JPS62161281A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
- Publication number
- JPS62161281A JPS62161281A JP61002969A JP296986A JPS62161281A JP S62161281 A JPS62161281 A JP S62161281A JP 61002969 A JP61002969 A JP 61002969A JP 296986 A JP296986 A JP 296986A JP S62161281 A JPS62161281 A JP S62161281A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- light receiving
- voltage
- signal
- diodes
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- Pending
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- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔概要〕
主として赤外線検知用の半導体装置において、背景光お
よび暗電流の影響を除去して、目的とする信号光変化分
だけを検出するため、２個の受光ダイオードを直列に接
続して直流バイアスを印加することにより、両者に入射
する光量の差に相当する電圧出力を中間点から取り出す
。
よび暗電流の影響を除去して、目的とする信号光変化分
だけを検出するため、２個の受光ダイオードを直列に接
続して直流バイアスを印加することにより、両者に入射
する光量の差に相当する電圧出力を中間点から取り出す
。
本発明は赤外線検知用半導体装置に係わり、特にアレイ
状に配置されＣＯＤ等のマルチプレクサと結合して、良
好な特性を実現出来る検知素子の構成に関する。
状に配置されＣＯＤ等のマルチプレクサと結合して、良
好な特性を実現出来る検知素子の構成に関する。
赤外線検知素子とＣＣＤ等を結合する場合、背景光およ
び暗電流による制限が性能を左右する。
び暗電流による制限が性能を左右する。
例えば、８〜１２μｍ帯では、常温における信号光の１
０°Ｃの変化は背景光が約３００にであるため、光子数
の変化分としては７％程度となる。このため充電流処理
としては、信号光変化分（信号光変化分とは次の如く定
義する。信号光＝背景光子信号光変化分）の１０数倍の
ものを処理しなければならない。
０°Ｃの変化は背景光が約３００にであるため、光子数
の変化分としては７％程度となる。このため充電流処理
としては、信号光変化分（信号光変化分とは次の如く定
義する。信号光＝背景光子信号光変化分）の１０数倍の
ものを処理しなければならない。
更に、動作温度上昇に伴う暗電流の増加は、狭バンド赤
外ダイオードでは顕著であり、処理電流量を増加させ、
背景光分と併せると信号光変化分の２０倍程度となる。
外ダイオードでは顕著であり、処理電流量を増加させ、
背景光分と併せると信号光変化分の２０倍程度となる。
受光ダイオードに接続されるＣＣＤへの入力電流の増大
はＣＣＤを溢れさせるので、これを防止するために蓄積
時間を短くすること等が必要となる。蓄積時間を短くす
れば、同時に信号成分を減少させ、抵抗雑音等信の雑音
成分はそのまま故、Ｓ／Ｎ比が低下する。
はＣＣＤを溢れさせるので、これを防止するために蓄積
時間を短くすること等が必要となる。蓄積時間を短くす
れば、同時に信号成分を減少させ、抵抗雑音等信の雑音
成分はそのまま故、Ｓ／Ｎ比が低下する。
このため背景光、暗電流の影響を受けない赤外線検知半
導体装置とすることが感度上昇のため不可欠である。
導体装置とすることが感度上昇のため不可欠である。
これらの改善を行ったものの一例として、特願昭５９−
