JPH02287809A - Optical signal multiplier - Google Patents

Optical signal multiplier

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JPH02287809A
JPH02287809A JP1111121A JP11112189A JPH02287809A JP H02287809 A JPH02287809 A JP H02287809A JP 1111121 A JP1111121 A JP 1111121A JP 11112189 A JP11112189 A JP 11112189A JP H02287809 A JPH02287809 A JP H02287809A
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memory
transistor
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Hiroyuki Yamazaki
山崎 宏之
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Abstract

PURPOSE:To use the entire surface of an optical signal multiplier as a photoelectric conversion part by forming a photoelectric conversion part into the highest layer and then forming the 1st and 2nd memory transistors into a layer under the highest layer. CONSTITUTION:The picture memory transistors TR Q1 and Q2 containing MNOS memory gates MG (MG1 and MG2) are formed at a lower layer part LD, and a photoelectric conversion part is formed at an upper layer part LU composed of an amorphous Si:H film 31. Thus the photoelectric conversion operation is carried out via the film 31 formed on the entire surface of the part LU. At the same time, the value of multiplication between the charge amount stored previously after the photoelectric conversion operation and the charge amount which is under the photoelectric conversion operation can be obtained as an integrated value difference signal by reading the value of multiplication between the TR Q1 for reference and the TR Q2 for multiplication. Thus it is possible to obtain an optical signal multiplier having a 100% aperture rate.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、予め光電変換されて記憶された電荷量と、
現在光電変換されている電荷量との乗算処理が行える光
信号乗算器に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Field of Application] The present invention provides an amount of electric charge that has been photoelectrically converted and stored in advance;
This invention relates to an optical signal multiplier that can perform multiplication processing with the amount of charge currently being photoelectrically converted.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

光信号画像情報の記憶ならびに演算処理は通常、電算機
のプログラム操作によるのが一般的であるが、高速処理
を簡単に実現できないという欠点をもっている。そこで
、光信号の光電変換の過程で画面全体に対する一様演算
をはとこすスマートセンサと呼ばれる新しい構造の撮像
素子が実現できれば、画像情報の並列処理などができ、
画像の相関ならびに分類などの高速処理を行う簡易な端
末機器への応用が可能であると考えられている。
Storage of optical signal image information and arithmetic processing are generally performed by computer program operations, but this method has the disadvantage that high-speed processing cannot be easily achieved. Therefore, if we could create an image sensor with a new structure called a smart sensor that performs uniform calculations on the entire screen during the photoelectric conversion process of optical signals, it would be possible to process image information in parallel.
It is thought that it can be applied to simple terminal equipment that performs high-speed processing such as image correlation and classification.

このような撮像素子には基本的には撮像、記憶演算処理
の3つの機能が必要となる。このうち、光信号を撮像素
子の各画素にアナログ記憶する画像メモリ素子としては
、I EEEエレクトロンデバイス誌ED−32(19
85年)におけるHヤマサキ氏他の論文rMNOsメモ
リゲートを内蔵する固体撮像素子」に開示された画像メ
モリ素子がある。
Such an imaging device basically requires three functions: imaging and storage/arithmetic processing. Among these, an image memory element that stores optical signals in analog form in each pixel of an image sensor is described in IEEE Electron Device Magazine ED-32 (19
There is an image memory device disclosed in the paper ``Solid-state image sensor incorporating rMNOs memory gate'' by H. Yamasaki et al. in 1985).

第2図 (a)及び(b)はこの画像メモリ素子の基本
構成を示す回路構成図及び1画素の断面構造を示す断面
図である。
FIGS. 2(a) and 2(b) are a circuit configuration diagram showing the basic configuration of this image memory element and a sectional view showing the sectional structure of one pixel.

第2図(a)において、41は水平走査回路、42は垂
直走査回路、43は読出し/書込み切換回路、44は水
平スイッチMO8+−ランジスタ、45は読出し信号検
出用の積分回路、VSは映像信号出力線、■  は映像
出力、POl)はオーハーフUT ロードレイン端子、PoGはオーバーフローゲート端子
1.l!2はA9水平選択線、p3はA、Q垂直信号線
、p4はオーバーフロードレイン線である。
In FIG. 2(a), 41 is a horizontal scanning circuit, 42 is a vertical scanning circuit, 43 is a read/write switching circuit, 44 is a horizontal switch MO8+- transistor, 45 is an integrating circuit for detecting a read signal, and VS is a video signal Output line, ■ is video output, POl) is OHALF UT load drain terminal, PoG is overflow gate terminal 1. l! 2 is an A9 horizontal selection line, p3 is an A, Q vertical signal line, and p4 is an overflow drain line.

また、46は1画素分の画像メモリ構成部を示し、フォ
トダイオードPD及び、オーバーフローゲート、MNO
SメモリゲーI・及び転送ゲーI・をそれぞれ有するト
ランジスタT1〜T3より構成されている。
Further, 46 indicates an image memory component for one pixel, which includes a photodiode PD, an overflow gate, an MNO
It is composed of transistors T1 to T3 each having an S memory gate I. and a transfer gate I.

第2図(b)に示すように各画素46は、p型Si基板
50上層部に4つのn+拡散層51〜54を形成してい
る。n+拡散層5]、、52間のr)型Si基板50上
に5IO2膜55を介してポリシリコンからなるオーバ
ーフローゲートOGが形成されている。また、n+拡散
層52.53間のp型Si基板50上にポリシリコンか
らなるMNOSメモリゲートMGがS 1021模55
及びS i sN4膜56を介して形成され、n+拡散
層5354間のp型Si基板50」二にポリシリコンか
らなる転送ゲートTGがSiO2膜55を介して形成さ
れている。そして、n+拡散層5152とオーバーフロ
ーゲートOGによりトランジスタT1を、n+拡散層5
2.53とMNOSメモリゲートMGによりメモリトラ
ンジスタT2を、n+拡散層53.54と転送ゲートT
GによりトランジスタT3を、n+拡散層52とp型S
i基板50とのpn接合によりフォトダイオードPDを
形成している。上記したトランジスタT2.T3により
デュアルゲートトランジスタを構成している。
As shown in FIG. 2(b), each pixel 46 has four n+ diffusion layers 51 to 54 formed in the upper layer of a p-type Si substrate 50. As shown in FIG. An overflow gate OG made of polysilicon is formed on an r) type Si substrate 50 between the n+ diffusion layers 5], 52 via a 5IO2 film 55. Furthermore, an MNOS memory gate MG made of polysilicon is placed on the p-type Si substrate 50 between the n+ diffusion layers 52 and 53.
A transfer gate TG made of polysilicon is formed between the p-type Si substrate 50 and the n+ diffusion layer 5354 via the SiO2 film 55. Then, the transistor T1 is connected to the n+ diffusion layer 5 by the n+ diffusion layer 5152 and the overflow gate OG.
2.53 and the MNOS memory gate MG form the memory transistor T2, and the n+ diffusion layer 53.54 and the transfer gate T.
G connects the transistor T3 to the n+ diffusion layer 52 and the p-type S
A photodiode PD is formed by a pn junction with the i-substrate 50. The above transistor T2. T3 constitutes a dual gate transistor.

