JP2636898B2 - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP2636898B2
JP2636898B2 JP63223582A JP22358288A JP2636898B2 JP 2636898 B2 JP2636898 B2 JP 2636898B2 JP 63223582 A JP63223582 A JP 63223582A JP 22358288 A JP22358288 A JP 22358288A JP 2636898 B2 JP2636898 B2 JP 2636898B2
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overflow
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加寿也 久保
修治 渡辺
博之 若山
勲 東福
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Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 二次元赤外センサの信号読出し装置に用いる半導体装
置に関し、 極めて大きな過剰入射光入来時でもオーバフローを防
止でき、又、積分時間を制御でき、各種条件下で正常な
動作を可能とすることを目的とし、 入力ソースに隣接してオーバフローゲート及びオーバ
フロードレインを形成し、オーバフローゲート及びオー
バフロードレインに夫々所定電圧を印加して駆動する構
成とする。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Overview] Regarding a semiconductor device used for a signal readout device of a two-dimensional infrared sensor, overflow can be prevented even when extremely large excess incident light comes in, integration time can be controlled, and various conditions can be controlled. In this configuration, an overflow gate and an overflow drain are formed adjacent to the input source, and a predetermined voltage is applied to each of the overflow gate and the overflow drain for driving.

〔産業上の利用分野〕[Industrial applications]

本発明は、二次元赤外センサの信号読出し装置に用い
る半導体装置に関する。
The present invention relates to a semiconductor device used for a signal reading device of a two-dimensional infrared sensor.

狭バンドギャップ半導体上に形成された赤外ホトダイ
オードアレイとCCDとを組合せて構成される一般のハイ
ブリッド型二次元赤外センサは、現在各種分野で利用さ
れており、将来の有力なセンサとして期待されている。
このようなセンサにおいては、通常使用される範囲内の
入射光量であれば特に問題はないが、場合によっては通
常使用される入射光量の例えば1000倍以上の極めて大き
な過剰入射光があることもあり、このような時はオーバ
フローを起して正常なセンサ機能を果さなくなる。そこ
で、このような極めて大きな過剰入射光があった場合で
も、オーバフローを防止して正常なセンサとして機能さ
せることが必要である。
General hybrid two-dimensional infrared sensors composed of a combination of an infrared photodiode array formed on a narrow band gap semiconductor and a CCD are currently used in various fields and are expected to be promising sensors in the future. ing.
In such a sensor, there is no particular problem as long as the incident light amount is within a normally used range, but in some cases, there may be extremely large excess incident light, for example, 1000 times or more of the normally used incident light amount. In such a case, an overflow occurs and a normal sensor function cannot be performed. Therefore, it is necessary to prevent overflow and function as a normal sensor even in the case of such extremely large excess incident light.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第8図は本出願人が特願昭58−89820号(特開昭59−2
14258号公報)にて提案した半導体装置の断面図、第9
図は第8図に示す装置の動作説明用ポテンシャル図、第
10図は第8図に示す装置の平面図を夫々示す。
FIG. 8 shows the applicant's Japanese Patent Application No. 58-89820 (Japanese Unexamined Patent Application Publication No.
14258), a sectional view of a semiconductor device proposed in
The figure is a potential diagram for explaining the operation of the device shown in FIG.
10 shows plan views of the device shown in FIG. 8, respectively.

