(57)【要約】  本発明は、電磁波の侵入深さの原理に基づいている。シリコン等の半導体単結晶材料の場合、光線の侵入深さは、その波長に比例する。この現象を利用して、本発明は、赤色、緑色及び青色を識別し、その結果、カラー画像を再構成することができる３つの電極を有する画素から構成される。【選択図】図３
2009540548.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画素センサを使用して電磁放射線の波長を検出する方法であって、
Ｐ型及びＮ型の一方のドーピングのウェルを有する基板の表面上に置かれた複数の電極を用意する第１ステップと、
前記電磁放射線を前記基板に当てることによって、前記ウェル内の複数の深さに正孔−電子対を生成する第２ステップと、
電界を加えることにより、前記正孔−電子対を正孔及び電子に分離して、前記正孔及び電子の一方を前記表面の方へ加速する第３ステップと、
前記電界と垂直な方向に磁界を加えることにより、加速された前記正孔及び電子の一方を前記電極の方へ偏向する第４ステップと、
前記電磁放射線の波長を検出するため、前記複数の深さで生成されて偏向された前記正孔及び電子の一方を前記電極のそれぞれで集める第５ステップと、を有し、
前記電極は、前記ウェルのドーピング型と反対であることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第１ステップにおいて、
前記複数の電極は、３つの電極であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記第５ステップにおいて、
青色、緑色及び赤色と関連する前記波長のそれぞれを検出するために前記３つの電極を使用することを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記第３ステップにおいて、
前記表面と垂直に前記電界を加えることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記第３ステップにおいて、
前記表面と平行に前記電界を加えることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記電極で集められた、偏向された前記正孔及び電子の一方を、色レベルに対応する電流及び電圧の一方に変換するステップをさらに有することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記電流及び電圧の一方に関連する値を、出力装置によってアクセス可能なデータベース内に格納するステップをさらに有することを特徴とする請求項６記載の方法。
【請求項８】
画像センサを使用して画像を取り込む方法であって、
Ｐ型及びＮ型の一方のドーピングのウェルのロウを有する基板を用意する第１ステップと、
前記画像内の各画素の電極のセットを用意する第２ステップと、
前記ウェル内の複数の深さに正孔−電子対を生成するために、前記画像内の電磁放射線に前記画像センサをさらす第３ステップと、
生成された前記正孔−電子対を正孔及び電子に分離し、前記正孔及び電子を前記表面の方へ加速し、加速された前記正孔及び電子の一方を前記電極の方へ偏向するために、前記ロウのそれぞれを磁界にさらして前記ウェルのロウを活性化する第４ステップと、
活性化されたロウのそれぞれのために、前記複数の深さの一方で生成され、偏向された前記正孔及び電子の一方を、前記電極のそれぞれで集める第５ステップと、
活性化されたロウのそれぞれのために、偏向されて集められて電流を形成する前記正孔及び電子の一方を、前記ロウ内の各画素に関連する電圧に変換する第６ステップと、を有し、
前記第２ステップにおいて、前記電極のセットのそれぞれは、前記ウェルの上、前記基板の表面に置かれており、前記電極は、前記ウェルと反対のドーピング型であり、
前記第６ステップにおいて、前記電圧のそれぞれは、前記画素内の色の存在を示すものであることを特徴とする方法。
【請求項９】
前記電圧に関連する値を、出力装置によってアクセス可能なデータベース内に格納するステップをさらに有することを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１０】
取り込まれた前記画像を表示するために、格納された前記電圧と前記出力装置とを使用するステップをさらに有することを特徴とする請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記第４ステップにおいて、
前記ロウを電界にさらして、前記磁界が前記電界と垂直な方向に加えられることを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１２】