また、?拡散層54上にS 102膜55゜513N4
膜56を貫通してA、Q垂直信号線ρ3か形成され、n
+拡散層51上にS iO2膜55゜Si3N4膜56
を貫通してオーバーフロードレイン線p4が形成されて
いる。
Also,? S102 film 55°513N4 on the diffusion layer 54
A and Q vertical signal lines ρ3 are formed through the film 56, and n
+SiO2 film 55°Si3N4 film 56 on the diffusion layer 51
An overflow drain line p4 is formed passing through.

メモリトランジスタT2におけるMNOSメモリゲート
MGはS 102膜55とSi3N4膜56とにより構
成された複合膜により、信号を書き込みたい時に、信号
の記憶を行っている。すなわち、光励起電荷の一部を、
513N4膜56内及びSiO膜55とSi3N4膜5
6との界面にあるトラップに捕獲してフラットバンド電
圧V1)13を変更することで画像情報をアナログ記憶
する。
The MNOS memory gate MG in the memory transistor T2 is a composite film composed of an S102 film 55 and a Si3N4 film 56, and stores a signal when a signal is desired to be written. In other words, some of the photoexcited charges are
Inside the 513N4 film 56 and the SiO film 55 and Si3N4 film 5
The image information is captured in a trap at the interface with 6 and is stored in analog form by changing the flat band voltage V1)13.

また、転送ゲートTGを有するトランジスタT3は、オ
フ状態となることでメモリトランジスタT2に蓄積され
た電荷がAρ垂直信号線ρ3に流出するのをを防ぐ働き
をする。トランジスタT]のオーバーフローデー1−O
G、n+拡散層5]はそれぞれオーバーフローゲート端
子P 、オーバG フロードレイン端子P。、に接続されることで、書込み
時には後述するようにフォー・ダイオードPDのプリセ
ット動作を行う。さらに撮像時には、強い光がフォー・
ダイオードPDに照射した場合にフォトダイオードPD
よりあふれる電荷を掃きたしブルーミングを抑制するオ
ーバーフロードレインとしての役目も果たす。また、オ
ーバーフローゲート端子POG及びオーバーフロードレ
イン端子PoDは読出し時において、後述するように一
定量の電荷の発生源となる。
Further, the transistor T3 having the transfer gate TG functions to prevent the charges accumulated in the memory transistor T2 from flowing out to the Aρ vertical signal line ρ3 by being turned off. Transistor T] overflow day 1-O
G, n+ diffusion layer 5] are an overflow gate terminal P and an overflow drain terminal P, respectively. , performs a preset operation of the four diode PD during writing as will be described later. Furthermore, when taking images, strong light is
When the diode PD is irradiated, the photodiode PD
It also serves as an overflow drain that sweeps away overflowing charges and suppresses blooming. Furthermore, the overflow gate terminal POG and the overflow drain terminal PoD serve as sources of a certain amount of charge during reading, as will be described later.

読出し/書込み切換回路43により、正の書込み電圧、
あるいは負の消去パルス電圧をメモリトランジスタT2
のMNOSメモリゲ−1−M Gに与えることでメモリ
トランジスタT2への書込み及び消去が行える。一方、
画素46の記憶内容の読出しく撮像時も含む)は、水平
走査回路41及び垂直走査回路42によりそれぞれAu
垂直信号線β3及びA、Q水平選択線92を介して走査
パルスを与え各画素46を走査し情報を読出すことで行
える。
The read/write switching circuit 43 allows a positive write voltage,
Alternatively, apply a negative erase pulse voltage to the memory transistor T2.
Writing and erasing into the memory transistor T2 can be performed by applying the signal to the MNOS memory gate 1-MG. on the other hand,
Reading of the memory contents of the pixel 46 (including during imaging) is performed by the horizontal scanning circuit 41 and the vertical scanning circuit 42, respectively.
This can be done by applying a scanning pulse through the vertical signal line β3 and the A and Q horizontal selection lines 92 to scan each pixel 46 and read out the information.

第3図は第2図で示した画像メモリへの書込み動作を説
明するためのポテンシャル分布図であり、特に、フォト
ダイオードPDを形成するn+拡散層52とMNOSメ
モリゲートMG下のp型シリコン基板1表面(以下「基
板表面」と言う。)のポテンシャル分布を示す。同図に
おいて、下方が正の電位方向である。以下、同図を参照
しつつ書込み原理について説明する。
FIG. 3 is a potential distribution diagram for explaining the write operation to the image memory shown in FIG. 1 shows the potential distribution on one surface (hereinafter referred to as “substrate surface”). In the figure, the downward direction is the positive potential direction. The writing principle will be explained below with reference to the same figure.

まず、オーバーフローゲート端子PoGよりトランジス
タT1のオーバーフローゲートOGにリセットパルスを
与え、同図(a)に示すように、全画素46のフォトダ
イオードPDを形成するn+拡散層52の電位をプリセ
ット電位■8oに設定し、プリセット状態の電荷量EO
を決定する。
First, a reset pulse is applied from the overflow gate terminal PoG to the overflow gate OG of the transistor T1, and as shown in FIG. Set the charge amount EO in the preset state to
Determine.

この状態で光を一定の積分期間T1の間フォトダイオー
ドPDに入射すると、光励起した光信号電荷がn+拡散
層52中に蓄積され、同図(b)に示すように電位がV
8□に下降する。なお、E2は光信号電荷量を示す。こ
の動作はI旧εEJ、5olid−8tale C1r
cuits、Vol 5C−2,no、12 p、Et
5−735apL 1967におけるG、P、Weck
ke氏の論文”0perajion orpn jun
ction photodeLectors jn a
 photon flux Integration 
mode”に開示された、通當のMO3型固体撮像素子
におけるP F I (Photon−Flux In
tcgration)モードと等価である。
In this state, when light is incident on the photodiode PD for a certain integration period T1, the photo-excited optical signal charges are accumulated in the n+ diffusion layer 52, and the potential is reduced to V as shown in FIG.
Descend to 8□. Note that E2 indicates the amount of optical signal charge. This operation is I old εEJ, 5olid-8tale C1r
cuits, Vol 5C-2, no, 12 p, Et
G, P, Weck in 5-735apL 1967
Ke's paper "0perajion orpn jun"
ction photodeLectors jn a
photon flux integration
P FI (Photon-Flux In
tcgration) mode.

この後、メモリトランジスタT2のMNOSメモリゲー
トMGに正の書込みパルス電圧を印加すると、MNOS
メモリゲートMG下の基板表面電位φMGが上昇し、n
+拡散層52に蓄積された電荷が同図(C)に示すよう
に、MNOSメモリゲー1− M G下にBBDモード
で転送される。そして、n+拡散層52とMNOSメモ
リゲートMG下に蓄積された電荷が釣り合った平衡電位
v8Fで平衡状態となり、同図(d)に示すように電荷
の転送が終了する。なお、Elはプリセット電荷量EO
の一部が転送されたバイアス電荷量である。
After this, when a positive write pulse voltage is applied to the MNOS memory gate MG of the memory transistor T2, the MNOS
The substrate surface potential φMG under the memory gate MG increases, and n
The charges accumulated in the + diffusion layer 52 are transferred under the MNOS memory gate 1-MG in the BBD mode, as shown in FIG. Then, an equilibrium state is reached at an equilibrium potential v8F in which the charges accumulated under the n+ diffusion layer 52 and the MNOS memory gate MG are balanced, and the transfer of charges is completed as shown in FIG. 4(d). In addition, El is the preset charge amount EO
is the amount of bias charge transferred.

