JPH0974178A

JPH0974178A - 赤外線固体撮像装置および赤外線固体撮像装置駆動方法

Info

Publication number: JPH0974178A
Application number: JP7229858A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Akagawa; 圭一赤川
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1995-09-07
Filing date: 1995-09-07
Publication date: 1997-03-18

Abstract

(57)【要約】【課題】撮像可能な黒体の温度範囲を広げることがで
きるようにする。【解決手段】電極膜２とガードリング４からなる受光
部には、トランスファゲート６に電圧が印加されていな
い蓄積期間中に電荷が蓄積されるが、バイアス用電源１
０によって反射膜９に所定の電圧を印加することによ
り、受光部のポテンシャル井戸の深さを調節している。
この蓄積期間中に反射膜９に印加している電圧のレベル
を下げ、少なくとも１度、この電圧のレベルを上げるこ
とにより、受光部のポテンシャル井戸の深さを変化さ
せ、余剰電荷を所定のタイミングで基板１に排出する。
蓄積期間後、受光部に蓄積された電荷はｐ₊チャネル７
を通ってｎチャネル８に転送される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、赤外線固体撮像装
置および赤外線固体撮像装置駆動方法に関し、例えば、
高温物体を撮像する場合に用いて好適な赤外線固体撮像
装置および赤外線固体撮像装置駆動方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】赤外線固体撮像装置として、白金シリサ
イドショットキバリアダイオードを受光部に用いたもの
が開発され、実用化されている。近年では、このタイプ
の赤外線固体撮像装置を改良するための様々なアイデア
が提案されている。その中の１つに、飽和レベルを上
げ、ダイナミックレンジを広げることを目的としたもの
があり、「特開平３−１５３０７５」として開示されて
いる。

【０００３】図９は、従来の赤外線固体撮像装置の構成
例を示している。図９に示した従来の赤外線固体撮像装
置においては、ｐ形シリコン基板１の上面に、金、パラ
ジウムなどの金属、または白金シリサイド、パラジウム
シリサイド、イリジウムシリサイドなどの金属シリサイ
ドからなる電極膜２が形成され、基板１と電極膜２との
界面に、ショットキ接合３が形成されている。また、シ
ョットキ接合３の周辺におけるリーク電流の増大と、耐
圧の低下を防止するため、電極２の周端下側の基板１の
表面にｎ形不純物領域からなるガードリング４が形成さ
れている。

【０００４】さらに、基板１上および電極膜２上に、シ
リコン酸化膜からなる素子間分離用および電極間絶縁用
の絶縁膜５が形成され、この絶縁膜５の中に、多結晶シ
リコン等からなるトランスファゲート６が埋設され、ト
ランスファゲート６の下側で、かつガードリング４に隣
接して、Ｐ⁺形不純物領域Ｐ⁺チャネル７が基板１に形成
されるとともに、Ｐ⁺チャネル７に隣接してｎ形不純物
領域からなるｎチャネル８が基板１に形成される。

【０００５】また、絶縁膜５の電極膜２の上側に、アル
ミニウム、モリブデン、タングステン、金、または白金
などの導電性を有する金属からなる導電膜としての反射
膜９が形成され、この反射膜９によって基板１の下面か
ら入射し、電極膜２を透過した赤外光が反射され、光エ
ネルギの有効利用を図ることにより、特に入射赤外光の
強度が弱い場合の発生電荷量を増加させ、感度の向上が
図られている。

【０００６】トランスファゲート６、ｐ⁺チャネル７、
およびｎチャネル８により、転送部が構成され、図示せ
ぬ転送制御用電源により、図１０に示したように、基板
１をアース電位としてトランスファゲート６に正電位が
周期的に印加されるとともに、バイアス用電源１０によ
り、反射膜９に正電位が周期的に印加される。

【０００７】トランスファゲート６に正電位が印加され
ていない蓄積期間には、反射膜９にバイアス用電源１０
より、正電位（Ｖ_R）が印加され、蓄積部としての電極
膜２およびこの電極膜２と同電位のガードリング４から
なる受光部のポテンシャルの井戸に発生電荷（電子）が
蓄積される。また、トランスファゲート６に正電位が印
加されている転送期間には、反射膜９にはバイアス用電
源１０からの正電位が印加されず、受光部に蓄積された
電荷が、ｎチャネル８に移送され、転送されるようにな
っている。

