JPS6175561A - 固体光検出デバイス - 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】 １亙圀１ 本発明は光検出デバイス、とく番と固体光検出デバイス
に関する。

１１孜ｌ たとえば静電誘導トランジスタ構造の撮像セルが１次元
またｌ−１２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通常、入射光量の増大とともに出力
が増加する、いわゆるポジ（陽画）特性を示す。しかも
このポジ特性は一般に、入射光量の増大とともに出力の
増加率が増大する、いわば、なだれ特性を示す。

しかし、通常の撮像デバイスとしての使用では、従来の
銀塩写真の特性と同様の、したがって視覚と同様の感度
特性を有することが望ましい。

十なわち低照度で高感度を示し、高照度で低感度を示す
感度特性を有するのが有利である。

旦−一的 本発明はこのような要求に鑑み、相対的に低照度で高感
度を示し、高照庶で低感度を示す感度特性をＩｊ−λる
ことのできる固体光検出デバイスを提供することを目的
とする。

先乳宴訓ｊ −導′１〈型の半導体基板の一方の主面に形成された他
導電型のゲート領域に蓄積された電荷量に応１つてソー
ス・ドレーン領域間の信号の読出しを行なわせる静電誘
導トランジスタとを有する固体光検出デバイスは、半導
体基板の一方の主面に形成され、この主面に入射する光
によって光キャリアを発生し、静電誘導トランジスタの
ゲート領域及び半導体基板の導電型の配置と同一の導電
型の配置を有する少なくとも２層の非晶質半導体を有す
る光キャリア発生手段と、光キャリア発生手段の表面に
設けられた透明電極と、光キャリア発生手段と静電誘導
トランジスタとの間に設けられ、電位障壁層を介して光
キャリア発生手段と静電誘導トランジスタのゲート領域
とを回路的に接続する電極層とを有し、これによって、
光キャリア発生手段で発生１７た光キャリアが静電誘導
トランジスタを通して光キャリアに応じた信号として読
み出されるものである。

諌１舛Ｌ１」 次に添伺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。

第１図を参明すると、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ｌＯ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。

撮像セル１０は本実施例では、ｎ型シリコン基板１２の
一方の主面にｎ−領域２０が形成されている。ｎ−領域
２０の表面付近には、図示のように、２つのｐ領域１４
および１６と、ｎ十領域２２が形成され、これらのよっ
ていわ中る静電誘導トランジスタ（ＳＩＴ）　Ｑ（第２
図）が構成されている。−フ）のｐ領域１４は、ＳＩＴ
のコントロールゲートとして機能している。また、他方
のｐ領域１６はＳＩＴのシールディングゲートとして機
能し、他の撮像セルとの素子分離を図っている。

これらの領域１４．１６および２２が形成された主面の
１−には、リンケイ酸ガラス（ＰＳＧ）またはポリイミ
ドを含む絶縁層１８が形成されている。層１８の表面に
おいて、コントロールゲート領域１４に対応する部分に
は、図示のように電極層２８が形成されている。層１８
には、その一部に１図示のように導体２８が貫通する開
口が形成され、この導体２８は両電極２８ヲコントロー
ルゲート１４に相互に接続している。少なくとも電極層
２Ｂは、光に対して不透明な導電材料で形成され、好ま
しくは、電極層２６および導体２８はアルミニウムにて
形成され、入射光４０がコントロールゲート領域１４ま
で到達しないように構成されている。

これらの構体の−１−に、絶縁材料またはｐ型非晶質シ
リコンなどのブロッキング層３０が形成され、これは、
後述のように電位障壁１００（第３図）を形成するもの
である。ブロッキング層３０の上にさらに、ｎ型の水素
化非晶質シリコン（ａ−９ｉＨ）　＠３２が形成され、
その上にｐ型非晶賀シリコン層３４が形成されている。

ｐ型層３４の１−を透明電極層３Ｇが覆っている。ブロ
ッキング層３０は必ずしも電極層２８の上に形成される
必要はなく、例えば電極層２８とゲート領域１４の界面
に形成されてもよい。

ｐ型非晶質シリコン層３４は、基板１２の上方から入射
する光４０がその下方のｎ型９９３７層３２との間で形
成されるｐｎ接合旬領域で到達できるほど十分に薄く形
成ぎれる。非晶質シリコン層３２と３４で形成されるｐ
ｎ接合は、後述のように入射光４０に対する光キャリア
発生領域、すなわちフォトダイオード旧（第２図）とし
て機能する。このようなセルｌＯが１次元または２次元
状に基板１２の主面に配列され、撮像セルアレイが形成
されている。

このような構造の撮像セル１０の等価回路は、第２図に
示すようになる。同図かられかるように、非晶質シリコ
ン層で形成される光キャリア発生、蓄積領域は、フォト
ダイオードＤＩとコンデンサＣＩで構成されている。そ
のカソードは、ブロッキング層３０を示すコンデンサＣ
３を介してＳＩＴ　Ｑのコントロールゲート１４に接続
されている。ＳＩＴ　Ｑのコントロールｑ−１１４によ
る光キャリア蓄積機能は、同図では、フォー・ダイオー
ドＤ１と同極性のダイオードＤ２およびコンデンサＣ２
で示されている。

