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JP6455014B2 - Infrared imaging device and infrared imaging device - Google Patents
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JP6455014B2 - Infrared imaging device and infrared imaging device - Google Patents

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JP6455014B2 JP2014162473A JP2014162473A JP6455014B2 JP 6455014 B2 JP6455014 B2 JP 6455014B2 JP 2014162473 A JP2014162473 A JP 2014162473A JP 2014162473 A JP2014162473 A JP 2014162473A JP 6455014 B2 JP6455014 B2 JP 6455014B2
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Description

本発明は、赤外線撮像素子及び赤外線撮像装置に関するものである。   The present invention relates to an infrared imaging device and an infrared imaging device.

従来より、暗視カメラとして赤外線を利用したものが知られている。これは、温度のある物体は全て赤外線を放出しているためであり、特に、室温においては10μm帯の赤外線の放出が最大である。   Conventionally, what uses infrared rays as a night vision camera is known. This is because all the objects having temperature emit infrared rays, and the emission of infrared rays in the 10 μm band is the greatest at room temperature.

そこで、このような10μm帯の赤外線を感度良く検出するために、入射した赤外線を吸収した場合に流れる電流を捕えることによって光を検知する光検知器が用いられている。特に、量子井戸構造における伝導帯側の量子準位を介した遷移を利用した量子井戸赤外線検知器(Quantum Well Infrared Photodetector;QWIP)が注目されている。   Therefore, in order to detect such infrared rays in the 10 μm band with high sensitivity, a photodetector that detects light by capturing a current that flows when absorbing incident infrared rays is used. In particular, a quantum well infrared detector (QWIP) using a transition through a quantum level on the conduction band side in a quantum well structure has attracted attention.

そして、このようなQWIPを二次元マトリクス状に配置するとともに、各画素素子にIn電極を介して信号読出回路を接続してFPA(Focal Plane Array)型赤外線撮像装置として用いている。QWIPにおいては各画素素子に流れる素子電流による電気容量(蓄積容量)内のある蓄積時間或いは積分時間の規定時間における電荷量の変化をその容量両端での電圧変化として時系列的に走査して画素出力として読み出す方式が行われている。   Such QWIPs are arranged in a two-dimensional matrix, and a signal readout circuit is connected to each pixel element via an In electrode, which is used as an FPA (Focal Plane Array) type infrared imaging device. In QWIP, a pixel is obtained by scanning a change in charge amount in a certain accumulation time or a specified time of integration time in an electric capacity (storage capacity) due to an element current flowing in each pixel element as a voltage change at both ends of the capacity in time series. A method of reading as output is performed.

ここで、図14を参照して、FPA型赤外線撮像素子を説明する。図14は、従来のFPA型赤外線撮像装置の一画素を示す等価回路図である。QWIP素子71は、バイアス兼スイッチング用のトランジスタ72に接続され、バイアス兼スイッチング用のトランジスタ72の他端には電荷蓄積用のキャパシタ73に接続されている。   Here, with reference to FIG. 14, an FPA type infrared imaging device will be described. FIG. 14 is an equivalent circuit diagram showing one pixel of a conventional FPA type infrared imaging device. The QWIP element 71 is connected to a bias / switching transistor 72, and the other end of the bias / switching transistor 72 is connected to a charge storage capacitor 73.

このような接続状態において、QWIP素子71に実際に加わるバイアス電圧Vはバイアス兼スイッチング用のトランジスタ72で決まる定数Iにより決まる。Vをトランジスタ72のソース−ゲート間の電圧、Vthを閾値ゲート電圧、Iを全体に流れる電流とすると、
I=(I/2)×(V−Vth
で表される。これを変形すると、
−Vth=(2I/I1/2
となる。
In such a connection state, a bias voltage V A that actually applied to the QWIP device 71 is determined by a constant I 0 determined by the transistor 72 for bias and switching. When V g is a voltage between the source and gate of the transistor 72, V th is a threshold gate voltage, and I is a current flowing through the whole,
I = (I 0/2) × (V g -V th) 2
It is represented by If this is transformed,
V g −V th = (2I / I 0 ) 1/2
It becomes.

ここで、VIGをトランジスタ72のゲートに印加される印加ゲート電圧とすると、
=VIG-V
で表され、Vgに上記の式を代入すると、
=VIG-V=(2I/I1/2+Vth
となる。これをVについて整理すると、
=VIG−Vth−(2I/I1/2
となる。
Here, when V IG is an applied gate voltage applied to the gate of the transistor 72,
V g = V IG -V A
And substituting the above equation for Vg,
V g = V IG -V A = (2I / I 0 ) 1/2 + V th
It becomes. Organizing this for VA ,
V A = V IG −V th − (2I / I 0 ) 1/2
It becomes.

ところで、このようなFPA型赤外線撮像装置を実際に作成する場合、各画素に対して個別にVIGを印加するような構成とすると、読出し回路が複雑となり現実的ではない。したがって、図15に示すように、全ての画素、或いは少なくとも複数画素のブロックごとに一様に印加するような構成としていることが多い。 By the way, when such an FPA-type infrared imaging device is actually created, if a configuration in which V IG is individually applied to each pixel, the readout circuit becomes complicated, which is not practical. Therefore, as shown in FIG. 15, it is often configured to apply uniformly to all pixels or at least a block of a plurality of pixels.

図15は、従来のFPA型赤外線撮像装置の電圧印加方法の説明図である。QWIP素子71,71は、夫々トランジスタ72,72に接続されとともに、共通ライン74に接続されている。また、トランジスタ72,72のゲートには、ワード線75を介して印加ゲート電圧VIGが印加される。 FIG. 15 is an explanatory diagram of a voltage application method of a conventional FPA type infrared imaging device. The QWIP elements 71 1 and 71 2 are connected to the transistors 72 1 and 72 2 and to the common line 74, respectively. The gate of the transistor 72 1, 72 2, applied gate voltage V IG via the word line 75 is applied.

特開2010−192815号公報JP 2010-192815 A

松波弘行著,「半導体工学」,昭晃堂刊,1983年,p.175Matsunami Hiroyuki, “Semiconductor Engineering”, Shoshodo, 1983, p.175

しかし、従来の電圧印加方法の場合、QWIP素子の製造上のバラつきなどによって、信号処理に支障をきたすなどの不具合を生じる虞がある。例えば、図15に示したQWIP素子71が相対的に高抵抗で、QWIP素子71が低抵抗であったような場合、画素出力は当然その違いを反映した差を持って出力される。この時、このQWIP素子71,71間の抵抗差が大きい場合、QWIP素子71ではまだ十分に画素出力が得られていない一方、QWIP素子71では蓄積容量がすべて放電しきってしまう。或いは、QWIP素子71,71間の出力の差が、後段の信号処理回路などで想定している幅(ダイナミックレンジ)を超えてしまい信号処理に支障をきたすことになる。 However, in the case of the conventional voltage application method, there is a possibility that problems such as hindering signal processing may occur due to variations in manufacturing of the QWIP element. For example, the QWIP device 71 1 shown in FIG. 15 at a relatively high resistance, QWIP element 71 2 may, as a low resistance, the pixel output is output with a course difference that reflects the difference. At this time, if the QWIP device 71 1, 71 is large resistance difference between the two, whereas in the QWIP device 71 1 yet not sufficiently pixel output is obtained, the storage capacitor in the QWIP device 712 will be completely discharged all. Alternatively, the difference in output between the QWIP elements 71 1 and 71 2 exceeds the width (dynamic range) assumed in the signal processing circuit in the subsequent stage, which hinders signal processing.

