JPH06291353A - フォトセンサの光検出方法 - Google Patents
フォトセンサの光検出方法Info
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- JPH06291353A JPH06291353A JP5096956A JP9695693A JPH06291353A JP H06291353 A JPH06291353 A JP H06291353A JP 5096956 A JP5096956 A JP 5096956A JP 9695693 A JP9695693 A JP 9695693A JP H06291353 A JPH06291353 A JP H06291353A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ゲート絶縁膜に入射光量に応じて電荷が保持
されることによるしきい値の変動を利用して、一定時間
内の照射光量を正確に検出することを目的とする。 【構成】 フォトセンサ１への書込動作は、ソース電極
８及びドレイン電極９間に０Ｖを、ゲート電極12に＋20
Ｖのパルス電圧を印加し、電子をゲート絶縁膜11にトラ
ップする際に、フォトセンサ１に対して光を照射する
と、光電効果によりチャネル領域５の近傍にキャリアが
発生して、ゲート絶縁膜11へトラップされるキャリア注
入量が増加し、しきい値電圧Ｖthのシフト量が大きくな
る。このように、書込時における入射光量の大小は、し
きい値電圧Ｖthのシフト量の大小として現れ、光照射時
と光未照射時の間の所定のしきい値電圧Ｖthをゲート電
極12に印加した場合に、ゲート電流ＩD が得られた場合
は、光照射があったとし、ゲート電流ＩD が得られなか
った場合は、光照射がなかったと検出することができ
る。
されることによるしきい値の変動を利用して、一定時間
内の照射光量を正確に検出することを目的とする。 【構成】 フォトセンサ１への書込動作は、ソース電極
８及びドレイン電極９間に０Ｖを、ゲート電極12に＋20
Ｖのパルス電圧を印加し、電子をゲート絶縁膜11にトラ
ップする際に、フォトセンサ１に対して光を照射する
と、光電効果によりチャネル領域５の近傍にキャリアが
発生して、ゲート絶縁膜11へトラップされるキャリア注
入量が増加し、しきい値電圧Ｖthのシフト量が大きくな
る。このように、書込時における入射光量の大小は、し
きい値電圧Ｖthのシフト量の大小として現れ、光照射時
と光未照射時の間の所定のしきい値電圧Ｖthをゲート電
極12に印加した場合に、ゲート電流ＩD が得られた場合
は、光照射があったとし、ゲート電流ＩD が得られなか
った場合は、光照射がなかったと検出することができ
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、フォトセンサの光検出
方法に関し、詳しくは、照射される光の強度に応じてゲ
ート絶縁膜にトラップされる電荷量によりしきい値を変
動させて照度を正確に検出するフォトセンサの光検出方
法に関する。
方法に関し、詳しくは、照射される光の強度に応じてゲ
ート絶縁膜にトラップされる電荷量によりしきい値を変
動させて照度を正確に検出するフォトセンサの光検出方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、フォトセンサシステムは、通常、
ＣＣＤ（Charge Coupled Device)、フォトダイオード
（ＰＤ：Photo Diode)あるいはＴＦＴ（Thin Film Tran
sistor）をその受光素子（フォトセンサ）として使用
し、複数のフォトセンサをマトリックス状に配列してい
る。各フォトセンサは、照射された光の量に応じた電荷
を発生し、この電荷量を見ることにより輝度を検出して
いる。そして、従来のフォトセンサシステムは、マトリ
ックス状に配列されたフォトセンサに、水平走査回路及
び垂直走査回路から走査電圧を印加して、各フォトセン
サの電荷量を検出している。しかし、このフォトセンサ
は、閉回路が形成されていると、発生した電荷が電流と
して放出されるため、従来、各フォトセンサ毎にフォト
センサとは別に選択トランジスタを形成して接続し、こ
の選択トランジスタを上記水平走査回路及び垂直走査回
路で駆動することにより、各フォトセンサ毎の電荷量を
検出していた。
ＣＣＤ（Charge Coupled Device)、フォトダイオード
（ＰＤ：Photo Diode)あるいはＴＦＴ（Thin Film Tran
sistor）をその受光素子（フォトセンサ）として使用
し、複数のフォトセンサをマトリックス状に配列してい
る。各フォトセンサは、照射された光の量に応じた電荷
