JP2532645B2 - Solid-state imaging device - Google Patents

Solid-state imaging device

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JP2532645B2 JP1057035A JP5703589A JP2532645B2 JP 2532645 B2 JP2532645 B2 JP 2532645B2 JP 1057035 A JP1057035 A JP 1057035A JP 5703589 A JP5703589 A JP 5703589A JP 2532645 B2 JP2532645 B2 JP 2532645B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、電子シャッタ機能を有する固体撮像装置に
関するものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a solid-state imaging device having an electronic shutter function.

従来の技術 従来より、例えばビデオカメラを使用して撮像する場
合、露出時間の制御を電気的に行なう手段として、1フ
ィールド期間の間の光信号電荷を、垂直レジスタに読み
出した時間から垂直ブランキング時間までの期間を利用
して、前記期間中に光電変換部に蓄積された光信号電荷
を前記垂直レジスタの読み出し、高速に転送して掃き出
す方法や、半導体基板に所定の電圧を供給して、前記期
間中に公電変換部に蓄積された光信号電荷を前記半導体
基板に掃き出す方法を用いた固体撮像装置については既
に提案されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, when an image is captured using a video camera, for example, as a means for electrically controlling the exposure time, the vertical blanking is performed from the time when the optical signal charge during one field period is read out to the vertical register. Utilizing a period up to time, the optical signal charge accumulated in the photoelectric conversion unit during the period is read out from the vertical register, transferred at high speed and swept out, or a predetermined voltage is supplied to the semiconductor substrate, A solid-state imaging device using a method of sweeping out the optical signal charges accumulated in the public-electric conversion unit during the period to the semiconductor substrate has already been proposed.

第4図は従来の固体撮像装置の光電変換部の断面図を
示すものである。第4図において、1はN型シリコン基
板、2はN型シリコン基板上に形成されたP型拡散層、
3はP型拡散層2の上に形成されたN型拡散層、4はN
型拡散層3の上に形成されたP型拡散層、5はスイッチ
回路で、一方は10Vの直流電圧源6に、もう一方は20Vの
直流電圧源7に接続され、固定端子はシリコン基板1に
接続され、8はスイッチ回路5を制御する信号入力端子
である。
FIG. 4 shows a sectional view of a photoelectric conversion part of a conventional solid-state imaging device. In FIG. 4, 1 is an N-type silicon substrate, 2 is a P-type diffusion layer formed on the N-type silicon substrate,
3 is an N-type diffusion layer formed on the P-type diffusion layer 2 and 4 is an N-type diffusion layer.
A P-type diffusion layer 5 formed on the type diffusion layer 3 is a switch circuit, one of which is connected to a DC voltage source 6 of 10V and the other of which is connected to a DC voltage source 7 of 20V, and a fixed terminal is a silicon substrate 1 8 is a signal input terminal for controlling the switch circuit 5.

以上のように構成された固体撮像装置の光電変換部に
ついて、以下その動作について説明する。
The operation of the photoelectric conversion unit of the solid-state imaging device configured as described above will be described below.

