JPS63214083A - 光電変換装置 - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、半導体トランジスタの制御電極領域の電位を
キャパシタを介して制御することにより、光によって励
起したキャリアを前記制御電極領域に蓄積し、この蓄積
電圧によって半導体トランジスタの出力を制御する光電
変換装置に関する。

〈従来の技術〉 本発明に係る光電変換装置は例えば特開昭６０−１２７
５９号公報〜特開昭６０−１２７６５号公報に記載され
ている。第４図（Ａ）は、かかる公報に開示されている
光電変換装置の平面図、第４図（Ｂ）は、そのＩ−Ｉ線
断面図、第４図（Ｃ）は、その等価回路図である。

各図において、ｎシリコン基板１０１上に光電変換セル
が形成されており、各光電変換セルは５ｉ０２．Ｓｉｘ
　Ｎ４　、又はポリシリコン等より成る素子分離領域１
０２によって隣接する光電変換セルから電気的に絶縁さ
れている。

各光電変換セルは次のような構成を有する。

エピタキシャル技術等で形成される不純物濃度の低いｎ
−領域１０３上にはｐタイプの不純物をドーピングする
ことでｐ領域１０４が形成され、ｐ領域１０４には不純
物拡散技術又はイオン注入技術等によってｎ゛領域１０
５が形成されている。ｐ領域１０４およびｎ１領域１０
５は、各々バイポーラトランジスタのベースおよびエミ
ッタである。

このように各領域が形成されたｎ−領域１０３上には酸
化膜１０６が形成され、酸化膜１０６上に所定の面積を
有するキャパシタ電極１０７が形成されている。キャパ
シタ電極１０７は酸化膜１０６を挟んでｐ領域１０４と
対向しキャパシタＣｏｘを形成する。このキャパシタ電
極１０７にパルス電圧が印加されることで、浮遊状態に
なされたｐ領域１０４の電位が制御される。

その他に、ｎ“領域１０５に接続されたエミッタ電極１
０８、エミッタ電極１０８から信号を外部へ読出す配線
１０９、キャパシタ電極１０７に接続された配線１１０
１基板１０１の面に不純物濃度の高いｎ＋領域１１１、
およびバイポーラトランジスタのコレクタに電位を与え
るための電極１１２がそれぞれ形成されている。

次に、基本的な動作を説明する。まず、バイポーラトラ
ンジスタのベースであるｐ領域１０４は負電位の初期状
態にあるとする。このｐ領域１０４に光１１３が入射し
、光量に対応したキャリアがｐ領域１０４に蓄積される
（蓄積動作）。

蓄積された電荷によってベース電位は変化し、その電位
変化によってエミッタ・コレクタ間電流が制御され、浮
遊状態にしたエミッタ電極１０８から入射光量に対応し
た電気信号を読出す（読出し動作）。また、ｐ領域１０
４に蓄積されたキャリアを除去するには、エミッタ電極
１０８を接地し、キャパシタ電極１０７にリフレッシュ
用正電圧パルスを印加する。この正電圧を印加すること
でｐ領域１０４はｎ＋領域１０５に対して順方向にバイ
アスされ、蓄積されたキャリアが除去される。そしてリ
フレッシュ用パルスが立下がると、ｐ領域１０４は負電
位の初期状態に復帰する（リフレッシュ動作）。以後上
記の蓄積、読出し、リフレッシュという各動作が繰り返
される。

要するに、ここで提案されている方式は、光入射により
発生したキャリアを、ベースであるｐ領域１０４に蓄積
し、その蓄積電荷量によってエミッタ電極１０８とコレ
クタ電極１１２との間に流れる電流をコントロールする
ものである。したがって、蓄積されたキャリアを、各セ
ルの増幅機能により電荷増幅してから読出すわけであり
、高出力、高感度、さらに低雑音を達成できる。

また、光励起によってベースに蓄積されたキャリアによ
りベースに発生する電位ｖＰは、Ｑ／Ｃで与えられる。

ここでＱはベースに蓄積されたキャリアの電荷量、Ｃは
パースに接続されている容量である。この式により明白
な様に、高集積化された場合、セル・サイズの縮小と共
にＱもＣも小さくなることになり、光励起により発生す
る電位Ｖ、は、はぼ一定に保たれることがわかる。

