JP2017028114A - Photodetector, photodetection device, solid-state image pickup device and camera system - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、紫外光を電気信号として出力する光検出器および固体撮像装置に関する。 The present disclosure relates to a photodetector and a solid-state imaging device that output ultraviolet light as an electrical signal.
紫外光検出器は、紫外光を受光し、光電変換によって発生する電流を検出する。紫外領域の光に対する感度を保障するために、ワイドバンドギャップ半導体材料であるダイヤモンドを用いて光電変換部を構成したデバイスが特許文献１に報告されている。 The ultraviolet light detector receives ultraviolet light and detects a current generated by photoelectric conversion. In order to guarantee the sensitivity to light in the ultraviolet region, Patent Document 1 reports a device in which a photoelectric conversion unit is formed using diamond, which is a wide band gap semiconductor material.
また、光感度を向上させるために光電変換部を被覆する電極の厚さを制限した構成で同じくワイドバンドギャップ半導体材料であるダイヤモンドを用いたタイプのものが特許文献２に報告されている。 Further, Patent Document 2 reports a type using diamond, which is also a wide bandgap semiconductor material, in a configuration in which the thickness of the electrode covering the photoelectric conversion portion is limited in order to improve photosensitivity.
しかしながら、ダイヤモンドの紫外光に対する吸収係数は低いため、高感度な紫外光検出器を実現することができない、という課題があった。 However, since the absorption coefficient of diamond for ultraviolet light is low, there is a problem that a highly sensitive ultraviolet light detector cannot be realized.
本開示は、上記課題に鑑みてなされたものであり、紫外光に対して感度が高い光検出器および固体撮像素子を提供することを目的とする。 The present disclosure has been made in view of the above problems, and an object of the present disclosure is to provide a photodetector and a solid-state imaging device that are highly sensitive to ultraviolet light.
上記従来技術の課題を解決するために、本開示の一形態に係る光検出器は、第１電極と、第１電極の上に配置された光電変換膜と、光電変換膜の上に配置された透明電極と、透明電極の上に配置された紫外光透過フィルタとを備え、紫外光透過フィルタは、紫外光領域において最大透過率を有し、光電変換膜は、紫外光領域において最大吸収係数を有する。 In order to solve the above-described problems of the related art, a photodetector according to an embodiment of the present disclosure is disposed on a first electrode, a photoelectric conversion film disposed on the first electrode, and the photoelectric conversion film. A transparent electrode and an ultraviolet light transmission filter disposed on the transparent electrode, the ultraviolet light transmission filter has a maximum transmittance in the ultraviolet light region, and the photoelectric conversion film has a maximum absorption coefficient in the ultraviolet light region. Have
また、本開示の一形態に係る光検出器において、紫外光透過フィルタは、２００ｎｍ以上、且つ、３００ｎｍ以下の波長域において、最大透過率を有していてもよい。 In the photodetector according to one embodiment of the present disclosure, the ultraviolet light transmission filter may have a maximum transmittance in a wavelength region of 200 nm or more and 300 nm or less.
また、本開示の一形態に係る光検出器において、光電変換膜の吸収係数は、第１のピークを紫外光領域に有し、第１のピークよりも小さい第２のピークを可視光領域に有していてもよい。 In the photodetector according to one embodiment of the present disclosure, the absorption coefficient of the photoelectric conversion film has a first peak in the ultraviolet light region and a second peak smaller than the first peak in the visible light region. You may have.
また、本開示の一形態に係る光検出器において、第１のピークは、ＨＯＭＯ−ＬＵＭＯギャップに由来する吸収ピークであり、第２のピークは、エキシトンピークに由来する吸収ピークであってもよい。 In the photodetector according to one embodiment of the present disclosure, the first peak may be an absorption peak derived from a HOMO-LUMO gap, and the second peak may be an absorption peak derived from an exciton peak. .
また、本開示の一形態に係る光検出器は、光検出器からの出力信号を読み出す、読み出し回路と、光検出器からの出力動作と読み出し回路の読み出し動作とを制御する制御回路とを備え、読み出し回路と制御回路とは、同一基板上に形成されていてもよい。 In addition, a photodetector according to an embodiment of the present disclosure includes a readout circuit that reads out an output signal from the photodetector, and a control circuit that controls an output operation from the photodetector and a readout operation of the readout circuit. The readout circuit and the control circuit may be formed on the same substrate.
