JPH02304939A - 電荷転送素子 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明はイメージセンサや遅延素子などに適用して好
適な電荷転送素子に関し、特に信号電荷の垂直転送部最
終段での電荷取残しが生じないようにしたものである。

［従来の技術］ チャージ・カップルド・ディバイス（ＣＯＤ）などの電
荷転送素子（ＣＴＤ）を用いたディバイスの代表的なも
のとしては、第３図に示す一次元のイメージセンサ、第
４図に示す二次元のイメージセンサ、そして第５図に示
すシリアル・パラレル・シリアル（ＳＰＳ）方式の遅延
素子などがよく知られている。

第３図〜第５図において、２は光電変換素子、４はトラ
ンスファ・ゲート、６は垂直転送チャネル、８は水平転
送チャネル、１２は信号出力部（電荷・電圧変換部）、
１４はアンプである。また、１６は信号入力部（電圧・
電荷変換部）、１８は水平転送チャネルである。

これらのディバイスは何れも、矢印で示すように、複数
設けられた垂直転送チャネル６の信号電荷を水平転送チ
ャネル８に転送したのち、水平転送チャネル８に転送さ
れた信号電荷を順次読み出して出力信号を得るようにし
たものである。

［発明が解決しようとする課題］ 垂直転送チャネル６から水平転送チャネル８に信号電荷
を転送する場合の転送モデルを第６図に示す。

ここで、説明の便宜上、垂直転送チャネル６上に形成さ
れた最終段のゲートを第１のゲー）Ｇｌ、第１のゲート
Ｇ１から信号電荷を受け取る水平転送チャネル８上に形
成されたゲートを第２のゲートＧ２、第２のゲートＧ２
からの信号電荷を受け取る水平転送チャネル８上に形成
されたゲートを第３のゲートＧ３とする。

そうすると、第１のゲートＧ１から第２のゲー）−０２
への信号電荷転送方向は垂直方向であり、第２のゲート
Ｇ２から第３のゲートＧ３への信号電荷転送方向は水平
方向である。そのため、このような信号電荷転送方向に
選んだ場合には、垂直転送チャネル６の最終段における
チャネル幅Ｗｏが規制きれることになる。

第７図は、このことを示すための構成図であって、これ
は第６図を具体化したものである。水平転送チャネル８
は２相駆動方式を採用した場合であって、図中、２０は
上側電極、２２は下側電極である。２相駆動方式とする
ため、上側電極２０下のチャネル領域に電荷転送の方向
付けのためのポテンシャルバリアが形成されている。一
点鎖線で示す領域が垂直転送チャネル６及び水平転送チ
ャネル８の領域である。２４は垂直転送チャネル６側に
設けられた下側電極である。

垂直転送チャネル６によって転送されてきた信号電荷は
、下側電極２２（第２のゲートＧ２に相当する）の直下
のポテンシャル井戸に転送しなげればならない。そのた
め、垂直転送チャネル６の最終段のチャネル幅Ｗｏは少
なくとも下側電極２２の電極幅Ｗ１に近いが、それより
も狭くなくてはならない。

しかし、チャネル幅Ｗｏが電極幅Ｗ１に近いときには、
電極加工のバラツキなどがあると、複数の垂直転送チャ
ネル６相互間での実効チャネル幅が変動するおそれがあ
る。実効チャネル幅の変動は垂直転送チャネル間での特
性のバラツキとなって現われる。このようなことから、
チャネル幅Ｗ。

は電極幅Ｗ１より加工マージンを引いた輻以下である必
要がある。したがって、このチャネル幅ＷＯは垂直転送
チャネル６の繰り返しピッチの１／２より下側電極２２
の実効幅Ｗ２より小ざい値となる。

以上の理由により、垂直転送チャネル６の最終段のチャ
ネル幅Ｗｏは、それ以前のチャネル幅Ｗｅより大幅に狭
くならざるを得ない。このように、チャネル幅が転送方
向に向かって狭くなると、狭チャネル効果によって、転
送チャネル６直下に形成されるポテンシャル井戸のポテ
ンシャルが次第に浅くなり、転送方向に向かってポテン
シャルの障壁が生じてしまう。

