JPH065727B2 - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
- Publication number
- JPH065727B2 JPH065727B2 JP56205430A JP20543081A JPH065727B2 JP H065727 B2 JPH065727 B2 JP H065727B2 JP 56205430 A JP56205430 A JP 56205430A JP 20543081 A JP20543081 A JP 20543081A JP H065727 B2 JPH065727 B2 JP H065727B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- diode
- solid
- transfer
- pulse
- potential
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- 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
- H10F39/191—Photoconductor image sensors
- H10F39/194—Photoconductor image sensors having arrangements for blooming suppression
Landscapes
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 本発明は受光素子として光導電体膜を用いた個体撮像装
置に関し、特に受光部の余剰信号電荷を除去する機能を
有する固体撮像装置に関するものである。
置に関し、特に受光部の余剰信号電荷を除去する機能を
有する固体撮像装置に関するものである。
近年、２次元固体撮像装置においては、テレビジョンカ
メラの小型化、低消費電力化の要請に伴ない、光学系が
1″，2/3″，1/2″と小型になる傾向が強い。一方、光
感度を増大させるために、光導電体膜を半導体基板上に
積層した固体撮像装置を用いる傾向にある。そのため、
イメージ部の走査回路として電荷転送素子（例えばＣＣ
Ｄ）を用いた固体撮像装置においては、受光部の容量が
走査回路の転送容量より大きくなる現象が発生する。
メラの小型化、低消費電力化の要請に伴ない、光学系が
1″，2/3″，1/2″と小型になる傾向が強い。一方、光
感度を増大させるために、光導電体膜を半導体基板上に
積層した固体撮像装置を用いる傾向にある。そのため、
イメージ部の走査回路として電荷転送素子（例えばＣＣ
Ｄ）を用いた固体撮像装置においては、受光部の容量が
走査回路の転送容量より大きくなる現象が発生する。
この為以下の問題が発生し撮像画面に悪影響をもたら
す。
す。
(1) 受光部の信号量を全て走査回路に読み込む場合に
おいて、強い光入射で受光部の信号量が走査回路の転送
容量より大きくなった時、走査回路に読み込まれた受光
部の全信号量は走査回路であふれだす。そのため撮像画
面では、縦に白の線が発生する。いわゆるブルーミング
現象が発生する。
おいて、強い光入射で受光部の信号量が走査回路の転送
容量より大きくなった時、走査回路に読み込まれた受光
部の全信号量は走査回路であふれだす。そのため撮像画
面では、縦に白の線が発生する。いわゆるブルーミング
現象が発生する。
(2) 受光部の信号量を走査回路の転送容量だけ読み込
む場合、強い光入射で受光部の信号量が走査回路の転送
容量より大きくなった時、１回の読み込みで走査回路の
転送容量分しか読み込まないため、信号電荷の積み残し
が発生する。このため撮像画面においては残像が発生す
る。
む場合、強い光入射で受光部の信号量が走査回路の転送
容量より大きくなった時、１回の読み込みで走査回路の
転送容量分しか読み込まないため、信号電荷の積み残し
が発生する。このため撮像画面においては残像が発生す
る。
本発明はかかる従来の問題点に鑑み、受光素子として光
