JPS5810863A - 光子的固体検出器及び、これを用いてなる画像形成タ−ゲツト - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、放射線検出器と電荷転送読み１１１クシステ
ムとより形成されるアセンブリ、殊に光子的固体検出器
に関する。

このようなアセンブリは入射Ｊｉ殊に赤外線の像を形成
するのに用いられる。

本発明は殊に固体検出器すなわちセンサが、光電流ダイ
オードすなわち一ホトダイオードから形成されておシ、
読み１１２り装置は読み取り信号妙１逐次読み取りレジ
スタに転送されるような今日、周知の電荷転送読み取９
装置（ＤＴＣ）−イギリスの文献においてはＣ０Ｄ−か
ら形成されているような場合Ｋかかるものである。信号
はここでは放射線を受ける仁とによってダイオード内に
生起せしめられる自由電荷からなるものである。本発明
は、このようなダイオードの場合を非限定的に述べるも
のである。

一般に１このような装置においては、信号祉電荷すなわ
ちホトダイオードからの電荷を運ぶように調整されてお
）、この電荷が、同符号をもつような電荷転送に用いら
れている。しかしながら、技術的理由によシ、その位置
が反対になったり、電荷が反対の符号をもつようなこと
も起り得る。

この時、信号の読み取りに問題が生じる。本発明は、以
下で説明するようにこの問題を解決することを目的とす
るものである。

本発明は、以下の説明及び添付図面を参照することによ
ってよりよく理解されるであろう。

第１（ａ、ｂ）図及び第２（’ａ、ｂ）図は、参５− 黒符号を付さないダイオードとＤＣ供給器龜とを通常の
ごとく示すものでアシ、このダイオードは、酌述したよ
うに入射したフォトンに対応する信号を供給する光電流
ダイオードである。そして電荷転送読み取多装置は、文
字ＣＯＤでマークされた矩形で表わされてお夛、付加文
字は転送電荷の符号を示している。ここでＮｑ電子、Ｐ
は１正孔”を示すものである。第１回の場合には、ホト
ダイオードは図示の通シに接続されており、転送に用い
られるのと同じ符号をもつ電荷からなる信号を供給する
。この電荷は第１（ａ）図の場合は電子であり、第１（
ｂ）図の場合は正孔である。この第１（１゜ｂ）図と比
較して示されているように、＃Ｉ２図の配列においては
、これは反転してお９、信号の電荷と転送される電荷は
反対の符号を有している。

転送電荷がいかなる符号−員（電子）又は正（正孔）−
を有しているｔａ含吃、本発８Ａが適用されるのは第２
図の状態の時である。このような６　− 状態が起るのは、ホトダイオードと電荷転送読み取り装
置が実際、一般には２つの異なる物質から形成されてい
るためである。たとえば、一般に電荷転送読み取シ装置
はＮ型チャネルのシリコン基板に形成されており、転送
電荷は電子であり、ホトダイオードは赤外線用の場合イ
ンジウムアンチモナイト基板（Ｉｎｃｋ　）内に形成さ
れている。さらＫもう１つの理由としては、主に技術的
な制約により、ホトダイオードの端子（アノードあるい
はカソード）の１つが、電荷転送装置と接続され、もう
１つの端子が電圧源に接続されているために、前者のと
り出しが不可能となることがあるためである。もしも特
別な理由で問題のシリコン基板内でｐｍチャネルが選択
されているなら第２（ａ）図あるいは第２（ｂ）図のよ
うな事１１ａｖ生じ仮−であろう。

提起されている問題を解決するために、第２（ａ）図及
び第２（ｂ）図で示されている様な２つの事態において
は第３（ａ、ｂ）図で示されているように電流源を付加
することは周知である。この電流源は図示しないが、電
流の方向は、通常の電流の慣例に従って矢印で示されて
おり、電流の方向は電子の運動方向とは反対である。こ
の電源によって供給される付加電流は１８Ｃで示されて
いる。困雌性を克服するためには、内部の導電性を確保
するキャリアと同符号を有するキャリアが読み取り装置
に注入されるように、この電流ｒｓｃが、ホトダイオー
ド内に流れる本来の光電流よりも大きくなければならな
い。９かホトダイオードの信号電流であシ、１が集中段
階で電源に供給される全電流であるとき、この場合、読
み取シ亀流はａ−ｓの形の相補的電流であり、この電流
ａ−ｓはそれ自体、電流Ｓと同様の型であることがわか
る。しかしながら、電源は電荷転送読み取り装置の外に
ある。

