JPH0525184B2 - - Google Patents
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- JPH0525184B2 JPH0525184B2 JP59016330A JP1633084A JPH0525184B2 JP H0525184 B2 JPH0525184 B2 JP H0525184B2 JP 59016330 A JP59016330 A JP 59016330A JP 1633084 A JP1633084 A JP 1633084A JP H0525184 B2 JPH0525184 B2 JP H0525184B2
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F30/00—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors
- H10F30/20—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors
- H10F30/21—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H10F30/28—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation the devices being characterised by field-effect operation, e.g. junction field-effect phototransistors
- H10F30/285—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation the devices being characterised by field-effect operation, e.g. junction field-effect phototransistors the devices having PN homojunction gates
- H10F30/2863—Field-effect phototransistors having PN homojunction gates
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- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C27/00—Electric analogue stores, e.g. for storing instantaneous values
- G11C27/04—Shift registers
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- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/60—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
- H04N25/62—Detection or reduction of noise due to excess charges produced by the exposure, e.g. smear, blooming, ghost image, crosstalk or leakage between pixels
- H04N25/625—Detection or reduction of noise due to excess charges produced by the exposure, e.g. smear, blooming, ghost image, crosstalk or leakage between pixels for the control of smear
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- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
- H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
- H04N25/73—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors using interline transfer [IT]
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
- H10F39/10—Integrated devices
- H10F39/12—Image sensors
- H10F39/15—Charge-coupled device [CCD] image sensors
- H10F39/153—Two-dimensional or three-dimensional array CCD image sensors
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
- H10F39/10—Integrated devices
- H10F39/12—Image sensors
- H10F39/196—Junction field effect transistor [JFET] image sensors; Static induction transistor [SIT] image sensors
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、高感度で広いダイナミツクレンジ特
性を有する固体撮像装置に関する。
性を有する固体撮像装置に関する。
従来例の構成とその問題点
従来開発されて来た固体撮像素子は主として、
Ｘ−Ｙアドレス方式のMOS型撮像素子（以下、
MOS型と略記する。）と電荷転送方式のCCD型撮
像素子（以下、CCD型と略記する。）とに分類さ
れる。
Ｘ−Ｙアドレス方式のMOS型撮像素子（以下、
MOS型と略記する。）と電荷転送方式のCCD型撮
像素子（以下、CCD型と略記する。）とに分類さ
れる。
このうち、後者のCCD型は感度がMOS型に比
べて、２〜３倍有利な事が知られているが、これ
は、CCD型（特に代表的なインターライン方式
を考える。）では、信号電荷を検出する電荷検出
器（これは撮像素子にオンチツプ内蔵されてい
る。）の検出容量を小さくして容易に高Ｓ／Ｎを
実現できるからである。
べて、２〜３倍有利な事が知られているが、これ
は、CCD型（特に代表的なインターライン方式
を考える。）では、信号電荷を検出する電荷検出
器（これは撮像素子にオンチツプ内蔵されてい
る。）の検出容量を小さくして容易に高Ｓ／Ｎを
実現できるからである。
ところが、垂直転送部に転送効率、雑音で有利
なBCCD（Burried−Channel CCD：埋込みチヤ
ネルCCDの略記。）を用いるために、最大転送電
荷量が大きくとれず（これは小型化に伴ない顕著
な欠点となる。）しかも、空乏化領域が広いこと、
フオトダイオードからBCCDに読み出された以後
も、BCCDに暗電流の蓄積があるため、温度上昇
に伴なう暗電流増大の影響が大きく、暗電流のバ
ラツキに起因するFPNが増大するため、Ｓ／Ｎ、
ダイナミツクレンジの低下をもたらす。
なBCCD（Burried−Channel CCD：埋込みチヤ
ネルCCDの略記。）を用いるために、最大転送電
荷量が大きくとれず（これは小型化に伴ない顕著
な欠点となる。）しかも、空乏化領域が広いこと、
フオトダイオードからBCCDに読み出された以後
も、BCCDに暗電流の蓄積があるため、温度上昇
に伴なう暗電流増大の影響が大きく、暗電流のバ
ラツキに起因するFPNが増大するため、Ｓ／Ｎ、
ダイナミツクレンジの低下をもたらす。
また、素子内部の雑音低減による高Ｓ／Ｎ化だ
けでは、入射光によつて原理的に発生するシヨツ
トノイズにより実際のＳ／Ｎが制限されるので、
高感度化に有利とは言えない。（これも、小型化
に伴ない顕著な欠点に変わり得る。） 発明の目的 本発明は上記の様な従来の問題点を解消し、高
感度で広いダイナミツクレンジ特性を有する
CCD型固体撮像装置の提供を目的とする。
けでは、入射光によつて原理的に発生するシヨツ
トノイズにより実際のＳ／Ｎが制限されるので、
高感度化に有利とは言えない。（これも、小型化
に伴ない顕著な欠点に変わり得る。） 発明の目的 本発明は上記の様な従来の問題点を解消し、高