その後、同図(e)に示すようにMNOSメモリゲ−h
MG下の基板表面の電荷の一部が薄い5i02膜55を
トンネル注入し、S 102膜55゜Si3N4膜56
界面のトラップに捕獲される。
After that, as shown in the same figure (e), the MNOS memory game h
A part of the charge on the substrate surface under the MG is tunnel-injected into the thin 5i02 film 55, and the S102 film 55°Si3N4 film 56
captured by the interface trap.

その結果、メモリトランジスタT2におけるMNOSメ
モリゲー1− M Gのフラットバンド電圧VPBか上
昇する。このフラットバンド電圧VFBはMNOSメモ
リゲートMG下の基板表面電位φMGとの負の相関があ
り、MNOSメモリゲートMGに与える電圧が同じであ
れば、フラットバンド電圧V が高い程基板表面電位φ
。。は低くなる。このB ように、フォトダイオードPDで光電変換された光情報
がフラットバンド電圧vFBの変位としてメモリトラン
ジスタT2のMNOSメモリゲ−1−MGにアナログ情
報として記憶されることになる。
As a result, the flat band voltage VPB of the MNOS memory gate 1-MG in the memory transistor T2 increases. This flat band voltage VFB has a negative correlation with the substrate surface potential φMG under the MNOS memory gate MG.If the voltage applied to the MNOS memory gate MG is the same, the higher the flat band voltage V, the substrate surface potential φ
. . becomes lower. In this way, the optical information photoelectrically converted by the photodiode PD is stored as analog information in the MNOS memory gate 1-MG of the memory transistor T2 as a displacement of the flat band voltage vFB.

このため、A/D変換部を別途に設ける必要はない。Therefore, there is no need to separately provide an A/D conversion section.

このとき、プリセット電圧Vsoか低い程、同光信号電
荷量E2でも、プリセット電荷量EOか多いため、信号
電荷蓄積後のn+拡散層52の電位と正の書込みパルス
印加時のMNOSメモリゲートMG下の基板表面電位φ
MGとの差が大きくなる。その結果、バイアス電荷jt
 E 1が増加することで平衡電位VSPが上昇し、M
NOSメモリゲー)MG下に蓄積される電荷量は増加す
る。このため、MNOSメモリゲートMGとトンネル絶
縁膜であるS I O2膜55との電位差が大きくなり
、微細な入射光量ても5102膜55への電荷のトンネ
ル注入が起こり短時間で書込みが行える。しかしながら
、プリセット電圧Vsoを下げすぎると、バイアス電荷
量E1が増大しすぎ、光信号電荷量E2の増減にかかわ
らすフラットハンド電圧VI’I3が大きく変化してし
まい、書込み可能な光信号電荷量E2の範囲が減少して
しまうため、この点を考慮する必要がある。
At this time, the lower the preset voltage Vso is, the greater the preset charge amount EO is for the same optical signal charge amount E2. Substrate surface potential φ
The difference with MG becomes larger. As a result, the bias charge jt
As E1 increases, the equilibrium potential VSP increases, and M
NOS memory game) The amount of charge accumulated under MG increases. Therefore, the potential difference between the MNOS memory gate MG and the SIO2 film 55, which is a tunnel insulating film, becomes large, and even with a small amount of incident light, charges are tunnel-injected into the 5102 film 55, allowing writing to be performed in a short time. However, if the preset voltage Vso is lowered too much, the bias charge amount E1 will increase too much, and the flat hand voltage VI'I3 will change greatly regardless of the increase or decrease in the optical signal charge amount E2. This must be taken into account since the range of

第4図は第2図で示した画像メモリからの読出し動作を
説明するためのポテンシャル分布図であり、特にn+拡
散層52.メモリゲートMG下の基板表面、転送ゲート
TG下の基板表面及びn+拡散層53のポテンシャル分
布を示す。以下、同図を参照しつつ読出し原理について
説明する。なお、読出し中は、転送ゲー1− T G下
の基板表面電位φTGが、トランジスタT2のMNOS
メモリゲ−I−M Gに走査パルスが与えられた時の最
大レベルの基板表面電位φ  よりも高くなるようにト
CI ランジスタT3の転送ゲートTGに電圧が印加されてい
る。
FIG. 4 is a potential distribution diagram for explaining the read operation from the image memory shown in FIG. 2, and in particular, the n+ diffusion layer 52. The potential distributions of the substrate surface under the memory gate MG, the substrate surface under the transfer gate TG, and the n+ diffusion layer 53 are shown. The readout principle will be explained below with reference to the same figure. Note that during reading, the substrate surface potential φTG under the transfer gate 1-TG is MNOS of the transistor T2.
A voltage is applied to the transfer gate TG of the transistor T3 so as to be higher than the maximum level of the substrate surface potential φ when the scanning pulse is applied to the memory gate IMG.

まず、各画素46におけるメモリトランジスタT2のM
NOSメモリゲートMGに、水平走査回路41により、
A、Q水平走査線p2を介して順次水平走査パルスを加
える。すると、トランジスタT1のソースであるn+拡
散層52の電位Vsは、トランジスタT3のドレインで
あるn+拡散層54へ与える電圧が十分大きな場合、同
図(a)に示すようにMNOSメモリゲートMG下の基
板表面電位φ  に固定される。なおφ  は消去状態
、MC1,MCI すなわちアナログ情報としての0書込み状態におけるM
NOSメモリゲートMG下の基板表面電位、φ  は光
信号電荷の書込み状態におけるMNOG2 SメモリゲートMG下の基板表面電位を示している。□
以下、基板表面電位φ  における読出し動CI 作の説明を行う。このとき、MNOSメモリゲトMGへ
の印加電圧は書込みが生じない程度に充分小さいものと
する。
First, M of the memory transistor T2 in each pixel 46
The horizontal scanning circuit 41 connects the NOS memory gate MG to
Horizontal scanning pulses are sequentially applied via the A and Q horizontal scanning lines p2. Then, when the voltage applied to the n+ diffusion layer 54, which is the drain of the transistor T3, is sufficiently large, the potential Vs of the n+ diffusion layer 52, which is the source of the transistor T1, becomes the voltage below the MNOS memory gate MG, as shown in FIG. It is fixed at the substrate surface potential φ. Note that φ is the erase state, MC1, MCI is M in the 0 write state as analog information.
The substrate surface potential under the NOS memory gate MG, φ, indicates the substrate surface potential under the MNOG2S memory gate MG in the writing state of optical signal charges. □
The read operation CI at the substrate surface potential φ will be explained below. At this time, it is assumed that the voltage applied to the MNOS memory gate MG is sufficiently small so that writing does not occur.

メモリゲ−1−M Gへの走査パルスが終rすると、ト
ランジスタT1のソースであるn+拡散層52は逆バイ
アスされ、同図(b)に示すようにポテンシャルウェル
が形成される。このポテンシャルウェルの深さは走査パ
ルス印加時のMNOSメモリゲー1−MG下の基板表面
電位φ  により決定さMCI れる。
When the scanning pulse to the memory gate 1-MG ends, the n+ diffusion layer 52, which is the source of the transistor T1, is reverse biased, and a potential well is formed as shown in FIG. 1(b). The depth of this potential well is determined by the substrate surface potential φ under the MNOS memory gate 1-MG when the scanning pulse is applied.

