JPH0316143A - 電荷結合デバイスの動作方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電荷結合デバイスを動作させる方法に関するも
のであり更に詳細に（よ、電荷結合デバイスの出力端に
あって、非破壊読み出しを可能と寸る浮遊ゲート増幅器
を動作させる方法に関するｂのである。

電荷結合デバイス（ＣＯＤ）に於では、ＣＯＤを低光レ
ベルあるいは他の小信号応用に用いることができるよう
に、電荷パケットで表わされる信号を低雑音検出及び増
幅することが要求される。

またｆｆｌ号が検出された後にもその信号を処理リ′る
ことを可能にするために、非破壊読み出しも、望ましい
方式である。電荷パケットを検出するための代表的な増
幅器Ｕブリチャージ増幅器である。

これは、ＭＯＳトランジスタを通してＰ−Ｎ接合をプリ
セットレベルに充電しておき、次に信号の電荷ぐちって
そのダイオード容冶を放電させることで、信号電荷に比
例した電Ｌｔを発生させるという方式である。残念なが
ら、ブリチＶ−ジ増幅器は電荷パケットを破壊し゛（し
まうのでその後の処理を行なうととがでぎないし、また
Ｍｏｓトランジスタチャンネル中に熱雑音に依る５百下
下に比例する雑音電圧を発生する。非破壊読出しを可能
する浮遊ゲート増幅器は、１９７３年２月の国際固体＠
路会議（［ＳＳＣＣ）の予Ｗ＆集の１５４−１５５頁に
、ウェン（Ｗｅｎ）とサルスベリ（　Ｓａ　ｌ　ｓｂｕ
ｒｙ　）が「一段浮遊ゲート増幅器の解析と設計」とい
う題目でまた、１９７４年１２月発行の米国ＩＥＥＥの
Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｏｌｉｄ−ＳｔａｔｅＣｉｒ
ｃｕｉｔｓの第ＳＣ−９巻、第６冶の４１０−４１４頁
にウエン（Ｈｅｎ）が「浮遊ゲート増幅器の設計と動作
］という題目で、それぞれ発表している。

この哀歓もまた、ブリセット増幅器に固有なプリセット
雑音を減らしている。その構造は、ｔ：’！　’ｉｔゲ
ー・トの下の電葡を転送するために用いる大きなバイア
スゲートの下の酸化物層中に浮遊ゲートが押込まれた形
になっている。電拘パケットを転送するためのバイアス
ゲートのクロックが、浮遊ゲート上に雑音を導入しまた
大きい電圧を印加づるため絶縁酸化物に応力を加えるこ
とになる。政良型の容拳結台型浮遊ゲート増幅器が、１
９７９年３月１６日付の米国特許出願第０２１，０５８
弓、ジョセフ　Ｅ．ホール（Ｊｏｓｅｐｈ　Ｅ　Ｈａｌ
ｌ　）にｊ：る「容吊結合型ＦＩＴ１ゲート増幅４」に
聞示されている。この改良型ではバイアスゲートを離し
て置き、電荷パケットを転送させるためにυ１御ゲート
を用い、それによって装置の感度を高め、＞１た浮逅グ
ート上の雑音のいくらかを減じている。しかし、これら
構造のどれにおいてら、浮遊ゲートへの電気的つながり
が欠けている。浮遊ゲート上の電位制御は定まらない傾
向をもっている。すなわち周囲の絶縁体中の電荷の移動
のために、電位が時間と共にドリ゜ノ卜する傾向を示す
。このドリフトは増幅器の動作点を変えてしまい、ＣＯ
Ｄチャンネルの電位も変えてしまう。

本発明の方法は、非破壊読み出しを司能とする、電荷粘
合デバイス用の浮遊ゲート増幅器を用いる方法に具体化
されている。浮遊ゲー１〜は、絶Ｒｖ４中に埋込まれ、
電荷転送チャンネルに交差する下方金属配線で画定され
る。−・実施例において、浮遊ゲートは金属一酸化物一
半導体トランジスタのソースへ接続され、そのトランジ
スタのドレインはバイアスラインである上方レベル導体
へ接続されている。別の実施例においては、ダイオード
のアノードが浮遊ゲートへ接続され、ダイＡ”−ドのカ
ソードがバイアスラインへ接続される。上方レベル金属
配線は１対のｆｄｌｔｌｌゲートを供給し、それらは浮
遊ゲートが電荷転送チャンネルと交差するところで、浮
遊ゲートに部分的に重なるように隣接している。電荷パ
ケットは制御ゲートを用いることによって浮遊ゲート下
を転送される。制御ゲートはまた、読出し時に浮遊ゲー
ト下に電荷パケットを保持するためにも用いられ、デバ
イス感度を改善づ゛る．電荷は浮遊ゲート上に電圧を誘
起し、それが検出、増幅される。増幅器の出力は、浮遊
ゲート下の電荷に比例する。ａ抵抗経路を通して浮遊ゲ
ートをバイアスラインへ電気的に接続寸ることによって
、本発明に従って構成ざれる浮遊ゲート増幅器において
は浮遊グーｉ・の設定点の長簡間ドリフトは実質的にな
くなった。