前記第３ステップ、前記第４ステップ、前記第５ステップ及び前記第６ステップは、クロックサイクルを使用して、前記ロウのそれぞれのために同時に実行されることを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１３】
前記第２ステップにおいて、
前記画素内の少なくとも３つの色を取り込むために、前記画像内の各画素用の電極三重項を用意することを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１４】
前記画像内の各画素用の電極三重項を用意することは、青色、緑色及び赤色の電磁放射線の１つから生成される正孔及び電子の一方を集めるための３つの電極を用意することを含むことを特徴とする請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記電極のそれぞれを、前後のロウ内の上下に置かれた電極に接続するステップをさらに有することを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１６】
Ｐ型及びＮ型の一方のドーピングのウェルを有するシリコン基板と、
正孔及び電子の一方を集めるための複数の電極であって、前記電極のそれぞれが、前記ウェルの上、前記基板の表面上、入射電磁放射線の所定の波長によって生成された正孔−電子対から前記正孔及び電子の一方が移動した軌跡と、前記表面との交点に置かれている前記複数の電極と、
前記正孔−電子対を前記正孔及び電子に分離し、前記正孔及び電子の一方を表面の方へ加速するために、電界を加える電界アプリケータと、
前記正孔及び電子の一方を前記電極の方へ向けるために、前記電界と垂直な方向に磁界を加える磁界アプリケータと、を有することを特徴とする画素センサ。
【請求項１７】
前記複数の電極は、３つの電極を含むことを特徴とする請求項１６記載の画素センサ。
【請求項１８】
前記３つの電極は、青色、緑色及び赤色を検出するのに使用されることを特徴とする請求項１７記載の画素センサ。
【請求項１９】
前記電界アプリケータは、前記表面と垂直に前記電界を加えるアプリケータを含む
ことを特徴とする請求項１７記載の画素センサ。
【請求項２０】
前記電界アプリケータは、前記表面と平行に前記電界を加えるアプリケータを含む
ことを特徴とする請求項１７記載の画素センサ。
【請求項２１】
前記電極によって集められた前記正孔及び電子の一方に関連する電流を、画素の色の定義に対応する電圧に変換する、前記電極に接続された増幅器をさらに含むことを特徴とする請求項１７記載の画素センサ。
【請求項２２】
出力装置によってアクセス可能な、前記電流及び前記電圧に関連する値を格納するデータベースをさらに含むことを特徴とする請求項２１記載の画素センサ。
【請求項２３】
Ｐ型及びＮ型の一方のドーピングのウェルのロウを有する基板と、
前記画像内の各画素用の電極のセットであって、前記電極のセットのそれぞれは、前記基板の表面上、前記ウェルの上に置かれており、前記電極は前記ウェルと反対のドーピング型である、前記電極のセットと、
前記ウェルのロウのそれぞれに接続され、前記ロウのそれぞれを磁界にさらすことによって前記ロウのそれぞれを活性化するロウセレクタと、
前記電極のそれぞれに接続され、それぞれの活性化されたロウの電極のそれぞれによって集められた正孔及び電子に関連する電流を集め、集められた前記電流を、前記画素内の複数の色の存在を示す電圧に変換するバッファリング素子と、を有することを特徴とするカラー画像センサ。
【請求項２４】
前記バッファリング素子によって出力された電圧を増幅する電圧増幅器をさらに含むことを特徴とする請求項２３記載のカラー画像センサ。
【請求項２５】
前記バッファリング素子は、各画素用のバッファリング素子を含み、
前記バッファリング素子は、前後のロウ内の上下に置かれたバッファリング素子と接続されていることを特徴とする請求項２３記載のカラー画像センサ。
【請求項２６】
前記ロウセレクタの１つと、前記ロウのそれぞれとは、入射電磁放射線の所定の波長によって生成された正孔−電子対を加速して、前記正孔と前記電子に分離するために、電界を加え、かつ、前記正孔及び電子の一方の移動の軌跡を前記電極のそれぞれの方へ偏向するために、前記電界と垂直な方向に磁界を加えるフィールド・アプリケータを含むことを特徴とする請求項２３記載のカラー画像センサ。
【請求項２７】
前記フィールド・アプリケータは、前記基板の表面上に置かれた電気的なコンタクトを含むことを特徴とする請求項２６記載のカラー画像センサ。
【請求項２８】
