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JPS6329416B2 - - Google Patents
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JPS6329416B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6329416B2
JPS6329416B2 JP57181483A JP18148382A JPS6329416B2 JP S6329416 B2 JPS6329416 B2 JP S6329416B2 JP 57181483 A JP57181483 A JP 57181483A JP 18148382 A JP18148382 A JP 18148382A JP S6329416 B2 JPS6329416 B2 JP S6329416B2
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JP
Japan
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layer
photosensitive
substrate
light
spectrum
Prior art date
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Application number
JP57181483A
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Japanese (ja)
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JPS58103166A (en
Inventor
Masatoshi Tabei
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Fujifilm Holdings Corp
Original Assignee
Fuji Photo Film Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Photo Film Co Ltd filed Critical Fuji Photo Film Co Ltd
Publication of JPS58103166A publication Critical patent/JPS58103166A/en
Publication of JPS6329416B2 publication Critical patent/JPS6329416B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F30/00Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors
    • H10F30/10Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices being sensitive to infrared radiation, visible or ultraviolet radiation, and having no potential barriers, e.g. photoresistors

Landscapes

  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Color Television Image Signal Generators (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Optical Filters (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は固体カラー撮像デバイスに関し、さら
に具体的には、固体基板の上に重ねた複数の感光
層を利用して多色フイルターを不要とする固体カ
ラー撮像デバイスに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to solid-state color imaging devices, and more particularly to solid-state color imaging devices that utilize multiple photosensitive layers stacked on a solid-state substrate to eliminate the need for multicolor filters.

固体カラー撮像デバイスの分野での十分に認識
された目標は、極めて光に対して敏感であつて製
造コストが低いにもかかわらず鮮明な像を生ずる
固体カラー撮像デバイスを作ることである。この
目標を目ざして多数の異なる種類の固体カラー撮
像デバイスが作られて来た。
A well-recognized goal in the field of solid-state color imaging devices is to create solid-state color imaging devices that are extremely light sensitive and produce sharp images while having low manufacturing costs. Many different types of solid state color imaging devices have been created with this goal in mind.

そのような撮像デバイスの一例において、配列
にされた全色撮像素子はこれらの配列の上に配置
された色フイルターの複合的配列によつて色に対
して選択的に感ずるようにされている。そのよう
なフイルター配列の極めて効率的な構造は、色の
微妙な差異についての人間の視覚に基づく有用な
情報の量を最大とする。このようなフイルター配
列は例えば、1976年7月20日に発行されベイヤー
(Bayer)氏に付与された米国特許第3971065号や
1977年9月6日に発行されデイロン(Dillon)氏
に付与された米国特許第4047203号に記載されて
いる。しかしながら、そのような配列に固有な解
像度は配列に置くことができる撮像素子の個数で
制限されるだけでなく、配列内の各素子の一部分
だけが微細な解像度に寄与するのでさらに制限さ
れる。従つてそのような複合的フイルターのカラ
ー撮像素子の配列の空間解像度は特定の構造につ
いて最適化されるが、同じ数の素子の単色撮像配
列ほどは高くない。
In one example of such an imaging device, arrays of full-color imaging elements are made color selectively sensitive by a composite array of color filters disposed above the arrays. The highly efficient construction of such a filter array maximizes the amount of useful information based on human vision about subtle differences in color. Such filter arrangements are described, for example, in U.S. Pat. No. 3,971,065 issued July 20, 1976 to Bayer;
No. 4,047,203 issued September 6, 1977 to Dillon. However, the resolution inherent in such an array is not only limited by the number of imaging elements that can be placed in the array, but is further limited because only a portion of each element in the array contributes to the fine resolution. The spatial resolution of an array of color imaging elements of such a composite filter is therefore optimized for a particular structure, but is not as high as a monochromatic imaging array of the same number of elements.

英国特許第2029642号および特開昭55−39404
号、55−277772号、55−277773号、51−95720号
で提案された別の構造は、スイツチング機能を果
たすことができる情報転送デバイスまたは固体基
板の上に感光素子が重ねられるように作られる。
この基板はMOSスイツチング素子またはCCD(電
荷結合デバイス)スイツチング素子である。その
ような素子は英国特許第2029642号に詳細に記載
されており、その内容を参考として本明細書に記
載する。そのような構造は、感光素子が情報転送
デバイスと同じ高さに配置された通常の撮像デバ
イスよりも感光面積が大きいことによつて潜在的
に高い感度を有する。しかし、そのようなデバイ
スは多色フイルターを利用しなければならず、解
像度の低下は前述の通常の固体撮像デバイスに匹
敵する。さらに、そのような構造を作るためには
色フイルターを撮像素子の上に特定のパターンで
配置しなければならず、それによつて色フイルタ
ーの整列と結合が困難となり、結果としてそのよ
うなデバイスの製造が複雑で高価となる。
British Patent No. 2029642 and Japanese Patent Publication No. 55-39404
Another structure proposed in No. 55-277772, No. 55-277773, No. 51-95720 is made such that a photosensitive element is superimposed on an information transfer device or solid substrate that can perform the switching function. .
This substrate is a MOS switching device or a CCD (charge coupled device) switching device. Such elements are described in detail in GB 2029642, the contents of which are hereby incorporated by reference. Such a structure has a potentially higher sensitivity due to the larger photosensitive area than a typical imaging device in which the photosensitive element is placed at the same height as the information transfer device. However, such devices must utilize multicolor filters, and the reduction in resolution is comparable to the conventional solid-state imaging devices described above. Furthermore, to create such a structure, the color filters must be arranged in a specific pattern over the image sensor, which makes alignment and combination of the color filters difficult, resulting in the difficulty of such devices. Manufacturing is complicated and expensive.

ビジコンで色フイルターを除去する技術はカト
ー氏らの米国特許第3617753号に記載されている。
このビジコンは、光強度を表わす電気信号を蓄積
する多数のpnダイオード上に基板を有する通常
の半導体層を含む。ビデオ情報を取り出すために
電子ビームがpnダイオードを走査する。pnダイ
オードに達する光が通過する半導体基板の厚さを
階段状にすることによつて、階段の大きさにより
異なる波長の光がpnダイオードに当たる。この
ようにして異なるグループのpnダイオードは異
なる色の光を蓄積することができる。これに代わ
つて、pnダイオードを表面から一様でない深さ
に形成することによつて、実質的に基板の厚さを
階段状にすることができる。別の実施例において
は、電子ビーム走査の代わりに固体走査を利用す
ることができる。そこでは接合デバイスとMOS
素子が各画素に利用され、基板の選択的なエツチ
ングの結果として半導体基板の受光面と画素の接
合デバイスの間の距離が一様でなくなる。この開
示された装置は階段状のまたは切除された形状に
よつて平担でなく、光応答素子として光導電体を
利用するデバイスにもたらされる利点を有しな
い。
A technique for removing color filters with a vidicon is described in U.S. Pat. No. 3,617,753 to Kato et al.
The vidicon includes a conventional semiconductor layer with a substrate over a number of pn diodes that store electrical signals representative of light intensity. An electron beam scans the pn diode to retrieve the video information. By making the thickness of the semiconductor substrate through which the light that reaches the pn diode passes stepwise, light of different wavelengths hits the pn diode depending on the size of the step. In this way different groups of pn diodes can accumulate different colors of light. Alternatively, by forming the pn diodes at non-uniform depths from the surface, the thickness of the substrate can be substantially stepped. In another embodiment, solid state scanning can be used instead of electron beam scanning. There, junction devices and MOS
A device is utilized for each pixel, and selective etching of the substrate results in non-uniform distances between the photosensitive surface of the semiconductor substrate and the pixel bonding device. The disclosed device is not flattened by a stepped or truncated shape and does not have the advantages afforded to devices that utilize photoconductors as photoresponsive elements.

