JPH03252163A - Ｃｃｄ撮像装置 - Google Patents
Ｃｃｄ撮像装置Info
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- JPH03252163A JPH03252163A JP2049952A JP4995290A JPH03252163A JP H03252163 A JPH03252163 A JP H03252163A JP 2049952 A JP2049952 A JP 2049952A JP 4995290 A JP4995290 A JP 4995290A JP H03252163 A JPH03252163 A JP H03252163A
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- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims 1
- RUDATBOHQWOJDD-UHFFFAOYSA-N (3beta,5beta,7alpha)-3,7-Dihydroxycholan-24-oic acid Natural products OC1CC2CC(O)CCC2(C)C2C1C1CCC(C(CCC(O)=O)C)C1(C)CC2 RUDATBOHQWOJDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 9
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
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Landscapes
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
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〕
この発明は、ＣＣＤ撮像装置に関し、特にその新規な回
路構成に関するものである。
路構成に関するものである。
第３図は例えば文献「固体撮像デバイス」 （木内雄二
他監修 テレビジョン学会績、昭晃堂）ｐ。
他監修 テレビジョン学会績、昭晃堂）ｐ。
９３に示された従来のＣＣＤ撮像装置の一例を示してお
り、同図はインターライン転送型撮像デバイスの代表的
な平面構造を示すものである。
り、同図はインターライン転送型撮像デバイスの代表的
な平面構造を示すものである。
図において、３０は水平ＣＣＤ、３１は垂直ＣＣＤ、３
２は転送ゲート、３３は転送パルス入力端子、３４はチ
ャネルストップ領域、３５は出力ゲート、３６はフロー
ティング拡散領域、３７はリセント用ドレイン、３８は
リセント用ゲートである。又、３９は映像検出用トラン
ジスタである。
２は転送ゲート、３３は転送パルス入力端子、３４はチ
ャネルストップ領域、３５は出力ゲート、３６はフロー
ティング拡散領域、３７はリセント用ドレイン、３８は
リセント用ゲートである。又、３９は映像検出用トラン
ジスタである。
なおフォトダイオードは４ｏで示されている。
次に動作について説明する。
第３図において、入射光信号はフォトダイオード４０で
電荷として蓄積され、端子３３より入力された転送パル
スによって転送ゲート３２がハイレベルとなり、電荷が
一斉に垂直ＣＣＤ３１に移動する。垂直ＣＣＤ３１に移
された信号電荷は４相ＣＣＤクロツク（φＶＩ＋ φ
７□、φＶ３＋ φＶ４）によって水平ＣＣＤ３０に
転送される。垂直ＣＣＤ内で一段転送した後、信号は水
平ＣＣＤによって読出され、再び垂直ＣＣＤ内で一段転
送され、以後、この動作が繰り返される。
電荷として蓄積され、端子３３より入力された転送パル
スによって転送ゲート３２がハイレベルとなり、電荷が
一斉に垂直ＣＣＤ３１に移動する。垂直ＣＣＤ３１に移
された信号電荷は４相ＣＣＤクロツク（φＶＩ＋ φ
７□、φＶ３＋ φＶ４）によって水平ＣＣＤ３０に
転送される。垂直ＣＣＤ内で一段転送した後、信号は水
平ＣＣＤによって読出され、再び垂直ＣＣＤ内で一段転
送され、以後、この動作が繰り返される。
信号電荷はリセットレベルにあるフローティング拡散領
域３６の電位を変化させ、その変化分が映像検出用トラ
ンジスタ３９の入力となり、信号検出が行われる。
域３６の電位を変化させ、その変化分が映像検出用トラ
ンジスタ３９の入力となり、信号検出が行われる。
従来のＣＣＤ撮像装置は以上のように構成されており、