そして、水平走査の各帰線期間に相当する時間にオーバ
ーフローゲーI・端子POGより所定の電圧を与えるこ
とでトランジスタT]のオーバーフロゲー1− OGを
オンさせ、オーバーフロードレイン端子P。、より所定
の電圧をトランジスタT1のドレインであるn+拡散層
51に供給することで、同図(C)に示すように、トラ
ンジスタT1のソースでありかつフォトダイオードPD
をも形成しているn+拡散層52の全部のものに電荷を
注入する。
Then, by applying a predetermined voltage from the overflow gate I terminal POG at a time corresponding to each retrace period of horizontal scanning, the overflow gate 1-OG of the transistor T is turned on, and the overflow drain terminal P is turned on. By supplying a predetermined voltage to the n+ diffusion layer 51, which is the drain of the transistor T1, as shown in FIG.
Charges are injected into all of the n+ diffusion layers 52 that also form.

その後、各画素46のメモリトランジスタT2のMNO
Sメモリゲ−1−M Gに順次走査パルスを加え、同図
(d)に示すようにMNOSメモリゲトMGの基板表面
電位φ  レベルを越えて蓄積CI された電荷が転送ゲー1− T Gを介してn+拡散層
54に転送される。つまり、基板表面電位φ□。1が低
い程、少量の電荷がn 拡散層54に転送されることに
なる。このn+拡散層54に転送された電荷はAp垂直
信号線p3.トランジスタ44゜積分回路45を介して
映像出力V  として出力UT される。すなわち、この映像出力V  よりMNUT OSメモリゲートMGの記憶内容がアナログ情報として
読出せる。この動作では、MNOSメモリゲー1− M
 Gがオンしたとき、n+拡散層52からn 拡散層5
4に流れる電荷量はMNOSメモリゲ−1−M G下の
基板表面電位φMGが小さい程、小さくなる。また、前
述したよう基板表面電位φ□。
After that, the MNO of the memory transistor T2 of each pixel 46
Sequential scanning pulses are applied to the S memory gate 1-MG, and as shown in FIG. It is transferred to the n+ diffusion layer 54. In other words, the substrate surface potential φ□. The lower the value of 1, the less charge will be transferred to the n-diffusion layer 54. The charges transferred to the n+ diffusion layer 54 are transferred to the Ap vertical signal line p3. The signal is outputted as a video output V through a transistor 44 degree integration circuit 45. That is, the stored contents of the MNUT OS memory gate MG can be read out as analog information from this video output V. In this operation, MNOS memory game 1-M
When G is turned on, the n+ diffusion layer 52 to the n diffusion layer 5
The amount of charge flowing through the MNOS memory gate 4 becomes smaller as the substrate surface potential φMG under the MNOS memory gate 1-MG becomes smaller. Also, as mentioned above, the substrate surface potential φ□.

はフラットバンド電圧■F13と負の相関かあることか
ら、フラッI・バンド電圧■11、I3か大きい程[1
+拡散層54に流れる電荷量は少なくなる。従って、書
込み時にMNOSメモリゲートMGに蓄積された電荷量
が多い程、つまり、光信号電荷量E2か多い程、読出し
時の映像出力■  は小さくなる。
Since there is a negative correlation with the flat band voltage ■F13, the flat I band voltage ■11, and the larger I3, [1
+The amount of charge flowing into the diffusion layer 54 is reduced. Therefore, the larger the amount of charge accumulated in the MNOS memory gate MG during writing, that is, the larger the optical signal charge amount E2, the smaller the video output (2) during reading becomes.

UT 一方、メモリトランジスタT2に記憶した情報を消去す
るには、全画素46のメモリトランジスタT2のメモリ
ゲートMGに大きな負の消去パルス電圧を同時に一定時
間与え、Si○2膜55から電荷をトンネル放出させフ
ラットバンド電圧■PBを下げることで行われる。この
消去動作によリフラットハンド電圧vr:Bは初期状態
に戻る。
UT On the other hand, in order to erase the information stored in the memory transistor T2, a large negative erase pulse voltage is simultaneously applied for a certain period of time to the memory gate MG of the memory transistor T2 of all the pixels 46, and charges are tunnel-released from the Si○2 film 55. This is done by lowering the flat band voltage PB. This erasing operation causes the reflat hand voltage vr:B to return to its initial state.

次に撮像動作について説明する。まず、全画素46のト
ランジスタT3の転送ゲートTGに一定電圧を与え、書
込みが生じない程度の小さな電圧でメモリトランジスタ
T2のMNOSメモリゲ−1−M Gを周期的にオンさ
せ、n+拡散層52に蓄積された光信号電荷をn+拡散
層54から映像出力V  として…力する。このときn
+拡散層5UT 4の電位を■ とするとφ く■ 、φMo<φ、0D
           MG     Dに設定する必
要がある。これは、MNOSメモリゲー1− M Gに
記憶されたフラットバンド電圧VFI3の変位による基
板表面電位φMGの違いが映像出力V  に影響を及は
さなくするためである。
Next, the imaging operation will be explained. First, a constant voltage is applied to the transfer gate TG of the transistor T3 of all pixels 46, and the MNOS memory gate 1-MG of the memory transistor T2 is periodically turned on with a small voltage that does not cause writing. The accumulated optical signal charges are output from the n+ diffusion layer 54 as a video output V. At this time n
+ If the potential of the diffusion layer 5UT 4 is ■, φ ku■, φMo<φ, 0D
It is necessary to set it to MG D. This is to prevent the difference in the substrate surface potential φMG due to the displacement of the flat band voltage VFI3 stored in the MNOS memory game 1-MG from affecting the video output V.

UT このように、第2図〜第4図で示した画像メモリ素子は
、光励起された電荷をMNOSメモリゲートMGに注入
・捕獲することにより実現し、その記憶内容はMNOS
メモリゲートMGのフラットバンド電圧■PBの変化に
より観測できる。すなわち、この画像メモリ素子は、M
NOSメモリゲー)MGにpnフォトダイオードPDを
電荷結合させた構造を呈し、フォトダイオードPDによ
り発生ずる光信号電荷にバイアス電荷を重畳させ、微弱
な光信号を効率良く短期間で書込むと同時に、記憶内容
を非破壊で容易に読出すことが可能である。
UT In this way, the image memory device shown in FIGS. 2 to 4 is realized by injecting and capturing photo-excited charges into the MNOS memory gate MG, and the stored contents are stored in the MNOS memory gate MG.
This can be observed by changes in the flat band voltage ■PB of the memory gate MG. That is, this image memory element has M
NOS memory game) It has a structure in which a pn photodiode PD is charge-coupled to the MG, and a bias charge is superimposed on the optical signal charge generated by the photodiode PD, and a weak optical signal can be efficiently written in a short period of time while being stored. The contents can be easily read out non-destructively.