導電体膜を用いた絵素を２次元的に複数配列した固体撮
像装置において、受光部の余剰信号電荷が撮像画面に与
える影響を除去出来る固体撮像装置を提供せんとするも
のである。すなわち、本発明は受光部の信号電荷蓄積用
ダイオードの電位をクリップする回路を、半導体基板に
設けられた走査回路上に積層して形成したものである。
導電体膜を用いた絵素を２次元的に複数配列した固体撮
像装置において、受光部の余剰信号電荷が撮像画面に与
える影響を除去出来る固体撮像装置を提供せんとするも
のである。すなわち、本発明は受光部の信号電荷蓄積用
ダイオードの電位をクリップする回路を、半導体基板に
設けられた走査回路上に積層して形成したものである。
本発明の一実施例を第１図に示し、以下その動作を第２
図，第３図を用いて説明する。
図，第３図を用いて説明する。
第１図は、受光素子として光導電体膜を用い、イメージ
部の走査回路として埋め込み型ＣＣＤを用いた固体撮像
装置のイメージ部の断面図を示したものである。同図に
おいて、１は半導体基板２に対し逆の導電形を有する拡
散層で、半導体の導電性電極３と金属電極４とを介して
光導電体膜５と電気的にコンタクトされた接合ダイオー
ド部である。半導体の導電性電極３は、接合ダイオード
部１と同じ導電形を有している。６は導電性電極３と逆
の導電形を有する半導体の導電性電極で、導電性電極３
との間で接合ダイオード７を形成し、外部から任意の電
圧をバイアスすることができる。８は接合ダイオード部
１に蓄積される信号電荷を転送ライン側に読み込むゲー
ト部であり、９は埋込み型のＣＣＤで形成した垂直転送
ラインを示す。１０は垂直転送ライン９を形成するＣＣ
Ｄの転送電極でありゲート部８のゲート電極を兼ねる。
１１はフィールド酸化膜、１２はチャンネル・ストッパ
ー、１３は酸化膜、１４は光導電体膜５にバイアス電荷
を供給する透明電極膜である。
部の走査回路として埋め込み型ＣＣＤを用いた固体撮像
装置のイメージ部の断面図を示したものである。同図に
おいて、１は半導体基板２に対し逆の導電形を有する拡
散層で、半導体の導電性電極３と金属電極４とを介して
光導電体膜５と電気的にコンタクトされた接合ダイオー
ド部である。半導体の導電性電極３は、接合ダイオード
部１と同じ導電形を有している。６は導電性電極３と逆
の導電形を有する半導体の導電性電極で、導電性電極３
との間で接合ダイオード７を形成し、外部から任意の電
圧をバイアスすることができる。８は接合ダイオード部
１に蓄積される信号電荷を転送ライン側に読み込むゲー
ト部であり、９は埋込み型のＣＣＤで形成した垂直転送
ラインを示す。１０は垂直転送ライン９を形成するＣＣ
Ｄの転送電極でありゲート部８のゲート電極を兼ねる。
１１はフィールド酸化膜、１２はチャンネル・ストッパ
ー、１３は酸化膜、１４は光導電体膜５にバイアス電荷
を供給する透明電極膜である。
次に、第２図，第３図を用いて第１図に示した本発明に
係る固体撮像装置の動作を説明する。第２図は垂直走査
用駆動パルスである。同図(a)においてφV1Rは読み込み
パルス、φV1Tは転送パルス、Ｒは読み込みパルスφV1R
の振幅、Ｔは転送パルスφV1Tの振幅を示し、Ｔｆは１
フレーム期間（３３ｍｓｅｃ）、ＴＶは１フィールド期
間（１６．５ｍｓｅｃ）を示す。同図(b)において、φ
V2Rは読み込みパルス、φV2Tは転送パルス、Ｒは読み込
みパルスφV2Rの振幅、Ｔは転送パルスφV2Tの振幅を示
し、ＴＢは垂直ブランキング期間を示す。ここで、垂直
走査回路の駆動パルスφV1，φV2においては、各々のパ
ルス系において１フレーム（３３ｍｓｅｃ）毎に読み込
みパルスが立ち、かつφV1とφV2間では１フィールド
（１６．５ｍｓｅｃ）毎に交互に立っている（インター
レース走査）。また、φV1とφV2の転送パルスは位相が
反転している（２相駆動である）。また、同図(c)にお
いて、φCLはダイオード電極６に印加するクリップ電位
を示したもので、ここでは一定電位ＣＬである。また同