入射光がシリコン基板で吸収されて発生した電荷を一定
時間蓄積して得られた信号電荷をそのまま読出していた
。このため、微小光の入力に対する信号電荷の量が少な
く、信号検出部等で発生するノイズに対してＳ／Ｎ比が
大きくとれない等の問題点があった。
入射光がシリコン基板で吸収されて発生した電荷を一定
時間蓄積して得られた信号電荷をそのまま読出していた
。このため、微小光の入力に対する信号電荷の量が少な
く、信号検出部等で発生するノイズに対してＳ／Ｎ比が
大きくとれない等の問題点があった。
この発明は、上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、信号電荷量を増倍して検出することのでき
るＣＣＤ撮像装置を得ることを目的とする。
れたもので、信号電荷量を増倍して検出することのでき
るＣＣＤ撮像装置を得ることを目的とする。
この発明に係るＣＣＤ撮像装置は、通常のＣＣＤ撮像装
置の出力部に、電荷倍増機能を有するＣＣＤを接続し、
信号電荷を増倍して出力するようにしたものである。
置の出力部に、電荷倍増機能を有するＣＣＤを接続し、
信号電荷を増倍して出力するようにしたものである。
この発明における電荷増倍機能を有するＣＣＤは、電荷
転送時に電荷にかけられる電界によって電荷がアバラン
シェ増倍される。このため信号電荷は上記ＣＣＤを通過
することによって増倍される。
転送時に電荷にかけられる電界によって電荷がアバラン
シェ増倍される。このため信号電荷は上記ＣＣＤを通過
することによって増倍される。
以下、この発明の実施例を図について説明する。
第１図は本発明の一実施例によるＣＣＤ撮像装置を示し
、これは通常のリニアイメージセンサに電荷増倍用ＣＣ
Ｄを接続したものである。
、これは通常のリニアイメージセンサに電荷増倍用ＣＣ
Ｄを接続したものである。
第１図において、１はＣＣＤ−Ａで、増倍作用は持たな
いものである。また、２は電荷増倍作用を有するＣＣＤ
−Ｂ、３は電荷検出回路である。
いものである。また、２は電荷増倍作用を有するＣＣＤ
−Ｂ、３は電荷検出回路である。
また３２は転送ゲート、３３は転送パルス入力端子、４
０はフォトダイオードである。
０はフォトダイオードである。
次に実施例の動作について説明する。第１図において、
入射光信号はフォトダイオード４０で電荷として蓄積さ
れ、端子３３より入力された転送パルスによって転送ゲ
ート３２がハイ−レベルとなり、電荷がＣＣＤ１に移動
する。信号電荷はＣＣＤ−Ａ ｌ中を電荷転送され、Ｃ
ＣＤ−８２に移される。信号電荷は電荷増倍作用を有す
るＣ０Ｄ−Ｂ中を転送される間に増倍されてゆき、増倍
された電荷が電荷検出回路３で検出される。
入射光信号はフォトダイオード４０で電荷として蓄積さ
れ、端子３３より入力された転送パルスによって転送ゲ
ート３２がハイ−レベルとなり、電荷がＣＣＤ１に移動
する。信号電荷はＣＣＤ−Ａ ｌ中を電荷転送され、Ｃ
ＣＤ−８２に移される。信号電荷は電荷増倍作用を有す
るＣ０Ｄ−Ｂ中を転送される間に増倍されてゆき、増倍
された電荷が電荷検出回路３で検出される。
次にＣＣＤ−Ａ、ＣＣＤ−Ｂの違いについて説明する。
ＣＣＤ−Ｂ中の電荷増倍は後述するように電荷にかかる
高電界によって起きる。従って、電界増倍効果を起こす
ＣＣＤ−Ｂにおいてはクロック電圧は高く設定する必要
がある。従ってＣＣＤ−Ｂにおいては電荷転送のための
クロックレベルが高いという特徴がある。
高電界によって起きる。従って、電界増倍効果を起こす
ＣＣＤ−Ｂにおいてはクロック電圧は高く設定する必要
がある。従ってＣＣＤ−Ｂにおいては電荷転送のための
クロックレベルが高いという特徴がある。
ＣＣＤ−Ａ中では電荷増倍を起こしてはならない。なぜ
ならば各画素の信号に対する増倍ＣＣＤの段数を等しく
する必要があるからである。Ｃ０Ｄ−Ａに電荷増倍作用
があるとすると、信号電荷が高電界を受ける回数が画素
毎に異なってしまう。
ならば各画素の信号に対する増倍ＣＣＤの段数を等しく
する必要があるからである。Ｃ０Ｄ−Ａに電荷増倍作用
があるとすると、信号電荷が高電界を受ける回数が画素
毎に異なってしまう。
ＣＣＤ中のアバランシェ増倍については文献１により過
去、理論的に予測されている。
去、理論的に予測されている。
文献１：グー。ヘス、シー、ティー、サー著。
「アイイーイーイー トランザクション エレクトロン
デバイス イーデイ−２５４（Ｋ、 Ｈｅ５ｓ、 Ｃ
。
デバイス イーデイ−２５４（Ｋ、 Ｈｅ５ｓ、 Ｃ
。
