(57)【要約】  ピクセル（１）が、光検出器で使用するために平面的な表面を有する半導体基板（Ｓ）の中に形成される。このピクセルは、入射光（Ｉｎ）を電荷キャリアに変換するための活性領域と、この活性領域の両端間に横方向電位（Φ（ｘ））を生成するためのフォトゲート（ＰＧＬ、ＰＧＭ、ＰＧＲ）と、活性領域内で生成された電荷キャリアを蓄積するための積分ゲート（ＩＧ）およびダンプ・サイト（Ｄｄｉｆｆ）とを含む。ピクセル（１）は、活性領域内の電荷分離と、活性領域から積分ゲート（ＩＧ）までの電荷輸送とを追加的に促進する分離促進手段（ＳＬ）をさらに含む。この分離促進手段（ＳＬ）は、例えば、入射光（Ｉｎ）が、所与の横方向電位分布（Φ（ｘ））では、電荷キャリアが積分ゲート（ＩＧ）まで輸送されることがない区間に当たらないように設計された遮蔽層である。
2008513974.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光検出器で使用するために平面的な表面を有する半導体基板（Ｓ）の中に形成されたピクセル（１）であって、
入射電磁放射（Ｉｎ）を第１および第２の電荷タイプの電荷キャリアに変換するための活性領域と、
前記活性領域の両端間に横方向電位（Φ（ｘ））を生成する電荷分離手段と、
前記活性領域内で生成された少なくとも１つのタイプの電荷キャリアを蓄積するために、前記活性領域の外側に配置される電荷蓄積手段（ＩＧ）と、を含み、
前記活性領域内の電荷分離と、前記活性領域から前記電荷蓄積手段（ＩＧ）までの電荷輸送と、を追加的に促進する分離促進手段（ＳＬ、Ｂ、ＢＣ、ＤＬ、Ｒ）を特徴とするピクセル。
【請求項２】
前記分離促進手段（ＳＬ、Ｂ、ＢＣ、ＤＬ、Ｒ）は、前記活性領域内に水平遮蔽手段（ＳＬ）を含み、前記水平遮蔽手段は、前記活性領域内に前記活性領域を第１および第２の区間に分割するアプス（ａｐｓｅ）（ｍｉｎ）を有する所与の横方向電位（Φ（ｘ））では、前記第１の区間は前記入射放射（Ｉｎ）がアクセス可能であり、前記第２の区間は前記入射放射（Ｉｎ）から遮蔽されるように設計されている、請求項１に記載のピクセル（１）。
【請求項３】
前記水平遮蔽手段（ＳＬ）は前記活性領域の一部の上方に突出する金属層を含む、請求項２に記載のピクセル（１）。
【請求項４】
前記分離促進手段（ＳＬ、Ｂ、ＢＣ、ＤＬ、Ｒ）は、前記電荷蓄積手段（ＩＧ）を非垂直の入射角を有する入射放射（Ｉｎ）から遮蔽するために前記電荷蓄積手段（ＩＧ）の上方に配置された垂直の遮蔽手段（ＳＬ１、ＳＬ２、ＳＬ３、．．．；Ｂ）を含む、前記請求項のいずれかに記載のピクセル（１）。
【請求項５】
前記垂直遮蔽手段（ＳＬ１、ＳＬ２、ＳＬ３、．．．；Ｂ）は、少なくとも２つの金属層（ＳＬ１、ＳＬ２、ＳＬ３、．．．）を含み、かつこれらの間に絶縁中間層を有し、前記金属層（ＳＬ１、ＳＬ２、ＳＬ３、．．．）は、前記基板表面から異なる距離に、好ましくは上下に配置される、請求項４に記載のピクセル。
【請求項６】
前記金属層（ＳＬ１、ＳＬ２、ＳＬ３、．．．）の縁部は、垂直方向に相互の上方に位置するか、またはひな壇状にされる、請求項５に記載のピクセル（１）。
【請求項７】
好ましくは金属から作製された垂直な不透明の障壁（Ｂ）が、前記金属層（ＳＬ１、ＳＬ２、ＳＬ３、．．．）の間に設けられる、請求項５または６に記載のピクセル（１）。
【請求項８】
前記分離促進手段（ＳＬ、Ｂ、ＢＣ、ＤＬ、Ｒ）は、前記半導体基板（Ｓ）の中に設けられた横断方向の不均質部分（ＢＣ）を含み、この不均質部分（ＢＣ）は前記基板（Ｓ）の内側に高い電位を創出するのを助ける、前記請求項のいずれかに記載のピクセル（１）。
【請求項９】
前記横断方向の不均質部分（ＢＣ）は、ｐバルク基板（Ｓ）中の埋込チャンネル、例えば、ｎ＋ドープされた材料の埋込チャンネルである、請求項８に記載のピクセル（１）。
【請求項１０】
前記分離促進手段（ＳＬ、Ｂ、ＢＣ、ＤＬ、Ｒ）は、
電荷キャリア輸送を妨害し、かつ／または電荷キャリア再結合を補助する材料から作製されたバルク基板（Ｓ）と、
前記基板（Ｓ）の前記表面上に配置された、電荷キャリア輸送を補助し、かつ／または電荷キャリア再結合を妨害する材料から作製された検出層（ＤＬ）との組合せを含む、前記請求項のいずれかに記載のピクセル（１）。
【請求項１１】
前記検出層（ＤＬ）は、２μｍから２０μｍ、好ましくは５μｍから１０μｍの厚みを有するエピタキシャル珪素層である、請求項１０に記載のピクセル（１）。
【請求項１２】
前記分離促進手段（ＳＬ、Ｂ、ＢＣ、ＤＬ、Ｒ）は、前記基板の中に設けられた不透明層および／または反射層（Ｒ）、例えば、金属層を含む、前記請求項のいずれかに記載のピクセル（１）。
【請求項１３】
前記基板（Ｓ）は絶縁体上珪素基板であり、前記不透明層および／または反射層（Ｒ）は前記絶縁層の下方に配置される、請求項１２に記載のピクセル（１）。
【請求項１４】
すべての電荷蓄積手段（ＩＧ）に関して一定であるオフセットを各電荷蓄積手段（ＩＧ）の中に蓄積された電荷キャリアの数から減算する減算手段をさらに含む、前記請求項のいずれかに記載のピクセル（１）。
【請求項１５】
前記減算手段は、可変電位をすべての積分ゲート（ＩＧ）に印加する手段と、各積分ゲート（ＩＧ）が電荷キャリアを生成するかどうかを検出する手段とを含む、請求項１４に記載のピクセル（１）。
【請求項１６】
前記減算手段は、可変電位をすべての積分ゲート（ＩＧ）に印加する手段と、少なくとも１つの積分ゲート（ＩＧ）の出力が飽和直前であるかどうかを検出する手段とを含む、請求項１４に記載のピクセル（１）。
【請求項１７】
９８％を超えるシャッタ効率を実現する、前記請求項のいずれかに記載のピクセル（１）。
【請求項１８】
１次元または２次元配列で配置された複数のピクセル（１）を含む固体画像センサであって、
前記ピクセル（１）は前記請求項のいずれかに記載のピクセルであることを特徴とする固体画像センサ。
【請求項１９】
画像センサは電荷結合素子型であり、好ましくは相補形金属酸化膜半導体プロセスによって製造される、請求項１８に記載の画像センサ。
【請求項２０】
距離カメラ（１０）でまたは化学的および／もしくは生化学的センサで、請求項１８または１９に記載の画像センサを使用すること。
【請求項２１】
固体画像センサを含むカメラ（１０）であって、
前記画像センサは、請求項１８または１９に記載の画像センサであることを特徴とするカメラ。
【請求項２２】
化学的および／または生化学的物質を検知するための装置であって、
電磁放射によって前記物質を照明するために配置された放射源と、
前記物質と相互作用された電磁放射を検出するために配置された固体画像センサとを含み、
