JPH02229469A - 光電変換素子の駆動方法 - Google Patents
光電変換素子の駆動方法Info
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- JPH02229469A JPH02229469A JP1050347A JP5034789A JPH02229469A JP H02229469 A JPH02229469 A JP H02229469A JP 1050347 A JP1050347 A JP 1050347A JP 5034789 A JP5034789 A JP 5034789A JP H02229469 A JPH02229469 A JP H02229469A
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- conversion element
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- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 23
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 11
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- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims 1
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Landscapes
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、固体撮像素子に代表される、半導体を用いた
光電変換素子の駆動方法に関するものである。
光電変換素子の駆動方法に関するものである。
従来の技術
ＣＣＤもしくはＭＯＳ型の固体撮像素子に代表される光
電変換素子においては、フォトダイオードに半導体基板
表面から順にＮＰＮ型もしくはＰＮＰＮ型の不純物構造
が採用され、上部の第１のＮ型層に光電変換された電子
が蓄積される。そして、フォトダイオードに入射する光
量が多い場合に読みだしトランジスターに蓄積電子が溢
れ出るのを防ぐために下部の第２のＮ型層に一定電圧の
バイアスを印加して基板側に過剰の電子が流れ出る構造
（いわゆる縦型オーバーフロードレイン）が採用されて
いる。
電変換素子においては、フォトダイオードに半導体基板
表面から順にＮＰＮ型もしくはＰＮＰＮ型の不純物構造
が採用され、上部の第１のＮ型層に光電変換された電子
が蓄積される。そして、フォトダイオードに入射する光
量が多い場合に読みだしトランジスターに蓄積電子が溢
れ出るのを防ぐために下部の第２のＮ型層に一定電圧の
バイアスを印加して基板側に過剰の電子が流れ出る構造
（いわゆる縦型オーバーフロードレイン）が採用されて
いる。
フォトダイオードに蓄積された電子はフォトダイオード
に近接して設けられたＮ型ＭｏＳトランジスターにより
読みだされる。
に近接して設けられたＮ型ＭｏＳトランジスターにより
読みだされる。
発明が解決しようとする課題
読みだしトランジスターは、フォトダイオードに蓄積さ
れた電子をすべて読みだすためにトランジスターのチャ
ンネル電位をフォトダイオードの最大電位よりも高くす
る必要がある。そのためには、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ
ーのチャンネル部のＰ型不純物濃度を薄《しなければな
らない。一方、このトランジスターは読みだし時以外は
、フォトダイオードと周辺とを分離するためにチャンネ
ルを閉じた状態にする必要があり、そのためには、チャ
ンネル部の不純物濃度を濃《しなければならない。１つ
の素子の中に多《のフォトダイオードと読みだしトラン
ジスターを有する固体撮像素子では、この読みだしトラ
ンジスターのチャンネル部のＰ型不純物濃度のバラツキ
のため、残像と呼ばれる蓄積電荷の読み残しや、ブルー
ミングと呼ばれる蓄積電荷のトランジスタ一部の溢れ出
しが生じている。
れた電子をすべて読みだすためにトランジスターのチャ
ンネル電位をフォトダイオードの最大電位よりも高くす
る必要がある。そのためには、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ
ーのチャンネル部のＰ型不純物濃度を薄《しなければな
らない。一方、このトランジスターは読みだし時以外は
