JP2519482B2 - Charge transfer device - Google Patents

Charge transfer device

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JP2519482B2
JP2519482B2 JP62264978A JP26497887A JP2519482B2 JP 2519482 B2 JP2519482 B2 JP 2519482B2 JP 62264978 A JP62264978 A JP 62264978A JP 26497887 A JP26497887 A JP 26497887A JP 2519482 B2 JP2519482 B2 JP 2519482B2
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    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は電荷転送装置に関し、特に転送終端部にお
ける出力特性を改良し得る構造を有する電荷転送装置に
関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a charge transfer device, and more particularly to a charge transfer device having a structure capable of improving output characteristics at a transfer end portion.

[従来の技術] 第3図は電荷転送装置を用いたインターライン転送方
式よりなる固体撮像素子のブロック図である。
[Prior Art] FIG. 3 is a block diagram of a solid-state imaging device of an interline transfer system using a charge transfer device.

図を参照して以下構成について説明する。 The configuration will be described below with reference to the drawings.

3列×4行に配列されたフォトダイオードよりなる光
検出部21a〜21cにそれぞれ転送ゲート22a〜22cを介して
電荷結合素子(以下CCDという)よりなる垂直転送部23a
〜23cが接続される。垂直転送部23a〜23cの転送方向端
部にはインターフェイス部24a〜24cを介してCCDよりな
る水平転送部25が接続され、その転送方向端部にはプリ
アンプ26を介して出力端子27が接続される。
A vertical transfer unit 23a formed of a charge coupled device (hereinafter referred to as a CCD) via transfer gates 22a to 22c to photodetection units 21a to 21c formed of photodiodes arranged in 3 columns x 4 rows.
~ 23c is connected. A horizontal transfer unit 25 composed of a CCD is connected to the transfer direction ends of the vertical transfer units 23a to 23c via interface units 24a to 24c, and an output terminal 27 is connected to the transfer direction ends via a preamplifier 26. It

次にその動作について簡単に説明する。 Next, the operation will be briefly described.

光検出部21a〜21cに入力された光信号は、そこで電気
信号に変換され、転送ゲート22a〜22cのオンによって次
々と垂直転送部23a〜23cに読出される。垂直転送部23a
〜23cに読出された信号電荷は、電荷転送機能によって
転送されインターフェイス部24a〜24cを介し水平転送部
25に読出される。水平転送部25に読出された信号電荷は
さらに電荷転送機能によって転送され、プリアンプ26に
て転送電荷を電気信号に増幅して出力端子27から次々と
光検出部21a〜21cの光入力情報として取出すのである。
この一連の変換、転送および出力動作からなるサイクル
を連続的に繰返すことによって画像処理を行なうのであ
る。
The optical signals input to the photo detectors 21a to 21c are converted into electrical signals there, and read to the vertical transfer units 23a to 23c one after another by turning on the transfer gates 22a to 22c. Vertical transfer unit 23a
To 23c, the signal charges read out are transferred by the charge transfer function and transferred through the interface parts 24a to 24c to the horizontal transfer part.
Read to 25. The signal charges read out to the horizontal transfer unit 25 are further transferred by the charge transfer function, the transfer charges are amplified into an electric signal by the preamplifier 26, and are sequentially taken out from the output terminal 27 as optical input information of the photodetection units 21a to 21c. Of.
Image processing is performed by continuously repeating the cycle of the series of conversion, transfer and output operations.

第4図は第3図の水平転送部を構成するCCDの転送方
向に沿った断面とポテンシャルとの関係を示した図であ
り、第5図はその転送電極に印加されるクロックパルス
を示したタイミングチャート図である。
FIG. 4 is a diagram showing the relation between the cross section along the transfer direction and the potential of the CCD constituting the horizontal transfer portion of FIG. 3, and FIG. 5 shows the clock pulse applied to the transfer electrode. It is a timing chart figure.

以下、両図を参照してCCDの転送動作について簡単に
説明する。
The transfer operation of the CCD will be briefly described below with reference to FIGS.