したがって、ここで提案されている方式は、将来の高解
像度化に対しても有利なものであると言える。

ところで、リフレッシュ動作におけるリフレッシュ用正
電圧がキャパシタ電極１０７に印加されている間のベー
ス電位Ｖ、の変化は次式から求めることができる。

（Ｃｏ　ｘ＋Ｃｂ　ｅ＋Ｃ’ｂ　ｃ）　ｌ−Ｆ”−＝　
−Ｉａここで、Ｃｂｅはベース・エミッタ間容量、Ｃｂ
ｅはベース・コレクタ問答１１．ＩＩＩはベース電流を
各々表わす。

第５図は、リフレッシュ用正電圧が印加されている間の
ベース電位Ｖ、の時間変化を示すグラフである。

同グラフにおいて、リフレッシュ用正電圧が印加された
時点の初期ベース電位は、蓄積電圧Ｖ。

の大きさによって異なる。すなわち、初期状態で負電位
であったベース電位が蓄積動作によって蓄積電圧Ｖ、だ
け正方向に変化した状態において、リフレッシュ用正電
圧がキャパシタ電極１０７に印加されると、初期ベース
電位はその蓄積電圧７１分だけ高くなるからである。

また、同グラフに示すように、初期ベース電位の大きさ
によって初期ベース電位が維持される時間は異なるが、
その時間経過後は初期ベース電位に関係な（ベース電位
■８は一律に低下する。

したがってリフレッシュ時間ｔが十分長ければ、蓄積電
圧Ｖ、の大小に関係なくベース電位ＶＩ＋をほぼＯＶに
することができ、リフレッシュ用パルスが立下がった時
点でベース電位ＶＢを初期状態の所定の負電位に復帰さ
せることができる。

しかしながら、実際は高速動作を達成するためには、リ
フレッシュ時間は限られるため、所定時間１＝１．とじ
、ベース電位Ｖ８が■、となった時点でリフレッシュ動
作を終了している。このようにベース電位Ｖ、に残留電
位が存在しても、リフレッシュ時間１＝１０でベース電
位Ｖ、が常に一定のＶＫであれば、リフレッシュ用パル
スが立下った時点でベース電位Ｖ、を一定の負電位に復
帰させることができ、その負電位を初期状態とすること
ができる。

またリフレッシュ動作を行う際にベース領域に第４図（
Ｃ）に点線で示したＭＯＳトランジスタ１１３を介して
第５図に示した初期ベース電位を発生する端子を接続し
、該ＭＯＳトランジスタ１１３をＯＮ状態とすることに
よって、ベース領域のキャリアを消滅させる方法も本出
願人により提案されている。

〈発明の解決しようとする問題点〉 しかしながら、従来の光電変換装置の第１の方法では、
リフレッシュ動作が繰り返されると、残留電位■、が徐
々に低下してしまい、光電変換特性非直線現象及び残像
現象が生起するという問題点を有していた。これを説明
する。

第５図において、例えば、高照度セルの初期ベース電位
が０．８Ｖ、低照度セルの初期ベース電位が０．４Ｖで
あったとする。この場合高照度セルのリフレッシュ動作
が行われてからのベース電位Ｖ、は所定の残留電位ＶＫ
となるが、低照度セルのベース電位ｖ８は残留電位ｖ１
となり、ＶＫより若干低下する。この状態でリフレッシ
ュパルスが立下がると、低照度セルのベース電位Ｖ、は
初期電位である負電位より低下し、この初期電圧よりも
更に低い電位から蓄積、読出し動作を行うことになる。

したがって、低照度状態でリフレッシュ動作が繰返され
ると、ベース電位の残留電位は徐々に低下し、この状態
で高照度状態となっても入射光量に対応した出力より低
い出力しか得ることができない。すなわち、光電変換特
性が非直線となる現象、及び残像現象が現われる。

この原因としては、リフレッシュ動作を繰返すことで、
ベース領域中のキャリア（正孔）が再結合し不足するこ
とが考えられる。したがって不足したキャリア（正孔）
を補うことができない低照度状態が続くと光電変換特性
非直線現象及び残像現象が顕著となるわけである。

