30 incident on the main surface of the substrate 12 from above can reach the pn junction region below.
電極層2Bは、透明電極材料が有利に使用され。A transparent electrode material is advantageously used for the electrode layer 2B.
または、その少なくともソース領域14に対応する部分
は、入射光30を実質的に透過するほどS <形成する
のが望ましい。Alternatively, at least the portion corresponding to the source region 14 is desirably formed so that the incident light 30 is substantially transmitted.
1つの撮像セルlOは、酸化シリコンなどの絶縁層32
および34によって他のセルと素子分離され、このよう
なセルlOが1次元または2次元−ヒに基板12の主面
に配列され、撮像セルアレイが形成されている。One imaging cell 10 includes an insulating layer 32 made of silicon oxide or the like.
and 34, and such cells 1O are arranged one-dimensionally or two-dimensionally on the main surface of the substrate 12 to form an imaging cell array.
こうして、誘電体層24をはさんで電極層2Bとn◆領
域14との間でコンデンサが形成される。同図かられか
るように、n◆領域14は、フォトダイオードのカソー
ドと、 IGFETのソース領域と、コンデンサの一方
の電極との3つの機能を有し、これらが共通に接続され
ていることになる。したがってこの撮像セルlOの等何
回路は、第2図に示すようになる。In this way, a capacitor is formed between the electrode layer 2B and the n♦ region 14 with the dielectric layer 24 in between. As can be seen from the figure, the n◆ region 14 has three functions: the cathode of the photodiode, the source region of the IGFET, and one electrode of the capacitor, and these are commonly connected. Become. Therefore, the circuit of this image pickup cell 10 is as shown in FIG.
同図かられかるように、上述のフォトダイオードDのカ
ソードと、IGFET Qのソース、およびコンデンサ
Cの一方の電極が領域14にて共通に接続され、rGF
ET QのドレーンI6はドレーン電極22として信号
電流の出力端子を形成する。コンデンサCの他方の電極
2Bには1本実施例では、地気または所定の値の正の基
準電圧を印加し、ゲート20には読出しゲートパルスを
与える。したがって図示のように、出力端子22に抵抗
Rを介して電源Eを接続すれば、出力端子22に信号電
圧Voutを得ることができる。As can be seen from the figure, the cathode of the photodiode D, the source of the IGFET Q, and one electrode of the capacitor C are commonly connected in the region 14, and the rGFET
The drain I6 of the ET Q forms the output terminal for the signal current as the drain electrode 22. In this embodiment, ground voltage or a positive reference voltage of a predetermined value is applied to the other electrode 2B of the capacitor C, and a read gate pulse is applied to the gate 20. Therefore, as shown in the figure, by connecting the power source E to the output terminal 22 via the resistor R, the signal voltage Vout can be obtained at the output terminal 22.
第1図に矢印30で示すように、フォトダイオード領域
に光が照射されると、フォトダイオードDのpn接合領
域に励起された光キャリアは、一部がそこにM積され、
残りはコンデンサCに蓄積される。第2図かられかるよ
うに、コンデンサCは、フォトダイオードDのpn接合
容量と回路的には並列に接続されている。したがって、
光キャリアを蓄積可能な容量は、全体として、コンデン
サCの容量とpn接合の容量との和になる。As shown by the arrow 30 in FIG. 1, when the photodiode region is irradiated with light, some of the photocarriers excited in the pn junction region of the photodiode D are accumulated there,
The remainder is stored in capacitor C. As can be seen from FIG. 2, the capacitor C is connected in parallel with the pn junction capacitance of the photodiode D in terms of circuit. therefore,
The total capacity that can store optical carriers is the sum of the capacitance of the capacitor C and the capacitance of the pn junction.
従来技術による固体光検出デバイスの構成では1本実施
例のようなコンデンサCは設けられていなかったので、
本実施例のデバイスは、従来のものに比較してコンデン
サCの容量分だけ電荷蓄積容量が多いことになる。つま
り、撮像セル10全体の容量を飼料させるのに必要な入
射光30の強度がそれだけ高い。したがって撮像セルl
Oのダイナミックレンジは、従来のものよりコンデンサ
Cの容量に相当する分だけ広い。In the configuration of the solid-state photodetection device according to the prior art, the capacitor C as in the present embodiment was not provided.
The device of this embodiment has a charge storage capacity larger than that of the conventional device by the capacitance of the capacitor C. That is, the intensity of the incident light 30 required to feed the entire capacity of the imaging cell 10 is that much higher. Therefore, the imaging cell l
The dynamic range of O is wider than the conventional one by an amount equivalent to the capacitance of capacitor C.