また、本開示の一形態に係る固体撮像素子は、半導体基板と、半導体基板の上方にアレイ状に配置され、各々が異なる単位画素を構成する複数の第１電極と、複数の第１電極の上に形成された光電変換膜と、光電変換膜の上に形成された透明電極と、透明電極の上に形成され、複数の第１電極のそれぞれに対応する複数の紫外光透過フィルタと、複数の第１電極のそれぞれに対応して半導体基板内に形成され、対応する第１電極と電気的に接続され、光電変換膜で光電変換により生成された電荷を蓄積する電荷蓄積領域とを備え、複数の紫外光透過フィルタの少なくとも一部は、紫外光領域において最大透過率を有し、光電変換膜は、紫外光領域において最大吸収係数を有する。 In addition, a solid-state imaging device according to an embodiment of the present disclosure includes a semiconductor substrate, a plurality of first electrodes that are arranged in an array above the semiconductor substrate, each of which forms a different unit pixel, and a plurality of first electrodes A photoelectric conversion film formed thereon, a transparent electrode formed on the photoelectric conversion film, a plurality of ultraviolet light transmission filters formed on the transparent electrode and corresponding to each of the plurality of first electrodes, and a plurality of A charge storage region that is formed in the semiconductor substrate corresponding to each of the first electrodes, is electrically connected to the corresponding first electrode, and stores charges generated by photoelectric conversion in the photoelectric conversion film, At least some of the plurality of ultraviolet light transmission filters have a maximum transmittance in the ultraviolet light region, and the photoelectric conversion film has a maximum absorption coefficient in the ultraviolet light region.
また、本開示の一形態に係る固体撮像素子において、紫外光透過フィルタは、２００ｎｍ以上、且つ、３００ｎｍ以下の波長域において、最大透過率を有していてもよい。 In the solid-state imaging device according to one embodiment of the present disclosure, the ultraviolet light transmission filter may have a maximum transmittance in a wavelength region of 200 nm or more and 300 nm or less.
また、本開示の一形態に係る固体撮像素子において、光電変換膜の吸収係数は、第１のピークを紫外光領域に有し、第１のピークよりも小さい第２のピークを可視光領域に有していてもよい。 In the solid-state imaging device according to one embodiment of the present disclosure, the absorption coefficient of the photoelectric conversion film has a first peak in the ultraviolet light region and a second peak smaller than the first peak in the visible light region. You may have.
また、本開示の一形態に係る固体撮像素子において、第１のピークは、ＨＯＭＯ−ＬＵＭＯギャップに由来する吸収ピークであり、第２のピークは、エキシトンピークに由来する吸収ピークであってもよい。 In the solid-state imaging device according to one embodiment of the present disclosure, the first peak may be an absorption peak derived from a HOMO-LUMO gap, and the second peak may be an absorption peak derived from an exciton peak. .
また、本開示の一形態に係るカメラシステムは、上記固体撮像素子と、固体撮像素子から得られた紫外線画像及び可視光画像の少なくとも一方を表示する画像表示手段とを備える。 A camera system according to an aspect of the present disclosure includes the solid-state imaging device and an image display unit that displays at least one of an ultraviolet image and a visible light image obtained from the solid-state imaging device.
また、本開示の一形態に係るカメラシステムは、火災時に発生する炎から出射する紫外光を感知する。 In addition, the camera system according to an embodiment of the present disclosure senses ultraviolet light emitted from a flame generated at the time of a fire.
本開示によれば、紫外光に対して感度が高い光検出器および固体撮像素子を提供することができる。 According to the present disclosure, it is possible to provide a photodetector and a solid-state imaging device that are highly sensitive to ultraviolet light.
以下、本開示に係る固体撮像装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本開示について、以下の実施の形態及び添付の図面を用いて説明を行うが、これは例示を目的としており、本開示がこれらに限定されることを意図しない。 Hereinafter, embodiments of a solid-state imaging device according to the present disclosure will be described with reference to the drawings. In addition, although this indication is demonstrated using the following embodiment and attached drawing, this is for the purpose of illustration and this indication is not intended to be limited to these.
（実施の形態１）
本開示の実施の形態１に係る固体撮像装置について図１から図６を用いて説明する。
(Embodiment 1)
A solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present disclosure will be described with reference to FIGS. 1 to 6.
まず、本開示の実施の形態１に係る紫外光検出部の全体構成を説明する。 First, the overall configuration of the ultraviolet light detection unit according to the first embodiment of the present disclosure will be described.
