JPS58197768A - 電荷転送デバイスに於けるバツクグラウンド削除方法及び装置、及び該装置に使用される電荷結合デバイス並びに赤外線イメ−ジセンサシステム - Google Patents
電荷転送デバイスに於けるバツクグラウンド削除方法及び装置、及び該装置に使用される電荷結合デバイス並びに赤外線イメ−ジセンサシステムInfo
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- JPS58197768A JPS58197768A JP58070867A JP7086783A JPS58197768A JP S58197768 A JPS58197768 A JP S58197768A JP 58070867 A JP58070867 A JP 58070867A JP 7086783 A JP7086783 A JP 7086783A JP S58197768 A JPS58197768 A JP S58197768A
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- H10D44/45—Charge-coupled devices [CCD] having field effect produced by insulated gate electrodes
- H10D44/452—Input structures
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- 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
- H10F39/15—Charge-coupled device [CCD] image sensors
- H10F39/153—Two-dimensional or three-dimensional array CCD image sensors
-
- 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
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- H10F39/12—Image sensors
- H10F39/15—Charge-coupled device [CCD] image sensors
- H10F39/157—CCD or CID infrared image sensors
- H10F39/1575—CCD or CID infrared image sensors of the hybrid type
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/20—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof for transforming only infrared radiation into image signals
Landscapes
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
- Filters That Use Time-Delay Elements (AREA)
- Networks Using Active Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発@社電荷転送デバイス(CTD)、特に赤外線電荷
結合デバイス(IR−CCD)−赤外イメージセンサ構
造中に組込まれた電荷結合デバイス(CCD)−1及び
他のCOD並びにパケット・プリゲートデバイス(BB
D)K於ける/セックグラウンド削除に係る。
結合デバイス(IR−CCD)−赤外イメージセンサ構
造中に組込まれた電荷結合デバイス(CCD)−1及び
他のCOD並びにパケット・プリゲートデバイス(BB
D)K於ける/セックグラウンド削除に係る。
典型的な赤外線イメージ七ン−9jは、例えは赤外線感
知フォトダイオードから成るデテクタ素子アレーを含み
、該素子は行列状に配置される。
知フォトダイオードから成るデテクタ素子アレーを含み
、該素子は行列状に配置される。
各行の素子は、多1人力CCDレジスター人力レジスタ
を介して読出され、各入力レジスタは、別の多電人力C
CDレジスター出力レジスタを介して読出される。各入
力レジスタは2棟−の機能【満足する。第1に、咳入力
レジスタは素子からの信号のジ−ケンシャをな続出し【
1lIJ能にする。第2に、代表標本電荷は各サンプリ
ング時間中にCODの入力蓄積井戸(ストア〕内に蓄積
場れ−その結果ノイズが低)し、信号がノイズに対して
改良1れ−また理−的には該サンプリング時間はできる
だけ長時間とされるので、該入力レジスタは各信号の時
間積分音可能にする。しかし乍らli!際には、サンプ
リング時間−積分時間−は、CCD井戸蓄積容量及び処
理される最大信号電處に19@定される。好ましくは、
シリコンセンナ上の8〜14μmのバンド感知CMTO
場合、検分時間は非常に短く、数lOマイクロ秒のオー
ダの範囲に限定される。撮像された一面の蛾高温部分か
解像されなくてはならない場合、アレー中の全素子は上
記時間内に続出されなくてはならない。
を介して読出され、各入力レジスタは、別の多電人力C
CDレジスター出力レジスタを介して読出される。各入
力レジスタは2棟−の機能【満足する。第1に、咳入力
レジスタは素子からの信号のジ−ケンシャをな続出し【
1lIJ能にする。第2に、代表標本電荷は各サンプリ
ング時間中にCODの入力蓄積井戸(ストア〕内に蓄積
場れ−その結果ノイズが低)し、信号がノイズに対して
改良1れ−また理−的には該サンプリング時間はできる