前記電圧増幅器を前記ロウセレクタと同期させるクロックをさらに含むことを特徴とする請求項２４記載のカラー画像センサ。
【請求項２９】
前記電極のセットは、各画素内の少なくとも３色を取り込むために、前記画像内の各画素用の３つの電極を含むことを特徴とする請求項２３記載のカラー画像センサ。
【請求項３０】
前記電圧増幅器に接続され、出力装置によってアクセス可能なデータベースをさらに含み、
前記データベースは、前記画像内の各画素の前記電流及び前記電圧の一方に関連する値を格納することを特徴とする請求項２４記載のカラー画像センサ。
【請求項３１】
前記ロウのそれぞれを、隣接するロウから絶縁するアイソレータをさらに含むことを特徴とする請求項２３記載のカラー画像センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルカメラの画像センサの分野に関し、特に、カラー画像センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
今日では、情報を伝達するための紙や、他の再使用不可能な材料の消費を減らす傾向にある。Ｅメール、現金自動預入支払機（ＡＴＭ）、及びオンラインショッピングは、このことを証明するいくつかの例である。しかし、ある媒体は、充分に受け入れられる程度の品質で容易にデジタル化できるようなものではない。
【０００３】
写真は、これらの媒体のうちの１つである。デジタルカメラがよりポピュラーになってきているが、それらは現在、約１〜２メガ画素／ｃｍ2の空間分解能を有しており、これは、感光性化学フィルム（約４０メガ画素／ｃｍ2に相当するＩＳＯ１００フィルム）の従来のカメラに遠く及ばないものである。このことは、プロカメラマンや他の者に、従来のカメラを使用し、フィルムの現像を待ち、有毒性の酸浴槽、スキャナを使用した事後デジタル化などのその後の不便な処理を行うことを余儀なくしている。
【０００４】
さらに、デジタル画像装置のファミリの中で、カメラは、分解能に関して最も遅れているものである。相対的に、２１．６×２７．９ｃｍ（８．５インチ×１１インチ）の表面上で、スキャナは４８００×９６００ｄｐｉ（ドット・パー・インチ）の分解能を有することが可能であり、プリンタは４８００×２４００ｄｐｉに到達することが可能である。これらの分解能は、最良のデジタルカメラから来る画像のものより約４５００倍高く、比較できる表面（５０×５０ｄｐｉ）に縮尺される。
【０００５】
したがって、現在我々を取り巻いている技術の方向に推進していくためにデジタルカメラに利用可能な分解能を改善する必要がある。
【発明の概要】
【０００６】
入射放射線の波長を測定するのに、電磁波の侵入深さの原理が使用される。シリコン等の半導体単結晶材料の場合、光線の侵入深さは、その波長に比例する。提案された波長検出器は、それぞれ設定範囲の波長に対応して、赤色、緑色及び青色を識別する３つの電極を有し、それにより、カラー画像を再構成することが可能である。
【０００７】
第１の主な形態によると、画素センサを使用して電磁放射の波長を検出する方法が提供されるが、この方法は、Ｐ型及びＮ型の一方のドーピングのウェルを有する基板表面上に配置された複数の電極を用意し、その電極は、ウェルと反対のドーピング型であり、電磁放射線を表面に当てることによってウェル内部の複数の深さの正孔−電子対を生成し、正孔−電子対を正孔と電子に分離し、電界を加えることによって正孔及び電子の一方を表面の方へ加速し、電界に対して垂直方向に磁界を加えることによって加速された正孔及び電子の一方を電極の方へ離脱させ、複数の深さのうち１つで生成されて離脱した正孔及び電子の一方を、電磁放射線の波長を検出するために、それぞれの電極で集めるものである。
【０００８】
第２の主な形態によると、画像センサを使用して画像を取得する方法が提供されるが、この方法は、Ｐ型及びＮ型の一方のドーピングのウェルの列（ロウ）を有する基板を用意し、画像内のそれぞれの画素のための１連の電極を用意し、１連の電極のそれぞれは、ウェルの上、基板の表面に配置され、その電極は、ウェルと反対のドーピング型であり、複数の深さの正孔−電子対をウェルの内部に生成するために、画像内の電磁放射線に画像センサを露出し、生成された正孔−電子対を正孔と電子に分離するため、表面の方へ正孔及び電子を加速するため、及び加速された正孔及び電子の一方を離脱させるためにウェルの列を活性化し、それぞれの活性化された列のために、複数の深さのうち１つで生成されて離脱した正孔及び電子の一方をそれぞれの電極で集め、それぞれの活性化された列のために、離脱して集められた、電流を形成する正孔及び電子の一方を、列のそれぞれの画素と関係がある電圧に変換し、それぞれの電圧は、画素内の色の存在を示すものである。