まず、信号入力端子8からスイッチ回路5を10Vの直
流電圧源6に接続するような信号が入力されている場
合、光電変換部の深さ方向のポテンシャルは第2図Xに
示すように、N型拡散層3のポテンシャルは、P型拡散
層2および4のポテンシャルよりも低いので、このN型
拡散層3に光電変換された光信号電荷を蓄積する。次
に、信号入力端子8からスイッチ回路5を20Vの直流電
圧源7に接続するような信号が入力されている場合、光
電変換部のポテンシャルは、第2図のZに示されている
ように、P型拡散層2のポテンシャルがN型拡散層3の
ポテンシャルよりも低くなるような電圧をシリコン基板
に印加する。従って、N型拡散層3に蓄積された光信号
電荷は、よりポテンシャルの低いシリコン基板1に掃き
出される。
First, when a signal for connecting the switch circuit 5 to the DC voltage source 6 of 10 V is input from the signal input terminal 8, the potential in the depth direction of the photoelectric conversion portion is N as shown in FIG. 2X. Since the potential of the type diffusion layer 3 is lower than the potentials of the P type diffusion layers 2 and 4, photoelectric conversion photoelectric signal charges are accumulated in the N type diffusion layer 3. Next, when a signal for connecting the switch circuit 5 to the 20V DC voltage source 7 is input from the signal input terminal 8, the potential of the photoelectric conversion unit is as shown by Z in FIG. , A voltage such that the potential of the P-type diffusion layer 2 becomes lower than the potential of the N-type diffusion layer 3 is applied to the silicon substrate. Therefore, the optical signal charges accumulated in the N type diffusion layer 3 are swept out to the silicon substrate 1 having a lower potential.

発明が解決しようとする課題 しかしながら前記の従来の構成では、光信号電荷の転
送に使用する垂直レジスタを使用して露出時間以外に光
電変換部の所定の領域に蓄積された光信号電荷を掃き出
すので、光信号電荷を読み出してから垂直ブランキング
時間までの間に高速に転送を行なう必要がある。このた
め、露出時間は何種類かの固定時間でしか変えられず、
その上、余分な電力を消費するという欠点を有してい
た。
DISCLOSURE OF THE INVENTION Problems to be Solved by the Invention However, in the above-described conventional configuration, since the vertical signal register used for transferring the optical signal charge is used to sweep out the optical signal charge accumulated in the predetermined region of the photoelectric conversion unit other than the exposure time, , It is necessary to perform high-speed transfer between the reading of the optical signal charge and the vertical blanking time. Therefore, the exposure time can only be changed by some fixed time,
In addition, it has the drawback of consuming extra power.

また、第4図例に示したように、垂直レジスタを使用
せずに半導体基板に掃き出す方法では、所望の露出時間
に可変制御できるが、前記半導体基板に大きな電圧を供
給し得る電圧源が必要であるという欠点を有していた。
Also, as shown in the example of FIG. 4, in the method of sweeping to the semiconductor substrate without using the vertical register, the exposure time can be variably controlled, but a voltage source capable of supplying a large voltage to the semiconductor substrate is required. It had the drawback of being

本発明は上記従来の問題点を解決するもので、光電変
換部の表面に所定の電圧を供給することによって、光電
変換部の所定の領域に蓄積された光信号電荷を低電圧で
半導体基板に掃き出し、所望の露出時間に可変制御する
ことのできる固体撮像装置を提供することを目的とす
る。
The present invention solves the above-mentioned conventional problems. By supplying a predetermined voltage to the surface of the photoelectric conversion unit, the optical signal charge accumulated in a predetermined region of the photoelectric conversion unit is applied to the semiconductor substrate at a low voltage. An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device that can be swept out and variably controlled to a desired exposure time.

課題を解決するための手段 この課題を解決するために本発明の固体撮像装置は、
一導電型を有する半導体基板と、前記半導体基板上に形
成された前記一導電型とは反対導電型の第1の領域と、
前記第1の領域上に形成された前記一導電型の第2の領
域と、前記第2の領域上に前記第1の領域とは分離して
形成された前記反対導電型の第3の領域と、前記半導体
基板に第1の所定電圧を供給する第1の電源と、前記半
導体基板と前記第3の領域との間に前記第1の電源と接
続することにより第2の所定電圧を直接供給し、前記第
2の領域に蓄積された電荷を前記半導体基板に掃き出す
ことができる第2の電源を備えている。
Means for Solving the Problem In order to solve this problem, the solid-state imaging device of the present invention is
A semiconductor substrate having one conductivity type, and a first region formed on the semiconductor substrate and having a conductivity type opposite to the one conductivity type,
The second region of the one conductivity type formed on the first region and the third region of the opposite conductivity type formed on the second region separately from the first region. And a first power source for supplying a first predetermined voltage to the semiconductor substrate, and a second power source for directly supplying the second predetermined voltage between the semiconductor substrate and the third region. The semiconductor device further includes a second power supply capable of sweeping out the charges supplied and accumulated in the second region to the semiconductor substrate.

