JP5443800B2 - Infrared solid-state image sensor - Google Patents

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Description

本発明は、赤外線固体撮像素子に関する。   The present invention relates to an infrared solid-state imaging device.

赤外線は、可視光よりも煙、霧に対して透過性が高いという特長を有するので、赤外線撮像は、昼夜にかかわらず可能である。また、赤外線撮像は、被写体の温度情報をも得ることができるので、防衛分野をはじめ監視カメラや火災検知カメラのように広い応用範囲を有する。   Since infrared rays have a feature of being more permeable to smoke and fog than visible light, infrared imaging is possible regardless of day or night. In addition, since infrared imaging can also obtain temperature information of a subject, it has a wide range of applications such as surveillance cameras and fire detection cameras in the defense field.

近年、冷却機構を必要としない「非冷却型赤外線固体撮像素子」の開発が盛んになってきている。非冷却型すなわち熱型の赤外線固体撮像素子は、入射された波長１０μ程度の赤外線を赤外線吸収膜により熱に変換し、この変換された微弱な熱により生じる感熱部の温度変化をなんらかの熱電変換素子により電気信号に変換する。非冷却型の赤外線固体撮像素子は、この電気信号を読み出すことで赤外線画像情報を得る。   In recent years, the development of “uncooled infrared solid-state imaging devices” that do not require a cooling mechanism has become active. An uncooled type or thermal type infrared solid-state imaging device converts an incident infrared ray having a wavelength of about 10 μm into heat by an infrared absorption film, and some thermoelectric conversion element generates a temperature change of a heat-sensitive part caused by the weak heat thus converted. Is converted into an electric signal. The uncooled infrared solid-state image sensor obtains infrared image information by reading out the electrical signal.

例えば、一定の順方向電流を与えることにより温度変化を電圧変化に変換するシリコンｐｎ接合を用いた赤外線固体撮像素子が知られている（例えば、特許文献１参照）。この赤外線固体撮像素子は、半導体基板としてＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を用いることによって、シリコンＬＳＩ製造プロセスを用いて量産することができるという特長がある。また、熱電変換手素子であるシリコンｐｎ接合の整流特性を利用して、行選択の機能を実現しているので画素構造が極めてシンプルに構成できるという特長もある。   For example, an infrared solid-state imaging device using a silicon pn junction that converts a temperature change into a voltage change by applying a constant forward current is known (for example, see Patent Document 1). This infrared solid-state imaging device has a feature that it can be mass-produced using a silicon LSI manufacturing process by using an SOI (Silicon on Insulator) substrate as a semiconductor substrate. In addition, since the row selection function is realized by utilizing the rectification characteristics of the silicon pn junction which is a thermoelectric conversion hand element, there is also a feature that the pixel structure can be configured extremely simply.

赤外線固体撮像素子の性能を表す指標の一つは、赤外線固体撮像素子の温度分解能を表現するＮＥＴＤ（Noise Equivalent Temperature Difference（等価雑音温度差））である。ＮＥＴＤを小さくすること、すなわち、雑音に相当する検出温度差を小さくすることが重要である。そのためには信号の感度を高くすること、および雑音を低減することが必要である。
特開２００２−３００４７５号公報 One index representing the performance of the infrared solid-state image sensor is NETD (Noise Equivalent Temperature Difference) expressing the temperature resolution of the infrared solid-state image sensor. It is important to reduce NETD, that is, to reduce the detected temperature difference corresponding to noise. For this purpose, it is necessary to increase the sensitivity of the signal and reduce the noise.
JP 2002-300475 A

特許文献１には、増幅トランジスタの閾値ばらつきの影響を低減するための閾値電圧クランプ処理が記載されている。この閾値電圧クランプ処理は、サンプリングトランジスタがオンになると、信号線と容量結合された増幅トランジスタのゲートに負電荷が蓄積される。このとき、信号線と増幅トランジスタとの間の結合容量の電圧は、（Ｖｄｄ−Ｖｒｅｆ）−Ｖｔｈに収束させることが好ましい。ここで、Ｖｄｄは行選択回路が画素に与えるバイアス電圧であり、Ｖｒｅｆは定電流源から信号線に与えられる電圧であり、Ｖｔｈは画素の閾値電圧である。この閾値電圧クランプ処理では、信号の読み出し時に、各列の増幅トランジスタの閾値電圧のばらつきを補償することができるが、閾値電圧のクランプを行った瞬間に信号線に存在するノイズ成分がホールドされてしまい、以降、行選択時に常にその情報を参照するため、縦スジ状のノイズが現れるという問題がある。   Patent Document 1 describes threshold voltage clamping processing for reducing the influence of threshold variation of amplification transistors. In this threshold voltage clamping process, when the sampling transistor is turned on, negative charges are accumulated in the gate of the amplification transistor capacitively coupled to the signal line. At this time, the voltage of the coupling capacitance between the signal line and the amplification transistor is preferably converged to (Vdd−Vref) −Vth. Here, Vdd is a bias voltage applied to the pixel by the row selection circuit, Vref is a voltage applied to the signal line from the constant current source, and Vth is a threshold voltage of the pixel. This threshold voltage clamping process can compensate for variations in the threshold voltage of the amplification transistors in each column at the time of signal readout. However, the noise component present in the signal line is held at the moment the threshold voltage is clamped. Therefore, since the information is always referred to at the time of selecting a row, there is a problem that vertical streak noise appears.

本発明は、上記事情を考慮してなされたものであって、信号の読み出し時のノイズを可及的に少なくすることのできる赤外線撮像素子を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an infrared imaging device capable of reducing noise during signal readout as much as possible.