【０００８】次に、その動作について説明する。トラン
スファゲート６に正電位を印加せず、反射膜９に所定の
正電位（Ｖ_R）を印加すると、図１１（Ａ）に示したよ
うに、電極膜２とガードリング４からなる受光部のポテ
ンシャルはφ_rとなり、ｐ⁺チャネルのポテンシャルはφ
１となる。また、ｎチャネル８のポテンシャルはφ₃と
なる。この状態で、図９の矢印に示したように、基板１
の下面側から赤外光が入射すると、光のエネルギによ
り、電極膜２中に電子−正孔対が形成され、そのうちシ
ョットキバリアを越える運動エネルギを有する正孔が基
板１側に流れ込むため、図１１（Ａ）に示したように、
残った電子が光エネルギによる発生電荷として電極膜２
およびガードリング４からなる受光部のポテンシャル井
戸に蓄積される。

【０００９】受光部に蓄積された電荷は、図１０に示し
たように、トランスファゲート６に周期Ｔで印加される
パルスφ_TGによって、ｎチャネル８に転送される。この
とき、トランスファゲート６に印加する正電位をハイレ
ベルにし、反射膜９に印加する正電位を０レベルにす
る。これにより、図１１（Ｂ）に示したように、受光部
のポテンシャルはφ_rより高い所定のポテンシャルφ₂に
上げられる。一方、トランスファゲート６に印加された
正電位により、ｐ⁺チャネル７のポテンシャルがφ₂に下
げられる。すなわち、トランスファゲート６に印加され
る正電位は、ｐ⁺チャネル７のポテンシャルが受光部の
ポテンシャルφ₂と同一のレベルになるような値に設定
されている。その結果、受光部に蓄積されていた電荷
が、ｐ⁺チャネル７を通って、ｎチャネル８に転送され
る。

【００１０】このように、受光部に電荷が蓄積される蓄
積期間に、反射膜９に所定の正電位を印加することによ
り、受光部のポテンシャルをφ₂より低いφ_rにすること
により、受光部に蓄積可能な最大電荷量を増加させ、こ
れにより、受光部のダイナミックレンジを増加させるよ
うにしている。

【００１１】ところで、各部が図１１（Ａ）に示したよ
うなポテンシャルの状態にある場合において、強い赤外
光が受光部に入射したとしても、受光部のポテンシャル
井戸に蓄積されている電荷が増大し、ｐ⁺チャネルのポ
テンシャルφ₁を越えて、ｎチャネル８に流れ込むこと
はない。

【００１２】これは、ＰｔＳｉなどのショットキ接合
は、ＰｔＳｉとｐ形シリコンとの間のバンドギャップφ
_Bが０．２ｅＶ程度しかないため、図９に示したｎ形の
ガードリング４、ｐ形基板１、およびｎチャネル８によ
り構成される寄生ｎｐｎトランジスタのガードリング４
の電位が−０．６ボルト（Ｖ）程度になって、寄生ｎｐ
ｎトランジスタがオンする前に、ショットキ接合が順方
向となって、受光部に発生した余剰電荷を基板１に排出
してしまうからである。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の赤
外線固体撮像装置においては、反射膜９の電位を変化さ
せることによって、受光部の容量を等価的に増加させ、
その分だけダイナミックレンジを拡大させるようにして
いる。このような方法によれば、確かに容量が増加する
ので、電荷量の面ではダイナミックレンジは増加する。
しかしながら、赤外線固体撮像装置の本来の目的は、主
として赤外線の検出による黒体の温度検知であり、その
ために撮像可能な黒体の温度範囲を広げることが目標で
ある。

【００１４】一方、白金シリサイドショットキバリアダ
イオードは、３μｍ乃至５μｍの波長の赤外線の検出に
用いられており、この波長帯域は、黒体放射の原理によ
り、３００℃乃至５００℃の黒体が分光感度のピークを
有する波長帯域である。従って、図１２のグラフに示し
たように、室温に比較して、例えば１００℃以上の高温
になると、黒体の３μｍ乃至５μｍの波長帯域の放射量
が急激に増加し、例えば７０℃での放射量を基準にする
と、９７℃で約２倍の放射量となり、１１５℃で約３
倍、１２８℃で約４倍の放射量となってしまう。