上記した画像メモリ素子を利用して、入射画像情報と記
憶画像情報間の乗算を撮像面上で行う光信号乗算器がI
 EEEエレクトロンデバイスレター誌 EDL−6(
1985年)におけるH、ヤマサキ氏他の論文「MNO
sメモリを内蔵する固体撮像素子における光乗算動作」
に開示されている。第5図(a)〜(d)はその原理を
示す説明図であり、第5図(a)は光信号乗算器の画素
における基本構成を示し、第5図(b)はそのポテンシ
ャル分布を示し、第5図(C)は乗算値読出しパルスの
波形を示し、第5図(d)は第5図(C)で示した乗算
値読出しパルスに対するソース電位■sの経時変化を示
している。第5図(a)に示すように、この光信号乗算
器は、1画素に対し、互いにn+共通ソース層71を共
用したデュアルゲ−1・の参照用トランジスタQl(ゲ
ーhMG1.TGI)と乗算用トランジスタQ2(ゲー
1−MG2.TG2)とから構成されている。これらの
トランジスタQ1、Q2は第2図(b)で示したMNO
Sメモリゲ1−MG  トランスファーゲートTGを有
するデュアルゲートトランジスタと等価なトランジスタ
である。
An optical signal multiplier that performs multiplication between incident image information and stored image information on an imaging surface using the above-mentioned image memory element is an I.
EEE Electron Device Letter Magazine EDL-6 (
1985) by H. Yamasaki et al.
"Optical multiplication operation in solid-state image sensor with built-in s memory"
has been disclosed. FIGS. 5(a) to 5(d) are explanatory diagrams showing the principle. FIG. 5(a) shows the basic configuration of the pixel of the optical signal multiplier, and FIG. 5(b) shows its potential distribution. 5(C) shows the waveform of the multiplication value readout pulse, and FIG. 5(d) shows the temporal change in the source potential s with respect to the multiplication value readout pulse shown in FIG. 5(C). . As shown in FIG. 5(a), this optical signal multiplier uses a dual-gate reference transistor Ql (gate hMG1.TGI) for one pixel, which shares an n+ common source layer 71, and a multiplication transistor Ql (gate hMG1.TGI) for multiplication. It is composed of a transistor Q2 (gate 1-MG2.TG2). These transistors Q1 and Q2 are the MNO transistors shown in FIG. 2(b).
S memory gate 1-MG This is a transistor equivalent to a dual gate transistor having a transfer gate TG.

以下、光信号乗算原理の説明を行う。まず、第1図〜第
4図で示した画像メモリ素子と同様な方法で予め乗算用
トランジスタQ2のMNOSメモリゲートMG2に光電
変換アナログ記憶させた状況を想定する。
The principle of optical signal multiplication will be explained below. First, assume a situation in which photoelectric conversion analog data is stored in advance in the MNOS memory gate MG2 of the multiplication transistor Q2 in the same manner as in the image memory device shown in FIGS. 1 to 4.

この状況下において、トランジスタQ1.Q2につきそ
れぞれ強反転状態にあるトランスファゲートTGI  
TG2下を仮想ドレイン領域とみなし、その電位をV、
と仮定した場合、トランジスタQl、Q2は単一ゲート
(MGl、MG2)のFETと考えることができる。こ
の場合、3極管動作領域での各トランジスタQ1.Q2
のドレイン電流1dl、Id2は次の(l a) 、 
(1,b)式により与えられる。
Under this situation, transistor Q1. Transfer gate TGI in strong inversion state for each Q2
The area under TG2 is regarded as a virtual drain region, and its potential is set to V,
In this case, transistors Ql and Q2 can be considered as single-gate (MGl, MG2) FETs. In this case, each transistor Q1 . Q2
The drain current 1dl, Id2 is as follows (la),
It is given by equation (1, b).

Idl−β (V  −V8) [V  −V  −(V、、+V8)/2]MG   
Tl ・・・(1a) Id2=β (■1)−Vs) [V  −V  −(V  +V、) /2]MG  
   T2      1) (It)) ただし、βはゲインファクタ、Vsはソース電位、■ 
はメモリゲート電圧、V、V  はそれぞれMG   
         TI   T2トランジスタQ]、
、Q2の閾値電圧である。
Idl-β (V-V8) [V-V-(V,,+V8)/2]MG
Tl...(1a) Id2=β (■1)-Vs) [V -V -(V +V,) /2]MG
T2 1) (It)) However, β is the gain factor, Vs is the source potential, ■
is the memory gate voltage, V and V are respectively MG
TI T2 transistor Q],
, is the threshold voltage of Q2.

また、両者のフラットバンド電圧の電位差ΔvFBは、 ΔvFB=■T2−VT1(2) で表わされる。Also, the potential difference ΔvFB between the flat band voltages is ΔvFB=■T2-VT1(2) It is expressed as

ドレイン電流IdlとId2の電流差を乗算値読出しパ
ルス期間t に渡って積分した結果をQ。、1とすると
、積分値Q  は次の(3)式で示す。ut ことができる。
Q is the result of integrating the current difference between the drain currents Idl and Id2 over the multiplication value reading pulse period t. , 1, the integral value Q is expressed by the following equation (3). ut can do it.

一方、乗算値読出しパルス間隔11間(第5図(c) 
参照)内に、ソースに蓄えられた信号電荷量Q 、 は
、プリセット時のソース電位をVl (−1g ■D)、蓄積時間経過直後のソース電位をV2、ソース
の蓄積容量をCとすると、次の(4)式で示される。
On the other hand, the multiplication value readout pulse interval is 11 (Fig. 5(c)).
The amount of signal charge Q stored in the source in (see) is given by the following equation: If the source potential at the time of presetting is Vl (-1g ■D), the source potential immediately after the accumulation time has elapsed is V2, and the storage capacitance of the source is C, It is expressed by the following equation (4).

ここで、■ は光電流量、ηは光電変換感度、Lは入射
光強度である。ソース蓄積容量Cの電圧依存性を無視す
ると、(4)式は、次の(5)式で近似できる。
Here, ■ is the photocurrent amount, η is the photoelectric conversion sensitivity, and L is the incident light intensity. Ignoring the voltage dependence of the source storage capacitance C, equation (4) can be approximated by the following equation (5).

Q  とc  (v2−v、)=−ηLt、・・・(5
)1g 乗算値読出しパルス印加中のソース電位v8の経時変化
を第6図に示す。読出しく乗算値読出しパルス印加)開
始から時間t の経過時点にかけて、ソース電位■ は
v2→v1 (=VD)に上昇する。ここで、ソース電
位V8の変化を直線にで近似すると、(3)式は次の(
6)式にて表わせる。
Q and c (v2-v,)=-ηLt,...(5
)1g Figure 6 shows the temporal change in the source potential v8 during application of the multiplication value read pulse. From the start of the readout multiplication value readout pulse (application) until time t has elapsed, the source potential (2) rises from v2 to v1 (=VD). Here, if the change in source potential V8 is approximated by a straight line, equation (3) becomes the following (
6) It can be expressed by the formula.

yi  ’  (V  −V2)/2  =−(6)w
        1 (6)式において、時刻t ′はソース電位vsの電位
変化の時定数に等価な値であり、電位差ΔvFBが乗算
値読出し電圧■MGに比較して小さい範囲では電位差Δ
V1、Bにかかわらず、一定とみなすことができる。
yi' (V - V2)/2 = - (6)w
1 In equation (6), time t' is a value equivalent to the time constant of the potential change of the source potential VS, and in the range where the potential difference ΔvFB is small compared to the multiplication value read voltage MG, the potential difference Δ
Regardless of V1 and B, it can be regarded as constant.

そして、上記(3) 、 (5) 、 (B)式から、
次の(7)式が導き出せる。
Then, from the above equations (3), (5), and (B),
The following equation (7) can be derived.

フラットバンド電圧の変化へV  は、書込みB 期間中に書込まれた光信号量に比例することから、積分
値Q  を求めることは、すなわち記憶光信ut 畳量と撮像時光信号量との積を求めることになる。
Since the change in flat band voltage V is proportional to the amount of optical signal written during the writing period B, finding the integral value Q means multiplying the amount of stored optical signal by the amount of optical signal during imaging. I will ask for it.