本発明の第１の態様による赤外線撮像素子は、半導体基板と、前記半導体基板上に、入射赤外線を検出する複数の赤外線検出画素がマトリクス状に配列された撮像領域であって、各赤外線検出画素は前記入射赤外線を吸収して熱に変換する赤外線吸収膜と、この赤外線吸収膜によって変換された熱を電気信号に変換する第１熱電変換素子と、を有する熱電変換部を備えている、撮像領域と、前記撮像領域内に、前記赤外線検出画素の各行に対応して設けられ、それぞれが対応する行の赤外線検出画素の前記第１熱電変換素子の一端に接続されて前記対応する行の赤外線検出画素を選択する、複数の行選択線と、前記撮像領域内に、前記赤外線検出画素の各列に対応して設けられ、それぞれが対応する列の赤外線検出画素の前記第１熱電変換素子の他端に接続されて前記対応する列の赤外線検出画素からの電気信号を読み出すための複数の信号線と、定電源に接続され一定の第１電位に保持されるノードと、各信号線に対応して設けられた複数の増幅器であって、各増幅器は対応する信号線から読み出された電気信号と、前記ノードの電位との差を増幅する、複数の増幅器と、各信号線に対応して設けられ、それぞれが第２熱電変換素子を有する複数の参照画素であって、各参照画素の第２熱電変換素子の一端が対応する信号線に接続され、他端が一定の第２電位に保持される、複数の参照画素と、を備え、前記半導体基板の表面部分には、前記複数の赤外線検出画素に対応してマトリクス状に配列された複数の凹部が形成され、前記赤外線検出画素のぞれぞれは、前記熱電変換部を対応する凹部の上方に支持する第１および第２支持構造部を更に有し、前記第１支持構造部は一端が対応する赤外線検出画素の熱電変換素子の一端に接続され、他端が対応する赤外線検出画素が接続する行選択線に接続される第１接続配線を有し、前記第２支持構造部は一端が対応する赤外線検出画素の熱電変換素子の他端に接続され、他端が対応する赤外線検出画素が接続する信号線に接続される第２接続配線を有することを特徴とする。 An infrared imaging device according to a first aspect of the present invention is an imaging region in which a semiconductor substrate and a plurality of infrared detection pixels for detecting incident infrared rays are arranged in a matrix on the semiconductor substrate, and each infrared detection pixel Includes an infrared absorption film that absorbs the incident infrared light and converts it into heat, and a thermoelectric conversion unit that includes a first thermoelectric conversion element that converts heat converted by the infrared absorption film into an electrical signal. And an infrared ray in the corresponding row connected to one end of the first thermoelectric conversion element of the infrared detection pixel in the corresponding row. A plurality of row selection lines for selecting detection pixels, and the first thermoelectric conversion elements of the infrared detection pixels in the corresponding columns, which are provided in the imaging region so as to correspond to the columns of the infrared detection pixels. A plurality of signal lines for reading the electric signal from the infrared detection pixel of the column is connected to the other end the corresponding and of the node to be held at the first potential of the constant is connected to a constant power supply, to each signal line A plurality of amplifiers provided correspondingly, each amplifier amplifying a difference between an electric signal read from a corresponding signal line and the potential of the node, and corresponding to each signal line A plurality of reference pixels each having a second thermoelectric conversion element, one end of the second thermoelectric conversion element of each reference pixel being connected to a corresponding signal line, and the other end being a constant second potential. A plurality of recesses arranged in a matrix corresponding to the plurality of infrared detection pixels on the surface portion of the semiconductor substrate, and the infrared detection pixels Each of the thermoelectric converters The first and second support structures are further supported above the corresponding recesses, and one end of the first support structure is connected to one end of the thermoelectric conversion element of the corresponding infrared detection pixel, and the other end corresponds. The first support wiring is connected to a row selection line to which the infrared detection pixel is connected, and the second support structure is connected to the other end of the thermoelectric conversion element of the corresponding infrared detection pixel and to the other end. And a second connection wiring connected to a signal line to which the infrared detection pixel to be connected is connected.

また、本発明の第２の態様による赤外線撮像素子は、半導体基板と、前記半導体基板上に形成され、入射赤外線を検出する赤外線検出画素であって、前記赤外線検出画素は前記入射赤外線を吸収して熱に変換する赤外線吸収膜と、この赤外線吸収膜によって変換された熱を電気信号に変換する第１熱電変換素子と、を有する熱電変換部を備えている赤外線検出画素と、前記第１熱電変換素子の一端が接続され前記赤外線検出画素からの電気信号を読み出すための信号線と、定電源に接続され一定の第１電位に保持されるノードと、前記信号線から読み出された電気信号と、前記ノードの電位との差を増幅する増幅器と、第２熱電変換素子を有し、前記第２熱電変換素子の一端が前記信号線に接続され、他端が一定の第２電位に保持されて前記第１熱電変換素子と直列に接続される参照画素と、を備え、前記半導体基板の表面部分には、前記赤外線検出画素に対応して凹部が形成され、前記赤外線検出画素は、前記熱電変換部を前記凹部の上方に支持する第１および第２支持構造部を更に有し、前記第１支持構造部は一端が前記赤外線検出画素の熱電変換素子の一端に接続され、他端が一定の電位を供給する電源に接続される第１接続配線と、前記第２支持構造部は一端が対応する赤外線検出画素の熱電変換素子の他端に接続され、他端が前記信号線に接続される第２接続配線とを備えていることを特徴とする。 An infrared imaging device according to the second aspect of the present invention is a semiconductor substrate and an infrared detection pixel formed on the semiconductor substrate for detecting incident infrared rays, wherein the infrared detection pixels absorb the incident infrared rays. An infrared detection pixel having a thermoelectric conversion unit, and an infrared detection pixel having a first thermoelectric conversion element that converts the heat converted by the infrared absorption film into an electric signal; A signal line to which one end of the conversion element is connected to read out an electric signal from the infrared detection pixel, a node connected to a constant power source and held at a constant first potential, and an electric signal read out from the signal line And a second thermoelectric conversion element, one end of the second thermoelectric conversion element is connected to the signal line, and the other end is held at a constant second potential. Being said A reference pixel connected in series with one thermoelectric conversion element, and a recess is formed in the surface portion of the semiconductor substrate corresponding to the infrared detection pixel, and the infrared detection pixel includes the thermoelectric conversion unit. The first and second support structures are further supported above the recess, and one end of the first support structure is connected to one end of the thermoelectric conversion element of the infrared detection pixel, and the other end has a constant potential. The first connection wiring connected to the power supply to be supplied and the second support structure part are connected to the other end of the thermoelectric conversion element of the corresponding infrared detection pixel and the other end is connected to the signal line. Connection wiring.

本発明によれば、信号の読み出し時のノイズを可及的に少なくすることができる。   According to the present invention, it is possible to reduce noise at the time of signal reading as much as possible.

本発明の第１実施形態による赤外線撮像素子の構成を示す回路図。1 is a circuit diagram showing a configuration of an infrared imaging device according to a first embodiment of the present invention. 第１実施形態に用いられる有感度画素の平面図。The top view of the sensitive pixel used for 1st Embodiment. 第１実施形態に用いられる有感度画素の断面図。Sectional drawing of the sensitive pixel used for 1st Embodiment. 第１実施形態に用いられる無感度画素の一具体例の平面図。FIG. 3 is a plan view of a specific example of an insensitive pixel used in the first embodiment. 第１実施形態に用いられる無感度画素の一具体例の断面図。FIG. 4 is a cross-sectional view of a specific example of an insensitive pixel used in the first embodiment. 第１実施形態に用いられる無感度画素の他の具体例の断面図。Sectional drawing of the other specific example of the insensitive pixel used for 1st Embodiment. 第２実施形態による赤外線撮像素子の構成を示す回路図。A circuit diagram showing composition of an infrared image sensor by a 2nd embodiment.