浮遊ゲートをあらかじめ決められた電Ｈにプリセットす
る時に生ずる浮遊ゲート上の雑音は、読み出しの行なわ
れる度にプリセットする代りに、一２の読出しが完了し
た時点でのみプリセットを行なうようにすることで最小
化された。制御ゲートの容鎖性結合によって浮遊ゲート
へ誘起される同期的なクロック雑音は、適当な同峙信月
を制御ゲートへ供給することによって消去ざれる。低信
号レベルを用い、雑音消去電子回路の簡素化によって、
装置の感度が改善される。

本発明の新規と思われる特徴は特許請求の範囲に述べた
。しかし本発明それ自体及び、それの他の特長、利点は
以下の図面を参照した詳細な説明によって最も良く理解
できるであろう。

第１図及び第２ａ図〜第２ｄ図を参照すると、ここには
、本発明に用いられる電荷結合デバイスの出力喘に位萌
する｝１ＴＩゲート増幅器が示されている。実際の浮遊
ゲート増幅器は第１図の破線の中に含まれてＪ３り、破
線の外は他の出力回路である。浮遊ゲート増幅器は、ｎ
型シリコンあるいは他の半尋休材料を用いてもよいが、
好ましくはＰ型シリコンである第１の伍４　ｙ４＋４の
半導体材料単板１０中に形成される。第１の伝導型とは
逆の第２の転導型の注入によって基板１０中に半導体表
面に平行な埋込み電荷転送チャンネル１１が形戒される
。基板１０とは第２の伝導型の１対の拡散領域１２．１
３が基板１０中に、電荷転送チ１７ンネル１１に隣接し
て形成され、それらが出力トランジスタ１４のソース１
２とドレイン１３を形成する。負荷抵抗１５は基板１０
中に形成ざれるが・それは出力トランジスタ１４のソー
スである拡散領１ｌ１１２の一部である。好ましくは酸
化シリコンである絶縁体１６が基板表山上、電狗転送チ
ャンネル１１上にとりつけられている。作成工程上、こ
の絶縁体１６は１工程以上によって作られる。

細長い導電性の部材が絶縁体１６中に埋めこまれて浮遊
ゲート１７を構或する。浮遊ゲートの一方の端は、チャ
ンネル１１を横切つ゜（延びている。

好適実施例において、この導電性材料部分１７ｕアルミ
ニウムでよく、その場合には絶縁体１６の一部は陽極酸
化アルミニウムでよい。しかし、アルミニウムの代りに
、多結晶シリコンのような他の材料を用いてもよい。浮
遊ゲート１７はまた、出力トランジスタ１４のゲートに
もなっている。

浮遊ゲートの画側の絶縁休１６中に１対のＩＪ電性位相
電極２０．２１が埋込まれて、チャンネル１１を横切っ
て延びている。導電性材料の１対の平行に間を置いてな
らんだＩｌｌｗＪゲート２２．２３が絶縁休１６上にチ
ャンネル１１を横切って延びるようにとりつけられ、部
分的に浮遍ゲート１７と位相ＩＩ４ｉ２０．２１に遣な
っている。基板１ｏと逆の第２の伝導型の１対の拡敗領
域１８．１９が、電荷転送チャンネル１１から離れた基
板１０中に形ｌλされ、浮遊ゲートバイアストランジス
タ２７のソース１８とドレイン１９を形成する。浮遊ゲ
ート１７は、ソース１８上の酸化物ｆ１３０中の電極窓
を通して浮遊ゲートバイアストランジスタ２７のソース
へ接続されている。好ましくはアルミニウムである導電
性部材２８が絶１１１６中に埋込まれ、浮遊ゲートバイ
アストランジスタ２７のゲートを形成する。好ましくは
アルミニウムであるバイアスライン２９はドレイン１９
上の酸化物居３０中の電極窓を通しで浮遊ゲートバイア
ストランジスタ２７のドレイン１９に接続される。導電
性部材２８はまた制御パルスラインとしても機能する。

