JP2576259B2 - 赤外線センサ - Google Patents
赤外線センサInfo
- Publication number
- JP2576259B2 JP2576259B2 JP2083480A JP8348090A JP2576259B2 JP 2576259 B2 JP2576259 B2 JP 2576259B2 JP 2083480 A JP2083480 A JP 2083480A JP 8348090 A JP8348090 A JP 8348090A JP 2576259 B2 JP2576259 B2 JP 2576259B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ccd
- thermopile
- diaphragm
- vertical
- voltage source
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、サーモパイル型赤外線センサに関する。
（従来の技術） サーモパイル型赤外線センサでは２種類の熱電材料を
用いる。従来、理化学辞典（第４版）486ページによる
と、ビスマスとアンチモン、クロメルとコンスタンタ
ン、鉄とコンスタンタンの組合せが用いられてきた。ま
た、P.M.SarroとA.W.V.Herwaardenの「Infrared Detect
or Based on an Integrated Silicon ThermoPile」（Pr
oceedings of SPIE807巻113ページから118ページ）によ
ると、ｐ型シリコンと、アルミニウムが使われている。
またC.Shibata、C.Kimura and K.Mikamiの「Far Infrar
ed Sensor with ThermoPile Structure」（Proceeding
of the 1st Sensor SymPosium1981年211ページから255
ページ）によると、テルルとインジウムアンチモンが使
われている。
用いる。従来、理化学辞典（第４版）486ページによる
と、ビスマスとアンチモン、クロメルとコンスタンタ
ン、鉄とコンスタンタンの組合せが用いられてきた。ま
た、P.M.SarroとA.W.V.Herwaardenの「Infrared Detect
or Based on an Integrated Silicon ThermoPile」（Pr
oceedings of SPIE807巻113ページから118ページ）によ
ると、ｐ型シリコンと、アルミニウムが使われている。
またC.Shibata、C.Kimura and K.Mikamiの「Far Infrar
ed Sensor with ThermoPile Structure」（Proceeding
of the 1st Sensor SymPosium1981年211ページから255
ページ）によると、テルルとインジウムアンチモンが使
われている。
また、本出願人の特願平１−40769号では熱電材料と
してｐ型とｎ型の半導体を用いることが示されている。
特にｐ型とｎ型のシリコンを用いる場合にはシリコンIC
の製造技術を用いることができ有利である。第２図はｐ
型とｎ型のシリコンを熱電材料に用いたサーモパイル型
赤外線センサの平面図と断面図である。面方位（100）
のシリコン基板１上にCVD法やプラズマCVD法で作成され
たシリコン窒化膜２が形成されており、窒化膜２の中央
部分の下のシリコン基板が４角錐台状にエッチングさ
れ、空洞３が形成されている。空洞３の上面を被ってい
る膜をダイマフラム４と呼ぶ。窒化膜２の上に熱電材料
としてのｎ型シリコン膜５とｐ型シリコン膜６とが形成
されている。接点部７はアルミニウムなどの金属層を有
しており、ｎ型シリコン膜５と接点部７、ｐ型シリコン
膜６と接点部７とはそれぞれオーミックコンタクトをな
している。サーモパイルではダイヤフラム４上の接点を
温接点、ダイヤフラム領域４外部のシリコン基板上に設
けられた接点を冷接点と呼んでいる。これらの接点を多
くするとサーモパイルの感度は向上するので、図のよう
なつづら折り状のパターンになっている。ｎ型シリコン
膜５とｐ型シリコン膜６と接点部７を保護する目的でシ
リコン窒化膜やシリコン酸化膜の保護膜８が形成されて
いる。保護膜８と窒化膜２にはスリット９が形成されて
いる。スリット９はダイヤフラム領域４の対角線に位置
している。スリット９より異方性エッチング液を用いて
空洞３を形成する。保護膜８や窒化膜２は異方性エッチ
ング液からｎ型シリコン膜５とｐ型シリコン膜６と接点
部７を保護する目的がある。
してｐ型とｎ型の半導体を用いることが示されている。
特にｐ型とｎ型のシリコンを用いる場合にはシリコンIC
の製造技術を用いることができ有利である。第２図はｐ
型とｎ型のシリコンを熱電材料に用いたサーモパイル型
赤外線センサの平面図と断面図である。面方位（100）
のシリコン基板１上にCVD法やプラズマCVD法で作成され