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による赤外線撮像素子の構成を図１に示す。本実施形態の赤外線撮像素子１は半導体基板（図示せず）上に形成され、マトリクス状に配列された画素を含む撮像領域１０と、読み出し回路３０と、行選択回路４０と、列選択回路４２と、を備えている。 (First embodiment)
The configuration of the infrared imaging device according to the first embodiment of the present invention is shown in FIG. The infrared imaging device 1 of the present embodiment is formed on a semiconductor substrate (not shown), and includes an imaging region 10 including pixels arranged in a matrix, a readout circuit 30, a row selection circuit 40, and a column selection circuit 42. And.

撮像領域１０は、３行２列に配列された６個の画素１１１、１１２、１２１１、１２１２、１２２１、１２２２を有している。一般に撮像領域は、通常、より多くの画素を備えているが、本実施形態では、便宜的に６画素とする。第１行に配列された画素１１１、１１２は赤外線に対する感度を有しない無感度画素（参照画素ともいう）であり、第２行および第３行に配列された画素１２１１、１２１２、１２２１、１２２２は赤外線を検出することの可能な有感度画素（赤外線検出画素ともいう）である。無感度画素１１１、１１２は、熱的無感度画素または光学的無感度画素のいずれかでよい。熱的無感度画素または光学的無感度画素の構造は後述する。各画素１１１、１１２、１２１１、１２１２、１２２１、１２２２は、熱電変換素子、例えばｐｎ接合からなるダイオード１４を少なくとも１個備えている。 The imaging region 10 includes six pixels 11 1 , 11 2 , 12 11 , 12 12 , 12 21 , and 12 22 arranged in 3 rows and 2 columns. In general, the imaging region usually includes more pixels, but in the present embodiment, it is assumed to be 6 pixels for convenience. The pixels 11 1 , 11 2 arranged in the first row are insensitive pixels (also referred to as reference pixels) that do not have sensitivity to infrared rays, and the pixels 12 11 , 12 12 , arranged in the second row and the third row, Reference numerals 12 21 and 12 22 denote sensitive pixels (also referred to as infrared detection pixels) capable of detecting infrared rays. The insensitive pixels 11 1 and 11 2 may be either thermal insensitive pixels or optical insensitive pixels. The structure of the thermal insensitive pixel or the optical insensitive pixel will be described later. Each pixel 11 1 , 11 2 , 12 11 , 12 12 , 12 21 , 12 22 includes at least one thermoelectric conversion element, for example, a diode 14 formed of a pn junction.

第２行の有感度画素１２１１、１２１２のそれぞれのダイオード１４のアノードは、行選択線１６１に接続され、第３行の有感度画素１２２１、１２２２のそれぞれのダイオード１４のアノードは、行選択線１６２に接続されている。行選択線１６１、１６２のそれぞれは、行選択回路４０によって順次選択され、選択された行選択線にはバイアス電圧Ｖｄが印加される。 The anode of each diode 14 in the second row of sensitive pixel 12 11, 12 12 are connected to the row select line 16 1, the anode of each diode 14 of the third row of sensitive pixel 12 21, 12 22 It is connected to the row select line 16 2. Each of the row selection lines 16 1 and 16 2 is sequentially selected by the row selection circuit 40, and a bias voltage Vd is applied to the selected row selection line.

第１列の有感画素１２１１、１２２１のそれぞれのダイオード１４のカソードは、第１列の垂直信号線（以下、単に信号線ともいう）１８１に接続され、第２列の有感画素１２１２、１２２２のそれぞれのダイオード１４のカソードは、第２列の垂直信号線１８２に接続されている。 The cathodes of the diodes 14 of the first row of sensitive pixels 12 11 and 12 21 are connected to the first column of vertical signal lines (hereinafter also simply referred to as signal lines) 18 1 , and the second row of sensitive pixels. 12 12, 12 22 of the cathode of each diode 14 is connected to the vertical signal line 18 2 of the second column.

また、読み出し回路３０は、オペアンプ３１１、３１２と、帰還抵抗３２１、３２２と、列選択トランジスタ３４１、３４２と、を備えている。 The readout circuit 30 includes operational amplifiers 31 1 and 31 2 , feedback resistors 32 1 and 32 2 , and column selection transistors 34 1 and 34 2 .

第１列の信号線１８１の一端は第１列の無感度画素１１１のダイオード１４のアノードに接続され、この第１列の無感度画素１１１のダイオード１４のカソードは一定の電位Ｖｓに保持される。また、第２列の信号線１８２の一端は第２列の無感度画素１１２のダイオード１４のアノードに接続され、この第２列の無感度画素１１２のダイオード１４のカソードは一定の電位Ｖｓに保持される。第１列の信号線１８１の他端はオペアンプ３１１の負側入力端子に接続され、第２列の信号線１８２の他端はオペアンプ３１２の負側入力端子に接続される。各オペアンプ３１１、３１２の正側入力端子は、共通のノード３３に接続される。帰還抵抗３２１はオペアンプ３１１の負側入力端子と出力端子との間に設けられ、帰還抵抗３２２はオペアンプ３１２の負側入力端子と出力端子との間に設けられる。また、オペアンプ３２１の出力端子は列選択トランジスタ３４１を通して水平信号線３８に接続され、オペアンプ３２２の出力端子は列選択トランジスタ３４２を通して水平信号線３８に接続される。列選択トランジスタ３４１、３４２のゲートは列選択回路４２によって接続され、この列選択回路４２によって選択されることにより、列選択トランジスタ３４１、３４２がオンする。 One end of the signal line 18 1 in the first column is connected to the anode of the insensitive pixel 11 first diode 14 of the first column, the cathode of the insensitive pixels 11 first diode 14 of the first row at a constant potential Vs Retained. One end of the signal line 18 2 of the second column is connected to an anode of a non-sensitivity pixel 11 and second diode 14 of the second column, the cathode constant potential of the second row of non-sensitivity pixel 11 and second diode 14 Held at Vs. The other end of the signal line 18 1 in the first column are connected to the negative input terminal of the operational amplifier 31 1, the other end of the signal line 18 2 in the second column are connected to the negative input terminal of the operational amplifier 31 2. The positive input terminals of the operational amplifiers 31 1 and 31 2 are connected to a common node 33. Feedback resistor 32 1 is provided between the negative input terminal of the operational amplifier 31 1 and the output terminal, a feedback resistor 32 2 is provided between the output terminal and the negative input terminal of the operational amplifier 31 2. The output terminal of the operational amplifier 32 1 is connected to the horizontal signal line 38 through column selection transistors 34 1, the output terminal of the operational amplifier 32 2 is connected to the horizontal signal line 38 through the column selection transistor 34 2. The gates of the column selection transistors 34 1 and 34 2 are connected by a column selection circuit 42, and the column selection transistors 34 1 and 34 2 are turned on by being selected by the column selection circuit 42.