作用 この構成によって第3の領域に第2の所定電圧を直接
供給し、第2の領域に蓄積された電荷を半導体基板に掃
き出せる様になされているので、先の光信号読み出し時
から次の光信号読み出し時までの任意の時間に光信号電
荷を掃き出すことができ、この電荷を掃き出した時間か
ら次に光信号電荷を読み出す時間までが露出時間とする
ことができる。すなわち、任意の所望の露出時間に制御
ができる。
With this configuration, the second predetermined voltage is directly supplied to the third region, and the charges accumulated in the second region can be swept out to the semiconductor substrate. The optical signal charge can be swept out at an arbitrary time until the optical signal is read, and the exposure time can be from the time when the charge is swept out to the time when the next optical signal charge is read out. That is, it is possible to control to any desired exposure time.

また、第2の領域に蓄積された電荷を掃き出すときに
第3の領域に供給する電圧は、第1の領域のポテンシャ
ルよりも第2の領域のポテンシャルが高くなるような電
圧で良いので、低電圧で掃き出しができる。
In addition, the voltage supplied to the third region when sweeping out the charges accumulated in the second region may be a voltage such that the potential of the second region is higher than the potential of the first region, and thus is low. Sweep can be done with voltage.

実施例 以下本発明の一実施例について、図面を参照しながら
説明する。
Embodiment An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図は本発明の一実施例における固体撮像装置の光
電変換部の断面図を示すものである。第1図において、
9はN型シリコンからなる半導体基板、10は半導体基板
9の表面に形成されたP型の拡散層、11はP型拡散層10
の表面に形成された光電変換部を構成するN型の拡散
層、12はN型拡散層11の表面にP型拡散層10とは分離し
て形成されたP型の拡散層、13は半導体基板に所定の電
圧を供給する直流電圧源、14はスイッチ回路であり、固
定接点の一方は直流電圧源15に接続され、もう一方は接
地されている。16はスイッチ14を制御する信号入力端子
である。
FIG. 1 is a sectional view of a photoelectric conversion portion of a solid-state image pickup device according to an embodiment of the present invention. In FIG.
9 is a semiconductor substrate made of N-type silicon, 10 is a P-type diffusion layer formed on the surface of the semiconductor substrate 9, and 11 is a P-type diffusion layer 10.
The N-type diffusion layer forming the photoelectric conversion part formed on the surface of the N-type diffusion layer, the P-type diffusion layer 12 formed on the surface of the N-type diffusion layer 11 separately from the P-type diffusion layer 10, and the semiconductor 13 A DC voltage source for supplying a predetermined voltage to the substrate, 14 is a switch circuit, one of the fixed contacts is connected to the DC voltage source 15, and the other is grounded. Reference numeral 16 is a signal input terminal for controlling the switch 14.

以上のように構成された光電変換部を有する固体撮像
装置について、以下その動作を説明する。
The operation of the solid-state imaging device having the photoelectric conversion unit configured as described above will be described below.