また本出願人の提案による後者のリフレッシュ動作を行
う場合リフレッシュ動作後のベース領域の電位はキャパ
シタＣｏｘ、バイポーラトランジスタのベースエミッタ
間の容量Ｃｂｅ、ベースコレクタ間の容量Ｃｂｃ及びＭ
ＯＳ）ランジシタ１１３のゲートドレイン間の容量Ｃｄ
ｇによって決まる定数Ｋ に依存する。したがって、かける容量が素子によってば
らつく場合にはリフレッシュ動作後のベース領域の電圧
が大きくばらつくことになり、該光電変換セルを複数前
べて用いた場合には、かかるばらつきが固定パターンノ
イズとして現われるという点で改善の余地があった。

く目的〉 本発明の目的は、上記の点に鑑み成されたものであり、
上記の問題点を解決した光電変換装置を提供することで
ある。

本発明の別の目的は、リフレッシュ動作が繰返されても
残留電位の低下がな（、残像現象が生起されない光電変
換装置を提供することである。

本発明の更に別の目的は、高速で繰り返して光電変換を
行っても初期の光電変換特性を維持し得る光電変換装置
を提供することである。

本発明の更にもう１つの目的は、ブルーミング現象を生
じない光電変換装置を提供することである。

く問題点を解決するための手段〉 上記目的を達成する為に前記従来の問題点を解決した本
発明の光電変換装置は、 ２つの主電極部と、該２つの主電極部間に設けられた制
御電極部とから成る半導体領域と、前記制御電極部の電
位を、浮遊状態として制御するためのキャパシタを有し
、該キャパシタを介して浮遊状態にした前記制御電極部
の電位を制御することによって該半導体領域に入射する
電磁波によって発生したキャリアを蓄積する光電変換装
置において、前記キャパシタを介して前記制御電極部の
電位を制御することにより前記ジャリアを消滅させる制
御手段と、該制御手段のキャリア消滅動作の直前に前記
制御電極部にキャリアを注入する手段とを具備したこと
を特徴とする。

〈作　用〉 上記に於いて制御電極部にキャリアを注入する手段を設
け、上記キャリアの消滅動作開始直前に制御電極領域に
キャリアを注入することによりキャリアの消滅動作終了
時の制御電極部の電位を所望の値にすることができる。

すなわち、従来のような光電変換特性非直線性及び残像
現象を改善する。

〈実施例〉 以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。

第１図（Ａ）は本発明による光電変換装置の一実施例の
等価回路図である。

第１図（Ａ）において、ＮＰＮ型バイポーラトランジス
タ１のＰベース領域３がキャパシタ２を介してキャパシ
タ電極４につながっており、また、ベース領域３はＰチ
ャンネルＭＯ８ｔｒ７のドレインに接続されている。

次に、上記構成を有する本実施例の動作を説明する。

まず、蓄積動作において、Ｐベース領域３は負電位の初
期状態にあり、エミッタ電極５はゼロ電位の浮遊状態に
、キャパシタ電極４はゼロ電位に各々設定されている。

なおコレクタ電極６は以後正電位に保持される。また、
ＰチャンネルＭＯ３ｔｒ７のゲート電極８は正電位にあ
り、ＰチャンネルＭＯ３ｔｒ７は非導通状態になるよう
に設定されている。この状態で光が入射し、光量に対応
したキャリア（ここでは正孔）がＰベース領域４に蓄積
される。

次に、読出し動作において、エミッタ電極５を浮遊状態
とし、キャパシタ電極４に読出し用正電圧パルスを印加
する。これによって既に述べたように、入射光量に対応
した電気信号がエミッタ電極５へ読出される。

次に、正孔注入動作において、キャパシタ電極４はゼロ
電位に、エミッタ電極５は浮遊状態又は接地電位に、Ｐ
チャンネルＭＯ３ｔｒ７のソーー？轡＋Ｅ＋０１Ｊ席点
ψ〜碍痔　山■５ば拉抽轡痔け々ム設定される。そして
ＰチャンネルＭＯ８ｔｒ７のゲート電極８に負のパルス
が印加されると、暗状態または入射光量が小さい状態で
Ｐベース領域３の電位がソース電極９の電位よりも低い
電位にあった場合には、Ｐベース領域３中に正孔が注入
されＰベース領域３の電位は高（なり、また入射光量が
大きい状態でＰベース領域３の電位がソース電極９の電
位よりも高い電位にあった場合には、Ｐベース領域３中
に蓄積された正孔の一部が消去され、Ｐベース領域３の
電位はソーズ電極９の電位と等しくなる。このときに設
定されるソース電極９の電位は、次のリフレッシュ動作
におけるリフレッシュパルスが印加された時のＰベース
領域３の電位が暗状態においても残留電位ＶＫよりも十
分高くなるように、設定される。

