JPH02230769A - 焦電型固体撮像装置 - Google Patents
焦電型固体撮像装置Info
- Publication number
- JPH02230769A JPH02230769A JP1049856A JP4985689A JPH02230769A JP H02230769 A JPH02230769 A JP H02230769A JP 1049856 A JP1049856 A JP 1049856A JP 4985689 A JP4985689 A JP 4985689A JP H02230769 A JPH02230769 A JP H02230769A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pyroelectric
- charge
- film
- imaging device
- state imaging
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (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〕
本発明は固体撮像装置に係り，特に赤外線画像を撮像す
る固体撮像装置に関するものである。
る固体撮像装置に関するものである。
本発明は赤外線画像を得るＣＣＤ固体撮像素子において
，素子の焦電膜の上面に生ずる電荷と下面に生ずる電荷
をそれぞれ別の容量素子に蓄積しこれを読み出すことに
より，ダイミックレンジ，Ｓ／上を向上させたものであ
る。すなわち，従来の焦電型固体撮像装置では，焦電膜
の上面に誘起する電荷はその配線が外部電源に接続され
ているために捨てられることになり，焦電効果によって
誘起した電荷を有効に活用できないという欠点がある。
，素子の焦電膜の上面に生ずる電荷と下面に生ずる電荷
をそれぞれ別の容量素子に蓄積しこれを読み出すことに
より，ダイミックレンジ，Ｓ／上を向上させたものであ
る。すなわち，従来の焦電型固体撮像装置では，焦電膜
の上面に誘起する電荷はその配線が外部電源に接続され
ているために捨てられることになり，焦電効果によって
誘起した電荷を有効に活用できないという欠点がある。
本発明の目的は，焦電効果によって誘起した電荷を全て
活用し，バイアス電荷の除去が簡単に行える焦電型固体
撮像装置を提供することにある。
活用し，バイアス電荷の除去が簡単に行える焦電型固体
撮像装置を提供することにある。
本発明は焦電型固体撮像装置の焦電膜の下面と上面に誘
起する電荷をそれぞれ別の容１素子に蓄積することを特
徴とし，各々の容量素子について，容量素子の初期電圧
設定素子および容量素子からＣＣＤへ電荷の転送を行う
転送送子をそれぞれ設けたものである。
起する電荷をそれぞれ別の容１素子に蓄積することを特
徴とし，各々の容量素子について，容量素子の初期電圧
設定素子および容量素子からＣＣＤへ電荷の転送を行う
転送送子をそれぞれ設けたものである。
その結果，本発明によれば，従来，焦電膜の下面に誘起
する電荷だけを信号として扱い，焦電膜の上面に誘起す
る電荷は捨てていたのに対し，本発明によれば上下，両
面の電荷を信号として扱えるため，ダイナミック・レン
ジおよびＳ／Ｎ比を大幅に向上させることができる。ま
た，各画素ごとに注入されるバイアス電荷は各画素にお
げる焦電膜の上面と下面の信号の差をとることによって
簡単に除去できるため，各画素のバイアス電荷のばらつ
きによって生じる固定パターン雑音を抑制できる。
する電荷だけを信号として扱い，焦電膜の上面に誘起す
る電荷は捨てていたのに対し，本発明によれば上下，両
面の電荷を信号として扱えるため，ダイナミック・レン
ジおよびＳ／Ｎ比を大幅に向上させることができる。ま
た，各画素ごとに注入されるバイアス電荷は各画素にお
げる焦電膜の上面と下面の信号の差をとることによって
簡単に除去できるため，各画素のバイアス電荷のばらつ
きによって生じる固定パターン雑音を抑制できる。
焦電型赤外線センサーでは可視光センサーとは異なりＧ
ｅなどの赤外線光学材料を使用した光学レンズを用いて
赤外線画像を結像する。赤外線は熱として焦電膜に吸収
され，膜面には赤外線画像に対応した温度変化分布が生
じる。焦電膜の分極は温度上昇によって減少するため，
その焦電効果によって温度変化分布か膜の表面電荷分布
に変換される。焦電効果は誘電体の時間的温度変化によ
るものであるから，静止物体の撮像には固体撮像素子の
前面に赤外光を時間的に断続するチョノパを設ける必要
がある。赤外光の時間的断続によって焦電膜の温度がΔ
Ｔだけ変化した時，焦電係数をＰＴとすると膜面に誘起
する電荷量△ＱはＰＴ・△Ｔとなる。△Ｑは分極の増減
によるものであるから，焦電膜の両側に誘起する電荷竜
の絶対値は等し《，符号は逆である。
ｅなどの赤外線光学材料を使用した光学レンズを用いて
赤外線画像を結像する。赤外線は熱として焦電膜に吸収
され，膜面には赤外線画像に対応した温度変化分布が生
じる。焦電膜の分極は温度上昇によって減少するため，
その焦電効果によって温度変化分布か膜の表面電荷分布
に変換される。焦電効果は誘電体の時間的温度変化によ