まず、信号入力端子16からスイッチ14を接地側に接続
されるような信号が入力されている場合、第1図例に示
した光電変換部の深さ方向のポテンシャルは、第2図の
Xで示すように、N型導電領域11はP型導電領域10およ
び12よりもポテンシャルが低いので、このN型導電領域
11に光信号電荷を蓄積できる。さらに、P型導電領域10
はP型導電領域12よりもポテンシャルが低いので、N型
導電領域11に蓄積される光信号電荷が増え続けてN型導
電領域11のポテンシャルが高くなったとしても、P型導
電領域10のポテンシャルを越えるに相当する光信号電荷
は半導体基板9に自動的に掃き出され、いわゆるブルー
ミングの抑制ができる。
First, when a signal that connects the switch 14 to the ground side is input from the signal input terminal 16, the potential in the depth direction of the photoelectric conversion unit illustrated in FIG. 1 is X in FIG. As shown, the N-type conductive region 11 has a lower potential than the P-type conductive regions 10 and 12, so
Optical signal charges can be stored at 11. Furthermore, the P-type conductive region 10
Has a lower potential than the P-type conductive region 12, so even if the photo-signal charge accumulated in the N-type conductive region 11 continues to increase and the potential of the N-type conductive region 11 increases, the potential of the P-type conductive region 10 increases. The optical signal charges corresponding to the amount exceeding the above are automatically swept out to the semiconductor substrate 9, and so-called blooming can be suppressed.

また、信号入力端子16からスイッチ14を直流電圧源15
に接続するような信号が入力されている場合、第1図例
に示した光電変換部の深さ方向のポテンシャルは、第2
図のYで示すように、P型導電領域12のポテンシャルが
引き上げられることによってN型導電領域11のポテンシ
ャルはP型導電領域10のポテンシャルよりも高くなり、
N型導電領域11に蓄積されていた光信号電荷は、さらに
ポテンシャルの低いN型シリコン基板9に掃き出すこと
ができる。
In addition, switch 14 from signal input terminal 16 to DC voltage source 15
In the case where a signal that is connected to the input terminal is input, the potential in the depth direction of the photoelectric conversion unit illustrated in FIG.
As indicated by Y in the figure, the potential of the N-type conductive region 11 becomes higher than the potential of the P-type conductive region 10 by raising the potential of the P-type conductive region 12.
The optical signal charges accumulated in the N-type conductive region 11 can be swept out to the N-type silicon substrate 9 having a lower potential.

さらに、垂直レジスタを使用せずに光信号電荷を掃き
出せるので、第3図のBに示す掃き出しパルスは任意の
時間に設定することができる。従って、露出時間は第3
図に示すように掃き出しパルスが供給されてから次の読
み出しパルスが供給されるまでの時間であり、任意の所
望の時間に制御できる。
Furthermore, since the optical signal charge can be swept without using the vertical register, the sweep pulse shown in B of FIG. 3 can be set at an arbitrary time. Therefore, the exposure time is the third
As shown in the figure, it is the time from the supply of the sweep pulse to the supply of the next read pulse, which can be controlled to any desired time.

また、第2図のYポテンシャルになるようなN型導電
領域11よりもP型導電領域10のポテンシャルを低くする
ような電圧、例えば10Vの直流電圧源を直流電圧源15に
使用するが、半導体基板9に電圧を供給して前記目的を
達成するような従来例では、露出時間中に半導体基板9
に例えば10Vを供給しているので、前記目的を達成する
ためには、例えば20Vの直流電圧源が必要になる。従っ
て本実施例では、消費電力を低減することができる。
Further, a DC voltage source of a voltage, for example, 10V, which lowers the potential of the P-type conductive region 10 than the N-type conductive region 11 having the Y potential of FIG. 2, is used as the DC voltage source 15. In the conventional example in which a voltage is supplied to the substrate 9 to achieve the above-mentioned object, the semiconductor substrate 9 is exposed during the exposure time.
Since, for example, 10 V is supplied to the device, a DC voltage source of, for example, 20 V is required to achieve the above object. Therefore, in this embodiment, power consumption can be reduced.

以上のように本実施例によれば、P型導電領域12に所
定の電圧を供給し得るスイッチ回路14を設けることによ
り、任意の所望の露出時間の制御をすることができ、ま
た、低消費電力で動作することができる。
As described above, according to the present embodiment, by providing the switch circuit 14 capable of supplying a predetermined voltage to the P-type conductive region 12, it is possible to control any desired exposure time and reduce the consumption. It can operate on electricity.