本発明によれば、集中度を増すために、電流源は電荷転
送読み砲り装置と同一基板上に形成される。第１の変形
例では、電流源は、第４図に示されているように電圧源
為およびグー）　Ｇ、ｃに接続されておりＮ形基板１内
に形成されているＰ形にドープされた領域によって形成
されている。添字ｓａは、このゲートと電流源との関係
を示すために選択されたものである。

この場合、転送される電荷は正孔すなわち正の電荷であ
ることを記憶されたい。このアセンブリはＰ形チャネル
を有していると言われ、第３（ｂ）図に示され念状態に
対応している。

基板は電圧ｖ、ｕｂにバイアスされている。

第４図は更にホトダイオードと（）ＣＣＯでマークされ
ている第１ゲートで示されている電荷転送装置との間に
配置されておシ、通常存在するような遷移要素を示して
いる。この遷移部はＭＯＳ）？ンジスタからなり、その
ソースはこの図の右から最遠部にあるＰ形ドープ領域で
あシ、この領域は、その制御ゲートがゲートＧｃ　　で
あるところのホト９− ダイオードに接続されている。又、ドレインは前述した
ように、破線を越えて電荷転送装置に信号電荷を注入す
るまでその下に信号電荷を蓄積するゲート０８！である
。

２つのＰ領域とグー）Ｇ、ｃＫよって飽和状態を維持さ
れたトランジスタが形成されている。このトランジスタ
は電流源と吟価であって、ソース電流は前回の電流Ｉｇ
Ｃと等価である。ホトダイオードは読み取り装置中の転
送電荷と反対符号をもつ電荷を補償するのにこの電流の
一部！Ｄを要する。

そして電流の一部１１　が次式で示される如く残る。

、１１＝Ｉｓｃ　　ＩＩＤ＋　　　　　　　（１１これ
はその電流の一部が牛の転送に望ましい符号の電荷で形
成されているような第３図の電流の配分についての式で
ある。ホトダイオードから受けとる電ｆｉＫよってトラ
ンジスタＰ　＃　Ｇｓｃ　ｌ　Ｐの出力が変動するのを
避ける丸めに、。前の飽和状態が心像とされる。

一１〇− 電流１ｉ　はゲートＧ１の下で蓄積され、全集中段階で
このゲートの下に集められる。その結果集められた電荷
はゲートＧＴ下でチャネルをつくることＫよって読み取
り装置に周期的に転送される。

第５図では蓄積グー）　ＯＳｔ下の電流Ｉｉ　の電荷を
転送している間の他のゲート下における表面電位−膳の
状態が示されている。

かかる表現においては、集線は他の電極下で効果的に支
配している表面電位を表わしておシ、破線は１電位の井
戸”において電荷が空であったとき、これらの同じ電位
がどのようになるかを示している。さらに斜線を入れた
表面は井戸内の電荷の量を示している。また、簡単にす
るために、異なるゲートはその間で交差することのない
ように示したが、実際は連続する２つのゲートは部分的
に交差していてもよい。異なるゲートから基板を分離す
る絶縁層についても簡単化の九めに図示していない。基
板がＰチャネル基板であり、動く電荷が正孔であるとい
う事実を保持する限りにおいて電位６の軸は図において
は上方に向って正となるように配向している。

本発明の装置において用いられる信号の大きさの程度つ
まり、上述のａ−−すなわち式（１）による！ｉを考慮
すれば、ホトダイオード（８すなわちＩｎ）からの信号
が増加すればする程この信号すなわち読み増り装置に注
入される信号はよシ減少する。本発明の装置は、たとえ
ばホトダイオードの過照射によるような過負荷に対して
は自己補償効果を具備している。