るものであるから，静止物体の撮像には固体撮像素子の
前面に赤外光を時間的に断続するチョノパを設ける必要
がある。赤外光の時間的断続によって焦電膜の温度がΔ
Ｔだけ変化した時，焦電係数をＰＴとすると膜面に誘起
する電荷量△ＱはＰＴ・△Ｔとなる。△Ｑは分極の増減
によるものであるから，焦電膜の両側に誘起する電荷竜
の絶対値は等し《，符号は逆である。
第７図は従来の赤外線画像を撮像する焦亀型撮像素子の
断面図，第８図（ａ），第８図（ｂ）はそれそれ異なる
撮像条汗における信号読み出し時の第７図に対応した表
面ポテンシャルであり，斜線部分は電子で充満している
ことを示している。第９図は４相駆勤型の垂直ＣＣＤを
用いた時の第７図に対応した等価回路である。同図にお
いて，１はＰ形半導体基板，２−１は埋め込み型ＣＣＤ
のチャネル用ｎ一形拡散層，２−２は転送ゲートのチヤ
坏ル用ｎ一形拡散漕，３−１はリセノト・ドレイン（
ＲＤ ）用ｎ形拡散層３−２は信号積分容量としてのｎ
形拡散層，４はリセノト・トランジスタのチャネル用Ｐ
形拡散層，５はチャネルストッパ用Ｐ 形拡散層，６は
絶縁分離用Ｓｉ０２，７−１は第一層目の多結晶シリコ
ンであり，第７図に示したように第一層目の多結晶シリ
コン７−１と若干重なりをもつ第二層目の多結晶シリコ
ン７−２とでＣＣＤ電極を構成している。８は信号電荷
をＣＣＤのチャネルへ転送するための転送ゲート（ＴＧ
），９は初期電圧設定用リセット・トランジスタのゲー
ト電極（ＲＧ）であり，それぞれ第三層目の多結晶シリ
コンである。１１−１はリセット・ドレイン３−１の配
線用第一鳩目Ａｅ層，１１−２は焦電膜電極用の第一鳩
目Ａｇ層，１２は焦電膜，第９図ではその焦電膜１２を
コンテンサと電流源とによって等価的に示している。１
３はニクロム等の熱吸収膜，１０および１４はＳＩＯ２
もしくは，ポリイミドのような層間絶縁膜，１５は配線
および遮光用の第二層目Ａｅ層，１６＆ま外部電源であ
り，リセット・ドレイン３−１にバイアス電圧Ｖｉｎｉ
ｔを印加する。１７は信号積分用ダイオードである。
断面図，第８図（ａ），第８図（ｂ）はそれそれ異なる
撮像条汗における信号読み出し時の第７図に対応した表
面ポテンシャルであり，斜線部分は電子で充満している
ことを示している。第９図は４相駆勤型の垂直ＣＣＤを
用いた時の第７図に対応した等価回路である。同図にお
いて，１はＰ形半導体基板，２−１は埋め込み型ＣＣＤ
のチャネル用ｎ一形拡散層，２−２は転送ゲートのチヤ
坏ル用ｎ一形拡散漕，３−１はリセノト・ドレイン（
ＲＤ ）用ｎ形拡散層３−２は信号積分容量としてのｎ
形拡散層，４はリセノト・トランジスタのチャネル用Ｐ
形拡散層，５はチャネルストッパ用Ｐ 形拡散層，６は
絶縁分離用Ｓｉ０２，７−１は第一層目の多結晶シリコ
ンであり，第７図に示したように第一層目の多結晶シリ
コン７−１と若干重なりをもつ第二層目の多結晶シリコ
ン７−２とでＣＣＤ電極を構成している。８は信号電荷
をＣＣＤのチャネルへ転送するための転送ゲート（ＴＧ
），９は初期電圧設定用リセット・トランジスタのゲー
ト電極（ＲＧ）であり，それぞれ第三層目の多結晶シリ
コンである。１１−１はリセット・ドレイン３−１の配
線用第一鳩目Ａｅ層，１１−２は焦電膜電極用の第一鳩
目Ａｇ層，１２は焦電膜，第９図ではその焦電膜１２を
コンテンサと電流源とによって等価的に示している。１
３はニクロム等の熱吸収膜，１０および１４はＳＩＯ２
もしくは，ポリイミドのような層間絶縁膜，１５は配線
および遮光用の第二層目Ａｅ層，１６＆ま外部電源であ
り，リセット・ドレイン３−１にバイアス電圧Ｖｉｎｉ
ｔを印加する。１７は信号積分用ダイオードである。
第１０図は本従来例の焦電型固体撮像装置の動作を説明
するための赤外光を断続するチョソパーの開閉と駆勤パ
ルスのタイミングである。チョッパーを開いて素子面に
入射赤外光を当てた時，焦電効果によって，焦電膜１２
のＡｅ層１１−２側に負電荷（電子）が誘起するような
分極処理を行った場合について動作を説明する。第１０
図の時刻ｔ１に示したように，チョノパーを閉じた時に
は転送ゲート（ＴＧ）８に電圧Ｖｎを印加して転送チャ
ネル２−２をカット・オフし，リセノト・ゲート（ＲＧ
）９に電圧Ｖ。Ｍを印加してリセ ノト・トランジスタ
をＯＮ状態にすることによって，焦電膜１２の両面を短
絡する。リセノト・ドレイン（ＲＤ）３−１にはチョッ
パーの開閉によらずＶｉｎｉｔを印加するので，焦電膜
１２の両面の電圧もＶｉｎｉｔになる。次にチョノパー
を開いた時にはりセクト・ゲー｝（ＲＧ）９に電圧ｖＧ
Ｌを印加してリセソト・トランジスタをＯＦＦ状態にし
，信号積分用ダイオード１７を７ローティング状態にす
ることによって信号積分を開始する。入射赤外光による
焦電効果で焦電膜１２のｉ層１１−２側には電子か遊離
し，ダイオード１７に蓄積される０熱吸収膜１３側に誘
起する正電荷は第９図に示したように，外部電源１６か
ら電子が供給され中和する。信号読み出し時は第１０図
の時刻ｔ２で示したように転送ゲート８に電圧ｖＴ■｛
を印加し，転送チャネル２−２の電位なＶ ｒ ｅ ａ
ｄにセットする。この時の表面ポテンシャルを第８図
（ａ）に示す。ダイオード１７からＣＣＤチャネル２−