だけ長時間とされるので、該入力レジスタは各信号の時
間積分音可能にする。しかし乍らli!際には、サンプ
リング時間−積分時間−は、CCD井戸蓄積容量及び処
理される最大信号電處に19@定される。好ましくは、
シリコンセンナ上の8〜14μmのバンド感知CMTO
場合、検分時間は非常に短く、数lOマイクロ秒のオー
ダの範囲に限定される。撮像された一面の蛾高温部分か
解像されなくてはならない場合、アレー中の全素子は上
記時間内に続出されなくてはならない。
値って、アレーの寸法が最も小さい場合、例えば32X
32嵩子の場合、田カレジスタam速度は大きい。32
X32素子アレー及びサンプリング時間50μsの場合
、出力に於ける続出速度は素子(画素)蟲たj)50n
s−即ち鵬波数20MH1が必要とされよう。該速度は
CODにとって非常に高速でth)、従って使用される
CCD 12)設計に厳密な費件がl11れる。
32嵩子の場合、田カレジスタam速度は大きい。32
X32素子アレー及びサンプリング時間50μsの場合
、出力に於ける続出速度は素子(画素)蟲たj)50n
s−即ち鵬波数20MH1が必要とされよう。該速度は
CODにとって非常に高速でth)、従って使用される
CCD 12)設計に厳密な費件がl11れる。
フォトダイオード信号は同時にまた信号のすンゾリンダ
中に蓄積される代表電荷で4あり、2!素、即ちIii
向周四周囲温度存する比較的大きなノ々ツクグラウンド
豐嵩と、1iIiIiと周囲との温良差に依存する非常
に小さい賛嵩とから構成されるものと見做され得る。−
面のコントラスト情報10送するのは後者の小豐嵩のみ
である。バックグラウンド削Wk紘、パックグラウンド
要素を除去するため、あるいは少なくとも実質的に減少
させるために使用される。
中に蓄積される代表電荷で4あり、2!素、即ちIii
向周四周囲温度存する比較的大きなノ々ツクグラウンド
豐嵩と、1iIiIiと周囲との温良差に依存する非常
に小さい賛嵩とから構成されるものと見做され得る。−
面のコントラスト情報10送するのは後者の小豐嵩のみ
である。バックグラウンド削Wk紘、パックグラウンド
要素を除去するため、あるいは少なくとも実質的に減少
させるために使用される。
所謂「電荷スキミング」法なるパックグラウンド削除方
法は、Frazer &A15xander at a
1着″An Extrinsic 5ilicon C
harge ConpledDevice for D
etecting Infra−r@d Radiat
ton(赤外線検出用外因性シリコン電荷結合デバイス
)″。
法は、Frazer &A15xander at a
1着″An Extrinsic 5ilicon C
harge ConpledDevice for D
etecting Infra−r@d Radiat
ton(赤外線検出用外因性シリコン電荷結合デバイス
)″。
IEDM+ Washington DC+ T@ch
、 Digest 44−1−5(1974)中に記
載されている。該方法に従うならば、電荷は第1番目の
入力井戸中に8棟され、畝井戸は飽和しオーバー7g−
となるので過剰11荷は縞1智@O入力井戸にすぐfi
lK接する第2番目の井戸中に蓄積される。鉄過剰t#
は次にCCDの転送チャネルに浜ってクロックされ、読
出される。
、 Digest 44−1−5(1974)中に記
載されている。該方法に従うならば、電荷は第1番目の
入力井戸中に8棟され、畝井戸は飽和しオーバー7g−
となるので過剰11荷は縞1智@O入力井戸にすぐfi
lK接する第2番目の井戸中に蓄積される。鉄過剰t#
は次にCCDの転送チャネルに浜ってクロックされ、読
出される。
該方法の変形例によれば、多少長いサンプリング時間に
於いて籐11目の井戸壷よ崗勘的に空にされる。
於いて籐11目の井戸壷よ崗勘的に空にされる。
しかし乍ら上記方法はデバイス不均一性の間亀【構成し
ているにすぎない。共通の制御電圧が数個のデバイス入
力の制御ゲートの各々に印加され倚るにも拘らず、生じ
る有効な井戸ポテンシャルは材料のノ(ラメータに非常
に敏感でおる。入力井戸ポテンシャルが一定となるよう
に該パラメータ會十分にコントロールすることは、不1
J能ではないとしても、内麺である。従って、1個の入
力から差引かれる′#t′liiは別の入力で差引かれ
る電荷と相違し、その結果、生成される出力信号は固定
の/@ターンノイズを含むであろう。
ているにすぎない。共通の制御電圧が数個のデバイス入
力の制御ゲートの各々に印加され倚るにも拘らず、生じ
る有効な井戸ポテンシャルは材料のノ(ラメータに非常
に敏感でおる。入力井戸ポテンシャルが一定となるよう
に該パラメータ會十分にコントロールすることは、不1
J能ではないとしても、内麺である。従って、1個の入
力から差引かれる′#t′liiは別の入力で差引かれ
る電荷と相違し、その結果、生成される出力信号は固定
の/@ターンノイズを含むであろう。
発明の背景として、壕九、Brugl@r A Jas
pers著の論文”Charg@Pumping in
Mo8 Devices(MOSデノ々イスにおける
チャージ・ポンピング)″。
pers著の論文”Charg@Pumping in
Mo8 Devices(MOSデノ々イスにおける
チャージ・ポンピング)″。
IKEE Trans、 Electron [)ev
icem、 ED−16No。
icem、 ED−16No。
3 pages 297−302 (Maroh 19
69)が参照されよう。咳論文中、著書はチャージ・ポ
ンピングを確認、分析し、蚊チャージ・ポンピングは、
フォトトランジスタまたはダイオードの電葡蓄績モード
動作の感度【限定するための効果と見做さ扛る。
69)が参照されよう。咳論文中、著書はチャージ・ポ
