JPH0265272A - 赤外線検知器 - Google Patents
赤外線検知器Info
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- JPH0265272A JPH0265272A JP63217624A JP21762488A JPH0265272A JP H0265272 A JPH0265272 A JP H0265272A JP 63217624 A JP63217624 A JP 63217624A JP 21762488 A JP21762488 A JP 21762488A JP H0265272 A JPH0265272 A JP H0265272A
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- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N5/00—Details of television systems
- H04N5/30—Transforming light or analogous information into electric information
- H04N5/33—Transforming infrared radiation
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
- H10F39/10—Integrated devices
- H10F39/12—Image sensors
- H10F39/15—Charge-coupled device [CCD] image sensors
- H10F39/157—CCD or CID infrared image sensors
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (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】
〔産業上の利用分野〕
この発明は赤外線検知器に関し、特に２次元アレイ赤外
線検知器の信号処理部の構造の改良に関するものである
。
線検知器の信号処理部の構造の改良に関するものである
。
従来から２次元アレイ赤外線検知器として、フォトダイ
オード部と信号処理部とを別々の基板上に構成し、これ
らの基板を積層配置して、両基板を結合電極により電気
的に接続したものがあり、第５図はこのような積層構造
の２次元赤外線検知器の断面構造を示している。
オード部と信号処理部とを別々の基板上に構成し、これ
らの基板を積層配置して、両基板を結合電極により電気
的に接続したものがあり、第５図はこのような積層構造
の２次元赤外線検知器の断面構造を示している。
図において、３０は入射赤外光を光電変換する光電変換
側ｐ形半導体基板で、この基板３０内にはｎ形波散層３
２が形成されており、ｐｎ接合部がフォトダイオード部
となっている。また１は例えばＳｉ、ＧａＡｓ等からな
る信号処理部側半導体基板１で、この基板１には信号処
理部３１が形成されている。またこの信号処理部３１は
上記光電変換された光信号電荷を蓄積する電荷蓄積部、
及び該蓄積電荷を順次転送するＣＯＤなどの電荷転送部
から構成されている。また５０は基板３０と基板１とを
電気的に結合する結合電極である。
側ｐ形半導体基板で、この基板３０内にはｎ形波散層３
２が形成されており、ｐｎ接合部がフォトダイオード部
となっている。また１は例えばＳｉ、ＧａＡｓ等からな
る信号処理部側半導体基板１で、この基板１には信号処
理部３１が形成されている。またこの信号処理部３１は
上記光電変換された光信号電荷を蓄積する電荷蓄積部、
及び該蓄積電荷を順次転送するＣＯＤなどの電荷転送部
から構成されている。また５０は基板３０と基板１とを
電気的に結合する結合電極である。
このような構造の１０μｍ（８〜１０．５μｍ）程度の
波長感度の赤外線検知器を作製する場合、１０μｍ帯特
有の技術的課題、高背景輻射、低コントラスト等を解決
する必要があり、以下これらの問題及び対策について説
明する。
波長感度の赤外線検知器を作製する場合、１０μｍ帯特
有の技術的課題、高背景輻射、低コントラスト等を解決
する必要があり、以下これらの問題及び対策について説
明する。
一般に常温物体（３００ゲルビン（ｋ））の黒体輻射は
第６図（ａｌに示すように１０μｍ帯にピークを持つた
め、１０μｍ帯では３〜５μｍ帯に比べ背景輻射による
入射赤外光量が極めて多い。また光子１個のエネルギー
とその波長との間には、（ここでは、Ｅを光子１個のエ
ネルギー（ｅＶ）メをその波長（μｍ）とする。） の関係があり、光子１個のエネルギーは３〜５μｍ帯の
方が８〜１０．５μｍ帯より大きい。
第６図（ａｌに示すように１０μｍ帯にピークを持つた
め、１０μｍ帯では３〜５μｍ帯に比べ背景輻射による
入射赤外光量が極めて多い。また光子１個のエネルギー
とその波長との間には、（ここでは、Ｅを光子１個のエ
ネルギー（ｅＶ）メをその波長（μｍ）とする。） の関係があり、光子１個のエネルギーは３〜５μｍ帯の
方が８〜１０．５μｍ帯より大きい。
従って光子数は、
■
Ｎ−・・・・・・ （２）
にこでは、■を入射光景（ｅＶ）、Ｎを光子数（ｐｈｏ
ｔｏｎ）とする。） の関係から、光子１個のエネルギーの小さい８〜１０．
５μｍ帯の方が３〜５μｍ帯より多い。
ｔｏｎ）とする。） の関係から、光子１個のエネルギーの小さい８〜１０．
５μｍ帯の方が３〜５μｍ帯より多い。
上述のように３００にの赤外光は１０μｍ帯にピークを
持ち、かつ光子数が３〜５μｍ帯より多いので、３００
にの光では、８〜１０．５μｍ帯での入射赤外光量は３
．６ Ｘ １０” ｐｈｏｔｏｎｓ／ｃｍ！ｓで、３〜
