KR970007134B1 - 광전변환 시스템 - Google Patents

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Abstract

내용없음

Description

광전변환 시스템
제1도는 본 발명에 관련되는 포토센서 시스템의 일실시예에 적용되는 포토센서의 확대단면도.
제2도는 제1도에 도시된 포토센서의 등가회로.
제3도는 제1도에 도시된 포토센서의 각 전극에 인가하는 전압과 그 상태변화를 설명하기 위한 도면.
제4도는 제3도의 전압인가 상태에 있어서의 출력특성을 도시하는 특성곡선도.
제5도는 제1도에 도시된 포토센서를 적용한 센서배열의 일례의 일부를 도시하는 회로도.
제6도는 제5도에 도시된 센서배열에 대한 각부의 인가전압과 출력신호와의 관계를 도시하는 타이밍도.
제7도는 제1도에 도시된 포토센서를 적용한 센서배열의 다른 예의 일부를 도시하는 회로도.
제8도는 제7도에 도시된 센서배열에 대한 각부의 인가전압과 출력신호와의 관계를 도시하는 타이밍도.
제9도는 포토센서의 종래예를 도시하는 확대단면도.
제10도는 제9도에 도시된 포토센서의 출력특성을 도시하는 특성곡선도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 포토센서 5 : 반도체층
6,S : 소스전극 7,D : 드레인전극
10,TG : 제1게이트전극(상부게이트전극) 3,BG : 제2게이트전극(하부게이트전극)
21 : 구동선 22 : 신호선
24 : 컬럼스위치 31 : 스위칭소자
20,30 : 포토센서배열 ød : 드레인전압
IDS: 드레인전류 VTG: 제1게이트전압(상부게이트전압)
VBG: 제2게이트전압(하부게이트전압)
본 발명은 광전변환소자와 이것을 구동하는 회로수단을 갖는 광전변환 시스템에 관한 것이다.
광전변환소자로서 단결정실리콘, 비정질실리콘 또는 폴리실리콘 등을 사용한 포토다이오드 및 MOS-FET형 포토셀이 알려져 있다. CCD는 광조사에 의해 실리콘벌크내에 발생한 전하를, 전계를 주사하는 것에 의해 전송하는 방식으로서 잘 알려져 있다. 이 방식은 벌크내 전송을 위해 절연기판상에 광전변환소자를 형성하는 소위, 반도체박막용착기술을 적용할 수 없고, 대면적 포토디바이스에는 적합하지 않다.
포토다이오드나 MOS형 포토셀을 절연기판상에 매트릭스형으로 배열하는 것에 의해 영역형의 포토배열이 구성된다. 이 경우, 각 포토다이오드 또는 MOS형 포토셀은 MOS형 TFT 등의 스위칭소자에 접속되고, 각 포토다이오드 또는 MOS형 포토셀에 축적된 전하는 소정의 타이밍으로 차례로 판독된다.
TFT 구조를 갖는 새로운 포토센서가 본 발명자에 의해 제안되고 있다. 본 발명은 일본공개 특허평 3-82171에 공개되어 있는데, 그 개요를 제9도 및 제10도에 의해 설명한다.
제9도는 포토센서(1)의 확대단면도이다. 이 포토센서(1)는 투명한 유리기판(2)상에 하부게이트전극(3), 하부게이트절연막(4), 비정질실리콘으로 구성되는 광전변환용반도체층(5), 소스전극(6), 드레인전극(7), 상부게이트절연막(9) 및 상부게이트전극(10)이 이 차례대로 순차적층된 구조를 갖는다. 상부게이트전극(10) 및 상부게이트절연막(9)은 투명하다. 소스전극(6) 및 드레인전극(7)은 양자의 측면 사이에서 반도체층(5)으로 빛이 조사되도록 사이를 두고 형성되어 조사광(A)은 포토센서(1)의 상부게이트전극(10)측에서 조사된다. 이 포토센서(1)의 동작을 제10도를 사용하여 설명한다.
제10도는 하부게이트전극(3)에 하부게이트전압 VBG=+20V를, 또한 소스전극(6) 및 드레인전극(7) 사이에 드레인전압 Vd=+10V를 인가한 상태에 있어서, 조사광(A)의 유무를 파라미터로하여 상부게이트전극(10)에 인가하는 상부게이트전압(VTG)과 드레인전류(ID)와의 특성을 나타낸다. 이 도면에 있어서, 특성곡선(C0)은 광무조사시(光無照射時)를, 특성곡선(C1)은 광조사시(光照射時)를 나타낸다.