まず、第5図に示されるクロックパルスに従って水平
転送部25の転送電極28に接続される端子のうちφA1
“HH"レベルの電圧が印加され、φA2〜φA4に“H"レベ
ルの電圧が印加されると半導体基板1の転送電極下のポ
テンシャル井戸が時刻t0に示す状態に形成される。この
とき垂直転送部23a〜23cによって転送されてきた電荷
QA,QB,QCがインターフェイス部24a〜24cを介してこのポ
テンシャル井戸に転送され一旦蓄えられる。蓄えられた
電荷は時刻t1〜t3にて示されるようにそのポテンシャル
井戸をクロックパルスに基づいて移動させることによっ
て、順次プリアンプ26の方向に転送される。以下同様の
クロックパルスの繰返しによって垂直転送部23a〜23cか
ら転送されてきた電荷を次々と出力側に転送するのであ
る。
First, in accordance with the clock pulse shown in FIG. 5, among the terminals connected to the transfer electrode 28 of the horizontal transfer section 25, a voltage of "HH" level is applied to φA 1 and a voltage of "HH" level is applied to φA 2 to φA 4 . When a voltage is applied, the potential well below the transfer electrode of the semiconductor substrate 1 is formed in the state shown at time t 0 . At this time, the charges transferred by the vertical transfer units 23a to 23c
Q A , Q B , and Q C are transferred to this potential well via the interface units 24a to 24c and temporarily stored. The accumulated charges are sequentially transferred in the direction of the preamplifier 26 by moving the potential well based on the clock pulse as shown at times t 1 to t 3 . Thereafter, the charges transferred from the vertical transfer units 23a to 23c are sequentially transferred to the output side by repeating the same clock pulse.

第6図は第3図における水平転送部の出力部まわりの
構成を示した断面図であり、第7図はその各構成部に印
加されるクロックパルスを示したタイミングチャート図
である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the configuration around the output section of the horizontal transfer section in FIG. 3, and FIG. 7 is a timing chart diagram showing clock pulses applied to the respective sections.

以下、両図を参照してその構成および動作について説
明する。
The configuration and operation will be described below with reference to both drawings.

半導体基板1の主面上方にCCDの最終ゲートとしての
端子φA3およびφA4が接続される転送電極2,3が形成さ
れ、また半導体基板1の主面には不純物領域14,15が形
成される。転送電極3下方の領域と不純物領域14との間
の領域上方にはゲート電極4が形成され、一方不純物領
域14と不純物領域15との間の領域上方にはゲート電極9
が形成されてリセットトランジスタをなしている。また
そのゲートが不純物領域14に接続されるMOSトランジス
タQと負荷抵抗Rとが接続されてプリアンプ26を構成
し、トランジスタQと負荷抵抗Rとの接点に出力端子27
が接続する。
Transfer electrodes 2 and 3 to which terminals φA 3 and φA 4 as the final gate of the CCD are connected are formed above the main surface of the semiconductor substrate 1, and impurity regions 14 and 15 are formed on the main surface of the semiconductor substrate 1. It The gate electrode 4 is formed above the region between the region below the transfer electrode 3 and the impurity region 14, while the gate electrode 9 is formed above the region between the impurity region 14 and the impurity region 15.
Are formed to form a reset transistor. Further, a MOS transistor Q whose gate is connected to the impurity region 14 and a load resistor R are connected to form a preamplifier 26, and an output terminal 27 is provided at a contact point between the transistor Q and the load resistor R.
Connect.

動作としては時刻t01においてゲート電極3の端子φA
4の電圧レベルがハイレベル“H"になる。このとき、次
に読出される信号電荷がゲート電極2,3の下に蓄積され
ている。また、前記ゲート電極2,3の電圧レベルが“H"
になると同時に、リセットレベルφRが“H"になり、不
純物領域の電位をVRのレベルにセットする。
In operation, at time t 01 , terminal φA of gate electrode 3
The voltage level of 4 becomes high level “H”. At this time, the signal charges to be read next are accumulated under the gate electrodes 2 and 3. In addition, the voltage level of the gate electrodes 2 and 3 is "H".
At the same time, the reset level φR becomes “H”, and the potential of the impurity region is set to the level of VR.

そしてリセットトランジスタのゲート電極9の電圧φ
Rのレベルが“H"から“L"に変化すると、不純物領域14
の電位が転送電極9と不純物領域14の間の容量結合によ
り低下し、同時に出力D0のレベルも低下する。
And the voltage φ of the gate electrode 9 of the reset transistor
When the level of R changes from “H” to “L”, the impurity region 14
Potential decreases due to capacitive coupling between the transfer electrode 9 and the impurity region 14, and at the same time, the level of the output D 0 also decreases.

