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The AIPS ( Artificial Intelligent Partner System ) Home Page 201b

　　　　　　　　　　 　 hagiwara-yoshiaki@aiplab.com

　　　　　　　　　 　Return to　 http://www.aiplab.com/
　　　　　　　　　 　　　　　　　

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See also ElectronicsStackExchangeSite on "What is Pinned Photo Diode ? "

Pinned Photo Diode was invented by Hagiwara of Sony in 1975 (PDF)

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　　　　Hagiwara is the true inventor of the pinned photo diode

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　　　　　　ＳＯＮＹ　HAD sensor の特許戦争の秘話

　　　 　The evience of the fact that Hagiwara invented pinned photo diode
　

　　　　　　　　　　The world does not know that

　　the　ＳＯＮＹ　original HAD sensor and the pinned diode

　　　　　　　　 　　　are the SAME thing.

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Corrections Rquested in Fossum 2014 Fake Paper


Fossum 2014 Fake Paper.html













　　The the Pinned photo diode seen in Fossum 2014 paper is

　　　　　　　　　shown above is the same as

　　　　　　Ｓony original HAD sensor invented by Hagiwara,

　　　　　　which has five important characteristics:

　　　　　（１）　Complete Charge Transfer( no image lag )

　　　　　（２）　No CkT noise

　　　　　（３）　No trap noise

　　　　　(4) 　　High Light Sensitivity

　　　　　(5) 　　built-in vertical overflow drain (VOD)






　　　　Fossum did not understand the device physics of

　　　　　photo sensing image sensor device structure and

　　　　　missed the most imporant elecron potential curve

　　　　　　of the empty potential well in the buried N layer

　　　　　　of P+NPNsub photo sensing structure invented

　　　　　　by Hagiwara in 1974.　See Fig.6B below.




　　　　　　And Fossum missed and did not see

　　　　　　　　the empty potential curve, which implies

　　　　　　　complete charge transfer for the N layer,

　　　　　　and made a wrong conclusion that

　　　　　　　　Hagiwara 1975 invention does not have

　　　　　　the complete charge transfer characteristics,

　　　　　　and　is not the pinned photo diode sensor,

　　　　　　which misled Fossum to conclude that

　　　　　　Teranishi in NEC is the prime inventor of

　　　　　　 pinned photo sensor、which is not true.

　　　　　　
　　　　　　If only Fossum had seen the empty potential well,

　 　in Hagiwara 1974 patent, he would have concluded that

　so indeed, Hagiwara is the inventor of the pinned photo diode.


　　　 Now the truth is, Hagiwara at age 26 at Sony is

　　　　the prime inventor of pinned photo sensor.
　　　
　　　　　　　　　　　
　　　　　　　This is a fact as explained below.



　　　　　　　


　　　　Sony original HAD image sensors is based on

　　　　　the invention of Hagiwara at Sony in 1975.

　The world does not know that Sony original HAD sensor

　　 　and pinned photo diode are the same thing .

　　Hagiwara at Sony invented the pinned diode 1975.



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●先週まで、勉強不足でpinned photo diodeのことを知りませんでした（大涙）


　　実は、 萩原良昭がSONYで1975年に


　　　　 特許出願した構造体(P+NPNsub)は

　　　 pinned photo diode と同一構造体でした !



●従って、 pinned photo diode の発明者はSonyの萩原良昭となります。

　　




萩原良昭がSONYで　1975年に特許出願した構造体には

以下の少なくとも４つの特徴が、特許に添付した実施例の

図５と図６から読み取れます。


Pinned photo diodeは萩原が1975年に出願した構造体と
全く同じものです。

従って、 Pinned photo diodeは　

ＳＯＮＹ　の発明であり、萩原の発明です。


Pinned photo diode も以下の特徴で定義される受光素子です。




（１）ＳＯＮＹ　original ＨＡＤ　sensor は超感度である。　


萩原の発明特許１９７５のHAD構造体に見られる様に、

　　top の　P+層の上部はSiO2(ガラス）で光が充分通過する。

　　ＣＣＤのＭＯＳ容量体のような金属層がない構造にできる。


（２）ＳＯＮＹ　original ＨＡＤ　sensor は低雑音である。　　　　



萩原の発明特許１９７５のHAD構造体に見られる様に、

　 半導体と酸化膜の境界にある界面準位から離れた転送

　　路（Ｎ層の中）で信号電子は蓄積＆転送される。

　　その結果、界面準位による雑音がなくなる。　　　　



（３）ＳＯＮＹ　original ＨＡＤ　sensor には残像がない。


添付の図６ＢのＮ層の　empty potential well の曲線は萩原が

1975年に　世界で初めて描いものです。こんなことで、今世の中が

さわがしくなり、寺西さんが1983年でこの動作原理をＩＥＤＭで世界

最初に試作し世に出したということになっていますが、ＳＯＮＹは

すでにこの原理は　1978年に　ＦＴ　ＣＣＤで試作実証し新聞発表、

学会発表でこの残像なしを発表しています。




CCD転送と同様な「完全空乏化電荷転送」がこのＰＮＰ構造のbase 領域のＮ層でも

可能であることを初めて原理試作し実証したことを、

ＳＯＮＹ　ＴＯＰ（盛田＠New York・岩間@Tokyo）による記者会見で
8mm ムービの超感度・残像なしの特徴を強調しました。

この時、世界はＣＣＤだから残像はないのだと誤解していました。

受光部はＣＣＤでなく、P+NP構造であることも説明していません。

それは後に続く学会発表で萩原が報告、動作原理を説明。

このP+NP構造も残像なしであるから、全体として残像なしと
なるのは自明です。

ＳＯＮＹ　ＴＯＰ（盛田・岩間）の記者会見に8mm ムービの
超感度・残像なしの特徴を強調しました。


従って、P+NP構造が残像なし構造であることも関節的
に確認実証し、カメラの原理試作で、萩原考案のP+NP型
受光構造体が残像なしであることを報告したことになります。

受光素子構造として、「残像なし」は当然の必要条件で、
実現できている受光素子構造であること当然で周知とし、
注目の的は、ＣＣＤの弱い点、感度向上とＶＯＤ機能を
工夫すつかに集中してました。　



　萩原は学会発表で　ＣＣＤなみの完全空乏化転送が
　P+ＮＰ構造でも可能であることを図をもって報告しました。
　光電子がこの受光素子構造の中をどう移動するかを図に
　示し、ＣＣＤなみの完全空乏化転送がP+ＮＰ構造でも実現
　出来ていいることを示しました。


Ｐ+ＮＰsub構造の　floating Ｎ層でも残像のない、ＣＣＤ並みの残像のない、
高速 action picture 撮影を可能にすることを実証し学会発表しました。



ここはＣＣＤだけでなく、　、単純にＢＣＣＤの埋め込むチャネルの
上には　金属電極があるが、そのかわり この場合　Psub の電圧に固定（pinned ）された
P+層を蓄積・転送部であるＮ層の上に、P+N層としてもってくることで解決し、

