JPH0434310B2

JPH0434310B2 -

Info

Publication number: JPH0434310B2
Application number: JP56024158A
Authority: JP
Inventors: Ryutsuku Beruje Jan
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1980-04-23
Filing date: 1981-02-20
Publication date: 1992-06-05
Also published as: DE3162062D1; US4430672A; JPS56153763A; FR2481553B1; EP0038725A1; FR2481553A1; EP0038725B1

Description

【発明の詳細な説明】本発明は電荷の転送によつて読出される光感知
装置に関する。

従来技術においては、特に“charge transfer
devices（電荷転送装置）”と題するシー・エツ
チ・セキン（C.H.SEQUIN）およびエム・エ
フ・トンプセツト（M.F.TOMPSETT）の著作
第152頁から第169頁までによつて、電荷の転送を
利用する二つの種類の光感知装置が知られてい
る。

―一つは、光線が電荷転送レジスタに送られる電
荷転送を持つた光感知装置。光線を受けるレジス
タおよび読出しの前の電荷の貯蔵の役をする電荷
転送を持つたレジスタのいろいろな可能な組織が
知られている。最も普通の組織は“フレーム転
送”または“インターライン”型である。これら
の装置は電荷転送装置に大きな面積を必要とし、
他方現在の所ではこのような大きな面積の製造の
ために高い収率を得ることは難かしいという欠点
を持つている。

―他方は、この欠点を持つていないC.I.D.
（charge Injection Devices（電荷注入装置））型
の光感知装置。これらの装置はグリツドによつて
結合されている二つのMOS容量からなる光感知
点のマトリツクスを持つている。容量の一方は光
線を受ける。この容量の下に誘起された電荷は周
期的に隣接する容量に転送され、電荷の読出しは
MOSトランジスタによつて行なわれる。二つの
数値シフト・レジスタがその読出しのために各点
のアドレスを可能にしている。光線を受ける同じ
行の容量は並列に接続され、レジスタの一方によ
つてアドレスされ、他方読出しの役をする同じ列
の容量は並列に接続され、他方のレジスタによつ
てアドレスされる。C.I.D.装置は、電荷の読出し
中または読出し後に、それらの容量が集積されて
いる半導体基板への電荷の再注入を必要とする欠
点を持つている。この再注入は、効果的であるた
めには、エピタキシヤル成長させられた基板また
はコレクタ拡散のなされた基板を使用することが
必要である。それは何よりもまず制御するのが難
かしく、それが不完全な場合には残像の機会とな
り得る。そのほか、C.I.D.型の装置においては、
電荷の読出しは大きな容量で行なわれ、このこと
がＳ／Ｎ比を小さくし、この容量は行の数に依存
する。

そのほかに、雑誌“アイ・イー．イー．イー．
ジヤーナルオブ・ソリツド・ステイト・サーキツ
ト（I.E.E.E.Journal of solidstate circuits）”第
SC14巻第３号、1979年６月、第604頁から第608
頁までに掲載された論文によつて、電荷の転送に
よつて読出されるC.I.D.型のマトリツクスを有す
る、光感知装置が知られている。（特にこの論文
の第７図および第８図およびその註釈を見よ。）
この装置においては、読出し容量のアドレスはC.
C.D.（Charge Coupled Devices（電荷結合装置））
によつて行なわれる。

マトリツクスの各行の読出しは、二つの段階に
分けて行なわれる。

―第１の段階においては、すべての読出し容量の
電位を固定する。C.C.D.レジスタの中の横方向の
電荷の転送およびMOSトランジスタTG₂による
この電荷の排出が起る。

―第２の段階においては、読出し容量の下の電荷
の転送がC.C.D.レジスタへの電荷信号の注入を惹
き起し、その電荷信号が縦方向の転送によつて直
列に読出される。

電荷の転送は“バケツト・ブリゲート
（Bucket Brigade）”型である。すなわち、それ
は飽和までバイアスされたMOSトランジスタに
類似する機構を介して行なわれる。

この装置の不都合は、効果的であるためには、
この種の転送が比較的長い時間を要することであ
る。さて、この装置をテレビ・カメラが走査する
こことができるためには、第１の段階、およびC.
C.D.レジスタへの電荷信号の注入までの第２の段
階は帰線期間中に起らなければならず、その時間
は625行の標準型では12μsでしかない。行読出し
時間中にC.C.D.レジスタに注入された電荷は直列
に読み出され、半導体基板への電荷の再注入が起
る。

その反対に、古典的なC.I.D.装置に比較してこ
の装置の利点は、電荷の読出しがもはや大きな容
量では行なわれず、行数に依存しないことであ
る。

本発明の目的は、従来の装置に比較して、大き
な利点を持つた、電荷の転送によつて読み出され
る光感知装置を提供することにある。

本発明によれば前記目的は、同じ行の点に共通
の１つのグリツドG₀を有するMOSキヤパシタC₀
と、一定電位V₁に励起されるスクリーングリツ
ドG₁によつてグリツドG₀から分離された読出し
ダイオードD₁とを含み半導体基板上に集積によ
つて構成され、ｍ個の金属結線C₁〜C_nが異なる
行に所属するｎ個のダイオードを並列に接続する
ように構成されたｍ個の光感知点を含む行のｎ個
と、同一半導体基板に集積されており、ｍ個の金
属線に接続されており、かつ一定電位V₂に励起
されるグリツドG₂が後続しているｍ個のダイオ
ードD₂と、どのグリツドG₀も零でない各時間間
隔中にダイオードD₁及びD₂に蓄積された電荷を
ダイオードD₅に排出する手段と、各グリツドG₀
を周期的にリセツトし、ダイオードD₁及びダイ
オードD₂に順次信号電荷の排出を許容する少な
くとも１つのシフトレジスタR₁と、ダイオード
D₂に後続して半導体基板に集積されており、
CCD読出しレジスタR₂に転送される前に信号電
荷を収集するｍ個のメモリと、ダイオードD₂に
到達した信号電荷を前記メモリを介してｍ個の並
列入力と直列出力とをもつCCD読出しレジスタ
R₂に転送する手段とを含むことを特徴とする電
荷転送読出し型光感知装置、同じ行の点に共通の
１つのグリツドG₀を有するMOSキヤパシタC₀
と、一定電位V₁に励起されるスクリーングリツ
ドG₁によつてグリツドG₀から分離された読出し
ダイオードD₁とを含み、半導体基板上に集積に
よつて構成されたｍ個の光感知点を含む行のｎ個
と、絶縁層で被覆されており、該絶縁層上に絶縁
層を通る接触によつてｎ個の異なるグリツドG₀
に所属するｎ個の読出しダイオードD₁を並列接
続するｍ個の金属結線C₁〜C_nが堆積されており、
前記グリツドG₀に関して直交する方向に延伸す
るｍ個のスクリーングリツドG₁と、同一半導体
基板に集積されており、ｍ個の金属結線に接続さ
れており、かつ一定電位V₂に励起されるグリツ
ドG₂が後続しているｍ個のダイオードD₂と、ど
のグリツドG₀も零でない各時間間隔中にダイオ
ードD₁及びD₂に蓄積された電荷をダイオードD₅
に排出する手段と、各グリツドG₀を周期的にリ
セツトし、信号電荷をダイオードD₁及びD₂に排
出し得る少なくとも１つのシフトレジスタR₁と、
ダイオードD₂の下方に到達した信号電荷をｍ個
の並列入力と直列出力とをもつ電荷転送読出しレ
ジスタR₂に転送する手段とを含み、前記各スク
リーングリツドG₁は、前記各グリツドG₀に設け
られた複数の矩形ノツチのうちの１つの矩形ノツ
チの１つの垂直縁を被覆するように配置されてお
り、各読出しダイオードD₁は、前記スクリーン
グリツドG₁によつて部分的に被覆されるように
前記スクリーングリツドG₁の延伸方向に沿つた
前記各スクリーングリツドG₁の夫々の縁の近傍
に設けられた矩形ノツチに配設されており、前記
各スクリーングリツドG₁の一方の縁の近傍に設
けられた矩形ノツチに配設された読出しダイオー
ドD₁と他方の縁の近傍に設けられた矩形ノツチ
に配設された読出しダイオードD₁とは、前記ス
クリーングリツドG₁に関して相互に互い違いと
なるように前記グリツドG₀に関して一つおきに
配置されていることを特徴とする電荷転送読出し
型光感知装置、及び同じ行の点に共通の１つのグ
リツドG₀を有するMOSキヤパシタC₀と、一定電
位V₁に励起されるスクリーングリツドG₁によつ
てグリツドG₀から分離された読出しダイオード
D₁とを含み半導体基板上に集積によつて構成さ
れたｍ個の光感知点を含む行のｎ個と、異なる行
に属するｎ個のダイオードを並列に接続するｍ個
の金属結線C₁〜C_nと、同一半導体基板に集積さ
れており、ｍ個の金属結線に接続されており、か
つ一定電位V₂に励起されるグリツドG₂が後続し
ているｍ個のダイオードD₂と、どのグリツドG₀
も零でない各時間間隔中にダイオードD₁及びD₂
に蓄積された電荷ダイオードD₅に排出する手段
と、各グリツドG₀を周期的にリセツトし、信号
電荷をダイオードD₁及びダイオードD₂に排出し
得る少なくとも１つのシフトレジスタR₁と、ダ
イオードD₂に後続して半導体基板上に集積され、
信号電荷が読出しレジスタR₂に転送される前に
下方に収集されるように構成されたメモリと、ダ
イオードD₂の下方に到達した信号電荷をｍ個の
並列入力と直列出力とをもつ電荷転送読出しレジ
スタR₂に転送する手段とを含み、各光感知点が
グリツドG₀の近傍にMOSキヤパシタC₀が感知し
ない限定された波長に敏感な集電領域D₁₀をも
ち、前記集電領域D₁₀への輻射によつて生ずる電
荷がグリツドG₀の下方に収集されることを特徴
とする電荷転送読出し型光感知装置によつて夫々
達成される。

