(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチスペクトル感光部材であって、
１つのベース層からなり、前記ベース層上には複数の事前設置のパターンによって重複に配列された複合感光画素マクロユニットが設置されており、前記複合感光画素マクロユニットには、少なくとも１つの複合感光画素があり、前記複合感光画素は３つ又は４つの基本感光画素から構成され、前記基本感光画素は光照射方向に沿って各層別に分布され、その中、２つの基本感光画素はベース層の上面又は底面に２層に分けて配置され、残りの基本感光画素はベース層の底面又は上面に１層又は２層に分けて配置され、両面３層又は両面４層の複合感光画素が形成され、
前記マルチスペクトル感光部材において、同一複合感光画素中の基本感光画素は、それぞれ感応される対応するスペクトル範囲にて、２つごとに直交され（つまり、実質的に共用又は重なる部分はなく）、前記スペクトル範囲は可視光又は可視光および赤外線に位置し、前記複合感光画素マクロユニットの全ての前記複合感光画素によって感応されるスペクトル情報が結合されて、ＲＧＢ又はＣＭＹＫカラーの再整合に必要とするスペクトル情報となり、
前記マルチスペクトル感光部材において、前記複合感光画素中の光源から最も近い基本感光画素によって感応されるスペクトルには、青色が含まれ；或いは、前記マルチスペクトル感光部材において、前記複合感光画素中の光源から最も遠い基本感光画素によって感応されるスペクトルには、黄色が含まれ、
前記両面３層又は両面４層の複合感光画素は、１つのシリコンＮベース層の上面と底面にいずれもＰドーピング層を備え、さらにＰドーピング層上にＮドーピング層を備えることによって得られるＮ−Ｐ−Ｎ−Ｐ、Ｐ−Ｎ−Ｐ−Ｎ、又はＮ−Ｐ−Ｎ−ＰーＮ複合結合によって形成される、或いは、
前記両面３層又は両面４層の複合感光画素は、１つのシリコンＰベース層の上面と底面にいずれもＮドーピング層を備え、さらにＮドーピング層上にＰドーピング層を備えることによって得られるＮ−Ｐ−Ｎ−Ｐ、Ｐ−Ｎ−Ｐ−Ｎ、又はＰ−Ｎ−Ｐ−ＮーＰ複合結合によって形成される、
ことを特徴とするマルチスペクトル感光部材。
【請求項２】
前記マルチスペクトル感光部材において、前記複合感光画素マクロユニットの底層にて、赤外線の感応に使われる基本感光画素の底部表面には、ケイ素・ゲルマニウム結晶体層又はゲルマニウム結晶体層を備えることを特徴とする請求項１に記載のマルチスペクトル感光部材。
【請求項３】
前記マルチスペクトル感光部材において、前記赤外線の感応に使われる基本感光画素の底部には、また、鏡面反射コーティング層を備えることを特徴とする請求項２に記載のマルチスペクトル感光部材。
【請求項４】
前記マルチスペクトル感光部材において、前記複合感光画素は能動方式によってサンプリングされ、能動感光画素を形成する、
或いは、前記マルチスペクトル感光部材において、前記複合感光画素は受動方式によってサンプリングされ、受動感光画素を形成することを特徴とする請求項１−３のいずれかに記載のマルチスペクトル感光部材。
【請求項５】
前記マルチスペクトル感光部材において、前記複合感光画素中の基本感光画素は感光ダイオード又は感光ゲートからなることを特徴とする請求項１−４のいずれかに記載のマルチスペクトル感光部材。
【請求項６】
前記マルチスペクトル感光部材において、前記マルチスペクトル感光部材の感光方式は、正面感光方式、背面感光方式、及び両方向感光方式のいずれかであり、前記両方向感光方式は、タイムシェア方向選択方式、セクション方向選択方式、及び画素方向選択方式のいずれかであることを特徴とする請求項１−５のいずれかに記載のマルチスペクトル感光部材。
【請求項７】
前記マルチスペクトル感光部材において、前記事前設置のパターンは、前記複合感光画素の重複配列、マトリックス配列、及びハニカムパターン配列のいずれかであることを特徴とする請求項１−６のいずれかに記載のマルチスペクトル感光部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチスペクトル感光部材に関するもので、具体的に言うとマルチスペクトル感光部位の物理的実現と製作に関するものである。さらに詳しく言うと、本発明はＣＣＤ又はＣＭＯＳトランジスターを用いてマルチスペクトル（例えば、可視光と赤外線など）を同時に感応でき、フルカラー画像に使われる感光部材に関するものである。こちらで、フルカラーとはすべての興味のあるスペクトルのことを言う。一般（可視光）感光部材の場合、フルカラーとは、赤・緑・藍および白色など全ての可視光スペクトルのことを言い、赤外線とカラーが結合されている感光部材の場合、フルカラーとは、可視光スペクトルと赤外スペクトルのことを言う。本発明は赤外線や、白黒、およびカラー画像のマルチスペクトル感光部材に適用する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、本発明の発明人より早めに提出された『マルチスペクトル感光部材およびその製作方法』（ＰＣＴ／ＣＮ２００７／０７１２６２）と『マルチスペクトル感光部材およびその製作方法』（中国出願番号：２００８１０２１７２７０．２）の継続であり、さらに具体的で最適化のトランジスターの物理的実現を提供することを目的とする。
【０００３】
