JPH0435372A - 固体撮像素子の駆動方法 - Google Patents
固体撮像素子の駆動方法Info
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- JPH0435372A JPH0435372A JP2138870A JP13887090A JPH0435372A JP H0435372 A JPH0435372 A JP H0435372A JP 2138870 A JP2138870 A JP 2138870A JP 13887090 A JP13887090 A JP 13887090A JP H0435372 A JPH0435372 A JP H0435372A
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- Japan
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- clock
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- 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〕
この発明は埋め込みチャネル型電荷結合素子（以下ＢＣ
ＣＤと呼ぶ）を用いた固体撮像素子の駆動方法の改良に
関するものである。
ＣＤと呼ぶ）を用いた固体撮像素子の駆動方法の改良に
関するものである。
ＶＬＳ Ｉ技術の進歩に従い、ＣＣＤを用いた１次元あ
るいは２次元面体操像素子が広く開発されている。
るいは２次元面体操像素子が広く開発されている。
ＣＣＤは構造上、表面チャネル型と埋め込みチャネル型
に分けられるが、埋め込みチャネル型が一般に用いられ
る。このＢＣＣＤは転送キャリアが５ｉ−３ｉＯ□界面
より離れてバルク中を転送されるため、転送効率がよい
という利点があるが、Ｓｉ Ｓｔｏｗ界面が空乏化し
ている領域が存在し、このため表面チャネル型のものに
比べ暗電流が大きいという欠点を持つ。
に分けられるが、埋め込みチャネル型が一般に用いられ
る。このＢＣＣＤは転送キャリアが５ｉ−３ｉＯ□界面
より離れてバルク中を転送されるため、転送効率がよい
という利点があるが、Ｓｉ Ｓｔｏｗ界面が空乏化し
ている領域が存在し、このため表面チャネル型のものに
比べ暗電流が大きいという欠点を持つ。
第２図（ａ）にＢＣＣＤを用いた４×４画素フレームト
ランスファ（ＦＴ）方式イメージセンサの平面図を示す
。図において１は垂直ＢＣＣＤ、２は垂直ＢＣＣＤＩ間
を分離する分離領域、３は水平ＣＣＤ、４は出力アンプ
を示す。上記垂直ＢＣＣＤＩは２つの領域Ａ、Ｂに分け
られ、領域Ａは撮像領域で、領域Ｂは遮光された蓄積領
域である。
ランスファ（ＦＴ）方式イメージセンサの平面図を示す
。図において１は垂直ＢＣＣＤ、２は垂直ＢＣＣＤＩ間
を分離する分離領域、３は水平ＣＣＤ、４は出力アンプ
を示す。上記垂直ＢＣＣＤＩは２つの領域Ａ、Ｂに分け
られ、領域Ａは撮像領域で、領域Ｂは遮光された蓄積領
域である。
本例では、この垂直ＢＣＣＤＩが３相駆動である場合を
示し、撮像領域（領域Ａ）にはクロックφ１１．φ１□
、φ１．が与えられ、蓄積領域（領域Ｂ）にはクロック
φＭ ＋ ＋ φ、２．φ３．が与えられる。第２図
℃）にこれらクロックφ１１〜φ１１．φ３．〜φ、。
示し、撮像領域（領域Ａ）にはクロックφ１１．φ１□
、φ１．が与えられ、蓄積領域（領域Ｂ）にはクロック
φＭ ＋ ＋ φ、２．φ３．が与えられる。第２図
℃）にこれらクロックφ１１〜φ１１．φ３．〜φ、。
のタイミングチャートを示す、なお、水平ＣＣＤ３の構
成及びそのクロックタイミングは本発明とは直接関係し
ないのでここではその説明は省略する。
成及びそのクロックタイミングは本発明とは直接関係し
ないのでここではその説明は省略する。
第３図（ａ）は第２図（ａ）における、Ｙ−Ｙ ’部の
