FR2687846A1 - Image detection apparatus - Google Patents

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    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/148Charge coupled imagers

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Abstract

The invention relates to image detection techniques. A reliable and relatively economical means for obtaining a rapid response in an image detection apparatus with a charge-coupled semiconductor device consists in incorporating in the apparatus a radioactive light source in order to illuminate the charge-coupled material, to an extent sufficient to polarise it to a "bald zero" in the case of a charge-coupled device with a surface channel, or to a "light-faced zero" in the case of a charge-coupled device with a buried channel. Application to detection systems.

Description

-2687846-2687846

Sa présente invention concerne l'utilisation de dispositifs semiconducteurs pour la détection d'une image.  Its present invention relates to the use of semiconductor devices for the detection of an image.

Un dispositif à couplage de charge (DCC)est un dispositif en circuit intégré qui fonctionne en transférant des "paquets" de charge dans le dispositif sous l'influence de champs électriques. Ces paquets de charge peuvent être créés de manière électrique ou optique et on peut les utiliser pour représenter  A charge coupled device (DCC) is an integrated circuit device that works by transferring charge "packets" into the device under the influence of electric fields. These charge packets can be created electrically or optically and can be used to represent

à l'intérieur du dispositif un signal externe appliqué au dis-  inside the device an external signal applied to the device

positif, par exemple une image formée sur le dispositif par un rayonnement électromagnétique.  positive, for example an image formed on the device by electromagnetic radiation.

Dans un dispositif du type silicium-dioxyde de si- licium, les paquets de charge existent dans une couche de dé-  In a device of the silicon-silicon dioxide type, the charge packets exist in a layer of silicon.

plétion à la frontière entre une couche de dioxyde de silicium15 et une couche de silicium Dans un dispositif à canal de sur- face, 'la couche de déplétion est à la surface du dispositif, mais dans un dispositif à canal enterré, elle est légèrement au-dessous de la surface. Dans un DCC à canal de surface, il existe des "états de surface rapides" qui se vident de toute charge si le DCC n'a pas reçu de signal d'entrée pendant un certain temps Si on applique ensuite un signal, ces "états" s'emplissent à partir du paquet de charge et ils réémettent ensuite lentement cette charge emprisonnée lorsque le signal d'entrée est sup-25 primé Si le temps admissible pour le transfert de charge est court vis-à-vis de la constante de temps de cette réémission, la dégradation du signal devient notable. Dans le domaine des capteurs d'images rapides à DCC à canal de surface, on a proposé précédemment de minimiser cette dégradation du signal par une illumination du dispositif afin de maintenir constamment les états de surface rapidesà l'état plein, ce qui permet un transfert rapide du paquet de charge de signal, sans perturbation On appelle "zéro gras" la charge que produit cette illumination de fond, et elle est35 de façon caractéristique de 10 à 50 % de la capacité de charge  pletion at the border between a layer of silicon dioxide and a layer of silicon In a surface channel device, the depletion layer is on the surface of the device, but in a buried channel device it is slightly at the - below the surface. In a surface channel DCC, there are "fast surface states" which empty themselves of any charge if the DCC has not received an input signal for a certain time. If a signal is then applied, these "states "fill up from the charge packet and then slowly re-emit this trapped charge when the input signal is sup-25 awarded If the admissible time for charge transfer is short vis-à-vis the time constant from this re-transmission, the degradation of the signal becomes significant. In the field of surface channel DCC fast image sensors, it has previously been proposed to minimize this degradation of the signal by illumination of the device in order to constantly maintain the fast surface states in the full state, which allows transfer fast signal charge packet, without disturbance The charge produced by this background illumination is "zero fat", and is typically 10 to 50% of the charge capacity

2 du dispositif.2 of the device.

Un effet similaire se produit dans un dispositif à couplage de charge (DCC) à canal enterré Les défauts du réseau cristallin qui provoquent le piégeage' de charges dans le silicium massif sont moins nombreux dans ce cas et un ni- veau de fond correspondant à 2 à 10 % seulement de la capacité de charge maximale (ce qu'on appelle un "zéro maigref') est nécessaire pour permettre un transfert sans perturbation des paquets de charge de signal On constate que la nécessité10 d'utiliser une illumination de fond pour produire un "zéro maigre" est moins fréquente que la nécessité de produire un  A similar effect occurs in a buried channel charge coupled device (DCC). The defects of the crystal lattice which cause the trapping of charges in solid silicon are less numerous in this case and a background level corresponding to 2 at only 10% of the maximum load capacity (what is called a "zero lean") is necessary to allow a transfer without disturbance of the signal charge packets It is noted that the need10 to use background illumination to produce a "skinny zero" is less common than the need to produce a

"zéro grast' dans un DCC à canal de surface.  "zero grast 'in a surface channel DCC.

