JPH06104477A - フォトトランジスタ - Google Patents
フォトトランジスタInfo
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- JPH06104477A JPH06104477A JP4250986A JP25098692A JPH06104477A JP H06104477 A JPH06104477 A JP H06104477A JP 4250986 A JP4250986 A JP 4250986A JP 25098692 A JP25098692 A JP 25098692A JP H06104477 A JPH06104477 A JP H06104477A
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- transistor
- amorphous
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は高性能イメージセンサを構成するた
めの高感度 、低残像フォトトランジスタを提供するこ
とを目的とする。 【構成】 本発明によるフォトトランジスタはＳｉ基板
上に形成したコレクタ層、ベース層、エミッタ層からな
るトランジスタとトランジスタのベース層と同一の導電
型でオーミック接続され、トランジスタのコレクタ層と
ｐ／ｎ接合するアモルファスＳｉ膜からなる。アモルフ
ァスＳｉ膜はコレクタ層との間でフォトダイオードを形
成し、その光電流は結晶Ｓｉのそれとほぼ同一である
が、接合容量を極めて小さくできる。従って、このフォ
トトランジスタによれば信号電圧感度が大幅に向上し、
残像性能も改善でき、イメージセンサの高性能化に寄与
できる。
めの高感度 、低残像フォトトランジスタを提供するこ
とを目的とする。 【構成】 本発明によるフォトトランジスタはＳｉ基板
上に形成したコレクタ層、ベース層、エミッタ層からな
るトランジスタとトランジスタのベース層と同一の導電
型でオーミック接続され、トランジスタのコレクタ層と
ｐ／ｎ接合するアモルファスＳｉ膜からなる。アモルフ
ァスＳｉ膜はコレクタ層との間でフォトダイオードを形
成し、その光電流は結晶Ｓｉのそれとほぼ同一である
が、接合容量を極めて小さくできる。従って、このフォ
トトランジスタによれば信号電圧感度が大幅に向上し、
残像性能も改善でき、イメージセンサの高性能化に寄与
できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】画像処理、画像通信機器の進展に
伴って、高性能イメージセンサのニーズが高まってい
る。本発明は高性能イメージセンサを構成するためのフ
ォトトランジスタに関するものである。
伴って、高性能イメージセンサのニーズが高まってい
る。本発明は高性能イメージセンサを構成するためのフ
ォトトランジスタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】集積回路を利用したイメージセンサは光
検知素子としてフォトダイオード、またはフォトトラン
ジスタを用いている。光電流はフォトダイオードで約１
ｎＡ／ｌｘ／ｍｍ2、フォトトランジスタで約１００ｎ
Ａ／ｌｘ／ｍｍ2である。フォトトランジスタは検知素
子自体で増幅機能があるために光電流が大である。ま
た、イメージセンサは解像度を高くするに伴って受光面
積が小さくなり光電流が小さくなる。また高感度化のた
めに一定の時間だけ光電流を蓄積し、信号の出力のタイ
ミングで集中的に出力させる電荷蓄積モードによる駆動
方式が各種のイメージセンサで採用されている。例え
ば、ＣＣＤイメージセンサは読み取りタイミングで一斉
にフォトダイオードに蓄積された光信号電荷をＣＣＤの
ポテンシャル井戸に導き、その後、ポテンシャル井戸に
沿って出力アンプ側に転送して画像信号を得ている。Ｍ
ＯＳイメージセンサはフォトダイオードまたはフォトト
ランジスタに一定の電荷を充電した後、次の読み取りタ
イミングまでの間、光電流によって放電させ、次の再充
電によって蓄積画像信号を得ている。バイポーライメー
ジセンサはフォトトランジスタに一定の電荷を充電した
後、次の読み取りタイミングまでの間、光電流によって
放電させ、次の再充電のタイミングでトランジスタ機能