断面構造を示した図であり、５は垂直ＢＣＣＤＩの電極
群を示し、光透過性のある物質、例えばＰｏ１ｙＳｉな
どを用いて形成されている。６は例えばＳｔｏｗからな
る絶縁体膜、７は埋め込みチャネルを形成するためのｎ
形シリコンからなる半導体層で、外部から印加される電
圧（図示せず）により完全空乏化している。また８はＰ
形シリコンからなる半導体基板である。
断面構造を示した図であり、５は垂直ＢＣＣＤＩの電極
群を示し、光透過性のある物質、例えばＰｏ１ｙＳｉな
どを用いて形成されている。６は例えばＳｔｏｗからな
る絶縁体膜、７は埋め込みチャネルを形成するためのｎ
形シリコンからなる半導体層で、外部から印加される電
圧（図示せず）により完全空乏化している。また８はＰ
形シリコンからなる半導体基板である。
また第３図℃）は蓄積期間ＴＳＴ時におけるイメージセ
ンサのｙ方向のポテンシャル分布を示した図であり、第
３図（Ｃ）はその電極φ、下の深さ方向（Ｚ方向）のバ
ンドダイヤグラムを示した図である。
ンサのｙ方向のポテンシャル分布を示した図であり、第
３図（Ｃ）はその電極φ、下の深さ方向（Ｚ方向）のバ
ンドダイヤグラムを示した図である。
次に動作について説明する。
蓄積期間ＴＳＴ中では、第２図（ｂ）に示すように撮像
領域（領域Ａ）の垂直ＢＣＣＤＩにはクロックφｒ ＋
カＨレベル、φ、ｔがＬレベル、φ１．がＬレベルで
印加される。従って第３図（ｂ）に示すうように、クロ
ックφ、が印加される電極下にはポテンシャルウェルが
生じ、電荷が蓄積可能な状態となる。
領域（領域Ａ）の垂直ＢＣＣＤＩにはクロックφｒ ＋
カＨレベル、φ、ｔがＬレベル、φ１．がＬレベルで
印加される。従って第３図（ｂ）に示すうように、クロ
ックφ、が印加される電極下にはポテンシャルウェルが
生じ、電荷が蓄積可能な状態となる。
この状態で撮像領域に光入射があると、その強度に応じ
て発生した電子がこのポテンシャルウェルに蓄えられる
。
て発生した電子がこのポテンシャルウェルに蓄えられる
。
蓄積期間ＴｓＴが終わると、フレームトランスファ期間
Ｔ Ｆ ｔに印加される３相クロツク（詳細図示せず）
により、上記撮像領域に蓄えられた信号電荷は、蓄積領
域の垂直ＢＣＣＤに転送される。
Ｔ Ｆ ｔに印加される３相クロツク（詳細図示せず）
により、上記撮像領域に蓄えられた信号電荷は、蓄積領
域の垂直ＢＣＣＤに転送される。
蓄積領域のＢＣＣＤに移された電荷は、続く蓄積期間中
の水平帰線期間Ｔ。に印加されるクロックφ、Ｉ、φ、
ｔ、φ、３により、１行ずつ水平ＣＣＤ３に移される。
の水平帰線期間Ｔ。に印加されるクロックφ、Ｉ、φ、
ｔ、φ、３により、１行ずつ水平ＣＣＤ３に移される。
そしてこの水平ＣＣＤ３は次の行の電荷を受は取るまで
にこの電荷を出力アンプ４に転送し、外部に出力する。
にこの電荷を出力アンプ４に転送し、外部に出力する。
従来の固体撮像素子の駆動方法は以上のようになされて
おり、第３図（Ｃ）に示すように、蓄積期間ＴＳＴ中で
は、クロックφ、が印加されている電極下の５ｉＳｉＯ
ｚ界面準位ＮＳＴを介しての暗電流が大きいという欠点
があった。
おり、第３図（Ｃ）に示すように、蓄積期間ＴＳＴ中で
は、クロックφ、が印加されている電極下の５ｉＳｉＯ
ｚ界面準位ＮＳＴを介しての暗電流が大きいという欠点
があった。
これはクロックφ、が長期間Ｈレベルで固定されている
ため、界面準位Ｎ、Ｔが、熱励起により価電子帯Ｅｖよ
り励起された電子でほとんど満たされた状態となってい
る。そしてこの電子は、さらに熱励起されることにより
伝導帯Ｅｃに励起されて暗電流となる。
ため、界面準位Ｎ、Ｔが、熱励起により価電子帯Ｅｖよ
り励起された電子でほとんど満たされた状態となってい
る。そしてこの電子は、さらに熱励起されることにより
伝導帯Ｅｃに励起されて暗電流となる。
なお、クロックφＩ□、φ１．が印加される電極下の界
面準位に関しては、Ｌレベルを充分負にすることにより
、５ｉ−３ｉｎ、界面が反転し、正孔蓄積状態となるた