광무조사시에 있어서, 상부게이트 전압 VTG=+40V일 때는 반도체층(5) 상하의 표면층에 n 채널이 형성된다. 이로 인해 수십 마이크로 A의 드레인전류(ID)를 얻을 수 있다. 드레인전류(ID)는 상부게이트전압(VTG)의 감소와 함께 저하하고, 상부게이트전압 VTG=-20V 정도가 되면 10-14A 이하가 된다. 이것은 상부게이트전압 VTG=-20V에 의해, 하부게이트전압 VBG=+40V에 의해 반도체층(5)의 하표면에 형성되는 n 채널이 제거되기 때문이라고 생각된다. 광조사시에 있어서는 상부게이트전압 VTG=+40V일때는 당연한 것이기는 하나, 광무조사시와 마찬가지로 수십 마이크로 A의 큰 드레인전류(ID)가 흐른다. 드레인전류(ID)는 상부게이트 전압(VTG)을 저하시켜도 광무조사시의 경우와 같이 크게 저하되는 일은 없고, 상부게이트전압 VTG=-40V로 해서 1마이크로 A 정도 흐른다. 따라서, 이 포토센서(1)에서는 광조사시의 전류(명전류)와 광무조사시의 전류(암전류)의 비가 7자리수나 되는 뛰어난 특성을 얻을 수 있다.
그렇지만 이 포토센서에 있어서도 신호 대 잡음 비를 크게 할 분이며, 다른 종래의 포토다이오드나 MOS형 포토셀과 같은 축적된 전하를 판독하기 위한 스위칭소자를 필요로 하고 있었다.
본 발명은 상기의 상황에 의거하여 이루어진 것이고, 포토센서 자체에 광전변환기능과 판독용선택기능을 갖게 할 수 있는 광전변환 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
즉, 본 발명의 광전변환 시스템은 광전변환기능을 갖는 반도체층(5), 상기 반도체층(5)상에 상호 사이를 두고 배치된 소스전극(6) 및 드레인전극(7)과, 상기 반도체층(5)의 일면측 및 타면측에 배치되고 또 적어도 한쪽은 투광성재료로 형성된 제1게이트전극(l0) 및 제2게이트전극(3)으로 구성되는 포토센서와, 상기 제1 및 제2게이트전극(10, 3)의 어느 한쪽에 전압(øtg)을 인가하고, 조사광에 의해 상기 반도체층(5)에 발생하는 전하를 유지하는 상태와 유지하지 않는 상태를 제어하기 위한 센스상태 제어수단과, 상기 제1 및 제2게이트전극(10, 3)의 다른쪽에 전압을 인가하여 조사광에 의해 상기 반도체층(5)에 발생한 전하를 상기 드레인전극(7)에서 판독하는 선택상태와 판독하지 않는 비선택상태를 제어하기 위한 선택제어수단을 구비하는 것이다.
이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 설명한다.
제1도∼제6도는 포토센서 시스템의 일실시예롤 도시하는 도면이고, 제1도는 그 포토센서 시스템에 사용되는 포토센서의 확대단면도, 제2도는 제1도에 도시된 포토센서의 등가회로, 제3도는 제1도의 포토센서의 각 전극에 인가하는 전압과 그 상태변화의 설명도, 제4도는 제3도의 전압인가상태에 있어서의 출력특성을 도시하는 특성곡선도, 제5도는 포토센서를 적용한 센서배열의 일례의 일부를 도시하는 회로도, 제6도는 제5도의 센서배열에 대한 각부의 인가전압과 출력신호와의 관계를 도시하는 타이밍도이다.
제1도에 있어서 포토센서(1)는 기본적으로 역스태거형 박막트랜지스터와 코플래너(coplanar)형 박막트랜지스터를 반도체층을 단일층으로 하여 조합시킨 구성으로 되어 있다. 이 포토센서(1)의 기본구조는 제9도에 도시된 종래의 것에 유사하고, 대응부분에는 동일 참조부호를 붙여 보다 상세히 설명한다.
