JP2777162B2 - Driving method of solid-state imaging device - Google Patents

Driving method of solid-state imaging device

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JP2777162B2
JP2777162B2 JP1015511A JP1551189A JP2777162B2 JP 2777162 B2 JP2777162 B2 JP 2777162B2 JP 1015511 A JP1015511 A JP 1015511A JP 1551189 A JP1551189 A JP 1551189A JP 2777162 B2 JP2777162 B2 JP 2777162B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、積層型固体撮像装置の駆動方法に係わり、
特にバイアス電荷の注入,排出手段を備えた固体撮像装
置の駆動方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Purpose of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a driving method of a stacked solid-state imaging device,
In particular, the present invention relates to a driving method of a solid-state imaging device having a means for injecting and discharging bias charges.

(従来の技術) 固体撮像素子チップ上に光導電膜を積層した2階立て
構造の固体撮像装置(積層型固体撮像装置)は、感光部
の開口面積を広くすることができるため、高感度且つ低
スミアという優れた特長を有する。このため、この固体
撮像装置は、各種監視用テレビジョンや高品位テレビジ
ョン等のカメラとして有望視されている。積層型固体撮
像装置用の光導電膜としては、現在のところ、アモルフ
ァス材料膜が用いられている。例えば、Se−As−Te膜,Z
nSe−ZnCdTe,a−Si:H膜(水素化非晶質シリコン膜)等
である。これらの材料の中で特に、特性や加工性の良
さ、低温形成の可能性から、a−Si:H膜が本命になりつ
つある。
(Prior Art) A solid-state imaging device having a two-story structure in which a photoconductive film is stacked on a solid-state imaging device chip (stacked solid-state imaging device) can increase the opening area of a photosensitive portion, and therefore has high sensitivity and high sensitivity. It has an excellent feature of low smear. For this reason, this solid-state imaging device is promising as a camera for various monitoring televisions and high-definition televisions. At present, an amorphous material film is used as a photoconductive film for a stacked solid-state imaging device. For example, Se-As-Te film, Z
nSe-ZnCdTe, a-Si: H film (hydrogenated amorphous silicon film) and the like. Among these materials, the a-Si: H film is becoming a favorite especially because of its excellent properties and workability and the possibility of forming at low temperatures.

第7図は従来の積層型固体撮像装置の概略構造を示す
断面図である。図中110はp型Si基板、111はp+型素子分
離層、112はn+型チャネル(垂直CCDチャネル)、113はn
++型蓄積ダイオード、114は信号電荷読出しゲート、115
a,115bは転送ゲート、116は第1絶縁層、117は画素電極
配線、118は第2絶縁層、120は画素電極、121はa−Si:
Hの光導電膜、122はITO等の透明電極を示している。こ
こで、転送電極115aの一部が信号電荷読出しゲート114
を兼ねるものとなっている。
FIG. 7 is a sectional view showing a schematic structure of a conventional stacked solid-state imaging device. In the figure, 110 is a p-type Si substrate, 111 is a p + -type element isolation layer, 112 is an n + -type channel (vertical CCD channel), and 113 is n
++ type storage diode, 114 is signal charge readout gate, 115
a and 115b are transfer gates, 116 is a first insulating layer, 117 is a pixel electrode wiring, 118 is a second insulating layer, 120 is a pixel electrode, and 121 is a-Si:
The H photoconductive film 122 indicates a transparent electrode such as ITO. Here, a part of the transfer electrode 115a is
It also serves as.

第7図の構成において、透明電極122から入射した光
は光導電膜121で光電交換され、これにより電子−正孔
対ができる。蓄積ダイオード113に電気的に接続されて
いる画素電極120の電位は透明電極122よりも高くなって
いるため、電子は画素電極120に向かって、正孔は、透
明電極122に向かって移動する。正孔は透明電極122に介
して外部回路に流出し、電子は画素電極120に接続され
ている蓄積ダイオード113に蓄積され、該ダイオード113
の電位を低下させる。一定期間蓄積された信号電荷(電
子)は、信号電荷続出しゲート114に信号電荷読出しパ
ルスが印加されると、蓄積ダイオード113から垂直CCDチ
ャネル112に読出される。なお、垂直CCDチャネル112に
読出され転送された電荷は図示しない水平CCDチャネル
を介して出力されることになる。
In the configuration of FIG. 7, light incident from the transparent electrode 122 is photoelectrically exchanged by the photoconductive film 121, thereby forming an electron-hole pair. Since the potential of the pixel electrode 120 electrically connected to the storage diode 113 is higher than that of the transparent electrode 122, electrons move toward the pixel electrode 120 and holes move toward the transparent electrode 122. The holes flow out to an external circuit via the transparent electrode 122, and the electrons are stored in the storage diode 113 connected to the pixel electrode 120, and the diode 113
To lower the potential. The signal charge (electrons) accumulated for a certain period is read from the storage diode 113 to the vertical CCD channel 112 when a signal charge readout pulse is applied to the signal charge output gate 114. The electric charges read and transferred to the vertical CCD channel 112 are output via a horizontal CCD channel (not shown).

