JPS6329415B2 - - Google Patents

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JPS6329415B2
JPS6329415B2 JP57181482A JP18148282A JPS6329415B2 JP S6329415 B2 JPS6329415 B2 JP S6329415B2 JP 57181482 A JP57181482 A JP 57181482A JP 18148282 A JP18148282 A JP 18148282A JP S6329415 B2 JPS6329415 B2 JP S6329415B2
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JP
Japan
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layer
light
photosensitive
solid
imaging device
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Application number
JP57181482A
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Japanese (ja)
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JPS58103165A (en
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Masatoshi Tabei
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Fujifilm Holdings Corp
Original Assignee
Fuji Photo Film Co Ltd
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Publication date
Application filed by Fuji Photo Film Co Ltd filed Critical Fuji Photo Film Co Ltd
Publication of JPS58103165A publication Critical patent/JPS58103165A/en
Publication of JPS6329415B2 publication Critical patent/JPS6329415B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components 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
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14643Photodiode arrays; MOS imagers
    • H01L27/14645Colour imagers
    • H01L27/14647Multicolour imagers having a stacked pixel-element structure, e.g. npn, npnpn or MQW elements
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components 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
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14665Imagers using a photoconductor layer
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor 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
    • H01L31/08Semiconductor 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
    • H01L31/09Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は固体カラー撮像デバイスに関し、さら
に具体的には、固体基板の上に重ねた複数の感光
層を利用して多色フイルターを不要とする固体カ
ラー撮像デバイスに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to solid-state color imaging devices, and more particularly to solid-state color imaging devices that utilize multiple photosensitive layers stacked on a solid substrate to eliminate the need for multicolor filters.

固体カラー撮像デバイスの分野での十分に認識
された目標は、極めて光に対して敏感であつて製
造コストが低いにもかかわらず鮮明な像を生ずる
固体カラー撮像デバイスを作ることである。この
目標を目ざして多数の異なる種類の固体カラー撮
像デバイスが作られて来た。
A well-recognized goal in the field of solid-state color imaging devices is to create solid-state color imaging devices that are extremely light sensitive and produce sharp images while having low manufacturing costs. Many different types of solid state color imaging devices have been created with this goal in mind.

そのような撮像デバイスの一例において、配列
にされた全色撮像素子はこれらの配列の上に配置
された色フイルターの複合的配列によつて色に対
して選択的に感ずるようにされている。そのよう
なフイルター配列の極めて効率的な構造は、色の
微妙な差異についての人間の視覚に基づく有用な
情報の量を最大とする。このようなフイルター配
列は例えば、1976年7月20日に発行されベイヤー
(Bayer)氏に付与された米国特許第3971065号や
1977年9月6日に発行されデイロン(Dillon)氏
に付与された米国特許第4047203号に記載されて
いる。しかしながら、そのような配列に固有な解
像度は配列に置くことができる撮像素子の個数で
制限されるだけでなく、配列内の各素子の一部分
だけが微細な解像度に寄与するのでさらに制限さ
れる。従つてそのような複合的フイルターのカラ
ー撮像素子の配列の空間解像度は特定の構造につ
いて最適化されるが、同じ数の素子の単色撮像配
列ほどは高くない。
In one example of such an imaging device, arrays of full-color imaging elements are made color selectively sensitive by a composite array of color filters disposed above the arrays. The highly efficient construction of such a filter array maximizes the amount of useful information based on human vision about subtle differences in color. Such filter arrangements are described, for example, in U.S. Pat. No. 3,971,065 issued July 20, 1976 to Bayer;
No. 4,047,203 issued September 6, 1977 to Dillon. However, the resolution inherent in such an array is not only limited by the number of imaging elements that can be placed in the array, but is further limited because only a portion of each element in the array contributes to the fine resolution. The spatial resolution of an array of color imaging elements of such a composite filter is therefore optimized for a particular structure, but is not as high as a monochromatic imaging array of the same number of elements.

英国特許第2029642号および特開昭55−39404
号、55−277772号、55−277773号、51−95720号
で提案された別の構造は、スイツチング機能を果
たすことができる情報転送デバイスまたは固体基
板の上に感光素子が重ねられるように作られる。
この基板はMOSスイツチング素子またはCCD(電
荷結合デバイス)スイツチング素子である。その
ような素子は英国特許第2029642号に詳細に記載
されており、その内容を参考として本明細書に記
載する。そのような構造は、感光素子が情報転送
デバイスと同じ高さに配置された通常の撮像デバ
イスよりも感光面積が大きいことによつて潜在的
に高い感度を有する。しかし、そのようなデバイ
スは多色フイルターを利用しなけれならず、解像
度の低下は前述の通常の固体撮像デバイスに匹敵
する。さらに、そのような構造を作るためには色
フイルターを撮像素子の上に特定のパターンで配
置しなければならず、それによつて色フイルター
の整列と結合が困難となり、結果としてそのよう
なデバイスの製造が複雑で高価となる。
British Patent No. 2029642 and Japanese Patent Publication No. 55-39404
Another structure proposed in No. 55-277772, No. 55-277773, No. 51-95720 is made such that a photosensitive element is superimposed on an information transfer device or solid substrate that can perform the switching function. .
This substrate is a MOS switching device or a CCD (charge coupled device) switching device. Such elements are described in detail in GB 2029642, the contents of which are hereby incorporated by reference. Such a structure has a potentially higher sensitivity due to the larger photosensitive area than a typical imaging device in which the photosensitive element is placed at the same height as the information transfer device. However, such devices must utilize multicolor filters, and the reduction in resolution is comparable to the conventional solid-state imaging devices described above. Furthermore, to create such a structure, the color filters must be arranged in a specific pattern over the image sensor, which makes alignment and combination of the color filters difficult, resulting in the difficulty of such devices. Manufacturing is complicated and expensive.

ビジコンで色フイルターを除去する技術はカト
ー氏らの米国特許第3617753号に記載されている。
このビジコンは、光強度を表わす電気信号を蓄積
する多数のpnダイオード上に基板を有する通常
の半導体層を含む。ビデオ情報を取り出すために
電子ビームがpnダイオードを走査する。pnダイ
オードに達する光が通過する半導体基板の厚さを
段階状にすることによつて、段階の大きさにより
異なる波長の光がpnダイオードに当たる。この
ようにして異なるグループのpnダイオードは異
なる色の光を蓄積することができる。これに代わ
つて、pnダイオードを表面から一様でない深さ
に形成することによつて、実質的に基板の厚さを
階段状にすることができる。別の実施例において
は、電子ビーム走査の代わりに固体走査を利用す
ることができる。そこでは接合デバイスとMOS
素子が各画素に利用され、基板の選択的なエツチ
ングの結果として半導体基板の受光面と画素の接
合デバイスの間の距離が一様でなくなる。この開
示された装置は階段状のまたは切除された形状に
よつて平担でなく、光応答素子として半導電体を
利用するデバイスにもたらされる利点を有しな
い。
A technique for removing color filters with a vidicon is described in U.S. Pat. No. 3,617,753 to Kato et al.
The vidicon includes a conventional semiconductor layer with a substrate over a number of pn diodes that store electrical signals representative of light intensity. An electron beam scans the pn diode to retrieve the video information. By gradating the thickness of the semiconductor substrate through which the light that reaches the PN diode passes, light of different wavelengths hits the PN diode depending on the size of the gradation. In this way different groups of pn diodes can accumulate different colors of light. Alternatively, by forming the pn diodes at non-uniform depths from the surface, the thickness of the substrate can be substantially stepped. In another embodiment, solid state scanning can be used instead of electron beam scanning. There, junction devices and MOS
A device is utilized for each pixel, and selective etching of the substrate results in non-uniform distances between the photosensitive surface of the semiconductor substrate and the pixel bonding device. The disclosed device is not flattened by a stepped or truncated shape and does not have the advantages offered to devices that utilize semiconductors as photoresponsive elements.