【００１５】このように、受光部の特性が従来のものと
同様であれば、電荷量のダイナミックレンジを拡大して
も、取り扱うことができる赤外線の放射量は、電荷量に
比例した分のみしか増加しないので、赤外線固体撮像装
置としての飽和温度はそれほど増加しない。先の例で言
えば、例えば７０℃で飽和していた赤外線固体撮像装置
の飽和電荷量をたとえ２倍にしたとしても、この赤外線
固体撮像装置の飽和温度は、７０℃から約９７℃までし
か増加しない。

【００１６】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであり、赤外線固体撮像装置において、その受光部
が、比較的高い温度まで飽和しないようにするものであ
る。

【００１７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の赤外線
固体撮像装置は、半導体基板と、基板の一方の面に接合
されてショットキ接合を形成する電極膜を含む蓄積部
と、電極膜上に形成された絶縁膜と、絶縁膜上に形成さ
れた導電膜と、光エネルギーにより発生し、蓄積期間に
蓄積部に蓄積された電荷を、転送期間に蓄積部外に転送
する転送部と、蓄積期間中に基板を基準として、導電膜
に電位を与えるバイアス用電源とからなる赤外線固体撮
像装置において、蓄積期間中の所定の時刻に、導電膜に
与える電位を所定のレベルの電位に変化させ、蓄積期間
中に少なくとも１回、電位のレベルを上げる電位変化手
段（例えば図１のバイアス用電源１０）を備えることを
特徴とする。

【００１８】請求項２に記載の赤外線固体撮像装置駆動
方法は、半導体基板の一方の面に接合されてショットキ
接合を形成する電極膜を含む蓄積部の蓄積期間中に、電
極膜上に形成された絶縁膜上にさらに形成された導電膜
に電位を与え、蓄積部に蓄積された電荷を、転送期間に
蓄積部外に転送する赤外線固体撮像装置駆動方法におい
て、蓄積期間中の所定の時刻に、導電膜に与える電位を
所定のレベルの電位に変化させ、蓄積期間中に少なくと
も１回、電位のレベルを上げることを特徴とする。

【００１９】請求項１に記載の赤外線固体撮像装置にお
いては、電位変化手段により、蓄積部による電荷の蓄積
期間中の所定の時刻に、導電膜に与えられる電位が所定
のレベルの電位に変化し、蓄積期間中に少なくとも１
回、この電位のレベルが上げられる。従って、比較的高
い温度まで、受光部が飽和しないようにすることができ
る。

【００２０】請求項２に記載の赤外線固体撮像装置駆動
方法においては、蓄積部による電荷の蓄積期間中の所定
の時刻に、導電膜に与えられる電位が所定のレベルの電
位に変化し、蓄積期間中に少なくとも１回、この電位の
レベルが上げられる。従って、比較的高い温度まで、受
光部が飽和しないようにすることができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の赤外線固体撮像
装置の構成例を示す図である。この赤外線固体撮像装置
の構成は、図９に示した従来の赤外線固体撮像装置の場
合と同様であるので、その説明は省略するが、バイアス
用電源１０の発生する電圧波形が異なっている。

【００２２】図２は、図示せぬ電源によってトランスフ
ァゲート６に印加される電圧の波形、およびバイアス用
電源１０によって反射膜９に印加される電圧の波形の例
を示している。トランスファゲート６に印加される電圧
の波形は、従来のものと同様であり、受光部への電荷の
蓄積が行われる時刻ｔ₀から時刻ｔ₄の間、例えばレベル
０とされ、受光部に蓄積された電荷の読み出しが行われ
るとき、ハイレベルにされる。一方、反射膜９に印加さ
れる電圧は、時刻ｔ₀から時刻ｔ₁までの間、所定のレベ
ルＶ_Rとされ、時刻ｔ₂において所定のレベルＶ_Sに下げ
られる。次に、時刻ｔ₃においてレベルＶ_Sから元のレベ
ルＶ_Rに戻され、時刻ｔ₄までレベルＶ_Rに保持される。
さらに、時刻ｔ₅において、再びレベルＶ_Sに下げられ
る。