たシリコン窒化膜２が形成されており、窒化膜２の中央
部分の下のシリコン基板が４角錐台状にエッチングさ
れ、空洞３が形成されている。空洞３の上面を被ってい
る膜をダイマフラム４と呼ぶ。窒化膜２の上に熱電材料
としてのｎ型シリコン膜５とｐ型シリコン膜６とが形成
されている。接点部７はアルミニウムなどの金属層を有
しており、ｎ型シリコン膜５と接点部７、ｐ型シリコン
膜６と接点部７とはそれぞれオーミックコンタクトをな
している。サーモパイルではダイヤフラム４上の接点を
温接点、ダイヤフラム領域４外部のシリコン基板上に設
けられた接点を冷接点と呼んでいる。これらの接点を多
くするとサーモパイルの感度は向上するので、図のよう
なつづら折り状のパターンになっている。ｎ型シリコン
膜５とｐ型シリコン膜６と接点部７を保護する目的でシ
リコン窒化膜やシリコン酸化膜の保護膜８が形成されて
いる。保護膜８と窒化膜２にはスリット９が形成されて
いる。スリット９はダイヤフラム領域４の対角線に位置
している。スリット９より異方性エッチング液を用いて
空洞３を形成する。保護膜８や窒化膜２は異方性エッチ
ング液からｎ型シリコン膜５とｐ型シリコン膜６と接点
部７を保護する目的がある。
（発明が解決しようとする課題） サーモパイルを一次元または二次元に配列し、赤外線
イメージセンサを構成した例はI.H.ChoiとK.D.Waseの
「A Slilcon−Thermoyile−Based Infrared Sensing Ar
ray for Use in Automated Manufacturing」（IEEE Tra
nsactions on Electron Devices ED−33巻1986年72〜79
ページ）に８×１画素と16×２画素のものがある。しか
し、いすれも画素数が小さく、また、画素数が大きい場
合に適した構成ではないという欠点があった。このた
め、画素数が大きい場合にも適した構成が必要とされて
きた。
イメージセンサを構成した例はI.H.ChoiとK.D.Waseの
「A Slilcon−Thermoyile−Based Infrared Sensing Ar
ray for Use in Automated Manufacturing」（IEEE Tra
nsactions on Electron Devices ED−33巻1986年72〜79
ページ）に８×１画素と16×２画素のものがある。しか
し、いすれも画素数が小さく、また、画素数が大きい場
合に適した構成ではないという欠点があった。このた
め、画素数が大きい場合にも適した構成が必要とされて
きた。
（課題を解決するための手段） この発明の赤外線センサは３つある。その１つは、半
導体基板の主面に設けられた複数のダイヤフラム領域
と、このダイヤフラム領域に一方の接点群を有し、ダイ
ヤフラム領域の外に他方の接点群を有し、その一端は第
１の電圧源に接続されたサーモパイルと、そのゲートが
前記サーモパイルの他端と接続され、そのソースが第２
の電圧源に接続され、そのドレインが電荷蓄積部である
MOS型トランジスタと、この電荷蓄積部に対応して設け
られた電荷読み出し部とを有することを特徴とする構成
の赤外線センサである。
導体基板の主面に設けられた複数のダイヤフラム領域
と、このダイヤフラム領域に一方の接点群を有し、ダイ
ヤフラム領域の外に他方の接点群を有し、その一端は第
１の電圧源に接続されたサーモパイルと、そのゲートが
前記サーモパイルの他端と接続され、そのソースが第２
の電圧源に接続され、そのドレインが電荷蓄積部である
MOS型トランジスタと、この電荷蓄積部に対応して設け
られた電荷読み出し部とを有することを特徴とする構成
の赤外線センサである。
２つ目は、半導体基板の主面に設けられた複数のダイ
ヤフラム領域と、このダイヤフラム領域に一方の接点群
を有し、ダイヤフラム領域の外に他方の接点群を有し、
その一端は第１の電圧源に接続されたサーモパイルと、
前記複数のダイヤフラム領域に対応して設けられたCCD
と、そのゲートがサーモパイルの他端と接続され、その
ソースが第２の電圧源に接続され、そのドレインが前記
CCDのチャネルであるMOSトランジスタとを有することを
特徴とする構成の赤外線センサである。
ヤフラム領域と、このダイヤフラム領域に一方の接点群
を有し、ダイヤフラム領域の外に他方の接点群を有し、
その一端は第１の電圧源に接続されたサーモパイルと、
前記複数のダイヤフラム領域に対応して設けられたCCD
と、そのゲートがサーモパイルの他端と接続され、その
ソースが第２の電圧源に接続され、そのドレインが前記
CCDのチャネルであるMOSトランジスタとを有することを
特徴とする構成の赤外線センサである。
３つ目は、半導体基板の主面に二次元的に配列された
複数のダイヤフラム領域と、このダイヤフラム領域に一
方の接点群を有し、ダイヤフラム領域の外に他方の接点
群を有し、その一端は第１の電圧源に接続されたサーモ
パイルと、前記複数のダイヤフラム領域に対応して設け
られた第１の垂直CCDと、そのゲートがサーモパイルの
