JPH0770697B2 - 配列型赤外線検知器 - Google Patents
配列型赤外線検知器Info
- Publication number
- JPH0770697B2 JPH0770697B2 JP61191385A JP19138586A JPH0770697B2 JP H0770697 B2 JPH0770697 B2 JP H0770697B2 JP 61191385 A JP61191385 A JP 61191385A JP 19138586 A JP19138586 A JP 19138586A JP H0770697 B2 JPH0770697 B2 JP H0770697B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- infrared detector
- infrared
- semiconductor
- array type
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- 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
Landscapes
- Light Receiving Elements (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は配列型赤外線検知器に関し、特に狭禁制帯幅の
半導体を用いた配列型赤外線検知器に関する。
半導体を用いた配列型赤外線検知器に関する。
〔従来の技術〕 一般に、赤外線検知器においては狭禁制帯幅の半導体を
用いたものが高感度である事が知られている。特に、単
体の検知素子を一次元、あるいは二次元に配列した構成
をとった検知器は赤外線撮像装置に用いる場合、非常に
有効である。
用いたものが高感度である事が知られている。特に、単
体の検知素子を一次元、あるいは二次元に配列した構成
をとった検知器は赤外線撮像装置に用いる場合、非常に
有効である。
従来の配列型赤外線検知器の構成としては、エス・ピー
・アイ・イー(S.P.I.E第443巻1983年120頁)に示され
ている様に、赤外線検知部のみ狭禁制帯幅の半導体を用
い、これをシリコンのCCD(電荷結合素子)等の信号処
理部に接続したハイブリッド構造が知られている。
・アイ・イー(S.P.I.E第443巻1983年120頁)に示され
ている様に、赤外線検知部のみ狭禁制帯幅の半導体を用
い、これをシリコンのCCD(電荷結合素子)等の信号処
理部に接続したハイブリッド構造が知られている。
第2図は従来の配列型赤外線検知器の一例を示す断面図
である。
である。
同図において、従来の配列型赤外線検知器の構成は、Cd
Te基板11,Hg0.8Cd0.2Te層2,Hg0.8Cd0.2Te層2に形成さ
れた赤外線検知部となるホトダイオード4,インジウム柱
12,シリコンCCD13を含む信号処理用チップ,信号処理部
への電荷信号注入層14を有している。この構成において
は、CdTe基板11上にエピタキシャル成長させたHg0.8Cd
0.2Te層2中に赤外線検知部を形成し、これにCdTe基板1
1側から赤外光20が入射し、その出力となる電気信号を
インジウム柱12を通してシリコンCCD13に入力するもの
である。これにより、配列された各赤外線検知部からの
信号はシリコンCCD13を通して外部に読出される事にな
る。
Te基板11,Hg0.8Cd0.2Te層2,Hg0.8Cd0.2Te層2に形成さ
れた赤外線検知部となるホトダイオード4,インジウム柱
12,シリコンCCD13を含む信号処理用チップ,信号処理部
への電荷信号注入層14を有している。この構成において
は、CdTe基板11上にエピタキシャル成長させたHg0.8Cd
0.2Te層2中に赤外線検知部を形成し、これにCdTe基板1
1側から赤外光20が入射し、その出力となる電気信号を
インジウム柱12を通してシリコンCCD13に入力するもの
である。これにより、配列された各赤外線検知部からの
信号はシリコンCCD13を通して外部に読出される事にな