図１（ａ）は、本開示の実施の形態１に係る紫外光検出部の一例を示す基本構成図である。紫外光検出部１００は、紫外光透過フィルタ１０１と、保護膜１０２と、導電性透明電極１０３と、光電変換膜１０４と、下部電極１０６、電荷蓄積部１０７と、アンプ回路部１０８と、データ記憶部１０９とを備える。
FIG. 1A is a basic configuration diagram illustrating an example of an ultraviolet light detection unit according to the first embodiment of the present disclosure. The ultraviolet light detection unit 100 includes an ultraviolet
紫外光透過フィルタ１０１は、例えば図１（ｂ）のような、２００ｎｍ≦λ≦３００ｎｍの波長域に透過率を有し、波長λ≧３００ｎｍで透過率が０．１％未満である紫外光透過フィルタである。一般的に、太陽光スペクトルにも、波長３００ｎｍ以上の紫外光は含まれるため、これと区別するために、紫外光透過フィルタ１０１でカットする必要がある。このような紫外光透過フィルタは、例えば、ＭｇＦ2膜とＳｉＯ2膜を、スパッタ法などを用いて交互に積層することによって得られる。
The ultraviolet
保護膜１０２や導電性透明電極１０３は、紫外光を減衰させずに光電変換膜１０４に効率良く伝達するような材料で構成される。例えば、保護膜１０２は水晶純度の高いＳｉＯ2、導電性透明電極１０３はＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）で構成される。
The
光電変換膜１０４は光を信号電荷に変換する。具体的には、光電変換膜１０４は、導電性透明電極１０３の下に形成されており、高い光吸収能を有する有機分子で構成されている。光電変換膜１０４を構成する有機分子は、例えばフラーレンＣ60で構成されている。また、光電変換膜１０４は、真空蒸着法を用いて形成される。上記有機分子は、例えば図１（ｃ）のように、波長２００ｎｍから７００ｎｍの紫外光および可視光全域にわたって高い光吸収能を有する。ここで、紫外領域のピークはＨＯＭＯ（最高占有軌道）−ＬＵＭＯ（最低非占有軌道）エネルギーギャップに由来する吸収ピーク、可視領域のピークはエキシトンピークに由来する吸収ピークである。一般に、ＨＯＭＯ−ＬＵＭＯエネルギーギャップ間での光励起によって生成された電子正孔対は、電子と正孔に比較的簡単に分離でき、大きな光電流を発生できるため、紫外領域に非常に高い感度を有する。また、光電変換膜１０４の厚さは、例えば５００ｎｍである。 The photoelectric conversion film 104 converts light into signal charges. Specifically, the photoelectric conversion film 104 is formed under the conductive transparent electrode 103 and is composed of organic molecules having high light absorption ability. The organic molecules constituting the photoelectric conversion film 104 is made of, for example, fullerene C 60. Further, the photoelectric conversion film 104 is formed using a vacuum deposition method. For example, as shown in FIG. 1C, the organic molecule has a high light absorption capability over the entire range of ultraviolet light and visible light having a wavelength of 200 nm to 700 nm. Here, the peak in the ultraviolet region is an absorption peak derived from the HOMO (highest occupied orbital) -LUMO (lowest unoccupied orbital) energy gap, and the peak in the visible region is an absorption peak derived from the exciton peak. In general, electron-hole pairs generated by photoexcitation between HOMO-LUMO energy gaps can be separated into electrons and holes relatively easily and can generate a large photocurrent, so that they have very high sensitivity in the ultraviolet region. . The thickness of the photoelectric conversion film 104 is, for example, 500 nm.
下部電極１０６は、光電変換膜１０４で発生した電子を収集し、それらの収集された電子は電荷蓄積部１０７で信号電荷として蓄積される。この下部電極１０６は、例えばＴｉＮで構成される。信号電荷は、アンプ回路１０８で増幅された後、データ記憶部１０９に保存される。 The lower electrode 106 collects electrons generated in the photoelectric conversion film 104, and the collected electrons are accumulated as signal charges in the charge accumulation unit 107. The lower electrode 106 is made of, for example, TiN. The signal charge is amplified by the amplifier circuit 108 and then stored in the data storage unit 109.
本明細書において、紫外光領域とは、１００ｎｍ以上、且つ、４００ｎｍ以下の波長帯を意味する。本明細書において、可視光領域とは、４００ｎｍ以上、且つ、８００ｎｍ以下の波長帯を意味する。 In this specification, the ultraviolet light region means a wavelength band of 100 nm or more and 400 nm or less. In this specification, the visible light region means a wavelength band of 400 nm or more and 800 nm or less.
（実施の形態２）
図２は、本開示の実施の形態２に係る固体撮像装置２０１の構成を示すブロック図である。この固体撮像装置２０１は、画素アレイ２０２と、行信号駆動回路２０３ａ及び２０３ｂと、各列に配置された列アンプとノイズキャンセラとを含むノイズキャンセラ回路２０４と、水平駆動回路２０５と、出力段アンプ２０６とを備える。
(Embodiment 2)
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of the solid-state imaging apparatus 201 according to Embodiment 2 of the present disclosure. The solid-state imaging device 201 includes a pixel array 202, row
図３は、固体撮像装置の画素２００の構成の一例を示す回路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram illustrating an example of the configuration of the
固体撮像装置の画素部において、複数の画素２００が、例えばｍ行ｎ列（ｍ、ｎはともに自然数）のマトリクス状に配置されている。
In the pixel portion of the solid-state imaging device, a plurality of
画素２００は、光電変換部３０１と、電荷蓄積（フローティングディフュージョン：ＦＤ）部３０２と、増幅トランジスタ３０３と、リセットトランジスタ３０４と、選択トランジスタ３０５を備える。
The
光電変換部３０１は、入射光を光電変換することにより、入射光量に応じた信号電荷を生成する。 The photoelectric conversion unit 301 generates signal charges corresponding to the amount of incident light by photoelectrically converting incident light.
