JPS58111490A - 固体撮像装置 - Google Patents

固体撮像装置

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Publication number
JPS58111490A
JPS58111490A JP56208004A JP20800481A JPS58111490A JP S58111490 A JPS58111490 A JP S58111490A JP 56208004 A JP56208004 A JP 56208004A JP 20800481 A JP20800481 A JP 20800481A JP S58111490 A JPS58111490 A JP S58111490A
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JP
Japan
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solid
state imaging
imaging device
thin film
voltage
Prior art date
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Pending
Application number
JP56208004A
Other languages
English (en)
Inventor
Takashi Ozawa
伊藤久夫
Mutsuo Takenouchi
小澤隆
Toshihisa Hamano
竹ノ内睦男
Mario Fuse
中村毅
Hisao Ito
浜野利久
Takeshi Nakamura
布施マリオ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujifilm Business Innovation Corp
Original Assignee
Fuji Xerox Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Xerox Co Ltd filed Critical Fuji Xerox Co Ltd
Priority to JP56208004A priority Critical patent/JPS58111490A/ja
Publication of JPS58111490A publication Critical patent/JPS58111490A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/10Integrated devices
    • H10F39/12Image sensors
    • H10F39/191Photoconductor image sensors

Landscapes

  • Solid State Image Pick-Up Elements (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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、絶縁体もしくは半導体基板上KM数個の光電
変換素子を形成し、該素子をスイッチング走査する回路
を、上記同一基板上もしくは外部のいずれかにもうける
ことによってなる固体撮像装置に関するものである。
固体撮像装置として、基板上に電極を)し成し、その上
に光導電性薄膜を形成し、更にその上に透明溝を性薄慎
を形成することによってなる、いわゆるサンドイッチ型
構造と称される形状を有するものが公知である。
181図(a、b)Kその一例の断面を示す0絶縁体基
&1上に帯状の電極2が形成さtIており、一方の端は
その端部なおおうように光導電性薄膜3が形成され、更
にその上に透明溝を性薄映4が形成され、該透明導電性
薄膜はバイアス電fk5に接続されている。電゛極2の
他の端は基&1上kciけられたスイッチング回路6に
ワイヤボンデイングア等の方法により接続されている。
スイッチング回路6の断面を第2図に示す。基本的には
半導体基板8上に設けられたMOS)2ンジスタ9によ
って構成されている。
第1図に示した固体撮像装置は、ガラス等の絶縁基板1
上に作製することから大型のものが可能であり、原稿幅
と同一サイズのものKより、原稿に密着させて原稿像を
読み取るいわめる密着型イメージセンナとして用いられ
る。
第3図に他の一例の断面を示す。半導体基板8上KMO
8)ツンジスタ9を形成することKよってスイッチング
回路を設け、不純物拡散領域11に接続されるよう電極
2を形成し、その上に光導電性薄1llI3を形成し、