１に転送される電荷Ｑｒｅａｄは，焦電効果による電荷
ＱｓｉｇとＶｒｅａｄとＶｉｎｉｔの電位差に相当する
一定量のバイアス電荷Ｑｂｉａｓの和になっている。し
たがって信号処理回路で注入された電荷Ｑｂｉａｓに相
当する量だけ減算すればよい。
するための赤外光を断続するチョソパーの開閉と駆勤パ
ルスのタイミングである。チョッパーを開いて素子面に
入射赤外光を当てた時，焦電効果によって，焦電膜１２
のＡｅ層１１−２側に負電荷（電子）が誘起するような
分極処理を行った場合について動作を説明する。第１０
図の時刻ｔ１に示したように，チョノパーを閉じた時に
は転送ゲート（ＴＧ）８に電圧Ｖｎを印加して転送チャ
ネル２−２をカット・オフし，リセノト・ゲート（ＲＧ
）９に電圧Ｖ。Ｍを印加してリセ ノト・トランジスタ
をＯＮ状態にすることによって，焦電膜１２の両面を短
絡する。リセノト・ドレイン（ＲＤ）３−１にはチョッ
パーの開閉によらずＶｉｎｉｔを印加するので，焦電膜
１２の両面の電圧もＶｉｎｉｔになる。次にチョノパー
を開いた時にはりセクト・ゲー｝（ＲＧ）９に電圧ｖＧ
Ｌを印加してリセソト・トランジスタをＯＦＦ状態にし
，信号積分用ダイオード１７を７ローティング状態にす
ることによって信号積分を開始する。入射赤外光による
焦電効果で焦電膜１２のｉ層１１−２側には電子か遊離
し，ダイオード１７に蓄積される０熱吸収膜１３側に誘
起する正電荷は第９図に示したように，外部電源１６か
ら電子が供給され中和する。信号読み出し時は第１０図
の時刻ｔ２で示したように転送ゲート８に電圧ｖＴ■｛
を印加し，転送チャネル２−２の電位なＶ ｒ ｅ ａ
ｄにセットする。この時の表面ポテンシャルを第８図
（ａ）に示す。ダイオード１７からＣＣＤチャネル２−
１に転送される電荷Ｑｒｅａｄは，焦電効果による電荷
ＱｓｉｇとＶｒｅａｄとＶｉｎｉｔの電位差に相当する
一定量のバイアス電荷Ｑｂｉａｓの和になっている。し
たがって信号処理回路で注入された電荷Ｑｂｉａｓに相
当する量だけ減算すればよい。
前記とは逆に，チョッパーを開いた時，焦電膜１２のＡ
ｌ層１１−２側に正電荷が誘起するような分極処理を行
った場合，チョノパーの開閉と駆動パルスタイミングは
第１０図のままでよいが，信号読み出し時の表面ポテン
シャルは第８図（ｂ）のようになる。これは誘起する電
荷の極性が逆になったため，電荷の中和の仕方が異なる
からである。
ｌ層１１−２側に正電荷が誘起するような分極処理を行
った場合，チョノパーの開閉と駆動パルスタイミングは
第１０図のままでよいが，信号読み出し時の表面ポテン
シャルは第８図（ｂ）のようになる。これは誘起する電
荷の極性が逆になったため，電荷の中和の仕方が異なる
からである。
この場合は転送電荷Ｑｒｅａｄはバイアス電荷Ｑｂ ｉ
ａｓと信号電荷Ｑｓ ｉｇの差になっているため，信号
処理回路で減算すれは信号分を検出できる。
ａｓと信号電荷Ｑｓ ｉｇの差になっているため，信号
処理回路で減算すれは信号分を検出できる。
このような焦電型固体撮像装置の構造および駆動方法は
，例えば実願昭６２−１３８２２０号明細書に記載され
ていろ。
，例えば実願昭６２−１３８２２０号明細書に記載され
ていろ。
本従来例における焦電型固体撮像装置では，信号読み出
し時に毎回一定量のバイアス電荷を注入することによっ
て，嘆膜１２の下面，すなわち，Ａｌ層１１−２側に誘
起する電荷の正負にかかわらずその電荷を信号として扱
うことができるという利点を持つ反面，第９図からもわ
かるように焦電膜１２の上面′Ｋ誘起する電荷はその配
線が外部電源１６に接続されているために捨てられるこ
とになり，焦電効果によって誘起した電荷を有効に活用
できないと（・う欠点がある。また，注入されたバイア
ス電荷Ｑｂｉａｓにばらつきがあると外部回路で効果的
にＱｂｉａｓが除去できないという欠点がある。
し時に毎回一定量のバイアス電荷を注入することによっ
て，嘆膜１２の下面，すなわち，Ａｌ層１１−２側に誘
起する電荷の正負にかかわらずその電荷を信号として扱
うことができるという利点を持つ反面，第９図からもわ
かるように焦電膜１２の上面′Ｋ誘起する電荷はその配
線が外部電源１６に接続されているために捨てられるこ
とになり，焦電効果によって誘起した電荷を有効に活用
できないと（・う欠点がある。また，注入されたバイア
ス電荷Ｑｂｉａｓにばらつきがあると外部回路で効果的
にＱｂｉａｓが除去できないという欠点がある。
本発明の目的は，焦電効果によって誘起した電荷を全て
活用し，バイアス電荷の除去が簡単に行える焦市型固体
撮像装置を提供することにある。
活用し，バイアス電荷の除去が簡単に行える焦市型固体
撮像装置を提供することにある。
本発明は上記の目的を達成するため，焦電型固体撮像装
置の焦電膜１２の下面と上面に誘起する電荷をそれぞれ
別の容量素子に蓄積し，各々の容量素子について，容量
素子の初期電圧設定素子および容量素子からＣＣＤへ電
荷の転送を行う転送送子をそれぞれ設けたものである。
置の焦電膜１２の下面と上面に誘起する電荷をそれぞれ
別の容量素子に蓄積し，各々の容量素子について，容量
素子の初期電圧設定素子および容量素子からＣＣＤへ電