第8図及び第10図に示す半導体装置は、特に背景光等
により生じる不要直流成分を抑制して所望の信号成分の
みを取出し得ることを目的とした二次元赤外センサの信
号読出し装置である。このものは、一導電型半導体基板
5の表面に互いに離隔して形成された入力側及び出力側
逆導電型領域6,7,8,9,9′と、この領域6,7,8,9,9′に挾
まれた領域上に入力ゲート11、蓄積ゲート12、移送ゲー
ト13とを有する読出し電荷制御素子1にて所望信号部分
の選択出力手段及び不要電荷の排出手段を構成し、又、
入力側領域6を光電変換素子4の出力端に接続し、入力
ゲート11、蓄積ゲート12、移送ゲート13の電位を夫々選
択制御することによって出力側領域7,8,9,9′から光電
変換素子4の検知出力のうち所望信号部分の選択出力及
び不要電荷排出を可能としたものである。なお、2はCC
Dで、14はその移送ゲート、15はその転送電極である。
3はリセットトランジスタで、16はそのゲート電極であ
る。10は絶縁膜、17は読出しラインである。
The semiconductor device shown in FIG. 8 and FIG. 10 is a signal reading device of a two-dimensional infrared sensor for the purpose of suppressing unnecessary DC components generated by background light or the like and extracting only desired signal components. . These are input-side and output-side reverse conductivity type regions 6, 7, 8, 9, 9 'formed separately from each other on the surface of the one conductivity type semiconductor substrate 5, and these regions 6, 7, 8, 9, 9'. , 9 ', the read charge control element 1 having an input gate 11, a storage gate 12, and a transfer gate 13 constitutes a means for selecting and outputting a desired signal portion and a means for discharging unnecessary charges.
The input side region 6 is connected to the output end of the photoelectric conversion element 4 and the potentials of the input gate 11, the storage gate 12, and the transfer gate 13 are selectively controlled, respectively, so that the photoelectric conversion from the output side regions 7, 8, 9, 9 'is performed. In the detection output of the element 4, it is possible to selectively output a desired signal portion and discharge unnecessary charges. 2 is CC
In D, 14 is its transfer gate and 15 is its transfer electrode.
3 is a reset transistor, and 16 is its gate electrode. 10 is an insulating film, and 17 is a read line.

入力ゲート11には常に約0.1Vの直流電圧を印加してお
く。これにより、第9図(A)に示す如く、入力ゲート
直下のポテンシャルが下って障壁22が僅かに下る。この
状態で蓄積ゲート12に約10Vの電圧を印加し、移送ゲー
ト13の電位を0Vとする。これにより、蓄積ゲート12直下
のポテンシャルは入力ゲート11直下のポテンシャルより
深く押下げられ、ポテンシャル井戸20が形成され、光電
変換素子4にて検出された光強度に応じた電荷が領域6
を介してポテンシャル井戸20に流入し(矢印A)、電荷
21がポテンシャル井戸20に蓄積される。このとき、移送
ゲート13直下のポテンシャルは高く保持され、障壁23が
形成されてポテンシャル井戸20内の電荷は他に流出する
ことはない。
A DC voltage of about 0.1 V is always applied to the input gate 11. As a result, as shown in FIG. 9 (A), the potential immediately below the input gate is lowered, and the barrier 22 is slightly lowered. In this state, a voltage of about 10V is applied to the storage gate 12, and the potential of the transfer gate 13 is set to 0V. As a result, the potential immediately below the storage gate 12 is deeper than the potential immediately below the input gate 11, forming a potential well 20, and a charge corresponding to the light intensity detected by the photoelectric conversion element 4 is transferred to the region 6.
Flows into the potential well 20 via the arrow (arrow A),
21 accumulates in the potential well 20. At this time, the potential immediately below the transfer gate 13 is kept high, and the barrier 23 is formed, so that the charges in the potential well 20 do not flow out.

次に、移送ゲート13に約2Vの電圧を印加する一方、移
送ゲート14に約3Vの電圧を印加する。これにより、第9
図(B)に示す如く、移送ゲート13直下の障壁23及び移
送ゲート14直下の障壁24が低くなり、ポテンシャル井戸
20内の電荷21は障壁23,24を越えてCCD2のポテンシャル
井戸25内に流入する(矢印B,C)。
Next, a voltage of about 2 V is applied to the transfer gate 13, while a voltage of about 3 V is applied to the transfer gate 14. Thereby, the ninth
As shown in FIG. 3B, the barrier 23 immediately below the transfer gate 13 and the barrier 24 immediately below the transfer gate 14 are lowered, and the potential well is reduced.
The electric charge 21 in 20 flows into the potential well 25 of the CCD 2 over the barriers 23 and 24 (arrows B and C).