本発明の第１の電荷転送読出し型光感知装置に
おいては、共通の一つのグリツドG₀を有する
MOSキヤパシタC₀と、スクリーングリツドG₁に
よつてグリツドG₀から分離された読出しダイオ
ードD₁とを含む各光感知点が半導体基板上に集
積されておりｎ個の行の各々がｍ個の光感知点を
含み、ｍ個のメモリが、ｍ個の金属線に接続され
かつ一定電位に励起されるグリツドG₂が後続し
ているｍ個のダイオードD₂に後続して半導体基
板上に集積されておりCCD読出しレジスタR₂に
転送される前に信号電荷を収集するが故に、各素
子の寸法の変動に起因して相違する光感知点から
の電荷の集積時間が異なつても集積すべき全電荷
をメモリへ収集し得、帰線期間中に電荷を同時に
メモリへ収集し得るので装置の読出速度を増加し
得る。

又第２の電荷転送読出し型光感知装置において
は、共通の一つのグリツドG₀を有するMOSキヤ
パシタC₀と、スクリーングリツドG₁によつてグ
リツドG₀から分離された読出しダイオードD₁と
を含む各光感知点が半導体基板上に集積されてお
りｎ個の行の各々がｍ個の光感知点を含み、各ス
クリーングリツドG₁は、各グリツドG₀に設けら
れた複数の矩形ノツチのうちの１つの矩形ノツチ
の１つの垂直縁を被覆するように配置されてお
り、各読出しダイオードD₁は、前記スクリーン
グリツドG₁によつて部分的に被覆されるように
前記スクリーングリツドG₁の延伸方向に沿つた
各スクリーングリツドG₁の夫々の縁の近傍に設
けられた矩形ノツチに配設されており、各スクリ
ーングリツドG₁の一方の縁の近傍に設けられた
矩形ノツチに配設された読出しダイオードD₁と
他方の縁の近傍に設けられた矩形ノツチに配設さ
れた読出しダイオードD₁とは、スクリーングリ
ツドG₁に関して相互に互い違いとなるようにグ
リツドG₀に関して一つおきに配置されており、
更に第３の電荷転送読出し型光感知装置において
は、共通の一つのグリツドG₀を有するMOSキヤ
パシタC₀と、スクリーングリツドG₁によつてグ
リツドG₀から分離された読出しダイオードD₁と
を含む各光感知点が半導体基板上に集積されてお
りｎ個の行の各々がｍ個の光感知点、及びダイオ
ードD₂に後続して半導体基板上に集積され、信
号電荷が読出しレジスタR₂に転送される前に下
方に収集されるように構成されたメモリとを含
み、各光感知点がグリツドG₀の近傍にMOSキヤ
パシタC₀が感知しない限定された波長に敏感な
集電領域D₁₀をもち領域D₁₀への輻射によつて生
ずる電荷がグリツドG₀の下方に収集されるが故
に、光感知点の水平解像度を増加し得、一定電位
V₁に励起されたグリツドG₁によるいかなる干渉
からも結線を保護し得る。

本発明の実施例による装置の主な利点の中から
下記のものを挙げることができる。

―金属結線C₁……C_oを通して読出しダイオード
D₁からダイオードD₂へのその電荷の転送による、
装置の光に感じる領域の電荷信号の排出が電荷信
号の読出しと同時に行なわれること。したがつ
て、古典的なC.I.D.装置の場合または前述のI.E.
E.E.の論文のC.I.D.装置の場合におけるように、
基板への電荷の再注入を行なうことはもはや必要
ではない。

―同様に、読出しダイオードD₁がまた通常“ア
ンチ・ブルーミング（anti―blooming）”と呼ば
れる機能も果すこと。実際、一つの光に感じる点
が余りに強く照射されたときに、この点のための
コンデンサの電荷の貯蔵容量C₀を越える量の過
剰電荷が生成されるとこの過剰電荷は隣接すると
ともに該コンデンサに電気的に接続されたｎ個の
ダイオードD₁に溢れ出る。一つの行の２回の読
出し（段階T₂）の間に、ダイオードD₁に溢れ出
た電荷を排出する（段階T₁）。そのうえ、ｎ個の
ダイオードD₁は各接続C_iによつて並列に接続され
ており、余りに強い証明に起因する電荷は、した
がつて、基板に溢れ出る前にこれらのｎ個のダイ
オードに分布することができる。光に感じる部分
からの電荷の排出とアンチ・ブルーミング機能を
同時に保証するダイオードD₁はC.I.D.装置におい
て一般にそうであるような（前に述べた文献I.E.
E.E.の第２図、第３図、および第４図における
“ガード・ストライプス（guard stripes）”と
“フイールド・シールド電極（field shield
electrodes）”、およびこれらの図の註釈を見よ）。
水平コレクタ拡散、およびセルを互いに分離する
ための垂直電極の使用を避けることを可能にす
る。

―本発明の実施例による装置は、一般に、１行の
光感知点の読出しに対応する電荷が、電荷の転送
を持つたレジスタに転送される前に一時的に貯蔵
されるメモリを持つていること。本装置において
は、I.E，E.E.の論文に記載されている論文にお
けるように、各行から読出しレジスタへの電荷の
転送は“バケツト・ブリケード”型である。一つ
のメモリの追加は、行読出し時間（すなわち625
行の標準TVについては52μs）に等しい時間をダ
イオードD₁およびD₂における寄生電荷の排出、
およびメモリの１本の行の転送を行なうのに利用
することを可能にする。他方、I.E.E.E.の論文に
記載されている装置においては、これらの時間は
帰線時間（12μs）まで減少させられる。

本発明のその他の目的、特徴、および結果が、
図面を参照しながらなされる以下の記載から明ら
かなとなるであろうが、それらは例示に過ぎず、
何らそれらに限定するものではない。

いろいろな図において、同じ引用番号は同じ部
分を表わす。しかし、明瞭にする理由から、いろ
いろの寸法および比率は遵守されてはいない。

第１図は本発明による装置の１実施例を上から
見て図式的に示す。第２ａ図には、第１図に示し
た装置の縦断面図を示す。

実施例による光感知装置は本質的につぎの三つ
の部分を持つている。

―光感知領域１。

―メモリおよび寄生電荷の排出装置。この部分は
引用番号２で示されている。

―読出しレジスタ３。

以下にこれらの部分の各々の相ついで記載し、
それらが、いかに互いに接続されているかを説明
する。

領域１は光感知点のマトリツクスを持つてい
る。第１図では、このマトリツクスは４個の行お
よび４個の列、したがつて16個の光感知点をもつ
ている。

各光感知点は１個の半導体基板４上に下記のも
のを集積することによつて構成されている。その
半導体基板は一般にシリコンである。

―同じ行の点に共通する水平なすすなわち行方向
に延伸するグリツドG₀によつて構成されている
MOSキヤパシタすなわちMOS容量C₀。各グリツ
ドG₀では、列方向すなわち垂直なアイソレーシ
ヨン拡散d₁が各光感知点の容量C₀を決定する。