酸化シリコンの１３１３０は出力トランジスタ１４と浮
遊ゲートバイアストランジスタ２７のソース１２．１８
とドレイン１３．１９、そして負荷抵抗１５をおおって
いる。増幅器の要素をとりかこむように、基板１０と同
じ伝導型のチャンネルストップ３２の上に厚いフィール
ド酸化物領域３１が設けられる。

出力トランジスタ１４のソース１２は浮遊ゲート増ＳＺ
の出力１’Ｊｓであり、またサンプルアンドホールドト
ランジスタ３５のドレイン３３をも形成する。サンプル
アンドホールドトランジスタ３５のソース３４とサンプ
ルドアウトブットソースホロワトランジスタ４２のソー
ス４０，ドレイン４１とは出力トランジスタ１４のソー
ス領域１２、ドレイン領域１３を含む拡敗領域と同じ伝
導型の拡散領域である。好ましくＧよアルミニウムであ
る導電性ストリップ４３が絶縁体１６中に埋込まれ、サ
ンプルアンドホールドトランジスタ３５のゲートを形成
する。ストリップ４３は、浮遊ゲート１７と同じ材料で
あり、同時に形成される。好ましくはアルミニウムであ
る別の導゛市性ストリップ４４が、ソース３４上の酸化
物ＥＩ３０中の電極窓を通してサンプルアンドホールド
トランジスタ３５のソース３４へつながれ、更にサンプ
ルドアウトブットソースホロワトランジスタ４２のゲー
トをも形或している。すべての１・ランジスタに対する
ゲート酸化物２６を形戒寸る絶縁休１６の薄い部分２６
−Ｌをゲート４４がおおっている。基板１０中に別の負
荷抵抗４５が設けられ、この負葡抵抗４５は、サンプル
ドアウトブットソースホロワトランジスタ４２のソース
である同じ拡散領域４０の一ｎ；分である。好ましくは
アルくニウムである導電性部材４６が、ソース４０上の
酸化物周３０中の電極窓を通してソースホロワトランジ
タ４２のソース４０へ接続される。導電牲部材４６は制
御ゲート２２．２３と同じ材料であって同時に作られて
、出力回路からの出力部である。

浮遊ゲート増幅器を作成する場合、半導体工業でよく知
られた工程技術を用いることは理解されるであろう。

第３図は、第１図の浮遊ゲート増幅器とその他の出力回
路を併せた回路の電気回路図であって、浮遊ゲート増幅
器は破線矩形内に示されている。

浮遊ゲート増幅器は、ＭＯＳ浮遊ゲートバイアストラン
ジスタ２７、ＭＯＳ出力ｉ・ランジスタ１４、浮遊ゲー
ト１７、負荷抵抗１５を含んでいる。浮遊ゲートバイア
ストランジスタ２７はバイアス電圧へ接続されたドレイ
ン１９、浮遊ゲート１７へつながれたソース１８、制御
パルスライン２８であるゲート２８を有し′〔いる。出
力トランジスタ１４はｖＤＤへつながるドレイン１３、
負ＩＩ　低抗１５及びナンプルアンドホールドトランジ
スタ３５のドレイン３３へつながるンース１２、そして
浮遊ゲート１７でもあるグート１７を有している。

上述の要素に加えて、増幅器回路中に（よ電流源Ｉｏと
複数個のコンデンＦｊＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４が含まれ
る。電流源Ｉ０は浮遊ゲート１７下の電位井戸中への電
荷パケットの移動を表わしている。コンデンサＣ１は浮
遊ゲート１７とアースとの間の浮遊容畿を表わしている
。コンデンザＣ２は浮遊ゲートとシリコンの間のゲート
酸化物の容量を表わしている。コンデンサＣ３はシリコ
ン表面と井戸内の電荷の間の空乏化シリコン領域の容ｍ
を表わしている。コンデンサＣ４は理込みチャンネルＣ
ＣＤに対するシリコンバルク基板と電位井戸中の電荷と
の間の容宣を表わしている。

これらの容鎖は、井戸の電荷保持能力を制御する。

ＣＣＤデバイスにおいて、情報はデバイスの蓄積井戸中
にたくわえられる。井戸に何がたくわえられているかを
読むために、各井戸中の電荷はそれを読み増幅できる位
置まで転送しなければならない。電荷は、浮遊ゲート増
帽器中の１要素である浮遊ゲート１７下の蓄積井戸へ転
送される．浮遊ゲート増幅器は非破１１ｖ読み出し増幅
器であり、井戸中の電荷パケットは情報が読まれた後も
破壊されない。この浮遊ゲートはこの増幅器の鍵になる
特Ｉｊ５ｌ’ｃある。それＬＩＭＯＳ出力トランジスタ
１４のゲートであり、浮遊ゲートバイアストランジスタ
２７のソース１８へ接続されている。浮遊ゲート上の電
圧がまず、第４図に６７で示したＣＰ波形のようにυ１
１［Ｉパルスライン２８上の電圧を上昇させることによ
って浮遊グードバイアストランジスタ２７をターンオン
させて、セットざれる。