したがって、赤外線撮像素子及び赤外線撮像装置において、装置構成を大きく複雑化させることなく、画素出力の面内均一性を向上することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to improve the in-plane uniformity of pixel output without greatly complicating the device configuration in an infrared imaging device and an infrared imaging device.

開示する一観点からは、半導体基板と、半導体基板上に二次元格子状に配列するとともに、第1の共通配線に接続される第1の電極と出力を読み出すための第2の電極を有する複数の画素と、前記各画素間の出力差を自動的に検知し前記各画素に対して負帰還を与えることにより前記各画素間の出力差を抑制する制御機構とを有し、前記制御機構が、前記第2の電極と接地電位以外の固定電位に接続された第2の共通配線との間に接続された負荷素子であることを特徴とする赤外線撮像素子が提供される。 More of the one aspect disclosed, having a semiconductor substrate, as well as arranged in a two-dimensional lattice shape on a semiconductor substrate, a second electrode for reading an output a first electrode connected to the first common wiring and pixels, said to have the said suppressing control mechanism output difference between pixels by applying the negative feedback with respect to automatically detect and each pixel output difference between pixels, the control mechanism An infrared imaging device is provided, which is a load element connected between the second electrode and a second common wiring connected to a fixed potential other than the ground potential .

また、開示する別の観点からは、半導体基板と、半導体基板上に二次元格子状に配列するとともに、第1の共通配線に接続される第1の電極と出力を読み出すための第2の電極を有する複数の画素と、前記各画素間の出力差を自動的に検知し前記各画素に対して負帰還を与えることにより前記各画素間の出力差を抑制する制御機構とを有し、前記制御機構が、前記第2の電極と接地電位以外の固定電位に接続された第2の共通配線との間に接続された負荷素子である赤外線撮像素子と、前記各画素に対応するバイアス兼スイッチング用のトランジスタを二次元格子状に配列した信号処理回路基板と、前記各画素と前記各トランジスタを1:1で接続する突起状電極とを有することを特徴とする赤外線撮像装置が提供される。 From another viewpoint disclosed a semiconductor substrate, as well as arranged in a two-dimensional lattice shape on a semiconductor substrate, a second electrode for reading an output a first electrode connected to the first common wiring possess a plurality of pixels, said a suppressing control mechanism output difference between the respective pixels by the output difference automatically detects give negative feedback with respect to each of the pixels between the pixels having the An infrared imaging device that is a load element connected between the second electrode and a second common wiring connected to a fixed potential other than the ground potential; and a bias and switching corresponding to each pixel. There is provided an infrared imaging device comprising: a signal processing circuit board in which transistors are arranged in a two-dimensional lattice pattern; and a protruding electrode that connects the pixels and the transistors in a 1: 1 ratio.

開示の赤外線撮像素子及び赤外線撮像装置によれば、装置構成を大きく複雑化させることなく、画素出力の面内均一性を向上することが可能になる。   According to the disclosed infrared imaging element and infrared imaging device, it is possible to improve in-plane uniformity of pixel output without greatly complicating the device configuration.

本発明の実施の形態の赤外線撮像素子の断面図である。It is sectional drawing of the infrared imaging element of embodiment of this invention. 本発明の実施の形態の赤外線撮像装置の等価回路図である。1 is an equivalent circuit diagram of an infrared imaging device according to an embodiment of the present invention. 赤外線検知素子のIV特性図である。It is IV characteristic view of an infrared detection element. 画素出力のシミュレーション結果の説明図である。It is explanatory drawing of the simulation result of a pixel output. 本発明の実施例1の赤外線撮像素子の概略的断面図である。It is a schematic sectional drawing of the infrared image sensor of Example 1 of this invention. 本発明の実施例1の赤外線撮像装置の等価回路図である。1 is an equivalent circuit diagram of an infrared imaging device according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施例1の赤外線撮像素子の製造工程の途中までの説明図である。It is explanatory drawing to the middle of the manufacturing process of the infrared imaging element of Example 1 of this invention. 本発明の実施例1の赤外線撮像素子の製造工程の図7以降の途中までの説明図である。It is explanatory drawing to the middle after FIG. 7 of the manufacturing process of the infrared imaging element of Example 1 of this invention. 本発明の実施例1の赤外線撮像素子の製造工程の図8以降の説明図である。It is explanatory drawing after FIG. 8 of the manufacturing process of the infrared image pick-up element of Example 1 of this invention. 本発明の実施例1の赤外線撮像素子の概略的斜視図である。It is a schematic perspective view of the infrared image sensor of Example 1 of the present invention. 本発明の実施例1の赤外線撮像装置の一部切り欠き斜視図である。1 is a partially cutaway perspective view of an infrared imaging device according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施例2の赤外線撮像素子の概略的断面図である。It is a schematic sectional drawing of the infrared image sensor of Example 2 of this invention. 本発明の実施例2の赤外線撮像装置の等価回路図である。It is the equivalent circuit schematic of the infrared imaging device of Example 2 of this invention. 従来のFPA型赤外線撮像装置の一画素を示す等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram which shows one pixel of the conventional FPA type infrared imaging device. 従来のFPA型赤外線撮像装置の電圧印加方法の説明図である。It is explanatory drawing of the voltage application method of the conventional FPA type infrared imaging device.

ここで、図1乃至図4を参照して、本発明の実施の形態の赤外線撮像装置を説明する。図1は、本発明の実施の形態の赤外線撮像素子の要部断面図である。なお、この赤外線撮像素子は信号処理回路基板と一体となって赤外線撮像装置となる。半導体基板11上に二次元格子状に配列するとともに、第1の共通配線18に接続される第1の電極16,16と出力を読み出すための第2の電極17,17を有する複数の画素14,14を設ける。各画素14,14間の出力差を自動的に検知し各画素14,14に対して負帰還を与えることにより各画素14,14間の出力差を抑制する制御機構を設ける。 Here, with reference to FIG. 1 thru | or FIG. 4, the infrared imaging device of embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part of an infrared imaging device according to an embodiment of the present invention. The infrared imaging element is integrated with the signal processing circuit board to form an infrared imaging device. A first electrode 16 1 , 16 2 connected to the first common wiring 18 and a second electrode 17 1 , 17 2 for reading out the output are arranged on the semiconductor substrate 11 in a two-dimensional lattice pattern. A plurality of pixels 14 1 and 14 2 are provided. Each pixel 14 1, 14 automatically detects each pixel 14 1, 14 pixels 14 1 by providing a negative feedback for two, 14 suppressing control mechanism output difference between the two output difference between the two Provide.

