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index003_PPD_and_HAD_are_the_same_thing.html
hagiwara-yoshiaki@aiplab.com
（３） the pinned photo diode と Sony original HAD sensorは同じもの
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毎朝６時前から１時間、自宅のそばの小川沿いや野道を Walking。
毎朝、健康のために、妻と萩原は歩いています。
その時に萩原が撮った写真と妻の絵手紙です。
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「賢い電子の目」が、その発明者である、もとＳＯＮＹの萩原良昭を見ています。
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70歳のじじいのつぶやきです（笑顔）.
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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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（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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（３） the pinned photo diode と Sony original HAD sensorは同じもの
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Hagiwara at Sony is the true inventor of Pinned Photo Diode.
この話は、1975年26歳の時でSONY中央研究所に勤務していた時に萩原が発明した、
超高感度、低雑音、低暗電流で残像なしの高性能半導体受光素子構造の話である。
具体的には、P+NPNsub 接合構造を持つ thyristor 型の高性能受光素子の話である。
萩原1975年発明（Hagiwara Diode)は、サイリスタ―型 (P+NPNsub接合）の受光
構造なので、いろいろなサイリスタ―の動作（周知情報）が期待できる。組み込み型の
ＶＯＦの実現が可能なことも容易に推察される。 その周知の動作原理に関しては、
構造特許としているので、その詳細な動作原理の説明は省略している。
あくまで構造特許として重要である。
上図からも明らかな様に、サイリスタ―は２つのトランジスタの複合構造であり、
また、トランジスタ―は２つのダイオードの複合構造体である。
このP+NPNsub接合構造のサイリスタ―型の受光構造( Hagiwara Diode ）特許、
萩原の1975年発明は、pinned photo diodeをも含む、強力な半導体受光素子
構造に関する特許である。また、この萩原が1975年に発明した、このP+NPNsub
接合構造のサイリスタ―型の受光構造は、SONYでは、 SONY original HAD
image sensor 商標名で登録され、世界中に事業展開され市場を独占した。
萩原1975年特許の特許請求範囲を記述した文章が定義した構造図を示す。
萩原1975特許( Hagiwara Diodeの発明 ) の派生構造の具体的な応用例として、
下の図に３つの例を示している。この３つの例は、あくまで例であり、萩原1975年
発明の特許の特許請求範囲を制約するものではない。特許請求範囲に示された
内容はいろいろな派生構造、たとえば隣接するCTD（電荷転送素子）に関しては、
ＣＣＤだけでなく、過去の classis MOS image sensor をも含み、また、現在市場を
独占している、 超高感度で、高性能な digital CMOS image sensor をも可能に
した、強力な基本特許である。
現在市場を独占している、 超高感度で、高性能な digital CMOS image sensor
の実現を可能にしたのも、萩原1975年発明の特許( Hagiwara Diode )である。今、
この萩原1975年発明の特許( Hagiwara Diode )は、世界では pinned photo diode
と呼ばれ、 SONYでは 「SONY original HAD sensor 」 搭載の digital CMOS
image sensor とも呼ばれる。
萩原1975特許 ( P+NPNsub 接合型受光素子 Hagiwara Diode ) の
具体的な応用例(実施図）として、下の図に ３つの例を示している。
萩原1975特許( Hagiwara Diodeの発明 ) の派生構造、すなわち具体的な応用例を
上の図の３つの実施例を含めて、以下にその詳細について説明する。
●実施例(1)
萩原1975年特許（Hagiwara Diode) の実施例の図５に記載されたもの。
BOX で囲まれた PNP 接合構造、すなわち、ＰＮＰトランジスタ構造であるが、
しかし、これは dynamic 動作をする新規なＰＮＰトランジスタ動作で、従来の
static動作のトランジスタ電流増幅動作ではなく、ＣＣＤ動作が MOS容量の
dynamic 動作と位置付けられる様に、この発明は、 PNP 接合構造、すなわち、