次に、移送ゲート14の電圧を0Vとして第9図(C)に
示すように障壁24を高くしてCCD2への電荷移送を停止
し、転送電極15に所定電圧を印加する。これにより、ポ
テンシャル井戸25の電荷は転送され、データとして外部
に読出される。一方蓄積ゲート12に約1Vの電圧を印加し
て蓄積ゲート12直下のポテンシャルを上げると共に、リ
セットトランジスタ3のゲート電極16に約3Vの電圧を印
加してゲート16直下のポテンシャルを下げ、障壁26を低
くする。これにより、ポテンシャル井戸20内の残留して
いた電荷が領域7及び領域9,9′を介して外部電源に流
出し(矢印D,E)、ポテンシャル井戸20内の不要電荷が
排出される。以上の動作を繰返す。
Next, the voltage of the transfer gate 14 is set to 0 V, the barrier 24 is raised to stop the charge transfer to the CCD 2 as shown in FIG. 9C, and a predetermined voltage is applied to the transfer electrode 15. As a result, the charges in the potential well 25 are transferred and read out as data. On the other hand, a voltage of about 1 V is applied to the storage gate 12 to raise the potential immediately below the storage gate 12, and a voltage of about 3 V is applied to the gate electrode 16 of the reset transistor 3 to lower the potential immediately below the gate 16, and a barrier 26 is formed. make low. As a result, the charge remaining in the potential well 20 flows out to the external power supply through the region 7 and the regions 9, 9 '(arrows D and E), and unnecessary charges in the potential well 20 are discharged. The above operation is repeated.

このように、第8図及び第10図に示す装置は、信号読
出し時に、移送ゲート13に印加する電圧を選択して障壁
23の高さを制御することにより、ポテンシャル井戸、20
に蓄積された電荷量のうちからCCD2に移送する電荷量を
制御でき、ポテンシャル井戸20に残留した不要電荷を外
部に排出できる。従って、センサの検知出力のうちか
ら、背景光等による不要直流成分を除去し、所望の信号
部分のみを読出し得る。
Thus, the apparatus shown in FIGS. 8 and 10 selects the voltage to be applied to the transfer gate 13 at the time of signal reading, and
By controlling the height of 23, the potential well, 20
The amount of charge transferred to the CCD 2 out of the amount of charge accumulated in the CCD 2 can be controlled, and unnecessary charge remaining in the potential well 20 can be discharged to the outside. Therefore, an unnecessary DC component due to background light or the like can be removed from the detection output of the sensor, and only a desired signal portion can be read.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

上述の本出願人が先に提案した装置は、領域6(入力
ソース)及び蓄積ゲート12のどちらにもオーバフロー防
止のための機能は設けられていない。このものは、前述
のようにポテンシャル井戸20内の電荷をリセツトトラン
ジスタ3の動作によって外部に排出させるが、これも通
常使用時の数倍程度の過剰入射光が入ってきた場合は有
効であるが、通常使用時の例えば1000倍以上の極めて大
きな過剰入射光が入ってきた場合はリセット直後にポテ
ンシャル井戸20内の電荷が溢れ、読出しライン17に流出
(オーバフロー)してしまう。このように、極めて大き
な過剰入射光が入ってくるような条件下ではオーバフロ
ーを走じ、正常なセンサ動作を行ない得ない問題点があ
った。
In the device previously proposed by the present applicant, neither the region 6 (input source) nor the storage gate 12 has a function for preventing overflow. This discharges the electric charge in the potential well 20 to the outside by the operation of the reset transistor 3 as described above. This is also effective when excessive incident light of several times that in normal use enters. In the case where excessively large incident light, for example, 1000 times or more that of normal use enters, the electric charge in the potential well 20 overflows immediately after resetting and flows out (overflows) to the read line 17. As described above, under such a condition that extremely large excess incident light enters, overflow occurs, and there is a problem that a normal sensor operation cannot be performed.