を発生し、この電荷量を見ることにより輝度を検出して
いる。そして、従来のフォトセンサシステムは、マトリ
ックス状に配列されたフォトセンサに、水平走査回路及
び垂直走査回路から走査電圧を印加して、各フォトセン
サの電荷量を検出している。しかし、このフォトセンサ
は、閉回路が形成されていると、発生した電荷が電流と
して放出されるため、従来、各フォトセンサ毎にフォト
センサとは別に選択トランジスタを形成して接続し、こ
の選択トランジスタを上記水平走査回路及び垂直走査回
路で駆動することにより、各フォトセンサ毎の電荷量を
検出していた。
【０００３】このように、従来のフォトセンサは、検出
された電荷量を駆動信号によって短時間で逐次外部に出
力するため、ある一定時間以上の時間軸に対する入射光
量を得ようとすると、フォトセンサの出力信号をＲＡＭ
（Random Accses Memory) 等の外部記憶装置に保持させ
ることによって実現していた。
された電荷量を駆動信号によって短時間で逐次外部に出
力するため、ある一定時間以上の時間軸に対する入射光
量を得ようとすると、フォトセンサの出力信号をＲＡＭ
（Random Accses Memory) 等の外部記憶装置に保持させ
ることによって実現していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のフォトセンサにあっては、各フォトセンサに
蓄積された電荷を搬送して、増幅した後、Ａ／Ｄ変換し
ていたため、電荷の搬送時にノイズが重畳され、このノ
イズの影響を除去するために周辺回路が複雑になってし
まい、フォトセンサシステム自体が大型化すると共に、
Ｓ／Ｎ比が小さくなって、照射光の照度を正確に検出す
ることができず、諧調表示が不正確になるという問題が
あった。
うな従来のフォトセンサにあっては、各フォトセンサに
蓄積された電荷を搬送して、増幅した後、Ａ／Ｄ変換し
ていたため、電荷の搬送時にノイズが重畳され、このノ
イズの影響を除去するために周辺回路が複雑になってし
まい、フォトセンサシステム自体が大型化すると共に、
Ｓ／Ｎ比が小さくなって、照射光の照度を正確に検出す
ることができず、諧調表示が不正確になるという問題が
あった。
【０００５】このため、フォトセンサの出力信号 (電
荷) を搬送して外部記憶装置に保持させるのではなく、
受光部自身で入射光量に応じた電荷を保持して、一定時
間内の入射光量を検出できるようにしたフォトセンサが
開発されつつある。
荷) を搬送して外部記憶装置に保持させるのではなく、
受光部自身で入射光量に応じた電荷を保持して、一定時
間内の入射光量を検出できるようにしたフォトセンサが
開発されつつある。
【０００６】そこで、本発明は、ゲート絶縁膜に入射光
量に応じて電荷を保持するフォトセンサを用いて、その
電荷量によるフォトセンサのしきい値の変動を利用する
ことにより、外部記憶装置を用いることなく、一定時間
の照射光量を正確に検出することが可能なフォトセンサ
の光検出方法を提供することを目的としている。
量に応じて電荷を保持するフォトセンサを用いて、その
電荷量によるフォトセンサのしきい値の変動を利用する
ことにより、外部記憶装置を用いることなく、一定時間
の照射光量を正確に検出することが可能なフォトセンサ
の光検出方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明のフォトセンサ
は、チャネル領域、ソース領域及びドレイン領域を有す
るシリコン薄膜と、少なくとも前記チャネル領域上に形
成され電荷トラップによるヒステリシス特性を有する層
を含むゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成され
た透明なゲート電極と、を備えたフォトセンサの光検出
方法であって、前記ゲート電極に所定電圧を印加して前
記ゲート絶縁膜に電荷をトラップする第１ステップと、
ゲート電圧の印加時に前記ゲート電極を介して前記シリ
コン薄膜に検出光を照射して前記ゲート絶縁膜にトラッ
プされる電荷量を光の強度に応じて変動させてしきい値
を変える第２ステップと、前記ゲート電極に所定の基準
ゲート電圧を印加してチャネルのオン／オフ動作結果に
より照射光量を検出する第３ステップと、を含むことに
より、上記目的を達成している。
は、チャネル領域、ソース領域及びドレイン領域を有す
るシリコン薄膜と、少なくとも前記チャネル領域上に形
成され電荷トラップによるヒステリシス特性を有する層
を含むゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成され
た透明なゲート電極と、を備えたフォトセンサの光検出