　世界で初めて　base　のＮ層を　floating 層として、完全

　空乏化可能とした、ＰＮＰ transistor の新たな動作 mode、

　つまり、emiiter 接合と　colector 接合ともに逆バイアスさせ、

　さらに　base　のＮ層を　floating層として、完全空乏化を可能

　とする　dynamic photo PNP transistor の新規な動作　を

　提案して、その有効性を　1978年に実証したことになります。

Ｆｏｓｓｕｍの論文にはこの記述がまったくありません。
あきらかに欠席裁判で　unfair　です。

また、　ＩＬＴ　image　sensor に採用するのは時間の問題です。

1978年には萩原特許も公開され、その意味することは深く、

他社も把握して追従できる状況となる。

ＳＯＮＹは学会発表より、この原理での

早期量産・信頼性評価を優先しました。

まずは簡単なプロセス、ＶＯＤなしの　ＩＬＴ　image　sensor　で、

横型ＯＦＤでの量産技術の確立をＳＯＮＹは優先しました。





　


（４）ＳＯＮＹ　original ＨＡＤ　sensor　は、まず従来技術の　横型ＯＦＤで、

　　そして1975年に萩原が発明した　dynamic P+NPNsub stack junction,

すなわち、P+NP と　NPN transistor の融合体が　縦型のＯＦＤ機能、

　　すなわち、いろいろな動作 mode のVOD 機能が可能であることを

　　図６Ｂの　P+N接合を使った　ＶＯＤの例で指摘しました。　　


添付の図６Ｂの電荷が飽和するにつれ、P+N接がの順方向に

バイアス状態となり、過剰電子がＰ＋領域へ放流されている。


この特許で提案する構造体には潜在的にいろいろなＶＯＤ

が可能であることを示唆しています。ＰＮＰＮ構造なら当然

　ＰＮＰとＮＰＮのサイリスタ―でＮＰＮ構造のpunch-thruも

　含むが、その詳細には言及していません。この図６Ｂは

　世界で始めて萩原が、ＶＯＤ機能がこの構造体で可能で

　あることを指摘した画期的な発見です。



世界で初めて　ＶＯＤ機能を持つ　受光素子構造体(P+NPNsun接合）を萩原は発明した。

いろいろな種類のＶＯＤ動作が受光素子構造体(P+NPNsun接合）で、

その１つの例のみ、　図６Ｂの（３）を啓示した。

萩原特許は、ＶＯＤ機能の特許権は請求していない、あくまで、

受光素子構造体(P+NPNsun接合）を組み込んだ半導体　ＣＨＩＰの販売時に

構造の使用料として、特許権が行使される。



Ｆｏｓｓｕｍの論文にはＶＯＤの記述がまったくありません。
あきらかに　unfair　です。

本当に　image sensor のdevice physics の専門家には
思えません。私の図を、私の日本語の特許を見たことも
読んだこともないのに、添付の実施図、これはあくまで
特許請求範囲で定義される受光素子構造体のほんの
１つの例　図５を添付しただけなのに、私の特許の特許

請求範囲のすべてと解釈するのは短絡したものの考え
方でたいへん遺憾であります。

あきらかに　unfair　です。



これは基本構造特許ですので、構造特許の定義により、実際に

その構造体をもつ製品を生産し販売した場合にのみ特許請求権

が生じます。


その構造体の潜在的未知の動作原理も含めて、

その「振る舞い方」はすべて特許請求範囲外となります。


その構造体を生産・販売することにのみ特許料が発生し、

どう使うかに関しては自由です。


この構造体 （P+NPNsub stacked junction　capacitance）を、

受光時は、off-current mode の受光素子として使います。


読み出し時は、そのbase N 層の光信号電荷（電子）を

隣接する電荷伝送装置(CTD)に完全電荷転送します。


あたかも、コップに入って水を全部ストローで飲み干す

イメージで完全電荷転送構造体です。これが一番需要な

pinned photo diode の特徴になります。

1975年の特許では　ＣＣＤより優れた性能を探求したものです。

ＣＣＤ固有の、完全電荷転送で界面準位雑音がないことは

当然にことで、しかし、ＣＣＤのＭＯＳ構造の受光素子構造

では、感度とＶＯＤ機能が不完全であるので、この２つの

特徴を強く強調した説明事例図（1例）となっています。

会社でも「どうしてバカみたいの描く絵素に金属コンタクトがあるよう？」

と先輩にばかにされたことを記憶しますが、これはあくまで事例で、

P+ の電圧がどこかでしかり固定（pinned) されていることを

強く指摘したかったためのものです。　P+N 接合のＶＯＤを

なくせば　P+を基板Psub に導通させる（　ＳＯＮＹが1978年に

岩間さんが東京、盛田さんがNer York で）公開して　

one chip FT CCD 　imager はまさにこのタイプで、

それが容易に　ＩＬＴ　ＣＣＤ　imager に適用できることは自明です。

ＳＯＮＹはこのtype の製造プロセスが容易なのでこのtypeで

世界発の　8mm 　ビデオカメラの商品化を進め、

続いて、萩原が1974年発明特許した下記の受光素子構造体で商品化、


現在は裏面照射型　ＭＯＳ　image sensor にも、

萩原が1974年発明特許した下記の受光素子構造体、
名前はいろいろで混乱していますが、　HAD Technology で、
かつ　pinned photo diode 　技術を使って、生産しています。



本特許では完全電荷転送と界面準位雑音がないことは

周知としてまったく言葉での言及はありませんが、図５と図６

からその特徴は専門家なら読み取れます。



いろいろな派生構造（図５などの事例）に適応できますが、

本特許が定義する請求範囲を制限するものではありません。

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日本国特許　JP1215101 ( JP58-46905)　　　1975年11月10日特許申請

発明の名称　　固体撮像装置　　　　　　　　発明者　萩原良昭

特許請求の範囲
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半導体基体(Nsub)に、 第 １ 誘電型（Ｐ）の第半導体領域（Ｐ)と、之の上に形成された第２の誘電型（N）の

第２半導体領域（N)が形成されて光感知部（N )と之よりの電荷を転送する電荷転送部（ＣＴＤ）とが上記

半導体基体の主面に沿う如く配置されて成る 固体撮像装置に於いて、上記光感知部の上記第２半導体

領域(N )に整流性接合が形成され、 該接合をエミッタ―接合とし、上記第 1 及び第２半導体領域の接合

をコレクタ接合とするトランジスタ)を形成し、該トランジスタ―のベースとなる上記第２半導体領域(Ｎ)に

光学像に応じた 電荷を蓄積し、 ここに蓄積された電荷を上記転送部（ＣＴＤ）に移行させて、その転送を

行うようにしたことを特徴とする固体撮像装置。

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Teranishi et al. ILT CCD device in 1983 has

the strongest resemblance

to the P+NPNsub sensor device structure

revealed by Hagiwara in his 1975 invention,

and the P+NPsub sensor device structure

with the P+ and Psub connected

in SONY's one chip image sensor.

which is now called as pinned photo diode.




Since the 1975 Hagiwara photo diode

is idetical to the modern PPD,


Thus, these days Hagiwara is considered as the primary

inventor of the modern PPD[29].


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Hagiwara at Sony invented the pinned photo diode in 1975.

Teranishi at NEC did not invent this pinned photo diode.