め、界面準位中の電子存在確率は著しく低くなり、これ
らの電極下での暗電流は無視できるほど小さくなる。
面準位に関しては、Ｌレベルを充分負にすることにより
、５ｉ−３ｉｎ、界面が反転し、正孔蓄積状態となるた
め、界面準位中の電子存在確率は著しく低くなり、これ
らの電極下での暗電流は無視できるほど小さくなる。
以上のようにして生じた暗電流は、バックグラウンドノ
イズとなるため、低照度下のＳ／Ｎを著しく劣化させる
原因となる。
イズとなるため、低照度下のＳ／Ｎを著しく劣化させる
原因となる。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、装置自体は従来と同様の構成のままで暗電流
を軽減することができ、これにより低照度でもＳ／Ｎの
よいイメージセンサを得ることができる固体撮像素子の
駆動方法を提供することを目的とする。
たもので、装置自体は従来と同様の構成のままで暗電流
を軽減することができ、これにより低照度でもＳ／Ｎの
よいイメージセンサを得ることができる固体撮像素子の
駆動方法を提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段］
この発明に係る固体撮像素子の駆動方法は、長期間Ｈレ
ベルに固定されているクロックをなくし、蓄積期間中に
蓄積ゲートを複数回入れ換え、一定期間５ｉ−３ｉＯ□
界面が反転状態となるようにしたものである。
ベルに固定されているクロックをなくし、蓄積期間中に
蓄積ゲートを複数回入れ換え、一定期間５ｉ−３ｉＯ□
界面が反転状態となるようにしたものである。
〔作用〕
この発明においては、蓄積期間中に、蓄積ゲートを複数
回入れ換えを行い、一定期間Ｓ ｉ−３ｉＯｔ界面が反
転状態となるようにしたので、長期間Ｈレベルが印加さ
れる電極がなくなり、一定期間、界面準位が正孔で満た
される期間が生じ、再び熱励起により界面準位が電子で
満たされるまでは、暗電流が発生することがなく、暗電
流を著しく減少させることができる。
回入れ換えを行い、一定期間Ｓ ｉ−３ｉＯｔ界面が反
転状態となるようにしたので、長期間Ｈレベルが印加さ
れる電極がなくなり、一定期間、界面準位が正孔で満た
される期間が生じ、再び熱励起により界面準位が電子で
満たされるまでは、暗電流が発生することがなく、暗電
流を著しく減少させることができる。
以下、この発明の一実施例を図について説明する。
第１図（ａ）は本発明の一実施例による固体撮像素子の
駆動方法による駆動クロックのタイミングチャートを示
す図であり、蓄積領域ＢＣＣＤに加えれるクロックφ３
Ｉ、φ３ｚ、φｓ３に関しては従来と同じであるので省
略する。
駆動方法による駆動クロックのタイミングチャートを示
す図であり、蓄積領域ＢＣＣＤに加えれるクロックφ３
Ｉ、φ３ｚ、φｓ３に関しては従来と同じであるので省
略する。
次に動作について説明する。
本発明の駆動方法では、クロックφ、が一定期間毎にＬ
レベルとなり、この期間を含む期間でクロックφ１□が
Ｈレベルになるものであり、従ってこの期間ではクロッ
クφ、が印加されている電極下に蓄えられていた信号電
荷は、クロックφ１．が印加されている電極下に移り、
その後再びクロックφ１．が印加されている電極下にも
どることになる。
レベルとなり、この期間を含む期間でクロックφ１□が
Ｈレベルになるものであり、従ってこの期間ではクロッ
クφ、が印加されている電極下に蓄えられていた信号電
荷は、クロックφ１．が印加されている電極下に移り、
その後再びクロックφ１．が印加されている電極下にも
どることになる。
ここで、上記一定期間毎のクロックφ１．のしレベルを
５ｉＳｉＯｚ界面が反転するのに充分な負電圧とした場
合の、クロックφ１、がＬレベルになっている期間での
電極下の深さ方向のバンドダイヤグラムは、第１図ら）
に示すように、電子で満たされていた界面準位Ｎ３．は
正孔と再結合し、界面準位Ｎ、エア中は電子がほとんど