【０００９】
第３の主な形態によると、Ｐ型及びＮ型の一方のドーピングのウェルを有するシリコン基板と、正孔及び電子の一方を集める複数の電極であって、その電極のそれぞれが、ウェルの上の基板表面上に配置され、かつ入射電磁放射線の特定の波長によって生成された正孔−電子対からの正孔及び電子の一方による軌道と基板表面の間の交差点に配置されている複数の電極と、正孔−電子対を正孔と電子とに分け、かつその正孔及び電子の一方を表面の方へ加速する電界を加える電界アプリケータと、正孔及び電子の一方を電極の方へ導くための電界に垂直な方向へ磁界を加える磁界アプリケータと、を備えた画素センサが提供される。
【００１０】
第４の主な形態によると、Ｐ型及びＮ型のドーピングの一方のウェルの列を有する基板と、画像内の各画素の一連の電極であって、ウェルの上の基板表面上に配置され、かつウェルと反対のドーピング型である一連の電極と、列のそれぞれを活性化するために、ウェル列のそれぞれに接続された列セレクタ（ロウセレクタ）と、活性化された各列の電極のそれぞれによって集められた正孔及び電子に関する電流を集めて、画素内の複数の色の存在を示すために集められたその電流を電圧に変換するために、電極のそれぞれに接続されたバッファリング素子と、を備えたカラー画像センサが提供される。
【００１１】
本発明のさらなる特徴と利点は、添付図面とともになされる以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１ａ】従来技術におけるＣＣＤ画素を示す図である。
【図１ｂ】従来技術におけるフォトダイオード画素を示す図である。
【図２】従来技術で使用されるバイヤーパターンを示す図である。
【図３】本発明の一実施形態による３つの電極を有する画素センサを示す図である。
【図４】本発明の一実施形態において、画素センサ内の３つの異なる深さで生成されたキャリヤの軌跡を示すグラフである。
【図５】本発明の一実施形態において、入射波長を検出する方法を示すブロック図である。
【図６】本発明の別の実施形態において、図３に示すような画素センサを使用する画像センサを示す図である。
【図７】本発明のさらに別の実施形態において、図６に示すような画像センサを使用して画像を取り込む方法を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
分解能に関して、デジタルカメラが抱えている現在の困難性は、マイクロ電子部品のサイズと、入射線又は色の波長を検出するのに使用される方法との主に２つの要因によるものである。
【００１４】
１９６０年代に集積回路が導入されてから、トランジスタサイズは減少し続けているが、分子サイズのトランジスタを持つには、我々には、まだほど遠い。感光性化学フィルムの感光部材の画素は、デジタルカメラの画素より一桁ほど小さい。デジタル画像化は、光（電磁放射線）を電気信号に変換するために、ＣＣＤ（電荷結合素子）センサ及びフォトダイオードの主に２つのタイプのマイクロ電子デバイスを使用する。
【００１５】
ＣＣＤセンサは、実際は、シリコン基板上に製造されるＭＯＳ（金属・酸化膜・半導体）キャパシタである（図１ａ）。エネルギｈvを持つ入射光子によって生成された正孔−電子対を分離するために、電気ポテンシャルがトップ電極に加えられ、酸化膜の下にポテンシャルウェルを生成する。ＣＣＤセンサアレイ上で焦点を合わせられた画像は、電子的に再構成することが可能である。ゲート電極と部分的に重なることによって、蓄積された電荷が基板内で移動させられて、各画素カラムの底に位置する増幅器によって最終的に電圧に変換される。ＣＣＤカメラは、市場に対してもっとも敏感なものである。また、ＣＣＤ製造プロセスは、ＣＭＯＳ製造プロセスのように集積回路の製造に広く使用されるものではないので、ＣＣＤカメラは、もっとも高価なものである。また、信号処理回路が、ＣＣＤカメラのケース内の他のチップ上に置かれるに違いないので、ＣＣＤプロセスでデジタル回路を作ることは不可能であり、これは、カメラの製造コストを上げることになる。
【００１６】