この制御機構は、第2の電極17,17と第2の共通配線12との間に接続された固定抵抗素子或いはダイオード等の負荷素子13,13であり、負荷素子13,13は半導体基板11と画素14,14との間に設けられた半導体層により形成される。なお、符号19は第2の共通配線12からの引出電極である。 The control mechanism is a load element 13 1, 13 2, such as the connected fixed resistance element or a diode between the second electrode 17 1, 17 2 and the second common line 12, load elements 13 1, Reference numeral 13 2 denotes a semiconductor layer provided between the semiconductor substrate 11 and the pixels 14 1 and 14 2 . Reference numeral 19 denotes an extraction electrode from the second common wiring 12.

この場合の画素14,14は、典型的には、量子井戸構造における伝導帯側の量子準位を介した遷移を利用した多重量子井戸構造を設けたQWIP或いは量子ドットを用いたQDIPからなる。但し、受光部の構造は伝導帯側の量子準位を介した遷移を利用したQWIP或いはQDIPに限られるものではなく、また、材料もIII-V族化合物半導体に限られるものではない。なお、このようなQWIPを用いる場合には、最上部に回折格子等の光結合構造15を設ける必要がある。 The pixels 14 1 and 14 2 in this case are typically QWIP provided with a multiple quantum well structure using a transition through a quantum level on the conduction band side in the quantum well structure or QDIP using a quantum dot. Become. However, the structure of the light receiving portion is not limited to QWIP or QDIP using transition via a quantum level on the conduction band side, and the material is not limited to a III-V group compound semiconductor. When such QWIP is used, it is necessary to provide an optical coupling structure 15 such as a diffraction grating on the top.

このような、赤外線撮像素子と、各画素14,14に対応するバイアス兼スイッチング用のトランジスタを二次元格子状に配列した信号処理回路基板とをInバンプ等の突起状電極により1:1で接続することにより赤外線撮像装置となる。 Such an infrared imaging device and a signal processing circuit board in which transistors for bias and switching corresponding to each of the pixels 14 1 and 14 2 are arranged in a two-dimensional lattice are 1: 1 by a protruding electrode such as an In bump. It becomes an infrared imaging device by connecting with.

図2は、本発明の実施の形態の赤外線撮像装置の等価回路図であり、図15の従来の赤外線撮像装置の電圧印加方法で示した等価回路に、第2の共通配線12と第2の電極17,17との間に負荷素子13,13を接続したものである。なお、ここでも、トランジスタ21,21のドレイン側に接続される蓄積容量Cは図示を省略している。 FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of the infrared imaging device according to the embodiment of the present invention. The equivalent circuit shown in the voltage application method of the conventional infrared imaging device in FIG. Load elements 13 1 and 13 2 are connected between the electrodes 17 1 and 17 2 . Also here, the storage capacitor C connected to the drain side of the transistors 21 1 and 21 2 is not shown.

初期状態では、この蓄積容量Cはある一定の電圧Vで十分に充電されている。蓄積容量Cが接続されているトランジスタ21,21のゲート電極にワード線22を介して一定の印加ゲート電圧VIGを一定の時間τ印加すると、トランジスタ21,21のチャネルが導通する。その結果、して、画素14,14に入射した赤外光の強度に応じた電流Iが画素14,14に流れる。 In the initial state, the storage capacitor C is fully charged at a certain voltage V R. When a constant applied gate voltage VIG is applied to the gate electrodes of the transistors 21 1 and 21 2 connected to the storage capacitor C through the word line 22 for a certain time τ, the channels of the transistors 21 1 and 21 2 become conductive. . As a result, to the current I corresponding to the intensity of the infrared light incident on the pixel 14 1, 14 2 flows into the pixel 14 1, 14 2.

この時、時間τの前後(0→τ=Δt)での蓄積容量Cの両端の電圧の変動量をVDCとすると、蓄積容量Cに蓄積された電荷Qと、蓄積容量Cの両端での電位Vに関する周知の関係式Q=CVから、
ΔQ=CΔV
となり、流れる電流Iは電荷の時間変化であるので、
I=ΔQ/Δt=(CΔV)/τ=C・VDC/τ
という関係が成立する。一方、電界効果トランジスタにおけるソース−ドレイン間の飽和電流Iは、Vをソース−ゲート間の電圧、Vthを閾値電圧とすると、当該電界効果トランジスタのバイアス状態に依存しない定数Iを用いて、
=(I/2)×(V−Vth
と表されることが知られている(例えば、非特許文献1等参照)。
At this time, if the amount of change in the voltage across the storage capacitor C before and after the time τ (0 → τ = Δt) is VDC , the charge Q stored in the storage capacitor C and the both ends of the storage capacitor C From the well-known relational expression Q = CV concerning the potential V,
ΔQ = CΔV
And the flowing current I is the time change of the charge,
I = ΔQ / Δt = (CΔV) / τ = C · V DC / τ
The relationship is established. On the other hand, the source-drain saturation current ID in the field effect transistor uses a constant I 0 that does not depend on the bias state of the field effect transistor, where V g is the source-gate voltage and V th is the threshold voltage. And
I D = (I 0/2 ) × (V g -V th) 2
(For example, refer nonpatent literature 1 etc.).

通常は、トランジスタ21,21のチャネルを導通するまでの蓄積容量の充電電圧Vは十分大きく設計されているので、トランジスタ21,21のチャネルが導通した時点でのソース-ドレイン間電圧Vは十分大きい。したがって、トランジスタ21,21は、赤外入射光に相当した一定の飽和電流Iを、各画素14,14に供給するような動作をすることになる。 Normally, since the charging voltage V R of the storage capacity up to conduct the transistors 21 1, 21 2 of the channel it is designed to be sufficiently large, the source at the time the transistor 21 1, 21 2 channels are turned - drain The voltage Vg is sufficiently large. Therefore, the transistors 21 1 and 21 2 operate so as to supply a constant saturation current ID corresponding to infrared incident light to the pixels 14 1 and 14 2 .