荷の転送を行う転送送子をそれぞれ設けたものである。
その結果，従来捨てていた焦′ｗＬ膜の上面に誘起する
電荷も信号として利用できるようになり，ダイナミック
・レンジおよびＳ／Ｎ比を大幅に向上させることができ
る。また，各画素ごとに注入さ゛酔バイアス電荷は各画
素における焦電膜の上面と下面の信号の差をとることに
よって除去できるため，各画素のバイアス電荷のぱらつ
きによって生じる固定パターン雑音を抑制できる。
電荷も信号として利用できるようになり，ダイナミック
・レンジおよびＳ／Ｎ比を大幅に向上させることができ
る。また，各画素ごとに注入さ゛酔バイアス電荷は各画
素における焦電膜の上面と下面の信号の差をとることに
よって除去できるため，各画素のバイアス電荷のぱらつ
きによって生じる固定パターン雑音を抑制できる。
以下，実施例を用いて本発明を説明する。
第１図は本発明の焦電型固体撮像装置の画素部断面図，
第２図はそれに対応した表面ポテンシャルであり，斜線
部分は電子で充満して（・ることを示す。第３図は４相
駆動型の垂直ＣＣＤを用いた時の第１図に対応した等価
回路である。４−１はｉ配線１１−２と接続されている
焦ｔ膜１２の下面を初期電圧Ｖｉｎｉｔに設定するため
の第一のリセノト・トランジスタ（ＭＲＩ）のチャネル
用Ｐ形拡散Ｊ＊，９−１はＭＲＩのゲート電極である０
４−２は第一層目の１’層１１−３，第二層目のＡｌ＋
脅ＩＳを通して接続されている焦電膜１２の上面を初期
電圧Ｖｉｎｉｔに設定するための第二のりセノト・トラ
ンジスタ（ＭＲ２）のチャネル用Ｐ形拡散層，９−２は
ＭＲ２のゲート電極，３−３は焦”ｊ：：’ｑｉ＆，１
２の上面に誘起する．信号の積分用答量としてのｎ 形
拡散層である０２−４は焦電膜１２の上面に誘起した信
号を転送するための埋め込み型ＣＣＤのチャネル用ｎ一
形拡散層，２−３は転送ゲートのチャネルである。８−
１．８−２はそれぞれＣＯＤに電荷を転送するためのゲ
ート電極，第３図の１７−１．１７−２は信号積分用ダ
イオードである。ここでは第３図のようにＭＨＩ，ＭＲ
２のゲート電極９−１．９−２はそれぞれリセットゲ−
｝（ＲＧ）端子に接続し，ゲート電極８−１，８−２は
それぞれ転送ゲート（ＴＧ）端子に接続している場合を
考える。
第２図はそれに対応した表面ポテンシャルであり，斜線
部分は電子で充満して（・ることを示す。第３図は４相
駆動型の垂直ＣＣＤを用いた時の第１図に対応した等価
回路である。４−１はｉ配線１１−２と接続されている
焦ｔ膜１２の下面を初期電圧Ｖｉｎｉｔに設定するため
の第一のリセノト・トランジスタ（ＭＲＩ）のチャネル
用Ｐ形拡散Ｊ＊，９−１はＭＲＩのゲート電極である０
４−２は第一層目の１’層１１−３，第二層目のＡｌ＋
脅ＩＳを通して接続されている焦電膜１２の上面を初期
電圧Ｖｉｎｉｔに設定するための第二のりセノト・トラ
ンジスタ（ＭＲ２）のチャネル用Ｐ形拡散層，９−２は
ＭＲ２のゲート電極，３−３は焦”ｊ：：’ｑｉ＆，１
２の上面に誘起する．信号の積分用答量としてのｎ 形
拡散層である０２−４は焦電膜１２の上面に誘起した信
号を転送するための埋め込み型ＣＣＤのチャネル用ｎ一
形拡散層，２−３は転送ゲートのチャネルである。８−
１．８−２はそれぞれＣＯＤに電荷を転送するためのゲ
ート電極，第３図の１７−１．１７−２は信号積分用ダ
イオードである。ここでは第３図のようにＭＨＩ，ＭＲ
２のゲート電極９−１．９−２はそれぞれリセットゲ−
｝（ＲＧ）端子に接続し，ゲート電極８−１，８−２は
それぞれ転送ゲート（ＴＧ）端子に接続している場合を
考える。
第４図は本発明の焦電型固定撮像襄置の動作を説明する
ためのチヲッパの開閉と撮像素子を駆動するパルスのタ
イミング図である。チョッパを開いて素子面に入射赤外
光を当て焦電膜の温度が上昇した時，焦電効果によって
焦電膜１２の下面に負電荷（ｔ子）が誘起するように分
極処理を行った場合について動作を説明する。
ためのチヲッパの開閉と撮像素子を駆動するパルスのタ
イミング図である。チョッパを開いて素子面に入射赤外
光を当て焦電膜の温度が上昇した時，焦電効果によって
焦電膜１２の下面に負電荷（ｔ子）が誘起するように分
極処理を行った場合について動作を説明する。
第４図の時刻ｔａで示したように，垂直帰線期間開（・
た状態に移る間にリセットゲー｝（ＲＧ’）に電圧ＶＧ
｝Ｉを印加してリセット・トランジスタＭＲｌ，ＭＲ２
をＯＮ状態にして焦電膜１２の両面を短絡し，電圧なＶ
ｉｎｉｔにセントする。次にリセット・ゲート（ ＲＧ
）に電圧ＶＧＬを印加してリセント・トランジスタＭ
ＲＩ，ＭＲ２をＯＦＦ状態にする。転送ゲート（ＴＧ）
はオフ（ｔ圧ＶＴＬを印加）であり，信号積分用ダイオ
ード１７−１．１７−２はフローティング状態になるた
め，信号積分を開始する。焦電膜１２の下面には負電荷
，上面には正電荷が誘起するため，ダイオード１７−１
（もし《は拡散層３−２）の電位は低下し，ダイオード
１７−２（もしくは拡散層３−３）の電位は上昇丁る。
た状態に移る間にリセットゲー｝（ＲＧ’）に電圧ＶＧ
｝Ｉを印加してリセット・トランジスタＭＲｌ，ＭＲ２
をＯＮ状態にして焦電膜１２の両面を短絡し，電圧なＶ
ｉｎｉｔにセントする。次にリセット・ゲート（ ＲＧ