次に、リフレッシュ動作において、エミッタ電極５は接
地され、ＰチャンネルＭＯ８ｔｒ７のゲート電極８は正
電位に設定されＰチャンネルＭＯ８ｔＲ７は非導通状態
となるように設定される。この状態でキャパシタ電極４
にリフレツシユパルスを印加するとＰベース領域３に蓄
積された正孔は、エミッタ電極５からＰベース領域３に
注入される電子と再結合し除去される。ただし、Ｐベー
ス領域３の電位は、暗状態においても、前記した正孔注
入動作によって十分高くなっているために、リフレッシ
ュパルス印加直後の初期ベース電位は照度にかかわらず
残留電位ＶＫより十分高くなる（第５図参照）。したが
って、リフレッシュ時間ｔ。が経過した時点でＰベース
領域３の電位は照度の高低に関係なく一定電位ＶＫとな
る。この状態でリフレッシュ用の正電圧パルスが立下る
ために、Ｐベース領域３は常に一定の負電位の初期状態
となる。

このように、正孔注入動作を挿入することによって、リ
フレッシュ動作を繰返してもＰベース領域３の正孔が不
足することはなくなり、低照度状態での光電変換特性の
非直線及び残像現象を完全に防止することができる。

また本実施例においては制御電極部であるベース領域を
Ｐチャンネルとしたためキャリアは正孔となったがバイ
ポーラトランジスタをＰＮＰ型として制御電極部である
ベース領域をＮチャンネルとした場合にはキャリアは電
子となる。

また本実施例においては２つの主電極部と、該２つの主
電極部間に設けられた制御電極部とから成る半導体とし
てバイポーラトランジスタを用いたが、他の半導体例え
ばＦＥＴ、ＳＩＴ等を用いてもよいのは勿論である。

また第１図（Ａ）の実施例において、上記Ｐベース領域
にキャリアを注入する手段としてＰチャンネルＭＯ３ｔ
ｒを例として述べたが、もちろん、ＰチャンネルＭＯ８
ｔｒのかわりに他の手段を用いてもよい。例えば、第１
図（Ｂ）の様にＮチャンネルＭＯ３ｔｒ７’　を用いて
もよいし、第１図（Ｃ）の様にＮＰｒ１トランジスタ７
＃を用いてもよいし、第１図（Ｄ）の様にＰＮＰ　トラ
ンジスタフ″′などをＰベース領域に接続してもよい。

またキャリアを注入する手段としてリフレッシュ動作の
直前に該光電変換装置にバイアスライト等によって光等
の電磁波を入射させることにより、キャリアを注入させ
てもよい。

またキャパシタを介して制御電極領域の電位を制御する
ことにより該領域に蓄積したキャリア（正孔）を消滅さ
せる制御手段として、本実施例においてはエミッタ領域
を接地し、キャパシタ電極にリフレッシュパルスを印加
することにより、エミッタ領域から電子を注入してキャ
リアと再結合させる手段とした。

次に、このような構造と基本動作を有する本発明の一実
施例である光電変換装置を二次元的に配列して構成した
撮像装置の一例を第２図（Ａ）。

（Ｂ）を用いて説明する。

第２図（Ａ）は、本実施例を二次元的に配列した撮像装
置の回路図、第２図（Ｂ）は、その動作を説明するため
のタイミングチャートである。

第２図（Ａ）において、本発明の実施例である光電変換
セル１０は３×３のマトリックス状に配列され、光電変
換セル１０のキャパシタ電極４は、行毎に水平ライン１
１．１１’、１１’に各々共通接続されている。各水平
ラインは、トランジスタ１３．１３’　、１３’を介し
て端子１４に接続され、端子１４には読出し用及びリフ
レッシュ用正電圧パルスφ８が印加される。

トランジスタ１３．１３’　、１３’の各ゲート電極に
は垂直シフトレジスタ１２からパルス信号φＶｌ、　　
φＶ２＋　　φ１．が各々印加される。

光電変換セルのトランジスタ７のゲート電極８は、行毎
にモチーフの水平ライン１５．１５’。

１５′に各々共通接続されている。各水平ラインは、ト
ランジスタ１６．１６’　、１６’を介して端子１７に
接続され、端子１７には光電変換セル１０のトランジス
タ７のゲート電極８に印加するためのパルスφ、が印加
される。

