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The AIPS ( Artificial Intelligent Partner System ) Home Page 032
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（１） Introduction
（２） Sony original HAD sensor の背景
（３） the pinned photo diode と Sony original HAD sensorは同じもの
（４） 萩原良昭の自己紹介と活動報告
（５） 萩原1975年出願特許（ Hagiwara Diode の発明）のお話
（６） 米国 Fairchild社とＳＯＮＹの特許戦争について
（７） ＮＥＣ日電とＳＯＮＹの特許戦争について
（８） Fossum 2014年 Fake 論文について
（９） まとめ
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（２） Sony original HAD sensor の背景
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これは SONY original HAD sensor ( pinned photo diode ) の発明者のお話です。
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まずは、SONYの商標、 SONY original HAD sensor について紹介します。
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https://en.wikipedia.org/wiki/HAD_CCD
https://www.ptgrey.com/exview-had-ccd-ii-sensor-technology
https://en.wikipedia.org/wiki/Hole_accumulation_diode
https://www.sony.net/SonyInfo/News/Press_Archive/200002/00-007/
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SONY original HAD sensor は、世界では一般には別名で、
pinned photo diode とも呼ばれる半導体受光素子のことです。
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もとSONYの萩原良昭が1975年特許発明したHagiwara Diodeのことです。
1969年に発明されたＣＣＤ image sensor は世界で初めて完全電荷転送を
可能にし、残像のない映像を初めて可能にしました。それまでの MOS
imager も BBD 型の image sensor も電荷蓄積部が濃度の高い N+の
拡散層を採用しておりその拡散層を低電圧で完全空乏化電荷転送を実現
することは不可能でした。しかし、ＣＣＤの発明は、完全空乏化電荷転送を
可能にしました。実際は 99.999％の精度での完全電荷転送で、今では
それでも充分でないことがわかりましたが、1970年当時としては最高の
すばらしい数値でした。それが評価され、ＣＣＤの発明者( 米国ベル研の
Boyle と Smith ）はノーベル賞を受賞しました。
表面型ＣＣＤは改良され、埋め込み型ＣＣＤも完全空乏化電荷転送が可能と
なりました。その理由は、埋め込み層の濃度（Ｎ）を薄くし、完全空乏化電荷
転送を可能にしたからです。
1975年、当時ＳＯＮＹ勤務だった萩原はその薄くした埋め込み層の濃度（Ｎ）
に着目し、世界で初めて、ＣＣＤでなくても従来のＭＯＳ型のimage sensorでも
電荷蓄積部の濃度を、埋め込み型ＣＣＤの埋め込み層と同じ濃度にすること
により完全空乏化電荷転送が可能であることに注目し、萩原1975年特許で
Hagiwara Diode １９７５を 発明し、その特許の実施例、その1つの応用例の
図の中に the empty potential well の電位図に世界で初めて描きました。
1975年には既にＣＣＤの the empty potential well の電位図の物理的は意味
は周知でした。すなわち、ＣＣＤの the empty potential well の電位図は、
完全空乏化電荷転送の結果で、残像なしの映像をＣＣＤが提供するという
すばらしい特徴をＣＣＤが持っていることは周知でした。
See Fig.53 in p.425 of Physics of Semiconductor devices
by Prof.S.M.Sze, 2nd Edition ISBN 0-471-05661-8
for the detailes of (a)BCCD (b)Enerygy band for an empty
potential well and (c) Energy band when a signal packet
is present. See also D.C.Burt, " Basic Operation of Charge
Coupled Devices," Int. Conf. Technol. Appl. CCD,
University of Edingburgh, 1974, p.1 .
萩原は1975年発明の特許の Hagiwara Diode ，すなわち、
現在世界で pinned photo diodeの受光構造でも、ＣＣＤ型の
受光構造だけでなく、the empty potential well が実現可能で
あることを世界で初めて1975年に特許の中で明らかにしました。
NECとＳＯＮＹの特許戦争でもこのthe empty potential well の論点が最大の課題
となりました。萩原が動作に関する記述はKnowHow に所属するのでできるだけ
記述説明を除外せよとの当時のＣＣＤ開発ＴＯＰやそれに従る特許部のＳｔａｆｆの
アドバイスにも抵抗して萩原が「これだけは重要だ」と主張した、この完全空乏化
電荷転送の電位ポテンシャル図の存在のお蔭で、ＳＯＮＹとＮＥＣの特許戦争で、
ＳＯＮＹが勝利できた。これは 萩原が1975年に発明した Hagiwara Diode が、
先行特許構造であることの証拠となった。逆にＮＥＣの寺西特許は萩原が1975年に
発明した Hagiwara Diodeのコピーであることを証明したことになった。すなわち、
萩原が pinned photo diodeの本当の発明者であることの証拠でもある。
Hagiwara Diodeの特許1975の図６に萩原が描いたthe empty potential well は、
完全空乏化電荷転送の結果、電荷蓄積部が完全に空になっていることを意味し、
それは action picture など高速撮像に不可欠な残像なしの映像を可能にします。
萩原は1975年にすでに Hagiwara Diode ，すなわち、現在世界で pinned photo