他端と接続され、そのソースが第２の電圧源に接続さ
れ、そのドレインが第１の垂直CCDのチャネルであるMOS
型トランジスタと、第１の垂直CCDに直列接続され、第
１の垂直CCDの転送段数以上の転送段数を持つ第２の垂
直CCDと、第２の垂直CCDの第１の垂直CCDと接続されて
いない端部に対応して設けられた水平CCDと、水平CCDの
転送方向端部に設けられた出力部とを有することを特徴
とする構成の赤外線センサである。
複数のダイヤフラム領域と、このダイヤフラム領域に一
方の接点群を有し、ダイヤフラム領域の外に他方の接点
群を有し、その一端は第１の電圧源に接続されたサーモ
パイルと、前記複数のダイヤフラム領域に対応して設け
られた第１の垂直CCDと、そのゲートがサーモパイルの
他端と接続され、そのソースが第２の電圧源に接続さ
れ、そのドレインが第１の垂直CCDのチャネルであるMOS
型トランジスタと、第１の垂直CCDに直列接続され、第
１の垂直CCDの転送段数以上の転送段数を持つ第２の垂
直CCDと、第２の垂直CCDの第１の垂直CCDと接続されて
いない端部に対応して設けられた水平CCDと、水平CCDの
転送方向端部に設けられた出力部とを有することを特徴
とする構成の赤外線センサである。
（実施例） 次に、この発明について図面を参照して説明する。
第１図はこの発明の第１の実施例の平面模式図であ
る。第１の実施例は第２図のようなサーモパイルが二次
元に多数配列され、かつ、電荷蓄積部と走査回路がシリ
コン主面上に集積された赤外線センサである。図におい
て、多数のサーモパイル10が２次元に配列されている。
サーモパイル10の熱接点はダイマフラム上に形成されて
いる。サーモパイル10の一端11は第１の電圧源12に共通
接続されている。サーモパイル10に対応してMOS型トラ
ンジスタ14か形成されている。サーモパイル10の他端13
はMOS型トランジスタ14のゲートに接続されている。MOS
型トランジスタ14のソースは第２の電圧源15に共通接続
されている。第２の電圧源15はシリコン基板の電位、す
なわち、接地とすることも可能である。さらに、各画素
には電荷蓄積部16が設けられている。電荷蓄積部16とし
てはMOS型容量や接合容量やダイナミックRAMで用いられ
ているスタック容量を用いる。MOS型トランジスタ14の
ドレインは電荷蓄積部16と各画素に設けられたトランシ
スファゲート17のソースに接続されている。このトラン
シファゲート17に対応して埋め込み型の垂直CCD18が設
けられている。垂直CCD18のチャネルはトランスファゲ
ート17のドレインを兼ねている。また、垂直CCD18の一
つの電極の一部を表面型チャネルとし、トランスファゲ
ート17と兼ねさせることもできる。垂直CCD18の転送方
向の端部には水平CCD19を設ける。さらに、水平CCD19の
転送方向の端部には浮遊拡散層型の出力部20を形成す
る。トランジスタゲート17、垂直CCD18、水平CCD19、出
力部20とで読み出し部を形成している。
る。第１の実施例は第２図のようなサーモパイルが二次
元に多数配列され、かつ、電荷蓄積部と走査回路がシリ
コン主面上に集積された赤外線センサである。図におい
て、多数のサーモパイル10が２次元に配列されている。
サーモパイル10の熱接点はダイマフラム上に形成されて
いる。サーモパイル10の一端11は第１の電圧源12に共通
接続されている。サーモパイル10に対応してMOS型トラ
ンジスタ14か形成されている。サーモパイル10の他端13
はMOS型トランジスタ14のゲートに接続されている。MOS
型トランジスタ14のソースは第２の電圧源15に共通接続
されている。第２の電圧源15はシリコン基板の電位、す
なわち、接地とすることも可能である。さらに、各画素
には電荷蓄積部16が設けられている。電荷蓄積部16とし
てはMOS型容量や接合容量やダイナミックRAMで用いられ
ているスタック容量を用いる。MOS型トランジスタ14の
ドレインは電荷蓄積部16と各画素に設けられたトランシ
スファゲート17のソースに接続されている。このトラン
シファゲート17に対応して埋め込み型の垂直CCD18が設
けられている。垂直CCD18のチャネルはトランスファゲ
ート17のドレインを兼ねている。また、垂直CCD18の一
つの電極の一部を表面型チャネルとし、トランスファゲ
ート17と兼ねさせることもできる。垂直CCD18の転送方
向の端部には水平CCD19を設ける。さらに、水平CCD19の
転送方向の端部には浮遊拡散層型の出力部20を形成す
る。トランジスタゲート17、垂直CCD18、水平CCD19、出
力部20とで読み出し部を形成している。
この赤外線センサでは、入射赤外線量に応じてダイマ
フラムの温度が上昇し、それによってサーモパイル10に
起電圧が生ずる。この起電圧は第１の電圧源12に相加さ
れてMOS型トランジスタ14のゲートに印加され、ドレイ
ン電流を変化させる。このドレイン電流は蓄積期間電荷
蓄積部16に蓄積され信号電荷となる。蓄積期間が終了す
ると、トランスファゲート17のオン状態にし、蓄積され