―グリツドG₀が光を通さず短かい波長に敏感で
あり電荷を集積するダイオードD₁₀。ダイオード
D₁₀はグリツドG₀の近くに局所的な拡散によつて
形成されている。ダイオードD₁₀はマトリツクス
状に形成されている。第１図では、ダイオード
D₁₀の各行は矩形をしたグリツドG₀の一つの長辺
の一つの縁に設けられている。

―一定電位V₁に上げられるスクリーン・グリツ
ドG₁。第１図では、グリツドG₁は行方向にすな
わち水平で、同じ行のすべての光に感じる点に共
通している。グリツドG₀と同様に、グリツドG₁
は矩形で、ダイオードD₁₀によつて占められてい
ない方のG₀の長辺を縁どつている。

―読出しダイオードD₁。読出しダイオードD₁は
マトリツクス状に配置され、一般にはアルミニウ
ムで作られている。４本の列方向に延伸する垂直
な金属接続C₁からC₄までが同じ列の４個の読出
しダイオードを並列に接続している。

ダイオードD₁₀は、半導体基板４に対するダイ
オードD₁₀の容量C_D10に比較して大きな縁の容量
C_BによつてグリツドG₀に強く結合されていなけ
ればならない。C_B≫C_D10でなければならない。そ
のため、各ダイオードD₁₀と隣接するグリツドG₀
の間の共通の周囲を最大にまで増大させる。この
ようにして、ダイオードD₁₀の電位は隣接するグ
リツドG₀の下の表面電位に正確に追従する。

ダイオードD₁₀はまたグリツドG₀とG₁の間に置
くことができる。

また各ダイオードD₁₀に対応する拡散領域を隣
接するグリツドG₀の下まで拡げることができる。
このことはダイオードD₁₀とグリツドG₀の間の結
合を増加させるという効果を持つている。このよ
うにして、光に感じる各点によつて貯蔵されてい
る電荷の排出が容易にされる。そのうえ、グリツ
ドG₀上の電位の同じ変化に対して、光に感じる
各点が貯蔵することができる電荷量を増大させる
ことができる。

グリツドG₀は２種類のバイアスを受ける。

―一方では、光に感じる領域のすべてのグリツド
G₀は一定電位V₉を受け、それが各光感知点にお
いてその点によつて受けられる照明の関数として
電荷の積分を可能にする。各グリツドG₀はMOS
トランジスタT₁からT₄までの電極の一つに接続
され、その他方の電極は直流電圧V₉に接続され、
そのグリツド電位V₈を受け、それがすべてのグ
リツドG₀上に電位V₉を再び確立することを可能
にする。電位V₈は直流電圧または時間の関数と
して可変の電圧であることができる。V₈が直流
電圧である場合には、前にゼロであつたグリツド
G₀上に電位V₉が比較的長い時定数で再確立され、
電荷の貯蔵容量C₀の価は時間とともに増大する。
そのようにして、熱によつて発生した集められた
電荷量が減少させられる。電位V₈が時間の関数
として可変の信号である場合には、それを一般に
V₈から高いレベルへの移行であり、それがトラ
ンジスタT₁からT₄までを導通状態にすること、
およびすべてのグリツドG₀上の電位V₉を瞬間的
に再確立することを惹き起す。

―他方、各グリツドG₀は周期的にゼロ電位を受
け、それがダイオードD₁の下へのこのグリツド
の下に貯蔵された信号電荷の転送を惹き起し、他
方他のグリツドG₀は電位V₉に維持され、これら
のグリツドの下で電荷の積分が行なわれる。グリ
ツドG₀の一つを周期的にゼロにするために、各
グリツドG₀はMOSトランジスタT₀₁からT₀₄まで
の電極の一方に接続され、それらのMOSトラン
ジスタの他方の電極は接地され、そのグリツドは
シフト・レジスタR₁の相連続する４個の段から
出る制御信号L₁からL₄までを受ける。制御信号L_i
の高いレベルへの移行はグリツドG₀の一つのゼ
ロ・セツトを惹き起す。

こゝでメモリおよび寄生電荷排出装置２を調べ
よう。それらは一般に、領域１が集積されている
基板と同じ基板４の上に集積されている。装置の
部分１と２の間の結合は４個のダイオードD₂に
よつて行なわれる。それらは半導体基板４の上に
集積され、それらには金属接続C₁C₄まで終つて
いる。ダイオードD₂には水平、すなわち行方向
に一定電位V₂に上げられるすべてのダイオード
に共通なグリツドG₂が続いている。グリツドG₂
はダイオードD₂およびダイオードD₂に接続され
た読出しダイオードD₁上の電位をV₂―V_Tに固定
する。V_TはグリツドG₂のの閾値電圧を表わす。

一定電位に接続されたグリツドG₁と同様に、
一定電位V₂に接続されたグリツドG₂は接続C₁か
らC₄までへの寄生電荷の送りりりを避けること
を可能にする。寄生電荷の送りは電荷信号に重畳
した寄生電荷をメモリに導入するという効果を持
つであろう。電荷移送装置においては、寄生電荷
に対して保護されることが特に重要である。寄生
電荷の振幅は素子の幾何学的な変化にしたがつて
回路の点毎に異なることができ、寄生電荷は信号
のダイナミツクスを制限する。

そのうえ、グリツドG₁が領域１を接続C_iおよび
装置の部分２に由来する寄生電荷からアイソレー
トし、同様にグリツドG₂は部分２を接続C_iおよび
部分１に由来する寄生電荷からアイソレートす
る。

グリツドG₂にはグリツドG₃が続いており、そ
のグリツドG₃は、G₂と同様にに、水平でただ一
つである。グリツドG₃は周期的な信号V₃によつ
て制御される。高いレベルから低レベルへのV₃
の移行はダイオードD₁およびD₂からメモリに向
つて移送される電荷の戻りを避けることを可能に
する。

メモリは、一列に並べられ、可変電位V₄に上
げられる、水平なたゞ一つのグリツドG₄が続い
ている４個のダイオードD₄によつて構成されて
いる。このメモリの中にはつぎの２種類の電荷が
相ついで貯蔵される。

―一方では、グリツドG₀のいずれもがゼロには
ない各時間間隔中ダイオードD₁およびD₂の下に
蓄積される寄生電荷。

―他方では、グリツドG₀をゼロにすることに由
来する電荷信号。

メモリには寄生電荷の排出装置が続いている。
その装置は、たゞ一つのダイオードD₅が続いて
いる、たゞ一つで水平なグリツドG₅によつて構
成されている。グリツドG₅およびダイオードD₅
は可変電位V₅に接続されている。

基板４上では、アイソレーシヨン拡散d₂が連続
的な仕方で光感知点の各列から出る電荷の処理に
当てられ、ダイオードD₁からダイオードD₂をア
イソレートする基板の領域を限つている。

こゝで、光感知装置の第３の部分、すなわち読
出しレジスタ３を記載しよう。

レジスタ３は一般にメモリおよび装置２と同じ
半導体基板４の上に集積されているが、溝穴形の
アイソレーシヨン拡散領域d₃によつてアイソレー
トされている。

その領域d₃の中には４個のダイオードD₆があ
り、それらは１列に並べられ、金属接続C′₁から
C′₄によつてメモリの４個のダイオードD₄に接続
されている。このようにして、メモリから読出し
レジスタに向つて電荷信号の転送が行なわれる。
ダイオードD₆にはグリツドG₆が続いており、そ
のグリツドG₆は水平でたゞ一つで、メモリのグ
リツドG₄と同じ可変電位V₄に接続されている。

グリツドG₆にはグリツドG₇が続いており、そ
のグリツドG₇もまた水平でたゞ一つで、可変電
位V₇に接続されており、それが高いレベルに移
行するとき、本来の意味の読出しレジスタR₂に
向つての電荷信号の転送を可能にする。

第１図では、読出しレジスタR₂は２組φ₁およ
びφ₂のC.C.D.レジスタである。このレジスタは１
連の電荷の貯蔵電極と転送電極をもつており、転
送電荷は貯蔵電極に較べて大きな厚さの絶縁物の
上に置かれている。二つに一つの貯蔵電極は領域
d₃の下の端に終つており、したがつて電荷を受け
ない。レジスタR₂の中の電荷の転送は、第１図
に矢印で示されているように、水平すなわち行方
向に行なわれる。光感知素子の行の電荷信号の読
取りは、したがつて、直列に行なわれる。

