JPS5811754B2 - 光電変換装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電極構造を可及的に簡素化した電荷転送装置
型式の光電変換装置に関する。

電荷転送装置（ＣＣＤまたはＣＴＤ）はシフトレジスタ
またはメモリの外に撮像用光電変換装置として注目され
ているが、撮像用ＣＣＤは一般に転送電極群とフォトゲ
ートおよびトランスファ電極を備え、そして通常の型の
ＣＣＤでは転送電極が電荷転送方向に並ぶ多数の電極か
らなり、電極構造が複雑化する。

本発明はかかる点を改善し電極が極めて少数で済むよう
にしようとするものである。

本発明の光電変換装置は半導体基板中にチャンネルスト
ップによって画定された蛇行状転送チャンネルと、該チ
ャンネルの長手方向に沿う線で部分したその一側を覆う
帯状転送電極と、その他側を覆う第１の帯状フォトゲー
ト電極と、該チャンネルの一側に並設された光電変換部
と、該光電変換部を覆う第２の帯状フォトゲート電極と
を備えることを特徴とするが、次に実施例を参照しなが
らこれを詳細に説明する。

第１図は本発明の実施例を示し、同図すは平面図、同図
ａは同図すのＸｌ−Ｘ２線に沿う断面図である。

これらの図で１はシリコン半導体基板であり、２はこの
基板に形成されたチャンネルストップである。

チャンネルストップ２は直線状に平行に延びる部分２１
，２２と、該部分から直角に交互に突出す部分２３，２
４を備え、これらにより点線で示す如き蛇行状のチャン
ネルＣＨを形成する。

このチャンネルの電荷通路は基板に対して反対の導電型
の不純物を導入することによシ埋込み型チャンネルとさ
れ、そして網線を付して示すチャンネル中心線附近ＣＨ
１は不純物濃度を高めて障壁部とされ、その両側部ＣＨ
２は電荷蓄積部とされる。

またチャンネルＣＨの一側、本例ではチャンネルストッ
プ２２側（ＣＨ３）には光電変換部が並設され、この部
分は表面チャンネルとされそし七電荷転送用の埋込チャ
ンネル部とは障壁部ＣＨ４によシ隔離される。

光電変換部ＣＨ３を表面チャンネル型式にしたことによ
り青色に対する感度がよくなる。

３は電荷転送電極、４はフォトゲート電極であり、この
電極４の一部は電荷転送に寄与する。

換言すれば転送電極を兼ねる。即ち２次元センサとする
場合は上述の構造のチャンネルストップおよびチャンネ
ルを図示の如く順次隣接して多数配置し、従ってライン
Ｌ１に隣接するラインＬ２の光電変換部ＣＨ３ａはライ
ンＬ１の電荷転送部に隣接するので、フォトゲート電極
４はラインＬ１の電荷転送チャンネルの半分とラインＬ
２の光電変換部ＣＨ３ａに跨るように設けられる。

ラインＬ１側のフォトゲート電極４についても同様であ
る。

転送電極３は転送チャンネル全体を覆うように、従って
フォトゲート電極４が張り出している部分では第１図ａ
に示すように該電極の上に絶縁膜５を介して形成される
。

電極３は転送チャンネルの半分を覆えばよいが、図示の
ようにすると転送チャンネル上のフォトゲート電極を遮
光することができる。

次にこの装置の動作を説明する。

転送電極３には第３図φ１で示す如き矩形波に近い台形
波のパルス列を印加し、フォトゲート電極４には第３図
ダ２で示す如き常時一定電圧（本例では１０Ｖ）である
が読出しを行なうときのみ零電位になる波形を印加する
。

この結果これらの電極の下部基板には第１図Ｃに示す如
きポテンシャルＰが生じる。

即ち光電変換部側の電極４の下部には、時点τ２゜τ３
では実線曲線Ｃ１で示す電位分布がまた時点τ１では点
線曲線Ｃ２で示す電位分布が生じ、転送部の電極３の下
部には時点τ３では点線曲線Ｃ３で示す、また時点τ２
では実線曲線Ｃ４で示す、更に時点τ１では点線曲線Ｃ
５で示す電位分布が生じる。

なお障壁部ＣＨ１ではポテンシャルが高いので経路Ｘ１
−Ｘ２とＸ３−Ｘ４では電位分布の形状が異なり、該障
壁部を通る所で部分Ｃ６のように盛上りを見せる。

第２図は電極に印加する電圧Ｖとチャンネルに生じるポ
テンシャルＰとの関係を示し、Ｐｌは電荷転送部の埋込
みチャンネルの蓄積部ｃＨ２の、またＰ２は同障壁部Ｃ
Ｈ１の、Ｐ３は光電変換部の蓄積部ＣＨ３の、更にＰ４
は同障壁部ＣＨ４のポテンシャルを示す。