５μｍ帯のものの約３０倍となる。
持ち、かつ光子数が３〜５μｍ帯より多いので、３００
にの光では、８〜１０．５μｍ帯での入射赤外光量は３
．６ Ｘ １０” ｐｈｏｔｏｎｓ／ｃｍ！ｓで、３〜
５μｍ帯のものの約３０倍となる。
このためコントラスト、つまり入射光量の信号光（信号
成分）Ｓと背景光（直流成分）Ｂとの比は、入射光量（
Ｓ＋Ｂ）の大きい８〜１０．５μｍ帯（第６図（Ｃ））
の方が３〜５μｍ帯（第６図（ｂ））より小さく、具体
的には８〜１０．５μｍ帯の赤外映像のコントラストは
３〜５μｍ帯のものの約半分と小さい。
成分）Ｓと背景光（直流成分）Ｂとの比は、入射光量（
Ｓ＋Ｂ）の大きい８〜１０．５μｍ帯（第６図（Ｃ））
の方が３〜５μｍ帯（第６図（ｂ））より小さく、具体
的には８〜１０．５μｍ帯の赤外映像のコントラストは
３〜５μｍ帯のものの約半分と小さい。
そこで、このよ・うな赤外光信号に対しては電荷上澄み
転送方式が有効な対策となる。
転送方式が有効な対策となる。
この電荷上澄み転送方式を用いた赤外線検知器として、
例えばＩＥＥＥ、 Ｖｏｌ、ＥＤ−２９，Ｎｏ、１．１
９８２．ｐ３に示された赤外線検知器があり、第７図ｆ
ａ）はこの赤外線検知器の信号処理部の概念的な構造を
、第７図ｆｂ）は該信号処理部の平面構造を示す。
例えばＩＥＥＥ、 Ｖｏｌ、ＥＤ−２９，Ｎｏ、１．１
９８２．ｐ３に示された赤外線検知器があり、第７図ｆ
ａ）はこの赤外線検知器の信号処理部の概念的な構造を
、第７図ｆｂ）は該信号処理部の平面構造を示す。
図において、１００は信号処理部を有するｐ形半導体基
板、２は該基板１００に形成されたｎ゛形接続領域、２
０は赤外線検知用のフォトダイオードで、そのカソード
（ｎ影領域）は上記ｎ１形接続碩域２に接続され、アノ
ード（ｐ影領域）は接地されている。
板、２は該基板１００に形成されたｎ゛形接続領域、２
０は赤外線検知用のフォトダイオードで、そのカソード
（ｎ影領域）は上記ｎ１形接続碩域２に接続され、アノ
ード（ｐ影領域）は接地されている。
また１２は一ヒ記ｐ形半導体基板１００内に信号電荷蓄
積用の電荷井戸３を形成するための■、□。□電極、１
１はフォトダイオード２０からの信号電荷を上記信号電
荷蓄積井戸３へ導くためのゲート電極（■□□電極、１
３は信号電荷蓄積井戸３内の信号電荷を分割するための
Ｖ ＰＡＲＴ電極で、この電極に所定電圧を印加するこ
とにより上記信号電荷蓄積井戸が２つの部分３ａ、３ｂ
に分割される。
積用の電荷井戸３を形成するための■、□。□電極、１
１はフォトダイオード２０からの信号電荷を上記信号電
荷蓄積井戸３へ導くためのゲート電極（■□□電極、１
３は信号電荷蓄積井戸３内の信号電荷を分割するための
Ｖ ＰＡＲＴ電極で、この電極に所定電圧を印加するこ
とにより上記信号電荷蓄積井戸が２つの部分３ａ、３ｂ
に分割される。
１４は分割された信号電荷蓄積井戸３ｂ内の信号電荷の
１−澄み部を転送するためのスキミング用のゲート電極
（ＶＳｘ＋、４電極）、１５はＣＣＤ駆動用のφＣＣｒ
）電極、１６．１７はそれぞれ信号電荷蓄積井戸３内の
電荷のり（＝ ’７１−用のｌ・ランジスタを駆動する
ための■ＩＩＬＯ８Ｍ 、 ＶＤＲＡＩＮ電極である。
１−澄み部を転送するためのスキミング用のゲート電極
（ＶＳｘ＋、４電極）、１５はＣＣＤ駆動用のφＣＣｒ
）電極、１６．１７はそれぞれ信号電荷蓄積井戸３内の
電荷のり（＝ ’７１−用のｌ・ランジスタを駆動する
ための■ＩＩＬＯ８Ｍ 、 ＶＤＲＡＩＮ電極である。
また３５．３６は電荷転送を行なう垂直方向、及び水平
方向ＣＣＤである。
方向ＣＣＤである。
次に信号の読み出し動作について第９図（ａｌ〜Ｆｄｌ
を用いて説明する。
を用いて説明する。
■ まず、ＶＳＴＯＲＥ電極１２を“ハイ”にしてＶ
３ＴＯ□電極１２の下に空乏層、即ち電荷蓄積井戸３を
形成する（第９図（ａ））。
３ＴＯ□電極１２の下に空乏層、即ち電荷蓄積井戸３を
形成する（第９図（ａ））。
■ 次に、■、電極１１を強く“ハイ”にすると、該電
極１１下の基板表面に反転層が形成され、上記フォ１−
ダイオード２０からの光信号電荷が■１電極１１下の反
転層を介して、Ｖ ５ＴＯＲＥ電極１２下の電荷蓄積井
戸３内に流れ込み、ここに蓄積される（第９図（ｂ））
。
極１１下の基板表面に反転層が形成され、上記フォ１−
ダイオード２０からの光信号電荷が■１電極１１下の反
転層を介して、Ｖ ５ＴＯＲＥ電極１２下の電荷蓄積井
戸３内に流れ込み、ここに蓄積される（第９図（ｂ））
。
■ 続いて、ＶＰＡ□１電極１３を“１１つ”にすると
、電荷蓄積井戸３のＶＰＡＲ’ｌ’電極１３丁の部分が
消滅し、電荷蓄積井戸が２つの部分３ａ、３ｂに分割さ
れ、このとき光信号電荷も分割されることとなる。この
ような光信月電荷の分割処理は入射光量が大きい検知器
、即ち赤外線検知器などに必要な処理で、電荷蓄積井戸
３内の電荷をそのままＣＣＤ部の電荷井戸４へ注入する
と該電荷井戸４から電荷があふれてしまう場合には、こ
のような処理を行い、電荷蓄積井戸３内の信号電荷の一
部分のみをＣＣＤ部の電荷井戸４へ注入する（第９図（
Ｃ））。
、電荷蓄積井戸３のＶＰＡＲ’ｌ’電極１３丁の部分が
消滅し、電荷蓄積井戸が２つの部分３ａ、３ｂに分割さ
れ、このとき光信号電荷も分割されることとなる。この
ような光信月電荷の分割処理は入射光量が大きい検知器
、即ち赤外線検知器などに必要な処理で、電荷蓄積井戸
３内の電荷をそのままＣＣＤ部の電荷井戸４へ注入する
と該電荷井戸４から電荷があふれてしまう場合には、こ
のような処理を行い、電荷蓄積井戸３内の信号電荷の一
部分のみをＣＣＤ部の電荷井戸４へ注入する（第９図（
Ｃ））。
■ そしてＶ ＳＫＩＭ電極１４を適当に“ハイ”にす
ると、第８図（ａ）に示すように上記分割井戸部分３ｂ