存在しなくなる。
５ｉＳｉＯｚ界面が反転するのに充分な負電圧とした場
合の、クロックφ１、がＬレベルになっている期間での
電極下の深さ方向のバンドダイヤグラムは、第１図ら）
に示すように、電子で満たされていた界面準位Ｎ３．は
正孔と再結合し、界面準位Ｎ、エア中は電子がほとんど
存在しなくなる。
そして、再びクロックφ１．をＨレベルとなっても暗電
流が発生するためには、電子が価電子帯ＥＶに励起され
再び界面準位Ｎ、アを電子で満たされなければならなく
なり、導電帯Ｅｃに電子が励起されるまでの時間に遅延
をもたらすことにより暗電流の発生は抑制される。
流が発生するためには、電子が価電子帯ＥＶに励起され
再び界面準位Ｎ、アを電子で満たされなければならなく
なり、導電帯Ｅｃに電子が励起されるまでの時間に遅延
をもたらすことにより暗電流の発生は抑制される。
以上のような蓄積ゲートの入れ換えは、第１図（ａ）に
示したように水平帰線期間Ｔ。で行うのが望ましい。と
いうのは、信号出力期間に行うとクロックの切り換えに
ともなうノイズが入るからである。
示したように水平帰線期間Ｔ。で行うのが望ましい。と
いうのは、信号出力期間に行うとクロックの切り換えに
ともなうノイズが入るからである。
次に本実施例の一実験結果について述べる。
この実験によれば、５０＋ｓｅｃの蓄積期間のうち、５
０μｓｅｃ毎にクロックφ１１を２００ｎｓｅｃの期間
Ｌレベルに落とせば、暗電流は１／１５に減少すること
か確認された。なお、この実験に用いたＣＣＤはチャネ
ル幅６．５μｍ、ピッチ８．１μｍで９６３段の３相Ｂ
ＣＣＤである。Ｐ型基板濃度はｌＸ １０ ”ｃｍ−’
、埋め込みチャネルはリンのイオン注入で形成されて、
その注入量は１．８Ｘ １０ ”ｃｓ＋２で１０００°
Ｃでｌｈｒのドライブを行っている。
０μｓｅｃ毎にクロックφ１１を２００ｎｓｅｃの期間
Ｌレベルに落とせば、暗電流は１／１５に減少すること
か確認された。なお、この実験に用いたＣＣＤはチャネ
ル幅６．５μｍ、ピッチ８．１μｍで９６３段の３相Ｂ
ＣＣＤである。Ｐ型基板濃度はｌＸ １０ ”ｃｍ−’
、埋め込みチャネルはリンのイオン注入で形成されて、
その注入量は１．８Ｘ １０ ”ｃｓ＋２で１０００°
Ｃでｌｈｒのドライブを行っている。
なお、上記実施例では３相駆動ＢＣＣＤを用いた２次元
フレームトランスファイメージセンサについて説明した
が、本発明の固体撮像素子の駆動方法は以下に示すよう
な種々の変形例においても同様の効果を示す。
フレームトランスファイメージセンサについて説明した
が、本発明の固体撮像素子の駆動方法は以下に示すよう
な種々の変形例においても同様の効果を示す。
■ 基板をｎ形に、埋め込みチャネル層をＰ形にして正
孔をキャリアとして扱う場合。
孔をキャリアとして扱う場合。
■ 駆動相数が３相以外、例えば４相駆動の場合。
■ 垂直ＢＣＯＤが１本からなり、水平ＣＣＤが存在し
ないリニアイメージセンサの場合。
ないリニアイメージセンサの場合。
■ 蓄積領域ＣＣＤが存在しない、いわゆるフルフレー
ム方式のイメージセンサの場合。
ム方式のイメージセンサの場合。
■ 蓄積ゲートの入れ換えを３つのゲート間あるいはそ
れ以上のゲート間で行う場合。
れ以上のゲート間で行う場合。
ここで第２図（ａ）に示した構成のイメージセンサを用
いて、３つのゲート間で入れ換えを行う場合の水平帰線
期間Ｔ□に印加されるクロックφ１１〜φ１．の例を第
４図に示す。
いて、３つのゲート間で入れ換えを行う場合の水平帰線
期間Ｔ□に印加されるクロックφ１１〜φ１．の例を第
４図に示す。
図において、時刻ｔ１においてクロックφ１１が印加さ
れているゲート間の信号電荷は、クロックφ１□が印加
されているゲート下に移り、時刻ｔｚになるとクロック
φ１．が印加されているゲート下に移り、時刻ｔ３にな
ると再びクロックφ１□が印加されているゲート下に移
り、時刻ｔ４になると再びクロックφ、。
れているゲート間の信号電荷は、クロックφ１□が印加