しかしながら、この種の固体撮像装置にあっては次の
ような問題があった。即ち、蓄積ダイオード113と自由
電子の充満している。画素電極配線117とが電気的に接
続されているため、蓄積ダイオード113は完全に空乏化
せず、信号電荷の読出しが不完全転送となり、これによ
り容量性残像が発生するという問題があった。また、光
導電膜121内で光電交換された電荷は膜内に存在するト
ラップ準位に捕獲され、ある時間をおいて放出されるた
め、固体撮像装置における残像特性を悪くする問題があ
った。
However, this type of solid-state imaging device has the following problems. That is, the storage diode 113 and free electrons are full. Since the pixel electrode wiring 117 is electrically connected to the pixel electrode 117, the storage diode 113 is not completely depleted, and the reading of the signal charge is incompletely transferred, thereby causing a problem that a capacitive afterimage occurs. In addition, the charge that has been photoelectrically exchanged in the photoconductive film 121 is trapped by a trap level existing in the film and is emitted after a certain period of time, so that there is a problem that the afterimage characteristic of the solid-state imaging device is deteriorated.

なお、光導電性残像はバイアス電荷を注入しトラップ
準位を定常的に埋めることによって低減できるが、十分
に低減するためには標準信号量以上のバイアス電荷の注
入が必要となる。従来の構造の積層型固体撮像装置で
は、バイアス電荷を注入するためには光源を必要とし、
且つバイアス電荷のうちトラップ準位を埋めた後の余剰
分は信号電荷と一緒に読み出されダイナミックレンジを
狭くする問題があった。
The photoconductive afterimage can be reduced by injecting a bias charge and steadily filling the trap level. However, in order to sufficiently reduce the level, it is necessary to inject a bias charge of a standard signal amount or more. In a stacked solid-state imaging device having a conventional structure, a light source is required to inject a bias charge,
In addition, the excess of the bias charge after filling the trap level is read out together with the signal charge, and there is a problem that the dynamic range is narrowed.

(発明が解決しようとする課題) このように、従来の積層型固体撮像装置においては、
蓄積ダイオードからの信号電荷の読出し動作が不完全で
あり、容量性残像が発生するという問題があった。ま
た、従来の光電を用いたバイアス電荷の注入により残像
を低減する方法では、バイアス電荷を均一に注入するこ
とはできず、さらに構成が複雑化する問題があった。
(Problems to be Solved by the Invention) As described above, in the conventional stacked solid-state imaging device,
There has been a problem that the operation of reading out the signal charges from the storage diode is incomplete, and a capacitive afterimage occurs. Further, in the conventional method of reducing the afterimage by injecting the bias charge using the photoelectric, the bias charge cannot be injected uniformly, and the configuration is further complicated.

また、光導電膜を光電変換部として用いるために、膜
内に存在するトラップ準位に光電交換された電荷の一部
が捕獲され、光導電性残像が発生するという問題があっ
た。さらに、光導電性残像を低減するためにバイアス電
荷を注入するためには光源が必要であり、且つバイアス
電荷の余剰分によりダイナミックレンジが減少するとい
う問題があった。
In addition, since the photoconductive film is used as a photoelectric conversion unit, there is a problem in that a part of the charge photoelectrically exchanged is trapped in a trap level existing in the film, and a photoconductive afterimage is generated. Further, there is a problem that a light source is required to inject a bias charge in order to reduce a photoconductive afterimage, and a dynamic range is reduced due to a surplus of the bias charge.

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その
目的とするところは、光源等を用いることなく信号電荷
蓄積ダイオードに均一にバイアス電荷を注入することが
でき、且つダイナミックレンジの減少を伴わずに、光導
電性残像を低減するのに十分なバイアス電荷の注入を行
うことができ、残像特性の向上をはかり得る固体撮像装
置の駆動方法を提供することにある。
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and an object of the present invention is to make it possible to uniformly inject a bias charge into a signal charge storage diode without using a light source or the like, and to reduce a dynamic range. It is an object of the present invention to provide a driving method of a solid-state imaging device which can perform injection of a bias charge sufficient to reduce a photoconductive afterimage without accompanying it and can improve an afterimage characteristic.

[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明の骨子は、バイアス電荷の注入,排出用のゲー
ト及びダイオードを設けることにより、蓄積ダイオード
へのバイアス電荷の注入,排出を電気的に行うことにあ
り、さらにバイアス電荷を信号電荷蓄積ダイオードを介
して光導電膜に注入した後、注入されたバイアス電荷の
余剰分を排出することにある。
[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) The gist of the present invention is to provide a gate and a diode for injecting and discharging a bias charge to electrically inject and discharge a bias charge to and from a storage diode. In other words, after the bias charge is injected into the photoconductive film via the signal charge storage diode, the surplus of the injected bias charge is discharged.