一方、画素14,14である赤外線検知器素子のトランジスタに接続された第2の電極17,17の第1の電極16,16に対する電位Vは、従来と同様に、下記の式で表される。
=VIG−V
但し、第2の共通配線12とトランジスタ21,21のゲート電極の間に印加された印加ゲート電圧をVIGとする。
On the other hand, the potential V A of the second electrodes 17 1 and 17 2 connected to the transistors of the infrared detector elements that are the pixels 14 1 and 14 2 with respect to the first electrodes 16 1 and 16 2 is the same as in the conventional case. It is represented by the following formula.
V g = V IG -V A
However, an applied gate voltage applied between the second common wiring 12 and the gate electrodes of the transistors 21 1 and 21 2 is V IG .

ここで、上記のIに関する式に代入すると、
=(I/2)×(V−Vth=(I/2)×(VIG−V−Vth
となる。したがって、
C・VDC/τ=(I/2)×(VIG−V−Vth
となり、Vについて、式を整理すると、
=VIG−Vth−〔2C/(I・τ)×VDC1/2
という関係が導かれる。
Here, when substituting into the above-mentioned formula relating to ID ,
I D = (I 0/2 ) × (V g -V th) 2 = (I 0/2) × (V IG -V A -V th) 2
It becomes. Therefore,
C · V DC / τ = ( I 0/2) × (V IG -V A -V th) 2
Then, when organizing the formula for VA ,
V A = V IG −V th − [2C / (I 0 · τ) × V DC ] 1/2
The relationship is derived.

この式から、ある画素14(14)に入射した赤外光相当の電流、したがってVDCの画素間での違いは、その画素14(14)に印加される電圧Vの違いとして反映されることがわかる。この画素14,14間でのVの違いを何らかの形で検出し、それに基づいて当該画素14(14)に負帰還を与えれば、画素14,14間での出力の差を抑制することができることを見出した。 From this equation, the current corresponding to the infrared light incident on a certain pixel 14 1 (14 2 ), and hence the difference in VDC between the pixels, is the difference in the voltage VA applied to that pixel 14 1 (14 2 ). It is understood that it is reflected as. The pixel 14 1, 14 the difference between V A of between 2 detected somehow, be given a negative feedback to the pixel 14 1 (14 2) on the basis thereof, the pixel 14 1, 14 of the output of between 2 It has been found that the difference can be suppressed.

そこで、鋭意研究の結果、このような負帰還を実現するための簡便な方法として、図2に概念的に示した等価回路により必要な負帰還を与えることができることに思い至った。即ち、従来技術の赤外線撮像装置に、第2の共通配線12を設け、第2の共通配線12と各画素14,14の第2の電極17,17との間に負荷素子13,13に接続することで必要な負帰還を与えることができる。 Therefore, as a result of earnest research, the inventors have come up with the idea that the necessary negative feedback can be provided by the equivalent circuit conceptually shown in FIG. 2 as a simple method for realizing such negative feedback. That is, the second common wiring 12 is provided in the conventional infrared imaging device, and the load element 13 is provided between the second common wiring 12 and the second electrodes 17 1 and 17 2 of the pixels 14 1 and 14 2 . 1, 13 can provide a negative feedback required by connecting 2 to.

ここで、簡単のため、この第2の共通配線12を電位VA1にすると仮定する。画素14では、負荷素子13の両端がともに電位VA1であるので新たな電流成分は生じず、従来の動作と同じになる。一方、画素14では、負荷素子13を接続する前では、画素14へのバイアス電圧はVA2<VA1であるので、負荷素子13を接続すると負荷素子13に第2の共通配線12から画素14に向かって電流が流れようとする。因みに、負荷素子13が抵抗値がRの固定抵抗素子であれば、流れようとする電流の大きさは(VA1−VA2)/Rとなる。また、負荷素子17としてダイオードを用いれば、その非線形特性に応じた電流が流れようとする。 Here, for the sake of simplicity, it is assumed that the second common wiring 12 is set to the potential V A1 . In the pixel 14 1, a new current component since both ends of the load element 13 1 are both located at a potential V A1 does not occur, the same as the conventional operation. On the other hand, in the pixel 14 2, before connecting the load element 13 2, since the bias voltage to the pixel 14 2 is V A2 <V A1, the second common with connecting the load device 13 2 to the load device 13 2 It tends to flow current toward the wiring 12 to the pixel 14 2. Incidentally, the load element 13 2 is the resistance value if fixed resistance element R, the magnitude of the current tries to flow becomes (V A1 -V A2) / R . Further, by using the diode as a load element 17 2, which tends to flow a current corresponding to the non-linear characteristics.

一方、画素14が接続されているトランジスタ21では、画素14に流れていた電流の一部をこの画素14に向かって流れようとする電流で補うことができるから、トランジスタ21を流れる電流は減少し、このためVA2は上昇する。この結果、画素14、トランジスタ21及び負荷素子13のそれぞれを流れる電流がバランスするようなVA2’( VA1>VA2’>VA2)で画素14が動作することになる。その結果、画素14の画素出力は従来技術の画素出力に比べて小さくなり、従来技術に比べてFPA全体における画素出力のバラつきを抑制することができる。 On the other hand, the transistor 21 2 to the pixel 14 2 is connected, since it is possible to compensate for the portion of the current flowing in the pixel 14 2 by a current tends to flow toward the pixel 14 2, the transistor 21 2 The flowing current is reduced, so that VA2 rises. As a result, the pixel 14 2, a pixel 14 2 is operated in V A2 '(V A1> V A2'> V A2) in which the current flowing through each of the transistors 21 2 and the load device 13 2 are balanced. As a result, the pixel output of the pixel 14 2 is smaller than the pixel output of the prior art, it is possible to suppress the variation of the pixel output in the entire FPA as compared with the conventional art.

例えば、図3に示したようなIV特性を持つ二つの赤外線検知器素子をそれぞれ画素14,14と仮定する。図4は、この画素14,14の画素出力をシミュレーションにより求め、画素14に対する相対変動量として表した図である。なお、ここでは、VIG=1.5V、R=20MΩ、20μm×20μmのサイズの受光部としてシミュレーションを行った。その結果、上述の定性的に説明した本発明の効果が確認できた。したがって、本発明のように負荷素子13,13を用いることによって、各画素出力に対していわば自己整合的に負帰還が生じ、その結果として、FPA画素出力の面内均一性が向上する。 For example, it is assumed that two infrared detector elements having IV characteristics as shown in FIG. 3 are pixels 14 1 and 14 2 , respectively. FIG. 4 is a diagram in which the pixel outputs of the pixels 14 1 and 14 2 are obtained by simulation and expressed as a relative variation with respect to the pixel 14 1 . Here, the simulation was performed with the light receiving portion having a size of V IG = 1.5 V, R = 20 MΩ, and 20 μm × 20 μm. As a result, the effect of the present invention explained qualitatively as described above could be confirmed. Accordingly, by using the load elements 13 1, 13 2 as in the present invention, a self-aligned manner negative feedback occurs speak to each pixel output, as a result, improved in-plane uniformity of the FPA pixel output .