このことによって浮遊ゲート１７上の電比はＶＰＲＥＳ
ＥＴ、すなわちＩＩＪｌｌｌパルスライン２８上の電圧
から浮遊ゲートバイアストランジスタ２７のしきい値電
圧を差し引いた電圧へ上昇する。次いでｉｌｌ　ｔｌｉ
ｌバルスライン２８上の電圧は第４図に６８で示したＣ
Ｐ波形のように低下して浮遊ゲードバイアストランジス
タ２７をターンオフする。これによって浮遊ゲート１７
上の電圧がセットされ、出力トランジスタ１４の動作点
がセットされ、大きな電荷パケットが浮遊ゲート１７下
に転送された時に、浮遊ゲートバイアストランジス２７
がターンオンするのを阻止する。更に、これによってバ
イアス電圧は浮道ゲート及び出力トランジスタ１４から
分離される。電荷パケットが浮遊グート１７下の蓄積井
戸中に転送された時、それは浮遊グート１７上に電圧を
誘起し、既にセットざれた電圧をー・時的に変化させる
。この誘起電圧は電葡パケット中の電荷の最に比例する
。この誘起電圧Ｕ出力トランジスタ１４を流れる電流を
変化さゼるので、従って検出及び増幅することができる
。この動作は、浮遊ゲート増＠器の＠価回路である第３
図を参照しながら示すことができる。Ｗａ流源■。は、
浮遊ゲート１７の下の蓄積井戸へ転送されてきた電稍パ
ケット中の電流の大きさを表わす。

そのためそれは連続したものではなく電流パルスである
。１。の鎖は各電荷パケット中の電荷の缶によって変化
する。Ｉｏで電流が流れる時、電子がコンデンナＣ３と
０４中にもたらされ、電荷が各コンデンサの間で再分布
した旧に、浮遊グート１７上の電圧に変化をもたらす。

浮遊ゲート市圧のこの変化ｑ１出力トランジスタ１４の
動作点を変化させ、また９４荷紙抗１５からの信号ずな
わら浮遊ゲート増幅器の出力を変化させる。浮遊ゲート
増幅幇出力は電荷パケット中の電荷の１４に比例するの
で、この動作モードはＣＣＤ撮懺装置にｈ用である。

浮遊ゲート増Ｉｒｉｌ器を動作させる本発明の方法は、
ＣＣＤのリセットと共に、第４図と第５図を参照しなが
ら理解できる。第４図は、第５図の浮遊ゲート１７、制
御ゲート２２．２３及び位相電極２０．２１のいくつか
の上に与えられるあるいは現われる電圧を表わしている
。第５図の浮遊グート１７、制御ゲート２２．２３及び
位相′Ｉ１掩２０．２１のトの実１６０は典型的な読出
し動作の間のｎ戸の中の電位を示す。点１ｉ１６１．６
２は、各々の位相電極及びゲートへ異なる電圧が供給さ
れた時の電位を表わす。φ１位相電ＶｉＡ２０の下の蓄
積井戸中に読出すべき電荷パケットがあったと仮定する
。まず浮遊ゲート１７下の蓄積１１戸中の電荷パケット
は別の蓄積井戸へ転送ざれねばならない。

このことは、時間間隔Ｔ，の聞出力制御グートＧ２２３
上の電圧を上昇させ、浮遊グート１７の下の電荷パケッ
トをφ１位相電極２０Ｔ−の井戸へ転送させることによ
って行なうことができる。制御ゲートＧ２上の電圧が持
上げられる時、その下の電位は点１１６２で示されてい
る。ｒＩｉ荷パケットが位相’４極φ１２０下の井戸へ
転送ざれた後、制御ゲートＧ２上の電圧はアースへもど
る。次にφ２位相電極２１下の電荷パケットが読出しの
ために、浮遊ゲート１７下の井戸へ転送ざれなければな
らない。このことは、φ２位相電極２１上の電圧をアー
スすることによって行なわれる。すなわちそれによって
φ２位相電極２１下の’Ｆ１狗パケットは入力制御ゲー
ト２２であるＧ，下の月戸へ転送される。しかし、浮遊
ゲート１７下の電位がｌｌｌ１御ゲートＧ１下の電位よ
りも低いため、電荷パケットは浮遊ゲート１７下の月戸
へ落ち込む。そして、１１ｉ＋１御ゲートＧ２下の電位
が｝フ遊グート１７下の電位よりも高いために、それ以
上進まない。この電荷パケットの転送（よ浮遊ゲート１
７上に異なる電圧を誘起し、それに比例して出力電圧が
変化する。