ンピングを確認、分析し、蚊チャージ・ポンピングは、
フォトトランジスタまたはダイオードの電葡蓄績モード
動作の感度【限定するための効果と見做さ扛る。
同様に、IEEE J、 5olid 5tate (
::1rcuit8(7リツドステ一ト型回路)、 M
o1.5C−2pages 65−73(5ept、
1967 ) f@照されえい。
::1rcuit8(7リツドステ一ト型回路)、 M
o1.5C−2pages 65−73(5ept、
1967 ) f@照されえい。
本発明に従うならば、電荷転送デバイスに於けるパック
グラウンドのm除方法か提供され、該方法に於いて、信
号電荷は積分時間中に第111目のストア内に蓄積され
、その後デフ9イス田力に転送され、傷号亀荷藝分は積
分時間中に周期的に除去畜れるものであり、鉄方法は、
デバイスソース領埴及び/又は第1番目のストアと補助
ストアとの閣で電荷の連続的交換が行われることt%黴
とし、電荷の増分は、交換されえ電荷の各全行程用のデ
バイス基板電流として除去され、多数の電荷増分は各積
分周期中に除去される。
グラウンドのm除方法か提供され、該方法に於いて、信
号電荷は積分時間中に第111目のストア内に蓄積され
、その後デフ9イス田力に転送され、傷号亀荷藝分は積
分時間中に周期的に除去畜れるものであり、鉄方法は、
デバイスソース領埴及び/又は第1番目のストアと補助
ストアとの閣で電荷の連続的交換が行われることt%黴
とし、電荷の増分は、交換されえ電荷の各全行程用のデ
バイス基板電流として除去され、多数の電荷増分は各積
分周期中に除去される。
従って、各積分周期中に差引かれる総電荷量は、4!r
′#IL荷増分の大島さ、及び各周期に除去される電荷
の増分の数により決定される。増分の数は各周期に於い
て正確に決定することが可能であり、増分の大きさはデ
バイスのパラメーター例えばゲート電極の寸法、内li
1表向状態密曳−に依存するが、これらのパラメータは
デバイスの延長ゾーンにわ九9適蟲な許容範囲内で均一
に維持され得る。従って、適幽な精度で電荷【除去する
ことが可能であり、その結果、一定の、eターンノイズ
に対する寄与を著しく減少させることができ、他方1i
[#削除の機能は維持される。更に、電荷は積分期間中
にほぼ連続的に差引かれるので、電荷はよp緩慢に蓄積
し、よ〕長い時間が積分に許容される。この結果、ノイ
ズ特に低周波数ノイズ要素のよp有効な低下が得られる
。を九、本方法が上述のような赤外イメージセンtK適
用される場合、出力レジスタは比軟的低速度で作動され
得、従ってCCL)設計上の選択はさほど厳密でなくな
る。
′#IL荷増分の大島さ、及び各周期に除去される電荷
の増分の数により決定される。増分の数は各周期に於い
て正確に決定することが可能であり、増分の大きさはデ
バイスのパラメーター例えばゲート電極の寸法、内li
1表向状態密曳−に依存するが、これらのパラメータは
デバイスの延長ゾーンにわ九9適蟲な許容範囲内で均一
に維持され得る。従って、適幽な精度で電荷【除去する
ことが可能であり、その結果、一定の、eターンノイズ
に対する寄与を著しく減少させることができ、他方1i
[#削除の機能は維持される。更に、電荷は積分期間中
にほぼ連続的に差引かれるので、電荷はよp緩慢に蓄積
し、よ〕長い時間が積分に許容される。この結果、ノイ
ズ特に低周波数ノイズ要素のよp有効な低下が得られる
。を九、本方法が上述のような赤外イメージセンtK適
用される場合、出力レジスタは比軟的低速度で作動され
得、従ってCCL)設計上の選択はさほど厳密でなくな
る。
更に1本発明に従うならば上記記載の方法を実施するた
めの装置が提供され、該装置は、ソース、ドレイン、ソ
ースとドレインとの間に配置される値数のストア、及び
ストアからストアへの電荷転送【制御する友めの転送ゲ
ートを含む電荷転送デノqイス、 ソースの最近傍の第1番目のストア内に蓄積されえ電荷
が、積分周期KkJtいて第1査目のストアから鯖2番
目のストアへ周期的に放出されるように、該放出をコン
トロールするための制御回路、及び デバイスの転送ゲートに接続されておシ、電荷をストア
からストア及びドレインへ転送すべく販メートに位相信
号を加えるための位相クロック、1組合わせて含み、鋏
装置は更K、 ソース及び/又は第111目のストアに隣接する補助ス
トア及び?−)、及び 補助2−トに接続されておル、時間可変電圧ゲート儒号
會加え、ソース、第11目のストア、または両者と補助
ストアとの関に連続的な′IJ1#交換を行い、各積分
周期に何度も電荷を交換するための制御ジェネレータ 上書むことを特徴とする。
めの装置が提供され、該装置は、ソース、ドレイン、ソ
ースとドレインとの間に配置される値数のストア、及び
ストアからストアへの電荷転送【制御する友めの転送ゲ
ートを含む電荷転送デノqイス、 ソースの最近傍の第1番目のストア内に蓄積されえ電荷
が、積分周期KkJtいて第1査目のストアから鯖2番
目のストアへ周期的に放出されるように、該放出をコン
トロールするための制御回路、及び デバイスの転送ゲートに接続されておシ、電荷をストア
からストア及びドレインへ転送すべく販メートに位相信
号を加えるための位相クロック、1組合わせて含み、鋏
装置は更K、 ソース及び/又は第111目のストアに隣接する補助ス
トア及び?−)、及び 補助2−トに接続されておル、時間可変電圧ゲート儒号
會加え、ソース、第11目のストア、または両者と補助
ストアとの関に連続的な′IJ1#交換を行い、各積分
周期に何度も電荷を交換するための制御ジェネレータ 上書むことを特徴とする。
該装置は赤外1メージセンサシステムであり得、該シス
テムに於いて電荷転送デバイスは多数個の1.1・゛ 入力を有し、各入力のソース及び/又は#11100ス