潜在的な解像度が同じ大きさの単色配列の解像
度に等しい固体カラー・イメージセンサー・アレ
イが開発された。そのようなイメージセンサー・
アレイは、各チヤンネルが半導体材料による光の
異なる吸収によつて異なるスペクトル応答を有す
る重ねられた複数のチヤンネル(例えば、3色デ
バイスについては3つのチヤンネルが重ねられ
る)を有する。(英国po91EF、ハンプシヤー州、
ハバント、ハネウエル(Hampshier、Havant、
Honeywell)のインダストリアル・オプチユー
ニテイズ品(Industrial Opportunities Ltd.)か
ら入手できる、「カラー応答CCD撮像デバイス」
という表題を付された1978年8月号172巻、公開
番号17240の研究公開書を参照のこと。)しかしな
がら、3つのチヤンネルを重ねる必要性によつ
て、そのようなデバイスを製造するには極めて複
雑で高価な方法が必要である。CCD(電荷結合デ
バイス)を利用すると、情報信号を運ぶチヤンネ
ルを厳密な制限の下で注意深く作らなければなら
ないので、製造が複雑かつ高価なものとなる。基
板上に単一チヤンネルを作ることは可能である
が、別のチヤンネルをその上に重ねることは複雑
で困難である。
Solid state color image sensor arrays have been developed with potential resolution equal to that of monochromatic arrays of the same size. Such an image sensor
The array has a plurality of stacked channels (eg, three channels stacked for a three-color device), each channel having a different spectral response due to different absorption of light by the semiconductor material. (UK po91EF, Hampshire,
Hampshier, Havant,
"Color Responsive CCD Imaging Device" available from Honeywell's Industrial Opportunities Ltd.
Please refer to the research publication entitled August 1978, Volume 172, Publication Number 17240. ) However, the need to overlap the three channels requires extremely complex and expensive methods to manufacture such devices. CCDs (charge-coupled devices) are complex and expensive to manufacture because the channels carrying the information signal must be carefully created under strict constraints. Although it is possible to create a single channel on a substrate, overlaying another channel on top of it is complex and difficult.

前記の公開番号17240に記載されたようなデバ
イスは、重ねられた多チヤンネルのカラー撮像デ
バイスとして働くことができる重ねられた多数の
異なるチヤンネルをシリコン結晶に作ることは可
能であることを示唆している。しかし、前述のよ
うにそれを作ることが高価で複雑であることに加
えて、使用する材料の本質的な限界によつてこの
ようなデバイスの色分解と選択度は低い。そのよ
うなデバイスを作るのに使用する材料は、色選択
感光素子に加えて良好な単結晶特性を有しなけれ
ばならないCCDチヤンネルとして働く。
Devices such as those described in the aforementioned Publication No. 17240 suggest that it is possible to create a large number of different channels in a silicon crystal that are stacked, which can serve as a stacked multi-channel color imaging device. There is. However, in addition to being expensive and complex to make as mentioned above, the color separation and selectivity of such devices is poor due to the inherent limitations of the materials used. The materials used to make such devices must have good single-crystal properties in addition to color-selective photosensitive elements to act as CCD channels.

前述のように当業界では、極めて光に敏感で像
を鮮明に細かく分解する固体カラー撮像デバイス
を必要としている。多色フイルターが配列にされ
た撮像素子の上に重ねられたデバイスを利用する
と、その結果として生ずる像は米国特許第
3971065に記載されているように、低い解像度と
低い選択度を有すると共に、多色フイルターを精
密に配置する必要性から製造が複雑で高価につ
く。英国特許第2029642号に記載されているよう
に、感光素子が情報転送デバイスの上に重ねられ
たデバイスを利用することによつて、選択度を上
げることができる。しかし、そのようなデバイス
はやはり製造の複雑さとコストを上げる多色複合
フイルターを使用しなければならないため、解像
度になおある程度の限界がある。複数の重ねられ
たチヤンネルのセンサー・アレイを有するデバイ
スを利用することによつて、単色アレイの解像度
に等しい解像度を得ることが可能である。しか
し、それぞれの上に3つのチヤンネルを重ねるた
めには、複雑で高価な製造技術を利用しなければ
ならない。
As previously mentioned, there is a need in the industry for solid state color imaging devices that are extremely light sensitive and provide sharp image resolution. Utilizing a device in which a multicolor filter is superimposed on an array of imagers, the resulting image is
3971065, it has low resolution and low selectivity, and is complex and expensive to manufacture due to the need for precise placement of multicolor filters. Increased selectivity can be achieved by utilizing a device in which a photosensitive element is superimposed on an information transfer device, as described in GB 2029642. However, such devices still have some resolution limitations because they must use multicolor composite filters that also increase manufacturing complexity and cost. By utilizing a device with a sensor array of multiple superimposed channels, it is possible to obtain a resolution equal to that of a monochromatic array. However, in order to stack three channels on top of each other, complex and expensive manufacturing techniques must be utilized.

本発明は相互の上と基板の上に重ねられる複数
の感光層を利用して感度を増大させる。さらに本
発明は、各感光層が異なる色の光を検出するの
で、多色複合フイルターを必要としない。本発明
に基づくデバイスは同じ大きさの単色アレイの解
像度と同じ解像度を有し、しかも簡単で通常の安
価な技術で製造することができる。
The present invention utilizes multiple photosensitive layers stacked on top of each other and on top of the substrate to increase sensitivity. Additionally, the present invention does not require multicolor composite filters since each photosensitive layer detects a different color of light. A device according to the invention has a resolution similar to that of a monochromatic array of the same size, and can be manufactured using simple, common, and inexpensive techniques.

本発明は、通常の真空蒸着技術やスパツタリン
グ技術のような簡単で安価な通常の技術を利用し
て製造することができる固体カラー撮像デバイス
を提供するものである。このデバイスは光に対し
て極めて敏感であり、人間の目の特性を考慮して
望ましいほど高い解像度を有する像を作る。マト
リツクスにされた個々のカラー素子の大多数の光
検出面積は、多色フイルターを有する1個の光導
電層を用いた撮像デバイスの対応する素子の面積
より大きい。像解像度もまた、同じ個数の素子を
有する従来の単色固体撮像デバイスの解像度に匹
敵する。
The present invention provides a solid state color imaging device that can be manufactured using simple, inexpensive and conventional techniques such as conventional vacuum deposition techniques and sputtering techniques. This device is extremely sensitive to light and produces images with desirably high resolution given the characteristics of the human eye. The photodetection area of the majority of the individual color elements in the matrix is larger than the area of the corresponding element of an imaging device using a single photoconductive layer with a multicolor filter. The image resolution is also comparable to that of conventional monochromatic solid-state imaging devices with the same number of elements.

本発明に基づくデバイスは、電荷を処理するた
めの固体基板を含み、感光素子もこの基板にあ
る。複数の感光層が光を吸収し検出するために基
板の上に重ねられている。固体基板は、電荷結合
デバイス(CCD)やMOSスイツチング素子のよ
うな2次元情報デバイスならばどんな種類でもよ
い。基板は感光層と基板自体の感光素子に関連し
てスイツチング機能と転送機能を実行する。基板
の上に互いに重ねられる感光層の各々は、上部の
連続的で透明な電極層、背部電極のモザイク状パ
ターンおよびこれらの間に配置された感光小層を
含む3つの小層より成る。各層の背部電極は、基
板上の感光素子のように、MOS、CCDまたは他
のスイツチング素子のソース端子やドレイン端子
のように固体基板に電気的に接続されている。感
光層の各々は、他の層から電気的に絶縁されてい
ると共に、電気結線を介した点以外のすべての点
で固体基板から電気的に絶縁されている。
The device according to the invention includes a solid-state substrate for handling charge, and the photosensitive element is also located on this substrate. A plurality of photosensitive layers are overlaid on the substrate for absorbing and detecting light. The solid-state substrate may be any type of two-dimensional information device such as a charge-coupled device (CCD) or a MOS switching device. The substrate performs the switching and transfer functions in conjunction with the photosensitive layer and the photosensitive elements of the substrate itself. Each of the photosensitive layers superimposed on the substrate consists of three sublayers, including a top continuous transparent electrode layer, a mosaic pattern of back electrodes, and a photosensitive sublayer disposed therebetween. The back electrode of each layer is electrically connected to the solid substrate, such as the source or drain terminals of a MOS, CCD or other switching device, such as a photosensitive element on the substrate. Each of the photosensitive layers is electrically isolated from the other layers and from the solid substrate at all points except through electrical connections.

