JPS63128665A

JPS63128665A - 光電変換装置

Info

Publication number: JPS63128665A
Application number: JP61273918A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Nakamura; 中村　佳夫
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1986-11-19
Filing date: 1986-11-19
Publication date: 1988-06-01
Anticipated expiration: 2011-01-17
Also published as: JPH084130B2

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】［産業上の利用分野］本発明は、トランジスタの制御電極領域に光によって励
起されたキャリアを蓄積する方式の光電変換装置に係り
、特に前記制御電極領域の電位を一定値に設定するため
のスイッチ手段を有する光電変換装置に関する。

［従来技術］第７図（Ａ）は、特願昭５８−１２０７５５号に各図に
おいて、ｎシリコン基板１０１上に光電変換セルが配列
されており、各セルはＳｉ０２　。

Ｓｉ３　Ｎ　４　、またはポリシリコン等により成る素
子分離領域１０２によって隣接するセルから電気的に絶
縁されている。

各セルは次のような構成を有する。

エピタキシャル技術等で形成される不純物濃度の低いｎ
−領域１０３上にはｐ型不純物（たとえばポロン等）を
ドーピングすることでＰベース領域１０４およびＰ領域
１０５が形成され、ｐベース領域１０４にはｎ十エミッ
タ領域１０６が形成されている。

ｐベース領域１０４とｐ領域１０５とは後述するｐチャ
ネルＭＯ５）ランジスタのソースおよびドレインともな
っている。

このように各領域が形成されたｎ−領域１０３上には酸
化１７９１０７が形成され、酸化膜１０７上に前記ＭＯ
３）ランジスタのゲート電極１０８と、キャパシタ電極
１０９とが形成されている。

キャパシタ電極１０９は酸化膜１０７を挟んでｐベース
領域１０４に対向し、ベース電位を制御するためのキャ
パシタを構成する。

その他、ｎ＋エミッタ領域１０６に接続されたヱミッタ
電極１１０．Ｐ領域１０５に接続された電極ｌｌｌ、そ
して基板１０１の裏面にオーミックコンタクト層を挟ん
でコレクタ電極１１２がそれぞれ形成されている。

次に、上記光電変換セルの動作を説明する。

光はｐベース領域１０４側から入射し、光量に対応した
キャリア（ここではホール）がｐベースｉｌｌ　０４に
ｉａされる（蓄ｔａ！！２１作）。

蓄積されたキャリアによってベース電位は変化し、その
電位変化をエミッタ電極１１０から読出すことで、入射
光量に対応した電気信号を得ることができる（読出し動
作）。

次に、ｐベース領域１０４に蓄積されたホールを除去す
るリフレッシュ動作について説明する。

第８図（Ａ）および（Ｂ）は、リフレッシュ動作を説明
するための電圧波形図である。

同図（Ａ）に示すように、ＭＯＳ）ランジスタは、ゲー
ト電極１０８にしきい値以上の負電圧が印加された時だ
けＯＮ状態となる。

同図（Ｂ）において、リフレッシュ動作を行うには、エ
ミッタ電極１１０を接地するとともに、電極ｉｌｌを接
地電位にしておく、そして、まず、ゲート電極１０８に
負電圧を印加してｐチャネルＭＯ３）ランジスタをＯＮ
させる。これによって、Ｐベース領域１０４の電位は、
蓄積電位の高低に関係なく一定値となる。続いて、ＭＯ
ＳトランジスタをＯＦＦさせてからキャパシタ電極１０
９にリフレッシュ用正電圧パルスを印加することで、ｐ
ベース領域１０４はｎ十エミッタ領域１０６に対して順
方向にバイアスされ、蓄積されたホールが接地されたエ
ミッタ電極１１０を通して除去される。そして、キャパ
シタ電極１０９に対するリフレッシュパルスが立下がっ
た時点でｐベース領域１０４は負電位の初期状態に復帰
する（リフレッシュ動作）。

このように、ｐベース領域１０４の電位をＭＯＳトラン
ジスタによって一定電位にした後、リフレッシュパルス
を印加して残留電荷の消去を行うために、前回の蓄積電
圧に依存することなく新たな蓄積動作を開始することが
でき、光電変換特性および残像特性を改善することがで
きる。また、残留電荷を迅速に消滅させることができ、
高速動作が可能となる。

［発明が解決しようとする問題点］しかしながら、上記従来の光電変換装置では、第７図（
Ａ）に示すように、リフレッシュ用トランジスタを受光
面に形成しているために、その分セルサイズが増大し、
特にエリアセンサを構成した場合に高集積化および高解
像度化を図る上での問題点となっていた。