時刻t02(>t01)ではリセットランジスタ電極9の電
圧φRは“L"の状態にあり、不純物領域14はフローティ
ング状態にある。その後、転送電極3の電圧のレベルが
“H"から“L"に変化する。時刻t03(>t02)では転送電
極3の電圧のレベルが“L"の状態にあり、転送電極3下
方に蓄積されていた信号電荷は不純物領域14に読出さ
れ、出力D0のレベルは信号量に応じて変化する。すなわ
ち、不純物領域14の電位変化はソースフォロワとしての
プリアンプ26を通して外部に出力される。
At time t 02 (> t 01 ), the voltage φR of the reset transistor electrode 9 is in the “L” state, and the impurity region 14 is in the floating state. After that, the voltage level of the transfer electrode 3 changes from "H" to "L". At time t 03 (> t 02 ), the voltage level of the transfer electrode 3 is in the “L” state, the signal charges accumulated below the transfer electrode 3 are read out to the impurity region 14, and the level of the output D 0 is It changes according to the signal amount. That is, the potential change of the impurity region 14 is output to the outside through the preamplifier 26 as a source follower.

[発明が解決しようとする問題点] 上記のような従来の電荷転送装置では出力部まわりの
構成が以上のように構成されている。ここで不純物領域
14、すなわちフローティングディフュージョンの容量を
CFD、ソースフォロワの利得をGとすると信号電荷数NS
に対する出力電圧V0は V0=G×q×NS/CFD となる。ここでqは電子の電荷である。したがってV0
CFDが小さいほど大きくなる。しかしCFDは0.01〜0.1pF
程度でこれ以上小さくすることは微細加工技術上から困
難であった。したがって、フローティングディフュージ
ョンの容量の低減には限界があるので、電荷結合素子か
ら転送される微少な信号量に対して十分な出力を得るこ
とができないという問題点があった。
[Problems to be Solved by the Invention] In the conventional charge transfer device described above, the configuration around the output section is configured as described above. Where the impurity region
14 or the floating diffusion capacity
If the gain of C FD and the source follower is G, the number of signal charges N S
The output voltage V 0 for V 0 is V 0 = G × q × N S / C FD . Here, q is the charge of the electron. Therefore V 0 is
The smaller the C FD, the larger it becomes. However, C FD is 0.01 to 0.1 pF
It was difficult to make the size smaller than this from the viewpoint of fine processing technology. Therefore, since there is a limit to the reduction of the floating diffusion capacity, there is a problem that a sufficient output cannot be obtained for a minute amount of signal transferred from the charge coupled device.

この発明は上記のような問題点を解決するためになさ
れたもので、電荷結合素子から出力された電荷を電荷結
合素子と同一基板上で増幅して出力することのできる電
荷転送装置を得ることを目的とする。
The present invention has been made to solve the above problems, and provides a charge transfer device capable of amplifying and outputting charges output from a charge coupled device on the same substrate as the charge coupled device. With the goal.

[問題点を解決するための手段] この発明に係る電荷転送装置は、電荷結合素子から出
力された第1の電荷の電荷量をもとにこの電荷量より大
なる第2の電荷を別途供給してこれを一旦蓄積した後転
送する。転送された第2の電荷の電荷量をもとにこれを
増幅して出力信号として取出すものである。
[Means for Solving the Problems] In the charge transfer device according to the present invention, the second charge, which is larger than this charge amount, is separately supplied based on the charge amount of the first charge output from the charge coupled device. Then, it is stored once and then transferred. Based on the transferred amount of the second charge, it is amplified and taken out as an output signal.

[作用] この発明においては、第1の電荷の電荷量より大なる
第2の電荷量をもとに出力電圧を取出すので、第1の電
荷が微少量であっても大きな出力信号が確保される。
[Operation] In the present invention, since the output voltage is taken out based on the second charge amount which is larger than the charge amount of the first charge, a large output signal is secured even if the first charge is very small. It

[実施例] 第1図はこの発明の一実施例を示すCCDの出力部まわ
りの構成とそのポテンシャルとの関係を示した図であ
り、第2図はそのゲート電極に印加されるクロックパル
スを示したタイミングチャート図である。
[Embodiment] FIG. 1 is a diagram showing a configuration around an output portion of a CCD showing an embodiment of the present invention and its relation to a potential, and FIG. 2 shows a clock pulse applied to its gate electrode. It is the timing chart figure shown.

以下、両図を参照してその構成および動作について説
明する。
The configuration and operation will be described below with reference to both drawings.