行選択回路４０が選択した行選択線、例えば、行選択線１６１にバイアス電圧Ｖｄを印加すると、選択された行選択線１６１の有感度画素１２１１、１２１２のダイオード１４と、無感度画素１１１、１１２のダイオード１４からなるそれぞれの直列回路に、直列電圧Ｖｄ―Ｖｓが印加されることになる。例えば、Ｖｄ＝０．７Ｖ、Ｖｓ＝−０．７Ｖとすると、０．７Ｖの電圧が上記直列回路のそれぞれに印加される。 Row select line row selection circuit 40 selects, for example, by applying a bias voltage Vd to the row select line 16 1, and the diode 14 of the sensitive pixel 12 11, 12 12 of the row select line 16 1 is selected, the insensitive The series voltage Vd−Vs is applied to each series circuit composed of the diodes 14 of the pixels 11 1 and 11 2 . For example, if Vd = 0.7V and Vs = −0.7V, a voltage of 0.7V is applied to each of the series circuits.

一方、非選択の行選択線１６２に接続されている有感画素１２２１、１２２２のダイオード１４は、すべて逆バイアスされているので、非選択の行選択線１６２と、信号線１８１、１８２とは分離されている。即ち、ダイオード１４は、画素選択機能を担っているといってもよい。 On the other hand, the diode 14 of the sensitive pixels 12 21, 12 22 which is connected to the row select line 16 2 unselected, since all are reverse biased, and the row select line 16 2 unselected, signal lines 18 1 , it is separated from the 182. That is, the diode 14 may have a pixel selection function.

有感度画素１２１１、１２１２、１２２１、１２２２のそれぞれは、赤外線を受光すると、画素温度が上昇する。それにより、信号線１８１、１８２の電位Ｖｓｌは高くなる。例えば、被写体温度が１Ｋ（ケルビン）変化すると、有感度画素の温度は約５ｍＫ変化する。ダイオード１４の電流値は、Ｖｄ＝０．７Ｖを印加する条件の下では、１℃の温度上昇に対して、およそ１μＡから２０％増加する。このため、有感度画素の温度が５ｍＫ変化すると、電流は０．１％（１ｎＡ）増加する。 When each of the sensitive pixels 12 11 , 12 12 , 12 21 , and 12 22 receives infrared rays, the pixel temperature increases. Thereby, the potential Vsl of the signal lines 18 1 and 18 2 is increased. For example, when the subject temperature changes by 1 K (Kelvin), the temperature of the sensitive pixel changes by about 5 mK. The current value of the diode 14 increases from approximately 1 μA to 20% with respect to a temperature increase of 1 ° C. under the condition of applying Vd = 0.7V. For this reason, when the temperature of the sensitive pixel changes by 5 mK, the current increases by 0.1% (1 nA).

図１に示す本実施形態の赤外線撮像素子では、有感度画素のダイオード（熱電変換素子）と、無感度画素のダイオード（熱電変換素子）とを直列接続し、ノード３３を接地すると、有感度画素での電流増加分だけがオペアンプ３１１、３１２にて増幅される。例えば、帰還抵抗３２１、３２２の抵抗値を１ＭΩとすれば、出力電圧は、１ｎＡ×１ＭΩ＝１ｍＶとなる。すなわち、被写体温度１Ｋの変化が１ｍＶの応答として出力されることになり、これは熱型の赤外線撮像素子としては十分な値である。 In the infrared imaging device of this embodiment shown in FIG. 1, when a diode (thermoelectric conversion element) of a sensitive pixel and a diode (thermoelectric conversion element) of an insensitive pixel are connected in series and the node 33 is grounded, the sensitive pixel Only the increase in current is amplified by the operational amplifiers 31 1 and 31 2 . For example, if the resistance values of the feedback resistors 32 1 and 32 2 are 1 MΩ, the output voltage is 1 nA × 1 MΩ = 1 mV. That is, a change in the subject temperature 1K is output as a response of 1 mV, which is a sufficient value for a thermal infrared imaging device.

各列のオペアンプ３１１、３１２の出力は、列選択トランジスタ３４１、３４２によって順番に読み出される。列選択トランジスタ３４１、３４２のゲート電圧は、水平選択回路４２から順番に供給され、オペアンプ３１１、３１２の出力電圧が順番に水平信号線３８を通して出力される。 The outputs of the operational amplifiers 31 1 and 31 2 in each column are sequentially read out by the column selection transistors 34 1 and 34 2 . The gate voltages of the column selection transistors 34 1 and 34 2 are sequentially supplied from the horizontal selection circuit 42, and the output voltages of the operational amplifiers 31 1 and 31 2 are sequentially output through the horizontal signal line 38.

以上説明したように、行選択回路４０に行選択線を交互に選択し、選択された行選択線に接続されている有感度画素によって被写体の温度変化が電気信号として取り出されて、この電気信号がオペアンプによって増幅され、この増幅された電気信号は、列選択トランジスタ３４１、３４２によって順番に水平信号線３８に読み出される。 As described above, the row selection line is alternately selected by the row selection circuit 40, and the temperature change of the subject is extracted as an electrical signal by the sensitive pixel connected to the selected row selection line. Are amplified by the operational amplifier, and the amplified electric signals are sequentially read out to the horizontal signal line 38 by the column selection transistors 34 1 and 34 2 .

解決しようとする課題の項に述べたように、従来の閾値電圧クランプ処理では、閾値電圧クランプを行った瞬間に信号線に存在するノイズ成分がホールドされてしまい、以降、行選択線の選択時に常にその情報を参照するため、縦スジノイズが現れるという問題があった。   As described in the section of the problem to be solved, in the conventional threshold voltage clamping process, the noise component existing in the signal line is held at the moment when the threshold voltage clamping is performed, and thereafter, when the row selection line is selected. There is a problem that vertical stripe noise appears because the information is always referred to.