Teranishi published a paper of ILT CCD in IEDM 1983,

　　　which is the same device structure　above ,

the pinned photo diode Hagiwara invented in 1975.


Hagiwara at Sony filed a Japanese patent in 1975.




　　　The world does not know the empty potential well

　　　　　Hagiwara drew for the first time in the wotld

　　　　 　　　 　　 　　in his 1975 patent

　　　　　　which implies the complete charge transfer mode

　　　　　　　　　　of the pinned photo diode,

　　　　　　　　　the evidence of the fact that

　　　　 　Hagiwara at Sony
　　 　　　　invented　in 1975
　　　　　the pinned photo diode.

　 　　Fossum was not aware of
Hagiwara's empty potential well,

　　　　Fossum led to a false conclusion
　　　　　　that confused the world
　　　　　by his irresponsible paper
" A Review of the Pinned Photodiode for CCD and CMOS Image Sensors"
　by Eric R. Fossum and Donald B. Hondongwa , which was published in
　IEEE JOURNAL OF THE ELECTRON DEVICES SOCIETY, VOL. 2, NO. 3, MAY 2014

Corrections are requested in his paper..

　　　　　　　　Fossum confused the world
　　　　　　　　　　　and insulted
　　　Sony original HAD sensor
　 　　　　　　　and its inventor,
　　　Yoshiaki Hagiwar of Sony
　　　　　
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In conclusion, Fossum's misleading paper should be corrected as below.

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The original PPD structure, while invented in 1975 by Yoshiaki Hagiwara in the

form of P+NPNsub junction photo seinsing element, the 1978 FT CCD application

by Hagiwara, and the Teranishi's 1983 low lag ILT CCD application,



shares a strong resemblance to the Hynecek virtualphase CCD structure,

with the exception of the VOD



The two inventions

were solving different problems with essentially the same device structure

and operating principles.



In 1975, Hagiwara at Sony filed a patent application

on a photo sensing vertically stacked P+NPNsub structure

with the floating N base region as the storage for the photo electrons

from which the photo electrons are to be transfered to a charge transfer device[24].


An example case is depicted in a figure in which

the top P+ layer was connected by metal to a bias used

to control not only full-well capacity but gamma corection

and high beam action picture-acquisition for highly intelligent

AIPS camera Hagiwara had been dreaming of.


Therefore from the figure, the P+ layer can be set, or pinned

to any external voltage value. Hagiwara had already in his mind

the concept of the pinned diode now universally ell known.


It should be noted that the patent claim does not say

any comments on the metal connection.

Therefore the p layer can be connected to anything anywhere.


In 1978, another example of a P+NPsub photo sensing structure

with the P+ layer connected to the Psub substrate

was demonstrated in one-chip FT CCD imager for 8 mm video camera





In a review paper,



Hagiwara, in 1996, revisited the 1975 invention and claimed

it was exaclty the same semiconductor photo sensing structure

vertical stacked picture element of both the virtual phase CCD

and the NEC low-lag structures, as well as the basis

of the Sony so-called “Hole Accumulation Diode,” or

HAD structure [25].



Hagiwara's 1975 patent claim was intended only to claim rights

on the device structure. His patent does not restrict any applications

with any operational modes on his application. Howevee, for the

first time in the world he drew the electrically empty potential

well of the floating N base storage region for majrity charge

photo electrons in one of the patent figures.


This is the evidence that Hagiwara did address the complete

charge transfer by drawing in the N base photo electrons storage

an empty potential well which results no lag action picture.








Hagiwara repeats these claims

in a 2001 paper [26] and shows a VOD structure

of the P+NPNsub vertically stacked one

which is not shown in the figures in the patent

becuse of its simplicity, but definedexactly

in the patent claim in Japanese.





Sony did pursue the HAD sensor structure,


First as seen in the 1978 demosntration of FT CCD imagers

with the SiO2 exposed P+NPsub photo senising element

with the P+ and Psub connected without VOD.



Second, in the production model of ILT CCD imagers

with conventioanl lateral OFD , without VOD

with the SiO2 exposed P+NPsub photo senising element

and with the P+ and Psub connected,

which is called HAD sensor camera.



Then finally in the production model of ILT CCD imagers

with the SiO2 exposed P+NPsub photo senising element

with the P+ and Psub connected without VOD.

This product is called super HAD sensor camera.


It is easy to publish a proto type in the technical

paper, but HARD to introduce to the world as a

reliable final product to custonmers.





The “narrow-gate” CCD with an open p-type surface region

for improved QE also disclosed in the 1975 application was

reported in more detail by Hagiwara et al. at Sony in 1978 [27].



It is not open P type surface, it it pinned to the substrate volatage

like the one in ILT aplication.




A similar structure was used extensively by Philips [28]


in 1983, five years after .....


28] G. Beck et al.,

　　“High density frame transfer image sensor,”

　　 Japanese J. Appl. Phys., vol. 22 supplement filed

　　　pp. 109 to 112, 1983.


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Teranishi et al. ILT CCD device in 1983 has

the strongest resemblance to the P+NPNsub device structure

of Hagiwara's 1975 invention as seen bleow, which is now called as

the pineed photo diode.





Since the 1975 Hagiwara photo diode is idenical to the modern PPD

which was quoted in Fossum's paper, ,



Thus, these days Hagiwara is considered

as the primary inventor of the modern PPD[29].


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Sony に1975年に入社してすぐ、萩原は受光素子の構造特許
を出しました。P+NPNsub接合(thyristor)の構造体です。Ｎ層を
浮遊状態(floating)として光信号電荷（電子）を蓄積し、それを
隣接するＣＴＤ（ＣＣＤやＢＢＢ，ＭＯＳ imagerなど）に電荷転送
する半導体固体撮像装置です。固体撮像装置の未来像がどな
ものかと萩原は思案していました。そして、次の５つ特徴を満足
する半導体受光素子でないといけないと考えました。（１）低残像
( low image lag )（２）低熱雑音 (low ＣkT noise) 、（３）低界面
準位雑音 ( low trap　noise)、（４）超光感度( high quantum
efficiency) （５）過剰電荷放流機能（built-in ＯＦＤ function）
の５つの特徴を持たねばならないと考えました。
　　　　　　　　　　　　
　https://ja.wikipedia.org/wiki/サイリスタ


学生時代にＢＣＣＤ（埋め込みチャネル型ＣＣＤ）の動作解析を
博士論文の研究テーマとしていました。ＳＣＣＤ（表面型ＣＣＤ）
よりＢＣＣＤの方が電荷転送効率が９９．９９９％以上と期待でき、
将来、 信号雑音比（Ｓ/N比）の良い、すなわち感度のいい
固体撮像装置として有望視されていた時代でした。

そのＢＣＣＤの動作解析で、1974年2月に自分の博士論文を
ISSCC1974で発表し、翌年1975年2月にSONYに入社し横浜
中央研究所のCCD image sensorの研究開発チームに配属
されました。

ソニー厚木工場からプロセス開発チームが研究棟の４階に
集結し、萩原の所属する設計評価チームは５階に集結して
連携をとり、仕事を進めていました。萩原の所属する情報処
理研究所ではCCD image sensorの設計と評価のチームだけ
でなく、そのCCD image sensorを使ってカメラシステムを組み
立て商品化に耐える性能があるかを評価確認するチームも
ありました。

