JP2642927B2 - 電荷転送装置 - Google Patents

電荷転送装置

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JP2642927B2 JP61134881A JP13488186A JP2642927B2 JP 2642927 B2 JP2642927 B2 JP 2642927B2 JP 61134881 A JP61134881 A JP 61134881A JP 13488186 A JP13488186 A JP 13488186A JP 2642927 B2 JP2642927 B2 JP 2642927B2
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正治 浜崎
能明 賀川
智行 鈴木
貴久枝 石川
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Description

【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本発明は、電荷を転送する所謂CCD(電荷結合素子)
等の電荷転送装置に関する。
B.発明の概要 本発明は、転送領域から電荷を電位変換領域に出力す
る出力ゲートを有する電荷転送装置において、出力ゲー
トへ印加する電圧を内部から取り出される略接地レベル
とすることにより、外部からのノズル等を防止し且つ電
源電圧を最も小さくして高性能化等を実現するものであ
る。
C.従来の技術 一般に、CCD等の電荷転送装置は、例えば2相や3相
等のクロックにより電荷を所定の方向に順次転送するた
めの転送領域を有し、この転送領域の終端部には、出力
ゲート領域を介して、電荷を蓄積し電位変換領域として
機能するフローティング・ディフュージョン領域が形成
されている。そして、このフローティング・ディフュー
ジョン領域に隣接する領域には、その下部がチャンネル
形成領域となるプリチャージ・ゲート電極が形成され、
このプリチャージ・ゲート電極にかかる領域に隣接して
転送された電荷に応じて出力するプリチャージ・ドレイ
ン領域が形成されている。
ところで、上記出力ゲート領域は、フローティング・
ディフュージョン領域から取り出される信号の必要な出
力を確保し、クロックによるフローティング・ディフュ
ージョンのポテンシャルの揺らぎを防止し、さらに転送
領域への電荷の逆流を防止する機能を有している。
そして、従来の電荷転送装置は、このような出力ゲー
ト領域のポテンシャルを保持するため、外部端子から一
定の電圧が当該出力ゲート領域のゲート電極に供給され
る機構となっており、例えばこのようなゲート電極に供
給される上記一定の電位は、当該電荷転送装置の外部で
抵抗を直列に複数個配列したうちの中途から取り出され
てなる例えば1〜2V程度の電位が用いられていた。
D.発明が解決しようとする問題点 しかしながら、出力ゲート電極に供給する電圧を外部
端子から供給する場合には、その外部端子を介してノイ
ズ等が伝わって、当該出力ゲート領域のポテンシャルが
揺らぐような弊害が生ずるおそれがあり、また、このよ
うな外部端子から進入する静電気等によっては静電破壊
が生ずることがある。
また、低消費電力化のためには、上記プリチャージ・
ドレイン領域に供給される電圧を低くすることが必要と
なるが、消費電力を目的として上記プリチャージ・ドレ
イン領域に供給する電圧を単に低くしたときには、上記
出力ゲート電極に供給すべき電圧も相応して低くする必
要から、例えば、負電源を必要とする等の弊害や、この
ように電荷転送装置を動作させるための電圧の種類を増
加させることは製品コスト等の増加等の問題につながる
ことになる。
そこで、本発明はこのような問題点に鑑み、外部から
のノイズ等を防止し、且つ電源電圧を最も小さくして低
消費電力等の高性能化等を実現する電荷転送装置の提供
を目的とする。
E.問題点を解決するための手段 本発明は、転送領域から電荷を電位変換領域に出力す
る出力ゲートを有する電荷転送装置において、上記出力
ゲートは、半導体基板に低濃度で不純物を拡散させてな
り、外部端子と接続されず、且つ上記装置内で略接地レ
ベルに保持されていることを特徴とする電荷転送装置に
より上述の問題点を解決する。
ここで、上記略接地レベルは、例えば当該電荷転送装
置内の基板部やウェル領域等から取り出して上記出力ゲ
ートに供給するようにしても良い。
F.作用 本発明の電荷転送装置は、転送領域と電位変換領域の
間に設けられてなる出力ゲートへの電圧の供給を、外部
端子を用いず、当該電荷転送装置の略接地レベルの領域
から行うようにする。このため外部からのノイズ等は有
効に防止することができる。また、出力ゲートへ印加す
る電圧を略接地レベルとすることで、負電源を使用しな
い範囲で電位変換領域の電位を上記出力ゲート領域に応
じて低いものにすることができ、電源電圧を低くするこ
とが可能となり、従って低消費電力等の高性能化が実現
される。また、この電荷転送装置は、出力ゲートを半導
体基板に低濃度で不純物を拡散させて形成しているた
め、出力ゲートのポテンシャルΦOGを低下させることが
でき、電源電圧を低下させることができる。
G.実施例 本発明の好適な実施例を図面を参照しながら説明す
る。
本実施例の電荷転送装置は、第1図に示すような2相
