JPH046839A - 電荷転送素子 - 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】 ［産業上の利用分野〕 この発明は、高転送効率の電荷転送素子に関するもので
ある。

［従来の技術］ 従来この種の電荷転送素子としては、特公昭５７２８２
３２号公報に開示された構成及び１９８３年４月発行の
５ＰＩＥ　（エスピーアイイー）　ｖｏｌ、３９５．５
５頁に開示された構成があった。

第２図は前述の特公昭５７−２８２３２号公報に示され
た電荷転送素子（ＣＣＤ：チャージカップルドデバイス
）の平面図である。また、第３図は前述の１９８３年の
５ＰＩＥ　（エスピーアイイー）　ｖｏｌ、３９５に掲
載された蛇行形の電荷転送素子である。第２図において
、（１）は図示しない半導体基板上に形成された複数の
制御・転送電極としてのゲート電極、（２）は前記各ゲ
ート電極（１）と直交して設けられた複数の分離（チャ
ネルストップ）領域である。また、第３図において、（
１）は図示しない半導体基板上に形成された複数の制御
・転送電極としてのゲト電極、（２）は分離領域、（３
）は電荷の転送方向を決定するための浅ポテンシャル領
域である。

従来の電荷転送素子は、前述したように構成されており
、以下に、その動作について説明する。

なお、第４図は第２図の電荷転送素子の各ゲート電極（
１）に印加される電気信号であり、第５図は第２図のＡ
−Ａ”における断面図、第６図は第４図の各信号のＢ、
Ｃ，Ｄ、Ｈの各タイミングにおける半導体基板のポテン
シャル図である０次に、電荷転送素子の動作を第６図に
よって説明する。

第６図において（１０）は！荷であり、この電荷（１０
）はポテンシャルの低い部分に蓄積される。第６図（Ｂ
）で右端に蓄積されている電荷（１０）は、印加電圧の
変化によってポテンシャルが変化することから、第６図
（Ｃ）　、　（Ｄ）　、　（Ｅ）に示されるように左方
へ転送される。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の電荷転送素子は、以上のように構成されていたた
め、信号電荷はポテンシャルの井戸に蓄積され、ポテン
シャルの井戸の移動によって転送されるが、転送経路中
のトラップなどにより完全に転送されずに残留電荷が発
生する。従って、全電荷に対する転送された電荷の比率
で転送効率を定義するが、この転送効率としては９９．
９９％以上のものが得られている。

この電荷の転送は自己誘導ドリフト、フリンジ電界ドリ
フト、熱拡散などの過程が考えられるが、このうち、フ
リンジ電界ドリフトは、隣り合ったゲート電極が“Ｈ”
と“Ｌ”の各々の状態の場合に、ケト電極下のポテンシ
ャルが隣のゲート電極の影響を受けて傾く効果によるも
のであり、この傾きが大きいほど電界による信号電荷の
ドリフトが大きくなり、転送効率の改善が行なわれる。

前述のフリンジ電界は隣接のゲート電極からの距離に依
存しているため、１つの電極の長さ（Ｌ）が大きい場合
にはフリンジ電界の効果が弱くなり、転送効率が悪化す
ることになる。

一方、電荷転送素子の電荷取扱い可能量は、電荷転送素
子のゲート電極と半導体基板間の容量に依存することか
ら、電荷転送素子のゲート電極の長さ（Ｌ）と幅（Ｍ）
に依存している。従って、転送効率の面からは長さ（Ｌ
）を大きくすることは避けるべきであるから輻（Ｎ）を
大きくすることになるが、この幅（−）を大きくするこ
とは別の方面からの制約があるにの電荷転送素子はイン
クラインＣＣＤ（ＩＬ−ＣＣＤ）方式を用いた固体撮像
素子として広く使用されており、ＩＬ−ＣＣＤ方式は光
電変換部と電荷転送部を分離したタイプの固体撮像素子
であり、このタイプの素子は、カラー撮像素子として使
用する場合のカラーフィルタの配列の自由度が大きいこ
とや、光電変換部を変更することにより、可視光のみで
なく赤外領域へも対応が可能であることなどの特徴があ
る。また、電子シャッタ機能の付加も容易であることも
大きな特徴である。前述のような理由からｌｔ−ＣＣＤ
方式は固体撮像素子において広く使用されているが、こ
の方式においては開口率の向上に限界がある。この開口
率とは１画素の面積に対する光電変換領域の面積比で定
義されるが、ＩＬ−ＣＣＤ方式は光電変換部と電荷転送
部が１画素別々に設置されているため、開口率の向上が
制限される。また、電荷転送素子の電荷取扱い可能量を
増加させるために、電荷転送素子幅（Ｈ）を大きくする
ことは光電変換部の面積を縮小し、開口率を低下させる
こととなる。