によって増幅した後、蓄積画像信号を得ている。
検知素子としてフォトダイオード、またはフォトトラン
ジスタを用いている。光電流はフォトダイオードで約１
ｎＡ／ｌｘ／ｍｍ2、フォトトランジスタで約１００ｎ
Ａ／ｌｘ／ｍｍ2である。フォトトランジスタは検知素
子自体で増幅機能があるために光電流が大である。ま
た、イメージセンサは解像度を高くするに伴って受光面
積が小さくなり光電流が小さくなる。また高感度化のた
めに一定の時間だけ光電流を蓄積し、信号の出力のタイ
ミングで集中的に出力させる電荷蓄積モードによる駆動
方式が各種のイメージセンサで採用されている。例え
ば、ＣＣＤイメージセンサは読み取りタイミングで一斉
にフォトダイオードに蓄積された光信号電荷をＣＣＤの
ポテンシャル井戸に導き、その後、ポテンシャル井戸に
沿って出力アンプ側に転送して画像信号を得ている。Ｍ
ＯＳイメージセンサはフォトダイオードまたはフォトト
ランジスタに一定の電荷を充電した後、次の読み取りタ
イミングまでの間、光電流によって放電させ、次の再充
電によって蓄積画像信号を得ている。バイポーライメー
ジセンサはフォトトランジスタに一定の電荷を充電した
後、次の読み取りタイミングまでの間、光電流によって
放電させ、次の再充電のタイミングでトランジスタ機能
によって増幅した後、蓄積画像信号を得ている。
【０００３】光検知部の感度はフォトトランジスタを用
いた蓄積方式が最も高い。従来例におけるフォトトラン
ジスタの平面および断面構造を図４（ａ）、（ｂ）に示
す。これはｎ型Ｓｉ基板１上にトランジスタの増幅機能
および光電変換作用をするベース拡散層２を形成し、そ
の表面にｎ型のエミッタ拡散層３を形成した構造であ
り、通常のバイポーラトランジスタのベース拡散層を広
くして光電変換部としたものであり、コレクタ・ベース
間容量が大である。なお、８はエミッタ拡散と同時に形
成される拡散層でコレクタ電極となっている。フォトト
ランジスタ３０、アクセス用電界効果型トランジスタ
（ＦＥＴ）３４、リセット用ＦＥＴ３６および走査用シ
フトレジスタ３７からなるイメージセンサの等価回路を
図５に示す。分かり易くするために、フォトトランジス
タ３０を光電流源３１とベース・コレクタ間容量３２と
トランジスタ３３で表わしている。ベース・コレクタ接
合で発生した光電流がベース・コレクタ容量に蓄えられ
た電荷を放電させ、その結果コレクタ・ベース間電圧が
減少する。この電圧変化をフォトトランジスタ３０のエ
ミッタ電極からアクセス用ＦＥＴ３４を一定時間間隔
（蓄積時間）で導通させることにより画像出力ライン３
５に導き画像信号を出力し、それに引き続いてリセット
用ＦＥＴ３６を導通させることによってフォトトランジ
スタ３０のエミッタ電位を零電位にリセットする。この
方式は回路が簡単でかなり高感度であるが、このフォト
トランジスタは再充電のための時定数が大きいため高速
読み取りが難しいという問題点を有する。従って、Ｇ３
クラスのＦａｘ用としては使えるが、蓄積時間が短く、
走査周波数の高いＧ４クラスのＦａｘ用としては感度不
足で充分なＳ／Ｎが得られず、更に再充電の不完全性に
より残像性能が悪化する。
いた蓄積方式が最も高い。従来例におけるフォトトラン
ジスタの平面および断面構造を図４（ａ）、（ｂ）に示
す。これはｎ型Ｓｉ基板１上にトランジスタの増幅機能
および光電変換作用をするベース拡散層２を形成し、そ
の表面にｎ型のエミッタ拡散層３を形成した構造であ
り、通常のバイポーラトランジスタのベース拡散層を広
くして光電変換部としたものであり、コレクタ・ベース
間容量が大である。なお、８はエミッタ拡散と同時に形
成される拡散層でコレクタ電極となっている。フォトト
ランジスタ３０、アクセス用電界効果型トランジスタ
（ＦＥＴ）３４、リセット用ＦＥＴ３６および走査用シ
フトレジスタ３７からなるイメージセンサの等価回路を
図５に示す。分かり易くするために、フォトトランジス
タ３０を光電流源３１とベース・コレクタ間容量３２と
トランジスタ３３で表わしている。ベース・コレクタ接
合で発生した光電流がベース・コレクタ容量に蓄えられ
た電荷を放電させ、その結果コレクタ・ベース間電圧が
減少する。この電圧変化をフォトトランジスタ３０のエ
ミッタ電極からアクセス用ＦＥＴ３４を一定時間間隔
（蓄積時間）で導通させることにより画像出力ライン３
