DE4134011A1

DE4134011A1 - Ccd-bildwandler mit horizontalem ccd-bereich

Info

Publication number: DE4134011A1
Application number: DE4134011A
Authority: DE
Inventors: Hun Jun Jung
Original assignee: Goldstar Electron Co Ltd
Current assignee: Intellectual Ventures II LLC
Priority date: 1990-10-13
Filing date: 1991-10-14
Publication date: 1992-04-16
Anticipated expiration: 2011-10-15
Also published as: KR920008949A; KR930008528B1; JPH0714999A; DE4134011C2

Description

Die Erfindung betrifft allgemein einen CCD-Bildwandler (CCD = ladungsgekoppeltes Bauelement), insbesondere mit einem hori zontalen bzw. HCCD-Bereich, an dessen Ausgang eine Sperr ionenschicht gebildet ist.

Ein CCD-Bildwandler wird im allgemeinen so gebildet, daß eine Vielzahl von Fotoempfängern und eine Vielzahl von Signalver schiebungsbereichen auf einem Substrat aus einem Halbleiter material wie Siliciumoxid angeordnet wird. Als die Fotoemp fänger können Elemente gewählt werden, die eine Bildaufnahme vom sichtbaren Bereich bis zum Infrarotbereich zu ermög lichen.

Fig. 4 ist ein schematisches Schaltbild des Aufbaus eines konventionellen CCD-Bildwandlers vom Typ mit Übertragung zwischen den Leitungen. Dabei hat der konventionelle CCD- Bildwandler einen n-leitenden HCCD-Bereich und eine Vielzahl von n-leitenden vertikalen bzw. VCCD-Bereichen, und an jeden dieser Bereiche ist jeweils eine einer Serie von n-leitenden Fotodioden PD gekoppelt. Jede der n-leitenden Fotodioden PD ist mit dem n-leitenden VCCD-Bereich so gekoppelt, daß eine davon ausgegebene Bildsignalladung in einer einzigen Richtung zu dem n-leitenden VCCD-Bereich übertragen wird. Außerdem sind die n-leitenden VCCD-Bereiche mit dem n-leitenden HCCD- Bereich so verbunden, daß die von den Fotodioden PD übertra genen Signalladungen gleichzeitig zu dem n-leitenden HCCD- Bereich übertragen werden, und zwar aufgrund von ersten bis vierten VCCD-Taktsignalen Vo1-Vo4, wobei ein Taktsignal jeweils einer Phase entspricht. Mit dem n-leitenden HCCD- Bereich ist ein Abtastverstärker gekoppelt, der Zustände der Signalladungen abtastet und die Abtastzustände der Signal ladungen um einen vorbestimmten Verstärkungsfaktor verstärkt.

Der Betrieb des konventionellen CCD-Bildwandlers mit dem obi gen Aufbau gemäß Fig. 4 wird nachstehend beschrieben.

Zuerst erzeugen die n-leitenden Fotodioden PD bei Empfang von einer Abbildung entsprechendem auftreffendem Licht diesem Licht entsprechende Signalladungen. Die von den n-leitenden Fotodioden PD erzeugten Signalladungen werden über Transfer gates (nicht gezeigt) zu den n-leitenden VCCD-Bereichen übertragen. Dann übertragen die n-leitenden VCCD-Bereiche die von den Fotodioden PD übertragenen Signalladungen zu dem n- leitenden HCCD-Bereich, und zwar gleichzeitig aufgrund des ersten bis vierten VCCD-Taktsignals Vo1-Vo4. Die zum n-lei tenden HCCD-Bereich übertragenen Bildsignalladungen werden dann aufgrund von HCCD-Taktsignalen Ho1 und Ho2 von zwei Phasen zum Ausgang des n-leitenden HCCD-Bereichs übertragen. Die am Ausgang des n-leitenden HCCD-Bereichs ankommenden Signalladungen werden über ein Ausgabegatter (nicht gezeigt) zu einem Float-Diffusionsbereich 4 (Fig. 5 ) übertragen. Dann erfolgt durch den Abtastverstärker eine Abtastung der im Float-Diffusionsbereich 4 gespeicherten Signalladungen, und der Abtastverstärker liefert dem Abtastergebnis entsprechende Informationen in Form von Ausgangsspannungen.