の光信号電荷の上澄み、つまりｖｓｘ＋、４電極１４下
のゲート高さより高い部分の電荷がφＣＣＤ電極１５下
のＣＣＤ部の電荷井戸４内へ流入する（第９図（ｄ））
。
ると、第８図（ａ）に示すように上記分割井戸部分３ｂ
の光信号電荷の上澄み、つまりｖｓｘ＋、４電極１４下
のゲート高さより高い部分の電荷がφＣＣＤ電極１５下
のＣＣＤ部の電荷井戸４内へ流入する（第９図（ｄ））
。
■ 最後にＶ ＰＡＲア電極１３を“ハイ”にし、■Ｐ
ＡＲＴ電極１３下の障壁を消した後、Ｖ ＢＬＯＯＭ電
極１６をオンにしてＶＤＲＡＩＮ電極１７に残りの電荷
をすべて流し去る。
ＡＲＴ電極１３下の障壁を消した後、Ｖ ＢＬＯＯＭ電
極１６をオンにしてＶＤＲＡＩＮ電極１７に残りの電荷
をすべて流し去る。
ところが、−に述のような従来の赤外線検知器では、蓄
積用電荷井戸の容量を簡単に増大することができないと
いう問題があり、以下この問題について詳しく説明する
。
積用電荷井戸の容量を簡単に増大することができないと
いう問題があり、以下この問題について詳しく説明する
。
一般に、信号光のＳ／Ｎ比を向上させるためには積分時
間を増やせば良く、積分時間９つまり信号光の蓄積時間
の平方根に比例してＳ／Ｎ比が良くなるわけであり、第
８図（ｂｌから分かるように、積分時間が少ない場合Ａ
のΔＮ ／ ｓ ＋ と積分時間の長い場合ＢのΔＮ
／ Ｓ ２と比較してみれば、明らかに積分時間の長い
方がよい。しかし、蓄積用電荷井戸の容量は基板サイズ
に直接比例するので、おのずと容量が決まってしまい、
自由に容量を増大することはできない。
間を増やせば良く、積分時間９つまり信号光の蓄積時間
の平方根に比例してＳ／Ｎ比が良くなるわけであり、第
８図（ｂｌから分かるように、積分時間が少ない場合Ａ
のΔＮ ／ ｓ ＋ と積分時間の長い場合ＢのΔＮ
／ Ｓ ２と比較してみれば、明らかに積分時間の長い
方がよい。しかし、蓄積用電荷井戸の容量は基板サイズ
に直接比例するので、おのずと容量が決まってしまい、
自由に容量を増大することはできない。
また第１０図に示すように光電変換部半導体基板３０に
、これより寸法の大きな信号処理部側基板１００を対向
配置して、結合電極５０により電気的に接続する構造も
考えられるが、この場合結合電極５０を斜めに形成する
必要があり、その形成がきわめて困難である。また信号
処理部側基板１００を拡大したことにより、電荷転送部
ではＣＣＤの電荷転送方向の寸法、つまり転送距離が長
くなり、高速動作が困難になるという問題があった。
、これより寸法の大きな信号処理部側基板１００を対向
配置して、結合電極５０により電気的に接続する構造も
考えられるが、この場合結合電極５０を斜めに形成する
必要があり、その形成がきわめて困難である。また信号
処理部側基板１００を拡大したことにより、電荷転送部
ではＣＣＤの電荷転送方向の寸法、つまり転送距離が長
くなり、高速動作が困難になるという問題があった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、蓄積用電荷井戸の容量を、基板サイズの制約
を受けることなく自由に大きくでき、しかも電荷転送部
の転送動作をさらに高速化できる赤外線検知器を得るこ
とを目的とする。
たもので、蓄積用電荷井戸の容量を、基板サイズの制約
を受けることなく自由に大きくでき、しかも電荷転送部
の転送動作をさらに高速化できる赤外線検知器を得るこ
とを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
この発明に係る赤外線検知器は、赤外光信号電流の蓄積
及び転送処理を行なう信号処理部を、上記光信号電流を
蓄積する電荷蓄積部と、蓄積された全光信号電荷のうち
の所定量を取出して順次転送する電荷転送部とを積層し
てなる積層構造とし、さらに入射赤外光の光電変換部を
該信号処理部上に立体配置したものである。
及び転送処理を行なう信号処理部を、上記光信号電流を
蓄積する電荷蓄積部と、蓄積された全光信号電荷のうち
の所定量を取出して順次転送する電荷転送部とを積層し
てなる積層構造とし、さらに入射赤外光の光電変換部を
該信号処理部上に立体配置したものである。
この発明においては、赤外線検知器の電荷転送部上に電
荷蓄積部を積層して信号処理部を構成し、さらにこの信
号処理部上にフォトダイオード部を設け、入射赤外光を
上層のフォトダイオード部により光信号電流に変換し、
これを中間層の電荷蓄積部に蓄積し、この蓄積電荷のう
ちの所定量を下層の電荷転送部により転送するようにし
たから、電荷蓄積部には電荷蓄積のための機構のみを、
電荷転送部には電荷転送用の素子のみを配設することが
でき、このため電荷蓄積部では電荷蓄積用井戸の容量を
基板サイズを拡大することなく増大することができ、ま
た電荷転送部では、上記電荷転送用素子の形状の自由度
が増大することとなり、この素子を高速動作に最適な形
状とすることができる。
荷蓄積部を積層して信号処理部を構成し、さらにこの信
号処理部上にフォトダイオード部を設け、入射赤外光を
上層のフォトダイオード部により光信号電流に変換し、
これを中間層の電荷蓄積部に蓄積し、この蓄積電荷のう
ちの所定量を下層の電荷転送部により転送するようにし
たから、電荷蓄積部には電荷蓄積のための機構のみを、
電荷転送部には電荷転送用の素子のみを配設することが
でき、このため電荷蓄積部では電荷蓄積用井戸の容量を
基板サイズを拡大することなく増大することができ、ま
た電荷転送部では、上記電荷転送用素子の形状の自由度
が増大することとなり、この素子を高速動作に最適な形
状とすることができる。
また、各機能部は各層で独立しているため、蓄積用電荷
井戸の形成される電荷蓄積部の層数のみを増やすことに
より、他の機能部の占有面積を削減することなく、電荷