潜在的な解像度が同じ大きさの単色配列の解像
度に等しい固体カラー・イメージセンサー・アレ
イが開発された。そのようなイメージセンサー・
アレイは、各チヤンネルが半導体材料による光の
異なる吸収によつて異なるスペクトル応答を有す
る重ねられた複数のチヤンネル(例えば、3色デ
バイスについては3つのチヤンネルが重ねられ
る)を有する。(英国PO91EF、ハンプシヤー州、
ハバント、ハネウエル(Hampshire、Havant、
Honeywell)のインダストリアル・オプチユー
ニテイズ社(Industrial Opportunities Ltd.)か
ら入手でき、「カラー応答CCD撮像デバイス」と
いう表題を付された1978年8月号172巻、公開番
号17240の研究公開書を参照のこと。)しかしなが
ら、3つのチヤンネルを重ねる必要性によつて、
そのようなデバイスを製造するには極めて複雑で
高価な方法が必要である。CCD(電荷結合デバイ
ス)を利用すると、情報信号を運ぶチヤンネルを
厳密な制限の下で注意深く作らなければならない
ので、製造が複雑かつ高価なものとなる。基板上
に単一チヤンネルを作ることは可能であるが、別
のチヤンネルをその上に重ねることは複雑で困難
である。
Solid state color image sensor arrays have been developed with potential resolution equal to that of monochromatic arrays of the same size. Such an image sensor
The array has a plurality of stacked channels (eg, three channels stacked for a three-color device), each channel having a different spectral response due to different absorption of light by the semiconductor material. (UK PO91EF, Hampshire,
Havant, Honeywell (Hampshire, Havant,
See Research Publications, Volume 172, August 1978, Publication No. 17240, entitled "Color Responsive CCD Imaging Devices," available from Industrial Opportunities Ltd., Honeywell. thing. ) However, due to the need to overlap the three channels,
Manufacturing such devices requires extremely complex and expensive methods. CCDs (charge-coupled devices) are complex and expensive to manufacture because the channels carrying the information signal must be carefully created under strict constraints. Although it is possible to create a single channel on a substrate, overlaying another channel on top of it is complex and difficult.

前記の公開番号17240に記載されたようなデバ
イスは、重ねられた多チヤンネルのカラー撮像デ
バイスとして働くことができる重ねられた多数の
異なるチヤンネルをシリコン結晶に作ることは可
能であることを示唆している。しかし、前述のよ
うにそれを作ることが高価で複雑であることに加
えて、使用する材料の本質的な限界によつてこの
ようなデバイスの色分解と選択度は低い。そのよ
うなデバイスを作るのに使用する材料は、色選択
感光素子に加えて良好な単結晶特性を有しなけれ
ばならないCCDチヤンネルとして働く。
Devices such as those described in the aforementioned Publication No. 17240 suggest that it is possible to create a large number of different channels in a silicon crystal that are stacked, which can serve as a stacked multi-channel color imaging device. There is. However, in addition to being expensive and complex to make as mentioned above, the color separation and selectivity of such devices is poor due to the inherent limitations of the materials used. The materials used to make such devices must have good single-crystal properties in addition to color-selective photosensitive elements to act as CCD channels.

前述のように当業界では、極めて光に敏感で像
を鮮明に細かく分解する固体カラー撮像デバイス
を必要としている。多色フイルターが配列にされ
た撮像素子の上に重ねられるデバイスを利用する
と、その結果として生ずる像は米国特許第
3971065号に記載されているように、低い解像度
と低い選択度を有すると共に、多色フイルターを
精密に配置する必要性から製造が複雑で高価につ
く。英国特許第2029642号に記載されているよう
に、感光素子が情報転送デバイスの上に重ねられ
たデバイスを利用することによつて、選択度を上
げることができる。しかし、そのようなデバイス
はやはり製造の複雑さとコストを上げる多色複合
フイルターを使用しなければならないため、解像
度になおある程度の限界がある。複数の重ねられ
たチヤンネルのセンサー・アレイを有するデバイ
スを利用することによつて、単色アレイの解像度
に等しい解像度を得ることが可能である。しか
し、それぞれの上に3つのチヤンネルを重ねるた
めには、複雑で高価な製造技術を利用しなければ
ならない。
As previously mentioned, there is a need in the industry for solid state color imaging devices that are extremely light sensitive and provide sharp image resolution. Utilizing a device in which a multicolor filter is superimposed on an array of imagers, the resulting image is
As described in US Pat. No. 3,971,065, they have low resolution and low selectivity, and are complex and expensive to manufacture due to the need for precise placement of multicolor filters. Increased selectivity can be achieved by utilizing a device in which a photosensitive element is superimposed on an information transfer device, as described in GB 2029642. However, such devices still have some resolution limitations because they must use multicolor composite filters that also increase manufacturing complexity and cost. By utilizing a device with a sensor array of multiple superimposed channels, it is possible to obtain a resolution equal to that of a monochromatic array. However, in order to stack three channels on top of each other, complex and expensive manufacturing techniques must be utilized.

本発明は相互の上と基板の上に重ねられる複数
の感光層を利用して感度を増大させる。さらに本
発明は、各感光層が異なる色の光を検出するの
で、多色複合フイルターを必要としない。本発明
に基づくデバイスは同じ大きさの単色アレイの解
像度と同じ解像度を有し、しかも簡単で通常の安
価な技術で製造することができる。
The present invention utilizes multiple photosensitive layers stacked on top of each other and on top of the substrate to increase sensitivity. Additionally, the present invention does not require multicolor composite filters since each photosensitive layer detects a different color of light. A device according to the invention has a resolution similar to that of a monochromatic array of the same size, and can be manufactured using simple, common, and inexpensive techniques.

本発明は、通常の真空蒸着技術やスパツタリン
グ技術のような簡単で安価な通常の技術を利用し
て製造することができる固体カラー撮像デバイス
を提供するものである。このデバイスは光に対し
て極めて敏感であり、人間の目の特性を考慮して
望ましいほど高い解像度を有する像を作る。マト
リツクスにされた個々のカラー素子の光検出面積
は、同じ大きさであるが光導電層と多色フイルタ
ーを1つづつ有する固体撮像デバイスの面積の3
倍まで増すことができる。像解像度もまた、同じ
個数の素子を有する従来の単色固体撮像デバイス
の解像度に匹敵する。
The present invention provides a solid state color imaging device that can be manufactured using simple, inexpensive and conventional techniques such as conventional vacuum deposition techniques and sputtering techniques. This device is extremely sensitive to light and produces images with desirably high resolution given the characteristics of the human eye. The photodetection area of each color element in the matrix is three times the area of a solid-state imaging device of the same size but with one photoconductive layer and one multicolor filter.
It can be doubled. The image resolution is also comparable to that of conventional monochromatic solid-state imaging devices with the same number of elements.

本発明に基づくデバイスは、電荷を処理する固
体基板と、光を検出するよう固体基板に重ねられ
た複数の感光層より成る。固体基板は、重ねられ
るチヤンネル情報デバイスから区別できるCCD
(電荷結合デバイス)やMOSのような2次元情報
デバイスならばどんな種類のものであつてもよ
い。固体基板の上で互いに重ねられる感光層の
各々は、上部の連続的で透明な電極層と、背部電
極のモザイク・パターンと、これらの間に配置さ
れた感光小層の3つの小層より成る。小層の各々
の背部電極は、MOSやCCDやその他のスイツチ
ング素子のソース端子やドレイン端子のような固
体基板に電気的に接続されている。感光層の各々
は、他の層から電気的に絶縁されていると共に、
電気結線を介した点以外のすべての点で固体基板
から電気的に絶縁されている。
A device according to the invention consists of a solid-state substrate for handling charge and a plurality of photosensitive layers superimposed on the solid-state substrate for detecting light. The solid-state substrate is a CCD that can be distinguished from the superimposed channel information device.
Any type of two-dimensional information device such as (charge-coupled device) or MOS may be used. Each of the photosensitive layers stacked on top of each other on a solid substrate consists of three sublayers: a top continuous transparent electrode layer, a mosaic pattern of back electrodes, and a photosensitive sublayer disposed therebetween. . The back electrode of each sublayer is electrically connected to a solid substrate, such as the source or drain terminals of a MOS, CCD, or other switching device. Each of the photosensitive layers is electrically insulated from the other layers and
It is electrically isolated from the solid state substrate at all points except through electrical connections.