【００２３】図３（Ａ）乃至図３（Ｆ）は、図２に示し
たように、時刻ｔ₀乃至時刻ｔ₅において、反射膜９およ
びトランスファゲート６にそれぞれ所定のレベルの電圧
を印加したときの、受光部、ｐ⁺チャネル７、およびｎ
チャネル８におけるポテンシャルの変化を示している。

【００２４】図３（Ａ）は、時刻ｔ₀における、受光
部、ｐ⁺チャネル７、およびｎチャネル８のそれぞれの
ポテンシャルの状態を示している。時刻ｔ₀において
は、トランスファゲート６には正電位は印加されず、反
射膜９には、バイアス用電源１０から所定のレベル（Ｖ
_R）の電圧が印加される。このとき、受光部はポテンシ
ャルφ_rの状態にあり、ｐ⁺チャネル７はポテンシャルφ
₁の状態にあり、さらにｎチャネル８は、ポテンシャル
φ₃の状態にある。なお、後述する図３（Ｆ）におい
て、すでに受光部はリセットされ、電荷が蓄積されてい
ない状態にある。すなわち、図３（Ａ）乃至図３（Ｆ）
の状態が繰り返されるものとする。

【００２５】次に、時刻ｔ₀から時刻ｔ₁の間に、図３
（Ｂ）に示したように、受光部に電荷が蓄積され、時刻
ｔ₁において、受光部はポテンシャルφ₄の状態になり、
飽和する。時刻ｔ₂においては、図３（Ｃ）に示したよ
うに、反射膜９に印加されていた電圧のレベルがレベル
Ｖ_RからレベルＶ_Sに下げられ、受光部が、ポテンシャル
φ_rの状態からポテンシャルφ₂の状態に変化する。これ
により、受光部に蓄積されていた一部の電荷が基板１に
排出され、ポテンシャルφ₂とポテンシャルφ₄の間の電
荷のみが残される。

【００２６】時刻ｔ₃においては、再び、反射膜９にレ
ベルＶ_Rの電圧が印加され、図３（Ｄ）に示したよう
に、受光部がポテンシャルφ₂の状態から、ポテンシャ
ルφ_rの状態に変化する。それに伴って、受光部に蓄積
されていた電荷のポテンシャルも、ポテンシャルφ₄か
らポテンシャルφ₅に変化する。

【００２７】図３（Ｅ）は、時刻ｔ₃から時刻ｔ₄の間
に、受光部において発生した電荷がさらに蓄積され、受
光部の電荷のポテンシャルが、ポテンシャルφ₅からポ
テンシャルφ₆に上昇したことを示している。図３
（Ｆ）は、時刻ｔ₅において、反射膜９にレベル０の電
圧が印加され、受光部のポテンシャルが、ポテンシャル
φ_rからポテンシャルφ₂に上昇し、さらに、トランスフ
ァゲート６にハイレベルの電圧が印加されることによ
り、ｐ⁺チャネル７のポテンシャルがポテンシャルφ₁か
らポテンシャルφ₂に下がり、受光部に蓄積されていた
すべての電荷が、ｐ⁺チャネル７を通って、ｎチャネル
８に転送されたことを示している。

【００２８】図４は、上述したような、時刻ｔ₀から時
刻ｔ₄における一連の動作を、時刻と受光部に蓄積され
ている電荷量とに着目してグラフ化したものである。図
４においては、５種類のレベルの黒体の放射量をグラフ
に表している。図４においては、時刻ｔ₀から、時刻ｔ₀
と時刻ｔ₄の間の時間の３／４に相当する時間だけ経過
した時刻を時刻ｔ₃とし、受光部の最も低いポテンシャ
ルφ_rから最も高いポテンシャルφ₄の間に蓄積可能な電
荷量を２に規格化している。また、ポテンシャルφ₂と
ポテンシャルφ₄の間には、受光部が、規格化された１
に相当する電荷量を蓄積可能なように、反射膜９に印加
する電圧のレベルが調整されているものとする。さら
に、時刻ｔ₀から時刻ｔ₄の間に、受光部が、規格化され
た１に相当する電荷量を蓄積可能な黒体の放射量を１に
規格化している。