これに対して、本実施形態の赤外線撮像素子においては、全ての有感度画素に対して、無感度画素との差分信号が常に比較出力されるため、原理的にノイズがホールドされず、縦スジノイズを発生しない。   On the other hand, in the infrared imaging device of this embodiment, the difference signal from the insensitive pixel is always compared and output for all the sensitive pixels, so that in principle, noise is not held, and vertical streak noise is generated. Does not occur.

次に、本実施形態による赤外線撮像素子の有感度画素の構造を図２および図３を参照して説明する。図２は本実施形態による赤外線撮像素子の有感度画素１２の平面図であり、図３は図２示す切断線Ａ−Ａで切断した場合の断面図である。有感度画素１２は、ＳＯＩ基板上に形成される。このＳＯＩ基板は、支持基板１０１と、埋め込み絶縁層（ＢＯＸ層）１０２と、シリコン単結晶からなるＳＯＩ（Silicon-On-Insulator）層と、を有し、表面部分に凹部１１０が形成されている。そして有感度画素１２は、上記ＳＯＩ層に形成された熱電変換部１３と、熱電変換部１３を凹部１１０の上方に支持する支持構造部１３０ａ、１３０ｂと、を備えている。熱電変換部１３は、直列に接続された複数（図２および図３では２個）のダイオード１４と、これらのダイオード１４を接続する配線１２０と、これらのダイオード１４および配線１２０を覆うように形成された赤外線吸収膜１２４とを備えている。支持構造部１３０ａは、一端が対応する行選択線に接続され他端が直列に接続されたダイオードからなる直列回路の一端に接続される接続配線１３２ａと、この接続配線１３２ａを覆う絶縁膜１３４ａとを備えている。他方の支持構造部１３０ｂは、一端が対応する垂直信号線に接続され他端が直列に接続されたダイオードからなる直列回路の他端に接続される接続配線１３２ｂと、この接続配線１３２ｂを覆う絶縁膜１３４ｂとを備えている。   Next, the structure of the sensitive pixel of the infrared imaging device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 2 is a plan view of the sensitive pixel 12 of the infrared imaging device according to the present embodiment, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the cutting line AA shown in FIG. The sensitive pixel 12 is formed on an SOI substrate. This SOI substrate includes a support substrate 101, a buried insulating layer (BOX layer) 102, and an SOI (Silicon-On-Insulator) layer made of silicon single crystal, and a recess 110 is formed on the surface portion. . The sensitive pixel 12 includes a thermoelectric conversion unit 13 formed in the SOI layer and support structure units 130 a and 130 b that support the thermoelectric conversion unit 13 above the recess 110. The thermoelectric conversion unit 13 is formed so as to cover a plurality of (two in FIG. 2 and FIG. 3) diodes 14 connected in series, a wiring 120 connecting these diodes 14, and these diodes 14 and wirings 120. Infrared absorbing film 124 is provided. The support structure portion 130a includes a connection wiring 132a connected to one end of a series circuit composed of a diode having one end connected to a corresponding row selection line and the other end connected in series, and an insulating film 134a covering the connection wiring 132a. It has. The other support structure 130b includes a connection wiring 132b connected to the other end of a series circuit composed of a diode having one end connected to a corresponding vertical signal line and the other end connected in series, and an insulation covering the connection wiring 132b. And a film 134b.

赤外線吸収膜１２４は入射された赤外線によって発熱する。ダイオード１４は、赤外線吸収膜１２４で発生した熱を電気信号に変換する。支持構造部１３０ａ、１３０ｂは、熱電変換部１３の周囲を取り巻くように細長く形成されている。これにより、熱電変換部１３は、ＳＯＩ基板からほぼ断熱された状態でＳＯＩ基板上に支持される。   The infrared absorbing film 124 generates heat due to incident infrared rays. The diode 14 converts heat generated in the infrared absorption film 124 into an electrical signal. The support structure portions 130 a and 130 b are formed to be elongated so as to surround the periphery of the thermoelectric conversion portion 13. Thereby, the thermoelectric conversion part 13 is supported on an SOI substrate in the state substantially insulated from the SOI substrate.

このような構造を有することにより、有感度画素１２は、入射された赤外線に応じて発生した熱を蓄熱し、この熱に基づいた電圧を信号線に出力することができる。   By having such a structure, the sensitive pixel 12 can store heat generated according to incident infrared rays and output a voltage based on the heat to the signal line.

行選択線からのバイアス電圧Ｖｄは、配線１３２ａを介してダイオード１４へ伝達される。ダイオード１４を通過した信号は、配線１３２ｂを介して垂直信号線に伝達される。   The bias voltage Vd from the row selection line is transmitted to the diode 14 through the wiring 132a. The signal that has passed through the diode 14 is transmitted to the vertical signal line through the wiring 132b.

次に、本実施形態による赤外線撮像素子の無感度画素の一具体例の構成を図４乃至図５を参照して説明する。図４はこの具体例の無感度画素１１の平面図であり、図５は図４に示す切断線Ｂ−Ｂで切断した場合の断面図である。この無感度画素１１は、有感度画素１２と同様に、ＳＯＩ基板上に形成される。しかし、無感度画素１１が形成されるＳＯＩ基板の領域には、有感度画素１２の場合と異なり、凹部１１０は形成されていない。そして無感度画素１１は、上記ＳＯＩ基板のＳＯＩ層に形成され直列に接続された複数（図２および図３では２個）のダイオード１４と、これらのダイオード１４を接続する配線１２０と、一端が一定の電位Ｖｓの電源線に接続され他端が直列に接続されたダイオードからなる直列回路の一端に接続される接続配線１４２ａと、一端が対応する垂直信号線に接続され他端が直列に接続されたダイオードからなる直列回路の他端に接続される接続配線１４２ｂと、これらのダイオード１４、配線１２０、接続配線１４２ａ、１４２ｂを覆うように形成された絶縁膜１２５と、を備えている。   Next, the configuration of a specific example of the insensitive pixel of the infrared imaging device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a plan view of the insensitive pixel 11 of this specific example, and FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the cutting line BB shown in FIG. The insensitive pixel 11 is formed on the SOI substrate in the same manner as the sensitive pixel 12. However, unlike the sensitive pixel 12, the recess 110 is not formed in the region of the SOI substrate where the insensitive pixel 11 is formed. The insensitive pixel 11 includes a plurality of (two in FIG. 2 and FIG. 3) diodes 14 formed in the SOI layer of the SOI substrate and connected in series, a wiring 120 connecting these diodes 14, and one end thereof. A connection wiring 142a connected to one end of a series circuit composed of a diode connected to a power source line of a constant potential Vs and connected in series to the other end, and one end connected to a corresponding vertical signal line and the other end connected in series. A connection wiring 142b connected to the other end of the series circuit formed of the diodes, and an insulating film 125 formed so as to cover the diode 14, the wiring 120, and the connection wirings 142a and 142b.