選択トランジスタ３０５は、ソース端子が増幅トランジスタ３０３のソース端子に接続され、ドレイン端子が列信号線３０６に接続されている。 The selection transistor 305 has a source terminal connected to the source terminal of the amplification transistor 303 and a drain terminal connected to the column signal line 306.
リセットトランジスタ３０４は、ソース端子が電荷蓄積部３０２に接続され、ドレイン端子が電源線３０７に接続されている。 The reset transistor 304 has a source terminal connected to the charge storage unit 302 and a drain terminal connected to the power supply line 307.
図４は、固体撮像装置２０１の３画素分の領域の断面図である。なお、実際の画素は、画素アレイ２０２に、例えば１０００万画素分配列されている。 FIG. 4 is a cross-sectional view of a region for three pixels of the solid-state imaging device 201. The actual pixels are arranged in the pixel array 202, for example, for 10 million pixels.
図４に示すように、固体撮像装置２０１は、紫外光透過フィルタ４０１と、保護膜４０２と、導電性透明電極４０３（第２電極）と、光電変換膜４０４と、電極間絶縁膜４０５と、下部電極４０６（第１電極）と、配線間絶縁膜４０７と、給電層４０８と、配線層４０９と、基板４１０と、ウェル４１１と、ＳＴＩ領域（シャロウトレンチ分離領域）４１２と、層間絶縁層４１３と、コンタクトプラグ４１４と、電荷蓄積領域４１５と、リセットトランジスタ４１６と、増幅トランジスタ４１７とを備える。 As shown in FIG. 4, the solid-state imaging device 201 includes an ultraviolet light transmission filter 401, a protective film 402, a conductive transparent electrode 403 (second electrode), a photoelectric conversion film 404, an interelectrode insulating film 405, Lower electrode 406 (first electrode), inter-wiring insulating film 407, power feeding layer 408, wiring layer 409, substrate 410, well 411, STI region (shallow trench isolation region) 412, and interlayer insulating layer 413 A contact plug 414, a charge storage region 415, a reset transistor 416, and an amplification transistor 417.
基板４１０は、半導体基板であり、例えばシリコン基板である。 The substrate 410 is a semiconductor substrate, for example, a silicon substrate.
導電性透明電極４０３は、保護膜４０２下に画素アレイ３０２の全面にわたって形成されている。この導電性透明電極４０３は可視光および紫外光を透過する。例えば、導電性透明電極４０３はＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）で構成される。 The conductive transparent electrode 403 is formed over the entire surface of the pixel array 302 under the protective film 402. The conductive transparent electrode 403 transmits visible light and ultraviolet light. For example, the conductive transparent electrode 403 is made of ITO (Indium Tin Oxide).
光電変換膜４０４は光を信号電荷に変換する。具体的には、光電変換膜４０４は、導電性透明電極４０３の下に形成されており、高い光吸収能を有する有機分子で構成されている。光電変換膜１０４を構成する有機分子は、例えばフラーレンＣ60で構成されている。また、光電変換膜４０４の厚さは、例えば５００ｎｍである。光電変換膜４０４は、例えば、真空蒸着法を用いて形成される。 The photoelectric conversion film 404 converts light into signal charges. Specifically, the photoelectric conversion film 404 is formed under the conductive transparent electrode 403 and is composed of organic molecules having high light absorption ability. The organic molecules constituting the photoelectric conversion film 104 is made of, for example, fullerene C 60. The thickness of the photoelectric conversion film 404 is, for example, 500 nm. The photoelectric conversion film 404 is formed using, for example, a vacuum deposition method.
複数の下部電極４０６は、基板４１０の上方に、行列状に配置されている。また、複数の下部電極４０６は、各々が電気的に分離されている。具体的には、下部電極４０６は、電極間絶縁膜４０５間に形成されており、光電変換膜４０４で発生した正孔を収集する。この下部電極４０６は、例えばＴｉＮで構成される。また、下部電極４０６は、平坦化された厚さ１００ｎｍの絶縁膜４０７上に形成されている。 The plurality of lower electrodes 406 are arranged in a matrix above the substrate 410. The plurality of lower electrodes 406 are electrically isolated from each other. Specifically, the lower electrode 406 is formed between the interelectrode insulating films 405 and collects holes generated in the photoelectric conversion film 404. The lower electrode 406 is made of, for example, TiN. The lower electrode 406 is formed over the planarized insulating film 407 with a thickness of 100 nm.