今時点τ２．τ３のような光電変換および電荷転送モー
ドの状態を考えると、転送チャンネルＣＨの一側つまり
中心線とチャンネルストップ２との間は電位変動がなく
、その他側つまり中心線と障壁部ＣＨ４との間は電位が
Ｃ４とＣ３との間でつまり上記−側の電位を中心にして
その上下に大きく変動する。

従って金第１図Ｑ１電荷があり、その部分のチャンネル
の電位が曲線Ｃ３のローレベル側にあったとすると、次
の時点ではこのレベルは曲線Ｃ４のバイレベル側に変り
、電荷は該曲線Ｃ４のローレベル側つまりチャンネルＣ
Ｈの前記−側へ移動する。

次にチャンネルの他側の電位が曲線Ｃ３のローレベル側
に移ると、電荷は障壁部ＣＨ１があるので元へは戻れず
、１ビット進んだ位置でチャンネルの他側へ移動する。

以下同様の動作を繰り返し、電荷はＱｌ、Ｃ２，Ｑａ・
・・で示すようにチャンネルに沿って蛇行状に移動する
。

時点τ２．τ３のように電極４に一定電圧が加えられて
いると電荷転送チャンネルＣＨと光電変換部との間には
曲線Ｃ１のピーク部で示す障壁があるので透明電極４に
光像が投射されても、生成した電荷は転送チャンネル側
へ移動せず、蓄積部ＣＨ３に蓄積されているだけである
。

しかし時点τ１で示すようにフォトゲート電極４に印加
する電圧を零にすると電荷蓄積部の電位は直線Ｃ２で示
すように上昇し、かつピーク部つまり障壁はなくなる。

これは第２図の曲線Ｐ３．Ｐ４で示したように、電極４
に加える電圧を減少させて行くと蓄積部と障壁部では電
位差がなくなって行くことに依る。

このような状態になると光像投射により生じた電荷は転
送チャンネルＣＨ側へ移動し、前述の転送動作により該
チャンネルを出力側へ転送されていく。

こうして読出しが行なわれる。以上詳細に説明したよう
に本発明では電極は転送電極３と、その両側の透明フォ
トゲート電極４の３本で済み、しかも２次元センサとす
る場合はフォトゲート電極４は隣りのラインのそれと一
体化できるので結局２本で済み、かかる少数の電極で従
来の多数の転送電極、トランスファゲートおよびフォト
ゲート各電極の機能を遂行することができる。

この様に簡素化できるのは、７オトゲートを転送電極の
一方とし、これを直流バイアスして単相駆動を行なった
こと、およびフォトゲートを零バイアスすると障壁がな
く々す、従ってトランスファゲートを省略できるという
現象を利用したことによる。

勿論蛇行状チャンネルを用いるので転送電極が帯状電極
でよいということも、大きく寄与している。

なお以上ではチャンネルの導電型については触れなかっ
たが、勿論これはＰチャンネル、ｎチャンネルのいずれ
でもよい。

またフォトゲート４は光電変換部では透光性または少な
くとも透光窓を有するものである必要があり、一方、転
送電極として利用する場合は透光性は不必要、場合によ
っては有害である。

実施例では不透明転送電極３が転送部のフォトゲート電
極４を覆っているが、これは電極４の遮光すべき部分を
簡単に遮光する手段を提供し、構造を簡単化するのに効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ、ｂ、ｅは本発明の実施例を示す断面図、平面
図、電位曲線図である。 また第２図は電極電圧対その下部の基板電位の関係を示
すグラフ、第３図は動作説明用の電圧波形図である。 図面でＣＨは転送チャンネル、３は帯状転送電極、４は
帯状フォトゲート電極、ＣＨ３は光電変換部、ＣＨ４は
障壁部である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体基板中にチャンネルストップによって画定さ
   れた蛇行状転送チャンネルと、該チャンネルの長手方向
   に沿う線で部分したその一側を覆う帯状転送電極と、そ
   の他側を覆う第１の帯状フォトゲート電極と、該チャン
   ネルの一側に並設された光電変換部と、該光電変換部を
   覆う第２の帯状フォトゲート電極とを備えることを特徴
   とする光電変換装置。 ２ 第１のフォトゲート電極が、隣接配置された光電変
   換装置の第２のフォトゲートと一体に構成されたことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光電変換装置。 ３ 転送電極が不透光物質から成シ、かつ第１のフォト
   ゲート電極と部分的に重なり合っていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項または第２項記載の光電変換装
   置。 ４ 転送チャンネルが埋込チャンネルであり、光電変換
   部が表面チャンネルであり、両チャンネル間に障壁部が
   設けられたことを特徴とする特許請求の範囲第１項〜第
   ３項のいずれかに記載の光電変換装置。