図(a)において、ｔ１〜ｔ５は任意の時刻での位相を示
したものである。
係る固体撮像装置の動作を説明する。第２図は垂直走査
用駆動パルスである。同図(a)においてφV1Rは読み込み
パルス、φV1Tは転送パルス、Ｒは読み込みパルスφV1R
の振幅、Ｔは転送パルスφV1Tの振幅を示し、Ｔｆは１
フレーム期間（３３ｍｓｅｃ）、ＴＶは１フィールド期
間（１６．５ｍｓｅｃ）を示す。同図(b)において、φ
V2Rは読み込みパルス、φV2Tは転送パルス、Ｒは読み込
みパルスφV2Rの振幅、Ｔは転送パルスφV2Tの振幅を示
し、ＴＢは垂直ブランキング期間を示す。ここで、垂直
走査回路の駆動パルスφV1，φV2においては、各々のパ
ルス系において１フレーム（３３ｍｓｅｃ）毎に読み込
みパルスが立ち、かつφV1とφV2間では１フィールド
（１６．５ｍｓｅｃ）毎に交互に立っている（インター
レース走査）。また、φV1とφV2の転送パルスは位相が
反転している（２相駆動である）。また、同図(c)にお
いて、φCLはダイオード電極６に印加するクリップ電位
を示したもので、ここでは一定電位ＣＬである。また同
図(a)において、ｔ１〜ｔ５は任意の時刻での位相を示
したものである。
第３図は、第２図の駆動パルス系を用いたときの本発明
の固体撮像装置の読み込み時と光積分時の単位絵素部の
ポテンシャル状態を示したものである。第３図(a)にお
いて、ＤCLは接合ダイオード７を等価回路で示したもの
で、φCLはダイオードＤCLに印加されるクリップ電圧で
ある、Ｃ，Ｒは光導電体膜５を等価回路で示したもの
で、φＢはこの光導電体膜５に透明電極１４を介して印
加されるバイアス電位である。φV1は垂直走査駆動パル
スである。第３図(b)〜(d)は第３図(a)に対応する部分
のポテンシャル状態を示しており、以下これを用いて動
作を説明する。第３図(b)〜(d)において、OFFはφV1
＝ｏｖの時の読み込みゲート部８の電位、Ｔは垂直走
査駆動パルスφV1の転送パルスφV1TがＯＮの時、すな
わちφV1＝φV1T＝Ｔ（Ｖ）の時の読み込みゲート部８
の電位、Ｒは同様に垂直走査駆動パルスφV1の読み込
みパルスφV1RがＯＮの時、すなわちφV1＝φV1R＝Ｒ
（Ｖ）の時の読み込みゲート部８の電位である。CLは
クリップ電圧φCLが半導体電極６にされた時の蓄積ダイ
オード１のクリップ電位である。また、QSは信号電荷で
QS′は余剰信号電荷である。
の固体撮像装置の読み込み時と光積分時の単位絵素部の
ポテンシャル状態を示したものである。第３図(a)にお
いて、ＤCLは接合ダイオード７を等価回路で示したもの
で、φCLはダイオードＤCLに印加されるクリップ電圧で
ある、Ｃ，Ｒは光導電体膜５を等価回路で示したもの
で、φＢはこの光導電体膜５に透明電極１４を介して印
加されるバイアス電位である。φV1は垂直走査駆動パル
スである。第３図(b)〜(d)は第３図(a)に対応する部分
のポテンシャル状態を示しており、以下これを用いて動
作を説明する。第３図(b)〜(d)において、OFFはφV1
＝ｏｖの時の読み込みゲート部８の電位、Ｔは垂直走
査駆動パルスφV1の転送パルスφV1TがＯＮの時、すな
わちφV1＝φV1T＝Ｔ（Ｖ）の時の読み込みゲート部８
の電位、Ｒは同様に垂直走査駆動パルスφV1の読み込
みパルスφV1RがＯＮの時、すなわちφV1＝φV1R＝Ｒ
（Ｖ）の時の読み込みゲート部８の電位である。CLは
クリップ電圧φCLが半導体電極６にされた時の蓄積ダイ
オード１のクリップ電位である。また、QSは信号電荷で
QS′は余剰信号電荷である。
ここで、 ＱＳ＝Ｃ０・（R−CL） ……(1) Ｃ０：蓄積ダイオード１と電気的に接続している全容
量。
量。
の関係が成り立つ。
次に、クリップダイオードDCLによって余剰信号電荷Q
S′が掃き出される様子を第３図(b)，(c)，(d)を用いて
順を追って説明する。
S′が掃き出される様子を第３図(b)，(c)，(d)を用いて
順を追って説明する。
第３図(b)に示す様に、ダイオード１の電位は、読み込
