JPH04115574A - 固体撮像素子 - Google Patents

固体撮像素子

Info

Publication number
JPH04115574A
JPH04115574A JP2236490A JP23649090A JPH04115574A JP H04115574 A JPH04115574 A JP H04115574A JP 2236490 A JP2236490 A JP 2236490A JP 23649090 A JP23649090 A JP 23649090A JP H04115574 A JPH04115574 A JP H04115574A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gate
state image
storage
image pickup
solid state
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2236490A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2738589B2 (ja
Inventor
Masafumi Ueno
雅史 上野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP2236490A priority Critical patent/JP2738589B2/ja
Publication of JPH04115574A publication Critical patent/JPH04115574A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2738589B2 publication Critical patent/JP2738589B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は固体撮像素子に関し、特に、暗電流の少ない
固体撮像素子の受光部の構造とその駆動方法の改良に関
するものである。
〔従来の技術〕
第7図(a)は例えば、アイ・イー・イー・イーインタ
ーナショナル ソリッド−ステイト サーキッツ カン
ファレンス ダイジェスト オンテクニカル ペーパー
ズ 1982年 166゜167頁tccDリニアイメ
ージセンサJ  (IEE E  I S S CC8
2Digest of Technical Pape
rs  pp、166.167“A CCD Line
ar Image 5ensor”)に示された従来の
スキミング法による固体撮像素子の受光部の構成を示す
平面図である。
図において、1はフォトダイオード、2はフォトダイオ
ードの電位を制御するための制御(S C)ゲート、3
は信号電荷を蓄積するための蓄積(ST)ゲート、4は
信号電荷を後述の電荷転送素子に転送するための転送(
TG)ゲート、5は信号電荷を出力部(図示せず)に転
送する電荷転送素子(以下、CTDと略す)であり、図
のy方向に電荷を転送する。
また、第7図(b)は第7図(a)のA−B部の断面構
造を示した図である。
図において、6は例えばP形のSi半導体基板、7は高
濃度のP形層からなる素子分離領域、8はフォトダイオ
ード1を構成するN形層、9は電荷転送チャネルを形成
するN形層である。本例では、CTD5として埋め込み
チャネル形電荷結合素子(BCCD)を示している。1
0はBCCDを構成する転送電極、11は例えばS i
O2からなる絶縁膜、12はフォトダイオード部以外に
光を入射させないための遮光膜でAlなどの材料より成
る。
また、第10図はSTアゲート、TGゲート4に印加さ
れるクロックタイミングチャート、第11図(a)、 
(b)は第1O図のj=j、、t=t2i:おけるポテ
ンシャルダイヤグラムを示す図である。
次に動作について説明する。
第10図において、STアゲートには一定電圧vSが与
えられている。なお、SCゲート2にはv8より小さな
一定電圧V。が与えられている。
従って、1=1.における第7図(a)のA−Bにおけ
るポテンシャルダイヤグラムは第11図fa)のように
なる。フォトダイオード1部の電位はSCゲート2下の
ポテンシャルによって決められているため、光かあたっ
て電荷が発生すると、その電荷14はSTゲート3下に
蓄えられる。なお13はフォトダイオード内の電荷を示
す。
第1O図において、1=12になるとTGゲート4がH
ighレベルとなり、第11図(b) t = t 、
の図で示すようにSTゲート3下の信号電荷は、BCC