本発明は、極めて大きな過剰入射光入来時でもオーバ
フローを防止でき、又、積分時間を制御でき、各種条件
下で正常な動作を可能とする半導体装置を提供すること
を目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a semiconductor device which can prevent overflow even when extremely large incident light enters, can control the integration time, and can operate normally under various conditions.

〔課題を解決するための手段〕 本発明になる半導体装置は、入力ソースに隣接してオ
ーバフローゲート及びオーバフロードレインを形成す
る。この、オーバフローゲート及びオーバフロードレイ
ンに夫々所定電圧を印加して駆動する構成し、オーバー
フローゲートに、(閾値電圧VT)<VL<(入力ゲート印
加電圧VIG)<VHなる関係を満足する電圧VL及び電圧VH
の各レベルをもつ所定時間幅のパルス電圧を印加する。
[Means for Solving the Problems] In a semiconductor device according to the present invention, an overflow gate and an overflow drain are formed adjacent to an input source. The overflow gate and the overflow drain are driven by applying a predetermined voltage to each of them, and the overflow gate satisfies the relationship of (threshold voltage V T ) <V L <(input gate applied voltage V IG ) <V H. Voltage VL and voltage VH
Is applied with a pulse width of a predetermined time width having each level.

〔作用〕[Action]

オーバフローゲートに吸収モード時VH、積分モード時
VL(<VH)なる電圧を印加する。これにより、積分モー
ド時、オーバフローゲートの障壁は僅かに低くなり、過
剰入射光が入来した場合、蓄積ゲートからあふれた電荷
は低くされたオーバフローゲートの障壁を越えてオーバ
フロードレインに吸収され、オーバフローを防止でき
る。又、電圧VL印加時間を制御することによって積分時
間を制御でき、電荷蓄積量を容易に制御できる。また、
オーバーフローゲートに、(閾値電圧VT)<VL<(入力
ゲート印加電圧VIG)<VHなる関係を満足する電圧VL
びVHの各レベルをもつ所定時間幅のパルス電圧を印加す
ることにより、1つの電圧VOFGのみを設定するだけで
オーバーフローを防止できる。
V H in overflow mode in absorption mode, in integration mode
A voltage of V L (<V H ) is applied. As a result, in the integration mode, the barrier of the overflow gate is slightly lowered, and when excessive incident light enters, the charge overflowing from the storage gate is absorbed by the overflow drain through the lowered barrier of the overflow gate and overflows. Can be prevented. In addition, by controlling the voltage VL application time, the integration time can be controlled, and the charge storage amount can be easily controlled. Also,
The overflow gate, applying a pulse voltage of a predetermined time width with each level of (the threshold voltage V T) <V L <(Input gate application voltage V IG) <voltage satisfying V H the relationship V L and V H Thus, overflow can be prevented by setting only one voltage VOFG.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は本発明装置の一実施例の断面図、第2図はそ
の動作説明用ポテンシャル図を示す。第1図中、第8図
と同一構成部分には同一番号を付してその説明を省略す
る。第1図中、30はオーバフローゲート、31はオーバフ
ロードレインで、入力ソース6に隣接して設けられてお
り、夫々の端子30a,31aに別々の電圧を印加できるよう
に構成されている。この場合、オーバフローゲート30及
びオーバフロードレイン31は単位セル毎に設けられてい
ることは勿論である。即ち、入力ソース6、入力ゲート
11、蓄積ゲート12、移送ゲート13、出力ドレイン7を単
位セルとし、移送ゲート13、出力ドレイン7をx,Y方向
にマトリクス状に結線し、各入力ソースに光電変換素子
アレイの出力を接続し、共通結線された出力ドレインに
CCDの並列入力を結合した二次元センサである。
FIG. 1 is a sectional view of an embodiment of the device of the present invention, and FIG. 2 is a potential diagram for explaining the operation thereof. 1, the same components as those of FIG. 8 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. In FIG. 1, reference numeral 30 denotes an overflow gate, and reference numeral 31 denotes an overflow drain, which is provided adjacent to the input source 6, and is configured so that different voltages can be applied to the respective terminals 30a and 31a. In this case, the overflow gate 30 and the overflow drain 31 are of course provided for each unit cell. That is, input source 6, input gate
11, the storage gate 12, the transfer gate 13, and the output drain 7 are unit cells, the transfer gate 13, the output drain 7 are connected in a matrix in the x and Y directions, and the output of the photoelectric conversion element array is connected to each input source. To the commonly connected output drain
This is a two-dimensional sensor that combines parallel inputs of CCD.