本発明の主要な目的は、感光素子を含むと共に
複数の感光層を有する固体基板より成る固体カラ
ー撮像デバイスを提供することであり、これら感
光層は基板の感光素子と各層が基板の端子に電気
的に接続されて感光素子から受け取つた電荷を読
み出すことを可能とするように基板上に重ねら
れ、各順に並んだ感光層は順により広い帯域の光
に敏感でこの光を吸収し、基板の感光素子が上の
層を通過した光のみを検出することを可能とす
る。
A primary object of the present invention is to provide a solid state color imaging device comprising a solid state substrate containing a photosensitive element and having a plurality of photosensitive layers, the photosensitive layers being connected to the photosensitive element of the substrate and each layer electrically connected to a terminal of the substrate. each successive photosensitive layer is sensitive to a wider band of light, absorbs this light, and absorbs this light, making it possible to read out the charge received from the photosensitive element. It allows the photosensitive element to detect only the light that has passed through the upper layer.

本発明の別の目的は、多色フイルターを必要と
することなく製造することができる固体カラー撮
像デバイスを提供することである。
Another object of the invention is to provide a solid state color imaging device that can be manufactured without the need for multicolor filters.

本発明のさらに別の目的は、光に対して極めて
敏感な固体カラー撮像デバイスを提供することで
ある。
Yet another object of the invention is to provide a solid state color imaging device that is highly sensitive to light.

本発明のさらに別の目的は、高い解像度で像を
生ずることができる固体カラー撮像デバイスを提
供することである。
Yet another object of the invention is to provide a solid state color imaging device capable of producing images with high resolution.

本発明のさらに別の目的は、簡単で安価に製造
することができる固体カラー撮像デバイスを提供
することである。
Yet another object of the invention is to provide a solid state color imaging device that is simple and inexpensive to manufacture.

本発明の前述の目的とそれ以外の目的および利
点は、同一数字が全図を通じて同一部分を示し本
明細書の一部を成す添付図面を参照して下に詳細
に記載した構造の細部と使用法を当業者が読めば
わかるものである。
The foregoing and other objects and advantages of the present invention will be further accomplished with the constructional details and use hereinafter described in detail with reference to the accompanying drawings, in which like numerals indicate like parts throughout the drawings and which form a part of this specification. Those skilled in the art can understand this by reading the law.

本発明の固体カラー撮像デバイスの実施例を説
明する前に、そのようなデバイスには変更を加え
ることができるので、本発明は図示の構成要素の
特定の配列に限定されない、と理解すべきであ
る。また、この明細書で使用する用語は特定の実
施例を説明するためのものであつて限定的な意味
で使用するものではない。
Before describing embodiments of solid state color imaging devices of the present invention, it is to be understood that the present invention is not limited to the particular arrangement of components illustrated, as such devices may be modified. be. Furthermore, the terms used in this specification are used to describe specific embodiments, and are not used in a limiting sense.

次に第1図を参照すると、基板の上に重ねられ
た感光素子を有する形式の、従来の固体カラー撮
像デバイスが示されている。第1図は従来の固体
カラー撮像デバイスの分解斜視図である。基板2
には感光層3が重ねられている。基板2は多数の
MOSスイツチング素子6,7,8,9,10,
11を含む。第1図はそのような撮像デバイスが
含むものの一部を示しているに過ぎない。実際
に、撮像デバイスはMOS素子を数千個含む。素
子6,7,8,9,10,11は、例えばそれぞ
れ赤、緑、青、青、赤、緑の各光に関連して各種
のスイツチング機能と転送機能のために利用され
る。素子6−11の各々はソース端子12とドレ
イン端子13を含む。
Referring now to FIG. 1, a conventional solid state color imaging device of the type having a photosensitive element superimposed on a substrate is shown. FIG. 1 is an exploded perspective view of a conventional solid-state color imaging device. Board 2
A photosensitive layer 3 is overlaid on the surface. The board 2 has many
MOS switching elements 6, 7, 8, 9, 10,
Contains 11. FIG. 1 shows only a portion of what such an imaging device would include. In fact, imaging devices include thousands of MOS elements. The elements 6, 7, 8, 9, 10 and 11 are used for various switching and transfer functions, for example in connection with red, green, blue, blue, red and green light respectively. Each of elements 6-11 includes a source terminal 12 and a drain terminal 13.

感光層3は後述する3つの小層より成る。底の
小層つまり底の背部のモザイク状電極つまり層3
の最も内側の小層はすべて素子6−11に電気的
に接続されている。感光層3の上に重ねられてい
るのは、それぞれ素子6,7,8,9,10,1
1に対応するフイルター素子14,15,16,
17,18,19である。フイルター素子14−
19は、単色光を除いてすべての光を透過させな
いようにするために利用される。従つて例えば、
前述の素子6−11のスイツチング機能と転送機
能に対応して、フイルター素子14は赤色光を除
いてすべての光を透過させないようにするために
使用され、フイルター素子15は緑色光を除いて
すべての光を透過させないようにし、フイルター
16は青色光を除いてすべての光を透過させない
ようにする。
The photosensitive layer 3 consists of three sublayers which will be described below. Bottom sublamina or mosaic electrodes on the bottom dorsal layer 3
The innermost sublayers of all are electrically connected to elements 6-11. Layered on the photosensitive layer 3 are elements 6, 7, 8, 9, 10, 1, respectively.
1 corresponding to filter elements 14, 15, 16,
17, 18, 19. Filter element 14-
19 is used to prevent all light except monochromatic light from passing through. Therefore, for example,
Corresponding to the switching and transfer functions of the aforementioned elements 6-11, filter element 14 is used to block all light except red light, and filter element 15 is used to block all light except green light. The filter 16 prevents all light except blue light from passing through.

層3の内部での感光機能が基板2の内部でのス
イツチング機能と転送機能から区別されるので、
第1図に示しているデバイスは、感光機能がスイ
ツチング機能、転送機能と同じレベルで実行され
る従来のデバイスよりもずつと光に対して敏感で
ある。しかしながら、第1図に示しているデバイ
スはなおも多色フイルター素子14−19を使用
することを必要とし、そのようなフイルター素子
は精密な配置を必要とするので、このデバイスの
製造は多少高価となる。フイルター素子14−1
9は、背部の電極によつてそれぞれ形成されてい
る感光部分20,21,22,23,24,25
に光が達する前に、光を遮弊するのに利用され
る。
Since the photosensitive function within the layer 3 is distinguished from the switching and transfer functions within the substrate 2,
The device shown in FIG. 1 is much more sensitive to light than conventional devices in which the photosensitive function is performed at the same level as the switching and transfer functions. However, the device shown in Figure 1 still requires the use of multicolor filter elements 14-19, and since such filter elements require precise placement, the manufacture of this device is somewhat expensive. becomes. Filter element 14-1
9 are photosensitive parts 20, 21, 22, 23, 24, 25 formed by back electrodes, respectively;
It is used to block light before it reaches the target.

各MOS素子6−11、感光部分20−25お
よびフイルター14−19の組合せは、当業界で
画素というものを形成する。従つて、第1図に示
されているデバイス部分は6個の画素を示してい
る。本発明は多色フイルターを不要としながら、
6個の画素あるいは2組の画素と後述するものを
含む同じ大きさの基板2を利用するデバイスを製
造することができる。
The combination of each MOS element 6-11, photosensitive portion 20-25 and filter 14-19 forms what is known in the art as a pixel. Therefore, the device portion shown in FIG. 1 shows six pixels. The present invention eliminates the need for multicolor filters while
Devices can be manufactured that utilize the same size substrate 2 containing six pixels or two sets of pixels as described below.