感度で広いダイナミツクレンジ特性を有する
CCD型固体撮像装置の提供を目的とする。
発明の構成
本発明は、電荷増倍機能を有する光電変換部と
光電変換部で得られる信号電荷を出力部の信号電
荷検出器（これはＱ／Ｃ＝Ｖの関係を利用した電
荷〜電圧変換器である。）まで転送する垂直
CCD、水平CCDとで構成され、垂直CCDと基板
とはほぼ垂直に設けられたSIT（Static Indnction
Tronsistor：静電誘導効果型トランジスタの略
記）構造となつており、しかも、画素分離領域が
光電変換部の入出力特性（以下、γ特性と呼ぶ）
を制御できる様に設けられている。
光電変換部で得られる信号電荷を出力部の信号電
荷検出器（これはＱ／Ｃ＝Ｖの関係を利用した電
荷〜電圧変換器である。）まで転送する垂直
CCD、水平CCDとで構成され、垂直CCDと基板
とはほぼ垂直に設けられたSIT（Static Indnction
Tronsistor：静電誘導効果型トランジスタの略
記）構造となつており、しかも、画素分離領域が
光電変換部の入出力特性（以下、γ特性と呼ぶ）
を制御できる様に設けられている。
実施例の説明
本発明の実施例を第１図〜第３図を用いて説明
する。
する。
第１図において、ソース部とドレイン部が共通
なSIT型フオトトランジスタ１０１と１０９、垂
直走査パルスΦV1が印加される転送ゲート１０２
と電極Ｖ１、垂直走査パルスΦV2が印加される転
送ゲート１０３とゲート電極Ｖ２、垂直走査用パ
ルスをSIT型フオトトランジスタ１０１のゲート
に印加するための結合容量１０４、SIT型フオト
トランジスタ１０１のソースに共通に電圧を印加
するためのソース電極Ｓ、SIT型フオトトランジ
スタ１０９のゲートに共通に電圧を印加するため
電極SG、及び垂直CCD１０６と水平CCD１０７
の結合のための垂直水平変換ゲート１０５とゲー
ト電極TG、電荷検出器１０８が本発明の主な構
成部分である。
なSIT型フオトトランジスタ１０１と１０９、垂
直走査パルスΦV1が印加される転送ゲート１０２
と電極Ｖ１、垂直走査パルスΦV2が印加される転
送ゲート１０３とゲート電極Ｖ２、垂直走査用パ
ルスをSIT型フオトトランジスタ１０１のゲート
に印加するための結合容量１０４、SIT型フオト
トランジスタ１０１のソースに共通に電圧を印加
するためのソース電極Ｓ、SIT型フオトトランジ
スタ１０９のゲートに共通に電圧を印加するため
電極SG、及び垂直CCD１０６と水平CCD１０７
の結合のための垂直水平変換ゲート１０５とゲー
ト電極TG、電荷検出器１０８が本発明の主な構
成部分である。
第１図の点線枠部Ｎの断面構造は第２図ａ，
ｂ，ｃに示す。n+基板２０１上に、p-エピ領域
２０２を形成し、p+領域２０５（これがフオト
トランジスタ１０１のゲート部に相当する。）、垂
直CCD１０６の蓄積部として機能するｎ領域２
０３（これはフオトトランジスタ１０１のドレイ
ン部に相当する。）が含まれた部分ｐがフオトト
ランジスタ１０１を構成する。（この時、n+基板
２０１がフオトトランジスタ１０１のソース部に
相当する。）同様に、画素の分離領域として機能
するp+領域２０９（これはフオトトランジスタ
１０９のゲート部に相当する。）、ｎ領域２０３
（これはフオトトランジスタ１０９のドレイン部
にも相当する。）、p-エピ領域２０２、n+基板２
０１（これはフオトトランジスタ１０９のソース
部にも相当する）が含まれた部分Ｑがフオトトラ
ンジスタ１０９を構成する。n+基板２０１に接
続された電極Ｓに印加するパルスの電位で、画素
増倍読出し動作（光電変換部から垂直CCD１０
６への増倍された信号電荷の読出しを意味する。）
と、垂直及び水平電荷転送動作とを分離し、制御
することができる。
ｂ，ｃに示す。n+基板２０１上に、p-エピ領域
２０２を形成し、p+領域２０５（これがフオト
トランジスタ１０１のゲート部に相当する。）、垂
直CCD１０６の蓄積部として機能するｎ領域２
０３（これはフオトトランジスタ１０１のドレイ
ン部に相当する。）が含まれた部分ｐがフオトト
ランジスタ１０１を構成する。（この時、n+基板
２０１がフオトトランジスタ１０１のソース部に
相当する。）同様に、画素の分離領域として機能
するp+領域２０９（これはフオトトランジスタ