本発明の主要な目的は、複数の感光層が上に重
ねられた固体基板より成る固体カラー撮像デバイ
スを提供することであり、各感光層はこれから受
け取つた電荷を読み出すことができる基板に電気
的に接続され、各順に並んだ感光層は順により広
い帯域の光に敏感でそれを吸収する。
A primary object of the present invention is to provide a solid state color imaging device consisting of a solid state substrate on which a plurality of photosensitive layers are superimposed, each photosensitive layer electrically connected to the substrate from which the charge received can be read out. Each successive photosensitive layer is sensitive to and absorbs a wider range of light.

本発明の別の目的は、多色フイルターを必要と
することなく製造することができる固体カラー撮
像デバイスを提供することである。
Another object of the invention is to provide a solid state color imaging device that can be manufactured without the need for multicolor filters.

本発明のさらに別の目的は、光に対して極めて
敏感な固体カラー撮像デバイスを提供することで
ある。
Yet another object of the invention is to provide a solid state color imaging device that is highly sensitive to light.

本発明のさらに別の目的は、高い解像度で像を
生ずることができる固体カラー撮像デバイスを提
供することである。
Yet another object of the invention is to provide a solid state color imaging device capable of producing images with high resolution.

本発明のさらに別の目的は、簡単で安価に製造
することができる固体カラー撮像デバイスを提供
することである。
Yet another object of the invention is to provide a solid state color imaging device that is simple and inexpensive to manufacture.

本発明の前述の目的とそれ以外の目的および利
点は、同一数字が全図を通じて同一部分を示し本
明細書の一部を成す添付図面を参照して下に詳細
に記載した構造の細部と使用法を当業者が読めば
わかるものである。
The foregoing and other objects and advantages of the present invention will become apparent from the foregoing and other objects and advantages of the invention will be found in the details of construction and use hereinafter described in detail with reference to the accompanying drawings, in which like numerals indicate like parts throughout the drawings and which form a part of this specification. Those skilled in the art can understand this by reading the law.

本発明の固体カラー撮像デバイスの実施図を説
明する前に、そのようなデバイスには変更を加え
ることができるので、本発明は図示の構成要素の
特定の配列に限定されない、と理解すべきであ
る。また、この明細書で使用する用語は特定の実
施例を説明するためのものであつて限定的な意味
で使用するものではない。
Before describing implementations of solid state color imaging devices of the present invention, it is to be understood that the present invention is not limited to the particular arrangement of components shown, as such devices may be modified. be. Furthermore, the terms used in this specification are used to describe specific embodiments, and are not used in a limiting sense.

次に第1図を参照すると、基板の上に重ねられ
た感光素子を有する形式の、従来の固体カラー撮
像デバイスが示されている。第1図は従来の固体
カラー撮像デバイスの分解斜視図である。基板2
には感光層3が重ねられている。基板2は多数の
MOSスイツチング素子6,7,8,9,10,
11を含む。第1図はそのような撮像デバイスが
含むものの一部を示しているに過ぎない。実際
に、撮像デバイスはMOS素子を数千個含む。素
子6,7,8,9,10,11は、例えばそれぞ
れ赤、緑、青、青、赤、緑の各光に関連して各種
のスイツチング機能と転送機能のために利用され
る。素子6−11の各々はソース端子12とドレ
イン端子13を含む。
Referring now to FIG. 1, a conventional solid state color imaging device of the type having a photosensitive element superimposed on a substrate is shown. FIG. 1 is an exploded perspective view of a conventional solid-state color imaging device. Board 2
A photosensitive layer 3 is overlaid on the surface. The board 2 has many
MOS switching elements 6, 7, 8, 9, 10,
Contains 11. FIG. 1 shows only a portion of what such an imaging device would include. In fact, imaging devices include thousands of MOS elements. The elements 6, 7, 8, 9, 10 and 11 are used for various switching and transfer functions, for example in connection with red, green, blue, blue, red and green light respectively. Each of elements 6-11 includes a source terminal 12 and a drain terminal 13.

感光層3は後述する3つの小層より成る。底の
小層つまり底の背部のモザイク状電極つまり層3
の最も内側の小層はすべて素子6−11に電気的
に接続されている。感光層3の上に重ねられてい
るのは、それぞれ素子6,7,8,9,10,1
1に対応するフイルター素子14,15,16,
17,18,19である。フイルター素子14−
19は、単色光を除いてすべての光を透過させな
いようにするために利用される。従つて例えば、
前述の素子6−11のスイツチング機能と転送機
能に対応して、フイルター素子14は赤色光を除
いてすべての光を透過させないようにするために
使用され、フイルター素子15は緑色光を除いて
すべての光を透過させないようにし、フイルター
16は青色光を除いてすべての光を透過させない
ようにする。
The photosensitive layer 3 consists of three sublayers which will be described below. Bottom layer or mosaic electrodes on the bottom dorsal layer 3
The innermost sublayers of all are electrically connected to elements 6-11. Layered on the photosensitive layer 3 are elements 6, 7, 8, 9, 10, 1, respectively.
1 corresponding to filter elements 14, 15, 16,
17, 18, 19. Filter element 14-
19 is used to prevent all light except monochromatic light from passing through. Therefore, for example,
Corresponding to the switching and transfer functions of the aforementioned elements 6-11, filter element 14 is used to block all light except red light, and filter element 15 is used to block all light except green light. The filter 16 prevents all light except blue light from passing through.

層3の内部での感光機能が基板2の内部でのス
イツチング機能と転送機能から区別されるので、
第1図に示しているデバイスは、感光機能がスイ
ツチング機能、転送機能と同じレベルで実行さ
れ、る従来のデバイスよりもずつと光に対して敏
感である。しかしながら、第1図に示しているデ
バイスはなおも多色フイルター素子14−19を
使用することを必要とし、そのようなフイルター
素子は精密な配置を必要とするので、このデバイ
スの製造は多少高価となる。フイルター素子14
−19は、背部の電極によつてそれぞれ形成され
ている感光部分20,21,22,23,24,
25に光が達する前に、光を遮弊するのに利用さ
れる。
Since the photosensitive function within the layer 3 is distinguished from the switching and transfer functions within the substrate 2,
The device shown in FIG. 1 is much more sensitive to light than conventional devices in which the photosensitive function is performed at the same level as the switching and transfer functions. However, the device shown in Figure 1 still requires the use of multicolor filter elements 14-19, and since such filter elements require precise placement, the manufacture of this device is somewhat expensive. becomes. Filter element 14
-19 are photosensitive parts 20, 21, 22, 23, 24, respectively formed by back electrodes;
It is used to block the light before it reaches 25.

各MOS素子6−11、感光部分20−25お
よびフイルター14−19の組合せは、当業界で
画素というものを形成する。従つて、第1図に示
されているデバイス部分は6個の画素を示してい
る。本発明は多色フイルターを不要としながら、
6個の画素あるいは2組の画素と後述するものを
含む同じ大きさの基板2を利用するデバイスを製
造することができる。
The combination of each MOS element 6-11, photosensitive portion 20-25 and filter 14-19 forms what is known in the art as a pixel. Therefore, the device portion shown in FIG. 1 shows six pixels. The present invention eliminates the need for multicolor filters while
Devices can be manufactured that utilize the same size substrate 2 containing six pixels or two sets of pixels as described below.

