JPH04145663A - Mos type solid state image sensor and driving method therefor - Google Patents

Mos type solid state image sensor and driving method therefor

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Publication number
JPH04145663A
JPH04145663A JP2269818A JP26981890A JPH04145663A JP H04145663 A JPH04145663 A JP H04145663A JP 2269818 A JP2269818 A JP 2269818A JP 26981890 A JP26981890 A JP 26981890A JP H04145663 A JPH04145663 A JP H04145663A
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JP
Japan
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region
island
switches
potential
horizontal
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Application number
JP2269818A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiromitsu Shiraki
白木 広光
Shinichi Teranishi
信一 寺西
Yoshikuni Tanaka
田中 敬訓
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Publication of JPH04145663A publication Critical patent/JPH04145663A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To obtain an excellent image in low illuminance and to prevent blooming by providing an insular P-type region on an N-type semiconductor substrate, an N<+> type region and a P<+> type region formed in the insular region, first-third switches, etc. CONSTITUTION:When a minus several volts (7 volts) is set to a P<+> type region 2 and the surface potential of an N<+> type region 4 under a horizontal electrode 7 of a first stage is set to a potential higher by 1 volt than that of the region 2, an insular P-type region 3 of an uppermost stage is all depleted or completely depleted. Then, when the surface potential under a pM0S transistor Tr 8 is set to about 0.5V, a Tr 8, nMOSTr9 are all turned OFF, and the region 2 is floated. The uppermost stage starts to stored signal holes, and when signal storage of second stage is finished, a signal is then read through first-third switches 15, 16, 17, a capacity 17, etc. Such an operation is repeated to continuously obtain a signal responsive to an incident light from an all screen with high sensitivity, and blooming can be prevented.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はMOS型固体撮像装置およびその駆動方法に関
する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a MOS solid-state imaging device and a method for driving the same.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来の固体撮像装置には大きく分けてMOS型固体撮像
装置とCCD型固体撮像装置がある。第4図はMOS型
固体撮像装置の回路図である。この装置は垂直シフトレ
ジスタ101、水平シフトレジスタ102、光ダイオー
ドPD、各光ダイオードの垂直、水平走査用に設けられ
た二個のM○SトランジスタスイッチTv(垂直)、T
H(水平)、さらに各水平信号線103には各水平素子
読み取りの直前に水平信号線103をビデオバイアスV
RにリセットするトランジスタTR、トランジスタTλ
をオン・オフするためのリセット信号線Rp、さらに各
水平映像信号の映像増幅器104への入力、非入力をコ
ントロールするスイッチSVよりなる。
Conventional solid-state imaging devices are broadly classified into MOS solid-state imaging devices and CCD-type solid-state imaging devices. FIG. 4 is a circuit diagram of a MOS type solid-state imaging device. This device consists of a vertical shift register 101, a horizontal shift register 102, a photodiode PD, and two M○S transistor switches Tv (vertical) and Tv provided for vertical and horizontal scanning of each photodiode.
H (horizontal), and each horizontal signal line 103 is connected to a video bias V immediately before reading each horizontal element.
Transistor TR and transistor Tλ reset to R
A reset signal line Rp for turning on and off the video amplifier 104, and a switch SV for controlling input and non-input of each horizontal video signal to the video amplifier 104.

次にこの固体撮像装置の動作について述べる。Next, the operation of this solid-state imaging device will be described.

