JPH06245144A - Method for driving solid-state image pickup device - Google Patents

Method for driving solid-state image pickup device

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Publication number
JPH06245144A
JPH06245144A JP50A JP2673093A JPH06245144A JP H06245144 A JPH06245144 A JP H06245144A JP 50 A JP50 A JP 50A JP 2673093 A JP2673093 A JP 2673093A JP H06245144 A JPH06245144 A JP H06245144A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
impurity region
potential
gate electrode
reset transistor
reset
Prior art date
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Pending
Application number
JP50A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masashi Asaumi
政司 浅海
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electronics Corp
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH06245144A publication Critical patent/JPH06245144A/en
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Abstract

PURPOSE:To attain high speed reset of floating diffusion. CONSTITUTION:At first levels of phiH, phiR are set to high levels respectively to store a signal charge Q under a gate electrode 3 and to reset the potential of an impurity region 6. At that time lots of charges stored in the impurity region 6 are swept out to an impurity region 7 but untransferred charges QR remain. Then a drain voltage VRD of a reset transistor(TR) RT goes to a low level and the potential of the impurity region 7 is set lower than that of the impurity region 6. The potential of the impurity region 6 is fixed to a low level of VRD by the injection of the charge from the impurity region 7. Then the phiR goes to a low level and the impurity region 6 is in the floating state. Then the phiH goes to a low level, the signal charge under the gate electrode 3 flows to the impurity region 6 to change the potential of the impurity region 6. The change in the potential is outputted through a source follower circuit SF.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、電荷転送装置を用い
た固体撮像装置の駆動方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of driving a solid-state image pickup device using a charge transfer device.

【0002】[0002]

【従来の技術】電荷結合素子(CCD)に代表される電
荷転送装置を用いた固体撮像装置は、その低雑音特性等
の優位性により近年その実用化が著しい。このような固
体撮像装置には、電荷−電圧変換を行うフローティング
・ディフュージョン増幅器と呼ばれる電荷検出回路が用
いられている。以下、図面を参照しながら従来の固体撮
像装置とその駆動方法について説明する。
2. Description of the Related Art A solid-state image pickup device using a charge transfer device represented by a charge-coupled device (CCD) has recently been put into practical use due to its superiority in low noise characteristics. A charge detection circuit called a floating diffusion amplifier that performs charge-voltage conversion is used in such a solid-state imaging device. Hereinafter, a conventional solid-state imaging device and a driving method thereof will be described with reference to the drawings.

【0003】図3にフローティング・ディフュージョン
増幅器がCCDの出力回路に用いられた場合の断面構造
と各部分のポテンシャルを、図4に各端子に印加する電
圧のクロックタイミングを示す。図3において、第1導
電型の半導体基板1の上に、第2導電型の拡散層2が形
成されている。拡散層2の上にはCCD最終ゲート電極
3および電位障壁形成ゲート電極4が配置されている。
CCD最終ゲート電極3には電荷転送用のクロックφH
が印加され、電位障壁形成ゲート電極4には直流電圧V
OGが印加される。
FIG. 3 shows the sectional structure and potential of each part when the floating diffusion amplifier is used in the output circuit of the CCD, and FIG. 4 shows the clock timing of the voltage applied to each terminal. In FIG. 3, a second conductive type diffusion layer 2 is formed on a first conductive type semiconductor substrate 1. A CCD final gate electrode 3 and a potential barrier forming gate electrode 4 are arranged on the diffusion layer 2.
A clock φ H for charge transfer is applied to the CCD final gate electrode 3.
Is applied, and a DC voltage V is applied to the potential barrier forming gate electrode 4.
OG is applied.