みパルスφV1RのリセットレベルＲから信号光の強度
に応じて、上昇してくる。しかし、この時蓄積ダイオー
ド１のクリップ電位CLを転送ラインのＣＣＤの転送容
量ＱSHCと同じになる様に設定しておけばＱＳ＝ＱSHC以
上の余剰の信号電荷QS′は全て、クリップダイオード７
側すなわちφCL側に掃き出されてしまう。また、蓄積ダ
イオード１のクリップ電位CLを、Ｔより大きく、す
なわち、Ｔ ＜CL ……(2) と設定しておけば、光積分期間にどんなに強い光が入射
しても、信号電荷がＴを越えて転送ラインにあふれ出
すことはない。
みパルスφV1RのリセットレベルＲから信号光の強度
に応じて、上昇してくる。しかし、この時蓄積ダイオー
ド１のクリップ電位CLを転送ラインのＣＣＤの転送容
量ＱSHCと同じになる様に設定しておけばＱＳ＝ＱSHC以
上の余剰の信号電荷QS′は全て、クリップダイオード７
側すなわちφCL側に掃き出されてしまう。また、蓄積ダ
イオード１のクリップ電位CLを、Ｔより大きく、す
なわち、Ｔ ＜CL ……(2) と設定しておけば、光積分期間にどんなに強い光が入射
しても、信号電荷がＴを越えて転送ラインにあふれ出
すことはない。
次に第３図(c)に示す様に、ｔ＝ｔ３〜ｔ４の時すなわ
ち読み込みパルスφV1Rが印加されて、信号電荷Ｑ
Ｓが、転送ライン側に読み込まれる。
ち読み込みパルスφV1Rが印加されて、信号電荷Ｑ
Ｓが、転送ライン側に読み込まれる。
そして第３図(d)に示す様にｔ＝ｔ５以降、受光部は再
び光積分期間に入り、一方転送ライン側では、先程の読
み込まれた信号電荷ＱＳが転送パルスの印加により垂直
転送され、水平走査回路を経て外部回路に信号として取
り出される。
び光積分期間に入り、一方転送ライン側では、先程の読
み込まれた信号電荷ＱＳが転送パルスの印加により垂直
転送され、水平走査回路を経て外部回路に信号として取
り出される。
以上の様に、本発明はクリップダイオードを単位絵素の
半導体基板の上方に積層型に形成することにより、１
重絵に占める他の構成要素（蓄積ダイオード，転送回
路）の面積を減少させることなく、オーバー・フロー・
ドレイン機能が実現できる。また従来に比べて、オー
バー・フロー・ドレイン機能実現のための、１絵素に占
める平面的なパターン面積が不要となり、その分絵素数
の高密度化が可能となる。従ってＴＶカメラの光学系の
小形化に伴なう絵素サイズの縮小化においてもオーバー
・フロー・ドレイン機能の実現により、充分なブルーミ
ング抑制と撮像特性（感度，ダイナミックレンジ）を有
する撮像素子が実現できる。
半導体基板の上方に積層型に形成することにより、１
重絵に占める他の構成要素（蓄積ダイオード，転送回
路）の面積を減少させることなく、オーバー・フロー・
ドレイン機能が実現できる。また従来に比べて、オー
バー・フロー・ドレイン機能実現のための、１絵素に占
める平面的なパターン面積が不要となり、その分絵素数
の高密度化が可能となる。従ってＴＶカメラの光学系の
小形化に伴なう絵素サイズの縮小化においてもオーバー
・フロー・ドレイン機能の実現により、充分なブルーミ
ング抑制と撮像特性（感度，ダイナミックレンジ）を有
する撮像素子が実現できる。
尚、本実施例では、クリップダイオードが１絵素ずつ分
離されている例を示したが、イメージ部全体の場合でも
同様の効果は期待できる。又、ここでは、混合パレス駆
動の例について述べたが、同様の効果は、読み込みと転
送を各々独立のゲート電極、駆動パルスで行なう方式に
おいても期待できる。更に又、走査回路としては、ＭＯ
Ｓトランジスタを用いた方式や、ＢＢＤを用いた方式に
おいても同様の効果が期待できる。
離されている例を示したが、イメージ部全体の場合でも
同様の効果は期待できる。又、ここでは、混合パレス駆
動の例について述べたが、同様の効果は、読み込みと転
送を各々独立のゲート電極、駆動パルスで行なう方式に
おいても期待できる。更に又、走査回路としては、ＭＯ
Ｓトランジスタを用いた方式や、ＢＢＤを用いた方式に
おいても同様の効果が期待できる。
