JPS58106965A - Solid-state image pickup device - Google Patents
Solid-state image pickup deviceInfo
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- JPS58106965A JPS58106965A JP56205430A JP20543081A JPS58106965A JP S58106965 A JPS58106965 A JP S58106965A JP 56205430 A JP56205430 A JP 56205430A JP 20543081 A JP20543081 A JP 20543081A JP S58106965 A JPS58106965 A JP S58106965A
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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
- H10F39/191—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)
Abstract
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。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a solid-state imaging device using a photoconductor film as a light-receiving element, and more particularly to a solid-state imaging device having a function of removing surplus signal charges from a light-receiving section.
近年、2次元面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”、213’+ 、Xと小型になる傾向か強い。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
can)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
。In recent years, in two-dimensional surface imaging devices, there is a strong tendency for optical systems to become smaller, such as 1", 213'+, and X, due to the demand for smaller television cameras and lower power consumption. In order to increase this, there is a tendency to use solid-state imaging devices in which a photoconductor film is laminated on a semiconductor substrate.Therefore, in solid-state imaging devices that use a charge transfer element (for example, CAN) as a scanning circuit in the image section, A phenomenon occurs in which the capacity of the light receiving section becomes larger than the transfer capacity of the scanning circuit.
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
。For this reason, the following problems occur and have an adverse effect on the imaging screen.
(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。(1) When reading the entire signal amount of the light receiving section into the scanning circuit, when the signal amount of the light receiving section becomes larger than the transfer capacity of the scanning circuit due to strong light incidence, the total signal amount of the light receiving section read into the scanning circuit is overflowing with scanning circuits. Therefore, a vertical white line appears on the image capture screen. A so-called blooming phenomenon occurs.
(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。(2) When reading the signal amount of the light receiving section by the transfer capacity of the scanning circuit, when the signal amount of the light receiving section becomes larger than the transfer capacity of the scanning circuit due to strong light incidence, one reading will cover the transfer capacity of the scanning circuit. Since only a few signals are read, signal charges are left unloaded. For this reason, an afterimage occurs on the image capture screen.
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。In view of such conventional problems, the present invention eliminates the influence of excess signal charge in the light receiving section on the imaging screen in a solid-state imaging device in which a plurality of picture elements using a photoconductor film are arranged two-dimensionally as the light receiving element. The aim is to provide a solid-state imaging device that can be used. That is, in the present invention, a circuit for clipping the potential of a signal charge storage diode of a light receiving section is formed by stacking it on a scanning circuit provided on a semiconductor substrate.
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。One embodiment of the present invention is shown in FIG. 1, and its operation will be explained in FIG.
This will be explained using FIG.
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COD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6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4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。FIG. 1 shows a sectional view of an image section of a solid-state imaging device using a photoconductor film as a light receiving element and an embedded COD as a scanning circuit of the image section. In the figure, reference numeral 1 denotes a diffusion layer having a conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate 2, and a junction diode portion electrically contacted with a photoconductor film 6 via a semiconductor conductive electrode 3 and a metal electrode 4. It is. The semiconductor conductive electrode 3 has the same conductivity type as the junction diode section 1 . 6 is a semiconductor conductive electrode having a conductivity type opposite to that of the 4-conductive electrode 3;
A junction diode 7 is formed between the two and can be externally biased with any voltage.
8は接合ダイオード部18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C
OD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CCI)の転送電極でありゲート部
8のゲート電極を兼ねる。8 is a gate section that reads the signal charge accumulated in the junction diode section 18 to the transfer line side, and 9 is a buried type C
A vertical transfer line formed by OD is shown. 10 is a transfer electrode of the CCI forming the vertical transfer line 9, and also serves as the gate electrode of the gate section 8.
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。11 is a field oxide film, 12 is a channel stopper, 13 is an oxide film, and 14 is a transparent electrode film that supplies bias charges to the photoconductor film 5.