포토트랜지스터(1)는 유리 등으로 구성되는 투명한 절연성기판(2)상에 하부게이트전극(3)이 형성되어 있고, 이 하부게이트전극(3) 및 절연성기판(2)을 덮도록 질화실리콘(SiN)으로 구성되는 하부게이트절연막(4)이 형성되어 있다. 이 하부게이트전극(3)상에는 하부게이트전극(3)과 대향하는 위치에 반도체층(5)이 형성되어 있고, 반도체층(5)은 i형 비정질실리콘(i-a-Si)으로 형성되어 있다. 이 반도체층(5)을 끼워 그 반도체층(5)상에 소정의 간격을 갖고 서로 대향하는 위치에 소스전극(6) 및 드레인전극(7)이 형성되어 있고, 이들 소스전극(6) 및 드레인전극(7)은 각각 인 등의 도팬트(dopant)가 확산된 비정질실리콘으로 구성되는 n+실리콘층(1l, 12)을 끼워 반도체층(5)과 접속되어 있다. 이들에 의해 하부트랜지스터(역스태거형 박막트랜지스터)가 구성되어 있다.
상기 소스전극(6)과 드레인전극(7) 및 반도체층(5)의 소스전극(6)과 드레인전극(7) 사이의 부분은 투명한 질화실리콘으로 구성되는 상부게이트절연막(9)으로 덮여져 있고, 상부게이트절연막(9)상에는 상기 하부게이트전극(3)과 서로 대향하는 위치에 투명한 도전성재료로 구성되는 상부게이트전극(10)이 형성되어 있다. 상부게이트전극(10)은 후술하는 전자(電子)-정공(正孔)대를 발생하기 위한 반도체층(5)의 채널영역만이 아니고, 제1도에 도시하는 바와 같이 n+실리콘층(11, 12)면도 덮는 크기로 형성하는 것이 바람직하다. 그리고 도시하지 않지만 이 상부 게이트전극(10) 및 상부게이트절연막(9)을 덮도록 질화실리콘으로 구성되는 투명한 오버코트막이 형성되어 있어, 보호하고 있다. 상기 상부게이트전극(10), 상부게이트절연막(9), 반도체층(5), 소스전극(6) 및 드레인전극(7)에 의해 상부트랜지스터(코플래너형 박막트랜지스터)가 형성되어 있다.
이 포토센서(1)는 본 실시예에서는 제1도에 도시하는 바와 같이 상부게이트전극(10)측에서 조사광(A)이 조사되고, 이 조사광(A)이 상부게이트전극(10) 및 상부게이트절연막(9)을 투과하여 반도체층(5)에 조사된다. 그리고 포토센서(1)의 하부게이트전극(3) 및 하부게이트절연막(4)을 투명한 재료로 형성하면 상기 구성에서도 밝힌 바와 같이, 조사광(A)을 하부게이트전극(3)측에서 조사하는 것도 가능하고, 이후에 설명하는 동작을 마찬가지로 실행시킬 수 있다.
이 포토센서(1)는 예를 들면 하부게이트전극(3)이 500 옹스트롬(angstrom), 하부게이트절연막(4)가 2000 옹스트롬, 반도체층(5)이 1500 옹스트롬, 소스전극(6) 및 드레인전극(7)이 500 옹스트롬, 옴콘택트층(8, 9)이 250 옹스트롬, 상부게이트절연막(9)이 2000 옹스트롬, 상부게이트전극(10)이 500 옹스트롬 및 오버코트막이 2000 옹스트롬으로 형성되어 있고, 반도체층(5)상의 소스전극(6)과 드레인전극(7)과의 간극이 7㎛으로 형성되어 있다.
이와 같이 포토센서(1)는 역스태거형 박막트랜지스터와 코플래너형 박막트랜지스터를 조합시킨 구성으로 되어 있고, 그 등가회로는 제2도와 같이 도시할 수 있다. 제2도에 있어서 BG는 하부게이트전극, TG는 상부게이트전극, S는 소스전극, D는 드레인전극을 나타내고, 이하의 작용 설명은 이들 부호와 함께 설명된다.
포토센서(1)의 하부게이트전극(BG)에 플러스 전압, 예를 들면 +10V를 인가하면 하부트랜지스터에 n 채널이 형성된다. 여기서 소스전극(S)-드레인전극(D) 사이에 플러스 전압, 예를 들면 +10V를 인가하면 소스전극(S)측에서 전자가 공급되고, 전류가 흐른다. 이 상태에서는 상부게이트전극(TG)에 하부게이트전극(BG)의 전계에 의한 채널을 삭감시키는 레벨의 마이너스 전압, 예를 들면 -20V를 인가하면 상부게이트전극(TG)에서의 전계가 하부게이트전극(BG)의 전계가 채널층에 주는 영향을 줄이는 방향으로 움직이고, 이 결과 고갈층이 반도체층(5)의 두께방향으로 연장되고 n 채널을 핀치 오프한다. 이때 상부게이트전극(TG)측으로 조사광(A)이 조사되면 반도체층(5)의 상부게이트전극(TG)측으로 전자-정공대가 유기(誘起)된다. 상부게이트전극(TG)에 -20V가 인가되어 있으므로 유기된 정공은 채널영역에 축적되고, 상부게이트전극(TG)의 전계를 제거한다. 이로 인해 반도체층(5)의 채널영역에 n 채널이 형성되고, 전류가 흐른다. 소스전극(S)-드레인전극(D) 사이에 흐르는 전류(이하, 드레인 전류)(IDS)는 조사광(A)의 광량에 따라 변화한다.