式（１）の右辺をキャンセルするのに充分な和項ＩＤが
大きくなると、読み取シ装置に注入される信号はＯにな
ることさえあり得る。すなわち、この値の程度かあるい
はそれ以上いかにホトダイオードが照射されても読み取
り信号は、電荷転送装置の出力でチョップ（ａｈｏｐ　
）され、いかなる場合も滑らかとはならない。

電流ｌ虐ｃが充分に高いときにはｘＩＣの存在はホトダ
イオードから電荷転送読み取９装置への信号の伝達条件
を改善することになるということもわかるであろう。実
際に、信号の注入効率はホトダイオードとＭｏｌ遷移（
ＭｏＳｔｒａｎｓｉｔｌｏｎ）のインピーダンスの相対
値に依存するということは周知である。低周波において
は、ホトダイオードの所定の抵抗のためにＭｏｌ遷移の
ト２ンスコンＩＩ／ンスに伴って注入効率は増大する。

ここでトランスコンダクタンスは信号の移送に伴う電流
すなわち前記電流！１の増加関数である。さらに＃ＩＫ
説明したように、信号の大きさをいかに選択するかによ
ってこの注入効率はすべてよシ良くな９、照射レベルす
なわち式（１）中の量！。が低くなる。

充分に照射されなかった場命紘、強く照射された場面よ
りよく移送される。

本発明の他の変形例では、第６図に示されているように
、電流源はグー）ＧＩＣＩ　　を含んでいるが、１３− このグー）　Ｇｍｃ＊の役割を次に第７図を参照して説
明しよう。

第６図の具体例においては、グー）　ａｓｈｅｓはホト
ダイオードに接続されたＰ領域の右側で基板１上に配置
されて゛おり、それを示す添字は１ｇ４図のゲ−）Ｇ、
ｃと同様にグー）　Ｇ５Ｃｓが電流の発生に寄与するた
めである。しかしながら他の過程でその中に用いられる
こともある。ソース島ではこの図において作動時、端子
間で電位差ＶＩＩＡＮ　が現われ、第４図のゲートｏｓ
ｃではＧＩＡＮ（ＩＬＡＮは再レベル化）が現われるこ
とが示されている。かかるア七ンプリは、第７（ａ−ｄ
）を参照して以下で説明するごとく作動する。

この時、Ｍｏ８）ランジスメＰ　、　Ｇ１１Ａ）Ｊａ　
Ｐは、活性時には直線形の作動条件下で作動し、残りの
時間には作動しない。

ＧａＣｌ下にある電位の井戸は、２回のＰ拡散で形成さ
れ九トランジスタと電圧ＶＩＡＨにバイアスさ１４− れ九グートＧ凰ムＮとからの電荷で満九されている。

ゲートＧＩＡＩＩの下にあるチャネルを初期時間（第７
（ａ）図）になくしたのち、Ｇａｃｍ　（第７（ｂ）図
）に付与される電位を下げることによってｃｓｃｍの下
の電位の井戸の容量社減少する。セしてＧ、。の下の余
剰電荷がａＳｔＯ下の井戸に流れ込む電流を生起する口
この電流は前の例と同様に、式（１）に従って、ホトダ
イオードに吸収される電流１１分だけ減少し＆ＩＢに等
しい、ｔｏから離れた時刻１　＝　１゜で集中段階、Ｔ
Ｉ　の接続中においてゲ一）　ａｓｃｍの下にある井戸
の容量が最小値をとるとき、第７（ｃ）図に示す状態で
あることがわかる。ＧｍＣＭの下の井戸は初期の深さに
戻され、１＝ｓ−でゲートＧＩＡ）ｌの下のチャネルを
形成することによって再び井戸は満たされる。そして装
置は次のサイクルの準備がなされるＱｏおよびＱｏ＃ｉ
Ｍ７図中では、前記電流ＩＩＣ及びＩ、のサイクル中に
得られる電荷量を示している。