次に第2図を参照すると、ここには本発明に基
づくデバイスの分解斜視図が示されている。この
撮像デバイスは、MOS素子6,7,8,9,1
0,11が上に配置された基板2を含む。感光層
3,4,5は基板の上に重ねられている。層3,
4,5の各々は、第3図に関連してさらに詳細に
説明する複数の小層より成る。第2図は第1図の
ように、数千の同じ部分から成る撮像デバイスの
ほんの一部分を示しているのに過ぎない。
Referring now to FIG. 2, there is shown an exploded perspective view of a device according to the present invention. This imaging device includes MOS elements 6, 7, 8, 9, 1
0, 11 includes a substrate 2 disposed thereon. The photosensitive layers 3, 4, 5 are superimposed on the substrate. layer 3,
Each of 4 and 5 consists of a plurality of sublayers, which will be described in more detail in connection with FIG. FIG. 2, like FIG. 1, shows only a small portion of an imaging device made up of thousands of identical parts.

層3は感光素子26と27を含み、層4は感光
素子28と29を含み、層5は感光素子30と3
1を含む。素子26−31の各々は基板2の
MOS素子の1つに接続されている。素子26,
28,30は素子27,29,31のように互い
の上に重ねられている。層3,4,5が感光素子
28,29等より成ると記載すれば、本発明を理
解することがより容易となるけれども、各層にお
いては上部の電極小層と光導電小層が穴を通した
部分を除いて連続的な層であるのが好ましいと理
解されるべきである。底部のモザイク状電極小層
は連続的でなく、各感光素子の境界を形成してい
る。
Layer 3 includes photosensitive elements 26 and 27, layer 4 includes photosensitive elements 28 and 29, and layer 5 includes photosensitive elements 30 and 3.
Contains 1. Each of the elements 26-31 is connected to the substrate 2.
Connected to one of the MOS elements. element 26,
28, 30 are stacked on top of each other like elements 27, 29, 31. Although it will be easier to understand the invention if layers 3, 4, 5 are described as comprising photosensitive elements 28, 29, etc., in each layer the upper electrode sublayer and photoconductive sublayer pass through the holes. It should be understood that a continuous layer is preferred except where the layer is removed. The bottom mosaic electrode layer is not continuous and forms the boundaries of each photosensitive element.

素子26,28,30はそれぞれMOS素子1
0,6,9に接続されている。MOS素子10,
6,9と感光素子26,28,30の組合せは、
いわゆる1組の画素というものを構成している。
第2図には2組の画素が示されている。MOS素
子は第2図にL字形のパターンに配置されてい
る。しかしながら、MOS素子は直線状のような
任意の個数のパターンに配置することができ、
様々な異なるやり方で背部電極に接続することが
できる。
Elements 26, 28, and 30 are each MOS element 1
Connected to 0, 6, and 9. MOS element 10,
The combination of 6, 9 and the photosensitive elements 26, 28, 30 is
They constitute what is called a set of pixels.
Two sets of pixels are shown in FIG. The MOS elements are arranged in an L-shaped pattern as shown in FIG. However, MOS elements can be arranged in any number of patterns, such as in a straight line.
It can be connected to the back electrode in a variety of different ways.

次に、本発明の撮像デバイスの縦断面平面図で
ある第3図を参照して、層3,4,5を詳細に説
明する。すでに指摘したように、各感光層3−5
は3つの小層より成る。層3は小層32,33,
34を含む。層4は小層35,36,37を含
み、層5は小層38,39,40を含む。層3は
絶縁物層41によつて基板2から絶縁されてい
る。層3は絶縁物層42によつて層4から絶縁さ
れ、層4は絶縁物層43によつて層5から絶縁さ
れている。従つて、層3−5の各々は互いに電気
的に絶縁されていると共に、電気配線44,4
5,46を介した点を除いたすべての点で基板2
から絶縁されている。
Next, layers 3, 4, and 5 will be explained in detail with reference to FIG. 3, which is a longitudinal cross-sectional plan view of the imaging device of the present invention. As already pointed out, each photosensitive layer 3-5
consists of three sublayers. Layer 3 is small layer 32, 33,
Contains 34. Layer 4 includes sublayers 35, 36, 37 and layer 5 includes sublayers 38, 39, 40. Layer 3 is insulated from substrate 2 by an insulator layer 41 . Layer 3 is insulated from layer 4 by an insulator layer 42, and layer 4 is insulated from layer 5 by an insulator layer 43. Therefore, each of the layers 3-5 is electrically insulated from each other and is connected to the electrical wiring 44, 4.
5, 46 at all points except for the point via
insulated from

感光層3は上部の透明な電極小層34と底部の
モザイク状の透明な電極小層32を含む。光導電
物質の小層33は小層32と34の間に配置され
ている。層4と5は層3と同じ構成要素を含む。
しかし層4と5の内部のそれぞれの底部モザイク
状電極小層35と38は、層3の不透明な電極小
層32とは異なつて透明でなければならない。さ
らに、層3,4,5の各々は、第5−5C図に関
連して詳細に説明するように、異なる色の光に敏
感でそれを吸収することができるように作られて
いる。
The photosensitive layer 3 comprises a top transparent electrode sublayer 34 and a bottom mosaic-like transparent electrode sublayer 32 . A sublayer 33 of photoconductive material is disposed between sublayers 32 and 34. Layers 4 and 5 contain the same components as layer 3.
However, the respective bottom tessellated electrode sublayers 35 and 38 within layers 4 and 5 must be transparent, unlike the opaque electrode sublayer 32 of layer 3. Additionally, each of layers 3, 4, 5 is made sensitive to and capable of absorbing a different color of light, as will be explained in detail in connection with Figures 5-5C.

第2および第3図に示しているようにデバイス
を作ることによつて、複合多色フイルターの配列
を不要とすることが可能となる。さらに具体的に
説明すると、本発明に基づくデバイスは第1図に
示された米国特許第3971065号や米国特許第
4047203号に開示されているようなフイルター・
アレイ構造を必要としない。本発明に基づくデバ
イスは固体デバイスの上に複合(多色)カラーフ
イルターを必要としないので、本発明に基づくデ
バイスは比較的低コストで比較的簡単に製造する
ことができる。
By constructing the device as shown in FIGS. 2 and 3, it is possible to eliminate the need for a complex multicolor filter array. More specifically, devices based on the present invention are disclosed in U.S. Pat. No. 3,971,065 and U.S. Pat.
Filters such as those disclosed in No. 4047203
Does not require array structure. Because the device according to the invention does not require a composite (multicolor) color filter on top of the solid state device, the device according to the invention can be manufactured relatively easily at relatively low cost.

本発明に基づくデバイスは全くフイルターを必
要とすることなく動作することができるが、最も
外側の感光層5の上に重ねられた広帯域型フイル
ターを1つ利用することが可能である。そのよう
なフイルターは、4000Å以下または7700Å以上の
波長を有する光、すなわち、紫外光や赤外光、の
ように人間の目に見えない光を遮弊するように設
計することができる。
Although the device according to the invention can operate without the need for any filters, it is possible to utilize one broadband type filter superimposed on the outermost photosensitive layer 5. Such filters can be designed to block light invisible to the human eye, such as light with wavelengths below 4000 Å or above 7700 Å, ie, ultraviolet light and infrared light.