次に、図5乃至図11を参照して、本発明の実施例1の赤外線撮像装置を説明する。図5は、本発明の実施例1の赤外線撮像素子の概略的断面図であり、半絶縁性GaAs基板31上にi型GaAsバッファ層32を介して設けた第2の共通電極となるn型GaAs層33上に固定抵抗素子と画素の積層構造が形成される。固定抵抗素子はn型AlGaAs層34で形成され、画素は下部電極となるn型GaAs層35、多重量子井戸層36及び上部電極となるn型GaAs層37で形成される。また、画素の上にn型AlGaAsエッチング停止層38を介して設けたn型GaAs層を加工して回折格子40が設けられる。各画素の第1の電極46は第1の共通配線となる引出電極49により接続される。また、第2の電極47からは個別の引出電極50が引き出される。また、第2の共通電極となるn型GaAs層33に設けられた共通電極48からは引出電極51が引き出され、各引出電極49〜51にはプリップチップボンディング用のInバンプ52を設ける。   Next, an infrared imaging device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the infrared imaging device according to the first embodiment of the present invention. The n-type is a second common electrode provided on the semi-insulating GaAs substrate 31 via the i-type GaAs buffer layer 32. A laminated structure of fixed resistance elements and pixels is formed on the GaAs layer 33. The fixed resistance element is formed of an n-type AlGaAs layer 34, and the pixel is formed of an n-type GaAs layer 35 serving as a lower electrode, a multiple quantum well layer 36, and an n-type GaAs layer 37 serving as an upper electrode. Further, the diffraction grating 40 is provided by processing an n-type GaAs layer provided on the pixel via an n-type AlGaAs etching stop layer 38. The first electrode 46 of each pixel is connected by an extraction electrode 49 serving as a first common wiring. In addition, an individual extraction electrode 50 is extracted from the second electrode 47. In addition, an extraction electrode 51 is extracted from the common electrode 48 provided on the n-type GaAs layer 33 serving as the second common electrode, and an In bump 52 for lip chip bonding is provided on each of the extraction electrodes 49 to 51.

図6は、本発明の実施例1の赤外線撮像装置の等価回路図であり、図15の従来の赤外線撮像装置の電圧印加方法で示した等価回路に、第2の共通配線となるn型GaAs層33と第2の電極47,47との間に抵抗値がRの固定抵抗素子54,54を接続したものである。なお、ここでも、トランジスタ63,63のドレイン側に接続される蓄積容量Cは図示を省略している。 FIG. 6 is an equivalent circuit diagram of the infrared imaging device according to the first embodiment of the present invention. In the equivalent circuit shown by the voltage application method of the conventional infrared imaging device in FIG. 15, n-type GaAs serving as a second common wiring is shown. Fixed resistance elements 54 1 and 54 2 having a resistance value R are connected between the layer 33 and the second electrodes 47 1 and 47 2 . Also here, the storage capacitor C connected to the drain side of the transistors 63 1 and 63 2 is not shown.

初期状態では、この蓄積容量Cはある一定の電圧Vで十分に充電されている。蓄積容量Cが接続されているトランジスタ63,63のゲート電極にワード線64を介して一定の印加ゲート電圧VIGを一定の時間τ印加すると、トランジスタ63,63のチャネルが導通する。その結果、画素53,53に入射した赤外光の強度に応じた電流Iが画素53,53に流れる。 In the initial state, the storage capacitor C is fully charged at a certain voltage V R. When a constant applied gate voltage VIG is applied to the gate electrodes of the transistors 63 1 and 63 2 to which the storage capacitor C is connected via the word line 64 for a certain time τ, the channels of the transistors 63 1 and 63 2 become conductive. . As a result, the current I corresponding to the intensity of the infrared light incident on the pixel 53 1, 53 2 flows into the pixel 53 1, 53 2.

上述のように、この第2の共通配線となるn型GaAs層33を電位VA1にすると仮定する。画素53では、固定抵抗素子54の両端がともに電位VA1であるので新たな電流成分は生じず、従来の動作と同じになる。一方、画素53では、固定抵抗素子54を接続する前では、画素53へのバイアス電圧はVA2<VA1であるので、固定抵抗素子54にn型GaAs層33から画素53に向かって(VA1−VA2)/Rの大きさの電流が流れようとする。 As described above, it is assumed that the n-type GaAs layer 33 serving as the second common wiring is set to the potential V A1 . In the pixel 53 1 , both ends of the fixed resistance element 54 1 are at the potential V A1 , so no new current component is generated and the operation is the same as in the conventional operation. On the other hand, in the pixel 53 2, before connecting the fixed resistance element 54 2, since the bias voltage to the pixel 53 2 is V A2 <V A1, the fixed resistance element 54 2 to n-type GaAs layer 33 from the pixel 53 2 A current of the magnitude of (V A1 −V A2 ) / R tends to flow toward

一方、画素53が接続されているトランジスタ63では、画素53に流れていた電流の一部をこの画素53に向かって流れようとする電流で補うことができるから、トランジスタ63を流れる電流は減少し、このためVA2は上昇する。この結果、画素53、トランジスタ63及び固定抵抗素子54のそれぞれを流れる電流がバランスするようなVA2’( VA1>VA2’>VA2)で画素53が動作することになる。その結果、画素54の画素出力は従来技術の画素出力に比べて小さくなり、従来技術に比べてFPA全体における画素出力のバラつきを抑制することができる。 On the other hand, the transistor 63 2 to the pixel 53 2 is connected, since it is possible to compensate for the portion of the current flowing in the pixel 53 2 by a current tends to flow toward the pixel 53 2, the transistor 63 2 The flowing current is reduced, so that VA2 rises. As a result, the pixel 53 2, with V A2 '(V A1> V A2'> V A2) in which the current flowing through each of the transistors 63 2 and the fixed resistance element 54 2 are balanced pixel 53 2 is operated . As a result, the pixel output of the pixel 542 is smaller than the pixel output of the prior art, it is possible to suppress the variation of the pixel output in the entire FPA as compared with the conventional art.