クロックφ,φ により駆動される例えばCCD(電
荷結合素子)等の電荷転送装置の例である。この電荷転
送装置は、P型の半導体基板10を用いて形成されてお
り、2相クロックφ,φにより電荷を所定の方向に
順次転送するための転送領域3を有し、この転送領域3
の終端部3aには、外部端子と接続されずに当該装置の内
部より略接地レベルの電圧がそのゲート電極11に供給さ
れてなる出力ゲート領域1を有している。この出力ゲー
ト領域1の上記転送領域3と反対側には、隣接して電荷
を蓄積し電位変換領域として機能するフローティング・
ディフュージョン領域2が形成されている。そして、こ
のフローティング・ディフュージョン領域2に隣接する
領域には、その下部がチャンネル形成領域4となるプリ
チャージ・ゲート電極6が形成され、上記チャンネル形
成領域4に隣接して転送される電荷に応じて出力するた
めのプリチャージ・ドレイン領域5が形成されている。
このような構成からなる電荷転送装置の上記転送領域
3は、P型の半導体基板10の主面に臨んで高濃度不純物
領域12と低濃度不純物領域13を電荷の進行方向で交互に
配設してなるものであって、その上部に形成されたそれ
ぞれゲート電極に上記2相クロックφ,φを供給す
ることによって各不純物領域12、13のポテンシャルの深
さが変動し、所定の方向に電荷を送ることができる。
上記出力ゲート領域1は、上記P型の半導体基板10の
主面に臨んで低濃度にN型の不純物が導入され、その上
部に絶縁膜を介して出力ゲート電極11が形成されてい
る。そして、当該出力ゲート領域1は、フローティング
・ディフュージョン領域2から取り出される信号の所謂
ダイナミック・レンジを確保し、クロックφ,φ
よるフローティング・ディフュージョン領域2のポテン
シャルの揺らぎを防止し、さらに転送領域3への電荷の
逆流を防止する機能を有してなるものであって、動作状
態において、その電位が一定に保持される。そして、本
実施例においては、特に外部からその電位が供給され
ず、プリチャージ・ドレイン領域5の電位を低くするた
めに、装置内として上記P型の半導体基板10からの略接
地レベルの電圧が上記出力ゲート領域1上のゲート電極
11に供給される。このようにすることで、後述するよう
に、本実施例の電荷転送装置は、最も電源電圧を小さく
することができ、また、上記ゲート電極11には、このよ
うに装置内の電源が供給されてなるため、外部端子は不
要となり、その部品点数の低減のみならず、当該外部端
子を通じて進入する静電気やノイズ等を遮断することが
できる。また、上記導入される不純物の濃度は、その濃
度を低濃度とすることでポテンシャルΦOGを低くするこ
とができ、このようにすることで単に略接地レベルにす
るよりも電源電圧を充分に低くすることができる。 次
に、上述のような構成を有する電荷転送装置の上記フロ
ーティング・ディフュージョン領域2は、上記出力ゲー
ト領域1に隣接し上述のように電荷を蓄積して、その電
荷を電位に変換する。そして、第2図に示すように、上
記プリチャージ・ゲート電極6の電位が図中破線で示す
Φ(ローレベル)からΦ(ハイレベル)とされた時
には、上記プリチャージ・ドレイン領域5に蓄積された
電荷が出力される。ここで、このフローティング・ディ
フュージョン領域2のリセットレベルは、第2図に示す
ように、上記プリチャージ・ドレイン領域5の電位VPD
によって決定され、このフローティング・ディフュージ
ョン領域2のリセットレベルVPDと上記出力ゲート領域
1のポテンシャルΦOGの電位差ΔVFDが、当該フローテ
ィング・ディフュージョンのダイナミック・レンジを決
定する。従って、電荷転送装置として機能を維持して低
消費電力等の高性能化を実現するためには、この電位差
ΔVFDを一定にして上記出力ゲート領域1のポテンシャ
ルΦOGを下げる必要が生ずることになるが、上述のよう
に本実施例の電荷転送装置は、上記出力ゲート領域1の
ゲート電極11に印加される電圧がP型の半導体基板10か
ら供給される略接地レベルとされるため、負電源を用い
ない範囲で最小のリセットレベルVPDを可能とする。こ
のため、ダイナミックレンジを低減させずに低消費電力
等の高性能化を容易に実現できる。
なお、N型の半導体基板を用いて電荷転送装置を形成
するときには、N型の半導体基板に形成されるPウェル
領域を用いて上記出力ゲート電極11に略接地レベルの電
圧を供給するようにしても良い。また、他の方法として
は、多結晶シリコン層で形成される抵抗領域の一部から
所要の電位を取り出して上記出力ゲート電極11に当該電
位を供給するようにしても良い。
第2図は、上記電荷転送装置のポテンシャルの分布を
示しており、図中φ,φの部分はそれぞれ転送領域
3の各クロックに対応する領域であり、出力ゲート領域
はOG,フローティング・ディフュージョン領域はFD,プリ
チャージ・ゲート電極にかかる領域はPG,プリチャージ
・ドレイン領域はPDとしてそれぞれ示している。そし
て、第2図中で転送領域3において実線と破線は、動作
状態におけるそれぞれ異なる時刻のポテンシャル分布を
示している。この第2図に示すように、先ず、転送領域
3を順次送られてくる電荷は、破線のようなポテンシャ
ル状態でクロックφにコントロールされる領域に電荷
が蓄積され、次に実線で示すポテンシャル状態で上記蓄
積された電荷が、出力ゲート領域1のポテンシャルΦOG
