JPS6341226B2 - - Google Patents
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- JPS6341226B2 JPS6341226B2 JP57002684A JP268482A JPS6341226B2 JP S6341226 B2 JPS6341226 B2 JP S6341226B2 JP 57002684 A JP57002684 A JP 57002684A JP 268482 A JP268482 A JP 268482A JP S6341226 B2 JPS6341226 B2 JP S6341226B2
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- JP
- Japan
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- image sensor
- multicolor image
- light
- photodiode
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- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 15
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 7
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- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices 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
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
- H01L27/14645—Colour imagers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor 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
- H01L31/08—Semiconductor 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
- H01L31/10—Semiconductor 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 characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. phototransistors
- H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H01L31/111—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by at least three potential barriers, e.g. photothyristor
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、フアクシミリ等の原稿読取装置に用
いる光電変換素子、すなわちイメージ・センサに
関し、特に２色以上の色分解読取能力をもつた多
色イメージ・センサに関する。
いる光電変換素子、すなわちイメージ・センサに
関し、特に２色以上の色分解読取能力をもつた多
色イメージ・センサに関する。
この種の多色イメージ・センサとして、従来か
ら第１図に示すようなものが知られている。図に
おいて、１はシリコンの酸化膜（SiO2）、２はＰ
型拡散領域（以下、Ｐ領域という）、３はＮ型拡
散領域（以下、Ｎ領域という）、４はＰ型拡散領
域（以下、Ｐ領域という）、５，６，７はそれぞ
れＰ領域２、Ｎ領域３、Ｐ領域４から引き出され
た第１、第２、第３の電極リード、８，９はそれ
ぞれ第１、第２のPN接合面である。
ら第１図に示すようなものが知られている。図に
おいて、１はシリコンの酸化膜（SiO2）、２はＰ
型拡散領域（以下、Ｐ領域という）、３はＮ型拡
散領域（以下、Ｎ領域という）、４はＰ型拡散領
域（以下、Ｐ領域という）、５，６，７はそれぞ
れＰ領域２、Ｎ領域３、Ｐ領域４から引き出され
た第１、第２、第３の電極リード、８，９はそれ
ぞれ第１、第２のPN接合面である。
このような構造の多色イメージ・センサの等価
回路は第２図のように表わすことができる。すな
わち、第１図のＰ領域２とＮ領域３からホトダイ
オード１０が形成され、Ｎ領域３とＰ領域４から
ホトダイオード１１が形成される。そして、これ
らのカソード側の接続点から第２の電極リード６
が引き出され、それぞれのアノード側から第１の