アイソレーシヨン拡散d₄がレジスタR₂の中の
電荷転送チヤネルの下の限界を決定している。

メモリと読出しレジスタ３の間の結合が基板の
外の接続C′₁からC′₂までによつて行なわれなけれ
ばならないのは寄生電荷の排出装置の存在の故で
ある。ダイオードD₁₀およびグリツドG₀の場合に
おけると同様に、ダイオードD₄とグリツドG₄の
間、およびダイオードD₆とグリツドG₆の間に優
れた結合が存在していることが必要である。つい
で、各ダイオードおよび隣接するグリツドの一部
を絶縁層、その後アルミニウムの層で被覆するこ
とができる。その時、各グリツドの所で絶縁層を
通して電気的な接触を作る。

以上の記載は光を感知する４本の行と４本の列
を含むマトリツクスの場合についてなされた。こ
の記載がマトリツクスが光に感じるｍ個の点のｎ
本の行を持つ場合についても適用できることは勿
論である。こゝで、ｎおよびｍは正の整数であ
る。

こゝで、第２ｂ図から第２ｇ図まで画きなが
ら、第１図および第２ａ図に示された本装置の動
作を説明しよう。第２ｂ図から第２ｇ図まではい
ろいろな時点t₁からt₆までにおける基板４の中の
表面電位φ_sの変化を表わす。斜線を付された領域
は少数担体の存在を示す。第２ｂ図から第２ｇ図
までにおいては、基板４とそれを覆つている絶縁
層の境界面５と７しか示さなかつた。

時点t₁からt₆までは、本装置に印加することが
できる制御信号を表わしている第４ａ図から第４
ｆ図までに示されている。これらの制御信号は、
振幅が低いレベルと高いレベルの間で変化してい
る周期的な信号である。

第４ａ図および第４ｂ図には、同じ周期Ｔ／２
の信号V₄およびV₃を示した。信号V₃はV₄よりも
極めて短い時間τだけ前に低いレベルに戻る。

第４ｃ図および第４ｄ図には、同じ周期Ｔの信
号V₅およびV₇を示した。信号V₅とV₇はV₃とは位
相が逆である。第４ｅ図及び第４ｆ図には、信号
L_iをおよびL_i＋１を示した。これらの信号は同じ
周期nTを持つている。それらはV₃の高いレベル
の移行の極めて短かい時間τだけ後に高いレベル
に移り、V₃と同じ時に低レベルに戻る。

本装置動作は長さT₁およびT₂のはつきり異な
つた二つの段階の繰返しを持つており、われわれ
はそれを以下では“段階T₁”および“段階T₂”
と書こう。T₁とT₂の和はＴに等しい。

段階T₁の途中では、すべてのグリツドG₀は電
位V₉に上げられる。その時、装置のすべてのダ
イオードD₁およびD₂上にある寄生電荷をメモリ
に向つて、ついで寄生電荷排出装置に向つて排出
する。

段階T₂中は、光感知領域グリツドG₀のうちの
一つだけが電位０にあり、一方他のグリツドG₀
は電位V₉にある。電位０のグリツドの下に貯蔵
されている電荷信号は、それらがつぎの段階T₁
の間に読み出される読出しレジスタR₂に転送さ
れる前に、ダイオードD₁およびD₂の上に、つい
でメモリの下に転送される。

こゝで、段階T₁およびT₂の各々を詳細に調べ
よう。

段階T₁： ―時刻t₁においては、信号V₃およびV₄のみが高
いレベルにある。すべてのグリツドG₀は電位V₉
にあり、電荷の積分が各容積C₀および各ダイオ
ードD₁₀上で行なわれる。全装置のダイオードD₁
およびD₂によつて捕えられた寄生容量はメモリ
の中に排出される。高いレベルにあるグリツド
G₃がそれを可能にするからである。これらの寄
生電荷は本質的に余りにも強い照明に基因する容
量C₀の溢れ出ることから来る。これがダイオー
ドD₁のアンチ・ブルーミング機能である。寄生
電荷はまたダイオードD₁およびD₂によつて横方
向に集められる電荷であることができる。

―時刻t₂〜τにおいては、信号V₃はゼロに戻り、
したがつてグリツドG₃は光感知領域からメモリ
をアイソレートする。時刻t₂―τにおいてはま
た、信号V₅は高いレベルに移り、グリツドG₅お
よびダイオードD₅は寄生電荷を受ける用意がで
きている。

―時刻t₂においては、信号V₄がゼロに戻り、ダイ
オードD₄、グリツドG₄、ダイオードD₆およびグ
リツドG₆の下に均一に分布していた寄生電荷が
排出ダイオードD₅の下に排出される。

―時刻t₅においては再び、時刻t₁におけると同様
に、信号V₃およびV₄のみが高いレベルにある。
それは段階T₁の終りである。

―時刻t₄においては、信号V₃，V₄およびL_iが高
いレベルにある。信号L_iによつて制御される
MOSトランジスタT_0iに接続されている光感知領
域はグリツドG₀は、その時、ゼロに接続される。
その時、このグリツドG₀の下にあるすべての光
に感じる点によつて貯蔵されている電荷信号のダ
イオードD₁およびD₂上への、ついでメモリへの
転送が起る。寄生電荷の排出の場合におけると同
様に、メモリの中の電荷の転送はグリツドG₂の
おかげで一定電位V₂―V_Tで行なわれる。メモリ
の中の電荷の転送は、それが寄生電荷であつて
も、電荷信号であつても、バケツト・ブリゲード
型であること、すなわちソースがダイオードD₁
およびD₂によつて構成され、グリツドが一定電
位V₂に上げられるグリツドG₂によつて構成され、
ドレーンがグリツドG₄によつてV₃よりも高い電
位V₄に上げられる、飽和までバイアスされた
MOSトランジスタの類似機構を介して行なわれ
ることを前に見て来た。効果的であるためには、
この種の転送は比較的長い時間を要することを前
に見た。本装置においては、メモリの存在が、す
べてのダイオードD₁およびD₂への寄生電荷の排
出およびメモリへの行L_iの転送を行なうために、
行の続出し時間に等しい時間を利用することを可
能にする。実際、この時間中、レジスタR₂がマ
トリツクスの前の行_i―₁の読出しを保証する。

―時刻t₅―τにおいては、メモリ中の電荷信号の
転送がし終予し、信号V₃およびL_iは低いレベル
に移り、他方信号V₇は高いレベルに移行する。
グリツドG₃が再びメモリから接続C_iを切り離す。
グリツドG₇は高いレベルに上げられ、読出しレ
ジスタR₂に向う通路を開く。

―時刻t₅においては、信号V₄は低いレベルに移行
し、そのとき、ダイオードD₄，D₆およびグリツ
ドG₄およびG₆の下に分布していた電荷信号の読
出しレジスタR₂への転送が起る。電荷信号の読
出しレジスタへの転送は帰線期間中に行なわなけ
ればならず、それに反してt₁からt₅―τまでの前
の段階は行読出し期間中に行なわれる。時刻t₅の
後では、信号V₈が、内容が読出しレジスタに転
送されたばかりであるグリツドG₀に電位V₉に再
確立する。信号V₉が周期的な信号である場合に
は、それは信号V₇に等しいことができる。

―t₆においては、制御信号時刻t₁の価を再びと
る。新しい段階T₁が始まり、他方行L_iがレジス
タR₂によつて読み出される。この読出しは、つ
ぎの行L_i+1の内容がメモリに転送される段階T₂中
継続し、つぎの時刻t₅―τで終る。

光感知装置は検出しようとする光線を、グリツ
ドG₀およびG₁がある前面によつてか、または背
面によつて受けることができる。光線が装置の前
面に送られる場合には、グリツドG₀は光に感知
することができなければならない。

そのときには、グリツドG₀は多結晶シリコン
または半透明金属で構成される。そのとき、読取
りダイオードD₁は完全に絶縁層で覆われ、つい
で寄生照明を受けないようにアルミニウムで覆わ
れる。同様に、メモリ、寄生電荷の排出装置、お
よび読出しレジスタは不透明な層で覆われ、その
層がそれらを光線から保護し、その層はメツキで
あることができる。光線が光感知装置の背面に送
られる場合には、領域１を支持している半導体基
板４は、その場合には、小さな厚さを持つてい
る。金属接続C₁からC₄までが、メモリ、寄生電
荷の排出装置、および読出しレジスタを光に感じ
る領域からある一定の距離の所で、厚さが小さく
なつていない基板４の部分に設けることを可能に
する。このようにしてこれらの素子の寄生照明が
避けられる。

第３図は光感知装置の領域１の他の一つの実施
の態様の上から見た図式的な表示に関する。

この実施態様においては、光感知点は一つの行
から他の行へ千鳥足形に組織されている。

第１のレベルの多結晶シリコンで構成されてい
るグリツドG₀は水平にすなわち行方向に設けら
れている。これらのグリツドは矩形をしており、
同様に矩形の切欠きを持つている。各切欠きの中
に１個の読取りダイオードD₁がある。読出しダ
イオードD₁は千鳥足形に設けられている。切欠
きが一つのグリツドG₀からつぎのグリツドへ半
ステツプだけずらされているからである。

