JP3246038B2 - Photosensor and photosensor driving method - Google Patents
Photosensor and photosensor driving methodInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、フォトセンサ及びフォ
トセンサの駆動方法に関し、詳しくは、電荷トラップに
よるヒステリシス特性を有し照射光の照度を正確に検出
するフォトセンサ及びそのフォトセンサの駆動方法に関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photosensor and a method of driving the photosensor, and more particularly, to a photosensor having a hysteresis characteristic by a charge trap and accurately detecting the illuminance of irradiation light, and a method of driving the photosensor. About.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、フォトセンサシステムは、通常、
フォトダイオードやTFT(Thin Film Transistor)を
その受光素子(フォトセンサ)として使用し、複数のフ
ォトセンサをマトリックス状に配列している。各フォト
センサは、照射された光の量に応じた電荷を発生し、こ
の電荷量を見ることにより輝度を検出している。そし
て、従来のフォトセンサシステムは、このマトリックス
状に配列されたフォトセンサに、水平走査回路及び垂直
走査回路から走査電圧を印加して、各フォトセンサの電
荷量を検出している。2. Description of the Related Art Conventionally, a photo sensor system is usually
A photodiode or a TFT (Thin Film Transistor) is used as a light receiving element (photo sensor), and a plurality of photo sensors are arranged in a matrix. Each photosensor generates an electric charge according to the amount of irradiated light, and detects the luminance by checking the amount of the electric charge. In the conventional photosensor system, a scanning voltage is applied to the photosensors arranged in a matrix from a horizontal scanning circuit and a vertical scanning circuit, and the charge amount of each photosensor is detected.
【0003】ところが、このような従来のフォトセンサ
は、閉回路が形成されていると、発生した電荷が電流と
して放出されるため、従来、各フォトセンサ毎にフォト
センサとは別に選択トランジスタを形成して接続し、こ
の選択トランジスタを上記水平走査回路及び垂直走査回
路で駆動することにより、各フォトセンサ毎の電荷量を
検出している。However, in such a conventional photosensor, when a closed circuit is formed, the generated charges are discharged as a current. Therefore, conventionally, a selection transistor is separately formed for each photosensor separately from the photosensor. The selection transistor is driven by the horizontal scanning circuit and the vertical scanning circuit to detect the charge amount of each photo sensor.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のフォトセンサにあっては、各フォトセンサに
蓄積された電荷を搬送して、増幅した後、A/D変換し
ていたため、電荷の搬送時にノイズが重畳され、このノ
イズの影響を除去するために周辺回路が複雑になり、フ
ォトセンサシステム自体が大型化するとともに、S/N
比が小さく、照射光の照度を正確に検出することができ
ず、諧調表示が不正確になるという問題があった。However, in such a conventional photosensor, the charge accumulated in each photosensor is carried, amplified, and then A / D converted. Noise is superimposed during transportation, and peripheral circuits are complicated to eliminate the influence of the noise, which increases the size of the photosensor system and increases the S / N ratio.
There is a problem that the ratio is small, the illuminance of the irradiation light cannot be detected accurately, and the gradation display becomes inaccurate.
【0005】そこで、本発明は、フォトセンサをヒステ
リシス特性を有するトランジスタ薄膜により形成するこ
とにより、増幅機能を有し、高精度で、小型化すること
ができるとともに、画素を高密度化させることのできる
フォトセンサを提供するとともに、このフォトセンサの
駆動方法を提供することを目的としている。Accordingly, the present invention provides a photosensor formed of a transistor thin film having a hysteresis characteristic, which has an amplifying function, can be miniaturized with high accuracy, and has a high density of pixels. It is an object of the present invention to provide a photosensor that can be used and a method for driving the photosensor.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明のフォトセンサ
は、チャネル領域、ソース領域及びドレイン領域を有す
るシリコン薄膜と、前記シリコン薄膜上にそれぞれに接
続されたソース電極及びドレイン電極と、透明なゲート
電極と、前記ゲート電極と前記シリコン薄膜の前記チャ
ネル領域との間に設けられ、電荷トラップによるヒステ
リシス特性を有する層を含み、前記ソース電極及び前記
ドレイン電極に印加される電圧よりも正側の電圧を前記
ゲート電極に印加することにより電子をトラップし、前
記ソース電極及び前記ドレイン電極に印加される電圧よ
りも負側の電圧を前記ゲート電極に印加することによ
り、前記ゲート電極を介して前記シリコン薄膜に照射さ
れた光の照度に応じて、トラップされた電子が正孔に置
換されるゲート絶縁膜と、を備えることにより、上記目
的を達成している。According to the present invention, there is provided a photosensor, comprising: a silicon thin film having a channel region, a source region and a drain region;
Connected source and drain electrodes and transparent gate
An electrode; the gate electrode; and the channel of the silicon thin film.