D5に移される。
なお、第11図のt ” t +において、BCCD5
は電荷転送を行っているので、そのポテンシャルは同図
の矢印の示す範囲で変化している。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来の受光部では、STアゲートに一定の直流電圧Vs
が与えられているので、Si  5102界面に存在す
る界面準位を介して発生する、暗出力が大きいという欠
点があった。
第1図(b)のSTゲート3下のZ方向に向かってのバ
ンドダイヤグラムを第12図に示す。STアゲートには
直流電圧V8が与えられているのでバンドは下方に曲げ
られ、図中Bの曲線となっている。図において、Ecは
伝導帯の下端を示し、Evは価電子帯の上端を示し、E
、はフェルミ準位を示す。また、15はSi基板6と5
if2膜11の間に存在する界面準位を示す。界面準位
はバンドギャップ(ECとEvの間)に多数存在するが
、本図では便宜上1つしか示していない。
この界面準位は長期間STアゲートがHighレベルで
固定されているため熱励起により価電子帯から励起され
た電子でほとんど満たされた状態となっている。第12
図において・印で示したのは、界面準位が電子で満たさ
れていることを示している。
この電子は熱励起により伝導帯に励起され暗出力となる
。このような暗出力はバックグランドノイズとなるため
、低照度下でのS/Nを著しく劣化させる原因となる。
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、暗出力の小さい受光部を提供し、これにより
、低照度でもS/Nの良い固体撮像素子を得ることを目
的としている。
〔課題を解決するための手段〕
本発明に係る固体撮像素子は、蓄積ゲートを少なくとも
1つ以上の電極からなる構造とし、信号電荷を蓄積する
蓄積期間中の一定期間、半導体基板と絶縁膜の界面に信
号電荷と反対の型のキャリアを誘起させるのに充分な電
圧を前記蓄積ゲートに与えるものである。
〔作用〕
この発明によれば、蓄積ゲートが長期間Highレベル
で固定されることがなくなり、一定期間、界面準位が正
孔で満たされる期間が生じることになる。これにより、
暗出力が発生するためには再び界面準位を電子で満たす
必要が生じ、従来に比べ暗出力が著しく減少する。
〔実施例〕
以下、この発明の一実施例を図について説明する。
第8図は本発明の第1の実施例による固体撮像素子にお
いて、蓄積(ST)ゲート及び転送(TG)ゲートに印
加するクロック信号のタイミングチャートである。従来
例と異なる所は、蓄積期間中に一定時間毎にSTゲート
3がLLレベルとなっていることである。ここでLLレ
ベルを5iSiO2界面に正孔を蓄積するのに充分な電
圧(一般には負電圧)とすると、この時のSTゲート3
下のバンドダイヤグラムは、第12図Aの曲線となる。
界面準位に捕えられていた電子は正孔と再結合し、界面
準位中には電子はほとんど存在しな(なる。ここで再び
STゲート3をHレベルにすると電子を価電子帯に励起
するためには、再び電子を界面準位に励起しなければな
らない為、暗出力は抑制されることになる。
なお、STゲート3にLLレベルか印加されている時刻
(第8図のt=to )における、第7図A−Bにそっ
たポテンシャルダイヤグラムは第9図のようになり、蓄
積ゲート3下に蓄えられていた信号電荷14はフォトダ
イオードlとSCゲート2下に移される。この時蓄積ゲ
ート下には正孔か蓄積されており、図においてので示さ
れている。
なお、光強度が強く、信号電荷量が多い場合、本実施例
では、時刻t。でフォトダイオードの電位が大きく低下
し、この期間、感度も低下し、直線性を特に重要視する
素子では問題となる場合がある。
そこで、これを解決する本発明の第2の実施例による固
体撮像素子の受光部の平面構造を示す図を第1図(a)
に、また同図のA−B部の断面構造を第1図(b)に示
す。第7図(a)(b)に示した構造と異なる所は蓄積
ゲートが2つに分割され、第1の蓄積ゲー) (STI
)と第2の蓄積ゲート(STIR)とになっていること
であり、これは図中では3と16で示されている。
この素子に印加するクロックタイミングチャートを第2
図に示す。2つの蓄積ゲート5TI3゜5TI116に
はそれぞれ交互にLLレベルとなるクロックが印加され
ている。同図の時刻ion  t++t2における第1
図(a)のA−Bにそったポテンシャルダイヤグラムを
第3図に示す。図面から分るように信号電荷14は蓄積
ゲー)3.16下を行き来し、信号電荷を蓄積していな