トア社、対応する補助ゲート反びストアと協働する。該
システム紘アレー状に配置され九多数個の赤外線検出素
子を含み、各素子は対応する各デバイスソース會制御し
、共通の信号ジェネレータが補助ゲートの各々に接続さ
れる。
テムに於いて電荷転送デバイスは多数個の1.1・゛ 入力を有し、各入力のソース及び/又は#11100ス
トア社、対応する補助ゲート反びストアと協働する。該
システム紘アレー状に配置され九多数個の赤外線検出素
子を含み、各素子は対応する各デバイスソース會制御し
、共通の信号ジェネレータが補助ゲートの各々に接続さ
れる。
信号ジェネレータは、連続W(例、正弦波、方形波、三
角波)または、eネル型の周期的電圧信号を供給するこ
とが望ましい。好ましくはジェネレータは、ダート信号
J1d波数、基本周波数または、eルス連続周波数を調
整できるように、−節可能である。該調節は手動で行わ
れ得、使用省ti異なる1Iii面パックグラウンドレ
ベルに対する応it最過化すべく、或いは対象となるハ
イレベルの画像を強調すべく、一定の削除闇値を設定す
ることができる。皺調節は自動化され得る。ジェネレー
タは信号出力回路に応答するように接続され、適用−」
能な闇値を与えるように使用され得る。
角波)または、eネル型の周期的電圧信号を供給するこ
とが望ましい。好ましくはジェネレータは、ダート信号
J1d波数、基本周波数または、eルス連続周波数を調
整できるように、−節可能である。該調節は手動で行わ
れ得、使用省ti異なる1Iii面パックグラウンドレ
ベルに対する応it最過化すべく、或いは対象となるハ
イレベルの画像を強調すべく、一定の削除闇値を設定す
ることができる。皺調節は自動化され得る。ジェネレー
タは信号出力回路に応答するように接続され、適用−」
能な闇値を与えるように使用され得る。
更に本発明に従うならば、上記記載の4ktIItに於
いて電荷転送デバイスとして使用される電荷結合デノ々
イスが提供され、咳デバイスは、デバイスノース及びド
レイン【形成するドープされ九領域會含む半導体基板、 基板表面Km布される絶縁材層、 ソース及びドレイン間を伸延する基板の電荷転送チャネ
AVt形成する手段、 絶縁層の上側でデバイスに溢って配置され、それぞれテ
ヤネhf横切って伸び、籐1番目はソースにすぐlI接
して配置される複数の転送電極、會含み、該デバイスは
史に、 同様にソースにすぐ隣接して配置される補助デート電極 を含むこと′に%黴とする。
いて電荷転送デバイスとして使用される電荷結合デノ々
イスが提供され、咳デバイスは、デバイスノース及びド
レイン【形成するドープされ九領域會含む半導体基板、 基板表面Km布される絶縁材層、 ソース及びドレイン間を伸延する基板の電荷転送チャネ
AVt形成する手段、 絶縁層の上側でデバイスに溢って配置され、それぞれテ
ヤネhf横切って伸び、籐1番目はソースにすぐlI接
して配置される複数の転送電極、會含み、該デバイスは
史に、 同様にソースにすぐ隣接して配置される補助デート電極 を含むこと′に%黴とする。
好ましくは、r−)電極と第1誉目の転送電極とは、相
互にノースを包囲するように形成される。
互にノースを包囲するように形成される。
転送チャネルは表向チャネル(5CCUの場合)、まえ
は堀設チャネル(BCCDの場合)でありlIる。
は堀設チャネル(BCCDの場合)でありlIる。
本発明は、添付#A11Iiに示された具体例【参考に
例示としてのみ以下に記載される。
例示としてのみ以下に記載される。
大部分に於いて既存製の型式の赤外ll11撮健亀萄結
合デバイスが、第1図に略示される。該デバイスは、半
導体材料からなる基板1を含み、該基板O領域8はデバ
イスのソースSを形成すべく注入壕九は拡散によタドー
プされる。#デバイスO他端に於いて、他の領域が同様
にしてデバイスのドレインDを形成すべくドープされる
。ソースに対して接点S8、ドレインに対して接点DD
の金属接点が形成される。基fjlのベースは金属層5
會被覆され、デバイスの接地点Eが形成される。基板1
の上側表向は絶縁材料層7によシ被後aれ、1組の転送
電極と基板140半導体材料との間に絶縁が施される。
合デバイスが、第1図に略示される。該デバイスは、半
導体材料からなる基板1を含み、該基板O領域8はデバ
イスのソースSを形成すべく注入壕九は拡散によタドー
プされる。#デバイスO他端に於いて、他の領域が同様
にしてデバイスのドレインDを形成すべくドープされる
。ソースに対して接点S8、ドレインに対して接点DD
の金属接点が形成される。基fjlのベースは金属層5
會被覆され、デバイスの接地点Eが形成される。基板1
の上側表向は絶縁材料層7によシ被後aれ、1組の転送
電極と基板140半導体材料との間に絶縁が施される。
該1組の転送電極は、ソースSにすぐ隣接する第1番目
の電極(入力ゲート6□)と、該電極Kvk続する蓄積
制御M+2−トGBと、転送−J11ゲートGTと、ゲ
ート≠1+−φ3.φ3.−4の4−ずつ1組に配列さ
れ九複数個の位相デー)(1mltZJみ図示)とt會
む。位相ゲートφ1.−3.φ3及びφ4O各々は4相
制鉤タロツク(1示せず)の異なる位相ラインに接続さ
れる。該1+1lc1転送電極はデノ櫂イスソースSと
ドレインDとの間の9関に位置し、絶縁境界−ドーピン
グ剤を多量に含む材@壜た紘厚い酸化物Bの境界−上置
して基板l中に形成され九転送チャネルを横切って伸び
ている。
の電極(入力ゲート6□)と、該電極Kvk続する蓄積
制御M+2−トGBと、転送−J11ゲートGTと、ゲ
ート≠1+−φ3.φ3.−4の4−ずつ1組に配列さ
れ九複数個の位相デー)(1mltZJみ図示)とt會
む。位相ゲートφ1.−3.φ3及びφ4O各々は4相
制鉤タロツク(1示せず)の異なる位相ラインに接続さ
れる。該1+1lc1転送電極はデノ櫂イスソースSと