Hysteresis provided by the charge trap
A layer having lysis characteristics, the source electrode and the
The voltage on the positive side of the voltage applied to the drain electrode is
Electrons are trapped by being applied to the gate electrode,
The voltage applied to the source electrode and the drain electrode
By applying a negative voltage to the gate electrode.
Irradiates the silicon thin film through the gate electrode.
The trapped electrons are placed in holes according to the illuminance of the trapped light.
The above object is achieved by providing a gate insulating film to be replaced .
【0007】この場合、前記ゲート絶縁膜は、例えば、
請求項2に記載するように、その組成比が化学量論比よ
りも大きい窒化シリコンで形成されていてもよい。また
本発明の他のフォトセンサは、チャネル領域、ソース領
域及びドレイン領域を有するシリコン薄膜と、前記シリ
コン薄膜上にそれぞれに接続されたソース電極及びドレ
イン電極と、 透明なゲート電極と、 前記ゲート電極と前
記シリコン薄膜の前記チャネル領域との間に設けられ、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極に印加される電圧
よりも正側の電圧を前記ゲート電極に印加することによ
り電子をトラップし、前記ソース電極及び前記ドレイン
電極に印加される電圧よりも負側の電圧を前記ゲート電
極に印加することにより、前記ゲート電極を介して前記
シリコン薄膜に照射された光の照度に応じて、トラップ
された電子が正孔に置換されるゲート絶縁膜と、を備え
ることを特徴としている。 In this case, the gate insulating film is formed, for example, by
As described in claim 2, it may be formed of silicon nitride whose composition ratio is higher than the stoichiometric ratio. The other photo sensor of the present invention, a silicon thin film having a channel region, a source region and a drain region, said Siri
The source electrode and the drain connected to the
An in-electrode, a transparent gate electrode, and the gate electrode
Provided between the silicon thin film and the channel region,
Voltage applied to the source electrode and the drain electrode
By applying a voltage on the more positive side to the gate electrode,
Trapping electrons, the source electrode and the drain
A voltage on the negative side of the voltage applied to the electrode is
Applied to the pole, through the gate electrode
Depending on the illuminance of the light applied to the silicon thin film, the trap
A gate insulating film in which the converted electrons are replaced with holes.
It is characterized by that.
【0008】本発明のフォトセンサの駆動方法は、チャ
ネル領域、ソース領域及びドレイン領域を有するシリコ
ン薄膜と、少なくとも前記チャネル領域上に形成され電
荷トラップによるヒステリシス特性を有する層を含むゲ
ート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成された透明な
ゲート電極と、を備えたフォトセンサの駆動方法であっ
て、前記ゲート電極にリセットパルスを印加して前記ゲ
ート絶縁膜に電子をトラップする第1ステップと、正の
ゲート電圧を印加した状態において前記ゲート電極を介
して前記シリコン薄膜に光を照射して前記ゲート絶縁膜
中の電子を光強度に応じて正孔に置換する第2ステップ
と、正のソース−ドレイン電圧を印加して、置換された
正孔に応じたドレイン電流を得る第3ステップと、を実
行することより、上記目的を達成している。[0008] A method of driving a photosensor according to the present invention includes a silicon thin film having a channel region, a source region, and a drain region, a gate insulating film including at least a layer formed on the channel region and having a hysteresis characteristic due to charge trapping, A method for driving a photo sensor, comprising: a transparent gate electrode formed on the gate insulating film, wherein a first step of applying a reset pulse to the gate electrode to trap electrons in the gate insulating film; A second step of irradiating the silicon thin film with light through the gate electrode in a state where a positive gate voltage is applied to replace electrons in the gate insulating film with holes in accordance with light intensity; The source-drain voltage was applied to replace
The above object is achieved by performing a third step of obtaining a drain current corresponding to holes .