前記２つの変形例を比較すると、いずれの場合も読み取
シ装−〇基板内に形成され適切にバイヤスされているＭ
ＯＳによって電流の発生はないが、第１の変形例の場合
は、蓄積ゲートＧ１に電流が連続的に流れ、チャージは
、この蓄積ゲートから読み取り装置に移送される。逆に
第２の変形例の場合は０社下に蓄積される前にグー）　
０８Ｃ＊下に第１の蓄積が行なわれる。各サイクルにお
いてこの第１の蓄積の結果としておこる移送はこの第１
場合に作動するグー）　Ｇ、Ｔに対してなされる。

グー）　Ｇ、、での電荷の移送は、本発明の範囲内で稙
々の方法において行なわれる。好ましい具体例において
は、時間とともに序々に減少する電圧を電極ａｍｍｃを
介して適用することによって行なわれる。第８図゛にみ
られるように、該電圧は、読み取シ装置の移送電極６テ
及び再レベル化電極への１サイクルの間に適用されるこ
とも示されている。

この図の具体例において、電極ａｓｃｓに適用される電
圧ランプは一次元的減少に対応し、その正の勾配は前記
の１正孔”からなる自由電荷に対応する。

第８図の時間的説明図においては、種々の位相の形状を
考慮すべく切断されており、時間間隔を山は一般ＫＴ１
　ＯＮ、／／１０もしくはそれ以下である。電流１．ｃ
は前記ランプの勾配に作用することによシ制御される。

読み堆シ装置にＧＭＴで蓄積され、ゲートＧ！によって
制御される電荷の注入は、既に検討されている集中期間
Ｔｉ　を決定する周波数において周期的に行なわれる。

各集中化の終りに於いて、１つの記鎌器のみが読み取り
器に同時に注入されたいくつかのダイオード全てからの
信号を次々に読み取るのに有用であるので、こ−の周波
数は一般的には、読み取り装置がそれ自体で情報を空に
する周波数よりも極めて小さい。既述のサイクルにおい
てｃｓｔ＆七ａｍｃｓからの電荷の移送が行なわれる周
波数に関して、その周波数はＧ！が制御され１７− １井戸を空にする以酌に数回繰り返され得、ｏｓｃｓφ
容量の方が大きい場合には、ｏｓｃｔに作用する周波数
は小さい。周波数間に課せられる関係はない。

第７図の場合には、周波数は等しく選択されておシ、読
み取り装置への移送は時間１．において有効である。

電極ＧＲＡＩＩＩ及びＧａｃｍの電位を切換える周波数
は常に等しい。

過負荷に対する自己保護及び注入効率への電流ｋｃの有
利な効果に関する既述の所見はこの変形例においても適
用される。

他方、過照射に続く遅れが考慮される限シにおいて２つ
の変形例間の差異は注目すべきであり、１８− 第−の変形例の場合には遅れはその作動点に戻るべきダ
イオードに対する必要時間に基いて観察される。該作動
点はこの過負荷の効果によシ、電流２夏りが電ｆｌｔ、
１．ｃに等しくなるまで減少される値に至るまで移動さ
れる。この移動はホトダイオードの開回路の作動点に向
けて行われる。第二の変形例においては、ダイオードの
作動点は各サイクルの開始時に再調整されるので、この
ような遅れは存在しない。

前記の装置の変形例において、グー）　ａｓｃｓはゲ−
）Ｇａｆｆの後に２つのＰ拡散の間に配置される。

この変形例は第９図に示されている。その作動は第６図
に示されている変形例の操作と同様であるＯ 電荷転送読み増多装置の物質としては、既述のシリコン
の他に砒化カリウムが使用され得る。

ホトダイオードを形成する物質としては、インジウムア
ンチモナイドの他に、最近使用されている物質の中では
、テルル化カドミウム水銀即ちＢ７ＣｄＴｅ　、及びテ
ルル化錫鉛即ちＰｂ８ｎＴ・が３〜１２μの波長を有す
る赤外線に対して用いられる。