方法であって、前記ゲート電極に所定電圧を印加して前
記ゲート絶縁膜に電荷をトラップする第１ステップと、
ゲート電圧の印加時に前記ゲート電極を介して前記シリ
コン薄膜に検出光を照射して前記ゲート絶縁膜にトラッ
プされる電荷量を光の強度に応じて変動させてしきい値
を変える第２ステップと、前記ゲート電極に所定の基準
ゲート電圧を印加してチャネルのオン／オフ動作結果に
より照射光量を検出する第３ステップと、を含むことに
より、上記目的を達成している。
【０００８】
【作用】本発明では、シリコン薄膜にチャネル領域、ソ
ース領域及びドレイン領域が形成され、そのうちの少な
くともチャネル領域上に電荷トラップによるヒステリシ
ス特性を有するゲート絶縁膜が形成され、そのゲート絶
縁膜上に透明なゲート電極が形成されたフォトセンサが
用いられる。このフォトセンサは、ゲート電極に所定電
圧を印加してゲート絶縁膜に電荷をトラップする際に、
ゲート電極を介してシリコン薄膜に検出光が照射され、
ゲート絶縁膜にトラップされる電荷量が光の強度に応じ
て変動し、これに伴ってしきい値電圧が変化する。そこ
で、フォトセンサのゲート電極に所定の基準ゲート電圧
を印加して、チャネルのオン／オフ動作結果を見ること
により、照射光量が検出される。
ース領域及びドレイン領域が形成され、そのうちの少な
くともチャネル領域上に電荷トラップによるヒステリシ
ス特性を有するゲート絶縁膜が形成され、そのゲート絶
縁膜上に透明なゲート電極が形成されたフォトセンサが
用いられる。このフォトセンサは、ゲート電極に所定電
圧を印加してゲート絶縁膜に電荷をトラップする際に、
ゲート電極を介してシリコン薄膜に検出光が照射され、
ゲート絶縁膜にトラップされる電荷量が光の強度に応じ
て変動し、これに伴ってしきい値電圧が変化する。そこ
で、フォトセンサのゲート電極に所定の基準ゲート電圧
を印加して、チャネルのオン／オフ動作結果を見ること
により、照射光量が検出される。
【０００９】従って、ゲート絶縁膜にトラップされる電
荷量が照射光量によって変化することを利用して、照射
光量をしきい値電圧の変化として捉え、基準ゲート電圧
を印加した結果、チャネルがオン動作するか否かで光照
射の有無と共に、ある一定時間における照射光量を高精
度に検出可能な、小型のフォトセンサとすることができ
る。
荷量が照射光量によって変化することを利用して、照射
光量をしきい値電圧の変化として捉え、基準ゲート電圧
を印加した結果、チャネルがオン動作するか否かで光照
射の有無と共に、ある一定時間における照射光量を高精
度に検出可能な、小型のフォトセンサとすることができ
る。
【００１０】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
【００１１】まず、構成を説明する。
【００１２】図１は、本発明の一実施例に係るフォトセ
ンサの構造を示す側面断面図である。本実施例のフォト
センサは、ポリシリコンＴＦＴメモリトランジスタを用
いて実施したもので、低温プロセスによるＴＦＴを前提
としているが、高温プロセスによるものであってもよ
い。
ンサの構造を示す側面断面図である。本実施例のフォト
センサは、ポリシリコンＴＦＴメモリトランジスタを用
いて実施したもので、低温プロセスによるＴＦＴを前提
としているが、高温プロセスによるものであってもよ
い。
【００１３】図１において、フォトセンサ１は、石英等
の耐熱ガラスあるいはシリコン単結晶等からなる絶縁性
基板２上に、窒化シリコン（ＳｉＮX ）あるいは熱酸化
によるシリコン酸化膜などからなる下地膜３が形成さ
れ、その上に半導体層４が形成されている。この半導体
層４は、ポリシリコン（ｐ−Ｓｉ）で形成されており、
その中央部分はチャネル領域５であって、そのチャネル
領域５を挟んで、左右位置に高濃度にリン等のドーパン
トが拡散されたポリシリコンよりなるｎ+ のソース領域
（Ｓ）６及びドレイン領域（Ｄ）７が形成されている。
の耐熱ガラスあるいはシリコン単結晶等からなる絶縁性
基板２上に、窒化シリコン（ＳｉＮX ）あるいは熱酸化
によるシリコン酸化膜などからなる下地膜３が形成さ
れ、その上に半導体層４が形成されている。この半導体
層４は、ポリシリコン（ｐ−Ｓｉ）で形成されており、
その中央部分はチャネル領域５であって、そのチャネル
領域５を挟んで、左右位置に高濃度にリン等のドーパン
トが拡散されたポリシリコンよりなるｎ+ のソース領域
（Ｓ）６及びドレイン領域（Ｄ）７が形成されている。
【００１４】そして、この半導体層４のソース領域
（Ｓ）６及びドレイン領域（Ｄ）７上には、それぞれソ
ース電極（Ｓ）８及びドレイン電極（Ｄ）９が接続され
て形成されている。
（Ｓ）６及びドレイン領域（Ｄ）７上には、それぞれソ