従来の感光部材は、カラー可視光に注目するか、或いは赤外線に注目しただけで、両者を結合したものは非常に少なかった。嘗てその他の発明又は出願があって、例えば、インジウム・アンチモンのトランジスター技術(“Silicon  infrared  focal  plane  arrays”,  M.  Kimata,  in  Handbook  of  Infrared  Detection  Technologies,  edited  by  M.  Henini  and  M.  Razeghi,  pp.  352-392,  Elsevier  Science  Ltd.,  2002)を利用して、可視光と赤外線の同時感応を実現したものの、カラーは得られなかった。既存のカラーと赤外線の感光を同時に実現する方法は、１つのカラー感光部材と１つの赤外線感光部材を、物理的に重ねることによって実現される(如“Backside-hybrid  Photodetector  for  trans-chip  detection  of  NIR  light],  by  T.  Tokuda  et  al.,  in  IEEE  Workshop  on  Charge-coupled  Devices  &  Advanced  Image  Sensors,  Elmau,  Germany,  May  2003,  and  “A  CMOS  image  sensor  with  eye-safe  detection  function  using  backside  carrier  injection”,  T.  Tokuda  et  al.,  J.  Inst  Image  Information  &  Television  Eng.,  60(3):366-372,  March  2006)。
【０００４】
既存の感光部材が、カラー感光部材と赤外線感光部材を集積できなかった原因は３つある。その一、既存のカラー感光部材にはいずれもカラーフィルター（赤・緑・藍、又は青・黄・フクシン・緑色）によってカラーが得られるが、これらのフィルターは赤外線にたいして非常に強い濾過特性を持っている。これだけでなく、カラーを鮮やかにさせるために、専らレンズ上に赤外線フィルターを設置して、赤外線によるカラー画像のボケを減らしている。Ｆｏｖｅｏｎ社のＸ３型三層感光技術は、深度を利用してカラーの選択を実現して、フィルターを省略しているが、三層感光技術の製作は非常に難しく、産業状況もあまり良くない。もし、このシステムにさらに１つの赤外線層を加えると、もっと煩雑になり、実用価値がなくなる。その二、トランジスターに良く使われるシリコンは一般的に１１００ｎｍ未満の波長の赤外線のみ吸収できる。そのため、数多くの赤外線感光に使われる部材には、その他のトランジスター材料、例えば、ゲルマニウムや、ケイ素・ゲルマニウム混合結晶体、ＨｇＣｄＴｅ、ＩｎＳｂなどの材料が使われている。これらの材料は可視光には適用しない。その三、確実に実施可能性のある２層又は複数層感光部材の製作技術が欠けている。
【０００５】
そのため、如何にカラー感光をより良く実現し、カラー感光部材と赤外線感光部材を集積するかは、さらに研究・改進すべき問題となっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記説明に基づき、本発明では一種のマルチスペクトル感光部材を提供して、カラー感光をより良く実現するだけでなく、カラー感光部材と赤外線感光部材の集積の実現案を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
１つのベース層からなり、前記ベース層上には複数の事前設置のパターンによって重複に配列された複合感光画素マクロユニットが設置されており、前記複合感光画素マクロユニットには、少なくとも１つの複合感光画素があり、前記複合感光画素は少なくとも２つの基本感光画素から構成され、前記基本感光画素は光照射方向に沿って、各層別に分布され、１面に最大２層の方式でベース層の上面、又は底面、又は上面と底面に分布される、マルチスペクトル感光部材。
【０００８】
前記マルチスペクトル感光部材の一種の実施例において、前記複合感光画素中の２つの基本感光画素が、ベース層の上面又は底面に２層に分けて配置されて、単一面２層の複合感光画素を形成するか、或いはそれぞれベース層の上面と底面に配置されて、両面２層の複合感光画素を形成する。
【０００９】
前記マルチスペクトル感光部材において、前記ベース層中の複合感光画素は、単一面２層複合感光画素を使うことによって、前記マルチスペクトル感光部材で単一面２層感光部材を構成する。
【００１０】
前記単一面２層複合感光画素は、１つのＮシリコンベース層上に先ずＰドーピング（Ｐ  ｄｏｐｉｎｇ）を実施してから、Ｐドーピング層上に、さらにＮドーピングを実施して構成されるＮ−Ｐ−Ｎ複合結合によって形成される。
【００１１】
前記単一面２層複合感光画素は、また、１つのＰシリコンベース層上に先ずＮドーピング（Ｎ  ｄｏｐｉｎｇ）を実施してから、Ｎドーピング層上に、さらにＰドーピングを実施して構成されるＰ−Ｎ−Ｐ複合結合によって形成される。
【００１２】
前記マルチスペクトル感光部材において、前記ベース層中の複合感光画素は、両面２層複合感光画素を使用することによって、前記マルチスペクトル感光部材は両面２層感光部材になる。
【００１３】
前記両面２層複合感光画素は、１つのＮシリコンベース層の上面と底面に、いずれもＰドーピング（Ｐ  ｄｏｐｉｎｇ）を実施することによって得られるＰ−Ｎ−Ｐ複合結合によって形成される。
【００１４】
前記両面２層複合感光画素は、また、１つのＰシリコンベース層の上面と底面に、いずれもＮドーピング（Ｎ  ｄｏｐｉｎｇ）を実施することによって得られるＮ−Ｐ−Ｎ複合結合によって形成される。
【００１５】
前記マルチスペクトル感光部材の一種の実施方式において、前記複合感光画素中の基本感光画素は３つ又は４つあり、その中、２つはベース層の上面又は底面に２層に分けて配置され、残りの基本感光画素はベース層の底面又は上面に１層又は２層に分けて配置されて、両面２層の複合感光画素が形成される。
【００１６】
前記マルチスペクトル感光部材において、前記ベース層中の複合画素は、両面２層複合感光画素を使用することによって、前記マルチスペクトル感光部材は両面多層感光部材になる。
前記両面多層複合感光画素は、１つのシリコンＮベース層の上面と底面にいずれもＰドーピングを実施し、さらにＰドーピング層上にＮドーピングを実施することのよって得られるＰ−Ｎ−Ｐ、Ｎ−Ｐ−Ｎ−Ｐ、Ｐ−Ｎ−Ｐ−Ｎ、Ｎ−Ｐ−Ｎ−ＰーＮ複合結合によって形成される。
【００１７】