５に導き画像信号を出力し、それに引き続いてリセット
用ＦＥＴ３６を導通させることによってフォトトランジ
スタ３０のエミッタ電位を零電位にリセットする。この
方式は回路が簡単でかなり高感度であるが、このフォト
トランジスタは再充電のための時定数が大きいため高速
読み取りが難しいという問題点を有する。従って、Ｇ３
クラスのＦａｘ用としては使えるが、蓄積時間が短く、
走査周波数の高いＧ４クラスのＦａｘ用としては感度不
足で充分なＳ／Ｎが得られず、更に再充電の不完全性に
より残像性能が悪化する。
【０００４】また、エミッタ電極のリセットに加えて、
ベース電極をリセットすることにより、残像を低減する
方式が提案（特開平２−８３９７６号公報）されている
が、この方式ではセンサ回路および駆動回路が複雑にな
る。
ベース電極をリセットすることにより、残像を低減する
方式が提案（特開平２−８３９７６号公報）されている
が、この方式ではセンサ回路および駆動回路が複雑にな
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】フォトトランジスタは
通常のトランジスタに比べて広いベース領域が必要であ
り、そのためにベース・コレクタ間の接合容量Ｃbcは大
きくなる。よって、光電流×蓄積時間／Ｃbcで表わされ
る信号電圧の感度は受光面積に比例して大きくならな
い。また電荷蓄積モードでの動作では図５に示したよう
に、ベース電極がフローティングの状態でＣbcを充電す
るものであるが、充電回路に直列にベース・エミッタ接
合が介在し、これが非線形抵抗となって接合容量への充
電時間がＣbcの増大と共に極端に増大する。従って、充
電時間を長く取れない高速走査時には再充電が不完全に
なり残像性能の低下をもたらす。高抵抗Ｓｉ基板上にフ
ォトトランジスタを形成することによるＣbcを削減する
試みもされているが、製造技術面で基板の更なる高抵抗
化には限界がある。
通常のトランジスタに比べて広いベース領域が必要であ
り、そのためにベース・コレクタ間の接合容量Ｃbcは大
きくなる。よって、光電流×蓄積時間／Ｃbcで表わされ
る信号電圧の感度は受光面積に比例して大きくならな
い。また電荷蓄積モードでの動作では図５に示したよう
に、ベース電極がフローティングの状態でＣbcを充電す
るものであるが、充電回路に直列にベース・エミッタ接
合が介在し、これが非線形抵抗となって接合容量への充
電時間がＣbcの増大と共に極端に増大する。従って、充
電時間を長く取れない高速走査時には再充電が不完全に
なり残像性能の低下をもたらす。高抵抗Ｓｉ基板上にフ
ォトトランジスタを形成することによるＣbcを削減する
試みもされているが、製造技術面で基板の更なる高抵抗
化には限界がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の実施例１による
フォトトランジスタはＳｉ結晶基板上に形成したコレク
タ層、ベース層、エミッタ層からなるトランジスタとト
ランジスタのベースと同一の導電型で、トランジスタの
ベース層とオーミック接続され、トランジスタのコレク
タ層とｐ／ｎ接合するアモルファスＳｉ膜とからなる。
アモルファスＳｉ膜はコレクタ層との間でフォトダイオ
ード接合を形成し、光電流をベース層に供給する。トラ
ンジスタが基板を共通のコレクタとする基板共通型の場
合、ベース膜および基板上にアモルファスＳｉ膜を堆積
し、トランジスタのベース層とアモルファスＳｉ層とは
オーミック接続する。この構造において、フォトダイオ
ードはアモルファスＳｉ膜と基板間に直接形成される。
フォトトランジスタはＳｉ結晶基板上に形成したコレク
タ層、ベース層、エミッタ層からなるトランジスタとト
ランジスタのベースと同一の導電型で、トランジスタの
ベース層とオーミック接続され、トランジスタのコレク
タ層とｐ／ｎ接合するアモルファスＳｉ膜とからなる。
アモルファスＳｉ膜はコレクタ層との間でフォトダイオ
ード接合を形成し、光電流をベース層に供給する。トラ
ンジスタが基板を共通のコレクタとする基板共通型の場
合、ベース膜および基板上にアモルファスＳｉ膜を堆積
し、トランジスタのベース層とアモルファスＳｉ層とは
オーミック接続する。この構造において、フォトダイオ
ードはアモルファスＳｉ膜と基板間に直接形成される。
【０００７】本発明の実施例２によるフォトトランジス