電極リード５と第３の電極リード７が引き出され
るような回路になる。
回路は第２図のように表わすことができる。すな
わち、第１図のＰ領域２とＮ領域３からホトダイ
オード１０が形成され、Ｎ領域３とＰ領域４から
ホトダイオード１１が形成される。そして、これ
らのカソード側の接続点から第２の電極リード６
が引き出され、それぞれのアノード側から第１の
電極リード５と第３の電極リード７が引き出され
るような回路になる。
次に、第１図の多色イメージ・センサがどうし
て色分解読取能力をもつかについて説明する。一
般に、シリコンに種々の波長の光を当てると、そ
の吸収係数は第３図に示されているように変化す
る。
て色分解読取能力をもつかについて説明する。一
般に、シリコンに種々の波長の光を当てると、そ
の吸収係数は第３図に示されているように変化す
る。
また、光の波長をパラメータにして、横軸にシ
リコンの光入射面からの距離（ｘ）、縦軸に光入
射面における光量子数をφ0とした時の光量子数
到達パーセント（％）をとると、第４図のような
特性が得られる。
リコンの光入射面からの距離（ｘ）、縦軸に光入
射面における光量子数をφ0とした時の光量子数
到達パーセント（％）をとると、第４図のような
特性が得られる。
第３図および第４図から、シリコンは波長の短
い光ほど良く吸収し、波長が長くなると、シリコ
ン中への到達距離が長くなることが分る。
い光ほど良く吸収し、波長が長くなると、シリコ
ン中への到達距離が長くなることが分る。
そこで、第１図の多色イメージ・センサの構造
を見ると、第１のPN接合面８には波長の短い光
も長い光も到達するが、第２のPN接合面９には
波長の短い光はすでに吸収されてしまつて到達し
ないことがわかる。したがつて、第１のホトダイ
オード１０からは波長の短い光を含む情報が得ら
れ、第２のホトダイオード１１からは波長の短い
光を含まない情報が得られるということができ
る。
を見ると、第１のPN接合面８には波長の短い光
も長い光も到達するが、第２のPN接合面９には
波長の短い光はすでに吸収されてしまつて到達し
ないことがわかる。したがつて、第１のホトダイ
オード１０からは波長の短い光を含む情報が得ら
れ、第２のホトダイオード１１からは波長の短い
光を含まない情報が得られるということができ
る。
実際に第１図の構造の多色イメージ・センサで
は、第５図のような分光感度特性が得られたこと
が報告されている。第５図においては、１０ａは
第１のホトダイオード１０の特性であり、１１ａ
は第２のホトダイオード１１の特性である。この
特性から、第１のホトダイオード１０は波長の短
い光に対して大きな感度を有するのに対し、第２
のホトダイオード１１は波長の長い光に対して大
きな感度を有することが分る。
は、第５図のような分光感度特性が得られたこと
が報告されている。第５図においては、１０ａは
第１のホトダイオード１０の特性であり、１１ａ
は第２のホトダイオード１１の特性である。この
特性から、第１のホトダイオード１０は波長の短
い光に対して大きな感度を有するのに対し、第２
のホトダイオード１１は波長の長い光に対して大
きな感度を有することが分る。
しかしながら、第１図に示した多色イメージ・
センサにおいては、第１および第２のPN接合面
８，９がシリコンの酸化膜１に対して平行になる
ように形成されているため、次のような欠点があ
つた。
センサにおいては、第１および第２のPN接合面
８，９がシリコンの酸化膜１に対して平行になる
ように形成されているため、次のような欠点があ
つた。
所望の特性の多色イメージ・センサを得るため
には、シリコンの酸化膜から第１および第２の
PN接合面に至る深さ（距離）を正確に作成する
必要があり、所望の特性のセンサを作ることが難
しい。
には、シリコンの酸化膜から第１および第２の
PN接合面に至る深さ（距離）を正確に作成する
必要があり、所望の特性のセンサを作ることが難
しい。
すなわち、第１図において、PN接合面の深さ
が設計値からずれると、第５図における分光感度
特性が右または左に移動し、検知可能な波長範囲
がずれてしまう。例えば、PN接合面９が深い方
へずれると第５図の１１ａは長波長側にシフト
し、短波長側の光検知が不可能となる。
が設計値からずれると、第５図における分光感度
特性が右または左に移動し、検知可能な波長範囲
がずれてしまう。例えば、PN接合面９が深い方
へずれると第５図の１１ａは長波長側にシフト
し、短波長側の光検知が不可能となる。
本発明の目的は、このような従来の多色イメー
ジ・センサの欠点を除去し、所望の特性が得やす
い多色イメージ・センサを提供することにある。
ジ・センサの欠点を除去し、所望の特性が得やす
い多色イメージ・センサを提供することにある。
以下に、本発明を実施例によつて説明する。第
６図は本発明の一実施例を示し、同図ａは平面
図、同図ｂはＡ−A′線断面図を示す。図におい
て、２０はシリコンの酸化膜（SiO2）、２１はＰ
