JPH04125963A - Photoelectric conversion device - Google Patents

Photoelectric conversion device

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Publication number
JPH04125963A
JPH04125963A JP2246704A JP24670490A JPH04125963A JP H04125963 A JPH04125963 A JP H04125963A JP 2246704 A JP2246704 A JP 2246704A JP 24670490 A JP24670490 A JP 24670490A JP H04125963 A JPH04125963 A JP H04125963A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pixels
photodiode
switch
photoelectric conversion
conversion device
Prior art date
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Pending
Application number
JP2246704A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akimasa Tanaka
章雅 田中
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.)
Hamamatsu Photonics KK
Original Assignee
Hamamatsu Photonics KK
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Filing date
Publication date
Application filed by Hamamatsu Photonics KK filed Critical Hamamatsu Photonics KK
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Publication of JPH04125963A publication Critical patent/JPH04125963A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To make equal the signal charge storage times in photodiodes between all pixels by a method wherein switching of reset switches and transfer switches are controlled equally in respect to all the pixels. CONSTITUTION:A plurality of pixels are respectively constituted of each of photodiodes PD1 to PDn on a P-type substrate and moreover, each of capacitors C1 to Cn, each of transfer switches ST1 to STn and each of reset switches SDR1 to SRDn are provided in every pixel of the plurality of the pixels. The reset switches SRD1 to SDRn and the transfer switches ST1 to STn are controlled in such a way that they can be simultaneously switched in respect to the plurality of the pixels.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は画素ごとのフォトダイオードで光励起された信
号電荷を順次に読み出す光電変換装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a photoelectric conversion device that sequentially reads out signal charges photoexcited by photodiodes for each pixel.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

複数の画素を構成するフォトダイオードの信号電荷を、
画素ごとに順次読み出す従来装置の代表例として、第3
図に示されるものがある。同図(a)に示す通り、シリ
コンなどからなるp型基板1にはn型受光領域2が形成
されてフォトダイオードが構成され、このn型、受光領
域2に近接したp型基板1には、n型蓄積領域3が形成
されている。そして、n型受光領域2とn型蓄積領域3
の間のp型基板1上には、絶縁膜(図示せず)を介して
読出ゲート電極4が設けられている。これを等価回路で
示すと、第3図(b)のようになる。
The signal charges of the photodiodes that make up multiple pixels are
As a typical example of a conventional device that sequentially reads out each pixel, the third
There are those shown in the figure. As shown in FIG. 2(a), an n-type light-receiving region 2 is formed on a p-type substrate 1 made of silicon or the like to constitute a photodiode. , n-type accumulation region 3 is formed. Then, the n-type light receiving region 2 and the n-type accumulation region 3
A read gate electrode 4 is provided on the p-type substrate 1 between the two through an insulating film (not shown). If this is shown as an equivalent circuit, it will be as shown in FIG. 3(b).

すなわち、p型基板1とn型受光領域2で構成されるフ
ォトダイオードPDは、n型受光領域2、n型蓄積領域
3および読出ゲート電極4からなるFET構造による読
出スイッチS。を介してビデオラインVLに接続される
That is, the photodiode PD composed of a p-type substrate 1 and an n-type light receiving region 2 is a readout switch S having an FET structure composed of an n-type light receiving region 2, an n-type accumulation region 3, and a readout gate electrode 4. is connected to the video line VL via.

上記の装置によれば、画素ごとのフォトダイオードPD
の信号電荷は、画素ごとに開閉される読出スイッチS。
According to the above device, the photodiode PD for each pixel
The signal charge is transferred to a readout switch S that is opened and closed for each pixel.

によりビデオラインVLに出力される。そして、蓄積可
能な信号電荷量すなわち飽和電荷量は、フォトダイオー
ドPDの面積により決定される。
is output to the video line VL. The amount of signal charge that can be stored, that is, the amount of saturated charge, is determined by the area of the photodiode PD.

