JPH02219270A - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
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- JPH02219270A JPH02219270A JP1040770A JP4077089A JPH02219270A JP H02219270 A JPH02219270 A JP H02219270A JP 1040770 A JP1040770 A JP 1040770A JP 4077089 A JP4077089 A JP 4077089A JP H02219270 A JPH02219270 A JP H02219270A
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- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 24
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 8
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- 206010047571 Visual impairment Diseases 0.000 abstract description 16
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- 108091006146 Channels Proteins 0.000 description 45
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- 108010075750 P-Type Calcium Channels Proteins 0.000 description 3
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/148—Charge coupled imagers
- H01L27/14831—Area CCD imagers
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- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は固体撮像装置に関し、特に残像低減のための感
光画素と、感光画素より信号電荷を転送する移送ゲート
部周辺の構造に関する。
光画素と、感光画素より信号電荷を転送する移送ゲート
部周辺の構造に関する。
ＣＯＤレジスタ等を用いた固体ラインセンサは、カメラ
の自動焦点機構のイメージセンサや、ファクシミリのイ
メージセンサとして広く利用されている。
の自動焦点機構のイメージセンサや、ファクシミリのイ
メージセンサとして広く利用されている。
第８図は光電変換素子としてＰ−Ｎ接合形フォトダイオ
ード、信号電荷転送手段として２相駆動電荷転送素子を
用いた従来の固体撮像装置の部分平面図であり、列状に
配置された光電変換素子１ａ、１−ｂに蓄積された信号
電荷を移送ゲート２を介して信号電荷転送手段へ送られ
る。信号電荷転送手段は、一方の相の駆動パルスが与え
られる転送用電極３−ａ、３−ｂと他方の相の駆動パル
スが与えられる転送用電極４−ａ、４−ｂとを有する２
相駆動のレフトレジスタとなっている。
ード、信号電荷転送手段として２相駆動電荷転送素子を
用いた従来の固体撮像装置の部分平面図であり、列状に
配置された光電変換素子１ａ、１−ｂに蓄積された信号
電荷を移送ゲート２を介して信号電荷転送手段へ送られ
る。信号電荷転送手段は、一方の相の駆動パルスが与え
られる転送用電極３−ａ、３−ｂと他方の相の駆動パル
スが与えられる転送用電極４−ａ、４−ｂとを有する２
相駆動のレフトレジスタとなっている。
第９図（ａ）は第８図の点ＡＯ−ＡＯ’にそって切断し