次に第4図を参照すると、本発明に基づく撮像
デバイスの斜視図を見ることができる。第4図に
示されているように、光は最も外側の層5の上面
に当たる。後に詳細に説明するように、光の一部
は層5によつて吸収され、吸収されなかつた光は
層4に当たつてさらに光が吸収され、残りの光は
層3に当たる。層3の背部電極小層33は不透明
であるので、基部2には光が当たらない。
Referring now to FIG. 4, a perspective view of an imaging device according to the present invention can be seen. The light impinges on the top surface of the outermost layer 5, as shown in FIG. As will be explained in more detail below, some of the light is absorbed by layer 5, the unabsorbed light hits layer 4 for further absorption, and the remaining light hits layer 3. The back electrode sublayer 33 of layer 3 is opaque so that no light falls on the base 2.

第5図を第5a−5c図と組合わせて参照して
本発明の撮像デバイスの動作を詳細に説明する。
第5図は第3図に示しているものと同じデバイス
の縦断面図であるが、小層を示していないなどの
ように簡略化して示している。第5a,5bおよ
び5c図はそれぞれ、層5,4および3の内部で
吸収され検出される光に関して波長対吸収と波長
対光導電率の両方をプロツトしたグラフである。
The operation of the imaging device of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 5 in combination with FIGS. 5a-5c.
FIG. 5 is a longitudinal cross-sectional view of the same device shown in FIG. 3, but simplified such as not showing the sublayers. Figures 5a, 5b and 5c are graphs plotting both wavelength versus absorption and wavelength versus photoconductivity for light absorbed and detected within layers 5, 4 and 3, respectively.

層5が応答する波長領域での光が層5に当たる
と、光導電小層39(第3図参照)の抵抗は特定
の素子30(第2図参照)で減少する。この減少
した抵抗は、基板2の内部でMOS素子9と組合
わせて電極小層40と38を利用することによつ
て電気的に検出して記録することができる。光の
検出に関連して実行される電気抵抗の減少を記録
する特定の方法は本発明の一部分ではなく、当業
者に良く知られている。この減少した抵抗は、層
5の素子30に当たる青色光の強度を表わす(第
5a図参照)。さらに、第5a図の吸収曲線によ
つて示されているように、層5は青色領域のみの
光を吸収する。層5を通過する光はスペクトルの
緑色部分と赤色部分を含むだけである。層5は
5000Åかそれ以下の波長を有するすべての光を吸
収して残りの光が層4に達するようにする。さら
に、層5は5000Åかそれ以下の波長を有する光に
敏感である。
When light strikes layer 5 in the wavelength range to which layer 5 responds, the resistance of photoconductive sublayer 39 (see FIG. 3) decreases in a particular element 30 (see FIG. 2). This reduced resistance can be detected and recorded electrically by utilizing electrode sublayers 40 and 38 in combination with MOS elements 9 inside substrate 2. The particular method of recording a reduction in electrical resistance performed in conjunction with the detection of light is not part of this invention and is well known to those skilled in the art. This reduced resistance represents the intensity of the blue light impinging on the elements 30 of layer 5 (see FIG. 5a). Moreover, layer 5 absorbs light only in the blue region, as shown by the absorption curve in FIG. 5a. The light passing through layer 5 only contains the green and red parts of the spectrum. Layer 5 is
All light having a wavelength of 5000 Å or less is absorbed, allowing the remaining light to reach layer 4. Furthermore, layer 5 is sensitive to light having a wavelength of 5000 Å or less.

層4が応答する波長領域の光が層4に当たる
と、感光小層36(第3図参照)の抵抗は素子2
8(第2図参照)で減少する。この抵抗の減少に
よつて前述のように電流が変化する。従つて、感
光素子28に当たる緑色光はMOS素子6に関連
して検出することができる。層4についての吸収
曲線によつて示されているように、層4はまた緑
色領域の光を吸収する。層4の内部の物質は実際
には青色と緑色の光を吸収しようとするが、青色
光は層5によつて吸収または遮弊されてしまつて
いる。従つて層4と5の組合わせによつて、青色
光と緑色光の全部が遮弊されて赤色光のみが透過
する。層4は6000Åかそれ以下の波長を有する光
を遮弊し、6000Åかそれ以下の波長を有する光に
敏感である。しかし、5000Åかそれ以下の波長を
有する光が層5によつて遮弊されてしまつている
ので、層4には5000Åと6000Åの間の波長を有す
る光、つまり緑色光、が当たり、層4はこの緑色
光に反応する。
When layer 4 is exposed to light in the wavelength range to which layer 4 responds, the resistance of photosensitive sublayer 36 (see FIG. 3) increases as element 2
8 (see Figure 2). This decrease in resistance causes the current to change as described above. Therefore, the green light impinging on the photosensitive element 28 can be detected in relation to the MOS element 6. Layer 4 also absorbs light in the green region, as shown by the absorption curve for layer 4. The material inside layer 4 actually tries to absorb blue and green light, but the blue light is absorbed or blocked by layer 5. Therefore, the combination of layers 4 and 5 blocks all of the blue and green light, allowing only the red light to pass through. Layer 4 blocks light having a wavelength of 6000 Å or less and is sensitive to light having a wavelength of 6000 Å or less. However, since the light having a wavelength of 5000 Å or less is blocked by the layer 5, the layer 4 is exposed to light having a wavelength between 5000 Å and 6000 Å, that is, green light, and the layer 4 reacts to this green light.

第5c図に示されているように、層3はすべて
の可視光を吸収し、多少すべての可視光に敏感で
ある。しかし層3は、スペクトルの赤色部分の光
に最も敏感である。すでに説明したように、層5
はすでに青色光を吸収し、層4はすでに緑色光を
吸収している。従つて、赤色光のみが層3に当た
る。赤色光が層3に当たると、感光小層33(第
3図参照)の抵抗は特定の素子26(第2図参
照)で減少する。この抵抗の減少によつて電流は
前述のように変化し、それによつて電気インパル
スによる光の検出が可能となる。層3の背部電極
小層32(第3図参照)は不透明であるので、基
部2には全く光が当たらない。背部のモザイク状
電極小層32は撮像デバイスの各層のなかで唯一
の不透明な小層である。他の小層はすべて、少な
くとも次の小層に通そうとする波長の光に対して
透明である。
As shown in Figure 5c, layer 3 absorbs all visible light and is more or less sensitive to all visible light. However, layer 3 is most sensitive to light in the red part of the spectrum. As already explained, layer 5
already absorbs blue light and layer 4 already absorbs green light. Therefore, only red light hits layer 3. When red light strikes layer 3, the resistance of photosensitive sublayer 33 (see FIG. 3) decreases in certain elements 26 (see FIG. 2). This reduction in resistance causes the current to change as described above, thereby allowing the detection of light by electrical impulses. The back electrode sublayer 32 of layer 3 (see FIG. 3) is opaque so that no light falls on the base 2. The back mosaic electrode sublayer 32 is the only opaque sublayer of each layer of the imaging device. All other sublayers are transparent to at least the wavelength of light that is intended to pass to the next sublayer.

前述のような特定の吸収性と光導電性を有する
層3,4,5を利用することによつて、撮像デバ
イスのどの特定の領域に当たる光も精密に検出す
ると共に、その領域に当たる光の波長、従つて
色、を測定することが可能である。感光素子の
各々に当たる光の強度もまた、それぞれの感光層
の抵抗の変化の程度によつて測定することができ
る。層3,4,5は抵抗の小変動を測定すること
ができるように作られているので、感光層のどの
特定の素子に当たるどの特定の波長の光の相対強
度も基板2に関連して電子手段で検出し記録する
ことができる。
By utilizing the layers 3, 4, 5 with specific absorptive and photoconductive properties as described above, it is possible to precisely detect the light that falls on any particular area of the imaging device and to adjust the wavelength of the light that falls on that area. , and therefore color, can be measured. The intensity of light impinging on each of the photosensitive elements can also be measured by the degree of change in resistance of the respective photosensitive layer. Layers 3, 4, 5 are made in such a way that small variations in resistance can be measured, so that the relative intensity of light of any particular wavelength striking any particular element of the photosensitive layer will be It can be detected and recorded by means.