このように構成された無感度画素（熱的無感度画素ともいう）１１においては、ダイオード１４で発生した熱は、その周囲の絶縁膜１２５、埋め込み絶縁層１０２およびバルク基板（図示せず）へ拡散する。即ち、ダイオード１４とその周囲の構造との熱コンダクタンスは、有感度画素１２のそれよりも高い。この具体例の無感度画素１１は、凹部１１０を有しないため、蓄熱機能を有しない。したがって、この具体例の無感度画素１１は、ＳＯＩ基板の温度を反映する。このような無感度画素は基板温度測定画素とも呼ばれる。   In the insensitive pixel (also referred to as thermal insensitive pixel) 11 configured as described above, the heat generated by the diode 14 is transferred to the surrounding insulating film 125, the buried insulating layer 102, and the bulk substrate (not shown). Spread. That is, the thermal conductance between the diode 14 and the surrounding structure is higher than that of the sensitive pixel 12. The insensitive pixel 11 of this specific example does not have the concave portion 110 and therefore does not have a heat storage function. Therefore, the insensitive pixel 11 of this specific example reflects the temperature of the SOI substrate. Such insensitive pixels are also called substrate temperature measurement pixels.

次に、本実施形態による赤外線撮像素子の無感度画素の他の具体例の構成を、図６を参照して説明する。図６はこの具体例の無感度画素１１Ａの断面図である。この具体例の無感度画素１１Ａは、有感度画素１２と同様に、表面部分に凹部１１０が形成されたＳＯＩ基板に形成される。そして無感度画素１１Ａは、上記ＳＯＩ層に形成された反射部１３Ａと、反射部１３Ａを凹部１１０の上方に支持する支持構造部１４０ａ、１４０ｂと、を備えている。反射部１３Ａは、直列に接続された複数（図６では２個）のダイオード１４と、これらのダイオード１４を接続する配線１２０と、これらのダイオード１４および配線１２０を覆うように形成された赤外線反射膜１５０と、これらのダイオード１４、配線１２０、および赤外線反射膜１５０を覆うように形成された赤外線吸収膜１２４とを備えている。支持構造部１４０ａは、一端が一定の電位Ｖｓの電源線に接続され他端が直列に接続されたダイオードからなる直列回路の一端に接続される接続配線１４２ａと、この接続配線１４２ａを覆う絶縁膜１４４ａとを備えている。他方の支持構造部１４０ｂは、一端が対応する垂直信号線に接続され他端が直列に接続されたダイオードからなる直列回路の他端に接続される接続配線１４２ｂと、この接続配線１４２ｂを覆う絶縁膜１４４ｂとを備えている。   Next, the configuration of another specific example of the insensitive pixel of the infrared imaging device according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view of the insensitive pixel 11A of this specific example. The insensitive pixel 11 </ b> A of this specific example is formed on an SOI substrate in which the concave portion 110 is formed on the surface portion, similarly to the sensitive pixel 12. The insensitive pixel 11 </ b> A includes a reflective portion 13 </ b> A formed in the SOI layer, and support structure portions 140 a and 140 b that support the reflective portion 13 </ b> A above the recess 110. The reflecting portion 13A includes a plurality of (two in FIG. 6) diodes 14 connected in series, a wiring 120 connecting these diodes 14, and an infrared reflection formed so as to cover these diodes 14 and the wiring 120. A film 150 and an infrared absorption film 124 formed so as to cover the diode 14, the wiring 120, and the infrared reflection film 150 are provided. The support structure 140a includes a connection wiring 142a connected to one end of a series circuit composed of a diode having one end connected to a power supply line having a constant potential Vs and the other end connected in series, and an insulating film covering the connection wiring 142a 144a. The other support structure 140b includes a connection wiring 142b connected to the other end of a series circuit composed of a diode having one end connected to a corresponding vertical signal line and the other end connected in series, and an insulation covering the connection wiring 142b. And a film 144b.

このような構成の無感度画素１１Ａは、光学的無感度画素とも呼ばれ、赤外線吸収膜１２４内に赤外線反射膜１５０を有している点で、有感度画素１２と異なっている。この光学的無感度画素１１Ａは、赤外線を反射するため、赤外線に対し不感である。それ以外の点は、有感度画素１２と構造が同じであるため、参照画素としては基板温度測定画素（熱的無感度画素）１１よりも適している。例えば、ダイオード１４に通電を行った際に生じるジュール熱成分は、熱的無感度画素１１には存在せず、この点で有感度画素１２と差異があったが、光学的無感度画素１１Ａでは赤外線による温度変化以外は同じ温度成分を持つ。赤外線反射膜１２４は、オペアンプ２０１、２０２等を構成する配線層と同層に構成してもよい。この場合、製造プロセスを短縮することができ、コスト低減が可能である。   The insensitive pixel 11A having such a configuration is also called an optical insensitive pixel, and is different from the sensitive pixel 12 in that the infrared reflecting film 150 is included in the infrared absorbing film 124. This optical insensitive pixel 11A is insensitive to infrared rays because it reflects infrared rays. In other respects, the structure is the same as that of the sensitive pixel 12, and therefore, the reference pixel is more suitable than the substrate temperature measurement pixel (thermal insensitive pixel) 11. For example, the Joule heat component generated when the diode 14 is energized does not exist in the thermal insensitive pixel 11 and is different from the sensitive pixel 12 in this respect, but in the optical insensitive pixel 11A, It has the same temperature component except the temperature change by infrared rays. The infrared reflection film 124 may be formed in the same layer as the wiring layer that forms the operational amplifiers 201 and 202. In this case, the manufacturing process can be shortened and the cost can be reduced.