次に第2図を参照すると、ここには本発明に基
づくデバイスの分解斜視図が示されている。この
撮像デバイスは、MOS素子6,7,8,9,1
0,11が上に配置された基板2を含む。感光層
3と4は基板2の上に重ねられている。各層3と
4は第3図に関連してさらに詳細に説明する小層
より成る。フオトダイオード5と5′はそれぞれ
MOS素子7と10とに関連して基板2に配置さ
れている。第2図は第1図のように、数千の同じ
部分から成る撮像デバイスのほんの一部分を示し
ているに過ぎない。層3と4およびフオトダイオ
ード5と5′を第2図に示しているように配置す
ることによつて、第1図に示しているような多色
フイルターを使用することなく光の別個の色帯域
を検出することが可能となる。
Referring now to FIG. 2, there is shown an exploded perspective view of a device according to the present invention. This imaging device includes MOS elements 6, 7, 8, 9, 1
0, 11 includes a substrate 2 disposed thereon. Photosensitive layers 3 and 4 are superimposed on substrate 2. Each layer 3 and 4 consists of sublayers which will be explained in more detail in connection with FIG. Photodiodes 5 and 5' are respectively
It is arranged on the substrate 2 in relation to the MOS elements 7 and 10. FIG. 2, like FIG. 1, shows only a small portion of an imaging device made up of thousands of identical parts. By arranging layers 3 and 4 and photodiodes 5 and 5' as shown in FIG. 2, distinct colors of light can be obtained without using a multicolor filter as shown in FIG. It becomes possible to detect the band.

層3と4は感光素子26と27を含み、層4は
感光素子28と29を含む。素子26−29の
各々は基板2のMOS素子の1個に接続され、各
フオトダイオード5と5′は基板2上のMOS素子
と関連している。素子26と28は素子27と2
9のように互いの上に重ねられ、層3と4は基板
2上のすべてのフオトダイオードをおおつてい
る。層3と4が感光素子28,29等より成ると
記載すれば、本発明を理解することがより容易と
なるけれども、各層においては上部の電極小層と
光導電小層が穴を通した部分を除いて連続的な層
であるのが好ましいと理解されるべきである。底
部のモザイク状電極小層は連続的でなく、各感光
素子の境界を形成している。層3と4の各々は所
定の色の光を検出するだけでなく、その色を吸収
する。従つて、例えば青色と緑色である2つの色
が検出・吸収され、例えば赤色である単一の色が
素子5と5′に当たる。
Layers 3 and 4 include photosensitive elements 26 and 27, and layer 4 includes photosensitive elements 28 and 29. Each of elements 26-29 is connected to one of the MOS elements on substrate 2, and each photodiode 5 and 5' is associated with a MOS element on substrate 2. Elements 26 and 28 are elements 27 and 2
9 on top of each other, layers 3 and 4 cover all photodiodes on substrate 2. Although it will be easier to understand the invention if layers 3 and 4 are described as consisting of photosensitive elements 28, 29, etc., in each layer the upper electrode sublayer and the photoconductive sublayer pass through the holes. It should be understood that continuous layers are preferred except for. The bottom mosaic electrode layer is not continuous and forms the boundaries of each photosensitive element. Each of layers 3 and 4 not only detects a given color of light, but also absorbs that color. Thus, two colors, for example blue and green, are detected and absorbed, and a single color, for example red, impinges on elements 5 and 5'.

素子26と28はそれぞれMOS素子9と6に
接続されている。MOS素子9と6、基板2の上
の感光素子26と28、および基板2上でMOS
素子10と関連したフオトダイオード5′の組合
せは、いわゆる1組の画素というものを構成して
いる。第2図には2組の画素が示されている。各
画素の組は3つの別々の色の光を検出することが
できる。MOS素子は第2図にL字形のパターン
に配置されている。しかしながら、MOS素子は
直線パターンや矩形パターンのような任意の個数
の異なるパターンで配置することができ、様々な
異なるやり方で背部電極に接続することができ
る。素子28は配線45を介して基板2に接続さ
れ、素子26は配線44を介して基板2に接続さ
れている。
Elements 26 and 28 are connected to MOS elements 9 and 6, respectively. MOS elements 9 and 6, photosensitive elements 26 and 28 on substrate 2, and MOS elements on substrate 2.
The combination of element 10 and associated photodiode 5' constitutes a so-called set of pixels. Two sets of pixels are shown in FIG. Each set of pixels can detect three separate colors of light. The MOS elements are arranged in an L-shaped pattern as shown in FIG. However, the MOS elements can be arranged in any number of different patterns, such as linear patterns or rectangular patterns, and can be connected to the back electrode in a variety of different ways. Element 28 is connected to substrate 2 via wiring 45, and element 26 is connected to substrate 2 via wiring 44.

次に、本発明の撮像デバイスの縦断面平面図で
ある第3図を参照して、層3と4を詳細に説明す
る。すでに指摘したように、感光層3と4の各々
は3つの小層より成る。層3は小層32,33,
34を含み、層4は小層35,36,37を含
む。層3は絶縁材料の層41によつて基板2から
絶縁されている。層3は絶縁材料の層42によつ
て層4から絶縁されている。従つて、層3と4の
各々に互いに電気的に絶縁されていると共に、電
気配線44と45を介した点以外のすべての点で
基板2から絶縁されている。
Layers 3 and 4 will now be described in detail with reference to FIG. 3, which is a longitudinal cross-sectional plan view of the imaging device of the present invention. As already pointed out, each of the photosensitive layers 3 and 4 consists of three sublayers. Layer 3 is small layer 32, 33,
34 and layer 4 includes sublayers 35, 36, 37. Layer 3 is insulated from substrate 2 by a layer 41 of insulating material. Layer 3 is insulated from layer 4 by a layer 42 of insulating material. Each of layers 3 and 4 is therefore electrically insulated from each other and from substrate 2 at all points except via electrical traces 44 and 45.

感光層3は上部の透明な電極小層34と底部の
モザイク状の不透明な電極小層32を含む。感光
物質の小層33は小層32と34の間に配置され
ている。層4は層3と同様の構成要素を含む。底
部のモザイク状電極小層32と35は透明でなけ
ればならない。さらに、層3と4の各々は、第5
−5C図に関連して詳細に説明するように異なる
色の光に反応してそれを吸収することができるよ
うに作られている。
The photosensitive layer 3 comprises a top transparent electrode sublayer 34 and a bottom mosaic-like opaque electrode sublayer 32 . A sublayer 33 of photosensitive material is located between sublayers 32 and 34. Layer 4 includes similar components as layer 3. The bottom mosaic electrode sublayers 32 and 35 must be transparent. Further, each of layers 3 and 4 has a fifth
- It is made to be able to react to and absorb light of different colors as explained in detail in connection with Figure 5C.

第2および3図に示しているようにデバイスを
作ることによつて、複合多色フイルターの配列を
不要とすることが可能となる。さらに具体的に説
明すると、本発明に基づくデバイスは第1図に示
され米国特許第3971065号や米国特許第4047203号
に開示されているようなフイルター・アレイ構造
を必要としない。本発明に基づくデバイスは固体
デバイスの上に複合(多色)カラーフイルターを
必要としないので、本発明に基づくデバイスは比
較的低コストで比較的簡単に製造することができ
る。
By constructing the device as shown in Figures 2 and 3, it is possible to eliminate the need for a complex multicolor filter array. More specifically, devices according to the present invention do not require a filter array structure as shown in FIG. 1 and disclosed in US Pat. No. 3,971,065 and US Pat. No. 4,047,203. Because the device according to the invention does not require a composite (multicolor) color filter on top of the solid state device, the device according to the invention can be manufactured relatively easily at relatively low cost.

本発明に基づくデバイスは全くフイルターを必
要とすることなく動作することができるが、最も
外側の感光層4の上に重ねられた広帯域型フイル
ターを1つ利用することが可能である。そのよう
なフイルターは、4000Å以下または7700Å以上の
波長を有する光、すなわち、紫外線や赤外光、の
ように人間の目に見えない光を遮弊するように設
計することができる。
Although the device according to the invention can operate without the need for any filters, it is possible to utilize one broadband type filter superimposed on the outermost photosensitive layer 4. Such filters can be designed to block light invisible to the human eye, such as light with wavelengths below 4000 Å or above 7700 Å, ie, ultraviolet and infrared light.