この誘起電圧は第４図のＦＧ波形中の変化Δｖ１、Δｖ
２として見ることができる。既に述べたように、この電
圧変化Δｖ１、Δｖ２は各電萄パケットによフ″ｃ異な
る。各々電拘パケットが読出ざれた後、浮遊ゲート１７
上の電『Ｕ既に述べたようにしてリセットされる。本発
明において、電荷パケットは制御ゲート２２．２３を用
いて、浮遊ゲート１７へ転送され、またそこから転送さ
れてゆく。入力１１，ＩＩ　ｔｍゲート２２は約１．５
ボルトに保たれ、出力制御ゲート２３はＶ。０とＯボル
トの間をパルス状に変動する。人力υ１ｔ［ｌゲート２
２上の電圧ｔよ、φ２位相電極２１下の蓄積月戸からの
電荷パケットの転送に対して、ｆｆｉｌｌ圧がＯボルト
の時、障壁にはな６ない。しかし浮遊ゲート１７下のど
んな電荷でも、φ２佑相電極２１の方へ逆もどりしよう
とする転送に対しては障壁となる。出力制御ゲート２３
がＯボルトのとき、それは浮遊ゲーＩ−１７下からφ１
位相電極２０への電筒パケットの転送に対して障壁とな
る。しかし、出力制御ゲート２３がＶ。０である時、浮
遊ゲート１７１；の井戸からφ１位相電極２０への電荷
の転送は許容される。浮遊ゲードバイアストランジスタ
２７は、浮遊ゲート電位を設定することを実効的にπ−
１ｊｍ＋″１る。浮遊ゲート１７は、オフ状態にある時
の浮遊ゲートバイアストランジスタ２７の高低抗を通し
てバイアスライン１９へ電気的に接続される。

従って浮遊グート１７は、制御パルスライン２８上の電
圧から浮遊ゲートバイアストランジスタ２７のしきい値
電圧を差引いた値である、一定電位ＰＲＥＳＥＴに留ま
クている。浮遊ゲート１７の容韻とオフ状態の浮遊ゲー
トバイアストランジスタ２７の＾抵抗で決まるＲＣ時定
数は非常に大きくそのため浮遊ゲート１７上への電位の
誘起が可能である。

第６図ないし第９図に示したような、別のデバイスによ
る本発明の別の実施例にＪ３いては、第１図に示したデ
バイスのＭＯＳ浮遊ゲートバイアストランジスタ２７の
代りにダイＡ−ド７０が用いられている。このダイオー
ドのアノード７１は浮遊ゲート１７′へ、またカソード
はバイアスライン２９′へ、いずれも第６図に示された
ように接続ざれている。カソード７２は、出力トランジ
スタ１４′のソース及びドレイン領１１２’，１３と同
じ伝導型の、基板１０′中の拡故領域である。アノード
７１はカソード７２中の、カソード７２と逆の伝導型の
拡敗領域である。ｎＴｔゲート１７ｕ１アノード７１上
の酸化物府中の電極窓を通して７ノード７１へ接続され
（いる。バイアスライン２９′ｑ、カソード７２上の酸
化物１ｉｔＪ７３中の電極窓を通してカソード７２へ接
続されている。カソード７２をとりかこむ基板と同じ伝
導型のチャンネルストップ３２′上に厚いフィールド酸
化物領域３１′が設けられている。第６図ないし第８図
中のダッシュトｊきの参照系月は、それ以前の図面中で
ダッシュなしの同番号に対応している。

電荷パケットは既に浮遊ゲートバイアスｊ−ランジスタ
２７に関して述べたのと同じやり方で読み出される。し
かし、！ｌＩＩ１ｌパルスライン２８がないので、浮遊
ゲート１７上の電圧のリセットは行なわない。このこと
は、第９図に示したように、ダイオード実施例を用いた
浮遊ゲート増幅４のクロックシーケンスを調べてみれば
明らかになる。浮遊ゲート１７上の電圧Ｕ、逆バイアス
されたダイイオード７０を通る漏れ電流によって、バイ
アスライン２９上の電圧ヘセットされる。電流（よ、ｒ
Ｉ遊ゲート１７がバイアスライン２９上の［ＬＶ　　に
充電されるまで流れる。浮遊ゲート１７ｂｉａｓ が逆バイアスされたダイオード７０の抵抗によって電気
的にバイアスライン２９へ接続ざれているため、浮遊ゲ
ート１７上の電圧はＶ．，，にセットされたままで留ま
る。浮遊ゲート電圧が変化するの番よ、電荷パク゜ット
が浮遊ゲート１７下の１：１戸へ転送されそこから転送
されて出てゆく過渡的な時間だけである。浮遊ゲート容
量と逆バイアスダイオード７０ＲＣ時定数は非常に大き
く、浮遊ゲート１７上への電圧誘起をさまたげない。

