專利名稱：半導體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有例如，一個電流鏡像電路，一個光電轉(zhuǎn)換器件和一個圖像讀取裝置的半導體器件，并且特別地涉及具有，例如，一個CMOS電流鏡像恒定電流源電路的光電轉(zhuǎn)換器件和具有配置多個光電轉(zhuǎn)換器件的多傳感器的圖像讀取裝置。
背景技術(shù)：
近年來，在光電轉(zhuǎn)換器件領(lǐng)域，已廣泛發(fā)展一種光接收部件及其外圍電路構(gòu)建在一單層襯底上的器件。這種光電轉(zhuǎn)換器件的例子是一種運算放大器和光接收部件構(gòu)建在一單層半導體襯底上的線性傳感器(電視協(xié)會雜志，vol.47，No.9(1993)，P.1180)，具有一個抽樣-保持電路的圖像傳感器(日本專利公開No.4-223771)，和具有由運放組成的內(nèi)部參考電壓產(chǎn)生電路的固態(tài)圖像傳感器(日本專利公開No.9-65215)。
用于運放的偏置電流通常使用恒定電流源電路產(chǎn)生。當該恒定電流源電路使用一個MOS晶體管構(gòu)成時，一般運用如圖10所示的CMOS恒定電流源電路(R.Gregorian和G.C Temes，用于信號處理的模擬MOS集成電路，P.127，圖4和5)。此外，建議一種象在日本專利公開No.7-44254中公布的類似的CMOS恒定電流源電路。
傳統(tǒng)的CMOS恒定電流電路的工作將參考圖10描述。
圖10表示把電源輸入電壓應(yīng)用到組成電流鏡像電路的傳統(tǒng)的恒定電流電路中?，F(xiàn)在參考圖10，從Q3的漏極流到Q2的漏極的電流等于從Q4的漏極流到Q1的漏極的恒定電流。總之，當恒定電流流過(在圖10中MOS晶體管Q2和Q4工作在飽和區(qū))，恒定電流電路是穩(wěn)定的。
圖11是表示傳統(tǒng)的恒定電流電路(圖10)的式樣的平面視圖。圖12是沿圖11中的線A-A’取的原理截面圖。圖10中的NMOS Q1和Q2和PMOS Q3和Q4分別對應(yīng)圖11中的NMOS 104和103和PMOS101和102。
從圖11和12中顯然可看出，傳統(tǒng)的PMOS和NMOS基本上有相同的漏區(qū)開口面積。
然而，在CMOS恒定電流電路和光接收部件在一單層半導體襯底上構(gòu)成的光電轉(zhuǎn)換器件中，CMOS恒定電流電路在有光照射時不能工作。更特別地，CMOS恒定電流源電路在幾乎沒有恒定電流流動(在圖10中V01＝VDD，V02＝GND)時，是穩(wěn)定的。在這種狀態(tài)下，由于V01和VDD從根本上沒有電勢差，幾乎沒有偏置電流流動，因此電路不能正常工作。
下面將描述該原因。
例如，當光載波在一個由PMOS晶體管Q3的漏極(P型)和一個襯底(阱N型)的p-n結(jié)上產(chǎn)生時，發(fā)射空穴在圖10的V01處累積。結(jié)果，V01的電勢上升，關(guān)閉PMOS晶體管Q3和Q4。相應(yīng)地，V02的電勢下降，當幾乎沒有恒定電流流動時，恒定電流電路最終穩(wěn)定。
同時，當光載波在一個由NMOS晶體管Q1的漏極(N型)和阱(P型)構(gòu)成的p-n結(jié)上產(chǎn)生時，在Q1中產(chǎn)生的發(fā)射電子在V02處累積，于是V02的電勢下降。當幾乎沒有恒定電流流動時，恒定電流電路最終穩(wěn)定，不能正常工作。因此，在半導體襯底的式樣布局和設(shè)計規(guī)范的限制下，恒定電流電路不能令人滿意地屏蔽光，恒定電流電路將不能正常工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是為了解決上述問題，它的目的是通過一種具有，例如，即使在光照射下也能正常工作的CMOS電流鏡像電路的半導體器件，具有該器件的光電轉(zhuǎn)換器件和具有其中配置了多個光電轉(zhuǎn)換器件的多個傳感器的圖像讀取裝置。
在下面的描述中，即使為2個電流鏡像電路是串聯(lián)時，也只用一個電流鏡像電路作范例。
為獲得上述目的，根據(jù)本發(fā)明的光電轉(zhuǎn)換器件有下述配置。
也就是說，光電轉(zhuǎn)換器件其特征在于包含一個由電流鏡像電路驅(qū)動的光電轉(zhuǎn)換部件。
電流鏡像電路包括源極連到正向輸入電源的第一PMOS晶體管(2)；源極連到正向輸入電源，柵極和漏極連到第一PMOS晶體管的柵極的第二PMOS晶體管(1)；源極連到參考電勢，柵極和漏極連到第一PMOS晶體管的漏極的第一NMOS晶體管(4)；源極經(jīng)一電阻連到參考電勢，柵極連到第一NMOS晶體管的柵極，漏極連到第二PMOS晶體管的漏極的第二NMOS晶體管(3)；該電流鏡像電路具有一個陰極連到第二PMOS晶體管的漏極的光電二極管(5)。
此時，光電二極管如所希望那樣接收第二PMOS晶體管和參考電勢之間的一個反向偏壓。
另外地，電流鏡像電路可以有一個陽極連到第一NMOS晶體管的漏極的光電二極管(5)，光電二極管可以接收第一NMOS晶體管和正向輸入電源之間的一個反向偏壓。
每一個電流鏡像電路連到多個光電轉(zhuǎn)換部件構(gòu)成一個多傳感器(101，101’，101”)，從而實現(xiàn)了具有以多傳感器作為讀取圖像的傳感器的圖像讀取裝置。
為獲得上述目的，根據(jù)本發(fā)明的半導體器件有下述配置。
也就是說，半導體器件其特征是包含一個由至少是第一導電類型的第一區(qū)域和第二導電類型的第二區(qū)域組成的一個控制電路(20，20A)，
控制電路包括一個半導體部件(5)，其中當由于半導體器件的外部干擾引起在第一和第二區(qū)域中的任何一個中出現(xiàn)一個電勢變化，將引起一個與電勢變化相反的電勢變化。
最佳地，控制電路通過形成第一導電類型的第一區(qū)域的多個PMOS晶體管(1，2)和構(gòu)成第二導電類型的第二區(qū)域的多個NMOS晶體管(3，4)組成一個電流鏡像電路，并且半導體器件功能是通過電流鏡像電路和與該電路連接的光電轉(zhuǎn)換電路作為一個光電轉(zhuǎn)換器件。
為獲得上述目的，根據(jù)本發(fā)明的光電轉(zhuǎn)換器件有下述配置。
也就是說，光電轉(zhuǎn)換器件其特征是包含一個由電流鏡像電路驅(qū)動的光電轉(zhuǎn)換部件。
電流鏡像電路包含源極連到正向輸入電源的第一PMOS晶體管(2)；源極連到正向輸入電源，柵極和漏極連到第一PMOS晶體管的柵極的第二PMOS晶體管(1)；源極連到參考電勢，柵極和漏極連到第一PMOS晶體管的漏極的第一NMOS晶體管(4)；源極經(jīng)一電阻連到參考電勢，柵極連到第一NMOS晶體管的柵極，漏極連到第二PMOS晶體管的漏極的第二NMOS晶體管(3)；其中，當光入射到光電轉(zhuǎn)換部件上，在第一PMOS晶體管的漏區(qū)產(chǎn)生的電流(光電流)比在第一NMOS晶體管的漏區(qū)產(chǎn)生的電流(光電流)要大。
此外，例如，第一PMOS晶體管的漏區(qū)的開口面積希望比第一NMOS晶體管的漏區(qū)的開口面積要大。另外地，在第二NMOS晶體管的漏區(qū)產(chǎn)生的光電流比在第一PMOS晶體管的漏區(qū)產(chǎn)生的光電流要大。在這種情況下，第一PMOS晶體管的漏區(qū)的開口面積最好比第一NMOS晶體管的漏區(qū)的開口面積要大。


本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點在聯(lián)系隨后附圖的下面的描述中顯而易見。其中，在所有圖形中，相似的參考字符代表相同或相似的部分。
圖1是本發(fā)明的第一實施例中3個象素的等效電路圖。
圖2是本發(fā)明的第二實施例的等效電路圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的第三實施例，在光電轉(zhuǎn)換器件中的3個象素的等效電路圖。
圖4是用于本發(fā)明的第三實施例的恒定電流電路的式樣的設(shè)計視圖。
圖5是本發(fā)明的第四實施例中光電轉(zhuǎn)換器件的等效電路圖。
圖6是用于本發(fā)明的第四實施例的恒定電流電路的式樣的設(shè)計視圖。
圖7是一個CMOS(第二PMOS和NMOS)的圖示截面圖。
圖8是表示根據(jù)本發(fā)明的第六實施例的多傳感器的配置的電路圖。
圖9是表示根據(jù)本發(fā)明的第七實施例的圖像傳感器的結(jié)構(gòu)的主要部分的截面圖。
圖10是一個傳統(tǒng)恒定電流源電路的等效電路圖。
圖11是一個傳統(tǒng)恒定電流源電路的式樣的例子的設(shè)計視圖。
圖12是一個傳統(tǒng)CMOS(第二PMOS和NMOS)的圖示截面圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的實施例將參考隨后附圖在下面詳細描述。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例，在光電轉(zhuǎn)換器件中的3個象素的等效電路圖。
在圖1所示的等效電路中，充當光電轉(zhuǎn)換部件的光電二極管10，10’，10”，PMOS晶體管11，11’11”的柵極，和復位開關(guān)12，12’，12”是相連接的。在光電二極管10，10’，10”中產(chǎn)生的信號電荷通過一個源跟隨器從PMOS晶體管11，11’11”讀出。源跟隨器使用PMOS晶體管13，13’13”的恒定電流負載。恒定電流源20被連到PMOS晶體管13，13’13”的柵極。
在圖1所示的光電轉(zhuǎn)換器件中，一個復位脈沖ΦRES變?yōu)楦唠娖?，打開復位開關(guān)12，12’，12”。相應(yīng)地，光電二極管10，10’，10”的陽極立即被復位到一個復位電勢VRES。光電二極管10，10’，10”被外部視頻光照射一段預(yù)定的時間。之后，光電二極管10，10’，10”的陽極電勢根據(jù)視頻光的照射量下降到等于或低于PMOS晶體管11，11’11”的門限。PMOS晶體管11，11’11”被打開以流過一個對應(yīng)于視頻光的量的電流。對應(yīng)于該電流的電壓作為一個到輸出電壓V01，V02和V03的輸出電壓被輸出。
在用于產(chǎn)生恒定電流負載的電流的恒定電流源20中，電流鏡像電路由源極連到正向輸入電源的第一PMOS晶體管2，源極連到正向輸入電源，柵極和漏極連到第一PMOS晶體管2的柵極的第二PMOS晶體管1，源極連到負向輸入電源，柵極和漏極連到第一PMOS晶體管的漏極的第一NMOS晶體管4和源極經(jīng)一電阻R連到參考電壓負向輸入電源，柵極連到第一NMOS晶體管的柵極，漏極連到第二PMOS晶體管的漏極的第二NMOS晶體管3來組成。恒定電流源20包含一個陰極連到第二PMOS晶體管1的漏極并接收反向偏置的光電二極管5。恒定電流源20的一個特征是光電二極管5接收PMOS晶體管1的漏極和GND之間的一個反向偏壓。
將給出PMOS晶體管1的漏極的面積和屏蔽光之比和在第一實施例中的光電二極管的面積和屏蔽光之比。


在這種情況下，恒定電流源20的PMOS 1和2流過一個約20μA的恒定電流，而光電二極管5在光照射下流過1pA或少于1pA的光電流。因此，光電二極管5的光電流不影響恒定電流源的精度。
根據(jù)第一實施例，即使當光載波在由NMOS晶體管1的漏極(P型)和阱(N型)構(gòu)成的p-n結(jié)上產(chǎn)生，在光電二極管5中產(chǎn)生的電子能抑制與光電二極管5相連的節(jié)點的任何電勢上升。為此，PMOS晶體管1和2能阻止被關(guān)閉，恒定電流源電流穩(wěn)定在正常狀態(tài)。
在第一實施例中，即使對輸入電源電壓進行光照射，恒定電流源20也能正常工作，在圖1所示的光電轉(zhuǎn)換器件展現(xiàn)正常的光反應(yīng)。然而，在不使用光電二極管5的恒定電流源電路中，恒定電流源電路即使在應(yīng)用輸入電源電壓時也被關(guān)閉，光電轉(zhuǎn)換器件不能展現(xiàn)光反應(yīng)。
注意圖1只表示3個象素點的一個等效電路。實際上，第一實施例是一個由每片234個象素構(gòu)成的一維線傳感器芯片，多傳感器是通過把多個這樣的一維線傳感器芯片連成一行構(gòu)成。多傳感器將參考圖8在隨后描述。
圖2是本發(fā)明的第二實施例的等效電路圖。根據(jù)第二實施例的光電轉(zhuǎn)換器件運用運放24為來自光接收單元陣列23的普通輸出行21的輸出實行阻抗轉(zhuǎn)換，并輸出轉(zhuǎn)換后的信號。
在根據(jù)第二實施例的恒定電流源20A中，電流鏡像電路由源極連到正向輸入電源的第一PMOS晶體管2，源極連到正向輸入電源，柵極和漏極連到第一PMOS晶體管的柵極的第二PMOS晶體管1，源極連到負向輸入電源，柵極和漏極連到第一PMOS晶體管2的漏極的第一NMOS晶體管4和源極經(jīng)一電阻連到負向輸入電源，柵極連到第一NMOS晶體管的柵極，漏極連到第二PMOS晶體管的漏極的第二NMOS晶體管3來組成。恒定電流源20A包含一個陰極連到第一NMOS晶體管4并接收一個反向偏置的光電二極管5。
根據(jù)第二實施例，即使當光載波在由NMOS晶體管4的漏極(N型)和阱(P型)構(gòu)成的p-n結(jié)上產(chǎn)生，在光電二極管5中產(chǎn)生的空穴能抑制與光電二極管相連的節(jié)點的任何電勢下降。結(jié)果，能阻止NMOS晶體管3和4被關(guān)閉，并且恒定電流源電路穩(wěn)定在正常工作狀態(tài)。
由光接收單元陣列23的各個光接收單元光電轉(zhuǎn)換的信號輸出經(jīng)一個移位寄存器22按次序輸出到普通輸出線21。普通輸出線21連到運放24的輸入端。在第二實施例中，在恒定電流源20A的NMOS晶體管4的漏極和輸入電源電壓之間配置一個光電二極管5，以便接收反向偏壓。
運放24連到與恒定電流源20A的輸出相連的PMOS 25的柵極。PMOS 25的漏極通過電流鏡像效應(yīng)流過一個與PMOS 1的漏極電流相等的電流。該電流映射到與PMOS 25的漏極相連的電流鏡像電路的NMOS 26，27和30，電流鏡像電路的PMOS 28和29作為一個負載與NMOS 27的漏極相連，電流鏡像電路的PMOS 31和32與NMOS 30的漏極相連。結(jié)果，PMOS 32的漏極流過一個與PMOS 1的漏極電流相等的電流。來自光接收單元陣列23的信號輸出輸入到PMOS 33的柵極，PMOS 33的漏極輸入一個反向輸出到輸出側(cè)的NMOS 31的柵極。結(jié)果，可獲得一個與來自光接收單元陣列23的信號輸出同相位的圖像信號輸出Vout。注意NMOS 35和36的功能是作為輸入側(cè)的差分PMOS 33和34的負載，電容38用來補償運放的相位。
在第二實施例中，在光照射時，即使當輸入電源電壓在光照射時被加到恒定電流源20A，恒定電流源20A也工作正常。恒定電流源20A能輸送一個偏置電流給運放24，于是在圖2所示的光電轉(zhuǎn)換器件能通過光反應(yīng)輸出一個輸出電壓。
相反地，在使用沒有任何光電二極管5的傳統(tǒng)恒定電流源電路的光電轉(zhuǎn)換器件中，在光照射時即使加上輸入電源電壓，恒定電流源電路也保持關(guān)閉。因此，恒定電流源電路不能輸送任何偏置電流給運放24，光電轉(zhuǎn)換器件不能輸出任何信號輸出電壓，就好象這種裝置不進行光反應(yīng)一樣。
也是在第二實施例中，反向偏置的光電二極管5可以配置在NMOS 3的漏極和源極之間。第二實施例的線傳感器可由一個芯片構(gòu)成。本發(fā)明不僅限于恒定電流源，也可運用一個差分放大器電路或其它電路。如果本發(fā)明采用了一個能夠取消在p-n結(jié)上產(chǎn)生的光載波的電子和空穴的部件，由光或類似的干擾的影響引起的故障可以避免。對于該部分，可以用一個CMOS，MOSFET或雙極性晶體管，本發(fā)明可作為一個半導體器件來應(yīng)用。
用在第二實施例中的光接收單元陣列可構(gòu)成一個傳感器芯片，多個這樣的傳感器芯片排成一行，可構(gòu)成一個接觸型圖像傳感器(contactimage sensor)。沿該接觸型圖像傳感器的行的方向被限定為一個主掃描方向，與主掃描方向垂直的方向被限定為次掃描方向。圖像傳感器在關(guān)于要讀取圖像的次掃描方向被掃描，從而讀取一個二維圖像。通過輸出二維圖像讀取信號作為同相讀取裝置的功能，該裝置可用作，例如，一個掃描儀，傳真設(shè)備或電子復寫機，并能讀取一個高分辨率，高密度的圖像。
如上所述，應(yīng)用第一和第二實施例到例如具有恒定電流源的光電轉(zhuǎn)換部件的光充電電壓放大器電路。即使當恒定電流源在光照射下，該源也能阻止在應(yīng)用輸入電源電壓時飽和，從而能正常工作。因此，可實現(xiàn)具有CMOS恒定電流源的光電轉(zhuǎn)換器件，這提供了很大的作用。
此外，半導體器件能防止由光或類似的干擾的影響引起的故障。
在第一和第二實施例中，如果流過光電二極管5的光電流比由組成恒定電流源的4個MOS晶體管的漏極和阱產(chǎn)生的光電流要大，影響令人滿意地得到改進。然而，如果流過光電二極管5的光電流太大，它減少了恒定電流源電路的電流精度，并不希望地改變在黑暗狀態(tài)和光照射狀態(tài)之間的恒定電流。這樣，在這些實施例中，流過光電二極管5的光電流最好比流過恒定電流源電路的電流小得多。
注意通過采用在第三或第四實施例中(將在下面描述)的MOS晶體管用于組成在第一和第二實施例中描述的恒定電流源20和20A的MOS晶體管，可以實現(xiàn)更加理想的操作。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的第三實施例，在光電轉(zhuǎn)換器件中3個象素的等效電路圖。圖4是用在本發(fā)明的光電轉(zhuǎn)換器件中的恒定電流電路的式樣的設(shè)計視圖。
如圖3所示，在第三實施例中的光電轉(zhuǎn)換器件中，光電二極管10，10’，10”，PMOS 11，11’11”的柵極和復位開關(guān)12，12’，12”是相連接的。在光電二極管中產(chǎn)生的信號電荷通過一個源跟隨器從PMOS 11，11’11”讀出。該源跟隨器使用PMOS晶體管13，13’13”的恒定電流負載。恒定電流源20B被連到PMOS晶體管13，13’13”的柵極。
在圖3所示的光電轉(zhuǎn)換器件中，一個復位脈沖ΦRES變?yōu)楦唠娖酱蜷_復位開關(guān)12，12’，12”。相應(yīng)地，光電二極管10，10’，10”的陽極立即復位到一個復位電勢VRES。光電二極管10，10’，10”被視頻光照射一段預(yù)定的時間。之后，光電二極管10，10’，10”的陽極電勢根據(jù)視頻光的照射量下降到等于或低于PMOS晶體管11，11’11”的門限。PMOS晶體管11，11’11”被打開以流過一個對應(yīng)于視頻光的量的電流。對應(yīng)于該電流的電壓輸出作為一個到V01，V02和V03輸出電壓的輸出電壓。
用于產(chǎn)生恒定電流負載的電流的恒定電流源20B是一個電流鏡像電路，該電路由源極連到正向輸入電源的第一PMOS晶體管2，源極連到正向輸入電源，柵極和漏極連到第一PMOS晶體管的柵極的第二PMOS晶體管1，源極連到參考電勢點，柵極和漏極連到第一PMOS晶體管2的漏極的第一NMOS晶體管4和源極經(jīng)一電阻連到參考電勢點，柵極連到第一NMOS晶體管4的柵極，漏極連到第二PMOS晶體管的漏極的第二NMOS晶體管3來組成。
圖4是表示根據(jù)第三實施例的恒定電流電路的式樣的平面視圖。如圖4所示，第一PMOS晶體管2的漏區(qū)比第一NMOS晶體管4的漏區(qū)要大。在光照射時，在第一PMOS晶體管2的漏區(qū)產(chǎn)生的空穴在數(shù)量上比在第一NMOS晶體管4的漏區(qū)產(chǎn)生的電子要多，NMOS晶體管3和4的柵極電勢上升。這使恒定電流電路正常工作。
特別地，在使用其中各個晶體管的漏區(qū)在尺寸上相等的恒定電流電路的傳統(tǒng)光電轉(zhuǎn)換器件中，故障率可高達10％。相反地，第三實施例的恒定電流電路完全正常工作。
恒定電流電路不僅限于在第三實施例中的電流鏡像電路，也可以是差分放大電路的另外一種電路，以阻止由光照射的影響引起的特別的故障，只要運用一種能夠取消在p-n結(jié)上產(chǎn)生的光載波的電子和空穴的單元。此外，這部分不僅限于在第三實施例中使用的一個CMOS，并可以是象一個MOSFET或雙極性晶體管的場效應(yīng)晶體管，并且可應(yīng)用本發(fā)明作為一個半導體器件。
在第三實施例中描述的恒定電流電路也能應(yīng)用到，例如，一個具有下面結(jié)構(gòu)的半導體電路中P和N型場效應(yīng)晶體管經(jīng)漏區(qū)串聯(lián)，P型場效應(yīng)晶體管的柵極和漏極互相連接，設(shè)置N型場效應(yīng)晶體管的漏區(qū)的開口面積比P型場效應(yīng)晶體管的漏區(qū)的開口面積要大。
在該半導體電路中，在光照射時，在N型場效應(yīng)管的漏區(qū)中產(chǎn)生的光電流變得比在P型場效應(yīng)管的漏區(qū)中產(chǎn)生的光電流要大。與電流鏡像電路類似，該半導體電路能作為一個恒定電流電路正常工作。
注意當N型場效應(yīng)管的柵極和漏極互相連接，本發(fā)明采用了一種設(shè)置P型場效應(yīng)管的漏區(qū)的開口面積比N型場效應(yīng)管的漏區(qū)的開口面積大的半導體電路。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的第四實施例光電轉(zhuǎn)換器件的等效電路圖。圖6是用于本發(fā)明的第四實施例的恒定電流電路的式樣的設(shè)計視圖。圖7是沿圖6中的線A-A’所取的CMOS的圖示截面圖。
在圖5中恒定電流源20C中的連接與在根據(jù)第三實施例中的恒定電流電路20B相同，對它的描述將省略。
第四實施例的操作將參考圖5作描述。由光接收單元陣列23光電轉(zhuǎn)換的信號輸出經(jīng)一個移位寄存器22按次序輸出到普通輸出線21。普通輸出線21連到運放24的輸入端。
運放24連到與恒定電流源20C的輸出相連的PMOS 25的柵極。PMOS 25的漏極通過電流鏡像效應(yīng)流過一個幅度上與PMOS 1的漏極電流相等的電流。該電流映射到與PMOS 25的漏極相連的電流鏡像電路的NMOS 26，27和30，電流鏡像電路的PMOS 28和29充當一個負載與NMOS 27的漏極相連，電流鏡像電路的PMOS 31和32與NMOS 30的漏極相連。結(jié)果，PMOS 32的漏極流過一個與PMOS 1的漏極電流相等的電流。
來自光接收單元陣列23的信號輸出輸入到PMOS 33的柵極，PMOS 33的漏極輸入一個反向輸出到輸出側(cè)的NMOS 37的柵極。結(jié)果，可獲得一個與來自光接收單元陣列23的信號輸出同相位的圖像信號輸出Vout。注意NMOS 35和36的功能是作為輸入側(cè)的差分PMOS33和34的負載，電容38工作以補償運放的相位。
如圖6所示，根據(jù)第四實施例，在用于產(chǎn)生運放24的偏置電流的恒定電流電路中，設(shè)置第二NMOS晶體管3的漏區(qū)的開口面積比第一PMOS晶體管2的漏區(qū)的開口面積要大。漏區(qū)的開口面積意味著漏極和P-阱之間的一個邊界表面。
圖7是沿圖6中的線A-A’所取的CMOS的圖示截面圖。柵極由例如，一層薄的二氧化硅(SiO2)絕緣膜所覆蓋。
本發(fā)明的實施例將參考圖7從不同于恒定電流電路的平面圖案(圖6)的另一個角度作解釋。如果，第一NMOS的漏區(qū)3a的開口面積很大，在光照射時，在漏區(qū)3a和阱(P型)之間產(chǎn)生的空穴在數(shù)目上變得比在第一PMOS晶體管的漏區(qū)1b中產(chǎn)生的電子要多。
因此，在第四實施例中，在第一NMOS的漏區(qū)產(chǎn)生的電子能在數(shù)量上增加以阻止在圖10所示的已有技術(shù)中在V01產(chǎn)生的空穴的累積。當恒定電流流過它時，這能穩(wěn)定CMOS恒定電流源電路，并能正常驅(qū)動光電轉(zhuǎn)換器件。
進一步，恒定電流電路不能正常工作的傳統(tǒng)問題能類似第三實施例來解決。由于應(yīng)用一個預(yù)定電壓來驅(qū)動運放(在圖5中的24)，光電轉(zhuǎn)換器件能正常工作。
與上述實施例類似，恒定電流電路不僅限于電流鏡像電路。特別是由光照射的影響引起的故障可通過使用一種用于取消在p-n結(jié)產(chǎn)生的光載波的電子和空穴的部件來阻止。此外，這部分不僅限于一個CMOS，并可以是象一個MOSFET或雙極性晶體管的場效應(yīng)晶體管，并且可應(yīng)用本發(fā)明作為一個半導體器件。
在第四實施例中描述的恒定電流電路也能應(yīng)用到，例如，一個具有如下結(jié)構(gòu)的半導體電路中P和N型場效應(yīng)晶體管經(jīng)漏區(qū)串聯(lián)，P型場效應(yīng)晶體管的柵極和漏極互相連接，設(shè)置N型場效應(yīng)晶體管的漏區(qū)的開口面積比P型場效應(yīng)晶體管的漏區(qū)的開口面積要大。
在該半導體電路中，在光照射時，在N型場效應(yīng)管的漏區(qū)中產(chǎn)生的光電流變得比在P型場效應(yīng)管的漏區(qū)中產(chǎn)生的光電流要大。與電流鏡像電路類似，半導體電路能作為一個恒定電流電路正常工作。
注意當N型場效應(yīng)管的柵極和漏極互相連接，本發(fā)明采用了一種設(shè)置P型場效應(yīng)管的漏區(qū)的開口面積比N型場效應(yīng)管的漏區(qū)的開口面積大的半導體電路。
在第四實施例中，如果在構(gòu)成恒定電流電路的MOS晶體管的漏極和阱中產(chǎn)生的光電流太大時，它減少了恒定電流源電路的電流精度，并不希望地改變在黑暗狀態(tài)和光照射狀態(tài)之間的恒定電流。這樣，流過MOS晶體管的漏區(qū)的光電流最好比流過恒定電流電路的電流小得多。
第四實施例不僅可應(yīng)用于一維或二維光電轉(zhuǎn)換器件，而且可應(yīng)用于各種光電轉(zhuǎn)換器件。
在根據(jù)第四實施例的光電轉(zhuǎn)換器件中，即使受限于半導體襯底的圖案布局和設(shè)計規(guī)范，恒定電流電路部分不能充分屏蔽光，在光照射時，恒定電流電路不能正常工作的問題也能解決。
如上所述，根據(jù)第三和第四實施例，能實現(xiàn)即使在光照射時也能正常工作的半導體電路和CMOS電流鏡像電路。特別地，可實現(xiàn)使用半導體電路和CMOS電流鏡像電路作為恒定電流源的光電轉(zhuǎn)換器件。此外，通過把在第三和第四實施例中描述的恒定電流源20B和20C與在第一和第二實施例中描述的光電二極管5相連，可獲得更多的較佳的操作。
使用在第三和第四實施例中描述的光電轉(zhuǎn)換器件的圖像讀取裝置將被解釋。第五實施例中的圖像讀取裝置包含至少一個用于控制光電轉(zhuǎn)換器件的操作的驅(qū)動裝置，在上面的實施例中描述的光電轉(zhuǎn)換器件和光源。
圖像讀取裝置接收一個來自外部CPU和類似的驅(qū)動裝置的開始脈沖，時鐘脈沖等類似輸出。之后，例如，圖像讀取裝置由CPU起動掃描或響應(yīng)發(fā)動機的驅(qū)動來驅(qū)動光源或傳感器。來自光電轉(zhuǎn)換器件的輸出信號由用于陰影糾正，黑暗糾正和類似的信號處理裝置來處理。被處理信號輸送給CPU。
這樣，可以實現(xiàn)具有帶恒定電流源的光電轉(zhuǎn)換器件的圖像讀取裝置。
在第六實施例中，將參考圖8解釋配置了在上述的每個實施例中的多個光電轉(zhuǎn)換器件的多傳感器。
在圖8所示的多傳感器中，(在第六實施例的15個芯片上)安裝了在每個實施例中描述的光電轉(zhuǎn)換器件101，101’，101”并共同連接到時鐘CLK和用于驅(qū)動光電轉(zhuǎn)換器件的起始脈沖SP。光電轉(zhuǎn)換器件101，101’，101”分別包含N比特延遲裝置(N比特前移寄存器(preshiftregister))102，102’，102”，每個對應(yīng)于移位寄存器22的K比特移位寄存器103，103’，103”，每個對應(yīng)于光接收單元陣列23的K比特的光接收單元陣列104，104’，104”，定時產(chǎn)生電路105，105’，105”，每個對應(yīng)運放24的信號輸出放大器106，106’，106”。
下一芯片的起動信號從移位寄存器103，103’和103”輸出，經(jīng)過該下一芯片的起動信號線109，109’和109”送到下一光電轉(zhuǎn)換裝置的N比特前移寄存器102，102’和102”。
由時鐘信號CLK驅(qū)動的定時產(chǎn)生電路105，105’，105”和起動脈沖信號SP產(chǎn)生用于驅(qū)動光接收單元陣列104，104’，104”的脈沖，用于驅(qū)動移位寄存器103，103’，103”的驅(qū)動脈沖φ1 107，107’，107”和φ2108，108’，108”。為了使它們的工作起動定時同步，起動脈沖信號SP通常連到各個圖像傳感器的芯片上。
信號輸出放大器106，106’，106”放大從光接收單元陣列104，104’，104”讀出的圖像信號經(jīng)過由來自移位寄存器的移位信號來開/關(guān)的開關(guān)送給信號輸出線。信號輸出放大器106，106’，106”遵照來自定時產(chǎn)生電路105，105’，105”的控制信號輸出信號輸出Vout。注意每個信號輸出放大器106，106’，106”包含一個恒定電流電路，在起動信號輸入的同時供給功率，當接收來自起動信號的N比特時鐘信號時，實行穩(wěn)定放大。
在圖8的多傳感器中配置每個實施例的光電轉(zhuǎn)換器件中，可以為每個光電轉(zhuǎn)換器件配置恒定電流源20，20A，20B或20C。另外地，可共同配置一個恒定電流源(例如，在光接收單元陣列104的第一陣列中)，這能降低生產(chǎn)費用。
在第七實施例中，具有在第六實施例中描述的多傳感器的圖像傳感器(圖像讀取裝置)將參考圖9解釋。
在圖9中的圖像傳感器包含一個透明的支持136，用于用紅，綠和藍光束照射支持136的LED光源135，用于從發(fā)光點聚焦反射光到光接收單元的表面上的圖像的鏡片陣列134，光電轉(zhuǎn)換由鏡片陣列134聚焦的反射光的陶瓷板132上的多傳感器100，為了保護多傳感器100的由硅樹脂或類似的組成的芯片涂覆代理133和外殼137。這些器件被裝備成一個接觸型圖像傳感器。多傳感器100對應(yīng)于圖8所示的多傳感器。
當LED光源135只發(fā)射一個紅光束，在圖9所示的圖像傳感器驅(qū)動多傳感器100去讀光源的紅色信息。隨后，圖像傳感器類似地讀取綠和藍信息，并通過使用例如一個控制單元(未示出)對圖像進行一般處理，合成顏色信息片。相應(yīng)地，圖像傳感器不需任何顏色濾波器就能讀取一個初始顏色。
在第七實施例中，用于第一芯片的由控制單元(未示出)接收的用于控制緊湊的圖像傳感器的驅(qū)動的起始信號SI被用于打開LED光源135。在第15塊芯片上用于移位寄存器的下一芯片的起動信號SO被用于關(guān)閉LED光源135。因此，只有在安裝板132上的所有光電轉(zhuǎn)換器件(圖8中的15)工作時，LED光源135才開。
在不偏離本發(fā)明的精神和范圍下，可以作許多明顯廣泛的不同的本發(fā)明的實施例，應(yīng)該理解，本發(fā)明除了在附后的權(quán)利要求中限定的以外，不僅限于這里所描述的特定的實施例。
權(quán)利要求
1.一種半導體器件，包含一個由至少是第一導電類型的第一區(qū)域和第二導電類型的第二區(qū)域組成的一個控制電路，所述控制電路包括一個半導體部件，其中當由于所述半導體器件的外部干擾引起在第一和第二區(qū)域中的任何一個出現(xiàn)一個電勢變化，將引起一個與電勢變化相反的電勢變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中所述控制電路通過形成第一導電類型的第一區(qū)域的多個PMOS晶體管和構(gòu)成第二導電類型的第二區(qū)域的多個NMOS晶體管組成一個電流鏡像電路，并且所述半導體器件是通過所述電流鏡像電路和與所述電路連接的光電轉(zhuǎn)換電路用作一個光電轉(zhuǎn)換器件。
3.一個半導體電路中，P和N型場效應(yīng)晶體管的漏區(qū)串聯(lián)，所述P型場效應(yīng)晶體管的漏區(qū)連到所述P型場效應(yīng)晶體管的柵區(qū)，其中，在光照射時，在所述N型場效應(yīng)管的漏區(qū)中產(chǎn)生的光電流比在所述P型場效應(yīng)管的漏區(qū)中產(chǎn)生的光電流要大。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的器件，其中所述N型場效應(yīng)管的漏區(qū)有一個比所述P型場效應(yīng)管漏區(qū)的開口面積大的開口面積。
5.一種光電轉(zhuǎn)換器件，包含在權(quán)利要求3中限定的半導體電路和與所述半導體電路相連的光接收單元。
6.一種半導體電路，其中P和N型場效應(yīng)晶體管的漏區(qū)串聯(lián)，所述N型場效應(yīng)晶體管的漏區(qū)連到所述N型場效應(yīng)晶體管的柵區(qū)，其中，在光照射時，在所述P型場效應(yīng)管的漏區(qū)中產(chǎn)生的光電流比在所述N型場效應(yīng)管的漏區(qū)中產(chǎn)生的光電流要大。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的器件，其中所述P型場效應(yīng)管的漏區(qū)有一個比所述N型場效應(yīng)管漏區(qū)的開口面積大的開口面積。
8.一種光電轉(zhuǎn)換器件，包含權(quán)利要求6中限定的半導體電路和與所述半導體電路相連的光接收單元。
9.一種電流鏡像電路，包含一個其中P和N型場效應(yīng)晶體管的漏區(qū)串聯(lián)，所述P型場效應(yīng)晶體管的漏區(qū)連到所述P型場效應(yīng)晶體管的柵區(qū)的半導體電路，和其中所述N型場效應(yīng)晶體管的漏區(qū)連到所述N型場效應(yīng)晶體管的柵區(qū)的半導體電路，其中包含在所述2個半導體電路中的P型場效應(yīng)管的源區(qū)經(jīng)一輸入電源相連，所述P型場效應(yīng)管的柵區(qū)互相連接，包含在所述半導體電路中的N型場效應(yīng)管的柵區(qū)互相連接，所述N型場效應(yīng)管的漏區(qū)有一個比所述P型場效應(yīng)管漏區(qū)的開口面積大的開口面積，所述P型場效應(yīng)管的漏區(qū)有一個比所述N型場效應(yīng)管漏區(qū)的開口面積大的開口面積，并且在光照射時，在所述N型場效應(yīng)管的漏區(qū)中產(chǎn)生的光電流比在所述P型場效應(yīng)管的漏區(qū)中產(chǎn)生的光電流要大，在所述P型場效應(yīng)管的漏區(qū)中產(chǎn)生的光電流比在所述N型場效應(yīng)管的漏區(qū)中產(chǎn)生的光電流要大。
10.一種光電轉(zhuǎn)換器件，包含在權(quán)利要求9中限定的所述電流鏡像電路和連到所述電流鏡像電路的光接收單元。
全文摘要
在由電流鏡像電路驅(qū)動的光電轉(zhuǎn)換器件中，電流鏡像電路是由4個晶體管組成，例如，第一和第二PMOS晶體管和第一和第二NMOS晶體管。配置了一個陰極連到第二PMOS晶體管的漏極上并接收反向偏壓的光電二極管。在光電二極管中產(chǎn)生的電子能阻止與光電二極管相連的節(jié)點的電勢的上升以便即使在光照射時能正常驅(qū)動光電轉(zhuǎn)換器件。
文檔編號H04N5/335GK1617342SQ200410085668
公開日2005年5月18日 申請日期1999年2月15日 優(yōu)先權(quán)日1998年2月20日
發(fā)明者小冢開 申請人:佳能株式會社