이와 같이 포토센서(1)는 상부게이트전극(TG)측에서의 전계가 하부게이트전극(BG)측에서의 전계에 의한 채널 형성에 대해서 그것을 방해하는 방향으로 움직이도록 제어하고 n 채널을 핀치 오프하는 것이므로 광무조사시에 흐르는 드레인전류(IDS)를 아주 적게, 예를 들면 10-14A 정도로 할 수 있다. 그 결과 포토센서(1)는 광조사시, 광무조사시의 드레일전류와의 차를 충분히 크게 할 수 있고, 또한 이때의 하부트랜지스터의 증폭율은 조사된 광량에 의해 변화하고, S/N 비를 크게 할 수 있다.
또한 포토센서(1)는 하부게이트전극(BG)에 플러스 전압 +10V를 인가한 상태이고, 상부게이트전극(TG)을 예를 들어 OV로 하면 반도체층(5)과 상부게이트절연막(9) 사이의 트랩준위까지 정공을 방전시켜 리셋할 수 있다. 즉, 포토센서(1)는 연속사용되면 상부게이트절연막(9)과 반도체층(5) 사이의 트랩준위가 광조사에 의해 발생하는 정공 및 드레인전극(D)에서 주입되는 정공에 의해 충전되고, 광무조사상태에서의 채널저항도 작아지고, 광무조사시에 드레인전류가 증가한다. 그래서 상부게이트전극(TG)에 OV를 인가하고, 이 정공을 방전시켜 리셋한다.
그리고 여기에서 상부게이트전극(TG)에 인가하는 전압이 마이너스일 경우에 리셋하도록 해도 된다.
그리고 포토센서(1)는 하부게이트전극(BG)에 플러스 전압을 인가하지 않을 때는 하부트랜지스터에 채널이 형성되지 않고, 광조사를 실행해도 드레인전류가 흐르지않고, 비선택상태로 할 수 있다. 즉, 포토센서(1)는 하부게이트전극(BG)에 인가하는 전압(VBG)을 제어하는 것에 의해 선택상태와 비선택상태를 제어할 수 있다. 또한 이 비선택상태에 있어서 상부게이트전극(TG)에 OV를 인가하면 상기와 같이 반도체층(5)과 상부게이트절연막(9) 사이의 트랩준위에서 정공을 방전시켜 리셋할 수 있다.
다음에 상기 동작을 포토센서(1)의 각 전극에 인가하는 전압관계를 도시하는 제3도와 그때의 드레인전류특성곡선을 도시하는 제4도를 사용하여 설명한다. 그리고 제4도는 하부게이트전극(BG)에 인가되는 하부게이트전압(VBG) 및 조사광(A)의 유무를 파라미터로서 상부게이트전극(TG)에 인가하는 상부게이트전압(VTG)을 변화시켰을 때의 드레인전류특성을 도시하고 있다.
또 제3도의 (A) 및 (B)에 도시하는 2가지 상태는 하부게이트전압(VBG)이 OV인 점에서 공통한다. 이 상태는 제4도의 조사광(A)을 조사했을 때(명시)의 드레인전류특성곡선(T1) 및 조사광(A)을 조사하지 않을 때(암시)의 드레인전류특성곡선(T2)에 대응한다. 즉, 이 상태는 상부게이트전압(VTG)을 OV∼20V로 변화해도, 또한 조사광(A)을 조사의 유무에 관계없이 드레인전류(IDS)는 10pA 이하이고, 포토센서(1)는 비선택상태로 되어 있다. 그리고 암시의 드레인전류(IDS)는 10-14A 이하이고, 제4도에 있어서의 드레인전류특성곡선(T2)은 도면의 하한보다 아래쪽에 존재하고 있는 것이다.