た場合の断面構造図であり、Ｐ型基板５上にＰ−Ｎ接合
型フォトダイオードを形成するＮ型拡散層７と、この拡
散層７上にＰ型拡散層６が形成されている。８はＰ型チ
ャネルストッパー１１は光シールド、１２は絶縁層を示
す。
た場合の断面構造図であり、Ｐ型基板５上にＰ−Ｎ接合
型フォトダイオードを形成するＮ型拡散層７と、この拡
散層７上にＰ型拡散層６が形成されている。８はＰ型チ
ャネルストッパー１１は光シールド、１２は絶縁層を示
す。
第８図、第９図においてＰ型基板５に対して逆の導電型
をもつ領域であるＮ型拡散層７は基板５に対し逆バイア
スされている。この状態で光電変換素子１−ａ、１−ｂ
に入射した光は、その領域で光電変換され、発生した電
子はＮ型拡散層７に蓄積される。この蓄積された電子は
、移送ゲート２を導通させることにより、信号電荷転送
手段の転送電極下へ移動する。信号電荷転送手段へ移動
した電子は周知の転送動作により順次出力回路へ転送さ
れる。
をもつ領域であるＮ型拡散層７は基板５に対し逆バイア
スされている。この状態で光電変換素子１−ａ、１−ｂ
に入射した光は、その領域で光電変換され、発生した電
子はＮ型拡散層７に蓄積される。この蓄積された電子は
、移送ゲート２を導通させることにより、信号電荷転送
手段の転送電極下へ移動する。信号電荷転送手段へ移動
した電子は周知の転送動作により順次出力回路へ転送さ
れる。
以上の構成要素よりなる従来の固体撮像装置においては
第９図（ａ）に示すＮ型拡散層７と移送ゲート２とのオ
ーバーラツプ部１００面積が広いため、以下の述べる欠
点が存在していた。
第９図（ａ）に示すＮ型拡散層７と移送ゲート２とのオ
ーバーラツプ部１００面積が広いため、以下の述べる欠
点が存在していた。
第９図（ａ）の断面でのポテンシャル図である第９図（
ｂ）よりわかる様に、Ｎ型拡散層７及びその近辺で光電
変換より発生した電子は移送ゲートを高電位とすること
によりたしかに転送電極３−ａ下に移動するが、Ｎ型拡
散層７と移送ゲート２とのオーバーラツプ部１０が存在
するため、そのオーバーラツプ部１０のポテンシャルの
くぼみに電荷が残留電荷１３として蓄積されるため、光
電変換により発生した電子が完全には信号電荷転送手段
へは移動しない。残留電荷１３は移送ゲートに高電位を
印加している期間非常に長い時定数でゆっくり転送電極
３− ａ下に放出される。このような状態では光入射が
なく、光電変換による発生電子が存在しなくても移送ゲ
ートを高電位にすることにより残留電荷１３が放出され
ることとなり、いわゆる残像が発生している。この残留
電荷１３は、第９図（ａ）のオーバーラツプ部１０のオ
ーバーラツプ長りをマスクルールの許すかぎり小さくす
るという設計技術である程度低減は可能であるが、まだ
十分な特性には到っていない。
ｂ）よりわかる様に、Ｎ型拡散層７及びその近辺で光電
変換より発生した電子は移送ゲートを高電位とすること
によりたしかに転送電極３−ａ下に移動するが、Ｎ型拡
散層７と移送ゲート２とのオーバーラツプ部１０が存在
するため、そのオーバーラツプ部１０のポテンシャルの
くぼみに電荷が残留電荷１３として蓄積されるため、光
電変換により発生した電子が完全には信号電荷転送手段
へは移動しない。残留電荷１３は移送ゲートに高電位を
印加している期間非常に長い時定数でゆっくり転送電極
３− ａ下に放出される。このような状態では光入射が
なく、光電変換による発生電子が存在しなくても移送ゲ
ートを高電位にすることにより残留電荷１３が放出され
ることとなり、いわゆる残像が発生している。この残留
電荷１３は、第９図（ａ）のオーバーラツプ部１０のオ
ーバーラツプ長りをマスクルールの許すかぎり小さくす
るという設計技術である程度低減は可能であるが、まだ
十分な特性には到っていない。
本発明は残像を低減するために、光電変換部と光電変換
された信号電荷を光電変換部より転送する転送ゲート部
との接続部において、光電変換部である基板と逆の導電
型半導体領域と移送ゲート部とのオーバーラツプしてい