前記画像センサは、請求項１８または１９に記載の画像センサであることを特徴とする装置。
【請求項２３】
前記物質は、平面導波路（５）の表面上に配置された検知パッド上に堆積され、前記検知パッドは、好ましくは検知パッドのマイクロアレイ（９０）の一部を形成する、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記検知パッドは、回折格子構造（５３−５８）、好ましくは線形格子を含む、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記画像センサはロック・イン・カメラ（１０）の一部であり、装置は、前記放射源（２）によって放出された前記電磁放射の波長（λ）を周期変調する変調手段を含み、前記変調手段は前記ロック・イン・カメラ（１０）によって作動される、請求項２２から２４までのいずれかに記載の装置。
【請求項２６】
入射電磁放射（Ｉｎ）を検出する方法であって、
平面的な表面を有する半導体材料（Ｓ）の活性領域内で、前記入射電磁放射（Ｉｎ）を第１および第２の電荷タイプの電荷キャリアに変換するステップと、
前記活性領域の両端間に横方向電位（Φ（ｘ））を生成するステップと、
前記活性領域内で生成された少なくとも１つのタイプの電荷キャリアを前記活性領域の外側で蓄積するステップとを含み、
前記活性領域内の電荷分離と、前記活性領域から前記電荷蓄積手段までの電荷輸送とが追加的に促進されることを特徴とする方法。
【請求項２７】
前記変換するステップの前に、
前記活性領域内に前記活性領域を第１および第２の区間に分割するアプス（ａｐｓｅ）（ｍｉｎ）を有する横方向電位（Φ（ｘ））が、前記活性領域に関して計算され、
前記第１の区間は前記入射放射（Ｉｎ）がアクセス可能にされ、前記第２の区間は前記入射照射（Ｉｎ）から遮蔽される、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記第２の区間は、前記活性領域の一部の上方に突出する水平金属層（ＳＬ）を設けることによって遮蔽される、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記電荷キャリアは、複数の別体の電荷蓄積手段の中に蓄積され、
すべての電荷蓄積手段に関して一定であるオフセットが、各電荷蓄積手段の中に蓄積された電荷キャリアの数から減算され、さらに
電荷キャリアの残存する差異のみが各蓄積手段から読み出される、請求項２６から２８までのいずれかに記載の方法。
【請求項３０】
前記電荷蓄積手段は積分ゲート（ＩＧ）であり、前記積分ゲート（ＩＧ）はそれに印加される電圧によって制御され、
すべての積分ゲート（ＩＧ）が、前記印加される電圧をすべての積分ゲートに関して同じように変更することによって読み出され、
前記読出し過程は、前記複数の積分ゲート（ＩＧ）の少なくとも１つが電荷キャリアをいずれも生成しない限り継続され、
前記読出し過程は、各積分ゲート（ＩＧ）が電荷キャリアを生成するときに停止される、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記電荷蓄積手段は積分ゲート（ＩＧ）であり、前記積分ゲート（ＩＧ）はそれに印加される電圧によって制御され、
前記複数の積分ゲート（ＩＧ）のすべてが、前記印加される電圧を前記複数の積分ゲート（ＩＧ）のすべてに関して同じように変更することによって読み出され、
前記読出し過程は、前記複数の積分ゲート（ＩＧ）のいずれもが飽和に近い出力を生成しない限り継続され、
前記読出し過程は、前記出力の１つが飽和直前に達するときに停止される、請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
前記入射電磁放射（Ｉｎ）は、複数の活性領域内で電荷キャリアに変換され、
前記電荷キャリアは、対応する活性領域に割り当てられた複数の電荷蓄積手段の中に蓄積され、
前記電荷蓄積手段が読み出される前に前記蓄積するステップが実行される蓄積時間間隔が、異なる電荷蓄積手段ごとに異なるように選択される、請求項２６から３１までのいずれかに記載の方法。
【請求項３３】
個々の電荷蓄積手段ごとの前記蓄積時間間隔は、前記電荷蓄積手段の前記飽和水準の直前であるように選択される、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
各電荷蓄積手段では、前記変換するステップおよび前記蓄積するステップは、電荷キャリアの数に関する所与の閾値が、前記電荷蓄積手段において到達されるまで次々に反復される、請求項３２または３３に記載の方法。
【請求項３５】
距離検出にまたは化学的および／もしくは生化学的検知に、請求項２６から３４までのいずれかに記載の方法を使用すること。
【請求項３６】
測定システムと遠隔物体との間の距離を求める方法であって、
前記測定システムから放出された変調電磁放射によって前記物体を照明するステップと、
前記物体から前記電磁放射の少なくとも一部を反射および／または散乱させるステップと、
前記物体から反射および／または散乱された電磁放射（Ｉｎ）を前記測定システムにおいて検出するステップと、
前記検出された電磁放射から前記距離を求めるステップとを含み、
前記検出は、請求項２６から３４までのいずれかに記載の方法を使用して実行されることを特徴とする方法。
【請求項３７】
化学的および／または生化学的物質を検知する方法であって、
電磁放射で前記物質を照明するステップと、
変換素子を介して前記電磁放射を前記物質と直接的にまたは間接的に相互作用させるステップと、
前記物質と相互作用した電磁放射を検出するステップとを含み、
前記検出は、請求項２６から３４までのいずれかに記載の方法を使用して実行されることを特徴とする方法。
【請求項３８】
前記物質は、平面導波路（５）の表面上に配置された検知パッドの上に堆積され、前記検知パッドは、好ましくは検知パッドのマイクロアレイ（９０）の一部を構成する、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記相互作用は発光を含み、前記物質によって放出された発光放射が検出される、請求項３７または３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記検知パッドは、前記導波路（５）において励起された共振電磁界によって照明され、前記導波路（５）において共振電磁界を励起しない発光放射が検出される、請求項３８または３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記検知パッドは、前記導波路（５）において励起された第１の共振電磁界によって照明され、前記導波路（５）において第２の共振電磁界を励起する発光放射が検出される、請求項３８から３９までのいずれかに記載の方法。