タはＳｉ結晶基板をコレクタとし、基板上に拡散法で形
成したベース層、ベース層上に拡散法で形成したエミッ
タ層からなるトランジスタと基板上に設けたアモルファ
スＳｉによるｐｉｎ３層膜からなるフォトダイオードか
らなる。ｐ型アモルファスＳｉ膜は裏面電極によってベ
ース層と、ｎ型アモルファスＳｉ膜は基板であるコレク
タとそれぞれオーミック接続されている。また、開口率
の向上のためにアモルファスＳｉ膜によるフォトダイオ
ードをトランジスタ上に形成することも可能である。
タはＳｉ結晶基板をコレクタとし、基板上に拡散法で形
成したベース層、ベース層上に拡散法で形成したエミッ
タ層からなるトランジスタと基板上に設けたアモルファ
スＳｉによるｐｉｎ３層膜からなるフォトダイオードか
らなる。ｐ型アモルファスＳｉ膜は裏面電極によってベ
ース層と、ｎ型アモルファスＳｉ膜は基板であるコレク
タとそれぞれオーミック接続されている。また、開口率
の向上のためにアモルファスＳｉ膜によるフォトダイオ
ードをトランジスタ上に形成することも可能である。
【０００８】
【作用】本発明のフォトトランジスタは通常のトランジ
スタと、アモルファスＳｉ膜とコレクタ層からなるフォ
トダイオードの複合構造である。トランジスタのベース
−コレクタ間の接合容量Ｃbcはベース−コレクタ接合面
積が小さいために小さく、アモルファスＳｉ膜と結晶Ｓ
ｉ基板からなるコレクタ層で形成されるフォトダイオー
ドにおいて光電流は結晶型Ｓｉの場合とほぼ同一である
が、その接合容量は動作バイアス状態ではアモルファス
Ｓｉ膜が完全に空乏化するために極めて小さくなる。従
って、光電流を維持してＣbcの削減が可能になり、電荷
蓄積モードでの動作において、フォトトランジスタの信
号電圧感度が大きくなり且つ、残像性能も向上する。ま
た、三層構造のアモルファスＳｉ膜によるフォトダイオ
ードの場合、更にその接合容量が小さくなり信号電圧感
度が向上する。
スタと、アモルファスＳｉ膜とコレクタ層からなるフォ
トダイオードの複合構造である。トランジスタのベース
−コレクタ間の接合容量Ｃbcはベース−コレクタ接合面
積が小さいために小さく、アモルファスＳｉ膜と結晶Ｓ
ｉ基板からなるコレクタ層で形成されるフォトダイオー
ドにおいて光電流は結晶型Ｓｉの場合とほぼ同一である
が、その接合容量は動作バイアス状態ではアモルファス
Ｓｉ膜が完全に空乏化するために極めて小さくなる。従
って、光電流を維持してＣbcの削減が可能になり、電荷
蓄積モードでの動作において、フォトトランジスタの信
号電圧感度が大きくなり且つ、残像性能も向上する。ま
た、三層構造のアモルファスＳｉ膜によるフォトダイオ
ードの場合、更にその接合容量が小さくなり信号電圧感
度が向上する。
【０００９】
【実施例】本発明の実施例１におけるフォトトランジス
タの平面および断面構造を図１（ａ）、（ｂ）に示す。
ｎ型Ｓｉ結晶基板１、Ｓｉ基板１上に形成したｐ型のベ
ース拡散層２、ベース拡散層２上に形成したｎ型のエミ
ッタ拡散層３は基板を共通のコレクタとするｎｐｎ型ト
ランジスタを構成する。４は基板１上に堆積したｐ型ア
モルファスＳｉ膜で、基板１との間でフォトダイオード
を形成し、光電流を発生して受光部として作用する。ま
た、アモルファスＳｉ膜４は編目状に形成された電極パ
ターン５でトランジスタのベース拡散層２と電気的に接
続している。６はトランジスタのエミッタ電極に接続し
た電極パターンである。なお、電極パターン５、６は結
晶ＳｉおよびアモルファスＳｉ膜と良好なオーミック接
続の可能なＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ膜がよい。７は基板１上に
形成されたＳｉＯ2膜である。一般にアモルファスＳｉ
膜のキャリア濃度は結晶Ｓｉにくらべて小さいが、本実
施例では少なくともｎ型Ｓｉ基板１のキャリア濃度より
小さくする。拡散法で接合を形成する場合には必ず拡散
層のキャリア濃度は基板のキャリア濃度より大きくする
必要があり、空乏層はキャリア濃度の大きな拡散層側に
は広がらず、従って、接合容量が大きくなるが、堆積法
では基板のキャリア濃度よりもキャリア濃度の小さな薄
膜を基板上に形成することが可能になり、容量の増大を
低減することができる。図２は本発明によるフォトトラ
ンジスタを電荷蓄積モードで動作させた場合の等価回路