ドレインDとの間の9関に位置し、絶縁境界−ドーピン
グ剤を多量に含む材@壜た紘厚い酸化物Bの境界−上置
して基板l中に形成され九転送チャネルを横切って伸び
ている。
センサ素子である赤外線感光デテクターフォトダイオー
ドP−は、デバイスの入力接点88Km続される。電荷
はソースS内に注入され、デバイスの第1I目のストア
内卸ち蓄積デー)G、O下7+領域に蓄&される。電荷
は、位相クロックと転送P−)GTに縁続され九制−回
路(図示せず)とのIIIII−下で、前記位置から位
相ゲートφl、φ2.φ1及びφ4の下方のストアに転
送される。
ドP−は、デバイスの入力接点88Km続される。電荷
はソースS内に注入され、デバイスの第1I目のストア
内卸ち蓄積デー)G、O下7+領域に蓄&される。電荷
は、位相クロックと転送P−)GTに縁続され九制−回
路(図示せず)とのIIIII−下で、前記位置から位
相ゲートφl、φ2.φ1及びφ4の下方のストアに転
送される。
上記記載の既存構造に加え、デバイスは補助デー)G、
を會む。鎖補助デートは、結1喬目の電極、入カデー)
G、に対して反対側のソース側に配置される。或いは
鋏禎助ゲートは、ソースSの一方O@、または$111
1目の電&G、に湿って配置され得、好ましくはソース
後点SSO残9の爛辺St−包囲するように形成される
。
を會む。鎖補助デートは、結1喬目の電極、入カデー)
G、に対して反対側のソース側に配置される。或いは
鋏禎助ゲートは、ソースSの一方O@、または$111
1目の電&G、に湿って配置され得、好ましくはソース
後点SSO残9の爛辺St−包囲するように形成される
。
ダイオードPは、−次元を九は二次元のアレー状に配置
された多数のダイオードの1個であり、従ってデバイス
は複合構造であり得る。二次元アレーの具体例が第5図
に略示される。該構造に於いて、デバイスは多数のロー
ド入力9會有する。各ロード人力9の構造は、111図
に示されたデバイスの入力部分に対応し、デバイスの補
助ゲートGA及びソースSから転送デー)G−で(該ゲ
ートも會むンに反ぶ領域である。各入力の備考電荷は、
入力レジスタ11の対応する蓄積値1i19内に転送さ
れ、*Vこ平竹な人力レジスタ群11から出力レジスタ
13内に転送され、電荷は該出力レジスタからデバイス
ドレインDに転送され、逐次出力信号t−発生する1、
動作中、電#創除は、時間司貧亀圧制−(8号、例えば
各サイクルで/1イレベルとローレベにト<1)関を変
化する周期個号會各補助ゲートGAに加えることにより
行われる。
された多数のダイオードの1個であり、従ってデバイス
は複合構造であり得る。二次元アレーの具体例が第5図
に略示される。該構造に於いて、デバイスは多数のロー
ド入力9會有する。各ロード人力9の構造は、111図
に示されたデバイスの入力部分に対応し、デバイスの補
助ゲートGA及びソースSから転送デー)G−で(該ゲ
ートも會むンに反ぶ領域である。各入力の備考電荷は、
入力レジスタ11の対応する蓄積値1i19内に転送さ
れ、*Vこ平竹な人力レジスタ群11から出力レジスタ
13内に転送され、電荷は該出力レジスタからデバイス
ドレインDに転送され、逐次出力信号t−発生する1、
動作中、電#創除は、時間司貧亀圧制−(8号、例えば
各サイクルで/1イレベルとローレベにト<1)関を変
化する周期個号會各補助ゲートGAに加えることにより
行われる。
動作の原塩は以下の通りである。
補助ゲートGAのデート電圧がHiになると、電荷は、
ソース8及び転送電極08下方の第1番目のストアから
、補助r−)GA下方領域の補助ストア内、即ち反転層
内に吸引される、次に、時間可変信号サイクルの残り0
部分で該ゲート電圧はLOになるので、電荷はソースS
及び第1番目のストアへ戻る。しかし乍ら、電荷の−S
紬ち電荷の増分ΔQは再結合し、基板IiL流−即ち入
力ダイオードPと基&Eとの間を流れる電流−とじて現
われる。この差引かれた増分は、2m@の要素、即ち表
面状塾を通る再結合に対応するlN!累と、ノ櫂ルク内
の再結合に対応する部分とを含む。
ソース8及び転送電極08下方の第1番目のストアから
、補助r−)GA下方領域の補助ストア内、即ち反転層
内に吸引される、次に、時間可変信号サイクルの残り0
部分で該ゲート電圧はLOになるので、電荷はソースS
及び第1番目のストアへ戻る。しかし乍ら、電荷の−S
紬ち電荷の増分ΔQは再結合し、基板IiL流−即ち入
力ダイオードPと基&Eとの間を流れる電流−とじて現
われる。この差引かれた増分は、2m@の要素、即ち表
面状塾を通る再結合に対応するlN!累と、ノ櫂ルク内
の再結合に対応する部分とを含む。
電荷は常にソース8、第1番目のストア及び補助ストア
の間で交換され、差引かれ友増分△Qは下式で与えられ
る。
の間で交換され、差引かれ友増分△Qは下式で与えられ
る。
△Q=(aQP+qN8T)AG
式中、
ΔQ−ゲデーサイクル当たりの最終的にトラップされ九
t#(C)、 α=バルク内で丹結合する補助デート下刃の自由キャリ
ア部分、 Q、=反転層に於ける自山亀衛缶i(G/−へq−電M
(C)、 Ns’r−チャージ・ボンピング効果に寄与する内部−
表面一状一 合計@度(11)、及びム0−補助デート
rjEU槓 である。
t#(C)、 α=バルク内で丹結合する補助デート下刃の自由キャリ
ア部分、 Q、=反転層に於ける自山亀衛缶i(G/−へq−電M
(C)、 Ns’r−チャージ・ボンピング効果に寄与する内部−
表面一状一 合計@度(11)、及びム0−補助デート
rjEU槓 である。
補助ゲート信号の各サイクルで増分が除去されるので、
生成される基板電流輸は上式で与えられる。
生成される基板電流輸は上式で与えられる。
■B−△Q−f。
一ムG”fG(−αC’O(V、−VT)+QN、1.