【請求項４２】
前記検知パッドは、回折格子構造（５３−５８）、好ましくは線形格子を含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
電磁放射が、前記検知パッドの中に含まれる同じ格子構造（５３−５６）によって、前記導波路（５）の中へ取り込まれかつ前記導波路（５）から取り出される、請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
電磁放射が、第１の格子構造（５７）によって前記導波路（５）の中へ取り込まれ、かつ前記第１の格子構造（５７）と同一ではない第２の格子構造（５８）によって前記導波路（５）から取り出され、前記検知パッドは前記第１の格子構造（５７）または第２の格子構造（５８）を含む、請求項４２に記載の方法。
【請求項４５】
前記検知パッドは前記第１の格子構造（５７）を含み、
電磁放射のビームが、一定の、適切に画定された取込み角（θin）の下で前記導波路（５）の中へ取り込まれ、
前記ビームの波長（λ）が周期変調され、
前記変調は、前記検出を実行するカメラ（１０）によって誘発され、
取り出された電磁放射の強度（Ｉ）が、前記カメラ（１０）によって検出される、請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記検知パッドは前記第２の格子構造（５８）を含み、
電磁放射が、取込み角の限定された範囲の下で前記導波路（５）の中へ取り込まれ、
前記ビームの波長（λ）が周期変調され、
前記変調は、前記検出を実行するカメラ（１０）によって誘発され、
電磁放射の取り出されたビームの位置依存性の位相が、前記カメラ（１０）によって検出される、請求項４４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体光検出、特に電荷結合素子（ＣＣＤ）光検出に関する。とりわけ、それは、独立請求項のプリアンブルに係る光検出器ピクセルおよび光検出方法に関する。本発明の可能な用途は、例えば、距離検出にまたは（生）化学的検知にある。
【背景技術】
【０００２】
電荷結合素子（ＣＣＤ）原理に基づく画素（ピクセル）を有する固体１次元および２次元光検出器がよく知られている（Ａ．Ｊ．Ｐ．Ｔｈｅｕｗｉｓｓｅｎ：「Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ  ｗｉｔｈ  Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅｓ」、Ｋｌｕｗｅｒ  Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ、Ｄｏｒｄｒｅｃｈｔ、１９９５年、を参照）。これらは、普通のカメラのような消費財で使用されているばかりでなく、飛行時間（ＴＯＦ）距離カメラ（欧州特許出願公開第１１５２２６１Ａ号明細書参照）のような、または（生）化学的検知（欧州特許出願公開第１０８５３１５Ａ号明細書参照）におけるような特殊な用途で専用光源と組み合わせて使用されている。このような特殊な用途では、標準的なＣＣＤピクセルの特性が十分ではない恐れがある。これらのピクセルは、電荷を光生成し、該電荷を分離し、かつ少なくとも１つの蓄積サイトおよび少なくとも１つのダンプ・サイト（ｄｕｍｐ  ｓｉｔｅ）、または少なくとも２つの蓄積サイトに、該分離された電荷を電荷蓄積する役目を果たす。上述の特殊な用途では、米国特許第５８５６６６７号明細書に説明されているように、反復電荷蓄積手段を組み込むことも有利である。
【０００３】
こうしたＣＣＤピクセルのような重要な特性は、いわゆるシャッタ効率である。シャッタ効率は、光生成された電荷キャリアの総数によって除された、所望の蓄積サイトに輸送される光生成された電荷キャリアの数として定義される。最新技術を使用すると、この数量は８０％と９５％との間の範囲内にあるが、それは、以下に説明されるように、上述したような特殊な用途には不十分である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、より高度のシャッタ効率およびより高い感度を与える光検出器ピクセルならびに光検出方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
これらのおよび他の目的は、独立請求項で定義された光検出器ピクセルおよび光検出方法によって解決される。有利な実施形態が独立請求項で定義される。
【０００６】
本発明に係るピクセルは、光検出器で使用するために平面的な表面を有する半導体基板の中に形成される。このピクセルは、入射電磁放射を第１および第２の電荷タイプの電荷キャリアに変換するための活性領域と、この活性領域の両端間に横方向電位を生成する電荷分離手段と、活性領域内で生成された少なくとも１つのタイプの電荷キャリアを蓄積するために、この活性領域の外側に配置される電荷蓄積手段とを含む。本ピクセルは、活性領域内の電荷分離と、活性領域から電荷蓄積手段までの電荷輸送とを追加的に促進する分離促進手段をさらに含む。
【０００７】
本発明に係る固体画像センサは、１次元または２次元配列で配置された本発明に係る複数のピクセルを含む。
【０００８】
本発明に係る固体画像センサは、好ましくは距離カメラでまたは化学的および／もしくは生化学的センサで使用される。
【０００９】
本発明に係るカメラは、本発明に係る固体画像センサを含む。
【００１０】
入射電磁放射を検出するための本発明に係る方法は、平面的な表面を有する半導体材料の活性領域内で、入射電磁放射を第１および第２の電荷タイプの電荷キャリアに変換するステップと、活性領域の両端間に横方向電位を生成するステップと、活性領域内で生成された少なくとも１つのタイプの電荷キャリアを活性領域の外側に蓄積するステップとを含む。活性領域内の電荷分離と、活性領域から電荷蓄積手段までの電荷輸送とが追加的に促進される。
【００１１】
本発明に係る方法は、好ましくは距離検出にまたは化学的および／もしくは生化学的検知に使用される。
【００１２】