本明細書に開示したカラー撮像デバイスを様々
な異なる実施例で製造することができる。構造上
の詳細は示さないけれども、撮像アレイは前述の
英国特許に示されているように製造することがで
きる。ただし、3つの感光層と、各感光層の底部
電極を半導体基板上のMOS素子に接続するため
の開口を設けるための変更が必要である。
The color imaging devices disclosed herein can be manufactured in a variety of different embodiments. Although structural details are not shown, the imaging array can be manufactured as shown in the aforementioned British patent. However, modifications are required to provide three photosensitive layers and an opening for connecting the bottom electrode of each photosensitive layer to a MOS device on the semiconductor substrate.

第2,3,4,5図に示し、第5a−5c図に
関連して説明した実施例は本発明の好適な実施例
と考えられる。上部の層5は青色光を検出し吸収
し、中央の層4は少なくとも緑色光を検出し吸収
し、底の層3は少なくとも赤色光を検出しすべて
の光を吸収する。光を検出し吸収することができ
るように層4と5を製造することによつて、これ
らの層はセンサーとフイルターの両方として働
く。従つて、異なる色の光を検出する能力は保た
れながら、複合配列に配置しなければならない多
色フイルターは不要となつた。
The embodiments shown in Figures 2, 3, 4, and 5 and described in connection with Figures 5a-5c are considered preferred embodiments of the invention. The top layer 5 detects and absorbs blue light, the middle layer 4 detects and absorbs at least green light, and the bottom layer 3 detects at least red light and absorbs all light. By manufacturing layers 4 and 5 to be able to detect and absorb light, these layers act as both sensors and filters. Therefore, the need for multicolor filters that must be arranged in a complex array is eliminated, while the ability to detect different colors of light is retained.

第5図に示され第5a−5c図に関連して説明
したデバイスは、異なる最終結果を得るために
様々に製造することができる。このように働くこ
とを意図したデバイスを製造するとき、感光層の
各々の内部の物質に加えて絶縁層内の絶縁物質は
特定のやり方で製造しなければならない。
The device shown in FIG. 5 and described in connection with FIGS. 5a-5c can be manufactured in various ways to achieve different end results. When manufacturing a device intended to work in this manner, the material within each of the photosensitive layers, as well as the insulating material within the insulating layer, must be manufactured in a specific manner.

層41,42,43の内部の絶縁物質は、
SiO2、Si3N4、ポリイミド、ポリアミド、光硬化
性樹脂またはその他の公知の有機重合体のような
多数の電気絶縁材から選択する。
The insulating material inside the layers 41, 42, 43 is
Choose from a number of electrical insulating materials such as SiO 2 , Si 3 N 4 , polyimide, polyamide, photocurable resins or other known organic polymers.

最も上の感光層5は青色光に敏感であり、この
層5はCdS、ZnCdS、ZnSeTeより成るグループ
から選択した物質で作る。青色光と緑色光の両方
に敏感でこれらを吸収するが、青色光は層5によ
つて遮弊されているので緑色光のみを吸収する層
4は、非晶質セレン、CdSeまたはGaAsPで作
る。下の層3は、背部のモザイク状電極小層32
が不透明であるので、青色光と緑色光と赤色光に
敏感であらゆる色の光を吸収する。さらに、青色
光と緑色光が層4と5によつて遮弊されているの
で、層3は赤色光のみを検出する。層3は、
GaAIAs、GaAsP、ZnCdTe、CdTe、非晶質珪
化水素より成るグループから選択した物質で作
る。
The topmost photosensitive layer 5 is sensitive to blue light and is made of a material selected from the group consisting of CdS, ZnCdS, ZnSeTe. Layer 4, which is sensitive to and absorbs both blue and green light, but absorbs only green light since blue light is blocked by layer 5, is made of amorphous selenium, CdSe, or GaAsP. . The lower layer 3 is a dorsal mosaic electrode sublayer 32
Because it is opaque, it is sensitive to blue, green, and red light and absorbs light of all colors. Furthermore, since blue and green light are blocked by layers 4 and 5, layer 3 detects only red light. Layer 3 is
Made from a material selected from the group consisting of GaAIAs, GaAsP, ZnCdTe, CdTe, and amorphous hydrogen silicide.

利用する感光層の特定の種類とデバイスの使用
方法によつて、デバイスの動作に異なる電圧を利
用することができる。さらに、望む特定の結果に
よつて感光層の各々に関連して異なる電圧を利用
することができる。
Depending on the particular type of photosensitive layer utilized and how the device is used, different voltages may be utilized for device operation. Additionally, different voltages can be utilized in conjunction with each of the photosensitive layers depending on the particular result desired.