井戸の蓄積容積を簡単かつ任意に大きくすることができ
る。
井戸の形成される電荷蓄積部の層数のみを増やすことに
より、他の機能部の占有面積を削減することなく、電荷
井戸の蓄積容積を簡単かつ任意に大きくすることができ
る。
以下、この発明の一実施例を図について説明する。
第１図は本発明の一実施例による赤外線検知器を説明す
るための図で、第１図（ａｌはその回路のブロック構成
、第１図（ｂｌはその断面構造、第１図（Ｃ１はそのＣ
ＣＤ部の平面構造を示し、さらに第１図（ｄ）は第１図
（Ｃ）の部分拡大図である。
るための図で、第１図（ａｌはその回路のブロック構成
、第１図（ｂｌはその断面構造、第１図（Ｃ１はそのＣ
ＣＤ部の平面構造を示し、さらに第１図（ｄ）は第１図
（Ｃ）の部分拡大図である。
図において、第５図、第７図と同一符号は同一または相
当部分を示し、３０は光電変換部のＰＤ（フォトダイオ
ード）が形成されている受光部層で、Ｃｄ、Ｈｇ、−Ｘ
Ｔｅの結晶などの化合物半導体からなる。６０は電荷蓄
積部２１が形成された電荷蓄積層で、上層及び下層蓄積
層６０ａ、６０ｂからなる。４０は主としてトランスフ
ァーゲー）ＶＳＫＩＭ電極と電荷転送部（例えばＣＣＤ
）が形成された電荷転送層で、これらの層はシリンコ等
から構成されている。また１００は上記電荷蓄積層６０
と電荷転送層４０とからなる信号処理側基板である。
当部分を示し、３０は光電変換部のＰＤ（フォトダイオ
ード）が形成されている受光部層で、Ｃｄ、Ｈｇ、−Ｘ
Ｔｅの結晶などの化合物半導体からなる。６０は電荷蓄
積部２１が形成された電荷蓄積層で、上層及び下層蓄積
層６０ａ、６０ｂからなる。４０は主としてトランスフ
ァーゲー）ＶＳＫＩＭ電極と電荷転送部（例えばＣＣＤ
）が形成された電荷転送層で、これらの層はシリンコ等
から構成されている。また１００は上記電荷蓄積層６０
と電荷転送層４０とからなる信号処理側基板である。
ここで、電荷転送層４０はｐ形シリコン基板１と、この
上に配置され、絶縁膜２５に被覆された各電極、つまり
電荷蓄積用井戸電極１２ａ、電荷分割用電極１３．スキ
ミング用電極１４．ＣＣＤ電極１５とから構成されてお
り、また下層電荷蓄積部６０ｂは第１のｐ形シリコン層
１ａと、この上の絶縁膜２５ｂにより被覆された電極１
２ｂとから構成され、また上層電荷蓄積層６０ａもこれ
と同様第２のｐ形シリコン層１ｂ、その上の絶縁膜に覆
われた電極１２Ｃ，１１から構成されている。
上に配置され、絶縁膜２５に被覆された各電極、つまり
電荷蓄積用井戸電極１２ａ、電荷分割用電極１３．スキ
ミング用電極１４．ＣＣＤ電極１５とから構成されてお
り、また下層電荷蓄積部６０ｂは第１のｐ形シリコン層
１ａと、この上の絶縁膜２５ｂにより被覆された電極１
２ｂとから構成され、また上層電荷蓄積層６０ａもこれ
と同様第２のｐ形シリコン層１ｂ、その上の絶縁膜に覆
われた電極１２Ｃ，１１から構成されている。
次に製造方法について説明する。
まず、ｐ形シリコン基板１上に眉間絶縁膜２５ａにより
被覆された第１の電荷蓄積用井戸電極１２ａ、電荷分割
用電極１３、スキミング用電極１４、及びＣＣＤ用電極
１５を形成し、これにより上記電荷転送層４０を形成す
る（第２図（ａ））。
被覆された第１の電荷蓄積用井戸電極１２ａ、電荷分割
用電極１３、スキミング用電極１４、及びＣＣＤ用電極
１５を形成し、これにより上記電荷転送層４０を形成す
る（第２図（ａ））。
次に、全面に第１のｐ形シリコン層１ａを成長しく第２
図（ｂ））、該シリコン層１ａの、上記電荷蓄積用井戸
電極１２ａ端部上に凹部を形成した後、上記第１のｐ形
シリコンｌａ上に眉間絶縁膜２５ｂにより被覆された第
２の電荷蓄積用井戸電極１２ｂを形成して、下層の電荷
蓄積層６０ｂを構成する（第２図（Ｃ））。
図（ｂ））、該シリコン層１ａの、上記電荷蓄積用井戸
電極１２ａ端部上に凹部を形成した後、上記第１のｐ形
シリコンｌａ上に眉間絶縁膜２５ｂにより被覆された第
２の電荷蓄積用井戸電極１２ｂを形成して、下層の電荷
蓄積層６０ｂを構成する（第２図（Ｃ））。
その後全面に第２のｐ形シリコン層１ｂを成長しく第２
図（ｄ））、該シリコン層１ｂの、電極１２ｂ端部上に
凹部を形成した後、眉間絶縁膜２５ｃで被覆された、第
３の電荷蓄積用井戸電極１２Ｃ及びゲート電極１１を形
成するとともに、ｎ“形接続領域２を形成して、上層の
電荷蓄積層６０ａを形成する。これにより信号処理部側
基板１００が完成する（第２図（ｅ））。
図（ｄ））、該シリコン層１ｂの、電極１２ｂ端部上に
凹部を形成した後、眉間絶縁膜２５ｃで被覆された、第
３の電荷蓄積用井戸電極１２Ｃ及びゲート電極１１を形
成するとともに、ｎ“形接続領域２を形成して、上層の
電荷蓄積層６０ａを形成する。これにより信号処理部側
基板１００が完成する（第２図（ｅ））。
最後に、フォトダイオード部の形成された光電変換側基
板３０と、該信号処理部側基板１００とを結合電極５０
により電気的に結合する（第２図（ｅ））。
板３０と、該信号処理部側基板１００とを結合電極５０
により電気的に結合する（第２図（ｅ））。
次に動作について説明する。
■ まず電荷蓄積用井戸電極１２８〜１２Ｃを“ハイ”
にして該電極の下に空乏層、つまり電荷蓄積井戸３を形
成する。
にして該電極の下に空乏層、つまり電荷蓄積井戸３を形
成する。
■ 次に、ｖＴ電極１１を強く“ハイ”にすると、該電
極１１下の基板表面に反転層が形成され、上記フォトダ
イオード部基板３０からの光信号電荷が■アミ極１１下
の反転層を介して、ｖ３ア。ＩＩ！電極１２０〜１２ａ
下の電荷蓄積井戸３内に流れ込み、ここに蓄積される。
極１１下の基板表面に反転層が形成され、上記フォトダ
イオード部基板３０からの光信号電荷が■アミ極１１下
の反転層を介して、ｖ３ア。ＩＩ！電極１２０〜１２ａ