測定システムと遠隔物体との間の距離を測定するための本発明に係る方法は、測定システムから放出された変調電磁放射によってこの物体を照明するステップと、この物体から電磁放射の少なくとも一部を反射および／または散乱させるステップと、この物体から反射および／または散乱された電磁放射を測定システムにおいて本発明に係る検出方法を使用して検出するステップと、検出された電磁放射から距離を求めるステップとを含む。
【００１３】
化学的および／または生化学的物質を検知する本方法は、電磁放射によってこの物質を照明するステップと、変換素子を介して電磁放射をこの物質と直接的にまたは間接的に相互作用させるステップと、この物質との相互作用に結果生じる電磁放射を本発明に係る検出方法を使用して検出するステップとを含む。
【００１４】
以降に本発明の実施形態が、添付の模式的な図面に関してさらに詳細に説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、本発明に係る光検出器ピクセル１の第１の実施形態のＣＣＤ部分を示す断面図である。ピクセル１は、左フォトゲートＰＧＬ、中間フォトゲートＰＧＭ、および右フォトゲートＰＧＲのようなよく知られた構造を含む。フォトゲートＰＧＬ、ＰＧＭ、およびＰＧＲの下方の領域は、それは入射放射Ｉｎが電荷キャリアに変換される領域であるので、ピクセルの「活性領域」と呼ばれ得る。ピクセル１はさらに、この活性領域内で生成された電荷キャリアを蓄積するための少なくとも１つの積分ゲート（ＩＧ）と、少なくとも１つのダンプ・サイト（ＤＤｉｆｆ）とを含むか、または少なくとも２つの積分ゲートを含み、積分ゲート（ＩＧ）およびダンプ・サイト（ＤＤｉｆｆ）は、この活性領域の外側に配置されている。図１の実施形態は、積分ゲートＩＧ、隔離ゲートＯＵＴＧ、センス拡散（ｓｅｎｓｅ  ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）ＳＤｉｆｆ、およびダンプ拡散（ｄｕｍｐ  ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）ＤＤｉｆｆを含む。これらのすべての要素ＰＧＬ、ＰＧＭ、ＰＧＲ、ＩＧ、ＯＵＴＧ、ＳＤｉｆｆ、ＤＤｉｆｆは、例えば、ｐドーピング型のバルク珪素から作製された基板Ｓ上のゲート−酸化物層Ｏの上方または下方に配置される。典型的には金属から作製された遮蔽層ＳＬは、フォトゲートＰＧＬ、ＰＧＭ、ＰＧＲ以外のすべての要素を入射光Ｉｎから保護する。遮蔽層ＳＬは、フォトゲートＰＧＬ、ＰＧＭ、ＰＧＲの活性領域内に開口ＯＰを有し、この開口ＯＰを通過する入射光ＩｎにフォトゲートＰＧＬ、ＰＧＭ、ＰＧＲが露光され得るようになっている。
【００１６】
図１には、基板Ｓの頂面上の横方向電位分布Φ（ｘ）も水平座標ｘの関数として描かれている。適切な電圧をフォトゲートＰＧＬ、ＰＧＭ、ＰＧＲに印加することによって、基板Ｓ中の電位勾配が影響され得る。図１に示された状態では、積分ゲートＩＧ下方の電位が高く、かつ右フォトゲートＰＧＲに向かって低下しており、入射光Ｉｎによって生成された電荷キャリアが、それらがある一定の露光時間にわたって積分される積分ゲートＩＧに輸送される。電位分布Φ（ｘ）は、しばしば理想的で個別的な段（ｓｔｅｐｓ）および／または井戸（ｗｅｌｌｓ）のシーケンスとして図示されるけれども、これは実地ではそうならない。実際の電位分布Φ（ｘ）は、図１に図示されているように、むしろ連続的である。このような電位分布Φ（ｘ）の連続的な特徴は、右フォトゲートＰＧＲの下方で電位最小値ｍｉｎをもたらす。したがって、最小値ｍｉｎの右手側の領域内で光生成された電荷キャリアは、積分ゲートＩＧに輸送されるのではなく、ダンプ拡散ＤＤｉｆｆに輸送される。このような望ましくない電子の流れが、ピクセル１のシャッタ効率を実質的に低下させる。電位Φ（ｘ）が左フォトゲートＰＧＬから右フォトゲートＰＧＲに向かって上昇する場合も類似の望ましくない効果が生じる。
【００１７】
本発明は、予測される実際の電位分布Φ（ｘ）を考慮に入れる遮蔽層ＳＬの設計によって、上で説明した電荷分離の不完全性を回避する。現在まで知られているピクセルでは、遮蔽層中の開口は、フォトゲート領域全体、すなわち、図１の描写では、左および右のフォトゲートのそれぞれの外縁部と一致する遮蔽層の縁部を入射光によって照明することが可能になっていた。しかし、本発明によれば、左および右のフォトゲートＰＧＬ、ＰＧＲは、一部が遮蔽層ＳＬによって覆われており、遮蔽層ＳＬの縁部は、電位分布Φ（ｘ）の最小値ｍｉｎが存在することが予想される位置に配置される。このような位置は、ピクセル１の幾何学的形状および材料と印加される電圧とに依存する。それは計算によって求められ得る。このような電位分布Φ（ｘ）を計算するためのシミュレーション・ツール、典型的にはコンピュータ・ソフトウェアが利用可能である。
【００１８】
図１に示されている遮蔽層ＳＬは、光がピクセルに垂直に入射する場合（α＝０）には適切に遮蔽するが、他の場合では、特に、例えば１５°以上の大きな入射角αでは適切に遮蔽しないことが分かっている。これは、ゲートおよび遮蔽層ＳＬの３次元幾何学配置によるものである。後者は基板Ｓの表面上方の約４μｍ（使用される方式による）に配置されており、角度α≠０で当たる光Ｉｎが、例えば、積分ゲートＩＧの一部に達する。これは、図２に示されているように、本発明に係るピクセルの第２の実施形態で回避される。この実施形態は、最上部の遮蔽層ＳＬ１以外に、更なる遮蔽層として基板Ｓにより近接して位置する他の金属層ＳＬ２、ＳＬ３、．．．を使用する。相互接続線用の、例えば、標準的な相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）プロセスでは、このような金属層ＳＬ２、ＳＬ３、．．．が設けられる。典型的には基板Ｓの表面上方の約１μｍに位置する最下層の金属層ＳＬ３は、光Ｉｎが当たる位置を最も厳密に画定し、入射角αに左右される程度が低い。
【００１９】
光Ｉｎの一部は、金属層ＳＬ１、ＳＬ２、ＳＬ３、．．．の間で結合され、かつ導波路におけると同様に非常に離隔した点まで誘導される恐れがある。これを回避するために、垂直の不透明な障壁Ｂが設けられている。これらの障壁Ｂは、標準ＣＭＯＳプロセスからよく知られているビアとして、すなわち、水平の金属層ＳＬ１、ＳＬ２、ＳＬ３、．．．間に絶縁中間層を介するタングステン接続として設計されかつ実現され得る。
【００２０】