）に電圧ＶＧＬを印加してリセント・トランジスタＭ
ＲＩ，ＭＲ２をＯＦＦ状態にする。転送ゲート（ＴＧ）
はオフ（ｔ圧ＶＴＬを印加）であり，信号積分用ダイオ
ード１７−１．１７−２はフローティング状態になるた
め，信号積分を開始する。焦電膜１２の下面には負電荷
，上面には正電荷が誘起するため，ダイオード１７−１
（もし《は拡散層３−２）の電位は低下し，ダイオード
１７−２（もしくは拡散層３−３）の電位は上昇丁る。
次の垂直帰線期間内の時刻ｔｂにおいて転送ケート（Ｔ
Ｇ）をオン（ｔ圧ＶＴＨを印加し，蓄積電荷を読み出す
。この時の第１図に対応した表面ポテンシャルが第２図
である。ＣＣＤチャネル２−１に転送する電荷Ｑｒｅａ
ｄはＱｂｉａｓ＋ Ｑｓｉｇ， Ｃ Ｃ Ｄチャネル２
−４に転送する電荷焦電膜１２の下面に誘起する電荷量
＋ Ｑ”ｉｇは焦電膜の上面に誘起する電荷量， Ｑｂ
ｉａｓはダイオード１７−１．１７−２ の初期電圧
Ｖｉｎｉｔと信号読み出し時の転送チャネル２−２．
２−３の電圧Ｖｒｅａｄによって決まるバイアス電荷量
である。Ｖｒｅａｄは転送ゲー｝（ｔＧ）に加える電圧
ＶＴＨによって決まる。ダイオード１７−１．１７−２
からの電荷転送が終了する（ダイオード１７−１．１７
−２の電圧がＶｒｅａｄになる）と，転送ゲートをオフ
する。
Ｇ）をオン（ｔ圧ＶＴＨを印加し，蓄積電荷を読み出す
。この時の第１図に対応した表面ポテンシャルが第２図
である。ＣＣＤチャネル２−１に転送する電荷Ｑｒｅａ
ｄはＱｂｉａｓ＋ Ｑｓｉｇ， Ｃ Ｃ Ｄチャネル２
−４に転送する電荷焦電膜１２の下面に誘起する電荷量
＋ Ｑ”ｉｇは焦電膜の上面に誘起する電荷量， Ｑｂ
ｉａｓはダイオード１７−１．１７−２ の初期電圧
Ｖｉｎｉｔと信号読み出し時の転送チャネル２−２．
２−３の電圧Ｖｒｅａｄによって決まるバイアス電荷量
である。Ｖｒｅａｄは転送ゲー｝（ｔＧ）に加える電圧
ＶＴＨによって決まる。ダイオード１７−１．１７−２
からの電荷転送が終了する（ダイオード１７−１．１７
−２の電圧がＶｒｅａｄになる）と，転送ゲートをオフ
する。
次にリセット・トランジスタＭＨＩ，ＭＲ２をＯＮ状態
にし，再びダイオード１７−１．１７−２を初期電圧Ｖ
ｉｎｉｔに設定する。チョッパを閉じ， リセット・ト
ランジスタＭＨＩ，ＭＲ２をＯＦＦ状態にして信号蓄積
が開始する。この時，チョッパが閉じて赤外光を遮断す
るため，焦電膜１２の温度は低下し，前の７ィールドと
は逆の電荷が誘起する。すなわち焦電ｍｌ２の上面には
負電荷，下面Ｋは正電荷が誘起する。時刻ｔｃにて再び
転送ゲートをオンした時の表面ポテンシャルは，時刻ｔ
ｂヘ＜ける表面ポテンシャルを示した第２図の左右を反
転した形になる。すなわち，ＣＣＤチャネル２−１に転
送する電荷ＱｒｅａｄはＱｂｉａｓ−Ｑｓｉｇ，ＣＣＤ
チャネル２−４に転送する電荷Ｑｒｅａｄ はＱｂ ｉ
ａｓ −４− Ｑ’ｓ ｉｇ ト７’．Ｃる。このよう
に本発明によれば，チョッパの開閉によらず焦電膜１２
の上面に生じる電荷と下面に生じる電荷をそれぞれ取り
出すことができるようになる。
にし，再びダイオード１７−１．１７−２を初期電圧Ｖ
ｉｎｉｔに設定する。チョッパを閉じ， リセット・ト
ランジスタＭＨＩ，ＭＲ２をＯＦＦ状態にして信号蓄積
が開始する。この時，チョッパが閉じて赤外光を遮断す
るため，焦電膜１２の温度は低下し，前の７ィールドと
は逆の電荷が誘起する。すなわち焦電ｍｌ２の上面には
負電荷，下面Ｋは正電荷が誘起する。時刻ｔｃにて再び
転送ゲートをオンした時の表面ポテンシャルは，時刻ｔ
ｂヘ＜ける表面ポテンシャルを示した第２図の左右を反
転した形になる。すなわち，ＣＣＤチャネル２−１に転
送する電荷ＱｒｅａｄはＱｂｉａｓ−Ｑｓｉｇ，ＣＣＤ
チャネル２−４に転送する電荷Ｑｒｅａｄ はＱｂ ｉ
ａｓ −４− Ｑ’ｓ ｉｇ ト７’．Ｃる。このよう
に本発明によれば，チョッパの開閉によらず焦電膜１２
の上面に生じる電荷と下面に生じる電荷をそれぞれ取り
出すことができるようになる。
焦電膜１２の上面と下面に生じる電荷の絶対値は等し《
，符号は逆である。したがって信号に重畳させたバイア
ス電荷Ｑｂｉａｓを除去するにはＱｒｅａｄ − Ｑｒ
ｅａｄもしくはＱｒｅａｄ − Ｑ，ｒｅａｄ を行
えはＱｓｉｇ ＋ Ｑｓｉｇが得られる。第５図は本発
明の焦電型固体撮像素子の信号処理回路の一例を示した
ブロック図である。１０１は焦電型固体撮像素子，１０
２は撮像素子の駆動回路，１０３はフ゛リアンプ，１０
４はプリアンプ出力ＰとＱの差分を出力する減算回路，
１０５，１０６はアナログ・スイッチ等による分離回路
，１０７は極性反転回路，１０８はＧｅ等の赤外レンズ
，１０９は赤外光を時間的に断続するチョッパ，１１０
はチョッパの開閉と分離回路の動作を制御する制御回路
である。
，符号は逆である。したがって信号に重畳させたバイア
ス電荷Ｑｂｉａｓを除去するにはＱｒｅａｄ − Ｑｒ
ｅａｄもしくはＱｒｅａｄ − Ｑ，ｒｅａｄ を行
えはＱｓｉｇ ＋ Ｑｓｉｇが得られる。第５図は本発
明の焦電型固体撮像素子の信号処理回路の一例を示した
ブロック図である。１０１は焦電型固体撮像素子，１０
２は撮像素子の駆動回路，１０３はフ゛リアンプ，１０