トランジスタ１５．１５’、１５’の各ゲート電極には
垂直シフトレジスタ１２からパルス信号φＣ１＋　　φ
Ｃ２＋　φＣ３が各々印加される。

また、光電変換セルのトランジスタ７のソース電極９は
水平ライン１８．１８′、１８＃を介して端子１９に接
続されている。端子１９には正孔注入用電圧ＶＣが印加
される。

光電変換セルｒＯのエミッタ電極５は、列毎に垂直ライ
ン２０．２０’　、２０’に各々共通接続されている。

各垂直ラインは、リフレッシュ用トランジスタ２１．２
１’　、２１’を介して接地されるとともに、光電変換
セルの読出し信号をシリアルに出力するためのトランジ
スタ２３゜２３’　、２３’を介して出力ライン２５に
接続されている。

トランジスタ２１．２１’　、２１’各ゲート電極は端
子２２に共通接続され、端子２２にはパルス信号φ、Ｃ
が印加される。また、トランジスタ２３．２３’　、２
３’の各ゲート電極には水平シフトレジスタ２４からパ
ルスφ、、φ１１１．φ、。

が各々印加される。

出力ライン２５はリセット用トランジスタ２６を介して
接地されるとともに信号増幅用のトランジスタ２８のゲ
ートに接続され、増巾された信号が端子２９から出力さ
れる。また、リセット用トランジスタ２６のゲート電極
２７には、出力ラインリセットパルスφＩＩｃが印加さ
れる。

次に上述の様に構成された撮像装置の動作を第２図（Ｂ
）のタイムチャートを参照しながら説明する。

まず、予め時刻ｔ１まで蓄積動作が行なわれ、各光電変
換セル１０には入射光量に対応した正孔がＰベース領域
３に各々蓄積されているものとする。

時刻ｔ１において、パルス信号φＶ、が立上ることでト
ランジスタ１３がＯＮ状態となり、続いてパルスφ８が
立上がり、水平ライン１１に読出し用正電圧が印加され
、第一行目の光電変換セル１０が読出し動作を開始する
。この読出し動作によって第一行目の光電変換セルの読
出し信号が垂直ライン２０．２０’　、２０’に現われ
る。

読出し動作が完了すると、パルス信号φ１１．によって
トランジスタ２６がＯＮ状態となって、出力ライン２５
の残留電荷がリフレッシュされる。

時刻ｔ２において、パルスφ、１．が立上りトランジス
タ２３′がＯＮ状態となる。これによって、垂直ライン
２０に読出されていた一行一列目の光電変換セルの信号
がトランジス２３及び出力ライン２５を介してトランジ
スタ２８に入力し、増幅されて端子２９から出力される
。この出力動作が終了するとパルスφＩＩｃが立上り出
力ライン２５がリフレッシュされる。続いてパルス信号
φＨ１及びφ１６．が順次立上り、同様にして一行二列
目及び−打玉列目の光電変換セルの信号が順次端子２９
から出力され、その都度出力ライン２５はリフレッシュ
される。

出力動作が終了すると、時刻ｔ、においてトランジスタ
２１．２１’　、２１’のゲート電極２２にパルスφＩ
Ｉｃが印加され垂直ライン２０゜２０’、２０’がリフ
レッシュされる。続いて垂直シフトレジスタ１２のパル
ス信号φＣ１が印加され、さらにパルス信号φ、が端子
１７に印加されることで、−行目の光電変換セル１０の
トランジスタ７の電極８にパルスが印加され、既に述べ
たような正孔注入動作が行われる。

次に時刻ｔ４において、パルス信号φ７．及びφ２が立
上り、トランジスタ１３がＯＮ状態となり、水平ライン
１１にリフレッシュ用正電圧パルスが印加され、既に述
べたようにリフレッシュ動作が行われる。

このような第一行目と同様な動作が、時刻ｔ。

から三行目の、時刻ｔ６から三行目の各光電変換セル１
０について行われる。すなわち、時刻ｔ。

においてパルス信号φｖ２．φ３．φ□６．φ１゜。

φ１３６．φ、＋２．φ１．Ｃ１φ１１３．φ、Ｃ及び
φＣ２が順次立上り、立下がりをくり返すことによって
三行目の光電変換セル１０が選択され、読出し、正孔注
入及びリフレッシュの各動作が行われる。そして時刻ｔ
６において、三行目の光電変換セルが蓄積動作に入ると
同時に、パルス信号φ１８．φ３゜φ１１ｃ、φ１゜、
φ、１ｃ、φ９．２．φ１．ｃ、φ９２８．φｖｃ及び
φ６．が順次立上り立下がりをくり返すことによって三
行目の光電変換セル１０が選択され、上記各動作が同様
に行われる。三行目が蓄積動作に入ると、−行目が選択
され、以下同様に繰返される。