)式中、 fG−補助デート電圧信号08波数、基本周波数または
ノ9ルス連続周波畝、 Co一単位面積当たJ[化物容−(F/cd)、vG=
補助デート電圧(V)、及び ■T=闇値電圧(V) である。
)式中、 fG−補助デート電圧信号08波数、基本周波数または
ノ9ルス連続周波畝、 Co一単位面積当たJ[化物容−(F/cd)、vG=
補助デート電圧(V)、及び ■T=闇値電圧(V) である。
従って、積分周期τ中に除去される総1[、#QTは、
単に QT−!B””G”τ のみである。
単に QT−!B””G”τ のみである。
こうして補助ゲートGAの電圧を)(ルス化し変幽する
ことにより、蓄積ゲートG8のt方に蓄積される充電流
電荷の一部は補助ゲートの下方を流れ、汲み出される。
ことにより、蓄積ゲートG8のt方に蓄積される充電流
電荷の一部は補助ゲートの下方を流れ、汲み出される。
従って、一定量の電荷が放出及び排出され得る。このよ
うにしてパックグラウンド電荷は所望の信号iIL荷を
残して差引かれ得る。この時第11に目のストアに流入
する111葡はより緩慢に蓄積するので、積分時間は増
加され得、従ってアレーの感度は向上する。汲出される
maoitはゲート信号周波数に比例するので、パック
グラウンドへ1除の量は周波数と同郷の精度で正確tこ
コントロールサレ得る。画面)層ツクグラウンド力・叢
イしする場合、パックグラウンド細隙は、補助ゲート信
号周波数をI414IIllすることにより変化され侍
る。
うにしてパックグラウンド電荷は所望の信号iIL荷を
残して差引かれ得る。この時第11に目のストアに流入
する111葡はより緩慢に蓄積するので、積分時間は増
加され得、従ってアレーの感度は向上する。汲出される
maoitはゲート信号周波数に比例するので、パック
グラウンドへ1除の量は周波数と同郷の精度で正確tこ
コントロールサレ得る。画面)層ツクグラウンド力・叢
イしする場合、パックグラウンド細隙は、補助ゲート信
号周波数をI414IIllすることにより変化され侍
る。
例えば網間温度が300〜320°にの範囲を震イヒす
る場合、ゲート信号の周波数は増加され侍、l々ラック
ラウンド電荷は更に差引かれる。
る場合、ゲート信号の周波数は増加され侍、l々ラック
ラウンド電荷は更に差引かれる。
別のCOD構造が第2,3及び4図に示さtする。
該構造に於いて、補助ストアは補助ゲ トGAの下方に
配置され、ソース8から絶縁さtしる。、図ボされるよ
うに、補助ゲートGAは入力電極S及び人力ゲートG0
に隣接して配置され、鶴人力wi極及び入力ゲートは短
縮されている。
配置され、ソース8から絶縁さtしる。、図ボされるよ
うに、補助ゲートGAは入力電極S及び人力ゲートG0
に隣接して配置され、鶴人力wi極及び入力ゲートは短
縮されている。
ソースSと補助ストアとは絶縁環&15を介1.−c絶
縁され、該障壁は転送チャネル19を形成するために使
用される過剰ドープ境界17の延長である。補助ゲート
への他端は#i棟ゲデーa8vm分にすぐ隣接している
。時間可変制御信号か袖aデー ) GAに加えられる
と、1i[荷は、第14目のストア即ち蓄積ゲートG8
の下方領域と補助ストアRIIち補助ゲートGAの下方
領域との間で交換される。
縁され、該障壁は転送チャネル19を形成するために使
用される過剰ドープ境界17の延長である。補助ゲート
への他端は#i棟ゲデーa8vm分にすぐ隣接している
。時間可変制御信号か袖aデー ) GAに加えられる
と、1i[荷は、第14目のストア即ち蓄積ゲートG8
の下方領域と補助ストアRIIち補助ゲートGAの下方
領域との間で交換される。
好ましい例として、基板1は(100)カットのp蓋シ
リコン単結晶で69得、材料の抵抗lO〜20ΩcM1
: ソース拡散及びドレイン拡散深さ約1.8μm及び
鳩抵抗約1509/ sq :絶縁材料シリコン線化物
の厚さ1200Xである。好ましい電極の寸法を下記に
示す。
リコン単結晶で69得、材料の抵抗lO〜20ΩcM1
: ソース拡散及びドレイン拡散深さ約1.8μm及び
鳩抵抗約1509/ sq :絶縁材料シリコン線化物
の厚さ1200Xである。好ましい電極の寸法を下記に
示す。
補助ストアデートG :長さ80μmx幅25μmム
入力制御ゲートG1:長さ20μyr X @4200
μm。
μm。
及び
第6図の回路図は、大規模集積MO8構造として/櫂ケ
ット・プリゲート・デノ々イス(B11D )を示す。
ット・プリゲート・デノ々イス(B11D )を示す。
既存の構造のBBD−例えばPh1lips T@ch
R@vi@w 31. pages 97−110
(1970)参照のこと−に於けると同様に、該BBD
は入力MO8FET210ソースSと端末、即ち出力M
O8FET 23のドレインDとの関に配置される一連
の靜電番蓋電荷ストアCを含む。ストアからストア及び
出力0/Pへの標本電荷の転送はMOSFET )ラン
ジスタスイツチ25により制御され、該スイッチFiも
各ストアコンデンサC間に接続される。各トランジスタ
スイッチ25のドレイ/接点D’ti−mするスイッチ
25のソース接点B′に接続され、各ストアコンデンサ
Cはドレイン接点D′と対応するトランジスタスイッチ
250制御ゲートG′とを連接する。他のトランジスタ
ダートG′は2個の位相@p1またはP2の各々に接続
され、該位相ラインは続いて2@制−クロック27に接
続される、しかし乍ら入力MO8FET 21は電if
IM除を行うべく修正及び制御される。該MO8FET
のソース接点Sとドレイン接点D′とは、信号電流を供
給するフォトダイオードPK同時に接続されこれと協動
する。該電流はサンプリングされ、電荷はν1番目のス
トア即ち蝦近傍のMO8FET25のストアC内に蓄積