い間界面が正孔蓄積状態となっており、暗出力低減に寄
与する。
また、以上第1.第2の実施例では、フォトダイオード
としてP−N接合形を述べたが、表面にP1層を設けN
層が完全空乏化しているような、いわゆる埋め込みフォ
トダイオード構造であってもよい。本発明の第3の実施
例として、この場合の受光部の断面構造を第4図に、フ
ォトダイオード部深さ方向(第4図のZ方向)のバンド
ダイヤグラムを第5図に、また第4図A−Bにそった蓄
積期間中のポテンシャルダイヤグラムを第6図に示す。
この場合第4図に示したようにフォトダイオードの表面
が21層7により基板6と同一電位となっており、N形
層8が完全空乏化しているのでフォトダイオード1内の
ポテンシャル最小値はN層8の濃度と深さにより一義的
に決まり、フォトダイオードの電位を決めるためのSC
ゲートが不要となる。
また、フォトダイオード1表面の界面準位15は常に正
孔で満たされているのでフォトダイオード1で発生する
暗出力が小さいという特徴がある。
このような構造であっても本発明は蓄積ゲート部に関す
るものであるから蓄積ゲート3に第8図のようなりロッ
クを印加したり、あるいは蓄積ゲート3を第1図のよう
に分割し第2図のようなりロックを印加することにより
蓄積ゲートで発生する暗出力を抑制することが出来る。
また、上記実施例ではSTゲート3.SCゲート2が表
面チャネル形であったが埋め込みチャネル形であっても
よく、同様の効果を奏する。
また、P形とN形の関係を入れかえ、正孔を信号電荷と
してもよい。但し、この場合にはクロックの正負関係も
全く逆になる。
また、転送ゲート4を電荷転送素子5の転送ゲート10
で兼ねるようにしてもよい。
〔発明の効果〕
以上のように、本発明によれば、蓄積ゲートを少なくと
も1つ以上の電極からなる構造とし、信号電荷を蓄積す
る蓄積期間中の一定期間、5i−8i02界面に正孔を
蓄積させるようにしたため、暗出力の小さい低照度でも
S/Hの良い固体撮像素子が得られるという効果かある
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第2の実施例による固体撮像素子の受
光部の構造を示す図、第2図は第1図の実施例に適用さ
れるタロツクタイミング図、第3図は第2図の時刻t=
to、tI、t2におけるポテンシャルダイヤグラムを
示す図、第4図は本発明の第3の実施例による固体撮像
素子の埋め込みフォトダイオードをもつ受光部の構成を
示す図、第5図は第4図のZ方向のバンドダイヤグラム
を示す図、第6図は第4図の蓄積期間中のポテンシャル
ダイヤグラムを示す図、第7図(a)(b)は従来。 及び本発明の第1の実施例に共通の固体撮像素子の受光
部の構造を示す図、第8図は本発明の第1の実施例によ
る固体撮像素子の動作を示すクロックタイミング図、第
9図は第8図の時刻t0におけるポテンシャルダイヤグ
ラムを示す図、第1O図は従来のクロックタイミング図
、第11図は第10図の時刻t”tt、ttにおけるポ
テンシャルダイヤグラムを示す図、第12図は暗出力発
生及び抑制のメカニズムを説明する図である。 図中、1はフォトダイオード、2は制御ゲート、3.1
6は蓄積ゲート、4は転送ゲート、5は電荷転送素子、
6はP形半導体基板、7は高濃度P形素子分離領域、8
,9はN影領域、10は転送電極、11は絶縁膜、12
は遮光膜、13.14は電荷である。 なお、各図中同一符号は同一または、相当部分を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)光電変換素子と、 該光電変換素子から得られる第1の型の信号電荷を蓄積
    するMIS構造の蓄積ゲートと、 該蓄積ゲートに蓄えられた電荷を転送する電荷転送素子
    と、 前記蓄積ゲートと前記電荷転送素子との間に設けられた
    制御ゲートとを備えた固体撮像素子において、 前記蓄積ゲートは少くとも1つ以上の電極からなり、 信号電荷を蓄積する蓄積期間中の一定期間、半導体基板
    と絶縁膜の界面に前記第1の型と反対の第2の型のキャ
    リアを誘起させるのに充分な電圧を前記蓄積ゲートに与
    えるようにしたことを特徴とする固体撮像素子。
JP2236490A 1990-09-05 1990-09-05 固体撮像素子 Expired - Lifetime JP2738589B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2236490A JP2738589B2 (ja) 1990-09-05 1990-09-05 固体撮像素子