１０９のゲート部に相当する。）、ｎ領域２０３
（これはフオトトランジスタ１０９のドレイン部
にも相当する。）、p-エピ領域２０２、n+基板２
０１（これはフオトトランジスタ１０９のソース
部にも相当する）が含まれた部分Ｑがフオトトラ
ンジスタ１０９を構成する。n+基板２０１に接
続された電極Ｓに印加するパルスの電位で、画素
増倍読出し動作（光電変換部から垂直CCD１０
６への増倍された信号電荷の読出しを意味する。）
と、垂直及び水平電荷転送動作とを分離し、制御
することができる。
以上の様に構成された固体撮像装置（以下、垂
直CCDに光電変換からの信号電荷を読出す瞬間
に画素増倍機能を実現するという本発明の概念を
象徴して、Ｃharge Ａmplified device in Ｒ
eading Ｍoment：瞬時電荷増倍読出し型デバイ
ス、略して、“CARM型”と呼ぶ事にする。）に
ついて、以下その動作を説明する。
直CCDに光電変換からの信号電荷を読出す瞬間
に画素増倍機能を実現するという本発明の概念を
象徴して、Ｃharge Ａmplified device in Ｒ
eading Ｍoment：瞬時電荷増倍読出し型デバイ
ス、略して、“CARM型”と呼ぶ事にする。）に
ついて、以下その動作を説明する。
最初に画素増倍読出し動作について説明する。
第２図ａは同ｂのＫ−K′線に沿つたＹ−Ｚ断面
図、同ｃは同ｂのＸ−Ｚ断面図である。n+基板
２０１に接続された電極Ｓが接地された場合、光
照射がなければ、第２図ｂに示す様に、ｉ〜i′線
上にSIT独特の鞍部点状の電位障壁領域２０６が
存在し、第２図ｄの２０６′で示される電位障壁
を形成する。
第２図ａは同ｂのＫ−K′線に沿つたＹ−Ｚ断面
図、同ｃは同ｂのＸ−Ｚ断面図である。n+基板
２０１に接続された電極Ｓが接地された場合、光
照射がなければ、第２図ｂに示す様に、ｉ〜i′線
上にSIT独特の鞍部点状の電位障壁領域２０６が
存在し、第２図ｄの２０６′で示される電位障壁
を形成する。
この時、光照射があれば、p-エピ領域２０２
内で電子と正孔が対生成し、電子は垂直CCDの
ｎ領域２０３に移動し、正孔はp+領域２０５に
移動する。p+領域２０５に蓄積した正孔は、そ
の電位をΔだけ大きくし、結果として電子に対
する電位障壁の電位もΔだけ大きくなる。この
ため、垂直転送パルスΦV1のハイレベルは、この
Δだけ加算されてゲートであるp+領域２０５に
印加されることになり、n+基板２０１からΔに
対応して、電子がp-エピ２０２を経由してｎ領
域２０３に注入される。これはΦV1の電圧が低け
れば、p+領域２０５に蓄積していた正孔はその
ままであるから、非破壊読出しが実現できる。一
方、ΦV1の電圧が高ければ、p+領域２０５に蓄積
された正孔は、n+基板２０１側に排出され、通
常の破壊読出しとなる。どちらの場合も、p+領
域２０５に蓄積する正孔に対し、n+基板２０１
から注入される電子をｍ倍にするには、p+領域
２０５の容量をCp、n+基板２０１の容量をCoと
した時、 Co／Cp＝ｍ とすればよい。
内で電子と正孔が対生成し、電子は垂直CCDの
ｎ領域２０３に移動し、正孔はp+領域２０５に
移動する。p+領域２０５に蓄積した正孔は、そ
の電位をΔだけ大きくし、結果として電子に対
する電位障壁の電位もΔだけ大きくなる。この
ため、垂直転送パルスΦV1のハイレベルは、この
Δだけ加算されてゲートであるp+領域２０５に
印加されることになり、n+基板２０１からΔに
対応して、電子がp-エピ２０２を経由してｎ領
域２０３に注入される。これはΦV1の電圧が低け
れば、p+領域２０５に蓄積していた正孔はその
ままであるから、非破壊読出しが実現できる。一
方、ΦV1の電圧が高ければ、p+領域２０５に蓄積
された正孔は、n+基板２０１側に排出され、通
常の破壊読出しとなる。どちらの場合も、p+領
域２０５に蓄積する正孔に対し、n+基板２０１
から注入される電子をｍ倍にするには、p+領域
２０５の容量をCp、n+基板２０１の容量をCoと
した時、 Co／Cp＝ｍ とすればよい。
次に、転送動作について説明する。
n+基板２０１に接続された電極Ｓに電圧Ｅが
印加された場合、光照射がなければ、第２図ｃに
示す様に、ｊ〜j′線上にSIT特独の鞍部点状の電
位障壁領域２０７が存在し、第２図ｅの２０７′