、フォトダイオードと周辺とを分離するためにチャンネ
ルを閉じた状態にする必要があり、そのためには、チャ
ンネル部の不純物濃度を濃《しなければならない。１つ
の素子の中に多《のフォトダイオードと読みだしトラン
ジスターを有する固体撮像素子では、この読みだしトラ
ンジスターのチャンネル部のＰ型不純物濃度のバラツキ
のため、残像と呼ばれる蓄積電荷の読み残しや、ブルー
ミングと呼ばれる蓄積電荷のトランジスタ一部の溢れ出
しが生じている。
課題を解決するための手段
縦型オーバーフロードレイン構造のフォトダイオードに
おいて、基板バイアス電圧を、読み出しトランジスター
のゲート電圧と逆位相で、同期もしくは、若干遅延させ
て、矩形波もしくは、３角波で変化させる。
おいて、基板バイアス電圧を、読み出しトランジスター
のゲート電圧と逆位相で、同期もしくは、若干遅延させ
て、矩形波もしくは、３角波で変化させる。
横型オーバーフロードレイン構造のフォトダイオードに
おいては、読みだしトランジスターのゲート電圧に同期
もしくは若干遅延させて、吐き出しトランジスターのゲ
ート電圧を逆位相で、ドレイン電圧を同位相で、矩形波
もしくは３角波で変化させる。
おいては、読みだしトランジスターのゲート電圧に同期
もしくは若干遅延させて、吐き出しトランジスターのゲ
ート電圧を逆位相で、ドレイン電圧を同位相で、矩形波
もしくは３角波で変化させる。
作用
縦型オーバーフロードレイン構造のフォトダイオードの
最大電位は、Ｎ型不純物層２に印加するバイアス電圧に
依存し、バイアス電圧を低くすれば、フォトダイオード
の最大電圧も低くなる。電荷の読みだし中は、オーバー
フロードレイン動作は、必要ないのでバイアス電圧は、
低《設定する。電荷蓄積中は、オーバーフロードレイン
を有効に活用するためバイアス電圧を高くする。
最大電位は、Ｎ型不純物層２に印加するバイアス電圧に
依存し、バイアス電圧を低くすれば、フォトダイオード
の最大電圧も低くなる。電荷の読みだし中は、オーバー
フロードレイン動作は、必要ないのでバイアス電圧は、
低《設定する。電荷蓄積中は、オーバーフロードレイン
を有効に活用するためバイアス電圧を高くする。
読みだしトランジスターの駆動と同期させて、蓄積時に
、バイアス電圧を、Ｎ型不純物層１とＮ型不純物層２の
間にあるＰ型不純物層の最小電位を蓄積時の読みだしト
ランジスターのチャンネル電位よりも０．７Ｖ以上多《
なるように電圧を設定し、読みだし時は、バイアス電圧
を、第１のＮ型不純物層と第２のＮ型不純物層の間にあ
るＰ型不純物層の最小電位が周辺分離層の表面電位と同
等になる電圧に設定する。これにより、読みだし時のフ
ォトダイオードの最小電位が低《なり、読みだしトラン
ジスターのチャンネル部の電位が相対的に高《なるので
残像はな《なる。また、トランジスターのチャンネル部
の不純物濃度を濃くすることができる。
、バイアス電圧を、Ｎ型不純物層１とＮ型不純物層２の
間にあるＰ型不純物層の最小電位を蓄積時の読みだしト
ランジスターのチャンネル電位よりも０．７Ｖ以上多《
なるように電圧を設定し、読みだし時は、バイアス電圧
を、第１のＮ型不純物層と第２のＮ型不純物層の間にあ
るＰ型不純物層の最小電位が周辺分離層の表面電位と同
等になる電圧に設定する。これにより、読みだし時のフ
ォトダイオードの最小電位が低《なり、読みだしトラン
ジスターのチャンネル部の電位が相対的に高《なるので
残像はな《なる。また、トランジスターのチャンネル部
の不純物濃度を濃くすることができる。
蓄積時は、トランジスターのチャンネル部の不純物濃度
を濃《することができるので、従来以上にオーバーフロ
ー電位を低く設定でき、フォトダイオードの最大蓄積電
荷量を増大させることができる。
を濃《することができるので、従来以上にオーバーフロ
ー電位を低く設定でき、フォトダイオードの最大蓄積電
荷量を増大させることができる。
次に、基板バイアスを矩形波で駆動する場合は、読みだ
しトランジスターを駆動する容量がＮ型不純物層２とＰ
型不純物層の間の接合容量よりも大きいため、読みだし
トランジスターと基板バイアスを完全に同期させるとバ
イアス側が早く動作してしまうので、基板バイアス側に
遅延回路を設ける。基板バイアスを３角波で駆動しても
同じ効果が得られる。
しトランジスターを駆動する容量がＮ型不純物層２とＰ
型不純物層の間の接合容量よりも大きいため、読みだし
トランジスターと基板バイアスを完全に同期させるとバ
イアス側が早く動作してしまうので、基板バイアス側に
遅延回路を設ける。基板バイアスを３角波で駆動しても
同じ効果が得られる。