フォトダイオードに基づくカメラは、ＣＭＯＳプロセスを用いて製造される。したがって、画素アレイと信号処理回路の両方を持つのに同じチップを用いることが可能である。しかし、図１ｂに示すように、光によって生成された小電流による大容量バスの充電と、画素アレイ内で発生したノイズによる小信号の劣化を避けるために、フォトダイオード画素はバッファとしてトランジスタを含むに違いない。加えて、画素のリセット及びアドレッシングのために、さらに若干のトランジスタ（図示せず）が使用される。これらの電子的な要求は、画素の最小可能サイズに影響を与え、充分な高感度を持つために、画素のトータル表面積のあるパーセンテージ（〜５０％）をフォトダイオード自身が占めるに違いない。事実、ＣＭＯＳプロセスで製造されるフォトダイオードベースのカメラにとって、感度が、依然として主な制約になっている。チャンネル長が０．２５μｍのトランジスタを製造することが可能なＣＭＯＳプロセスが、しばしば、フォトダイオードセンサを製作するのに使用される。画素と、フォトダイオード用の必要サイズにより必要とされる若干のトランジスタの追加は、結果として、ＣＣＤ画素のサイズと同様な画素の最小サイズとなる。
【００１７】
上述の２つのタイプの画素は両方とも、色、すなわち電磁放射線の波長を検出することができない。これらのタイプの画素が色に対して感光性を持つ唯一の方法は、所望の波長のみの通過を可能にすることである。すなわち、画素は、特定の色についての光線を通すだけのフィルタで覆われている場合、特定の色を検出するだけであろう。したがって、アレイ内の画素は、色と輝度の検出器として働く。ビデオ産業において、もっとも一般に使用される検出パターンは、図２に示すバイヤーパターンである。ここで、青色と赤色の画素から来る信号と比較するとき、色（クロミナンス）と同様に信号の強度（輝度）を検出するのに、緑色に対して感光性のある画素が使用される。１つのフィルタを備えた単一画素は、それ自身の輝度とクロミナンスの両方の情報を提供することができない。外挿アルゴリズムは、これを行うのに隣接する画素からの信号を使用する。対比色の質を考慮するアレイの有効分解能は、総画素数に関して約３倍減少する。さらに、画素アレイの上部にカラーフィルタを置くことは、製造工程の追加になり、これは、製造コストを上げることになる。
【００１８】
したがって、提案された単一画素は、フィルタの必要性なしにバイヤーパターンから３つの色を検出することが可能であり、これによってこのコストのかかる製造工程を排除する。この画素センサ１０は、結晶性固体を通過する電磁線の侵入特性を利用する。この現象は、入射波長がより長いほど、画素内部における電磁線の侵入深さがより深くなることを示している。この侵入深さは、吸収深さａで特徴付けられる。この吸収深さａは、特定材料と特定波長において、固体（画素センサ１０）の表面に入射した光線の強度が１／ｅ（０．３６８）に減衰したところの深さを示す。単結晶シリコンの場合、平均的な青色（４７０ｎｍ）、平均的な緑色（５３０ｎｍ）、及び平均的な赤色（６５０ｎｍ）は、それぞれ、０．７７μｍ、１．１１μｍ、及び２．５μｍの吸収深さを有している。
【００１９】
図３は、本発明の一実施形態による画素センサ１０を示す。ここで、Ｎ型ドープ・ウェル１２（ここでは、Ｎウェルと呼ぶ）が使用され、したがって、ここにおける画素の電荷キャリヤは正孔である。Ｎ型ドープ・ウェルの代わりにＰ型ドープ・ウェルを使用する他の実施形態もまた、可能であり、その場合、画素のキャリヤ電荷は、正孔の代わりに電子となる。異なる波長の電磁線１４は、ｘ軸（参考フレーム１８を参照のこと）に沿った電界（Ｅ）１６にさらされているＮウェル１２内に侵入する。入射線１４の波長に応じて異なる深さで発生した電子−正孔対又は電荷キャリヤ対２０は、電界（Ｅ）によって、分離されて加速される。磁界２２が、ｙ軸に沿って加えられ、画素キャリヤ電荷の偏向した軌跡を生み出し、ここではｎ型ウェル１２のため、正孔２４として示されているが、図に示すようにシリコン基板２８の表面へ正孔２４が上昇する。表面２６におけるｘ軸に沿った正孔のそれぞれの目的地点は、正孔が発生した深さ３０の関数、すなわち、正孔２４を生成した入射線１４の波長の関数となる。したがって、基板２８の表面２６上に適切に配置された３つの電極３２は、例えば３つの色、又は所定の組み合わせの波長の間を識別することができる。例えば、正孔２４のそれぞれによって形成され、３つのカラー電極３２の１つに到達した電流を集めることにより、バイヤーパターンの青色、緑色、及び赤色が識別される。波長の識別を損なうであろう電磁放射線の電極３２への入射を遮断するために、電極は保護膜３１によって保護されている。
【００２０】
また、図３は、所望の方向に電界１６を印加するのに用いられる電界アプリケータを示している。磁界アプリケータ３５を用いて磁界２２が印加される。電界は、表面と平行な方向に印加されるように示してあるが、当然のことながら、表面と垂直な方向に印加されてもよく、また、適当な方向にキャリヤを加速させるいかなる方向であってもよい。同様に、磁界（Ｂ）も、電界の方向と垂直であれば、それぞれの電極の方向へキャリヤを偏向させるいかなる方向に印加されてもよい。
【００２１】