各グリツドG₀には、二つの切欠きの間に集電
領域D₁₀を構成する開口がある。集電領域D₁₀が
拡散なしの単なる薄い酸化物の領域によつて構成
され、第１図の場合におけるようにダイオードに
よつて構成されるのではない第３図の場合におい
ては、これらの集電領域の下に光子によつて作り
出される担体は、導通によつてよりも寧ろ単なる
拡散によつて、グリツドG₀によつて作られる容
量C₀に到達する。第３図の場合においては、各
グリツドG₀はこの集電領域の全周によつて各集
電領域D₁₀に作られる担体を受ける。集電領域を
構成するために、ダイオードを単なる薄い酸化物
の層によつて置き換えることは、C_B≫C_D10の条件
が実現できない場合に興味深い。

この実施態様においては、グリツドG₁は第２
のレベルの多結晶シリコンによつて構成されてい
る。これらのグリツドは垂直すなわち列方向に設
けられている。

各グリツドG₁は一方では各グリツドG₀に作ら
れている切欠きの垂直な縁の一つを、他方ではそ
の切欠きの中にある読出しダイオードD₁を部分
的に覆つている。読出しダイオードD₁はしたが
つて、一つの行から他の行に、垂直な電極Ｇの右
と左に交互に位置している。

グリツドG₁上には、厚い酸化物の層によつて
絶縁されてアルミニウムの接続C_iがある。第３図
では、接続C₁，C₂，C₃は破線で示されている。
これらの接続が、酸化物の層を貫通する接触によ
つて、読出しダイオードD₁にアドレスする。

マトリツクス状ではなく、千鳥足形の光に感じ
る点の配置の利点はつぎの通りである。

―光感知点の水平解像が増加させられる。

―接続C_iが一定電位V₁に上げられるグリツドG₁
によつてあらゆる寄生容量から完全に保護され
る。

―そのうえ、同じレベルの多結晶シリコン上に作
られたグリツドの間の間隔がクリテイカルではな
い。実際、二つのグリツドG₀の短絡が光に感じ
る領域の二つの行にしか影響を及ぼさない。第１
の行について、読み出される信号は二つの行の信
号の和である。第２の行は黒線のように読まれ
る。それは前の読出しによつて空にされているか
らである。最後にグリツドG₁での短絡が装置の
動作に効果を及ぼさない。

各グリツドG₀を周期的にゼロにするために使
用されるシフト・レジスタR₁のピツチは、一般
にグリツドG₀のピツチより大きい。ピツチがグ
リツドG₀のピツチの２倍である二つのレジスタ
R₁およびR′₁を使用することができる。そのとき
にはレジスタは光感知領域のあちら側とこちら側
に置かれる。レジスタの一方は偶数番目のグリツ
ドG₀をアドレスし、他方は寄数番目のグリツド
G₀をアドレスする。インターレースはこの組織
によつて容易にされ、その組織は千鳥足形の配置
と同時に使用される。このようにして、レジスタ
の一方が奇数番目のグリツドG₀および接続C_iの右
側に置かれている光感知点をアドレスすることが
でき、ついで他方のレジスタが偶数番目のグリツ
ドG₀および接続C_iの左側に置かれている光に感じ
る点をアドレスする。

第１図に示された装置の動作の記載の中で、そ
の動作が二つの段階T₁およびT₂の反復を持つて
いることを見て来た。アンチ・ブルーミング機能
は段階T₁の間しか実現されない。余りに強く照
明された光感知点に起因し、読出しダイオード
D₁に溢れ出る過剰の電荷は段階T₂中は考慮され
ない。余りに強く照明された光感知点に基因する
過剰の電荷は、同じ金属接続C_iによつてその余り
に強く照明された点の読出しダイオードD₁に接
続されているすべてのダイオードD₁に分布して
いる。このようにして、この接続C_i上の信号の平
均的なレベルは高い。その点が光に感じる点の所
で最大である電荷量Ｑを作り出す強度のＢ倍の強
度で照明されると、接続C_iに接続されたダイオー
ドについて平均レベルはＢ／Ｎ・T₁／Ｔ・Ｑの量だけ高められる。ここでＮは光に感じる領域１のグリ
ツドG₀の数を表わす。

このようにして、500グリツドG₀を有し、T₁＝
T₂である光に感じる領域は1000のオーダである
Ｂ倍の過度の照明を許すことができる。

過度の照明に対する装置の抵抗を改善するため
に、段階T₁に対する段階T₂の長さを増すことは
有利である。

時間T₂はメモリまで各接続C_iに沿つた電荷信
号Q_sの転送が行なわれるのに必要な時間によつ
て制限される。この転送が飽和したMOSトラン
ジスタと等価な回路を通して行なわれることを見
て来た。

C_iを接続C_iの容量と呼べば、C_iによつて接続さ
れている読出しダイオードD₁の下の残留電荷Q_r
は次式によつて表わされる。

Q_r＝Q_s／（１＋ＢQ_s／C_i2・Ｔ）、ここでＢ＝Ｗ／Ｔ・μ・C_0xここでC_0xは単位面積当りグリツドG₂の容量・Ｗはそのグリツドの幅、Ｌは
その長さ、μは基板の少数担体の移動度である。

したがつて、残留電荷を減少させるためには容
量C_iを減少させるのが有利であることが認められ
る。

小さな価の電荷信号Q_sがもつと高い価の電荷
信号よりも悪く転送されることもまたありそうな
ことのように思われる。したがつて、装置の感度
は低い光のレベルより低い。

時刻t₄においてグリツドG₂の電位をΔVだけ増
加させて得られる固定電荷Q₀を重畳させること
によつて小さな量の電荷信号Q_sの転送を著しく
改善することができる。この場合には転送される
電荷はつぎのように書かれる。

Q_s＋Q₀、ここでQ₀＝C_i・ΔV 読出しレジスタR₂の出力では、そのとき、何よ
りもまずレジスタの中の電荷の転送を容易にする
電荷の基底値Q₀に重畳された信号が得られる。

この方法の不都合は、ある場合に、信号に接続
C_i毎の容量C_iの変化に基因する雑音が加わること
があり得ることである。それは列毎に起る量Q₀
の変化を導き入れる。

第５図および第６ａ図は光感知装置の実施例に
おける補足の電荷量Q₀の注入装置の実施例の態
様の図式的な上から見た図および縦断面図であ
る。

この装置を使用すれば、注入される電荷量Q₀
は光に感じる領域のすべての点について同じで、
接続C_iの容量C_iの価に無関係である。

この装置は接続C_iの数に等しい数のダイオード
D₇を（光感知装置の他の部分が集積されている
ものと同じものであることができる）半導体基板
の上に集積することによつて構成されている。第
５図には、４個のダイオードD₇が示されている。
これらのダイオードは可変電位V₇に上げられる。
同一平面上にある二つのグリツドG₈およびG₉が
これらのダイオードに続いている。これらのグリ
ツドは、V₈がV₉よりも低いものとして、二つの
一定電位V₈およびV₉に上げられる。このように
して、低いレベルから高いレベルのダイオード
D₇の移行はG₉の下につぎのような電荷量Q₀を貯
蔵することを可能にする。

Q₀＝（V₉―V₈）・C_G9 ここでC_G9はグリツドG₉の下の貯蔵容量を表わ
す。

このようにして、G₉の下に貯蔵される電荷量
Q₀は光に感じる点毎のG₈およびG₉毎の閾値電圧
の変化に無関係で、G₉のジエオメトリーにしか
依存せず、装置の一方の端から他方の端までのそ
の変化は２桁減少させられる。

垂直アイソレーシヨン拡散d₄がよく知られた方
法でただ一つのダイオードD₇から出る電荷の処
理に取つておかれている基板領域を限つている。

第６ｂ図から第６ｅ図までは、時点t₄，t₂，t₃
および再びt₄における第５図および第６ａ図に示
された装置の動作を表わす図式図を示す。

これらの図には、基板８とそれを覆つている絶
縁層の境界面しか示さなかつた。

第６ｂ図および第６ｃ図には、グリツドG₉の
下の電荷量Q₀の貯蔵をを示した。

グリツドG₉には、グリツドG₁₁、および可変電
位V₁₁に上げられる貯蔵電極G₁₂が続いている。

時刻t₃において、各電荷量Q₀はG₉からQ₁₂に転
送される。

グリツドG₁₂には一定電位V₁₃に上げられるス
クリーン・グリツドG₁₃が続いている。グリツド
G₁₃の後には、金属接続C″₁からC″₄によつてダイ
オードD₁およびD₂に、すなわち接続C₁からC₄ま
でに接続されている４個のダイオードがある。