る。
上述した従来の配列型赤外線検知器は、その製造におい
てHg0.8Cd0.2Teとシリコンをインジウム柱で接続すると
いう極めて困難な工程を要する。更に、この配列型赤外
線検知器は77k程度に冷却して使用するのが普通である
が、何回も使用しているうちに、Hg0.8Cd0.2Teとシリコ
ンとの熱膨張率の違いより、両者の接続部分、すなわち
インジウム柱において断線を生じる。配列した素子数が
多くなればこの接続数も多くなるので、この為に配列型
赤外線検知器の信頼性は低いものとなる。
てHg0.8Cd0.2Teとシリコンをインジウム柱で接続すると
いう極めて困難な工程を要する。更に、この配列型赤外
線検知器は77k程度に冷却して使用するのが普通である
が、何回も使用しているうちに、Hg0.8Cd0.2Teとシリコ
ンとの熱膨張率の違いより、両者の接続部分、すなわち
インジウム柱において断線を生じる。配列した素子数が
多くなればこの接続数も多くなるので、この為に配列型
赤外線検知器の信頼性は低いものとなる。
また、シリコンやインジウムは赤外線に対して透明でな
いので、第2図に示す構成では赤外線検知部に対して下
側から赤外光を入射させて使用する事しかできないのは
明らかである。第2図の場合にはHg0.8Cd0.2Te層2のエ
ピタキシャル成長の基板としてCdTe基板11を用いてお
り、CdTe基板11はHg0.8Cd0.2Te層2が検知すべき波長10
μm程度の赤外線に対して透明である為にこの様な構成
が可能となる。
いので、第2図に示す構成では赤外線検知部に対して下
側から赤外光を入射させて使用する事しかできないのは
明らかである。第2図の場合にはHg0.8Cd0.2Te層2のエ
ピタキシャル成長の基板としてCdTe基板11を用いてお
り、CdTe基板11はHg0.8Cd0.2Te層2が検知すべき波長10
μm程度の赤外線に対して透明である為にこの様な構成
が可能となる。
しかし、近年、Hg1-xCdxTe結晶のエピタキシャル成長技
術の進歩により、CdTe以外の基板上、例えばサファイァ
等により良質のHg1-xCdxTeを成長させる事も可能になり
つつある。この場合、その基板が検知すべき赤外線に対
して透明でなければ第2図に示す構成はとれないという
制限が存在する。サファイアを用いた場合には、10μm
帯の赤外光はこれを透過しないので、第2図に示す構成
をとる事は不可能である。
術の進歩により、CdTe以外の基板上、例えばサファイァ
等により良質のHg1-xCdxTeを成長させる事も可能になり
つつある。この場合、その基板が検知すべき赤外線に対
して透明でなければ第2図に示す構成はとれないという
制限が存在する。サファイアを用いた場合には、10μm
帯の赤外光はこれを透過しないので、第2図に示す構成
をとる事は不可能である。
シリコンCCD13チップを赤外線検知部に接続せずに、シ
リコンCCD13も検知部と同一半導体上、すなわちHg0.8Cd
0.2Te層2上に形成すればこれらの問題点は解消する。
しかし、シリコンを用いた場合には高性能のCCDが製造
できるのに対して、Hg0.8Cd0.2Teを用いた場合には高性
能のCCDを得る事は極めて困難である。
リコンCCD13も検知部と同一半導体上、すなわちHg0.8Cd
0.2Te層2上に形成すればこれらの問題点は解消する。
しかし、シリコンを用いた場合には高性能のCCDが製造
できるのに対して、Hg0.8Cd0.2Teを用いた場合には高性
能のCCDを得る事は極めて困難である。
本発明の目的は、基板と反対の側から赤外光を入射させ
て使用する事が可能で、かつ信頼性の高い配線型赤外線
検知器を提供する事にある。
て使用する事が可能で、かつ信頼性の高い配線型赤外線
検知器を提供する事にある。
本発明の配列型赤外線検知器は、エピタキシャル成長の
基板上にHg1-xCdxTe層の第1の半導体層が形成され、更
に前記第1の半導体層の上にHg1-yCdyTe層(0<x<y
<1)の第2の半導体層が形成され、前記第2の半導体
層が部分的に除去されて前記第1の半導体層が露出した