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(&)においてφマ1Rは読
み込みパルス、φ71.は転送パルス、Rは読み込みパ
ルスφVIHの振幅、Tは読み込みパルスφ7.!の振
幅を示し、Tfは1フレ一ム期間(s s m sea
)、Tvは1フィルド期間(1e、esmssec
)を示す。同図(b)において、φY2Rは読み込
みパルス、φマ2テ は転送パルス、Rは読み込みパル
スφマ2Rの振幅、Tは転送パルスφマ2丁の振幅を示
し、T、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φマ1.φマ2においては、各々
のパルス系において1フレーム(3emgec )毎
に読ミ込ミパルスが立ち、かつφv1とφマ2間では1
フイールド(1e、5m5ea )毎に交互に立って
いる(インターレース走査)。まだ、φマ1とφマ2の
転送パルスは位相が反転している(2相駆動である)。Next, the operation of the solid-state imaging device according to the present invention shown in FIG. 1 will be explained using FIGS. 2 and 3. FIG. 2 shows a vertical scanning drive pulse. In the same figure (&), φ1R is a reading pulse, φ71. is the transfer pulse, R is the amplitude of the read pulse φVIH, and T is the read pulse φ7. ! Tf is the amplitude of one frame period (s s m sea
), Tv is 1 field period (1e, esmssec
) is shown. In the same figure (b), φY2R is the read pulse, φY2R is the transfer pulse, R is the amplitude of the read pulse φM2R, T is the amplitude of the transfer pulse φM2, and T is the vertical blanking period. shows. Here, the drive pulse φma1. of the vertical scanning circuit is used. In φ machine 2, a read/read mi pulse is raised every 1 frame (3 emgec) in each pulse system, and 1 pulse is generated between φv1 and φ machine 2.
They stand alternately every field (1e, 5m5ea) (interlaced scanning). The transfer pulses of φma 1 and φma 2 are still inverted in phase (two-phase drive).
また、同図(0)において、φ(ILはダイオード電極
ら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OLである。また同図(IL)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。In addition, in the same figure (0), φ(IL indicates the clip potential applied to the diode electrodes, which is a constant potential OL here. Also, in the same figure (IL), from t1 to
t5 indicates the phase at an arbitrary time.
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、I)at、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6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
走査駆動ノクルスである。第3図(b)〜(a)は第3
図(IL)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、ψOFFはφv1−0マの時の読み
込みゲート部8の電位\ψ丁はφv1:φv+Tの時x
ψRはφy+=ψvutの時の読み込みパルスが印加さ
れた時の電位である。ψCLはクリップ電位φ(ILが
印加された時の蓄積ダイオード1のクリップ電位である
。壕だ、Qsは信号電荷でQS′は余剰信号電荷である
。FIG. 3 shows the potential state of the unit pixel portion during reading and optical integration in the solid-state imaging device of the present invention when the drive pulse system shown in FIG. 2 is used. In FIG. 3(a), I)at is an equivalent circuit diagram of the junction diode 7, and φCL is a clip voltage applied to the diode DCL. C and R are equivalent circuits of the photoconductor film 5, and φB is the transparent electrode 14 on this photoconductor film 6.
is the bias potential applied via the . φv1 is a vertical scanning drive Noculus. Figures 3(b) to (a) are the third
It shows the potential state of the portion corresponding to the figure (IL), and the operation will be explained below using this. Figure 3(b)
In ~(d), ψOFF is the potential of the read gate section 8 when φv1-0, \ψ is the potential x when φv1:φv+T.
ψR is the potential when a read pulse is applied when φy+=ψvut. ψCL is the clip potential φ (the clip potential of the storage diode 1 when IL is applied). Qs is the signal charge and QS' is the surplus signal charge.
ここで、
Qs−へ、(ψR−ψCL) ・・・・・・(1)C
0:蓄積ダイオード1と電気的に接
続している全容量。Here, to Qs-, (ψR-ψCL) ......(1)C
0: Total capacity electrically connected to storage diode 1.
の関係が成り立つ。The relationship holds true.
次に、クリップダイオードDCLによって余剰信号電荷
Q B/が掃き出される様子を第3図(t))、 (C
)。Next, FIG. 3(t)) and (C
).
(d)を用いて順を追って説明する。A step-by-step explanation will be given using (d).
第3図(b)に示す様に、ダイオード1の電位は、読み
込みパレスφvanのリセットレベルψR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のクリック電位ψCLを転送ラインのCODの
転送容量Qsacと同じになる様に設定しておけばQs
” Q8HO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。まだ、蓄積ダイオード1のクリップ電ψCLを
、ψテより大きく、すなわち、
ψ!〈ψc L −−(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9丁を越えて転送ラインにあふれ出
すことはない。As shown in FIG. 3(b), the potential of the diode 1 rises from the reset level ψR of the read pulse φvan in accordance with the intensity of the signal light. However, if the click potential ψCL of the storage diode 1 is set to be the same as the transfer capacitance Qsac of the transfer line COD, Qs
” All the surplus signal charge Qs' above Q8HO is swept out to the clip diode 7 side, that is, to the φCL side.The clipping voltage ψCL of the storage diode 1 is still larger than ψte, that is, ψ!〈ψc L --(2) If set, no matter how strong the light is incident during the optical integration period, the signal charges will not exceed 9 and overflow to the transfer line.