更にその上に透明導電性薄膜4を形成し、蚊透明導電性
薄膜はバイアス電源5に接続する。不純物拡散領域12
には信号線10λ が接続されている。   ・・ 第3図に示した固体撮像装置は、半導体基板8上に作製
することから、高集積度のものが可能であり、二次元の
撮像素子により、いわゆる固体TVカメラとして用いら
れる。
第1図、第2図とも動作原理は同じで、透明電極4を通
して入射した光強度に対応する光電流が光導電性薄1[
3中に発生する。MOS )ランジスタ9をOFF[l
、、た状態では該光電流によって電極2の電位が時間経
過に従い変化するため、ある時点でMOS )ランジス
タ9をON  Kすると該電圧変化に相当する大きさの
電流が信号@10を流れ、検出が行なわれる。
一般に前記のような固体撮像装置を利用して高量子効率
、高速光応答性あるいは低残像を実現するためkは、そ
の特性よりバイアス電源5として十分大きな電圧(+1
0〜÷50V、又は−10〜−50v)が必要となる。
一般にスイッチング等の論理回路に用いられる電源電圧
は5v程度の低電圧であり、上記のように比較的高電圧
を別途必要とすることは、装置の小型化、簡単化に大き
な妨げとなる。
本発明は以上述べた従来の固体撮像装置の欠点に鑑みな
されたものであり、低電圧で躯動可能な撮像装置を提供
することを目的とする。
上記目的は、絶縁体もしくは半導体基板上に複数個の充
電変換素子を形成し、該素子を順次走査して信号を絖出
す回路を前記基板上もしくは外部に設けることKよって
なる固体撮像装置において、前記光電変換素子の印加電
圧に対する光電流の特性を低電圧において平担とするこ
とによって達成することができる。
更に、前記光電変換素子は、絶縁体もしくは半導体基板
に設けた光導電性薄膜を帯状電極及び透明導電性薄膜で
上下をはさんだ構造とすることを特徴とする。
更に前記帯状電極材料としてCrTh hub A I
s N 1等を用いたことを特徴とする。更に前記光導
電性薄−は1型又はp型アモルファスシリコンである事
を%徴とする。
本発明の要点は光導電性薄換3の電圧射光電流特性をそ
の低電圧領域において平担にすることKある。
第4図に固体撮像装置−絵素の等価回路を示す。
定電流源16および容量14は光導電性薄膜3に対応す
る。容量15は第2及び第3図における不純物拡散領域
11の接合容量で、第1図の例では更に電極2の浮遊容
量が加えられたものである。
ダイオード16は不純物拡散領域11の接合により形成
される。MOS  )ランジスタは第2及び第3図と同
様である。容量17は不純物拡散領域12の接合容量と
、該不純物拡散領域に接続された信号*ioの浮遊容量
との合成容量である。
18は信号読出のための負荷抵抗である。
光照射により定電流源13には光電流Ip が矢印の方
向に流れ、これにより容量15には信号に対応する電荷
が蓄積され、時間の経過に従ってA点の電位は第4図の
例では負の方向に下降して行く・十分な信号電荷が容量
15に蓄積された時点でMOS  )ランジスタ9をO
Nにすると、容量15は容1t17および抵抗18を通
して光電され。
A点の電位は接地レベルK リセットされる。(容量1
5はマイナス電荷がたまっている為、マイナス電荷は放
電される)その時の光電々流を抗み出すことKより信号
検出が行なわれる。
ここで光電流Ipは従来の一般的な方法により作製され
た光導電性薄IIにおいては、印加電圧VbK対して第
5図に示すような特性を有している・このような特性の
素子を低電圧1例えば5v程度で動作させると素子はa
の領域で作動することになり、この場合信号電荷が容量
15に蓄積されるに従って光導電性薄@3にかかる電圧
が減少するがそれに伴い光電流Ipは減少してしまう・
簡単な例として第4図aの領域で印加電圧に対する光電
流の関係が 工p3kvb で表わされるとすると、A点の電位vAは時間tで表わ
される。(即ち、この領域ではコンデンサー15に電荷
が溜るに従り7 A点の電位が下る・)vlはバイアス
電源5の電圧、Cは容量15の容量である。この場合、
A点の電位の変化は時間に対してリニアーな特性ではな
いため、vAの上昇に従って変化がKぶくなる。又、上
記のような特性では、信号電荷の蓄積に伴って1.光導
電性薄膜3Kかかる電圧が減少し、膜中での電界が小さ
くなり、膜中で発生した電荷が途中でトラップされる。
そのために光応答速度がきわめて悪くなる・これは実際
には残偉という現象で現われてくるか、固体撮像装置と
しては好ましくない特性であることは言うまでもない。
そのため、従来の固体撮像装置では第5図のbの領域で
使用することにより前記のような現象が生じるのを避け
ていたが、結果的にはバイアス電源5に高電圧を別途必