横型オーバーフロードレインの場合は、吐き出しトラン
ジスターの電圧でフォトダイオードの最大電圧を変化さ
せ゜ることはできないが、読みだし時に、吐き出しトラ
ンジスターのドレイン電位とフォトダイオードの電位差
が小さくなり、吐き出しトランジスターのドレイン側か
らの電子の逆注入を防ぐことができる。
ジスターの電圧でフォトダイオードの最大電圧を変化さ
せ゜ることはできないが、読みだし時に、吐き出しトラ
ンジスターのドレイン電位とフォトダイオードの電位差
が小さくなり、吐き出しトランジスターのドレイン側か
らの電子の逆注入を防ぐことができる。
実施例
第１図ａに、本発明の第１の実施例である縦型オーバー
フロードレイン構造を有する４相駆動のＣＣＤ固体撮像
素子の１画素の断面構造図と駆動回路の模式図、第１図
ω）に、読みだしゲート８と矩形波基板バイアス９のタ
イミングチャート、第１゛図（Ｃ）に、読みだしゲート
８と３角波基板バイアス９のタイミングチャートを示す
。矩形波基板バイアスの場合は、読みだし時間ＴＩに対
してΔＴの時間の遅延を設ける。読みだし終了時と蓄積
時のフォトダイオード部と読みだしトランジスター、Ｃ
ＣＤの電位分布の模式図を基板バイアスを変化させない
場合（従来例）と変化させた場合（本発明）の様子を第
２図に示す。本発明の実施例は、読みだしトランジスタ
ーのチャンネル部の不純物濃度を従来例より濃くしてい
る。読みだし時には、フォトダイオードの最大電位と読
みだしトランジスターのチャンネル部の電位が、基板バ
イアスを下げた方が低くなり、蓄積時は、Ｐ型不純物層
の最小電位と読みだしトランジスターのチャンネル部の
電位が、基板バイアスを上げた方が高《なっている。第
３図（ａ）に、本発明の第２図の実施例である横型オー
バーフロードレイン構造を有する固体撮像素子の１画素
の断面構造図と駆動回路の模式図、第３図（ｂ）に、読
みだしゲート８と矩形波吐き出しトランジスターのゲー
トバイアス１２，ドレインバイアス１３のタイミングチ
ャート、第３図（Ｃ）に、読みだしゲート８と３角波吐
き出しトランジスターのゲートバイアス１２，ドレイン
バイアス１３のタイミングチャートを示す。矩形波吐き
出しトランジスターのゲート・ドレインバイアスの場合
は、読みだし時間ＴＩに対してΔＴの時間の遅延を設け
る。読みだし終了時と蓄積時のフォトダイオード部と読
みだしトランジスター、吐き出しトランジスターのゲー
ト・ドレインの電位分布の模式図を吐き出しトランジス
ターのゲート・ドレインバイアスを変化させない場合（
従来例）と変化させた場合（本発明〉の様子を第４図に
示す。読みだし時に吐き出しトランジスターのドレイン
電圧を上げた方が、フォトダイオードの最大電位とドレ
イン電位との電位差が少なくなっている。
フロードレイン構造を有する４相駆動のＣＣＤ固体撮像
素子の１画素の断面構造図と駆動回路の模式図、第１図
ω）に、読みだしゲート８と矩形波基板バイアス９のタ
イミングチャート、第１゛図（Ｃ）に、読みだしゲート
８と３角波基板バイアス９のタイミングチャートを示す
。矩形波基板バイアスの場合は、読みだし時間ＴＩに対
してΔＴの時間の遅延を設ける。読みだし終了時と蓄積
時のフォトダイオード部と読みだしトランジスター、Ｃ
ＣＤの電位分布の模式図を基板バイアスを変化させない
場合（従来例）と変化させた場合（本発明）の様子を第
２図に示す。本発明の実施例は、読みだしトランジスタ
ーのチャンネル部の不純物濃度を従来例より濃くしてい
る。読みだし時には、フォトダイオードの最大電位と読
みだしトランジスターのチャンネル部の電位が、基板バ
イアスを下げた方が低くなり、蓄積時は、Ｐ型不純物層
の最小電位と読みだしトランジスターのチャンネル部の
電位が、基板バイアスを上げた方が高《なっている。第
３図（ａ）に、本発明の第２図の実施例である横型オー
バーフロードレイン構造を有する固体撮像素子の１画素
の断面構造図と駆動回路の模式図、第３図（ｂ）に、読
みだしゲート８と矩形波吐き出しトランジスターのゲー
トバイアス１２，ドレインバイアス１３のタイミングチ
ャート、第３図（Ｃ）に、読みだしゲート８と３角波吐
き出しトランジスターのゲートバイアス１２，ドレイン
バイアス１３のタイミングチャートを示す。矩形波吐き
出しトランジスターのゲート・ドレインバイアスの場合
は、読みだし時間ＴＩに対してΔＴの時間の遅延を設け
る。読みだし終了時と蓄積時のフォトダイオード部と読
みだしトランジスター、吐き出しトランジスターのゲー
ト・ドレインの電位分布の模式図を吐き出しトランジス
ターのゲート・ドレインバイアスを変化させない場合（
従来例）と変化させた場合（本発明〉の様子を第４図に