を超えて上記フローティング・ディフュージョン領域2
に流れ込む。このとき、上記出力ゲート領域1の電位
は、装置内で供給される略接地レベルに保持されている
ため、ポテンシャルの揺らぎや外部からのノイズ等がな
く、確実に動作できる。
次に、このようにポテンシャルΦOGに保持される出力
ゲート領域1に隣接するフローティング・ディフュージ
ョン領域2に電荷が蓄積されて行くが、上述のように、
当該フローティング・ディフュージョン領域2のリセッ
トレベルはチャンネル形成領域4を介して隣接するプリ
チャージ・ドレインの電位VPDと略等しく、このフロー
ティング・ディフュージョン領域2のリセットレベルV
PDと上記出力ゲート領域1のポテンシャルΦOGの電位差
ΔVFDが、当該フローティング・ディフュージョンのダ
イナミック・レンジを決定する。そして上記ポテンシャ
ルΦOGは負電源を使用しない範囲で最も小さい値に設定
されていることから、当該フローティング・ディフュー
ジョン領域2の出力は最も大きくとることができ、この
ことは換言すれば出力レベルを一定としたときに、最も
低い電源電圧をプリチャージ・ドレイン領域5に供給す
ることができることを意味する。従って、本実施例の電
荷転送装置においては、上述のように出力ゲート電極11
に供給する電位を略接地レベルとすることから、プリチ
ャージ・ドレイン領域5に供給する電圧を最も低いもの
とすることができ、低消費電力等の高性能化を容易に実
現することができる。
なお、上述の実施例においては、転送領域に供給され
るクロックを2相としたが、これに限定されず3相以上
のクロックにより制御されるものであっても良い。
H.発明の効果 本発明の電荷転送装置は、上述のような構造を有し、
装置内の領域から出力ゲート領域に略接地レベルの電位
が供給される。このため外部からのノイズや等は有効に
防止することができ、静電破壊も防止される。また、端
子等を敢えて設けなくとも良く、必要とされる電源電圧
の数等の増加は無い。また、出力ゲート領域へ印加する
電圧を略接地レベルとすることで、負電源を使用しない
範囲で電位変換領域の電位を上記出力ゲート領域に応じ
て低いものにすることができ、何らダイナミック・レン
ジを犠牲にすることなく電源電圧を低くすることが可能
となり、低消費電力等の高性能化が実現される。また、
この電荷転送装置は、出力ゲートを半導体基板に低濃度
で不純物を拡散させて形成しているため、出力ゲートの
ポテンシャルΦOGを低下させることができ、単に出力ゲ
ートを接地レベルに保持した場合に比して電源電圧を低
下させることができ、ダイナミックレンジを低減させず
に消費電力を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の電荷転送装置の構造の一例を示す概略
断面図、第2図はそのポテンシャル分布を示す説明図で
ある。 1……出力ゲート領域 2……フローティング・ディフュージョン領域 3……転送領域 4……チャンネル形成領域 5……プリチャージ・ドレイン領域 6……プリチャージ・ゲート電極 10……P型の半導体基板 11……出力ゲート電極 ΦOG……出力ゲート領域のポテンシャル VPD……リセットレベル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 智行 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソ ニー株式会社内 (72)発明者 石川 貴久枝 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソ ニー株式会社内 (72)発明者 米本 和也 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソ ニー株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−201468(JP,A) 特開 昭61−187368(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】転送領域から電荷を電位変換領域に出力す
    る出力ゲートを有する電荷転送装置において、 上記出力ゲートは、半導体基板に低濃度で不純物を拡散
    させてなり、外部端子と接続されず、且つ上記装置内で
    略接地レベルに保持されていることを特徴とする電荷転
    送装置。
JP61134881A 1986-06-12 1986-06-12 電荷転送装置 Expired - Lifetime JP2642927B2 (ja)

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JPS62291967A JPS62291967A (ja) 1987-12-18
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59201468A (ja) * 1983-04-30 1984-11-15 Toshiba Corp 電荷転送デバイス
JPS61187368A (ja) * 1985-02-15 1986-08-21 Toshiba Corp 電荷転送装置

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