또한 제3도의 (C) 및 (D)에 도시하는 상태는 하부게이트전압(VBG)이 +10V인 점에서 공통한다. 이 상태에서 빛을 조사하여 상부게이트전압(VTG)을 OV에서 -20V로 변화해도, 드레인전류(IDS)는 제4도에 명시의 드레인전류특성곡선(B1)으로서 도시하고 있듯이 항상 1마이크로 A 이상의 드레인전류(IDS)가 흐르고, 광조사가 검출된다. 또한 포토센서(1)에 조사광(A)을 조사하지 않을 때는 제4도에 암시의 드레인전류특성곡선(B2)으로서 도시하듯이 상부게이트전압(VTG)이 -14V 이하이고, 10pA 이하의 드레인전류(IDS)가 흐르고, 상부게이트전압(VTG)이 그것보다 높아지면 드레인전류(IDS)는 증대한다.
따라서 포토센서(1)는 제3도에 도시하는 바와 같이 상부게이트전압(VTG)을 OV와 -20V로 제어하는 것에 의해 센스상태와 러셋상태를 제어할 수 있고, 또한 하부게이트전압(VBG)을 예를 들어 OV와 +10V로 제어하는 것에 의해 선택상태 및 비선택상태를 제어할 수 있다. 그 결과 상부게이트전압(VTG)및 하부게이트전압(VBG)를 제어하는 것에 의해 포토센서(1)를 그것 자체로 포토센서로서의 기능과, 선택트랜지스터로서의 기능을 겸비한 것으로서 동작시킬 수 있다.
이 포토센서(1)가 포토센서로서의 기능과 선택트랜지스터로서의 기능을 겸비하고 있는 것을 이용하여 제5도에 도시하는 바와 같이 센서배열(20)에 적용된다.
즉 센서배열(20)는 다수의 포토센서(1)를 매트릭스형으로 배열하여 형성되어 있는 것이고, 제5도는 포토센서(1)를 그 행방향으로 n, n+1번째 및 열방향으로 m, m+1번째에 배설된 영역을 도시하고 있다. 각 포토센서(1)는 그 하부게이트전극(BG)이 행방향으로 배치된 구동선(21)에 접속되고, 신호선(22)은 그 드레인전극(D)이 열방향으로 배치된 신호선(22)에 접속되어 있다. 구동선(21)은 수직주사회로인 로우어드레스디코더(23)에 접속되고, 수평주사회로인 컬럼스위치(24)에 접속되어 있다. 로우어드레스디코더(23)는 행마다 배치된 각 포토센서(1)의 하부게이트전극(BG)에 대해서 구동선(21)을 끼워 하부게이트전압(øbg)을 인가한다. 이 하부게이트전압(øbg)은 제6도에 도시하는 바와 같이 OV와 +10V로 전환되는 것이다. 또한 컬럼스위치(24)는 열마다 배치된 각 포토센서(l)의 드레인전극(D)에 신호선(22)을 끼워 5V 값의 드레인전압(ød)을 인가한다. 드레인전압(ød)은 풀업저항(25)을 통해 컬럼스위치(24)에 입력된다. 컬럼스위치(24)의 출력단에는 버퍼(26)가 접속되고, 이 버퍼(26)를 통해 각 포토센서(1)의 출력신호(VOUT)가 출력된다. 즉, 신호선(22)에 풀업저항(25)이 직렬접속되고, 각 포토센서(1)의 출력저항과 저항값비를 다음단 버퍼로의 입력으로 하고 있다. 그리고 포토센서(1)에는 그 상부게이트전극(TG)에 도면의 소정의 전압공급회로에서 상부게이트전압(øtg)이 인가되고, 상부게이트전압(øtg)으로서는 제6도에 도시하는 바와 같이 OV와 -20V가 전환하여 인가된다. 포토센서(1)의 소스전극(S)은 접지(接地)되어 있다.
제5도에 도시하는 바와 같은 회로구성에 있어서 각 포토센서(1)의 하부게이트전압(øbg), 상부게이트전압(øtg) 및 드레인전압(ød)을 제6도에 도시하는 바와 같이 제어하는 것에 의해 선택/비선택의 제어 및 센스/리셋의 제어를 하고 있다.