電荷の転送及び浮遊ゲート上の電圧設定時のクロック動
作の間、システムへ誘起される雑音が減少りるという浮
遊ゲート増幅器の進歩した動作方法ｕ１第１０図と第１
１図を参照し″Ｃ説明する。

好ましくは、第１箇、ｆＡ２図、第３図に示された浮遊
ゲート増幅器は、サンプルアンドホールドトランジスタ
３４〈Ｑ２〉を、ゲート導体４４を出力トランジスタ１
４のソース導体１２へ直接接続するようにして修正する
。この修−正が以下の説明では仮定されている。

第１０図は、第１１ａ図のゲート１７．２２．２３及び
位相電極２０．２１のいくつかに供給あるいＵ現われる
電圧を表わしている。第１１ｂ図と第１１ｃ図はそれぞ
れ第１０図中の簡刻ＡとＢにおいて、第１１ａ図のゲー
ト１７．２２．２３及び位相電極２０．２１の下の電位
を表わしている。これらの電位（よ、第１０図に示した
ように、時刻Ａ．Ｂにおいてゲート１７，２２．２３及
び位相電極２０．２１へ供給ざれる電圧に対応している
。φ１′位相電極２０下の蓄積井戸に読出すべき電萄パ
ケット５０があると仮定寸る。この電荷パケット５０は
、第１１ｂ図に、φ，′位相電極２０下の斜線ハッチ部
分として示されている。

Ｇ２’！ｌｌｔｌｌｌグート２３の下には既に読まれた
電荷パケット５１が存在する。これも斜線ハッチして示
してある。この時点は第１０図での八に相当し、第１１
ａ図のゲート１７．２２．２３及び位相電極２０．２１
下の電位は第１１ｂ図に示したようになっている。φ１
′位相電極トの電荷パケット５０が読出されるために、
それが浮遊ゲート１７下へ転送されなければならない。

もちろん、この電荷パケット５０が浮遊ゲート１７下へ
転送された時には、０２′制御ゲート２３下の電荷バケ
ツｌ・５１はφ　　位相電極２１下へ転送される。転２ 送直後の時点は第１０図の８になり、第１１ａ図のグー
ト１７．２２．２３及び位相電極２０．２１下の電位は
第１１Ｃ図（示したようになる。この電荷転送を実現す
るために、φ　　とφ２′位１ 相電ル２０と２１及びＧ’，Ｇ２’制御ゲート１ ２２．２３上の電圧は、Ａ時点での埴からＢ時点ぐの値
へそれぞれ変化しなければならない。ｖ丁は電位ｌ戸が
形成し始める電位である．１荷バケットの転送は浮遊グ
ート１７上に電圧変化を誘起し、出力電圧はそれに比例
して変化する。この誘起電圧は第１０図の「Ｇ波形中に
変化Δ■１．Δ■　，ΔＶ　．Δｖ４としてみることが
できる。

