JPS6342170A - 電荷転送装置の信号電荷検出回路 - 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〕 本発明は電荷転送装置の信号電荷検出回路に関し、特に
その高Ｓ／Ｎ化に関する。

〔従来の技術〕

、１ｌｌｌ近ｃｃＤ（チャージ・カップルド・デバイス
）素子などき用いた電荷転送装置の利用が活発でおる。

例えば、半導体撮像装置などでは既に旧来の電子撮像管
の利用分野を大きく侵食しつつある。

しかしながら％電荷転送装置の信号電荷量はきわめて微
小であるので、この検出回路機能の良否が電荷転送装置
を用い７ｔ！子装置の特性を大きく左右する。

第３図は従来の電荷転送装置における信号電荷検出方法
の一つでおる浮遊拡散層を使った電荷検出回路（ＦＤＡ
）の略図である。ＣＣＤは埋込チャンネル型で、Ｐ型の
基板１０にＮ型ウェル領域８ｔ″有し、その内に障壁領
域となるＰ　イオン注入層９を有している。ＦＤＡはＣ
ＯＤの最終段にあシ、浮遊拡散層１とＭＯＳトランジス
タ２のゲート容量および配線容量による合成容ｉＣを充
電して、その電位変化全出力するものであり、その動作
を第４図の第３図に対応するポテンシャル図を用いて説
明する。時刻ｔｘ　　（第４図（ａ））に、すセットト
ランジスタ３のゲートに高レベルを印力口してリセット
トランジスタ３を導通式せ、浮遊拡散層１の電位ＶＦＤ
ｔ−リセットドレインの電位ＶＲＤと同一とする。つぎ
に、リセットトランジスタ３のゲートに低レベルを印加
してリセットトランジスタ３を遮断状態とじ几後に、時
刻ｔｚ　　（第４図（ｂ）においてゲートＯＧ５の直前
のＣＣＤ　転送ゲート６の下のポテンシャル井戸に蓄積
されてい比信号電荷Ｑを浮遊拡散層１に流入させる。こ
の信号電荷の流入による浮遊拡散層の電位変化Δ■ＦＤ
”ＭＯＳ）ランジスタ２と抵抗７より成るソースフォロ
ワ−回路で、噴出する。ここで 〔発明が解決しようとする問題点〕 上述しｔ従来のＦＤＡはリセットトランジスタ３自身の
抵抗の熱雑音の存在のため、リセットトランジスタ３を
遮断する直前の浮遊拡散層ｌの電位■、Ｄ　　は高周波
成分が乗っている。このｔめ、リセットトランジスタ３
が遮断するたびに、浮遊拡散層の電位ＶＦ　Ｄはこの雑
音成分だけ揺らぐ。

これが、いわゆるリセット雑音といわれるものであり、
具体的にはゆらぎの量はｋＴＣ（ここでｋはポルツマ一
定数、Ｔは絶対温度）に比列する。

このリセット雑音はＦＤＡにおいては本質的に存在する
ものであり、従来においては設計上容量Ｃを小さくする
ことで雑音の低ｇｔ行なって米ているが、現在でも電子
数に（１１！算して５０はどのゆらぎが存在しでおり、
信号電荷賃が少ない時のＳ／Ｎは、はぼこのリセット雑
音によって決定ぜ１しているといっても過言ではかい。

〔問題点を解決する１ｃめの手段〕 本発明の電荷検出回路は、浮遊拡散層と、その拡散層内
の信号電荷全すべてすい出すリセットトランジスタと、
浮遊拡散Ｍの゛−位変化？検出づ−るソース・フォロワ
ー回路とを含む電荷転送装置の信号電荷検出回路におい
て、浮遊拡散層の信号電荷？完全にすい出すことを可能
とする几りに、リセットトランジスタが導通する時に浮
遊拡散層が完全に空乏化することが？ｒｌ能となるよう
に浮遊拡散層の濃度とリセットドレイン電圧ＶＲＤ　　
とを設定したことを特徴とする。

