JPS62296467A - 固体電荷転送装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 （産業上の利用分野） 本発明は、固体撮像装置やフィルタなどに利用できる固
体電荷転送装置の出力方式に関する。

（従来の技術） 従来、主な固体撮像装置には、ホトダイオードのような
光電変換装置とＭＯ３形シフトレジスクとにより構成さ
れたＭＯＳ形の固体撮像装置、ならびにホトダイオード
と表面ＭＯ５形ダイオードやバルクＭＯ３形ダイオード
による電荷転送装置ＣＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄ　Ｄ
ｅｖｉｃｅ　　以下、ＣＣＤという、）とにより構成さ
れたＣＣＤ形の固体撮像装置が知られている。

これらの固体撮像装置において微弱な光に対しても電気
信号を得るためには、その駆動パルスにより発生するス
パイクのようなノイズ成分を信号電荷に比べて小さくす
る必要がある。ＣＣＤ形の固体撮像装置の場合には出力
拡散と、電荷転送ゲートおよび出力ゲートとの間の容量
性結合によるスパイクが信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）を劣化
させる原因にもなる。

第５図は、従来技術にしたがいｐｎ接合を利用した固体
電荷転送装置の一例を示す断面図である。第６図は、第
５図に示す固体電荷転送装置を駆動するためのクロック
パルスと出力信号との実例を示すタイミング図である。

第５図に示す固体電荷転送装置はＰ形半導体眉１１と、
Ｐ形半導体層１１上に形成されたＮ形半導体層１２と、
Ｎ形半導体層１２を島状に分離するように形成したＰ＋
形半導体領域１３と、Ｎ形半導体層１２の内部に形成さ
れたＰ＋形半導体領域１４１〜１４３．１５と、Ｎ形半
導体層１２の内部に形成されたＮ＋形半導体領域１６と
により構成されている。

第５図の固体電荷転送装置は、従来のバイポーラトラン
ジスタやｎチャネル形ＦＥＴの製造工程と同様な工程で
製造することが可能である。

第６図において、２０１〜２０５はそれぞれ信号線２０
１〜２０５上の信号の波形を示す。

第５図および第６図に示すように、信号線２０１〜２０
３を介してＰ形半導体領域１４１〜１４３に加えられる
３相クロフクパルスにより電荷を転送ゲート１４１〜１
４３の間で転送し、信号線２０４を介して出力ゲート１
５にも転送ゲート１４１と同様なりロックパルスを加え
る。これによって、出力信号は負荷抵抗を介して直接、
電流パルスの形で検出される。この場合、出力ドレーン
と出力ゲートとの間で容量性結合が大きいために、信号
線２０５上に生ずるスパイクにより信号電荷の検出が困
難になる。

これらのスパイクが時間的に出力信号と重なっている場
合には、ダミー素子を利用して差りＪ増幅器を用いてス
パイクを消去する方式が採用されている。

しかし、このような方式を採用しても、上記容量性結合
によるスパイクが大きく、さらにダミー素子の位置や配
線状態を正確に同じにできないと、上記差動増＠器を採
用してもスパイクを完全に除去することは不可能である
。

第７図は、上記状態での信号電荷の検出を説明するため
の概念図である。最終の電位のポテンシャル井戸から、
信号電荷は出力ゲートの開放に同期して出力ドレーン１
６に流入する。このとき、出力ゲート１５と出力ドレー
ン１６との間の容量性結合が大きいと、大きなスパイク
が発生する。また、これを改善する方式として、出力ゲ
ート１５のクロックパルスへ直流的にバイアス電圧を加
える方式を用いても、出力ゲート１５と出力ドレーン１
６との間の容量性結合が粗にならなければスパイクは減
少しない。

（発明が解決しようとする問題点） 上述した従来の技術によれば、出力ゲートと出力ドレー
ンとの間に存在する容量性結合により出力ドレーンにス
パイクが現れるという欠点がある。

本発明の目的は、出力ゲートに直流バイアス電圧をかけ
ておき、さらに最終転送ゲートが閉じるのと同期して信
号電荷があふれ出て出力ドレーンに流入することができ
るように転送ゲートと出力ゲートとを配置し、差動増幅
器を併用して信号のみを取出すことにより上記欠点を除
去し、スパイクを低減できるように構成した固体電荷転
送装置を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明による固体電荷転送装置は、次に述べる第１〜第
５の半導体層から成立つ。

第１の半導体層は第１の導電形を有していて、デバイス
を形成する基板となるものである。

第２の半導体層は第１の半導体層上に形成されていて空
乏層を生成することができ、第２の導電形を有するもの
である。

第３の半導体層は第２の半導体層の内部に１かれていて
、第２の半導体層を島状に分離するチャネルストップを
形成するためのものである。

第４の半導体層は第２の半導体層の内部に形成されてい
て、第２の半導体層内で電荷を転送する転送ゲートおよ
び出力ゲートを形成するための第１の導電形を有するも
のである。