た信号電荷は電荷蓄積部16から垂直CCD18に移されると
同時に、電荷蓄積部26の電位はトランスファゲート17の
チャネル電位にリセットされる。トランスファゲート17
をオフ状態にし、次の蓄積期間が開始する。蓄積期間に
おいて、垂直CCD18と水平CCD19の働きによって、垂直CC
D18に移された信号電荷は順次出力部20に転送され、信
号は外部に採り出される。
フラムの温度が上昇し、それによってサーモパイル10に
起電圧が生ずる。この起電圧は第１の電圧源12に相加さ
れてMOS型トランジスタ14のゲートに印加され、ドレイ
ン電流を変化させる。このドレイン電流は蓄積期間電荷
蓄積部16に蓄積され信号電荷となる。蓄積期間が終了す
ると、トランスファゲート17のオン状態にし、蓄積され
た信号電荷は電荷蓄積部16から垂直CCD18に移されると
同時に、電荷蓄積部26の電位はトランスファゲート17の
チャネル電位にリセットされる。トランスファゲート17
をオフ状態にし、次の蓄積期間が開始する。蓄積期間に
おいて、垂直CCD18と水平CCD19の働きによって、垂直CC
D18に移された信号電荷は順次出力部20に転送され、信
号は外部に採り出される。
MOS型トランジスタ14は弱反転状態ないしは飽和領域
で動作させる。ドレイン電流の最大値をI1アンペア、蓄
積期間をＴ秒とすると、最大蓄積電荷量はI1×Ｔクーロ
ンである。この電荷量を蓄積および転送できるように電
荷蓄積部16、垂直CCD18、水平CCD19を設計する必要があ
る。
で動作させる。ドレイン電流の最大値をI1アンペア、蓄
積期間をＴ秒とすると、最大蓄積電荷量はI1×Ｔクーロ
ンである。この電荷量を蓄積および転送できるように電
荷蓄積部16、垂直CCD18、水平CCD19を設計する必要があ
る。
第３図はこの発明の第２の実施例の平面模式図であ
る。この実施例では第２図のようなサーモパイルを二次
元に多数配列し、かつ電荷蓄積部といわゆるMOS型と呼
ばれる走査回路をシリコン主面上に集積した赤外線セン
サである。第１図と同一記号で示したものは同一構成要
素を示す。第１図の赤外線センサとの違いは電荷蓄積部
16に蓄積された信号電荷の読み出し方にあるので、それ
を説明する。電荷蓄積部16に対応して垂直スイッチ21が
形成されている。垂直スイッチ21はMOS型トランジスタ
で形成されている。ソースは電荷蓄積部16と接続され、
ゲートは水平期間遅延したパルスを発生する垂直シフト
レジスタ22のタップに１行毎に共通接続されている。ま
た、垂直スイッチ21のドレインは１列毎に垂直信号線23
に共通接続されている。垂直信号線23に対応してMOS型
トランジスタの水平スイッチ24が形成されている。水平
スイッチ24のソースは垂直信号線23に接続されている。
ゲートは水平シフトレジスタ25の各タップに接続されて
いる。ドレインは出力ライン26に共通接続されている。
垂直スイッチ21、垂直シフトレジスタ22、垂直信号線2
3、水平スイッチ24、水平シフトレジスタ25、出力ライ
ン26とで読み出し部を形成している。
る。この実施例では第２図のようなサーモパイルを二次
元に多数配列し、かつ電荷蓄積部といわゆるMOS型と呼
ばれる走査回路をシリコン主面上に集積した赤外線セン
サである。第１図と同一記号で示したものは同一構成要
素を示す。第１図の赤外線センサとの違いは電荷蓄積部
16に蓄積された信号電荷の読み出し方にあるので、それ
を説明する。電荷蓄積部16に対応して垂直スイッチ21が
形成されている。垂直スイッチ21はMOS型トランジスタ
で形成されている。ソースは電荷蓄積部16と接続され、
ゲートは水平期間遅延したパルスを発生する垂直シフト
レジスタ22のタップに１行毎に共通接続されている。ま
た、垂直スイッチ21のドレインは１列毎に垂直信号線23
に共通接続されている。垂直信号線23に対応してMOS型
トランジスタの水平スイッチ24が形成されている。水平
スイッチ24のソースは垂直信号線23に接続されている。
ゲートは水平シフトレジスタ25の各タップに接続されて
いる。ドレインは出力ライン26に共通接続されている。
垂直スイッチ21、垂直シフトレジスタ22、垂直信号線2
3、水平スイッチ24、水平シフトレジスタ25、出力ライ
ン26とで読み出し部を形成している。
この赤外線センサでは、第１の実施例の赤外線センサ
と同様にして、蓄積期間において電荷蓄積部16に信号電
荷が蓄積される。蓄積された信号電荷は、垂直シフトレ
ジスタ22のあるタップがオン状態になるとこのタップに
接続された行の垂直スイッチ21が導通状態となり信号電
荷はそれぞれ対応する垂直信号線23に読み出される。こ
の信号電荷は、水平シフトレジスタ25からの各タップ出
力により水平スイッチ24を介して順次出力ライン26へ読
み出される。このように垂直シフトレジスタ22のあるタ
ップに対応する電荷蓄積部16の信号がすべて読み出され
たら、垂直シフトレジスタ22は１行進んで次のタップが
オン状態となり、同時にそのタップに対応する行の電荷