また、各下部電極４０６は０．２μｍの間隔で分離されている。そして、この分離領域にも電極間絶縁膜４０５が埋め込まれている。 Further, the lower electrodes 406 are separated at intervals of 0.2 μm. An interelectrode insulating film 405 is also embedded in this isolation region.
さらに、この分離領域の下方、かつ絶縁膜４０７下に給電層４０８が配されている。この給電層４０８は、例えばＣｕで構成される。具体的には、給電層４０８は、隣接する下部電極４０６の間の領域であり、かつ下部電極４０６と基板４１０との間に形成されている。また、給電層４０８には、下部電極４０６とは独立した電位を供給可能である。具体的には、光電変換膜４０４が光電変換を行う露光動作時、及び信号読み出し回路２０９が読み出し信号を生成する読み出し動作時に、給電層４０８に、信号電荷を排斥するための電位が供給される。例えば、信号電荷が正孔の場合には正電圧が印加される。これにより、各画素に、隣接画素から正孔が混入することを防止できる。なお、このような電圧印加の制御は、例えば、固体撮像装置２０１が備える制御部（図示せず）により行なわれる。 Further, a power feeding layer 408 is disposed below the isolation region and below the insulating film 407. The power feeding layer 408 is made of Cu, for example. Specifically, the power feeding layer 408 is a region between the adjacent lower electrodes 406 and is formed between the lower electrode 406 and the substrate 410. In addition, a potential independent of the lower electrode 406 can be supplied to the power feeding layer 408. Specifically, a potential for discharging signal charges is supplied to the power supply layer 408 during an exposure operation in which the photoelectric conversion film 404 performs photoelectric conversion and in a read operation in which the signal read circuit 209 generates a read signal. . For example, when the signal charge is a hole, a positive voltage is applied. Thereby, it can prevent that a hole mixes into each pixel from an adjacent pixel. Such voltage application control is performed by, for example, a control unit (not shown) included in the solid-state imaging device 201.
給電層４０８には配線層４０９が接続されている。また、配線層４０９は、ＦＤ部３０２及び増幅トランジスタ３０３のゲート端子に接続されている。さらにＦＤ部３０２は、リセットトランジスタ３０４のソース端子に電気的に接続されている。また、リセットトランジスタ３０４のソース端子とＦＤ部３０２とは拡散領域を共有している。これらのトランジスタと、図示されてはいないが同一画素内に形成されている選択トランジスタ３０５と、ＦＤ部３０２とは全て同一のＰ型のウェル４１１内に形成されている。また、このウェル４１１は、基板４１０に形成されている。つまり、図２に示す信号読み出し回路２０９は、基板４１０上に形成されており、複数の下部電極４０６の各々に発生する電流又は電圧の変化を検知することにより、信号電荷に応じた読み出し信号を生成する。また、増幅トランジスタ３０３は、下部電極４０６に発生する電流又は電圧の変化を増幅することにより、読み出し信号を生成する。 A wiring layer 409 is connected to the power feeding layer 408. The wiring layer 409 is connected to the gate terminals of the FD portion 302 and the amplification transistor 303. Further, the FD portion 302 is electrically connected to the source terminal of the reset transistor 304. Further, the source terminal of the reset transistor 304 and the FD portion 302 share a diffusion region. These transistors, a selection transistor 305 (not shown) formed in the same pixel, and the FD portion 302 are all formed in the same P-type well 411. The well 411 is formed on the substrate 410. That is, the signal readout circuit 209 shown in FIG. 2 is formed on the substrate 410, and by detecting a change in current or voltage generated in each of the plurality of lower electrodes 406, a readout signal corresponding to the signal charge is generated. Generate. In addition, the amplification transistor 303 generates a read signal by amplifying a change in current or voltage generated in the lower electrode 406.