下の電荷蓄積井戸３内に流れ込み、ここに蓄積される。
■ 続いて、Ｖ ＰＡＲＴ電極１３を“ロウ”にすると
、電荷蓄積井戸３のＶ ＰＡＩ’！電極１３下の部分が
消滅し、電荷蓄積井戸が２つの部分に分割され、このと
き信号電荷も分割されることとなる。
、電荷蓄積井戸３のＶ ＰＡＩ’！電極１３下の部分が
消滅し、電荷蓄積井戸が２つの部分に分割され、このと
き信号電荷も分割されることとなる。
■ そしてＶ ３１１Ｍ電極１４を適当に“ハイ”にす
ると、上記分割井戸部分の信号電荷の上澄み。
ると、上記分割井戸部分の信号電荷の上澄み。
つまりＶ ３１１１１４電極１４下のゲート高さより高
い部分の電荷がφＣＣＤ電極１５下のＣＣＤ部へ流入す
る。このＣＣＤ部では水平方向ＣＣＤ３７及び垂直方向
ＣＣＤ３６によりこの光信号電荷を順次後段の処理装置
へ転送する。
い部分の電荷がφＣＣＤ電極１５下のＣＣＤ部へ流入す
る。このＣＣＤ部では水平方向ＣＣＤ３７及び垂直方向
ＣＣＤ３６によりこの光信号電荷を順次後段の処理装置
へ転送する。
■ 最後にＶ ＰＡＮＴ電極１３を“ハイ”にし、ＶＰ
ＡＲＴ電極１３下の障壁を消した後、Ｖ ＢＬＯｏ、電
極１６をオンにしてＶｌ）ＲＡＩＮ電極１７に残りの電
荷をすべて流し去る。
ＡＲＴ電極１３下の障壁を消した後、Ｖ ＢＬＯｏ、電
極１６をオンにしてＶｌ）ＲＡＩＮ電極１７に残りの電
荷をすべて流し去る。
このような構成の本赤外線検知器では、■ 赤外線検知
器の電荷転送部４０上に電荷蓄積部２１を積層したので
、電荷蓄積部２１では基板サイズに関係な（電荷蓄積用
井戸３の容量を増大することができる。また電荷蓄積部
２１が構成される層６０を上層及び下層蓄積層６０ａ、
６０ｂからなる２層構造としたので、蓄積部の容量を倍
増でき、これによりＳ／Ｎ比を改善できる。また、信号
処理部側基板１００の各機能部は各層４０．６０で独立
しているため、蓄積用電荷井戸部の層数のみをさらに増
やすことにより、他の機能部の占有面積を削減すること
なく電荷井戸の蓄積容量を任意に大きくすることができ
、太きくＳ／Ｎ比を向上することもできる。
器の電荷転送部４０上に電荷蓄積部２１を積層したので
、電荷蓄積部２１では基板サイズに関係な（電荷蓄積用
井戸３の容量を増大することができる。また電荷蓄積部
２１が構成される層６０を上層及び下層蓄積層６０ａ、
６０ｂからなる２層構造としたので、蓄積部の容量を倍
増でき、これによりＳ／Ｎ比を改善できる。また、信号
処理部側基板１００の各機能部は各層４０．６０で独立
しているため、蓄積用電荷井戸部の層数のみをさらに増
やすことにより、他の機能部の占有面積を削減すること
なく電荷井戸の蓄積容量を任意に大きくすることができ
、太きくＳ／Ｎ比を向上することもできる。
■ 蓄積部２１、つまり蓄積層６０の面積が大きいため
、ＶＦＡＲＴ電極１３の位置を任意に設定でき、ＣＣＤ
部への電荷転送量を自由に制御できる。
、ＶＦＡＲＴ電極１３の位置を任意に設定でき、ＣＣＤ
部への電荷転送量を自由に制御できる。
■ 従来のものと同様にＶ ＳＫＩＭ電極の電位を任意
に選び、第８図（ａ）に示すように低コントラストの信
号電荷を上澄み転送してコントラスト良く得ることがで
きる。
に選び、第８図（ａ）に示すように低コントラストの信
号電荷を上澄み転送してコントラスト良く得ることがで
きる。
■ 第７図（ｂ）に示すように、従来の赤外線検知器で
は電荷蓄積部２１とＣＣＤ部３５．３６とが同一平面内
に有るものでは電荷蓄積部２１の在存によりＣＣＤ部の
面積が制限されていたが、本装置によれば、第１図（ｄ
ｌに示すように電荷転送層４０のほとんどをＣＯＤのた
めに使用できるため、ＣＣＤを大きくして、転送電荷の
ダイナミックレンジを大きくできる。又、第１図（Ｃ）
に示すように垂直方向〇ＣＤ３７の形状を第７図（ｂｌ
の垂直方向ＣＣＤ３５に比べ、横方向（電荷転送方向と
垂直な方向）に広げ、縦方向（電荷転送方向）に縮める
ことができ、ＣＣＤ３５．３７が同容量の場合転送動作
の高速化を図ることができる。
は電荷蓄積部２１とＣＣＤ部３５．３６とが同一平面内
に有るものでは電荷蓄積部２１の在存によりＣＣＤ部の
面積が制限されていたが、本装置によれば、第１図（ｄ
ｌに示すように電荷転送層４０のほとんどをＣＯＤのた
めに使用できるため、ＣＣＤを大きくして、転送電荷の
ダイナミックレンジを大きくできる。又、第１図（Ｃ）
に示すように垂直方向〇ＣＤ３７の形状を第７図（ｂｌ
の垂直方向ＣＣＤ３５に比べ、横方向（電荷転送方向と
垂直な方向）に広げ、縦方向（電荷転送方向）に縮める
ことができ、ＣＣＤ３５．３７が同容量の場合転送動作
の高速化を図ることができる。
■ ■で述べたように、ＣＣＤのダイナミックレンジを
大きくして多量の電荷を転送できるため、Ｃ３Ｄ方式（
ＴＶ学会技術報告ＴＥＢＳ １０１−６． ＨＤ８４１
、１９８５．ｐ３１〜３６）、つまり上澄み転送された
１画素の信号電荷を一端垂直方向のすべてのＣＣＤに溜
めてから転送する方式を用いなくても信号電荷を転送で
き、同一時間の画像を得ることができる。
大きくして多量の電荷を転送できるため、Ｃ３Ｄ方式（
ＴＶ学会技術報告ＴＥＢＳ １０１−６． ＨＤ８４１
、１９８５．ｐ３１〜３６）、つまり上澄み転送された
１画素の信号電荷を一端垂直方向のすべてのＣＣＤに溜
めてから転送する方式を用いなくても信号電荷を転送で
き、同一時間の画像を得ることができる。
■ ＣＣＤ部をＣＣＤ動作、つまり上澄み転送された１
画素の光信号電荷を順次後段のＣＯＤに移し換えて転送
する動作ではなく、上述のＣ３Ｄ動作にするとダイナミ
ックレンジはさらに大きくなる。
画素の光信号電荷を順次後段のＣＯＤに移し換えて転送
する動作ではなく、上述のＣ３Ｄ動作にするとダイナミ
ックレンジはさらに大きくなる。