蓄積部16の信号電荷が対応する垂直信号線23に読み出さ
れる。以下同様な動作を繰り返すことにより、電荷蓄積
部16に蓄えられた信号電荷を１行毎に読み出すことがで
きる。信号電荷が垂直信号線23に転送され、電位がリセ
ットされた電荷蓄積部16では垂直スイッチ21がオフ状態
になった後から次の蓄積期間が開始される。
と同様にして、蓄積期間において電荷蓄積部16に信号電
荷が蓄積される。蓄積された信号電荷は、垂直シフトレ
ジスタ22のあるタップがオン状態になるとこのタップに
接続された行の垂直スイッチ21が導通状態となり信号電
荷はそれぞれ対応する垂直信号線23に読み出される。こ
の信号電荷は、水平シフトレジスタ25からの各タップ出
力により水平スイッチ24を介して順次出力ライン26へ読
み出される。このように垂直シフトレジスタ22のあるタ
ップに対応する電荷蓄積部16の信号がすべて読み出され
たら、垂直シフトレジスタ22は１行進んで次のタップが
オン状態となり、同時にそのタップに対応する行の電荷
蓄積部16の信号電荷が対応する垂直信号線23に読み出さ
れる。以下同様な動作を繰り返すことにより、電荷蓄積
部16に蓄えられた信号電荷を１行毎に読み出すことがで
きる。信号電荷が垂直信号線23に転送され、電位がリセ
ットされた電荷蓄積部16では垂直スイッチ21がオフ状態
になった後から次の蓄積期間が開始される。
第４図はこの発明の第３の実施例の平面模式図であ
る。この実施例では第２図のようなサーモパイルを二次
元に多数配列し、かつ、電荷蓄積と転送とを兼ねた垂直
CCDをシリコン主面上に集積した赤外線センサである。
可視光用イメージセンサで言うところのフルフレーム型
に近い構成である。第１図と同一記号で示したものは同
一構成要素を示す。図において、多数のサーモパイル10
が２次元に配列されている。サーモパイル10の一端11は
第１の電圧源12に共通接続されている。サーモパイル10
に対応してMOS型トランジスタ14が形成されている。サ
ーモパイル10の他端13はMOS型トランジスタ14のゲート
に接続されている。MOS型トランジスタ14のソースは第
２の電圧源15に共通接続されている。第２の電圧源15は
シリコン基板の電位、すなわち、接地とすることも可能
である。さらに、MOS型トランジスタ14に対応して埋め
込み型の垂直CCD27が設けられている。垂直CCD27のチャ
ネルはMOS型トランジスタ14のドレインを兼ねている。
垂直CCD27の転送方向の端部には水平CCD19が設けられて
いる。さらに、水平CCD19の転送方向の端部には浮遊拡
散層型の出力部20が形成されている。
る。この実施例では第２図のようなサーモパイルを二次
元に多数配列し、かつ、電荷蓄積と転送とを兼ねた垂直
CCDをシリコン主面上に集積した赤外線センサである。
可視光用イメージセンサで言うところのフルフレーム型
に近い構成である。第１図と同一記号で示したものは同
一構成要素を示す。図において、多数のサーモパイル10
が２次元に配列されている。サーモパイル10の一端11は
第１の電圧源12に共通接続されている。サーモパイル10
に対応してMOS型トランジスタ14が形成されている。サ
ーモパイル10の他端13はMOS型トランジスタ14のゲート
に接続されている。MOS型トランジスタ14のソースは第
２の電圧源15に共通接続されている。第２の電圧源15は
シリコン基板の電位、すなわち、接地とすることも可能
である。さらに、MOS型トランジスタ14に対応して埋め
込み型の垂直CCD27が設けられている。垂直CCD27のチャ
ネルはMOS型トランジスタ14のドレインを兼ねている。
垂直CCD27の転送方向の端部には水平CCD19が設けられて
いる。さらに、水平CCD19の転送方向の端部には浮遊拡
散層型の出力部20が形成されている。
第１、第２の実施例の赤外線センサにおいて電荷蓄積
部16が行なっていた信号電荷の蓄積の役割をこの第３の
実施例の赤外線センサでは垂直CCD27が行なっている。
入射赤外線量に応じてダイヤフラムの温度が上昇し、そ
れによってサーモパイル10に起電圧が生ずる。この起電
圧は第１の電圧源12に相加されてMOS型トランジスタ14
のゲートに印加され、ドレイン電流を変化させる。この
ドレイン電流は蓄積期間対応する垂直CCD27に蓄積され
信号電荷となる。蓄積期間が終了すると信号電荷は垂直
CCD27と水平CCD19の働きによって順次出力部20に転送さ
れ、信号は外部に取り出される。第１の電圧源12をパル
ス駆動し、すなわち、蓄積期間にはMOS型トランジスタ1
4が弱反転状態ないしは飽和領域で動作するような電圧
に、垂直CCD27を信号電荷が転送される期間にはMOS型ト
ランジスタ14がカットオフ状態になるような電圧に第１
の電圧源の電圧を設定する。すると、信号電荷が垂直CC
D27を転送中に他の画素の信号電荷と混じることがな
い。
部16が行なっていた信号電荷の蓄積の役割をこの第３の
実施例の赤外線センサでは垂直CCD27が行なっている。
入射赤外線量に応じてダイヤフラムの温度が上昇し、そ