図３は、２つの異なる基板Ｓに関して、垂直座標ｚに対するピクセル基板Ｓ中の横断方向電位分布Φ（ｚ）を示す。均質な半導体基板Ｓおよびゲートに印加された正電圧の場合では、電位分布Φ（ｚ）は、図３（ａ）に示されているように、基板Ｓの表面で最大値を有し、かつ基板Ｓの深さｚに伴って単調に減少する。本発明の別の実施形態によれば、横断方向の不均質部分（ｉｎｈｏｍｏｇｅｎｅｉｔｙ）ＢＣが基板Ｓ中に設けられる。このような不均質部分は、例えば、０．３μｍから３μｍ、好ましくは約１μｍの厚みを有する、ｐ型バルク基板Ｓ中のｎ型ドープ材料の埋込チャンネルＢＣとして実現され得る。図３（ｂ）に模式的に示されているように、今や電位分布Φ（ｚ）は埋込チャンネルＢＣの内側で最大値を有し、この最大値は図３（ａ）のそれよりも一段と大きい。したがって、不均質部分ＢＣは基板Ｓ内側に高い電位を創出するのを助け、よって電荷分離を促進しかつより迅速にする。それはまた雑音を低減するが、その理由は基板表面に沿って移動する電荷では、フリッカ雑音が珪素／二酸化珪素境界面における数多くの捕獲中心のせいで、はるかに高くなるからである。これは図３（ｂ）の実施形態で回避される。
【００２１】
図３（ａ）および（ｂ）にそれぞれに示されている両方の場合では、電位Φは、珪素基板Ｓ中へほぼｚ≒１０μｍに達することに留意される。この領域０≦ｚ≦１０μｍ内で生成される電荷キャリアは、垂直ドリフト電界により電位最大値に向かって輸送される（すなわち、それらは捕集される）。しかし、珪素中への赤色および赤外光の吸収距離は３０μｍに達する。したがって、このような垂直ドリフト電界を含まない深い基板領域ｚ＞１０μｍ内で光生成される電荷キャリアも存在する。これらの電荷キャリアは、それらが、捕集されるためには最初に電位井戸（ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｗｅｌｌ）に拡散しなければならないので望ましくない。これらの電荷の拡散が中立バルク中で生じれば、このような拡散には予め画定された方向は存在しない。したがって、得られる正味の移動は予測され得ない。電子が、１つのピクセルの下方で創出され、幾つかのピクセル・ピッチの正味距離にわたってバルク中に拡散し、次いで、この１つのピクセル（その下方で当該電子が創出された）とは異なるピクセルによって捕集されることが十分にあり得る。この問題が排除される本発明に係るピクセル１の実施形態が、図４に示されている。このバルク基板Ｓは、電荷キャリア輸送を妨害しかつ／または電荷再結合を補助（ｓｕｐｐｏｒｔ）する材料から作製されるが、例えば、ｐドーピング型の低品質および／または高度にドープされた珪素基板である。このような基板Ｓのバルクの中で光生成された電荷キャリアは、ドリフト電界領域に到達する前に材料欠陥によって捕捉されかつ／または再結合する。光検出を少しでも可能にするために、高品質でドーピング程度の低い検出層ＤＬが基板Ｓの表面上に配置される。この検出層ＤＬは、例えば、２μｍから２０μｍ、好ましくは５μｍから１０μｍの厚みを有するエピタキシャル珪素層であり得る。
【００２２】
図４を参照して説明された問題に対処する本発明に係るピクセル１の別の実施形態が、図５に示されている。図４の実施形態とは異なり、光Ｉｎは、基板Ｓのより深い領域の中へ貫入することが防止されるか、またはそれどころか基板Ｓのより深い領域から反射されて基板表面下方の領域ＤＬの中へ戻され、そこでこの光は光検出過程に使用され得る。この目的のために、不透明層および／または反射層Ｒが、基板Ｓの中で該検出層ＤＬ（エピタキシャル層）と高度にドーピングされたバルクＳとの間に設けられる。この不透明層および／または反射層Ｒは、金属層、例えば、アルミニウム層および／または二酸化珪素層であり得る。第１の場合では（金属層を備える）、この金属層は、検出層ＤＬから電気的に隔離されねばならない。この場合の好ましい構成は、最上部における珪素の吸収層、隔離用の二酸化珪素層、および反射用の金属層である。第２の場合では（金属層を備えず）、基板Ｓは、好ましくは絶縁体上珪素（ＳＯＩ）基板、すなわち、内部に酸化物層が埋め込まれた珪素基板である。
【００２３】
本発明に係るピクセル１の１つの好ましい用途は、固体飛行時間（ＴＯＦ）距離カメラにある。以下に説明される本発明の方法は、このようなカメラで用いるのに適切である。
【００２４】
本発明に係る光検出方法の第１の実施形態は、ＴＯＦ距離カメラに関し、そのピクセルは、少なくとも１つの活性領域と、オン・ピクセル駆動電圧制御用の少なくとも２つ（例えば、４つ）の電荷蓄積域またはオフ・ピクセル駆動電圧制御用の少なくとも１つの電荷蓄積域（これらの蓄積域を使用して異なる電荷タイプを蓄積する）とを有する。変調された光信号の復調は、例えば、異なる位相（例えば、０°、９０°、１８０°、および２７０°）に由来する異なる電荷タイプを蓄積することによって実現され得る。
【００２５】
ＣＣＤピクセルでは、光生成された電荷が、蓄積静電容量によって出力電圧に変換される。積分ゲートＩＧの蓄積静電容量はセンス拡散ＳＤｉｆｆの静電容量よりも数倍高いことが分かっている。したがって、限界蓄積静電容量は、センス拡散ＳＤｉｆｆによって与えられ、積分ゲートＩＧによって与えられるのではない。しかし、読出し静電容量は、雑音制約およびアナログ／デジタル変換の分解能のために、むやみに高く設計され得ない。動的距離の主要な制約は背景照明によって与えられる。背景照明は通常、距離計算に不要な等量の電荷キャリアを光電性領域全体に対して生成する。本発明の構想は、差異に寄与する当該電荷キャリアのみを考慮に入れることにある。換言すれば、一定のオフセットがすべての信号から減算される。これが図６に模式的に例示されている。このように低減された信号では、より小さい読出し静電容量が使用可能であり、それでも尚、許容可能な出力電圧信号が得られる。
【００２６】
図７は、図１に示された光検出器ピクセル１のセンス拡散ＳＤｉｆｆ、障壁の最終ＣＣＤゲート（隔離ゲートＯＵＴＧ）、および第２の最終ＣＣＤゲート（積分ゲートＩＧ、電荷蓄積域）に関する横方向電位分布Φ（ｘ）を模式的に示す。上述のオフセット減算は、積分ゲートＩＧからセンス拡散ＳＤｉｆｆに、すべての電荷キャリアを転送するのではなく、正確な距離計算を実行するのに必要な当該電荷キャリアのみを転送することによって実行される。積分ゲートＩＧにすべての電荷キャリアを捕集した後で、その制御電圧が、あらゆるセンス・ノードＳｄｉｆｆが電荷キャリアを受け取るような水準まで低減される。次いで、隔離ゲートＯＵＴＧは、すべての光電性領域に関して同量である残存電荷キャリアをピンチ・オフする。こうして、差分機能（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｔｙ）が確保される。
【００２７】