即ち本発明は、半導体基板上に信号電荷蓄積ダイオー
ド,信号電荷読出し部及び信号電荷転送部が形成され、
且つ最上部に信号電荷蓄積ダイオードに電気的に接続さ
れた画素電極が形成された固体撮像素子チップと、この
チップ上に積層された光導電膜と、この光導電膜上に形
成された透明電極とを備えた固体撮像装置において、前
記信号電荷読出し部を介して前記信号電荷蓄積ダイオー
ドにバイアス電荷を注入,排出するためのゲート及びダ
イオードを前記信号電荷転送部に隣接して設け、さらに
この固体撮像装置を駆動する方法として、前記透明電極
に印加する電圧を信号電荷蓄積期間の電圧より大きく又
は小さくすることにより、前記信号電荷蓄積ダイオード
を介して前記光導電膜中にバイアス電荷を注入し、次い
で前記透明電極に印加する電圧を再び信号電荷蓄積期間
の電圧に戻し、前記光導電膜中に注入された余剰の電荷
を前記蓄積ダイオードを介して排出するようにした方法
である。
That is, according to the present invention, a signal charge storage diode, a signal charge readout unit and a signal charge transfer unit are formed on a semiconductor substrate,
A solid-state image sensor chip on which a pixel electrode electrically connected to a signal charge storage diode is formed, a photoconductive film laminated on the chip, and a transparent electrode formed on the photoconductive film A gate and a diode for injecting and discharging a bias charge to and from the signal charge storage diode via the signal charge readout unit are provided adjacent to the signal charge transfer unit; As a method of driving the imaging device, by applying a voltage applied to the transparent electrode to be larger or smaller than the voltage of the signal charge storage period, a bias charge is injected into the photoconductive film through the signal charge storage diode, Next, the voltage applied to the transparent electrode is returned to the voltage in the signal charge storage period again, and the excess charge injected into the photoconductive film is transferred to the storage diode. It is a method to discharge through the de.

(作 用) 本発明によれば、信号電荷蓄積ダイオードに対して電
気的にバイアス電荷を注入するためのゲート及びダイオ
ードを設けることにより、光源を用いることなく信号電
荷蓄積ダイオードにバイアス電荷を注入することが可能
である。従って、容量性残像を十分低減するだけのバイ
アス電荷を均一に注入できる。また、一旦注入したバイ
アス電荷を信号電荷読出しゲートを介して排出すること
により、暗時出力電流が一定量以上のバイアス電荷に対
して依存しなくなるので、バイアス電荷のばらつきを無
視することができる。
(Operation) According to the present invention, a bias charge is injected into a signal charge storage diode without using a light source by providing a gate and a diode for electrically injecting a bias charge into the signal charge storage diode. It is possible. Therefore, it is possible to uniformly inject the bias charge enough to sufficiently reduce the capacitive afterimage. Further, since the once injected bias charge is discharged through the signal charge readout gate, the dark-time output current does not depend on the bias charge of a certain amount or more, so that the variation of the bias charge can be ignored.

また本発明によれば、バイアス電荷を電気的に注入す
るためのゲート及びダイオードを設け、信号電荷蓄積ダ
イオードを介して光導電膜中にバイアス電荷を電気的に
注入するため、光導電膜内に存在するトラップ準位を満
たすのに十分なバイアス電荷の注入が可能となり、さら
にバイアス電荷の余剰分を信号電荷とは別に掃き出すこ
とができる。従って、バイアス電荷の注入によるダイナ
ミックレンジの減少を伴わず、光導電性残像を十分に低
減できることになる。
According to the present invention, a gate and a diode for electrically injecting a bias charge are provided, and a bias charge is electrically injected into a photoconductive film through a signal charge storage diode. Injection of a bias charge sufficient to satisfy an existing trap level can be performed, and a surplus of the bias charge can be swept out separately from the signal charge. Therefore, the photoconductive afterimage can be sufficiently reduced without reducing the dynamic range due to the injection of the bias charge.

(実施例) 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明す
る。
(Examples) Hereinafter, details of the present invention will be described with reference to the illustrated examples.

第1図は本発明の一実施例に係わる固体撮像装置の基
本構成を平面的に示す模式図である。基本的な構成は従
来の積層型固体撮像装置と同様である。即ち、図示しな
いSi基板上に信号電荷蓄積ダイオード10がマトリックス
状に配列され、これらの蓄積ダイオード10に隣接して列
方向に垂直CCDの転送電極20が設けられている。これら
の転送電極20には、それぞれ駆動パルスφV1V2,
φV3V4が印加され、垂直CCDは4相駆動となってい
る。ここで駆動パルスφV1V3が印加される電極20の
一部は信号電荷読出しゲート30を兼ねている。
FIG. 1 is a schematic plan view illustrating a basic configuration of a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention. The basic configuration is the same as that of the conventional stacked solid-state imaging device. That is, signal charge storage diodes 10 are arranged in a matrix on an unillustrated Si substrate, and a vertical CCD transfer electrode 20 is provided adjacent to the storage diodes 10 in the column direction. These transfer electrodes 20 have driving pulses φ V1 , φ V2 ,
φ V3 and φ V4 are applied, and the vertical CCD is driven in four phases. Here, a part of the electrode 20 to which the drive pulses φ V1 and φ V3 are applied also serves as the signal charge read gate 30.