本発明による具体例では、テルル化物がＰチャネル絖み
増多装置として協働しておシ、インジウムアンチモナイ
ドがＮチャネル読み増多装置として協働している。

本発明は製造が容易であシ、必要な付加的累子は電荷転
送読み増多装置の基板中に容易に集積化される。

ストリップに沿っであるいはモザイクの表面に配置され
たホトダイオード列からなるターゲットを構成する赤外
線画像形成における応用例がみられる。

本発明は第３（ｂ）図に対応して、Ｐ型チャンネルを有
するＮ型基板の場合に関して記述されている。

言うまでもなく、Ｎ型チャネルを有する第３（ａ）図に
も同勢に適用され、当業者にとっては公知の会費な変形
が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図、第１ｂ図及び第２＆回、第２ｂ図は、本発明
のアセンブリに符合するいろいろな状態を示す図、 第３ａ図、第３ｂ図は、本発明の第２ａ図及び第２ｂ図
の変形例を示す図、 第４図及び第５図は、夫々本発明の第１の変形例の概要
図とその電位の概要図、 第６図及び＠７（ａ”ｄ）図は本発明の他の変形例を示
す同様の１護 ＧＩＣｅ　ＧａＣ１”’ゲート、ｌｃｔ　−ｋａ　”’
電圧源、１・Ｎ形基板。 代理人升纏士今　　村　　　　元 ２１−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ＜ｔＳ　　電荷転送読み取シ装置を具備してなシ、信号
   がＭＯ８トランジスタからなる遷移部を介して読み＊Ｊ
   ）装置に注入されると共に、読み取り装置内に含まれる
   転送電荷が信号と反対符号を有してなる光子的固体検出
   器であって、転送電荷と同符号をもつ電荷から形成され
   る電流を発生する手段と、この電流を遷移部に注入する
   手段とよシなり、電流を発生する手段が前記遷移部のト
   ランジスタと並んで適度にバイヤスされて配置された第
   ２のＭＯＢ）ランジスタによって読み取シ装置と同一の
   基板上に形成されてなることを特徴とする光子的固体検
   出器。 （２）電流発生手段が、遷移部のトランジスタと並んで
   その基板上に配置されていると共に、第１ドープ領琥と
   指称され検出器が接続された基板のＰ形ドープ領域と、
   この基板内に形成された第２Ｐ形ドープ領斌と、これら
   の２つの領域の間に配置されたゲート電極とから形成さ
   れた第２のＭＯ８トランジスタからなっておシ、作動時
   、第２のＭＯＢ）ランジスタを飽和状態に維持するため
   の手段が具備されていることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項に記載の光子的検出器。 （３）　　電流発生手段が、前記トランジスタと並んで
   その基板上に配置された第２のＭＯＢ）ランジスタから
   なシ、爽にこの第２のＭＯＢ）９ンジスメは、第１ドー
   グ領域と指称され検出器が接続された基板のＰ形ドープ
   領斌と、この基板内に形成された第２のＰ形ドープ領域
   と、これら２つの領域の間に配置された第１φゲート電
   極とから形成されており、更に動作時に直線上の前記の
   第２ト２ンジスタを一つおきにバイヤスして非作動状態
   にする手段が具備されておル、第２ゲート電極は基板に
   電流を供給すべく設けられておシ、かつ動作時に遷移部
   から読み取り装置に向って、連続する８つの転送信号を
   分鴫する時間間隔内で１回以上、遅れることなく絶えず
   変化するランプＦＣ後続するような電圧をゲートに供給
   子るための手段が設けられていることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項に記載の光子的検出器〇 （４）　前記第２ゲート電極が前記２つのＰ領域間の第
   １ゲート電極の傍に配置されていることを特徴とする特
   許請求の範囲第３項に記載の光子的検出器。 （喝　前記第２ゲート電極が前記第２のＰ領域について
   第１ゲート電極の他の側に配置されていることを特徴と
   する特許請求の範囲第３項に記載の光子的検出器。 （６）　　電圧のう：ン７゛が一次元的に可変であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載の光子的検
   出器。 （η　前記検出器が光電流ダイオードから形成されてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の光子
   的検出器〇 （８）　　特許請求の範ＷＪ第１項乃至＃１３項のいず
   れかに記載の検出器を少なくとも１つ有してなる画像形
   成ターゲット。