部分には前記第1の半導体層中への入射赤外線を電気信
号に変換する赤外線検知部が形成され、前記第2の半導
体層には前記電気信号を処理する信号処理部が形成され
ていることを特徴とする。
基板上にHg1-xCdxTe層の第1の半導体層が形成され、更
に前記第1の半導体層の上にHg1-yCdyTe層(0<x<y
<1)の第2の半導体層が形成され、前記第2の半導体
層が部分的に除去されて前記第1の半導体層が露出した
部分には前記第1の半導体層中への入射赤外線を電気信
号に変換する赤外線検知部が形成され、前記第2の半導
体層には前記電気信号を処理する信号処理部が形成され
ていることを特徴とする。
本発明はエピタキシャル成長基板上に狭禁制帯幅の半導
体を成長させ、更にその上にこれより広い禁制帯幅の半
導体を成長させ、前者に赤外線検知部を形成し、後者に
CCD等の信号処理部を形成するものである。この為、同
一基板上に赤外線検知部とCCDの両者を形成してあるの
で、シリコンCCDを接続する事は不必要であり、赤外光
を基板と反対の側から入射させて使用する事が可能とな
る為にエピタキシャル成長の基板が透明でなければなら
ない制限が無い。
体を成長させ、更にその上にこれより広い禁制帯幅の半
導体を成長させ、前者に赤外線検知部を形成し、後者に
CCD等の信号処理部を形成するものである。この為、同
一基板上に赤外線検知部とCCDの両者を形成してあるの
で、シリコンCCDを接続する事は不必要であり、赤外光
を基板と反対の側から入射させて使用する事が可能とな
る為にエピタキシャル成長の基板が透明でなければなら
ない制限が無い。
次に、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
第1図(a),(b)はそれぞれ本発明の一実施例を示
す上面図,断面図である。
す上面図,断面図である。
同図において、本実施例はHg1-xCdxTeエピタキシャル成
長用基板(以下エピタキシャル成長基板と記す)1,Hg
0.8Cd0.2Te層2,Hg0.3Cd0.7Te層3,Hg0.8Cd0.2Te層2上に
形成された赤外線検知部となるホトダイオード4,絶縁膜
5,インジウム電極6,電荷信号注入層7およびHg0.3Cd0.7
Te層3上に形成された電荷転送用ゲート8,電荷蓄積用ゲ
ート9,CCD10を有している。
長用基板(以下エピタキシャル成長基板と記す)1,Hg
0.8Cd0.2Te層2,Hg0.3Cd0.7Te層3,Hg0.8Cd0.2Te層2上に
形成された赤外線検知部となるホトダイオード4,絶縁膜
5,インジウム電極6,電荷信号注入層7およびHg0.3Cd0.7
Te層3上に形成された電荷転送用ゲート8,電荷蓄積用ゲ
ート9,CCD10を有している。
本実施例は、エピタキシャル成長基板1上にまず第1の
半導体層としてHg0.8Cd0.2Te層2を成長させ、更にその
上に第2の半導体層としてのHg0.3Cd0.7Te層3を形成し
たいわゆるヘテロエピタキシャル成長による構造を用い
ている。このHg0.3Cd0.7Te層3を部分的にエッチングす
る事により、Hg0.8Cd0.2Te層2を露出させ、この部分に
例えばイオン注入する事によってホトダイオード4を形
成する。これは、Hg0.8Cd0.2Te層2の禁制帯幅によって
決まる波長10μm帯用の赤外線検知部となる。一方、エ
ッチングせずに残したHg0.3Cd0.7Te層3の表面にCCD10
等の出力信号処理部を形成し、両者をインジウム電極6
で接続する。
半導体層としてHg0.8Cd0.2Te層2を成長させ、更にその
上に第2の半導体層としてのHg0.3Cd0.7Te層3を形成し
たいわゆるヘテロエピタキシャル成長による構造を用い
ている。このHg0.3Cd0.7Te層3を部分的にエッチングす
る事により、Hg0.8Cd0.2Te層2を露出させ、この部分に
例えばイオン注入する事によってホトダイオード4を形
成する。これは、Hg0.8Cd0.2Te層2の禁制帯幅によって
決まる波長10μm帯用の赤外線検知部となる。一方、エ
ッチングせずに残したHg0.3Cd0.7Te層3の表面にCCD10