される。しかし乍ら、該電荷が蓄積すると、入力トラン
ジスタ21の制御デートGに印加される電圧は補助ジェ
ネレータ29の制御下に変化する。入力トランジスタ2
1のソースSとドレインD′から流出し更に隣接するト
ランジスタ25のソースS′とFレインD′及び第1番
目のストアCを経た電荷は、こうして、補助デート電圧
の変化に従って、補助ストアー即ち入力トランジスタ2
1の制御デー)Gの下方領域−へまたは該領域から転送
される、この結釆、上述と同様にしてチャージ・ポンピ
ング作用及び多数の電荷増分の除去が行われる、
R@vi@w 31. pages 97−110
(1970)参照のこと−に於けると同様に、該BBD
は入力MO8FET210ソースSと端末、即ち出力M
O8FET 23のドレインDとの関に配置される一連
の靜電番蓋電荷ストアCを含む。ストアからストア及び
出力0/Pへの標本電荷の転送はMOSFET )ラン
ジスタスイツチ25により制御され、該スイッチFiも
各ストアコンデンサC間に接続される。各トランジスタ
スイッチ25のドレイ/接点D’ti−mするスイッチ
25のソース接点B′に接続され、各ストアコンデンサ
Cはドレイン接点D′と対応するトランジスタスイッチ
250制御ゲートG′とを連接する。他のトランジスタ
ダートG′は2個の位相@p1またはP2の各々に接続
され、該位相ラインは続いて2@制−クロック27に接
続される、しかし乍ら入力MO8FET 21は電if
IM除を行うべく修正及び制御される。該MO8FET
のソース接点Sとドレイン接点D′とは、信号電流を供
給するフォトダイオードPK同時に接続されこれと協動
する。該電流はサンプリングされ、電荷はν1番目のス
トア即ち蝦近傍のMO8FET25のストアC内に蓄積
される。しかし乍ら、該電荷が蓄積すると、入力トラン
ジスタ21の制御デートGに印加される電圧は補助ジェ
ネレータ29の制御下に変化する。入力トランジスタ2
1のソースSとドレインD′から流出し更に隣接するト
ランジスタ25のソースS′とFレインD′及び第1番
目のストアCを経た電荷は、こうして、補助デート電圧
の変化に従って、補助ストアー即ち入力トランジスタ2
1の制御デー)Gの下方領域−へまたは該領域から転送
される、この結釆、上述と同様にしてチャージ・ポンピ
ング作用及び多数の電荷増分の除去が行われる、
!!1図は、電荷削除を促進するように修正され九電荷
結合デ/々イスの略断函図、第2図は、同様に電荷削除
を促進するように修正された別の電荷結合デバイスの入
力構造の平面図、第3図及び第4図はそれぞれ第2図の
デバイスの入力構造の墓−璽線に於ける断面図及びN−
IV線に於ける曲折断面図、!i15図はセンナ素子と
CODの構成を示す赤殉軒メージセンサの概略図、及び
86図は電荷削除を促進するように構成されたMo5r
kTパケ7νす′−1′・ ット・デ/々イスの回路図である。 1、 E・・・基板、5・・・金属層、7・・・絶縁層
、9・・・ロード入力、11・・・入力レジスタ、13
・・・出力レジスタ、15・・・絶鰍wIL做、19・
・・転送チャネル、21・・・入力MO8FET、23
・・・出力MO8FET、25・・・トランジスタスイ
ッチ、S・・・ソース、D・・・ドレイン、G1・・・
入力テート、GS・・・蓄積制御デート、G、・・・転
送側mダート、GA・・・補助デート、φ、〜φ4・・
・位相ダート、゛パV入IF11士今 村
丸Fig、3 〜.4
結合デ/々イスの略断函図、第2図は、同様に電荷削除
を促進するように修正された別の電荷結合デバイスの入
力構造の平面図、第3図及び第4図はそれぞれ第2図の
デバイスの入力構造の墓−璽線に於ける断面図及びN−
IV線に於ける曲折断面図、!i15図はセンナ素子と
CODの構成を示す赤殉軒メージセンサの概略図、及び
86図は電荷削除を促進するように構成されたMo5r
kTパケ7νす′−1′・ ット・デ/々イスの回路図である。 1、 E・・・基板、5・・・金属層、7・・・絶縁層
、9・・・ロード入力、11・・・入力レジスタ、13
・・・出力レジスタ、15・・・絶鰍wIL做、19・
・・転送チャネル、21・・・入力MO8FET、23
・・・出力MO8FET、25・・・トランジスタスイ
ッチ、S・・・ソース、D・・・ドレイン、G1・・・
入力テート、GS・・・蓄積制御デート、G、・・・転
送側mダート、GA・・・補助デート、φ、〜φ4・・
・位相ダート、゛パV入IF11士今 村
丸Fig、3 〜.4
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 (1)電荷はデバイスの入力と補助電荷ストアとの閣で
各積分周期中に何度も相互に転送され、電荷の増分線各
転送直IIK除去されること七特徴とする電荷転送デバ
イスのパックグラウンド削除方法。 (2)入力ソース、ドレイン、ソースとドレインとO関
に配置される入カスドアと他の複数の転送ストア、及び
ストアからストアへの電荷φ 転送をコントロールする九めの転送ゲート、入カスドア
即ちソースの最近傍の第1番目のストア中に蓄積された
電荷が、秋分周期に続いて、入カスドアから第2118
のストアへ放出されるように、鋏放出をコントロールす
るためommrinb、及び デバイスの転送?−)KIIIHされてお夕、電atス
トアからストア及びドレインに転送すべ〈位相信41會
該2−トに加える丸めの位相クロック、 デバイス入力に隣接すゐ補助ストア及びゲート、及び 補助ダー)K接続されておp1時間可変電圧?−)信号
を加え、デバイス入力と補助ストアとの閣でj!絖的電
荷交換を行い、各積分周期で何度も電荷を交換するため
の制御ジエキレータ七組合わせて含むこと1*倣とする
特許請求の範囲第1項に記載の方法1−*施するためO