Ｔ、 Ｓａｈ、 ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ
Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ ＥＤ２５、 Ｐ、１
３９９．１９８７） また、実験上も確認されている。以下文献を示す。
Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ ＥＤ２５、 Ｐ、１
３９９．１９８７） また、実験上も確認されている。以下文献を示す。
文献２：エス、ケー、マダンら著、「アイイーイーイー
トランザクション エレクトロン デバイス イーデ
イ−３０Ｊ （Ｓ、 Ｋ、 Ｍａｄａｎ ｅｔ ａｌ、
、 ＩＢＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒ
ｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ ＥＤ−３０，Ｐ、ｐ６９４、１９
８３） 文献３ニジエイ、ダブリュー、スロソトブーンら著、［
コンファレンス オン ソリッドステート デバイス
アンド マテリアルズ トーキヨーｊ （Ｊ、 Ｗ、
Ｓｌｏｔｂｏｏｍ、 ｅｔ ａｌ、、 Ｃｏｎｆ、 ５
ｏｌｉｄ Ｓｔ。
トランザクション エレクトロン デバイス イーデ
イ−３０Ｊ （Ｓ、 Ｋ、 Ｍａｄａｎ ｅｔ ａｌ、
、 ＩＢＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒ
ｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ ＥＤ−３０，Ｐ、ｐ６９４、１９
８３） 文献３ニジエイ、ダブリュー、スロソトブーンら著、［
コンファレンス オン ソリッドステート デバイス
アンド マテリアルズ トーキヨーｊ （Ｊ、 Ｗ、
Ｓｌｏｔｂｏｏｍ、 ｅｔ ａｌ、、 Ｃｏｎｆ、 ５
ｏｌｉｄ Ｓｔ。
Ｄｅｖ、 ａｎｄ Ｍａｔ、 Ｔｏｋｙｏ、 ｐ３１５
．１９８６）第２図にシリコン結晶中の電子のイオン化
率の電界依存性を示す。この図は文献４より転載したも
のである。
．１９８６）第２図にシリコン結晶中の電子のイオン化
率の電界依存性を示す。この図は文献４より転載したも
のである。
文献４ニジエイ、ダブリュー、スロットプーンラ著、「
インターナショナル エレクトロン デバイス ミーテ
ィング アイイーデイ−エム８７」（Ｊ、 Ｗ、 ５１
ｏｔｂｏｏａ＋、 ｅｔ ａｌ、、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉ
ｏｎａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ Ｍｅｅｔ
ｉｎｇ ＩＥＤＭ８７ ｐ、４９４１９８７）第２図は
従来の実験結果をまとめたものであり、図中の５ｕｒｆ
ａｃｅはシリコン表面近傍での値であり、５ＣＣＤ （
表面チャネルＣＣＤ）で測定したものである。又、Ｂｕ
ｌｋはシリコン深部での値であり、ＢＣＣＤ （埋込み
チャネルＣＣＤ）で測定したものである。
インターナショナル エレクトロン デバイス ミーテ
ィング アイイーデイ−エム８７」（Ｊ、 Ｗ、 ５１
ｏｔｂｏｏａ＋、 ｅｔ ａｌ、、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉ
ｏｎａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ Ｍｅｅｔ
ｉｎｇ ＩＥＤＭ８７ ｐ、４９４１９８７）第２図は
従来の実験結果をまとめたものであり、図中の５ｕｒｆ
ａｃｅはシリコン表面近傍での値であり、５ＣＣＤ （
表面チャネルＣＣＤ）で測定したものである。又、Ｂｕ
ｌｋはシリコン深部での値であり、ＢＣＣＤ （埋込み
チャネルＣＣＤ）で測定したものである。
第２図において、例えばイオン化率１０１００（１３以
上を得るにはシリコン表面において電界が１．９Ｘ１０
５ ＣＶ／ｃｍ）以上が必要である。隣り合ったゲート
間で表面ポテンシャルの差が１０■のとき、上記の電界
を得るにはゲート間の距離ｄが１０／１．９Ｘ１０５＝
０．５３μｍ以下である必要がある。ｄ＝０．５３μｍ
の時、１段当たりの増倍係数Ｍは、 Ｍ＝ｅｘｐ （１００ｘ０．５Ｘ１０−’）＝１．００
５３ となる。
上を得るにはシリコン表面において電界が１．９Ｘ１０
５ ＣＶ／ｃｍ）以上が必要である。隣り合ったゲート