次に、図7乃至図9を参照して、本発明の実施例1の赤外線撮像素子の製造工程を説明する。まず、図7(a)に示すように、半絶縁性GaAs基板31上に分子線エピタキシ技術を用いて、i型GaAsバッファ層32を成長したのち、第2の共通配線となる厚さが、500nmのn型GaAs層33を成長する。引き続いて、固定抵抗素子となる厚さが1000nmのn型AlGaAs層34を成長する。引き続いて、下部電極層となる厚さが500nmのn型GaAs層35、受光部となる多重量子井戸層36及び上部電極となる厚さが500nmのn型GaAs層37を成長する。引き続いて、厚さが5nmのn型AlGaAsエッチング停止層38及び厚さが350nmのn型GaAs層39を順次成長する。なお、多重量子井戸層36は、厚さが50nmのAlGaAs障壁層及び厚さが5nmのGaAs井戸層を50周期成長させて形成する。   Next, with reference to FIGS. 7 to 9, the manufacturing process of the infrared imaging element according to the first embodiment of the present invention will be described. First, as shown in FIG. 7A, after the i-type GaAs buffer layer 32 is grown on the semi-insulating GaAs substrate 31 by using the molecular beam epitaxy technique, the thickness of the second common wiring is as follows. A 500 nm n-type GaAs layer 33 is grown. Subsequently, an n-type AlGaAs layer 34 having a thickness of 1000 nm to be a fixed resistance element is grown. Subsequently, an n-type GaAs layer 35 having a thickness of 500 nm serving as a lower electrode layer, a multiple quantum well layer 36 serving as a light receiving portion, and an n-type GaAs layer 37 serving as an upper electrode having a thickness of 500 nm are grown. Subsequently, an n-type AlGaAs etching stop layer 38 having a thickness of 5 nm and an n-type GaAs layer 39 having a thickness of 350 nm are sequentially grown. The multiple quantum well layer 36 is formed by growing 50 cycles of an AlGaAs barrier layer having a thickness of 50 nm and a GaAs well layer having a thickness of 5 nm.

次いで、図7(b)に示すように、n型GaAs層39をエッチングして回折格子40を形成する。QWIPは多重量子井戸層36に垂直に入射する光に対する感動を有していないので、この回折格子40で入射光を回折して多重量子井戸層36で吸収させる。   Next, as shown in FIG. 7B, the n-type GaAs layer 39 is etched to form a diffraction grating 40. Since QWIP has no sensitivity to light perpendicularly incident on the multiple quantum well layer 36, incident light is diffracted by the diffraction grating 40 and absorbed by the multiple quantum well layer 36.

次いで、図8(c)に示すように、n型GaAs層39(n型AlGaAsエッチング停止層38)乃至n型AlGaAs層34を選択的にエッチングして画素分離溝41を形成する。なお、この時、第2の共通配線となるn型GaAs層33に対するコンタクト電極形成部においては画素分離溝41の幅を広くする。   Next, as shown in FIG. 8C, the n-type GaAs layer 39 (n-type AlGaAs etching stop layer 38) to the n-type AlGaAs layer 34 are selectively etched to form a pixel isolation groove 41. At this time, the width of the pixel isolation trench 41 is increased in the contact electrode formation portion for the n-type GaAs layer 33 serving as the second common wiring.

次いで、図8(d)に示すように、n型GaAs層39(n型AlGaAsエッチング停止層38)乃至多重量子井戸層36をエッチングして下部電極層となるn型GaAs層35を露出させる。   Next, as shown in FIG. 8D, the n-type GaAs layer 39 (n-type AlGaAs etching stop layer 38) to the multiple quantum well layer 36 are etched to expose the n-type GaAs layer 35 serving as the lower electrode layer.

次いで、図9(e)に示すように、全面にSiON膜42を堆積したのち、n型GaAs層39、n型GaAs層35及びn型GaAs層33に対するコンタクトホール43〜45を形成する。   Next, as shown in FIG. 9E, after a SiON film 42 is deposited on the entire surface, contact holes 43 to 45 for the n-type GaAs layer 39, the n-type GaAs layer 35, and the n-type GaAs layer 33 are formed.

次いで、図9(f)に示すように、Au・Ge/Ni膜を堆積してコンタクトホール43〜45にオーミック電極を形成して第1の電極46、第2の電極47及び共通電極48とする。次いで、全面にAu膜を堆積したのちエッチングにより引出電極49〜51を形成する。最後に、Inバンプ52を形成することで、本発明の実施例1の赤外線撮像素子30の基本構造が完成する。なお、この引出電極49が第1の共通配線となり、引出電極51が第2の共通配線からの引出電極となる。   Next, as shown in FIG. 9 (f), an Au · Ge / Ni film is deposited to form ohmic electrodes in the contact holes 43 to 45, and the first electrode 46, the second electrode 47 and the common electrode 48 are formed. To do. Next, after depositing an Au film on the entire surface, extraction electrodes 49 to 51 are formed by etching. Finally, by forming the In bumps 52, the basic structure of the infrared imaging element 30 according to the first embodiment of the present invention is completed. The lead electrode 49 serves as a first common wiring, and the lead electrode 51 serves as a lead electrode from the second common wiring.

図10は、Inパンプを形成した段階の赤外線撮像素子の概略的斜視図であり、固定抵抗素子と画素の積層体が第2の共通配線となるn型GaAs層33上に格子状に配列された状態となる。   FIG. 10 is a schematic perspective view of the infrared imaging element at the stage where the In bump is formed. A stacked body of fixed resistance elements and pixels is arranged in a lattice pattern on the n-type GaAs layer 33 serving as the second common wiring. It becomes a state.

図11は、本発明の実施例1の赤外線撮像装置の一部切り欠き斜視図である。図10に示した赤外線撮像素子30をInバンプ52により信号読出回路61及びバイアス兼スイッチングトランジスタを形成したSi信号処理回路装置60とフリップチップボンディング技術を用いてハイブリッド接続を行うことにより赤外線撮像装置の本体部となる。最後に、赤外線撮像装置の本体部に対して、必要な光学系や冷却デュア容器内への設置等の工程を終えて、本発明の赤外線撮像装置が完成する。   FIG. 11 is a partially cutaway perspective view of the infrared imaging device according to the first embodiment of the present invention. The infrared imaging device 30 shown in FIG. 10 is hybrid-connected to the Si signal processing circuit device 60 in which the signal readout circuit 61 and the bias / switching transistor are formed by the In bumps 52 by using the flip chip bonding technique, thereby the infrared imaging device. It becomes the main body. Finally, the infrared imaging device of the present invention is completed by completing the necessary optical system and the installation in the cooling dewar container for the main body of the infrared imaging device.

このように、本発明の実施例1においては、各画素の第2の電極に固定抵抗素子を介して第2の共通配線を接続しているので、各画素出力に対していわば自己整合的に負帰還が生じることになる。その結果として、全体の装置構成を大きく複雑化させることなくFPA画素出力の面内均一性を向上することができる。   As described above, in the first embodiment of the present invention, the second common wiring is connected to the second electrode of each pixel via the fixed resistance element. Negative feedback will occur. As a result, the in-plane uniformity of the FPA pixel output can be improved without greatly complicating the overall apparatus configuration.