４はプリアンプ出力ＰとＱの差分を出力する減算回路，
１０５，１０６はアナログ・スイッチ等による分離回路
，１０７は極性反転回路，１０８はＧｅ等の赤外レンズ
，１０９は赤外光を時間的に断続するチョッパ，１１０
はチョッパの開閉と分離回路の動作を制御する制御回路
である。
第４図には制御回路１１０から出力されるコントロール
信号ＣＨＯＰ・１，ＣＨＯＰ・２のタイミングを他の駆
勤パルスと共に示している。第６図（ａ）は第５図のＰ
点における波形であり，ここではＣＣＤチャネル２−１
で転送してきた電荷Ｑｒｅａｄに対応するように示して
ある。一同様にＣＣＤチャネル２−４で転送してきた電
荷Ｑ ｒｅａｄに対応している。チョノパが開いている
期間に蓄積した電荷はチョッパが閉じている期間にバイ
アス電荷Ｑｂｉａｓと共に順次撮像素子から出力される
。チョッパが閉じている時の波形は第６図の左半分，チ
ョッパが開いている時の波形は第５図の右半分のように
なる。撮像素子１０１から出力された２本の信号線はそ
れぞれブリアンプ１０３を通り，減算回路１０４に入力
する０減算回路１０４の出力である第５図のＲ点での波
形は第６図（Ｃ）のようになる。このように各画素ごと
に注入されたに除去できる。次に制御回路１１０からは
第４図に示したようにチョッパの開閉に同期したサンプ
リング・パルスＣＨＯＰ・１，ＣＨＯＰ・２をそれぞれ
分離回路１０５，１０６に入力し，信号の流れの経路を
選択する。チョッパが閉じている期間ではＣＨＯＰ・１
をｌＯＷレベルｖＣＬ，ＣＨＯＰ・２をｈｉｇｈレベル
ＶＣ｝Ｉにして分離回路１０５を遮断し，信号は分離回
路１０６を通過する０また，チョッパが開いている期間
ではＣＨＯＰ・１をＶＣＨ，ＣＨＯＰ・２をＶＣＬにし
て分離回路１０６を遮断し，信号は分離回路１０５を通
って反転回路１０７に入るために第５図のＳ点での波形
は，第６図（ｄ）のようになる。さらにローパスフィル
タを通して同期信号を付加すればビデオ信号として扱う
ことができる。
信号ＣＨＯＰ・１，ＣＨＯＰ・２のタイミングを他の駆
勤パルスと共に示している。第６図（ａ）は第５図のＰ
点における波形であり，ここではＣＣＤチャネル２−１
で転送してきた電荷Ｑｒｅａｄに対応するように示して
ある。一同様にＣＣＤチャネル２−４で転送してきた電
荷Ｑ ｒｅａｄに対応している。チョノパが開いている
期間に蓄積した電荷はチョッパが閉じている期間にバイ
アス電荷Ｑｂｉａｓと共に順次撮像素子から出力される
。チョッパが閉じている時の波形は第６図の左半分，チ
ョッパが開いている時の波形は第５図の右半分のように
なる。撮像素子１０１から出力された２本の信号線はそ
れぞれブリアンプ１０３を通り，減算回路１０４に入力
する０減算回路１０４の出力である第５図のＲ点での波
形は第６図（Ｃ）のようになる。このように各画素ごと
に注入されたに除去できる。次に制御回路１１０からは
第４図に示したようにチョッパの開閉に同期したサンプ
リング・パルスＣＨＯＰ・１，ＣＨＯＰ・２をそれぞれ
分離回路１０５，１０６に入力し，信号の流れの経路を
選択する。チョッパが閉じている期間ではＣＨＯＰ・１
をｌＯＷレベルｖＣＬ，ＣＨＯＰ・２をｈｉｇｈレベル
ＶＣ｝Ｉにして分離回路１０５を遮断し，信号は分離回
路１０６を通過する０また，チョッパが開いている期間
ではＣＨＯＰ・１をＶＣＨ，ＣＨＯＰ・２をＶＣＬにし
て分離回路１０６を遮断し，信号は分離回路１０５を通
って反転回路１０７に入るために第５図のＳ点での波形
は，第６図（ｄ）のようになる。さらにローパスフィル
タを通して同期信号を付加すればビデオ信号として扱う
ことができる。
以上，本発明を実施例にもとすき具体的に説明したが，
その喪旨を逸脱しない範囲において変形可能である。
その喪旨を逸脱しない範囲において変形可能である。
例えば，第１図では焦ｔ膜１２の上面と接続している第
二層目のＡｌ層１５は第一層目のＡｅｊ曽１１一３と接
続しているが，第一層目のＡｌ層１１−３と第二層目の
Ａｌ層１５の中間に設けた第三層目のＡＩ！！層を介し
て接続しても良い。また，配線用導体に，ｌ，ＭＯＳ｝
ランジスタやＣＣＤのゲート用に多結晶シリコンを用い
た場合について説明したが， Ｍｏ ， Ｗ， Ｔｉ
， Ｔａ等の高融点金鵬，またはその高融点金属のシリ
サイド層によって形成しても良い。
二層目のＡｌ層１５は第一層目のＡｅｊ曽１１一３と接
続しているが，第一層目のＡｌ層１１−３と第二層目の
Ａｌ層１５の中間に設けた第三層目のＡＩ！！層を介し
て接続しても良い。また，配線用導体に，ｌ，ＭＯＳ｝
ランジスタやＣＣＤのゲート用に多結晶シリコンを用い
た場合について説明したが， Ｍｏ ， Ｗ， Ｔｉ
， Ｔａ等の高融点金鵬，またはその高融点金属のシリ
サイド層によって形成しても良い。
また，第１図に示したようにＰ形半導体基板の主表面に
ｎ一形のＣＣＤチャネル等の素子を形成したが，ｎ形半
導体基板の主表面にＰ形の半導体領域を形成し，そのＰ
形半導体領域中にｎ一形のＣＣＤチャネル等の素子を形
成しても良い０これまで説明してき．た半導体の導電形
をすべて逆にしても良い。さらに焦電膜の分極を逆にし
てもかまわない。第３図では，リセット・トランジスタ