第５の半導体層は第２の半導体層の内部に形成されてい
て第２の導電形を有し、電荷を出力ゲートからオーバー
フローさせるためのものである。

（実施例） 次に、本発明について図面を参照して詳細に説明する。

第１図は、本発明による固体電荷転送装置の出力方式を
説明するための概念図である。

本発明では、最終の転送ゲートに信号電荷を蓄積して出
力ゲートとするとともに、信号電荷の量を減少させない
ように、出力ゲートの位置へＨＨができる程度に直流バ
イアス電圧を出力ゲートに加え、最終転送ゲートが閉じ
るのと同期して信号電荷があふれ出て出力ドレーンに流
入するように構成しである。

第１図において、第５図と同様な要素には同様な番号を
付してあり、１１０は蓄積された信号電荷である。

第１図において、上記状態のときに信号電荷１１０を損
失なく出力ドレーン１６に流入させるため、出力ゲート
１５の直流バイアス電圧は転送ゲート１４２．１４３が
閉じたときに比べて大きな電位隣となるように直流バイ
アスする。

第２図は、このときのクロックパルスと出力信号との関
係を示すタイミング図である。上記方式によれば、容量
性結合の減少した分だけスパイクが低減されるため、さ
らに差動増幅を行えばＳ／Ｎは格段に向上できる。

第３図は、本発明を説明するための出力ゲート１５を形
成するダイオードの電圧対容量特性を示す説明図である
。従来の出力方式によれば動作領域はダイオードが完全
に空乏化するまでの範囲に限定されているが、本発明に
よれば出力ダイオードが完全に空乏化した直流バイアス
電圧状態から、転送ゲー！・１４１〜１４３が閉じたと
きのバイアス電圧に至るまで出力ゲートをバイアスする
ことができる。

第４図は、本発明による固体電荷転送装置の一実施例を
示す構成図である。第４図において、第１図および第５
図と同様な要素には同様な番号を付してあり、１７，１
８．１９は、半導体接合技術により形成されたトランジ
スタ構造である。第４図に示す装置は、一般のＣＯＤに
利用される浮遊拡散Ｆｉ１４１〜１４３．１５とソース
ホロワ１７．１８と同一の基板に構成したものである。

例えば、転送ゲート１４１〜１４３に振幅１５Ｖｐ−ｐ
のクロックパルスを加え、このときに出力ゲート１５に
は５〜ｌ０ＶＤＣの直流バイアス電圧を加えておけば、
出力ゲート１５を形成する出力ダイオードと転送ゲート
１４３との間の容量性結合が最小になり、スパイクも最
小にすることができる。

（発明の効果） 以上説明したように本発明は、出力ゲートに直流バイア
ス電圧をかけておき、さらに最終転送ゲートが閉じるの
と同期して信号電荷があふれ出て出力ドレーンに流入す
ることができるように転送ゲートと出力ゲートとをＲ１
し、差動増幅器を併用して信号のみを取出すことにより
、ノイズ電荷の信号電荷への混入を低くできるので、差
動増＠器を併用すればＳ／Ｎを格段に向上できるという
効果がある。

なお、上記実施例ではｐｎ接合を使用した電荷転送装置
について説明したが、ショットキィ障壁を利用した電荷
転送装置についても同様の効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による電荷転送装置の出力方式の動作
を説明する概念図である。 第２図は、第１図に示す装置の人出信号を示すタイミン
グ図である。 第３図は、出力ゲートのｐｎ接合ダイオードの容量対電
圧の特性を示す動作域とともに示す説明図である。 第４図は、本発明による電荷転送装置の出力方式を実現
する概念図である。 第５図は、ｐｎ接合を利用した従来技術による電荷転送
装置の出力方式を実現するための一例を示す断面図であ
る。 第６図は、第５図に示す装置の入出力１３号を示すタイ
ミング図である。 第７図は、第５図に示す装置の動作を示す説明図である
。 １１．１３，１４１〜１４３，１５．１７〜１９・・・
・・・Ｐ形半導体層（領域） １２．１６・・・・・・Ｎ形半導体層（領域）２０１〜
２０６・・・・・・信号線または電源供給線特許出願人
　　浜松ホトニクス株式会社代理人　　弁理士　井　ノ
　ロ　　　壽才１図 ２２図 （Ｎｏｒｓｅ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 第１の導電形を有してデバイスを形成する基板となる第
   １の半導体層と、前記第１の半導体層上に形成されてい
   て空乏層を生成することができ、第２の導電形を有する
   第２の半導体層と、第２の半導体層の内部に置かれてい
   て前記第２の半導体層を島状に分離するチャネルストッ
   プを形成するための第１の導電形を有する第３の半導体
   層と、前記第２の半導体層の内部に形成されていて前記
   第２の半導体層内で電荷を転送する転送ゲートおよび出
   力ゲートを形成するための第１の導電形を有する第４の
   半導体層と、前記第２の半導体層の内部に形成されてい
   て前記第２の導電形を有し、前記電荷を前記出力ゲート
   からオーバーフローさせるための第５の半導体層とを具
   備して構成したことを特徴とする固体電荷転送装置。