実はＳＯＮＹに入社してすぐ気がついたことですが、ＣＣＤに
には致命的な欠点がありました。最終的にはあまり未来の撮
像素子としては、実用的でないと萩原はすぐに感じるように
なりました。

なぜなら、初めからMOS imagerを開発ターゲットをしていた、
日立などの会社がありました。ＭＯＳ　imager はＣＣＤより製造
プロセス工程が単純でした。


従来のＭＯＳ　transistor のプロセスで製造可能で、その
MOS transistor のsource 領域のN+層をfloatingとして
N+Psub接合を受光素子としたものです。

しかし、受光部であり、光電変換された光信号電荷（電子）を
受光時に蓄積するN+領域は、底なし井戸の様に、電子を
水にたとえると、水がいっぱい入った、底なし井戸の水をくみ
出す様なもので、いくらくみ出しても、そこは深く、人が底なし
井戸の水をくみ出すには、限界があり、いつまでたっても、
底なし井戸を空っぽにはできません。

そこで、光が照射されると、井戸の水は光の量に比例して、
井戸の水が増加する仕組みになっています。その比例した
増加ぶんだけの水量、すなわち光信号電荷（電子）を
くみ出すことが可能な受光素子でした。しかし、N+領域は
たいへん濃い濃度をした領域（底なし井戸）で光信号電荷
（電子）を全部くみ出せず、特に光量が多い場合、くみ出し
残りが生じ、それが残像という現象で、撮影した動画に
現れました。せっかく溜まった井戸の水、すなわち光信号
電荷（電子）を井戸から完全にくみ出せないという、不完全
電荷転送装置でした。

●ＭＯＳ imager の欠点の１つは不完全電荷転送（残像あり）です。


MOS imagerは光信号電荷（電子）の個数に比例したアナログ情報
を取り扱う、典型的なアナログ情報処理回路です。一方、ＤＲＡＭは
信号電荷（電子）があるかないか、すなわち、１ か　０　を判定する
デジタル情報を処理する回路です。そのアナログまたはデジタルの
信号情報を信号情報蓄積部から読み出す手法は、両者ともほぼ、
同じで、金属または濃い濃度の拡散層Ｎ＋で形成され、濃い濃度
の拡散層Ｎ+も、ほぼ金属と同じような、抵抗値が小さく、電子を導通
される能力のある、垂直読み出し金属信号線と、水平読み出し金属
信号線を装備しています。

しかし、半導体の微細化がまだ十分進歩していなかった
1970年代では、この金属配線間の容量Ｃが大きく、この容量
Ｃに起因する熱雑音 ( ＣkT noise ) が大きくなります。

●ＭＯＳ imager のもう　１　つの欠点は熱雑音 (ＣkT noise) です。


しかし、１９６９年に米国ベル研究所で発明されたＣＣＤは、
濃い濃度のN+領域を必要とせず、ただ単純にMOS容量を、
電荷転送方向に多数並べただけのものでした。

金属電極下の半導体結晶表面（界面）に、浅い電位井戸を
形成することが可能になりました。また、受光時に、ＭＯＳ容量に
蓄積された、照射光量に比例した、光信号電荷（電子）を、隣接
する受け取り側の容量に、効率良く転送することが、２つの容量の
総合連携結合効果により、実行可能となりました。

蓄積していたＭＯＳ容量、すなわち、受光部であり、かつ同時に、
蓄積部の電位井戸から、電子（水）を、受け取り側のＭＯＳ容量に、
完全にはき出すことが可能となりました。

すなわち、完全にＭＯＳ容量の井戸の水を完全に空(empty)にでき、
すなわち井戸(well)を完全空乏化 (complete majority carrier
depletion) でき、つまり、完全にはき出す　（　complete charge
transfer　)ことができ、すなわち、完全電荷転送ができることが
できることになりました。

完全蓄積部の空乏化および完全電荷転送 (complete charge
transfer that results in comolete　charge-depleted empty
potential well )が可能な固体撮像装置（solid state image sensor )
が、ＣＣＤの到来で実現したということで、ＣＣＤは脚光を浴びることに
なりました。

この最初に発明されたＣＣＤは、酸化膜と半導体結晶の接触平面
（界面）に光信号電荷（電子）が転送されるので表面型ＣＣＤ、
すなわち簡単にＳＣＣＤと呼ばれました。


（１）ＳＣＣＤは残像なしの特徴を持っています。


ＳＣＣＤの発明により蓄積部の完全空乏化と完全電荷転送が可能
となり、その結果、残像のない動画が実現し、高速撮影、action
picture の撮影が可能となりました。



（２）ＳＣＣＤはさらに、熱雑音 (ＣkT noise) なしの特徴を持っています。

さらに、長い金属信号配線が必要でないので　MOS　imager の場合の
金属配間容量に比例した熱雑音がありません。ＳＣＣＤは、MOS　imageｒ
の致命的な２つの短所、すなわち、残像と熱雑音のない、優れたものとして、
脚光を浴びることになりました。


しかし本来、ＳＣＣＤの中の信号電荷(電子)は、酸化膜と半導体結晶の接触
面（界面）に存在し、移動転送します。その酸化膜と半導体結晶の接触
面（界面）には、電子を捕獲する（trap)界面準位というものがあります。

一種の落し穴です。電子がその落し穴に落ちると、完全転送が出来ず、
不完全転送となります。またこの落し穴に落ちる様子が、毎回一定でなく、
ランダムに起こり、落ちたり、落ちなかたりが無規則に起こり、目的地（隣接
する受け取り側のＭＯＳ容量）には、到達する」電子の数がランダム無秩序
となり、映像でその結果、映像に雑音が入っている様に見え、その雑音を
界面準位雑音といいます。



●ＳＣＣＤには界面準位雑音がある。



ＳＣＣＤの発明の後、その派生品種、改良型が発明されました。
埋め込みチャネル型のＣＣＤ、すなわち、ＢＣＣＤと呼ばれました。

ＳＣＣＤよりさらに転送効率がよく、学会では９９．９９９％（five nine)
の電荷転送が可能で、完全電荷転送が実現したと期待されて
いました。

ＢＣＣＤもＭＯＳ容量を単純に並べたもので、濃いＮ+拡散層が
不要です。ＭＯＳ容量により、このＢＣＣＤでは、埋め込みＮ層に
浅い井戸を形成することが可能です。蓄積部の完全空乏化が
可能で、かつ完全電荷転送が可能です。

従って、ＳＣＣＤ　の良さを兼ね備え、さらに、ＳＣＣＤ　と違って、
光信号電荷（電子）は半導体結晶体の表面下に埋め込まれた
薄い濃度のＮ層の真ん中に形成される通路（channel)、まるで
地下鉄の電車の様に、地下の通路(buried channel)を地上の
落し穴に落ちる事なく、安全に移動することが可能です。

地上のさわがしい交通量（界面準位雑音）からも解放され、
地下鉄（埋め込みチャネル）転送方式は静かで雑音のない
環境（no trap noise )が実現しました。。