ＭＲｌ，，ＭＲ２のゲート電極は一つの端子ＲＧにまと
めた場合について説明したが，別々の端子としても良い
。端子ＴＧについても同様である。第４同じであるが，
チョノパの開閉周期はフレーム周期の整数倍であっても
良い。また，チョッパの開期間と開期間とが異なる長さ
であっても良い。
ｎ一形のＣＣＤチャネル等の素子を形成したが，ｎ形半
導体基板の主表面にＰ形の半導体領域を形成し，そのＰ
形半導体領域中にｎ一形のＣＣＤチャネル等の素子を形
成しても良い０これまで説明してき．た半導体の導電形
をすべて逆にしても良い。さらに焦電膜の分極を逆にし
てもかまわない。第３図では，リセット・トランジスタ
ＭＲｌ，，ＭＲ２のゲート電極は一つの端子ＲＧにまと
めた場合について説明したが，別々の端子としても良い
。端子ＴＧについても同様である。第４同じであるが，
チョノパの開閉周期はフレーム周期の整数倍であっても
良い。また，チョッパの開期間と開期間とが異なる長さ
であっても良い。
第５図では減算器１０４を用いたが，Ｐ点とＱ点での信
号の差分を増幅する差動増幅器で代替しても良い。
号の差分を増幅する差動増幅器で代替しても良い。
以上説明したように，従来，焦電膜の下面に誘起する電
荷だけを信号として扱い，焦電膜の上面に誘起する電荷
は捨てていたのに対し，本発明によれば上下，両面の電
荷を信号として扱えるためダイナミック・レンジおよび
Ｓ／Ｎ比を大幅に向上させることができる。また，各画
素ごとに注入されるバイアス電荷は各画素における焦電
膜の上面と下面の信号の差をとることによって簡単に除
去できるため，各画素のバイアス電荷のばらつきによっ
て生じる固定パターン雑音を抑制できる０
荷だけを信号として扱い，焦電膜の上面に誘起する電荷
は捨てていたのに対し，本発明によれば上下，両面の電
荷を信号として扱えるためダイナミック・レンジおよび
Ｓ／Ｎ比を大幅に向上させることができる。また，各画
素ごとに注入されるバイアス電荷は各画素における焦電
膜の上面と下面の信号の差をとることによって簡単に除
去できるため，各画素のバイアス電荷のばらつきによっ
て生じる固定パターン雑音を抑制できる０
第１図は本発明の焦電型固体撮像装置の断面図，第２図
は本発明の焦電型固体撮像装置の表面ボテンシャル図，
第３図は本発明の焦電型固体撮像装置の等価回路図，第
４図は本発明によるパルス・タイミング図，第５図は本
発明の実施例における体撮像装置の例を示すための断面
図であり，第８図（ｔ）（ｂ）ｌは従来の固体撮像装置
の表面ポテンシャル図，第９図は従来の固体撮像装置の
等価回路図，第１０図は従来例におけるパルス・タイミ
ング図である。 １二基板，３−１：リセットトレイン拡散層，３−２．
３−３：積分答量拡散層，４−１：初期電圧設定用
第１リセソトトランジスタ，４−２：初期電圧設定用第
２リセットトランジスタ，５：チャネルストッパ，６：
絶縁分離層， ８−１． ８−２：ゲート電極，９
−１：ＭＨＩゲート電極，９−２：ＭＲ２ゲート電極，
１０：絶縁膜，１１−１．１１−２，１１−３ ：Ａｌ
配線，１２：焦電膜，第２図 第３図 ／一９ 第４図 第５図 第６図 ←ナラ・ノハｏ： Ｐ千１ −ラ− ←ナヨッパ二開 一一 第８図 第９図 第１０図
は本発明の焦電型固体撮像装置の表面ボテンシャル図，
第３図は本発明の焦電型固体撮像装置の等価回路図，第
４図は本発明によるパルス・タイミング図，第５図は本
発明の実施例における体撮像装置の例を示すための断面
図であり，第８図（ｔ）（ｂ）ｌは従来の固体撮像装置
の表面ポテンシャル図，第９図は従来の固体撮像装置の
等価回路図，第１０図は従来例におけるパルス・タイミ
ング図である。 １二基板，３−１：リセットトレイン拡散層，３−２．
３−３：積分答量拡散層，４−１：初期電圧設定用
第１リセソトトランジスタ，４−２：初期電圧設定用第
２リセットトランジスタ，５：チャネルストッパ，６：
絶縁分離層， ８−１． ８−２：ゲート電極，９
−１：ＭＨＩゲート電極，９−２：ＭＲ２ゲート電極，
１０：絶縁膜，１１−１．１１−２，１１−３ ：Ａｌ
配線，１２：焦電膜，第２図 第３図 ／一９ 第４図 第５図 第６図 ←ナラ・ノハｏ： Ｐ千１ −ラ− ←ナヨッパ二開 一一 第８図 第９図 第１０図
Claims (1)
- １、第一導電型の半導体基板の主表面に光学情報を蓄積
する容量素子群、該容量素子の初期電圧設定素子、焦電
気性を示す誘電体によって形成された焦電素子からなる
光電変換素子群を形成し、前記容量素子群に蓄積された
信号電荷を順次転送する信号電荷転送素子を集積化した
固体撮像装置において、該焦電素子の膜の上面に誘起す
る電荷、および該焦電素子の膜の下面に誘起する電荷を
それぞれ別の容量素子に蓄積し、各々の容量素子につい
て、容量素子の初期電圧設定素子および容量素子から信
号電荷転送素子へ電荷の転送を行う転送素子をそれぞれ