本発明は上記従来の問題点を解決しようとするものであ
り、その目的はセルサイズを増大させることなく、良好
な光電変換特性および残像特性が得られる光電変換装置
を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］本発明による光電変換装置は、制御電極領域を形成するための一導電型半導体から成る
第１の領域と、該第１の領域を夫々上下に挟むよう配置された主電極領
域を形成するための反対導電型半導体の第２および第３
の領域とから成る半導体トランジスタと、前記第３の領域の下に設けられ一導電型半導体から成る
第４の領域と、前記第１の領域と第４の領域とを主電極領域とするよう
第３の領域を制御する絶縁ゲート電極と、を有することを特徴とする。

［作用］このように構成することによって、上記第１の領域と第
４の領域とを主電極領域とし絶縁ゲート電極によって制
御されるトランジスタを縦方向に形成することができ、
光電変換装置のサイズを微細化することができる。

［実施例］以下、本発明の実施例を図面を参照しながら詳細に説明
する。

第１図は１本発明による光電変換装置の第１実施例の概
略的断面図である。

同図において、ｐ型シリコン基板２０１上には、ｎ＋埋
込み層２０２およびｎ−コレクタ領域２０３が形成され
、素子分離領域２０４によって各セルが隣接するセルか
ら電気的に分離されている。

素子分離領域２０４は、酸化膜２０５とポリシリコンか
ら成るキャパシタ電極２０６とで構成されている。この
素子分離領域２０４の形成方法の一例として、まずｐ基
板２０１上にｎ十埋込み層２０２およびコレクタ領域２
０ｆｆとなるｎ−領域をエピタキシャル成長させた後、
素子分離領域２０４を形成すべき部分に異方性エツチン
グ等によって溝を形成する。モして熱酸化によって溝に
酸化膜２０５を形成した後、ポリシリコンを埋込むこと
でキャパシタ電極２０６を形成する。

各セルのバイポーラトランジスタは、ｎ−コレクタ領域
２０３上のｐベース領域２０７と、ｎ＋エミッタ領域２
０８によって構成されている。

ｐベース領域２０７にはｐ中領域２０９が接合し、ｐ中
領域２０９は酸化膜２０５を挟んでキャパシタ心極２０
６と対向してＰベース領域２０７の電位を制御するため
のキャパシタＣｏｘを構成している。

また、ｐ”領域２０９の下方はｎ十埋込み層２０２が形
成されておらず、ｐ中領域２０９とｐ基板２０１とは約
４〜５ｐｍの距離で形成され。

リフレッシュ用トランジスタＱｔのソース・ドレイン領
域を構成している。トランジスタＱｔのゲート電極は、
酸化膜２０５を挟んで形成されたキャパシタ電極２０６
である。

また、ｎ−コレクタ領域２０３にはｎ中領域２１０が接
合し、ｎ中領域２１０には図示されていないコレクタ電
極２１Ｏ′が接続している。

各セルの表面には酸化膜２１１が形成され、ｎ十エミッ
タ領域２０８にはエミッタ電極２１２が接続されている
。また、ｐ基板２０１の裏面にはオーミックコンタクト
層を介して電極２１３が形成されている。

このように、リフレッシュ用トランジスタＱｔが受光面
に対して縦方向に形成されるために、セルサイズの増大
を回避することができる。

また、各セルが素子分離領域２０４によって分離されて
いるとともに、ｎコレクタ領域２０３がｐ基板２０１上
に形成されているために、素子分離効果を向上させるこ
とができる。

さらに１強い光が入射しても、ｐベース領域２０７に蓄
積された過剰なキャリアはｐ基板２０１を通して除去さ
れるために、隣接するセルへの流出が防止され、スミア
およびプルーミングの防止が可能となる。

第２図は、本発明の第２実施例の概略的断面図である。

第１実施例とほぼ同一構成であるが。

キャパシタ電極２０６の上部がｐベース領域２０７上に
延びて容量を増加させている。

第３図は、上記実施例におけるーセルの等価回路図であ
る。

上記実施例の基本的動作は従来例の場合と同様である。

まず、コレクタ電極２１０′に正電圧。

電極２１３に一定電圧を印加しておく、そして、キャパ
シタ電極２０６に接地電圧を印加してトランジスタＱｔ
をＯＦＦ状態にし、ｐベース領域２０７を浮遊状態とす
る。そして、このｐベース領域２０７に入射光の照度に
対応したキャリアを蓄積する（蓄積動作）。