時刻t₄においては、電位V₁₁はゼロに移行し並
列に接続されたダイオードD₁₃，D₁およびD₂の下
への各電荷量Q₀の転送を惹き起す。したがつて、
電荷Q₀は読出された行の電荷信号Q_sと同じ時刻t₄
に導入される。Q₀の発生は光に感じる素子の各
行の読出しで行なわれる。

メモリおよび読出しレジスタのジエオメトリー
は下記に等しい全電荷が貯蔵されるように定めら
れていなければならない。

Q₀＋Ｑ、ここでＱは光感知点の所での最大電
荷信号である。

第５図に示された装置の代りに並列接続された
出力を持つたシフト・レジスタCCDを利用する
ことができる。このレジスタの並列接続された出
力の各々は金属接続によつてダイオードの対D₁
―D₂の一つ、すなわち接続C₁からC₄までの一つ
に接続されている。一つの行の読出し時間中―t₁
かなt₅―τまで―このレジスタは読出しレジスタ
R₂と同じ制御信号によつてアドレスされる。入
力には常時電荷Q₀が注入され、その結果帰線期
間の始めｔ―τにおいてレジスタの段の各々に電
荷Q₀が得られる。この電荷はすべての段につい
て同じである。その電荷はただ一つの入力段によ
つて作られ、転送効率は連続的な信号に無視でき
る程小さな効果しか持つていないからである。基
板の中で再結合される電荷のみが分散を導きいれ
るが、この価は一般に非常に小さい。

接続C₁からC₄までによつてダイオードD₁から
ダイオードD₂に向かつての読み出された行の電
荷信号Q_s転送が起るとき、同時にCCDレジスタ
を横方向に空にする。このようにして、電荷Q₀
がすべての列で信号に重畳させられる。読出しレ
ジスタの中で転送されるのは電荷の和Q₀＋Q_sで
ある。

使用される並列接続された出力をもつたCCD
シフト・レジスタの中の電荷の転送は表面で、ま
たはバルクで行なわれる。表面転送は同一表面積
でより大きな電荷Q₀を運ぶことを可能にする。

第５図に示されている装置と同様に、この注入
装置は光に感じる領域のすべての点で同一の、接
続C_iの容量C_iの価に無関係の電荷量Q₀を注入する
ことを可能にする。並列接続の出力を持つた
CCDシフト・レジスタは、一般に、光に感じる
装置の他の部分と同じ半導体基板の上に集積され
ている。

ここで、光感知装置のメモリ、寄生電荷排出装
置、および読出しレジスタ、すなわち第１図で２
および３で示されているこの装置の部分の他の一
つの実施の態様を記載しよう。

この実施の態様においては、基板の外の金属接
続C′₁からC′₄までによつて二つづつ結合されてい
るダイオードD₄およびD₆のようなダイオードを
使用することなしにメモリから読出しレジスタ
R₂に向つての電荷信号の転送を行ないたいと思
つた。

この実施の態様は、第１図に示された態様に較
べて、一方では各ダイオードD₄と隣接するグリ
ツドG₄又はD₆と隣接するG₆の間、他方では各ダ
イオードの対D₄及びD₆の間（C_iによつて接続）
の二つの光感知点の可変結合によつて導入されが
ちな干渉を除去するという利点を持つている。

この実施の態様においてはまた、ダイオード
D₂に続く、一定電位V₂に上げられるグリツドG₂
の列方向の幅ｌに関してより優れた均一性を得る
ことを希望した。またこの幅ｌをもつとずつと小
さくし度いと思つた。

このように、この実施例の態様は、ダイオード
D₂からグリツドG₂の下方の光感知点毎に変化す
る光の透過によつて導入されがちな干渉を除去す
るという利点を持つている。この変化する光の透
過は、それを通つてメモリへの電荷の転送が行な
われる等価なMOSトランジスタのグリツドの幅
の変動に起因して、メモリへの各ダイオードD₂
の信号電荷の転送時間が変動し得る。そのうえ、
この実施の態様は、G₂の幅の減少によつて、D₁
およびD₂からメモリへの信号電荷の転送の速さ
を増大させるという利点を持つている。

最後に、この実施の態様は制御信号を簡単化す
るという利点を持つている。

これらの利点の反面として、この実施の態様は
いろいろな素子の寸法に関して、少しばかりより
厳格な製造上の制約を課す。

第７図はこの実施の態様の上から見や図式的な
表示に関している。

第８ａ図および第９ａ図は第７図に示された実
施の態様の横断面を表わす。

接続C₁からC₄までによつて読出しダイオード
D₁に接続されたダイオードD₂の後には、一定の
電位V₄′に励起されたグリツドG₁₄及び一定電位
V₂に励起されたグリツドG₂がある。

電位V₂に励起されたグリツドG₂は結線C₁〜C₄
により読出しダイオードD₁に接続されたD₂の後
に位置している。グリツドG₂は二つの共面グリ
ツドG₁₄及びG₄に囲まれており、グリツドG₁₄及
びG₄は電位V₂より高い一定電位V₄′に保持されて
いる。そのようにして、グリツドG₂の幅ｌはグ
リツドG₁₄とG₄の間の間隔によつてただ１回の操
作の写真蝕刻法で決定される。このように、幅ｌ
についてより優れた均一性が得られ、何よりもま
ずそれは遥に小さくされることができる。

グリツドG₄は、第３図のグリツドG₀と同様に、
同じく矩形の切欠きを持つた矩形のグリツドであ
る。

第８ａ図は、第７図に示された実施の態様の
G₄の幅が小さい領域、すなわち切欠きの所での
横断面図である。

第９ａ図は二つの切欠きの間の間隔における、
第７図に示された実施の態様の横断面図である。

G₄の切欠きの下にある基板の各部分には排出
ダイオードD₅がある。

“Ｕ”字形のアイソレーシヨン拡散領域が各ダ
イオードD₅を取り囲んでいる。

このアイソレーシヨン拡散領域が接続C₁から
C_nまでの一つから来る電荷の処理のために拡散
領域d₂によつて取つておかれている基板４の各部
分の上に二つのチヤネルを決定する。

―読出しレジスタR₂に導くチヤネル１（第９ａ
図）。このアクセスは、可変の電位V′₇に上げら
れ、G₄の端とR₂の起点の間に馬乗りになつてい
るグリツドG₇によつて調節される。

―排出ダイオードD₅に向つて導くチヤネル２
（第８ａ図）。このときには各ダイオードD₅は、
場所を節約する理由から、隣接するメモリの２点
に共通する。したがつて、二つに一つのダイオー
ドD₅無しで済すことができる。このことは、水
平ピツチをより小さくすることができるか、また
は行のメモリの貯蔵容量を増大させるという利点
を持つている。

この場合には、拡散領域d₂の垂直な部分の二つ
に一つ、すなわちダイオードD₅が続いていない
垂直な部分が延長され、それ故電荷を受けない貯
蔵電極の一つに終る。

そのときには、ダイオードD₅に向つてのアク
セスは可変電位V₁₅に上げられる矩形の電極G₁₅
によつて調節される。この電極はG₄の切欠きの
水平部分の上に馬乗りになつている。それは図に
は示されていない酸化物の層によつてG₄から分
離されている。電位V₁₅も同様にダイオードD₅に
印加される。

第８ａ図および第９ａ図はチヤネル２および１
に沿つて切つた横断面図を表わす。

ここで、いろいろな時点t′₁，t′₂，t′₃における
半導体基板の中の表面電位の推移を表わす第８
ｂ，８ｃ図、および第９ｂ，９ｃ図を参照しなが
ら、この実施の態様の動作を調べよう。

これらの時点は、この実施の態様で印加するこ
とができる制御信号を表わす第１０ａ図から第１
０ｄ図までに記入されている。

第１０ｃ図および第１０ｄ図には既に第４ｅ図
および第４ｆ図に示された信号L_iおよびL_i+1が再
び見られる。

第１０ａ図および第１０ｂ図には信号V₁₅およ
びV₁₇を示した。

これらの信号は周期Ｔで周期的で、低いレベル
を高いレベルの間で変化する。

信号V₁₅は、信号L_i，L_i+1，…および信号V′₇が
低いレベルにあるとき、高いレベルにある。

信号L_i，L_i+1，…は、V₁₅が低いレベルに移つ
た一瞬後に高いレベルに移る。信号V′₇はL_ni，
L_i+1…の低いレベルへの移行の一瞬τだけ後に高
いレベルに移行する。最後に、信号V′₇はV₁₅の
高いレベルへの移行の一瞬τだけ前に低いレベル
に戻る。