Fig. 5 zeigt im Schnitt den Aufbau der Endstufe des n-leiten den HCCD-Bereichs von Fig. 1. Auf einem n-leitenden Substrat 1 ist eine p-leitende Potentialmulde 2 geformt, auf deren Oberfläche der n-leitende HCCD-Bereich 3 zur horizontalen Übertragung der Signalladungen, der n⁺-leitende Float-Diffu sionsbereich 4 zur vorübergehenden Speicherung der übertra genen Signalladungen und eine n⁺-leitende Löschsenke 5 zum Löschen der vorübergehend im n⁺-leitenden Float-Diffusions bereich 4 gespeicherten Signalladungen gebildet sind. Auf der Oberseite des n-leitenden HCCD-Bereichs 3 sind wiederum erste Steuerelektroden 6 und zweite Steuerelektroden 7 gebildet. In Teilen des n-leitenden HCCD-Bereichs 3 unter den zweiten Steuerelektroden 7 sind n⁻-leitende Sperrionenschichten 12 geformt, die Potentialschwellen zum leichteren Übertragen der Signalladungen bilden. Auf der Oberseite des Ausgangs des n- leitenden HCCD-Bereichs 3 ist ein Ausgabegatter 8 gebildet, an das eine konstante Vorgleichspannung zur Bildung von kon stanten Potentialschwellen für die Übertragung der Bildsi gnalladungen vom n-leitenden HCCD-Bereich 3 zum Float-Diffu sionsbereich 4 angelegt wird. Auf der Oberseite zwischen dem Float-Diffusionsbereich 4 und der Löschsenke 5 ist eine Löschsteuerelektrode 9 geformt zur Übertragung der im Float- Diffusionsbereich 4 gespeicherten Signalladungen zur Lösch senke 5 aufgrund eines Lösch-Taktsignals Ro, um das Potential des Float-Diffusionsbereichs 4 in den Ausgangszustand zu rückzubringen.

Mit dem Float-Diffusionsbereich 4 ist der Eingang des Abtast verstärkers gekoppelt (nicht gezeigt), um die Größe der im Float-Diffusionsbereich 4 gespeicherten Signalladungen abzu tasten und Spannungsinformationen entsprechend dem Abtaster gebnis auszugeben. Dabei können die Materialien der ersten und zweiten Steuerelektroden 6 und 7 jeweils ein Polysilicium sein.

Nachstehend wird unter Bezugnahme auf Fig. 6 der Betrieb des so aufgebauten konventionellen CCD-Bildwandlers beschrieben.

Fig. 6 zeigt ein Potentialprofil für den Aufbau von Fig.

Die von den Fotodioden PD erzeugten Signalladungen werden durch die n-leitenden VCCD-Bereiche zum n-leitenden HCCD-Be reich 3 übertragen. Die zum n-leitenden HCCD-Bereich 3 über tragenen Signalladungen werden von den ersten und zweiten Steuerelektroden 6 und 7 aufgrund der Taktsignale Ho1 und Ho2 zum Ausgang des CCD-Bildwandlers übertragen, wie Fig. 6 zeigt.

Da das Ausgabegatter 8 am Ausgang des n-leitenden HCCD-Be reichs 3 durch die Konstantspannung vorgespannt ist, wird das potential am Ausgang des n-leitenden HCCD-Bereichs 3 beim An legen von Hochpegel-Taktsignalen Ho1 und Ho2 an die ersten und zweiten Steuerelektroden 6 und 7 niedrig, so daß die Si gnalladungen nicht über die Potentialschwellen des Ausgabe gatters 8 weitergeleitet werden. Andererseits wird bei An legen von Niedrigpegel-Taktsignalen Ho1 und Ho2 an die ersten und zweiten Steuerelektroden 6 und 7 das Potential am Ausgang des n-leitenden HCCD-Bereichs 3 hoch, so daß die Signalla dungen die Potentialschwellen des Ausgabegatters 8 passieren können. Infolgedessen werden die Signalladungen vom n-leiten den HCCD-Bereich 3 zum Float-Diffusionsbereich 4 übertragen.

Die übertragenen Signalladungen werden in dem Float-Diffu sionsbereich 4 vorübergehend gespeichert. Dann tastet der Abtastverstärker die Größe der im Float-Diffusionsbereich 4 gespeicherten Signalladungen ab und liefert Spannungsinfor mationen entsprechend dem Abtastergebnis. Die Löschsteuer elektrode 9 entlädt die im Float-Diffusionsbereich 4 gespei cherten Signalladungen durch die Löschsenke 5 aufgrund des Lösch-Taktsignals Ro.