要とするため装置の小型化及び低電力消費化への負担と
なっていた。即ち[5図に於ける飽和電圧は120V1
以上であり、実際は+50VI程度を印加する必要が有
った。
この様に電流が一定になるのは光量/Ipがある電圧以
上では量子効率が1になる為と考えられる。
本発明は前記のような固体撮像装置のバイアス電源5が
低電圧においても、十分に高い量子効率と1元応答速度
を有する固体撮像装置を提供することを目的とするもの
である。本発明者らは上記目的を達成するために種々の
実験を重ねた結果第1図の帯状電極2 K Or、 A
u、 A1.Ni等の金属を用いる事により、従来にな
い特異な素子特性が得られる事を見出した。
本発明による固体撮像装置の光導電性薄膜の印加電圧に
対する光電流の特性を第6図に示す・本発明による光導
電性薄膜の特徴は、印加電圧Vbが0においても光電流
が一定値工1だけ流れ、電圧の変化に対してもはとんど
平担な特性を有することである。上記素子を低電圧1例
えば130VI以下の電圧で動作させると、動作領域は
第6図のa′ の領域となり、信号電荷の蓄積に従って
元導電性薄1KKかかる電圧が減少し【も光電流は変化
せず一定となる。この様な印加電圧/Ip(光電流)特
性の祷られる原因は光導電体と帯状電極との仕事関数(
ワークファンクション)等の差に起因すると考えられる
。この場合の印加電圧vb K対する光電aIp f)
関係は低電圧領域例えばl 30V I以下では Ip=に’ (const)=KVx で表わされ、第4図におけるA点の電位VAは時の比例
関係で表わされる。
A点の電位変化について、従来のものと本発明−のもの
とを比較した図を第7図に示す。一点鎖線が従来のもの
、実線が本発明によるものである口実線が電圧■1以降
変化しないのは、索子に逆バイアスがかかり、光電流が
流れなくなるためである。即ち、第4図に於てA点の電
位がVi K近づくと素子13(定電流源)K電圧がか
からなくな  。
す、又、vlを越えると素子の整流特性の為、電流が流
れな(なってしまうからである口ここで信号読出に十分
な電荷が蓄積されたときのA点の電位なり1とすると、
その電位に到達するまでの時間は、各々tl、t2とな
り、本発明によるIf!i性のものが従来のものに比べ
″CC待時間なることは明らかである0これは固体撮像
装置としては、本発明によるものが従来のものより高感
度になったことと等価である。そのため、撮像装置の応
用として原稿読取装置を考えた場合、同一原稿照明電力
においてはライン走査速度をより高速にすることが可能
となり、即ち読取速度の高速度化が達成され、又ライン
走査速度が同一の場合においては、照明電力を低減化す
ることが可能となる。
一方、撮倫装置の応用として固体TVカメラを考えた場
合、低電圧にもかかわらず高感度、低残像の装置あ実現
シ1可能であり、その効果は極めて大である。この場合
素子の駆動電圧は5v前後でおこなう事ができ従来の5
0V程度に比し、著しく低い電圧駆動が可能となる。
本発明の実施例として、基本構造である第1図にもとづ
いてそり)素子の作製プロセスを以下に説明する。
基板1としては平滑なガラスあるいはセラミックもしく
は表面をグレーズ処理したセラミック等の絶縁材料を用
いる0次いで所定の金属を電子ビー五蒸着等により20
00〜5000λの厚さで着け、フォトリソグラフィー
により所定の・櫂ターンに形成し電極2を設ける1次に
元導電性薄映6としてシランガス(SiH4)のグロ、
−放電によってアモルファスシリコン験を約1μmの厚
さで形成する。作製条件は基板温度200〜300r、
放電圧力0.2〜tOTorr、極板間距離405m、
RFパワー10〜100W、ガス流量10〜50 SC
:GM(SiH4)であり、約1時間で着映した。更に
透明導電性薄膜4としてITO(In203.5n02
)をDC2パツクにより約1500iの厚さく02分比
重5X10−4Torr)  にマスク蒸着する。第6
図に示す例では半一4体基板8に形成されるMOS )
ランジメタ9等のスイッチング回路は通常の半導体装置
の工程を用いて作製され、その上に形成される電極2・
光導電性薄8!I3、透明導電性薄膜4は前記と同様の
方法により作製する。
上記プロセスにより作製された固体撮像装置において光
導電性薄@3に印加する電圧に対する九電流の特性は、
電極2の材料および表面処理状態に大きく依存している
ことを実験により確認した。
例えば、Or、Au、A1.Ni等は第6図に示すよう
な低電圧動作が可能な特性が得られたが、 Alの表面
を薄く酸化したものや、他の金属におい【も表面に酸化
膜等のプpツキンダ層を設けたものは、第5図に示すよ
うな低電圧動作が不可能な特性になることが確認され 
た。
元導電性薄113としては水素ドープ1型アモルファス