積分ゲートＩＧに適切な駆動電圧は、図８のフロー・チャートに示されているように、センス・ノードから駆動電圧までの閉ループによってオン・ピクセルで調整され得る。適切な集積回路を実装することによって、このループはピクセル単位ごとに実行され得る。別法として、積分ゲートＩＧの電位は段階的に低減可能であり、ピクセルはすべてのサンプリングが信号を獲得するまでオフ・ピクセルで読み出しされ得る。これには非破壊読出しまたは加算機能オフ・ピクセルが必要である。
【００２８】
図９は、６つの異なる後続時間ｔ０〜ｔ５に関して位相０°、９０°、１８０°、２７０°に対応する４つの光電性領域（図６参照）を有するピクセル１に関する適応背景減算を例示する。それは、オン・ピクセルばかりでなくオフ・ピクセルの背景ピンチ・オフも例示する。したがって、動的距離が増大され、高い精度がより長い可能な積分時間によって可能である。
【００２９】
本発明に係る光検出方法の第２の実施形態も、少なくとも１つの光電性領域および複数の電荷蓄積領域を有するＴＯＦ距離カメラに関する。この実施形態は、センス・ノードから積分ゲートまで帰還ループを設け得ることを考慮に入れ、さらに、距離測定では、位相情報のみがピクセルの複数の蓄積領域から抽出されるので、絶対的な強度値（したがって絶対的な積分時間）は重要ではないという認識に基づいている。したがって、異なるピクセルは、積分時間が各ピクセル内部のすべての電荷蓄積領域に関して同じである限り、異なる積分時間を有し得る。個々のピクセルに関する積分時間は、好ましくは、それが飽和直前の高い信号を生成するように選択される。こうして動的距離が増大される。本方法のフロー・チャートが図１０に示されている。
【００３０】
知られたＴＯＦピクセルでは、障壁（隔離ゲートＯＵＴＧ）は、電荷キャリアが積分ゲートＩＧからセンス・ノードＳＤｉｆｆにドリフトするのを防止する。積分時に、すべての電荷キャリアが積分井戸（ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｗｅｌｌ）の中に留められ、露光後にのみ、それらはいわゆるシフト過程において出力ノードＳＤｉｆｆに転送される。このような挙動により、センス・ノードＳＤｉｆｆの連続監視が不可能である。対照的に、本発明に係る方法では、シフト過程は、積分時に、飽和に近い所与の閾値に到達するまで短いシフト間隔で実行される。本実施形態の簡略化されたフロー・チャートが図１１に示されている。この実施例では、例えば、５から２００μ秒のより長い積分間隔に、例えば、１μ秒のより短いシフト間隔が続く。このループは、各光電性領域の出力がある一定の閾値よりも小さい限り反復される。出力が閾値に達するとき、シフト過程はもはや実行されることはなく、センス・ノードＳＤｉｆｆにおける飽和が回避される。
【００３１】
図１２は、本発明に係る光検出方法を実行するための簡単な回路図を示す。センス・ノードまたはセンス拡散Ｓｄｉｆｆからの出力信号が比較回路ＣＯＭＰに供給され、そこで信号は、積分ゲートＩＧに関する逓減制御電圧ｉｎｔ＿ｒｅｆと比較される。比較回路ＣＯＭＰの出力は、すべての積分ゲートＩＧに印加される逓減電位として使用される。積分ゲートＩＧの電位が基準信号ｓａｔ＿ｒｅｆによって予め決められた一定の値を下回るとき、飽和フラグが設定される。
【００３２】
サンプリング信号から得られた情報、すなわち、センス拡散ＳＤｉｆｆからの電荷量（図７参照）に加えて、積分ゲートＩＧの電位が、測定されるべき更なる数量として読み出され得る。このような数量は、ピクセルのすべての積分ゲートＩＧに蓄積された電荷に共通のＤＣオフセット値に対応する。このような数量から、更なる情報、例えば、背景照明の水準および／または電荷蓄積過程時に少なくとも１つの積分ゲートＩＧのオーバフローが生じたか否かが抽出され得る。
【００３３】
本発明に係る光検出方法の第３の実施形態も、複数の光電性領域を含むＴＯＦ距離カメラに関する。本方法は、ピクセル１が無傷の状態にありかつ適切に機能するかどうかを制御することが可能である。この着想は、同じ情景であるが、放出された持続波変調光の異なる位相を有する情景の少なくとも２つの測定を実行することによって冗長を創出することである。δ（度単位）の位相のずれが、次の疑似的な距離のずれを導入する。
【数１】
2008513974.tif 000003
上式で、ｃ≒３・１０８ｍ／ｓは空気中における光の速度であり、ｆは変調周波数である。ｆ＝２０ＭＨｚおよびδ＝１８０°の実施例では、ΔＬ＝３．７５ｍの擬似的な距離のずれが得られるはずである。これがある一定のピクセルに関して該当しなければ、該ピクセルは欠陥がある。
【００３４】
本発明に係るピクセルの用途の好ましい別の分野は、（生）化学的検知である。このような用途に関する幾つかの実施例が以下に列挙される。
【００３５】
第１の用途は、発光標識を使用する（生）化学的センサに関する。高い感度に到達することを目指す２つの一般的な測定方法、すなわち、Ｈ．Ｍ．Ｒｏｗｅらによる「Ｅｌｉｍｉｎａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  Ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｓ  ｉｎ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ  Ｌｉｆｅｔｉｍｅ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ  Ｕｓｉｎｇ  Ｇａｔｅｄ−Ｐｈａｓｅ  Ｆｌｕｏｒｏｍｅｔｒｙ」、Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ、２００２年、７４（１８）、４８２１〜４８２７およびＬａｋｏｗｉｃｚ  Ｊ．による「Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ  ｏｆ  Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ」、Ｋｌｕｗｅｒ  Ａｃａｄｅｍｉｃ  ａｎｄ  Ｐｌｅｎｕｍ  Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ、Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ、１〜２４頁（１９９９年）のそれぞれに説明されているような時間領域および周波数領域測定が該当する。周波数領域測定では、発光試料が、周期変調された光によって励起され、発光放射の検出が同じ周波数で行われる。この測定方法は、しばしば「ロック・イン技法」と呼ばれる。第２の測定方法は、短いパルスを使用する反復励起を利用し、引き続いて異なる時間窓の内側で発光放射を検出する。この方法は、しばしば「時間ゲート検出」と呼ばれる。両方の測定方法が発光強度および／寿命を求めるために使用され得る。上記のすべての測定方法およびその組合せは、信号処理のオン・チップ実施態様と組み合わせられたパラレル検出の特性によって本発明から利点を得ることになるが、オン・チップ実施様態は従来の撮像システムに比べてより低い検出限界につながる。