で示される電位障壁を形成する。電位障壁２０
７′は電位障壁２０６′に比べてCCD１０６のｎ
領域２０３に近づいて形成される。この結果、光
照射があつても、p-エピ領域２０２内で対生成
した電子と正孔のうち、電子はn+基板２０１に
移動し、正孔はp+領域２０５に移動する。p+領
域２０５に蓄積された正孔は、電位障壁２０７′
の電位を〓′だけ大きくするが、画素増倍読出し
動作に入るまでは垂直CCD１０６の転送動作に
影響されずp+領域２０５に蓄積され続けるだけ
である。
印加された場合、光照射がなければ、第２図ｃに
示す様に、ｊ〜j′線上にSIT特独の鞍部点状の電
位障壁領域２０７が存在し、第２図ｅの２０７′
で示される電位障壁を形成する。電位障壁２０
７′は電位障壁２０６′に比べてCCD１０６のｎ
領域２０３に近づいて形成される。この結果、光
照射があつても、p-エピ領域２０２内で対生成
した電子と正孔のうち、電子はn+基板２０１に
移動し、正孔はp+領域２０５に移動する。p+領
域２０５に蓄積された正孔は、電位障壁２０７′
の電位を〓′だけ大きくするが、画素増倍読出し
動作に入るまでは垂直CCD１０６の転送動作に
影響されずp+領域２０５に蓄積され続けるだけ
である。
次に、画素分離領域であるp+領域２０９を利
用したγ制御動作について説明する。画素増幅読
出し動作時のp+領域２０９の電位との関係を表
わす第２図ｆを用いる。光照射があると、p-エ
ピ領域２０２内で電子と正孔が対生成し、電子は
垂直CCDのｎ領域２０３に移動し、正孔はp+領
域２０５に移動する。p+領域２０５に蓄積した
正孔は、その電位をΔだけ大きくし、結果とし
て電子に対する電位障壁の電位もΔだけ大きく
なる。この時、p+領域２０５の容量をCp、n+基
板２０１の容量をCoとして、Co／Cp＝ｍであれ
ば、p+領域２０５に蓄積する正孔に対し、n+基
板２０１からｍ倍の電子がｎ領域２０３に注入さ
れるという前述の画素増幅読出し動作を行なう。
用したγ制御動作について説明する。画素増幅読
出し動作時のp+領域２０９の電位との関係を表
わす第２図ｆを用いる。光照射があると、p-エ
ピ領域２０２内で電子と正孔が対生成し、電子は
垂直CCDのｎ領域２０３に移動し、正孔はp+領
域２０５に移動する。p+領域２０５に蓄積した
正孔は、その電位をΔだけ大きくし、結果とし
て電子に対する電位障壁の電位もΔだけ大きく
なる。この時、p+領域２０５の容量をCp、n+基
板２０１の容量をCoとして、Co／Cp＝ｍであれ
ば、p+領域２０５に蓄積する正孔に対し、n+基
板２０１からｍ倍の電子がｎ領域２０３に注入さ
れるという前述の画素増幅読出し動作を行なう。
この時、p+領域２０９に接続されている電極
SGに内部抵抗の高い電源から電圧E′を印加すれ
ば、第２図ｆに示すように、p+領域２０９の正
孔に対する電位Φ1と、正孔に対する電位井戸２
１０（これは電子に対する電位障壁２０６′と対
応している。）の電位Φ2との間に、正孔に対する
電位障壁２１１が、p-エピ領域２０２内に形成
され、その電位はΦ3である。従つて電位井戸２
１０に正孔が蓄積していくと、電位井戸２１０の
電位は上昇し、Φ3に達すると正孔は、p+領域２
０９に矢印２１２の様にオーバーフローしたり対
生成で発生した正孔の一部が、矢印２１３の様に
p+領域２０９に移動する場合が生じる。しかも、
電極SGは高い内部抵抗の電源から電圧が印加さ
れているので、p+領域２０９に正孔が移動して
来た時電位がΔΦ増加し、同時に電位障壁２１１
の電位もΔΦ増加するので、電位井戸２１０の最
大電荷蓄積量が制限されるのを防ぐことができ
る。ΔΦ／Δの設定によりγ＜１とすることがで
き、垂直CCDの最大電荷転送量がそのままでも、
低照度の倍率より高照度の増倍率が小さく設定で
きるので、相対的に広いダイナミツクレンジの信
号電荷を取扱かうことが可能になる。なお、転送
動作時は、電位障壁２０６′から２０７′に変化す
るので、その電位差分の電圧をp+領域２０９に
印加すれば、問題はない。
SGに内部抵抗の高い電源から電圧E′を印加すれ
ば、第２図ｆに示すように、p+領域２０９の正
孔に対する電位Φ1と、正孔に対する電位井戸２
１０（これは電子に対する電位障壁２０６′と対
応している。）の電位Φ2との間に、正孔に対する
電位障壁２１１が、p-エピ領域２０２内に形成