On utilise ici le terme "zéro renforcé" pour dési- gner un "zéro gras" lorsque le DCC;est du type à canal de  The term "reinforced zero" is used here to denote a "bold zero" when the DCC is of the channel type.

surface, et un "zéro maigre" -lorsque le DCC est du type à canal enterré.  surface, and a "skinny zero" -when the DCC is of the buried channel type.

Diverses sources lumineuses différentes ont été proposées précédemment pour illuminer un détecteur d'image à  Various different light sources have been proposed previously to illuminate an image detector with

DCC à canal de surface Un exemple d'une source lumineuse20 consiste en une diode électroluminescente la demanderesse a examiné les propositions faites antérieurement pour des sour-  DCC with surface channel An example of a light source20 consists of a light-emitting diode the applicant has examined the proposals made previously for sources

ces lumineuses dans des DCC et a trouvé qu'elles n'étaient pas satisfaisantes Un problème consiste en ce que ces sources sont volumineuses et peu fiables, et un autre problème consis-25 te en ce qu'elles sont relativement coûteuses Un but de l'in- vention est de procurer un détecteur d'image à DCC rapide qui soit petit, fiable et relativement économique. L'invention procure un appareil de détection-d'image destiné à détecter la présence dans un champ d'un émetteur de  these bright in DCC and found that they were not satisfactory One problem is that these sources are large and unreliable, and another problem is that they are relatively expensive A goal of the The invention is to provide a fast, reliable, and relatively inexpensive DCC image detector. The invention provides an image detection apparatus for detecting the presence in a field of a radio transmitter.

rayonnement électromagnétique ayant une longueur d'onde carac- téristique, cet appareil comprenant un dispositif semiconduc-  electromagnetic radiation having a characteristic wavelength, this apparatus comprising a semiconductor device

teur à transfert de charge qui est sensible à ce rayonnement et est capable de produire un signal de sortie utile, et étant caractérisé par: un filtre optique à bande étroite qui atté-35 nue fortement toutes les longueurs d'onde à 1-exception de  charge transfer sensor which is sensitive to this radiation and is capable of producing a useful output signal, and which is characterized by: a narrow band optical filter which strongly attenuates all wavelengths except 1

3 celles contenues dans une bande étroite qui comprend la lon-  3 those contained in a narrow band which includes the long

gueur d'onde caractéristique; et une-source qui, par un mé- canisme de désintégration radioactive, émet un rayonnement d'une longueur d'onde à laquelle le dispositif à transfert 5 de charge est sensible, la source étant placée d'une manière telle que le rayonnement qu'elle émet tombe sur le dispositif à transfert de charge et polarise celui-ci au moins à un "zéro renforcé", aussi faible que soit l'intensité tombant sur le dispositif à transfert de charge qui correspond au  characteristic wavelength; and a source which, by a radioactive decay mechanism, emits radiation of a wavelength to which the charge transfer device 5 is sensitive, the source being placed in such a way that the radiation which 'it emits falls on the charge transfer device and polarizes it at least to a "reinforced zero", as low as the intensity falling on the charge transfer device which corresponds to

rayonnement de fond filtré par le filtre.  background radiation filtered by the filter.

La demanderesse a déterminé que si le niveau d'il- lumination d'un dispositif interne d'illumination de fond d'un appareil de détection d'image est réglé pour un fond sombre à l'extérieur de l'appareil (comme par exemple dans le15 cas du fonctionnement de nuit avec le ciel comme fond), lors- que l'appareil est utilisé avec des fonds externes lumineux (par exemple un ciel clair ou un sol ensoleillé),l'intensité de fond tota 2 e qui tombe sur le détecteur d'image à DCC, qui  The Applicant has determined that if the level of illumination of an internal background illumination device of an image detection apparatus is set for a dark background outside of the apparatus (such as for example in the case of night operation with the sky as background), when the device is used with luminous external backgrounds (for example a clear sky or a sunny ground), the background intensity tota 2 e which falls on the image detector at DCC, which

est la somme du niveau de fond interne produit par la source20 lumineuse préréglée et du niveau de fond externe, est supé- rieure au niveau critique, ce qui fait que le temps de répon-  is the sum of the internal background level produced by the preset light source and the external background level, is greater than the critical level, which means that the response time

se du DCC peut dans ces circonstances être augmenté au point de devenir marginal. Néanmoins, l'inconvénient possible d'avoir une  DCC may in these circumstances be increased to the point of becoming marginal. However, the possible disadvantage of having a

source lumineuse d'intensité fixe sera probablement plus que compensé dans certaines applications par l'excellente fiabi-  fixed intensity light source will probably be more than compensated in certain applications by the excellent reliability

lité, le coût et la taille réduits et la facilité de fabrica- tion permettant d'obtenir une forme désirée quelconque, qui sont associés aux sources lumineuses radioactives.30 Il va de soi que de nombreuses modifications peu-  lity, reduced cost and size and ease of manufacture to obtain any desired shape, which are associated with radioactive light sources.30 It goes without saying that many modifications can

vent être apportées au dispositif décrit et représenté, sans  can be made to the device described and shown, without

sortir du cadre de l'invention.depart from the scope of the invention.