２０３１１９がある。
２０３１１９がある。
このものにおいては、背景光、暗電流の影響を除去した
信号電流をＣＣＤ入力として得ているが、向火のような
欠点を有している。
信号電流をＣＣＤ入力として得ているが、向火のような
欠点を有している。
背景光が信号光より常に小さくなければ、正確な値が得
られない。即ち、背景光〉信号光の信号光は一律に信号
光変化分霊として検出されて了う。
られない。即ち、背景光〉信号光の信号光は一律に信号
光変化分霊として検出されて了う。
又入力インピーダンスが充分小さいことを要するため、
アレイ構成として高密度化する場合問題となる。
アレイ構成として高密度化する場合問題となる。
第２図（ａ）は従来例による赤外線検知半導体装置の構
成図、 第２図（ｂ）は従来例による赤外線検知半導体装置のＶ
−Ｊの特性図である。
成図、 第２図（ｂ）は従来例による赤外線検知半導体装置のＶ
−Ｊの特性図である。
第２図（ａ）において、２１．２２は赤外透過基板２０
上に形成された受光ダイオードであり、互いに逆方向に
並列接続され゛ている。受光ダイオード２１．２２夫々
には、夫々背景光２３、信号光２４が入射する様、光学
系が構成されている。２５はＣＯＤ等のマルチプレクサ
への入力拡散層である。
上に形成された受光ダイオードであり、互いに逆方向に
並列接続され゛ている。受光ダイオード２１．２２夫々
には、夫々背景光２３、信号光２４が入射する様、光学
系が構成されている。２５はＣＯＤ等のマルチプレクサ
への入力拡散層である。
第２図（ｂ）において、Ｊ、は背景光による光電流で受
光ダイオード２１が、背景光２３（強度ｒ、）を受光し
たときのもの、Ｊ、は信号光による光電流で受光ダイオ
ード２２が、信号光２４（強度■５、Ｉｓ＞１８）を受
光したときのものである。入力拡散層２５より両受光ダ
イオード２１．２２に流れる電流ΔＪ（ΔＪ＝Ｊ、−Ｊ
Ｒ）は信号光変化分に対する電流となり、共通成分であ
る暗電流も相殺され、信号光変化分の電流が入力される
。
光ダイオード２１が、背景光２３（強度ｒ、）を受光し
たときのもの、Ｊ、は信号光による光電流で受光ダイオ
ード２２が、信号光２４（強度■５、Ｉｓ＞１８）を受
光したときのものである。入力拡散層２５より両受光ダ
イオード２１．２２に流れる電流ΔＪ（ΔＪ＝Ｊ、−Ｊ
Ｒ）は信号光変化分に対する電流となり、共通成分であ
る暗電流も相殺され、信号光変化分の電流が入力される
。
従来の赤外線検知半導体装置において、回路構成が充分
機能するには、次の２つの条件が必要である。
機能するには、次の２つの条件が必要である。
（１）背景光が常に信号光より小さいこと。
（２）入力インピーダンスが充分低いこと。
これは、この回路構成が電流入力であるためであり、（
１）なる条件が満たされないと電流の極性が逆転してＣ
ＣＤに入力されなくなる。背景光より信号光が小なると
きは常に信号光変化分＝０となって了い、如何程小さい
かは検知出来ない。
１）なる条件が満たされないと電流の極性が逆転してＣ
ＣＤに入力されなくなる。背景光より信号光が小なると
きは常に信号光変化分＝０となって了い、如何程小さい
かは検知出来ない。
（２）なる条件により、ＣＯＤへの入力ゲートのゲート
幅を大きくして入力インピーダンスを下げることは、ア
レイ構成における高密度化に問題である。
幅を大きくして入力インピーダンスを下げることは、ア
レイ構成における高密度化に問題である。
上記問題点の解決は、略、同一の特性を有する２個の受
光ダイオードを直列に接続し、この両端に直流バイアス
電圧を印加し、前記２個の受光ダイオードの中間点にお
ける電圧を出力とする検知素子を有してなる本発明によ
る半導体装置により達成される。
光ダイオードを直列に接続し、この両端に直流バイアス
電圧を印加し、前記２個の受光ダイオードの中間点にお
ける電圧を出力とする検知素子を有してなる本発明によ
る半導体装置により達成される。