diodeと呼ばれる受光構造でも、「残像なし」というすばらしい特徴を持っていること
を示唆した明らかな証拠です。
この事実は理解するには、半導体物理と半導体素子の動作原理をしっかり
学習し理解する必要があります。
たいへん難しい概念ですが、バケツに入っている水をすべて掃き出せば、
バケツの形状だけが見えることのたとえで、半導体物理原理により、
半導体の受光部のバケツの形状がこの the empty potential well の形状
となることを萩原は1975年の特許の図６に世界で初めて描き明らかにしました。
この萩原が世界で初めて1975年に萩原特許の実施例図６に描いた、
pinned photo diode ( P+NPsub junction sensor ) の
the empty potential well の電位図が、もと1975年ＳＯＮＹの萩原が
the pinned photo diode の本当の発明者であることの証拠であります。
萩原1975年の発明はＣＣＤだけでなく、Hagiwara Diode のちに世界一般に
pinned photo diodeも 完全空乏化電荷転送の結果で、残像なしの映像を
可能にすることを、 もとＳＯＮＹの萩原は1975年の日本語特許の図６に
世界で初めて示唆しました。 従って、pinned photo diodeは ＳＯＮＹの
固有の発明で、発明者は当時26歳のもとＳＯＮＹの萩原良昭です。
萩原1975年の特許の実施図の第５図には、 1 bit の絵素ごとに金属コンタクトがあり、
これが製造上非現実的であると、ＳＯＮＹ社内でも非難を受け、採用されることはあり
ませんでした。しかし、萩原1975年の特許の請求範囲はもっと普遍的な文章記述で
Hagiwara Diodeの受光構造を以下の様に定義しています。
この1975年の萩原特許で定義された Hagiwara Diode は、ＣＣＤ型とＭＯＳ型の両方の
image sensor 方式にも適応可能で、実施例図２に提示されている様に、 ＩＬＴ方式の
CCD image sensor にも応用が可能としている、萩原1975年特許のHagiwara Diode
そのものをＮＥＣの寺西は IEDM1982 で ILT CCD image sensor に応用し発表した。
これを世界は最初の pinned photo diode の発明と誤解した。しかし、ＮＥＣの寺西が、
IEDM1982 で発表した、 ILT CCD image sensor に採用した buried photo diode は、
その論文に提示された受光構造を見ると、明らかに萩原が1975年に発明した受光構造
と全くの同一構造のものである。 萩原1975年発明のHagiwara Diodeそのものである。
1975年にＳＯＮＹの萩原が発明した Hagiwara Diode（ＨＡＤ）は、デジカメ、すなわち、
digital CCD image sensor やdigital CMOS image sensorにも不可欠な受光素子です。
このHagiwara Diodeが超高感度・低雑音・残像のないデジカメを可能にしました。
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萩原1975年特許 ( pinned photo diode Patent 1975) の解説
萩原1975年特許 ( pinned photo diode Patent 1975) の原文
萩原1975年特許( pinned photo diode Patnet 1975 )の画像
https://patents.justia.com/inventor/yoshiaki-hagiwara
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このHagiwara Diode、別名 pinned photo diode、Sony では Sony original
HAD と呼ばれるものです。この超高感度・残像なしを実現した受光素子を、
萩原は1975年に特許発明しました。しかし、競合他社とのその特許権利の
問題で長い間、特許戦争が生じ、要約ＳＯＮＹの勝利が確定した2001年に
なってやっとその功績が社内で認められました。その評価が 26年もの歳月
がかかった背景には深い理由がありました。これはそのお話です。
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米国Fairchild社と Sony original HAD sensor （ Hagiwara Diode 1975 ) との
１０年間にもわたる長い苦しかった特許戦争(１９９１～２０００）の終結でした。
この特許戦争での陰の最大の功労者で、SONY側所属特許の発明者の萩原は、
大賀会長、出井社長をはじめ多くの当時のＳＯＮＹ幹部から慰労の言葉をもらった。
Sony original HAD sensor （ Hagiwara Diode 1975 ) は、こうしてその誇りある
SONY original Brand を守ってきました。Sony HAD sensorがSONY独自の創意
工夫で実現した、SONYの固有発明であることは、ＳＯＮＹ社員全員が断言します。
ＳＯＮＹの創意工夫努力は萩原だけでない。過去には地道な ＭＣＺ waferの開発
から始まり、苦労を共にし助けてくれた多くの技術者、川名・加藤・安藤・岡田・
狩野・阿部・松本・神戸・鈴木とも・上田を中心としたプロセス開発部隊や、萩原の
上司・先輩・同僚の、越智・山崎・粂沢・橋本・岡沢・山中・西村・名雲の皆さんや、
竹下・奈良部・浜崎・石川・米本・角ほか多くの、萩原設計・評価技術を継承して、
さらに発展してくれた後輩ＳＯＮＹ社員の努力と創意工夫により実現したものである。
その中でも、初期のパイオニア開発者として、また、この最大の特許戦争での
功労者として、その発明者の萩原はＳＯＮＹでやっと、1975年発明の萩原自称の、
Hagiwara Diode 、すなわち世界一般では、pinned photo diode と呼ばれ、また、
SONYでは SONY original HAD sensor と呼ばれる、高性能超感度の半導体
受光素子構造の基本特許出願の発明者として、萩原は2001年4月、やっと、
2001年1月に特許戦争が米国最高裁判所の判決でＳＯＮＹの勝利が確定して、
ＳＯＮＹで特許褒賞を受けることができた。たいへん長い闘いだった。その苦労
を知るＳＯＮＹ社内の技術者はほとんど存在しない。多くの社員は黙々とその
生産と商品展開に努力工夫し励んでいた。彼らのお蔭でものができ世に出せた。
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これは70歳じじいのぶつぶつぼやきの独り言でした。
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The AIPS image sensor watching at its inventor, Yoshiaki Hagiwara.
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