KR970004849B1 - 포토센서 - Google Patents
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Abstract
내용 없음.
Description
제1도 내지 제3도는 본원 발명 포토센서의 하나의 실시예를 설명하기 위한 것으로서, 제1도는포토센서의 절연막을 제외한 각막의 패턴을 나타내는 평면도.
제2도는 포토센서의 단면구조를 나타내는 곳의 제1도의 2-2선을 따르는 단면도.
제3도는 광검지회로를 나타내는 회로도.
제4도 내지 제6도는 종래 기술을 나타내는 것이며, 제4도는 포토센서의 단면도.
제5도는 등과회로도.
제6도는 광검지회로도.
제7도는 발명이 해결하려고 하는 문제점을 설명하기 위한 다크시의 출력전압을 나타내는 특성도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 절연기판 5 : 절연막
10 : N형 반도체층 11 : P형 반도체층
12 : 진성 반도체층 14,15 : 전극
PD : PIN포토다이오드 Cp: 캐퍼시터
본원 발명은 포토센서, 특히 절연기판에 P형 반도체층, 진성(眞性)반도체층 및 N형 반도체층을 래터럴(lateral)로 배치해서 이루어진 PIN 포토다이오드를 형성한 포토센서에 관한 것이다.
본원 발명은 상기 포토센서에 있어서, 다이나믹레인지를 넓게 하기위해 PIN포토다이오드에 병렬로 접속된 적층 타입의 캐패시터를 절연기판상에 설치한 것이다.
포토센서로서 제4도에 나타내는 바와 같이, 석영등으로 이루어진 투명한 절연기판 a위에 P형 반도체박막 b과 N형 반도체박막 c을 적당히 이간해서 형성하고, 이 반도체 박막 b·c간 위에 진성(I) 아몰퍼스반도체박막 d를 형성해서 래터럴형의 PIN 포토다이오드 PD를 설치하고, 이것을 수광소자로 한 것이 있다. 제5도는 PIN 포토다이오드 PD의 등가회로도이다. 이 PIN 포토다이오드 PD는 제6도에 나타내는 바와같이 MOS 트랜지스터 Q와 직렬로 접속되어서 광검지회로를 구성한다. 또한 도면에 있어서, φ는 MOS 트랜지스터 Q를 스위칭하는 스위칭 펄스, Cн는 PIN 포토다이오드 PD의 등가 역(逆)바이어스 용량이다.
레터럴형의 PIN 포토다이오드 PD는 P형 반도체박막, 진성(I) 아몰펄스반도체박막, N형 반도체박막을 적층한 샌드위치 구조의 PIN 포토다이오드에 비교해서 제조 프로세스가 간단하며, 필요로하는 포토마스크의 패턴도 비교적 간단해도 된다. 따라서, 저코스트화를 도모할수 있는 점에서 우수하다고 할수 있다.
그러나, 래터럴형의 PIN 포토다이오드 PD를 수광소자로 한 포토센서에는 상술한 바와같이, 제조 프로세스가 간단하며, 포토마스크패턴도 비교적 간단해도 된다는 이점이 있으나, 그 반면에 있어서 PIN포토다이오드PD의 역바이어스용량 Cн이 작고, 그 때문에 다이나믹레인지가 작고, 신호유지 특성도 나쁘다는 문제가 있었다.
이와같은 것은 통상의 샌드위치구조의 PIN포토다이오드에 비교해서 래터럴형이 PIN포토다이오드 PD는 그 구조의 차이에서 필연적으로 역바이어스용량 Cн이 예를들면 20분의 1이하와 같이 매우 작아진다. 이점에 대해서 제7도에 따라 상세히 설명한다.
제7도는 제6도에 나타내는 광탐지회로의 다크시의 출력전압을 나타낸는 특성도이며, 스위칭펄스φ에 의해서 트랜지스터 Q를 온으로 한 상태에서 트랜지스터 Q를 오프로 변화했을 때의 광검지회로의 출력전압의 변화를 나타낸다(횡축은 시간 t). 이 도면에서 명백한 바와같이 래터럴의 PIN 포토다이오드를 수광소자로서 사용한 포토센서의 종래의 실선으로 표시한 바와 같이 스위칭펄스 φ가 하강하면, 전원전압 Vv과 거의 같은 레벨에 있던 출력전압 VX은 그 전원전압 VV레벨에서 급속하게 어스레벨로 저하해 버린다. 이에 대해서 그 PIN 포토다이오드와 같은 정도의 크기의 샌드위치구조의 PIN 포토다이오드의 경우에는 파선으로 표시한 바와 같이 더욱 완만하게 출력전압 Vx이 저하한다. 이 차이는 PIN 포토다이오드의 역바이어스용량의 크기의 차이에 기인하는 것이며, 래터럴의 PIN 포토다이오드쪽이 샌드위치구조의 PIN 포토다이오드에 비교해서 역바이어스용량이 작다는 것의 나타남이다.