特に前記検知素子において、例えば一方の受光ダイオー
ドには信号光〔１〕を入射し、他方の受光ダイオードに
は信号光〔２〕を入射し、両信号光 〔１〕、〔２〕の
差に相当する信号電圧を中間点における電圧として取り
出すことにより、本発明を容易に実施することが出来る
。
ドには信号光〔１〕を入射し、他方の受光ダイオードに
は信号光〔２〕を入射し、両信号光 〔１〕、〔２〕の
差に相当する信号電圧を中間点における電圧として取り
出すことにより、本発明を容易に実施することが出来る
。
更に、前記検知素子において、一方の受光グイオートに
は信号光〔１〕として背景光（１３）と信号光〔２］の
差に相当する信号電圧を中間点における電圧として取り
出すことにより、本発明を容易に実施することが出来る
。
は信号光〔１〕として背景光（１３）と信号光〔２］の
差に相当する信号電圧を中間点における電圧として取り
出すことにより、本発明を容易に実施することが出来る
。
本発明は両受光グイオートが略同−の特性を有している
ため、各入射光が等しいとき、両受光ダイオード直列接
続の中間点の電圧は入射光量に関係なく、バイアス電圧
の１７２となる。一方の入射光が変化するとその変化量
に応じた電圧変化が中間点に生じることから背景光、暗
電流の除去が可能となる。
ため、各入射光が等しいとき、両受光ダイオード直列接
続の中間点の電圧は入射光量に関係なく、バイアス電圧
の１７２となる。一方の入射光が変化するとその変化量
に応じた電圧変化が中間点に生じることから背景光、暗
電流の除去が可能となる。
又、電圧出力であるため、ＣＣＤへの入力インピーダン
ス大でも可で、高密度化も容易で、信号光が背景光より
小さくても検知出来る。
ス大でも可で、高密度化も容易で、信号光が背景光より
小さくても検知出来る。
第１図（ａ）は本発明による赤外線検知半導体装置の構
成図、 第１図（ｂ）は本発明による赤外線検知半導体装置のＶ
−Ｊ特性図、 第１図（ｃ）は本発明による赤外線検知半導体装置のΔ
Ｊ−Ｖ。特性図である。
成図、 第１図（ｂ）は本発明による赤外線検知半導体装置のＶ
−Ｊ特性図、 第１図（ｃ）は本発明による赤外線検知半導体装置のΔ
Ｊ−Ｖ。特性図である。
第１図（ａ）において、１１．１２は赤外透明基板１０
に形成された略、同じ特性を有する受光ダイオードであ
り、直列に接続され両端に直流バイアス電圧を印加する
。即ち、受光ダイオード１１のＮ領域は接地し、これの
Ｐ領域は受光ダイオード１２のＮ領域に接続される。受
光ダイオードエ２の２Ｍ域には端子１５が接続され、こ
こに負のバイアス電圧Ｖ、が印加される。
に形成された略、同じ特性を有する受光ダイオードであ
り、直列に接続され両端に直流バイアス電圧を印加する
。即ち、受光ダイオード１１のＮ領域は接地し、これの
Ｐ領域は受光ダイオード１２のＮ領域に接続される。受
光ダイオードエ２の２Ｍ域には端子１５が接続され、こ
こに負のバイアス電圧Ｖ、が印加される。
端子１６は両受光ダイオード１１．１２の接続中間点で
、ここに■。なる出力電圧が出力される。
、ここに■。なる出力電圧が出力される。
受光ダイオード１１には背景光１３が入射し、これによ
りＪＲなる電流が流れる。又、受光ダイオード１２には
信号光１４が入射し、これによる電流Ｊ。
りＪＲなる電流が流れる。又、受光ダイオード１２には
信号光１４が入射し、これによる電流Ｊ。
が流れる。然し、両受光ダイオードは直列に接続されて
いるのでＪＳ ＝Ｊｓ となる。この状況を第１図（ｂ
）により説明する。
いるのでＪＳ ＝Ｊｓ となる。この状況を第１図（ｂ
）により説明する。
第１図（ｂ）において、受光ダイオード１２に背景光１
３と同じ強度１゜（＋、＝＋、）の信号光１４を入射し
たときの、Ｊ ｓをＪ、。とせば、両受光ダイオードの
特性曲線は対称的で１７なる点で交わり、この１７なる
点の電圧ＶＢ／２が出力電圧■。となる。
３と同じ強度１゜（＋、＝＋、）の信号光１４を入射し
たときの、Ｊ ｓをＪ、。とせば、両受光ダイオードの