本発明に基づく固体カラー撮像デバイスを、最
も実用的で好ましい実施例と考えられるもので説
明して来た。特定の材料、特定の用語および特定
の波長や色の光に対する感光層の特定の感度に関
する言及は、好適な実施例を開示するために行な
つたのに過ぎない。また、本発明の範囲内でその
ような実施例に修正を加えることができるし、実
施例を読んだとき当業者に思い浮ぶ変更を加える
こともできる、と認識される。
A solid state color imaging device according to the present invention has been described in what is considered to be the most practical and preferred embodiment. References to specific materials, specific terminology, and specific sensitivity of the photosensitive layer to specific wavelengths or colors of light are made solely to disclose preferred embodiments. It is also recognized that modifications may be made to such embodiments within the scope of the invention, and changes may occur that occur to those skilled in the art upon reading the embodiments.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は基板の上に重ねられた光導電層を示す
従来の固体カラー撮像デバイスの分解斜視図、第
2図は3層4階構造を示す本発明の固体カラー撮
像デバイスの分解斜視図、第3図は本発明の固体
カラー撮像デバイスの縦断面図、第4図は本発明
の固体カラー撮像デバイスの概略斜視図、第5図
は本発明の固体カラー撮像デバイスの縦断面図、
第5a,5bおよび5c図はそれぞれ本発明の固
体カラー撮像デバイスの最も外側の層と中央の層
と最も内側の層の内部で吸収され検出される光に
関して波長対吸収と波長対光導電率をプロツトし
たグラフである。 2……基板、3,4,5……感光層、6,7,
8,9,10,11……MOSスイツチング素子、
26,27,28,29,30,31……感光素
子、32,34,35,37,38,40……電
極小層、33,36,39……光導電小層、4
1,42,43……絶縁物質、44,45,46
……電気配線。
FIG. 1 is an exploded perspective view of a conventional solid-state color imaging device showing a photoconductive layer stacked on a substrate, and FIG. 2 is an exploded perspective view of a solid-state color imaging device of the present invention showing a three-layer, four-story structure. FIG. 3 is a longitudinal sectional view of the solid-state color imaging device of the invention, FIG. 4 is a schematic perspective view of the solid-state color imaging device of the invention, and FIG. 5 is a longitudinal sectional view of the solid-state color imaging device of the invention.
Figures 5a, 5b and 5c show wavelength versus absorption and wavelength versus photoconductivity for light absorbed and detected within the outermost, middle and innermost layers, respectively, of the solid state color imaging device of the present invention. This is a plotted graph. 2...Substrate, 3,4,5...Photosensitive layer, 6,7,
8, 9, 10, 11...MOS switching element,
26, 27, 28, 29, 30, 31...Photosensitive element, 32, 34, 35, 37, 38, 40... Electrode sublayer, 33, 36, 39... Photoconductive sublayer, 4
1, 42, 43...Insulating material, 44, 45, 46
……Electric wiring.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 3組に配置された電気スイツチング素子の配
列より成る固体の基板、該基板の上に配置された
第1の絶縁材料の層、該第1の絶縁材料の上に重
ねられた第1の感光層、該第1の感光層の上に配
置された第2の絶縁材料の層、該第2の絶縁材料
の層の上に重ねられた第2の感光層、該第2の感
光層の上に配置された第3の絶縁材料の層、およ
び該第3の絶縁材料の層の上に重ねられた第3の
感光層より成り、前記第1の感光層は上部の透明
な電極小層、背部のモザイク状電極小層、および
前記の上部の電極小層と前記の背部の電極小層の
間に配置された光導電小層より成り、前記背部の
モザイク状電極小層は前記基板の前記電気スイツ
チング素子に対応する各部分の配列に分割され、
前記背部のモザイク状電極小層の各分割された部
分は前記基板の前記3組の電気スイツチング素子
のうちの1個に電気的に接続され、前記第2の感
光層は上部の透明な電極小層、背部のモザイク状
電極小層、および前記の上部の電極小層と前記の
背部の電極小層の間に配置された光導電小層より
成り、この背部のモザイク状電極小層は前記第1
の感光層の前記部分に垂直方向に対応する部分の
配列に分割され、この背部のモザイク状電極小層
の各部分は前記基板の前記3組の電気スイツチン
グ素子のうちの1個に電気的に接続され、前記第
3の感光層は上部の透明な電極小層、背部のモザ
イク状電極小層、および前記の電極小層と前記背
部の電極小層の間に配置された光導電小層より成
り、この背部のモザイク状電極小層は前記第2の
感光層の前記部分に垂直方向に対応する部分の配
列に分割され、前記背部のモザイク状電極小層の
各部分は前記基板の前記3組の電気スイツチング
素子のうちの1個に電気的に接続され、前記第1
の感光層と前記第2の感光層と前記第3の感光層
は可視波長スペクトルの互いに異なる範囲に対し
て敏感であつてこれらの範囲を吸収し、それによ
つて前記の3つの感光層からの電気信号が3つの
異なる色範囲の光強度を表すことを特徴とする3
層4階構造の固体カラー撮像デバイス。 2 前記固体の基板に向かう方向に順に並んだ各
層がこの方向に向かつて光スペクトルのより広い
帯域を吸収する層を生ずる波長対吸収特性を有す
るように配置され製造されたことを特徴とする特
許請求の範囲第1項に記載の3層4階構造の固体
カラー撮像デバイス。 3 前記第3の感光層が可視波長スペクトルの青
の領域の光に敏感でこの光を吸収し、前記第2の
感光層が可視波長スペクトルの赤の領域の光には
敏感ではないが少なくとも緑の領域の光には敏感
でこの光を吸収し、前記第1の感光層が可視波長
スペクトルの少なくとも赤の領域の光に敏感であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載
の3層4階構造の固体カラー撮像デバイス。 4 前記基板に配置された前記電気スイツチング
素子がMOSデバイスであることを特徴とする特
許請求の範囲第1項に記載の3層4階構造の固体
カラー撮像デバイス。 5 前記第3の感光層がCdS、ZnCdS、ZnSeTe
より成るグループから選択した感光材料より成
り、前記第2の感光層が非晶質セレン、CdSe、
GaAsPより成るグループから選択した感光材料
より成り、前記第1の感光層がGaAlAs、
GaAsP、ZnCdTe、CdTe、非晶質珪化水素より
成るグループから選択した感光材料より成ること
を特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の3層
4階構造の固体カラー撮像デバイス。 6 3組に配置された多数の電気スイツチング素
子より成る固体基板と、 該固体基板の上に相互に重ねられて垂直方向に
配置された第1、第2、第3の感光層を有し、 該夫々の感光層は共に、光導電小層と、該光導
電小層の上部に積層される透明な電極小層と、該
光導電小層の背部に積層されるモザイク状電極小
層から成り、上記の背部のモザイク状電極小層は
各部分の配列に分割され、 上記第1の感光層のモザイク状電極小層の各部
分が上記固体基板の特定の1組の電気スイツチン
グ素子に対応して電気的に接続され、上記第2の
感光層のモザイク状電極小層の各部分が上記固体
基板の特定の他の1組の電気スイツチング素子に
対応して接続され、上記第3の感光層のモザイク
状電極小層の各部分が上記固体基板の特定の更に
他の1組の電気スイツチング素子に対応して接続
され、且つこれら3つの感光層が可視波長スペク
トルの互いに異なる範囲に対して敏感であつてこ
れらの範囲を吸収し、それによつて前記感光層の
夫々が受け取つた電気信号が3つの異なる色範囲
の光強度を表すことにより、3種類の画素群の組
合せ配列を形成する構成を具備することを特徴と
する3層4階構造の固体カラー撮像デバイス。 7 前記固体の基板に向かう方向に順に並んだ各
層がこの方向に向かつて光スペクトルのより広い
帯域を吸収する層を生ずる波長対吸収特性を有す
るように配置され製造されたことを特徴とする特
許請求の範囲第6項に記載の3層4階構造の固体
カラー撮像デバイス。 8 前記3つの感光層が前記固体の基板から最も
遠くて可視波長スペクトルの青領域の光に敏感で
この光を吸収する最も外側の層、可視波長スペク
トルの赤領域には敏感でないが少なくとも緑の領
域の光に敏感でこの光を吸収する中央層、および
前記固体の基板の最も近くて可視波長スペクトル
の少なくとも赤の領域の光に敏感な最も内側の層
より成ることを特徴とする特許請求の範囲第6項
に記載の3層4階構造の固体カラー撮像デバイ
ス。 9 前記基板に配置された前記電気スイツチング
素子がMOSデバイス又はCCDデバイスであるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第6項に記載の3
層4階構造の固体カラー撮像デバイス。 10 電気スイツチング素子のマトリツクスより
成る半導体スイツチング・マトリツクス、可視波
長スペクトルの比較的低い帯域の光に応答して吸
収する複数個の第1の光導電体、少なくとも該第
1の光導電体より高い帯域の光に応答して吸収す
る複数個の第2の光導電体、および少なくとも該
第2の光導電体より高い帯域の光に応答して吸収
する複数個の第3の光導電体より成り、前記第1
の光導電体はこれらに当たり前記第1の光導電体
が敏感な光の強度を表す電気信号を前記電気スイ
ツチング素子に送るようそれぞれ第1の複数個の
前記電気スイツチング素子に電気的に接続され、
前記第2の光導電体はこれらに当たり前記第2の
光導電体が敏感な光の強度を表す電気信号を前記
電気スイツチング素子に送るようそれぞれ第2の
複数個の前記電気スイツチング素子に電気的に接
続され、前記第3の光導電体はこれらに当たり前
記第3の光導電体が敏感な光の強度を表す電気信
号を前記電気スイツチング素子に送るようそれぞ
れ第3の複数個の前記電気スイツチング素子に電
気的に接続され、前記第1と第2と第3の光導電
体は固体撮像デバイスの3つの重ねられた層を構
成し、これら3つの光導電体は前記固体カラー撮
像デバイスに当たる光が前記第1の光導電体に最
初に当たり、これによつて吸収されなかつた波長
の光が前記第2の光導電体に当たり、これによつ
て吸収されなかつた波長の光が前記第3の光導電
体に当たるような構造に重ねられ、それによつて
前記第1と第2と第3の複数個の電気スイツチン
グ素子によつて切換えられる各信号がそれぞれ3
つの異なる帯域幅の光強度を表すことを特徴とす
る3層4階構造の固体カラー撮像デバイス。 11 前記第1と第2と第3の光導電体の各々が
上部電極層と下部電極層を有する光導電層より成
り、前記下部電極層は分割され、分割された各部
分が前記の複数個の光導電体の1つの光導電体を
形成していることを特徴とする特許請求の範囲第
10項に記載の3層4階構造の固体カラー撮像デ
バイス。 12 前記電気スイツチング素子がMOSデバイ
ス又はCCDデバイスで形成されることを特徴と
する特許請求の範囲第10項に記載の3層4階構
造の固体カラー撮像デバイス。
[Scope of Claims] 1. A solid substrate comprising an array of electrical switching elements arranged in three sets, a layer of a first insulating material disposed on the substrate, and a layer of an insulating material superimposed on the first insulating material. a second photosensitive layer disposed on the first photosensitive layer; a second photosensitive layer superimposed on the second layer of insulating material; a third layer of insulating material disposed on top of the second photosensitive layer; and a third photosensitive layer superimposed on the third layer of insulating material, the first photosensitive layer being a transparent electrode layer; a back mosaic electrode layer; and a photoconductive layer disposed between the upper electrode layer and the back electrode layer; the layer is divided into an array of portions corresponding to the electrical switching elements of the substrate;
Each segmented portion of the back mosaic electrode sublayer is electrically connected to one of the three sets of electrical switching elements of the substrate, and the second photosensitive layer is connected to the upper transparent electrode sublayer. layer, a back mosaic electrode layer, and a photoconductive layer disposed between said top electrode layer and said back electrode layer; 1
is divided into an array of vertically corresponding portions of the photosensitive layer of the substrate, each portion of this back mosaic electrode sublayer being electrically connected to one of the three sets of electrical switching elements of the substrate. connected, the third photosensitive layer comprising a top transparent electrode layer, a back mosaic electrode layer, and a photoconductive layer disposed between the electrode layer and the back electrode layer. This back mosaic electrode sublayer is divided into an array of sections corresponding perpendicularly to the sections of the second photosensitive layer, each section of the back mosaic electrode sublayer corresponding to the three sections of the substrate. electrically connected to one of the set of electrical switching elements;