である。本発明によるフォトトランジスタ１０を等価回
路的に増幅用トランジスタ１１、トランジスタのベース
−コレクタ間容量１２（容量値、Ｃbc）とアモルファス
Ｓｉ膜と基板間の接合によって発生する光電流源１３、
その接合容量１４（容量値、Ｃa）で表わしている。ア
クセス用ＦＥＴ１５はフォトトランジスタ１０で発生し
た光信号電荷を走査回路からの走査信号に従って出力ラ
イン１６に導く作用をし、リセット用ＦＥＴ１７は読み
出し後のフォトトランジスタのエミッタ電極の電位を零
または所望の電位にリセットするものである。なお、１
８は正電源ライン、１９はアクセスパルスの入力端子、
２０はリセットパルスの入力端子である。蓄積時間の間
隔でリセット用ＦＥＴ１７のゲート電極にリセットパル
スを印加することによってフォトトランジスタのエミッ
タ電圧を零または所望の電圧にリセットし、各リセット
の直前にアクセスパルスをアクセスパルスの入力端子１
９に印加することによって、フォトトランジスタのエミ
ッタに現われた信号電圧を出力ライン１６に導く。図１
に示す実施例１のフォトトランジスタを図２に示す回路
で動作させた場合、コレクタ−ベース間に数Ｖの電圧が
印加されてアモルファスＳｉ膜が完全空乏状態になる。
増幅用トランジスタ１１は受光部としてのベース領域が
不要なためベース面積が小さく、容量１２の容量値は小
さい。また、アモルファスＳｉ膜と基板間の接合容量１
４はアモルファスＳｉ膜のキャリア濃度が小さく、動作
バイアス状態で殆ど完全空乏状態になり、容量値Ｃaは
極めて小さくなる。
タの平面および断面構造を図１（ａ）、（ｂ）に示す。
ｎ型Ｓｉ結晶基板１、Ｓｉ基板１上に形成したｐ型のベ
ース拡散層２、ベース拡散層２上に形成したｎ型のエミ
ッタ拡散層３は基板を共通のコレクタとするｎｐｎ型ト
ランジスタを構成する。４は基板１上に堆積したｐ型ア
モルファスＳｉ膜で、基板１との間でフォトダイオード
を形成し、光電流を発生して受光部として作用する。ま
た、アモルファスＳｉ膜４は編目状に形成された電極パ
ターン５でトランジスタのベース拡散層２と電気的に接
続している。６はトランジスタのエミッタ電極に接続し
た電極パターンである。なお、電極パターン５、６は結
晶ＳｉおよびアモルファスＳｉ膜と良好なオーミック接
続の可能なＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ膜がよい。７は基板１上に
形成されたＳｉＯ2膜である。一般にアモルファスＳｉ
膜のキャリア濃度は結晶Ｓｉにくらべて小さいが、本実
施例では少なくともｎ型Ｓｉ基板１のキャリア濃度より
小さくする。拡散法で接合を形成する場合には必ず拡散
層のキャリア濃度は基板のキャリア濃度より大きくする
必要があり、空乏層はキャリア濃度の大きな拡散層側に
は広がらず、従って、接合容量が大きくなるが、堆積法
では基板のキャリア濃度よりもキャリア濃度の小さな薄
膜を基板上に形成することが可能になり、容量の増大を
低減することができる。図２は本発明によるフォトトラ
ンジスタを電荷蓄積モードで動作させた場合の等価回路
である。本発明によるフォトトランジスタ１０を等価回
路的に増幅用トランジスタ１１、トランジスタのベース
−コレクタ間容量１２（容量値、Ｃbc）とアモルファス
Ｓｉ膜と基板間の接合によって発生する光電流源１３、
その接合容量１４（容量値、Ｃa）で表わしている。ア
クセス用ＦＥＴ１５はフォトトランジスタ１０で発生し
た光信号電荷を走査回路からの走査信号に従って出力ラ
イン１６に導く作用をし、リセット用ＦＥＴ１７は読み
出し後のフォトトランジスタのエミッタ電極の電位を零
または所望の電位にリセットするものである。なお、１
８は正電源ライン、１９はアクセスパルスの入力端子、
２０はリセットパルスの入力端子である。蓄積時間の間
隔でリセット用ＦＥＴ１７のゲート電極にリセットパル
スを印加することによってフォトトランジスタのエミッ
タ電圧を零または所望の電圧にリセットし、各リセット
の直前にアクセスパルスをアクセスパルスの入力端子１
９に印加することによって、フォトトランジスタのエミ
ッタに現われた信号電圧を出力ライン１６に導く。図１
に示す実施例１のフォトトランジスタを図２に示す回路
で動作させた場合、コレクタ−ベース間に数Ｖの電圧が
印加されてアモルファスＳｉ膜が完全空乏状態になる。