本装置が従来装置と異なる点は、電荷注入用のゲート
及びダイオードを設けたことにある。即ち、垂直CCDの
蓄積ダイオード10と反対側にはバイアス電荷注入用ゲー
ト40及びバイアス電荷注入用ダイオード50が設けられて
いる。ゲート40には駆動パルスφB1B2が印加され、
ダイオード50には駆動パルスφD1D2が印加される。
そして、ダイオード50からゲート40を介して、さらに読
出しゲート30を介して蓄積ダイオード10にバイアス電荷
が注入されるものとなっている。
This device differs from the conventional device in that a gate and a diode for charge injection are provided. That is, the gate 40 for bias charge injection and the diode 50 for bias charge injection are provided on the side opposite to the storage diode 10 of the vertical CCD. Drive pulses φ B1 and φ B2 are applied to the gate 40,
Drive pulses φ D1 and φ D2 are applied to the diode 50.
A bias charge is injected from the diode 50 into the storage diode 10 via the gate 40 and further via the read gate 30.

第2図は第1図をより具体化して示す平面図である。
転送電極20のうち駆動パルスφV1V3が印加される電
極21,23は第1層ポリSiであり、駆動パルスφV2V4
印加される電極22,24は第2層ポリSiである。また、バ
イアス電荷注入用ゲート40は第3層ポリSiである。な
お、図中60は垂直CCDチャネル、70はバイアス電荷注入
用ダイオード50に接続される電極を示している。また、
蓄積ダイオード10(11,12)において、転送電極21に隣
接する方を11、転送電極23に隣接する方を12としてい
る。同様に、信号電荷読出しゲート30(31,32),バイ
アス電荷注入用ゲート40(41,42),バイアス電荷注入
用ダイオード50(51,52)及び電極70(71,72)におい
て、蓄積ダイオード11に対応する方を31,41,51,71、蓄
積ダイオード12に対応する方を32,42,52,72としてい
る。また、図では画素電極配線117,画素電極120,光導電
膜121及び透明電極122等は省略してある。
FIG. 2 is a plan view more specifically showing FIG.
Of the transfer electrodes 20, the electrodes 21 and 23 to which the driving pulses φ V1 and φ V3 are applied are the first layer poly-Si, and the electrodes 22 and 24 to which the driving pulses φ V2 and φ V4 are applied are the second layer poly-Si. It is. The bias charge injection gate 40 is a third layer poly-Si. In the drawing, reference numeral 60 denotes a vertical CCD channel, and reference numeral 70 denotes an electrode connected to the bias charge injection diode 50. Also,
In the storage diode 10 (11, 12), 11 is adjacent to the transfer electrode 21 and 12 is adjacent to the transfer electrode 23. Similarly, in the signal charge readout gate 30 (31, 32), the bias charge injection gate 40 (41, 42), the bias charge injection diode 50 (51, 52), and the electrode 70 (71, 72), the storage diode 11 Are corresponding to 31, 41, 51, 71, and those corresponding to the storage diode 12 are 32, 42, 52, 72. In the figure, the pixel electrode wiring 117, the pixel electrode 120, the photoconductive film 121, the transparent electrode 122, and the like are omitted.

次に、本装置の駆動方法について説明する。 Next, a driving method of the present apparatus will be described.

第3図に転送電極20への駆動パルスφV1〜φV4を、第
4図に第2図の矢視A−A断面の概略とそのポテンシャ
ル状態の変化を示す。なお、第3図中に付した番号1〜
16は第4図中に付した番号1〜16にそれぞれ対応するタ
イミングである。
FIG. 3 shows drive pulses φ V1 to φ V4 to the transfer electrode 20, and FIG. 4 shows a schematic cross section taken along the line AA in FIG. 2 and a change in the potential state. It should be noted that the numbers 1 to 1 given in FIG.
Reference numeral 16 denotes timings respectively corresponding to the numbers 1 to 16 given in FIG.

第3図に示す如く時刻t0〜t1において、信号電荷読出
しゲート31の電圧φV1が読出し電圧VFSとなると、第4
図(a)〜(c)に示す如く転送電極21の下のチャネル
に蓄積ダイオード11より信号電荷が読出される。続い
て、時刻t1〜t4で各転送電極20の駆動パルスφV1〜φV4
を第3図に示す如く変化させると、第4図(c)〜
(e)に示す如く信号電荷が転送電極23の下のチャネル
に転送される。そして、時刻t4〜t5において、蓄積ダイ
オード11を介して光導電膜121に本発明によるバイアス
電荷の注入が行われる。このバイアス電荷の注入動作に
ついては後に説明する。
As shown in FIG. 3, when the voltage φ V1 of the signal charge read gate 31 becomes the read voltage V FS from time t 0 to t 1 ,
Signal charges are read out from the storage diode 11 to the channel below the transfer electrode 21 as shown in FIGS. Subsequently, the time t 1 ~t 4 by the drive pulse phi V1 to [phi] V4 of the respective transfer electrodes 20
Are changed as shown in FIG. 3 to obtain FIG.
The signal charge is transferred to the channel below the transfer electrode 23 as shown in FIG. Then, between times t 4 and t 5 , the bias charge is injected into the photoconductive film 121 via the storage diode 11 according to the present invention. The operation of injecting the bias charge will be described later.