【００３６】
実用的な実施態様に関する第１の実施例は、上で説明された一般的な測定方法を使用する発光撮像、例えば、蛍光顕微鏡分析である。図１３に、試料９、変調光源２、顕微鏡３、波長フィルタ４、およびカメラ１０を含む本発明に係る蛍光顕微鏡分析構成が模式的に示されている。カメラ１０は、本発明に係るピクセル１の配列を有する画像センサを含む。光源２はカメラ１０によって作動される。他の検出方法に勝る利点は、試料９の撮像および発光信号のパラレル検出が低い検出限界で可能なことである。他の撮像方法に比べて、上で説明された本発明の方法は、より高い感度およびより低い検出限界をもたらす。
【００３７】
生化学的検知の分野における本発明に係るカメラ１０の別の用途実施例は、センサ・マイクロアレイ９０の読出しである。このマイクロアレイ９０は、図１４に示されているように、平面導波路５上に配列され得る。光源２、例えば、レーザが、導波路５上の入力格子５１の上に光を放出する。この光は導波路５の中へ結合されてマイクロアレイ９０に誘導され、そこでそのエバネッセント部分が発光現象を励起する。マイクロアレイ９０は、光学結像系６によってカメラ１０上に結像される。したがって、発光光の一部がカメラ１０によって受け取られる。上で説明された一般的な発光測定方法は、光源２を変調し、かつそれをカメラ１０によって作動することによって使用可能である。発光光の別の部分は、導波路５の中へ結合され、それが取り出される出力格子５２に向かって伝搬する。従来技術から知られているように、この部分も検出され得る。本発明に係るカメラ１０による測定および従来の取出し方式による測定は、励起光を効率的に抑制するために組み合わせられてもよい。カメラ１０を望ましくない散乱光から遮蔽するために、好ましくは遮蔽手段７が設けられる。既存の高感度方式に勝るこのような構成の利点は、本発明に係るカメラ１０により、マイクロアレイ９０の一部または全部をパラレル検出することが可能なことである。
【００３８】
図１５に示されているさらに別の実施例では、検知されるべき試料が、平面導波路５の上に配置された検知パッドまたは測定ユニット上に堆積される。各検知パッドは、回折格子５３〜５６を含む。光源２からの光が、対応する回折格子５３によって検知パッドの領域内の導波路２の中へ結合され、試料中の発光現象を励起し、さらに発光および励起光は同じ回折格子５３によって取り出される。励起光を抑制するために、好ましくは波長フィルタ４が、取り出された光の経路中に配置される。しかし、このような抑制は決して完璧ではないので、本発明に係るカメラ１０の使用が大いに有利である。単一の格子を使用する代わりに、各測定ユニットが１対の入力および出力結合格子を含んでもよい。
【００３９】
以上の４つの実施例は発光検知方法に関するものであったが、以下の実施例は無標識検知方法に関する。
【００４０】
生化学的検知の分野における本発明に係るカメラ１０の第５の用途実施例の構成が、図１６に示されている。平面導波路に回折格子５７、５８の対が設けられている。各対の第１の格子５７が入力格子として使用され、かつ検知されるべき試料用の検知パッドの中に含まれており、一方では各対の第２の格子５８が出力格子として使用される。光源２によって放出された変調光が、ある一定の角度θｉｎの下で導波路５の中へ取り込まれる。図１７に示されているように、放出された光の波長λが、変調、例えば、一定の範囲にわたって周期掃引される。これは、例えば、光源２として垂直共振器表面発光ダイオードレーザ（ＶＣＳＥＬ）を使用することによって可能である。変調はカメラ１０によって誘発される。図１８に示されているように、共振、すなわち、強度ピークが、平面導波路上の入力格子に関するよく知られた取込み条件を満たすある一定の波長λ１で検出される。試料の光学的特性の変化が生じるとき、例えば、追加的な分子が堆積されるとき、強度ピークは第１の波長λ１から第２の異なる波長λ２にずれる。こうして、試料の光学的特性に関する情報が得られる。本方法は、出力格子５８の撮像を可能にし、かつ他の波長問合わせ光検知（ＷＩＯＳ）方法に比べて費用対効果がよい。それは発光検知方法と組み合わせられ得る。
【００４１】
本発明に係るカメラ１０のロック・イン特性を利用して、検出が光源２の波長掃引と同じ周波数で行われる。したがって波長ピーク位置は、取得周期中に取得された個々の試料に基づいてカメラ１０によって計算される均等な位相に転換される。それは、例えば、それが距離測定用にも使用されるように（例えば、ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓに公開された、Ｒ．Ｌａｎｇｅらによる論文「Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ  Ｔｉｍｅ−Ｏｆ−Ｆｌｉｇｈｔ  Ｒａｎｇｅ  Ｃａｍｅｒａ」、Ｎｏ．３７、２００１年、頁３９０ｓｓを参照されたい）、正弦信号変調のための知られた形式を使用して計算され得る。
【００４２】
生化学的検知の分野における本発明に係るカメラ１０のさらに別の用途の実施例が、図１９を参照して論じられる。この構成は図１６のそれと同様であるが、違いが以下で述べられる。光源２によって放出された光は、光が常に導波路５の中へ結合されるように、例えば、コリメーティング・レンズ２１によって、入射角θｉｎのある一定の範囲にわたって分布される。検知パッドは、入力格子５７上ではなく、出力格子５８上にある。取出し角度θｏｕｔは波長λに依存するので、取り出された光ビームはカメラ１０一面を周期掃引する。よって、カメラ１０上の所与の位置ａ１において、すなわち、所与のピクセルでは、最大強度Ｉが、所与の時間に生じ、上で説明されたカメラ１０のロック・イン特性を利用するとき、均等な位相を特徴とする（図２０参照）。これは、カメラ１０上に特徴的な位相分布をもたらす。試料の光学的特性の変化が、位置ａ１から別の位置ａ２に強度最大値のずれをもたらし、最終的には位相分布のずれをもたらす。こうして、試料の光学的特性に関する情報が得られる。上で論じられたＷＩＯＳ方法に比べて、本方法は増大した測定範囲を提供する。
【００４３】