以上述べた様に、本発明によれば余分な面積を必用とす
ることなく固体撮像装置における余剰電荷を確実に除去
出来るので、その工業的価値が極めて高い。
ることなく固体撮像装置における余剰電荷を確実に除去
出来るので、その工業的価値が極めて高い。
第１図は本発明の一実施例における固体撮像装置の断面
図、第２図(a)〜(c)は本発明の一実施例に係る固体撮像
装置を駆動する垂直走査用駆動パルスとクリップ電圧の
波形図、第３図(a)〜(d)は本発明の一実施例における固
体撮像装置の各期間におけるポテンシャル状態図であ
る。 １……接合ダイオード、３……導電性電極、６……電極
３と逆導電型の導電性電極、７……電極３，６からなる
ダイオード、８……ゲート部、９……垂直転送ライン、
１０……転送電極。
図、第２図(a)〜(c)は本発明の一実施例に係る固体撮像
装置を駆動する垂直走査用駆動パルスとクリップ電圧の
波形図、第３図(a)〜(d)は本発明の一実施例における固
体撮像装置の各期間におけるポテンシャル状態図であ
る。 １……接合ダイオード、３……導電性電極、６……電極
３と逆導電型の導電性電極、７……電極３，６からなる
ダイオード、８……ゲート部、９……垂直転送ライン、
１０……転送電極。
Claims (1)
- 【請求項１】光信号を電気信号に変換する光導電体膜
と、同光導電体膜で発生した信号電荷を蓄積するダイオ
ードと、同ダイオードと前記光導電体膜とを電気的に接
続する一方導電型でかつ前記ダイオードと同一導電型の
第１の半導体電極と、同第１の半導体電極に接続された
他方導電型の第２の半導体電極と、前記ダイオードに蓄
積された信号を転送する転送回路と、前記蓄積ダイオー
ドから前記転送回路へ信号電荷を読み込む読み込みゲー
ト部とを有し、前記第２の半導体電極が、転送パルスが
印加された時の前記読み込みゲート部の電位と読み込み
パルスが印加された時の前記読み込みゲート部の電位と
の間の所定電圧にバイアスされていることを特徴とする
固体撮像装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56205430A JPH065727B2 (ja) | 1981-12-18 | 1981-12-18 | 固体撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56205430A JPH065727B2 (ja) | 1981-12-18 | 1981-12-18 | 固体撮像装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58106965A JPS58106965A (ja) | 1983-06-25 |
| JPH065727B2 true JPH065727B2 (ja) | 1994-01-19 |
Family
ID=16506722
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56205430A Expired - Lifetime JPH065727B2 (ja) | 1981-12-18 | 1981-12-18 | 固体撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH065727B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6218755A (ja) * | 1985-07-18 | 1987-01-27 | Toshiba Corp | 固体撮像装置 |
-
1981
- 1981-12-18 JP JP56205430A patent/JPH065727B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58106965A (ja) | 1983-06-25 |
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