増幅用トランジスタ１１は受光部としてのベース領域が
不要なためベース面積が小さく、容量１２の容量値は小
さい。また、アモルファスＳｉ膜と基板間の接合容量１
４はアモルファスＳｉ膜のキャリア濃度が小さく、動作
バイアス状態で殆ど完全空乏状態になり、容量値Ｃaは
極めて小さくなる。
【００１０】従って、受光部を含めたベース層の面積が
７０００μｍ2の従来のフォトトランジスタではコレク
タ−ベース間容量Ｃbcは約１.２ｐＦであったが、本発
明による同一サイズのフォトトランジスタではＣbcは約
０.１５ｐＦになった。アモルファスＳｉ膜が完全空乏
化しても光励起によって発生する光電流は空乏化してい
ない場合とほぼ同一である。出力信号電圧は理論的にＩ
L×Ｔint／Ｃbcで表わされる。そこで、ＩLは光電流、
Ｔintは蓄積時間である。実験の結果、従来のフォトト
ランジスタのフォトトランジスタの出力信号感度は約１
１Ｖ／Ｌｘ.ｓであったが、本実施例のフォトトランジ
スタの出力信号感度は約８０Ｖ／Ｌｘ.ｓになり極めて
高感度になった。また、残像性能は従来のフォトトラン
ジスタが約７％であったが、本発明のフォトトランジス
タでは約２％であった。よって、本実施例によるフォト
トランジスタによれば、感度および残像性能が大幅に向
上し、センサ面の照度を低減することが可能になり、セ
ンサユニットにおける光源のコストを下げることができ
る。更に、アモルファスＳｉ膜のバンドギャップは結晶
Ｓｉのそれよりも大きいために、分光感度はより視感度
曲線に近くなり好都合である。
７０００μｍ2の従来のフォトトランジスタではコレク
タ−ベース間容量Ｃbcは約１.２ｐＦであったが、本発
明による同一サイズのフォトトランジスタではＣbcは約
０.１５ｐＦになった。アモルファスＳｉ膜が完全空乏
化しても光励起によって発生する光電流は空乏化してい
ない場合とほぼ同一である。出力信号電圧は理論的にＩ
L×Ｔint／Ｃbcで表わされる。そこで、ＩLは光電流、
Ｔintは蓄積時間である。実験の結果、従来のフォトト
ランジスタのフォトトランジスタの出力信号感度は約１
１Ｖ／Ｌｘ.ｓであったが、本実施例のフォトトランジ
スタの出力信号感度は約８０Ｖ／Ｌｘ.ｓになり極めて
高感度になった。また、残像性能は従来のフォトトラン
ジスタが約７％であったが、本発明のフォトトランジス
タでは約２％であった。よって、本実施例によるフォト
トランジスタによれば、感度および残像性能が大幅に向
上し、センサ面の照度を低減することが可能になり、セ
ンサユニットにおける光源のコストを下げることができ
る。更に、アモルファスＳｉ膜のバンドギャップは結晶
Ｓｉのそれよりも大きいために、分光感度はより視感度
曲線に近くなり好都合である。
【００１１】図１はｎ型基板の場合であったが、導電型
を全く逆にしても同様の作用と効果を発揮させることが
できる。つまり、ｐ型基板１上にｎ型の拡散層からなる
ベース拡散層２、ベース拡散層２上にｐ型のエミッタ拡
散層３を形成した後、ｎ型のアモルファスＳｉ膜を基板
１上に堆積することによってｐｎｐトランジスタおよび
ｎ型アモルファスＳｉ膜と結晶基板からなるフォトダイ
オードを形成する。なお、アモルファスＳｉ膜とベース
層は電極パターンでオーミック接続する。動作バイアス
状態で第２ベース拡散層を完全空乏化できる。その結
果、図１のフォトトランジスタと同様に実効的なコレク
タ・ベース間容量を大幅に削減することができる。
を全く逆にしても同様の作用と効果を発揮させることが
できる。つまり、ｐ型基板１上にｎ型の拡散層からなる
ベース拡散層２、ベース拡散層２上にｐ型のエミッタ拡
散層３を形成した後、ｎ型のアモルファスＳｉ膜を基板
１上に堆積することによってｐｎｐトランジスタおよび
ｎ型アモルファスＳｉ膜と結晶基板からなるフォトダイ
オードを形成する。なお、アモルファスＳｉ膜とベース
層は電極パターンでオーミック接続する。動作バイアス
状態で第２ベース拡散層を完全空乏化できる。その結
果、図１のフォトトランジスタと同様に実効的なコレク
タ・ベース間容量を大幅に削減することができる。
【００１２】本発明の実施例２におけるフォトトランジ
スタの平面および断面構造を図３に示す。ｎ型Ｓｉ基板
１、Ｓｉ基板１上に形成したｐ型のベース拡散層２、ベ
ース拡散層２上に形成したｎ型のエミッタ拡散層３は、
いわゆる基板を共通のコレクタとするｎｐｎトランジス