ース電極（Ｓ）８及びドレイン電極（Ｄ）９が接続され
て形成されている。
【００１５】この半導体層４上は、シリコン酸化膜を堆
積させた第１の層間絶縁膜１０で覆われている。そし
て、半導体層４の少なくともチャネル領域５上には、窒
化シリコン（ＳｉＮX ）からなる光透過性を有するゲー
ト絶縁膜１１が形成されている。そのゲート絶縁膜１１
は、Ｓｉ／Ｎ組成比が化学量論比（Ｓｉ／Ｎ＝０．７
５）よりも大きな値、例えば、Ｓｉ／Ｎ組成比が０．８
５〜１．１程度の電荷トラップ作用を有する、いわゆる
Ｓｉリッチの窒化シリコンで形成されている。
積させた第１の層間絶縁膜１０で覆われている。そし
て、半導体層４の少なくともチャネル領域５上には、窒
化シリコン（ＳｉＮX ）からなる光透過性を有するゲー
ト絶縁膜１１が形成されている。そのゲート絶縁膜１１
は、Ｓｉ／Ｎ組成比が化学量論比（Ｓｉ／Ｎ＝０．７
５）よりも大きな値、例えば、Ｓｉ／Ｎ組成比が０．８
５〜１．１程度の電荷トラップ作用を有する、いわゆる
Ｓｉリッチの窒化シリコンで形成されている。
【００１６】このため、本実施例のフォトセンサ１は、
ゲート電極（Ｇ）に印加された電圧により、チャネル領
域５に電子あるいは正孔が誘起されてゲート絶縁膜１１
に取り込まれるが、その際に光が照射されると、発生し
たキャリアもトラップされてチャネルがオンし難い方向
にしきい値電圧をシフトさせることができる。従って、
上記従来例のように、光照射によって電子−正孔対がチ
ャネル領域に発生した場合は、短時間でチャネルが形成
されてしまい、それ以上の時間をかけて光照射量を検出
することができなくなる。この点、本実施例のフォトセ
ンサは、光が照射されるに伴ってしきい値電圧がシフト
するため、光照射量の検出を電荷量ではなく、しきい値
電圧の変化により検出するようにしたので、従来検出で
きなかった一定時間以上の光照射量を高精度に検出する
ことが可能である。
ゲート電極（Ｇ）に印加された電圧により、チャネル領
域５に電子あるいは正孔が誘起されてゲート絶縁膜１１
に取り込まれるが、その際に光が照射されると、発生し
たキャリアもトラップされてチャネルがオンし難い方向
にしきい値電圧をシフトさせることができる。従って、
上記従来例のように、光照射によって電子−正孔対がチ
ャネル領域に発生した場合は、短時間でチャネルが形成
されてしまい、それ以上の時間をかけて光照射量を検出
することができなくなる。この点、本実施例のフォトセ
ンサは、光が照射されるに伴ってしきい値電圧がシフト
するため、光照射量の検出を電荷量ではなく、しきい値
電圧の変化により検出するようにしたので、従来検出で
きなかった一定時間以上の光照射量を高精度に検出する
ことが可能である。
【００１７】そして、このゲート絶縁膜１１上には、ゲ
ート電極（Ｇ）１２が形成されており、このゲート電極
（Ｇ）１２は、透明導電膜（ＩＴＯ）で形成されてい
る。ゲート電極（Ｇ）１２は、後述する電子−正孔対を
発生するために、半導体層４のチャンネル領域５のみで
なく、ｎ+ のソース領域６及びドレイン領域７の上部面
も覆うようにしても良い。
ート電極（Ｇ）１２が形成されており、このゲート電極
（Ｇ）１２は、透明導電膜（ＩＴＯ）で形成されてい
る。ゲート電極（Ｇ）１２は、後述する電子−正孔対を
発生するために、半導体層４のチャンネル領域５のみで
なく、ｎ+ のソース領域６及びドレイン領域７の上部面
も覆うようにしても良い。
【００１８】さらに、このゲート電極１２及び前記第１
の層間絶縁膜１０上を覆うように、窒化シリコンからな
る第２の層間絶縁膜１３が形成されている。
の層間絶縁膜１０上を覆うように、窒化シリコンからな
る第２の層間絶縁膜１３が形成されている。
【００１９】そして、この第２の層間絶縁膜１３上を覆
うように、窒化シリコンからなるオーバーコート膜１４
が形成されており、このオーバーコート膜１４は、第２
の層間絶縁膜１３、ソース電極８及びドレイン電極９を
保護している。
うように、窒化シリコンからなるオーバーコート膜１４
が形成されており、このオーバーコート膜１４は、第２
の層間絶縁膜１３、ソース電極８及びドレイン電極９を
保護している。
【００２０】このフォトセンサ１の製造方法は、ここで
は低温プロセスに基づいて、ガラス等の絶縁性基板２上
にプラズマＣＶＤ法により窒化シリコンを堆積させ、下
地膜３を形成している。
は低温プロセスに基づいて、ガラス等の絶縁性基板２上
にプラズマＣＶＤ法により窒化シリコンを堆積させ、下
地膜３を形成している。
【００２１】さらに、その上にアモルファスシリコン
（ａ−Ｓｉ）をプラズマＣＶＤ法によって所定の膜厚に
堆積させた後、熱処理を行ってアモルファスシリコン中
の水素を脱離させた後、エキシマレーザを照射すること