段階T₁はV₁₅が高いレベルになつた瞬間からL_i
L_i+1…が高いレベルになる瞬間まで経過する。

段階T₂は周期Ｔの残りの間経過する。

段階T₁およびT₂を調べよう。

段階T₁ ―時刻t′₁には、信号V₁₅のみが高いレベルにあ
る。

第８ｂ図はその瞬間における表面電位を表わ
す。

光に感じるすべての点の寄生電荷がダイオード
D₁からダイオードD₂に向つて排出され、ついで
グリツドG₄の下に、最後に排出ダイオードD₅の
下に排出される。転送はグリツドG₂のおかげで
一定電位V₂―V_Tで行なわれる。

段階T₂ ―時刻t′₂において、信号L_iのみが高いレベルにあ
る。第８ｃ図および第９ｂ図はその瞬間における
表面電位を表わす。行L_iの電荷信号がそのときダ
イオードD₁からダイオードD₂に向つて転送され、
ついでメモリの役をするグリツドG₄の下に貯蔵
される。

―時刻t′₃においては、信号V′₇のみが高いレベル
にある。

第９ｃ図はその瞬間における基板内の表面電位
を表わす。そのとき、G₄の下に貯蔵されている
行L_iの電荷信号の読出しレジスタR₂の下への転送
が起る。

ついで新しい段階T₁が始まり、それに反して
行L_iがレジスタR₂によつて読出される。

読出しレジスタR₂が電荷の転送がバルクで行
なわれるレジスタであるときは、レジスタの電極
の下に拡散領域Ｚが存在し、その領域はグリツド
G₇の中央で止ることができる。

この場合、レジスタR₂の下の電位はG₄の下よ
りも高く、このことが電荷の転送を容易にする。

電荷信号Q_sへの固定電荷Q₀の重畳は前に示さ
れた二つの仕方で行われることができる。すなわ
ち、 ―時刻t′₂においてG₂の電位をΔVだけ増大させ
て。

―または第５図および第６ａ図から第６ｅ図まで
の装置を使つて。この場合には、第６ｅ図に示さ
れた段階は時刻t′₂で行なわれる。

本発明が一般にシリコン半導体基板上に集積さ
れた光に感じる装置に関することは勿論である。
同様に、別の材料で作られた光に感じる検出器を
シリコンン基板に取り付けることも可能である。

本発明による装置はまた、電荷信号をメモリに
貯蔵することなしに、それが読出しレジスタR₂
に到着するにつれて電荷信号を転送しながら、I.
E.E.E.の論文に記載された装置によつて得られる
結果と同じように満足できる結果を与えて動作す
ることができる。

最後に、本発明による装置は、成可く、電荷の
転送が表面またはバルクで行なわれるCCD装置
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による装置の１実施の態様を上
から見た図式的な説明図、第２ａ図は第１図に示
す装置の縦断面図、第２ｂ図から第２ｇ図までは
その装置の動作を示す図式説明図、第３図は本装
置の光感知領域の他の一つの実施の態様を上から
見た図式的な説明図、第４図は本装置に印加する
ことができる制御信号の波形図、第５図は本装置
の中の補足の電荷量Q₀の注入装置の１実施の態
様を上から見た図式的な説明図、第６ａ図は第５
図に示された装置の断面図、第６ｂ図から第６ｅ
図はその装置の動作を表わす図式説明図、第７図
は本装置のメモリ、寄生電荷の排出装置、および
読出しレジスタの他の一つの実施の態様を上から
見た図式的な説明図、第８ａ図および第９ａ図は
第７図に示す実施の態様の二つの横断面図、第８
ｂ図、第８ｃ図、および第９ｂ図、第９ｃ図はこ
の実施の態様の動作を示す図式説明図、第１０ａ
図から第１０ｄ図までは本装置に印加することが
できる制御信号の波形図である。１…光感知領域、２…メモリおよび寄生電荷の
排出装置、３…読出しレジスタ、４…半導体基
板、C₀…MOS容量、C₁〜C_n…金属接続、D₁…読
出しダイオード、D₂，D₅…ダイオード、G₀…同
じ行の点に共通するグリツド、G₁…スクリー
ン・グリツド、G₂…グリツド、R₁…シフト・レ
ジスタ、R₂…電荷転送を持つた読出しレジスタ、
V₁，V₂…一定電位。