なお、上記実施例ではスキミング用電極が１つであり、
つまり電荷蓄積部が１つの場合について示したが、複数
のスキミング用電極を電荷蓄積層６０に設けて、電荷蓄
積部をいくつかの蓄積部に分割してもよい。
つまり電荷蓄積部が１つの場合について示したが、複数
のスキミング用電極を電荷蓄積層６０に設けて、電荷蓄
積部をいくつかの蓄積部に分割してもよい。
例えば第３図（ａｌ、 （ｂｌに示すように３つのスキ
ミング用電極１４８〜１４を設け、第１〜第３の電荷蓄
積部２１８〜２１Ｃを直列に接続してもよい。
ミング用電極１４８〜１４を設け、第１〜第３の電荷蓄
積部２１８〜２１Ｃを直列に接続してもよい。
ここでは第２の電荷蓄積用井戸電極１２ｂは第２のスキ
ミング用電極１４ｂにより２つの部分１２ｂ＋、１２ｔ
）ｚに、第３の電荷蓄積用井戸電極１２Ｇは第３のスキ
ミング用電極１４Ｃにより部分１２Ｃ＋１２Ｃ２に分割
されている。
ミング用電極１４ｂにより２つの部分１２ｂ＋、１２ｔ
）ｚに、第３の電荷蓄積用井戸電極１２Ｇは第３のスキ
ミング用電極１４Ｃにより部分１２Ｃ＋１２Ｃ２に分割
されている。
また上記第１〜第３の電荷蓄積部２１３〜２１Ｃを上記
第３図のように直列ではなく、第４図（ａ）。
第３図のように直列ではなく、第４図（ａ）。
（ｂ）に示すように並列に接続してもよい。この場合断
面構造は第４図ｆｂｌに示すように、第２〜第４の電荷
蓄積用井戸電極１２ｂ〜１２ｄを電極１２ａ、］３〜１
５の真上に順次積み重ね、各々の両側に第１．第２のゲ
ート電極１１ａ、ｌｌｂを設け、さらに各蓄積部を接続
する全電荷移動電極１８を設けている。また電荷の蓄積
、転送動作については、第１のゲート電極１１ａをオン
して、各電荷蓄積用井戸電極１２ｂ〜１２ｄに光信号電
荷を蓄積し、第２のゲート電極１１ｂ及び全電荷移動電
極１８をオンして、各電荷蓄積用井戸電極による電荷を
電極１８下へ移動させる。そして第１の電荷蓄積用井戸
電極１２ａをオンして電荷を受取り、スキミング用電極
１４によりφＣＣＤ部へ電荷を導く。
面構造は第４図ｆｂｌに示すように、第２〜第４の電荷
蓄積用井戸電極１２ｂ〜１２ｄを電極１２ａ、］３〜１
５の真上に順次積み重ね、各々の両側に第１．第２のゲ
ート電極１１ａ、ｌｌｂを設け、さらに各蓄積部を接続
する全電荷移動電極１８を設けている。また電荷の蓄積
、転送動作については、第１のゲート電極１１ａをオン
して、各電荷蓄積用井戸電極１２ｂ〜１２ｄに光信号電
荷を蓄積し、第２のゲート電極１１ｂ及び全電荷移動電
極１８をオンして、各電荷蓄積用井戸電極による電荷を
電極１８下へ移動させる。そして第１の電荷蓄積用井戸
電極１２ａをオンして電荷を受取り、スキミング用電極
１４によりφＣＣＤ部へ電荷を導く。
上記第３．４図のいずれの場合も各電荷蓄積部の電荷量
のレベルを同じにすれば第１図の構造と同じ効果を得ら
れ、蓄積電荷量を大きくすることができる。
のレベルを同じにすれば第１図の構造と同じ効果を得ら
れ、蓄積電荷量を大きくすることができる。
また、上記実施例では受光部をＣｄＸＨｇ１−ＸＴｅの
結晶などの化合物半導体で、電荷蓄積部とＣＣＤ部をＳ
ｉで構成したが、受光部、電荷蓄積部、ＣＣＤ部が同一
の、例えばＳｉ基板、またはその他の基板上に形成され
ていても良く、第１図の受光部、電荷蓄積部、ＣＣＤ部
の半導体層をそれぞれ異なる材料で構成しても良い。
結晶などの化合物半導体で、電荷蓄積部とＣＣＤ部をＳ
ｉで構成したが、受光部、電荷蓄積部、ＣＣＤ部が同一
の、例えばＳｉ基板、またはその他の基板上に形成され
ていても良く、第１図の受光部、電荷蓄積部、ＣＣＤ部
の半導体層をそれぞれ異なる材料で構成しても良い。
さらに上記実施例では、電荷分割用電極１３が１つの場
合について説明したが、電荷蓄積部の面積が大きいので
、電荷分割用のＶ ＰＡＩＩ？電極を、つの蓄積電荷井
戸に対していくつか設けてもよく、この場合電荷転送部
への注入電荷量を任意に変えることができる。
合について説明したが、電荷蓄積部の面積が大きいので
、電荷分割用のＶ ＰＡＩＩ？電極を、つの蓄積電荷井
戸に対していくつか設けてもよく、この場合電荷転送部
への注入電荷量を任意に変えることができる。
以上のように、この発明によれば、赤外光信号電流の蓄
積及び転送処理を行なう信号処理部を、上記光信号電流
を蓄積する電荷蓄積部と、蓄積された全光信号電荷のう
ちの所定量を取出して順次転送する電荷転送部とを積層
してなる積層構造とし、さらに入射赤外光の光電変換部
を該信号処理部上に立体的に配置したので、蓄積用電荷
井戸の容量を、基板サイズの制約を受けることなく自由
に大きくでき、しかも電荷転送部の転送動作をさらに高
速化できる赤外線検知器を得ることができる。
積及び転送処理を行なう信号処理部を、上記光信号電流
を蓄積する電荷蓄積部と、蓄積された全光信号電荷のう
ちの所定量を取出して順次転送する電荷転送部とを積層
してなる積層構造とし、さらに入射赤外光の光電変換部
を該信号処理部上に立体的に配置したので、蓄積用電荷
井戸の容量を、基板サイズの制約を受けることなく自由
に大きくでき、しかも電荷転送部の転送動作をさらに高
速化できる赤外線検知器を得ることができる。
第１図はこの発明の−・実施例による赤外線検知器を説
明するだめの図、第２図は本装置の製造方法を説明する
ための図、第３図及び第４図はこの発明の他の実施例を
示す構成図、第５図は従来の赤外線検知器を示す断面図
、第６図は従来の赤外線検知器の問題点を説明するため
の図、第７図は従来の電荷上澄み転送方式を用いた赤外
線検知器を説明するための図、第８図及び第９図はその
動作を説明するための図、第１０図は第７図に示す赤外
線検出器の改良例を説明するための図である。 図において２１は電荷蓄積部、３０は光電変換部半導体
基板、３５は垂直方向ＣＯＤ、３６は水平方向ＣＣＤ、