【0009】[0009]
【作用】本発明によれば、チャネル領域、ソース領域及
びドレイン領域を有するシリコン薄膜のうち、少なくと
もチャネル領域上に、電荷トラップによるヒステリシス
特性を有する層を含むゲート絶縁膜が形成され、このゲ
ート絶縁膜上に透明なゲート電極が形成されている。According to the present invention, a gate insulating film including a layer having a hysteresis characteristic due to charge trapping is formed on at least a channel region of a silicon thin film having a channel region, a source region, and a drain region. A transparent gate electrode is formed on the film.
【0010】したがって、ゲート電極にリセットパルス
を印加してゲート絶縁膜に電子をトラップさせ、正のゲ
ート電圧を印加した状態において、ゲート電極を介して
シリコン薄膜に光を照射して、ゲート絶縁膜中の電子を
光強度に応じて正孔に置換させると、光の照射総量に対
応した正孔をゲート絶縁膜中にトラップさせ、このトラ
ップさせた正孔を、正のソース−ドレイン電圧を印加し
てドレイン電流として取り出すことができるので、フォ
トセンサを増幅率が高く、高精度で、小型のものとする
ことができる。Therefore, a reset pulse is applied to the gate electrode to trap electrons in the gate insulating film, and in a state where a positive gate voltage is applied, the silicon thin film is irradiated with light through the gate electrode to form a gate insulating film. When the electrons inside are replaced with holes according to the light intensity, holes corresponding to the total amount of light irradiation are trapped in the gate insulating film, and a positive source-drain voltage is applied to the trapped holes. As a result, the photosensor can have high amplification factor, high accuracy, and small size.
【0011】[0011]
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to embodiments.
【0012】図1〜図5は、本発明のフォトセンサ及び
フォトセンサの駆動方法の一実施例を示す図である。FIGS. 1 to 5 show an embodiment of a photosensor and a method of driving the photosensor according to the present invention.
【0013】図1は、そのフォトセンサ1の側面断面図
であり、フォトセンサ1は、基本的には、コプラナー型
薄膜トランジスタの構成となっている。FIG. 1 is a side sectional view of the photosensor 1. The photosensor 1 basically has a configuration of a coplanar thin film transistor.
【0014】すなわち、フォトセンサ1は、ガラス等か
らなる絶縁性基板2上に、半導体層3が形成されてお
り、半導体層3は、i型アモルファス・シリコン(i−
a−Si)で形成されている。That is, in the photosensor 1, a semiconductor layer 3 is formed on an insulating substrate 2 made of glass or the like, and the semiconductor layer 3 is made of i-type amorphous silicon (i-type amorphous silicon).
a-Si).
【0015】この半導体層3を挟んで、該半導体層3上
に所定の間隔を有して相対向する位置にソース電極
(S)4及びドレイン電極(D)5が形成されており、
これらソース電極(S)4及びドレイン電極(D)5
は、リン等のドーパントが拡散されたアモルファスシリ
コンよりなるn+ シリコン層6、7を介して半導体層3
と接続されている。A source electrode (S) 4 and a drain electrode (D) 5 are formed on the semiconductor layer 3 at positions opposing each other with a predetermined interval, with the semiconductor layer 3 interposed therebetween.
These source electrode (S) 4 and drain electrode (D) 5
Is formed through n + silicon layers 6 and 7 made of amorphous silicon in which a dopant such as phosphorus is diffused.