る部分のチャネル領域の幅を光電変換部でナローチャネ
ル効果によるポテンシャルのもち上りが起きない程度に
狭くした構造を有する。前記狭くした構造の例としては
、オーバーラツプ部分のチャネル領域と基板と同一導電
型のチャネルを分離する機能を有するチャネルストッパ
一部とを接触させる方法と、離す方法の２種類が考えら
れる。
された信号電荷を光電変換部より転送する転送ゲート部
との接続部において、光電変換部である基板と逆の導電
型半導体領域と移送ゲート部とのオーバーラツプしてい
る部分のチャネル領域の幅を光電変換部でナローチャネ
ル効果によるポテンシャルのもち上りが起きない程度に
狭くした構造を有する。前記狭くした構造の例としては
、オーバーラツプ部分のチャネル領域と基板と同一導電
型のチャネルを分離する機能を有するチャネルストッパ
一部とを接触させる方法と、離す方法の２種類が考えら
れる。
次に、本発明について図面を参照して説明する。
第１図は、光電変換素子と移送ゲート部周辺の本発明の
一実施例の平面図である。この図に示す様に光電変換素
子１−ｂと移送ゲート２とのオーバーラツプ部１０のチ
ャネル幅Ｗを狭めている。
一実施例の平面図である。この図に示す様に光電変換素
子１−ｂと移送ゲート２とのオーバーラツプ部１０のチ
ャネル幅Ｗを狭めている。
こうすることにより、オーバーラツプ部１０の面積Ｓ。
が低減される。残像はＳｏにより線形に増加することが
実験結果より判明しているので、本実施例のようにチャ
ネル幅Ｗを狭めることによる残像低減効果は大である。
実験結果より判明しているので、本実施例のようにチャ
ネル幅Ｗを狭めることによる残像低減効果は大である。
具体的数値を上げるならば、いま従来例の様に光電変換
素子より移送ゲートへ同じチャネル幅で接続しチャネル
幅Ｗ＝１４μ。
素子より移送ゲートへ同じチャネル幅で接続しチャネル
幅Ｗ＝１４μ。
オーバーラツプ長Ｌ＝２μとするとＳ。＝ＬＸＷ＝２８
μ背となり、実測データでは電子数ｎ、とてｎ、ｏ＝２
．４×１０３個が残像成分として発生する。これに対し
、第１図に示す本発明の一実施例では、Ｗ＝６μ、Ｌ＝
２μの場合では、５Ｏ＝ＬＸＷ＝１２μｍｌとなり、残
像成分の電子数ｎｉｌはｎ ｍｌ ”” ６ Ｘ １０
２個となり、従来例の１／４に低減が可能となり、その
効果は大である。
μ背となり、実測データでは電子数ｎ、とてｎ、ｏ＝２
．４×１０３個が残像成分として発生する。これに対し
、第１図に示す本発明の一実施例では、Ｗ＝６μ、Ｌ＝
２μの場合では、５Ｏ＝ＬＸＷ＝１２μｍｌとなり、残
像成分の電子数ｎｉｌはｎ ｍｌ ”” ６ Ｘ １０
２個となり、従来例の１／４に低減が可能となり、その
効果は大である。
６一
チャンネル幅Ｗを狭くすればするほど残像が低減できる
のならば、チャンネル幅Ｗ二１μとしてもよいと思われ
るが、それは以下の述べるチャネルポテンシャルのナロ
ーチャネル効果によるもち上がりにより限界が存在する
。
のならば、チャンネル幅Ｗ二１μとしてもよいと思われ
るが、それは以下の述べるチャネルポテンシャルのナロ
ーチャネル効果によるもち上がりにより限界が存在する
。
第１図の光電変換素子側のチャネル幅の狭い部分のＡｌ
、Ａｌ’線にそった断面図を第２図（ａ）、また第２図
（ａ）のＡｌ ｌ、Ａｌ ｌ’線にそったポテンシャル
図を第２図（ｂ）に示す。光電変換素子として動作する
Ｎ型拡散層７の両側にはＰ型チャネルストッパー８が存
在するため、Ｐ−Ｎ接合の空乏層がＮ型拡散層側に広が
り、第２図に示す様にポテンシャルのもち上がりがＮ型
拡散層の端で発生する。このもち上がりにより、第４図
「・」で示す様にチャネル幅を狭くすることによりチャ
ネルポテンシャルの低下いわゆるナローチャネル効果が
発生する。例えばいまチャネル幅Ｗを４μとすれば、オ
ーバーラツプ部直前の光電変換素子側のポテンシャルは
１．３Ｖとなる。これは、光電変換素子のチャネル幅を
しぼり込む前のポテンシャルである２■より浅くなり、