즉, 제6도에 도시하는 바와 같이 어떤 포토센서(1)의 상부게이트전압(øtg)을 OV로 하여 리셋한 후, 상부게이트전압(øtg)을 -20V로 하고, 하부게이트전압(øbg)를 10V로 하면 제3도의 (D)에 도시되어 있는대로 포토센서(1)는 선택상태가 된다. 포토센서(1)가 선택상태로 되고 나서 상부게이트전압(øtg)을 -20V로 하여 센스상태로 했을 때, 드레인전압(ød)을 소정시간만큼 +10V로 하여 데이터 인출처리를 하면 조사광(A)이 조사되어 있는지 조사되어 있지 않은지 즉, 명시인지 암시인기에 의해 출력신호(VOUT)의 값이 변화한다. 즉, 명시이면 센스상태로 된 포토센서(1)는 조사광(A)의 조사에 의해 반도체층(5)의 채널영역에 정공이 축적되어 채널이 형성되어 있으므로 ON 상태가 되어 있다. 이로 인해 신호선(22)에 공급된 드레인전압(ød)은 포토센서(1)를 통해 접지로 흐른다. 따라서, OV의 출력신호(VOUT)가 출력된다. 암시이면 포토센서(1)에는 n 채널이 형성되어 있지 않고 OFF 상태이므로, 드레인전압(ød)의 전압인 +10V가 그대로 출력신호(VOUT)로서 출력된다.
제6도에 있어서 그후 상부게이트전압(øtg)이 OV가 되면 포토센서(1)는 리셋된다. 그리고 하부게이트전압(øbg)을 OV로 하면 포토센서(1)는 비선택상태가 되고, 이 상태에서 상부게이트전압(øtg)을 -20V로 하고 센스상태로 하면 이 센스상태에 있어서는 드레인전압(ød)이 +10V가 되어도, 조사광(A)이 조사되어 있어도, 또한 조사광(A)이 조사되어 있지 않아도 출력신호(VOUT)는 선택상태에서의 암시 출력과 같은 +10V이다. 즉 상부게이트전압(øtg)이 -20V가 되어 센스상태가 되어도 하부게이트전압(øbg)을 OV로 하므로써, 조사광(A)이 조사에 관계없이 포토센서(1)를 비선택상태로 할 수 있다. 또한 제6도에서도 밝힌 바와 같이 부하게이트전압(øbg)의 여하에 관계없이 상부게이트전압(øbg)을 OV로 하므로써 리셋상태로 할 수 있고, 포토센서(1)를 다음의 데이터 인출처리에서 확실히 출력신호(VOUT)를 인출할 수 있다.
제7도는 포토센서(1)의 다른 센서배열로의 적용예를 도시하는 도면이다. 제7도에 도시하는 센서배열(30)이 제5도와 상이한 점은 드레인전압(ød)을 전전하(preoharge)전압(øpg)에 의해, ON·OFF 제어되는 P-MOS FE 등으로 구성되는 전전하트랜지스터(35)를 개재하여 컬럼스위치(24)에 공급되도록한 점뿐이다. 본 적용에는 포토센서(l)에 미리 전전하하는 것이다.
제8도는 이 센서배열(30)의 타이밍도를 도시하고, 그 동작을 설명한다.
포토센서(1)의 상부게이트전압(øtg)을 OV, 하부게이트전압(øbg)을 OV로 하여 리셋하고 이 리셋중에 전전하트랜지스터(35)에 소정시간만큼 전전하전압(øpg)을 인가하여 신호선(32)에 드레인전압(ød)을 인가하고, 전전하한다. 그 후 상부게이트전압(øtg)을 -20V로 하여 포토센서(1)를 센스상태로 하고, 이 센스상태 기간에 하부게이트전압(øbg)을 10V로 하면 포토센서(1)는 선택상태가 된다. 포토센서(1)가 선택상태가 되었을 때 명시인지 암시인지에 따라 출력신호(VOUT)의 값이 변화한다. 즉, 명시이면 포토센서(1)가 조사광(A)의 조사에 의해 ON되고, 출력신호(VOUT)는 OV로 변화하고, 암시이면 포토센서(1)가 ON 하지 않으므로 전전하된 상태의 +10V가 그대로 출력신호(VOUT)로서 출력된다.