時刻t5〜t7の間に信号電荷読出しゲート32の電圧φV3
が読出し電圧VFSとなると、第4図(e)〜(g)に示
す如く蓄積ダイオード12より信号電荷が読出され、この
信号電荷は転送電極23の下のチャネルで蓄積ダイオード
11の信号電荷に加算される。続いて、時刻t7〜t10で各
転送電極20の駆動パルスφV1〜φV4を第3図に示す如く
変化させると、第4図(g)〜(j)に示す如く信号電
荷は次の転送電極21の下のチャネルに転送される。そし
て、時刻t10〜t11において、蓄積ダイオード12を介して
光導電膜121にバイアス電荷が注入される。なお、上に
述べた信号電荷の転送は、従来のインターリーブ方式と
同様である。
Voltage of the signal charge read gate 32 between times t 5 ~t 7 φ V3
Becomes a read voltage VFS , a signal charge is read from the storage diode 12 as shown in FIGS. 4 (e) to 4 (g).
It is added to 11 signal charges. Subsequently, when the drive pulse phi V1 to [phi] V4 of the transfer electrodes 20 at time t 7 ~t 10 is varied as shown in FIG. 3, the signal as shown in FIG. 4 (g) ~ (j) charge the following Is transferred to the channel below the transfer electrode 21. Then, at time t 10 ~t 11, bias charges are injected into the photoconductive layer 121 through the storage diode 12. The transfer of the signal charge described above is the same as in the conventional interleave method.

次に、バイアス電荷の注入方法について説明する。な
お、ここでは蓄積ダイオード11を介した光導電膜121へ
のバイアス電荷の注入について説明するが、蓄積ダイオ
ード12を介した光導電膜121へのバイアス電荷の注入も
以下と同様にして行われる。第5図に転送電極21,バイ
アス電荷注入用ゲート41,バイアス電荷注入用ダイオー
ド51及び透明電極122への駆動パルスφV1B1D1
TEを、第6図に第2図の矢視B−B断面の概略とそのポ
テンシャル状態の変化を示す。なお、第5図中に付した
番号1〜6は第6図中に付した番号1〜6にそれぞれ対
応するタイミングである。また、第5図のtaは第3図の
t4に対応し、teはt5に対応している。
Next, a method of injecting bias charges will be described. Here, the injection of the bias charge into the photoconductive film 121 through the storage diode 11 will be described, but the injection of the bias charge into the photoconductive film 121 through the storage diode 12 is also performed in the same manner as described below. FIG. 5 shows drive pulses φ V1 , φ B1 , φ D1 , φ for the transfer electrode 21, the gate 41 for bias charge injection, the diode 51 for bias charge injection, and the transparent electrode 122.
FIG. 6 schematically shows the TE and FIG. 6 shows a cross section taken along the line BB in FIG. The numbers 1 to 6 in FIG. 5 are timings corresponding to the numbers 1 to 6 in FIG. 6, respectively. In addition, ta in FIG.
corresponds to t 4, te corresponds to t 5.

第5図に示す如く、時刻ta〜tbで転送電極21に信号電
荷読出し時と同一の電圧VFSが印加されると、第6図
(b)に示す如く信号電荷読出しゲート31がON状態にな
る。時刻tb〜tcにおいて、バイアス電荷注入用ゲート41
にVONが印加されると第6図(c)に示す如くこのゲー
ト41が開く。続いて、時刻tc〜tdの間にバイアス電荷注
入用ダイオード51に印加される電圧がVDR→VINJに変わ
ると、第6図(d)に示す如くバイアス電荷がバイアス
電荷注入用ゲート41及び信号電荷読出しゲート31を介し
て蓄積ダイオード11に注入される。
As shown in FIG. 5, when the time ta~tb at the same voltage V FS as when the signal charges read transfer electrode 21 is applied to the signal charge readout gate 31 as shown in FIG. 6 (b) is ON Become. From time tb to tc, the gate 41 for bias charge injection
When VON is applied to this gate, this gate 41 opens as shown in FIG. 6 (c). Subsequently, when the voltage applied to the bias charge injection diode 51 changes from V DR → V INJ during the time tc to td, the bias charge is changed to the bias charge injection gate 41 and the bias charge injection gate 41 as shown in FIG. The charge is injected into the storage diode 11 via the signal charge read gate 31.

次いで、時刻td〜teにおいて透明電極122に印加され
る電圧がVo〜Vfに変わると、第6図(e)に示す如く蓄
積ダイオード11を介してバイアス電荷が光導電膜121に
注入される。ここで、光導電膜121に注入されたバイア
ス電荷の一部は、光導電性残像の要因であるトラップ準
位を埋める。その後、時刻te〜tfにおいて、透明電極12
2に印加される電圧がvf→Voに変わると、第6図(f)
に示す如く、バイアス電荷の内トラップ準位を埋めない
余剰分は蓄積ダイオード11側に掃き出される。
Next, when the voltage applied to the transparent electrode 122 changes from Vo to Vf at times td to te, a bias charge is injected into the photoconductive film 121 via the storage diode 11 as shown in FIG. Here, a part of the bias charge injected into the photoconductive film 121 fills a trap level which is a cause of the photoconductive afterimage. Thereafter, from time te to tf, the transparent electrode 12
When the voltage applied to 2 changes from vf to Vo, FIG. 6 (f)
As shown in (2), the excess of the bias charge that does not fill the trap level is swept to the storage diode 11 side.