設けたことを特徴とした焦電型固体撮像装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1049856A JPH02230769A (ja) | 1989-03-03 | 1989-03-03 | 焦電型固体撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1049856A JPH02230769A (ja) | 1989-03-03 | 1989-03-03 | 焦電型固体撮像装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02230769A true JPH02230769A (ja) | 1990-09-13 |
Family
ID=12842698
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1049856A Pending JPH02230769A (ja) | 1989-03-03 | 1989-03-03 | 焦電型固体撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02230769A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0590648A (ja) * | 1991-09-30 | 1993-04-09 | Hamamatsu Photonics Kk | 赤外線検出装置 |
| JPH0590647A (ja) * | 1991-09-30 | 1993-04-09 | Hamamatsu Photonics Kk | 赤外線検出装置 |
-
1989
- 1989-03-03 JP JP1049856A patent/JPH02230769A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0590648A (ja) * | 1991-09-30 | 1993-04-09 | Hamamatsu Photonics Kk | 赤外線検出装置 |
| JPH0590647A (ja) * | 1991-09-30 | 1993-04-09 | Hamamatsu Photonics Kk | 赤外線検出装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7133074B1 (en) | Image sensor circuits including sampling circuits used therein for performing correlated double sampling | |
| US20120200752A1 (en) | Solid-state image pickup device | |
| JPS5846070B2 (ja) | 固体撮像装置 | |
| JP3623728B2 (ja) | 累積型化学・物理現象検出装置 | |
| US4514765A (en) | Solid-state image sensor | |
| CA1266913A (en) | Picture pick-up device including a solid-state image sensor and an electronic shutter | |
| JPS60232788A (ja) | 固体撮像装置 | |
| US6720592B1 (en) | Apparatus for high sensitivity, low lag, high voltage swing in a pixel cell with an electronic shutter | |
| JPS59108462A (ja) | 静電誘導トランジスタを具える固体撮像素子 | |
| JPH0453149B2 (ja) | ||
| JPH02230769A (ja) | 焦電型固体撮像装置 | |
| JPH03106183A (ja) | 焦電型固体撮像装置 | |
| JPH02183678A (ja) | 電荷検出回路の駆動方法 | |
| JPH0414967A (ja) | 焦電型固体撮像装置の駆動方法 | |
| JPS6358968A (ja) | 電荷結合素子 | |
| JPH07234737A (ja) | シンク形成回路 | |
| JPH04265080A (ja) | 焦電型固体撮像装置の駆動方法 | |
| JPS60213057A (ja) | 焦電型赤外線撮像デバイスとその駆動法 | |
| JPS63254765A (ja) | 固体撮像素子 | |
| JPH04342178A (ja) | 焦電型固体撮像装置 | |
| JPS56162886A (en) | Solid state image pickup device | |
| Rankov et al. | A novel correlated double sampling poly-Si circuit for readout systems in large area X-ray sensors | |
| JPH04125965A (ja) | 半導体装置 | |
| JPS63160271A (ja) | Ｓｉｔイメ−ジセンサ | |
| JPS60100886A (ja) | ２次元固体撮像装置及びその信号検出方法 |