本発明による固体光検出デバイスを1次元ないしは2次
元撮像セルに適用した実施例について説明したが、本発
明は、単一セルの光検出デバイスにも有利に適用される
ことは言うまでもない。Although an embodiment in which the solid-state photodetection device according to the present invention is applied to a one-dimensional or two-dimensional imaging cell has been described, it goes without saying that the present invention can also be advantageously applied to a single-cell photodetection device.
肱−退
このように本発明による固体光検出デバイスは、発生し
た光キャリアの蓄積容量が多いので。As described above, the solid-state photodetection device according to the present invention has a large storage capacity for generated photocarriers.
十分に広いダイナミックレンジが実現される。A sufficiently wide dynamic range is achieved.
第1図は本発明による固体光検出デバイスの実施例の構
成を概略的に示す断面図、
第2図は、第1図に示す固体光検出デバイスの概略等価
回路を示す回路図である。
嬰 、 ′−′+1
10、、、撮像セル
14、、、n+領領
域4、、、誘電体層
26t、、、電極層
C01,コンデンサ
特許出願人 富士写真フィルム株式会社代 理 人 香
取 孝雄 i!′、゛:i帆I図
毛2図FIG. 1 is a sectional view schematically showing the structure of an embodiment of a solid-state photodetection device according to the present invention, and FIG. 2 is a circuit diagram showing a schematic equivalent circuit of the solid-state photodetection device shown in FIG. 1. ,'-'+1 10,,,Imaging cell 14,,,N+ region 4,,,Dielectric layer 26t,,,Electrode layer C01,Capacitor patent applicant Fuji Photo Film Co., Ltd. Agent Takao Katori i! ′, ゛: i sail I tumo 2
Claims (1)
合を形成する他方の導電型の領域と、該一方の主面に入
射する光によって前記pn接合に励起された光キャリア
を読み出す読出し手段とを有する固体光検出デバイスに
おいて、該固体光検出デバイスは、 少なくとも前記他方の導電型の領域を覆うように前記主
面に形成された誘電体層と、 該誘電体層を覆うように形成された電極層とを有し、 前記他方の導電型の領域、誘電体層および電極層によっ
て前記光キャリアの一部を蓄積する容量を形成すること
を特徴とする固体光検出デバイス。 2、特許請求の範囲第1項記載の固体光検出デバイスに
おいて、前記電極層は光に対して透明な材料を含むこと
を特徴とする固体光検出デバイス。[Claims] 1. A semiconductor substrate of one conductivity type, a region of the other conductivity type formed on one main surface of the substrate and forming a pn junction with the substrate, and readout means for reading out photocarriers excited in the pn junction by light incident on the main surface, the solid-state photodetection device comprising It has a dielectric layer formed on a surface, and an electrode layer formed to cover the dielectric layer, and a part of the optical carrier is controlled by the region of the other conductivity type, the dielectric layer, and the electrode layer. A solid-state photodetection device characterized in that it forms a capacitor that accumulates. 2. The solid-state photodetection device according to claim 1, wherein the electrode layer includes a material transparent to light.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15856984A JPS6139569A (en) | 1984-07-31 | 1984-07-31 | solid state photodetection device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15856984A JPS6139569A (en) | 1984-07-31 | 1984-07-31 | solid state photodetection device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6139569A true JPS6139569A (en) | 1986-02-25 |
Family
ID=15674555
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15856984A Pending JPS6139569A (en) | 1984-07-31 | 1984-07-31 | solid state photodetection device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6139569A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006082896A1 (en) * | 2005-02-07 | 2006-08-10 | Hamamatsu Photonics K.K. | Solid-state image pickup device |
-
1984
- 1984-07-31 JP JP15856984A patent/JPS6139569A/en active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006082896A1 (en) * | 2005-02-07 | 2006-08-10 | Hamamatsu Photonics K.K. | Solid-state image pickup device |
| JP2006216907A (en) * | 2005-02-07 | 2006-08-17 | Hamamatsu Photonics Kk | Solid-state imaging device |
| US8018515B2 (en) | 2005-02-07 | 2011-09-13 | Hamamatsu Photonics K.K. | Solid-state image pickup device |
| TWI413241B (en) * | 2005-02-07 | 2013-10-21 | 濱松赫德尼古斯股份有限公司 | Solid-state imaging device |
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