次に第4図を参照すると、本発明に基づく撮像
デバイスの斜視図を見ることができる。第4図に
示されているように、光は最も外側の層4の上面
に当たる。後に詳細に説明するように、この光の
一部は層4によつて吸収され、残りの光は層3に
当つてここでさらに光が吸収され、残りの光は基
板2に当たる。フオトダイオード5と5′は周知
なように、基板2の上に配置されてMOS素子7
と10に関連している。第1図に示しているよう
な重ねられた感光層構造の開発前には、5と5′
のようなフオトダイオード素子の配列が唯一の効
検出手段として使用された。前述のように、その
ような構造はフオトダイオードが小さいことによ
つてあまり光に敏感でなく、そのような構造はや
はり多色フイルター・アレイの使用を必要とし
た。
Referring now to FIG. 4, a perspective view of an imaging device according to the present invention can be seen. The light impinges on the top surface of the outermost layer 4, as shown in FIG. Part of this light is absorbed by layer 4, the remaining light impinges on layer 3 where further light is absorbed, and the remaining light impinges on substrate 2, as will be explained in more detail below. As is well known, photodiodes 5 and 5' are arranged on a substrate 2 and connected to a MOS element 7.
and 10. 5 and 5' prior to the development of the stacked photosensitive layer structure shown in FIG.
An array of photodiode elements, such as , was used as the only detection means. As previously mentioned, such a structure was less sensitive to light due to the small size of the photodiode, and such a structure also required the use of a polychromatic filter array.

第5図を第5a−5c図と組合わせて参照して
本発明の撮像デバイスの動作を詳細に説明する。
第5図は第3図に示しているものと同じデバイス
の縦断面図であるが、小層を示していないなどの
ように簡略化して示している。第5a,5bおよ
び5c図はそれぞれ、基板2の上のフオトダイオ
ード5と5′によつて検出される光に加えて層3
と4の内部で吸収され検出される光に関して波長
対吸収と波長対光導電率の両方をプロツトしたグ
ラフである。
The operation of the imaging device of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 5 in combination with FIGS. 5a-5c.
FIG. 5 is a longitudinal cross-sectional view of the same device shown in FIG. 3, but simplified such as not showing the sublayers. Figures 5a, 5b and 5c respectively show that in addition to the light detected by photodiodes 5 and 5' on substrate 2, layer 3
4 is a graph plotting both wavelength vs. absorption and wavelength vs. photoconductivity for light absorbed and detected inside 4.

層4が応答する波長領域の光が層4に当たる
と、光導電小層36(第3図参照)の抵抗は特定
の素子28(第2図参照)で減少する。この減少
した抵抗は、基板2の内部のMOS素子6に関連
して電極小層37と35を利用することによつて
電気的に検出し記録することができる。光の検出
に関連して実行される電気抵抗の減少を記録する
特定の方法は本発明の一部ではなく、周知であ
る。この減少した抵抗は、層4の素子28に当た
る青色光の強度を表わす(第5a図参照)。さら
に、第5a図の吸収曲線によつて示されているよ
うに、層4は青色領域のみの光を吸収する。層4
を通過した光はスペクトルの緑色部分と赤色部分
のみを含む。層4は5000Åかそれ以下の波長を有
する光をすべて吸収し、この光の残りが層3に達
するようにする。さらに、層4は5000Åかそれ以
下の波長を有する光に敏感である。
When layer 4 is exposed to light in the wavelength range to which layer 4 responds, the resistance of photoconductive sublayer 36 (see FIG. 3) decreases in a particular element 28 (see FIG. 2). This reduced resistance can be detected and recorded electrically by utilizing the electrode sublayers 37 and 35 in conjunction with the MOS device 6 inside the substrate 2. The particular method of recording the reduction in electrical resistance performed in conjunction with the detection of light is not part of this invention and is well known. This reduced resistance represents the intensity of the blue light striking the elements 28 of layer 4 (see FIG. 5a). Furthermore, layer 4 absorbs light only in the blue region, as shown by the absorption curve in FIG. 5a. layer 4
The light that passes through contains only the green and red parts of the spectrum. Layer 4 absorbs all light having a wavelength of 5000 Å or less and allows the remainder of this light to reach layer 3. Furthermore, layer 4 is sensitive to light having a wavelength of 5000 Å or less.

層3が反応する波長領域の光が層3に当たる
と、感光小層33(第3図参照)の抵抗は素子2
6で(第2図参照)減少する。減少した抵抗は前
述のように電流を変化させる。従つて、感光素子
26に当たる緑色光はMOS素子9に関連して検
出することができる。層3についての吸収曲線に
よつて示されているように、層3は緑色領域の光
も吸収する。層3の内部での物質は実際に青色光
と緑色光を吸収するが、青色光は層4によつて吸
収またはろ過されてしまつている。従つて、層3
と4の組合わせによつて、青色光と緑色光はすべ
てろ過され、赤色光のみが通過する。層4は6000
Åかそれ以下の波長を有する光をろ過し、6000Å
かそれ以下の波長を有する光に敏感である。しか
し、5000Åかそれ以下の波長を有する光は層4に
よつてろ過されているので、層3には5000Åと
6000Åの間の波長を有する光、すなわち緑色光、
が当つて層3はこの光に応答する。
When layer 3 is exposed to light in the wavelength range to which layer 3 reacts, the resistance of photosensitive sublayer 33 (see FIG. 3) changes to that of element 2.
6 (see Figure 2). The reduced resistance changes the current as described above. Therefore, the green light impinging on the photosensitive element 26 can be detected in conjunction with the MOS element 9. Layer 3 also absorbs light in the green region, as shown by the absorption curve for layer 3. The material inside layer 3 actually absorbs blue and green light, but the blue light has been absorbed or filtered by layer 4. Therefore, layer 3
By the combination of and 4, all blue and green light is filtered and only red light passes through. Layer 4 is 6000
Filters light with wavelengths of Å or less, 6000 Å
Sensitive to light with wavelengths above or below. However, since light with a wavelength of 5000 Å or less is filtered by layer 4, layer 3 has a wavelength of 5000 Å or less.
light with a wavelength between 6000 Å, i.e. green light,
The layer 3 responds to this light.

第5c図に示されているように、基板2のフオ
トダイオード5と5′はすべての可視光を吸収し、
あらゆる可視光に多少敏感である。しかし、フオ
トダイオード素子5と5′はスペクトルの赤色部
分の光に最も敏感である。すでに説明したよう
に、層4は青色光をすでに吸収し、層3はすでに
緑色光を吸収してしまつている。従つて赤色光の
みが基板2に当たるので、素子5と5′には赤色
光が当たる。赤色光が素子5と5′に当たると、
電流は電気インパルスによつて光を検出すること
ができるように変化する。
As shown in Figure 5c, photodiodes 5 and 5' on substrate 2 absorb all visible light;
It is somewhat sensitive to all visible light. However, photodiode elements 5 and 5' are most sensitive to light in the red part of the spectrum. As already explained, layer 4 has already absorbed blue light and layer 3 has already absorbed green light. Therefore, only red light hits the substrate 2, so that the elements 5 and 5' are hit by the red light. When red light hits elements 5 and 5',
The electrical current changes in such a way that light can be detected by electrical impulses.

前述のような特定の吸収能力と光導電性を有す
る層3と4および素子5と5′を利用することに
よつて、撮像デバイスの任意の特定の領域に当た
る光を精密に検出すると共に、波長、従つてその
領域に当たる光の色、を判定することが可能であ
る。層の任意の部分または任意の感光素子に当た
る光の強度は、抵抗の変化の程度によつても測定
することができる。層3と4は抵抗の小変動を測
定することができるように作られているので、感
光層のどの特定の素子に当たるどの特定の波長の
光の相対強度も基板2に関連して電子手段で検出
し記録することができる。
By utilizing layers 3 and 4 and elements 5 and 5' having specific absorption capacities and photoconductivity as described above, it is possible to precisely detect the light impinging on any particular area of the imaging device and to adjust the wavelength. , and hence the color of the light falling on that area. The intensity of light impinging on any part of the layer or on any photosensitive element can also be measured by the degree of change in resistance. Layers 3 and 4 are made in such a way that small variations in resistance can be measured, so that the relative intensity of light of any particular wavelength striking any particular element of the photosensitive layer can be determined by electronic means in relation to substrate 2. Can be detected and recorded.