等の出力信号処理部を形成し、両者をインジウム電極6
で接続する。
本実施例において、CCD10を含む出力信号処理部をHg0.3
Cd0.7Te層3上に形成する理由を以下に説明する。
Cd0.7Te層3上に形成する理由を以下に説明する。
一般に、シリコンを用いれば高性能のCCDが製造できる
のに対し、Hg0.8Cd0.2Teを用いた場合には高性能のCCD
は製造できない。
のに対し、Hg0.8Cd0.2Teを用いた場合には高性能のCCD
は製造できない。
その最大の理由は、例えばインフラレッドフィジクス
(Infrared Physics第20巻1980年1頁)等で述べられて
いる。これによると、Hg0.8Cd0.2Teの様な禁制帯幅の狭
い半導体においてはCCD等の基本構造となるMIS(金属−
絶縁体−半導体)構造において、ゲートに電圧を印加し
た際にトンネル電流が発生する。従って、シリコンのCC
Dで行なわれている様に、ゲート電極下で信号電荷の蓄
積あるいは転送を行なう際にはこのトンネル電流による
電荷が信号電荷に比べて無視できる程度でなくてはなら
ない。この為にはトンネル電流が充分小さくなる程度の
電圧しかゲートに印加できない。
(Infrared Physics第20巻1980年1頁)等で述べられて
いる。これによると、Hg0.8Cd0.2Teの様な禁制帯幅の狭
い半導体においてはCCD等の基本構造となるMIS(金属−
絶縁体−半導体)構造において、ゲートに電圧を印加し
た際にトンネル電流が発生する。従って、シリコンのCC
Dで行なわれている様に、ゲート電極下で信号電荷の蓄
積あるいは転送を行なう際にはこのトンネル電流による
電荷が信号電荷に比べて無視できる程度でなくてはなら
ない。この為にはトンネル電流が充分小さくなる程度の
電圧しかゲートに印加できない。
CCDの原理は、ゲート下の空乏層中の電位の井戸中に信
号電荷を蓄積して転送するという原理であるので、この
事は扱える信号電荷量が小さいという事を意味する。従
って、Hg0.8Cd0.2Teの様な狭禁制帯幅の材料では検知部
からの信号電荷を効率良く処理する事のできるCCDを製
造する事は非常に困難である。
号電荷を蓄積して転送するという原理であるので、この
事は扱える信号電荷量が小さいという事を意味する。従
って、Hg0.8Cd0.2Teの様な狭禁制帯幅の材料では検知部
からの信号電荷を効率良く処理する事のできるCCDを製
造する事は非常に困難である。
一方、本実施例のように混晶半導体であるHg1-xCdxTeは
そのx値によって禁制帯幅が変化し、x=0.2の場合は
0.1eVであるのに対して、例えばx=0.7の場合には1eV
程度となり、シリコンと同程度である。従って、Hg0.8C
d0.2Teを使った場合に比べて、Hg0.3Cd0.7Teを使えばMI
S製造においてトンネル電流は発生せず、高性能のCCDが
製造できる。また、x値が小さくなると禁制帯幅も小さ
くなるのであるが、x=0.3程度までであればシリコン
には劣るものの、充分動作するCCDを製造する事は可能
である。
そのx値によって禁制帯幅が変化し、x=0.2の場合は
0.1eVであるのに対して、例えばx=0.7の場合には1eV
程度となり、シリコンと同程度である。従って、Hg0.8C
d0.2Teを使った場合に比べて、Hg0.3Cd0.7Teを使えばMI
S製造においてトンネル電流は発生せず、高性能のCCDが
製造できる。また、x値が小さくなると禁制帯幅も小さ
くなるのであるが、x=0.3程度までであればシリコン
には劣るものの、充分動作するCCDを製造する事は可能
である。
更に、ホトダイオード4としてpn接合を用いたものを使
用する場合、ダイオードの表面リーク電流を抑制する上
でその表面を適当な物質で被覆する事は重要であるが、
Hg0.8Cd0.2Te層2よりも禁制帯幅が広く、格子定数がほ
ぼ等しいHg0.3Cd0.7Te層3はこの物質として適当であ
る。従って、本実施例によれば、赤外線検知部となるホ
トダイオード4もリーク電流の少ないものになる。
用する場合、ダイオードの表面リーク電流を抑制する上