ＰＮＰトランジスタ構造の新規な dynamic 接合容量動作を提案したものである。
その特徴は半導体界面が P+領域( emitter 端子の濃度）となっており、電圧が
固定( pin 留め）されており、 pinned photo diodeの概念を初めて図示したもの
である。また、電圧が外部で固定化されているので、半導体界面には電界が
かからないので、埋め込みチャネルＣＣＤの半導体界面とは違って、界面電界
により発生する暗電流が、このＰＮＰ接合構造の受光素子では極端に少なくなる。
このＰＮＰ構造の受光素子が超高感度でかつ低雑音を実現していることを、
萩原のチームは、世界で初めて、1978年に報告している。
Reference :
Proceddings of the 10th Conference on Slide State Devices, Tokyo 1978;
Japanese Journal of Applied Physics, Volume 18 (1979)
Supplement 18-1, PP.335-340
また、その萩原の成果 （世界で最初の pinned photo diodeの発明と
その原理試作の報告）が注目され、英国 Scotland の Edinburgh で開催の
CCD79 国際会議で萩原は招待講演を受けた。当時はまだ、
pinned photo diodeの名称は使われていなかったが、これが日本国外で、
世界で最初の国際会議での報告でした。このことは、当時の英国の報道誌にも
「ＳＯＮＹが世界で単独がんばっている」と報告された。
1979年9月（31歳)当初の萩原のＳＯＮＹでのＣＣＤ開発活動の報告でした。
なかなか、CCD image sensorが、当時の半導体 silicon chip が大口径で
かつプロセスが複雑で、ものにならなく苦労していた時代でした、開発研究を
あきらめる企業が目立った頃の話です。
世の中は、「ソニーだけが頑張っているなあ」という応援の目と、本当に実用化
できるのかという静観の目でイメジャー素子の実用に関しては先がまだまだ
見えない頃でした。
英国ScotlandのEdingburgh大学で開催された国際会議 CCD'79 で発表したものです。
"ADVANCES in CCD Imagers"by Yoshiaki Hagiwara, SONY @ CCD'79
世界が ＣＣＤ image sensorの開発を飽きられつつある状態の中で、
ＳＯＮＹだけが単独で頑張っている印象を与えた。
この後、松下も日電もＣＣＤ関連の研究開発を続々学会発表し、
世界が ＣＣＤ image sensorの開発が再び活性化された。
受光部に、金属コンタクト（文字通りのピン留めされたP+端子）をつけたもので、
pinned photo diode 構造として垂直ＯＦＤ機能を持たせた実施例(1975)である。
ピン留めさらた photo diode を文字通り英語で、pinned photo diodeという。
従って、この萩原の1975年特許の実施例（具体的な応用例の１つ）が、pinned
photo diode の発明の原点( origin ) である。ピン留めされているということは
その表面のP層が浮遊（ floating ）状態ではなく、外部電圧で制御されて固定
されているいることを意味する。その電圧の値は自由に固定値に設定が可能
ということである。従って、基板（Psub) の電圧 (GND 電圧）でもいいことになる。
この場合は、表面のP層と基板（Psub) させてもいいことになる。この場合は、
1975年発明の萩原特許( Hagiwara Diode ）の特殊な実施例、すなわち、具体
的な例の１つである。従って、1975年の萩原特許( Hagiwara Diode ）の発明
の中に含まれる。この場合は、金属コンタクトが不要であることも自明である。
上の図の1975年発明の受光構造( Hagiwara Diode ）の特殊実施例（２）は、
1978年にSONYが FT 型 CCD image sensorに搭載された 受光素子構造
である。これを、萩原1975年発明の受光構造( Hagiwara Diode ）を現在では、
世界一般では pinned photo diode 、 SONYでは Sony original HAD と呼ぶ。
この受光構造は今でも 裏面照射型、超感度、低雑音、低暗電流で、残像なしの
SONY original HAD 搭載、digital CMOS image sensor として採用されている。
ＳＯＮＹ内部でも萩原1975年特許の主旨（正確な公式の特許請求文）を理解して
いないＣＣＤ開発担当の管理職も、上図の実施例（１）が萩原特許そのものと
勘違いしていた。この萩原特許そのものを、使いものにならないとけなした。
その将来性を見抜くことができなかった。
Fossum の2014年の fake 論文の中でも、同じ間違った主張を繰り返している。
明らかに、Fossum は 萩原発明の1975年特許の日本語の正確な特許請求文
を読んでいない。少なくとも、理解していない。
この構造例はあくまで実施例であり、特許の請求範囲には、「金属コンタクトを
各絵素構造に 1 つ個ずつ装備することを特徴とする。」 とは萩原は一言も
書いていない。
この構造が、製造可能かどうかは別の話として、構造特許の有効性の説明
には使える。これは Hagiwara Diodeが built-in OFD 機能を持つことを
示唆した実施例（１）である。
実際には もともと サイリスタ―型 (P+NPNsub接合）の受光構造なので、
他にもいろいろなサイリスタ―の動作原理を応用して組み込み型のＶＯＦ