により、アモルファスシリコンをポリシリコン（ｐ−Ｓ
ｉ）へと再結晶させる。
（ａ−Ｓｉ）をプラズマＣＶＤ法によって所定の膜厚に
堆積させた後、熱処理を行ってアモルファスシリコン中
の水素を脱離させた後、エキシマレーザを照射すること
により、アモルファスシリコンをポリシリコン（ｐ−Ｓ
ｉ）へと再結晶させる。
【００２２】次に、そのポリシリコン層に対して、イオ
ン注入又はイオンドーピングによりドーパントを選択的
に高濃度に導入し、ｎ+ のソース領域６及びドレイン領
域７を形成し、エキシマレーザによって活性化処理した
後、所定形状にパターニングして半導体層４を形成す
る。そして、その上に第１の層間絶縁膜１０となるシリ
コン酸化膜を堆積させた後、後述するゲート電極１２を
形成する部分のシリコン酸化膜を除去して、窒化シリコ
ン及び透明導電膜（ＩＴＯ）をそれぞれ堆積させてパタ
ーニングを行い、ゲート絶縁膜１１及びゲート電極１２
を形成する。
ン注入又はイオンドーピングによりドーパントを選択的
に高濃度に導入し、ｎ+ のソース領域６及びドレイン領
域７を形成し、エキシマレーザによって活性化処理した
後、所定形状にパターニングして半導体層４を形成す
る。そして、その上に第１の層間絶縁膜１０となるシリ
コン酸化膜を堆積させた後、後述するゲート電極１２を
形成する部分のシリコン酸化膜を除去して、窒化シリコ
ン及び透明導電膜（ＩＴＯ）をそれぞれ堆積させてパタ
ーニングを行い、ゲート絶縁膜１１及びゲート電極１２
を形成する。
【００２３】さらに、その上には、プラズマＣＶＤ法に
より窒化シリコンを堆積した後、ソース／ドレイン電極
用のコンタクトホールを形成し、そのコンタクトホール
内に埋め込むようにアルミニウム等の電極材料を堆積さ
せる。そして、その電極材料をパターニングして、ソー
ス電極８及びドレイン電極９を形成した後、窒化シリコ
ンを堆積させてオーバーコート膜１４を形成する。
より窒化シリコンを堆積した後、ソース／ドレイン電極
用のコンタクトホールを形成し、そのコンタクトホール
内に埋め込むようにアルミニウム等の電極材料を堆積さ
せる。そして、その電極材料をパターニングして、ソー
ス電極８及びドレイン電極９を形成した後、窒化シリコ
ンを堆積させてオーバーコート膜１４を形成する。
【００２４】次に、作用を説明する。
【００２５】図２は、本実施例に係るフォトセンサのゲ
ート電圧に対するドレイン電流の特性を示す線図であ
る。
ート電圧に対するドレイン電流の特性を示す線図であ
る。
【００２６】フォトセンサ１は、上述した図１のゲート
絶縁膜１１にＳｉリッチなＳｉＮ膜を使用しているた
め、例えば、フォトセンサ１のドレイン電圧Ｖｄを１０
Ｖとして、図２に示すゲート電圧Ｖｇに対するドレイン
電流Ｉｄ（ソース電極（Ｓ）８−ドレイン電極（Ｄ）９
間に流れる電流）の変化を示すように、ヒステリシス特
性を有している。
絶縁膜１１にＳｉリッチなＳｉＮ膜を使用しているた
め、例えば、フォトセンサ１のドレイン電圧Ｖｄを１０
Ｖとして、図２に示すゲート電圧Ｖｇに対するドレイン
電流Ｉｄ（ソース電極（Ｓ）８−ドレイン電極（Ｄ）９
間に流れる電流）の変化を示すように、ヒステリシス特
性を有している。
【００２７】すなわち、ゲート電圧Ｖｇを、負の値から
徐々に正の値へとドレイン電流Ｉｄが飽和するまで上げ
て行き、その後、ゲート電圧Ｖｇを下げると、ドレイン
電流Ｉｄは、ゲート電圧Ｖｇの値に対して、ゲート電圧
Ｖｇを上昇させた場合と、ドレイン電流Ｉｄが飽和した
後に、ゲート電圧Ｖｇを下げた場合とでは、異なる値を
とって下降する。そして、この場合のヒステリシスの大
きさΔＶth（ゲート電圧Ｖｇをマイナス側から変化させ
た時における所定のドレイン電流Ｉｄが流れるゲート電
圧Ｖｇと、ゲート電圧Ｖｇをプラス側から変化させた時
における所定のドレイン電流Ｉｄが流れるゲート電圧Ｖ
ｇとの差）は、後述するように、フォトセンサ１に照射
される光の照射量及びゲート絶縁膜１１の厚さに依存す
る。しかし、ゲート絶縁膜１１の膜厚は、製造後は変化
しないため、光の照射量によってヒステリシスの大きさ
ΔＶthが決まることになる。図２におけるヒステリシス
曲線の実線部分は、光を照射しなかった場合であり、破
線部分は、光を照射したことによりゲート絶縁膜１１に
トラップされる電荷量が変化して、ヒステリシスの大き
さΔＶthが増大した状態を示している。
徐々に正の値へとドレイン電流Ｉｄが飽和するまで上げ
て行き、その後、ゲート電圧Ｖｇを下げると、ドレイン
電流Ｉｄは、ゲート電圧Ｖｇの値に対して、ゲート電圧
Ｖｇを上昇させた場合と、ドレイン電流Ｉｄが飽和した
後に、ゲート電圧Ｖｇを下げた場合とでは、異なる値を
とって下降する。そして、この場合のヒステリシスの大