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

しかし、上記の従来装置では、続出スイッチSoは画素
ごとに順次に開閉されるため、信号光INによる信号電
荷の蓄積時間が画素ごとに異なってしまう。また、飽和
電荷量を大きくするためにフォトダイオードPDを大型
化すると、pn接合面積が大きくなって暗電流が増大す
る。
However, in the conventional device described above, since the successive switch So is sequentially opened and closed for each pixel, the accumulation time of the signal charge by the signal light IN differs from pixel to pixel. Furthermore, if the photodiode PD is made larger in order to increase the amount of saturated charge, the pn junction area becomes larger and dark current increases.

そこで本発明は、画素ごとの信号電荷の蓄積時間を同一
にすることができ、しかも暗電流を増大させることなく
飽和電荷量を大きくできる光電変換装置を提供すること
を目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a photoelectric conversion device that can make the accumulation time of signal charges the same for each pixel and can increase the amount of saturation charge without increasing dark current.

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

本発明に係る光電変換装置は、単一の半導体基板上に複
数の画素をそれぞれフォトダイオードで構成し、フォト
ダイオードの光励起による信号電荷を読出スイッチを介
して順次に読み出して映像信号として出力する装置にお
いて、フォトダイオードと並列接続されるように半導体
基板上に絶縁膜を介して配線層を形成することで構成さ
れたキャパシタと、フォトダイオードとキャパシタの間
に接続された転送スイッチと、フォトダイオードに接続
されたリセットスイッチとが複数の画素ごとに備えられ
、リセットスイッチはフォトダイオードによる信号電荷
の蓄積開始にあたって複数の画素について同時に開閉さ
せられ、転送スイッチは信号電荷の蓄積終了にあたって
複数の画素について同時に開閉させられることを特徴と
する。
A photoelectric conversion device according to the present invention is a device in which a plurality of pixels are each constituted by a photodiode on a single semiconductor substrate, and signal charges caused by photoexcitation of the photodiodes are sequentially read out via a readout switch and output as a video signal. , a capacitor configured by forming a wiring layer on a semiconductor substrate via an insulating film so as to be connected in parallel with a photodiode, a transfer switch connected between the photodiode and the capacitor, and a capacitor connected to the photodiode in parallel. A connected reset switch is provided for each pixel, and the reset switch is opened and closed simultaneously for multiple pixels when the photodiode starts to accumulate signal charges, and the transfer switch is opened and closed for multiple pixels simultaneously when the accumulation of signal charges ends. It is characterized by being able to be opened and closed.

〔作用〕[Effect]

本発明によれば、リセットスイッチと転送スイッチの開
閉を全ての画素について同一に制御することで、フォト
ダイオードにおける信号電荷の蓄積時間を全ての画素間
で同一にすることかできる。
According to the present invention, by controlling the opening and closing of the reset switch and the transfer switch in the same manner for all pixels, it is possible to make the signal charge accumulation time in the photodiode the same for all pixels.

また、半導体基板上に配線層を形成することで構成され
たキャパシタに、フォトダイオードから転送スイッチを
経て送られた信号電荷を蓄積できるので、フォトダイオ
ードを大型化することなく飽和電荷量を増大できる。
In addition, the signal charge sent from the photodiode via the transfer switch can be stored in a capacitor constructed by forming a wiring layer on the semiconductor substrate, so the amount of saturation charge can be increased without increasing the size of the photodiode. .

〔実施例〕〔Example〕

以下、添付図面を参照して本発明の詳細な説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

第1図は実施例に係る光電変換装置の構成を示し、同図
(a)は断面図、同図(b)はその等価回路図である。
FIG. 1 shows the configuration of a photoelectric conversion device according to an embodiment, with FIG. 1(a) being a sectional view and FIG. 1(b) being an equivalent circuit diagram thereof.