前記両面多層複合感光画素は、１つのシリコンＰベース層の上面と底面にいずれもＮドーピングを実施し、さらにＮドーピング層上にＰドーピングを実施することのよって得られるＮ−Ｐ−Ｎ、Ｎ−Ｐ−Ｎ−Ｐ、Ｐ−Ｎ−Ｐ−Ｎ、Ｐ−Ｎ−Ｐ−ＮーＰ複合結合によって形成される。
【００１８】
前記マルチスペクトル感光部材において、前記複合感光画素中の基本感光画素は、それぞれ可視光又は可視光および赤外線が２つごとに直交されるスペクトル範囲を感応し、前記複合感光画素マクロユニットの全ての複合画素によって感応されるスペクトル情報が結合されて、ＲＧＢ又はＣＭＹＫカラーの再整合に必要とするスペクトル情報となる。
【００１９】
前記マルチスペクトル感光部材において、前記複合感光画素中の光源から最も近い基本感光画素によって感応されるスペクトルには、空色や、藍色、緑色、青色、白色および白色＋赤外色などが含まれる。
【００２０】
前記マルチスペクトル感光部材において、前記複合感光画素中の光源から最も遠い基本感光画素によって感応されるスペクトルには、空色や、緑色、赤色、黄色、白色、赤色＋赤外色、黄色＋赤外色、および白色＋赤外色などが含まれる。
【００２１】
前記マルチスペクトル感光部材において、前記複合感光画素ユニットの底層にて、赤外線の感応に使われる基本感光画素の底部表面には、赤外線吸収効果がもっと良いケイ素・ゲルマニウム結晶体又はゲルマニウム結晶体層が生長される。
【００２２】
前記マルチスペクトル感光部材において、前記赤外線の感応に使われる基本感光画素の底部には、また、鏡面反射コーティングが実施されている。
【００２３】
前記マルチスペクトル感光部材において、前記複合感光画素は能動方式によってサンプリングされ、能動感光画素（Ａｃｔｉｖｅ  Ｐｉｘｅｌ）を形成する。
【００２４】
前記マルチスペクトル感光部材において、前記複合感光画素は受動方式によってサンプリングされ、受動感光画素（Ｐａｓｓｉｖｅ  Ｐｉｘｅｌ）を形成する。
【００２５】
前記マルチスペクトル感光部材において、前記複合感光画素中の基本感光画素は感光ダイオード又は感光ゲートからなる。
【００２６】
前記マルチスペクトル感光部材において、前記マルチ感光部材の感光方式には、正面感光や、背面感光、又は両方向感光方式などがあり、前記両方向感光方式には、タイムシェア方向選択や、セクション方向選択、又は画素方向選択方式などがある。
【００２７】
前記マルチスペクトル感光部材において、前記事前設置のパターンには、複合画素の重複配列や、マトリックス配列、又はハニカムパターン配列などがある。
【発明の効果】
【００２８】
１．もっと優れたカラー感光性能およびカラー感光と赤外線感光の集積が得られる。本発明では、少なくとも２つの基本感光画素からなる複合感光画素の形式で、光源の照射方向上に少なくとも２つの感光画素層を提供しており、基本感光画素は異なる画素層において各スペクトル範囲を感応する。従って、感光画素層の深度上の配置を通じて、ベース層の１つの表面上の同一の位置において、少なくとも２つのスペクトルを感応することができ、これによって、当該表面上の複合感光画素のマクロユニットパターン配列にもっと優れた円滑性およびもっと多くの画素配置を提供することによって、感光部材の感度、解析度、およびダイナミック範囲を大幅にアップすることができる。また、２つの感光画素中、１つは可視光を感応し、もう１つは赤外線を感応するように配置することによって、可視光と赤外線の集積を手軽に実現することができ、カラーと赤外線の同時感応が実現できる。
【００２９】
２．製品実現の加工プロセスが簡単になる。本発明は既存のＣＣＤ又はＳＭＯＳ感光チップ加工プロセスと設備を利用して、正面感光や、背面感光、又は両方向感光に使える単一面２層マルチスペクトル感光部材や、両面２層マルチスペクトル感光部材、および両面多層マルチスペクトル感光部材を手軽に製作することができる。背景技術中のＦｏｖｅｏｎ社の三層感応部材では、カラー感光を実現するために、必ず同一の位置に３層を配置してそれぞれＲＧＢ三色を感応することによって、カラーの再整合を実現している。但し、このような方式は、３層の加工が難しいだけでなく、配線上にも各層の間のリードの隔離が必要とするので、３層のリードは配線上の難点にもなる。このような情況で、さらに１層の赤外線感光を増やすことはほとんど不可能である。本発明は、平面上の画素パターン配列によってカラーの再整合を実現するので、深度方向で３層を配置してカラーを再整合する必要がないので、同一面上に最大２層の基本感光画素を配置する方式によって、より優れたカラー感光性能が得られる。同一面上には最大２つの感光画素層だけが配置されるので、立体加工プロセスが著しく易しくなり、その配線も相対的に簡単になる。特に、両面２層方式を使用することによって、つまり、複合感光画素中の２つの基本感光画素をそれぞれ反対する２つの面に配置させることによって、単一面２層の方式と変わらないだけでなく、より優れたカラー感光性能が得られ、個々の面にとっては、平面加工プロセスに簡略化でき、１面上で感光画素層の平面加工を終えてから、ベース層を引っくり返して、他の１面において同様な平面加工プロセスでもう１つの感光画素層の加工を終えることができ、加工プロセスが既存の単一面１層感光部材の加工プロセスと良く似ている。
【００３０】
３．本発明の感光部材は、深度スペクトルフィルターおよび平面パターン配列を結合した方式によってカラーを再整合を実現するので、カラーコーティングが要らなく、良品率も大幅向上できる。また、冗長性カラー情報を提供できるので、多くの欠点と死点があっても、事後処理を通じて、冗長性カラー情報を利用して修復することができるので、感光部材の故障発生率を全体的に低下させる。
【００３１】
本発明では実施例を挙げて、幾つかの可視光と赤外線に使える２層と多層のマルチスペクトル感光部材の最適化実現を説明することにする。これらの最適化実現はただ例に挙げて本発明を説明するだけで、本発明の保護範囲を限定するものではない。
【００３２】
関連業界の有識の者なら、次の添付図に合わせた具体的な実施方式の詳しい説明をご覧になると、本発明の上記およびその他の目的とメリットについて、十分理解できるはずである。
【００３３】