きさΔＶth（ゲート電圧Ｖｇをマイナス側から変化させ
た時における所定のドレイン電流Ｉｄが流れるゲート電
圧Ｖｇと、ゲート電圧Ｖｇをプラス側から変化させた時
における所定のドレイン電流Ｉｄが流れるゲート電圧Ｖ
ｇとの差）は、後述するように、フォトセンサ１に照射
される光の照射量及びゲート絶縁膜１１の厚さに依存す
る。しかし、ゲート絶縁膜１１の膜厚は、製造後は変化
しないため、光の照射量によってヒステリシスの大きさ
ΔＶthが決まることになる。図２におけるヒステリシス
曲線の実線部分は、光を照射しなかった場合であり、破
線部分は、光を照射したことによりゲート絶縁膜１１に
トラップされる電荷量が変化して、ヒステリシスの大き
さΔＶthが増大した状態を示している。
【００２８】そこで、フォトセンサ１への書込動作時に
は、例えば、ソース電極（Ｓ）８及びドレイン電極
（Ｄ）９間に０［Ｖ］を、ゲート電極（Ｇ）１２に＋２
０［Ｖ］のパルス電圧を印加すると、ホットキャリアで
ある電子がこのソース領域６及びドレイン領域７のｎ+
層からチャネル領域５に供給され、ゲート絶縁膜１１が
上述のようにＳｉリッチとなっていることから、チャネ
ル領域５の電子がゲート絶縁膜１１に取り込まれる。こ
のように、ゲート絶縁膜１１に電子がトラップされるた
め、半導体層４のチャネル領域５には正孔が誘起され、
フォトセンサ１のしきい値電圧Ｖｔｈがプラス方向にず
れる。
は、例えば、ソース電極（Ｓ）８及びドレイン電極
（Ｄ）９間に０［Ｖ］を、ゲート電極（Ｇ）１２に＋２
０［Ｖ］のパルス電圧を印加すると、ホットキャリアで
ある電子がこのソース領域６及びドレイン領域７のｎ+
層からチャネル領域５に供給され、ゲート絶縁膜１１が
上述のようにＳｉリッチとなっていることから、チャネ
ル領域５の電子がゲート絶縁膜１１に取り込まれる。こ
のように、ゲート絶縁膜１１に電子がトラップされるた
め、半導体層４のチャネル領域５には正孔が誘起され、
フォトセンサ１のしきい値電圧Ｖｔｈがプラス方向にず
れる。
【００２９】例えば、ゲート電極１２の膜厚が２０００
（オングストローム）の場合、ゲート電圧Ｖｇを＋２
０［Ｖ］とすると、１００マイクロ秒程度の短時間でゲ
ート絶縁膜１１に電子がトラップされる。
（オングストローム）の場合、ゲート電圧Ｖｇを＋２
０［Ｖ］とすると、１００マイクロ秒程度の短時間でゲ
ート絶縁膜１１に電子がトラップされる。
【００３０】また、フォトセンサ１の消去動作時には、
例えば、ソース電極（Ｓ）８及びドレイン電極（Ｄ）９
間に０［Ｖ］を、ゲート電極（Ｇ）１２に−２０［Ｖ］
のパルス電圧を印加すると、ホットキャリアである正孔
がチャネル領域５に誘起され、チャネル領域５の正孔
が、Ｓｉリッチのゲート絶縁膜１１に取り込まれる。こ
のように、ゲート絶縁膜１１に正孔がトラップされるた
め、半導体層４のチャネル領域５には電子が誘起され
て、フォトセンサ１のしきい値電圧Ｖｔｈがマイナス方
向にずれる。
例えば、ソース電極（Ｓ）８及びドレイン電極（Ｄ）９
間に０［Ｖ］を、ゲート電極（Ｇ）１２に−２０［Ｖ］
のパルス電圧を印加すると、ホットキャリアである正孔
がチャネル領域５に誘起され、チャネル領域５の正孔
が、Ｓｉリッチのゲート絶縁膜１１に取り込まれる。こ
のように、ゲート絶縁膜１１に正孔がトラップされるた
め、半導体層４のチャネル領域５には電子が誘起され
て、フォトセンサ１のしきい値電圧Ｖｔｈがマイナス方
向にずれる。
【００３１】そして、上記フォトセンサ１の書込動作時
と消去動作時に、フォトセンサ１に対して光を照射した
場合は、光電効果によりチャネル領域５の近傍にキャリ
アが発生して、実効キャリア密度が高くなるため、上記
したゲート絶縁膜１１へトラップされるキャリア（電子
／正孔）の注入量が増加し、しきい値電圧Ｖthのシフト
量が大きくなる。すなわち、書込動作時の場合は、図２
に示すように、光を照射しない場合のしきい値電圧がＶ
th1 、光照射時のしきい値電圧はＶth2 となる。
と消去動作時に、フォトセンサ１に対して光を照射した
場合は、光電効果によりチャネル領域５の近傍にキャリ
アが発生して、実効キャリア密度が高くなるため、上記
したゲート絶縁膜１１へトラップされるキャリア（電子
／正孔）の注入量が増加し、しきい値電圧Ｖthのシフト
量が大きくなる。すなわち、書込動作時の場合は、図２
に示すように、光を照射しない場合のしきい値電圧がＶ
th1 、光照射時のしきい値電圧はＶth2 となる。
【００３２】このように、同じ書込／消去時間における
照射光量の大小は、しきい値電圧Ｖthのシフト量の大小
として捉えることができる。
照射光量の大小は、しきい値電圧Ｖthのシフト量の大小
として捉えることができる。
【００３３】ここで、しきい値電圧Ｖthが照射光量の大