【0004】電位障壁形成ゲート電極4に隣接して、ゲ
ート電極5と第2導電型の高濃度の不純物領域6,7と
からなるMOSトランジスタが形成されている。これが
リセットトランジスタRTで、ゲート電極5にクロック
φR が印加され、このクロックφR をハイレベルとする
ことでオン状態となる。また、不純物領域7には直流電
圧VRDが印加されている。不純物領域6は、フローティ
ング・ディフュージョンと呼ばれ、出力用ソースフォロ
アトランジスタTr1 のゲートに接続されている。
Adjacent to the potential barrier forming gate electrode 4, a MOS transistor including a gate electrode 5 and second-conductivity-type high-concentration impurity regions 6 and 7 is formed. This is the reset transistor RT, the clock phi R is applied to the gate electrode 5 becomes an ON state when the clock phi R to the high level. A DC voltage V RD is applied to the impurity region 7. The impurity region 6 is called a floating diffusion and is connected to the gate of the output source follower transistor Tr 1 .

【0005】つぎに、動作について説明する。図3にお
ける時刻t1〜t3の各ポテンシャル図は、図4におけ
る時刻t1〜t3にそれぞれ対応したものである。時刻
t1では、φH がハイレベルとなっており、図3に示す
ように、CCD最終ゲート電極3の下にはポテンシャル
井戸が形成され、信号電荷Qが蓄積されている。また、
φR もハイレベルとなっており、リセットトランジスタ
RTはオン状態にあり、不純物領域6は不純物領域7に
印加される電圧VRDにリセットされる。
Next, the operation will be described. The potential diagrams at times t1 to t3 in FIG. 3 correspond to times t1 to t3 in FIG. 4, respectively. At time t1, φ H is at high level, and as shown in FIG. 3, a potential well is formed under the CCD final gate electrode 3 and the signal charge Q is accumulated. Also,
φ R is also at high level, the reset transistor RT is in the ON state, and the impurity region 6 is reset to the voltage V RD applied to the impurity region 7.

【0006】つぎに、時刻t2では、リセットクロック
φR がローレベルとなり、リセットトランジスタRTは
オフとなる。リセットクロックφR がハイレベルからロ
ーレベルへ変化する時にゲート電極5と不純物領域6の
容量カップリングにより、不純物領域6の電位は若干低
下し、その後フローティング状態となる。つぎに、時刻
t3では、CCD駆動クロックφH がローレベルとな
り、CCD最終ゲート電極3の下に蓄えられていた信号
電荷Qが電位障壁形成ゲート電極4の下の電位障壁を乗
り越えて、不純物領域6に流入し、不純物領域6の電位
を変化させる。この電位の変化がソースフォロア回路S
Fを通して出力される。
Next, at time t2, the reset clock φ R becomes low level, and the reset transistor RT is turned off. When the reset clock φ R changes from the high level to the low level, the potential of the impurity region 6 is slightly lowered due to the capacitive coupling between the gate electrode 5 and the impurity region 6, and then the floating state is established. Next, at time t3, the CCD drive clock φ H becomes low level, the signal charges Q stored under the CCD final gate electrode 3 cross over the potential barrier under the potential barrier forming gate electrode 4, and the impurity region 6 and changes the potential of the impurity region 6. This change in potential is due to the source follower circuit S
It is output through F.

【0007】固体撮像装置の電荷検出部では、CCDか
ら不純物領域6に転送されてきた1ビット分の信号電荷
量に比例した電圧を出力しなければならない。上記のよ
うな従来の固体撮像装置では、フローティング・ディフ
ュージョン(不純物領域6)に転送されてきた1ビット
分の信号電荷を、次のビットの信号電荷が転送されてく
るまでに、完全に掃き出してリセットしようとするもの
である。
The charge detector of the solid-state image pickup device must output a voltage proportional to the amount of signal charge for one bit transferred from the CCD to the impurity region 6. In the conventional solid-state imaging device as described above, the signal charge for one bit transferred to the floating diffusion (impurity region 6) is completely swept out by the time the signal charge for the next bit is transferred. It is about to be reset.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】従来の固体撮像装置に
は、以下のような欠点があった。不純物領域6を高濃度
にするのは、出力用ソースフォロアトランジスタTr1
のゲートに接続するためのアルミニウム配線とコンタク
トをとるためで、電荷−電圧変換効率の点で、不純物領
域6の面積は小さいほど良い。このため、リセットトラ
ンジスタRTのゲート電極5と不純物領域6とは位置的
にオーバラップしていない。このためリセットトランジ
スタRTがオンしても不純物領域6に蓄積されていた信
号電荷がリセットトランジスタRTのドレインである不
純物領域7に移動するのに時間がかかり、高速のリセッ
トが難しくなる。
The conventional solid-state image pickup device has the following drawbacks. The impurity region 6 is made to have a high concentration because the source follower transistor Tr 1 for output is used.
In order to make contact with the aluminum wiring for connecting to the gate, the smaller area of the impurity region 6 is better in terms of charge-voltage conversion efficiency. Therefore, the gate electrode 5 of the reset transistor RT and the impurity region 6 do not overlap in position. Therefore, even if the reset transistor RT is turned on, it takes a long time for the signal charge accumulated in the impurity region 6 to move to the impurity region 7 which is the drain of the reset transistor RT, which makes it difficult to perform high-speed reset.