示す。読みだし時に吐き出しトランジスターのドレイン
電圧を上げた方が、フォトダイオードの最大電位とドレ
イン電位との電位差が少なくなっている。
発明の効果
本発明により、固体撮像素子の残像とブルーミングが大
幅に低減し、併せて、フォトダイオードの最大蓄積電荷
量を増大させることができる。
幅に低減し、併せて、フォトダイオードの最大蓄積電荷
量を増大させることができる。
第１図（ａ）は本発明の一実施例である縦型オーバーフ
ロードレイン構造を有する４相駆動のＣＣＤ固体撮像素
子の１画素の断面構造図と駆動回路の模式図、第１図（
ｂ）は読みだしゲートと矩形波基板バイアスのタイミン
グチャート、第１図（Ｃ）は読みだしゲートと３角波基
板バイアスのタイミングチャート、第２図は読みだし終
了時と蓄積時のフォトダイオード部と読みだしトランジ
スターＣＣＤの電位分布の模式図、第３図（ａ）は本発
明の他の実施例である横型オーバーフロードレイン構造
を有する固体撮像素子の１画素の断面構造図と駆動回路
の模式図、第３図（ｂ）は読みだしゲートと矩形波吐き
出しトランジスターのゲート・ドレインバイアスのタイ
ミングチャート、第３図（Ｃ）は読みだしゲートと３角
波吐き出しトランジスターのゲート・ドレインバイアス
のタイミングチャート、第４図は読みだし終了時と蓄積
時のフォトダイオード部と読みだしトランジスター、吐
き出しトランジスターのゲート・ドレインの電位分布の
模式図である。 １・・・・・・フォトダイオード、２・・・・・・読み
だしトランジスター、３・・・・・・ＣＣＤ、４・・・
・・・表面Ｐ型不純物層、５・・・・・・Ｎ型不純物層
１、６・・・・・・Ｐ型不純物層，７・・・・・・Ｎ型
不純物層２、８・・・・・・読みだしトランジスターゲ
ート、９・・・・・・基板バイアス、１０・・・・・・
吐き出しトランジスターゲート、１１・・・・・・吐き
出しトランジスタードレイン、１２・・・・・・吐き出
しトランジスターゲートバイアス、１３・・・・・・吐
き出しトランジスタードレインバイアス。 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 ほか１名第 図 咲来例 ４−五ｆｒｒＰ竺シＰ凄着 ｑ−ｉｓ吸バイアス ＴｒＬ”Ｌイシ
ロードレイン構造を有する４相駆動のＣＣＤ固体撮像素
子の１画素の断面構造図と駆動回路の模式図、第１図（
ｂ）は読みだしゲートと矩形波基板バイアスのタイミン
グチャート、第１図（Ｃ）は読みだしゲートと３角波基
板バイアスのタイミングチャート、第２図は読みだし終
了時と蓄積時のフォトダイオード部と読みだしトランジ
スターＣＣＤの電位分布の模式図、第３図（ａ）は本発
明の他の実施例である横型オーバーフロードレイン構造
を有する固体撮像素子の１画素の断面構造図と駆動回路
の模式図、第３図（ｂ）は読みだしゲートと矩形波吐き
出しトランジスターのゲート・ドレインバイアスのタイ
ミングチャート、第３図（Ｃ）は読みだしゲートと３角
波吐き出しトランジスターのゲート・ドレインバイアス
のタイミングチャート、第４図は読みだし終了時と蓄積
時のフォトダイオード部と読みだしトランジスター、吐
き出しトランジスターのゲート・ドレインの電位分布の
模式図である。 １・・・・・・フォトダイオード、２・・・・・・読み
だしトランジスター、３・・・・・・ＣＣＤ、４・・・
・・・表面Ｐ型不純物層、５・・・・・・Ｎ型不純物層
１、６・・・・・・Ｐ型不純物層，７・・・・・・Ｎ型
不純物層２、８・・・・・・読みだしトランジスターゲ
ート、９・・・・・・基板バイアス、１０・・・・・・
吐き出しトランジスターゲート、１１・・・・・・吐き
出しトランジスタードレイン、１２・・・・・・吐き出
しトランジスターゲートバイアス、１３・・・・・・吐
き出しトランジスタードレインバイアス。 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 ほか１名第 図 咲来例 ４−五ｆｒｒＰ竺シＰ凄着 ｑ−ｉｓ吸バイアス ＴｒＬ”Ｌイシ
Claims (4)
- （１）半導体基板に、ＮＰＮ構造もしくはＰＮＰＮ構造
層で形成したフォトダイオードと、前記フォトダイオー
ドに蓄積された電荷を読み出すためのＭＩＳ型トランジ
スターを有する縦型オーバーフロードレイン構造の光電
変換素子において、前記フォトダイオードに印加する基
板バイアス電圧を前記読みだしトランジスターと逆位相
で同期させて、矩形もしくは、３角波で動作させること
を特徴とする光電変換素子の駆動方法。 - （２）矩形波もしくは３角波の基板バイアス電圧を、読