また、説明の便利を図って、次の添付図の説明は、主に感光ダイオード（Ｐｈｏｔｏ  Ｄｉｏｄｅ）に基づいた見取図である。但し、ほとんどの例はいずれも感光ゲート（Ｐｈｏｔｏ  Ｇａｔｅ）にも適用する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】伝統的な単一層感光ダイオードの見取図である。
【図２】Ｆｏｖｅｏｎ社より発明された三層複合感光ダイオードの見取図で、その中、上層のダイオードは藍色を感応し、中間ダイオードは緑色を感応し、底層ダイオードは赤色を感応する。このような方式は光の透過深度と波長との関係を十分利用することができる。この図を見るだけで、この感光部材が画素を読み取るにどれぐらい難しいかが想像できる。３つの異なるカラーの画素の読み取り回路は大きな空間を占めるだけでなく、配線も難しくなる。
【図３】本発明関連の２層マルチスペクトル感光部材を示した見取図である。その中、（ａ）は、単一面２層感光部材に適用し、（ｂ）は、両面２層感光部材に適用する。その中、深さがＴ１，Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４は、光のベース層材料（ケイ素）中の入射深さと波長との関係グラフよって決められる(Gerald  C.  Holst  and  Terrance  S.  Lomheim,  “CMOS/CCD  Sensors  and  Camera  Systems”,  JCD  Publishing,  pp.  125-125,  ISBN  9780819467300,  2007)。例えば、上層にて藍色（又は青色）を得たい場合は、その中のＴ１を約１．５ミクロン（又は約４．５ミクロン）とすべきで、底層にて赤色を得たい場合は、Ｔ２とＴ４を最小８ミクロンとし、Ｔ３を最小４．５ミクロンとすべきである。底層にて黄色を得たい場合は、Ｔ２とＴ４を最小８ミクロンとし、Ｔ３を最小１．５ミクロンとすべきである。上層の感光ダイオードと底層の感光ダイオードは１つの複合ダイオードペアを（複合感光画素）を構成する。光が上部から照射される場合、上層の感光ダイオードは光源からもっと近くなる。光が底部から照射される場合、底層の感光ダイオードは光源からもっと近くなる。
【図４】可視光と赤外線を同時に感光できる複合感光ダイオードペア（複合感光画素）を示す図である。赤外線を引く受けるために、シリコンベース層の厚さ（図３中のＴ２とＴ４）はさらに厚くすることができる。
【図５】単一面２層感光部材中の複合感光ダイオードが背面からの照射を受ける際の情況を示した図で、その中の図５（ａ）は可視光だけを感応でき、（ｂ）は可視光と赤外線を同時に感光できる。２種の複合感光ダイオードの厚さを大抵同じようにさせるために、赤外線を感応するダオードの後側に、赤外線に対する吸収効果にもっと優れたゲルマニウム又はケイ素・ゲルマニウム結晶体（ＳｉＧｅ）を成長させる。
【図６】両面２層感光部材中の複合感光ダイオードが正面からの照射を受ける情況を示したもので、その中の（ａ）はただ可視光だけを感光でき、（ｂ）は可視光と赤外線を同時に感光できる。同様に、２種の複合感光ダイオードの厚さを大抵同じようにさせるために、赤外線を感応するダオードの後側に、赤外線に対する吸収効果にもっと優れたゲルマニウム又はケイ素・ゲルマニウム結晶体（ＳｉＧｅ）を成長させる。
【図７】図３の（ａ）中の複合感光ダイオードの読み取り装置付きの情況を示したものである。単一面２面感光部材は、配線と読み取り回路の共用が難しいため、受動感光画素(ＦＤと増幅回路が付いてない)（Ｐａｓｓｉｖｅ  Ｐｉｘｅｌ）を使って実現した方が良い。
【図８】図３の（ｂ）中の複合感光ダイオードの読み取り装置付きの情況を示したものである。相対的に、両面２層感光部材に読み取り装置を設置すると、単一層感光部材に比べてもっと易しくて円滑になる。そのため、両面２層感光部材は、受動感光画素（Ｐａｓｓｉｖｅ  Ｐｉｘｅｌ）を使って実現することができ、能動感光画素（Ａｃｔｉｖｅ  Ｐｉｘｅｌ）を使って実現することもでき、しかも、能動感光画素（Ａｃｔｉｖｅ  Ｐｉｘｅｌ）を使って実現する際は、１つの画素に平均１．５ゲート（３Ｔ読み取り回路）、又は１．７５ゲート（４Ｔ読み取り回路）だけを使用するものとする。
【図９】目下比較的優れた４−ポイント共有４Ｔ能動感光画素の読み取り回路を示す図であるが、それぞれの画素に１．７５個のゲートを使用している。我々はこの図で本発明の２層又は多層感光部材を説明することにするが、当面相当標準的な読み取りとサンプリング回路を使用することもできる。
【図１０】簡単且つ直接に単一面２層感光部材を両面感光に使って、両面３層の感光部材を得る１つの実例であり、その中、（ａ）の正面は１層で、背面は２層であるが、（ｂ）の正面は２層、背面は１層である。このように同様に３層の感光部材は、Ｆｏｖｅｏｎ社のＸ３型三層感光部材に比べて製造が簡単になり、変化も多様になる。気になることは図１０と図２との差異であるが、図２中の３つのカラーの感光画素は、いずれも１面上に置かれるが、図１０には２つの画素だけが１面上に置かれ、それ他の画素は他の１面上に置かれる。
【図１１】単一面２層感光部材と両面感光方式との結合によって生じる両面４層の感光部材を示す図である。この感光部材を使用することによって、それぞれの画素において、藍、緑、赤、および赤外などの４つのカラーを同時に得られる。カラーが多く、層数も多いが、Ｆｏｖｅｏｎ社のＸ３型三層感光部材に比べて易しい。
【図１２】３層と４層を混合した両面多層感光部材の実例を示す図である。
【図１３】２層と４層を混合した両面多層感光部材の実例を示す図である。
【図１４】２層と３層を混合した両面多層感光部材の実例を示す図である。
【図１５】２層と１層を混合した単一面又は両面２層感光部材の実例を示す図である。