【0009】この発明は、フローティング・ディフュー
ジョンの高速なリセットを可能にし、信号電荷量に比例
した電圧を出力することのできる固体撮像装置の駆動方
法を提供することを目的とする。
An object of the present invention is to provide a driving method of a solid-state image pickup device which enables high-speed resetting of floating diffusion and can output a voltage proportional to the amount of signal charges.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】この発明の固体撮像装置
の駆動方法は、リセットトランジスタのゲート電極に印
加する電圧がハイレベルにある間、すなわち、リセット
トランジスタがオン状態の間に、リセットトランジスタ
のドレインの電位を下げる。
According to the method of driving a solid-state image pickup device of the present invention, while the voltage applied to the gate electrode of the reset transistor is at a high level, that is, while the reset transistor is in the ON state, the reset transistor Lower the drain potential.

【0011】[0011]

【作用】この発明の固体撮像装置の駆動方法によれば、
リセットトランジスタのドレインからソースへ一定量の
電荷を高速に注入することで、電荷検出部のリセットを
高速にし、信号電荷量に比例した出力を得ることができ
る。
According to the driving method of the solid-state image pickup device of the present invention,
By injecting a fixed amount of charge from the drain of the reset transistor to the source at high speed, the charge detection unit can be reset at high speed and an output proportional to the amount of signal charge can be obtained.

【0012】[0012]

【実施例】図1は、この発明に係る固体撮像装置の構成
と、各部のポテンシャル状態を示す図で、構成は従来と
同じである。図2はこの発明による固体撮像装置の駆動
方法を示す図である。従来と異なるのは、リセットトラ
ンジスタRTのドレインである不純物領域7に印加する
電圧VRDが直流ではなくクロック波形となっていること
である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a diagram showing the structure of a solid-state image pickup device according to the present invention and the potential state of each part. The structure is the same as the conventional one. FIG. 2 is a diagram showing a driving method of the solid-state imaging device according to the present invention. The difference from the prior art is that the voltage V RD applied to the impurity region 7 that is the drain of the reset transistor RT has a clock waveform instead of a direct current.

【0013】つぎに、動作について説明する。図1にお
ける時刻t1〜t4の各ポテンシャル図は、図2におけ
る時刻t1〜t4にそれぞれ対応したものである。時刻
t1では、φH がハイレベルとなっており、図1に示す
ように、CCD最終ゲート電極3の下にはポテンシャル
井戸が形成され、信号電荷Qが蓄積されている。また、
φR もハイレベルとなっており、リセットトランジスタ
RTはオン状態にある。不純物領域6と不純物領域7の
間の障壁が無くなるので、電位差により不純物領域6に
蓄積されていた信号電荷は不純物領域7に掃き出され
る。この信号電荷の移動にはある時間が必要で、高速動
作させた時には、不純物領域6に未転送電荷QR が残
る。特に電荷−電圧変換効率を高くするために拡散層2
の不純物濃度を低くして、拡散層2が空乏化した場合な
どに顕著である。
Next, the operation will be described. The potential diagrams at times t1 to t4 in FIG. 1 correspond to times t1 to t4 in FIG. 2, respectively. At time t1, φ H is at high level, and as shown in FIG. 1, a potential well is formed under the CCD final gate electrode 3 and the signal charge Q is accumulated. Also,
φ R is also at high level, and the reset transistor RT is in the on state. Since the barrier between the impurity region 6 and the impurity region 7 disappears, the signal charge accumulated in the impurity region 6 is swept out to the impurity region 7 due to the potential difference. A certain amount of time is required for the movement of the signal charges, and the untransferred charges Q R remain in the impurity region 6 when operating at high speed. In particular, in order to increase the charge-voltage conversion efficiency, the diffusion layer 2
This is conspicuous when the diffusion layer 2 is depleted by lowering the impurity concentration of.