ポテンシャルの障壁が生ずると、信号電荷を第１のゲー
トＧｌから第２のゲートＧ２に、全て転送することがで
きなくなり、電荷の取残しが生じ、これに伴なって転送
効率の低下、出力信号のＳ／Ｎ劣化が発生してしまう。

そこで、この発明はこのような課題を解決したもので、
ポテンシャル障壁を無くして水平転送チャネルへの転送
効率を改善したものである。

〔課題を解決するための手段］ 上述の課題を解決するため、この発明においては、垂直
転送チャネルからの信号電荷を水平転送チャネルに転送
し、この水平転送チャネルに転送された信号電荷を類火
読み出すようにした電荷転送素子において、 垂直転送チャネル上に形成された最終ゲートを第１のゲ
ートとし、この第１のゲートから信号電荷を受け取る水
平転送チャネル上のゲートを第２のゲートとし、この第
２のゲートから信号電荷を受け取る同一水平転送チャネ
ル上のゲートを第３のゲートとしたとき、 第１のゲート、第２のゲート、第３のゲート各々に異な
るクロックを印加するとき、 第２のゲートから第３のゲートに信号電荷を転送する方
向が、水平と垂直の２成分の方向を持つように上記第１
〜第３のゲートが形成されてなることを特徴とするもの
である。

［作　用］ 第２のゲートＧ２から第３のゲートＧ３に信号電荷を転
送する方向が、水平と垂直の２成分の方向を持つように
構成すると、垂直転送チャネル６の最終段での転送チャ
ネルのチャネル幅は、水平転送チャネル８に形成された
上側電極２０と下側電極２２の双方に跨がった状態で形
成できる。

そうした場合には、垂直転送チャネル６の最終段でのチ
ャネル幅ＷＯは、最終段に至るまでの転送チャネル６の
チャネル幅Ｗｅよりも逸かに広くすることが可能になる
。

チャネル幅がＷｅ以上になれば、この最終段で狭チャネ
ル効果が従来とは逆に作用するため、最終段での転送チ
ャネル６のポテンシャル井戸が今までよりも深くなる。

したがって、信号電荷の転送方向に対してポテンシャル
の障壁が生ずるようなことはない。

［実　施　例］ 以下、この発明に係る電荷転送素子の一例を、ＣＣＤに
適用した場合につき、第１図以下を参照して詳細に説明
する。

第１図はこの発明の詳細な説明するための説明図である
。

説明の都合上、垂直転送チャネル６上に形成された最終
ゲートを第１のゲートＧ１とし、この第１のゲートＧ１
から信号電荷を受け取る水平転送チャネル８上のゲート
を第２のゲートＧ２とし、この第２のゲートＧ２から信
号電荷を受け取る同一水平転送チャネル８上のゲートを
第３のゲートＧ３としたとき、第２のゲートＧ２から第
３のゲートＧ３に信号電荷を転送する方向が、水平と垂
直の２成分の方向を持つように第１〜第３のゲート０１
〜Ｇ３が形成される。

第１図Ａはそれを具現するための一例の構成図であって
、第１のゲートＧｌ側に位置する第２のゲートＧ２の一
端が、第３のゲートＧ３の上端側に張り出されている。

こうした場合、第１のゲートＧ１直下に蓄積された信号
電荷は矢印のように第２のゲートＧ２直下のポテンシャ
ル井戸に転送され、その後節２のゲートＧ２に転送され
た信号電荷は、第２のゲートＧ２の水平ゲート部ａから
これに隣接した第３のゲートＧ３に向けて、信号電荷が
転送される。

これに加えて、第２のゲートＧ２の膨出部である垂直ゲ
ート部すからも第３のゲートＧ３に信号電荷が転送され
る。

したがって、水平と垂直の２成分の方向を持って信号電
荷が第３のゲートＧ３に転送される。

第１図Ｂは他の例であって、垂直ゲート部すからの信号
電荷の転送が、第３のゲートＧ３に対して斜めの方向と
なるように構成した場合である。

そのため、第３のゲートＧ３の上端部が斜めとなるよう
に形成されると共に、この傾斜面と平行するように、第
３のゲートＧ３と対向する垂直ゲート部すの一部が斜め
に形成される。