Is connected to
【0016】これら半導体層3、ソース電極(S)4及
びドレイン電極(D)5を覆うように、窒化シリコン
(SiN)からなる光透過性を有する第1ゲート絶縁膜
8が形成されており、第1ゲート絶縁膜8は、そのSi
/N組成比が化学量論比(Si/N=0.75)よりも
大きな値、例えば、Si/N組成比が0.85以上のい
わゆるSiリッチの窒化シリコンで形成されている。こ
の第1ゲート絶縁膜8は、図5では、半導体層3、ソー
ス電極(S)4及びドレイン電極(D)5の全体を覆う
ように形成されているが、これに限るものではなく、ソ
ース電極(S)4とドレイン電極(D)5との間に挟ま
れた半導体層3上を少なくとも覆っていればよい。An optically transparent first gate insulating film 8 made of silicon nitride (SiN) is formed so as to cover the semiconductor layer 3, the source electrode (S) 4 and the drain electrode (D) 5. The first gate insulating film 8 is made of the Si
It is formed of a so-called Si-rich silicon nitride having a / N composition ratio larger than the stoichiometric ratio (Si / N = 0.75), for example, a Si / N composition ratio of 0.85 or more. In FIG. 5, the first gate insulating film 8 is formed so as to cover the whole of the semiconductor layer 3, the source electrode (S) 4, and the drain electrode (D) 5, but is not limited thereto. It is sufficient that at least the semiconductor layer 3 sandwiched between the electrode (S) 4 and the drain electrode (D) 5 is covered.
【0017】この第1ゲート絶縁膜8上に、窒化シリコ
ンからなる光透過性を有する第2ゲート絶縁膜9が形成
されており、第2ゲート絶縁膜9は、そのSi/N組成
比を通常の化学量論比とした窒化シリコンで形成されて
いる。A light-transmitting second gate insulating film 9 made of silicon nitride is formed on the first gate insulating film 8, and the second gate insulating film 9 has a Si / N composition ratio that is generally equal to that of the first gate insulating film. Of stoichiometric silicon nitride.
【0018】第2ゲート絶縁膜9上には、半導体層3と
相対向する位置にゲート電極(G)10が形成されてお
り、ゲート電極(G)10は、透明導電膜(ITO)で
形成されている。ゲート電極(G)10は、後述する電
子−正孔対を発生するために半導体層3のチャンネル領
域のみでなく、図1に示すように、n+ シリコン層4、
5上部面も覆う大きさに形成することが望ましい。そし
て、図示しないが、このゲート電極(G)10及び第2
ゲート絶縁膜9を覆うように、窒化シリコンからなる透
明なオーバーコート膜が形成されており、オーバーコー
ト膜は、これらゲート電極(G)10及び第2ゲート絶
縁膜9を保護している。On the second gate insulating film 9, a gate electrode (G) 10 is formed at a position facing the semiconductor layer 3, and the gate electrode (G) 10 is formed of a transparent conductive film (ITO). Have been. The gate electrode (G) 10 includes not only a channel region of the semiconductor layer 3 for generating an electron-hole pair described later, but also an n + silicon layer 4 as shown in FIG.
5 It is desirable to be formed in a size that also covers the upper surface. Although not shown, the gate electrode (G) 10 and the second
A transparent overcoat film made of silicon nitride is formed so as to cover the gate insulating film 9, and the overcoat film protects the gate electrode (G) 10 and the second gate insulating film 9.
【0019】このフォトセンサ1は、上述のように、基
板2上に半導体層3、n+ シリコン層6、7、ソース電
極(S)4及びドレイン電極(D)5、第1ゲート絶縁
膜8、第2ゲート絶縁膜9及びゲート電極を順次積層す
ることにより形成されており、いわゆるコプラナー型薄
膜トランジスタの構成となっている。As described above, this photosensor 1 has a semiconductor layer 3, n + silicon layers 6, 7, a source electrode (S) 4, a drain electrode (D) 5, and a first gate insulating film 8 on a substrate 2. , The second gate insulating film 9 and the gate electrode are sequentially laminated to form a so-called coplanar thin film transistor.
【0020】このフォトセンサ1の製造方法は、例え
ば、真空蒸着法、スパッタ法あるいはプラズマCVD法
等により形成することができ、また各膜厚は、適宜設定
されるが、第1ゲート絶縁膜8としては、例えば、20
00オングストロームに形成されている。The photosensor 1 can be formed by, for example, a vacuum evaporation method, a sputtering method, a plasma CVD method, or the like. The thickness of each film is appropriately set. Is, for example, 20
It is formed in 00 angstrom.
【0021】次に、作用を説明する。Next, the operation will be described.