次いで、時刻tf〜tgにおいて、バイアス電荷注入用ダ
イオード51に印加される電圧がVINJ→VDRに変わると、
第6図(g)に示す如く、蓄積ダイオード11中のバイア
ス電荷もバイアス電荷注入用ダイオード51に排出され
る。そして、転送電極21に印加される電圧がVFS→0に
変わると、第6図(h)に示す如く、信号電荷読出しゲ
ートはOFF状態になる。最後に、バイアス電荷注入用ゲ
ート41の電圧が0Vに変り、第6図(i)に示す如くゲー
ト41が閉じて一連のバイアス電荷注入動作が終了する。
Next, from time tf to tg, when the voltage applied to the bias charge injection diode 51 changes from V INJ to V DR ,
As shown in FIG. 6 (g), the bias charge in the storage diode 11 is also discharged to the bias charge injection diode 51. Then, when the voltage applied to the transfer electrode 21 changes from V FS → 0, the signal charge read gate is turned off as shown in FIG. 6 (h). Finally, the voltage of the gate 41 for bias charge injection changes to 0 V, the gate 41 closes as shown in FIG. 6 (i), and a series of bias charge injection operations ends.

かくして本実施例によれば、信号電荷蓄積ダイオード
10に対して電気的にバイアス電荷を注入,排出するため
のゲート40及びダイオード50を設けているので、光源を
用いることなく蓄積ダイオード50にバイアス電荷を注入
することができる。従って、容量性残像を十分低減する
だけのバイアス電荷を蓄積ダイオード50に均一に注入す
ることができ、残像の低減に極めて有効である。
Thus, according to the present embodiment, the signal charge storage diode
Since the gate 40 and the diode 50 for electrically injecting and discharging the bias charge are provided for the device 10, the bias charge can be injected into the storage diode 50 without using a light source. Therefore, the bias charge enough to sufficiently reduce the capacitive afterimage can be uniformly injected into the storage diode 50, which is extremely effective in reducing the afterimage.

また本実施例では、透明電極122に印加される電圧を
変化して、蓄積ダイオード50を介して光導電膜121に対
して電気的にバイアス電荷を注入するために、光導電性
残像を低減するのに十分な量のバイアス電荷を注入する
ことが可能となる。さらに、注入したバイアス電荷の余
剰分を蓄積ダイオード50を介して信号電荷とは別にバイ
アス電荷注入用ダイオード50に排出するために、ダイナ
ミックレンジが減少する不都合もない。
Further, in this embodiment, the voltage applied to the transparent electrode 122 is changed to electrically inject a bias charge into the photoconductive film 121 via the storage diode 50, so that the photoconductive afterimage is reduced. In this case, a sufficient amount of bias charge can be injected. Furthermore, since the surplus of the injected bias charge is discharged to the bias charge injection diode 50 via the storage diode 50 separately from the signal charge, there is no inconvenience that the dynamic range is reduced.

なお、本発明は、上述した各実施例に限定されるもの
ではない。例えば、前記信号電荷注入用のゲート及びダ
イオードはCCDチャネルの信号電荷蓄積ダイオードと反
対側に限るものではなく、信号電荷読出しゲートを介し
てバイアス電荷の注入を行えるものであれば、信号電荷
蓄積ダイオード側に設けたものであってもよい。また、
信号電荷蓄積ダイオードに隣接してバイアス電荷注入用
のゲート及びダイオードを設け、電荷転送部に隣接して
バイアス電荷排出用のゲート及びダイオードを設けるよ
うにしてもよい。さらに、バイアス電荷の注入,排出用
のゲート及びダイオードを各々別に設けた構造のものに
対しても適用できる。さらに、積層型に限らず一般にCC
D撮像装置にも適用することが可能である。
Note that the present invention is not limited to the embodiments described above. For example, the gate and the diode for signal charge injection are not limited to the opposite side of the CCD channel from the signal charge storage diode, and any signal charge storage diode can be used as long as the bias charge can be injected through the signal charge readout gate. It may be provided on the side. Also,
A gate and a diode for bias charge injection may be provided adjacent to the signal charge storage diode, and a gate and diode for bias charge discharge may be provided adjacent to the charge transfer unit. Further, the present invention can be applied to a structure in which a gate and a diode for injecting and discharging bias charges and a diode are separately provided. Furthermore, in general, CC
It can be applied to a D imaging device.