半導体基板1の主面の所定位置に不純物領域10,12,1
3,14,15が形成される。不純物領域10の左側の領域上方
にはCCDの最終ゲートとしての端子φA3およびφA4が接
続されるゲート電極2,3が形成され、転送電極3下方の
領域と不純物領域10との間の領域上方にはVG0なる電圧
が印加されるゲート電極4が形成される。不純物領域10
と不純物領域12との間の領域上方には、φR1なる電圧が
印加されるゲート電極5が形成されて第1のリセットト
ランジスタをなしている。不純物領域12,13にはそれぞ
れVR1,φIなる電圧が印加され、不純物領域13と不純
物領域14との間の領域上方にはゲート電極6,7,8が形成
される。ゲート電極6は不純物領域10に接続されてこれ
らは常に同電位とされ、ゲート電極7,8にはそれぞれφS
T,φBなる電圧が印加される。不純物領域14と不純物領
域15との間の領域上方にはφR2なる電圧が印加されるゲ
ート電極9が形成され、第2のリセットトランジスタを
なし不純物領域15にはVR2なる電圧が印加される。
Impurity regions 10, 12, 1 are formed at predetermined positions on the main surface of the semiconductor substrate 1.
3,14,15 are formed. Gate electrodes 2 and 3 to which terminals φA 3 and φA 4 as the final gate of the CCD are connected are formed above the region on the left side of the impurity region 10, and the region between the region below the transfer electrode 3 and the impurity region 10 is formed. A gate electrode 4 to which a voltage VG 0 is applied is formed above. Impurity region 10
A gate electrode 5 to which a voltage φR 1 is applied is formed above the region between the impurity region 12 and the impurity region 12 to form a first reset transistor. Voltages VR 1 and φI are applied to the impurity regions 12 and 13, respectively, and gate electrodes 6, 7 and 8 are formed above the region between the impurity regions 13 and 14. The gate electrode 6 is connected to the impurity region 10 so that they are always at the same potential, and φS is applied to the gate electrodes 7 and 8, respectively.
A voltage of T, φB is applied. A gate electrode 9 to which a voltage of φR 2 is applied is formed above the region between the impurity regions 14 and 15, and a voltage of VR 2 is applied to the impurity region 15 forming a second reset transistor. .

出力回路としては電源電圧V0と接地電源との間にMOS
トランジスタQおよび負荷抵抗Rが直列に接続され、ト
ランジスタQのゲートは不純物領域14に接続し、トラン
ジスタQと負荷抵抗Rとの接続点から出力電圧D0が取出
される。この出力回路の構成は従来装置と同様である。
The output circuit uses a MOS between the power supply voltage V 0 and the ground power supply.
Transistor Q and load resistor R are connected in series, the gate of transistor Q is connected to impurity region 14, and output voltage D 0 is taken out from the connection point between transistor Q and load resistor R. The configuration of this output circuit is similar to that of the conventional device.

次に動作について説明する。まず時刻T1ではφA4
“H"レベルでCCDの最終ゲートに信号電荷QS1が蓄積され
ている。同時にφR1,φR2が“H"レベルとなっており、
リセットトランジスタがオンされて不純物領域10,14は
それぞれVR1,VR2のレベルにセットされている(第1図
(b)参照)。時刻T2ではφR1,φR2が“L"レベルにな
り不純物領域10,14はフローティング状態になる(第1
図(c)参照)。このとき不純物領域10,14のレベルは
ゲート電極5,9との容量結合により若干低下する。時刻T
3でφA4が“L"レベルとなり、ゲート電極2,3の下に蓄え
られていた信号電荷QS1はゲート電極4下のバリアを越
えて第1の不純物領域10に転送され、この部分の電位を
変化させる(第1図(d)参照)。ゲート電極6は不純
物領域10に接続されているので、不純物領域10と同じ電
位変化をする。次に時刻T4ではφIが“L"レベルになり
ゲート電極6を通じてソースとなる不純物領域13からゲ
ート電極7下のポテンシャル井戸へ電荷が注入される
(第1図(e)参照)。時刻T5ではφIが“H"レベルと
なるため、ゲート電極7の下にはゲート電極6の下のポ
テンシャルで決まるだけの電荷QS2が残る(第1図
(f)参照)。時刻T6ではφSTが“L"レベルにφBが
“H"レベルになるためゲート電極7の下の信号電荷QS2
は第2の不純物領域14へ転送され、このとき不純物領域
14に生じる電位変化が従来と同様に出力回路を通して出
力電圧D0となって外部へ出力される(第1図(g)参
照)。
Next, the operation will be described. First, at time T 1 , φ A 4 is at “H” level and the signal charge Q S1 is accumulated in the final gate of the CCD. At the same time, φR 1 and φR 2 are at “H” level,
The reset transistor is turned on and the impurity regions 10 and 14 are set to the levels of VR 1 and VR 2 , respectively (see FIG. 1 (b)). At time T 2 , φR 1 and φR 2 are at the “L” level, and the impurity regions 10 and 14 are in a floating state (first
See FIG. (C)). At this time, the levels of the impurity regions 10 and 14 are slightly lowered due to capacitive coupling with the gate electrodes 5 and 9. Time T
At 3 , φ A 4 becomes “L” level, the signal charge Q S1 stored under the gate electrodes 2 and 3 is transferred to the first impurity region 10 over the barrier under the gate electrode 4, and The electric potential is changed (see FIG. 1 (d)). Since the gate electrode 6 is connected to the impurity region 10, it has the same potential change as that of the impurity region 10. Next, at time T 4 , φI becomes “L” level, and charges are injected from the impurity region 13 serving as the source to the potential well below the gate electrode 7 through the gate electrode 6 (see FIG. 1E). At time T 5 , φI becomes “H” level, so that the charge Q S2 remains under the gate electrode 7 as much as the potential under the gate electrode 6 (see FIG. 1 (f)). At time T 6 , φST becomes “L” level and φB becomes “H” level, so that signal charge Q S2 under the gate electrode 7
Are transferred to the second impurity region 14, where the impurity region
The potential change occurring at 14 becomes the output voltage D 0 through the output circuit as in the conventional case and is output to the outside (see FIG. 1 (g)).