同図(a)のように、p型基板1に形成されたn型受光
領域2の近傍には不純物をドーピングしたn型領域5が
形成され、n型受光領域2とn型領域5の間のp型基板
1上には、絶縁膜(図示せず)を介して転送ゲート6が
形成され、このFET構造が転送スイッチsTを構成し
ている。そして、n型受光領域2は受光領域リセットス
イッチSRDを介してリセット電源端子に接続されてい
る。なお、この受光領域リセットスイッチSRDは例え
ばp型基板上のMOSFETで形成される。n型領域5
はポリシリコン、アルミニウムなどの配線7を介して出
力用のFETを成すn型ドレイン8に接続されている。
As shown in FIG. 5A, an n-type region 5 doped with impurities is formed near the n-type light-receiving region 2 formed on the p-type substrate 1, and between the n-type light-receiving region 2 and the n-type region 5. A transfer gate 6 is formed on the p-type substrate 1 via an insulating film (not shown), and this FET structure constitutes a transfer switch sT. The n-type light receiving region 2 is connected to a reset power supply terminal via a light receiving region reset switch SRD. Note that this light-receiving region reset switch SRD is formed of, for example, a MOSFET on a p-type substrate. n-type region 5
is connected to an n-type drain 8 forming an output FET via a wiring 7 made of polysilicon, aluminum, or the like.

このFETは上記n型ドレイン8と、n型ソース9およ
びゲート電極10を含み、これにより続出スイッチS。
This FET includes the n-type drain 8, the n-type source 9 and the gate electrode 10, thereby causing a subsequent switch S.

が構成されている。ここで、配線7は絶縁膜(図示せず
)を介してp型基板1上に形成され、あるいは絶縁膜を
挾んで設けられた2層のポリシリコンで形成されている
ため、ここにキャパシタC(図中点線)が生成される。
is configured. Here, since the wiring 7 is formed on the p-type substrate 1 via an insulating film (not shown) or is formed of two layers of polysilicon sandwiching the insulating film, the capacitor C (dotted line in the figure) is generated.

本実施例に類似の従来技術としては、例えば特開昭63
−.157581号公報のものが知られているが、本実
施例では単一の半導体基板にフォトダイオード、スイッ
チ、走査回路などからなる装置が構成されていることと
、フォトダイオードに並列接続されたキャパシタCかポ
リシリコンなどの配線7により形成されている点に特徴
かある。
As a prior art similar to this embodiment, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 63
−. 157581 is known, but in this example, a device consisting of a photodiode, a switch, a scanning circuit, etc. is configured on a single semiconductor substrate, and a capacitor C is connected in parallel to the photodiode. It is characterized in that it is formed by wiring 7 made of polysilicon or the like.

配線7によってキャパシタCを形成しているので、暗電
流を増大させることなく飽和電荷量を大きくてきる。具
体的には、フォトダイオードのpn接合を大きくして飽
和電荷量を大きくしたときに比べて、暗電流を3桁程度
も低くできる。また、このキャパシタCの容量は、配線
7とp型基板1の間の絶縁膜を薄< (200〜500
A)とすることで容易に大きくでき、フォトダイオード
を大面積化する場合に比べて半分以下の占有面積で飽和
電荷量を大きくできる。
Since the capacitor C is formed by the wiring 7, the amount of saturation charge can be increased without increasing the dark current. Specifically, the dark current can be reduced by about three orders of magnitude compared to when the pn junction of the photodiode is made larger to increase the amount of saturation charge. In addition, the capacitance of this capacitor C is such that the insulating film between the wiring 7 and the p-type substrate 1 is thin < (200 to 500
By setting A), it is possible to easily increase the size of the photodiode, and the amount of saturated charge can be increased with less than half the occupied area compared to the case where the photodiode has a large area.

第2図は第1図に示す光電変換装置の全体構成を示して
いる。図示の通り、この光電変換装置は1番目からn番
目までのn個の画素を有しており、これらのフォトダイ
オードPD1〜PDoの信号電荷が、走査回路20によ
って順次に読み出され、ビデオラインVLに映像信号と
して出力されるようになっている。
FIG. 2 shows the overall configuration of the photoelectric conversion device shown in FIG. As shown in the figure, this photoelectric conversion device has n pixels from 1st to nth, and the signal charges of these photodiodes PD1 to PDo are sequentially read out by the scanning circuit 20 and sent to the video line. It is designed to be output as a video signal to VL.

第2図を参照して実施例の動作を説明する。The operation of the embodiment will be explained with reference to FIG.