間で表面ポテンシャルの差が１０■のとき、上記の電界
を得るにはゲート間の距離ｄが１０／１．９Ｘ１０５＝
０．５３μｍ以下である必要がある。ｄ＝０．５３μｍ
の時、１段当たりの増倍係数Ｍは、 Ｍ＝ｅｘｐ （１００ｘ０．５Ｘ１０−’）＝１．００
５３ となる。
従って、Ｎ段に対してはＭＮ倍に増倍され、Ｎ＝５００
段のときＭＮは、 Ｍ’＝１３．９ となり信号電荷は約１４倍に増倍される。
段のときＭＮは、 Ｍ’＝１３．９ となり信号電荷は約１４倍に増倍される。
第４図に４相駆動ＣＣＤにおける電荷転送の様子を示す
。
。
図中で、４１は信号電荷、４２は高電界領域である。信
号電荷４１は高電界領域４２を通過することによって電
荷増倍される。
号電荷４１は高電界領域４２を通過することによって電
荷増倍される。
なお、上記実施例では、増巾用ＣＣＤをフォトダイオー
ドからの電荷を読出すＣＣＤの転送方向に配置したが、
シリコンチップの長さの制限によっては第５図に示した
ような配置も可能である。
ドからの電荷を読出すＣＣＤの転送方向に配置したが、
シリコンチップの長さの制限によっては第５図に示した
ような配置も可能である。
また、上記実施例ではりニアセンサへの適用例を示した
が、エリアセンサへの適用も可能であり、この時は第６
図に示したような配置となる。
が、エリアセンサへの適用も可能であり、この時は第６
図に示したような配置となる。
以上のように、この発明によれば、ＣＣＤ撮像装置にお
いて信号電荷を増倍する機構を設けたため、Ｓ／Ｎの高
い高感度のＣＣＤ撮像装置が得られる効果がある。
いて信号電荷を増倍する機構を設けたため、Ｓ／Ｎの高
い高感度のＣＣＤ撮像装置が得られる効果がある。
第１図は本発明の一実施例によるＣＣＤ撮像装置を示す
図、第２図は従来の実験結果を示す図、第３図は従来の
ＣＣＤ撮像装置を示す図、第４図は４相駆動ＣＣＤにお
ける電荷転送のようすを示す図、第５図および第６図は
本発明の他の実施例を示す図である。 図において、１はＣＣＤ−Ａ、２はＣＣＤ−Ｂ。 ３は電荷検出回路、３０は水平ＣＣＤ、３１は垂直ＣＣ
Ｄ、３２は転送ゲート、３３は転送パルス入力端子、３
４はチャネルストップ、３５は出力ゲート、３６はフロ
ーティング拡散領域、３７はリセット用ドレイン、３８
はリセット用ゲート、３９は映像検出用トランジスタ、
４０はフォトダイオードである。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。
図、第２図は従来の実験結果を示す図、第３図は従来の
ＣＣＤ撮像装置を示す図、第４図は４相駆動ＣＣＤにお
ける電荷転送のようすを示す図、第５図および第６図は
本発明の他の実施例を示す図である。 図において、１はＣＣＤ−Ａ、２はＣＣＤ−Ｂ。 ３は電荷検出回路、３０は水平ＣＣＤ、３１は垂直ＣＣ
Ｄ、３２は転送ゲート、３３は転送パルス入力端子、３
４はチャネルストップ、３５は出力ゲート、３６はフロ
ーティング拡散領域、３７はリセット用ドレイン、３８
はリセット用ゲート、３９は映像検出用トランジスタ、
４０はフォトダイオードである。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。
Claims (1)
- （１）半導体基板上に、複数の光電変換部と、前記光電
変換部から信号電荷を読出し転送する走査用電荷転送素
子とが集積されたＣＣＤ撮像装置において、 ＣＣＤの電荷転送最終段に、電荷増倍機能を有するＣＣ
Ｄを接続してなることを特徴とするＣＣＤ撮像装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2049952A JPH03252163A (ja) | 1990-02-28 | 1990-02-28 | Ｃｃｄ撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2049952A JPH03252163A (ja) | 1990-02-28 | 1990-02-28 | Ｃｃｄ撮像装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03252163A true JPH03252163A (ja) | 1991-11-11 |
Family
ID=12845374