本明細書に開示したカラー撮像デバイスを様々
な異なる実施例で製造することができる。構造上
の詳細は示さないけれども、撮像アレイは前述の
英国特許に示されているように製造することがで
きる。ただし、2つの感光層と、各感光層の底部
電極を半導体基板上のMOS素子に接続するため
の開口を設けるための変更が必要である。さら
に、基板2はフオトダイオード5と5′のような
ある種の感光素子を有しなければならず、そのよ
うな感光素子の構造の配置は周知である。
The color imaging devices disclosed herein can be manufactured in a variety of different embodiments. Although structural details are not shown, the imaging array can be manufactured as shown in the aforementioned British patent. However, modifications are required to provide two photosensitive layers and an opening for connecting the bottom electrode of each photosensitive layer to a MOS device on the semiconductor substrate. Furthermore, the substrate 2 must have some type of photosensitive element, such as photodiodes 5 and 5', and the arrangement of structures for such photosensitive elements is well known.

第2,3,4および5図に示され、第5a−5
c図に関連して説明した実施例は本発明の好適な
実施例と考えられる。上部層4は青色光を検出・
吸収し、2番目の層3は少なくとも緑色光を検
出・吸収し、フオトダイオード5と5′は少なく
とも赤色光を検出する。光を検出し吸収すること
ができるように層3と4を製造することによつ
て、層3と4はセンサーとしてもフイルターとし
ても働く。従つて、異なる色の光を検出する能力
は保たれながら、複合配列に配置しなければなら
ない多色フイルターは不要となつた。
Shown in Figures 2, 3, 4 and 5 and 5a-5
The embodiment described in connection with Figure c is considered the preferred embodiment of the invention. The upper layer 4 detects blue light.
The second layer 3 detects and absorbs at least green light, and the photodiodes 5 and 5' detect at least red light. By manufacturing layers 3 and 4 to be able to detect and absorb light, layers 3 and 4 act both as sensors and as filters. Therefore, the need for multicolor filters that must be arranged in a complex array is eliminated, while the ability to detect different colors of light is retained.

第5図に示され第5a−5c図に関連して説明
したデバイスは、異なる最終結果を得るために
様々に製造することができる。このように働くこ
とを意図したデバイスを製造するとき、感光層の
各々の内部の物質に加えて絶縁層内の絶縁物質は
特定のやり方で製造しなければならない。
The device shown in FIG. 5 and described in connection with FIGS. 5a-5c can be manufactured in various ways to achieve different end results. When manufacturing a device intended to work in this manner, the material within each of the photosensitive layers, as well as the insulating material within the insulating layer, must be manufactured in a specific manner.

層41と42の内部の絶縁物質は、SiO2
Si3N4、ポリイミド、ポリアミド、光硬化性樹脂
またはその他の公知の有機重合体のような多数の
電気絶縁材から選択する。
The insulating material inside layers 41 and 42 is SiO 2 ,
Choose from a number of electrical insulating materials such as Si 3 N 4 , polyimide, polyamide, photoresist or other known organic polymers.

最も上の感光層4は青色光に敏感であり、
CdS、ZnCdSおよびZnSeTeより成るグループか
ら選択した物質で作る。青色光と緑色光の両方に
敏感で両方を吸収するが青色光が層4によつてろ
過されているので緑色光のみを吸収する層3は、
非晶質セレン、CdSeまたはGaAsPより作る。フ
オトダイオード5と5′は青色光、緑色光および
赤色光に敏感であらゆる色の光を吸収する。青色
光と緑色光は層3と4によつてろ過されてしまつ
ているので、フオトダイオードは赤色光のみを検
出する。フオトダイオード5と5′は通常の方法
で製造し、GaAlAs、GaAsP、ZnCdTe、CdTe、
非晶質珪化水素より成るグループから選択した物
質で作る。
The topmost photosensitive layer 4 is sensitive to blue light;
Made of materials selected from the group consisting of CdS, ZnCdS and ZnSeTe. Layer 3 is sensitive to both blue and green light and absorbs both but absorbs only green light as the blue light is filtered by layer 4.
Made from amorphous selenium, CdSe or GaAsP. Photodiodes 5 and 5' are sensitive to blue, green and red light and absorb light of all colors. Since the blue and green light have been filtered by layers 3 and 4, the photodiode detects only the red light. Photodiodes 5 and 5' are manufactured using conventional methods and include GaAlAs, GaAsP, ZnCdTe, CdTe,
Made from a material selected from the group consisting of amorphous hydrogen silicide.

利用する感光層と素子の特定の種類およびデバ
イスの使用方法によつて、デバイスの動作に異な
る電圧を利用することができる。さらに、望む特
定の結果によつて感光層や素子の各々に関連して
異なる電圧を利用することができる。
Depending on the particular type of photosensitive layer and element utilized and how the device is used, different voltages may be utilized for device operation. Additionally, different voltages may be utilized in conjunction with each of the photosensitive layers or elements depending on the particular result desired.