され、その電位はΦ3である。従つて電位井戸２
１０に正孔が蓄積していくと、電位井戸２１０の
電位は上昇し、Φ3に達すると正孔は、p+領域２
０９に矢印２１２の様にオーバーフローしたり対
生成で発生した正孔の一部が、矢印２１３の様に
p+領域２０９に移動する場合が生じる。しかも、
電極SGは高い内部抵抗の電源から電圧が印加さ
れているので、p+領域２０９に正孔が移動して
来た時電位がΔΦ増加し、同時に電位障壁２１１
の電位もΔΦ増加するので、電位井戸２１０の最
大電荷蓄積量が制限されるのを防ぐことができ
る。ΔΦ／Δの設定によりγ＜１とすることがで
き、垂直CCDの最大電荷転送量がそのままでも、
低照度の倍率より高照度の増倍率が小さく設定で
きるので、相対的に広いダイナミツクレンジの信
号電荷を取扱かうことが可能になる。なお、転送
動作時は、電位障壁２０６′から２０７′に変化す
るので、その電位差分の電圧をp+領域２０９に
印加すれば、問題はない。
以下、第３図に従つて一連の動作を説明する。
ｔ≧t1：n+基板２０１に接続された電極Ｓに印
加するΦsがローレベルとなり、n+基板２０１の
電位が3に移動する。この瞬間から画素増倍読
出しが可能なエネルギーバンド構造（第２図ｄ）
が形成される。この時、電位障壁２０６′は、光
照射のない時の電位1から、光照射による電位
増分Δにより電位2に移動している。
加するΦsがローレベルとなり、n+基板２０１の
電位が3に移動する。この瞬間から画素増倍読
出しが可能なエネルギーバンド構造（第２図ｄ）
が形成される。この時、電位障壁２０６′は、光
照射のない時の電位1から、光照射による電位
増分Δにより電位2に移動している。
この時、同時にΦSGがローレベルになり、第２
図ｆに示したエネルギーバンドが実現され、γ制
御動作が実施されている。
図ｆに示したエネルギーバンドが実現され、γ制
御動作が実施されている。
ｔ≧t2：ΦV1が通常の転送パルスより大きいト
ツプハイレベルになり、容量１０４を介してSIT
型フオトトランジスタ１０１のゲートが開かれた
状態になり、入射光により発生した正孔のｍ倍の
電子が信号電荷として垂直CCD１０６のｎ領域
２０３に移動する。
ツプハイレベルになり、容量１０４を介してSIT
型フオトトランジスタ１０１のゲートが開かれた
状態になり、入射光により発生した正孔のｍ倍の
電子が信号電荷として垂直CCD１０６のｎ領域
２０３に移動する。
ｔ≧t3：ΦV1がローレベルとなり、SIT型フオ
トトランジスタ１０１のゲートは閉じられた状態
になり画素増幅読出し動作が終了する。
トトランジスタ１０１のゲートは閉じられた状態
になり画素増幅読出し動作が終了する。
ｔ≧t4：ΦSがハイレベルとなり、n+領域２０１の
電位が3から6に変化する。この瞬間から画素
増倍読出し動作から転送動作が可能なエネルギー
バンド構造（第２図ｅ）が形成される。
電位が3から6に変化する。この瞬間から画素
増倍読出し動作から転送動作が可能なエネルギー
バンド構造（第２図ｅ）が形成される。
この時、同時にΦSGがハイレベルとなり、γ制
御動作は依然として続行する。
御動作は依然として続行する。
ｔ≧t5：ΦV2がハイレベルとなり、電位4のｎ
領域２０３の信号電荷は電位5のｎ領域２０４
に転送される。
領域２０３の信号電荷は電位5のｎ領域２０４
に転送される。
ｔ≧t6：ΦV2がローレベルとなり、ｎ領域２０
４は電位5から電位4に変化する。ｎ領域２０
４に転送された信号電荷はそのままとどまる。
４は電位5から電位4に変化する。ｎ領域２０
４に転送された信号電荷はそのままとどまる。
ｔ≧t7：ΦV1がハイレベルとなり、電位4のｎ
領域２０４の信号電荷は、電位5のｎ領域２０
８に転送される。
領域２０４の信号電荷は、電位5のｎ領域２０
８に転送される。
ｔ≧t8：ΦV1がローレベルとなり、ｎ領域２０
８は電位5から電位4に変化する。ｎ領域２０
８に転送された信号電荷はそのままとどまる。
８は電位5から電位4に変化する。ｎ領域２０
８に転送された信号電荷はそのままとどまる。
t9≦ｔ≦t10：水平CCD１０７の水平走査用の
駆動パルスΦH1，ΦH2が印加され、垂直CCD１０
６から水平CCD１０７に転送されて来た信号電
荷を電荷検出器１０８で時系列の電気信号に変換
する。これで、１つの水平走査が完了する。