ばかばか、地下鉄は騒音が多く、実はやかましいよ（笑）

その雑音ではありません（笑）。

電車が予定通り遅れず目的地に時刻表通りに到着する
どうかのお話です。

ほぼかっきりと予定通りの時間に到着するのが地下鉄です。

いや通勤時はそうでもないよ（笑）。

しかし、地上の乗り物はもっとひどく、渋滞状態が日ごとに
異なり、ランダムとなり、ＳＣＣＤのランダム雑音となります。


テレビの映像を見ると、何かもやもやした雑音の多い、きた
ない映像に感じる、ＳＣＣＤのランダム雑音ものになります。

そのＳＣＣＤのランダム雑音、界面準位雑音( trap　noise )
がＢＣＣＤではなくなります。


（３）界面準位雑音 (trap　noise) なしの特徴


このBCCD の３つの特徴で未来の固体撮像装置と期待される
ＢＣＣＤを博士論文テーマに萩原は選択しました。

1972年の秋から1975年の冬迄の間、萩原は母校米国　CalTech
( CaliforniaInstitute of Technology) で、３人　の　指導教官、　
Prof.C.A.Mead 。Prof.James McCaldinと　Prof.T.C.McGill　の
指導のもと、研究。25歳にして、ＩＳＳＣＣ１９７４で学生論文（PhD
paper)を発表。

論文の内容は、ＢＣＣＤを使った固体撮像装置がどのくらい高速
に動作するかの可能性について解析した結果報告でした。

すなわち、BCCDの埋め込み層の転送通路（buried channel )
に生まれる電界強度、すなわち、ボールが下り坂をどのくらい
はやくころげ落ちるか、下り坂の傾斜の関係で、どのくらい早く
ぼーるが落ちることかの解析報告でした。


半導体内の光信号電荷（電子）の二次元動作解析を。大学
にあったＩＢＭ３６０を使って　Fortran 言語で program して　
computer simulation をして、さらに、　CalTech所属の　ＪＰＬ
（ジェット推進研究所、鉄腕アトムのジェット推進百万馬力を
連想する研究所で、月面、火星へで自動走行する探索機と
地球への通信システム技術を開発する研究所）にある、特殊
なＮＡＳＡの装置を使い、その計算結果を３６ミリフィルムに焼き
付け、お隣のHolywood では、映画撮影関連会社で １６ミリフィ
ルムに焼き付けて、あらかじめ、ISSCC1974の会場で用意して
もらっいた１６ミリフィルム映写機を使って、数分のアニメーション
動画としてＩＳＳＣＣ７４の学会で1000人以上いる半導体集積回路
の技術者の前で映写しました。


発明されたＢＣＣＤの有望性を明らかにするために、この埋め
込み層型ＣＣＤの埋め込みＮ層の中を、界面準位から守られた
光信号電荷（電子）のかたまり(packet)が流れる様子をアニ
メーション動画として再現しました。世界で初めてで、多分また、
最後のＢＣＣＤの完全電荷転送をコンピュータアニメーション
化したものでしょう。それも当時最新のＩＢＭ３６０コンピュータを
使って、さらにＪＰＬのＮＡＳＡの　film 描画装置を使って、さら
に　Holywood の会社で16mmにして、コンピュータアニメー
ション動画にしました。

BCCD の３つの特徴、すなわち、（１）低残像（２）低熱雑音 (ＣkT
noise) （３）低界面準位雑音 (trap　noise) の特徴を兼ねてもつ、
極めて有望な未来の固体撮像装置として期待されるものでした。

学生時代にＢＣＣＤ（埋め込みチャネル型ＣＣＤ）の動作解析を
博士論文の研究テーマとしていました。ＳＣＣＤ（表面型ＣＣＤ）
よりＢＣＣＤの方が電荷転送効率が９９．９９９％以上と期待でき、
将来、 信号雑音比（Ｓ/N比）の良い、すなわち感度のいい
固体撮像装置としてＢＣＣＤ有望視されていました。

そのＢＣＣＤの動作解析で、1974年2月に自分の博士論文を
ISSCC1974で発表し、翌年1975年2月にSONYに入社し横浜
中央研究所のCCD image sensorの研究開発チームに配属
されました。未来の固体撮像装置の性能を満足する為には
次の５つ特徴を満足するこが必要だと職場の先輩に教えて
もらいました。（１）低残像( low image lag )（２）低熱雑音
(low ＣkT noise) 、（３）低界面準位雑音 ( low trap　noise)、
（４）超光感度( high quantumefficiency) （５）過剰電荷放
流機能（built-in ＯＦＤ function）の５つの特徴があります。

なるほど、ＢＣＣＤは（１）、（２）、（３）の特徴があるが、（４）の
感度に関しては今いちで、（５）のＯＦＤ機能はＢＣＣＤで実現
できるとは全く思われませんでした。それにＢＣＣＤ感度も金属
電極を持つＭＯＳ容量構造を受光部としてもつＢＣＣＤは、
金属が光を反射するして光を通過させないのでまったく感度
を考えるとＭＯＳ容量構造を受光素子ともつ固体撮像装置
には未来がない、ＣＣＤでは未来がない、と不安になりました。

せっかく、ＣＣＤをスーパスターと信じ、学生時代、自分の青春
時代を過ごしてきたのに、他にスーパスター、自分の夢になっ
てくれるものがあるはずと思うようになりました。日立の技術者も
同じことにすでに気づいていて、早期にＣＣＤを未来の固体
撮像装置としての候補から外していました。

当時　Intel社は　ＭＯＳ transistor 技術で　ＭＯＳ　ＩＣを商品
化し、ＩＢＭという大型顧客をつかみ　Intel のＭＯＳ transistor
技術で製造された　ＤＲＡＭ chip がバカ売れしていました。

その創設者の Gordon Moore 社長が会社に経営ビジョンとして
半導体の微細化構造のscaling則を根拠に、３年ごとに2倍の
集積度を持つ、すなわち同じ大きさで2倍の数の MOS transistor
が組み込まれて　MOS IC chip を市場に提供すると宣言して
いました。

すなわち、ＭＯＳ imager の致命的な欠点は熱雑音 (ＣkT noise)
は、いずれ、ＭＯＳ　transistor の微細化努力で　ＣＣＤより
MOS imager が勝つと信じているようでした。事実、ＳＯＮＹが
ＣＣＤ　imager を世に出すより、はるか前に、日立はきれいな
MOS imager を試作を世に発表し、学会でもその詳細を報告
していました。しかし、ソニーのカメラ事業部の要求は厳しく、５つ
の特徴をもつ撮像素子でソニーは高性能カメラを市場提供し
販売すべきと譲りませんでした。

ソニーのカメラ事業部とそのために固体撮像素子を開発すべく
模索している開発部隊の見解としては、不完全電荷転送（残像）
と熱雑音 (ＣkT noise) を持つ　ＭＯＳimager は当然使い物に
ならないという見解でした。

