JPH03181284A - 電荷結合装置及び該装置を用いた固体撮像装置 - 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］ 本発明は、電荷転送装置及び該装置を用いた固体撮像装
置に関し、特に、低電圧、高周波駆動に適した電荷転送
装置と固体撮像装置に関する。

［従来の技術］ 電荷結合装置（以下、ＣＣＤと記す）は、固体撮像装置
やメモリ等に広く用いられている。

第２図（ａ）は、埋め込みチャネル型で２相駆動力式の
ＣＯＤの断面図である。同図において、１はｐ型半導体
基板、２はｎウェル、３は浮遊拡散層、４はリセットド
レイン、５ａ、６ａはそれぞれ第１層電極、５ｂ、６ｂ
はそれぞれ第２層電極、７は出力ゲート、８はリセット
ゲート、１０は出力増幅器である。

このＣＯＤにおいて、第、１層電極５ａ、６ａは蓄積ゲ
ートを、また、第２層電極５ｂ、６ｂは障壁ゲートを構
成しており、これらの電極には２相の駆動クロックφ１
、φ２が印加される。出力ゲート７には、電源電圧ＶＤ
Ｄを抵抗Ｒ４、Ｒ５で分圧しコンデンサＣ３で平滑化し
た定電圧が、リセットゲート８にはリセットパルスφＲ
が、リセットドレイン４にはリセット電圧ＶＲが印加さ
れている。浮遊拡散層３の電位は出力増幅器１０を介し
て出力信号Ｏｕｔとして出力される。

第２図（ｂ）は、各部のポテンシャル状態を示す図面で
ある。同図において、ψａ、ψｂは、それぞれ、駆動ク
ロックφ２がハイレベルであるときの電極６ａ、６ｂ下
のポテンシャルを、また、ψＣは出力ゲート７下のポテ
ンシャルを示している。

ところで、近年、固体撮像素子においては、解像度の向
上を目的として高密度化が進められているが、このため
ＣＣＤ固体撮像素子の水平転送レジスタの駆動周波数は
、水平解像度の増加と比例して高くなってきている。而
して、駆動周波数が高周波数化した場合には、電磁輻射
ノイズが大きくなるが、これを抑制するには駆動クロッ
クの振幅を下げる必要がある。その場合には、蓄積ゲー
）（６ａ＞、障壁ゲート（６ｂ）間の電位障壁ψｂ−ψ
ａを駆動クロックの振幅の低下に応じて下げなければな
らない。

［発明が解決しようとする課題〕 従来のＣＯＤにおいては、駆動クロックの振幅を小さく
していくと、駆動クロックφ２のハイレベル時に、第２
図（ｃ）に示すように、最終転送電極下の信号電荷の一
部が浮遊拡散層３内に流入してしまう現象が発生し、Ｃ
ＯＤの取扱い電荷量の低下、すなわちダイナミックレン
ジの減少がもたらされる。これを避けるために、出力ゲ
ート７に印加される電圧を低く設定すると、今度は駆動
クロックφ２がローレベルへと変化した時に、最終段の
第１層電極６ａ下の電位が出力ゲート下の電位ψＣを越
えるのに時間がかかることになり、電荷の読み出しに長
時間を要することになる。この電荷読み出し動作の遅れ
は駆動クロックの振幅の変化の影響を受けるので、この
振幅が変化したときに信号電荷の出力位相が変化し、Ｃ
ＣＤ出力部の後段におけるサンプルホールド等の信号処
理により信号のりニアリティが劣化するという問題が起
る。

［課題を解決するための手段］ 本発明によるＣＣＤは、電荷転送部と、電荷転送部の後
段に設けられた電荷転送部内を転送されてきた信号電荷
を検出するための浮遊拡散層と、電荷転送部と浮遊拡散
層との間の半導体基板上に設けられた、電荷転送部から
浮遊拡散層への信号電荷をコントロールするための出力
ゲートと、電荷転送部と転送電極へ印加される駆動クロ
ックのパルス電圧を検出し、該検出値に応じた電圧を出
力ゲートに印加する出力ゲート制御手段とを有する。