ここで、第2の不純物領域14に転送される電荷はゲー
ト電極7の面積と、ゲート電極6とゲート電極7との電
位差とによって決まるが、ゲート電極6の電位変化は第
1の不純物領域10に接続する容量を小さくすることによ
って大きくできるので、ゲート電極6の面積をできるだ
け小さくし、ゲート電極7の面積をできるだけ大きくす
ることによって電荷の増幅の度合を大きくすることがで
きる。
Here, the charges transferred to the second impurity region 14 are determined by the area of the gate electrode 7 and the potential difference between the gate electrode 6 and the gate electrode 7, and the potential change of the gate electrode 6 is the first impurity region 10. Since it can be increased by decreasing the capacitance connected to the gate electrode 6, the area of the gate electrode 6 can be made as small as possible and the area of the gate electrode 7 can be made as large as possible to increase the degree of charge amplification.

また、各クロックや電荷のレベルを適当に選ぶことに
よって出力電圧として任意の量を差し引いたものを出力
することもできる。
Further, by appropriately selecting each clock and charge level, it is possible to output a value obtained by subtracting an arbitrary amount as the output voltage.

なお、上記実施例では、1段のソースフォロワを用い
た出力回路を使用しているが、多段のソースフォロワを
用いた出力回路であっても同様に適用できまた他の構成
よりなる検出回路であっても同様に適用できることは言
うまでもない。
Although the output circuit using the one-stage source follower is used in the above embodiment, the same applies to the output circuit using the multi-stage source follower, and the detection circuit having another configuration is also applicable. It goes without saying that the same can be applied even if there is.

また、上記実施例では、第1の不純物領域に接続した
ゲート電極の電位によって得られた電荷をすぐに第2の
不純物領域に転送しているが、この間にさらにCCD等の
電荷転送手段を挿入して転送後の電荷をもとに出力電圧
として取出すこともできる。
Further, in the above embodiment, the charge obtained by the potential of the gate electrode connected to the first impurity region is immediately transferred to the second impurity region, but a charge transfer means such as CCD is further inserted between them. Then, it is also possible to take out as an output voltage based on the transferred charges.