また、各トランジスタは、ＳｉＯ2で構成されるＳＴＩ領域４１２によって電気的に分離されている。
Each transistor is electrically isolated by an
図５は、炎検知紫外光カメラの構成を示すブロック図である。炎検知カメラ５０１は、レンズ５０２と、紫外光受光素子５０３と、アナログ・フロントエンド５０４と、信号処理部５０５と、表示部５０６とを備える。アナログ・フロントエンド５０４は、ＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓａｍｐｌｉｎｇ）回路５１０と、ＰＧＡ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｉｎ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）回路５１１と、ＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）回路５１２とを備える。
FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the flame detection ultraviolet camera. The flame detection camera 501 includes a lens 502, an ultraviolet light receiving element 503, an analog front end 504, a
レンズ５０２で集光された紫外光は、紫外光受光素子５０３で信号に変換され、アナログ・フロントエンド５０４へと入力される。アナログ・フロントエンド５０４では、入力された信号がまず、ＣＤＳ回路５１０で固定パターン雑音を抑制され、次にＰＧＡ回路５１１で増幅され、最後にＡＤＣ回路５１２でディジタル信号に変換された後、信号処理部５０５で処理され、表示部５０６で画像として作成される。信号処理部５０５には、ランダムノイズを低減させＳ／Ｎを上げるために、例えば、フレーム加算平均または画素加算平均を行う回路を設けてもよい。
The ultraviolet light collected by the lens 502 is converted into a signal by the ultraviolet light receiving element 503 and input to the analog front end 504. In the analog front end 504, the input signal is first suppressed in fixed pattern noise by the
図６（ａ）は、可視光用の固体撮像装置により撮影された画像である。図６（ａ）に示すように、カラー画像では、ライターから出る炎が映し出されている。図６（ｂ）は、本実施の形態に係る固体撮像装置により撮影された画像である。図６（ｂ）に示すように、紫外光画像では、炎から出射される紫外光のみが検出され、映し出されている。 FIG. 6A is an image photographed by a solid-state imaging device for visible light. As shown in FIG. 6A, in the color image, the flame emitted from the lighter is reflected. FIG. 6B is an image taken by the solid-state imaging device according to the present embodiment. As shown in FIG. 6B, in the ultraviolet light image, only the ultraviolet light emitted from the flame is detected and displayed.
（実施の形態３）
実施の形態３について図７から図８を用いて説明する。なお、実施の形態３に係る固体撮像装置２０１のブロック図は実施の形態２で示した図２と同様である。また、以下に示す制御信号の生成は、例えば、固体撮像装置２０１が備える制御部（図示せず）により行われることも実施の形態１と同様である。
(Embodiment 3)
A third embodiment will be described with reference to FIGS. Note that the block diagram of the solid-state imaging device 201 according to the third embodiment is the same as FIG. 2 shown in the second embodiment. In addition, the generation of the control signal shown below is performed by, for example, a control unit (not shown) included in the solid-state imaging device 201, as in the first embodiment.
図７は、変形例に係る固体撮像装置７０１の構成一例を示すブロック図である。この固体撮像装置７０１は、固体撮像装置２０１の画素部を一部変化して構成される。 FIG. 7 is a block diagram illustrating an exemplary configuration of a solid-state imaging device 701 according to a modification. This solid-state imaging device 701 is configured by partially changing the pixel portion of the solid-state imaging device 201.
固体撮像装置７０１の画素部において、ＲＧＢおよび紫外光に対してそれぞれ透過域を有するフィルタを持つ画素が、アレイ上に配置されている。なお、ＲＧＢおよび紫外光透過フィルタを有する画素の配置はこの例に限らず、ベイヤー配列の一部に本配列を混ぜてもよい。 In the pixel portion of the solid-state imaging device 701, pixels having filters each having a transmission region for RGB and ultraviolet light are arranged on the array. The arrangement of pixels having RGB and ultraviolet light transmission filters is not limited to this example, and this arrangement may be mixed with part of the Bayer arrangement.
図８Ａは、炎検知カメラの構成を示すブロック図である。この固体撮像装置８０１は、固体撮像装置５０１において、可視光検知用のアナログ・フロントエンド８０５と信号処理部８０６と可視光表示部８０７を追加して構成される。このような構成にすることによって、紫外光、可視光による像を同時に検出、表示する固体撮像装置を提供することが可能である。
FIG. 8A is a block diagram illustrating a configuration of a flame detection camera. The solid-state imaging device 801 is configured by adding an analog front end 805 for detecting visible light, a
ここで、紫外光信号処理部５０５内に比較器を設け、信号出力と所定の参照レベルと比較し、該参照レベルよりも大きいか否かを判定する。そして、紫外光量がある閾値を超えた場合にトリガーを与え、可視光透過フィルタが搭載されている画素からの信号を読み出すシステムとする。この構成により、例えば、炎からの紫外光を感知した場合のみ、撮像したカラー画像を出力するような、炎検出装置や炎撮像装置を単一で実現することができる。
Here, a comparator is provided in the ultraviolet light
なお、このようなシステムは、図８Ｂのように、紫外光用・可視光用の撮像装置２台構成でも実現可能である。図８Ｂのカメラは、図８Ａのカメラに比べて、コストやシステムサイズは大きくなるが、紫外光および可視光に対する感度を高くすることができる。 Such a system can also be realized with a configuration of two imaging devices for ultraviolet light and visible light as shown in FIG. 8B. Although the cost and system size of the camera of FIG. 8B are larger than those of the camera of FIG. 8A, sensitivity to ultraviolet light and visible light can be increased.