제8도에 있어서 그후 하부게이트전압(øbg)을 OV로 하면 비선택상태가 되고, 이 비선택상태에서 상부게이트전압(øtg)을 OV로 하면 포토센서(1)는 리셋된다. 그리고 이 리셋상태중에 전전하 전압(øpg)을 OV로 하여 전전하한다. 이 전전하된 상태에서 상부게이트전압(øtg)을 -20V로 하고 센스상태로 하면 이 센스상태에 있어서는 하부게이트전압(øbg)이 OV 이므로 조사광(A)이 조사되어 있어도 또한 조사광(A)이 조사되어 있지 않아도 출력신호(VOUT)는 선택상태에서의 암시 출력과 같은 +10V이다. 즉, 전전하를 실행한 후 상부게이트전압(øtg)이 -20V가 되어 센스상태로 되어도 하부게이트전압(øbg)을 OV로 해둠으로써 조사광(A)의 조사에 관계없이 포토센서(1)를 비선택상태로 할 수 있다. 또한 제8도에서도 밝힌 바와 같이 하부게이트전압(øbg)의 여하에 관계없이 상부게이트전압(øtg)을 OV로 하므로써 리셋상태로 할 수 있고, 포토센서(1)를 다음의 데이터 인출처리에서 확실히 출력신호(VOUT)를 인출할 수 있다.
이와 같은 포토센서를 구비한 포토센서 시스템은 센스상태제어수단이 반도체층의 한쪽측에 배치된 광조사측의 게이트전극에 인가하는 전압을 제어하고, 상기 포토센서의 센스상태를 제어하고, 선택제어 수단이 반도체층의 서로 대향하는 측에 배치된 게이트전극에 인가하는 전압을 제어하고, 상기 포토센서의 선택 및 비선택 상태를 제어하는 것으로, 포토센서로서의 기능과 선택트랜지스터로서의 기능을 겸비시킬 수 있고, 종래의 별개로 형성하여 배설된 포토센서를 선택하기 위한 선택트랜지스터를 제거할 수 있다. 그 결과, 포토센서 시스템 자체를 소형화 할 수 있고, 화소를 고밀도화시킬 수 있다.

Claims (14)

  1. 광전변환기능을 갖는 반도체층(5)과, 상기 반도체층(5)상에 상호 사이를 두고 배치된 소스전극(6) 및 드레인전극(7)과, 상기 반도체층(5)의 일면측 및 타면측에 배치되고 또 적어도 한쪽은 투광성재료로 형성된 제1게이트전극(10) 및 제2게이트전극(3)으로 구성되는 포토센서와, 상기 제1 및 제2게이트전극(10,3)의 어느 한쪽에 전압(øtg)을 인가하고, 조사광에 의해 상기 반도체층(5)에 발생하는 전하를 유지하는 상태와 유지하지 않는 상태를 제어하기 위한 센스상태 제어수단과, 상기 제1 및 제2게이트전극(10,3)의 다른쪽에 전압을 인가하여 조사광에 의해 상기 반도체층(5)에 발생한 전하를 상기 드레인전극(7)에서 판독하는 선택상태와 판독하지 않는 비선택상태를 제어하기 위한 선택제어수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 광전변환 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반도체층(5)과 상기 소스전극(6) 및 상기 반도체층(5)과 상기 드레인전극(7) 사이에는 n형 불순물이 고농도로 도프된 반도체층(11,12)이 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 광전변환시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 센스상태 제어수단에 의해 상기 게이트전극(10,3)에 인가되는 전압이 마이너스일 때 상기 반도체층에 발생하는 전하를 유지하는 상태가 되는 것을 특징으로 하는 광전변환 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 센스상태 제어수단에 의해 상기 게이트전극(10,3)에 인가되는 전압이 0 또는 플러스일 때 상기 반도체층(5)에 축적된 전하를 상기 반도체층(5)에서 방출하는 리셋상태가 되는 것을 특징으로 하는 광전변환 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 선택제어수단에 의해 상기 게이트전극(10,3)에 인가되는 전압이 플러스일때 상기 반도체층(5)에 발생한 전하를 상기 드레인전극(7)에서 판독하는 선택상태가 되는 것을 특징으로 하는 광전변환 시스템.
  6. 적어도 하나의 구동선(21)과, 복수의 신호선(22)과, 각각이 상기 복수의 신호선(22) 각각에 대응하여 배치되고 있고, 각각이 다음을 포함하는 포토센서(1)와, 광전변환기능을 갖는 반도체층(5)과, 상기 반도체층(5)상에 상호 사이를 두고 배치되고 또 어느 한쪽은 상기 신호선(22)의 어느 1개에 접속된 소스전극(6) 및 드레인전극(7)과, 상기 반도체층(5)의 일면측에 배치된 투명한 제1게이트전극(10) 및 상기 반도체층(5)의 타면측에 배치되고 또 상기 구동선(21)에 접속된 제2게이트전극(3)과, 상기 제1게이트전극(10)에 전압을 인가하여 조사광에 의해 상기 반도체층(5)에 발생하는 전하를 유지하는 상태와 유지하지 않는 상태를 제어하기 위한 센스상태 제어수단과, 상기 제2게이트전극(3)에 전압을 인가하여 조사광에 의해 상기 반도체층(5)에 발생한 전하를 상기 드레인전극(7)에서 판독하는 선택상태와 판독하지 않는 비선택상태를 제어하기 위한 선택제어수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 광전변환 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 시스템은 상기 각 신호선(22)이 접속된 컬럼스위치(24)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전변환 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 컬럼스위치(24)는 상기 각 신호선(22)에 드레인전압(ød)을 공급하기 위한 드레인전압공급수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 광전변환 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 드레인전압공급수단은 드레인전압 입력측에 설치된 스위칭소자(31)를 갖는 것을 특징으로하는 광전변환 시스템.