【0022】フォトセンサ1は、上述のように、その第
1ゲート絶縁膜8にSiリッチなSiN膜を使用してい
るため、図2にフォトセンサ1のドレイン電圧VD を1
0Vとして、ゲート電圧VG に対するドレイン電流ID
(ソース電極(S)4−ドレイン電極(D)5間に流れ
る電流)の変化を示すように、ヒステリシス特性を有し
ている。すなわち、ゲート電圧VG を、負の値から徐々
に正の値へとドレイン電流ID が飽和するまで上げて行
き、その後、ゲート電圧VG を下げると、ドレイン電流
ID は、ゲート電圧VG の値に対して、ゲート電圧VG
を上昇させた場合と、ドレイン電流ID が飽和した後
に、ゲート電圧VG を下げた場合とでは、異なる値をと
って下降する。そして、この場合のヒステリシスの大き
さΔVth(ゲート電圧VG をマイナス側から変化させた
時におけるドレイン電流ID が1nAとなるところのゲ
ート電圧VG と、ゲート電圧VG をプラス側から変化さ
せた時におけるドレイン電流ID が1nAとなるところ
のゲート電圧VG との差)は、後述するように、フォト
センサ1に照射される光の露光量に依存するとともに、
第1ゲート絶縁膜8の厚さに依存する。As described above, since the photo sensor 1 uses the Si-rich SiN film for the first gate insulating film 8, the drain voltage V D of the photo sensor 1 is set to 1 in FIG.
As 0V, the drain current I D with respect to the gate voltage V G
(Current flowing between the source electrode (S) 4 and the drain electrode (D) 5) has a hysteresis characteristic. That is, the gate voltage V G, the drain current I D gradually to a positive value from a negative value is gradually increased until saturation, then, lowering the gate voltage V G, the drain current I D, the gate voltage V For the value of G , the gate voltage V G
And when increasing the, after the drain current I D is saturated, in the case of lowering the gate voltage V G is lowered by taking different values. Then, change the gate voltage V G drain current I D is where the 1nA in when the magnitude [Delta] V th (the gate voltage V G of the hysteresis in this case is changed from the negative side, the gate voltage V G from the positive side the drain current I D at the time obtained by the difference) between the gate voltage V G at which the 1 nA, as described below, depends on the amount of exposure light applied to the photo sensor 1,
It depends on the thickness of the first gate insulating film 8.
【0023】そこで、フォトセンサ1に、図3に示すよ
うに、例えば、ソース電極(S)4及びドレイン電極
(D)5間に0[V]を、ゲート電極(G)10に+2
0[V]のパルス電圧を印加すると、電子がこのソース
電極(S)4及びドレイン電極(D)5側のn+ 層から
半導体層3のチャネル領域に供給されて、このチャネル
領域の電子は、第1ゲート絶縁膜8が上述のようにSi
リッチとなっていることから、この第1ゲート絶縁膜8
に取り込まれる。第1ゲート絶縁膜8に電子がトラップ
されるため、半導体層3のチャネル領域には正孔が誘起
され、フォトセンサ1は、トランジスタとしては強いエ
ンハンスメント型となる。この状態はリセット状態であ
る。例えば、第1ゲート電極8の膜厚が2000オング
ストロームの場合、ゲート電圧VG を+20[V]とす
ると、100マイクロ秒程度の短時間で第1ゲート絶縁
膜8に電子がトラップされる。Therefore, as shown in FIG. 3, for example, 0 [V] is applied between the source electrode (S) 4 and the drain electrode (D) 5 and +2 is applied to the gate electrode (G) 10 as shown in FIG.
When a pulse voltage of 0 [V] is applied, electrons are supplied from the n + layer on the side of the source electrode (S) 4 and the drain electrode (D) 5 to the channel region of the semiconductor layer 3, and the electrons in this channel region are The first gate insulating film 8 is made of Si as described above.
Since the first gate insulating film 8 is rich,
It is taken in. Since electrons are trapped in the first gate insulating film 8, holes are induced in the channel region of the semiconductor layer 3, and the photosensor 1 becomes a strong enhancement type as a transistor. This state is a reset state. For example, when the film thickness of the first gate electrode 8 is 2000 angstroms, the gate voltage V G and +20 [V], electrons are trapped in the first gate insulating film 8 in a short time of about 100 microseconds.