図1を参照して、特許請求の範囲第1項の、第1の電
荷注入手段は、ゲート電極2,3に、第1の電荷蓄積手段
は、不純物領域10に、第1の基準電位設定手段は、不純
物領域12およびゲート電極5に、第1の電荷転送手段
は、ゲート電極4に、第2の電荷蓄積手段は、ゲート電
極7およびゲート電極7下の半導体基板領域に、第2の
電荷注入手段は、不純物領域13,ゲート電極6,不純物領
域10とゲート電極6とを接続する配線およびφIなる電
圧を不純物領域13に供給する配線に、第3の電荷蓄積手
段は、不純物領域14に、第2の基準電位設定手段は、ゲ
ート電極9および不純物領域15に、第2の電荷転送手段
は、ゲート電極8に、電気信号出力手段は、MOSトラン
ジスタQ,負荷抵抗R,MOSトランジスタQのゲート電極と
不純物領域14とを接続する配線およびMOSトランジスタ
Qと負荷抵抗Rとの接続点に接続される出力端子に、相
当する。
With reference to FIG. 1, the first charge injection means of claim 1 sets the gate electrodes 2 and 3 and the first charge storage means sets the impurity region 10 to the first reference potential setting. The second charge storage means is the impurity region 12 and the gate electrode 5, the first charge transfer means is the gate electrode 4, the second charge storage means is the gate electrode 7 and the semiconductor substrate region below the gate electrode 7. The charge injecting means is connected to the impurity region 13, the gate electrode 6, the wiring connecting the impurity region 10 and the gate electrode 6, and the wiring supplying the voltage φI to the impurity region 13, and the third charge storage means is connected to the impurity region 14. The second reference potential setting means is for the gate electrode 9 and the impurity region 15, the second charge transfer means is for the gate electrode 8, and the electric signal output means is for the MOS transistor Q, the load resistor R, and the MOS transistor Q. Wiring for connecting the gate electrode of the gate and the impurity region 14 and the MOS It corresponds to the output terminal connected to the connection point between the transistor Q and the load resistor R.

図1を参照して、特許請求の範囲第2項の、第4の電
荷蓄積手段は、不純物領域13に、電荷供給手段は、φI
なる電圧を不純物領域13に供給する配線に、第1の領域
は、ゲート電極6下の半導体基板領域に、転送電極は、
ゲート電極6に、電位同一手段は、ゲート電極6と不純
物領域10とを接続する配線に、相当する。
With reference to FIG. 1, the fourth charge accumulating means and the charge supplying means according to claim 2 are φI and φI, respectively.
To the impurity region 13, the first region is the semiconductor substrate region below the gate electrode 6, and the transfer electrode is
The potential equalizing means for the gate electrode 6 corresponds to a wiring connecting the gate electrode 6 and the impurity region 10.

図1を参照して、特許請求の範囲第3項の、第2の領
域はゲート電極7下の半導体基板領域に、ポテンシャル
井戸形成手段はゲート電極7に相当する。
With reference to FIG. 1, the second region in claim 3 corresponds to the semiconductor substrate region under the gate electrode 7, and the potential well forming means corresponds to the gate electrode 7.

図1を参照して、特許請求の範囲第4項の、第1の不
純物領域は不純物領域10に、第2の不純物領域は不純物
領域14に、第3の不純物領域は不純物領域13に、相当す
る。
Referring to FIG. 1, the first impurity region corresponds to the impurity region 10, the second impurity region corresponds to the impurity region 14, the third impurity region corresponds to the impurity region 13, and the third impurity region corresponds to the impurity region 10 of claim 4. To do.

図1を参照して、特許請求の範囲第5項の第1のトラ
ンジスタは第1のリセットトランジスタ(不純物領域1
0、不純物領域12およびゲート電極5からなる)に相当
する。
With reference to FIG. 1, the first transistor of claim 5 is a first reset transistor (impurity region 1
0, consisting of the impurity region 12 and the gate electrode 5).

図1を参照して、特許請求の範囲第6項の第2のトラ
ンジスタは第2のリセットトランジスタ(不純物領域1
4、不純物領域15およびゲート電極9からなる)に相当
する。
With reference to FIG. 1, the second transistor of claim 6 is a second reset transistor (impurity region 1
4, consisting of the impurity region 15 and the gate electrode 9).

図1を参照して、特許請求の範囲第7項の、第3のト
ランジスタはMOSトランジスタQに、抵抗は負荷抵抗R
に、第3のトランジスタのゲート電極と第2の不純物領
域とを接続する配線はMOSトランジスタQのゲート電極
と不純物領域14とを接続する配線に、出力端子は、MOS
トランジスタQおよび負荷抵抗Rの接続点に接続される
出力端子に相当する。
With reference to FIG. 1, the third transistor of claim 7 is a MOS transistor Q, and the resistor is a load resistor R.
In addition, the wiring connecting the gate electrode of the third transistor and the second impurity region is a wiring connecting the gate electrode of the MOS transistor Q and the impurity region 14, and the output terminal is a MOS transistor.
It corresponds to the output terminal connected to the connection point of the transistor Q and the load resistor R.