れによってサーモパイル10に起電圧が生ずる。この起電
圧は第１の電圧源12に相加されてMOS型トランジスタ14
のゲートに印加され、ドレイン電流を変化させる。この
ドレイン電流は蓄積期間対応する垂直CCD27に蓄積され
信号電荷となる。蓄積期間が終了すると信号電荷は垂直
CCD27と水平CCD19の働きによって順次出力部20に転送さ
れ、信号は外部に取り出される。第１の電圧源12をパル
ス駆動し、すなわち、蓄積期間にはMOS型トランジスタ1
4が弱反転状態ないしは飽和領域で動作するような電圧
に、垂直CCD27を信号電荷が転送される期間にはMOS型ト
ランジスタ14がカットオフ状態になるような電圧に第１
の電圧源の電圧を設定する。すると、信号電荷が垂直CC
D27を転送中に他の画素の信号電荷と混じることがな
い。
第５図はこの発明の第４の実施例の平面模式図であ
る。この実施例では第２図のようなサーモパイルを二次
元に多数配列し、かつ、電荷蓄積と転送とを兼ねた第１
垂直CCDとフレームメモリの役割をする第２垂直CCDとが
シリコン主面上に集積された赤外線センサである。可視
光用イメージセンサで言うところのフレーム転送型に近
い構成である。第１、第４図と同一記号で示したものは
同一構成要素を示す。第３の実施例の垂直CCD27と水平C
CD19との間にフレームメモリを設けたことが第３の実施
例との違いである。すなわち、MOS型トランジスタ14の
ドレインの役割をし、信号電荷の蓄積を行う第１垂直CC
D28の他に第１垂直CCD28の転送方向に直列に第２垂直CC
D29が設けられている。第２垂直CCD29の転送段数は第１
垂直CCDの転送段数に等しいかやや多く設定されてい
る。第２垂直CCD29の転送方向の端部には水平CCD19が設
けられている。
る。この実施例では第２図のようなサーモパイルを二次
元に多数配列し、かつ、電荷蓄積と転送とを兼ねた第１
垂直CCDとフレームメモリの役割をする第２垂直CCDとが
シリコン主面上に集積された赤外線センサである。可視
光用イメージセンサで言うところのフレーム転送型に近
い構成である。第１、第４図と同一記号で示したものは
同一構成要素を示す。第３の実施例の垂直CCD27と水平C
CD19との間にフレームメモリを設けたことが第３の実施
例との違いである。すなわち、MOS型トランジスタ14の
ドレインの役割をし、信号電荷の蓄積を行う第１垂直CC
D28の他に第１垂直CCD28の転送方向に直列に第２垂直CC
D29が設けられている。第２垂直CCD29の転送段数は第１
垂直CCDの転送段数に等しいかやや多く設定されてい
る。第２垂直CCD29の転送方向の端部には水平CCD19が設
けられている。
この実施例の赤外線センサでは、信号電荷の蓄積は第
１垂直CCD28が行なっている。蓄積期間が終了すると、
第１垂直CCD28に蓄積された信号電荷は第２垂直CCD29に
フレーム転送される。その後、第１垂直CCD28では次の
信号電荷の蓄積が開始される。また第２垂直CCD29から
水平CCD19へ一行ずつ信号電荷が転送され、さらに水平C
CD19の働きで出力部20へ順次転送され、信号は外部へ取
り出される。第３の実施例と同様に、第１垂直CCD28が
転送動作中は第１の電圧源12の電圧をMOS型トランジス
タ14がカットオフ状態になるように設定すると信号の混
入がなく良好な出力信号が得られる。
１垂直CCD28が行なっている。蓄積期間が終了すると、
第１垂直CCD28に蓄積された信号電荷は第２垂直CCD29に
フレーム転送される。その後、第１垂直CCD28では次の
信号電荷の蓄積が開始される。また第２垂直CCD29から
水平CCD19へ一行ずつ信号電荷が転送され、さらに水平C
CD19の働きで出力部20へ順次転送され、信号は外部へ取
り出される。第３の実施例と同様に、第１垂直CCD28が
転送動作中は第１の電圧源12の電圧をMOS型トランジス
タ14がカットオフ状態になるように設定すると信号の混
入がなく良好な出力信号が得られる。
（発明の効果） この発明によるサーモパイル型赤外線センサは焦電型
に比較してチョッパが不要であるという利点がある上
に、蓄積モードで動作させているために大変感度がよ
い。また大画素数の一次元や二次元のイメージセンサに
も適用できる。
に比較してチョッパが不要であるという利点がある上
に、蓄積モードで動作させているために大変感度がよ
い。また大画素数の一次元や二次元のイメージセンサに
も適用できる。
この発明により赤外線センサはｐ型チャネル、ｎ型チ
ャネルいずれでも実現可能である。
ャネルいずれでも実現可能である。
第１図、第３図、第４図、第５図はそれぞれこの発明の
第１、第２、第３、第４の実施例の赤外線センサの模式
的平面図、第２図（ａ）、（ｂ）はそれぞれサーモパイ
ルの平面図と断面図である。 １……シリコン基板、４……ダイヤフラム領域、７……
接点、10……サーモパイル、11……サーモパイルの一
端、12……第１の電圧源、13……サーモパイルの他端、
14……MOS型トランジスタ、15……第２の電圧源、16…