２３ 既に述べたように゛Ｍ圧変化Δｖ１，Δ■２，Δ■　．
Δｖ４は各電荷パケットによって異なる。

３ 一連の読出しが行なわれた後、浮遊ゲート１７上の電圧
は既に述べたようにしてリセットされる。

各々の電荷パケットを読出した後でなく、一連の読出し
の後に浮遊ゲート電圧をリセットすることによって、、
浮遊ゲート１７上のプリセットｖＬ名が減少する。

第１０図から注目すべき事は、φ１’　．φ２位相電極
と制御ゲートＧ’．Ｇ２’　の変化は同１ 時に発生するということである。このことは、この増幅
器の動作のこのモードの重要な特徴である、というのは
制御ゲート２２．２３が浮遊ゲート１７へ容量結合して
いることによって生ずる同期したクロックＭ’ｆｒを最
小化するために、このタイミングシーケンスが必要であ
るからである。同明的クロックＭ音が最小になるのは、
０１′制御ゲート２２上の容ｆｉ（Ｃ　　）と０１′制
御ゲート２２Ｇ１ 上の憤＠（Δ■，，）の積が０２′制御ゲート２３上の
容醋（Ｃ　　）とＧ２′υ１１１１ゲート２３上の信Ｇ
２ ＠（Δｖ６２〉の積の符号を変えたものに等しい時であ
る。′すなわち、次の式が満足される時である、ＣＧ１
ΔｖＧ１”　−　ＣＧ２”　■Ｇ２ΔＣ　とΔＶＧ２は
第１０図に示されている。容ＭｋＧ１ と電圧との積は電荷に等しいので、この式が満足される
ことによって、？￥遊ゲート１７上には等最で異符月の
電荷が誘起されることにより、それに？って、浮遊ゲー
ト１７上には同１幻ク■ツク雑音昧生じない。もちろｌ
ν、Ｉｔ，＋Ｉ　１ｌｌゲート２２．２３上に信号が同
時に供給されないかぎり、この式は成立しない。ｃＧ１
とｃＧ２はマスクレベルの位置合せに影響され、多くの
場合それらは１１』１じ大きさでない。従って、この結
果をｌｕるためには、ｉＩＩＩＩＩＩゲート２２．２３
上の信号の振幅とオフセットを調整する必要がある。第
１０図のこれら波形を調べる場合上記のことを念頭に置
く必藍がある。

第１０図及び第１１図に関して述べたクロック方式にＵ
いくつかの利点がある。第１のものは、各々の読出し毎
にリセットを行なう替りにー一連の読出しの後に浮遊ゲ
ート１７上の電圧をリセットすることによって、浮遊グ
ート１７上のｆｆｆＨをリセットする毎に発生するプリ
セット雑音の大部分をなくすことができるということで
ある。既に述べたように、ＣＧＩΔＶＧＩ−　　ＣＧ２
Δｖｏ２の戒立によって、制御ゲート２２．２３が浮遊
ゲート１７へ容量結合していることによって生ずる同朗
クロック雑音がなくなる。これらｌｉ音の減少によって
、大きな装置感度とよりよい分解度の映像が得られる。