の実現が可能なことは容易に推察されるが、動作原理に関しては構造特許
としているので、その詳細な動作原理には触れていないが、あくまで構造
特許として重要である。
このサイリスタ―型 (P+NPNsub接合）の受光構造が、pinned photo diode
をも含んだ、強力な構造特許であることは、その特許請求文が簡潔で明解
であることからも理解できる。サイリスタ―は２つのトランジスタの複合構造
であり、また、トランジスタ―が２つのダイオードの複合構造体であることは
自明である。
従って、 pinned photo diodeも、この萩原1975特許の発明に含まれる。
萩原1975特許は、pinned photo diode 意外にもいろいろな機能を装備した
強力な基本特許でいろいろな応用実施例にその特許請求権利が及ぶもの
である。
昔の Sony original HAD sensor 搭載の digital CCD image sensor の場合
だけでなく、現在、市場を独占している、 modern digital CMOS image sensor
においても、1975年萩原が26歳の時にSONYで発明した半導体受光素子構造
(Hagiwara Diode)は、Sony では Sony original HAD sensor と呼ばれ、他社
では、 pinned photo diodeと呼ばれ、名称は各社マチマチだが、同じもので、
超感度で、低雑音、低暗電流、さらに残像のない Hagiwara Diode は、世界中
の固体撮像素子の受光部として今も生きている。
●実施例(2) 1978年原理試作した P+N-Psub 型のHagiwara Diodeの実施図。
Frame Transfer型CCDの受光部として採用された P+NP junction 型で、
表面のP+と基板のPsubが導通した pinned photo diode構造(1978)。
超感度を実現できたのは、酸化膜で保護され、光が透過することが
できる受光構造であるからである。CCD自体は光感度は良くない。
感度向上のために、Hagiwara Diodeは不可欠である。さらに裏面照射型に
してさらなる感度向上の努力が超高感度 CMOS image sensorを可能にした。
裏面照射型のCCD image sensorの開発歴史は古いが、CCDは本質的にsmear が
ひどく不完全だった。萩原も中研時代、裏面照射型のCCD image sensorについて
の米国の技術文献を参考にして、裏面照射型のHagiwara Diode搭載のFT型CCD
のOne chip カラーカメラの為のＣＣＤ構造の検討 ( SONY中研 R-76206 ）をした
が、ＣＣＤは smear が多くで、失敗に終わっている。しかし、現在、ＳＯＮＹの若い
技術者は、裏面照射技術をあきらめることなく、CMOS image sensorに応用して、
今までにない、 超高感度 CMOS image sensor を実現することに成功している。
このＳＯＮＹの超高感度 CMOS image sensor 中にも、1978年に初めて萩原が
原理試作動作を確認した Hagiwara Diode 、 今のSONY original HAD sensor
であり、かつ世界では pinned photo diode と呼ばれる 高性能高感度の半導体
受光素子構造は採用されて活躍している。
この後、1978年のHagiwara Diode 搭載の FT image sensorの原理試作
動作の確認後、透明電極を使うものと比べれば比較的簡単であるので、
萩原は 萩原1975年の実施例にも記載されている様に、
Interline 方式のCCDで 表面のP+と基板のPsubが導通した
pinned photo diode構造の受光部を採用することを提案した。
透明電極を使うと熱工程がその後入らず、欠陥が熱補正できなくなり、
無傷の完全な CCDを量産することは難しいと萩原は否定的だった。
しかし、SONY 開発部隊のTOPには理解されず、簡単に却下され、
もうこれ以上寄り道はできないと部隊の全力を1つに投入すべきとなり、
萩原1人で頑固に検討を始めようとしたが、チームワークを乱すものと
として、最終的に首になった。その代わりは萩原は別のすばらしい仕事
の機会をもらった。デジカメの実現に不可欠な高速 Cache SRAM chip
の開発プロジェクトが発足し、そのリーダーとして萩原は担当することに
なり、CCD開発部隊からは事実上、首になりCCD開発から完全に抜けた。
ライバルの日立やNECは、大門(萩原の旧姓）が抜けたと喜んだ。
「これでＳＯＮＹに勝った！」と喜びの声がライバル他社から萩原にも
聞こえてきた時は、萩原はたいへん悲しかった。不幸の始まりだった。
●実施例(3) Hagiwara Diode を採用したもう１つのFT 型CCD構造図
1979年に Hynecekが発明した Virtual Phase CCD 構造の受光部に採用された
pinned photo diode 構造である。Hynecekは表面のP+層の濃度をさらにあげて、
電位バリアの方向性を設け、信号電荷が、ＣＣＤ型転送部に完全空乏化電荷
転送することを実現していたもので、Hynecekの発明である。萩原1975年特許
構造を採用して、さらに発展させた派生構造の、Hynecekの新しい発明である。
ここで、萩原は 「Virtual Phase CCD を萩原の発明だ。」とは言っていない。
Fossum 2014年の大ウソつきの fake 論文は、ここでも、 うそを書いている。