３７は垂直方向ＣＣＤ、４０は電荷転送層、５０は結合
電極、６０は電荷蓄積層、１００は信号処理側基板であ
る。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。
明するだめの図、第２図は本装置の製造方法を説明する
ための図、第３図及び第４図はこの発明の他の実施例を
示す構成図、第５図は従来の赤外線検知器を示す断面図
、第６図は従来の赤外線検知器の問題点を説明するため
の図、第７図は従来の電荷上澄み転送方式を用いた赤外
線検知器を説明するための図、第８図及び第９図はその
動作を説明するための図、第１０図は第７図に示す赤外
線検出器の改良例を説明するための図である。 図において２１は電荷蓄積部、３０は光電変換部半導体
基板、３５は垂直方向ＣＯＤ、３６は水平方向ＣＣＤ、
３７は垂直方向ＣＣＤ、４０は電荷転送層、５０は結合
電極、６０は電荷蓄積層、１００は信号処理側基板であ
る。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。
Claims (1)
- （１）入射赤外光を光電変換して光信号電流を出力する
光電変換部と、該光信号電流の蓄積及び転送処理を行な
う信号処理部とを有する赤外線検知器において、 上記信号処理部を、 上記光信号電流を蓄積する電荷蓄積部と、蓄積された光
信号電荷を順次転送して出力する電荷転送部とを積層し
てなる積層構造とし、 上記光電変換部を該信号処理部上に配置したことを特徴
とする赤外線検知器。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63217624A JP2517075B2 (ja) | 1988-08-31 | 1988-08-31 | 赤外線検知器 |
| US07/398,956 US4994876A (en) | 1988-08-31 | 1989-08-28 | Light detecting element and light detecting array |
| FR898911439A FR2635936B1 (fr) | 1988-08-31 | 1989-08-31 | Element et reseau de detection de lumiere |
| GB8919649A GB2222722B (en) | 1988-08-31 | 1989-08-31 | Light detecting element and light detecting array |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63217624A JP2517075B2 (ja) | 1988-08-31 | 1988-08-31 | 赤外線検知器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0265272A true JPH0265272A (ja) | 1990-03-05 |
| JP2517075B2 JP2517075B2 (ja) | 1996-07-24 |
Family
ID=16707204
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63217624A Expired - Lifetime JP2517075B2 (ja) | 1988-08-31 | 1988-08-31 | 赤外線検知器 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4994876A (ja) |
| JP (1) | JP2517075B2 (ja) |
| FR (1) | FR2635936B1 (ja) |
| GB (1) | GB2222722B (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10847567B2 (en) | 2017-01-12 | 2020-11-24 | Mitsubishi Electric Corporation | Infrared sensor device including infrared sensor substrate and signal processing circuit substrate coupled to each other |
Families Citing this family (4)
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|---|---|---|---|---|
| US5268583A (en) * | 1989-05-16 | 1993-12-07 | Sofradir - Societe Francaise De Detecteurs Infrarouges | Homogenizing electrical signals generated by a detection system and transmitted to an exploiting system |
| JP2809908B2 (ja) * | 1991-09-30 | 1998-10-15 | 三菱電機株式会社 | 固体撮像素子 |
| CA2095739A1 (en) * | 1992-05-27 | 1993-11-28 | Michael J. Mcnutt | Charge skimming and variable integration time in focal plane arrays |
| CN114127936B (zh) * | 2019-07-31 | 2025-11-28 | 华为技术有限公司 | 一种成像器件、用于对成像器件供电的方法以及相关设备 |