本発明は、図示の実施例に関して説明したが、これらの
説明は本発明をそれだけに限定するつもりのものでない
。本発明の他の実施例と共に、図示実蒲例の各種の修正
が可能であることは当業者には明らかであろう。従って
特許訪求の範囲はそれら本発明の真の範囲に含まれる実
施例の１べての修正を含むものと解釈寸べきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に用いる電ク１一結合装ｉ浮遊ゲート
増幅器の物理的配置を示す、半導体チップの小部分の拡
大平面図である。 第２ａ図から第２ｄ図まで４それぞれラインａ−ａ．ｂ
−ｂ，ｃ−ｃ，ｄ−ｄに沿った第１図の増幅器の断面図
である。 第３図は、第１図の浮遊ゲート増幅器及びその他の出力
＠路の電気回路であり、浮遊ゲート増幅器は点線内に含
まれている。 第４図は、本発明の方法による浮遊ゲート増幅器の動作
のためのクロックシーケンスを示す図である。 第５図は、浮遊ゲートの付近の、ＣＯＤの電位分布図で
ある。 第６図は、第１図の浮遊ゲート増幅器の一部分の修正を
示す部分図であり、この中で、浮遊ゲートバイアストラ
ンジスタがダイオードで置替えられている。 第７図は、第２Ｃ図の断面の修Ｊ部分を示で部分図であ
って、浮遊ゲートバイアストランジスタがダイオードで
置換えられた第６図の修迂を示している。 第８図は、第６図に示したダイオード部分の等価電気回
路図である。 第９図は、第６図の修正された浮遊ゲート増幅器の動作
のためのクロックシーケンスを示す図である。 第１０図は、浮遊ゲート増＠器の動作の交番エードに対
するクロックシーケンスを示す図である。 第１１ａ図は、浮遊ゲートの付近の浮遊ゲート、υＩＩ
！ｌゲート、位相電極を示す回路図である。 第１１ｂ図と第１１Ｃ図は、第１１ａ図のＣＣＤに対す
る電位分布図であり、交番動作モードの間の異なる時刻
における“市位を示している。 （参照番号〉 １０・・・半導体基板、１１・・・電萄転送チャンネル
、１２・・・ソース領域、１３・・・ドレイン領域、１
４・・・出力トランジスタ、１５・・・負循抵抗、１６
・・・絶縁体、１７・・・浮遊ゲート、１８・・・ソー
ス領域、１９・・・ドレイン領域、２０・・・位相電極
、２１・・・位相電極、２２・・・制御ゲート、２３・
・・制御ゲート、２７・・・浮遊ゲートバイアストラン
ジスタ、２８・・・ｔ．ｌＩ　ＩＩＩバルスライン、２
９・・・バイアスライン、３０・・・酸化物層、３２・
・・チャンネルストップ、３３・・・ドレイン領域、３
４・・・ソース領域、３５・・・サンプルアンドホール
ドトランジスタ、４０・・・ソース領域、４１・・・ド
レイン領域、４２・・・サンプルドアウトゾットソース
ホＯワトランジスタ、４３・・・導体ストリップ、４４
・・・ゲート、５０・・・電荷パケット、５１・・・電
荷パケット、７０・・・ダイオード、７１・・・アノー
ド、 ７２・・・カソード、 ７３・・・酸化物屈。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）浮遊ゲート電極、上記浮遊ゲート電極の両側に部
   分的に重なるようにとりつけられている制御ゲート電極
   、第１及び第２の組の位相電極を有する電荷結合デバイ
   スに於いて、電荷パケットを転送させることにより、そ
   こからの読み出しを行う電荷結合デバイスの動作方法で
   あって、 第１と第２の位相電極に交互にパルスを印加して、それ
   等位相電極下に電荷パルスを転送させ、その際、電荷パ
   ケットをそれ等位相電極下を順に進行させること、 浮遊ゲート電極の下にきた各電荷パケットを読出すこと
   、 上記電荷パケット転送の一連の動作を繰り返し、上記浮
   遊ゲート電極の下に転送されてきた複数サイクルの各々
   に対応する上記電荷パケットを読み出すこと、 複数個の電荷パケットが次々に転送されて、読出された
   後でのみ、浮遊ゲート電極の電位をリセットし、それに
   よって、浮遊ゲート電極の電位のリセットに付随するプ
   リセット雑音を本質的に減少させること、 を含む方法。
2. （２）特許請求の範囲第１項の方法であって、制御ゲー
   ト電極が浮遊ゲート電極の両側に、部分的に重なるよう
   にとりつけられており、更に上記制御ゲート電極へ、電
   荷パケットの転送の間信号を供給して、同期的なクロッ
   ク雑音の発生を最小化するために、浮遊ゲート電極に同
   量異符号の電荷を誘起させることを含む方法。
3. （３）浮遊ゲート電極、上記浮遊ゲート電極に部分的に
   おおいかぶさる制御ゲート電極、第１及び第２の組の位
   相電極を有する電荷結合デバイスを、それから読出しを
   行なうために電荷パケットを転送することによって動作
   させる方法であって、浮遊ゲート電極の両側に配列され
   た制御ゲート電極へ、各々大きさＶ＿Ｔの上下に本質的
   に等しいで電圧だけ離れた電位を同時に供給し、また同
   時に第１及び第２の位相電極へ、それぞれ大きさＶ＿Ｔ
   より大きい電位及び大きさＶ＿Ｔと木質的に等しい電位
   を同時に供給すること、 一連の転送動作１つの間に、制御ゲート電極の電位を同
   時に変化させて大きさＶ＿Ｔに実質上等しくし、同時に
   第１及び第２の位相電極に与えられる電位を逆転させ、
   各々大きさＶ＿Ｔに実質上等しい電位及び大きさＶ＿Ｔ
   より大きい電位にすることにより電荷パケットを転送す
   ること、 制御ゲート電極と第１及び第２の位相電極に与えられる
   電位を交番させる上記一連の動作をくりかえすことによ
   って、電荷パケットを電荷結合デバイスに沿って次々と
   進めること、 各々の電荷パケットを、それらが浮遊ゲート電極の下へ
   送られてくる都度読出すこと、 を含む方法。
4. （４）特許請求の範囲第３項の方法であって、更に、浮
   遊ゲート電極の電位を、複数の電荷パケットが次々とそ
   の下を転送され読出された後にのみリセットし、それに
   よって、浮遊ゲート電極の電位のリセットに伴なうプリ
   セット雑音が本質的に減らされるようにすることを含む
   方法。
5. （５）特許請求の範囲第３項の方法であって、Ｃ＿Ｇ＿
   １を第１制御ゲート電極の容量、ΔＶ＿Ｇ＿Ｉを電荷パ
   ケット読出し中の同電極の信号、Ｃ＿Ｇ＿２は第２制御
   ゲート電極の容量ΔＶ＿Ｇ＿２を電荷パケット読出し中
   の同電極の信号とするとき、制御ゲート電極の間にＣ＿
   Ｇ＿１ΔＶ＿Ｇ＿１＝−Ｃ＿Ｇ＿２ΔＶ＿Ｇ＿２なる関
   係を維持し、それによって等量、異符号の電荷が浮遊ゲ
   ート電極に誘起され、その上に同期クロック雑音が発生
   するのを最小にすることを含む方法。