本実施例の装置は、次の4ステツプを繰り返すことで信
号電荷の蓄積と検出を行なう。まず、第1ステツプでは
、全画素の読出スイッチSo1〜S 5キヤパシタリセ
ツトスイツチ” RCI〜n S  および受光領域リセットスイッチ5RD1〜Cn S  が開いてる状態で、転送制御信号により全Dn 画素の転送スイッチST1〜ST1が閉じ、全画素のフ
ォトダイオードPD、〜PD、の信号電荷かそれぞれの
キャパシタC1〜Cnに送られる。次に、第2ステツプ
では、全画素の転送スイッチST1〜”Tnが開状態と
なり、全画素の受光領域リセットスイッチS  −8が
閉じられ、−斉にフオDIRDn トダイオードPD1〜PDnがリセットされる。
The device of this embodiment accumulates and detects signal charges by repeating the following four steps. First, in the first step, with the readout switches So1 to S5 of all pixels, the capacitor reset switches 5RD1 to CnS, and the light receiving area reset switches 5RD1 to CnS open, a transfer control signal is used to control the transfer switches of all Dn pixels. ST1~ST1 are closed, and the signal charges of the photodiodes PD, ~PD, of all pixels are sent to the respective capacitors C1~Cn.Next, in the second step, the transfer switches ST1~''Tn of all pixels are in the open state. Then, the light receiving area reset switches S-8 of all pixels are closed, and the photo diodes PD1 to PDn are simultaneously reset.

次いで、全画素の受光領域リセットスイッチS  −8
が−斉に開き、光励起された信号RDI   RDn 電荷の蓄積が開始する。次に、第3ステツプでは、読出
スイッチS01〜Sonが画素ごとに1番目(S  )
からn番目(S On)まで順次に閉じられ、キャパシ
タC1〜Cnの信号電荷が順番にビデオラインVLに読
み出される。なお、この間もフォトダイオードPD1〜
PD、では信号電荷の蓄積が続いている。次の第4ステ
ツプでは、続出スイッチS。1〜Sooによる信号電荷
の読み出しか全ての画素で終了した時点で、キャパシタ
リセットスイッチS  −8が閉じられ、キャパシタR
CI   RCn 01〜coか全ての画素についてリセットされる。
Next, the light receiving area reset switch S-8 for all pixels
opens all at once, and the photo-excited signal RDI RDn begins to accumulate charge. Next, in the third step, the readout switches S01 to Son are set to the first (S) for each pixel.
The capacitors C1 to Cn are sequentially closed, and the signal charges of the capacitors C1 to Cn are sequentially read out to the video line VL. During this time, photodiodes PD1~
In the PD, signal charges continue to accumulate. In the next fourth step, the successive switch S is activated. 1 to Soo is completed for all pixels, the capacitor reset switch S-8 is closed, and the capacitor R
CI RCn 01-co is reset for all pixels.

なお、この間のフォトダイオードPD1〜PDnでは信
号電荷の蓄積が続いている。この第4ステツプが終ると
、再び第1ステツプに戻り、転送スイッチST1〜ST
nが全ての画素について閉じられる。このため、信号電
荷の蓄積時間の同時刻性を維持しながら、順次に信号を
読み出すことが可能になる。この場合、キャパシタCで
信号電荷を保持しているので、仮にフォトタイオードに
暗電流があったとしても、走査回路で読み出される際の
電荷の時間変化は極めて少なくなる。
Note that signal charges continue to be accumulated in the photodiodes PD1 to PDn during this period. When this fourth step is completed, the process returns to the first step and the transfer switches ST1 to ST
n is closed for all pixels. Therefore, it becomes possible to sequentially read out signals while maintaining the simultaneity of signal charge accumulation time. In this case, since the signal charge is held in the capacitor C, even if there is a dark current in the photodiode, the time change in the charge when read out by the scanning circuit is extremely small.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上、詳細に説明した通り本発明では、リセ・ソトスイ
ッチと転送スイッチの開閉を全ての画素について同一に
制御することで、フォトダイオードにおける信号電荷の
蓄積時間を同一にすることができる。また、半導体基板
上に配線層を形成することで構成されたキャパシタに、
フォトダイオードからの信号電荷を蓄積できるので、フ
ォトダイオードを大型化することなく飽和電荷量を増大
できる。このため、画素ごとの信号電荷の蓄積時間を同
一にして同時刻性を確保することができ、しかも暗電流
を増大させることなく飽和電荷量を大きくすることがで
きる。
As described above in detail, in the present invention, by controlling the opening and closing of the reset/soto switch and the transfer switch in the same manner for all pixels, it is possible to make the signal charge accumulation time in the photodiode the same. In addition, a capacitor constructed by forming a wiring layer on a semiconductor substrate,
Since the signal charge from the photodiode can be accumulated, the amount of saturation charge can be increased without increasing the size of the photodiode. Therefore, simultaneousness can be ensured by making the accumulation time of signal charges the same for each pixel, and moreover, the amount of saturated charges can be increased without increasing dark current.