その頃、ＩＳＳＣＣ１９74で　ＢＣＣＤの動作解析を博士論文として
学生論文を発表しました。彼の博士論文は　３つの特徴、（１）低
残像( low image lag )（２）低熱雑音 (low ＣkT noise) 、（３）低
界面準位雑音 ( low trap　noise)を兼ね備えたＢＣＣＤをテーマ
にしており、ＩＳＳＣＣ１９７４の学会でＢＣＣＤが将来有望で、論文
の中に萩原が使った正確な言葉を言うと、　low light imaging
の応用でＢＣＣＤは最適であると論じていました。

それを信じて萩原は1975年1月最終博士論文の論文発表会で
合格した、その足で6月の卒後式も待たず、すぐ帰国し、1975年
2月20日にソニーに入社し、横浜中央研究所に配属され、未来
の固体撮像装置の開発研究に挑戦しました。

Sony に1975年に入社してすぐ、萩原は受光素子の構造特許
を出しました。P+NPNsub接合(thyristor)の構造体です。Ｎ層を
浮遊状態(floating)として光信号電荷（電子）を蓄積し、それを
隣接するＣＴＤ（ＣＣＤやＢＢＢ，ＭＯＳ imagerなど）に完全空乏
化電荷転送する半導体固体撮像装置です。未来の固体撮像
装置の性能を満足する次の５つ特徴を満足します。（１）低残像
( low image lag )（２）低熱雑音 (low ＣkT noise) 、（３）低界面
準位雑音 ( low trap　noise)、（４）超光感度( high quantum
efficiency) （５）過剰電荷放流機能（built-in ＯＦＤ function）
の５つの特徴があります。

この特請求範囲で定義・提案する構造体は、特徴（１）から（３）
の特徴は構造を見ただけでだれでも理解できるものでさらに
この構造体は酸化膜の上に金属電極がない構造なので、そ
の構造を見るだけで特徴（４）超光感度( high quantum
efficiency) も、言葉しして説明することもないもので、特徴（１）
から（４）の説明はいらないだろう。図を1枚描けば素人さんに
は読み取れないが、固体撮像素子の実践開発担当従事して
いる技術者には簡単に認識できるはず、と萩原は考えた。会社の
特許関係者も、見る人ぞ見るで、あまり素人さんや後発メーカ
の教材になるような説明の詳細は必要ないので省略してもよい
のでは、それに時間をかけるより早く職場に戻ってこれを造って
下さい。との話で、実はあまり会社の特許弁理士が私の説明を
口頭で聞いた（録音機つき）を文章化して清書して特許に説明
文は２～３分で棒読みだけで、しかし、特許の請求範囲を定義
する文書は、単語１つ１つしっかりチェックし、図もしっかり考えて
実施例として、すなわち、特許請求範囲の有効性を示す具体
的な特殊例、1例を示す図として提示しました。

しかし、この実施例を、特許の本質の特許請求範囲の定義する
ものと誤解する技術者も多く、社外でもかなり笑われ、私の書いた
特許請求文をまじめに読まずに、ほんの 1 例の実施図 ５ を見て
これが私の特許に意味するところすべてだと誤解し、この実施
図 ５ を見た社内の上司や同僚からは 「受光絵素部に1個づつ
金属コンタクトをつける構造などものになるかよ、お前ばかか？」
とよく笑われました。

別に金属コンタクトの存在は特許請求範囲の定義には記述されて
いないよ、実際金属配線は受光絵素部以外でもいいんだけよ。この
時はどうするかまでは考えれおらず、どででもいいことで、特許は
あくまで 受光部のたて構造（　P+NPNsub Vertically Stacked
Junction　）のみに請求範囲を限定するものだよ。 とにかく受光
蓄積部のＮ層の上にP+領域をとり、このＰ+層がなにかの外部端子
で固定されていて、浮遊状態（floating)でない、一定ので電圧に
固定(ピンどめ）されるべきものであることを明示するための実施例
にすぎないと主張したが、どれだけ私の説明を理解されたか不明
である。しかし、百聞は一見にしかず、でこの道の実践専門家なら
いろいろなことが見て認識できるはずと思っていました。

結局、社内だけでなく、この特許は日本国にしか申請しておらず、
日本語で記載された特許範囲請求文をしっかり読み理解してい
る人間は、おそらく社内でもこの特許を目にした人は特許関係の
数人だけで、日本国内の他社でも特許をしかり調査をして目を
ひからせる数人の優秀な技術者だけで、外国の技術者は当然
目にしていなくて当然です。この特許は国内での商売の時のみ
特許請求権が発生するもので、外国の技術者には読む必要も
ないものです。外国の技術者は萩原の特許を見たこともなく、
時々萩原が学会に招待講演で紹介するこの1975年の萩原特許
の内容しか外国では公表されていないことになります。

実際、2013年にISSCC2013で説明した時にもこの特許の構造体が
潜在的に完全空乏化電荷転送が可能で残像なしという重要な
ことをコメントしませんでした。しかし、図には埋め込みチャネルの
N-層と同じ濃度のＮ-が使われていることが明示されていています。
これが完全空乏化電荷転送の存在のヒントになり、ここに提示した
受光構造はすべて残像なしの映像を提供することは自明と萩原
は考えていて、あえて、残像の話はこのＩＥＥＥ ＳＳＣＳ出版の技術
マガジンの記事には説明文を入れませんでした。

いずれにせよ、1975年の萩原特許の１つの実施例の示す図５と
図６は、必ずしも、特許請求範囲を、限定制限するものではないが、
（１）低残像( low image lag )、（２）低熱雑音(low ＣkT noise) 、
（３）低界面準位雑音 ( low trap　noise)、（４）超光感度( high
quantumefficiency) 、（５）過剰電荷放流機能（ vertical　built-in
ＯＦＤ　function、VOD ）の５つの特徴がもつことを示している。


これが今のＳＯＮＹのＨＡＤ技術搭載の固体撮像素子の特徴です。

ＳＯＮＹのＨＡＤ技術搭載の固体撮像素子は1975年に発明考案し
た萩原特から生まれました。当時のＭＯＳ構造をもつＣＣＤの受光
構造よりはるかに超感度の特徴を持ち、残像　free であることを
1978年、ＳＯＮＹは初めてＳＯＮＹ　original ＨＡＤ技術搭載の
FT ＣＣＤ　image sensor video camera に原理試作に成功しました。

そのすばらしい感度を持つ　ＳＯＮＹ original のＨＡＤ技術搭載の
固体撮像素子を採用した　FT　CCD image sensor video camera
をＶＴＲとカメラの一体化　8mm ムービーとして　SONYは 1978年、
盛田会長と木原さんが New York で　、岩間社長と森尾さんが
東京で、同時記者会見し、その超感度　ＳＯＮＹ original のＨＡＤ
技術搭載のFT ＣＣＤ　image sensor video cameraを世の中に公開
しました。


その受光構造構造を発明し、sensor chiｐ 全体を一人で設計した
萩原と、ＣＣＤプロセスを担当した阿部と、評価を担当した岡田の、
３人で東京で開催の固体素子コンファランスで技術の詳細を報告。

ここで世界は誤解しました。

ＳＯＮＹが強調した超高感度は、萩原が考案しＳＯＮＹ original の
ＨＡＤ技術による試作・原理実証された受光構造構造であるのに、
ＣＣＤ　そのものが超感度の性能を持つと世界は誤解しました。