【００２９】すなわち、時刻ｔ₀から時刻ｔ₁の間に受光
部に蓄積可能な電荷量の最大値は２であり、時刻ｔ₂か
ら時刻ｔ₃の直前までの間に受光部に蓄積可能な電荷量
の最大値は１であり、時刻ｔ₃から時刻ｔ₄の間に蓄積可
能な電荷量の最大値は２である。

【００３０】従って、図４に３点鎖線で示したように、
黒体の放射量が規格化された値１であるとき、時刻ｔ₀
から時刻ｔ₄の間に、受光部に蓄積される電荷量は規格
化された値１となる。また、図４に２点鎖線で示したよ
うに、黒体の放射量が１．３３であるとき、すなわち、
時刻ｔ₄において受光部に蓄積される電荷量が１．３３
でるとき、時刻ｔ₃において、受光部に蓄積される電荷
量が丁度１となる。

【００３１】また、図４に１点鎖線で示したように、黒
体の放射量が２であるとき、時刻ｔ₂において、受光部
に蓄積可能な電荷量が１に減少するため、時刻ｔ₁にお
いて受光部が飽和し、受光部に蓄積されていた電荷のう
ち電荷量が１より多い部分に相当する電荷が基板１に排
出される。黒体の放射量が３であるとき、図４に破線で
示したように、時刻ｔ₀から時刻ｔ₂の間の所定の時刻に
おいて飽和し、時刻ｔ₂において、それまで受光部に蓄
積されていた電荷のうち電荷量が１より多い部分に相当
する電荷が基板１に排出される。その後、時刻ｔ₃以
降、再び、受光部への電荷の蓄積が開始される。

【００３２】さらに、黒体の放射量が４であるとき、図
４に実線で示したように、時刻ｔ₀と時刻ｔ₄の真ん中の
時刻において受光部に蓄積される電荷量が２となり、飽
和する。その後、時刻ｔ₂において、１より多い電荷量
に相当する部分の電荷が基板１に排出され、時刻ｔ₃以
降、再び受光部への電荷の蓄積が開始される。黒体の放
射量が４のとき、時刻ｔ₀から時刻ｔ₄の間の１／４の時
間に相当する時刻ｔ₃から時刻ｔ₄の間には、１に相当す
る電荷量が蓄積される。

【００３３】このように、黒体の放射量が１．３３以下
の場合、時刻ｔ₂から時刻ｔ₃の間において、反射膜９に
印加される電圧がレベルＶ_RからレベルＶ_sに変化し、受
光部がリセットされる動作による影響はなく、また、黒
体の放射量が４以下の場合、時刻ｔ₃から時刻ｔ₄までの
間に受光部に蓄積される電荷量は飽和しない。また、黒
体の放射量が２の場合、時刻ｔ₂から時刻ｔ₃の直前まで
の間のリセット動作がないとき、時刻ｔ₄において、受
光部に蓄積される電荷量は丁度２となる。従って、黒体
の放射量が２より大きい場合、時刻ｔ₂から時刻ｔ₃の間
のリセット動作がなければ、受光部に蓄積される電荷量
は飽和することになる。

【００３４】図４における時刻ｔ₄での蓄積電荷量が、
受光部より出力される電荷量となる。図５は、この電荷
量と黒体放射量との関係を示したグラフである。縦軸は
受光部より出力される電荷量であり、横軸は黒体の放射
量を表している。図５に破線で示したグラフが、リセッ
ト動作を行わない従来の場合において、受光部に蓄積さ
れる電荷量と黒体の放射量との間の関係を示しており、
図５に実線で示したグラフが、上述したように、時刻ｔ
₀から時刻ｔ₄の間の時刻ｔ₂から時刻ｔ₃の直前までの
間、リセット動作を行った場合において、受光部に蓄積
される電荷量と黒体の放射量との間の関係を示してい
る。