【0024】このリセット状態から、次に、図4に示す
ように、ゲート電極(G)10が負電位となるバイアス
状態、例えば、ゲート電圧VG を0[V]とし、ソース
電極(S)4及びドレイン電極(D)5に+20[V]
を印加すると、フォトセンサ1は、センス状態となる。
この状態で、ゲート電極(G)10側から光(図4中、
矢印で表示している。)を照射すると、この光照射によ
り半導体層3に照射光の照度に対応した量の電子−正孔
対が発生する。この半導体層3に発生した電子−正孔対
のうち、電子は、n+ 層に移動し、正孔は、第1ゲート
絶縁膜8に取り込まれて、リセット時にトラップされた
電子と置換される。この場合、第1ゲート絶縁膜8はヒ
ステリシス特性を有するものであるから、光照射の開始
時点から光照射の終了までの期間に発生した電子−正孔
対の正孔が、順次第1ゲート絶縁膜8に取り込まれ、第
1ゲート絶縁膜8にトラップされている電子と置換され
ることとなる。その結果、光照射時点からの光照射量、
すなわち総露光量に応じて、フォトセンサ1のしきい値
電圧Vthが変化し、フォトセンサ1は、トランジスタと
してはデプリーション型の方向に変化する。[0024] From the reset state, then, as shown in FIG. 4, the bias state of the gate electrode (G) 10 is a negative potential, for example, the gate voltage V G and 0 [V], the source electrode (S) +20 [V] to the drain electrode 4 and the drain electrode (D) 5
Is applied, the photosensor 1 enters the sensing state.
In this state, light from the gate electrode (G) 10 side (in FIG. 4,
It is indicated by an arrow. ), The light irradiation generates electron-hole pairs in the semiconductor layer 3 in an amount corresponding to the illuminance of the irradiation light. Of the electron-hole pairs generated in the semiconductor layer 3, the electrons move to the n + layer, and the holes are taken into the first gate insulating film 8 and replaced with the electrons trapped at the time of reset. . In this case, since the first gate insulating film 8 has a hysteresis characteristic, the holes of the electron-hole pairs generated during the period from the start of the light irradiation to the end of the light irradiation are sequentially converted to the first gate insulating film. The electrons are taken into the film 8 and replaced by the electrons trapped in the first gate insulating film 8. As a result, the amount of light irradiation from the time of light irradiation,
That is, the threshold voltage Vth of the photosensor 1 changes according to the total exposure amount, and the photosensor 1 changes in a depletion type direction as a transistor.
【0025】また、このセンス状態において、光照射が
ない時には、しきい値電圧Vthは、ほとんど変化しな
い。In this sense state, when there is no light irradiation, the threshold voltage V th hardly changes.
【0026】読出時は、図5に示すように、ソース電極
(S)4に対してドレイン電極(D)5を正電位にする
ことにより、例えば、ソース電極(S)4に0[V]、
ドレイン電極(D)5に+5[V]を、ゲート電極
(G)に0[V]を印加することにより、光照射量に対
応した大きさのドレイン電流IDS、すなわちチャネル電
流を読み出すことができる。At the time of reading, as shown in FIG. 5, by setting the drain electrode (D) 5 to a positive potential with respect to the source electrode (S) 4, for example, 0 [V] is applied to the source electrode (S) 4. ,
By applying +5 [V] to the drain electrode (D) 5 and 0 [V] to the gate electrode (G), a drain current I DS corresponding to the light irradiation amount, that is, a channel current can be read. it can.
【0027】このように、フォトセンサ1は、第1ゲー
ト絶縁膜8として、Siリッチの窒化シリコンで形成さ
れているため、フォトセンサ1にヒステリシス特性(メ
モリ機能)を持たせることができるので、リセットする
ことにより、第1ゲート絶縁膜8に正孔をトラップさ
せ、その後、センス状態として光を照射すると、光照射
の総量に対応した電子を第1ゲート絶縁膜8にトラップ
されている正孔と置換させることができるとともに、光
非照射時との出力比を大きくすることができ、高感度で
光照射量を検出することができる。その結果、フォトセ
ンサ1を高精度で、小型なものとすることができ、画素
を高密度化させることができる。As described above, since the photosensor 1 is made of Si-rich silicon nitride as the first gate insulating film 8, the photosensor 1 can have a hysteresis characteristic (memory function). By resetting, holes are trapped in the first gate insulating film 8, and thereafter, when light is irradiated in a sense state, electrons corresponding to the total amount of light irradiation are trapped in the first gate insulating film 8. And the output ratio with respect to non-irradiation can be increased, and the amount of light irradiation can be detected with high sensitivity. As a result, the photosensor 1 can be made small with high accuracy, and the density of pixels can be increased.