次に、図12及び図13を参照して、本発明の実施例2の赤外線撮像装置を説明する。図12は、本発明の実施例2の赤外線撮像素子の概略的断面図であり、基本的構造は上記の実施例1と同様であるが、第2の共通配線としてp型GaAs層55を用い、負荷素子としてp型AlGaAs層56を利用したダイオードを用いたものである。   Next, an infrared imaging apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of the infrared imaging device according to the second embodiment of the present invention. The basic structure is the same as that of the first embodiment, but the p-type GaAs layer 55 is used as the second common wiring. A diode using the p-type AlGaAs layer 56 is used as a load element.

即ち、半絶縁性GaAs基板31上にi型GaAsバッファ層32及び第2の共通電極となるp型GaAs層55上にダイオードと画素の積層構造が形成される。ダイオードはp型AlGaAs層56とn型GaAs層35との間のpn接合により形成される。   That is, a stacked structure of a diode and a pixel is formed on the semi-insulating GaAs substrate 31 on the i-type GaAs buffer layer 32 and the p-type GaAs layer 55 that serves as the second common electrode. The diode is formed by a pn junction between the p-type AlGaAs layer 56 and the n-type GaAs layer 35.

図13は、本発明の実施例2の赤外線撮像装置の等価回路図であり、図6に示した実施例1の赤外線撮像装置の等価回路における固定抵抗素子54,54をダイオード57,57に置き換えたものである。なお、ここでも、トランジスタ63,63のドレイン側に接続される蓄積容量Cは図示を省略している。この場合は、負荷素子としてダイオード57,57を用いているので負帰還によりダイオード57,57の非線形特性に応じた電流が画素53,53に向かって流れようとする。 Figure 13 is an equivalent circuit diagram of the infrared imaging apparatus of the second embodiment of the present invention, the fixed resistance elements 54 1, 54 2 diodes 57 1 in the equivalent circuit of the infrared imaging apparatus of the first embodiment shown in FIG. 6, it is replaced with a 57 2. Also here, the storage capacitor C connected to the drain side of the transistors 63 1 and 63 2 is not shown. In this case, the diode 57 1, 57 a current corresponding to negative feedback by the diodes 57 1, 57 2 of the non-linear characteristics because of the use of 2 tries to flow toward the pixel 53 1, 53 2 as a load element.

本発明の実施例2においても、ダイオードの非線形特性を利用して各画素出力に対していわば自己整合的に負帰還が生じさせているので、装置構成を大きく複雑化させることなくFPA画素出力の面内均一性を向上することができる。   Also in Embodiment 2 of the present invention, negative feedback is generated in a self-aligned manner with respect to each pixel output by utilizing the non-linear characteristics of the diode, so that the FPA pixel output can be reduced without greatly complicating the device configuration. In-plane uniformity can be improved.

なお、上記の各実施例の説明では第1の共通配間と第1の電極との電気的接続が、赤外線撮像素子側でなされているが、第1の共通配線は電気的に互いに接続され、且つバイアス回路と接続されていれば良いので、Si信号処理回路基板側で行っても良い。なお、本発明の説明においては、QWIP素子を例として説明してきたが、上記において縷々説明したように、QWIP素子に限られるものではない。即ち、半導体基板と、半導体基板上に二次元格子状に配列するとともに、共通配線に接続される第1の電極と出力を読み出すための第2の電極を有する複数の画素と、前記各画素間の出力差を自動的に検知し前記各画素に対して負帰還を与えることにより前記各画素間の出力差を抑制する制御機構とを有する構造であれば良く、このような赤外線撮像素子を2次元的に配置することにより赤外線撮像装置を形成することができる。   In the description of each of the above embodiments, the first common wiring and the first electrode are electrically connected on the infrared imaging element side. However, the first common wiring is electrically connected to each other. In addition, since it only needs to be connected to the bias circuit, it may be performed on the Si signal processing circuit board side. In the description of the present invention, the QWIP element has been described as an example. However, as often described above, the present invention is not limited to the QWIP element. That is, a semiconductor substrate, a plurality of pixels arranged in a two-dimensional lattice pattern on the semiconductor substrate, and having a first electrode connected to a common wiring and a second electrode for reading out an output, and between the pixels And a control mechanism that suppresses the output difference between the pixels by automatically detecting the output difference and giving negative feedback to the pixels. An infrared imaging device can be formed by arranging in a dimension.

ここで、実施例1及び実施例2含む本発明の実施の形態に関して、以下の付記を付す。
(付記1)半導体基板と、半導体基板上に二次元格子状に配列するとともに、第1の共通配線に接続される第1の電極と出力を読み出すための第2の電極を有する複数の画素と、前記各画素間の出力差を自動的に検知し前記各画素に対して負帰還を与えることにより前記各画素間の出力差を抑制する制御機構とを有し、前記制御機構が、前記第2の電極と接地電位以外の固定電位に接続された第2の共通配線との間に接続された負荷素子であることを特徴とする赤外線撮像素子。
(付記)前記負荷素子が、固定抵抗素子であることを特徴とする付記に記載の赤外線撮像素子。
(付記)前記固定抵抗素子が、前記半導体基板と前記画素との間に設けられた半導体層からなることを特徴とする付記に記載の赤外線撮像素子。
(付記)前記負荷素子が、ダイオードであることを特徴とする付記に記載の赤外線撮像素子。
(付記)前記ダイオード素子が、前記半導体基板と前記画素との間に設けられたp型半導体層とn型半導体層からなることを特徴とする付記に記載の赤外線撮像素子。
(付記)前記画素が、量子井戸構造における伝導帯側の量子準位を介した遷移を利用した多重量子井戸構造を有していることを特徴とする付記1乃至付記のいずれか1に記載の赤外線撮像素子。
(付記)半導体基板と、半導体基板上に二次元格子状に配列するとともに、第1の共通配線に接続される第1の電極と出力を読み出すための第2の電極を有する複数の画素と、前記各画素間の出力差を自動的に検知し前記各画素に対して負帰還を与えることにより前記各画素間の出力差を抑制する制御機構とを有し、前記制御機構が、前記第2の電極と接地電位以外の固定電位に接続された第2の共通配線との間に接続された負荷素子である赤外線撮像素子と、前記各画素に対応するバイアス兼スイッチング用のトランジスタを二次元格子状に配列した信号処理回路基板と、前記各画素と前記各トランジスタを1:1で接続する突起状電極とを有することを特徴とする赤外線撮像装置。
Here, the following supplementary notes are attached to the embodiment of the present invention including Example 1 and Example 2.
(Supplementary Note 1) and the semiconductor substrate, as well as arranged in a two-dimensional lattice shape on a semiconductor substrate, a plurality of pixels having a second electrode for reading an output a first electrode connected to the first common wiring , wherein possess a suppressing control mechanism output difference between pixels by applying the negative feedback with respect to automatically detect and each pixel output difference between pixels, the control mechanism, the first An infrared imaging device, characterized in that it is a load element connected between the two electrodes and a second common wiring connected to a fixed potential other than the ground potential .
(Supplementary note 2 ) The infrared imaging element according to supplementary note 1 , wherein the load element is a fixed resistance element.
(Supplementary note 3 ) The infrared imaging element according to supplementary note 2 , wherein the fixed resistance element is formed of a semiconductor layer provided between the semiconductor substrate and the pixel.
(Supplementary note 4 ) The infrared imaging element according to supplementary note 1 , wherein the load element is a diode.
(Supplementary note 5 ) The infrared imaging element according to supplementary note 4 , wherein the diode element includes a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer provided between the semiconductor substrate and the pixel.
(Appendix 6 ) In any one of appendix 1 to appendix 5 , the pixel has a multiple quantum well structure using a transition through a quantum level on the conduction band side in the quantum well structure. The infrared imaging element described.
And (Supplementary Note 7) a semiconductor substrate, as well as arranged in a two-dimensional lattice shape on a semiconductor substrate, a plurality of pixels having a second electrode for reading an output a first electrode connected to the first common wiring , wherein possess a suppressing control mechanism output difference between pixels by applying the negative feedback with respect to automatically detect and each pixel output difference between pixels, the control mechanism, the first An infrared imaging device which is a load element connected between the two electrodes and a second common wiring connected to a fixed potential other than the ground potential, and a bias and switching transistor corresponding to each pixel are two-dimensionally arranged. An infrared imaging apparatus, comprising: a signal processing circuit board arranged in a lattice pattern; and a protruding electrode that connects the pixels and the transistors in a 1: 1 ratio.