タである。２１はＡＬ−Ｓｉ−Ｃｕ膜であり、その表面
に堆積された３層のアモルファスＳｉ膜２２によるｐｉ
ｎフォトダイオードの基板側電極であり、かつ、トラン
ジスタのベース層と接続している。３層のアモルファス
Ｓｉ膜２２は基板側から順にｐ型膜、ｉ型膜、ｎ型膜の
順に堆積している。２３はフォトダイオードの表面と基
板とをオーミック接続する電極パターンであり、フォト
ダイオードの表面では編目状に形成している。このフォ
トダイオードはアモルファスＳｉ膜の真性層を含む３層
構造であるために接合容量が更に小さくなる。つまり、
このデバイス構造では動作バイアス電圧が低い場合でも
Ｃｂｃが小さいという特徴がある。
スタの平面および断面構造を図３に示す。ｎ型Ｓｉ基板
１、Ｓｉ基板１上に形成したｐ型のベース拡散層２、ベ
ース拡散層２上に形成したｎ型のエミッタ拡散層３は、
いわゆる基板を共通のコレクタとするｎｐｎトランジス
タである。２１はＡＬ−Ｓｉ−Ｃｕ膜であり、その表面
に堆積された３層のアモルファスＳｉ膜２２によるｐｉ
ｎフォトダイオードの基板側電極であり、かつ、トラン
ジスタのベース層と接続している。３層のアモルファス
Ｓｉ膜２２は基板側から順にｐ型膜、ｉ型膜、ｎ型膜の
順に堆積している。２３はフォトダイオードの表面と基
板とをオーミック接続する電極パターンであり、フォト
ダイオードの表面では編目状に形成している。このフォ
トダイオードはアモルファスＳｉ膜の真性層を含む３層
構造であるために接合容量が更に小さくなる。つまり、
このデバイス構造では動作バイアス電圧が低い場合でも
Ｃｂｃが小さいという特徴がある。
【００１３】本発明によるフォトトランジスタを１次元
イメージセンサに応用するには、図５に示す回路に従っ
て、１次元に配列した画素となるこのフォトトランジス
タと、１次元の走査用シフトレジスタからイメージセン
サを構成することができる。また、２次元に配列したフ
ォトトランジスタと各フォトトランジスタをＸ−Ｙマト
リクス状に走査するの走査回路にすることによって２次
元センサにも応用することができる。
イメージセンサに応用するには、図５に示す回路に従っ
て、１次元に配列した画素となるこのフォトトランジス
タと、１次元の走査用シフトレジスタからイメージセン
サを構成することができる。また、２次元に配列したフ
ォトトランジスタと各フォトトランジスタをＸ−Ｙマト
リクス状に走査するの走査回路にすることによって２次
元センサにも応用することができる。
【００１４】
【発明の効果】本発明のフォトトランジスタは受光部に
アモルファスＳｉ膜を用いることにより、動作バイアス
状態でアモルファスＳｉ膜を完全に空乏化し、ベース・
コレクタ間容量を大幅に削減することができる。従っ
て、フォトトランジスタのエミッタ電極に出力される信
号電圧の感度および残像性能が大幅に向上する。従っ
て、本発明は電荷蓄積モードで動作する光検出素子およ
び文書読み取り用イメージセンサとして有用であり、そ
の産業上の効果は大である。
アモルファスＳｉ膜を用いることにより、動作バイアス
状態でアモルファスＳｉ膜を完全に空乏化し、ベース・
コレクタ間容量を大幅に削減することができる。従っ
て、フォトトランジスタのエミッタ電極に出力される信
号電圧の感度および残像性能が大幅に向上する。従っ
て、本発明は電荷蓄積モードで動作する光検出素子およ
び文書読み取り用イメージセンサとして有用であり、そ
の産業上の効果は大である。
【図１】本発明の実施例１におけるフォトトランジスタ
の平面、断面図
の平面、断面図
【図２】電荷蓄積モードでのフォトトランジスタの動作
を示す等価回路を示す図
を示す等価回路を示す図
【図３】本発明の実施例２におけるフォトトランジスタ
の平面、断面図
の平面、断面図
【図４】従来例におけるフォトトランジスタの平面、断
面図
面図
【図５】イメージセンサの等価回路図
１ Ｓｉ基板 ２ ベース拡散層 ３ エミッタ拡散層 ４ アモルファスＳｉ膜 ５、６ 電極パターン １０ フォトトランジスタ １１ トランジスタ １２ トランジスタのベース−コレクタ間容量 １３ 光電流源 １４ アモルファスＳｉ膜−コレクタ層間の容量 １５ アクセス用ＦＥＴ １６ 画像信号出力ライン １７ リセット用ＦＥＴ ２１ アモルファスＳｉ膜によるフォトダイオードの基