また、本発明の固体撮像装置は、複数の光電変換素子と
、該複数の光電変換素子において発生した信号電荷の転
送手段とを有するものであって、その信号電荷の転送手
段として上記ＣＣＤを用いるものである。

［実施例〕 次に、本発明の実施例について、図面を参照して説明す
る。

第１図は、本発明の一実施例を示す構成国である。同図
において、第２図の部分と共通する部分については同一
の参照番号が付せられているので重複した説明は省略す
る。

この実施例では、第１図に示すように、駆動クロックφ
２のハイレベル時の電圧を、ダイオードＤ、コンデンサ
Ｃ１および抵抗Ｒ１からなる検出回路で検出し、その検
出出力を緩衝増幅器９によりバッファリングした後、こ
のＭ衝増幅器９の出力を抵抗Ｒ２、Ｒ３からなるブリー
ダ回路を介して出力ゲート７に出力ゲート制御信号ＯＧ
として印加している。このように構成すれば、出力ゲー
ト７下の電位ψＣを駆動クロックのパルス振幅の変化に
追従させることができる。すなわち、パルス振幅が大き
いときに、第１図（ｂ）に示すように、出力ゲート下の
電位がψＣであったものが、パルス振幅がΔＶだけ低下
すると出力ゲートにかかる電圧もΔＶ　−Ｒ３／　（Ｒ
２＋Ｒ３）だけ変化し、それに従って電位ψＣも第１図
（Ｃ）に示すようにψＣ′と低くなる。

したがって、本実施例によれば、最終転送電極下のハイ
レベル時の電位ψａと出力ゲート下の電位ψＣとの間の
レベル差は、転送りロックの振幅が変化しても僅かに変
化するにとどまるので、転送りロック振幅の変化に対す
るダイナミックレンジの変化は抑制され、また、転送り
ロックがローレベルへと変化するときの第１層電極６ａ
下の電位が電位ψＣを越える迄の時間の変化も緩和され
る。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明のＣＣＤは、駆動クロック
の振幅を検出し、その検出出力により出力ゲートの電位
を抑制するものであるので、本発明によれば、転送可能
信号電荷量の低下を招くことなく、出力位相が駆動クロ
ックの振幅変動に依存しないようにすることができる。

したがって、このＣＣＤを用いた撮像装置では、高画素
化によ１り低電圧で駆動されるようになってもダイナミ
ックレンジの低下や出力信号のリニアリティの劣化を招
かないようにすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は、本発明の一実施例を示す構成図、第１
図（ｂ）、（ｃ）は、その動作説明図、第２図（ａ）は
、従来例を示す構成図、第２図（ｂ）、（ｃ）は、その
動作説明図である。 １・・・ｐ型半導体基板、　　２・・・ｎウェル、３・
・・浮遊拡散層、　　４・・・リセットドレイン、５ａ
、６ａ・・・第１層電極（蓄積ゲート）、　　５ｂ、６
ｂ・・・第２層電極（障壁ゲート）、　　７・・・出力
ゲート、　　　８・・・リセットゲート、　　　９・・
・Ｍ衝増幅器、　　　ｌＯ・・−出力増幅器、　　φ１
、φ２・・・駆動クロック、　φＲ・・・リセットパル
ス、Ｏｕｔ・・・出力信号、　　ＶＲ・・・リセット電
圧。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板内に設けられた電荷転送領域と半導体
   基板上に設けられた電荷転送電極とを備えた電荷転送部
   と、該電荷転送部の後段の半導体基板内に設けられた浮
   遊拡散層と、前記電荷転送部と前記浮遊拡散層との間の
   半導体基板上に設けられた出力ゲートとを備えた電荷結
   合装置において、前記出力ゲートには前記電荷転送電極
   に印加される駆動パルスの波高値検出出力が印加される
   ことを特徴とする電荷結合装置。
2. （２）半導体基板内に複数の光電変換素子を有し、該複
   数の光電変換素子の信号電荷に対する電荷転送手段とし
   て第１項記載の電荷結合装置を用いた固体撮像装置。