特性曲線は対称的で１７なる点で交わり、この１７なる
点の電圧ＶＢ／２が出力電圧■。となる。
次に信号光１４の光量を■。よりΔＩ （Δ■＝信号光
変化分）増加してＩＩ （Ｉｓ ＝ Ｉｌ）としたとき
の受光ダイオード１２の電流はＪｓ＋ （Ｊｓ＋
Ｊｓｏ”ΔＪ）になるとすると、Ｊ、とこのＪＳＩとの
交わる点１８の電圧値が出力電圧■。となる。
変化分）増加してＩＩ （Ｉｓ ＝ Ｉｌ）としたとき
の受光ダイオード１２の電流はＪｓ＋ （Ｊｓ＋
Ｊｓｏ”ΔＪ）になるとすると、Ｊ、とこのＪＳＩとの
交わる点１８の電圧値が出力電圧■。となる。
受光ダイオードＩＩ、Ｉ２の逆方向特性の抵抗値をＲと
せは、電圧変化Δ■は、Δ■＝ΔＪ−Ｒ／２（＝ΔＪ、
・Ｒ／２）となる。
せは、電圧変化Δ■は、Δ■＝ΔＪ−Ｒ／２（＝ΔＪ、
・Ｒ／２）となる。
光■差Δ■と受光ダイオ−Ｆの電流ΔＪの間にはΔＩ＝
ｍΔＪ （ｍ−常数）なる関係かある故、感度は出力電
圧差Δ■光量差ΔＩの比でΔＶ／ΔＩ＝ΔＪ＝Ｒ／２Δ
Ｉ ＝ Ｒ／ ２ ｍである。
ｍΔＪ （ｍ−常数）なる関係かある故、感度は出力電
圧差Δ■光量差ΔＩの比でΔＶ／ΔＩ＝ΔＪ＝Ｒ／２Δ
Ｉ ＝ Ｒ／ ２ ｍである。
従って、感度は受光ダイオードの逆方向特性の制御或い
は受光ダイオードと並列に抵抗を加えることで可変出来
る。又、この場合検出できる、最大光量差はＶＢ ・Δ
Ｉ／２ΔＶ＝ｍＶ、／Ｒである。
は受光ダイオードと並列に抵抗を加えることで可変出来
る。又、この場合検出できる、最大光量差はＶＢ ・Δ
Ｉ／２ΔＶ＝ｍＶ、／Ｒである。
これはＶ、の変化により、変えることが出来る。
第１図（ｃ）は光量差に比例する電流差ΔＪに対する出
力電圧ｖ０特性を示す。出力電圧は光量差の正負即ち電
流差ΔＪの正負に対してもＶＢ／２を中心に、単極性の
値を示し、ＣＯＤ等に結合するのに適している。すなわ
ち、Ｖ、＞Ｖ。〉Ｏの範囲内で使用出来、ＶＢ／２〈Ｖ
ｏくＶＩｌ が信号光〉背景光の場合、Ｏ＜ Ｖｏ ＜
ＶＢ ／ ２ が信号光〈背景光の場合である。
力電圧ｖ０特性を示す。出力電圧は光量差の正負即ち電
流差ΔＪの正負に対してもＶＢ／２を中心に、単極性の
値を示し、ＣＯＤ等に結合するのに適している。すなわ
ち、Ｖ、＞Ｖ。〉Ｏの範囲内で使用出来、ＶＢ／２〈Ｖ
ｏくＶＩｌ が信号光〉背景光の場合、Ｏ＜ Ｖｏ ＜
ＶＢ ／ ２ が信号光〈背景光の場合である。
以上詳細に説明したようＧこ本発明による赤外線検知半
導体装置においては、２個の受光ダイオードの光量差に
相当する信号を電圧として取り出すことが出来、背景光
、暗電流の影響を除去出来る。
導体装置においては、２個の受光ダイオードの光量差に
相当する信号を電圧として取り出すことが出来、背景光
、暗電流の影響を除去出来る。
信号光か背景光より小さい場合でも機能し、入力インピ
ーダンスも大で可であり、ＣＣＤ入力ゲート幅も小とな
し得るため、高密度化が出来る。
ーダンスも大で可であり、ＣＣＤ入力ゲート幅も小とな
し得るため、高密度化が出来る。
第１図（ａ）は本発明による半導体装置の構成図、第１
図（ｂ）は本発明による半導体装置のＶ−Ｊ特性図、 第１図（ｃ）は本発明による半導体装置のΔＪ−Ｖ０特
性図、 第２図（ａ）は従来例による半導体装置の構成図、第２
図（ｂ）は従来例による半導体装置のＶ−Ｊ特性図であ
る。 図において、 １０は赤外透過基板、 １１．１２は受光ダイオード、 １３は背景光、 １４は信号光、 １５．１６は端子、 １７はＪＲとＪ、。の交点、 １８はＪＢとＪＳＩの交点、 木踊ち明にＪろギ塙イ本駁１内橋へ図 躬１圓（（２’１ 本迩ｅ昌１−Ｊろ半導イト装置／ＩＶ−ＪＴ子・圧図躬
１図（ｂ） 本発明ＩＣ，）ろ−？導体駁ｉＬｎ△１−Ｖｏ特性７椿
１図（ｃ） 口し東庄’Ｉ Ｉ： Ｊろギ導イ本ンｌアｎ才角、底図
躬２０（４）
図（ｂ）は本発明による半導体装置のＶ−Ｊ特性図、 第１図（ｃ）は本発明による半導体装置のΔＪ−Ｖ０特