板側電極 ２２ ３層のアモルファスＳｉ膜 ２３ フォトダイオードの表面と基板とを接続する電極
パターン ３０ フォトトランジスタ ３４ アクセス用ＦＥＴ ３５ 画像信号出力ライン ３６ リセット用ＦＥＴ ３７ 走査用シフトレジスタ
板側電極 ２２ ３層のアモルファスＳｉ膜 ２３ フォトダイオードの表面と基板とを接続する電極
パターン ３０ フォトトランジスタ ３４ アクセス用ＦＥＴ ３５ 画像信号出力ライン ３６ リセット用ＦＥＴ ３７ 走査用シフトレジスタ
Claims (5)
- 【請求項１】Ｓｉ結晶基板上に形成したコレクタ層、ベ
ース層、エミッタ層からなるトランジスタと、トランジ
スタのベース層と同一の導電型で、トランジスタのベー
ス層と接続され、トランジスタのコレクタ層との間でｐ
／ｎ接合を形成するように堆積し、受光部として作用す
るアモルファスＳｉ膜からなり、ベース−コレクタ間容
量を大幅に削減したことを特徴とするフォトトランジス
タ。 - 【請求項２】Ｓｉ結晶基板をコレクタとし、基板上に拡
散法で形成したベース層、ベース層上に拡散法で形成し
たエミッタ層からなるトランジスタとベース層と接続さ
れ基板上に堆積したアモルファスＳｉ膜からなり、エミ
ッタ電極から画像信号を取り出すことを特徴とする請求
項１記載のフォトトランジスタ。 - 【請求項３】Ｓｉ結晶基板がｎ型で、アモルファスＳｉ
膜がｐ型であることを特徴とする請求項２記載のフォト
トランジスタ。 - 【請求項４】Ｓｉ基板、基板をコレクタとし基板上に拡
散法で形成したベース層、ベース層上に拡散法で形成し
たエミッタ層からなるトランジスタと、基板上に設けら
れた、ベース層とオーミック接続しベース層と同一の導
電型の第１のアモルファスＳｉ膜、真性の第２のアモル
ファスＳｉ膜、コレクタ層とオーミック接続しコレクタ
層と同一の導電型の第３のアモルファスＳｉ膜からなる
フォトダイオードとからなり、ベース−コレクタ間容量
を大幅に削減したことを特徴とするフォトトランジス
タ。 - 【請求項５】Ｓｉ基板がｎ型で、トランジスタがｎｐｎ
型であり、第１〜第３のアモルファスＳｉ層をトランジ
スタを含む領域上に形成したことを特徴とする請求項４
のフォトトランジスタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4250986A JPH06104477A (ja) | 1992-09-21 | 1992-09-21 | フォトトランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4250986A JPH06104477A (ja) | 1992-09-21 | 1992-09-21 | フォトトランジスタ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06104477A true JPH06104477A (ja) | 1994-04-15 |
Family
ID=17215975
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4250986A Pending JPH06104477A (ja) | 1992-09-21 | 1992-09-21 | フォトトランジスタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06104477A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7531778B2 (en) | 2005-09-15 | 2009-05-12 | Fujifilm Corporation | Nano tube photo detecting device |
-
1992
- 1992-09-21 JP JP4250986A patent/JPH06104477A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7531778B2 (en) | 2005-09-15 | 2009-05-12 | Fujifilm Corporation | Nano tube photo detecting device |
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