ここで、端子31aによりオーバフロードレイン31にあ
る程度の高い電圧VDを印加した状態で、端子30aにより
オーバフローゲート30にこれよりも低い電圧VHを印加す
る。一方、入力ゲート11に電圧VIG(<VH)を印加し、
移送ゲート13の電圧は0V(閾値電圧VT)とする。即ち、
VT<VIG<VH<VDの関係にある。これにより、第2図
(A)に示す如く、オーバフローゲート30直下の障壁32
はオーバフローゲート電圧VHによって低くされ、光電変
換素子4からの電荷は障壁32を越えてオーバフロードレ
イン31に吸収される(吸収モード)。
Here, in a state of applying a high degree of voltage V D on the overflow drain 31 through a terminal 31a, a low voltage is applied V H than this overflow gate 30 through a terminal 30a. On the other hand, a voltage V IG (<V H ) is applied to the input gate 11,
The voltage of the transfer gate 13 is 0 V (threshold voltage V T ). That is,
V T <V IG <V H <V D As a result, as shown in FIG. 2A, the barrier 32 immediately below the overflow gate 30 is formed.
Is lowered by the overflow gate voltage VH , and the charge from the photoelectric conversion element 4 is absorbed by the overflow drain 31 across the barrier 32 (absorption mode).

次に、オーバフローゲート30に電圧VHよりも低い電圧
VLを印加する。このとき、入力ゲート11の電圧はVIG
移送ゲート13の電圧は0Vのままである。即ち、VT<VL
VIG<VH<VDである。オーバフローゲート電圧VLによ
り、第2図(B)に示す如く、障壁32は高くされるも閾
値電圧VTよりは僅かに低く、これにより、光電変換素子
4からの電荷は障壁32によって遮ぎられ、入力ゲート11
直下の障壁33を越えて蓄積ゲート12のポテンシャル井戸
34に蓄積される(積分モード)。
Next, a voltage lower than the voltage V H to the overflow gate 30
Apply VL . At this time, the voltage of the input gate 11 is V IG ,
The voltage of the transfer gate 13 remains at 0V. That is, V T <V L <
V IG <V H <V D By an overflow gate voltage V L, as shown in FIG. 2 (B), the barrier 32 is slightly lower than even the threshold voltage V T is increased, thereby, the charge from the photoelectric conversion element 4 is shielding by the barrier 32 Girare , Input gate 11
Potential well of storage gate 12 over barrier 33 directly below
Stored at 34 (integration mode).

このとき、移送ゲート13の電圧0Vによって移送ゲート
13直下の障壁35が高い状態で、通常使用時の例えば1000
倍以上の極めて大きな過剰入射光が入来すると、第2図
(C)に示す如く、蓄積ゲート12直下のポテンシャル井
戸34の電荷は溢れるもオーバフローゲート電圧VLによっ
て障壁32は僅かに下げられているのでこの溢れた電荷は
障壁32を越えてオーバフロードレイン31に吸収され、読
出しラインに流出(オーバフロー)するようなことはな
い(オーバフロー防止モード)。
At this time, the transfer gate 13
13 When the barrier 35 directly below is high, for example, 1000 for normal use
As shown in FIG. 2 (C), when extremely large excess incident light more than twice enters, the charge in the potential well 34 immediately below the storage gate 12 overflows, but the barrier 32 is slightly lowered by the overflow gate voltage VL . Therefore, the overflowed charges are absorbed by the overflow drain 31 over the barrier 32 and do not flow out (overflow) to the read line (overflow prevention mode).