駆動パルスΦH1，ΦH2が印加され、垂直CCD１０
６から水平CCD１０７に転送されて来た信号電
荷を電荷検出器１０８で時系列の電気信号に変換
する。これで、１つの水平走査が完了する。
以下、t5≦ｔ≦t10の過程をくり返して垂直走査
を１フイールド分完了する。
を１フイールド分完了する。
第２フイールドに入り、t1≦ｔ≦t4の過程は
ΦV2のパルスで制御され、その後は、t5≦ｔ≦t10
の過程をくりかえすことにより、第２フイールド
の走査も完了する。
ΦV2のパルスで制御され、その後は、t5≦ｔ≦t10
の過程をくりかえすことにより、第２フイールド
の走査も完了する。
以上の様に、本実施例によれば、画素増倍を行
なつているので高感度が実現できる。しかも画素
増倍によつて入射光のシヨツトノイズは変わらず
に、信号電荷のみ増倍されるので、低照度化にお
いてシヨツトノイズに起因する原理的なＳ／Ｎ低
下を抑えかつ改善する事が可能になる。またｍ倍
の画素増倍により、相対的にスミアは１／ｍに低
減する。
なつているので高感度が実現できる。しかも画素
増倍によつて入射光のシヨツトノイズは変わらず
に、信号電荷のみ増倍されるので、低照度化にお
いてシヨツトノイズに起因する原理的なＳ／Ｎ低
下を抑えかつ改善する事が可能になる。またｍ倍
の画素増倍により、相対的にスミアは１／ｍに低
減する。
さらに、画素増倍率が低照度で高く、高照度で
低いため、γ＜１となり、相対的に広いダイナミ
ツクレンジが実現できる。
低いため、γ＜１となり、相対的に広いダイナミ
ツクレンジが実現できる。
発明の効果
本発明のCARM型固体撮像装置によれば、画
素増幅読出動作と、転送動作を基板電位によつて
制御することにより、極めて簡単な構造で、フオ
トトランジスタとCCDの結合に成功し、しかも、
破壊読出しと非破壊読出しが、垂直CCDの転送
電圧によつて制御できる画期的な機能を有する。
素増幅読出動作と、転送動作を基板電位によつて
制御することにより、極めて簡単な構造で、フオ
トトランジスタとCCDの結合に成功し、しかも、
破壊読出しと非破壊読出しが、垂直CCDの転送
電圧によつて制御できる画期的な機能を有する。
また、画素分離領域を利用して、γ制御動作が
可能であり、γ＜１とすることによつて等価的に
広いダイナミツクレンジ特性を実現する。
可能であり、γ＜１とすることによつて等価的に
広いダイナミツクレンジ特性を実現する。
さらに、画素増倍により、入射光で対生成する
電子・正孔に伴なうシヨツトノイズの発生が相対
的に抑圧された高感度特性は小型化・高密度化に
対しても有効となる。
電子・正孔に伴なうシヨツトノイズの発生が相対
的に抑圧された高感度特性は小型化・高密度化に
対しても有効となる。
さらにまた、画素増倍に伴ない、相対的にスミ
ア特性が改善され、画質が向上する。
ア特性が改善され、画質が向上する。
以上の様に、本発明は、従来のCCD型の最大
欠点であるダイナミツクレンジ不足を解消し、し
かも高感度特性、低スミア特性を飛躍的に向上さ
せた、非破壊読出しが可能な撮像素子であるため
映像入力部として、TVカメラの分野以外への広
い対応が可能となり、その実用的価は極めて大き
い。
欠点であるダイナミツクレンジ不足を解消し、し
かも高感度特性、低スミア特性を飛躍的に向上さ
せた、非破壊読出しが可能な撮像素子であるため
映像入力部として、TVカメラの分野以外への広
い対応が可能となり、その実用的価は極めて大き
い。
第１図は本発明の一実施例における固体撮像装
置の構成を示す回路図、第２図は第１図の点線枠
部Ｎに対応する断面図及びエネルギーバンド図、
第３図は第１図の撮像装置を駆動するためのパル
スのタイミング図である。 １０１，１０９…フオトトランジスタ、１０
２，１０３…転送ゲート、１０４…結合容量、１
０５…水平垂直変換ゲート、１０６…垂直CCD、
１０８…電荷検出器。
置の構成を示す回路図、第２図は第１図の点線枠
部Ｎに対応する断面図及びエネルギーバンド図、
第３図は第１図の撮像装置を駆動するためのパル
スのタイミング図である。 １０１，１０９…フオトトランジスタ、１０
２，１０３…転送ゲート、１０４…結合容量、１
０５…水平垂直変換ゲート、１０６…垂直CCD、
１０８…電荷検出器。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 第１導電型の半導体基板上に形成された第２