11 半導体基板
12 第2の共通配線
13,13 負荷素子
14,14 画素
15 光結合構造
16,16 第1の電極
17,17 第2の電極
18 第1の共通配線
19 引出電極
21,21 トランジスタ
22 ワード線
30 赤外線撮像素子
31 半絶縁性GaAs基板
32 i型GaAsバッファ層
33 n型GaAs層
34 n型AlGaAs層
35 n型GaAs層
36 多重量子井戸層
37 n型GaAs層
38 n型AlGaAsエッチング停止層
39 n型GaAs層
40 回折格子
41 画素分離溝
42 SiON膜
43〜45 コンタクトホール
46,46,46 第1の電極
47,47,47 第2の電極
48 共通電極
49〜51 引出電極
52 Inバンプ
53,53 画素
54,54 固定抵抗素子
55 p型GaAs層
56 p型AlGaAs層
57,57 ダイオード
60 Si信号処理回路基板
61 読出回路
62 赤外線
63,63 トランジスタ
64 ワード線
71,71,71 QWIP素子
72,72,72 トランジスタ
73 キャパシタ
74 共通配線
75 ワード線
11 Semiconductor substrate 12 Second common wiring 13 1 , 13 2 Load element 14 1 , 14 2 Pixel 15 Optical coupling structure 16 1 , 16 2 First electrode 17 1 , 17 2 Second electrode 18 First common wiring 19 Extraction electrodes 21 1 and 21 2 Transistor 22 Word line 30 Infrared imaging device 31 Semi-insulating GaAs substrate 32 i-type GaAs buffer layer 33 n-type GaAs layer 34 n-type AlGaAs layer 35 n-type GaAs layer 36 Multiple quantum well layer 37 n -type GaAs layer 38 n-type AlGaAs etching stop layer 39 n-type GaAs layer 40 diffraction grating 41 pixel isolation trench 42 SiON film 43 to 45 contact holes 46 1, 46 2 first electrode 47 1, 47 2 second common electrode 49 to 51 lead electrode 52 of the electrode 48 an in bump 53 1, 53 2 pixel 54 1, 54 2 fixed resistance element 5 p-type GaAs layer 56 p-type AlGaAs layer 57 1, 57 2 diodes 60 Si signal processing circuit board 61 read circuit 62 infrared 63 1, 63 2 transistor 64 word lines 71, 71 1, 71 2 QWIP elements 72, 72 1, 72 2 transistor 73 capacitor 74 common wiring 75 word line

Claims (4)

半導体基板と、
半導体基板上に二次元格子状に配列するとともに、第1の共通配線に接続される第1の電極と出力を読み出すための第2の電極を有する複数の画素と、
前記各画素間の出力差を自動的に検知し前記各画素に対して負帰還を与えることにより前記各画素間の出力差を抑制する制御機構と
を有し、
前記制御機構が、前記第2の電極と接地電位以外の固定電位に接続された第2の共通配線との間に接続された負荷素子であることを特徴とする赤外線撮像素子。
A semiconductor substrate;
While arranged in a two-dimensional lattice shape on a semiconductor substrate, a plurality of pixels having a second electrode for reading an output a first electrode connected to the first common wiring,
Wherein possess a suppressing control mechanism output difference between the pixels by providing a negative feedback with respect to automatically detect and each pixel output difference between the pixels,
The infrared imaging element , wherein the control mechanism is a load element connected between the second electrode and a second common wiring connected to a fixed potential other than a ground potential .
前記負荷素子が、固定抵抗素子であることを特徴とする請求項に記載の赤外線撮像素子。 The infrared imaging element according to claim 1 , wherein the load element is a fixed resistance element. 前記負荷素子が、ダイオードであることを特徴とする請求項に記載の赤外線撮像素子。 The infrared imaging element according to claim 1 , wherein the load element is a diode. 半導体基板と、
半導体基板上に二次元格子状に配列するとともに、第1の共通配線に接続される第1の電極と出力を読み出すための第2の電極を有する複数の画素と、
前記各画素間の出力差を自動的に検知し前記各画素に対して負帰還を与えることにより前記各画素間の出力差を抑制する制御機構と
を有し、前記制御機構が、前記第2の電極と接地電位以外の固定電位に接続された第2の共通配線との間に接続された負荷素子である赤外線撮像素子と、
前記各画素に対応するバイアス兼スイッチング用のトランジスタを二次元格子状に配列した信号処理回路基板と、
前記各画素と前記各トランジスタを1:1で接続する突起状電極と
を有することを特徴とする赤外線撮像装置。
A semiconductor substrate;
While arranged in a two-dimensional lattice shape on a semiconductor substrate, a plurality of pixels having a second electrode for reading an output a first electrode connected to the first common wiring,
Wherein possess a suppressing control mechanism output difference between pixels by applying the negative feedback with respect to automatically detect and each pixel output difference between pixels, the control mechanism, the second An infrared imaging element which is a load element connected between the electrode of the second electrode and a second common wiring connected to a fixed potential other than the ground potential ;
A signal processing circuit board in which transistors for bias and switching corresponding to each pixel are arranged in a two-dimensional lattice;
An infrared imaging device, comprising: a projection electrode that connects the pixels and the transistors in a ratio of 1: 1.
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