また、駆動のタイミングについても蓄積ダイオードの
電位がバイアス電荷注入用ダイオードの電位によって決
められる間に光導電膜にバイアス電荷が注入,排出でき
るように透明電極に印加される電圧を変化すればよい。
さらに、蓄積ダイオードの電位がバイアス電荷注入用ダ
イオードの電位によって決められる間に透明電極に印加
される電圧を信号電荷の蓄積時の電圧に戻せば、バイア
ス電荷の余剰分の排出の効率を上げるために透明電極か
ら蓄積ダイオードに向かう電界を強めるように透明電極
に印加される電圧を変化してもよい。その他、本発明の
要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することが
できる。
As for the drive timing, the voltage applied to the transparent electrode may be changed so that the bias charge can be injected into and discharged from the photoconductive film while the potential of the storage diode is determined by the potential of the bias charge injection diode.
Further, if the voltage applied to the transparent electrode is returned to the voltage at the time of accumulating the signal charge while the potential of the storage diode is determined by the potential of the bias charge injection diode, the efficiency of discharging the excess bias charge is increased. The voltage applied to the transparent electrode may be changed so as to increase the electric field from the transparent electrode to the storage diode. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

[発明の効果] 以上詳細したように本発明によれば、バイアス電荷の
注入,排出用のゲート及びダイオードを設けることによ
り、蓄積ダイオードへのバイアス電荷の注入,排出を電
気的に行うことができる。従って、光源等を設けること
なく信号電荷蓄積ダイオードに均一にバイアス電荷を注
入することができ、残像特性の向上をはかり得る。これ
に加えて、光導電膜に対してバイアス電荷の注入,排出
を電気的に行うことができる。従って、光源を用いるこ
となく、光導電性残像を低減するのに十分なバイアス電
荷を注入することができ、さらにバイアス電荷の余剰分
を排出するため、ダイナミックレンジの減少も抑えられ
る。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, by providing a gate and a diode for injecting and discharging a bias charge, it is possible to electrically inject and discharge a bias charge to and from a storage diode. . Therefore, the bias charge can be uniformly injected into the signal charge storage diode without providing a light source or the like, and the afterimage characteristic can be improved. In addition, it is possible to electrically inject and discharge bias charges to and from the photoconductive film. Therefore, it is possible to inject a bias charge sufficient to reduce the photoconductive afterimage without using a light source, and to discharge a surplus of the bias charge, thereby suppressing a decrease in the dynamic range.

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

第1図乃至第6図は本発明の一実施例に係わる固体撮像
装置を説明するためのもので、第1図は固体撮像装置の
基本構成を平面的に示す模式図、第2図は第1図をより
具体化して示す平面図、第3図は転送電極への駆動パル
スを示す信号波形図、第4図は第2図の矢視A−A断面
の概略とそのポテンシャル状態の変化を示す模式図、第
5図は転送電極,バイアス電荷注入用ゲート及びダイオ
ード,透明電極への駆動パルスを示す信号波形図、第6
図は第2図の矢視B−B断面の概略とそのポテンシャル
状態の変化を示す模式図、第7図は従来の積層型固体撮
像装置の概略構造を示す断面図である。 10(11,12)……信号電荷蓄積ダイオード、20(21,〜,2
4)……転送電極、30(31,32)……信号電荷読出しゲー
ト、40(41,42)……バイアス電荷注入用ゲート、50(5
1,52)……バイアス電荷注入用ダイオード、60……垂直
CCDチャンネル、70(71,72)……電極、121……光導電
膜、122……透明電極。
1 to 6 are views for explaining a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a schematic plan view showing a basic configuration of the solid-state imaging device, and FIG. FIG. 1 is a plan view showing the embodiment more specifically, FIG. 3 is a signal waveform diagram showing a drive pulse to the transfer electrode, and FIG. 4 is a schematic cross-sectional view taken along the line AA of FIG. FIG. 5 is a signal waveform diagram showing drive pulses to a transfer electrode, a gate for bias charge injection, a diode, and a transparent electrode.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic cross section taken along the line BB of FIG. 2 and a change in its potential state, and FIG. 7 is a cross-sectional view showing a schematic structure of a conventional stacked solid-state imaging device. 10 (11,12) ...... Signal charge storage diode, 20 (21, ~, 2
4) Transfer electrode, 30 (31, 32) Signal readout gate, 40 (41, 42) Bias charge injection gate, 50 (5
1,52) …… Bias charge injection diode, 60 …… Vertical
CCD channel, 70 (71, 72) ... electrode, 121 ... photoconductive film, 122 ... transparent electrode.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−7985(JP,A) 特開 昭59−198084(JP,A) 特開 昭62−162356(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H04N 5/30 - 5/335──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-58-7985 (JP, A) JP-A-59-198084 (JP, A) JP-A-62-162356 (JP, A) (58) Field (Int.Cl. 6 , DB name) H04N 5/ 30-5/335