ＣＣＤは単純にアナログ信号伝達線として採用されているだけです。

ＣＣＤは単純にアナログ信号伝達線の役割しかなく、将来ＭＯＳの
transisor 技術に負ける運命にあることを誰も予想しませんでした。

従来のＭＯＳ　transistorの金属信号伝送線の配線間容量が格段
に少なくなると、熱雑音が小さくなり、実用に耐えるレベルになると、
プロセス工程の単純なＭＯＳ　transistor　のプロセス技術がＣＣＤ
を置き換え、ＣＣＤを市場から排除するのではないかと萩原は不安
でした。最後はデジタルが勝つ。そう思って萩原はＣＣＤの開発部
から完全に離れ、社内のＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ＡＤＣ，Sony マイコン、
そして　ＰＳ２　および　ＰＳ３の　Cell Processor を見るようになりました。

固体撮像受光素子構造　(Solid State Image Sensing Element
Structure )は　1975年の基本構造で未来像が見えた。人間でいうと
目の網膜細胞にあたる「電子の目」はこれで多くの技術者の努力
（diligence）で完成する。しかし「賢い電子の目」、「人工知能を
搭載した賢い電子の目」を造るには、まだまだ勉強することが多い。

母校　CalTechの Richard Feynman も、一生研究を続け、癌で
たおれ死ぬ直前まで、物理の授業を学生に講義し、自分の知識
を後進に伝承する努力に惜しまなかった。1967年に　CalTechに
入学し、最初に手にしたのは赤い分厚い３冊のFeymann Physics
の教科書だった。萩原は電子工学を major専攻、物理を minor
専攻として両方の電子工学と物理で博士号を取得してが、大学
院生として物理学部の学生に量子力学の教える授業の授業補助
(Teaching Assistant)として量子力学の宿題の模範解答や中間
試験問題、期末試験の模範解答と採点などを講義する偉い教授
のアシスタントもしており、Richard Feynmanの授業も何度も聴講
し、彼の研究室で話を聞いたこともある。その時の話題の１つが、
bipolar PNP transistor の動作原理である。Feymannの３冊の本
は1冊目が古典物理、２冊目が電磁気学３冊目が量子力学となって
いるが、３冊目の後半の 第14章に　Semiconductor と題して半導
物理の紹介があった。大学２年生だった萩原、当時19歳にして、
はじめて　Section 16-4 に紹介されたbipolar taransisor の構造
すなわち　ＰＮＰ接合型 bipolar transistor の構造とその動作
原理を学んだ。図 16-１1には、３つの外部端子（Emiiter, Base,
Collector 端子）が同じ電圧、すなわちバイアスなし( no bias)の図
であった。ＰＮＰ接合型 bipolar transistor の内の正孔(hole)が
見る正電位(　positive charge hole potential )の図である。これを
上下さまさまにすると負電位(　negtive charge electron potential )
の図となる。現在の業界で良く使われるなじみの図となる。



２年生の時に授業で説明された時は早口の英語でまったくこの図の
意味するところが理解できなかった。３年生になって　Prof.McCaldin
の　Physics of Semiconductor の教科書で半導体物理だけの授業を
受けた。そして　大学２年で学んだ図は半導体の　Band 図であること
を知った。さらに、そして大学院になるとＣＣＤの新しい原理で動く
半導体素子の話を聞き、ＣＣＤ　potential　wellの図を良く見るよう
になったが、これも半導体の　Band 図であり、大学２年で学んだ図
とおなじものとわかった。

Feynmanの物理の教科書で大学２年の時学んだ図が、萩原が初めて
学んだ　potential　well　の概念図だった。

バイアスなし( no bias )状態でも、すなわち、このＰＮＰ接合型　
transistor の電流 off 状態でも、両方の　emitter-base 接合と、
base-collector　接合の両方の、majority carrier が存在できない
空乏層領域ができる。そこに生じる電界で、P領域の正孔(hole)と
N領域の電子(electron)が分離し、再結合することなく、それぞれ
自分の陣営（領域）でじっとしているとのイメージがＣＣＤの動作
原理を勉強している時、同じ　potential well を見て気がついた。



電位で水平になっているのはそこにmajority carrier がたっぷり
集まっている（accumulation mode) 状態で、あたかも池に水が
たまると、水面は水平になっているのに似ているということになる。

ＰＮ接合の接合面付近の空乏層には電界があり、それがこの電位
の電位の勾配となり、そこは水平でなくなる。

また、Ｎ層（池）の電子（水）が空っぽになると、すなわち、完全空乏
化すると、Ｎ層(池)の底の形　（potentail profilel)　が見えるはずだ。

もしＰＮＰ　transistor のbase Ｎ層の電子が完全空乏化したら、もし、
濃度が均一なら単純な二次曲線となり、完全空乏化したＮ層内の
電位曲線はN層の中央付近に極小点を持つことになる。これをよく
ＣＣＤの文献で見るようになったが、ＰＮＰ　transisorの　Ｎ層でも
同じ様な極小点を持つ曲線になるはず。

これは今話題のＢＣＣＤの埋め込みＮ層の　empty potential well と
同じはずだ。Bipolar Transisor base Ｎ　層も　CCD　の埋め込み層
の　Ｎ層も、完全空乏化して電荷が空っぽにすると電位曲線はflat
にはならない。Ｎ層は極小点を持つ曲線、empty potial wellとなる。

そのことを明示するために萩原は特許の図６ＢのＰＮＰ　transisor　の
base N 層の中の電位図として、empty potial wellの曲線を描いた。

幼年期にお寺の池で水亀を盗んで家に持ちかえり近所の子供と遊ん
でいたが、その池の水を抜いたら、ほぼ平らな底が出てくるが、それ
とは違うことになる。半導体物理は古典物理ではない、電磁気学の
世界で、さらに、量子力学の世界にも首を突っ込んでいる。



萩原はこの大学時代の時に学習した　CCDのpotential wellと
ＰＮＰのpotential wellの共通関係を思い出し、1975年出願の
特許の図６Ｂに　empty potial well　図を描いた。


未来の固体撮像装置の性能を満足する５つ特徴、（１）低残像
( low image lag )（２）低熱雑音 (low ＣkT noise) 、（３）低界面
準位雑音 ( low trap　noise)、（４）超光感度( high quantum
efficiency) （５）過剰電荷放流機能（built-in ＯＦＤ function）
のうち、（１）低残像( low image lag )の特徴をこの萩原特許でも
期待されることを明示するためにempty potential well を図6B
に明示した。また、（２）はＣＣＤ転送回路を使えば１９７５年のプロ
技術でも実現可能であった。（３）低界面準位雑音 ( low trap　
noise)は、受光・電荷蓄積部のＮ層が　emitter 　P+N 接合で
守られているので問題ない。（４）超光感度( high quantum
efficiency)の特性も、P+層の上は酸化膜（ガラス）だけで保護
されているので要求される感度を満足している。