[発明の効果] この発明は以上説明したとおり、電荷結合素子から出
力された第1の電荷をもとにより大きい電荷量の第2の
電荷を発生させ、これをもとに出力信号を取出すので第
1の電荷が微少量であっても大きな出力信号を取出せる
電荷検出感度の高い電荷転送装置となる効果がある。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, the second charge having a larger charge amount is generated based on the first charge output from the charge coupled device, and the output signal is extracted based on this. There is an effect that it becomes a charge transfer device with high charge detection sensitivity that can take out a large output signal even if the first charge is very small.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図はこの発明の一実施例を示すCCDの出力まわりの
構成とそのポテンシャルとの関係を示した図、第2図は
第1図のゲート電極に印加されるクロックパルスを示し
たタイミングチャート図、第3図は一般の電荷転送素子
を用いたインターライン転送方式よりなる固体撮像素子
のブロック図、第4図は第3図の水平転送部を構成する
CCDの転送方向に沿った断面とポテンシャルとの関係を
示した図、第5図は第4図の転送電極に印加されるクロ
ックパルスを示したタイミングチャート図、第6図は第
3図における水平転送部の出力部まわりの構成を示した
断面図、第7図は第6図の各構成部に印加されるクロッ
クパルスを示したタイミングチャート図である。 図において、1は半導体基板、2〜9はゲート電極、10
〜15は不純物領域である。 なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
FIG. 1 is a diagram showing the configuration around the output of a CCD showing one embodiment of the present invention and the relationship with its potential, and FIG. 2 is a timing chart showing the clock pulse applied to the gate electrode of FIG. FIG. 3 is a block diagram of a solid-state image pickup device of an interline transfer system using a general charge transfer device, and FIG. 4 constitutes the horizontal transfer unit of FIG.
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the cross section along the CCD transfer direction and the potential, FIG. 5 is a timing chart diagram showing clock pulses applied to the transfer electrodes in FIG. 4, and FIG. 6 is a horizontal diagram in FIG. FIG. 7 is a cross-sectional view showing the structure around the output part of the transfer part, and FIG. 7 is a timing chart showing clock pulses applied to the respective parts of FIG. In the figure, 1 is a semiconductor substrate, 2 to 9 are gate electrodes, and 10
-15 are impurity regions. In each drawing, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】電荷転送領域を有する半導体基板と、 前記半導体基板の前記電荷転送領域に第1の電荷を注入
する第1の電荷注入手段と、 前記半導体基板に形成された電荷を蓄積する第1の電荷
蓄積手段と、 前記第1の電荷蓄積手段の電位を第1の基準電位に設定
する第1の基準電位設定手段と、 前記第1の基準電位に設定された前記第1の電荷蓄積手
段に前記第1の電荷注入手段によって注入された前記第
1の電荷を転送する第1の電荷転送手段と、 前記半導体基板に形成された、電荷を蓄積する第2の電
荷蓄積手段と、 前記第1の電荷蓄積手段に転送された第1の電荷によっ
て前記第1の基準電位が変化し、変化した電位に基づい
て、前記第1の電荷の電荷量より大なる第2の電荷を前
記第2の電荷蓄積手段に注入する第2の電荷注入手段
と、 前記半導体基板に形成された、電荷を蓄積する第3の電
荷蓄積手段と、 前記第3の電荷蓄積手段の電位を第2の基準電位に設定
する第2の基準電位設定手段と、 前記第2の基準電位に設定された前記第3の電荷蓄積手
段に前記第2の電荷蓄積手段に注入された前記第2の電
荷を転送する第2の電荷転送手段と、 前記第3の電荷蓄積手段に転送された第2の電荷によっ
て、前記第2の基準電位が変化し、変化した電位に基づ
いて電気信号を出力する電気信号出力手段とを備えた、
電荷転送装置。
1. A semiconductor substrate having a charge transfer region, a first charge injecting means for injecting a first charge into the charge transfer region of the semiconductor substrate, and a first charge accumulating device for accumulating the charge formed in the semiconductor substrate. No. 1 charge storage means, first reference potential setting means for setting the potential of the first charge storage means to a first reference potential, and the first charge storage set to the first reference potential. First charge transfer means for transferring the first charge injected into the means by the first charge injection means, second charge storage means formed in the semiconductor substrate for storing charge, and The first reference potential is changed by the first charge transferred to the first charge storage means, and the second charge, which is larger than the charge amount of the first charge, is generated based on the changed potential. Second charge injection to inject into the second charge storage means A step, a third charge storage means formed on the semiconductor substrate for storing charges, and a second reference potential setting means for setting the potential of the third charge storage means to a second reference potential, Second charge transfer means for transferring the second charge injected into the second charge storage means to the third charge storage means set to the second reference potential; and the third charge The second reference potential is changed by the second charge transferred to the storage means, and an electric signal output means for outputting an electric signal based on the changed potential is provided.