以上、本開示の実施の形態に係る固体撮像装置について説明したが、本開示は、この実施の形態に限定されるものではない。例えば、制御回路４０７はさらにチップ外部からの制御信号によって、より高い自由度で制御することも可能である。 The solid-state imaging device according to the embodiment of the present disclosure has been described above, but the present disclosure is not limited to this embodiment. For example, the control circuit 407 can be controlled with a higher degree of freedom by a control signal from the outside of the chip.
また、上記実施の形態に係る固体撮像装置に含まれる各処理部は典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部又は全てを含むように１チップ化されてもよい。 Each processing unit included in the solid-state imaging device according to the above-described embodiment is typically realized as an LSI that is an integrated circuit. These may be individually made into one chip, or may be made into one chip so as to include a part or all of them.
また、集積回路化はＬＳＩに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後にプログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、又はＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用してもよい。 Further, the circuit integration is not limited to LSI, and may be realized by a dedicated circuit or a general-purpose processor. An FPGA (Field Programmable Gate Array) that can be programmed after manufacturing the LSI or a reconfigurable processor that can reconfigure the connection and setting of circuit cells inside the LSI may be used.
また、上記の断面図において、各構成要素の角部及び辺を直線的に記載しているが、製造上の理由により、角部及び辺が丸みをおびたものも本開示に含まれる。 In addition, in the above cross-sectional view, the corners and sides of each component are described linearly, but the present disclosure also includes those in which the corners and sides are rounded for manufacturing reasons.
また、上記実施の形態に係る、固体撮像装置、及びそれらの変形例の機能のうち少なくとも一部を組み合わせてもよい。 Moreover, you may combine at least one part among the functions of the solid-state imaging device which concerns on the said embodiment, and those modifications.
また、上記で用いた数字は、全て本開示を具体的に説明するために例示するものであり、本開示は例示された数字に制限されない。さらに、ハイ／ローにより表される論理レベル又はオン／オフにより表されるスイッチング状態は、本開示を具体的に説明するために例示するものであり、例示された論理レベル又はスイッチング状態の異なる組み合わせにより、同等な結果を得ることも可能である。また、トランジスタ等のｎ型及びｐ型等は、本開示を具体的に説明するために例示するものであり、これらを反転させることで、同等の結果を得ることも可能である。また、上記で示した各構成要素の材料は、全て本開示を具体的に説明するために例示するものであり、本開示は例示された材料に制限されない。また、構成要素間の接続関係は、本開示を具体的に説明するために例示するものであり、本開示の機能を実現する接続関係はこれに限定されない。 Moreover, all the numbers used above are illustrated for specifically explaining the present disclosure, and the present disclosure is not limited to the illustrated numbers. In addition, logic levels represented by high / low or switching states represented by on / off are illustrative only for purposes of illustrating the present disclosure, and different combinations of illustrated logic levels or switching states. Therefore, it is possible to obtain an equivalent result. In addition, n-type and p-type transistors and the like are exemplified for specifically explaining the present disclosure, and it is possible to obtain equivalent results by inverting them. In addition, the materials of the constituent elements described above are all exemplified for specifically describing the present disclosure, and the present disclosure is not limited to the exemplified materials. In addition, the connection relationship between the components is exemplified for specifically explaining the present disclosure, and the connection relationship for realizing the functions of the present disclosure is not limited thereto.
また、上記説明では、ＭＯＳトランジスタを用いた例を示したが、他のトランジスタを用いてもよい。 In the above description, an example using a MOS transistor is shown, but other transistors may be used.
更に、本開示の主旨を逸脱しない限り、本実施の形態に対して当業者が思いつく範囲内の変更を施した各種変形例も本開示に含まれる。 Further, various modifications in which the present embodiment is modified within the scope conceivable by those skilled in the art are included in the present disclosure without departing from the gist of the present disclosure.
本開示は、紫外光検出装置に適用できる。また、本開示は、自動火災検出装置、放火監視システム、炎撮像装置などに適用できる。 The present disclosure can be applied to an ultraviolet light detection apparatus. Further, the present disclosure can be applied to an automatic fire detection device, a fire monitoring system, a flame imaging device, and the like.
１００ 紫外光検出部
１０１ 紫外光透過フィルタ
１０２ 保護膜
１０３ 導電性透明電極
１０４ 光電変換膜
１０６ 下部電極
１０７ 電荷蓄積部
１０８ アンプ回路部
１０９ データ記憶部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Ultraviolet
Claims (12)
前記第１電極の上に配置された光電変換膜と、
前記光電変換膜の上に配置された透明電極と、
前記透明電極の上に配置された紫外光透過フィルタとを備え、
前記光電変換膜は、紫外光領域において最大吸収係数を有し
前記紫外光透過フィルタは、前記紫外光領域において最大透過率を有する
光検出器。 A first electrode;
A photoelectric conversion film disposed on the first electrode;
A transparent electrode disposed on the photoelectric conversion film;
An ultraviolet light transmission filter disposed on the transparent electrode,
The photoelectric conversion film has a maximum absorption coefficient in an ultraviolet light region, and the ultraviolet light transmission filter has a maximum transmittance in the ultraviolet light region.