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2049952A Pending JPH03252163A (ja) | 1990-02-28 | 1990-02-28 | Ｃｃｄ撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03252163A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1094308A2 (en) * | 1999-10-07 | 2001-04-25 | Agilent Technologies Inc. (a Delaware Corporation) | High quantum efficiency point light detector |
| JP2002026306A (ja) * | 2000-04-28 | 2002-01-25 | Isetex Inc | ダイナミックレンジが大きい電荷読み出しシステム |
| JP2004523112A (ja) * | 2001-01-18 | 2004-07-29 | イー２ヴィ テクノロジーズ リミテッド | 固体撮像素子構成 |
| JP2008535231A (ja) * | 2005-03-31 | 2008-08-28 | イー２ヴイ テクノロジーズ （ユーケイ） リミテッド | Ｃｃｄ素子 |
| US7420605B2 (en) * | 2001-01-18 | 2008-09-02 | E2V Technologies (Uk) Limited | Solid state imager arrangements |
| WO2010087372A1 (ja) * | 2009-01-30 | 2010-08-05 | 浜松ホトニクス株式会社 | 電子増倍機能内蔵型の固体撮像素子 |
| WO2010087366A1 (ja) * | 2009-01-30 | 2010-08-05 | 浜松ホトニクス株式会社 | 電子増倍機能内蔵型の固体撮像素子 |
-
1990
- 1990-02-28 JP JP2049952A patent/JPH03252163A/ja active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US6734415B1 (en) | 1999-10-07 | 2004-05-11 | Agilent Technologies, Inc. | High quantum efficiency point light detector |
| US6930301B2 (en) | 1999-10-07 | 2005-08-16 | Agilent Technologies, Inc. | High quantum efficiency point light detector |
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| WO2010087372A1 (ja) * | 2009-01-30 | 2010-08-05 | 浜松ホトニクス株式会社 | 電子増倍機能内蔵型の固体撮像素子 |
| WO2010087366A1 (ja) * | 2009-01-30 | 2010-08-05 | 浜松ホトニクス株式会社 | 電子増倍機能内蔵型の固体撮像素子 |
| US8466498B2 (en) | 2009-01-30 | 2013-06-18 | Hamamatsu Photonics K.K. | Solid state image device having a pair of overflow drains extends along the electron transfer direction at a boundary between channel region and channel stop isolation regions of the multiplication register |
| US9048164B2 (en) | 2009-01-30 | 2015-06-02 | Hamamatsu Photonics K.K. | Solid-state image sensing device containing electron multiplication function having N-type floating diffusion (FD) region formed within a P-type well region |
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