〔実施例〕

次に、本発明について図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例の縦断面図である。

従来の実施例と異なる点は浮遊拡散層１１が通常の濃度
の高いＮ＋拡散層ではなく、濃度の低いＮ−の拡散層で
ある点である。このように浮遊拡散層１１をＮ−とする
ことによりＰ型の基板１０と浮遊拡散層１１との間のＰ
−Ｎ接合において空乏層は浮遊拡散層１１の側にも広が
る。よって、浮遊拡散層１１のｍ度と、その深さＸＪ、
及びそのバイアス電圧によシ、浮遊拡散層１１は完全に
空乏化することが可能である。具体的に述べるならは、
ＮＤを浮遊拡散層１１のへ一型のドナー製置、ＮＡｉＰ
型基板１０のアクセプター磯波、浮遊拡散層１１とＰ型
基板１０との接合を階段接合し、逆バイアス電圧ｔ　Ｖ
　ｔ　とし、拡散電位をφとすると、と表わさ詐る。こ
こで８５１はＳｉ基板の比誘電率。

ｇ＠は真空の銹電軍、ｑは電子の電荷量、ｋはボルツマ
ン定数である。

具体的数値を上げるならは、Ｎ１＝１０　”　５ｃｒｎ
−３゜Ｘｊ＝ＬＯ＃ｍ、ＮＤ＝３Ｘ１０　　Ｃｍ　　　
とするとＸ（ＩＸＩＯ−’）２ ＝９．０３Ｖ ＝０．６０３Ｖ であるため、逆バイアス電圧として、＆４■の印加があ
れば浮遊拡散層１１は完全に空乏化する。

完全に空乏化した後では、空乏層の広がルはとまリ、ひ
いては浮遊拡散層１１の電位は９．０３　Ｖより変化し
ない。

このように例んは９．０３　Ｖで完全に空乏化すること
ができるＮ−１全浮遊拡散層１１に用いることにより、
リセット雑音？皆無にできることを第２図（ａｌお工び
（ｂ）のポテンシャル図を用いて説明する。時刻ｔｓ　
　（第２図（ａ））にリセットトランジスタ３のゲー）
Ｋ高レベルを印加してリセットトランジスタ３を導通芒
せ、浮遊拡散層１１内のキャリアをすべて出してしまう
。この時、浮遊拡散層１１は９．０３　Ｖにおいて完全
に空乏化するので、それ以上電位変化も起きない。

この完全空乏化による電位９．０３Ｖは、リセットトラ
ンジスタ３に熱雑音が存在していても、リセットトラン
ジスタ３下のチャネルポテンシャルが９．０３　Ｖに対
して十分深く、リセットドレイン４の電位ｖＩＬＤ　　
も十分高は詐ば、リセットトランジスｊ１３の熱雑音に
関係なく、リセットごとにかならず９．０３　Ｖに浮遊
拡散Ｎｉ１１１はセットされる。

すなわち、浮遊拡散層１１の電位のゆらぎは起きない。

このゆらぎのない状態で時刻ｔｚ第２図（ｂｌに信号電
荷全浮遊拡散層１１に流入妊ぜ、その電位変化ｉＭ（Ｊ
Ｓトランジスタ２と負荷抵抗７とのソースフォロワ−回
路で検出する定め、リセット雑音はリセットトランジス
タ３に熱雑音が存在していても、皆無とすることができ
る。

〔発明の効果〕

以上説明したように、不発明は、浮遊拡散層が完全に空
乏化できるように、その端麗、接合深さ、及びドレイン
電圧全設定することにより、リセットトランジスタに熱
雑音が存在していても、リセットノイズ？皆無にできる
効果があり、ＣＣＤの高Ｓ／Ｈに大きな効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図（ａ）
　、　（ｂｌはその動作を説明するポテンシャル図、第
３図は従来の信号電荷検出回路部分の断面図であり、第
４図（ａｌ　、　（ｂ）はその動作を説明するためのボ
テンンヤル図である。 １・・・・・・浮遊拡散層、２・・・・・・ＭＯＳトラ
ンジスタ、３・・・・・・リセットトランジスタ、４・
・・・・・リセットドレイン、５・・・・・・出力ゲー
ト、６・・・・・・転送ゲート、７・・・・・・負荷抵
抗、８・・・・・・Ｎ−ウェル、　９・・・・・・Ｐ＋
インカプラ層、１０・・・・・・基板。 童　２　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 浮遊拡散層と、その拡散層内の信号電荷をすい出すリセ
   ットトランジスタと、前記浮遊拡散層の電位変化を検出
   するソース・フォロワー回路とを含む電荷転送装置の信
   号電荷検出回路において、前記浮遊拡散層の不純物濃度
   は前記リセットトランジスタが導通時に完全に空乏化す
   るような値に設定されていることを特徴とする電荷転送
   装置の信号電荷検出回路。