그리고, 역바이어스용량의 작아도, 약간의 광전류로 역바이어스 용량 Cн의 단자전압이 최대치가된다. 환언하면, 약간의 광전류로 포화되고, 다이나믹레인지가 작아진다. 그리고, 신호를 어느정도의 시간유지하는 유지특성도 나빠진다. 이것은 포토센서의 특성으로서 바람직한 것은 아니었다.
본원 발명은 이와같은 문제점을 해결하기위해 이루어진 것이며, 레터럴타입의 PIN 포토다이오드를 수광소자로 하는 포토센서의 다이나믹레인지를 넓게 하고, 신호유지 특성의 향상을 도모하는 것을 목적으로한다.
본원발명의 포터센서는 상기 문제점을 해결하기 위해 절연기판상에 PIN 포토다이오드와 함께 샌드위치 구조의 캐패시터를 설치하고, 이 캐패시터를 PIN 포토다이오드에 병렬 접속한 것을 특징으로한다.
본원 발명 포토센서에 의하면, PIN 포토다이오드의 역바이어스 용량에 캐패시터가 병렬 접속되어 있으므로 역바이어스용량에 캐패시터가 병렬 접속되어 있으므로 역바이어스용량이 그 캐패시터에 의해서 실질적으로 증가되고, 그 결과 다이나믹레인지가 넓어지고, 또한 광검지신호유지특성이 좋아진다.
다음에, 본원 발명 포토센서를 도시한 실시예에 따라서 상세하게 설명한다.
제1도 내지 제3도는 본원 발명 포토센서의 하나의 실시예를 나타내는 것이며, 제1도는 포토센서의 절연막을 제외한 각층의 패턴을 나타내는 평면도, 제2도는 제1도의 2-2선을 따르는 단면도, 제3도는 광검지회로도이다.
도면에 있어서, (1)은 예를들면 유리 등으로 이루어지는 투명한 절연기판, (2)는 N채널 MOS 트랜지스터 Q의 드레인, 채널 및 소스를 이루는 반도체박막이며, (2n), (2n)은 드레인, 소스를 이루는 N채널영역(3)은 MOS 트랜지스터 Q의 게이트절연막, (4)는 실리콘게이트전극, (5)는 절연막, (6)은 소스전극취출용 창부, (7)은 드레인전극취출용 창부, (8)은 이 창부(7)를 통해서 MOS 트랜지스터 Q의 드레인(2n)에 접속된 알루미늄으로 이루어진 배선막, (9)는 이 배선막(8)의 본딩패드용 창개구부이다.
(10)은 PIN 포토다이오드 PD를 구성하는 N+형 반도체박막이며, 빗살모양으로 형성되어있다. (11)은 같은 P+형 반도체박막이며, 역시 빗살모양으로 형성되어있고, N+형 반도체박막(10)과 P+형 반도체박막(11)과는 서로 그 한쪽의 사이 부분에 다른쪽이 들어가고, 양자간에 거의 일정한 간격이 생기는 것과 같은 위치관계로 설치되어있다. 이와같이 N+형 반도체박막(10)과 P+형 반도체박막(11)를 빗살모양으로 형성해서 대향시키는 것은 같은 점유면적에 대한 대향면적의 비를 크게 해서 커다란 광전류를 얻으므로써 감도를 높이기 때문이다.
(12)는 N+형 반도체박막(10)과 P+형 반도체박막(11)과의 사이의 부분 위에 형성된 아몰퍼스의 진성(I)반도체박막이며, 이 진성(I) 반도체박막(12, 반도체박막(10) 및 (11)에 의해서 PIN 포토다이오드 PD가 구성된다. (13)은N+형 반도체박막(10)의 표면이 노출되는 창개구부, (14)는 알루미늄으로 이루어지는 배선막이며, 한쪽 끝부분에 있어서 상기 창개구부(6)를 통해서 MOS 트랜지스터 Q의 소스 표면에 접속되고, 다른쪽 끝부에 있어서 상기 창개구부(13)를 통해서 PIN 포토다이오드 PD의 N+형 반도체박막(10)의 표면에 접속되어 있으며, 이 배선막(14)이 MOS 트랜지스터 Q와 PIN 포토다이오드 PD를 직렬로 접속하는 역할을 한다.