Charge transfer device.
【請求項2】前記第2の電荷注入手段は、 前記半導体基板に形成された、電荷を蓄積する第4の電
荷蓄積手段と、 前記第4の電荷蓄積手段に接続して前記第4の電荷蓄積
手段に電荷を供給する電荷供給手段と、 前記第4の電荷蓄積手段と前記第2の電荷蓄積手段とに
挾まれた前記半導体基板の第1の領域上に形成された転
送電極と、 前記第1の電荷蓄積手段と前記転送電極との電位を同一
にする電位同一手段とを備え、 前記転送電極の電位に基づいて前記第1の領域のポテン
シャルが変化し、それでもって前記電荷供給手段によっ
て前記第4の電荷蓄積手段に供給された電荷を前記第2
の電荷蓄積手段に転送する、特許請求の範囲第1項記載
の電荷転送装置。
2. The second charge injecting means comprises a fourth charge accumulating means formed on the semiconductor substrate for accumulating charges, and the fourth charge accumulating means connected to the fourth charge accumulating means. A charge supply means for supplying charges to the storage means; a transfer electrode formed on the first region of the semiconductor substrate sandwiched between the fourth charge storage means and the second charge storage means; A first charge accumulating unit and a potential equalizing unit that makes the potentials of the transfer electrodes the same are provided, and the potential of the first region changes based on the potential of the transfer electrodes. The electric charge supplied to the fourth electric charge accumulating means is set to the second electric charge.
The charge transfer device according to claim 1, which transfers the charge to the charge storage means.
【請求項3】前記第2の電荷蓄積手段は、前記第1の領
域に隣接した前記半導体基板の第2の領域と、前記第2
の領域に所定深さのポテンシャル井戸を形成するポテン
シャル井戸形成手段とからなる、特許請求の範囲第2項
記載の電荷転送装置。
3. The second charge storage means includes a second region of the semiconductor substrate adjacent to the first region, and the second region.
3. The charge transfer device according to claim 2, further comprising: a potential well forming means for forming a potential well having a predetermined depth in the region.
【請求項4】前記第1の電荷蓄積手段は、前記半導体基
板に形成された第1の不純物領域であり、前記第3の電
荷蓄積手段は前記半導体基板に形成された第2の不純物
領域であり、前記第4の電荷蓄積手段は、前記半導体基
板に形成された第3の不純物領域である、特許請求の範
囲第3項記載の電荷転送装置。
4. The first charge storage means is a first impurity region formed in the semiconductor substrate, and the third charge storage means is a second impurity region formed in the semiconductor substrate. The charge transfer device according to claim 3, wherein the fourth charge storage means is a third impurity region formed in the semiconductor substrate.
【請求項5】前記第1の基準電位設定手段は、前記第1
の不純物領域をソースまたはドレイン領域とする第1の
トランジスタを含む、特許請求の範囲第4項記載の電荷
転送装置。
5. The first reference potential setting means is the first reference potential setting means.
5. The charge transfer device according to claim 4, further comprising a first transistor having the impurity region as a source or drain region.
【請求項6】前記第2の基準電位設定手段は、前記第2
の不純物領域をソースまたはドレイン領域とする第2の
トランジスタを含む、特許請求の範囲第4項または第5
項記載の電荷転送装置。
6. The second reference potential setting means is the second reference potential setting means.
6. The method according to claim 4 or 5, further comprising a second transistor having the impurity region as a source or drain region.
Charge transfer device according to the item.
【請求項7】前記電気信号出力手段は、基準電位と接地
電位との間に直列に接続される第3のトランジスタおよ
び抵抗と、前記第3のトランジスタのゲート電極と前記
第2の不純物領域とを接続する配線と、前記第3のトラ
ンジスタおよび前記抵抗の接続点に接続される出力端子
からなる、特許請求の範囲第6項記載の電荷転送装置。
7. The electric signal output means includes a third transistor and a resistor connected in series between a reference potential and a ground potential, a gate electrode of the third transistor, and the second impurity region. 7. The charge transfer device according to claim 6, further comprising: a wire connecting the output terminal and an output terminal connected to a connection point of the third transistor and the resistor.
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