まず最上段の垂直走査線105に垂直シフトレジスタ1
01からパルス電圧を与え最上段のトランジスタTVを
すべてオン状態にする。次にリセットトランジスタTR
をリセ・ント信号Rpによってオン状態にすることによ
って水平信号線の電位をビデオバイアスVRにセットす
る。次にトランジスタTRをオフした後水平シフトレジ
スタ1゜2からの出力によって左端のMOSトランジス
タTHを働らかせて映像信号を読み出す。ここで再びト
ランジスタTλをオン・オフして水平信号線の電位をビ
デオバイアス■hにセットする。次に第一段の左から2
個目の画素のトランジスタTHを働らかせて映像信号を
読み出す。このような操作を右端まで行ない、−段目の
映像出力を映像増幅器104から得る。次に垂直シフト
レジスタの出力を第2段目に移し、第一段と同様の操作
を行ない第2段目の出力を得る。このような操作を最下
段まで行ない、垂直ブランキング期間の後第−段から全
く同じようにして出力信号の読み出しを行なう。以上の
操作によって、光ダイオードPDへの光入射によって発
生した電子は映像増幅器104に送られ映像信号となる
。しかし、光によって発生した電子は光ダイオードがら
映像増幅器104まで、全く増幅されることなく送られ
る。
First, the vertical shift register 1 is placed on the top vertical scanning line 105.
A pulse voltage is applied from 01 to turn on all the transistors TV in the uppermost stage. Next, reset transistor TR
By turning on state by the reset signal Rp, the potential of the horizontal signal line is set to the video bias VR. Next, after turning off the transistor TR, the leftmost MOS transistor TH is activated by the output from the horizontal shift register 1.about.2 to read out the video signal. Here, the transistor Tλ is turned on and off again to set the potential of the horizontal signal line to the video bias h. Next, 2 from the left in the first row
The transistor TH of the pixel is activated to read out the video signal. This operation is carried out until the right end, and the -th stage video output is obtained from the video amplifier 104. Next, the output of the vertical shift register is transferred to the second stage, and the same operation as in the first stage is performed to obtain the output of the second stage. This operation is performed until the lowest stage, and after the vertical blanking period, the output signal is read out in exactly the same manner from the -th stage. Through the above operations, electrons generated by light incident on the photodiode PD are sent to the video amplifier 104 and become a video signal. However, the electrons generated by the light are sent from the photodiode to the video amplifier 104 without being amplified at all.

CCD型固体撮像装置においては、光電変換された信号
電荷が垂直CCDレジスタへ送られ、水平CCDレジス
タへ転送され映像増幅器へ送られるが、画素に増幅機能
を有していないことは、MOS型固体撮像装置と同様で
ある。
In a CCD type solid-state imaging device, the photoelectrically converted signal charge is sent to a vertical CCD register, transferred to a horizontal CCD register, and then sent to a video amplifier. It is similar to an imaging device.

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

以上説明したように、従来のMOS型固体撮像装置にお
いては、画素自体に増幅機能を有していないので、入射
光量が小さい低照度の撮像では、MOSトランジスタよ
りなる読出回路から発生する雑音による画質の劣化が著
しいという欠点がある。
As explained above, in conventional MOS solid-state imaging devices, the pixels themselves do not have an amplification function, so in low-light imaging where the amount of incident light is small, the image quality is affected by the noise generated from the readout circuit made of MOS transistors. It has the disadvantage of significant deterioration.

本発明の目的は、低照度において良好な画像の得られる
MOS型固体撮像装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a MOS solid-state imaging device that can obtain good images at low illuminance.