【図１６】２層と１層を混合した単一面又は両面２層感光部材の実例を示す図であり、図１２−１６から、多層複合感光画素の１種の退化の情況が見られる。Ｎ層の複合感光画素中の１つが空の画素である場合、Ｎ層の複合感光画素は（Ｎ−１）層の複合感光画素に退化される。図１５と１６には、２層感光画素が単一層に退化された情況が示されている。その中の２つが空の画素である場合、Ｎ層の複合感光画素は（Ｎ−２）層の複合感光画素に退化されるが、このように類推できる。複合画素中の層数が一致しない場合は、その中の一部の層を空の画素（空色感応）と見なして良い。そのため、混合多層感光部材は多層感光部材の特例であり、その中の一部の複合画素は空の画素を含む。これらの例は単一面２層感光部材と両面２層又は多層の感光部材の威力を十分顕示している。この２種の部材技術の結合によって、一連の全く新しい多彩多様な高性能感光部材を生み出すことができる。特に指摘したいことは、１つの３層以上の感光部材において、それぞれの層に設置される感光ダイオードによって感応されるスペクトルは、２つごとに直交（つまり、実質的に共用又は重なる部分はない）しなければならない。
【図１７】マトリックス配列とハニカム配列の両面２層感光部材の俯瞰図であるが、その中、ＦＤは上下２層共用の読み取りコンデンサーである。勿論、必要によっては、上下２層にそれぞれ１つの読み取りコンデンサーを使用することができ、ひいてはそれぞれ１セットの読み取り回路を使用することもできる。
【図１８】感光部材の俯瞰図であり、（ａ）は、マトリックス配列の両面２層マルチスペクトル（カラー＋赤外色）感光部材の俯瞰図であるが、その中、ＦＤは上下２層共用の読み取りコンデンサーであり、（ｂ）は、マトリックス配列の両面２層マルチスペクトル（カラー＋赤外色）感光部材の俯瞰図であるが、その中、ＦＤは上下２層共用の読み取りコンデンサーである。このように、２つの複合画素によって構成されたマクロ画素ユニットも図９に示された４−ポイント共有能動感光画素の読み取りコンデンサーを使用することができる。単一面１層の感光部材とは違って、図１８（ｂ）中の共用読み取り回路の４つの感光ダイオードは、両面上に分布される。
【図１９】両面２層マルチスペクトル（カラー＋赤外色）感光部材の８−ポイント共有又は４−ポイント共有読み取り回路の断面図（３Ｔ又は４Ｔ読み取り回路を省略）である。こちらに示されたのは一種の極端な例で、ＦＤの上下共通の情況である。両面２層のマルチスペクトル（カラー＋赤外色）感光部材にとって、４−ポイント共有読み取り回路であっても、２種選択できる。その一は、４つのポイントが同一面に設置されるものと、その二は、４つのポイントが異なる面に設置されるものである。この図において、我々はもう一種の方法によって赤外線の吸収率を向上するようにするが、この方法は、ゲルマニウム又はケイ素・ゲルマニウム層の後ろに鏡面反射材料（例えば、ゲルマニウム又はケイ素と結合されるアルミニウムや、銀又はその他の優れた反射材料）をコーティングすることである。
【図２０】１つの両面２層マルチスペクトル（カラー＋赤外色）感光部材の８−ポイント共有又は４−ポイント共有読み取り回路の断面図（３Ｔ又は４Ｔ読み取り回路を省略）である。こちらに示されたのは、一種の簡単にしたＦＤの上下が通らない情況である。ＦＤの上下が通らない場合、上面又は底面はいずれも単一面１層の情況と同様である。
【図２１】簡単に製作した両面２層の感光部材の情況を示す図である。ベース層が不透明である場合、上下２層は、単一面１層感光部材を簡単に２回重複する方法によって得られる。両面上の部材は、完全に独立にさせることもできる。これは両方向感光部材の最も簡単な方式である。
【図２２】１つの単一面２層感光部材がそれぞれ正面感光と背面感光に使われる際の情況である。気になることは、図の中の２層の感光ダイオードペアにおいて、光源から近い感光ダイオードはもっと短い波長のカラーが得られる。
【図２３】１つの両面２層感光部材がそれぞれ正面感光と背面感光に使われる際の情況である。気になることは、図の中の２層の感光ダイオードペアにおいて、光源の方向が変わると、カラーも変わる。両方向対称（『マルチスペクトル感光部材およびその製作方法』（中国出願番号：２００８１０２１７２７０．２を参照）の両面２層感光部材にとって、一般的に、光源の方向が変わると、青色は黄色に、藍色は赤色に変わり、緑色は変わらない。
【図２４】マクロ画素に３つの複合感光ダイオード（複合感光画素）を用いた両面２層感応部材の正面と背面の情況を示したものである。マクロ画素に３つのポイントがある場合は、一般的にハニカム配列を使用する。
【図２５】他の幾つかの両面２層の感光部材の可能な実現を示したものである。これらの図解は両面２層感光部材の円滑性と多様化の特徴を十分顕示している。
【図２６】他の幾つかの両面２層の感光部材の可能な実現を示したものである。これらの図解は両面２層感光部材の円滑性と多様化の特徴を十分顕示している。
【図２７】他の幾つかの両面２層の感光部材の可能な実現を示したものである。これらの図解は両面２層感光部材の円滑性と多様化の特徴を十分顕示している。我々は図３〜図１６において、複合ダイオードについて検討したが、これらは、いずれも図２２〜２７の情況にも適用する。我々はただの少量の図で原理を説明しているが、本発明の精粋と範囲を限定するものではない。
【図２８】１つの感光ゲート（Ｐｈｏｔｏ  Ｇａｔｅ）の原理の見取図である。上記図例において、基本感光画素として使われる感光ダイオード（Ｐｈｏｔｏ  Ｄｉｏｄｅ）を感光ゲート（Ｐｈｏｔｏ  Ｇａｔｅ）に替えると、数多くの全く類似する実現と結論が得られる。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本発明に対する説明の便利と既存技術との差異を解釈するために、我々は次の名詞の定義を提供する。２層感光部材、多層感光部材、両面感光部材、両方向感光部材などが含まれる。その中、２層感光部材とは、感光画素が物理的に２層に分けられ、各層にはいずれも特定のスペクトルを感応する画素が含まれるものを言う。多層感光部材とは、２層以上の感光部材を言い、例えば、Ｆｏｖｅｏｎ社のＸ３感光部材が多層感光部材である。両面感光部材とは、感光部材が２つの感光表面を有するものを言い、各面はいずれも少なくとも２つの方向から感光される。両方向感光部材とは、感光部材が２つの（通常お互いに１８０°となる）方向から感光でき、つまり、感光部材の正面と背面からいずれも感光される。