このように、第2図(A)に示す吸収動作時にはオー
バフローゲート電圧VHを印加し、第2図(B)に示す積
分動作時にはオーバフローゲート電圧VL(<VH)を印加
して障壁32を僅かに低くしているので、極めて大きな過
剰入力があった場合でも電荷は障壁32を越えることによ
ってオーバフロードレイン31に流出するだけで、読出し
ラインにはオーバフローしない。上記吸収動作及び積分
動作のみの各電圧のタイムチャートを示すと第3図に示
す如くとなる。
Thus, the overflow gate voltage V H is applied during the absorption operation shown in FIG. 2A, and the overflow gate voltage V L (<V H ) is applied during the integration operation shown in FIG. 2B. Since 32 is set slightly lower, even if there is an extremely large excess input, the charge only flows to the overflow drain 31 by crossing the barrier 32 and does not overflow to the read line. FIG. 3 shows a time chart of each voltage for only the absorption operation and the integration operation.

次に、通常の積分が行なわれた後で読出しを行なう場
合、移送ゲート13に所定電圧を印加する。このとき、オ
ーバフローゲート電圧VLを印加したままとする。移送ゲ
ート13の電圧印加により、障壁35は低くされ、図示はし
ないが蓄積ゲート12直下のポテンシャル井戸34の電荷は
低くされた障壁35を越えて出力ドレイン7に流入し、デ
ータとして取出される。このときもオーバフローゲート
電圧VLによって障壁32は僅かに低くされているので、前
述のようにオーバフローを防止できる。
Next, when reading is performed after normal integration is performed, a predetermined voltage is applied to the transfer gate 13. At this time, the overflow gate voltage VL is kept applied. By applying a voltage to the transfer gate 13, the barrier 35 is lowered. Although not shown, the charge in the potential well 34 immediately below the storage gate 12 flows into the output drain 7 over the lowered barrier 35 and is extracted as data. Also at this time, since the barrier 32 is slightly lowered by the overflow gate voltage VL , the overflow can be prevented as described above.

第4図は本発明装置の他の実施例の断面図を示し、同
図中、第1図と同一構成部分には同一番号を付してその
説明を省略する。第4図中、36はオーバフローゲート30
とオーバフロードレイン31とを共通接続した端子であ
る。このものは、オーバフローゲート30及びオーバフロ
ードレイン31に別々の電圧を印加するのではなく、端子
36に共通の−の電圧を印加する。
FIG. 4 is a cross-sectional view of another embodiment of the apparatus of the present invention. In FIG. 4, the same components as those in FIG. In FIG. 4, reference numeral 36 denotes an overflow gate 30.
And the overflow drain 31 are commonly connected. This does not apply separate voltages to the overflow gate 30 and overflow drain 31,
A common negative voltage is applied to 36.

ここで、第5図に示す如く、オーバフロードレイン31
の電位VD′は端子36に印加するオーバフローゲート電圧
VOFGと同じ電位になるが、オーバフローゲート30直下の
電位φは、ゲート容量及びデプレション容量の影響で
分割されて電位VD′よりも必ず低くなる。これにより、
第1図に示す実施例のようにオーバフローゲート電圧V
OFG及びオーバフロードレイン電圧VOFDの2種を設定し
ないでも、一つの電圧VOFGのみを設定するだけでVT<VL
<VIG<VH<VD′の関係を満足でき、第2図で説明した
ようなオーバフロー防止を実現できる。この場合、第3
図に示す如く、オーバフロードレイン電位VD′は電圧
VH,VLに応じて上下する。
Here, as shown in FIG.
Potential V D 'is overflow gate voltage applied to the terminal 36 of the
Although the potential is the same as V OFG , the potential φ s immediately below the overflow gate 30 is divided by the influence of the gate capacitance and the depletion capacitance and is always lower than the potential V D '. This allows
As in the embodiment shown in FIG. 1, the overflow gate voltage V
Even if two types of OFG and overflow drain voltage V OFD are not set, only one voltage V OFG is set and V T <V L
<V IG <V H <V D ′ can be satisfied, and the overflow prevention described with reference to FIG. 2 can be realized. In this case, the third
As shown, the overflow drain potential V D ′ is a voltage
It goes up and down according to V H and V L.