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

第1図は実施例に係る光電変換装置の要部構成図、第2
図は実施例に係る光電変換装置の全体構成図、第3図は
従来例に係る光電変換装置を示す図である。 1・・・p型基板、2・・・n型受光領域、3・・・n
型蓄積領域、4・・・読出ゲート電極、5・・・n型領
域、6・・・転送ゲート、7・・・配線、8・・・n型
ドレイン、9・・・n型ソース、S、S   −S  
 ・・・キャバRCRCI   RCn シタリセットスイッチ、S、S   −5RD   R
DI   RDn”’ 受光領域リセットスイッチ、5S−S  ・・T’  
TI   Tn 転送スイッチ、S、S−S  ・・・続出スイッチ、0
  01  0n pD、PD1〜PDo・・・フォトダイオード、VL・
・・ビデオライン。
Fig. 1 is a configuration diagram of the main parts of the photoelectric conversion device according to the embodiment, and Fig. 2
The figure is an overall configuration diagram of a photoelectric conversion device according to an embodiment, and FIG. 3 is a diagram showing a photoelectric conversion device according to a conventional example. 1...p-type substrate, 2...n-type light receiving region, 3...n
Type storage region, 4... Readout gate electrode, 5... N-type region, 6... Transfer gate, 7... Wiring, 8... N-type drain, 9... N-type source, S ,S-S
... Cabaret RCRCI RCn Shita reset switch, S, S -5RD R
DI RDn"' Light receiving area reset switch, 5S-S...T'
TI Tn Transfer switch, S, S-S ... Successive switch, 0
01 0n pD, PD1~PDo...Photodiode, VL・
...Video line.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 単一の半導体基板上に複数の画素をそれぞれフォトダイ
オードで構成し、前記フォトダイオードの光励起による
信号電荷を読出スイッチを介して順次に読み出して映像
信号として出力する光電変換装置において、 前記フォトダイオードと並列接続されるように前記半導
体基板上に絶縁膜を介して配線層を形成することで構成
されたキャパシタと、前記フォトダイオードと前記キャ
パシタの間に接続された転送スイッチと、前記フォトダ
イオードに接続されたリセットスイッチとが前記複数の
画素ごとに備えられ、 前記リセットスイッチは前記フォトダイオードによる前
記信号電荷の蓄積開始にあたって前記複数の画素につい
て同時に開閉させられ、 前記転送スイッチは前記信号電荷の蓄積終了にあたって
前記複数の画素について同時に開閉させられることを特
徴とする光電変換装置。
[Scope of Claims] A photoelectric conversion device in which a plurality of pixels are each constituted by a photodiode on a single semiconductor substrate, and signal charges caused by photoexcitation of the photodiodes are sequentially read out via a readout switch and output as a video signal. A capacitor configured by forming a wiring layer on the semiconductor substrate via an insulating film so as to be connected in parallel with the photodiode, and a transfer switch connected between the photodiode and the capacitor. , a reset switch connected to the photodiode is provided for each of the plurality of pixels, the reset switch is opened and closed simultaneously for the plurality of pixels when the photodiode starts accumulating the signal charge, and the transfer switch is A photoelectric conversion device characterized in that the plurality of pixels are simultaneously opened and closed upon completion of accumulation of the signal charge.
JP2246704A 1990-09-17 1990-09-17 Photoelectric conversion device Pending JPH04125963A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008300879A (en) * 1996-05-22 2008-12-11 Eastman Kodak Co Color active pixel sensor with electronic shutter, anti-blooming and low crosstalk

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