…電荷蓄積部、17……トランスファゲート、18、27……
垂直CCD、19……水平CCD、20……出力部、21……垂直ス
イッチ、22……垂直シフトレジスタ、23……垂直信号
線、24……水平スイッチ、25……水平シフトレジスタ、
26……出力ライン、28……第１垂直CCD、29……第２垂
直CCD。
第１、第２、第３、第４の実施例の赤外線センサの模式
的平面図、第２図（ａ）、（ｂ）はそれぞれサーモパイ
ルの平面図と断面図である。 １……シリコン基板、４……ダイヤフラム領域、７……
接点、10……サーモパイル、11……サーモパイルの一
端、12……第１の電圧源、13……サーモパイルの他端、
14……MOS型トランジスタ、15……第２の電圧源、16…
…電荷蓄積部、17……トランスファゲート、18、27……
垂直CCD、19……水平CCD、20……出力部、21……垂直ス
イッチ、22……垂直シフトレジスタ、23……垂直信号
線、24……水平スイッチ、25……水平シフトレジスタ、
26……出力ライン、28……第１垂直CCD、29……第２垂
直CCD。
Claims (3)
- 【請求項１】半導体基板の主面に設けられた複数のダイ
ヤフラム領域と、このダイヤフラム領域に一方の接点群
を有し、ダイヤフラム領域の外に他方の接点群を有し、
その一端は第１の電圧源に接続されたサーモパイルと、
そのゲートがサーモパイルの他端と接続され、そのソー
スが第２の電圧源に接続され、そのドレインが電荷蓄積
部であるMOS型トランジスタと、この電荷蓄積部に対応
して設けられた電荷読み出し部とを有することを特徴と
する赤外線センサ。 - 【請求項２】半導体基板の主面に設けられた複数のダイ
ヤフラム領域と、このダイヤフラム領域に一方の接点群
を有し、ダイヤフラム領域の外に他方の接点群を有し、
その一端は第１の電圧源に接続されたサーモパイルと、
前記複数のダイヤフラム領域に対応して設けられたCCD
と、そのゲートがサーモパイルの他端と接続され、その
ソースが第２の電圧源に接続され、そのドレインが前記
CCDのチャネルであるMOS型トランジスタとを有すること
を特徴とする赤外線センサ。 - 【請求項３】半導体基板の主面に二次元的に配列された
複数のダイヤフラム領域と、このダイヤフラム領域に一
方の接点群を有し、ダイヤフラム領域の外に他方の接点
群を有し、その一端は第１の電圧源に接続されたサーモ
パイルと、前記複数のダイヤフラム領域に対応して設け
られた第１垂直CCDと、そのゲートがサーモパイルの他
端と接続され、そのソースが第２の電圧源に接続され、
そのドレインが第１垂直CCDのチャネルであるMOS型トラ
ンジスタと、第１垂直CCDに直列接続され、第１垂直CCD
の転送段数以上の転送段数を持つ第２垂直CCDと、第２
垂直CCDの第１垂直CCDと接続されていない端部に対応し
て設けられた水平CCDと、水平CCDの転送方向端部に設け
られた出力部とを有することを特徴とする赤外線セン
サ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2083480A JP2576259B2 (ja) | 1990-03-30 | 1990-03-30 | 赤外線センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2083480A JP2576259B2 (ja) | 1990-03-30 | 1990-03-30 | 赤外線センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03283579A JPH03283579A (ja) | 1991-12-13 |
| JP2576259B2 true JP2576259B2 (ja) | 1997-01-29 |
Family
ID=13803633
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2083480A Expired - Fee Related JP2576259B2 (ja) | 1990-03-30 | 1990-03-30 | 赤外線センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2576259B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2734226B2 (ja) | 1991-05-08 | 1998-03-30 | 日本電気株式会社 | 赤外線センサ |
| WO2010035739A1 (ja) | 2008-09-25 | 2010-04-01 | パナソニック電工株式会社 | 赤外線センサ |
| WO2010035738A1 (ja) | 2008-09-25 | 2010-04-01 | パナソニック電工株式会社 | 赤外線センサ |
| US8445848B2 (en) | 2009-03-31 | 2013-05-21 | Panasonic Corporation | Infrared array sensor |