【００３５】このように、黒体の放射量が１．３３を越
えると、実線で表したグラフの傾きが、破線で表したグ
ラフの傾きの１／４になっている。この傾きは、受光部
の感度を表しており、このように、図５において、黒体
の放射量が値１．３３から値４の間のグラフの傾きが、
黒体の放射量が値０から値１．３３の間の傾きに比較し
て１／４になっているのは、図４において、黒体の放射
量が１．３３のときの蓄積時間がｔ₀からｔ₄までの時間
であるのに対して、黒体の放射量が１．３３より大きい
ときの蓄積時間が、実質的に時刻ｔ₃から時刻ｔ₄までの
間の時間であり、時刻ｔ₀から時刻ｔ₄までの間の時間の
１／４の時間となっていることによる。

【００３６】また、図５において、実線で表したグラフ
が、黒体の放射量が１．３３において折れ曲がるのは、
グラフの折れ曲がる点が、図４において、リセット動作
の終了する時刻ｔ₃において、蓄積可能な蓄積電荷量が
１に制限された受光部を丁度飽和させる黒体の放射量に
よって決まるためであり、図４において、丸印で示した
点Ｑと原点とを結ぶ線分の傾きが１．３３となるからで
ある。

【００３７】なお、図５に示した受光部の特性、すなわ
ち、受光部より出力される出力電荷量と黒体の放射量の
関係は、リセット動作の終了する時刻ｔ₃が、時刻ｔ₀か
ら時刻ｔ₄の間のどの位置にあるかによって決まり、リ
セット動作が開始される時刻ｔ₂（すなわち、リセット
動作が開始される直前の時刻ｔ₁）の位置が時刻ｔ₀から
時刻ｔ₃までの間のどの位置にあるかによっては影響さ
れない。従って、図２に示した時刻ｔ₁の位置も、時刻
ｔ₀乃至時刻ｔ₃の間の任意の時刻であればよく、例え
ば、時刻ｔ₁を時刻ｔ₀と同一の時刻としてもよい。

【００３８】このように、上記実施例においては、受光
部が飽和した場合、余剰電荷がｐ＋チャネルを通ってｎ
チャネルに流れ込むことがないという性質を利用し、反
射膜９に印加する電圧を図２に示したように変化させ、
赤外線固体撮像装置の撮像可能な温度範囲を広げるよう
にしている。すなわち、電荷の蓄積時間の途中で１度、
ＰｔＳｉからなる電極膜２の上部の反射膜９に印加する
電圧を下げ、それにより、電極膜２のポテンシャル井戸
を上げ、ポテンシャル井戸に既に蓄積されている電荷の
一部を基板１に排出させ、再度反射膜９の電圧を上げ、
電極膜２のポテンシャル井戸のレベルを下げ、残りの蓄
積時間で再度電荷の蓄積を行う。この操作により、黒体
の放射量と出力電荷量の関係を、図５に示したように途
中で折れ曲がるような特性にすることができ、従来より
も高い温度の黒体の撮像が可能となる。

【００３９】次に、図６に示したような受光部の特性
（受光部からの出力電荷量と黒体の放射量との関係）を
有する赤外線固体撮像装置について説明する。ここで
は、最初に受光部の特性を決め、その後、それを実現す
るために必要な、反射膜９に印加すべき電圧の波形を決
定することにする。

【００４０】図６は、受光部の出力電荷量と黒体の放射
量の関係を表したグラフであり、縦軸が受光部からの出
力電荷量であり、横軸が黒体の放射量である。図６のグ
ラフに示したように、黒体の放射量が０から１までの間
は、受光部の感度（＝出力電荷量÷黒体の放射量）を１
とし、黒体の放射量が１から２までの間は、受光部の感
度を０．５とする。また、黒体の放射量が２から３まで
の間は、受光部の感度を０．２５とし、黒体の放射量が
３から５までの間は、受光部の感度を０．１２５とす
る。

【００４１】図６に示した受光部の特性に合わせて、図
７に示したように、受光部の蓄積電荷量と時刻の関係を
求める。図７において、縦軸は受光部に蓄積された電荷
量であり、横軸は時刻を表している。黒体の放射量が１
の場合、受光部の感度が１であるから、時刻ｔ₄におい
て受光部に蓄積される電荷量が１となる傾き１のグラフ
を例えば３点鎖線で描く。

