JPS5811751B2 - ハンドウタイソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体装置に関し、詳しくは一次元または二次
元の光情報を半導体装置を介して電気信号として得る装
置に関するものである。

従来光情報を電気信号に変換する装置としてたとえば、
自己走査機能を有したものとしては、光センサーと電荷
転送素子（ＢＢＤ、ＣＣＤ）との組合せにより、光情報
を電気信号に変換し読み出す装置がある。

この場合光センサーとしては、たとえばホトダイオード
等がある。

又電荷転送素子に直接光を照射し光電変換と読出し機能
を同一素子で行わせる装置があるが、この方式は信号電
荷転送中に常に光があたっているために光学ひずみが大
きく現在ではあまり行われない。

本発明は前者の装置に関するもので、光センサ一部と電
荷転送部との結合を特別のゲート回路（スイッチ回路）
を付加することなく、転送のためのクロック信号ライン
に制御パルスを印加することにより光センサーの情報を
電荷転送段に読み込み、読出すことを可能とし、センサ
ーの高密度化をはかり、２次元光情報読取装置としての
性能を著しく改善するものである。

まず、第１図は従来の光センサーを半導体基板上に構成
した場合の平面配置を示すものであり、第２図はその等
何回路である。

第１図の数字で示される領域１，２，３，４，５，６．
７は第２の等何回路上でそれぞれ１０，２０，３０，４
０゜５０．６０．７０に対応している。

第１図、第２図における端子１，１０は、ホトダイオー
ド３゜３０を一定電位に設定するための電源端子、２゜
２０はそれを制御するゲート端子、４．４０はホトダイ
オードの光電変換信号を信号転送用トランジスタＴｒ２
に読込むための制御端子、５．５０は転送トランジスタ
のドレイン端子、６．６０はソース端子、７．７１は転
送のためのクロック信号を印加するゲート端子、Ｔｒｌ
はホトダイオード（資）を一定電位に設定するＭＯＳト
ランジスタ、Ｔｒ２は読込みゲート用ＭＯＳトランジス
タ、 Ｔｒ３．Ｔｒ４は転送用トランジスターである。

この方式によれば、これを２次元に配列せんとする場合
、ホトセンサ一部を制御するための端子は１０，２０で
あり読込み制御の端子は４０で、合計３個の制御ライン
が、クロックライン７０゜８０以外に必要となり、この
制御ラインが必要な面積を占有し画素（センサーと転送
段の１組）の高密度化をはかるための障害となっている
。

本発明はかかる制御ラインを全く使わずに同じ機能を２
種のクロックラインのみで行わせ、上記不都合を解決す
る装置を提供するものである。

第３図は本発明による素子を半導体基板上に構成した場
合の配置を第１図と同じ方法で示したものである。

第３図において、１３は電荷転送を行わせるためのＭＯ
Ｓトランジスタのソース拡散領域、１４は同トランジス
ターのドレイン拡散領域、１５は同トランジスタのゲー
ト電極であり、これと隣接するゲート電極１６にクロッ
クパルスを交互罠印加して電荷の転送を行う。

１７は信号電荷転送のためＭＯＳトランジスタのドレイ
ン領域に隣接して形成された基板と反対導電型を有する
浮遊拡散領域でホトダイオードを形成するものである。

以下この構成を例に本発明の動作原理を説明する。

第４図は第３図に於ける一点鎖線■−■′線の断面を示
すもので、第３図と対応する部分には同一番号を付して
いる。

まずゲート電極１５のゲート端子Ｇに＋Ｖパルス電圧を
印加した場合にゲート電極１５とｎ＋型ドレイン領域１
４は誘電体酸化膜（図示せず）を介して重なっており容
量性結合しているためにドレイン領域１５下には、Ｐ型
半導体基板２００の中に空乏領域１００が第４図ａのよ
うに広がる。

ところが、前述の半導体基板２００と名対導電型のｎ十
型浮遊拡散領域１７が隣接して形成されているために、
この間に絶縁破壊が起り（一般にパンチスループレーク
ダウンと呼がれる）、浮遊拡散領域１７のエレクトロン
ｅはより高い電位のドレイン領域１４に流れこみ、その
結果すに示すように浮遊拡散領域１７の電位は上がった
状態となる。

さらに上記パルス電圧が除去されるとｃに示す空乏層状
態となる。

さらにｄで示すように、上記浮遊拡散領域１７（ホトダ
イオード）に光が照射されると、上記浮遊拡散領域１１
の電位は、ｐｎ接合面でのホールとエレクトロンの再結
合の結果基板への一定時間の放電の後に下がる。

この量は光の強さに一般に比例する。

そこで再びゲート端子Ｇにｅのごとく前述したパルス電
圧＋Ｖを印加すると、同ａと同様の状態となり再び絶縁
破壊が起り、ホトダイオードからエレクトロンがドレイ
ン領域１４に流れこむ。

との場合に流れこむエレクトロンの量は一定時間の前記
光照射により放電した電荷の竜に比例している。

こうしてエレクトロンが流れこんでｆのごとく安定状態
となってから、ゲート端子Ｇからクロックパルスを取り
除くとｇのごとく、一定時間の光照射により、光の強さ
に応じた信号がドレイン領域１４に読み込まれる。

このようにして、ドレイン領域１４に読込まれた信号は
通常の電荷転送手段（ここではパケットフリゲート方式
で示した）で順次転送し出力回路を介して読み出すこと
ができる。

以上のように本発明の装置によれば、読込みと同時に光
情報を検出するホトダイオードの電圧設定が行われ、電
荷転送素子のゲートにホトダイオード読み込み制御パル
スを印加するだけで上記読みこみ機能を行わせることが
でき、前述の従来の装置にはみられない合理的な高密度
化に適した光電変換装置を得ることができる。

本発明によれば２次元アレーは上記構造を複数使用する
ことにより容易に実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は光センサーと電荷転送素子とを組合せた光電変
換素子の半導体基板上での一部の配置構成図、第２図は
第１図の等何回路、第３図は本発明の一実施例の光電変
換素子の半導体基板上での平面配置構成図、第４図は第
３図のＩＶ−ＩＶ′線に沿った概略断面図であって、第
４図ａ〜ｇはその動作態様を示すものである。 １４・・・・・・ＭＯＳトランジスタのドレイン領域、
１５．１６・・・・・・ゲート電極、１７・・・・・・
浮遊拡散領域、１００・・・・・・空乏領域、２００・
・・・・・半導体基板。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 一導電型の半導体基板内に形成専れた反対導電型の
   ソースおよびドレイン領域とゲート電極とが容量結合さ
   れたＭＯＳトランジスタの直列結合よりなる複数の素子
   列を配列し、上記ドレイン領域に隣接して上記半導体基
   板内に上記ドレイン領域と同一導電型の浮遊拡散領域を
   形成し、上記ゲート電極にゲート電圧を印加しそ上船ド
   レイン端子と浮遊拡散領域との間に絶縁破壊を起させた
   のち、上記ゲート電圧を除去して上記浮遊拡散領域に光
   を照射して上記浮遊拡散領域に蓄積された電荷を一定時
   間放電させ、再び上記ゲート電圧を印加して上記ドレイ
   ン領域から上記浮遊拡散領域に上記放電した電荷に対応
   する電荷を供給し、さらに上記ドレイン領域に残された
   電荷を上記ゲート電圧により順次転送して光情報を読出
   すことを特徴とする半導体装置。