Citations (3)
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| JPS61208868A (ja) * | 1985-03-14 | 1986-09-17 | Toshiba Corp | 固体撮像装置 |
| JPS622565A (ja) * | 1985-06-28 | 1987-01-08 | Toshiba Corp | 直接電荷注入形赤外画像センサ− |
| JPS6358958A (ja) * | 1986-08-29 | 1988-03-14 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体記憶装置 |
Family Cites Families (11)
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| US4197553A (en) * | 1976-09-07 | 1980-04-08 | Hughes Aircraft Company | Monolithic extrinsic silicon infrared detector structure employing multi-epitaxial layers |
| US4213137A (en) * | 1976-11-16 | 1980-07-15 | Hughes Aircraft Company | Monolithic variable size detector |
| US4104674A (en) * | 1977-02-07 | 1978-08-01 | Honeywell Inc. | Double sided hybrid mosaic focal plane |
| GB2095905B (en) * | 1981-03-27 | 1985-01-16 | Philips Electronic Associated | Infra-red radiation imaging devices and methods for their manufacture |
| US4467340A (en) * | 1981-11-16 | 1984-08-21 | Rockwell International Corporation | Pre-multiplexed Schottky barrier focal plane |
| EP0082616B1 (en) * | 1981-12-18 | 1993-03-10 | Honeywell Inc. | Electric signal compressing apparatus |
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| JPS61193479A (ja) * | 1985-02-22 | 1986-08-27 | Fuji Photo Film Co Ltd | 固体カラ−撮像デバイス |
| JPS63177460A (ja) * | 1987-01-16 | 1988-07-21 | Sony Corp | 固体撮像装置 |
| US4912560A (en) * | 1988-01-29 | 1990-03-27 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Solid state image sensing device |
-
1988
- 1988-08-31 JP JP63217624A patent/JP2517075B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1989
- 1989-08-28 US US07/398,956 patent/US4994876A/en not_active Expired - Fee Related
- 1989-08-31 FR FR898911439A patent/FR2635936B1/fr not_active Expired - Lifetime
- 1989-08-31 GB GB8919649A patent/GB2222722B/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
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| US10847567B2 (en) | 2017-01-12 | 2020-11-24 | Mitsubishi Electric Corporation | Infrared sensor device including infrared sensor substrate and signal processing circuit substrate coupled to each other |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4994876A (en) | 1991-02-19 |
| GB8919649D0 (en) | 1989-10-11 |
| FR2635936A1 (fr) | 1990-03-02 |
| FR2635936B1 (fr) | 1992-07-03 |
| GB2222722A (en) | 1990-03-14 |
| GB2222722B (en) | 1992-03-18 |
| JP2517075B2 (ja) | 1996-07-24 |
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