ところで、本発明では第6図(2セルの場合)及び第
7図(4セルの場合)に示す如く、各セルに対してオー
バフロードレイン21(OFD)を共有する構成にすること
ができ、これにより、高密度配置が可能になる。各図
中、SGは蓄積ゲート、IGは入力ゲート、TGは移送ゲー
ト、Dは出力ドレイン、Sは入力ソース、OFDはオーバ
フロードレイン、OFGはオーバフローゲートである。
By the way, in the present invention, as shown in FIG. 6 (for two cells) and FIG. 7 (for four cells), the overflow drain 21 (OFD) can be shared for each cell. Thereby, high-density arrangement becomes possible. In each figure, SG is a storage gate, IG is an input gate, TG is a transfer gate, D is an output drain, S is an input source, OFD is an overflow drain, and OFG is an overflow gate.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明した如く、本発明によれば、リセットトラン
ジスタの動作によっても電荷を排出しきれないような極
めて大きな過剰入射光(通常使用時の例えば1000倍以
上)が入来した時でもオーバフローを防止でき、又、積
分時間を制御でき、電荷蓄積量を容易に制御でき、各種
条件下で正常な動作が可能となる。また、オーバーフロ
ーゲートには(閾値電圧VT)<VL<(入力ゲート印加電
圧VIG)<VHなる関係を満足する電圧VL及び電圧VHの各
レベルをもつ所定時間幅のパルス電圧が印加されるた
め、1つの電圧VOFCのみを設定するだけでオーバーフロ
ーを防止できる。
As described above, according to the present invention, it is possible to prevent overflow even when extremely large excess incident light (for example, 1000 times or more of normal use) that cannot completely discharge charges even by the operation of the reset transistor comes in. In addition, the integration time can be controlled, the charge storage amount can be easily controlled, and normal operation can be performed under various conditions. Moreover, the overflow gate (threshold voltage V T) <V L <(Input gate application voltage V IG) <voltage V L and the pulse voltage of a predetermined time width with each level of the voltage V H which satisfies V H the relationship Is applied, overflow can be prevented by setting only one voltage V OFC .