でその表面を適当な物質で被覆する事は重要であるが、
Hg0.8Cd0.2Te層2よりも禁制帯幅が広く、格子定数がほ
ぼ等しいHg0.3Cd0.7Te層3はこの物質として適当であ
る。従って、本実施例によれば、赤外線検知部となるホ
トダイオード4もリーク電流の少ないものになる。
このように、本実施例においては、Hg0.8Cd0.2Te層2上
に形成されたホトダイオード4とHg0.3Cd0.7Te層3上に
形成されたCCD10を含む出力信号処理部を接続する事に
より、高性能の配列型赤外線検知器が得られる。更に、
この構成においては赤外光20をエピタキシャル成長基板
1と反対側から入射させて使用する事が可能な為に、エ
ピタキシャル成長基板1が赤外光20に対して透明である
必要は無い。
に形成されたホトダイオード4とHg0.3Cd0.7Te層3上に
形成されたCCD10を含む出力信号処理部を接続する事に
より、高性能の配列型赤外線検知器が得られる。更に、
この構成においては赤外光20をエピタキシャル成長基板
1と反対側から入射させて使用する事が可能な為に、エ
ピタキシャル成長基板1が赤外光20に対して透明である
必要は無い。
また、Hg1-xCdxTeはxの値(混晶比)を変える事でその
禁制帯幅が可変(温度77°Kで0〜1.6eV)であり、そ
の禁制帯幅のエネルギーに等しい光子エネルギー(h
ν,ν;赤外線の振動数)の光検出器となりうる。特
に、xが0.2付近ではその禁制帯幅は0.1eV程度となり、
これは波長10μm程度の赤外光(熱赤外線)の検出器と
なりうる。
禁制帯幅が可変(温度77°Kで0〜1.6eV)であり、そ
の禁制帯幅のエネルギーに等しい光子エネルギー(h
ν,ν;赤外線の振動数)の光検出器となりうる。特
に、xが0.2付近ではその禁制帯幅は0.1eV程度となり、
これは波長10μm程度の赤外光(熱赤外線)の検出器と
なりうる。
以上説明したように本発明は、エピタキシャル成長基板
上に狭禁制帯幅の半導体を成長させ、更にその上にこれ
より広い禁制帯幅の半導体を成長させ、前者に赤外線検
知部を形成し、後者にCCD等の信号処理部を形成してお
り、従って、同一基板上に赤外線検知部とCCDの両者を
形成することにより、シリコンのCCDチップと赤外線検
知部を接続するという作業がなくなり、かつ、赤外光を
エピタキシャル成長基板と反対側から入射させて使用可
能により赤外線検知部を形成すべき狭禁制帯幅の半導体
のエピタキシャル成長基板が赤外光に対して透明でなけ
ればならないという制限もなくなる。従って、信頼度の
高い高性能の配列型赤外線検知器が得られる効果があ
る。
上に狭禁制帯幅の半導体を成長させ、更にその上にこれ
より広い禁制帯幅の半導体を成長させ、前者に赤外線検
知部を形成し、後者にCCD等の信号処理部を形成してお
り、従って、同一基板上に赤外線検知部とCCDの両者を
形成することにより、シリコンのCCDチップと赤外線検
知部を接続するという作業がなくなり、かつ、赤外光を
エピタキシャル成長基板と反対側から入射させて使用可
能により赤外線検知部を形成すべき狭禁制帯幅の半導体
のエピタキシャル成長基板が赤外光に対して透明でなけ
ればならないという制限もなくなる。従って、信頼度の
高い高性能の配列型赤外線検知器が得られる効果があ
る。
特に、Hg0.8Cd0.2Te層の場合には、その禁制帯幅は0.1e
V程度となるので、このエネルギーに等しい光子エネル
ギーを持つ波長10μm程度の赤外光(熱赤外線)の検出
器が得られる効果がある。
V程度となるので、このエネルギーに等しい光子エネル
ギーを持つ波長10μm程度の赤外光(熱赤外線)の検出
器が得られる効果がある。
第1図(a),(b)はそれぞれ本発明の一実施例を示
す上面図,断面図、第2図は従来の配列型赤外線検知器
の一例を示す断面図である。 1……Hg1-xCdxTeエピタキシャル成長用基板(エピタキ
シャル成長基板)、2……Hg0.8Cd0.2Te層、3……Hg
0.3Cd0.7Te層、4……ホトダイオード、5……絶縁膜、
6……インジウム電極、7……電荷信号注入層、8……
