(57)【要約】【課題】電子シャッタリングおよび周波数フィルタリングが可能な光電イメージセンサを提供する。【解決手段】１つの例示的な光電イメージセンサは、リセットＦＥＴによって接地される電子放出プレートに隣接して配置される、バイアスをかけられる導電性フレームを備える。メタライズドプレートが、電子放出プレートから絶縁され（に容量結合され）、電荷分離ＦＥＴによって接地される。光電イメージセンサにおける電子シャッタリングおよび周波数フィルタリングは次のように実施される。導電性フレームが所定の量だけバイアスされ、電子放出プレートの表面仕事関数を制御し、光電子が電子放出プレートから放出される入射光周波数を設定し、かくして、光電イメージセンサの電子シャッタリングおよび周波数フィルタリングを提供する。電子シャッタリングは、電荷分離ＦＥＴを用いて、メタライズドプレートをゲーティングすることによって提供される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイアスをかけられる導電性フレームと、
前記バイアスをかけられる導電性フレームに隣接して配置されるとともにリセット電界効果トランジスタを経由して接地される電子放出プレートと、
前記電子放出プレートに隣接して配置されるとともに絶縁層によって前記電子放出プレートから分離され、前記電子放出プレートに容量結合されるメタライズドプレートと、
前記メタライズドプレートとグランドとの間に結合される電荷分離電界効果トランジスタと、
を備えている、光電イメージセンサ。
【請求項２】
前記絶縁層が酸化物を含む、請求項１に記載のセンサ。
【請求項３】
前記バイアスをかけられる導電性フレームにかけられるバイアスの量を制御して、光電子が前記電子放出プレートから放出される際の入射光の周波数を制御し、それによって前記光電イメージセンサ上に入射する光の周波数フィルタリングを実現する、請求項１に記載のセンサ。
【請求項４】
リセット電界効果トランジスタを経由して接地されるとともに電子放出プレートに隣接して配置される、バイアスをかけられる導電性フレームと、前記電子放出プレートから絶縁層によって分離されるとともに電荷分離電界効果トランジスタを経由して接地されるメタライズドプレートと、を有する光電イメージセンサを提供するステップと、
前記導電性フレームに所定の量だけバイアスをかけ、前記電子放出プレートの実効的な表面仕事関数を制御し、かつ、光電子が前記電子放出プレートによって放出される際の入射光周波数を設定して、前記光電イメージセンサの周波数フィルタリングおよび電子シャッタリングを提供するステップと、
前記メタライズドプレートの電荷をゲート・オンおよびゲート・オフして、電子シャッタリングを提供するステップと、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、包括的には光電イメージセンサに関し、より具体的には、電子シャッタリングおよび周波数フィルタリングを提供する、改善された光電イメージセンサおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤ（電荷結合素子）技術の短所の１つは、電荷生成および蓄積を電気的に停止できないことである。結果として、従来技術のイメージセンサでは、オンチップ周波数フィルタリング能力が制限されていた。また電子シャッタリングもオンチップでは実現できなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、電荷生成および蓄積を電気的に停止し、それによって電子シャッタリングを可能にするととともに、オンチップ周波数フィルタリングも可能にするように構成された光電イメージセンサを提供することである。また本発明の目的は、電子シャッタリングおよび周波数フィルタリングを実施する光電イメージセンサを使用するための方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の目的および他の目的を果たすために、本発明は、周波数フィルタリングおよび電子シャッタリングを可能にする光電イメージセンサを提供する。１つの例示的な光電イメージセンサは、電子放出物質またはプレートに隣接して配置される、バイアスをかけられる導電性フレームまたはスクリーンを備える。導通するとプレートに電荷中性を復元するリセット電界効果トランジスタにより、電子放出プレートはグランドに対してゲーティングされる（gated）。
【０００５】
メタライズド（metallized）物質またはプレートが、電子放出プレートに隣接して配置され、かつ、たとえば酸化物のような絶縁層によって電子放出プレートから分離される。それゆえ、メタライズドプレートは電子放出プレートに容量結合される。メタライズドプレートは、電荷分離電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を経由して接地される。
【０００６】
本発明は、光電イメージセンサにおいて電子シャッタリングおよび周波数フィルタリングを実施する方法も提供する。１つの例示的な方法は以下のとおりである。
【０００７】
リセット電界効果トランジスタを経由して接地されるとともに電子放出プレートに隣接して配置される、バイアスをかけられる導電性フレームと、絶縁層によって電子放出プレートから分離されるとともに電荷分離電界効果トランジスタを経由して接地されるメタライズドプレートと、を備える光電イメージセンサが配設される。
【０００８】
導電性フレームは、電子放出プレートの実効仕事関数を変更するために、ユーザによって決定される電圧でバイアスをかけられる。これによって、フレームバイアスに打ち勝ち、かつ、バイアスをかけられるプレートに収集されることになる電子を放出するのに十分なエネルギーを有する光子に対して、低周波数限界が与えられる。これらの捕捉された電子によって、放出プレートは帯電（リセットＦＥＴは導通）したままになり、この電荷は、電荷分離ＦＥＴが導通し続ける限り、絶縁プレートに鏡映される（mirrored）。電荷分離ＦＥＴをターンオフすると、放出プレートによって失われる電荷の複製がバイアスをかけられるプレートに捕捉され、実効的に、センサが電気的にシャッタリングされる。この時点で、絶縁プレート上の電圧をセンサから読み取ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の実施形態の種々の特徴および利点は、添付の図面とともに取り上げられる以下の詳細な説明を参照することにより、さらに容易に理解することができる。なお図面においては、類似の参照番号は類似の構成要素を示す。