図３に示した場合では、ｎドープのウェル１２が基板２８内に形成され、ｎウェル１２とともに逆向きに分極したダイオードを形成するために、電極３２がｐ型ドーピング（Ｐ＋）を用いて形成されている。これは、ｎウェル１２内に満ち溢れている自由電子が集められるのを防止する。このようにして、電磁線によって生成された正孔２４のみが集められる。
【００２２】
この原理が理論的に正しいことを確認するために、磁界２２にかけられた半導体の電流密度の計算を行った。電流密度が以下で規定される場合、磁界２２内のキャリヤの移動により、ローレンンツ力が働く。
2009540548.tif 000003
図３のＮウェルのシナリオを参照すると、正孔密度
2009540548.tif 000004
のみが考慮される。正孔２４は、ｙ方向の磁界２２：（０，Ｂy，０）、およびｘ方向の当初の電界１６とホール効果によってｚ方向に生成された電界（一緒にした結果としての電界ベクトル：（Ｅx，０，Ｅz））にさらされている。
【００２３】
上記の条件において、式（１）から、正孔電流密度
2009540548.tif 000005
は、ｘ及びｚ方向に沿って２つの要素に分解される。
2009540548.tif 000006
2009540548.tif 000007
ここで、
2009540548.tif 000008
は、正孔のホール移動度であり、σpBは以下で与えられる。
2009540548.tif 000009
ここで、σπは正孔導電率である。
【００２４】
Ｎウェル１２内の多数キャリヤである電子についても、同じ組み合わせの電流密度の式を書くことができる。しかし、電極３２は、逆方向バイアスされたＰＮ接合であり、特に、ｚ方向への電子の流れはない。したがって：
2009540548.tif 000010
そこで、Ｅzは、ＥxおよびＢyで表すことができる：
2009540548.tif 000011
ここで、
2009540548.tif 000012
は、電子のホール移動度であり、電子がＮウェル１２内の多数キャリヤであるので、それらの電子がｚ方向に発生するホール電圧を実際に決定することを、式（５）は示す。
【００２５】
式（２）の組み合わせに式（５）を代入すると、次の最後の式になる：
2009540548.tif 000013
2009540548.tif 000014
最初の方向（ｘ軸に沿ってＥxに追随した）からの正孔２４の軌跡の偏向は、磁界２２、Ｂyによるものであり、式（６）から計算することができる：
2009540548.tif 000015
また、ホール角θHとしても知られる。この角度は、磁界２２の強度と、所定の半導体のキャリヤ移動度のみに依存し、加えられた電界Ｅx１６に依存しない。この結果は、画素センサの色または波長の検出原理がどんなＣＭＯＳプロセスにも適応できることを意味する。
【００２６】
マイクロエレクトロニクス産業で使用される現存するプレーナープロセス技術では、図３に示すように、基板表面２６と完全に平行な電界１６を生成することは不可能である。たしかに、基板２８に追加されるいかなるコンタクト、電極又は素子も、基板表面２６に配置されなければならない。結果として、電界１６は、この電界１５を生成する電圧を印加するのに使用されるコンタクトが位置する表面２６の方へ向けられる。このようなコンタクトは、図４で電極３４として示されている。このような構成を用いて電界１６が加えられるとき、画素キャリヤの軌跡を偏向するのに必要とされるホール角が減るので、この技術的な制約は、センサにとって優位となる。したがって、式（７）により、より低い磁界強度２２が加えられる。
【００２７】
図４のグラフは、ホール角の計算から上記の内容を示している。磁界Ｂ（図３の符号２２）がない場合は、赤色、緑色及び青色の波長に関連する３つの異なる吸収深さ３０で生成された電荷キャリヤ（３つの正孔）の軌跡（破線で示されている）は、電界Ｅ（図３の符号１６）を生成するのに用いられるコンタクト３４の方へ収束する。
【００２８】
しかし、磁界Ｂ（図３の符号２２）がある場合は、その軌跡（実線で示されている）は、ホール角に対応する量によって偏向し、表面２６の異なる位置で基板表面２６を交差する。表面２６の異なる位置に到達した電荷キャリヤ（ここでは、正孔として示されている）によって生成される電流は、３つのカラー検出電極３２によって集められる。
【００２９】
また、図４のグラフは、センサの他の特徴も示す。磁界Ｂ（図３の符号２２）は電荷の軌跡を制御するので、センシング画素Ａで生成された電荷が隣接する他のセンシング画素Ｂの電極によって集められるのを防止するために、隣接する２つのセンシング画素の間に物理的な境界を持つ必要がもはやない。単一センシング画素の中のキャリヤ（ここでは、正孔として示されている）の自動閉じ込めのこの現象は、結果として、製造の間で使用されるマスクを単純化し、このようなセンサ１０を用いて構成された画像センサの空間分解能を増加させる。