Der konventionelle CCD-Bildwandler mit dem vorgenannten HCCD- Bereich weist jedoch den Nachteil auf, daß zwischen dem Float-Diffusionsbereich 4 und dem Ausgabegatter 8 sowie zwischen dem Float-Diffusionsbereich 4 und der Löschsteuer elektrode 9 eine hohe elektrostatische Kapazität vorhanden ist wie beispielsweise eine zwischen der Gate-Elektrode und den Source-/Drain-Elektroden eines Transistors auftretende Abschnürung. Diese elektrostatische Kapazität verschlechtert die Empfindlichkeit des Float-Diffusionsbereichs 4. Die Be ziehung zwischen der elektrostatischen Kapazität C, der Ladungsänderung ΔQ und der Spannungsänderung ΔV kann durch die folgende Gleichung (1) wie folgt definiert werden:

Gemäß der obigen Gleichung (1) nimmt die Spannungsänderung ΔV mit zunehmender elektrostatischer Kapazität C ab, obwohl die Ladungsänderung ΔQ konstant ist.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Bereitstellung eines CCD- Bildwandlers, bei dem eine elektrostatische Kapazität zwi schen einem Float-Diffusionsbereich und einem Ausgabegatter des Bildwandlers so verringert ist, daß die Empfindlichkeit des Float-Diffusionsbereichs erhöht werden kann.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch einen CCD-Bildwandler, der einen HCCD-Bereich mit einem Ausgabe gatter zur Bildung von Potentialschwellen am Ausgang hat, wobei das Ausgabegatter mit einer konstanten Gleichspannung vorgespannt ist; dieser CCD-Bildwandler ist gekennzeichnet durch eine Sperrionenschicht, die unter einem Teil des HCCD- Bereichs gebildet ist, der dem Ausgabegatter entspricht und als Ersatz für dieses Ausgabegatter funktioniert, wobei die Sperrionenschicht von einem Leitungstyp ist, der von demje nigen des HCCD-Bereichs verschieden ist.

Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung von Ausfüh rungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:

Fig. 4 eine schematisch Darstellung des Aufbaus eines konven tionellen CCD-Bildwandlers von einem mit Zeilenüber tragung arbeitenden Typ;

Fig. 5 eine Schnittdarstellung, die den Aufbau des Ausgangsteils eines n-leitenden HCCD-Bereichs von Fig. 4 zeigt;

Fig. 6 ein Potentialprofil, das der Konstruktion von Fig. 5 entspricht;

Fig. 1 eine Schnittdarstellung, die den Aufbau des Ausgangsteils eines n-leitenden HCCD-Bereichs bei einem CCD-Bildwandler gemäß der Erfindung zeigt;

Fig. 2 ein Potentialprofil für die Konstruktion von Fig. 1 und

Fig. 3 ein Diagramm der Potentialverteilung entlang der Linie A-A′ von Fig. 1.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird zuerst der Aufbau des Ausgangs teils eines n-leitenden HCCD-Bereichs in einem CCD-Bildwandler beschrieben.

Fig. 1 zeigt im Schnitt den Aufbau des Ausgangsteils des n- leitenden HCCD-Bereichs in dem CCD-Bildwandler. Dabei ist auf einem n-leitenden Substrat 1 eine p-leitende Potentialmulde 2 geformt, und auf deren Oberfläche sind der n-leitende HCCD- Bereich 3 zur horizontalen Übertragung von Signalladungen, ein n⁺-leitender Float-Diffusionsbereich 4 zur vorübergehenden Speicherung der übertragenen Signalladungen und eine n⁺- leitende Löschsenke 5 zum Löschen der vorübergehend im n⁺- leitenden Float-Diffusionsbereich 4 gespeicherten Signalladungen gebildet. Auf der Oberseite des n-leitenden HCCD-Bereichs 3 sind erste Steuerelektroden 6 und zweite Steuerelektroden 7 geformt. In Teilen des n-leitenden HCCD-Bereichs 3 unter den zweiten Steuerelektroden 7 sind n-leitende Sperrionenschichten 12 zur Bildung von Potentialschwellen zum Zweck der leichteren Übertragung der Signalladungen gebildet. Am Ausgang des n-leitenden HCCD-Bereichs 3 ist eine p-leiten de Sperrionenschicht 13 zur Bildung von Potentialschwellen geformt. Auf der Oberseite zwischen dem Float-Diffusionsbe reich 4 und der Löschsenke 5 ist eine Löschsteuerelektrode 9 geformt, um die in dem Float-Diffusionsbereich 4 gespeicher ten Signalladungen aufgrund eines Lösch-Taktsignals Ro zur Löschsenke 5 zu übertragen und das Potential des Float- Diffusionsbereichs 4 in den Ausgangszustand zurückzustellen. Dabei werden an die ersten und zweiten Steuerelektroden 6 und 7 HCCD-Taktsignale Ho1 und Ho2 angelegt. Mit dem Float-Diffu sionsbereich 4 ist der Eingang des Abtastverstärkers verbun den (nicht gezeigt), um die Größe der im Float-Diffusions bereich 4 gespeicherten Signalladungen abzutasten und ent sprechend dem Abtastergebnis Spannungsinformationen auszu geben. Dabei können die Materialien der ersten und zweiten Steuerelektroden 6 und 7 Polysiliciummaterialien sein.

Der Betrieb des so aufgebauten CCD-Bildwandlers wird nach stehend unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 im einzelnen beschrieben.