されているゲート下に移り、時刻ｔｚになるとクロック
φ１．が印加されているゲート下に移り、時刻ｔ３にな
ると再びクロックφ１□が印加されているゲート下に移
り、時刻ｔ４になると再びクロックφ、。
が印加されているゲート下にもどる。
■ また蓄積ゲートの入れ換えサイクルを１つの水平帰
線期間Ｔ。内で完了するのではなく、複数の水平走査期
間にまたがってに入れ換えを行う場合、例えば第５図に
示すように２水平走査期間周期毎で入れ換えを行なって
もよく、要は電子が価電子帯へ励起するのに時間的な遅
延を与え、価電子帯が電子で満たされることがないよう
にすればよい。
線期間Ｔ。内で完了するのではなく、複数の水平走査期
間にまたがってに入れ換えを行う場合、例えば第５図に
示すように２水平走査期間周期毎で入れ換えを行なって
もよく、要は電子が価電子帯へ励起するのに時間的な遅
延を与え、価電子帯が電子で満たされることがないよう
にすればよい。
以上のようにこの発明に係る固体撮像素子の駆動方法に
よれば、長期間Ｈレベルに固定されているクロックをな
くし、蓄積期間中に蓄積ゲートを複数回入れ換え、一定
期間５ｉ−３ｉＯ，界面が反転状態となるようなクロッ
クを加えるようにしたので、暗電流の発生を効果的に低
減することができ、低照度でもＳ／Ｎのよいイメージセ
ンサを得ることができるという効果がある。
よれば、長期間Ｈレベルに固定されているクロックをな
くし、蓄積期間中に蓄積ゲートを複数回入れ換え、一定
期間５ｉ−３ｉＯ，界面が反転状態となるようなクロッ
クを加えるようにしたので、暗電流の発生を効果的に低
減することができ、低照度でもＳ／Ｎのよいイメージセ
ンサを得ることができるという効果がある。
第１図（ａ）はこの発明の一実施例による固体撮像素子
の駆動方法によるクロックタイミング図、第１図（ハ）
はこの発明の一実施例による固体撮像素子の駆動方法に
よる暗電流低減効果を説明するためのバンドダイヤグラ
ムを示す図、第２図（ａ）は従来のＢＣＣＤを用いた４
×４画素フレームトランスファイメージセンサの平面図
、第２図□□□）は従来の固体撮像素子の駆動方法にお
けるクロックタイミング図、第３図（ａ）は第２図（ａ
）のＹ−Ｙ“部の断面構造を示す図、第３図（ｂ）は従
来の固体撮像素子の駆動方法のクロックタイミングにお
ける撮像領域ＢＣＣＤ内のポテンシャル分布を示す図、
第３図（Ｃ）は従来の固体撮像素子の駆動方法のクロッ
クタイミングにおいて暗電流が発生するメカニズムを説
明するための図、第４図および第５図は本発明の他の実
施例におけるクロックタイミング図である。 １は垂直ＢＣＣＤ、２は分離領域、５はＢＣＣＤの電極
、６は絶縁体膜、８は半導体基板、７は埋め込みチャネ
ルを形成する半導体層を示す。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。
の駆動方法によるクロックタイミング図、第１図（ハ）
はこの発明の一実施例による固体撮像素子の駆動方法に
よる暗電流低減効果を説明するためのバンドダイヤグラ
ムを示す図、第２図（ａ）は従来のＢＣＣＤを用いた４
×４画素フレームトランスファイメージセンサの平面図
、第２図□□□）は従来の固体撮像素子の駆動方法にお
けるクロックタイミング図、第３図（ａ）は第２図（ａ
）のＹ−Ｙ“部の断面構造を示す図、第３図（ｂ）は従
来の固体撮像素子の駆動方法のクロックタイミングにお
ける撮像領域ＢＣＣＤ内のポテンシャル分布を示す図、
第３図（Ｃ）は従来の固体撮像素子の駆動方法のクロッ
クタイミングにおいて暗電流が発生するメカニズムを説
明するための図、第４図および第５図は本発明の他の実
施例におけるクロックタイミング図である。 １は垂直ＢＣＣＤ、２は分離領域、５はＢＣＣＤの電極
、６は絶縁体膜、８は半導体基板、７は埋め込みチャネ
ルを形成する半導体層を示す。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。