(15)는 상기 P+형 반도체박막(11)과 일체로 동시에 형성된 P+형 반도체박막이며, 장방형으로 형성되어있다. (16)은 알루미늄으로 이루어지는 배선막이며, 한쪽끝이 창개구부 (17)를 통해서 상기 배선막(14)의 표면에 접속되어 있으며, 아몰퍼스의 진성(I)반도체박막(12)위의 절연막(5) 표면을 지나고, 다시 P+형 반도체박막(15)과 절연막(5)를 통해서 대향하는 위치까지 뻗어있다. 그래서 P+형 반도체박막(15)과, 그것과 절연막(5)를 통해서 대향하는 배선막(16)에 의해 캐패시터 Cp가 구성된다. 이 캐패시터Cp는 PIN 포토다이오드 PD에 병렬로 접속되며, 따라서 제3도에 나타내는 바와 같은 광검지회로가 구성된다.
즉, PIN 포토다이오드 PD 자체는 고유의 역바이어스용량 Cн를 가지고 있으나, 그것에 배선막(16)과 P+형 반도체박막(15)으로 이루어진 캐패시터 Cp가 병렬로 접속되며, 이 캐패시터 Cp에 의해서 PIN 포토다이오드 PD에 고유의 역바이어스용량 Cн의 용량 부족을 보충할 수가 있다. 따라서, 캐패시터 Cp의 용량부족에 기인된 다이나믹레인지 부족을 해소하고, 신호유지 특성을 향상시킬 수가 있다. 구체적으로는 캐패스터Cp에 의해서 PIN 포토다이오드 PD의 실효적 역바이어스용량을 샌드위치구조의 PIN 포토다이오드의 실효적 역바이어스용량 수준으로 하는것(제7도의 파선참조)이 용이해졌다.
그리고, 상기 실시예에 있어서는 알루미늄으로 이루어지는 배선막(16)이 아몰퍼스의 진성(I)반도체박막 (12)의 위쪽을 지나고 있으므로, PIN 포토다이오드 PD의 광변환효율을 높일 수가 있다는 이점도 얻어진다. 이러한 것은 배선막(16)을 형성하는 알루미늄은 반사기능을 가지며, 그것이 광전변환을 행하는 반도체박막(12)의 위쪽에 위치하고 있으므로 반도체박막(12)에 들어간 광중에서 일부가 반도체박막(12)을 통과해도 그 통과한 광은 배선막(16)에서 반사되어 반도체박막(12)으로 되돌아가고, 거기서 광변환된다. 따라서 반도체박막에 들어간 광의 대부분을 광전변환할 수 있으며, 광전변환효율을 높일수 있다.
상술한 바와같이, 본원 발명 포토센서는 절연기판 위에 P형 반도체층, 진성반도체층 및 N형 반도체층을 래터럴로 배치해서 이루어지는 PIN포토다이오드를 형성한 포토센서에 있어서, 절연기판상의 상기PIN포토다이오드의 근방에, 상기 P형 바도체층과 N형 반도체층중의 한쪽에 접속된 전극과, 이 전극상에 절연막을 통해서 형성되고 상기 P형 반도체층과 N형 반도체층중의 다른쪽에 접속된 전극으로 이루어지는 캐패시터를 형성한 것을 특징으로하는 것이다.
따라서, 본원 발명 포토센서에 의하면, PIN 포토다이오드의 역바이오스용량에 캐패시터가 병렬 접속되어 있으므로 역바이어스 용량이 그 캐패시터에 의해서 실질적으로 증가하고, 다이나믹레인지가 넓어지며, 또한 광검지신호유지특성이 좋아진다.
Claims (1)
- 절연기판상에 P형 반도체층, 진성반도체층 및 N형 반도체층을 래터럴로 배치해서 이루어지는 PIN 포토다이오드를 가진 포토센서에 있어서, 상기 P형 반도체층과 상기 N형 반도체중의 한쪽에 접속된 제1의 전극과, 이 제1의 전극상에 절연막을 통해서 형성되며 상기 P형 반도체층과 상기 N형 반도체층중의 다른쪽에 접속된 제2의 전극으로 이루어지는 캐패시터를 갖는 것을 특징으로 하는 포토센서.
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