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

第1図は本発明の一実施例の断面図、 第2図は第1図に示す装置のポテンシャル図、 第3図は吸収及び積分時の各電圧のタイムチャート、 第4図は本発明の他の実施例の断面図、 第5図は第4図に示す装置の各電圧特性図、 第6図は本発明装置における2セル構成の平面図、 第7図は本発明装置における4セル構成の平面図、 第8図は本出願人が先に提案した装置の断面図、 第9図は第8図に示す装置のポテンシャル図、 第10図は第8図に示す装置の平面図である。 図において、 4は光電変換素子、 5は−導電型半導体基板、 6は入力ソース(S)、 7は出力ドレイン(D)、 11は入力ゲート(IG)、 12は蓄積ゲート(SG)、 13は移送ゲート(TG)、 30はオーバフローゲート(OFG)、 30a,31a,36は端子、 31はオーバフロードレイン(OFD)、 32,33,35は障壁、 34はポテンシャル井戸。 を示す。 VTは閾値電圧、 VH,VLはオーバフローゲート電圧、 VIGは入力ゲート電圧、 VD,VD′はオーバフロードレイン電圧を示す。1 is a sectional view of one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a potential diagram of the apparatus shown in FIG. 1, FIG. 3 is a time chart of each voltage during absorption and integration, and FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view of another embodiment, FIG. 5 is a voltage characteristic diagram of the device shown in FIG. 4, FIG. 6 is a plan view of a two-cell configuration in the device of the present invention, and FIG. FIG. 8 is a cross-sectional view of the device proposed by the present applicant, FIG. 9 is a potential diagram of the device shown in FIG. 8, and FIG. 10 is a plan view of the device shown in FIG. . In the figure, 4 is a photoelectric conversion element, 5 is a negative conductivity type semiconductor substrate, 6 is an input source (S), 7 is an output drain (D), 11 is an input gate (IG), 12 is a storage gate (SG), 13 Is a transfer gate (TG), 30 is an overflow gate (OFG), 30a, 31a, and 36 are terminals, 31 is an overflow drain (OFD), 32, 33, and 35 are barriers, and 34 is a potential well. Is shown. V T represents the threshold voltage, V H, V L is the overflow gate voltage, V IG input gate voltage, V D, the V D 'is overflow drain voltage.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 若山 博之 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 東福 勲 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 昭58−106966(JP,A) 特開 昭59−214258(JP,A) 特開 昭62−160759(JP,A) 特開 昭56−160176(JP,A) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Hiroyuki Wakayama 1015 Uedanaka, Nakahara-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Inside Fujitsu Limited (72) Inventor Isao Tofuku 1015 Kamiodanaka, Nakahara-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Fujitsu Limited ( 56) References JP-A-58-106966 (JP, A) JP-A-59-214258 (JP, A) JP-A-62-160759 (JP, A) JP-A-56-160176 (JP, A)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】入力ソース(6)、入力ゲート(11)、蓄
積ゲート(12)、移送ゲート(13)、出力ドレイン
(7)を単位セルとし、該移送ゲート(13)及び該出力
ドレイン(7)をx,y方向にマトリクス状に結線し、各
入力ソースに光電変換素子(4)アレイの出力を接続
し、共通結線された出力ドレインにCCDの並列入力を結
合してなる二次元センサを構成する半導体装置におい
て、 上記入力ソースに隣接してオーバーフローゲート(30)
及びオーバーフロードレイン(31)を形成してなり、該
オーバーフローゲート(30)及び該オーバーフロードレ
イン(31)に夫々所定電圧を印加して駆動する構成と
し、 前記オーバーフローゲート(30)には、(閾値電圧VT
<VL<(入力ゲート印加電圧VIG)<VHなる関係を満足
する電圧VL及び電圧VHの各レベルをもつ所定時間幅のパ
ルス電圧を印加することを特徴とする半導体装置。
An input source (6), an input gate (11), a storage gate (12), a transfer gate (13), and an output drain (7) are unit cells, and the transfer gate (13) and the output drain ( 7) A two-dimensional sensor that is connected in a matrix in the x and y directions, the output of the photoelectric conversion element (4) array is connected to each input source, and the parallel input of the CCD is connected to the commonly connected output drain. The overflow gate (30) adjacent to the input source.
And an overflow drain (31) are formed, and a predetermined voltage is applied to each of the overflow gate (30) and the overflow drain (31) to drive the overflow gate (30). V T )
<V L <(Input gate applied voltage V IG ) <V H. A semiconductor device characterized by applying a pulse voltage of a predetermined time width having each level of voltage V L and voltage V H satisfying a relationship of V H.
【請求項2】該オーバーフローゲート(30)及び該オー
バーフロードレイン(31)は、共通に結線されているこ
とを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein said overflow gate (30) and said overflow drain (31) are commonly connected.
【請求項3】該オーバーフロードレイン(31)は、複数
の隣接単位セルについて共有する構成としてなることを
特徴とする請求項1又は請求項2記載の半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein said overflow drain is configured to be shared by a plurality of adjacent unit cells.
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