-
1990
- 1990-03-30 JP JP2083480A patent/JP2576259B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2734226B2 (ja) | 1991-05-08 | 1998-03-30 | 日本電気株式会社 | 赤外線センサ |
| WO2010035739A1 (ja) | 2008-09-25 | 2010-04-01 | パナソニック電工株式会社 | 赤外線センサ |
| WO2010035738A1 (ja) | 2008-09-25 | 2010-04-01 | パナソニック電工株式会社 | 赤外線センサ |
| US8426864B2 (en) | 2008-09-25 | 2013-04-23 | Panasonic Corporation | Infrared sensor |
| US8445848B2 (en) | 2009-03-31 | 2013-05-21 | Panasonic Corporation | Infrared array sensor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03283579A (ja) | 1991-12-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4011851B2 (ja) | 赤外線固体撮像素子 | |
| JP2710228B2 (ja) | ボロメータ型赤外線検知素子、その駆動方法、および検出用積分回路 | |
| EP1004140B1 (en) | A well to substrate photodiode for use in a cmos sensor on a salicide process | |
| US4173765A (en) | V-MOS imaging array | |
| JP3616622B2 (ja) | 赤外線撮像装置 | |
| US5500383A (en) | Method for fabricating a CCD image sensor with active transistor pixel | |
| JPH06253214A (ja) | 赤外線撮像装置 | |
| JPS6230504B2 (ja) | ||
| JP3965049B2 (ja) | 撮像装置 | |
| JP4257989B2 (ja) | 赤外線検出装置及びそれを用いた赤外線検出器アレイ | |
| EP0111346B1 (en) | One-dimensional semiconductor imaging device | |
| US4346395A (en) | Light detecting photodiode-MIS transistor device | |
| Yutani et al. | 1040* 1040 element PtSi Schottky-barrier IR image sensor | |
| JP2776740B2 (ja) | 熱型赤外線固体撮像素子 | |
| WO1993000710A1 (en) | High photosensitivity and high speed wide dynamic range ccd image sensor | |
| JP2734226B2 (ja) | 赤外線センサ | |
| JP2576259B2 (ja) | 赤外線センサ | |
| US3979604A (en) | Infrared charge-coupled imager | |
| JP3461321B2 (ja) | 赤外線センサおよびその製造方法 | |
| JPH03212979A (ja) | 赤外線センサ | |
| JP2560824B2 (ja) | 赤外線センサの製造方法 | |
| JP2742203B2 (ja) | 赤外線センサ | |
| US6232589B1 (en) | Single polysilicon CMOS pixel with extended dynamic range | |
| JPS6117150B2 (ja) | ||
| EP0065599B1 (en) | Infrared imaging system with infrared detector matrix, and method of imaging infrared energy |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071107 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081107 Year of fee payment: 12 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |