誰にでもわかるイメージセンサーに使うピクセル構造

はじめに

　今回はイメージセンサーに焦点を当てて見ようと思います。と言っても回路構造などではなく、一番重要なピクセルの部分です。よく考えるとLogic回路で使用されている通常のトランジスタと何ら変わらないコンセプトです。少し特殊な構造をしているだけでそれが何故必要かを理解すれば何も恐ることはありません!!
　以前にプロセス技術に関しては説明しておりますので、そちらと合わせて読んでいただけると理解が深まるかと思います。

自己紹介

　日本の大学でPhDを取得し、日本の会社に就職するも会社の方針転換で一年も経たずに外部に出向し、先行きが見えないため別の日本企業に転職。なぜか転勤族になり西の方に移住。英語を勉強して外資系に転職しVISAをサポートしていただきUSに移住。その後GCを取得しBay Areaの大手テック企業に転職して今にいたります。専門は半導体のプロセス設計です。
　半導体に関する記事等はこちらに集約しておりますので、ご参考までにリンクを貼っておきます。一部有料ですが作者のお茶代と思ってください。

半導体が好きになる｜USAEng｜note

プレーナー型トランジスタから始めよう

　今回はピクセル構造でかなり特殊な構造になっているフォトダイオードとトランスファーゲートの部分に焦点を当てて紹介していきます。他のトランジスタ部分はそこまで複雑なものではないので今回は説明しません。

　わかりやすいように、ステップを追って説明していこうと思います。それぞれのステップで重要なところを説明して理解が深まるように工夫しています。それではステップの紹介です。

1. プレーなー型トランジスタの平面図

2. Source部分(電子供給)をフォトダイオードに置換

3. フォトダイオード表面をPassivateしてPinned Photoダイオードにする

4. 転送しやすいように深さ方向に対してプロファイルを調整

5. オーバーフローパスを形成

　なんとたった4stepで理解できます。まぁ実際はこれらに追加してノウハウ的なものが沢山あるのでこれだけでは完成しませんが。。。

　一番最初のとっかかり部分です。

プレーナー型トランジスタ

　通常はSourceから電子が供給され、Gate部分で電子の流れを制御しDrainに流すというのが一般的です。ここで重要なのがフォトダイオードが電子を供給するためSourceは不要になります。またDrainは常に接続していると電子が幾つフォトダイオードで生成されたかわからなくなるので、一度リセットして電位を決めた後は電源から切り離してFloatingにします。ここが始まり点となります。