電荷転送用ゲート、9……電荷蓄積用ゲート、10……CC
D、11……CdTe基板、12……インジウム柱、13……シリ
コンCCD、14……電荷信号注入層、20……赤外光。
す上面図,断面図、第2図は従来の配列型赤外線検知器
の一例を示す断面図である。 1……Hg1-xCdxTeエピタキシャル成長用基板(エピタキ
シャル成長基板)、2……Hg0.8Cd0.2Te層、3……Hg
0.3Cd0.7Te層、4……ホトダイオード、5……絶縁膜、
6……インジウム電極、7……電荷信号注入層、8……
電荷転送用ゲート、9……電荷蓄積用ゲート、10……CC
D、11……CdTe基板、12……インジウム柱、13……シリ
コンCCD、14……電荷信号注入層、20……赤外光。
Claims (1)
- 【請求項1】エピタキシャル成長の基板上にHg1-xCdxTe
層の第1の半導体層が形成され、更に前記第1の半導体
層の上にHg1-yCdyTe層(0<x<y<1)の第2の半導
体層が形成され、前記第2の半導体層が部分的に除去さ
れて前記第1の半導体層が露出した部分には前記第1の
半導体層中への入射赤外線を電気信号に変換する赤外線
検知部が形成され、前記第2の半導体層には前記電気信
号を処理する信号処理部が形成されていることを特徴と
する配列型赤外線検知器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61191385A JPH0770697B2 (ja) | 1986-08-15 | 1986-08-15 | 配列型赤外線検知器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61191385A JPH0770697B2 (ja) | 1986-08-15 | 1986-08-15 | 配列型赤外線検知器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6346765A JPS6346765A (ja) | 1988-02-27 |
| JPH0770697B2 true JPH0770697B2 (ja) | 1995-07-31 |
Family
ID=16273717
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61191385A Expired - Lifetime JPH0770697B2 (ja) | 1986-08-15 | 1986-08-15 | 配列型赤外線検知器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0770697B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05267695A (ja) * | 1991-11-06 | 1993-10-15 | Mitsubishi Electric Corp | 赤外線撮像装置 |
| GB2265253A (en) * | 1992-03-18 | 1993-09-22 | Philips Electronics Uk Ltd | Infrared detector devices and their manufacture using directional etching to define connections |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5867075A (ja) * | 1981-10-19 | 1983-04-21 | Fujitsu Ltd | 複合半導体装置 |
-
1986
- 1986-08-15 JP JP61191385A patent/JPH0770697B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6346765A (ja) | 1988-02-27 |
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