領域、２２，２３はそれぞれ第１、第２のＮ領
域、２４，２５，２６はそれぞれ第１、第２、第
３の電極、２７，２８はそれぞれ第１、第２の
PN接合面を示す。
６図は本発明の一実施例を示し、同図ａは平面
図、同図ｂはＡ−A′線断面図を示す。図におい
て、２０はシリコンの酸化膜（SiO2）、２１はＰ
領域、２２，２３はそれぞれ第１、第２のＮ領
域、２４，２５，２６はそれぞれ第１、第２、第
３の電極、２７，２８はそれぞれ第１、第２の
PN接合面を示す。
この実施例による多色イメージ・センサの等価
回路は第７図に示すようになる。第７図における
ホトダイオード２９はＰ領域２１とＮ領域２２か
ら形成され、ホトダイオード３０はＰ領域２１と
Ｎ領域２３とから形成される。また、第１、第
２、第３の電極２４，２５，２６は第６図の同じ
符号の電極と対応する。
回路は第７図に示すようになる。第７図における
ホトダイオード２９はＰ領域２１とＮ領域２２か
ら形成され、ホトダイオード３０はＰ領域２１と
Ｎ領域２３とから形成される。また、第１、第
２、第３の電極２４，２５，２６は第６図の同じ
符号の電極と対応する。
このような構成の多色イメージ・センサにおい
ては、第６図ｂから明らかなように、第１のPN
接合面２７と第２のPN接合面２８のシリコンの
酸化膜２０からの平均距離が異なり、各PN接合
面２７，２８内においてもシリコンの酸化膜２０
からの距離が、連続的にかつ直線的に変化してい
る。このため、色々な波長を有する光がシリコン
の酸化膜２０の上方より入射されると、第１の
PN接合面２７に到達する光の波長分布と第２の
PN接合面２８に到達する光の波長分布が異な
り、第１のホトダイオード２９と第２のホトダイ
オード３０の波長に対する相対感度が異なること
になる。そして、第５図に示した例よりも、感度
域のより拡がつた分光感度特性を得ることができ
る。このように感度域が拡がるのは、第１のホト
ダイオード２９のPN接合面２７と第２のホトダ
イオード３０のPN接合面２８の、光入射面から
の深さが一定ではなく、連続的に変化しているた
めである。
ては、第６図ｂから明らかなように、第１のPN
接合面２７と第２のPN接合面２８のシリコンの
酸化膜２０からの平均距離が異なり、各PN接合
面２７，２８内においてもシリコンの酸化膜２０
からの距離が、連続的にかつ直線的に変化してい
る。このため、色々な波長を有する光がシリコン
の酸化膜２０の上方より入射されると、第１の
PN接合面２７に到達する光の波長分布と第２の
PN接合面２８に到達する光の波長分布が異な
り、第１のホトダイオード２９と第２のホトダイ
オード３０の波長に対する相対感度が異なること
になる。そして、第５図に示した例よりも、感度
域のより拡がつた分光感度特性を得ることができ
る。このように感度域が拡がるのは、第１のホト
ダイオード２９のPN接合面２７と第２のホトダ
イオード３０のPN接合面２８の、光入射面から
の深さが一定ではなく、連続的に変化しているた
めである。
なお、本実施例では、PN接合面の深さが直線
的に変化しているため、分光感度特性の調整が容
易である。
的に変化しているため、分光感度特性の調整が容
易である。
本実施例の多色イメージ・センサを実際に作る
場合には、第６図のｌが10〜20μｍになるように
形成される。このような多色イメージ・センサで
原稿からの光情報を電気信号に変換する場合、こ
の光情報は光学系を介して例えば0.2倍に縮小さ
れて当該多色イメージ・センサに入力させられ
る。したがつて、原稿面上の50〜100μｍの大き
さの情報が多色イメージ・センサに入力すること
になる。本実施例による多色イメージ・センサは
第１のPN接合面２７と第２のPN接合面２８と
が横方向にずれているが、多色イメージ・センサ
に入力する原稿面の大きさが上記のように微細で
あるので、このPN接合面のずれは何ら問題とな
らない。
場合には、第６図のｌが10〜20μｍになるように
形成される。このような多色イメージ・センサで
原稿からの光情報を電気信号に変換する場合、こ
の光情報は光学系を介して例えば0.2倍に縮小さ
れて当該多色イメージ・センサに入力させられ
る。したがつて、原稿面上の50〜100μｍの大き
さの情報が多色イメージ・センサに入力すること
になる。本実施例による多色イメージ・センサは
第１のPN接合面２７と第２のPN接合面２８と
が横方向にずれているが、多色イメージ・センサ
に入力する原稿面の大きさが上記のように微細で
あるので、このPN接合面のずれは何ら問題とな
らない。
第８図は本発明の他の実施例を示す。図におい
て、２０はシリコンの酸化膜、３１はＰ領域、３
２，３３，３４はそれぞれ第１、第２、第３のＮ
領域、３５，３６，３７，３８はそれぞれ電極、
３９は第１のPN接合面、４０および４１は第２
のPN接合面である。第９図は第８図を下から見
た時の平面図である。ただし、この平面図は第２
実施例の単なる１例を示すのみであり、Ｐ領域と