なお、第1図の実施例の周辺の垂直レジスタ部、水平
レジスタ部,出力部については図示せずも、従来周知の
ように構成する。
The vertical register section, the horizontal register section, and the output section in the periphery of the embodiment of FIG.

発明の効果 以上のように本発明は、周辺から分離された第4の導
電型領域に所定の電圧を供給し得るスイッチ回路を接続
することにより、任意の露出時間に可変制御することが
でき、また、低電圧で光信号電荷を掃き出すので、消費
電力を低減することができる優れた固体撮像装置を実現
できるものである。
As described above, according to the present invention, by connecting the switch circuit capable of supplying a predetermined voltage to the fourth conductivity type region separated from the periphery, it is possible to variably control the exposure time, Moreover, since the optical signal charges are swept out at a low voltage, it is possible to realize an excellent solid-state imaging device that can reduce power consumption.

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

第1図は本発明の一実施例における固体撮像装置の光電
変換部の断面図、第2図は本発明の一実施例および従来
例における深さ方向のポテンシャル図、第3図は第1図
例の説明に要する電荷の読み出し・掃き出しのタイミン
グチャート、第4図は従来の固体撮像装置の光電変換部
の断面図である。 1……N型シリコン基板、2……P型拡散層、3……N
型拡散層、4……P型拡散層、5……スイッチ回路、6
……直流電圧源、7……直流電圧源、8……スイッチ制
御端子、9……N型シリコン基板、10……P型拡散層、
22……N型拡散層、12……P型拡散層、13……直流電圧
源、14……スイッチ回路、15……直流電圧源、16……ス
イッチ制御端子。
FIG. 1 is a sectional view of a photoelectric conversion part of a solid-state image pickup device in one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a potential diagram in the depth direction in one embodiment of the present invention and a conventional example, and FIG. 3 is FIG. FIG. 4 is a sectional view of a photoelectric conversion unit of a conventional solid-state imaging device, and FIG. 1 ... N type silicon substrate, 2 ... P type diffusion layer, 3 ... N
Type diffusion layer, 4 ... P type diffusion layer, 5 ... switch circuit, 6
...... DC voltage source, 7 ...... DC voltage source, 8 ...... Switch control terminal, 9 ...... N type silicon substrate, 10 ...... P type diffusion layer,
22 …… N type diffusion layer, 12 …… P type diffusion layer, 13 …… DC voltage source, 14 …… Switch circuit, 15 …… DC voltage source, 16 …… Switch control terminal.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】一導電型を有する半導体基板と、前記半導
体基板上に形成された前記一導電型とは反対導電型の第
1の領域と、前記第1の領域上に形成された前記一導電
型の第2の領域と、前記第2の領域上に前記第1の領域
とは分離して形成された前記反対導電型の第3の領域
と、前記半導体基板に第1の所定電圧を供給する第1の
電源と、前記半導体基板と前記第3の領域との間に前記
第1の電源と接続することにより第2の所定電圧を直接
供給し、前記第2の領域に蓄積された電荷を前記半導体
基板に掃き出すことができる第2の電源を備えたことを
特徴とする固体撮像装置。
1. A semiconductor substrate having one conductivity type, a first region formed on the semiconductor substrate and having a conductivity type opposite to the one conductivity type, and the one region formed on the first region. A second region of conductivity type, a third region of opposite conductivity type formed separately from the first region on the second region, and a first predetermined voltage are applied to the semiconductor substrate. A second predetermined voltage is directly supplied by connecting the first power source to be supplied and the first power source between the semiconductor substrate and the third region, and the second predetermined voltage is stored in the second region. A solid-state imaging device comprising a second power supply capable of sweeping charges to the semiconductor substrate.
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JP2605294B2 (en) * 1987-08-14 1997-04-30 ソニー株式会社 Solid-state imaging device

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