Fig. 2 zeigt ein Potentialprofil, das die Übertragung der Signalladungen vom HCCD-Bereich 3 zu dem Float-Diffusionsbe reich 4 verdeutlicht. Die von den Fotodioden PD erzeugten Signalladungen werden durch die n-leitenden VCCD-Bereiche zum n-leitenden HCCD-Bereich 3 übertragen. Die zum n-leitenden HCCD-Bereich 3 übertragenen Signalladungen werden von den ersten und zweiten Steuerelektroden 6 und 7 aufgrund der Taktsignale Ho1 und Ho2 zum Ausgang des CCD-Bildwandlers übertragen, wie Fig. zeigt.

Da also die p-leitende Sperrionenschicht 13 am Ausgang des n- leitenden HCCD-Bereichs 3 mit einer Konstantspannung vorge spannt ist, wird das Potential am Ausgang des n-leitenden HCCD-Bereichs 3 niedrig, wenn Hochpegel-Taktsignale Ho1 und Ho2 an die ersten und zweiten Steuerelektroden 6 und 7 an gelegt werden, so daß die Signalladungen die Potentialwälle der p-leitenden Sperrionenschicht 13 nicht passieren können. Wenn andererseits Niedrigpegel-Taktsignale Ho1 und Ho2 an die ersten und zweiten Steuerelektroden 6 und 7 angelegt werden, wird das potential am Ausgang des n-leitenden HCCD-Bereichs 3 hoch, so daß die Signalladungen über die Potentialschwellen der p-leitenden Sperrionenschicht 13 gelangen können. Infol gedessen werden die Signalladungen aus dem n-leitenden HCCD- Bereich 3 zu dem Float-Diffusionsbereich 4 übertragen. Die übertragenen Signalladungen werden in dem Float-Diffusions bereich 4 vorübergehend gespeichert. Dann tastet der Abtast verstärker den Wert der im Float-Diffusionsbereich 4 gespei cherten Signalladungen ab und liefert dem Abtastergebnis ent sprechende Ausgangsspannungsinformationen. Die Löschsteuer elektrode 9 entlädt die im Float-Diffusionsbereich 4 gespei cherten Signalladungen durch die Löschsenke 5 aufgrund des Lösch-Taktsignals Ro.

Fig. 3 zeigt ein Verteilungsdiagramm des Potentials entlang der Linie A-A′ von Fig. um die p-leitende Sperrschicht 13 herum. Durch die Bildung einer Übergangszone zwischen dem n- leitenden HCCD-Bereich 3 und der p-leitenden Sperrionen schicht 13 übersteigt das höchste Potential einen Abschnü rungsspannungspegel nicht.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel kann anstelle der p-leitenden Sperrionenschicht 13 eine n^--lei tende Sperrionenschicht am Ausgang des n-leitenden HCCD-Be reichs 3 gebildet werden. Die n⁻-leitende Sperrionenschicht wird gebildet durch Vermindern der Konzentration von n-lei tenden Störstellen in dem Teil des Ausgangs des n-leitenden HCCD-Bereichs 3, der der p-leitenden Sperrionenschicht 13 entspricht.

Wie vorstehend beschrieben, wird gemäß der Erfindung zum Zweck der Bildung der Potentialwälle die p-leitende Sperr ionenschicht am Ausgang des n-leitenden HCCD-Bereichs an stelle des Ausgabegatters gebildet. Daher kann der CCD-Bild wandler gemäß der Erfindung die elektrostatische Kapazität an seinem Float-Diffusionsbereich verringern, so daß die Emp findlichkeit des Float-Diffusionsbereichs erhöht werden kann und es außerdem nicht notwendig ist, die Vorgleichspannung an seinen Ausgang anzulegen.

Claims

1. CCD-Bildwandler, der einen HCCD-Bereich mit einem Aus gabegatter zur Bildung von Potentialwällen an seinem Ausgang aufweist, wobei das Ausgabegatter von einer konstanten Gleichspannung vorgespannt ist, gekennzeichnet durch eine unter einem Teil des HCCD-Bereichs (3), der dem Aus gabegatter entspricht, gebildete Sperrionenschicht (13); die als Ersatz für das Ausgabegatter wirkt.

2. CCD-Bildwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitungstyp der Sperrionenschicht (13) von demjenigen des HCCD-Bereichs (3) verschieden ist.

3. CCD-Bildwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrionenschicht (13) vom gleichen Leitungstyp wie der HCCD-Bereich (3) ist und die Störstellenkonzentration der Sperrionenschicht niedriger als diejenige des HCCD-Bereichs ist.

4. CCD-Bildwandler nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrionenschicht (13) ein Potential unterhalb eines Abschnürungsspannungspegels hat.