  10. 제6항에 있어서, 상기 시스템은 상기 복수의 신호선(22)에 직교하는 방향으로 연장된 복수의 구동선(21)을 포함하고, 상기 포토센서(1)는 상기 신호선(22)과 상기 구동선(21)의 각 교점 부근마다 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광전변환 시스템.
  11. 광전변환 시스템을 갖는 반도체층(5)과, 상기 반도체층(5)상에 상호 사이를 두고 배치된 소스전극(6) 및 드레인전극(7)과, 상기 반도체층(5)의 일면측에 배치된 투명한 제1게이트전극(TG) 및 상기 반도체층(5)의 타면측에 배치된 제2게이트전극(BG)을 갖는 포토센서(1)를 제공하는 준비단계와, 상기 제2게이트전극(BG)에 전압을 인가하여 상기 포토센서(1)를 선택상태로 제어하는 선택단계와, 상기 제1게이트전극(TG)에 전압을 인가하여 상기 포토센서(1)의 상기 반도체층(5)을 센스상태로 제어하는 센스제어단계와, 상기 제1게이트전극(TG)측에서 빛을 조사하는 광조사단계와, 상기 제1게이트전극(TG)에 인가되어 있는 전압을 감소하여 상기 포토센서(1)에 조사된 광량에 대응한 드레인전류(IDS)를 발생하는 판독단계와, 상기 드레인전류(IDS)를 검출하는 검출단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 광전변환 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 선택단계에 있어서 상기 제2게이트전극(BG)에 인가되는 전압(VBG)과 상기 센스제어단계에 있어서 상기 제1게이트전극(TG)에 인가되는 전압(VTG)과는 극성이 반대일 것을 특징으로 하는 광전변환 시스템.
  13. 적어도 한개의 구동선(21)과, 복수의 신호선(22) 및 각각이 상기 복수의 신호선(22) 각각에 대응하여 배치되어 있고 각각이 광전변환기능을 갖는 반도체층(5)과, 상기 반도체층(5)상에 상호 사이를 두고 배치되고 또 어느 한쪽은 상기 신호선(22)의 어느 1개에 접속된 소스전극(S) 및 드레인전극(D)과, 상기 반도체층(5)의 일면측에 배치된 투명한 제1게이트전극(TG) 및 상기 반도체층(5)의 타면측에 배치되고 또 상기 구동선(21)에 접속된 제2게이트전극(BG)으로 구성되는 포토센서(1)를 갖는 포토센서배열(20,30)를 제공하는 준비단계와, 상기 각 신호선(22)에 드레인전압(ød)을 공급하여 상기 각 신호선(22)을 전전하하는 전전하단계와, 상기 제2게이트전극(BG)에 전압을 인가하여 상기 포토센서(1)를 선택상태로 제어하는 선택단계와, 상기 구동선(21)을 개재하여 상기 제1게이트전극(TG)에 전압을 인가하여 상기 포토센서(1)의 상기 반도체층(5)을 센스상태로 제어하는 센스제어단계와, 상기 제1게이트전극(TG)측에서 빛을 조사하는 광조사단계와, 상기 포토센서(1)에 조사된 광량에 대응한 전하를 상기 반도체층(5)에 발생시켜 드레인전류(IDS)를 발생하는 판독단계와, 상기 드레인전류(IDS)의 발생에 의해 감소한 상기 신호선(22)의 전압을 검출하는 검출단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 광전변환 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 상기 시스템은 검출단계후 제1게이트전극(TG)에 인가되어 있는 전압을 감소하여 광조사에 의해 반도체층(5)에 축적된 전하를 상기 포토센서(1)에서 방출하는 리셋단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전변환 시스템.
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