シリマノ周期律表三族元索をドープしたp型アセルファ
スシリコンが有効であったが、この例に限らず、例えば
S@、 5e−Aa、 5e−Te%5a−As−Te
llやca−s、Cd−8o @あるいはZn−8e。
Zn−ca−Te l[等の光導電性材料もしくはこれ
らの傾合膜を用いることが可能であることは言うまでも
ない。
又、第1図の例では透明導電性薄114か最上層に形成
され、その上から元が入射する構造であるが、これと逆
に1電極2を透明導電性薄膜′として。
基板1を透明基板とし、基板側から光が入射する構造も
可能である。又、)(イアスミ源5は負の例について説
明したが、正のものも可であることは首5までもない。
又、第3図では半導体基板8上に形成されたMOS )
ランジスタ9の上に形成された固体撮像装置の例を示し
たが、基板として絶縁体を用い、その上に多結晶シリコ
ンあるいはアモルファスシリコン等を着膜してMOS 
 )ランジスタを形成したいわゆる薄膜トランジスタ着
用いて上記固体撮像装置を作製することも可能である。
上述した様に本発明の固体撮像装置はバイアス電源の電
圧が5v程度の低電圧でも良好なVb−Ip特性を実視
することを可能ならしめるもので、装置電源の簡単化、
低電圧化に極めて効を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)、 (b)は本発明に係る固体撮像装置を
示す図であり、 第2図は第1図の部分拡大図であり。 第3図は本発明に係る固体撮像装置の他の実施例を示す
図であり。 第4図は本発明に係る固体撮像装置の動作を説明するた
めの等価回路であり、 第5図は従来の固体撮像装置のVp−Ip特性を示す図
であり、 第6図は本発明による固体撮像装置のVp−Ip特性を
示す図であり、 第7図は固体撮像装置の動作について従来のものと本発
明のものとを比較した図である。 2−m−電極 3−一一光導電性薄gl  4−−−透
明導電性薄11 5−−−バイアス電源 6−−−スイ
ツチング回路 7−−−ワイヤボンデイング8−−−半
導体基板 9−−−M2S)ランジスタ 10−m−信
号l! 11.12−−一不純物拡散領域 13−m一
定電流源 14−一一元導電性薄II谷量 15−m−
接合容量 16−−−ダイオード 17−−−容量 1
8−m−負荷抵抗(番1か3名) 第  1  図 (a) 第  2  図 第  4  図 第  5  図 1−−− a −J   l−b÷ 第  6  図 第 7  図 第1頁の続き 0発 明 者 中村毅 海老名市本郷2274番地富士ゼロ ックス株式会社海老名工場内 −48(

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1+  絶縁体もしくは半導体基板上に複数個の光電
    変換素子を形成し、該素子を順次走査して信号を読出す
    回路を前記基板上もしくは外部に設けることによってな
    る固体撮像装置において、前記光電変換素子の印加電圧
    に対する光電流の特性を低電圧において平担とすること
    を特徴とする固体撮像装置。 (2)  前記光電変換素子は、絶縁体もしくは半導体
    基板′に般けた光導電性薄膜を帯状電極及び透明導電性
    薄膜で上下をはさんだ構造である事を特徴とする特許請
    求の範囲第1項に記載の固体操像装m。 (3)#記帯状電極材料としてOr、 Au、Al、N
    1等を用いたことを特徴とする特許請求の範囲第1項に
    記載の固体撮像装置拳 (41前記光導電性薄膜は1型又はp型アモルファスシ
    リコンである事をef!fglとする特許請求の範囲第
    2項又は第3項に記載の固体撮像装置。
JP56208004A 1981-12-24 1981-12-24 固体撮像装置 Pending JPS58111490A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61295659A (ja) * 1985-06-24 1986-12-26 Mitsubishi Electric Corp 光読み取り装置及びその製造方法
JPS627156A (ja) * 1985-07-03 1987-01-14 Mitsubishi Electric Corp 光読み取り装置

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS561318A (en) * 1979-06-18 1981-01-09 Canon Inc Photoelectric conversion device
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