みだしトランジスターの読みだし印加開始時間より遅延
させて駆動することを特徴とする特許請求の範囲第１項
に記載の光電変換素子の駆動方法。 - （３）半導体基板中に、ＮＰＮ構造もしくはＰＮＰ構造
層で形成したフォトダイオードと、前記フォトダイオー
ドに蓄積された電荷を読み出すためのＭＩＳ型トランジ
スターと、前記フォトダイオードに過剰に蓄積された電
荷を吐き出すためのトランジスターとを有する横型オー
バーフロードレイン構造の光電変換素子において、前記
読みだしトランジスターと同期させて、前記吐き出しト
ランジスターのゲート電圧を逆位相で、ドレイン電圧を
同位相で矩形波もしくは３角波で駆動することを特徴と
する光電変換素子の駆動方法。 - （４）矩形波もしくは３角波の吐き出しトランジスター
のゲート電圧とドレイン電圧を、読みだしトランジスタ
ーの読みだし印加開始時間より遅延させて駆動すること
を特徴とする特許請求の範囲第３項に記載の光電変換素
子の駆動方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1050347A JPH02229469A (ja) | 1989-03-01 | 1989-03-01 | 光電変換素子の駆動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1050347A JPH02229469A (ja) | 1989-03-01 | 1989-03-01 | 光電変換素子の駆動方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02229469A true JPH02229469A (ja) | 1990-09-12 |
Family
ID=12856382
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1050347A Pending JPH02229469A (ja) | 1989-03-01 | 1989-03-01 | 光電変換素子の駆動方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02229469A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5729287A (en) * | 1995-08-22 | 1998-03-17 | Nec Corporation | Driving method for driving a solid state image pick-up device |
| KR100859405B1 (ko) * | 2006-07-27 | 2008-09-22 | 산요덴키가부시키가이샤 | 고체 촬상 소자의 구동 방법 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6126375A (ja) * | 1984-07-16 | 1986-02-05 | Matsushita Electronics Corp | 固体撮像装置 |
| JPS62155680A (ja) * | 1985-12-27 | 1987-07-10 | Toshiba Corp | 固体撮像装置の駆動方法 |
-
1989
- 1989-03-01 JP JP1050347A patent/JPH02229469A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6126375A (ja) * | 1984-07-16 | 1986-02-05 | Matsushita Electronics Corp | 固体撮像装置 |
| JPS62155680A (ja) * | 1985-12-27 | 1987-07-10 | Toshiba Corp | 固体撮像装置の駆動方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5729287A (en) * | 1995-08-22 | 1998-03-17 | Nec Corporation | Driving method for driving a solid state image pick-up device |
| KR100859405B1 (ko) * | 2006-07-27 | 2008-09-22 | 산요덴키가부시키가이샤 | 고체 촬상 소자의 구동 방법 |
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