【００４２】次に、黒体の放射量が２の場合、受光部の
感度が０．５となるように、傾き２のグラフを例えば１
点鎖線で描く。すなわち、感度が０．５の場合、蓄積電
荷量が１だけ変化するのに要する時間が時刻ｔ₀から時
刻ｔ₄までの時間の２分の１の時間となるように、時刻
ｔ₀と時刻ｔ₄の中間の時刻ｔ₁に対応する先に描いた傾
き１のグラフ上の点Ｐ₁から、傾き２のグラフを１点鎖
線で描く。

【００４３】次に、黒体の放射量が３の場合、受光部の
感度が０．２５となるように、傾き３のグラフを例えば
破線で描く。すなわち、感度が０．２５の場合、蓄積電
荷量が１だけ変化するのに要する時間が時刻ｔ₀から時
刻ｔ₄までの間の時間の４分の１の時間となるように、
時刻ｔ₀と時刻ｔ₄の間の時間の４分の１の時間だけ時刻
ｔ₄より前の時刻ｔ₂を求め、時刻ｔ₂に対応する先に描
いた傾き２のグラフ上の点Ｐ₂から、傾き３のグラフを
破線で描く。

【００４４】さらに、黒体の放射量が３より大きい場
合、受光部の感度が０．１２５となるように、放射量に
応じた傾きが３より大きいグラフを例えば実線で描く。
すなわち、感度が０．１２５の場合、蓄積電荷量が１だ
け変化するのに要する時間が時刻ｔ₀から時刻ｔ₄までの
間の時間の８分の１の時間となるように、時刻ｔ₀と時
刻ｔ₄の間の時間の８分の１の時間だけ時刻ｔ₄より前の
時刻ｔ₃を求め、時刻ｔ₃に対応する先に描いた傾き３の
グラフ上の点Ｐ₃から、傾きが３より大きいグラフを例
えば実線で描く。図７には、黒体の放射量が４の場合を
例として、傾き４の実線を描いてある。

【００４５】次に、図７に示したグラフから、反射膜９
に印加すべき電圧のパルス（φ_R）を決定する。時刻ｔ₀
から時刻ｔ₁においては、図７のグラフより、その間に
蓄積可能な電荷量は０．５であるから、蓄積可能な電荷
量を最大値２の４分の１（＝０．５）に制限するため、
図８に示したように、時刻ｔ₀から時刻ｔ₁までの間のパ
ルスφ_Rを所定の電圧値Ｖ₁とする。電圧値Ｖ₁は、受光
部の容量を構成しているショットキ接合容量と、受光部
上の反射膜９との容量比で変化するが、図８には、電圧
値Ｖ₁がパルスφ_Rの時刻ｔ₀以前の電圧値Ｖ₀より低い例
を示している。

【００４６】時刻ｔ₁と時刻ｔ₂の間においては、パルス
φを電圧値Ｖ₁より高い所定の電圧値Ｖ₂とし、蓄積可能
な電荷量を最大値２の２分の１（＝１）に制限する。次
に、時刻ｔ₂と時刻ｔ₃の間においては、パルスφ_Rの電
圧値は電圧値Ｖ₂より高い電圧値Ｖ₃とし、蓄積可能な電
荷量を最大値２の１６分の１１に制限する。すなわち、
図７のグラフより、点Ｐ₃における蓄積可能な電荷量は
１．３７５（＝２×（１１／１６））となるからであ
る。

【００４７】さらに、時刻ｔ₃から時刻ｔ₄の間におい
て、パルスφ_Rを電圧値Ｖ₃より大きい所定の電圧値Ｖ₄
とし、蓄積電荷量が最大値２で飽和するようにする。時
刻ｔ₄の後、従来の固体撮像装置の場合と同様に、それ
まで蓄積された電荷が出力される。

【００４８】以上のように、上記実施例においては、受
光部の電荷の蓄積期間において、受光部の上部に設けら
れた反射膜９に印加する電位を少なくとも１回上昇さ
せ、その度に受光部に蓄積可能な電荷量を増加させるこ
とにより、不要な電荷を適宜基板１に排出しつつ、黒体
の放射量に対する出力電荷量の関係を、黒体の放射量が
高くなるほど低感度化するようにしている。すなわち、
従来、リニアであった放射量と出力電荷量の関係を、途
中で折れ曲がるような特性にしている。これによって、
撮像可能な黒体の温度範囲、すなわちダイナミックレン
ジを拡大するようにしている。