！ＳＩＴ　Ｑのソース２２が接地され、その基板１２が
本デバイスの信許出力リート５０に接続されている。

出力リード５０には、図示のように抵抗Ｒを通してビデ
オ電圧Ｖが供給され、出力信号Ｖ。ＵＴが出力される。

透明電極３６には、ビデオ電圧より高い電圧Ｖ□が供斥
合される。

本実施例の光検出デバイスの動作を第３図および第４図
のエネルギーバンド図を参照して説明する。これらの図
は、横方向の左から右へ第１図における基板１２の深さ
方向をとり、縦方向にポテンシャルをとっである。第２
図に示すバイアス状態で、撮像セル１０に光が照射され
ないときは、そのポテンシャルレベルは第３図のように
なる。つまりｎ型基板１２のレベルを基準として２層３
４がレベルＶＴにある。コントロールゲー）１４のレベ
ルはりｃＧ＊で示されている。ｎ層３２は、光４０が照
射されない状態では、２層３４に対して十分な接合電位
差を形成する図示のレベルにある。ブロッキング層３０
は、図示のような電位障壁１００を形成している。

このように接合電位差が大きい状態では、５ＩＴＱのコ
ントロールゲート１４の電位カ低イので、ＳＩＴ　Ｑは
遮断状態にある。したがって、出力端子５０には、はぼ
ビデオ電源の電圧に近い電圧が出力される。

第４図に示すように、フォトダイオード望域旧に光４０
が照射されると、フォトダイオード旧のｐｎ接合領域に
励起された光キャリアは、正孔が透明電極３６の側に走
行し、また電子はｎ領域３２に向って走行し、そこに蓄
積される。勿論、入射光４０の。

光量が多いほど、すなわち明度が高いはどｎ領域３２に
蓄積される電子の鰯が増加する。

ｎ領域３２に蓄積された電子は、見掛けＩ−、、その領
域のポテンシャルを相対的にに肩させる。これにともな
って、ｐ領域１４のポテンシャルも相対的にト舅し、基
板１２に対する接合電位差が増大する。このｎ領域３２
のポテンシャルは、入射光４０の光量が多いはどｈ　９
Ｆする。これかられかるように、このＳＩＴ　Ｑは、ゲ
ート蓄積型のＳＩＴを構成している。

したがって、フォトダイオード旧を流れる電流■　の電
源電圧Ｖ。に対する変化が、暗状態では第Ｉ ５図の実線１１０で示すようであれば、明状態では同図
の点！ＪｉＩｌ１２で示すようになる。なお、第４図か
られかるように、電位障壁＋００は、この蓄積された光
キャリアが基板１２に向って走行ないしは拡散するのを
防圧している。

このようにＳＩＴ　Ｑのコントロールゲート１４の電位
がｔ＝、　Ｗすると、それに応じてＳＩＴ　Ｑのチャネ
ルが導通し、ビデオ電源から抵抗Ｒを通して電流が流れ
こむ。したがって、その出力端子５０に現れる電圧は低
下する。

そこで、入射光４０の光Ｗに対するコントロールゲート
１４の電圧は、第６図に示すように、光量の増大ととも
に減少する関係１２０をとる。一方、コントロールゲー
）１４の電圧に対するＳＩＴ　Ｑの出力の関係は、第７
図に示すように、ある形の増加関数１３０をとり、ある
電圧以Ｉ−では飽和状態１３２を示す。

したがって、固体撮像デバイスとしての信号出力は、第
８図に示すように、入射光量の増加にともなって減少す
る、いわばネガ特性＋４０を示す。

しかも、その減少の程度は、光量の増大とともに緩やか
になる。そこで、第２図に点線６０にて示すように、信
号Ｖ。ＵＴが入力されるとそのレベルを反転して出力量
る反転回路を配置すれば、反転回路６０から１１１力さ
れる信号は、第８図に点！Ｊｉ１１４２で示すような特
性、すなわち入射光４０の照度の増大とともに感度が低
下する写真特性に近い特性を示す。

本発明による固体光検出デバイスを１次兄ないしは２次
兄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。

効　　里 このように本発明による固体光検出デバイスは、入射光
量の増大とともに出力が減少し、しかもその減少の程度
は、光年の増大とともに緩やかになる。したがって、こ
の出力を反転すれば、相対的に低照度で高感度を示し、
高照度で低感度を示す感度特性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

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
改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、 第３図および第４図は、第１図に示す実施例の動作を説
明するためのエネルギーバンド図。 第５図ない１．第８図は、第１図に示す実施例のｖ１作
を説明するための特性を示すグラフである。 上遭」１１Ｄ」巳１へ護」 １０、、、撮像セル １４、、、コントロールゲート ＩＦｌ、、、シールディングゲート １８、、、絶縁層 ２２、、、ソース ２Ｂ、、、電極層 ３０、、、ブロッキング暦 ３２．３４．　、非晶質シリコン層 ３６、、、透明電極 特許出斬大　富士写真フィルム株式会社寸　　　　　の ｒＱ　　　　　　　− 第４図 特開昭６ｌ−７５５６１（５） 第５図 第６図 光量

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　一導電型の半導体基板の一方の主面に形成された他導
   電型のゲート領域に蓄積された電荷量に応じてソース・
   ドレーン領域間の信号の読出しを行なわせる静電誘導ト
   ランジスタを有する固体光検出デバイスにおいて、 前記一方の主面に形成され、該主面に入射する光によっ
   て光キャリアを発生する、前記静電誘導トランジスタの
   ゲート領域及び半導体基板の導電型の配置と同一の導電
   型の配置を有する少なくとも２層の非晶質半導体を有す
   る光キャリア発生手段と、 該光キャリア発生手段の表面に設けられた透明電極と、 前記光キャリア発生手段と静電誘導トランジスタとの間
   に設けられ、電位障壁層を介して該光キャリア発生手段
   と静電誘導トランジスタの該ゲート領域とを回路的に接
   続する電極層とを有することを特徴とする固体光検出デ
   バイス。