ただ、 （５）過剰電荷放流機能（built-in ＯＦＤ function）も
この萩原特許では実現可能な構造となっており、その有効性を
図６ＢのPNPtransistor の動作事例で　emmiter 接合で順方向
電流が放流電流として流れる様子を　電子(e-)が1個だあるが、
base領域から流し(drain)となる　P+ emiiter 領域へ移動する
様子を示しており、これで　萩原特許１９７５は、未来の固体撮像
装置が保有すべき５つの特徴をすべて兼ね備えた受光素子構
造体であることが理解できる。


かなり長い論評文になりましたが、以上の説明で、


ＳＯＮＹ　ＨＡＤ　Technology 搭載の　solid state imager は、

（１）低残像( low image lag )

（２）低熱雑音 (low ＣkT noise)

（３）低界面準位雑音 ( low trap　noise)

（４）超光感度( high quantumefficiency)

（５）過剰電荷放流機能（built-in ＯＦＤ function）


の特徴を持っていることをお理解いただけたでしょうか？






いずれそれは、Intel の創設者Gordon　Mooreが提唱した
半導体ＭＯＳ　transistorの微細化技術による進歩のおかげで、
金属配線間容量が極端に減少し、単純に　ＣＭＯＳ　transistor
と微細化された金属信号線で構成されるアナログ信号電荷
転送回路が、ＣＣＤをカメラ市場から完全に排除しました。

しかし、1975年に萩原が発明した超感度超低雑音残像なしの
Sony original ＨＡＤ　sensor　技術は今も生き残っています。

1978年の　Sony original ＨＡＤ　sensor　技術搭載の　ＦＴ
image sennsor で世界は　ＣＣＤ　image sensor は感度が
いいんだ、雑音もないのだ、色再現もすごいのだと騒がれて
ＣＣＤがちやほやされたいて萩原はさびしい思いになりました。

萩原は実はSony original ＨＡＤ　sensor　技術がすごいの
だと世界に理解してほしかったです。1978年にはじめて
ＨＡＤ技術を世界に紹介し、それから40年がたちました。

今ではＣＣＤはどこかに消え、Sony original ＨＡＤ　sensor　
技術　と　超微細化された　CMOS transistor 技術の融合
に現在の固体撮像素子が完成しました。


Sony original のＨＡＤ技術搭載の　CMOS image sensorが、
今では、世界に　カメラ市場の５０％以上をＳｏｎｙが占め、
その単体image sensor chip としての売り上げは1兆円以上と
なっています。

これもすべて、萩原が26歳の若い技術者が考案した未来の
固体撮像素子の構造体特許があっての　Sony original
ＨＡＤ　sensor　技術と言えるものです。

先日、半導体産業人協会主催の若手社員向けの半導体講座で
「賢い電子の目, solid state image sensor 」の題目で講義を担当し、
春の講座が先日終了し、秋の講座では資料を最近版にして補充
する必要があります。

丁度、今、世の中で騒がれている　pinned photo diode sensor
の発明者として注目されるもとＮＥＣの寺西さんの内容を秋の講座
資料に取り込もうと思い、寺西さんが、1983年にＩＥＤＭで発表した　
「世界で初めての残像なしの　ILT型ＣＣＤ　imager の原理試作
とその特性の詳しい発表」の論文内容と、pinned diode sennsorの
構造とその特徴を勉強し、秋の講座の教材に使用しようと、その
内容を詳細に学習しました。

すると、びっくり、Sony originalの　Sonyの商標　HAD sensor
（私の1975年の発明もの）とまったく同じ構造体で、またその特
徴（１）から特徴（５）まですべてほぼ同じことに気がつきました。

一体なにが原因でこうなったのかをこの２週間調査して、やっと
その原因が解明されました。

（１）すべとの世界の誤解は　2014年に投稿された　Fossum 論文
　　の萩原の過去の仕事に対する評論コメントが、事実誤認で
　　バイアスされていて、ＳＯＮＹをも敵対する姿が見える論文でした。

　　その中で、ＳＯＮＹのＨＡＤ technology と　萩原の　1975年
　　特許ともに今の　pinned photo diode ではないとの結論でした。

　　彼の論評は、

　　（１）1975年の萩原特許には　完全電荷転送に関する記述がない

　　（２）受光部に金属コンタクトがある

　　（３）従って、pinned photo diode の条件を満たしていない。

　　(4) 従って、1983年に　IEDM で発表した　ＮＥＣの寺西氏が

　　　　　pinned photo diode　の発明者である。

　　となっているが、彼は萩原の日本語特許を直接見ておらず、

　　　理解していないのが原因のようだ。



彼の論評の（１）と（２）は真っ赤な嘘である：
　


彼の論評（１）が真っ赤な嘘である証拠：

　　　
　　　萩原1975特許の実施例の図６Ｂに描かれている、

　　　完全電荷転送を示唆する　empty potential well の存在を

　　　彼は把握していない。


　　　彼の論文ではこのempty potential well の存在の

　　　記述が全くない。この結論は都合の悪いものを隠している。

　　　事実誤認で、彼の論文を読む読者をだます結果となった。


彼の論評（２）が真っ赤な嘘である証拠：

　　　萩原1975特許の実施例の図５、金属コンタクトが描かれた

　　　図５はあくまで実施例である。

　　　萩原1975特許の特許請求範囲を制限するものではない。

　　　萩原1975特許の特許請求範囲には金属コンタクトの記述

　　　はない、金属コンタクトありなしに関わらず、このP+NPNsub

　接合 type、すなわち　dynamic thyrister type の受光

　　　素子構造は萩原1975特許の特許請求範囲に含まれる。




結論として、以下の論理が成立する。


　　（１）1975年の萩原特許には　完全電荷転送の記述がある。

　　（２）1975年の萩原特許の受光素子構造体は５つの重要な
　
　　　今の固体撮像装置の特徴を兼ね備えている。

　　（３）1975年の萩原特許の受光素子構造体は、

　　　　今話題のpinned photo diode そのものである。

　　(4) 従って萩原が　1975年にpinned photo diode を発明したことになる。

　　(５) 従って、萩原が　1975年に発明したpinned photo diode を

　　　　原理試作し、ＮＥＣの寺西氏の1983年に　IEDM で発表しが、

　　　　ＮＥＣの寺西氏は、　pinned photo diode　の発明者ではない。
　
　　(6）世界初めての　pinned photo diode の原理試作は　1978年に

　　　　新聞発表の形で、ＳＯＮＹの盛田と岩間が、

　　　　学会では　萩原、阿部、岡田が、　FT image sensor の形で
　　
　　　　発表している。

　　(7)1975年の萩原特許に添付に実施例の図には、萩原発明の

　　　　受光素子構造体、すなわち、pinned photo diode を　

　　　　ＩＬＴ　ＣＣＤ　image sensor の形で事例として明示している。

　　
　　(8) これとまったく同じ構造をＮＥＣの寺西氏の1983年に　IEDM で
　
　　　　発表したが、ＳＯＮＹでは　197５年の発明から萩原を中心に原理

　　　　試作の努力は続けている。会社としては学会発表より、生産立ち

　　　　上げに注力した。そのおかげで社外にKnowhowが流れることも

　　　　なく、ＳＯＮＹが萩原が生んだ　HAD 技術を武器に世界の image

　　　　senser 市場をほぼ独占するまでに至った。
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