Ｎ領域の境界がこの平面図のように必ずしも直線
にならなくてもよいことは勿論である。
て、２０はシリコンの酸化膜、３１はＰ領域、３
２，３３，３４はそれぞれ第１、第２、第３のＮ
領域、３５，３６，３７，３８はそれぞれ電極、
３９は第１のPN接合面、４０および４１は第２
のPN接合面である。第９図は第８図を下から見
た時の平面図である。ただし、この平面図は第２
実施例の単なる１例を示すのみであり、Ｐ領域と
Ｎ領域の境界がこの平面図のように必ずしも直線
にならなくてもよいことは勿論である。
本実施例が感度域の拡がつた多色イメージ・セ
ンサとして動作するのは、第１実施例と同様に光
が入射するシリコンの酸化膜２０から第１のPN
接合面３９に至る平均距離と、該酸化膜２０から
第２のPN接合面４０および４１に至る平均距離
とが異なり、またそれぞれのPN接合面３９〜４
１は曲率をもつて形成され、光入射面からの深さ
が連続的に変化しているためである。
ンサとして動作するのは、第１実施例と同様に光
が入射するシリコンの酸化膜２０から第１のPN
接合面３９に至る平均距離と、該酸化膜２０から
第２のPN接合面４０および４１に至る平均距離
とが異なり、またそれぞれのPN接合面３９〜４
１は曲率をもつて形成され、光入射面からの深さ
が連続的に変化しているためである。
第１０図は本発明のさらに他の実施例を示す。
この実施例が第６図に示した第１実施例と異なる
所は、Ｎ領域が４個に分割されている点である。
図において、４２，４３，４４および４５はシリ
コンのＮ領域、４６，４７，４８および４９は該
Ｎ領域に対応した電極を示す。また、これら以外
の符号は第６図と同じものを示す。
この実施例が第６図に示した第１実施例と異なる
所は、Ｎ領域が４個に分割されている点である。
図において、４２，４３，４４および４５はシリ
コンのＮ領域、４６，４７，４８および４９は該
Ｎ領域に対応した電極を示す。また、これら以外
の符号は第６図と同じものを示す。
本実施例では、４つの各々のPN接合面が光入
射面であるシリコンの酸化膜面から直線的に深く
なつており、各々のホトダイオードの分光感度特
性の調整が容易であり、かつ、任意のホトダイオ
ード２つを選択することにより、色々な波長の光
を任意の精度で検出でき、検知波長域が狭い場合
には、より精度の高い検出が可能となる。
射面であるシリコンの酸化膜面から直線的に深く
なつており、各々のホトダイオードの分光感度特
性の調整が容易であり、かつ、任意のホトダイオ
ード２つを選択することにより、色々な波長の光
を任意の精度で検出でき、検知波長域が狭い場合
には、より精度の高い検出が可能となる。
第１１図は本実施例の多色イメージ・センサを
用いて信号を処理する信号処理回路である。図に
おいて、５０は本発明による多色イメージ・セン
サ、５１はオペアンプ、５２，５３および５４は
それぞれ端子を示す。
用いて信号を処理する信号処理回路である。図に
おいて、５０は本発明による多色イメージ・セン
サ、５１はオペアンプ、５２，５３および５４は
それぞれ端子を示す。
この信号処理回路によれば、端子５２および５
３から光強度情報を得ることができる。また、端
子５４からは色に応じた出力電圧、すなわち色情
報を得ることができる。ちなみに本発明の多色イ
メージ・センサをこの信号処理回路に接続して、
端子５４の出力電圧V0を求めたところ、出力電
圧V0の波長に対する関係は第１２図のようにな
つた。
３から光強度情報を得ることができる。また、端
子５４からは色に応じた出力電圧、すなわち色情
報を得ることができる。ちなみに本発明の多色イ
メージ・センサをこの信号処理回路に接続して、
端子５４の出力電圧V0を求めたところ、出力電
圧V0の波長に対する関係は第１２図のようにな
つた。
上記の説明は、多色イメージ・センサの単体に
ついての説明であつたが、この多色イメージ・セ
ンサの単体を多数個一方向に並べて、ラインカラ
ーセンサとして用いてもよいことは明らかであ
り、第６図、第１０図の実施例の場合は、接合面
の深さが直線的に変化するので、製造上の分光感
度特性の調整が容易である。
ついての説明であつたが、この多色イメージ・セ
ンサの単体を多数個一方向に並べて、ラインカラ
ーセンサとして用いてもよいことは明らかであ
り、第６図、第１０図の実施例の場合は、接合面
の深さが直線的に変化するので、製造上の分光感
度特性の調整が容易である。
以上のように、本発明によれば、複数のPN接
合の各PN接合面が光入射面からの異なる平均深
さに形成された多色イメージ・センサにおいて、
各PN接合面が、光入射面からの深さを連続的に
変化するように構成されており、各PN接合の分
光感度特性の感度域が拡がり、製造工程に際し
て、各PN接合面の光入射面からの平均深さの寸
法精度を厳しくする必要がなく、所望の特性のセ
ンサを容易に作ることができるという効果があ
る。また、２つ以上のPN接合を容易に作ること
ができるという効果もある。