本発明に基づく固体カラー撮像デバイスを、最
も実用的で好ましい実施例と考えられるもので説
明して来た。特定の材料、特定の用語および特定
の波長や色の光に対する感光層の特定の感度に関
する言及は、好適な実施例を開示するために行な
つたのに過ぎない。また、本発明の範囲内でその
ような実施例に修正を加えることができるし、実
施例を読んだとき当業者に思い浮ぶ変更を加える
こともできる、と認識される。
A solid state color imaging device according to the present invention has been described in what is considered to be the most practical and preferred embodiment. References to specific materials, specific terminology, and specific sensitivity of the photosensitive layer to specific wavelengths or colors of light are made solely to disclose preferred embodiments. It is also recognized that modifications may be made to such embodiments within the scope of the invention, and changes may occur that occur to those skilled in the art upon reading the embodiments.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は基板の上に重ねられた光導電層を示す
従来の固体カラー撮像デバイスの分解斜視図、第
2図は2層3階構造を示す本発明の固体カラー撮
像デバイスの分解斜視図、第3図は本発明の固体
カラー撮像デバイスの縦断面図、第4図は本発明
の固体カラー撮像デバイスの概略斜視図、第5図
は本発明の固体カラー撮像デバイスの縦断面図、
第5a,5bおよび5c図はそれぞれ本発明の固
体カラー撮像デバイスの最も外側の層と2番目の
層と基部層の内部で吸収され検出される光に関し
て波長対吸収と波長対光導電率をプロツトしたグ
ラフである。 2……基板、3,4……感光層、6,7,8,
9,10,11……MOSスイツチング素子、5,
5′……フオトダイオード、26,27,28,
29……感光素子、32,33,34,35,3
6,37……小層、41,42……絶縁材料。
FIG. 1 is an exploded perspective view of a conventional solid-state color imaging device showing a photoconductive layer stacked on a substrate, and FIG. 2 is an exploded perspective view of a solid-state color imaging device of the present invention showing a two-layer, three-layer structure. FIG. 3 is a longitudinal sectional view of the solid-state color imaging device of the invention, FIG. 4 is a schematic perspective view of the solid-state color imaging device of the invention, and FIG. 5 is a longitudinal sectional view of the solid-state color imaging device of the invention.
Figures 5a, 5b and 5c plot absorption versus wavelength and photoconductivity versus wavelength for light absorbed and detected within the outermost layer, second layer and base layer, respectively, of a solid state color imaging device of the present invention. This is a graph. 2... Substrate, 3, 4... Photosensitive layer, 6, 7, 8,
9, 10, 11...MOS switching element, 5,
5'...Photodiode, 26, 27, 28,
29...Photosensitive element, 32, 33, 34, 35, 3
6, 37... Small layer, 41, 42... Insulating material.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 電気スイツチング素子の配列より成る固体の
基板、該基板の上に配置された絶縁材料の層、該
絶縁材料の層の上に重ねられた第1の感光層、該
第1の感光層の上に配置された絶縁材料の層、お
よび該絶縁材料の層の上に重ねられた第2の感光
層より成り、 前記基板上では第1の複数の前記電気スイツチ
ング素子にはそれぞれ複数の感光素子が関連し、 前記第1の感光層は上部の透明な電極小層、背
部の透明なモザイク状電極小層、および前記の上
部の電極小層と前記の背部の電極小層の間に配置
された光導電小層より成り、前記背部のモザイク
状電極小層は前記基板上の第2の複数の前記電気
スイツチング素子に対応する部分の配列に分割さ
れ、前記背部のモザイク状電極小層の前記分割さ
れた部分は前記基板上の前記第2の複数の電気ス
イツチング素子にそれぞれ電気的に接続され、 前記第2の感光層は上部の透明な電極小層、背
部の透明なモザイク状電極小層、および前記の上
部の電極小層と前記の背部の電極小層の間に配置
された光導電小層より成り、前記背部のモザイク
状電極小層は前記基板上の第3の複数の前記電気
スイツチング素子に対応する部分の配列に分割さ
れ、前記背部のモザイク状電極小層の前記分割さ
れた部分は前記基板上の前記第3の複数の電気ス
イツチング素子にそれぞれ電気的に接続され、 前記第1の感光層と前記第2の感光層は可視波
長スペクトルの異なる範囲に敏感でこの範囲を吸
収し、それによつて前記第1の感光層と前記第2
の感光層からの電気信号が2つの異なる色範囲の
光強度を表わし、前記基板上の前記感光素子が第
3の色範囲の光強度を表わすことを特徴とする2
層3階構造の固体カラー撮像デバイス。 2 相互に積層された前記基板及び前記複数の感
光層は、該基板に形成される前記感光素子が光の
低域スペクトルから高域スペクトルまでの所定の
広い範囲にわたる波長対吸収特性を有し、該基板
に最接近して積層される上記感光層が該感光素子
より狭い低域スペクトルから高域スペクトルにお
ける所定範囲の波長対吸収特性を有し、該基板に
最も離れて積層される上記感光層が該基板に最接
近して積層される上記感光層より更に狭い低域ス
ペクトルから高域スペクトルにおける所定範囲の
波長対吸収特性を有するように製造及び配置され
ていることを特徴とする特許請求の範囲第1項記
載の2層3階構造の固体カラー撮像デバイス。 3 前記第2の感光層が光スペクトルの青色領域
の光に敏感でこの光を吸収し、前記第1の感光層
が光スペクトルの赤色領域の光に敏感でないが少
なくとも緑色領域の光に敏感でこの光を吸収し、
前記基板の前記感光素子が光スペクトルの少なく
とも赤色領域の光に敏感であることを特徴とする
特許請求の範囲第1項に記載の2層3階構造の固
体カラー撮像デバイス。 4 前記第2の感光層がCdS、ZnCdS、ZnSeTe
より成るグループから選択した感光物質より成
り、前記第1の感光層が非晶質セレン、CdSe、
GaAsPより成るグループから選択した感光物質
より成ることを特徴とする特許請求の範囲第1項
に記載の2層3階構造の固体カラー撮像デバイ
ス。 5 前記基板に配置された前記電気スイツチング
素子がMOS型デバイス又はCCDデバイスから成
ることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載
の2層3階構造の固体カラー撮像デバイス。 6 3組に配置された多数の電気スイツチング素
子より成る固体の基板、および表面の一部分に感
光素子を有する前記基板の上で互いに重ねられた
2つの垂直方向に配置された感光層より成り、該
感光層の各々は上部の透明な電極小層、背部の透
明なモザイク状電極小層、および前記上部の電極
小層と前記背部の電極小層の間に配置された光導
電小層より成り、前記背部のモザイク状電極小層
の各々は前記電気スイツチング素子に対応する部
分の配列に分割され、前記感光層の各々の背部の
モザイク状電極小層の分割された部分が前記3組
の電気スイツチング素子の対応する1個に電気的
に接続することによつて、前記2つの感光層の
各々の上で垂直方向に配置された背部のモザイク
状電極小層の分割された部分は3組の各組の前記
電気スイツチング素子の1個に接続され、前記基
板の前記感光素子も3組の各組の前記電気スイツ
チング素子の対応する素子に関連して多数組の画
素の配列を形成し、前記感光層と前記基板の前記
感光素子は可視波長スペクトルの異なる範囲に敏
感でこの範囲を吸収し、それによつて前記感光層
と前記基板の前記感光素子の各々から受け取られ
た電気信号が3つの異なる色範囲の光強度を表わ
すことを特徴とする2層3階構造の固体カラー撮
像デバイス。 7 相互に積層された前記基板及び前記複数の感
光層は、該基板に形成される前記感光素子が光の
低域スペクトルから広域スペクトルまでの所定の
広い範囲にわたる波長対吸収特性を有し、該基板
に最接近して積層される上記感光層が該感光素子
より狭い低域スペクトルから広域スペクトルにお
ける所定範囲の波長対吸収特性を有し、該基板に
最も離れて積層される上記感光層が該基板に最接
近して積層される上記感光層より更に狭い低域ス
ペクトルから広域スペクトルにおける所定範囲の
波長対吸収特性を有するように製造及び配置され
ていることを特徴とする特許請求の範囲第6項に
記載の2層3階構造の固体カラー撮像デバイス。 8 前記2つの感光層が前記基板から最も遠くて
光スペクトルの青色領域の光に敏感でこの光を吸
収する最も外側の層、光スペクトルの赤色領域の
光には敏感でないが少なくとも緑の領域の光に敏
感でこの光を吸収する層より成り、前記基板の前
記感光素子が光スペクトルの少なくとも赤色領域
の光に敏感であることを特徴とする特許請求の範
囲第6項に記載の2層3階構造の固体カラー撮像
デバイス。 9 前記基板に配置された前記電気スイツチング
素子がMOS型デバイス又はCCDデバイスから成
ることを特徴とする特許請求の範囲第6項に記載
の2層3階構造の固体カラー撮像デバイス。 10 CCD構成の電気スイツチング素子のマト
リツクスより成る半導体スイツチング・マトリツ
クス、可視スペクトルの比較的低い帯域の光に応
答してこの光を吸収する第1の複数の光導電体、
少なくとも該第1の複数の光導電体より高い帯域
の光に応答してこの光を吸収する第2の複数の光
導電体より成り、第1の複数の前記電気スイツチ
ング素子には等しい個数の感光素子が関連し、前
記第1の複数の光導電体はこれに当つて前記第1
の複数の光導電体が反応する光の強度を表わす電
気信号を前記電気スイツチング素子に送るようそ
れぞれ第2の複数の前記電気スイツチング素子に
電気的に接続され、前記第2の複数の光導電体は
これらに当つて前記第2の複数の光導電体が反応
する光の強度を表わす電気信号を前記電気スイツ
チング素子に送るようそれぞれ第3の複数の前記
電気スイツチング素子に電気的に接続され、前記
第1の複数の光導電体と前記第2の複数の光導電
体と前記半導体スイツチング・マトリツクスは固
体撮像デバイスの3つの重ねられた層を構成し、
これら3つの層は前記固体撮像デバイスに当たる
光が最初に前記第1の複数の光導電体に当たり、
これによつて吸収されなかつた波長の前記光が前
記第2の複数の光導電体に当たり、これによつて
吸収されなかつた波長の光が前記感光素子に当た
るような構造に重ねられ、それによつて前記第1
と第2と第3の複数の電気スイツチング素子がそ
れぞれ3つの異なる帯域の光強度を表わすことを
特徴とする2層3階構造の固体カラー撮像デバイ
ス。 11 前記第1と第2の複数の光導電体の各々が
上部電極と底部電極を有する光導電材料の層より
成り、前記底部電極が前記複数の光導電体の個々
の光導電体を形成することを特徴とする特許請求
の範囲第10項に記載の2層3階構造の固体カラ
ー撮像デバイス。
Claims: 1. A solid substrate comprising an array of electrical switching elements, a layer of insulating material disposed on the substrate, a first photosensitive layer superimposed on the layer of insulating material, a first photosensitive layer superimposed on the layer of insulating material, a layer of an insulating material disposed on a first photosensitive layer, and a second photosensitive layer superimposed on the layer of insulating material, on the substrate a first plurality of the electrical switching elements; each associated with a plurality of photosensitive elements, said first photosensitive layer comprising a top transparent electrode sublayer, a back transparent mosaic electrode sublayer, and said top electrode sublayer and said back electrode sublayer. said back mosaic electrode sublayer is divided into an array of portions corresponding to a second plurality of said electrical switching elements on said substrate; The divided portions of the electrode sublayer are each electrically connected to the second plurality of electrical switching elements on the substrate, and the second photosensitive layer includes an upper transparent electrode sublayer and a back transparent electrode sublayer. a tessellated electrode sublayer, and a photoconductive sublayer disposed between said top electrode sublayer and said back electrode sublayer, said back tessellated electrode sublayer being a third electrode sublayer on said substrate. is divided into an array of portions corresponding to the plurality of electrical switching elements on the substrate, and the divided portions of the back mosaic electrode layer are each electrically connected to the third plurality of electrical switching elements on the substrate. connected, said first photosensitive layer and said second photosensitive layer being sensitive to and absorbing different ranges of the visible wavelength spectrum, whereby said first photosensitive layer and said second photosensitive layer are sensitive to and absorbing different ranges of the visible wavelength spectrum;
2, characterized in that the electrical signals from the photosensitive layer represent light intensities of two different color ranges, and the photosensitive elements on the substrate represent light intensities of a third color range.