【0014】つぎに、時刻t2ではリセットトランジス
タRTのドレイン電圧VRDがローレベルとなっており、
不純物領域7のポテンシャルは不純物領域6よりも低く
なる。すなわち、不純物領域6,7とゲート電極5とか
らなるリセットトランジスタRTのソースとドレイン
が、時刻t1の時と比べて、入れ替わったことになる。
そして、不純物領域7から不純物領域6に向かって電荷
が流入し、不純物領域6に電荷QC が蓄積される。
Next, at time t2, the drain voltage V RD of the reset transistor RT is at low level,
The potential of the impurity region 7 becomes lower than that of the impurity region 6. That is, the source and drain of the reset transistor RT formed of the impurity regions 6 and 7 and the gate electrode 5 have been replaced with each other as compared with the time t1.
Then, charges flow from the impurity region 7 toward the impurity region 6, and the charge Q C is accumulated in the impurity region 6.

【0015】この電荷の移動は、トランジスタRTのソ
ースとして動作する側が高濃度の不純物領域となってい
るため、時刻t1の時の電荷移動よりもはるかに高速で
ある。また、不純物領域6に蓄積される電荷は未転送電
荷QR とドレインからの電荷QC の合わせたものになる
が、合計した電荷量による不純物領域6の電位がドレイ
ン電圧VRDと等しくなるように電荷QC は自ずと決ま
る。以上により、不純物領域6の電位はドレイン電圧V
RDのローレベルに固定される。
The charge transfer is much faster than the charge transfer at the time t1 because the high-concentration impurity region is on the side operating as the source of the transistor RT. Although electric charges accumulated in the impurity region 6 becomes to the combined charge Q C from untransferred charge Q R and the drain, so that the potential of the impurity region 6 by total charge amount becomes equal to the drain voltage V RD charge Q C is naturally determined. From the above, the potential of the impurity region 6 is the drain voltage V
It is fixed at the low level of RD .

【0016】つぎに、時刻t3,t4での動作は、従来
例における時刻t2,t3と同じである。すなわち、リ
セットクロックφR がローレベルとなって、リセットト
ランジスタRTがオフし、不純物領域6はフローティン
グ状態となる。つぎに、CCD駆動クロックφH がロー
レベルとなり、CCD最終ゲート電極3の下に蓄えられ
ていた信号電荷Qが電位障壁形成ゲート電極4の下の電
位障壁を乗り越えて、不純物領域6に流入し、不純物領
域6の電位を変化させる。この電位の変化がソースフォ
ロア回路SFを通して出力される。出力波形には、電荷
C の流入による電位の変化はリセット期間に現れ、信
号電荷Qによる電位変化には影響を及ぼさない。
The operation at the times t3 and t4 is the same as that at the times t2 and t3 in the conventional example. That is, the reset clock φ R becomes low level, the reset transistor RT is turned off, and the impurity region 6 is brought into a floating state. Next, the CCD driving clock φ H becomes low level, the signal charge Q stored under the CCD final gate electrode 3 gets over the potential barrier under the potential barrier forming gate electrode 4, and flows into the impurity region 6. , The potential of the impurity region 6 is changed. This change in potential is output through the source follower circuit SF. In the output waveform, the potential change due to the inflow of the charge Q C appears in the reset period and does not affect the potential change due to the signal charge Q.