The photosensitive layer, the second photosensitive layer and the third photosensitive layer are sensitive to and absorb different ranges of the visible wavelength spectrum, thereby absorbing light from the three photosensitive layers. 3, characterized in that the electrical signal represents the light intensity of three different color ranges;
A solid-state color imaging device with a four-layer structure. 2. A patent characterized in that each of the layers arranged in sequence in the direction towards the solid substrate is arranged and manufactured in such a way that towards this direction the layers have wavelength-to-absorption characteristics which result in a layer absorbing a wider band of the optical spectrum. A solid-state color imaging device having a three-layer, four-story structure according to claim 1. 3. Said third photosensitive layer is sensitive to and absorbs light in the blue region of the visible wavelength spectrum, and said second photosensitive layer is not sensitive to light in the red region of the visible wavelength spectrum, but absorbs at least green light. Claim 1, wherein the first photosensitive layer is sensitive to light in the red region of the visible wavelength spectrum and absorbs this light. A solid-state color imaging device with a three-layer, four-layer structure. 4. The three-layer, four-story solid-state color imaging device according to claim 1, wherein the electric switching element arranged on the substrate is a MOS device. 5 The third photosensitive layer is CdS, ZnCdS, ZnSeTe
The second photosensitive layer is made of a photosensitive material selected from the group consisting of amorphous selenium, CdSe,
The first photosensitive layer is made of a photosensitive material selected from the group consisting of GaAsP, GaAlAs,
A solid-state color imaging device having a three-layer, four-layer structure according to claim 1, characterized in that it is made of a photosensitive material selected from the group consisting of GaAsP, ZnCdTe, CdTe, and amorphous hydrogen silicide. 6. A solid substrate consisting of a large number of electric switching elements arranged in three sets, and first, second and third photosensitive layers stacked on top of each other and arranged in a vertical direction on the solid substrate, The respective photosensitive layers together consist of a photoconductive sublayer, a transparent electrode sublayer laminated on top of the photoconductive sublayer, and a mosaic electrode sublayer laminated behind the photoconductive sublayer. , said back mosaic electrode sublayer is divided into an array of sections, each section of said first photosensitive layer mosaic electrode sublayer corresponding to a particular set of electrical switching elements of said solid substrate. each portion of the mosaic electrode sublayer of the second photosensitive layer is connected correspondingly to a specific other set of electrical switching elements of the solid substrate; each portion of the mosaic electrode sublayer is correspondingly connected to a particular further set of electrical switching elements of the solid substrate, and the three photosensitive layers are sensitive to mutually different ranges of the visible wavelength spectrum. and absorbing these ranges, so that the electrical signals received by each of the photosensitive layers represent the light intensities of three different color ranges, thereby forming a combined array of three types of pixel groups. A solid-state color imaging device having a three-layer, four-story structure. 7. A patent characterized in that each layer arranged in sequence in the direction towards the solid substrate is arranged and manufactured in such a way that towards this direction each layer has a wavelength-to-absorption characteristic which results in a layer absorbing a wider band of the optical spectrum. A solid-state color imaging device having a three-layer, four-story structure according to claim 6. 8. The three photosensitive layers are the outermost layer furthest from the solid substrate and sensitive to and absorbing light in the blue region of the visible wavelength spectrum, the outermost layer being insensitive to the red region of the visible wavelength spectrum but at least the green a central layer sensitive to and absorbing light in the region; and an innermost layer closest to said solid substrate and sensitive to light in at least the red region of the visible wavelength spectrum. A solid-state color imaging device having a three-layer, four-story structure according to Scope 6. 9. 3 according to claim 6, wherein the electric switching element arranged on the substrate is a MOS device or a CCD device.
A solid-state color imaging device with a four-layer structure. 10 a semiconductor switching matrix comprising a matrix of electrical switching elements, a plurality of first photoconductors responsive to absorbing light in a relatively lower band of the visible wavelength spectrum, at least a higher band than the first photoconductor; a plurality of second photoconductors responsive to and absorbing light; and a plurality of third photoconductors responsive to and absorbing at least a higher band of light than the second photoconductors; Said first
each of the photoconductors being electrically connected to a respective first plurality of said electrical switching elements for transmitting an electrical signal representative of the intensity of light to which said first photoconductor is sensitive to said electrical switching element. ,
The second photoconductor is electrically connected to each of the second plurality of electrical switching elements for transmitting to the electrical switching elements an electrical signal representative of the intensity of light to which the second photoconductor is sensitive. each of a third plurality of electrical switching elements for transmitting an electrical signal representative of the intensity of light to which the third photoconductor is sensitive to the electrical switching element; the first, second and third photoconductors constitute three superimposed layers of a solid-state imaging device, these three photoconductors being electrically connected to the light impinging on the solid-state color imaging device; first strikes the first photoconductor, the wavelengths of light that are not absorbed thereby strike the second photoconductor, and the wavelengths of light that are not absorbed thereby become the third light. each signal being superimposed on a structure such that it impinges on an electrical conductor, and thereby being switched by said first, second and third plurality of electrical switching elements, respectively.
A solid-state color imaging device with a three-layer, four-layer structure, characterized in that it represents light intensities of two different bandwidths. 11 Each of the first, second, and third photoconductors comprises a photoconductive layer having an upper electrode layer and a lower electrode layer, and the lower electrode layer is divided, and each divided portion is divided into the plurality of photoconductors. 11. A solid-state color imaging device having a three-layer, four-layer structure as claimed in claim 10, wherein the solid-state color imaging device forms one of the photoconductors. 12. A solid-state color imaging device with a three-layer, four-level structure according to claim 10, wherein the electric switching element is formed of a MOS device or a CCD device.
JP57181482A 1981-12-15 1982-10-18 Solid-state color image pickup device of tripple-layer four-story structure Granted JPS58103165A (en)

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