【００１０】
図面を参照すると、図１は、本発明の原理による光電イメージセンサ１０の１つの例示的な実施形態を示す。図２は例示的な光電イメージセンサ１０の概略的な回路図である。
【００１１】
例示的な光電イメージセンサ１０は、電子放出物質１２またはプレート１２に隣接して配置される、バイアスをかけられる導電性フレーム１１またはスクリーン１１を備える。フレーム１１は、従来のメタライゼーション工程を用いて構成することができる。電子放出プレート１２は、電荷を均等にするか、またはリセットするリセット電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）１３を経由して接地される。
【００１２】
メタライズド基板１４またはプレート１４が電子放出プレート１２に隣接して配置されるとともに、酸化物等の絶縁層１５によって電子放出プレート１２から分離される。したがって、メタライズドプレート１４は電子放出プレート１２に容量結合される。メタライズドプレート１４は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）１６を経由して接地される。電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）１６をターンオフすることにより、プレート１４の電荷が絶縁（分離）される。
【００１３】
例示的な光電イメージセンサ１０の動作は以下のようになる。光子が電子放出プレート１２に衝突し、光電子が放出され、その光電子は、バイアスをかけられる導電性フレーム１１によって捕捉される。電子放出プレート１２の下に位置し、かつ電子放出プレート１２から絶縁されるメタライズドプレート１４は、電子放出プレート１２に容量結合される。電荷分離ＦＥＴ１６を通って電流が流れ、電荷中性が保持される。この電荷はその後、電荷分離ＦＥＴ１６によってシャッタリングまたは絶縁（分離）されることができる。
【００１４】
導電性フレーム１１にバイアスをかけることにより、電子放出プレート１２の表面仕事関数が実効的に変化する。この仕事関数は、電子を放出するために必要とされる最小光子エネルギーである。図３は、電子放出プレート１２に関連付けられる１つの例示的な仕事関数を示すグラフである。
【００１５】
光電子が電子放出プレート１２から放出され、かつ、バイアスをかけられるフレーム１１によって捕捉される際の入射光の最小周波数が、導電性フレーム１１にかけられるバイアスを変化させることにより、変更される。結果として、これにより、光電イメージセンサ１０によって記録される光の周波数をフィルタリングできるようになる。
【００１６】
たとえば、導電性フレーム１１上で負のバイアスを大きくすると、導電性フレーム１１によって収集するための光電子エネルギーを大きくする必要がある。これは、光子のカットオフ周波数ｆ0も大きくなることを意味する。かくして、本発明による光電イメージセンサ１０は、電荷分離ＦＥＴ１６をターンオフすることにより、電気的にシャッタリングされることができる。光電イメージセンサ１０は、入射する光子の数に反応し、入射する光の全エネルギーには反応しない。
【００１７】
このようにして、本発明による光電イメージセンサ１０は、導電性フレーム１１またはスクリーン１１にかけられるバイアスを制御することにより電気的にシャッタを開閉することができる。光電イメージセンサ１０は、そこに入射する光子の数に反応し、Ｉ2Ｒエネルギーには反応しない。
【００１８】
図４は、本発明の原理による１つの例示的な方法３０を示す流れ図である。例示的な方法３０は以下のステップを含む。
【００１９】
リセット電界効果トランジスタ１３を経由して接地される電子放出プレート１２に隣接して配置される、バイアスをかけられる導電性フレーム１１と、絶縁層１５によって電子放出プレート１２から分離されるとともに電荷分離電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）１６を経由して接地される、メタライズドプレート１４とを備える光電イメージセンサ１０が配設される（３１）。
【００２０】
導電性フレーム１１は所定の量だけバイアスをかけられ、電子放出プレート１２の実効的な表面仕事関数を制御し、かつ、光電子が電子放出プレート１２によって放出される際の入射光周波数を設定する（３２）。光電イメージセンサ１０の電子シャッタリングは、電荷分離ＦＥＴ１６を使用して、メタライズドプレート１４の電荷をゲート・オンおよびゲート・オフすることにより実現される。
【００２１】
上述したように、電子シャッタリングおよび周波数フィルタリングを提供する改善された光電イメージセンサが開示された。上記の実施形態は、本発明の原理の応用形態を表す数多くの具体的な実施形態のいくつかを例示するにすぎないことは理解されたい。当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなく、多数の他の構成を容易に考案することができることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の原理による光電イメージセンサの例示的な一実施形態を示す図である。
【図２】図１に示される例示的な光電イメージセンサの概略的な回路図である。
【図３】例示的な光電イメージセンサの１つの例示的な仕事関数のグラフを示す図である。
【図４】本発明の原理による例示的な一方法を示す流れ図である。
【符号の説明】
【００２３】
１０：光電イメージセンサ
１１：導電性フレーム
１２：電子放出プレート
１３：リセット電界効果トタンジスタ
１４：メタライズドプレート
１５：絶縁層
１６：電荷分離電界効果トランジスタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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