合の各PN接合面が光入射面からの異なる平均深
さに形成された多色イメージ・センサにおいて、
各PN接合面が、光入射面からの深さを連続的に
変化するように構成されており、各PN接合の分
光感度特性の感度域が拡がり、製造工程に際し
て、各PN接合面の光入射面からの平均深さの寸
法精度を厳しくする必要がなく、所望の特性のセ
ンサを容易に作ることができるという効果があ
る。また、２つ以上のPN接合を容易に作ること
ができるという効果もある。
第１図は従来の多色イメージ・センサの断面
図、第２図は第１図の等価回路を表す回路図、第
３図はシリコンの吸収係数と波長との関係図、第
４図はシリコンにおける光の吸収と波長の関係
図、第５図は第１図のセンサの相対感度と波長の
関係図、第６図は本発明の一実施例の平面図およ
び断面図、第７図は第６図の等価回路を示す回路
図、第８図は本発明の他の実施例の断面図、第９
図はその平面図、第１０図は本発明のさらに他の
実施例の断面図、第１１図は本発明による多色イ
メージ・センサが適用される信号処理回路図、第
１２図は第１１図から得られる色情報を説明する
ための出力電圧と波長との関係図である。 ２０……シリコンの酸化膜、２１，３１……Ｐ
領域、２２，２３，３２，３３，３４，４２，４
３，４４，４５……Ｎ領域、２４，２５，２６，
３５，３６，３７，３８，４６，４７，４８，４
９……電極、２７，２８，４０，４１，３９、…
…PN接合。
図、第２図は第１図の等価回路を表す回路図、第
３図はシリコンの吸収係数と波長との関係図、第
４図はシリコンにおける光の吸収と波長の関係
図、第５図は第１図のセンサの相対感度と波長の
関係図、第６図は本発明の一実施例の平面図およ
び断面図、第７図は第６図の等価回路を示す回路
図、第８図は本発明の他の実施例の断面図、第９
図はその平面図、第１０図は本発明のさらに他の
実施例の断面図、第１１図は本発明による多色イ
メージ・センサが適用される信号処理回路図、第
１２図は第１１図から得られる色情報を説明する
ための出力電圧と波長との関係図である。 ２０……シリコンの酸化膜、２１，３１……Ｐ
領域、２２，２３，３２，３３，３４，４２，４
３，４４，４５……Ｎ領域、２４，２５，２６，
３５，３６，３７，３８，４６，４７，４８，４
９……電極、２７，２８，４０，４１，３９、…
…PN接合。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 光信号を電気信号に変換する複数のPN接合
を備え、該各PN接合の各PN接合面がそれぞれ
の読取光の波長域に応じて光入射面から異なる平
均深さに形成されてなる多色イメージ・センサに
於て、 前記各PN接合面は、該光入射面からの深さが
連続的に変化するように構成されたことを特徴と
する多色イメージ・センサ。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57002684A JPS58121668A (ja) | 1982-01-13 | 1982-01-13 | 多色イメ−ジ・センサ |
| US06/455,635 US4520381A (en) | 1982-01-13 | 1983-01-05 | Polychromatic image sensor |
| EP83300113A EP0083986A3 (en) | 1982-01-13 | 1983-01-10 | Polychromatic image sensor |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP57002684A JPS58121668A (ja) | 1982-01-13 | 1982-01-13 | 多色イメ−ジ・センサ |
Publications (2)
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| JPS58121668A JPS58121668A (ja) | 1983-07-20 |
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Family
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Family Applications (1)
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| JP57002684A Granted JPS58121668A (ja) | 1982-01-13 | 1982-01-13 | 多色イメ−ジ・センサ |
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Also Published As
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