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態による赤外線撮像素子を、図７を参照して説明する。図７は、本実施形態の赤外線撮像素子の構成を示す回路図である。本実施形態の赤外線撮像素子は、図１に示す第１実施形態の赤外線撮像素子において、無感度画素および有感度画素をそれぞれ１個とした構成となっている。すなわち、カソードが一定の電位Ｖｓの電源に接続されアノードが垂直信号線１８１に接続されるダイオード１４を有する無感度画素１１１と、一端が垂直信号線１８１に接続され他端がノード３８に接続されるダイオード１４を有する有感度画素１２１と、正側入力端子がノード３３に接続され、負側入力端子が垂直信号線１８１に接続されるオペアンプ３１１と、オペアンプ３１１の出力端子と負側入力端子との間に設けられる帰還抵抗３２１と、を備えている。 (Second Embodiment)
Next, an infrared imaging device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration of the infrared imaging element of the present embodiment. The infrared imaging device of the present embodiment has a configuration in which one insensitive pixel and one sensitive pixel are provided in the infrared imaging device of the first embodiment shown in FIG. That is, the cathode is the insensitive pixels 11 1 with a diode 14 having an anode connected to a power source of constant potential Vs is connected to the vertical signal lines 18 1, the other end one end connected to the vertical signal lines 18 1 node 38 a sensitive pixel 12 1 having a diode 14 connected to the positive side input terminal connected to node 33, an operational amplifier 31 1 negative input terminal is connected to the vertical signal lines 18 1, the output terminal of the operational amplifier 311 and a, a feedback resistor 32 1 provided between the negative input terminal and.

本実施形態では、第１実施形態と同様に、有感度画素１２１と無感度画素１１１を直列に配線し、ノード３８の電圧をＶｄとする。有感度画素１２１と無感度画素１１１との間のノードの中間電圧Ｖｓｌは、オペアンプ３１１の正側入力端子に接続するノード３３を接地することによって仮想接地となる。このとき、第１実施形態と同様に、赤外線検出による電流増加分だけがオペアンプ３１１で増幅される。すなわち本実施形態は、常にセンサ自体の温度に影響されず、赤外線信号のみを出力することのできる単画素の赤外線検出器となる。 In this embodiment, like the first embodiment, the sensitive pixel 12 1 and the insensitive pixels 11 1 wired in series, and Vd the voltage of the node 38. Intermediate voltage Vsl of the node between the sensitive pixel 12 1 and the insensitive pixels 11 1 is a virtual ground by grounding node 33 connected to the positive input terminal of the operational amplifier 31 1. In this case, as in the first embodiment, only current increase caused by infrared detection is amplified by the operational amplifier 31 1. That is, this embodiment is a single-pixel infrared detector that can always output only an infrared signal without being affected by the temperature of the sensor itself.

本実施形態も第１実施形態と同様に、原理的にノイズがホールドされず、縦スジノイズを発生しない。   Similar to the first embodiment, the present embodiment does not hold noise in principle and does not generate vertical stripe noise.

以上説明したように、本発明の各実施形態によれば、無感度画素と有感度効画素の差分を出力するにあたって原理的に発生するノイズを低減することが可能となり、高Ｓ／Ｎ化を達成することができる。   As described above, according to each embodiment of the present invention, it is possible to reduce the noise that is generated in principle when outputting the difference between the insensitive pixel and the sensitive pixel, thereby increasing the S / N ratio. Can be achieved.

また、上記各実施形態においては、画素は、熱を電気信号に換える熱電変換素子とし、ダイオードを用いたが、抵抗体であってもよい。   In each of the above embodiments, the pixel is a thermoelectric conversion element that converts heat into an electric signal, and a diode is used. However, a resistor may be used.

１ 赤外線撮像素子
１１ 無感度画素（熱的無感度画素）
１１Ａ 無感度画素（光学的無感度画素）
１１１、１１２ 無感度画素
１２ 有感度画素
１２１１、１２１２、１２２１、１２２２ 有感度画素
１３ 熱電変換部
１３Ａ 反射部
１４ ダイオード
１６１、１６２ 行選択線
１８１、１８２ 垂直信号線（信号線）
３０ 読み出し回路
３１１、３１２ オペアンプ
３２１、３２２ 帰還抵抗
３３ ノード
３４１、３４２ 列選択トランジスタ
３８ ノード
４０ 行選択回路
４２ 列選択回路
１０１ 支持基板
１０２ 埋め込み絶縁層
１１０ 凹部
１２０ 配線
１２４ 赤外線吸収膜
１３０ａ、１３０ｂ 支持構造部
１３２ａ、１３２ｂ 接続配線
１３４ａ、１３４ｂ 絶縁膜
１４０ａ、１４０ｂ 支持構造部
１４２ａ、１４２ｂ 接続配線
１４４ａ、１４４ｂ 絶縁膜
１５０ 赤外線反射膜 1 Infrared imaging device 11 Insensitive pixel (thermal insensitive pixel)
11A Insensitive pixel (optical insensitive pixel)
11 1 , 11 2 Insensitive pixel 12 Sensitive pixel 12 11 , 12 12 , 12 21 , 12 22 Sensitive pixel 13 Thermoelectric converter 13A Reflector 14 Diode 16 1 , 16 2 row selection line 18 1 , 18 2 Vertical signal Line (signal line)
30 readout circuit 31 1 , 31 2 operational amplifier 32 1 , 32 2 feedback resistor 33 node 34 1 , 34 2 column selection transistor 38 node 40 row selection circuit 42 column selection circuit 101 support substrate 102 buried insulating layer 110 recess 120 wiring 124 infrared absorption Films 130a and 130b Support structure parts 132a and 132b Connection wirings 134a and 134b Insulation films 140a and 140b Support structure parts 142a and 142b Connection wirings 144a and 144b Insulation film 150 Infrared reflection film

Claims (6)

