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이미지 센서 document_id A220623014988

분류
의약학
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문맥 (context)
본 발명은 이미지 센서에 채용되는 포토다이오드에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는, CCD, 근접 접촉식 이미지 센서 등에 채용되는 포토다이오드에 관한 것이다. 최근에, 일대일 광학 시스템의 근접 접촉식 이미지 센서와, 예컨대, 디지털 카메라, 비디오 카메라 등에 사용되는 적외선 감소 광학 시스템(reduction optical system)을 포함하는 전하 결합 소자(CCD)에 채용되는 광검출기에 대해 왕성한 개발이 이루어지고 있다. 특히, 포토다이오드는 자체 상에 조사되는 광을 전기 신호로 변환시키는 광검출기이다. 포토다이오드를 사용함으로써, 광검출면에 투영되는 이미지가 전기 신호로 변환될 수 있다. 포토다이오드에서의 신호 대 잡음비(SN비)의 향상은 감도의 증가를 위해 중요하고, 후술되는 바와 같이 포토다이오드의 총 접합 커패시턴스를 감소시킴으로써 실현될 수 있다. 도 5(a)는 종래의 포토다이오드의 구성을 설명하는 개략도이고, 광검출면에 수직인 방향으로 포토다이오드의 단면을 도시한다. 종래의 포토다이오드는 캐소드(2), 보조 캐소드(3), 기판(4) 및 애노드(5)를 포함한다. 그러한 구성 요소 중에서, 캐소드(2)와 보조 캐소드(3)가 n형 반도체로 각각 형성되고, 기판(4)과 애노드(5)가 p형 반도체로 각각 형성된다. 더 높은 캐리어(전자) 농도를 제공하기 위해, 보조 캐소드(3)에서 보다 캐소드(2)에서 더 높은 불순물 농도가 설정된다. 그리고, 더 높은 캐리어(홀) 농도를 제공하기 위해, 기판(4)에서 보다 애노드(5)에서 더 높은 불순물 농도가 설정된다. 캐소드(2)와 애노드(5)에서의 더 높은 불순물 농도는 금속으로 만들어진 배선과의 충분한 접촉을 얻기 위함이다. 일반적으로, n형 반도체와 p형 반도체 사이의 접합이 이루어질 때, 홀은 p형 영역으로부터 접합면 상의 n형 영역으로 확산하고, 동시에 전자는 n형 영역으로부터 p형 영역으로 확산하여, 캐리어를 포함하지 않는 영역(공핍층)을 생성하게 된다. 도 5(a)에서는, 공핍층(10)이 점선에 의해 한정된 영역으로 표시된다. 공핍층(10)에는 결정 격자에 양 및 음의 불순물 이온이 유지된 상태로 남아 있고, 양 캐리어가 존재하지 않기 때문에, 커패시터(커패시턴스)가 형성된다. 도 5(b)는 공핍층(10)에 의해 형성된 커패시터를 도시하는 개략도이다. 공핍층(10)에 의해 형성된 커패시터는 p형 반도체와 n형 반도체의 전체 접합 영역을 덮는다. 전체 접합 영역은 보조 캐소드(3)의 하부인 하부 커패시터 영역과, 보조 캐소드(3)의 측면부인 측면 커패시터 영역으로 분리될 수 있다. 커패시터(21)(커패시턴스(Ci))는 하부 커패시터 영역에 대응하고, 커패시터(22)(커패시턴스(Cg))는 측면 커패시터 영역에 대응한다. p형 반도체와 n형 반도체의 (총) 접합 커패시턴스(보조 캐소드(3)와 기판(4)의 총 접합 커패시턴스)는 커패시터(21)와 커패시터(22)의 커패시턴스의 합성과 동일하다. 커패시터(21)와 커패시터(22)는 서로 병렬로 접속되며, 그 접합 커패시턴스(Cs)는 아래 식 (1)로 표현된다. Cs = Cg + Ci (1) 또한, 포토다이오드의 총 다이오드 커패시턴스(Ct)는 접합 커패시턴스(Cs)와 캐소드 배선 커패시턴스(Ch)의 합이며, 따라서 아래의 식 (2)로 표현된다. Ct = Cs + Ch (2) 또한, 포토다이오드의 광검출 전압(Vs)은 광에 의해 유도되는 광전하(Qp)의 크기와 총 다이오드 커패시턴스(Ct)에 의해 결정되고, 따라서 아래의 식 (3)으로 표현된다. Vs = Qp/Ct (3) 식 (3)으로부터 명백해지는 바와 같이, 큰 광전하(Qp) 또는 작은 커패시턴스(Ct)가 SN비를 향상시키기 위해 상승된 광검출 전압(Vs)을 갖는데 필요하다. 일본 공개특허 평11-112006호는 총 접합 커패시턴스(Cs)의 감소가 총 다이오드 커패시턴스(Ct)를 감소시키는 기술을 개시한다. 이 문헌은 총 접합 커패시턴스(Cs)를 감소시키기 위해 캐소드가 더 낮은 불순물 농도를 갖는 보조 캐소드와 함께 포함되는 기술을 개시한다. 캐소드 및 보조 캐소드는 각각 도 5(a) 및 5(b)의 캐소드(2) 및 보조 캐소드(3)에 대응한다. 그러나, 종래의 기술에서는 포토다이오드에서의 SN비를 더욱 향상시키는 것이 요구되어 왔다. 특히, 포토다이오드의 축소(면적 감소)가, 축소된 포토다이오드에도 적용될 수 있는 충분한 SN비를 달성하는 기술에 대한 요구를 점진적으로 상승시키고 있다.
지시문 (instruction)
주어진 원문을 읽고 필요한 정보를 파악하여, 원문에 근거해 질문에 답하라.
질문 (question)
포토다이오드에서 신호 대 잡음비(SN비)를 향상시키기 위해 상승된 광검출 전압(Vs)을 확보하려면 어떤 조건이 충족되어야 하는가?
추론 과정 (compact_reasoning)
  1. 1과제 해석task_interpretation