【００３６】
１つの感光部材は同時に２層又は多層、両面、および両方向など３つの特徴中の１つ、２つ、および全ての３つを有することを特徴とする。本発明は主に単一面２層感光部材（図２２（ａ）と図２２（ｂ）を参照）や、両面２層感光部材（図２３（ａ）と図２３（ｂ）を参照）、および両面多層感光部材（図１０−１４）に関わるものである。単一面２層であろうか、両面２層又は多層であろうかを問わず、いずれも正面感光（図２２（ａ）を参照）、背面感光（図２２（ｂ）を参照）、又は両方向感光（図２１又は図２３を参照）に使える。但し、異なる照射情況において、感光部材のデザインも異なっている。
【００３７】
本発明の具体的な実施方式のマルチスペクトル感光部材は、１つのベース層からなり、前記ベース層には複数の事前設置のパターンの重複配列からなる複合感光画素マクロユニットが設置され、前記複合感光画素マクロユニットには、少なくとも１つの複合感光画素があり、前記複合感光画素は少なくとも二つの基本感光画素から構成され、前記基本感光画素は光照射方向に沿って層ごとに１つずつ層に分けて配置され、しかも、１面に最大２層の方式によって、ベース層の上面、又は底面、又は上面と底面に分布される。注意せねばならぬことは、こちらでは、ただの上面と底面の概念でベース層両面の相対位置を説明しているが、ベース層表面の絶対位置を限定するものではなく、次の説明では、また、光源との相対位置によって説明されるベース層の正面と背面の概念を用いて、類似した意味を表している。
【００３８】
こちらでは３つの概念が提出されているが、それは、複合感光画素マクロユニットや、複合感光画素、および基本感光画素などである。その中、基本感光画素は、それぞれの層において、さらに分けられない感光画素であり、複合感光画素は少なくとも２つの基本感光画素を組み合わせたもので、複合感光画素中の基本感光画素は光の照射方向に沿って層に分けて配置され、各層には１つの基本感光画素が含まれており、前記添付図にて説明されたとおり、基本感光画素は感光ダイオード又は感光ゲートによって実現でき、感光ダイオード形式で実現される場合は、感光画素の複合によって、複合感光ダイオードペアが形成される。勿論、注意しなければならないことは、複合感光中のそれぞれの感光画素層は、光照射方向（一般的に、ベース層感光表面の法線方向）に沿って配置されるが、ベース層表面上だけに配置されることを限定するものではなく、もし、光源照射が経過するベース層の相対する両面において、光源と近い表面をベース層の正面とし、光源と遠い表面をベース層の背面とすれば、複合画素中のそれぞれの感光画素層は、いずれもベース層の正面に設置させるか、又はいずれもベース層の背面に設置させるか、若しくはそれぞれベース層の正面と背面に設置させることができるが、一面上には最大２つの感光画素層を配置させることしかできない。感光画素層の分布位置と数量との関係を纏めると、１つの光源照射方向において、感光画素の分布方式は[２，０]、[０，２]（単一面２層]や、[１，１]（両面２層）、[１，２]、[２，１]、[２，２]（両面多層）などが含まれる。その中、前の数字は複合感光画素中、ベース層の正面に配置される感光画素の層数で、後の数字は複合画素中、ベース層の背面に配置される感光画素層数である。複合感光画素マクロユニットは、カラーを再整合できる最小数量の複合感光画素の集積であり、マクロ画素とも呼ばれるが、この複合感光画素マクロユニットを事前設置のパターン（例えば、マトリックス又はハニカムパターン配列方式、又は重複配列）によって重複配列されるので、全体の画素平面上でカラーの再整合が実現できる。２層マルチスペクトル感光部材において、複合感光画素マクロユニットには、通常少なくとも２つの複合画素が含まれる。しかし、両面多層のマルチスペクトル感光部材において、マクロユニットは単一複合画素からなることもできる。
【００３９】
１つの複合画素には、複数種のタイプがあり、ベース層上に配置される複数の複合感光画素は異なるタイプである可能性もあるので、本発明の感光部材に多種多様なタイプを持たせる。１つの複合感光画素にとって、その基本感光画素の数および分布によって、単一面２層複合感光画素や、両面２層の複合感光画素、両面多層などが含まれる。前に説明されたとおり、いわゆる単一面２層複合感光画素と両面２層複合感光画素は、その基本感光画素がいずれも２つであり、分布が異なるだけで、単一面２層複合画素中の基本感光画素はベース層の１面に層に分けて配置され、両面２層複合感光画素中の基本感光画素はベース層の両面に配置される。両面多層の複合感光画素の場合、その基本感光画素は３つ又は４つにすることができ、ベース層の１面に最大２層の感光画素しか配置できないため、基本感光画素は必ずベース層の両面に分けて配置するしかない。その中、少なくとも１面は２つの基本感光画素の層分け分布となる。注意せねばならぬことは、複合感光画素の一種の特別な情況として、その中に空の画素が含まれるか、或いは当該感光画素は空色を感応するが、この時、例えば、単一面２層複合画素中の１つの基本感光画素が空の画素であれば、感光有効性から言って、１つの単一面１層の複合感光画素に相当するものとなる。
【００４０】
複合感光画素の多様性の特徴によって、画素の配置にも相当な多様性を持たせる。例えば、ベース層の１つの画素位置に単一面２層複合感光画素を配置し、その隣接の位置に両面２層の複合感光画素を配置し、もう一つの隣接の位置に両面多層の複合感光画素を配置することができる。とにかく、ベース層の異なる画素位置に異なるタイプの複合感光画素を配置することができ、この特徴に基づき、特に、ベース層中の全ての複合感光画素を同じタイプの感光部材として複合画素のタイプによって定義する。例えば、ベース層中の全ての複合感光画素が単一面２層の複合感光画素である場合、これによって形成される感光部材は単一面２層感光部材と呼ばれ、上記他の２種の複合感光画素によって形成される感光部材は、両面２層の感光部材、又は両面多層感光部材と呼ばれるはずである。注意せねばならぬことは、前に説明されたとおり、複合画素中には空の画素を含有する可能性があるので、ベース層の一部の画素位置上の複合感光画素は退化され、例えば、１つの単一面２層感光部材において、１つの複合感光画素に空の画素が含まれると、事実上この単一面２層の複合感光画素は、単一面１層感光画素に退化されることになり、従って、細部から見れば１つの単一面２層感光部材中の複合感光画素が単一面２層の感光画素ではないが、全体的に見れば、依然としてこのような情況を単一面２層感光部材に分類することになり、特に、混合の単一面２層感光部材と呼ばれる場合もあり、従って、混合の両面２層感光部材と混合の両面多層感光部材も存在する。