このようにして全ての光電変換セル１０の入射量に対応
した読出し信号が端子２９からシリアルに出力される。

なお、リフレッシュから読出しまでの各行の光電変換セ
ル１０の蓄積動作を行う時間は一定であるために、例え
ばテレビビデオカメラ等への応用が可能である。

本実施例では光電変換セル１０を２次元的に配列した場
合にって述べたが、次にはこれを１次元的に配列してラ
インセンサーとして構成した光電変換装置としての実施
例を説明する。

第３図（Ａ）は、本発明の実施例の光電変換装置を用い
た一次元の撮像装置の構成を示す回路図、第３図（Ｂ）
は第３図（Ａ）の撮像装置の動作を示すタイミングチャ
ートである。

第３図（Ａ）において、三個の光電変換セル１０が一次
元配列され、各コレクタ電極９は共通に接続されて正電
圧が印加される。また各キャパシタ電極４は水平ライン
３０を介して端子３１に共通に接続され、端子３１には
読出しまたはリフレッシュ動作を行うためのパルス信号
φ８が印加される。さらにエミッタ電極５は洛々垂直ラ
イン３５．３５’　、３５’に接続され、また、トラン
ジスタ７のゲート電極８は水平ライン３２を介して端子
３３に接続され、ホール注入動作を行うためのパルス信
号φ、が印加される。さらにトランジスタ７のソース電
極９は正孔注入用電圧ｖｃ印加される端子３４に接続さ
れている。

垂直ライン３５．３５’　、３５’は各々トランジスタ
３６．３６’　、３６’を介して接地されている。また
トランジスタ３６．３６’　、３６’の各ゲート電極は
ライン３７を介して端子３８に共通に接続され、端子３
８には信号φｖｃが印加される。

さらに垂直ライン３５．３５’　、３５’は各々トラン
ジスタ３９．３９’　、３９’を介して各々電荷蓄積用
のキャパシタ４０．４０’　、４０’に接続されるとと
もにトランジスタ４３．４３’　。

４３＃を介して出力ライン４４に接続されている。また
トランジスタ３９．３９’　、３９’のゲート電極はラ
イン４１を介して端子４２に共通に接続され、端子４２
には信号φＴが印加される。

トランジスタ４３．４３’　、４３’のゲート電極はシ
フトレジスタ４５の並列出力端子に各々接続され、各並
列出力端子からは信号φＨ＋＋　　φ１１．。

φ、、が出力される。

出力ライン４４は、出力ライン４４をリフレッシュする
ためのトランジスタ４６を介して接地されるとともに出
力端子４９を持つ、出力アンプであるトランジスタ４８
のゲート電極に接続されている。リフレッシュ用のトラ
ンジスタ４６のゲート電極は端子４７に接続され、端子
４７には信号φＩＩｃが印加される。

次に、このような構成を有する撮像装置の動作を第３図
（Ｂ）を参照しながら説明する。

まず、パルス信号φ７及びφｖｃが立上ることで、トラ
ンジスタ３９．３９’　、３９’　、３６゜３６’　、
３６’をＯＮ状態にする。これによって各光電変換セル
１０のエミッタ電極５及び垂直ライン３５．３５’　、
３５’は接地状態になり、これによって電荷蓄積用キャ
パシタ４０．４０’　。

４０′及び垂直ライン３５．３５’　、３５’の残留電
荷が除去される。

続いて時刻ｔ１において信号φ。が立上り、端子３４に
印加されている電位ＶＣと各光電変換セル１０のベース
領域３の電位が同じになる。

これによって階状・態または低照度状態にあった光電変
換セル１０のベース領域３に正孔が注入され、各光電変
換セルのベース領域はほぼ同じ電位になる。（正孔注入
動作）。