    SN비 향상을 위한 광검출 전압(Vs) 상승의 필요 조건을 파악한다.

    • 큰 광전하(Qp) 또는 작은 커패시턴스(Ct)가 SN비를 향상시키기 위해 상승된 광검출 전압(Vs)을 갖는데 필요하다.
  2. 2정보 추출information_extraction

    광검출 전압(Vs)을 결정하는 수식과 변수 간의 관계를 추출한다.

    • Vs = Qp/Ct
  3. 3근거 선택evidence_selection

    Vs를 높이기 위한 변수 Qp와 Ct의 관계를 명시한 문장을 선택한다.

    • 큰 광전하(Qp) 또는 작은 커패시턴스(Ct)가 SN비를 향상시키기 위해 상승된 광검출 전압(Vs)을 갖는데 필요하다.
  4. 4논리 통합logical_integration

    수식 Vs = Qp/Ct에 따라 분자인 Qp가 커지거나 분모인 Ct가 작아지면 Vs가 커진다는 논리를 통합한다.

  5. 5결론 도출conclusion_formulation

    SN비 향상을 위한 조건은 큰 광전하(Qp)를 갖거나 작은 총 다이오드 커패시턴스(Ct)를 갖는 것임을 도출한다.

    • 큰 광전하(Qp) 또는 작은 커패시턴스(Ct)가 SN비를 향상시키기 위해 상승된 광검출 전압(Vs)을 갖는데 필요하다.
  6. 6답변 생성answer_generation

    질문에 대해 명확한 조건을 기술한다.

    • 큰 광전하(Qp) 또는 작은 커패시턴스(Ct)
최종 답변 (final_answer)
포토다이오드의 신호 대 잡음비(SN비)를 향상시키기 위해 상승된 광검출 전압(Vs)을 확보하려면, 큰 광전하(Qp)를 갖거나 작은 총 다이오드 커패시턴스(Ct)를 갖는 조건이 충족되어야 한다.
핵심 해석 (core_interpretation)
포토다이오드의 SN비를 향상시키기 위해 상승된 광검출 전압(Vs)을 확보하려면 큰 광전하(Qp) 또는 작은 총 다이오드 커패시턴스(Ct)가 요구된다.