【００４１】
複合感光画素中の基本感光画素は、一般的に、可視光又は可視光＋赤外線を感光の異なるスペクトル範囲に配置される。例えば、複合感光画素中の基本感光画素がそれぞれ可視光又は可視光＋赤外線を感応する２つごとに直交する１つのスペクトル範囲や、複合感光画素マクロユニット中のそれぞれの複合感光画素および複合感光画素中の基本画素によって異なるスペクトル範囲を感応し、複合感光画素マクロユニットの全ての複合感光ガスによって感応されるスペクトル情報を結合させて、ＲＧＢ又はＣＭＹＫのカラー再整合に必須となるスペクトル情報を構成する。
【００４２】
その中、複合感光画素中の光源から最も近い基本感光画素が感応できるスペクトルには空色や、藍色、緑色、青色、白色、および白色＋赤外色などが含まれており、複合感光画素中、光源から最も遠い基本感光画素が感応できるスペクトルには、空色や、緑色、赤色、黄色、白色、赤色＋赤外色、黄色＋赤外色、および白色＋赤外色などが含まれる。
【００４３】
以上は本発明中の感光画素が如何に配置されるかに対する説明であるが、次では本発明の具体的な実施方式のマルチスペクトル感光部材の加工実現を説明するものとする。ベース層の材料によって、単一面２層のマルチスペクトル感光部材の実現において、１種の実現方法としては、１つのシリコン結晶体Ｎベース層（図５（ａ）を参照）を取り、当該Ｎベース層の１面上の１つの画素位置において、カラーの深度必要に応じて、当該画素位置の表面からベース層内部に一定の深さのＰ不純物を埋め込んで、Ｐドーピング層を形成させるが、当該Ｐドーピング層は複合感光画素の１つの感光層となり、複合感光画素中の１つの基本感光画素も形成される。それから、当該Ｐドーピング層上に、さらに一定深さのＮ不純物を埋め込んで、Ｐドーピング層中にＮドーピング層を形成させるが、当該Ｎドーピング層は複合感光画素のもう１つの感光層となり、複合感光画素中のもう１つの基本感光画素も形成される。この時、この単一面２層感光画素は、Ｐ−Ｎ−Ｐの複合結合によって形成される。
【００４４】
もう一種の実現方法としては、１つのシリコン結晶体Ｐベース層（図５（ｂ））を参照）を取り、当該Ｐベース層の１面上の１つの画素位置において、カラーの深度必要に応じて、当該画素位置の表面からベース層内部に一定の深さのＮ不純物を埋め込んで、Ｎドーピング層を形成させるが、当該Ｎドーピング層は複合感光画素の１つの感光層となり、複合感光画素中の１つの基本感光画素も形成される。それから、当該Ｎドーピング層上に、さらに一定深さのＰ不純物を埋め込んで、Ｎドーピング層中にＰドーピング層を形成させるが、当該Ｐドーピング層は複合感光画素のもう１つの感光層となり、複合感光画素中のもう１つの基本感光画素も形成される。この時、この単一面２層感光画素は、Ｎ−Ｐ−Ｎの複合結合によって形成される。
【００４５】
上記説明は１つの複合感光画素の製作に関するものであり、ベース層感光面上のその他の複合感光画素の製作も、その加工方式は同様であり、ただ異なる画素位置において、不純物を埋め込む深さは対応する画素が感応しようとするカラースペクトルの波長によって異なるだけである。
【００４６】
両面２層マルチスペクトル感光部材の実現：
１つのシリコン結晶のＮベース層（図４（ａ））を参照）を取り、正面の画素を必要とするカラーによって分類をし、各類画素に対して、カラー深さの必要に応じて一定の深さのＰドーピングを行う。同様に、背面の画素をも必要とするカラーによって分類をし、各類画素に対して、カラー深さの必要に応じて一定の深さのＰドーピングを行う。Ｐ不純物の埋め込み深さは、感応しようとするスペクトルの波長によって決められる。
【００４７】
もう一種のさらに優れた実現方法としては、１つのシリコン結晶のＰベース層（図４（ｂ））を参照）を取り、正面の画素を必要とするカラーによって分類をし、各類画素に対して、カラー深さの必要に応じて一定の深さのＮドーピングを行う。同様に、背面の画素をも必要とするカラーによって分類をし、各類画素に対して、カラー深さの必要に応じて一定の深さのＮドーピングを行う。Ｎ不純物の埋め込み深さは、感応しようとするスペクトルの波長によって決められる。このようなＮ−Ｐ−Ｎ複合結合によって形成される両面２層複合感光画素は、上記Ｐ−Ｎ−Ｐ複合結合によって形成される両面２層複合感光画素に比べてもっと優れている原因は、ＮがＰに比べて流動性が良いからである。
【００４８】
両面多層マルチスペクトル感光部材の実現：
１つのシリコン結晶体のＮ又はＰベース層（図９−１４を参照）を取り、正面上に単一面２層又は１層の方式で、１つ又は２つの感光画素層を作り、背面上にも単一面２層又は１層の方式で、１つ又は２つの感光画素層を作る。これらの異なる配置によって、１つの両面多層の複合感光画素の複合結合が構成されるが、中には、Ｎ−Ｐ−Ｎや、Ｐ−Ｎ−Ｐ、Ｎ−Ｐ−Ｎ−Ｐ、Ｐ−Ｎ−Ｐ−Ｎ、Ｎ−Ｐ−Ｎ−Ｐ−Ｎ、およびＰ−Ｎ−Ｐ−Ｎ−Ｐなどの各種情況が含まれる。
【００４９】
複合感光画素が得られてから、光信号を読み取ろうとすれば、読み取り回路とその他の制御回路の配置も必要となる。読み取り回路とその他の制御回路の設置は、受動画素（Ｐａｓｓｉｖｅ  Ｐｉｘｅｌ）であるか、或いは能動画素（Ａｃｔｉｖｅ  Ｐｉｘｅｌ）であるかによってデザインが行われるが、能動画素デザインの場合は、図３（ａ）の感光ダイオードのだけでなく、図７に示された読み取り回路と数多くの図の中に表記されていない標準タイミングと制御回路も必要となる。