導電型の半導体領域に、２次元配列された第２導
電型の光電変換領域と、前記光電変換領域の各列
に対応して設けられた第１導電型の電荷転送領域
を有する垂直電荷転送手段と、前記垂直電荷転送
手段の光電変換領域とは反対側に形成された第２
導電型の画素分離領域と、水平電荷転送手段とを
有し、前記垂直電荷転送手段の電荷転送領域、前
記半導体基板、前記光電変換領域および前記画素
分離領域とがそれぞれ静電誘導トランジスタのド
レイン、ソース、第１のゲートおよび第２のゲー
トに対応しており、前記ドレイン、ソースおよび
第１のゲートで第１の静電誘導トランジスタが構
成され、前記ドレイン、ソースおよび第２のゲー
トで第２の静電誘導トランジスタが構成されてい
ることを特徴とする固体撮像装置。 ２ 第１のゲートが垂直電荷転送手段の転送電極
に印加される電圧によつて制御され、前記垂直電
荷転送手段の電荷転送領域が光電変換領域から読
出された信号電荷を蓄積する電荷蓄積領域である
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の固
体撮像装置。 ３ 第２のゲートが画素分離領域に印加される電
圧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項記載の固体撮像装置。 ４ 垂直電荷転送手段の駆動パルス振幅を制御す
ることにより、光電変換領域からの非破壊読出し
と破壊読出しとを選択することを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の固体撮像装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59016330A JPS60160163A (ja) | 1984-01-30 | 1984-01-30 | 固体撮像装置 |
| US06/695,222 US4665325A (en) | 1984-01-30 | 1985-01-25 | Solid state image sensor with signal amplification |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59016330A JPS60160163A (ja) | 1984-01-30 | 1984-01-30 | 固体撮像装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60160163A JPS60160163A (ja) | 1985-08-21 |
| JPH0525184B2 true JPH0525184B2 (ja) | 1993-04-12 |
Family
ID=11913429
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59016330A Granted JPS60160163A (ja) | 1984-01-30 | 1984-01-30 | 固体撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60160163A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0658949B2 (ja) * | 1986-01-08 | 1994-08-03 | 財団法人半導体研究振興会 | 半導体撮像装置 |
| US5677581A (en) * | 1994-06-16 | 1997-10-14 | Nippondenso Co., Ltd. | Stepping motor with protruding pole teeth to increase detent torque |
-
1984
- 1984-01-30 JP JP59016330A patent/JPS60160163A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60160163A (ja) | 1985-08-21 |
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