小に応じてシフトすることを利用して、所定量の照射光
の有無を検出する場合は、例えば、図２に示すように、
しきい値電圧Ｖth1 とＶth2 とを予め測定しておき、そ
の間の所定電圧値を基準ゲート電圧Ｖthb とする。そし
て、フォトセンサ１のゲート電極１２に基準ゲート電圧
値Ｖthb を印加した場合に、チャネルがオンしてゲート
電流ＩD が得られると、所定量の光照射があったと判断
し、また、チャネルがオフのままでゲート電流ＩD が得
られないと所定量の光照射がなかったと判断される。
小に応じてシフトすることを利用して、所定量の照射光
の有無を検出する場合は、例えば、図２に示すように、
しきい値電圧Ｖth1 とＶth2 とを予め測定しておき、そ
の間の所定電圧値を基準ゲート電圧Ｖthb とする。そし
て、フォトセンサ１のゲート電極１２に基準ゲート電圧
値Ｖthb を印加した場合に、チャネルがオンしてゲート
電流ＩD が得られると、所定量の光照射があったと判断
し、また、チャネルがオフのままでゲート電流ＩD が得
られないと所定量の光照射がなかったと判断される。
【００３４】このように、本実施例のフォトセンサの光
検出方法によれば、フォトセンサのしきい値電圧が光照
射の有無により変動することを利用して、しきい値電圧
の変動幅の間の所定の基準ゲート電圧をゲート電極に印
加し、チャネルのオン／オフ動作結果に基づいて光照射
の有無を高精度に検出することができ、フォトセンサ自
体を小型化することができる。
検出方法によれば、フォトセンサのしきい値電圧が光照
射の有無により変動することを利用して、しきい値電圧
の変動幅の間の所定の基準ゲート電圧をゲート電極に印
加し、チャネルのオン／オフ動作結果に基づいて光照射
の有無を高精度に検出することができ、フォトセンサ自
体を小型化することができる。
【００３５】なお、本実施例のフォトセンサを使って上
記センス動作を再度行う場合は、センス時に加えた条件
と正反対の駆動条件を加える必要がある。具体的には、
書き込み状態から消去動作でセンシングを行った場合
は、再び書き込み状態へ戻す必要があり、消去状態から
書き込み動作でセンシングを行った場合は、再び消去状
態へ戻す必要がある。
記センス動作を再度行う場合は、センス時に加えた条件
と正反対の駆動条件を加える必要がある。具体的には、
書き込み状態から消去動作でセンシングを行った場合
は、再び書き込み状態へ戻す必要があり、消去状態から
書き込み動作でセンシングを行った場合は、再び消去状
態へ戻す必要がある。
【００３６】また、上記実施例では、図２に示すよう
に、ヒステリシス曲線の書込側を利用して光照射量を検
出する例を示したが、他方の消去側のしきい値電圧の変
動を利用して光照射量を検出するようにしてもよい。
に、ヒステリシス曲線の書込側を利用して光照射量を検
出する例を示したが、他方の消去側のしきい値電圧の変
動を利用して光照射量を検出するようにしてもよい。
【００３７】さらに、上記実施例では、所定量の光照射
が有ったか否かを判断しているが、ゲート電極に印加す
る基準ゲート電圧値を順次上昇させていって、どのレベ
ルのしきい値電圧を印加した場合にオン動作したかを判
別し、入射光量を直接検出するように構成することも可
能である。
が有ったか否かを判断しているが、ゲート電極に印加す
る基準ゲート電圧値を順次上昇させていって、どのレベ
ルのしきい値電圧を印加した場合にオン動作したかを判
別し、入射光量を直接検出するように構成することも可
能である。
【００３８】
【発明の効果】本発明のフォトセンサの光検出方法によ
れば、フォトセンサのゲート電極に所定電圧を印加して
ゲート絶縁膜に電荷をトラップする際に、ゲート電極を
介してシリコン薄膜に検出光を照射し、ゲート絶縁膜に
トラップされる電荷量が光の強度に応じて変動し、しき
い値が変化するので、フォトセンサのゲート電極に基準
ゲート電圧を印加した際のチャネルのオン／オフ結果を
見ることにより、光照射の有無と共に、ある一定時間に
おける照射光量を高精度に検出することが可能であっ
て、かつ小型のフォトセンサとすることができる。
れば、フォトセンサのゲート電極に所定電圧を印加して
ゲート絶縁膜に電荷をトラップする際に、ゲート電極を
介してシリコン薄膜に検出光を照射し、ゲート絶縁膜に
トラップされる電荷量が光の強度に応じて変動し、しき
い値が変化するので、フォトセンサのゲート電極に基準
ゲート電圧を印加した際のチャネルのオン／オフ結果を
見ることにより、光照射の有無と共に、ある一定時間に
おける照射光量を高精度に検出することが可能であっ
て、かつ小型のフォトセンサとすることができる。
【図１】本発明の一実施例に係るフォトセンサの構造を
示す側面断面図である。