半導体基板と、
前記半導体基板上に、入射赤外線を検出する複数の赤外線検出画素がマトリクス状に配列された撮像領域であって、各赤外線検出画素は前記入射赤外線を吸収して熱に変換する赤外線吸収膜と、この赤外線吸収膜によって変換された熱を電気信号に変換する第１熱電変換素子と、を有する熱電変換部を備えている、撮像領域と、
前記撮像領域内に、前記赤外線検出画素の各行に対応して設けられ、それぞれが対応する行の赤外線検出画素の前記第１熱電変換素子の一端に接続されて前記対応する行の赤外線検出画素を選択する、複数の行選択線と、
前記撮像領域内に、前記赤外線検出画素の各列に対応して設けられ、それぞれが対応する列の赤外線検出画素の前記第１熱電変換素子の他端に接続されて前記対応する列の赤外線検出画素からの電気信号を読み出すための複数の信号線と、
定電源に接続され一定の第１電位に保持されるノードと、
各信号線に対応して設けられた複数の増幅器であって、各増幅器は対応する信号線から読み出された電気信号と、前記ノードの電位との差を増幅する、複数の増幅器と、
各信号線に対応して設けられ、それぞれが第２熱電変換素子を有する複数の参照画素であって、各参照画素の第２熱電変換素子の一端が対応する信号線に接続され、他端が一定の第２電位に保持される、複数の参照画素と、
を備え、
前記半導体基板の表面部分には、前記複数の赤外線検出画素に対応してマトリクス状に配列された複数の凹部が形成され、前記赤外線検出画素のぞれぞれは、前記熱電変換部を対応する凹部の上方に支持する第１および第２支持構造部を更に有し、前記第１支持構造部は一端が対応する赤外線検出画素の熱電変換素子の一端に接続され、他端が対応する赤外線検出画素が接続する行選択線に接続される第１接続配線を有し、前記第２支持構造部は一端が対応する赤外線検出画素の熱電変換素子の他端に接続され、他端が対応する赤外線検出画素が接続する信号線に接続される第２接続配線を有することを特徴とする赤外線撮像素子。 A semiconductor substrate;
An imaging region in which a plurality of infrared detection pixels for detecting incident infrared rays are arranged in a matrix on the semiconductor substrate, each infrared detection pixel absorbing the incident infrared rays and converting it into heat, and An imaging region including a thermoelectric conversion unit having a first thermoelectric conversion element that converts heat converted by the infrared absorption film into an electrical signal;
In the imaging region, the infrared detection pixels in the corresponding row are provided corresponding to the respective rows of the infrared detection pixels, and connected to one end of the first thermoelectric conversion element of the infrared detection pixels in the corresponding row. Multiple row selection lines to select,
In the imaging region, the infrared detection pixels of the corresponding column are provided corresponding to the columns of the infrared detection pixels and connected to the other ends of the first thermoelectric conversion elements of the infrared detection pixels of the corresponding column. A plurality of signal lines for reading out electrical signals from the pixels;
A node connected to a constant power source and held at a constant first potential;
A plurality of amplifiers provided corresponding to each signal line, each amplifier amplifying a difference between an electrical signal read from the corresponding signal line and the potential of the node; and
A plurality of reference pixels provided corresponding to each signal line, each having a second thermoelectric conversion element, one end of the second thermoelectric conversion element of each reference pixel being connected to the corresponding signal line, and the other end being A plurality of reference pixels held at a constant second potential;
With
A plurality of recesses arranged in a matrix corresponding to the plurality of infrared detection pixels are formed on the surface portion of the semiconductor substrate, and each of the infrared detection pixels corresponds to the thermoelectric conversion unit. The first and second support structures are further supported above the recess, and the first support structure is connected to one end of the thermoelectric conversion element of the corresponding infrared detection pixel, and the other end corresponds to the infrared detection. The first support wiring connected to the row selection line to which the pixel is connected, the second support structure is connected to the other end of the thermoelectric conversion element of the corresponding infrared detection pixel and the other end corresponds to the infrared An infrared imaging element having a second connection wiring connected to a signal line to which a detection pixel is connected. 半導体基板と、
前記半導体基板上に形成され、入射赤外線を検出する赤外線検出画素であって、前記赤外線検出画素は前記入射赤外線を吸収して熱に変換する赤外線吸収膜と、この赤外線吸収膜によって変換された熱を電気信号に変換する第１熱電変換素子と、を有する熱電変換部を備えている赤外線検出画素と、
前記第１熱電変換素子の一端が接続され前記赤外線検出画素からの電気信号を読み出すための信号線と、
定電源に接続され一定の第１電位に保持されるノードと、
前記信号線から読み出された電気信号と、前記ノードの電位との差を増幅する増幅器と、
第２熱電変換素子を有し、前記第２熱電変換素子の一端が前記信号線に接続され、他端が一定の第２電位に保持されて前記第１熱電変換素子と直列に接続される参照画素と、
を備え、
前記半導体基板の表面部分には、前記赤外線検出画素に対応して凹部が形成され、前記赤外線検出画素は、前記熱電変換部を前記凹部の上方に支持する第１および第２支持構造部を更に有し、前記第１支持構造部は一端が前記赤外線検出画素の熱電変換素子の一端に接続され、他端が一定の電位を供給する電源に接続される第１接続配線と、前記第２支持構造部は一端が対応する赤外線検出画素の熱電変換素子の他端に接続され、他端が前記信号線に接続される第２接続配線とを備えていることを特徴とする赤外線撮像素子。 A semiconductor substrate;
An infrared detection pixel that is formed on the semiconductor substrate and detects incident infrared rays, wherein the infrared detection pixel absorbs the incident infrared rays and converts the infrared rays into heat, and heat converted by the infrared absorption film. An infrared detection pixel including a thermoelectric conversion unit having a first thermoelectric conversion element that converts the first thermoelectric conversion element into an electrical signal;
One end of the first thermoelectric conversion element is connected, and a signal line for reading an electrical signal from the infrared detection pixel;
A node connected to a constant power source and held at a constant first potential;
An amplifier that amplifies the difference between the electrical signal read from the signal line and the potential of the node;
A reference having a second thermoelectric conversion element, wherein one end of the second thermoelectric conversion element is connected to the signal line, and the other end is held at a constant second potential and connected in series with the first thermoelectric conversion element Pixels,
With
A concave portion is formed on the surface portion of the semiconductor substrate corresponding to the infrared detection pixel, and the infrared detection pixel further includes first and second support structures that support the thermoelectric conversion unit above the concave portion. A first connection wiring having one end connected to one end of the thermoelectric conversion element of the infrared detection pixel and the other end connected to a power source that supplies a constant potential; and the second support structure The structure section includes an infrared imaging element having one end connected to the other end of the thermoelectric conversion element of the corresponding infrared detection pixel and the other end connected to the signal line. 前記参照画素は、前記入射赤外線の熱に感度を有しない熱的無感度画素であることを特徴とする請求項１または２記載の赤外線撮像素子。   The infrared imaging element according to claim 1, wherein the reference pixel is a thermally insensitive pixel that does not have sensitivity to heat of the incident infrared ray. 前記参照画素は、前記第１熱電変換素子を覆うように形成され前記入射赤外線を反射する赤外線反射膜を有している光学的無感度画素であることを特徴とする請求項１または２記載の赤外線撮像素子。   3. The optically insensitive pixel according to claim 1, wherein the reference pixel is an optically insensitive pixel that is formed so as to cover the first thermoelectric conversion element and has an infrared reflection film that reflects the incident infrared ray. 4. Infrared imaging device. 前記第１および第２熱電変換素子は直列に接続されたダイオードであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の赤外線撮像素子。   The infrared imaging element according to claim 1, wherein the first and second thermoelectric conversion elements are diodes connected in series. 前記第１および第２熱電変換素子は直列に接続された抵抗体であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の赤外線撮像素子。   5. The infrared imaging element according to claim 1, wherein the first and second thermoelectric conversion elements are resistors connected in series. 6.
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