続いて、エミッタ電極２１２を浮遊状態として、キャパ
シタ電極２０６に正電圧の読出しパルスを印加する。こ
の時、トランジスタＱｔはｐチャネルであるからＯＦＦ
状態のままである。読出しパルスが印加されることによ
って、キャパシタＣｏｘを介してｐベース領域２０７の
電位が上昇し、蓄積電圧が浮遊状態のエミッタ側へ読出
される（読出し動作）。

次に、ｐベース領域２０７に蓄積されたキャリアを消滅
させるには、まずキャパシタ電極２０６に負電圧パルス
を印加してリフレッシュ用トランジスタＱｔをＯＮ状態
とする。これによってｐベース領域２０７は、入射光の
照度の強弱によるＭＭｒ電圧の高低に関係なく、電極２
１３に印加されている一定電圧に設定される。続いて、
キャパシタ電極２０６には正電圧のリフレッシュパルス
を印加すると共にエミッタ電極２１２を接地することに
より、ｐベース領域２０７に残留しているキャリアを接
地されたエミッタ側へ除去する（リフレッシュ動作）。

こうしてｐベース領域２０７は初期状態に復帰し、以下
同様、蓄積、読出しおよびリフレッシュの各動作を緑返
す。

第４図は、上記光電変換セルを用いたエリアセンサの一
実施例の回路図である。

本実施例では、上記光電変換セルＳがｍＸｎ個エリア状
に配列されている。

光電変換セルＳの各コレクタ電極２１０′には一定の正
電圧Ｖｃｃが印加され、各電極２１３には一定電圧Ｖｒ
ｃが印加されている。

各セルＳのキャパシタ電極２０６は行ごとに共通接続さ
れ、それぞれ読出し動作およびリフレッシュ動作を行う
ためのパルスφ１〜φｍが印加される。また、各エミッ
タ電極２１２は列ごとに垂直ラインＬ１〜Ｌｎに各々接
続され、垂直ラインＬ１〜Ｌｎは各々蓄積用コンデンサ
０１〜Ｃｎに接続されている。

また、コンデンサ０１〜Ｃｎは各々トランジスタＱ１〜
Ｑｎを介して出力ライン３０１に接続されている。トラ
ンジスタＱ１〜Ｑｎのゲート電極は走査回路３０２の並
列出力端子に各々接続され、並列出力端子からはパルス
φｈ１〜φｈｎが順次出力される。

出力ライン３０１はリフレッシュするためのトランジス
タＱｒｈを介して接地され、トランジスタＱｒｈのゲー
ト電極にはパルスφｒ２が印加される。さらに出力ライ
ン３０１は出力アンプ３０３の入力端子にｌａ続され、
出力アンプ３０３の出力端子から出力信号Ｖｏｕｔが外
部へ出力される。

また、垂直ラインＬ１〜Ｌｎは各々トランジスタＱｒ１
〜Ｑｒｎを介して接地されている。また各トランジスタ
のゲート電極にはパルスφｒｌが印加される。

第５図は、上記エリアセンサの動作を説明するためのタ
イミングチャートである。

まず、第１行のセルＳｌｌ〜３１　ｎは蓄積動作を開始
して一定時間経過したものとする。

同図において、ローレベルのパルスφｒ１によってトラ
ンジスタＱｒｘ〜Ｑ　ｒ　ｎをＯＦＦ状態とし、垂直ラ
インＬ１ｘＬｎを浮遊状態にする。続いて、ハイレベル
のパルスφ１によって読出しパルスを第１行のキャパシ
タ電極２０６に印加す・る、これによって第１行のセル
３１１〜３１　ｎの読出し信号がコンデンサＣ１〜Ｃｎ
に蓄積される。続いて、走査回路３０２からパルスφｈ
１〜φｈｎが出力され、トランジスタＱ１〜Ｑｎが順次
ＯＮ状態となってコンデンサ０１〜Ｃｎに蓄積された第
１行の読出し信号が出力ライン３０１に順次取出され、
出力ランプ３０３から外部へ出力される。ただし、外部
へ出力されるごとに、パルスφｒ２によってトランジス
タＱｒｈはＯＮ状態となり、出力ライン３０１の残留電
荷がクリアされる。

第１行の全ての読出し信号が出力されると、パルスφｒ
１によってトランジスタＱｒ１〜Ｑ　ｒ　ｎがＯＮ状態
となり、垂直ラインＬ１”Ｌｎが接地される、これによ
って各セルのエミッタ電極２１２が接地されるとともに
、コンデンサ０１〜Ｃｎの残留電荷がクリアされる。