示す側面断面図である。
【図２】本実施例に係るフォトセンサのゲート電圧に対
するドレイン電流の特性を示す線図である。
するドレイン電流の特性を示す線図である。
１ フォトセンサ ２ 絶縁性基板 ３ 下地膜 ４ 半導体層 ５ チャネル領域 ６ ソース領域 ７ ドレイン領域 ８ ソース電極 ９ ドレイン電極 １０ 第１の層間絶縁膜 １１ ゲート絶縁膜 １２ ゲート電極 １３ 第２の層間絶縁膜 １４ オーバーコート膜
Claims (1)
- 【請求項１】 チャネル領域、ソース領域及びドレイン
領域を有するシリコン薄膜と、 少なくとも前記チャネル領域上に形成され電荷トラップ
によるヒステリシス特性を有する層を含むゲート絶縁膜
と、 前記ゲート絶縁膜上に形成された透明なゲート電極と、 を備えたフォトセンサの光検出方法であって、 前記ゲート電極に所定電圧を印加して前記ゲート絶縁膜
に電荷をトラップする第１ステップと、 ゲート電圧の印加時に前記ゲート電極を介して前記シリ
コン薄膜に検出光を照射して前記ゲート絶縁膜にトラッ
プされる電荷量を光の強度に応じて変動させてしきい値
を変える第２ステップと、 前記ゲート電極に所定の基準ゲート電圧を印加してチャ
ネルのオン／オフ動作結果により照射光量を検出する第
３ステップと、 を含むことを特徴とするフォトセンサの光検出方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5096956A JPH06291353A (ja) | 1993-03-30 | 1993-03-30 | フォトセンサの光検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5096956A JPH06291353A (ja) | 1993-03-30 | 1993-03-30 | フォトセンサの光検出方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06291353A true JPH06291353A (ja) | 1994-10-18 |
Family
ID=14178730
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5096956A Pending JPH06291353A (ja) | 1993-03-30 | 1993-03-30 | フォトセンサの光検出方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06291353A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11261097A (ja) * | 1998-03-12 | 1999-09-24 | Casio Comput Co Ltd | フォトセンサ素子 |
| KR100290858B1 (ko) * | 1999-03-13 | 2001-05-15 | 구자홍 | 양자점 원적외선 수광소자 및 그 제조방법 |
| JP2012028758A (ja) * | 2010-06-25 | 2012-02-09 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置の作製方法及び半導体装置の検査方法 |
-
1993
- 1993-03-30 JP JP5096956A patent/JPH06291353A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11261097A (ja) * | 1998-03-12 | 1999-09-24 | Casio Comput Co Ltd | フォトセンサ素子 |
| KR100290858B1 (ko) * | 1999-03-13 | 2001-05-15 | 구자홍 | 양자점 원적외선 수광소자 및 그 제조방법 |
| JP2012028758A (ja) * | 2010-06-25 | 2012-02-09 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置の作製方法及び半導体装置の検査方法 |
| US9136188B2 (en) | 2010-06-25 | 2015-09-15 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Manufacturing method and test method of semiconductor device |
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