【００５０】
赤外線の感応に使われる感光画素層の場合、赤外線スペクトルの吸収率をアップさせるために、その対応する位置の背面に、つまり、当該赤外線の感応に使われる底面上に、さらにゲルマニウム又はケイ素・ゲルマニウム結晶体層を生長させることもできる。これだけでなく、ゲルマニウム又はケイ素・ゲルマニウムを生長させた後、吸収されていない赤外線を反射して、赤外感光画素層に再び吸収させるために、さらにアルミニウム質や、銀質又はその他の材料で作られた鏡面反射コーティングを設置することもできる。その他の画素に不必要な妨害を与えないように、反射の強さは赤外線感光画素層の厚さと吸収率によって決める。
両方向感光に使われ、『マルチスペクトル感光部材およびその製作方法』（中国出願番号：２００８１０２１７２７０．２）に説明された画素方向選択又はセクション方向選択方式を使用する場合は、正面のある画素類又は画素セクションには遮光コーティングが実施されるとともに、背面のその他の画素類又は画素セクションにも遮光コーティングが実施される。
上記実現において、感光ゲート（Ｐｈｏｔｏ  Ｇａｔｅ）で感光ダイオード（Ｐｈｏｔｏ  Ｄｉｏｄｅ）を代替することができ、これによって、感光ゲートに基づく、単一面２層、両面２層、および両面多層感光部材が得られる。
【００５１】
本発明によって得られる単一面２層、両面２層、又は両面多層は冗長のカラー情報を提供するので、数多くのコストとサイズがいずれも大事である応用（例えば携帯電話など）において、一部の複合画素には空画素を含ませることができ、これによって退化された混合単一面２層や、混合両面２層、混合両面多層の感光部材が得られる。
【００５２】
本発明はＣＣＤ技術とプロセスで製作することができ、ＣＭＯＳ技術とプロセスで製作することもできる。本発明によって得られる極めて高い感度によって、基本画素は受動感光画素（Ｐａｓｓｉｖｅ  Ｐｉｘｅｌ）方式、又は能動感光画素（Ａｃｔｉｖｅ  Ｐｉｘｅｌ）方式で読み取ることができる。これらの特徴によって、本発明は既存の成熟したトランジスター感光チップ製作技術と完全に融合されるため、幅広く応用されるようになっている。本発明は感光チップの性能と機能を大幅向上させると同時に、良品率が高くなるため、コストが低くなるか、或いは少なくともコストが増加しない。
【００５３】
本発明は複合感光画素中の基本感光画素を最適化方式で２つの深度上に配置させて、単一面２層や、両面２層、および両面多層感光部材の各種タイプを形成し、感光チップの種類を極めて大きく拡張させ、最初に物理的に赤外線感光とカラー感光チップを単一チップ上での重なりと集積を実現した。
【００５４】
本発明より提供される製作方式によって、そして本発明に基づき、自然的且つちょっとの変動（例えばフィルターを使用）によって、単一面２層、両面２層、単一又は両面多層の形式で、（空色、白色）、（藍色、黄色）、（藍色、緑色）、（緑色、赤色）、（藍色、赤色）、（藍色、赤＋赤外）、（藍色、黄＋赤外）、（空色、白＋赤外）、（白色＋赤外）、（藍・緑・赤・青・黄・白、赤外）などに対応する全ての可視光又は可視光＋赤外線中直交の２層又は多層の複合感光画素を形成させることができる。
【００５５】
本発明は、前記両面、両方向、２層、および多層などの感光方式を応用することによって、単一感光部材を両方向感光システムに利用することができ、システムのコストを大きく低減させ、コンパクトにし、システムの煩雑度を大きく低減することができる。しかも、同一のシステム上でのマルチスペクトルの引き受け、又はマルチ方向（又は、２つの方向からのマルチスペクトル信号）への応用が、可能となる。例えば、目下、患者の腸・胃系検査に使われる丸薬カメラは、片側のみレンズが取り付けられている。腸・胃系のある位置の画像を得るためには、複数回の撮影が必要とするので、患者に大きな苦痛と莫大な経済的負担を与える。そのため、１回撮影の撮影範囲拡大が必要とするが、丸薬カメラの他の端にもカメラを取り付けようとすれば、既存の技術では非常に小さなスペースの中に、２セットのシステムを取り付けるなんて、なかなか実現できない。ところが、本発明を使用すれば、他の１端に１つのレンズを増やすことだけで済み、その感光チップは依然として１枚だけを使用することになり、コンパクトであるだけでなく、コストも２セットのシステムより低くなる。これだけでなく、本発明は１つのモニタリングカメラ上で、前後両方向のモニタリングが可能となり、数多くの前後に２つのカメラを取り付けている３Ｇ携帯電話の場合、本発明を使用すると、１つの両方向カメラで代替することができ、電子又は機械式切り替えによって、前後シーンの切り替えを実現することができる。グランドホテルのモニタリングシステムにおいて、廊下の両端のシーンのモニタリングしようとする場合、本発明を使用すると、２セットのモニタリングシステムでそれぞれ両方向のシーンに対するモニタリングが要らなくなり、ただの１セットのモニタリングシステムで必要なモニタリングが実現できる。
【００５６】
本発明より提供される集積方式を利用することによって、同一（ＣＭＯＳ又はＣＣＤトランジスター）部材上でのカラーと赤外線との同時感光が実現でき、しかも、カラー画像と赤外画像とのスペース位置上の重なりが実現できる。このような新型感光部材は感光部材のダイナミック範囲を大きく拡張させることによって、自動車や、警備など分野の高性能の要求を満たすとともに、コンパクトなカラー感光部材、例えば、携帯電話カメラなどの画質を大幅向上させることができる。
本発明では最適化実現を例として挙げて説明しているが、これらの説明を何らかの制限であると理解してはいけない。画像感光部材（トランジスターチップなど）に詳しく、本文を熟読した者なら、数多くの変化や発揮はいずれも可能で、これらの変化と発揮が本発明の本当な精粋と簡単な変化でさえあれば、依然として本発明の範囲に属すると見なす。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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