A solid-state color imaging device with a three-layer structure. 2. The substrate and the plurality of photosensitive layers stacked on each other are such that the photosensitive element formed on the substrate has wavelength-to-absorption characteristics over a predetermined wide range from a low-band spectrum to a high-band spectrum of light; The photosensitive layer laminated closest to the substrate has wavelength absorption characteristics in a predetermined range from a lower spectrum to a higher spectrum narrower than the photosensitive element, and the photosensitive layer laminated furthest from the substrate is manufactured and arranged so as to have wavelength absorption characteristics in a predetermined range from a lower spectrum to a higher spectrum that is narrower than the photosensitive layer laminated closest to the substrate. A solid-state color imaging device having a two-layer, three-story structure according to scope 1. 3. The second photosensitive layer is sensitive to and absorbs light in the blue region of the optical spectrum, and the first photosensitive layer is not sensitive to light in the red region of the optical spectrum, but is at least sensitive to light in the green region. absorb this light,
2. A two-layer, three-level solid-state color imaging device according to claim 1, wherein the photosensitive element of the substrate is sensitive to light in at least the red region of the optical spectrum. 4 The second photosensitive layer is CdS, ZnCdS, ZnSeTe
The first photosensitive layer is made of a photosensitive material selected from the group consisting of amorphous selenium, CdSe,
2. A solid-state color imaging device having a two-layer, three-layer structure as claimed in claim 1, characterized in that the device is made of a photosensitive material selected from the group consisting of GaAsP. 5. A solid-state color imaging device with a two-layer, three-level structure according to claim 1, wherein the electric switching element arranged on the substrate is a MOS type device or a CCD device. 6 consisting of a solid substrate consisting of a number of electrical switching elements arranged in three sets and two vertically arranged photosensitive layers superimposed on each other on said substrate having photosensitive elements on a part of the surface; Each of the photosensitive layers consists of a top transparent electrode sublayer, a back transparent mosaic electrode sublayer, and a photoconductive sublayer disposed between the top electrode sublayer and the back electrode sublayer; Each of the back mosaic electrode sublayers is divided into an array of parts corresponding to the electrical switching elements, and the divided parts of the back mosaic electrode sublayer of each of the photosensitive layers are connected to the three sets of electrical switching elements. By electrically connecting to a corresponding one of the elements, the segmented portions of the back mosaic electrode sublayer vertically disposed on each of the two photosensitive layers can be connected to each of the three sets. The photosensitive elements of the substrate are also connected to one of the electrical switching elements of the set, forming a multi-set pixel array in association with a corresponding element of the electrical switching elements of each of the three sets, and the photosensitive element of the substrate The photosensitive elements of the layer and the substrate are sensitive to and absorb different ranges of the visible wavelength spectrum, such that the electrical signals received from each of the photosensitive elements of the photosensitive layer and the substrate are in three different colors. A solid-state color imaging device having a two-layer and three-layer structure, which is characterized by representing a range of light intensity. 7. The substrate and the plurality of photosensitive layers stacked on each other are such that the photosensitive element formed on the substrate has wavelength absorption characteristics over a predetermined wide range from a low spectrum of light to a wide spectrum of light; The photosensitive layer laminated closest to the substrate has absorption characteristics for wavelengths in a predetermined range from a narrow low spectrum to a wide spectrum than the photosensitive element, and the photosensitive layer laminated furthest from the substrate has wavelength absorption characteristics in a predetermined range from a narrow low band spectrum to a wide spectrum. Claim 6, characterized in that the photosensitive layer is manufactured and arranged so as to have wavelength-to-absorption characteristics in a predetermined range from a narrower low-band spectrum to a wider spectrum than the photosensitive layer stacked closest to the substrate. A solid-state color imaging device having a two-layer and three-layer structure as described in 2. 8. The two photosensitive layers are the outermost layer furthest from the substrate and sensitive to and absorbing light in the blue region of the optical spectrum; the outermost layer is insensitive to light in the red region of the optical spectrum but at least in the green region; Two layers 3 according to claim 6, characterized in that the photosensitive element of the substrate is sensitive to light at least in the red region of the light spectrum, consisting of a layer that is sensitive to light and absorbs this light. Solid-state color imaging device. 9. The two-layer, three-level solid-state color imaging device according to claim 6, wherein the electric switching element arranged on the substrate is a MOS type device or a CCD device. 10 a semiconductor switching matrix comprising a matrix of electrical switching elements in a CCD configuration; a first plurality of photoconductors responsive to and absorbing light in a relatively low band of the visible spectrum;
a second plurality of photoconductors responsive to and absorbing a higher band of light than at least the first plurality of photoconductors, the first plurality of said electrical switching elements having an equal number of photoconductors; wherein the first plurality of photoconductors are associated with the first plurality of photoconductors;
a plurality of photoconductors each electrically connected to a second plurality of said electrical switching elements to send an electrical signal representative of the intensity of light to which said second plurality of photoconductors respond to said electrical switching element; are each electrically connected to a third plurality of said electrical switching elements for transmitting to said electrical switching element an electrical signal representative of the intensity of light to which said second plurality of photoconductors react; the first plurality of photoconductors, the second plurality of photoconductors and the semiconductor switching matrix constitute three superimposed layers of a solid state imaging device;
These three layers are such that light impinging on the solid-state imaging device first impinges on the first plurality of photoconductors;
The unabsorbed wavelengths of light thereby impinge on the second plurality of photoconductors, thereby superimposing the structure such that the unabsorbed wavelengths of light impinge on the photosensitive element, thereby Said first
and a second and third plurality of electrical switching elements each representing three different bands of light intensity. 11 each of said first and second plurality of photoconductors comprises a layer of photoconductive material having a top electrode and a bottom electrode, said bottom electrode forming an individual photoconductor of said plurality of photoconductors; A solid-state color imaging device having a two-layer, three-story structure according to claim 10.
JP57181483A 1981-12-15 1982-10-18 Solid-state color image pickup device having double layered, three tiered structure Granted JPS58103166A (en)

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US330921 1994-10-28

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JPS58103166A JPS58103166A (en) 1983-06-20
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US4443813A (en) * 1981-12-15 1984-04-17 Fuji Photo Film Co., Ltd. Solid-state color imager with two layer three story structure
JPWO2013190759A1 (en) 2012-06-21 2016-02-08 パナソニックIpマネジメント株式会社 Solid-state imaging device and manufacturing method thereof

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