Claims (1)
- （１）第１導電型の半導体基板上に第２導電型の半導体
層を設け、その上に絶縁体膜及び導電性の電極が設けら
れた埋め込み型チャネル電荷結合素子を用いた固体撮像
素子の駆動方法において、信号電荷蓄積期間中に一定期
間、蓄積電極の入れ換えを行い、蓄積を行っていない電
極下の上記絶縁体膜と上記第２の半導体層の界面が反転
状態となるようなクロックを印加するようにしたことを
特徴とする固体撮像素子の駆動方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2138870A JP2599813B2 (ja) | 1990-05-28 | 1990-05-28 | 固体撮像素子の駆動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2138870A JP2599813B2 (ja) | 1990-05-28 | 1990-05-28 | 固体撮像素子の駆動方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0435372A true JPH0435372A (ja) | 1992-02-06 |
| JP2599813B2 JP2599813B2 (ja) | 1997-04-16 |
Family
ID=15232042
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2138870A Expired - Lifetime JP2599813B2 (ja) | 1990-05-28 | 1990-05-28 | 固体撮像素子の駆動方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2599813B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6422894B1 (en) | 1996-04-08 | 2002-07-23 | Yazzki Corporation | Connector fitting detection construction |
| JP2007158411A (ja) * | 2005-11-30 | 2007-06-21 | Sanyo Electric Co Ltd | 固体撮像素子の駆動方法及び撮像装置 |
| JP2007202109A (ja) * | 2005-12-26 | 2007-08-09 | Sanyo Electric Co Ltd | 固体撮像装置 |
-
1990
- 1990-05-28 JP JP2138870A patent/JP2599813B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6422894B1 (en) | 1996-04-08 | 2002-07-23 | Yazzki Corporation | Connector fitting detection construction |
| JP2007158411A (ja) * | 2005-11-30 | 2007-06-21 | Sanyo Electric Co Ltd | 固体撮像素子の駆動方法及び撮像装置 |
| JP2007202109A (ja) * | 2005-12-26 | 2007-08-09 | Sanyo Electric Co Ltd | 固体撮像装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2599813B2 (ja) | 1997-04-16 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
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