Fossum 2014年 fake 論文は、いろいろとある事ない事を非常にバイアスした
記述で、嘘を混ぜて、SONYと萩原を侮辱している。
●実施例(4) P+N-Psub 型の Hagiwara Diode を採用した ITL型CCD構造図
NECの寺西の IEDM1982での発表は、萩原の発明の(1)と(2)を組み合わせた
形である、P+NP junction 型で、表面のP+と基板のPsubが導通した pinned
photo diode 構造を採用した Interline 型CCD imager を発表した。
従来の ITL型 CCDにもHagiwara Diodeが適応できることは、すでに1975年の
萩原特許での実施例図２でも描いており、1982年では周知の情報である。
このNECの寺西の IEDM1982の発表は、完全な萩原1975年特許の copy である。
その受光構造の pinned photo diode は、その部分だけを見ると、1978年に
萩原が原理試作に成功した、Frame Transfer型CCDの受光部として採用された
P+NP junction 型で、 表面のP+と基板のPsubが導通した pinned photo
diode構造(1978) と全く同じ構造をしたものである。従って、NECの寺西の
IEDM1982での発表のは、萩原の1975年発明の pinned photo diode構造
の copy であると言える。下図参照。まったく同じ構造図である。萩原1975年
特許はすでに 1978年には公開特許となり、SONYのライバルだったＮＥＣの
技術者も見ているはずである。
そして、1978年には同時に FT 型ＣＣＤ image sensor での pinned photo
diode型の受光部を採用した、超感度 CCD image sensor を、SONYの岩間
社長が東京で、盛田会長がNew Yorkで同時記者会見して、大きく、次世代の
ビデオカメラ市場の幕開けを宣言した。これが Hagiwara Diode （ pinned
photo diode ）を搭載した、低雑音、低暗電流、超感度、残像なしの digital
CCD image sensor の幕開けであり、さらに現在も Hagiwara Diode （ pinned
photo diode ）を搭載した、さらに高性能な、低雑音、低暗電流、超感度、
残像なしの digital CMOS image sensor を実現している。
ここでも、Fossum 2014年 fake 論文 は、 「もと NECの寺西が IEDM 1982
で発明したものが、pinne photo diodeの最初の発明だ。」と、虚論を述べている。
Fossum 2014年の大ウソつきの fake 論文は、 ここでも、うそを書いている。
1975年の萩原特許の詳細をまったく知らない人たちをだましている。
萩原1975年特許の存在とその詳細明解な特許請求文を理解すれば、
Fossum 2014年論文が 虚論( fake ) であることが即理由が理解できる。
Fossum 2014年 fake 論文は、いろいろと、ある事ない事を非常に偏見
を持った、バイアスした記述で、嘘を混ぜて、SONYと萩原を侮辱している。
これら４つの実施例は、萩原が 1975年に発明した Hagiwara Diode 、
すなわち、のちに pinned photo diode と呼ばれるものを採用した
実施例(派生copy) である。あくまで、pinned photo diodeの発明は、
1975年の萩原特許によるものである。
いずれにせよ、 ＳＯＮＹの萩原が pinned photo diodeの本当の発明者である。
NEC Teranish IEDM1982 application was just a copy of Hagiwara 1975 patent.
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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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毎朝、健康のために、妻と萩原は歩いています。
その時に萩原が撮った写真と妻の絵手紙です。
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「賢い電子の目」が、その発明者である、もとＳＯＮＹの萩原良昭を見ています。
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ISBN 978-4-88359-339-2 C3055
本体 9000円＋税
Ｂ５サイズ 上製 475ページ （ハードカバー）
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書籍の出版社の紹介
TEL: 042-765-6460(代) 青山社
https://www.seizansha.co.jp/ISBN/ISBN978-4-88359-339-2.html
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内容紹介
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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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