性図、 第２図（ａ）は従来例による半導体装置の構成図、第２
図（ｂ）は従来例による半導体装置のＶ−Ｊ特性図であ
る。 図において、 １０は赤外透過基板、 １１．１２は受光ダイオード、 １３は背景光、 １４は信号光、 １５．１６は端子、 １７はＪＲとＪ、。の交点、 １８はＪＢとＪＳＩの交点、 木踊ち明にＪろギ塙イ本駁１内橋へ図 躬１圓（（２’１ 本迩ｅ昌１−Ｊろ半導イト装置／ＩＶ−ＪＴ子・圧図躬
１図（ｂ） 本発明ＩＣ，）ろ−？導体駁ｉＬｎ△１−Ｖｏ特性７椿
１図（ｃ） 口し東庄’Ｉ Ｉ： Ｊろギ導イ本ンｌアｎ才角、底図
躬２０（４）
Claims (3)
- （１）略、同一の特性を有する２個の受光ダイオード（
１１）、（１２）を直列に接続し、この両端に直流バイ
アス電圧を印加し、前記２個の受光ダイオード（１１）
、（１２）の中間点における電圧を出力とする検知素子 を有してなることを特徴とする半導体装置。 - （２）前記一方の受光ダイオード（１１）には信号光〔
１〕を入射し、他方の受光ダイオード（１２）には信号
光〔２〕を入射し、両信号光〔１〕、〔２〕の差に相当
する信号電圧を中間点における電圧として取り出すこと
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体装置。 - （３）前記一方の受光ダイオード（１１）には信号光〔
１〕として背景光（１３）を入射し、他方の受光ダイオ
ード（１２）には信号光〔２〕を入射し、背景光（１３
）と信号光〔２〕の差に相当する信号電圧を中間点にお
ける電圧として取り出すことを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61002969A JPS62161281A (ja) | 1986-01-10 | 1986-01-10 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61002969A JPS62161281A (ja) | 1986-01-10 | 1986-01-10 | 半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62161281A true JPS62161281A (ja) | 1987-07-17 |
Family
ID=11544200
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61002969A Pending JPS62161281A (ja) | 1986-01-10 | 1986-01-10 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62161281A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2594544A1 (fr) * | 1986-02-17 | 1987-08-21 | Messerschmitt Boelkow Blohm | Dispositif a capteurs photoelectriques a compensation du courant d'obscurite |
-
1986
- 1986-01-10 JP JP61002969A patent/JPS62161281A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2594544A1 (fr) * | 1986-02-17 | 1987-08-21 | Messerschmitt Boelkow Blohm | Dispositif a capteurs photoelectriques a compensation du courant d'obscurite |
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