次に第3図(C)に示す様に、1=1.〜t4の時すな
わち読み込みパレスφv+i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。Next, as shown in FIG. 3(C), 1=1. ~t4, that is, the read pulse φv+i is applied, and the signal charge Q
s is read into the transfer line side.
そして第3図((1)に示す様にt−15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Q8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。As shown in Figure 3 ((1), after t-15, the light receiving section enters the optical integration period again, while on the transfer line side, the previously read signal charge Q8 is vertically transferred by applying a transfer pulse. , and is taken out as a signal to an external circuit via a horizontal scanning circuit.
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
絵素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々く、オーバー・ クロー
ドレイン機能が実現できる。また■従来に比べて、オー
バー、クロー・ドレイン機能実現のだめの、1絵素に占
める平面的なパターン面積が不要となり、その分給素数
の高密度化が可能となる。従ってTV右カメラ光学系の
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
、クロー、ドレイン機能の実現により、充分なプルーミ
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。As described above, the present invention forms the clip diode in a stacked manner above the semiconductor substrate of the unit picture element, thereby achieving
Overcrowding often reduces the area occupied by other components (storage diodes, transfer circuits) in the pixel.
Drain function can be realized. Also, compared to the conventional method, the planar pattern area required for one pixel, which is necessary to realize the over/crow/drain function, is no longer required, and the number of primes to be supplied can be increased in density. Therefore, even when the pixel size is reduced due to the miniaturization of the TV right camera optical system, by realizing the over, claw, and drain functions, an image sensor with sufficient pluming suppression and imaging characteristics (sensitivity, dynamic range) can be realized. can.
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だが、同様の効果は、読み込みと転
送を各々独立のゲート電極、駆動パレスで行なう方式に
おいても期待できる。更に又、走査回路としては、MO
S)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。Although this embodiment shows an example in which the clip diodes are separated one picture element at a time, similar effects can be expected even in the case of the entire image area. Although an example of mixed pulse drive has been described here, similar effects can also be expected in a system in which reading and transfer are performed using independent gate electrodes and drive pulses. Furthermore, as a scanning circuit, MO
S) Similar effects can be expected with systems using transistors and systems using BBD.
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。As described above, according to the present invention, surplus charge in a solid-state imaging device can be reliably removed without requiring an extra area, and therefore its industrial value is extremely high.
体操像装置を駆動する垂直走査用駆動ノ々ルスとクリッ
プ電圧の波形図、第3図(&)〜((1)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スシ
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、1
0・・・・・・転送電極。
代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第1
図
vWaveform diagrams of the vertical scanning driving nodal and clipping voltages that drive the gymnastics imaging device; FIGS. 1...junction diode, 3...conductive electrode, 6...--conductive electrode of opposite conductivity type to electrode 3,
7... Diode consisting of electrode 3.6, 8...
...Gate section, 9...Vertical transfer line, 1
0...Transfer electrode. Name of agent: Patent attorney Toshio Nakao and 1 other person No. 1
Figure v
Claims (1)
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
型の第1の電極と、同第1の電極と一体的に形成された
他方導電型の第2の電極と、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を有し、前記第2の電極が
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。a photoconductor film that converts optical signals into electrical signals; a diode that stores signal charges generated in the photoconductor film; and a diode of one conductivity type that electrically connects the diode and the photoconductor film. 1 electrode, a second electrode of the other conductivity type integrally formed with the first electrode, and a transfer circuit that transfers the signal accumulated in the diode, and the second electrode A solid-state imaging device characterized in that it is biased to a predetermined voltage.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56205430A JPH065727B2 (en) | 1981-12-18 | 1981-12-18 | Solid-state imaging device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56205430A JPH065727B2 (en) | 1981-12-18 | 1981-12-18 | Solid-state imaging device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58106965A true JPS58106965A (en) | 1983-06-25 |
| JPH065727B2 JPH065727B2 (en) | 1994-01-19 |
Family
ID=16506722
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56205430A Expired - Lifetime JPH065727B2 (en) | 1981-12-18 | 1981-12-18 | Solid-state imaging device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH065727B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4740824A (en) * | 1985-07-18 | 1988-04-26 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Solid-state image sensor |
-
1981
- 1981-12-18 JP JP56205430A patent/JPH065727B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4740824A (en) * | 1985-07-18 | 1988-04-26 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Solid-state image sensor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH065727B2 (en) | 1994-01-19 |
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