【００３０】
図５は、一実施形態による波長又はカラー検出の方法を示す。
【００３１】
ステップ３６で、Ｐ型及びＮ型の一方のドーピングのウェル１２を有する基板２８の表面２６上に配置された複数の電極３２が設けられる。その電極３２は、通常、ウェル１２と反対のドーピング型であることが好ましい。もし、主要な３つの青色、緑色及び赤色が検出されるのであれば、３つの電極が使用される。
【００３２】
ステップ３８で、基板の表面２６上に電磁放射線１４を当てて、その電磁放射線１４がウェル１２を侵入することによって、ウェル１２内の所定の位置で、正孔−電子対２０が生成される。ウェル１２内で正孔−電子対２０が生成される位置は、入射電磁放射線１４内に存在する波長の侵入深さに依存する。
【００３３】
ステップ４０で、正孔−電子対２０が正孔と電子とに分離される。また、選択された画素キャリヤ２４（ウェルのドーピング型に応じて、分離された正孔及び電子の一方）は、表面２６の方へ加速される。この分離及び加速は、ウェル１２に関して第１の軸に沿った向きへ電界を加えることによって達成される。電界を加えるのに電界アプリケータ素子を使用することができる。
【００３４】
ステップ４２で、電界の第１の軸と垂直な第２の軸に沿って磁界を加えることによって、正孔及び電子の一方が（または、これらの軌跡が表面に向く）、３つの電極３２の少なくとも１つの方へ偏向する。また、図３及び図４に示すように、磁界を表面２６と平行にすることができる。適当な方向へ磁界を加えるのに、磁界アプリケータ素子を使用することができる。
【００３５】
ステップ４４で、それぞれの電極が、画素キャリヤ２４を収集する（偏向された正孔及び電子の一方）。３つの電極の１つで収集された画素キャリヤは、ウェル１２内の所定の位置のどこかで生成されたものであり、電磁放射線１４内に存在する所定の波長と関係がある。
【００３６】
当然のことながら、収集された画素キャリヤは、電極のそれぞれに電流を形成する。そして、これらの電流は、入射電磁放射線内の色の存在を示す電圧に変換され得る。
【００３７】
図６は、一実施形態による画像センサ５０の概略図である。センシング画素５２のロウのそれぞれは、連続的なＮウェル又はＰウェルのセンサとして形成されている。電極三重項３２は、ロウを横切って垂直方向に配列され、およそ１画素の幅だけ、お互いから分離されている。電極は、Ｎウェル・センサではＰＮ接合である（一方、Ｐウェル・センサではＮＰ接合である）。電極は、基板（ウェル１２）の表面に置かれ、バッファリング素子（図示せず）に接続される。バッファリング素子は、バッファトランジスタの形態を取ることができ、図１ｂの従来技術のフォトダイオードと同様の方法で接続することができる。このバッファリング素子は、画素のカラムの全範囲にわたって信号を伝播するのに必要とされる電流から電圧への変換を行う。
【００３８】
例えば、バッファリング素子がバッファトランジスタの場合、金属ライン５６は、同じカラムのバッファトランジスタのソース端子を接続する。このような接続は、常時活性化されているＮウェル（又はＰウェル）センサ１０（ロウ全体）が１つだけあることをロウセレクタ５８が確実にして、それによって、１カラムあたり１つだけのセンシング画素が常時活性化するので、便利である。クロック６０は、カラムセレクタ及び電圧増幅器５４を同期化し、さらに、金属ライン５６から、画素で検出された色又は波長を示す３つの電圧（Ｖ＿ｐｉｘｅｌ）６２へ、収集した電圧を増幅する。また、クロック６０はロウセレクタ５８を制御して、同じロウ内のセンシング画素から来る信号が、次のロウに移動する前に処理されることを確実にする。画素電圧の結果を格納するためにデータベース（図示せず）を使用してもよい。
【００３９】
本センサ１０は、画像センサ５０が従来の化学フィルムの分解能に近い分解能を持つことを可能にする。この感度は、光に反応する１画素あたりのシリコンの体積が同じ大きさであるので、ＣＣＤ画素の感度と比較され得る。さらに、このセンサ１０は、ＣＭＯＳ技術を用いて製造することができるので、デジタル読み出し及び信号処理の回路は、画素アレイと同じチップ内に収めることが可能であり、これにより、ＣＣＤカメラに必要な外部回路の追加の必要性を排除することができる。
【００４０】
センシング画素５２の幅は、１つの同じロウ内電極３２の位置によって設定される。上記で説明したように、磁界Ｂ２２（図３及び図４を参照）によって発生する偏向の軌跡のおかげで、同じロウ内における他への画素キャリヤのはみ出しを防止することが可能となる。