しぼり込み部でのポテンシャルの障壁の発生を意味する
。障壁の発生は正常な信号電荷の流通を妨げることにな
り正常動作ではなくなる。つまり、ナローチャネル効果
の発生によりオーバーラツプ部近辺のチャネル幅のしぼ
り込みは１．第４図より解かる様にチャネル幅Ｗ＝６μ
までが限界である。
、Ａｌ’線にそった断面図を第２図（ａ）、また第２図
（ａ）のＡｌ ｌ、Ａｌ ｌ’線にそったポテンシャル
図を第２図（ｂ）に示す。光電変換素子として動作する
Ｎ型拡散層７の両側にはＰ型チャネルストッパー８が存
在するため、Ｐ−Ｎ接合の空乏層がＮ型拡散層側に広が
り、第２図に示す様にポテンシャルのもち上がりがＮ型
拡散層の端で発生する。このもち上がりにより、第４図
「・」で示す様にチャネル幅を狭くすることによりチャ
ネルポテンシャルの低下いわゆるナローチャネル効果が
発生する。例えばいまチャネル幅Ｗを４μとすれば、オ
ーバーラツプ部直前の光電変換素子側のポテンシャルは
１．３Ｖとなる。これは、光電変換素子のチャネル幅を
しぼり込む前のポテンシャルである２■より浅くなり、
しぼり込み部でのポテンシャルの障壁の発生を意味する
。障壁の発生は正常な信号電荷の流通を妨げることにな
り正常動作ではなくなる。つまり、ナローチャネル効果
の発生によりオーバーラツプ部近辺のチャネル幅のしぼ
り込みは１．第４図より解かる様にチャネル幅Ｗ＝６μ
までが限界である。
またオーバーラツプ部の断面（第１図Ｂｌ、Ｂｌ’間）
図である第３図（ａ）及びそのポテンシャル図である第
３図（ｂ）とチャネル幅Ｗによるチャネルポテンシャル
図である第４図の「ム」より、チャネル幅Ｗ＝６μにお
いてはオーバーラツプ部ですでにナローチャネル効果に
よるチャネルポテンシャルの低下が起きているが、この
部分は電荷を通過させる機能さえあればよいため、光電
変換素子部のチャネルポテンシャルである２■より深け
ればよく、動作上問題とはならない。
図である第３図（ａ）及びそのポテンシャル図である第
３図（ｂ）とチャネル幅Ｗによるチャネルポテンシャル
図である第４図の「ム」より、チャネル幅Ｗ＝６μにお
いてはオーバーラツプ部ですでにナローチャネル効果に
よるチャネルポテンシャルの低下が起きているが、この
部分は電荷を通過させる機能さえあればよいため、光電
変換素子部のチャネルポテンシャルである２■より深け
ればよく、動作上問題とはならない。
この様にナローチャネル効果の発生により本発明の効果
は制限を受ける。ナローチャネル効果を低減しつつ本発
明の効果を伸長する方法を次の本発明の他の実施例にて
説明する。
は制限を受ける。ナローチャネル効果を低減しつつ本発
明の効果を伸長する方法を次の本発明の他の実施例にて
説明する。
第５図は本発明の他の実施例の光電変換素子と移送ゲー
ト部周辺の平面図である。オーバーラツプ部１０の近辺
のＮ型拡散層７の幅Ｗを狭くするのみならず、チャネル
ストッパ部８より離している。この様にチャネルストッ
パ一部８より離すことにより、Ａ２．Ａ２’線及びＢ２
．Ｅ２’線での断面図及びそのポテンシャル図である第
６図。
ト部周辺の平面図である。オーバーラツプ部１０の近辺
のＮ型拡散層７の幅Ｗを狭くするのみならず、チャネル
ストッパ部８より離している。この様にチャネルストッ
パ一部８より離すことにより、Ａ２．Ａ２’線及びＢ２
．Ｅ２’線での断面図及びそのポテンシャル図である第
６図。
第７図よりわかる様にＮ型拡散層７の両側にはチャネル
ストッパー８に比べ低濃度である基板のＰ型半導体が存
在しているのみであるので、Ｐ −Ｎ接合の空乏層はＮ
型拡散層７のみならずＰ型基板側にかなり広がることに
なる。このため、ポテンシャルのもち上がりがＮ型拡散
層７にくい込む割合はチャネルストッパー８がＮ型拡散
層７と接触する場合に比べかなり低減する。言いかえる
ならばナローチャネル効果が発生しずらくなる。具体的
には第４図のチャネル幅によるポテンシャル変化の図の
「△」と「ム」よりわかる様に、チャネル幅Ｗ＝３μま
ではナローチャネル効果が発生しないため、残像の発生