【００４９】また、黒体温度と波長３μｍ乃至５μｍ帯
での黒体の放射量の関係は、図１２を参照して上述した
ように、高温側で放射量が急激に増加している。したが
って、従来のリニアな特性の赤外線固体撮像装置では高
温側で高感度、低温側で低感度となっていた。しかしな
がら、図６に示したような特性を有する上記実施例の場
合においては、高温側で比較的低感度となり、低温側で
比較的高感度となるため、全体的には低温側から高温側
まで、感度変化の少ない特性とすることができる。

【００５０】なお、上記実施例においては、受光部の蓄
積期間中に、反射膜９の電圧を１回、および３回上げる
場合の例を示したが、他の任意の回数だけ電圧を上げる
ようにすることができる。

【００５１】また、上記実施例においては、電極膜に白
金シリサイドショットキバリアダイオードを用いるよう
にしたが、これに限定されるものではない。

【００５２】

【発明の効果】請求項１に記載の赤外線固体撮像装置、
および請求項２に記載の赤外線固体撮像装置駆動方法に
よれば、蓄積部による電荷の蓄積期間中の所定の時刻
に、導電膜に与える電位を所定のレベルの電位に変化さ
せ、蓄積期間中に少なくとも１回、この電位のレベルを
上げるようにしたので、比較的高い温度まで、受光部が
飽和しないようにすることができ、撮像可能な温度範囲
を広げることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の赤外線固体撮像装置の構成例を示す図
である。

【図２】図１に示した赤外線固体撮像装置の駆動パルス
を示す図である。

【図３】図１に示した赤外線固体撮像装置の各部のポテ
ンシャルの変化を示す図である。

【図４】受光部の蓄積電荷量と時刻の関係を示す図であ
る。

【図５】受光部からの出力電荷量と黒体の放射量の関係
を示す図である。

【図６】受光部からの出力電荷量と黒体の放射量の関係
の他の例を示す図である。

【図７】図６に示したような特性を有する受光部の蓄積
電荷量と時刻の関係を示す図である。

【図８】図７に示したような特性を有する赤外線固体撮
像装置の駆動パルスを示す図である。

【図９】従来の赤外線固体撮像装置の一例の構成を示す
図である。

【図１０】図９に示した赤外線固体撮像装置の駆動パル
スを示す図である。

【図１１】各部のポテンシャルの変化を示す図である。

【図１２】黒体の放射量と黒体温度の関係を示す図であ
る。

【符号の説明】

１基板２電極膜３ショットキ接合４ガードリング５絶縁膜６トランスファゲート７ｐ⁺チャネル８ｎチャネル９反射膜１０バイアス用電源（電位変化手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板と、前記基板の一方の面に接合されてショットキ接合を形成
する電極膜を含む蓄積部と、前記電極膜上に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成された導電膜と、光エネルギーにより発生し、蓄積期間に前記蓄積部に蓄
積された電荷を、転送期間に前記蓄積部外に転送する転
送部と、前記蓄積期間中に前記基板を基準として、前記導電膜に
電位を与えるバイアス用電源とからなる赤外線固体撮像
装置において、前記蓄積期間中の所定の時刻に、前記導電膜に与える前
記電位を所定のレベルの前記電位に変化させ、前記蓄積
期間中に少なくとも１回、前記電位のレベルを上げる電
位変化手段を備えることを特徴とする赤外線固体撮像装
置。
【請求項２】半導体基板の一方の面に接合されてショ
ットキ接合を形成する電極膜を含む蓄積部の蓄積期間中
に、前記電極膜上に形成された絶縁膜上にさらに形成さ
れた導電膜に電位を与え、前記蓄積部に蓄積された電荷を、転送期間に前記蓄積部
外に転送する赤外線固体撮像装置駆動方法において、前記蓄積期間中の所定の時刻に、前記導電膜に与える前
記電位を所定のレベルの前記電位に変化させ、前記蓄積
期間中に少なくとも１回、前記電位のレベルを上げるこ
とを特徴とする赤外線固体撮像装置駆動方法。