以上が光信号乗算原理である。The above is the principle of optical signal multiplication.

第7図はこの光信号乗算器の基本構成を示す回路構成図
である。なお、同図において、第2図(a)と同じ構成
要素の説明は省略する。同図において、76は1画素分
の画像メモリ構成部を示し、フォトダイオードPD及び
参照用トランジスタQ1及び乗算用トランジスタQ2及
びオーバーフローゲートを有するI・ランジスタTIO
より構成されている。そして、参照用トランジスタQ1
のMNOSメモリゲ−1−M G 1は水平方向単位に
参照用ゲート選択線R3LI〜3にそれぞれ接続され、
乗算用トランシタQ2のMNOSメモリゲートMG2は
垂直方向単位に乗算用ゲート選択線MSL1〜3にそれ
ぞれ接続されている。
FIG. 7 is a circuit configuration diagram showing the basic configuration of this optical signal multiplier. Note that in this figure, explanations of the same components as in FIG. 2(a) will be omitted. In the figure, 76 indicates an image memory component for one pixel, which includes a photodiode PD, a reference transistor Q1, a multiplication transistor Q2, and an I transistor TIO having an overflow gate.
It is composed of And reference transistor Q1
The MNOS memory gates 1-MG1 are connected to the reference gate selection lines R3LI to 3 in units of horizontal direction, respectively.
The MNOS memory gate MG2 of the multiplication transistor Q2 is connected to the multiplication gate selection lines MSL1 to MSL3 in vertical units, respectively.

また、参照用トランジスタQ1のトランスファゲートT
GIのドレインが素直方向単位に参照垂直信号線RVL
1〜3にそれぞれ接続され、乗算用l・ランジスQ2の
トランスファゲートTG2のドレインが垂直方向単位に
、乗算用垂直信号線MVLI〜3にそれぞれ接続されて
いる。
Also, the transfer gate T of the reference transistor Q1
The drain of GI is connected to the reference vertical signal line RVL in the vertical direction.
1 to 3, respectively, and the drains of the transfer gates TG2 of the multiplication L/Rangis Q2 are connected to the multiplication vertical signal lines MVLI to MVLI, respectively, in the vertical direction.

参照用垂直信号線RVL 1〜3は選択トランジスタS
TI〜ST3を介して積分器81に接続され、乗算用垂
直信号線MVL1〜3はそれぞれ選択トランジスタST
4〜6を介して積分器82に接続される。選択トランジ
スタST4〜ST6は水平同期回路41によりオン、オ
フが制御されており、選択トランジスタST]〜ST3
は図示しない水平同期回路4]と同様な構成の水平同期
回路によりオン、オフが制御されている。
Reference vertical signal line RVL 1 to 3 are selection transistors S
The vertical signal lines MVL1-3 for multiplication are connected to the integrator 81 via TI-ST3, and the selection transistors ST
It is connected to the integrator 82 via 4-6. The selection transistors ST4 to ST6 are controlled to turn on and off by the horizontal synchronization circuit 41, and the selection transistors ST] to ST3
The on/off state is controlled by a horizontal synchronization circuit having the same configuration as the horizontal synchronization circuit 4 (not shown).

このような構成において、まず乗算用選択信号線MSL
1〜3に書込みパルスを与えることにより(この時、参
照用選択信号線R8LI〜R3L3には書込みパルスを
与えない)、乗算用トランジスタQ2のメモリゲー1−
MG2のフラットハンド電圧vPBを変化させ、光情報
のアナログ記憶を行う。
In such a configuration, first, the multiplication selection signal line MSL
By applying a write pulse to the memory gates 1 to 3 (at this time, no write pulse is applied to the reference selection signal lines R8LI to R3L3), the memory gates 1 to 3 of the multiplication transistor Q2 are
The flat hand voltage vPB of MG2 is changed to perform analog storage of optical information.

次に、乗算用選択信号線MSL1〜3及び参照用選択信
号線R8LI〜3を介して乗算用、参照用トランジスタ
Ql、Q2のメモリゲ−1−M G 1. 。
Next, the memory gates of the multiplication and reference transistors Ql and Q2 are connected via the multiplication selection signal lines MSL1 to 3 and the reference selection signal lines R8LI to 3. .

MG2に電圧値■MGの乗算値読出しパルスを1〕える
とともに、全画素76のトランスフアゲ−1・TGI 
 TG2に転送ゲート電圧■□。を与える。この転送ゲ
ート電圧■ はドレイン電圧■l)に対しG て充分大きな電圧である。そして、水平走査回路41、
垂直走査回路42等の制御により、参照用垂直信号線R
VL1〜3を介して積分器8]に、各画素76における
参照用トランジスタQ1のドレイン電流Id]が順次与
えられると同時に、乗算用垂直信号線MVL1〜3を介
して積分器82に、各画素76における乗算用トランジ
スタQ1のトレイン電流Id2が順次与えられる。積分
器8182はそれぞれ読出しパルス期間t 中における
同一画素76のドレイン電流Idl、Id2の積分結果
Sl、S2を出力する。そして、図示しない差分回路に
より(Sl−52)求めることにより、(3)式の積分
値Q  が得られ、乗算ut 用トランジスタQ2にアナログ記憶された光信号情報と
乗算値読出し期間中の光信号情報の乗算結果を得ること
ができる。
At the same time as applying a voltage value 1 to MG2 to read out the multiplication value of MG, the transfer gate 1 TGI of all pixels 76 is applied.
Transfer gate voltage ■□ to TG2. give. This transfer gate voltage (G) is a sufficiently large voltage with respect to the drain voltage (G). And horizontal scanning circuit 41,
The reference vertical signal line R is controlled by the vertical scanning circuit 42, etc.
The drain current Id of the reference transistor Q1 in each pixel 76 is sequentially supplied to the integrator 8 through VL1 to VL3, and at the same time, the integrator 82 is supplied to each pixel through multiplication vertical signal lines MVL1 to MVL3. The train current Id2 of the multiplication transistor Q1 at 76 is sequentially applied. The integrator 8182 outputs integration results Sl and S2 of the drain currents Idl and Id2 of the same pixel 76 during the read pulse period t 1 , respectively. Then, by calculating (Sl-52) by a difference circuit (not shown), the integral value Q of equation (3) is obtained, and the optical signal information stored in analog form in the multiplication transistor Q2 and the optical signal during the multiplication value reading period are obtained. Information multiplication results can be obtained.

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

従来の光信号乗算器は以上のように構成されており、同
一平面上に光電変換部、記憶部(乗算部参照部)並びに
走査回路が設けられるため開口率が制限され、光電変換
感度が劣化するという問題点かあった。
Conventional optical signal multipliers are configured as described above, and because the photoelectric conversion section, storage section (multiplication section reference section), and scanning circuit are provided on the same plane, the aperture ratio is limited and the photoelectric conversion sensitivity deteriorates. There was a problem with that.