源となるオーバーラツプ部の面積Ｓ。はＳ。−ＬＸＷ＝
６μボとなり、残像電子数ｎ。２はｎ 、２：： ３
Ｘ １０２個となり従来例の１／８、また第１〜３図の
本発明の一実施例の１／２まで低減できる。
ストッパー８に比べ低濃度である基板のＰ型半導体が存
在しているのみであるので、Ｐ −Ｎ接合の空乏層はＮ
型拡散層７のみならずＰ型基板側にかなり広がることに
なる。このため、ポテンシャルのもち上がりがＮ型拡散
層７にくい込む割合はチャネルストッパー８がＮ型拡散
層７と接触する場合に比べかなり低減する。言いかえる
ならばナローチャネル効果が発生しずらくなる。具体的
には第４図のチャネル幅によるポテンシャル変化の図の
「△」と「ム」よりわかる様に、チャネル幅Ｗ＝３μま
ではナローチャネル効果が発生しないため、残像の発生
源となるオーバーラツプ部の面積Ｓ。はＳ。−ＬＸＷ＝
６μボとなり、残像電子数ｎ。２はｎ 、２：： ３
Ｘ １０２個となり従来例の１／８、また第１〜３図の
本発明の一実施例の１／２まで低減できる。
以上説明したように本発明は、残像発生部分となるオー
バーラツプ部のチャネル幅をナローチャネル効果が起き
る直前まで狭くすることにより、残像を従来の１／４は
どまで低減できる効果がある。また、チャネルストッパ
一部をチャネルより離すことにより、ナローチャネル効
果を抑制することにより、残像を従来の１／８までに低
減できその効果は大である。
バーラツプ部のチャネル幅をナローチャネル効果が起き
る直前まで狭くすることにより、残像を従来の１／４は
どまで低減できる効果がある。また、チャネルストッパ
一部をチャネルより離すことにより、ナローチャネル効
果を抑制することにより、残像を従来の１／８までに低
減できその効果は大である。
第１図は本発明の一実施例を示す平面図、第２図（ａ）
は第１図のＡＩ、ＡＩ’線での断面図、第２図（ｔｌ）
は第２図（ａ）に対応したポテンシャル図、第３図（ａ
）は第１図のＢｌ、Ｂｌ’線での断面図、第３図（ｂ）
は第３図（ａ）に対応したポテンシャル図、第４図はチ
ャネル幅Ｗによるチャネルポテンシャルの変化を示すグ
ラフ、第５図は本発明の他の実旌例を示す平面図、第６
図（ａ）は第５図のＡ２．Ａ２’線での断面図、第６図
（ｂ）は第６図（ａ）に対応したポテンシャル図、第７
図（ａ）は第５図のＢ２．Ｂ２’線での断面図、第７図
（ｂ）は第７図（ａ）に対応したポテンシャル図、第８
図は従来例を示す平面図、第９図（ａ）は第８図のＡＯ
，ＡＯ’線での断面図、第９図（ｂ）は第９図（ａ）に
対応したポテンシャル図である。 １−ａ、１−ｂ・・・・・・光電変換素子、２．・・・
・・・移送ゲート、３−ａ、 ３−ｂ、 ４−ａ、 ４
−ｂ−転送電極、訃・・・・・Ｐ型基板、６・・・・・
・Ｐ型拡散層、７・・・・・・Ｎ型拡散層、８・・・・
・・Ｐ型チャネルストッパー １０・・・・・・オーバ
ーラツプ部、１１・・・・・・光シールド、１２・・・
・・・絶縁層、１３・・・・・・残留電荷。 代理人 弁理士 内 原 晋 ＝１１ ／Ｉｔｂ＜ ＜４．￥ ／Ｔ１表イく孟。ψ （Ｉｌ） （刀
は第１図のＡＩ、ＡＩ’線での断面図、第２図（ｔｌ）
は第２図（ａ）に対応したポテンシャル図、第３図（ａ
）は第１図のＢｌ、Ｂｌ’線での断面図、第３図（ｂ）
は第３図（ａ）に対応したポテンシャル図、第４図はチ
ャネル幅Ｗによるチャネルポテンシャルの変化を示すグ
ラフ、第５図は本発明の他の実旌例を示す平面図、第６
図（ａ）は第５図のＡ２．Ａ２’線での断面図、第６図
（ｂ）は第６図（ａ）に対応したポテンシャル図、第７
図（ａ）は第５図のＢ２．Ｂ２’線での断面図、第７図
（ｂ）は第７図（ａ）に対応したポテンシャル図、第８
図は従来例を示す平面図、第９図（ａ）は第８図のＡＯ
，ＡＯ’線での断面図、第９図（ｂ）は第９図（ａ）に
対応したポテンシャル図である。 １−ａ、１−ｂ・・・・・・光電変換素子、２．・・・
・・・移送ゲート、３−ａ、 ３−ｂ、 ４−ａ、 ４