REVEYIDICATIQNSREVEYIDICATIQNS

1 Appareil de détection d'image, destiné à détec- ter la présence dans un champ d'un émetteur de rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onrde caractéristique et comprenant un dispositif semiconducteur à transfert de charge qui est sensible à ce rayonnement et qui est capable de four- nir un signal de sortie utile, caractérisé en ce qu'il com- prend en outre une source de rayonnement à désintégration radioactive, d'une longueur d'onde à laquelle le dispositif10 à transfert de charge est sensible, dans le but d'illuminer lec dispositif semiconducteur O 2 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source à désintégration radioactive produit un  1 Image detection apparatus, intended to detect the presence in a field of an emitter of electromagnetic radiation of a characteristic wavelength and comprising a semiconductor charge transfer device which is sensitive to this radiation and which is capable of providing a useful output signal, characterized in that it further comprises a source of radioactive decay radiation, of a wavelength to which the charge transfer device10 is sensitive, in the purpose of illuminating the semiconductor device O 2 Apparatus according to claim 1, characterized in that the radioactive decay source produces a

rayonnement d'intensité suffisante pour polariser le disposi-15 tif semiconducteur à un "zéro renforcé", au sens défini pré- cédemment pour ce terme.  radiation of sufficient intensity to polarize the semiconductor device to a "reinforced zero", in the sense defined previously for this term.

3 Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif semiconducteur est un dispositif à couplage de charge à canal de surface.20 4 Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif semiconducteur est un dispositif à couplage de charge à canal enterré, 5 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un filtre optique à bande étroite qui, dans le rayonnement de l'émetteur, ne laisse passer de façon préférentielle que le rayonnement qui a une longueur d'onde  3 Apparatus according to claim 2, characterized in that the semiconductor device is a surface channel charge coupled device. 20 4 Apparatus according to claim 2, characterized in that the semiconductor device is a channel charge coupled device. 5 buried apparatus according to claim 1, characterized in that it comprises a narrow band optical filter which, in the radiation of the emitter, preferentially lets through only the radiation which has a wavelength

comprise dans la bande étroite du filtre.  included in the narrow band of the filter.

RÉPUBLIQUE FRAN AISEFRENCH REPUBLIC

INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIETE INDUSTRIELLE  NATIONAL INSTITUTE OF INDUSTRIAL PROPERTY

Erratum Brevet n A 1 Demande de brevet n 84 06208 N de Publication: 2 687 846 Classification internationale: CLASST 5  Erratum Patent n A 1 Patent application n 84 06 208 Publication N: 2 687 846 International classification: CLASST 5

HOIL 31/12.HOIL 12/31.

&C"' O& C "'O

26 bis, rue de Saint-Pétersbourg 75800 Paris Cédex 08 Té: ( 1) 42 94 52 52 Télex: IN Pl PARIS Télécopie: (t 1) 42 93 59 30 Établissementpublic national creéé par fa loir P 5 I-444 du 19 avril 1951 s;.  26 bis, rue de Saint-Pétersbourg 75800 Paris Cédex 08 Té: (1) 42 94 52 52 Telex: IN Pl PARIS Fax: (t 1) 42 93 59 30 National public establishment created by facade P 5 I-444 of April 19 1951 s .;

ERRATUMERRATUM

A la rubrique 30 de la page de garde du fascicule de la demande de brevet:  In section 30 of the cover page of the specification of the patent application:

I 1 faut lire: 20 08 82 GB 8224004.I should read: 20 08 82 GB 8224004.

A la rubrique 60 de la même page de garde: Il faut lire: Transformation de la demande de brevet européen n 83304809 3 déposée le 19 8 83 La date indiquée en 22 est celle de la transformation (chap III du décret n 78 1011 du 10 octobre 1978)  In section 60 of the same cover page: You should read: Transformation of the European patent application n 83304809 3 filed on 19 8 83 The date indicated in 22 is that of the transformation (chap III of decree n 78 1011 of 10 October 1978)

-8 SEP 1993-8 SEP 1993

Co ('J oeCo ('J oe

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CA000435313A CA1331403C (en) 1982-08-20 1983-08-25 Imaging apparatus with a semiconductor charge transfer device

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SE (1) SE501883C2 (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3925657A (en) * 1974-06-21 1975-12-09 Rca Corp Introduction of bias charge into a charge coupled image sensor
EP0033129A1 (en) * 1980-01-25 1981-08-05 Kabushiki Kaisha Toshiba Charge transfer apparatus

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GB2247102B (en) 1992-07-15
DE3347822C1 (en) 1992-08-27
SE8402565D0 (en) 1984-05-14
SE8402565L (en) 1992-06-20
FR2687846B1 (en) 1994-07-01
GB2247102A (en) 1992-02-19
SE501883C2 (en) 1995-06-12
CA1331403C (en) 1994-08-09

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