さらに、開口率と電荷取扱い可能量を一定に保ったまま
転送効率を向上させるには電荷転送素子の幅とゲート電
極面積を一定に保ったまた実効チャネル長を減少させる
ことが必要となる。

この発明は上記のような課題を解決するためになされた
もので、特に、電荷転送素子のゲート電極面積を一定に
保って、実効チャネル長を減少できる電荷転送素子を得
ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明による電荷転送素子は、半導体基板上に、電荷
を転送するための電荷転送領域と前記電荷の転送を制御
するための複数個のゲート電極とを備えた電荷転送素子
において、前記電荷の転送方向と前記ゲート電極の延伸
方向が、垂直或いは平行以外の特定の角度を有している
構成である。

［作　用］ この発明による電荷転送素子においては、複数個のゲー
ト電極と電荷転送方向とのなす角度を４５度とした場合
、ゲートｔｉの面積Ｓは、５＝ＬＸＷ（但し、しはゲー
ト長、Ｗはゲート幅）となり、従来の電荷転送素子と同
一の面積を確保することができる。

また、フリンジ電界ドリフト効果の発生要因となる隣接
のゲート電極方向の実効的なゲート長Ｌａし は、Ｌａ−一でｒ　となり、従来の電荷転送素子と比べ
ると、　　　の長さとなる。

汀 従って、隣接のゲート電極との距離が短かくなるため、
フリンジ電界ドリフト効果が大きくなり、高転送効率の
電荷転送素子を得ることができる。

［実施例コ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。

第１図は、この発明による電荷転送素子の一実施例を示
す平面図である。

第１図において、（１）は図示しない、半導体基板上に
斜めに設けられた複数個の制御・転送電極としてのゲー
ト電極、（２）は分離領域、（４）は電荷の転送を行う
ための電荷転送領域、（５）は前記ゲート電極（１）に
電圧を与える信号線で、この信号線（５）には、４相駆
動の駆動信号φ１〜φ、が印加されている。従って、電
荷の転送方向と前記ゲト電極（１）の延伸方向が、垂直
或いは平行以外の特定の角度を有している。

なお、第１図の実施例における電荷転送の方法は、従来
例で説明した電荷転送素子と同一であり、各ゲート電極
（１）に信号線（５）を介して、４相駆動の電圧を印加
することにより、第６図で示したように、ポテンシャル
井戸が形成され、このポテンシャル井戸を移動させるこ
とによって電荷転送が行われる。

従って、第１図のゲート電極１と電荷転送方向とのなす
角度を４５度とすると、ゲート電極１の面積Ｓは、５＝
ＬｘＷ（但し、Ｌはゲート電極のゲト長、Ｗはゲート電
極の幅）となり、従来の電荷転送素子と同一の面積を確
保することがてきる。

一方、フリンジ電界ドリフト効果の発生要因となる隣接
のゲート電極方向の実効的なゲート長Ｌａこの実効的な
ゲート長Ｌａが短かくなることによって、隣接のゲート
電極との距離が短かくなり、フリンジ電界ドリフト効果
が大きくなると共に、高転送効率の電荷転送素子を得る
ことができる。

なお、前述の実施例では、４相駆動の電荷転送素子の場
合について説明したが、４相駆動に限らず、２相駆動、
３相駆動等の他の駆動方法による電荷転送素子の場合で
も、前述の実施例と同様の作用効果を奏することがてき
る。

「発明の効果」 以上のように、この発明によれば、電荷転送素子の制御
　転送電極であるゲート電極の延伸方向を、電荷の転送
方向に対して、垂直或いは平行以外の特定の方向である
斜めになるように構成したので、電荷転送素子の電荷取
扱い可能量を減少させずに高転送効率の電荷転送素子を
実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す平面図、第２図、第
３図は従来の電荷転送素子の平面図、第４図は第５図の
φｌ〜φ４に印加されるクロック図、第５図は第２図の
Ａ−Ａ′断面図、第６図はクロックによるポテンシャル
図である。 （１）はゲート電極、（２）は分離領域、（４）は電荷
転送領域である。 なお、各図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。 ’７ｆ、１図 １　　ケ゛’−トｔゼな ２　　宏１准１１Ｘ ４　　、’ｔｆＴ転送／領１収 麗３図 昂５図 ！ｌＦ、６図 手 続 補 正 書 平成 と １　月１１ 日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　半導体基板上に、電荷を転送するための電荷転送領域
   と前記電荷の転送を制御するための複数個のゲート電極
   とを備えた電荷転送素子において、前記電荷の転送方向
   と前記ゲート電極の延伸方向が、垂直或いは平行以外の
   特定の角度を有していることを特徴とする電荷転送素子
   。