この発明は」1記のような問題点を解決するためになさ
れたもので、光電変換に要する開口率を100%とする
ことが可能な光信号乗算器を得ることを目的とする。
This invention has been made to solve the problems mentioned in item 1 above, and its purpose is to obtain an optical signal multiplier that can make the aperture ratio required for photoelectric conversion 100%.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

光電変換部と、前記光電変換部に電気的に接続され、前
記光電変換部により変換された電荷量に応じてトランジ
スタ特性が変化することで前記電荷量をアナログ記憶す
る第1のメモリトランジスタと、前記光電変換部に電気
的に接続され、一方電極を前記第1のメモリトランジス
タの一方電極と共用する、前記第1のメモリトランジス
タと同一構成の第2のメモリトランジスタと、前記第1
及び第2のメモリトランジスタの他方電極よりそれぞれ
得られる第1及び第2の電流の、所定期間における積分
値の差分処理を行い積分値差分信号を出力する積分値差
分手段と、書込み時に、前記第1のメモリトランジスタ
の制御電極に書込み信号を与え、前記光電変換部により
変換された電荷量を前記第1のメモリトランジスタにア
ナログ記憶させ、乗算値読出し時に、前記第1及び第2
のメモリトランジスタの制御電極に乗算値読出し信号を
与え、前記積分値差分手段より前記差分積分信号を出力
させることにより、乗算値読出し期間中に前記光電変換
部により変換された電荷量と前記第1のメモリトランジ
スタに記憶された電荷量との乗算値を出力させる制御手
段とを備えており、前記光電変換部が最上層である第1
の層中に形成され、前記第1及び第2のメモリトランジ
スタが前記第1の層下の第2の層中に形成されている。
a photoelectric conversion unit; a first memory transistor that is electrically connected to the photoelectric conversion unit and stores the amount of charge in analog form by changing transistor characteristics according to the amount of charge converted by the photoelectric conversion unit; a second memory transistor having the same configuration as the first memory transistor, which is electrically connected to the photoelectric conversion unit and shares one electrode with one electrode of the first memory transistor;
and integral value difference means for performing differential processing of integral values of the first and second currents respectively obtained from the other electrode of the second memory transistor over a predetermined period and outputting an integral value difference signal; A write signal is applied to the control electrode of the first memory transistor, the amount of charge converted by the photoelectric conversion unit is stored in analog form in the first memory transistor, and when reading the multiplication value, the first and second
By applying a multiplication value readout signal to the control electrode of the memory transistor of the first memory transistor and causing the integral value difference means to output the difference integral signal, the amount of charge converted by the photoelectric conversion section during the multiplication value readout period and the first and a control means for outputting a multiplied value by the amount of charge stored in the memory transistor, and the photoelectric conversion section is the uppermost layer.
The first and second memory transistors are formed in a second layer below the first layer.

〔作用〕[Effect]

この発明における第1の層は、光電変換機能以外の機能
を有する必要がないため、全面を光電変換部とすること
ができる。
Since the first layer in this invention does not need to have any function other than the photoelectric conversion function, the entire surface can be used as a photoelectric conversion section.

〔実施例〕〔Example〕

第1図はこの発明の一実施例である光信号乗算器の1画
素分を示す断面図である。なお、この光信号乗算器の基
本構成は第7図とほぼ同じである。
FIG. 1 is a sectional view showing one pixel of an optical signal multiplier according to an embodiment of the present invention. Note that the basic configuration of this optical signal multiplier is almost the same as that shown in FIG.

但し光電変換手段としてフォトダイオードPDを用いず
、アモルファスSi+H膜31を用いている。
However, the photodiode PD is not used as the photoelectric conversion means, but the amorphous Si+H film 31 is used.

同図に示すように、下層部LDに第2図で示したMNO
Sメモリゲ−1−MG (MCI、MG2)を内蔵した
2つの画像メモリー・ランジスタQ1Q2を形成し、上
層部LUにアモルファスSIH膜31から成る光電変換
部を形成している。
As shown in the same figure, the MNO shown in FIG.
Two image memory transistors Q1Q2 each containing an S memory gate 1-MG (MCI, MG2) are formed, and a photoelectric conversion section made of an amorphous SIH film 31 is formed in the upper layer LU.

この光電変換部では、最」二層から順に、ガラス板32
1色フィルタ33.接着剤34.透明電極35 アモル
ファスSi:H膜31が形成されている。
In this photoelectric conversion section, the glass plates 32
One color filter 33. Adhesive 34. Transparent electrode 35 An amorphous Si:H film 31 is formed.

このような光電変換部を用いた固体撮像素子として、例
えば、テレビジョン学会技術報告(MG15、No、2
9 ED6061981年)における馬路氏他の論文「
非晶質Siを用いた単板カラー固体撮像素子の設計、試
作、特性評価」に開示された固体撮像素子がある。
As a solid-state image sensor using such a photoelectric conversion unit, for example, the Technical Report of the Television Society (MG15, No. 2)
9 ED606 (1981), Umaji et al.
There is a solid-state image sensor disclosed in ``Design, Prototype, and Characteristic Evaluation of Single-Plate Color Solid-State Image Sensor Using Amorphous Si''.

そして、A、Q層27とn+拡散層52との間にA、2
層60がSiO膜55及び513N4膜56を突き抜け
て形成され、アモルファスSi:H膜31とn+共通ソ
ース層7]との電気的接続を図っている。また上層部L
Uと下層部LD間の他の領域はポリイミド等からなる層
間絶縁膜61により絶縁される。この層間絶縁膜6]は
下層部LDの平坦化の役割も兼ねている。
Then, between the A, Q layer 27 and the n+ diffusion layer 52,
A layer 60 is formed penetrating through the SiO film 55 and the 513N4 film 56 to electrically connect the amorphous Si:H film 31 and the n+ common source layer 7]. Also upper layer L
The other region between U and the lower layer LD is insulated by an interlayer insulating film 61 made of polyimide or the like. This interlayer insulating film 6] also has the role of planarizing the lower layer LD.

一方、下層部LDにおいて、p  St基板50上には
、n+共通ソース層71を共通のソース領域として、第
2図で示した、トランジスタT2T3からなるデュアル
ゲートトランジスタと同一構成の参照用トランジスタQ
l(メモリゲ−1−MGl、トランスファゲートTG 
1)及び乗算用トランジスタQ2(メモリゲートMG2
.hランスファゲートTG2)が形成されている。なお
、他の構成については、第2図、第7図で示した従来例
の構成と同じであるので説明は省略する。
On the other hand, in the lower LD, on the p St substrate 50, a reference transistor Q having the same configuration as the dual gate transistor consisting of the transistors T2T3 shown in FIG.
l (memory game-1-MGl, transfer gate TG
1) and multiplication transistor Q2 (memory gate MG2
.. h transfer gate TG2) is formed. Note that the other configurations are the same as the configurations of the conventional example shown in FIGS. 2 and 7, so the explanation will be omitted.

このように構成することで、全面に形成された上層部L
UのアモルファスSi :H膜31により光電変換を行
いつつ、予め光電変換されて記憶された電荷量と、現在
光電変換されている電荷量との乗算値を、参照用トラン
ジスタQ1と乗算用トランジスタQ2による、第5図〜
第7図の従来例で述べた乗算値読出し動作により積分値
差分信号(S]−82)として得ることができる。その
結果、開口率1.00%の光信号乗算器を得ることがで
きる。なお、乗算値読出し動作は光電変換手段がフォト
ダイオードからアモルファスSi:H膜に変わったのみ
で他は従来例で述べた通りである。
With this configuration, the upper layer L formed on the entire surface
While performing photoelectric conversion using the amorphous Si:H film 31 of U, the multiplication value of the amount of charge previously photoelectrically converted and stored and the amount of charge currently being photoelectrically converted is transferred to the reference transistor Q1 and the multiplication transistor Q2. Figure 5~
The integral value difference signal (S]-82) can be obtained by the multiplication value reading operation described in the conventional example of FIG. As a result, an optical signal multiplier with an aperture ratio of 1.00% can be obtained. The multiplication value reading operation is the same as described in the conventional example except that the photoelectric conversion means is changed from a photodiode to an amorphous Si:H film.