装置。 (3) 特許請求の範−鮪2mK記載の装置として使
用畜れる赤外距メージセンサシステムであp。 電荷転送デバイスは多数個の入力【有し、各人力は対応
する補助2−ト及びストアKl!il L、幀システム
はアレー状に配置され友多数個の赤外線検出素子を含み
、鎖素子の各々は対応するデバイスソースに信号【送p
、補助ゲートの各々社信号ジェネレータに接続されるこ
とを特徴とする赤外亀イメージセンナシステム。 (4)各補助ゲートは共通の信号ジェネレータに接続さ
れることteaとする411軒請求のa間第3giに記
載のシステム。 (5)各信号ジェネレータ社周期的電圧信号を発生する
ことを特徴とする特許請求の範囲第2積に記載の装置。 (6)信号出力回路と、各信号ジェネレータに協働し出
力回路に応答する制御手段と聖書み、それによって適用
し得る閾値【与えるように各信号ジェネレータの周波数
が設定されることt%歓とする特許請求の範囲第す項に
記載の装置。 (714IIFFM求の範囲第2項に記載の装置に於い
て電荷転送デバイスとして使用される電荷結合デバイス
で69、皺デバイスは、 デバイスソース及びドレイン【形成するドープされた領
域【含む半導体基板、 基板表向に塗布され九絶縁材料層、 基板用電荷転送チャネル、及びソースとドレインとの間
に伸延するチャネルを形成する障壁手段、 絶縁層の上側でデバイスに溢って配置されており、それ
ぞれチャネルに泪って伸延し、嬉1ik目はソースにす
ぐlI*して配置される複数の転送電極、及び ソースに隣接する補助デート電極 を含むことt−%黴とする111#結合デバイス。 (8)補助ゲートと第1着目の転送電極とは、ソースを
包囲するように構成及び配置されることt%黴とする特
許請求の範囲第7横に記載のデバイスO
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB8211732 | 1982-04-22 | ||
| GB8211732 | 1982-04-22 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58197768A true JPS58197768A (ja) | 1983-11-17 |
Family
ID=10529882
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58070867A Pending JPS58197768A (ja) | 1982-04-22 | 1983-04-21 | 電荷転送デバイスに於けるバツクグラウンド削除方法及び装置、及び該装置に使用される電荷結合デバイス並びに赤外線イメ−ジセンサシステム |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0092926A3 (ja) |
| JP (1) | JPS58197768A (ja) |
| GB (1) | GB2119567B (ja) |
| IL (1) | IL68488A0 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB8314300D0 (en) * | 1983-05-24 | 1983-06-29 | Gen Electric Co Plc | Image sensors |
| RU2262775C2 (ru) * | 2003-06-24 | 2005-10-20 | Институт проблем проектирования в микроэлектронике РАН | Кмоп-фотоприемная ячейка |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3983395A (en) * | 1974-11-29 | 1976-09-28 | General Electric Company | MIS structures for background rejection in infrared imaging devices |
| US3969634A (en) * | 1975-07-31 | 1976-07-13 | Hughes Aircraft Company | Bucket background subtraction circuit for charge-coupled devices |
-
1983
- 1983-04-08 EP EP83301993A patent/EP0092926A3/en not_active Withdrawn
- 1983-04-18 GB GB08310459A patent/GB2119567B/en not_active Expired
- 1983-04-21 JP JP58070867A patent/JPS58197768A/ja active Pending
- 1983-04-25 IL IL68488A patent/IL68488A0/xx unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB2119567A (en) | 1983-11-16 |
| GB2119567B (en) | 1985-08-29 |
| EP0092926A3 (en) | 1985-12-18 |
| IL68488A0 (en) | 1983-07-31 |
| EP0092926A2 (en) | 1983-11-02 |
| GB8310459D0 (en) | 1983-05-25 |
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