Claims

【特許請求の範囲】１同じ行の点に共通の１つのグリツドG₀を有
するMOSキヤパシタC₀と、一定電位V₁に励起さ
れるスクリーングリツドG₁によつてグリツドG₀
から分離された読出しダイオードD₁とを含み、
半導体基板上に集積によつて構成され、かつｍ個
の金属結線C₁〜C_nが異なる行に所属するｎ個の
ダイオードを並列に接続するように構成されたｍ
個の光感知点を含む行のｎ個と、同一半導体基板に集積されており、ｍ個の金属
結線に接続されており、かつ一定電位V₂に励起
されるグリツドG₂が接続しているｍ個のダイオ
ードD₂と、どのグリツドG₀も零でない各時間間隔中にダ
イオードD₁及びD₂に蓄積された電荷をダイオー
ドD₅に排出する手段と、各グリツドG₀を周期的にリセツトし、ダイオ
ードD₁及びダイオードD₂に順次信号電荷の排出
を許容する少なくとも１つのシフトレジスタR₁
と、ダイオードD₂に後続して半導体基板に集積さ
れており、CCD読出しレジスタR₂に転送される
前に信号電荷を収集するｍ個のメモリと、ダイオードD₂に到達した信号電荷を前記メモ
リを介してｍ個の並列入力と直列出力とをもつ
CCD読出しレジスタR₂に転送する手段とを含むことを特徴とする電荷転送読出し型光感知
装置。２メモリがｍ個のダイオードD₄からなり、該
ダイオードに後続してｍ個のダイオードに共通の
グリツドG₄が設けられており、該グリツドは可
変電位V₄に励起されることを特徴とする特許請
求の範囲第１項に記載の装置。３可変電位V₅に接続されたグリツドG₅及びダ
イオードD₅がメモリに後続して基板に集積され
ており、前記ダイオードは、光感知グリツドG₀
のいずれも零でない時間間隔中にダイオードD₁
及びD₂の下方に蓄積された寄生電荷を受信する
ことを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の
装置。４半導体基板に集積されたｍ個のダイオード
D₆と、単一グリツドG₆と、単一グリツドG₇と、
電荷転送読出しレジスタR₂とを含み、単一グリ
ツドG₆が後続した前記ダイオードの各々は金属
結線C′₁〜C′_nによつてメモリの対応するダイオー
ドD₄に接続され、グリツドG₆はメモリのグリツ
ドG₄と同じ可変電位V₄に励起され、単一グリツ
ドG₇は可変電位V₇に励起され、電荷転送読出し
レジスタR₂は１行の読出しから得られる信号電
荷がメモリによつて収集された後に先行グリツド
G₇によつて電荷をロードされることを特徴とす
る特許請求の範囲第３項に記載の装置。５酸化物層とアルミニウム層とがメモリのダイ
オードD₄と、ダイオードD₆と、隣接グリツドG₄，
G₆の一部とを被覆し、各グリツドと絶縁物のレ
ベルを通る電気接触が設けられていることを特徴
とする特許請求の範囲第４項に記載の装置。６可変電位V₃に励起されるグリツドG₃が、半
導体基板上において一定電位V₂に励起されるグ
リツドG₂とメモリとの間に挿入されていること
を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の装
置。７ダイオードD₂に後続するグリツドG₂に印加
される一定電位V₂が、メモリ下方の信号電荷の
転送中に一定量ΔVだけ増加することを特徴とす
る特許請求の範囲第１項に記載の装置。８可変電位V₇に励起されるｍ個のダイオード
D₇と、該ダイオードに後続し２つの一定電位V₈
及びV₉に励起される２つの共面グリツドG₈及び
G₉とが同一半導体基板上に集積されており、ダ
イオードに印加される電位が低レベルから高レベ
ルに移行する間に一定電荷量Q₀がG₉の下方に蓄
積されるように電位V₈は電位V₉より低い値に設
定されており、更に、同一半導体基板上に、グリ
ツドG₁₁と、可変電位V₁₁に励起される蓄積電極
G₁₂と、一定電位V₁₃に励起されるスクリーング
リツドG₁₃と、金属結線C″₁〜C″_nによつてｍ個の
ダイオードD₂に接続されたｍ個のダイオードD₁₃
とが集積されており、メモリ下方の信号電荷の転
送中に電荷量Q₀が各ダイオードD₁₃の下方に転送
されることを特徴とする特許請求の範囲第１項に
記載の装置。９同一基板に集積されたCCDシフトレジスタ
を含んでおり、該シフトレジスタはｍ個の並列出
力をもち、各出力は金属結線によつてダイオード
対D₁―D₂の１つに接続されており、１行の読出
し時間中にこのレジスタは読出しレジスタR₂と
同じ制御信号を受信し、一定電荷Q₀が入力に常
時注入されており、読出された行の信号電荷がダ
イオードD₁からダイオードD₂に転送されている
間にレジスタが空になることを特徴とする特許請
求の範囲第１項に記載の装置。１０半導体基板の光感知領域を含む部分の厚さ
が薄くなつており、その背面から照射されること
を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の装
置。１１半導体基板の光感知領域を含む部分が前面
から照射され、グリツドG₀が光感知性であり、
読出しダイオードD₁がアルミニウムで完全被覆
されていることを特徴とする特許請求の範囲第１
項に記載の装置。１２読出しダイオードD₁及びダイオードD₂が
行列配置されていることを特徴とする特許請求の
範囲第１項に記載の装置。１３２つのシフトレジスタを含み、一方のレジ
スタが偶数の行をアドレスし、他方のレジスタが
奇数の行をアドレスすることを特徴とする特許請
求の範囲第１項に記載の装置。１４各グリツドG₀がMOSトランジスタT₀₁〜
T_0oの電極の１つに接続されており、該トランジ
スタのグリツドはシフトレジスタR₁に接続され、
該トランジスタの別の電極はアースされ、シフト
レジスタは各トランジスタを周期的に導通させ、
各グリツドG₀をリセツトさせることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項に記載の装置。１５各グリツドG₀がMOSトランジスタT₁〜T_o
の電極の１つに接続されており、該トランジスタ
の別の電極は一定の電位V₉に接続され、そのグ
リツドは可変電位V₈を受信し、従つて、１つの
行の信号電荷が電荷転送レジスタR₂に転送され
た後に該トランジスタを導通させ、グリツドG₀
を一定電位V₉に励起することを特徴とする特許
請求の範囲第１項に記載の装置。１６各グリツドG₀がMOSトランジスタT₁〜T_o
の電極の１つに接続されており、該トランジスタ
の別の電極が一定の電位V₉に接続され、そのグ
リツドが一定電位を受信し、該トランジスタは、
１つの行の信号電荷が電荷転送レジスタR₂に転
送された後で時定数後にグリツドG₀の下方に一
定電位V₉を回復させることを特徴とする特許請
求の範囲第１項に記載の装置。１７使用半導体基板がシリコンからなることを
特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の装置。１８前記グリツドG₂がV₂より低い一定電位に
励起される２つの共面グリツドによつて包囲さ
れ、該グリツドの一方のG₁₄がダイオードD₂に隣
接し他方のグリツドG₄が前記メモリを構成して
おり、前記グリツドG₄は矩形ノツチをもつ矩形
グリツドであり、ノツチの下方に配置された基板
の各部分の少なくとも一つおきの部分が電荷排出
ダイオードD₅をもち、Ｕ型分離拡散領域が各電
荷排出ダイオードD₅を囲繞し、基板のこの部分
に金属結線C₁〜C_nの１つからきた電荷の処理を
行うための２つのチヤネルを規定し、排出ダイオ
ードD₅に導くチヤネルの一方、すなわちチヤネ
ル２はどの光感知グリツドG₀も零でない時間間
隔中にダイオードD₁及びD₂の下方に蓄積された
寄生電荷をダイオードD₅の下方に排出し、前記
転送はG₄のノツチの水平部分にまたがつて配置
されたグリツドG₁₅によつて制御され、他方のチ
ヤネルすなわちチヤネル１はグリツドG₄の下方
に蓄積された行の信号電荷を電荷転送読出しレジ
スタR₂に転送することができ、前記転送はG₄の
末端とレジスタの初端とにまたがつて配置された
グリツドG₇によつて制御されることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項に記載の装置。１９同じ行の点に共通の１つのグリツドG₀を
有するMOSキヤパシタC₀と、一定電位V₁に励起
されるスクリーングリツドG₁によつてグリツド
G₀から分離された読出しダイオードD₁とを含み
半導体基板に集積によつて構成されたｍ個の光感
知点を含む行のｎ個と、絶縁層で被覆されており、該絶縁層上に絶縁層
を通る接触によつてｎ個の異なるグリツドG₀に
所属するｎ個の読出しダイオードD₁を並列接続
するｍ個の金属結線C₁〜C_nが堆積されており、
前記グリツドG₀に関して直交する方向に延伸す
るｍ個のスクリーングリツドG₁と、同一半導体基板に集積されており、ｍ個の金属
結線に接続されており、かつ一定電位V₂に励起
されるグリツドG₂が後続しているｍ個のダイオ
ードD₂と、どのグリツドG₀も零でない各時間間隔中にダ
イオードD₁及びD₂に蓄積された電荷をダイオー
ドD₅に排出する手段と、各グリツドG₀を周期的にリセツトし、信号電
荷をダイオードD₁及びD₂に排出し得る少なくと
も１つのシフトレジスタR₁と、ダイオードD₂の下方に到達した信号電荷をｍ
個の並列入力と直列出力とをもつ電荷転送読出し
レジスタR₂に転送する手段とを含み、前記各スクリーングリツドG₁は、前記各グリ
ツドG₀に設けられた複数の矩形ノツチのうちの
１つの矩形ノツチの１つの垂直縁を被覆するよう
に配置されており、各読出しダイオードD₁は、前記スクリーング
リツドG₁によつて部分的に被覆されるように前
記スクリーングリツドG₁の延伸方向に沿つた前
記各スクリーングリツドG₁の夫々の縁の近傍に
設けられた矩形ノツチに配設されており、前記各
スクリーングリツドG₁の一方の縁の近傍に設け
られた矩形ノツチに配設された読出しダイオード
D₁と他方の縁の近傍に設けられた矩形ノツチに
配設された読出しダイオードD₁とは、前記スク
リーングリツドG₁に関して相互に互い違いとな
るように前記グリツドG₀に関して一つおきに配
置されていることを特徴とする電荷転送読出し型
光感知装置。２０同じ行の点に共通の１つのグリツドG₀を
有するMOSキヤパシタC₀と、一定電位V₁に励起
されるスクリーングリツドG₁によつてグリツド
G₀から分離された読出しダイオードD₁とを含み
半導体基板上に集積によつて構成されたｍ個の光
感知点を含む行のｎ個と、異なる行に属するｎ個のダイオードを並列に接
続するｍ個の金属結線C₁〜C_nと、同一半導体基板に集積されており、ｍ個の金属
結線に接続されており、かつ一定電位V₂に励起
されるグリツドG₂が後続しているｍ個のダイオ
ードD₂と、どのグリツドG₀も零でない各時間間隔中にダ
イオードD₁及びD₂に蓄積された電荷をダイオー
ドD₅に排出する手段と、各グリツドG₀を周期的にリセツトし、信号電
荷をダイオードD₁及びダイオードD₂に排出し得
る少なくとも１つのシフトレジスタR₁と、ダイオードD₂に後続して半導体基板上に集積
され、信号電荷が読出しレジスタR₂に転送され
る前に下方に収集されるように構成されたメモリ
と、ダイオードD₂の下方に到達した信号電荷を前
記メモリを介してｍ個の並列入力と直列出力とを
もつ電荷転送読出しレジスタR₂に転送する手段
とを含み、各光感知点がグリツドG₀の近傍にMOSキヤパ
シタC₀が感知しない限定された波長に敏感な集
電領域D₁₀をもち、前記集電領域D₁₀への輻射に
よつて生ずる電荷がグリツドG₀の下方に収集さ
れることを特徴とする電荷転送読出し型光感知装
置。２１集電領域D₁₀の各々が単一の薄い酸化物領
域からなることを特徴とする特許請求の範囲第２
０項に記載の装置。２２集電領域D₁₀の各々がダイオードからなる
ことを特徴とする特許請求の範囲第２０項に記載
の装置。２３集電領域D₁₀を構成するダイオードの各々
に対応する拡散ゾーンが、隣接するグリツドG₀
の下方に伸びていることを特徴とする特許請求の
範囲第２０項に記載の装置。