【0028】[0028]
【発明の効果】本発明のフォトセンサ及びそのフォトセ
ンサの駆動方法によれば、チャネル領域、ソース領域及
びドレイン領域を有するシリコン薄膜のうち、少なくと
もチャネル領域上に、電荷トラップによるヒステリシス
特性を有する層を含むゲート絶縁膜が形成され、このゲ
ート絶縁膜上に透明なゲート電極が形成されているの
で、ゲート電極にリセットパルスを印加してゲート絶縁
膜に電子をトラップさせ、正のゲート電圧を印加した状
態において、ゲート電極を介してシリコン薄膜に光を照
射して、ゲート絶縁膜中の電子を光強度に応じて正孔に
置換させると、光の照射総量に対応した正孔をゲート絶
縁膜中にトラップさせ、このトラップさせた正孔を、正
のソース−ドレイン電圧を印加してドレイン電流として
取り出すことができ、フォトセンサを増幅率が高く、高
精度で、小型のものとすることができる。According to the photosensor and the method for driving the photosensor of the present invention, a layer having hysteresis characteristics due to charge trapping is formed on at least the channel region of the silicon thin film having the channel region, the source region and the drain region. Is formed, and a transparent gate electrode is formed on the gate insulating film, so that a reset pulse is applied to the gate electrode to trap electrons in the gate insulating film, and a positive gate voltage is applied. In this state, the silicon thin film is irradiated with light through the gate electrode, and electrons in the gate insulating film are replaced with holes according to the light intensity. The trapped holes can be taken out as a drain current by applying a positive source-drain voltage. High photosensor amplification factor, with high precision, can be of small size.
【図1】本発明に係るフォトセンサの一実施例の側面断
面図。FIG. 1 is a side sectional view of one embodiment of a photosensor according to the present invention.
【図2】図1のフォトセンサのヒステリシス特性を示す
図。FIG. 2 is a diagram showing a hysteresis characteristic of the photosensor of FIG.
【図3】図1のフォトセンサのリセット時のバイアス関
係及びキャリアの動きを示す説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a bias relationship and carrier movement at the time of resetting the photosensor of FIG. 1;
【図4】図1のフォトセンサのセンス時のバイアス関係
及びキャリアの動きを示す説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram showing a bias relationship and a carrier movement at the time of sensing of the photosensor of FIG. 1;
【図5】図1のフォトセンサの読み出し時のバイアス関
係を示す図。FIG. 5 is a diagram showing a bias relationship at the time of reading of the photosensor of FIG. 1;
1 フォトセンサ 2 絶縁性基板 3 半導体層 4 ソース電極(S) 5 ドレイン電極(D) 6、7 オームコンタクト層 8 第1ゲート絶縁膜 9 第2ゲート絶縁膜 10 ゲート電極(G) Reference Signs List 1 photosensor 2 insulating substrate 3 semiconductor layer 4 source electrode (S) 5 drain electrode (D) 6, 7 ohmic contact layer 8 first gate insulating film 9 second gate insulating film 10 gate electrode (G)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 31/10 - 31/119 H01L 27/14 - 27/148 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 31/10-31/119 H01L 27/14-27/148
Claims (4)
領域を有するシリコン薄膜と、前記シリコン薄膜上にそれぞれに接続されたソース電極
及びドレイン電極と、 透明なゲート電極と、 前記ゲート電極と前記シリコン薄膜の前記チャネル領域
との間に設けられ、電荷トラップによるヒステリシス特
性を有する層を含み、前記ソース電極及び前記ドレイン
電極に印加される電圧よりも正側の電圧を前記ゲート電
極に印加することにより電子をトラップし、前記ソース
電極及び前記ドレイン電極に印加される電圧よりも負側
の電圧を前記ゲート電極に印加することにより、前記ゲ
ート電極を介して前記シリコン薄膜に照射された光の照
度に応じて、トラップされた電子が正孔に置換されるゲ
ート絶縁膜と、 を備えたことを特徴とするフォトセンサ。1. A silicon thin film having a channel region, a source region and a drain region, and a source electrode respectively connected to the silicon thin film.