こうすると、この傾斜面から入力する信号電荷の転送方
向は、水平方向と垂直方向の２方向に分離して考えるこ
とができる。したがって、この構成においても、水平と
垂直の２成分の方向を持って信号電荷が第３のゲートＧ
３に転送されることになる。

第２図は第１図Ａの具体例である。

第２のゲートＧ２に形成される垂直ゲート部すは、上側
電極２０及び下側電極２２の夫々に設けられた引出し電
極２０ａ、２２ｂがあるので、これを代用できるから、
垂直ゲート部すとして特別に電極を形成する必要はない
。

そして、夫々の垂直転送チャネル６の最終段から水平転
送チャネル８に向かう領域では、上側電極２０若しくは
下側型ｔｉｉ　２２、本例では一対ある下側電極２２の
夫々に跨がるように転送チャネル６及び８が形成される
。したがって、第１〜第３のゲート６１〜Ｇ３での信号
電荷のＭ積領域は夫々斜線図示のようになる。

転送チャネル６．８を上述したように形成した場合には
、第１のゲートＧ１用の上側電極２６の入力側のチャネ
ル幅Ｗｅに対して出力側のチャネルＩｔｌＷＷｏの方が
広くなる。すなわち、このチャネル幅Ｗｏは、垂直転送
チャネル６の繰り返しピッチから下側電極２２の実効幅
と、水平転送チャネル８上を下側電極２２が覆うための
マージンを加えた輻Ｗ３だけ差し引いた幅となる。これ
は、一般に垂直転送チャネル６の繰り返しピッチの１／
ａより大きい。

このように電極と転送チャネルを形成すれば、水平と垂
直の２成分の方向を持って信号電荷を第３のゲートＧ３
に転送することができる。そして、そのようにした場合
には、垂直転送チャネル６の最終段でのチャネル幅を広
（できるから、ここでのポテンシャル井戸が浅くなるよ
うなことはない。

そのため、ポテンシャルの障壁が生ぜず第１のゲートＧ
１直下にある信号電荷を殆ど全て第２のゲートＧ２に転
送できる。第２のゲートＧ２に転送された信号電荷は同
じ（第３のゲートＧ３に転送できる。

電荷転送素子としてはＣＣＤに限られるものではない。

この発明が応用されるディバイスとしては、上述したイ
メージセンサや遅延素子に限られるものではない。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明によれば、第２のゲート
から第３のゲートに信号電荷を転送する方向が、水平と
垂直の２成分の方向を持つように第１〜第３のゲートを
形成したものである。

これによれば、垂直転送チャネルの最終段でのチャネル
幅を広くすることができるため、狭チャネル効果を受け
ないで信号電荷を転送できる特徴を有する。

したがって、転送効率を改善でき、出力信号のＳ／Ｎを
向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る電荷転送素子の原理構成を示す
図、第２図は第１図Ａの具体例を示す構成図、第３図〜
第５図はＣＯＤの用途を示す図、第６図はその場合の信
号電荷の転送方向を示す図、第７図はその具体例を示す
構成図である。 ２・・・光電変換素子 ４・・・トランスファ・ゲート ６・・・垂直転送チャネル ８・・・水平転送チャネル ０１〜Ｇ３・・・第１〜第３のゲート ２０．２２・・・電極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）垂直転送チャネルからの信号電荷を水平転送チャ
   ネルに転送し、この水平転送チャネルに転送された信号
   電荷を順次読み出すようにした電荷転送素子において、 垂直転送チャネル上に形成された最終ゲートを第１のゲ
   ートとし、この第１のゲートから信号電荷を受け取る水
   平転送チャネル上のゲートを第２のゲートとし、この第
   ２のゲートから信号電荷を受け取る同一水平転送チャネ
   ル上のゲートを第３のゲートとし、 上記第１のゲート、第２のゲート、第３のゲート各々に
   異なるクロックを印加するとき、 上記第２のゲートから第３のゲートに信号電荷を転送す
   る方向が、水平と垂直の２成分の方向を持つように上記
   第１〜第３のゲートが形成されてなることを特徴とする
   電荷転送素子。