時刻ｔ２において信号φ。が立下り続いて信号φ８が立
上って、各光電変換セル１０のキャパシタ電極４にリフ
レッシュ用の正電圧が印加される。各エミッタ電極は接
地状態にあるから、先の実施例においてすでに述べたよ
うにリフレッシュ動作が行われ、時刻ｔ、で信号φ８が
立下がると各光電変換セル１０のＰベース領域３は負電
位の初期状態に復帰する。リフレッシュ動作が終了する
と、信号φＶＣが立下り、トランジスタ３６゜３６’　
、　３６’　ハｏ　Ｆ　Ｆ状態トナル。

次に時刻ｔ４で信号φ８がふたたび立上り、φ各光電変
換セル１０のキャパシタ電極４に読出し用正電圧が印加
される。この状態で各光電変換セル１０のＰベース領域
３には入射光によって励起された電子・正孔のうちの正
孔が蓄積され、各セルのベース電位が、入射光量に対応
した蓄積電灰分だけ上昇すると同時に、すでに述べたよ
うに読出し動作も同時に行われ、各光電変換セル１０の
光情報に対応した読出し信号が電荷蓄積用キャパシタ４
０．４０’　、４０’に各々蓄積される。

この場合の蓄積動作は、各セルのベース・エミッタ間バ
イアスが順バイアスの状態で行われる。

続いて、時刻ｔ５において信号φ７およびφ、が立下り
トランジスタ３９．３９’　、３９’がＯＦＦ状態にな
った後に、まず信号３３．が立上り、出力ライン４４の
残留電荷を除去し、次に１７．が立下る。続いてシフト
レジスタ４５の第１出力端子から出力される信号φ１□
が立上ることでトランジスタ３４がＯＮ状態となり、電
荷蓄積用キャパシタ４０に蓄積されている読出し信号が
出力ライン４４に読出される。読出された信号はトラン
ジスタ４８を介して端子４９から出力される。

続いて、信号φ１１□が立下ると、信号φＩＩｃが立上
がり、出力ライン４４がトランジスタ４６を介して接地
されて残留する電荷が除去される。

以下同様に、シフトレジスタ４５から出力される信号４
３’、４３″が順次立上がり、電荷蓄積用キャパシタ４
０’　、４０’に蓄積されている各信号が出力ライン４
４に順次読出されるとともに、各信号が読出される毎に
パルス信号φｌｉｅが立上り、出力ライン４４はリフレ
ッシュされる。

こうして全ての光電変換セル１０の読出し信号がトラン
ジスタ４８を介して端子４９からシリアルに出力される
。

第３図（Ｃ）は、第３図（Ａ）の実施例の他の動作方法
を示すタイミングチャート図である。

第３図（Ｃ）は、時刻ｔ２において立ち上がる信号φ８
をそのまま時刻ｔ３においても立下げないような動作例
であり、それ以外の信号のタイミングは第３図（Ｂ）と
全（同じである。すなわち、かかる場合においても各セ
ルのベース・エミッタ間バイアスは、順バイアスの状態
で蓄積動作が行われており、各光電変換セルのトランジ
スタ５に発生した信号は常に垂直ライン３５゜３５’　
、３５’に読み出されることになるが、このようにして
動作を行ってもよい。

このタイミングによると、パルスφ７の立下げ立上げに
よりセンサセル内に取り込まれるノイズ、すなわちキャ
パシタ電極４のセル間の形状バラツキに起因する固定パ
ターンノイズや、キャパシタ電極４下の酸化膜・半導体
界面が空乏化することにより生じるキャリアに起因する
ランダムノイズ等がなくなり、ノイズの少ない良好な信
号が得られる。

第３図（Ｄ）は、第３図（Ａ）の実施例の変形例として
の、さらに他の動作方法を示すタイミングチャート図で
ある。

第３図（Ｄ）は、時刻ｔ、において、そのまま立下がら
ずに続いていた信号φ□を、時刻ｔ３で立下げ一茸Ｎ動
４ＩＥ力（字了す不皓玄１１ｔ４で再び立上げるような
動作例であり、それ以外のタイミングは第９図（Ｃ）と
全く同じである。かかる場合においては、蓄積動作中は
垂直ライン８３５゜８３５’　、８３５’のみに各セル
のトランジスタ８０５に発生した信号が読み出されるこ
とになる。蓄積動作が長い時間行われる場合には、各セ
ルのトランジスタ８０５のベース・エミッタ間バイアス
盪が蓄積時間とともに小さくなっていくので、エミッタ
電流は蓄積時間とともに小さくなっていく。するとトラ
ンジスタ８０５の低電流領域で生じるセル間動作バラツ
キがそのまま垂直ライン８３５，８３５’　、８３５’
に信号として出力されることになる。