上述の図面および説明では、明解さのために１つの検知パッドのみが考慮されている。しかし、好ましい実施形態では、多パッドが（１個または数個のチップの多くのまたはすべてのパッドさえも）、同時に（同じ光源２によって）照明されることが可能であり、カメラ１０上の異なるピクセルまたは領域を使用して複数のセンサ・パッドから複数の出力信号を準同時的に導出する。図２１は本発明に係る装置の実施形態を示すが、そこでは導波路５のすべての検知パッドまたは格子が、光源２によって、例えば、光ビームを拡大し、かつ格子に対する入射角の限定された範囲を設けるための光学系２３、２４を使用することによって照明される。導波路５のすべての検知パッドまたは格子が、例えば、結像光学素子２５によって、ロック・イン・カメラを形成するロック・イン・ピクセルの組込み配列を有する光検出器チップ１０の上に結像される。このカメラは、上で説明されたように光源２に連結されている。関連する位相情報はカメラのピクセル水準で抽出される。こうして、センサ・チップ５全体のパラレル処理および読出しが可能である。
【００４４】
本発明は以上に説明された好ましい実施形態に限定されるものではなく、これらの実施形態には本特許の保護範囲から逸脱することなく変更および改良がなされてもよい。特に、本発明の様々な実施形態は相互に組み合わせられてもよい。このような組合せは、以上に説明された本発明の単一の実施形態よりも一層適切な改良をもたらし得る。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に係る光検出器ピクセルの第１の実施形態のＣＣＤ部分を示す断面図である。
【図２】本発明に係る光検出器ピクセルの第２の実施形態のＣＣＤ部分を示す断面図である。
【図３】均質基板を有するピクセルに関する垂直座標に対する電位分布（ａ）と、埋込チャンネルを有するピクセルに関する垂直座標に対する電位分布（ｂ）とを示す図である。
【図４】本発明に係る光検出器ピクセルの第４の実施形態のＣＣＤ部分を示す断面図である。
【図５】本発明に係る光検出器ピクセルの第５の実施形態のＣＣＤ部分を示す断面図である。
【図６】適応背景抑制（または最少電荷転送）の原理を示す図である。
【図７】光検出器ピクセルのセンス拡散、隔離ゲート、および積分ゲートに関する横方向電位分布を示す図である。
【図８】本発明に係る光検出方法の第１の実施形態を示すフロー・チャートである。
【図９】異なる時間に関して、図７と同じように表した図８の方法を示す図である。
【図１０】本発明の光検出方法の第２の実施形態を示すフロー・チャートである。
【図１１】本発明の光検出方法の第３の実施形態を示すフロー・チャートである。
【図１２】本発明に係る光検出方法の第１の実施形態を実行するための回路図である。
【図１３】本発明に係るカメラに関する４つの用途実施例の１つのための構成を示す図である。
【図１４】本発明に係るカメラに関する４つの用途実施例の１つのための構成を示す図である。
【図１５】本発明に係るカメラに関する４つの用途実施例の１つのための構成を示す図である。
【図１６】本発明に係るカメラに関する４つの用途実施例の１つのための構成を示す図である。
【図１７】時間に対して、図１６の実施例で印加された光波長変調を示す図である。
【図１８】２つの異なる試料に関して、図１６の構成で測定された光の波長に対する強度を示す図である。
【図１９】本発明に係るカメラに関する第５の用途実施例のための構成を示す図である。
【図２０】２つの異なる試料に関して、図１６の構成で測定された位置に対する強度を示す図である。
【図２１】本発明に係るカメラに関する第６の用途実施例のための構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  ピクセル
１０  カメラ
２  光源
２１  コリメーティング・レンズ
２３、２４  光学系
２５  結像光学素子
３  顕微鏡
４  波長フィルタ
５  平面導波路
５１  入力格子
５２  出力格子
５３〜５６  回折格子
５７  入力格子
５８  出力格子
６  結像系
７  遮蔽手段
９  試料
９１  センサ・マイクロアレイ
ａ  カメラ上の位置
Ｂ  垂直不透明障壁
ＢＣ  横断方向の不均質部分、埋込チャンネル
ＣＯＭＰ  比較回路
ＤＤｉｆｆ  ダンプ拡散
ＤＬ  検出層
Ｉ  光の強度
ＩＧ  積分ゲート
Ｉｎ  入射電磁放射
ｉｎｔ＿ｒｅｆ  積分ゲート用の制御電圧
ｍｉｎ  電位最小値
Ｏ  酸化物層
ＯＰ  遮蔽層中の開口
ＯＵＴＧ  隔離ゲート
ＰＧＬ  左フォトゲート
ＰＧＭ  中間フォトゲート
ＰＧＲ  右フォトゲート
Ｒ  不透明層および／または反射層
Ｓ  基板
ｓａｔ＿ｒｅｆ  飽和に関する基準信号
ＳＤｉｆｆ  センス拡散
ＳＬ  遮蔽層
ｔ  時間
ｘ  水平（横方向）座標
ｚ  垂直（横断方向）座標
α  放射の入射角
θ  取込みまたは取出し角
λ  光の波長
Φ  電位分布
【図１】
2008513974.tif 000004
【図２】
2008513974.tif 000005
【図３（ａ）】
2008513974.tif 000006
【図３（ｂ）】
2008513974.tif 000007
【図４】
2008513974.tif 000008
【図５】
2008513974.tif 000009
【図６】
2008513974.tif 000010
【図７】
2008513974.tif 000011
【図８】
2008513974.tif 000012
【図９】
2008513974.tif 000013
【図１０】
2008513974.tif 000014
【図１１】
2008513974.tif 000015
【図１２】
2008513974.tif 000016
【図１３】
2008513974.tif 000017
【図１４】
2008513974.tif 000018
【図１５】
2008513974.tif 000019
【図１６】
2008513974.tif 000020
【図１７】
2008513974.tif 000021
【図１８】
2008513974.tif 000022
【図１９】
2008513974.tif 000023
【図２０】
2008513974.tif 000024
【図２１】
2008513974.tif 000025
【国際調査報告】
2008513974.tif 000026
2008513974.tif 000027
2008513974.tif 000028
2008513974.tif 000029
2008513974.tif 000030