【００４１】
しかし、ロウをお互いから絶縁するために、ドープトストリップ（ドーピングされた細長い切れ）６４のようなアイソレータが、並んで設けられた２つのＮウェルセンサ１０を分離するために、追加される。このようなストリップは、ＣＭＯＳ技術で使用可能であり、隣接するロウのセンサ１０に影響を与えることなく検出することができる光線１４の最大輝度を確認するために、その効果はテストされる。
【００４２】
図７は、画像センサ５０を使用して画像を取り込む方法を示す。当然のことながら、画像センサ５０も以下の方法も、プリントされた写真又はデジタル写真を作るための実際の取り込み、励起の源である画像の光などのあらゆる種類の画像の取り込みに使用することができる。
【００４３】
ステップ７０で、Ｎドープ又はＰドープウェルのどちらかを有する基板によって形成された単一センサ１０でそれぞれ作られたロウを設ける。
【００４４】
ステップ７２で、ウェルのドーピング型と比較して反転してドープされた複数の電極セットで、それぞれのロウが提供される。電極セットのそれぞれは、画素幅によって隣接するセットから分離され、それぞれのセットは、少なくとも２つの電極を含む。ロウを横切ってお互いに接続されるバッファリング素子セットのカラムを形成するために、１つのロウからのセットが、金属コネクタを経由してバッファリング素子を通して隣接ロウセットに接続される。
【００４５】
ステップ７４で、センサ１０によって形成された１つのロウが、それぞれのロウに接続されたロウセレクタを使用して、所定の時間に活性化される。フィールド・アプリケータを有するロウセレクタは、上述したように、電界及び磁界を加えることにより、それぞれのロウを活性化することができる。
【００４６】
ステップ７６で、活性化されたロウの中に位置するセンシング画素のそれぞれの電荷キャリヤが、電極によって集められる。このようにして、各電極が、集められた電荷キャリヤについての電流を運ぶ。各電極に接続されたバッファリング素子は、電流から電圧への変換を行う。バッファリング素子の出力によって形成されているカラムに接続された電圧増幅器は、さらに、各バッファリング素子からの電圧を増幅する。その結果得られる電圧セット６２は、各画素の色の定義に対応する。
【００４７】
ステップ７８及びステップ８０で、活性化されて読み出されるべき他のロウが残っている場合、手順が続行され、次のロウを活性化してステップ７４からステップ７６を繰り返す。これは、画素アレイを含む表面領域全体が取り込まれるように、すべてのロウが活性化されるまで続けられる。
【００４８】
ステップ８２で、増幅器によって出力された電圧であって、画像内の各画素の色の定義に対応する電圧のすべてが、将来の処理のためにデータベース内に格納される。将来の処理は、例えば、スクリーン上の表示、印刷、適当なソフトウェアを用いた図形編集等のあらゆる種類の事後処理などが可能である。
【００４９】
当然のことながら、上記ではＮウェル１２について説明したが、すでに述べたようにＰウェルも同様に使用することが可能である。Ｐウェルの場合は、Ｐウェル内のＰは、ＰＮ接合のＰになるので、電極を形成するＰＮ接合が逆転する。
【００５０】
また、注目すべきは、基板２８としてシリコンの代わりに使用することができる他の材料は、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）であることである。このような材料は、リン化インジウム（ＩｎＰ）、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）及び素子又は回路を製造するのに用いられる他の半導体基板を含む。しかし、画像センサ５０は、シリコン基板上で製造するよりもＧａＡｓ基板上で製造する方がより高くつくであろう。可視波長に反応する他の代わりの材料も使用することが可能である。
【００５１】
以上説明した本発明の実施形態は、例示にすぎない。したがって、本発明の範囲は、添付クレームの範囲によってのみ制限されるものである。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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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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【国際調査報告】
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