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】半導体基板上に信号電荷蓄積ダイオード、
信号電荷読出し部及び信号電荷転送部が形成され、且つ
最上部に信号電荷蓄積ダイオードに電気的に接続された
画素電極が形成された固体撮像素子チップと、このチッ
プ上に積層された光導電膜と、この光導電膜上に形成さ
れた透明電極と、前記信号電荷転送部に隣接して設けら
れ、前記信号電荷読出し部を介して前記信号電荷蓄積ダ
イオードにバイアス電荷を注入,排出するためのゲート
及びダイオードとを備えた固体撮像装置であって、前記
信号電荷蓄積ダイオードにバイアス電荷を注入する際
に、 前記透明電極に印加する電圧を信号電荷蓄積期間の電圧
より大きく又は小さくし、前記信号電荷蓄積ダイオード
を介して前記光導電膜中にバイアス電荷を注入し、 次いで前記透明電極に印加する電圧を再び信号電荷蓄積
期間の電圧に戻し、前記光導電膜中に注入された余剰の
電荷を前記蓄積ダイオードを介して排出することを特徴
とする固体撮像装置の駆動方法。
A signal charge storage diode on a semiconductor substrate;
A solid-state imaging device chip on which a signal charge readout portion and a signal charge transfer portion are formed, and a pixel electrode formed on the uppermost portion and electrically connected to the signal charge storage diode; and a photoconductive film laminated on the chip And a transparent electrode formed on the photoconductive film, and a transparent electrode provided adjacent to the signal charge transfer unit for injecting and discharging bias charges to and from the signal charge storage diode via the signal charge readout unit. A solid-state imaging device comprising a gate and a diode, wherein when injecting a bias charge into the signal charge storage diode, a voltage applied to the transparent electrode is made larger or smaller than a voltage in a signal charge storage period, and the signal A bias charge is injected into the photoconductive film through the charge storage diode, and then the voltage applied to the transparent electrode is returned to the voltage during the signal charge storage period. The driving method of the solid-state imaging apparatus characterized by discharging the excess charge injected into the photoconductive film through the accumulation diode.
【請求項2】半導体基板上に信号電荷蓄積ダイオード,
信号電荷読出し部及び信号電荷転送部が形成され、且つ
最上部に信号電荷蓄積ダイオードに電気的に接続された
画素電極が形成された固体撮像素子チップと、このチッ
プ上に積層された光導電膜と、この光導電膜上に形成さ
れた透明電極と、前記信号電荷蓄積ダイオードに隣接し
て設けられ、前記信号電荷蓄積ダイオードにバイアス電
荷を注入するためのバイアス電荷注入用ゲート及びダイ
オードと、前記信号電荷転送部に隣接して設けられ、前
記信号電荷蓄積ダイオードに注入されたバイアス電荷を
前記信号電荷読出し部を介して排出するためのバイアス
電荷排出用ゲート及びダイオードとを備えた固体撮像装
置であって、前記信号電荷蓄積ダイオードにバイアス電
荷を注入する際に、 前記透明電極に印加する電圧を信号電荷蓄積期間の電圧
より大きく又は小さくし、前記信号電荷蓄積ダイオード
を介して前記光導電膜中にバイアス電圧を注入し、 次いで前記透明電極に印加する電圧を再び信号電荷蓄積
期間の電圧に戻し、前記光導電膜中に注入された余剰の
電荷を前記蓄積ダイオードを介して排出することを特徴
とする固体撮像装置の駆動方法。
2. A signal charge storage diode on a semiconductor substrate,
A solid-state imaging device chip in which a signal charge readout portion and a signal charge transfer portion are formed, and a pixel electrode electrically connected to the signal charge storage diode is formed on the uppermost portion; and a photoconductive film laminated on the chip A transparent electrode formed on the photoconductive film, a bias charge injection gate and a diode provided adjacent to the signal charge storage diode for injecting a bias charge into the signal charge storage diode, A solid-state imaging device provided adjacent to a signal charge transfer unit and including a bias charge discharge gate and a diode for discharging bias charge injected into the signal charge storage diode through the signal charge readout unit. When a bias charge is injected into the signal charge storage diode, the voltage applied to the transparent electrode is changed to a voltage during the signal charge storage period. Pressure, and a bias voltage is injected into the photoconductive film through the signal charge storage diode, and then the voltage applied to the transparent electrode is returned to the voltage in the signal charge storage period again. A method for driving a solid-state imaging device, comprising: discharging excess charge injected therein through the storage diode.
【請求項3】前記画素電極及び信号電荷蓄積ダイオード
はマトリックス状に配列され、前記信号電荷転送部は信
号電荷蓄積ダイオードの配列に沿って列状に複数本配列
され、前記バイアス電荷の注入のためのゲート及びダイ
オードは各信号電荷蓄積ダイオードに対応してそれぞれ
設けられたものであり、 前記バイアス電荷の注入は、信号電荷蓄積ダイオードか
ら信号電荷を読出した後に行われ、且つ全ての信号電荷
蓄積ダイオードを同時にではなく、1行おきに行われる
ことを特徴とする請求項1又は2記載の固体撮像装置の
駆動方法。
3. The pixel electrode and the signal charge storage diodes are arranged in a matrix, and a plurality of the signal charge transfer units are arranged in a row along the arrangement of the signal charge storage diodes. The gate and the diode are provided corresponding to each signal charge storage diode, and the injection of the bias charge is performed after reading the signal charge from the signal charge storage diode, and all the signal charge storage diodes 3. The method of driving a solid-state imaging device according to claim 1, wherein the step (c) is performed every other row, not simultaneously.
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