−ｂ−転送電極、訃・・・・・Ｐ型基板、６・・・・・
・Ｐ型拡散層、７・・・・・・Ｎ型拡散層、８・・・・
・・Ｐ型チャネルストッパー １０・・・・・・オーバ
ーラツプ部、１１・・・・・・光シールド、１２・・・
・・・絶縁層、１３・・・・・・残留電荷。 代理人 弁理士 内 原 晋 ＝１１ ／Ｉｔｂ＜ ＜４．￥ ／Ｔ１表イく孟。ψ （Ｉｌ） （刀
Claims (3)
- （１）光電変換部と、該光電変換部より信号電荷を転送
する移送ゲート部とを半導体基板に形成した固体撮像装
置において、前記光電変換部と移送ゲート部との接続部
において、光電変換部である前記半導体基板と逆の導電
型半導体領域と前記移送ゲート部とのオーバーラップし
ている部分下のチャネル領域の幅を光電変換部でナロー
チャネル効果によるポテンシャルのもち上りが起きない
限界まで狭めたことを特徴とする固体撮像装置。 - （２）前記狭められたチャンネル幅は前記光電変換部の
幅よりも狭く且つ６μｍ以上であることを特徴とする特
許請求の範囲第１項に記載の固体撮像装置 - （３）前記オーバーラップ部のチャネル領域は前記半導
体基板に設けられた前記半導体基板と同一導電型で該半
導体基板より高不純物濃度であるチャネルストッパー領
域とは離されていることを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の固体撮像装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1040770A JPH02219270A (ja) | 1989-02-20 | 1989-02-20 | 固体撮像装置 |
| EP90102894A EP0384286B1 (en) | 1989-02-20 | 1990-02-14 | Charge coupled device free from after image due to residual electric charges |
| DE69008749T DE69008749T2 (de) | 1989-02-20 | 1990-02-14 | Ladungsübertragungsvorrichtung, frei von Nachbildern auf Grund von elektrischen Restladungen. |
| US07/482,096 US5049960A (en) | 1989-02-20 | 1990-02-20 | Charge coupled device free from after image due to residual electric charges |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1040770A JPH02219270A (ja) | 1989-02-20 | 1989-02-20 | 固体撮像装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02219270A true JPH02219270A (ja) | 1990-08-31 |
Family
ID=12589869
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1040770A Pending JPH02219270A (ja) | 1989-02-20 | 1989-02-20 | 固体撮像装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5049960A (ja) |
| EP (1) | EP0384286B1 (ja) |
| JP (1) | JPH02219270A (ja) |
| DE (1) | DE69008749T2 (ja) |
Families Citing this family (6)
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