なお、この実施例では、不揮発性I・ランジスタとして
、513N4膜よりなるMNO8構造のものを示したが
、フローティングゲー1− M OS F ET構造、
 M ON OS (Metal 0xide N1t
ride Oxidesemeconductor)等
の他の不揮発性1−ランジスタを用いてもよい。すなわ
ち、光信号電荷量に応してフラットバンド電圧VFB等
のトランジスタ特性が変化することで、光信号電荷量を
アナログ記憶でき、第5図、第6図で示した光信号乗算
原理か適用可能なトランジスタであれば代用できる。
In this example, an MNO8 structure made of a 513N4 film was shown as a nonvolatile I transistor, but a floating gate MOS FET structure,
M ON OS (Metal Oxide N1t
Other non-volatile 1-transistors may also be used, such as oxide semiconductors. In other words, by changing transistor characteristics such as the flat band voltage VFB according to the amount of optical signal charge, the amount of optical signal charge can be stored in analog form, and the optical signal multiplication principle shown in FIGS. 5 and 6 can be applied. Any suitable transistor can be used instead.

また、この実施例では、光電変換手段としてアモルファ
スSi:H膜を示したが、ニュービコン膜(Zn   
Cd  Te)等の他の光電変換膜を1−x     
 X 用いてもよい。
Furthermore, in this example, an amorphous Si:H film was used as the photoelectric conversion means, but a new bicon film (Zn
Other photoelectric conversion films such as CdTe)
X may be used.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、この発明によれば、第1の層が光
電変換機能以外の機能を有する必要かないため、全面を
光電変換部とするこて、開口率を100%にすることが
できる。
As explained above, according to the present invention, since the first layer does not need to have any function other than the photoelectric conversion function, the aperture ratio can be set to 100% when the entire surface is used as the photoelectric conversion section.

また、制御手段により、第2の層中に形成された第1及
び第2のメモリトランジスタのトランジスタ特性の違い
を利用して、第1のメモリトランジスタに記憶された電
荷量と乗算値読出し期間中に光電変換部により変換され
た電荷量との乗算値を、積分値差分信号として出力する
ことができる。
Further, the control means utilizes the difference in transistor characteristics between the first and second memory transistors formed in the second layer to control the amount of charge stored in the first memory transistor and the multiplication value during the reading period. A value multiplied by the amount of charge converted by the photoelectric conversion section can be output as an integral value difference signal.

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

第1図はこの発明の一実施例である光信号乗算器を示す
断面図、第2図 (a)及び第2図(b)はそれぞれ従
来の画像メモリ素子の基本構成を示す回路構成図及びそ
の1画素の断面構造を示す断面図、第3図は第2図で示
した画像メモリ素子の書込み動作を示すポテンシャル分
布の模式図、第4図は第2図で示した画像メモリ素子の
読出し動作を示すポテンシャル分布の模式図、第5図及
び第6図は従来の光信号乗算器の原理を示す説明図、第
7図は第5図、第6図で示した原理に基づく光信号乗算
器の基本構成を示す回路図である。 図において、31はアモルファスS i : H膜、2
7.60はA、Q層、53.54はn+拡散層、71は
n+共通ソース層、Qlは参照用I・ランジスタ、Q2
は乗算用トランジスタである。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。
FIG. 1 is a sectional view showing an optical signal multiplier that is an embodiment of the present invention, and FIGS. 2(a) and 2(b) are circuit configuration diagrams showing the basic configuration of a conventional image memory device, respectively. A cross-sectional view showing the cross-sectional structure of one pixel, FIG. 3 is a schematic diagram of the potential distribution showing the write operation of the image memory element shown in FIG. 2, and FIG. 4 is a readout diagram of the image memory element shown in FIG. A schematic diagram of a potential distribution showing the operation, Figures 5 and 6 are explanatory diagrams showing the principle of a conventional optical signal multiplier, and Figure 7 is an optical signal multiplication based on the principle shown in Figures 5 and 6. FIG. 2 is a circuit diagram showing the basic configuration of the device. In the figure, 31 is an amorphous S i :H film, 2
7.60 is A, Q layer, 53.54 is n+ diffusion layer, 71 is n+ common source layer, Ql is reference I transistor, Q2
is a multiplication transistor. Note that the same reference numerals in each figure indicate the same or corresponding parts.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)光電変換部と、 前記光電変換部に電気的に接続され、前記光電変換部に
より変換された電荷量に応じてトランジスタ特性が変化
することで前記電荷量をアナログ記憶する第1のメモリ
トランジスタと、 前記光電変換部に電気的に接続され、一方電極を前記第
1のメモリトランジスタの一方電極と共用する、前記第
1のメモリトランジスタと同一構成の第2のメモリトラ
ンジスタと、 前記第1及び第2のメモリトランジスタの他方電極より
それぞれ得られる第1及び第2の電流の、所定期間にお
ける積分値の差分処理を行い積分値差分信号を出力する
積分値差分手段と、 書込み時に、前記第1のメモリトランジスタの制御電極
に書込み信号を与え、前記光電変換部により変換された
電荷量を前記第1のメモリトランジスタにアナログ記憶
させ、乗算値読出し時に、前記第1及び第2のメモリト
ランジスタの制御電極に乗算値読出し信号を与え、前記
積分値差分手段より前記差分積分信号を出力させること
により、乗算値読出し期間中に前記光電変換部により変
換された電荷量と前記第1のメモリトランジスタに記憶
された電荷量との乗算値を出力させる制御手段とを備え
た光信号乗算器において、 前記光電変換部が最上層である第1の層中に形成され、
前記第1及び第2のメモリトランジスタが前記第1の層
下の第2の層中に形成されたことを特徴とする光信号乗
算器。
(1) A photoelectric conversion unit; and a first memory that is electrically connected to the photoelectric conversion unit and stores the amount of charge in analog form by changing transistor characteristics according to the amount of charge converted by the photoelectric conversion unit. a second memory transistor having the same configuration as the first memory transistor, which is electrically connected to the photoelectric conversion section and shares one electrode with one electrode of the first memory transistor; and integral value difference means for performing differential processing on the integral values of the first and second currents respectively obtained from the other electrode of the second memory transistor over a predetermined period and outputting an integral value difference signal; A write signal is applied to the control electrode of the first memory transistor, the amount of charge converted by the photoelectric conversion unit is stored in analog form in the first memory transistor, and when the multiplication value is read, the amount of charge of the first and second memory transistors is By applying a multiplication value readout signal to the control electrode and causing the integral value difference means to output the differential integration signal, the amount of charge converted by the photoelectric conversion section and the first memory transistor during the multiplication value readout period are An optical signal multiplier comprising a control means for outputting a multiplied value by a stored amount of charge, wherein the photoelectric conversion section is formed in a first layer that is an uppermost layer;
An optical signal multiplier, wherein the first and second memory transistors are formed in a second layer below the first layer.
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