【0017】また、結果的に、信号電荷の一部が放電さ
れずにフローティング・ディフュージョン(不純物領域
6)に残った動作、すなわち不完全リセットの状態と似
ているが、この発明の駆動方法では、信号電荷量の大小
に関わらず一定量の電荷をフローティング・ディフュー
ジョンに蓄積するので、完全リセットである。以上説明
してきたように、リセットクロックφR がハイレベルと
なっている間にリセットトランジスタRTのドレイン
(不純物領域7)からフローティング・ディフュージョ
ン(不純物領域6)に電荷を注入し、フローティング・
ディフュージョンの電位をすばやく固定することができ
る。
Further, as a result, although it is similar to the operation in which a part of the signal charge is not discharged and remains in the floating diffusion (impurity region 6), that is, the state of incomplete reset, the driving method of the present invention Since a fixed amount of charge is accumulated in the floating diffusion regardless of the amount of signal charge, it is a complete reset. As described above, while the reset clock φ R is at the high level, charges are injected from the drain (impurity region 7) of the reset transistor RT to the floating diffusion (impurity region 6), and the floating
The electric potential of the diffusion can be fixed quickly.

【0018】[0018]

【発明の効果】この発明の固体撮像装置の駆動方法によ
れば、リセットトランジスタがオン状態の間にリセット
トランジスタのドレインからフローティング・ディフュ
ージョンに電荷を注入することにより、高速なリセット
動作が可能となる。
According to the method for driving a solid-state image pickup device of the present invention, high-speed reset operation is possible by injecting charges from the drain of the reset transistor into the floating diffusion while the reset transistor is in the ON state. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明の一実施例である固体撮像装置の構成
とそのポテンシャル状態を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration and a potential state of a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention.

【図2】この発明の一実施例である固体撮像装置の駆動
電圧のクロックタイミングを示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing clock timing of a drive voltage of the solid-state imaging device which is an embodiment of the present invention.

【図3】従来例の固体撮像装置の構成とそのポテンシャ
ル状態を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a conventional solid-state imaging device and its potential state.

【図4】従来例の固体撮像装置の駆動電圧のクロックタ
イミングを示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing clock timings of drive voltages of a conventional solid-state imaging device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体基板 6 不純物領域(ソース、フローティング・ディフュ
ージョン) 7 不純物領域(ドレイン) 5 ゲート電極 RT リセットトランジスタ SF ソースフォロア回路
1 Semiconductor Substrate 6 Impurity Region (Source, Floating Diffusion) 7 Impurity Region (Drain) 5 Gate Electrode RT Reset Transistor SF Source Follower Circuit

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1導電型の半導体基板上もしくは半導
体層上に形成した第2導電型の拡散領域と、この拡散領
域に隣接した電位障壁形成ゲート電極と、この電位障壁
形成ゲート電極に隣接したCCD最終ゲート電極と、前
記拡散領域をソース電極として形成した前記拡散領域の
リセットトランジスタと、前記拡散領域の電位を入力と
して動作し出力信号を出力するソースフォロア回路とを
備えた固体撮像装置の駆動方法であって、 前記リセットトランジスタのゲート電極に印加する電圧
がハイレベルにある間に、ハイレベルからローレベルに
変化する二値のパルスを、前記リセットトランジスタの
ドレイン電極に印加することを特徴とする固体撮像装置
の駆動方法。
1. A second conductivity type diffusion region formed on a first conductivity type semiconductor substrate or a semiconductor layer, a potential barrier forming gate electrode adjacent to the diffusion region, and a potential barrier forming gate electrode adjacent to the potential barrier forming gate electrode. Of a CCD final gate electrode, a reset transistor of the diffusion region formed by using the diffusion region as a source electrode, and a source follower circuit that operates with the potential of the diffusion region as an input and outputs an output signal. A driving method, wherein a binary pulse changing from a high level to a low level is applied to a drain electrode of the reset transistor while a voltage applied to the gate electrode of the reset transistor is at a high level. Driving method for solid-state imaging device.
JP50A 1993-02-16 1993-02-16 Method for driving solid-state image pickup device Pending JPH06245144A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100544224B1 (en) * 2002-02-06 2006-01-23 샤프 가부시키가이샤 Solid state imaging device and electronic information device
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