このタイミングによると、時刻ｔ４においてパルスφ７
を再び立上げた場合と、それまで垂直ライン８３５，８
３５’　、８３５’に読出されていたトランジスタ８０
５の低電流動作バラツキを含む信号をいったん容量８４
０，８４０’　。

８４０′と、垂直ライン８３５，８３５’　。

８３５′の配線容量との間で分割して電圧を落すことに
なる。垂直ライン８３５，８３５’　。

８３５′の電圧が落ちるとトランジスタ８０５が再び動
作し大電流のエミッタ電流により、容量８４０．８４０
’　、８４０’に各セルのベース内に蓄えられていた信
号を読出すことができる。

こうして長い蓄積時間に発生したトランジスタ８０５の
低電流動作バラツキを含む信号を打ち消して、各セルの
トランジスタの動作のバラツキのない信号を容量８４０
，８４０’　、８４０’に読出すことができる。

以上詳細に説明したように、本実施例の光電変換装置は
、半導体トランジスタの制御電極領域にトランジスタ等
を設け、制御電極の電位を制御できるようにしている。

したがって、上記制御電極に適時キャリアを注入するこ
とができる。そのため、たとえばリフレッシュ動作開始
時に制御電極領域の電位を十分高くすることができ、リ
フレッシュ動作終了時の制御電極領域の電位を所望に一
定値にすることができる。すなわち、従来のような光電
変換特性の非直線性及び残像現象の発生を改善すること
が出来る。

また特に第２図（Ａ）、第３図（Ａ）に示すような撮像
素子に本発明に応用することによって従来の提案されて
いるベース領域の電位を直接制御する方法の様に光電変
換セル毎の固有の容量のばらつきによって固定パターン
ノイズが発生することも防止することが出来、該撮像素
子で物体を撮影した場合には、きわめてノイズの少ない
映像を得ることが出来る。

〈発明の効果〉 以上説明したように本発明に依ればキャリアの消滅動作
開始直前に制御電極部にキャリアを注入することにより
キャリア動作終了時の制御電極を所望の値とすることが
出来、従来の様に光電変換特性が非線形となったりする
ことがなくなり、又、残像現象の発生を改善することが
出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は本発明の一実施例の光電変換装置の等価
回路図、第１図（Ｂ）乃至第１図（Ｄ）は別の実施例の
光電変換装置の等価回路図、第２図（Ａ）は、本実施例
を用いた二次元の撮像装置の回路図、第２図（Ｂ）はそ
の動作を説明するためのタイミングチャート。 第３図（Ａ）は本実施例を用いた一次元の撮像装置の回
路図、第３図（Ｂ）は、その動作を説明するためのタイ
ミングチャート。第３図（Ｃ）及び第３図（Ｄ）は、夫
々その動作の別の方法を説明するためのタイミングチャ
ート。 第４図（Ａ）は、従来の光電変換装置の概略的平面図、
第４図（Ｂ）は、そのＩ−１線断面図、第４図（Ｃ）は
、その等価回路図、 第５図はリフレッシュ動作時のベース電位の経時変化を
示すグラフ。 １・・・・・・・・・トランジスタ ２・・・・・・・・・キャパシタ ７・・・・・・・・・ＰチャンネルアＭＯＳトランジス
タ第３０（Ｂ） 第４図（Ａ’） 第４区］　（Ｂ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）２つの主電極部と、該２つの主電極部間に設けら
   れた制御電極部とから成る半導体領域と、前記制御電極
   部の電位を、浮遊状態として制御するためのキャパシタ
   を有し、該キャパシタを介して浮遊状態にした前記制御
   電極部の電位を制御することによって該半導体領域に入
   射する電磁波によって発生したキャリアを蓄積する光電
   変換装置において、 前記キャパシタを介して前記制御電極部の電位を制御す
   ることにより前記キャリアを消滅させる制御手段と、 該制御手段のキャリア消滅動作の直前に前記制御電極部
   にキャリアを注入する手段とを具備したことを特徴とす
   る光電変換装置。
2. （２）前記キャリアを注入する手段は前記制御電極部に
   接続されたスイッチと該スイッチを介して前記制御電極
   部に接続される電圧源とを含むものであることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の光電変換装置。