請求項１に記載の光検出器。 The photodetector according to claim 1, wherein the ultraviolet light transmission filter has the maximum transmittance in a wavelength range of 200 nm or more and 300 nm or less.
第１のピークを前記紫外光領域に有し、
前記第１のピークよりも小さい第２のピークを可視光領域に有する
請求項１又は２に記載の光検出器。 The absorption coefficient of the photoelectric conversion film is
Having a first peak in the ultraviolet region;
The photodetector according to claim 1, wherein a second peak smaller than the first peak is included in a visible light region.
前記第２のピークは、エキシトンピークに由来する吸収ピークである
請求項１から３のいずれか１項に記載の光検出器。 The first peak is an absorption peak derived from a HOMO-LUMO gap,
The photodetector according to any one of claims 1 to 3, wherein the second peak is an absorption peak derived from an exciton peak.
前記光検出器からの出力信号を読み出す、読み出し回路と、
前記光検出器からの出力動作と前記読み出し回路の読み出し動作とを制御する制御回路とを備え、
前記読み出し回路と前記制御回路とは、同一基板上に形成されている
光検出装置。 The photodetector according to any one of claims 1 to 4,
A readout circuit for reading out an output signal from the photodetector;
A control circuit that controls an output operation from the photodetector and a read operation of the read circuit;
The readout circuit and the control circuit are photodetection devices formed on the same substrate.
前記半導体基板の上方にアレイ状に配置され、各々が異なる単位画素を構成する複数の第１電極と、
前記複数の第１電極の上に形成された光電変換膜と、
前記光電変換膜の上に形成された透明電極と、
前記透明電極の上に形成され、前記複数の第１電極のそれぞれに対応する複数の紫外光透過フィルタと、
前記複数の第１電極のそれぞれに対応して前記半導体基板内に形成され、対応する前記第１電極と電気的に接続され、前記光電変換膜で光電変換により生成された電荷を蓄積する電荷蓄積領域とを備え、
前記複数の紫外光透過フィルタの少なくとも一部は、紫外光領域において最大透過率を有し、
前記光電変換膜は、前記紫外光領域において最大吸収係数を有する
固体撮像装置。 A semiconductor substrate;
A plurality of first electrodes arranged in an array above the semiconductor substrate, each constituting a different unit pixel;
A photoelectric conversion film formed on the plurality of first electrodes;
A transparent electrode formed on the photoelectric conversion film;
A plurality of ultraviolet light transmission filters formed on the transparent electrode and corresponding to each of the plurality of first electrodes;
Charge storage formed in the semiconductor substrate corresponding to each of the plurality of first electrodes, electrically connected to the corresponding first electrode, and storing charges generated by photoelectric conversion in the photoelectric conversion film With areas,
At least some of the plurality of ultraviolet light transmission filters have a maximum transmittance in the ultraviolet light region,
The photoelectric conversion film has a maximum absorption coefficient in the ultraviolet light region.
請求項６に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 6, wherein the plurality of ultraviolet light transmission filters include a filter having a maximum transmittance in a visible light region.
請求項６又は７に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 6, wherein the ultraviolet light transmission filter has the maximum transmittance in a wavelength range of 200 nm or more and 300 nm or less.
第１のピークを前記紫外光領域に有し、
前記第１のピークよりも小さい第２のピークを可視光領域に有し、
前記紫外光透過フィルタは、前記第１のピークに対応した波長の光を透過する
請求項６から８のいずれか１項に記載の固体撮像装置。 The absorption coefficient of the photoelectric conversion film is
Having a first peak in the ultraviolet region;
Having a second peak in the visible region that is smaller than the first peak;
The solid-state imaging device according to claim 6, wherein the ultraviolet light transmission filter transmits light having a wavelength corresponding to the first peak.
前記第２のピークは、エキシトンピークに由来する吸収ピークである
請求項６から９のいずれか１項に記載の固体撮像装置。 The first peak is an absorption peak derived from a HOMO-LUMO gap,
The solid-state imaging device according to claim 6, wherein the second peak is an absorption peak derived from an exciton peak.
前記固体撮像装置から得られた紫外線画像及び可視光画像の少なくとも一方を表示する画像表示手段とを備えた
カメラシステム。 A solid-state imaging device according to any one of claims 6 to 10,
A camera system comprising image display means for displaying at least one of an ultraviolet image and a visible light image obtained from the solid-state imaging device.
請求項１１に記載されたカメラシステム。 The camera system according to claim 11, which detects ultraviolet light generated from a flame at the time of a fire.
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