And a drain electrode; a transparent gate electrode; and the channel region of the gate electrode and the silicon thin film.
And the hysteresis characteristic by the charge trap.
The source electrode and the drain
A voltage more positive than the voltage applied to the electrode is
Trapping electrons by applying to the pole
More negative than the voltage applied to the electrode and the drain electrode
The gate voltage is applied to the gate electrode,
Of the light applied to the silicon thin film through the gate electrode
Depending on the degree, the trapped electrons are replaced with holes.
A photo- insulating film .
量論比よりも大きい窒化シリコンで形成されたことを特
徴とする請求項1記載のフォトセンサ。2. The photosensor according to claim 1, wherein said gate insulating film is formed of silicon nitride whose composition ratio is larger than a stoichiometric ratio.
領域を有するシリコン薄膜と、前記シリコン薄膜上にそれぞれに接続されたソース電極
及びドレイン電極と、 透明なゲート電極と、 前記ゲート電極と前記シリコン薄膜の前記チャネル領域
との間に設けられ、前記ソース電極及び前記ドレイン電
極に印加される電圧よりも正側の電圧を前記ゲート電極
に印加することにより電子をトラップし、前記ソース電
極及び前記ドレイン電極に印加される電圧よりも負側の
電圧を前記ゲート電極に印加することにより、前記ゲー
ト電極を介して前記シリコン薄膜に照射された光の照度
に応じて、トラップされた電子が正孔に置換されるゲー
ト絶縁膜と、 を備えたことを特徴とするフォトセンサ。3. A silicon thin film having a channel region, a source region and a drain region, and a source electrode respectively connected on the silicon thin film.
And a drain electrode; a transparent gate electrode; and the channel region of the gate electrode and the silicon thin film.
Between the source electrode and the drain electrode.
A voltage more positive than the voltage applied to the pole is applied to the gate electrode.
Trapping electrons by applying voltage to the
On the negative side of the voltage applied to the electrode and the drain electrode.
By applying a voltage to the gate electrode, the gate
Illuminance of light applied to the silicon thin film through the gate electrode
In which trapped electrons are replaced by holes
Photo sensor comprising: the gate insulating film.
領域を有するシリコン薄膜と、 少なくとも前記チャネル領域上に形成され電荷トラップ
によるヒステリシス特性を有する層を含むゲート絶縁膜
と、 前記ゲート絶縁膜上に形成された透明なゲート電極と、 を備えたフォトセンサの駆動方法であって、 前記ゲート電極にリセットパルスを印加して前記ゲート
絶縁膜に電子をトラップする第1ステップと、 前記ソース領域の電圧及び前記ドレイン領域の電圧に対
し負のゲート電圧を印加した状態において前記ゲート電
極を介して前記シリコン薄膜に光を照射して前記ゲート
絶縁膜中の電子を光強度に応じて正孔に置換する第2ス
テップと、 正のソース−ドレイン電圧を印加して、置換された正孔
に応じたドレイン電流を得る第3ステップと、 からなることを特徴とするフォトセンサの駆動方法。4. A silicon thin film having a channel region, a source region and a drain region, a gate insulating film including at least a layer formed on the channel region and having a hysteresis characteristic due to charge trapping, and formed on the gate insulating film. A transparent gate electrode, comprising: a first step of applying a reset pulse to the gate electrode to trap electrons in the gate insulating film; and a voltage of the source region and A second method of irradiating the silicon thin film with light through the gate electrode in a state where a negative gate voltage is applied to the voltage of the drain region to replace electrons in the gate insulating film with holes according to light intensity; Step and applying positive source-drain voltage to displace holes
And a third step of obtaining a drain current according to the following .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04470693A JP3246038B2 (en) | 1993-02-08 | 1993-02-08 | Photosensor and photosensor driving method |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
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Publications (2)
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| JPH06237007A JPH06237007A (en) | 1994-08-23 |
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