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2236490A JP2738589B2 (ja) 1990-09-05 1990-09-05 固体撮像素子

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH04115574A true JPH04115574A (ja) 1992-04-16
JP2738589B2 JP2738589B2 (ja) 1998-04-08

Family

ID=17001505

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2236490A Expired - Lifetime JP2738589B2 (ja) 1990-09-05 1990-09-05 固体撮像素子

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2738589B2 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012098747A1 (ja) * 2011-01-20 2012-07-26 浜松ホトニクス株式会社 固体撮像装置
US8841714B2 (en) 2011-01-14 2014-09-23 Hamamatsu Photonics K.K. Solid state imaging device

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5474388A (en) * 1977-11-25 1979-06-14 Nec Corp Charge coupled device
JPS5544712A (en) * 1978-09-26 1980-03-29 Toshiba Corp Storing charge in charge coupled device
JPS62269357A (ja) * 1986-05-19 1987-11-21 Sony Corp 固体撮像装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5474388A (en) * 1977-11-25 1979-06-14 Nec Corp Charge coupled device
JPS5544712A (en) * 1978-09-26 1980-03-29 Toshiba Corp Storing charge in charge coupled device
JPS62269357A (ja) * 1986-05-19 1987-11-21 Sony Corp 固体撮像装置

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8841714B2 (en) 2011-01-14 2014-09-23 Hamamatsu Photonics K.K. Solid state imaging device
WO2012098747A1 (ja) * 2011-01-20 2012-07-26 浜松ホトニクス株式会社 固体撮像装置
JP2012151364A (ja) * 2011-01-20 2012-08-09 Hamamatsu Photonics Kk 固体撮像装置
CN103329271A (zh) * 2011-01-20 2013-09-25 浜松光子学株式会社 固体摄像装置
KR20140015292A (ko) * 2011-01-20 2014-02-06 하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤 고체 촬상 장치
US9419051B2 (en) 2011-01-20 2016-08-16 Hamamatsu Photonics K.K. Solid-state imaging device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2738589B2 (ja) 1998-04-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH0410785B2 (ja)
US4462047A (en) Solid state imager with blooming suppression
US4748486A (en) Solid-state image sensor
US5101255A (en) Amorphous photoelectric conversion device with avalanche
US4794279A (en) A solid state imaging device which applies two separate storage voltages for the signal charges so as to reduce the smear level and the dark current
CN102104051B (zh) 固体摄像装置及其控制方法
JPH0766961B2 (ja) 固体撮像素子
JPS6216599B2 (ja)
JPH04115574A (ja) 固体撮像素子
JPH0430192B2 (ja)
JP2982206B2 (ja) 固体撮像素子
EP0276683B1 (en) Photoelectric conversion device
JP2599813B2 (ja) 固体撮像素子の駆動方法
JPS58161367A (ja) 電荷結合素子及びそれを用いた固体撮像素子
JPH0421351B2 (ja)
JPS6048907B2 (ja) 電荷結合素子に於ける電荷貯蔵法
JPS60244068A (ja) 埋込みチヤネル電荷結合素子
EP0607874A1 (en) Solid state image sensor
Chikamura et al. A high-sensitivity solid-state image sensor using a thin-film ZnSe-Zn 1-x Cd x Te heterojunction photosensor
JP2507027B2 (ja) 電荷転送装置およびその駆動方法
JPH0465133A (ja) 電荷結合装置
JPH0661467A (ja) 積層形固体撮像素子
JPS63308373A (ja) 電荷転送装置
JPH04162672A (ja) 固体撮像素子
JPH0521351B2 (ja)