そしてパルスφ１によって、まず負電圧をキャパシタ電
極２０６に印加し、第１行のセルＳＬ１〜３１　ｎのベ
ース電位を蓄積電圧に関係なく一定電位Ｖｒｃに設定す
る。続いて、正電圧のリフレッシュパルスをキャパシタ
電極２０６に印加し、上述したようにベース中のキャリ
アを消滅させる。

こうして読出しおよびリフレッシュ動作が終了すると、
ｉｆ行のセル５１１〜Ｓ１　ｎは蓄積動作を開始する。

これと同時に、第２行のセル５２１〜Ｓ２　ｎはパルス
φ２によって読出し動作を行い、続く読出し信号の出力
動作の後、同様のリフレッシュ動作を行ってＭｍ動作を
開始する。

以下同様に、パルスφ３〜φｍによって第３行〜第ｍ行
まで同様の動作が順次繰返され、全てのセルの読出し信
号が出力アンプ３０３からシリアルに外部へ出力される
。しかも、各行とも、読出し信号を外部へ出力した後で
リフレッシュ動作を行い蓄積動作を開始するために、Ｍ
ｔｉｔ時間が各行で同一となる。

第６図は、上記光電変換装置を使用した撮像装置の一例
の概略的構成図である。

同図において、撮像素子４０１が第４図に示す光電変換
装置に相当する。撮像素子４０１の出力信号Ｖｏｕｔは
信号処理回路４０２によってゲイン調整等の処理が行わ
れ、ＮＴＳＣ信号等の標準テレビジョン信号として出力
される。

また、撮像素子４０１を駆動するための上記各パルスは
ドライバ４０３によって供給され、ドライバ４０３は制
御部４０４の制御によって動作する。また、制御部４０
４は撮像素子４０１の出力に基いて信号処理回路４０２
のゲイン等を調整するとともに、露出制御手段４０５を
制御して撮像素子４０１に入射する光量を調整する。

上述したように１本実施例はセルサイズを増大すること
なく良好な光電変換特性および残像特性が得られるため
に、高解像度の撮像素子４０１を構成でき、しかも残像
のない良質の画像信号を得ることができる。

［発明の効果］以上詳細に説明したように本発明による光電変換装置は
、第１の領域と第４の領域とを主電極領域とし絶縁ゲー
ト電極によって制御されるトランジスタを縦方向に形成
することができ、光電変換セルのサイズを増大させるこ
となく、上述したような良好な光電変換特性および残像
特性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による光電変換装置の第１実施例の概
略的断面図。第２図は、本発明の第２実施例の概略的断面図、第３図は、上記実施例におけるーセルの等価回路図、第４図は、上記光電変換セルを用いたエリアセンサの一
実施例の回路図。第５図は、上記エリアセンサの動作を説明するためのタ
イミングチャート、第６図は、上記光電変換装置を使用した撮像装置の一例
の概略的構成図、第７図（Ａ）は、特願昭５８−１２０７５５号に第８図
（Ａ）および（Ｂ）は、リフレッシュ動作を説明するた
めの電圧波形図である。２０１・・・ｐ型シリコン基板− ２０３・・・ｎ−コレクタ領域２０４・・・素子分離領域２０５・・φ酸化膜２０６・・拳キャパシタ電極２０７・・・ｐベース領域２０８・・・ｎ十エミッタ領域２０９・・＠ｐ十領領域１０・・・ｎ十領域２１０’・・・コレクタ電極２１２・・・エミッタ電極２１３・・・電極３０１・・・出力ライン３０２・命拳走査回路３０３・・・出力アンプ代理人　弁理士　山　下　積　平第１図第２図第３図第４図第７図第８図（Ａ）（Ｂン

Claims

【特許請求の範囲】

（１）制御電極領域を形成するための一導電型半導体か
ら成る第１の領域と、該第１の領域を夫々上下に挟むよう配置された主電極領
域を形成するための反対導電型半導体の第２および第３
の領域とから成る半導体トランジスタと、前記第３の領域の下に設けられ一導電型半導体から成る
第４の領域と、前記第１の領域と第４の領域とを主電極領域とするよう
第３の領域を制御する絶縁ゲート電極と、を有することを特徴とする光電変換装置。
（２）上記絶縁ゲート電極は上記第１の領域の電位を絶
縁層を介して制御可能であることを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の光電変換装置。
（３）上記ゲート電極は、上記半導体トランジスタを隣
接する他の部分から電気的に分離するための素子分離領
域に形成されていることを特徴とする特許請求の範囲第
２項記載の光電変換装置。