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

本発明MOS型固体撮像装置は、N(又はP)型半導体
基板に選択的に形成された島状P(又はN)型領域、前
記島状P(又はN)型領域に形成されたN”  (又は
P+)領域、前記島状P(又はN)型領域と所定間隔お
いて形成されたP”  (又はN” )領域、前記P+
 (又はN” )領域と前記N”  (又はP+)領域
と前記島状P(又はN)型領域とを含む前記N(又はP
)型半導体基板表面に形成された絶縁膜、および前記絶
縁膜上に設けられたゲート電極を有する複合MOSトラ
ンジスタを、L本の水平電極とM本の垂直読出線の交差
位置に、前記ゲート電極を前記水平電極に接続し前記N
”  (又はP” )領域を前記垂直読出線に接続して
、それぞれ配置したセンサアレイと、前記センサアレイ
のM本の垂直読出線のそれぞれの一端と基準電位端との
間に挿入されたM個の第1のスイッチと、前記M本の垂
直読出線のそれぞれの他端に一端を接続されたM個の第
2のスイッチと、前記各第2のスイッチの他端と信号線
との間にそれぞれ挿入された第3のスイッチと、前記第
2のスイッチの他端と基準電位端との間にそれぞれ挿入
された電荷蓄積手段と、前記第3のスイッチを順次に開
閉するパルスを発生する水平シフトレジスタと、前記垂
直読出線に順次に所定のパルスを印加する垂直レジスタ
と、前記N(又はP)型半導体基板に所定の正(又は負
)の直流電位を印加する手段と、前記複合MOSトラン
ジスタのP”  (又はN” )領域に所定の負(又は
正)の直流電位を印加する手段とを有するというもので
ある。
The MOS type solid-state imaging device of the present invention includes an island-like P (or N) type region selectively formed on an N (or P) type semiconductor substrate, and an N'' formed in the island-like P (or N) type region. (or P+) region, a P” (or N”) region formed at a predetermined distance from the island-like P (or N) type region, and the P+
(or N'') region, the N'' (or P+) region, and the island-like P (or N) type region.
) A composite MOS transistor having an insulating film formed on the surface of a semiconductor substrate and a gate electrode provided on the insulating film is placed at the intersection of L horizontal electrodes and M vertical readout lines with the gate electrode is connected to the horizontal electrode and the N
” (or P”) region connected to the vertical readout line, and the sensor array arranged respectively, and M inserted between one end of each of the M vertical readout lines of the sensor array and the reference potential end. between M first switches, M second switches each having one end connected to the other end of each of the M vertical readout lines, and the other end of each of the second switches and the signal line. a third switch inserted in each, a charge storage means inserted between the other end of the second switch and a reference potential end, and a pulse that sequentially opens and closes the third switch; a horizontal shift register; a vertical register that sequentially applies predetermined pulses to the vertical readout line; a means for applying a predetermined positive (or negative) DC potential to the N (or P) type semiconductor substrate; The MOS transistor has means for applying a predetermined negative (or positive) DC potential to the P" (or N") region of the MOS transistor.

又、本発明MOS型固体撮像装置の駆動方法は、N(又
はP)型半導体基板に選択的に形成された島状P(又は
N)型領域、前記島状P(又はN)型領域に形成された
N”  (又はP+)領域、前記島状P(又はN)型領
域と所定間隔おいて形成されたP+ (又はN”)領域
、前記P”  (又はN” )領域と前記N”  (又
はP” )領域と前記島状P(又はN)型領域とを含む
前記N(又はP)型半導体基板表面に形成された絶縁膜
、および前記絶縁膜上に設けられたゲート電極を有する
複合MOSトランジスタを、L本の水平電極とM本の垂
直読出線の交差位置に、前とゲート電極を前記水平電極
に接続し前記N”  (又はP” )領域を前記垂直読
出線に接続して、それぞれ配置したセンサアレイと、前
記センサアレイのM本の垂直読出線のそれぞれの一端と
基準電位端との間に挿入されたM個の第1のスイッチと
、前記M本の垂直読出線のそれぞれの他端に一端を接続
されたM個の第2のスイッチと、前記各第2のスイッチ
の他端と信号線との間にそれぞれ挿入された第3のスイ
ッチと、前記第2のスイッチの他端と基準電位端との間
にそれぞれ挿入された電荷蓄積手段と、前記第3のスイ
ッチを順次に開閉するパルスを発生する水平シフトレジ
スタと、前記垂直読出線に順次に所定のパルスを印加す
る垂直レジスタと、前記N(又はP)型半導体基板に所
定の正(又は負)の直流電位を印加する手段と、前記複
合MOSトランジスタのP”  (又はN” )領域に
所定の負(又は正)の直流電位を印加する手段とを有す
るMOS型固体撮像素子の、i(1≦i≦L)番目の前
記水平電極を介して前記各複合MoSトランジスタのp
(又はn)MOSトランジスタのチャネルの表面電位を
前記P”  (又はN” )領域の電位より1ボルト程
度高く(又は低く)なるように設定して前記島状P(又
はN)型領域を空乏化せしめ、前記表面電位を前記i番
目の水平電極を介して所定の電位に設定して前記島状p
(又はN)型領域及びその周辺に入射した光によって発
生した正孔(又は電子)を前記島状P(又はN)型領域
並びにその周囲の浮遊容量に一定期間蓄積する動作をi
=1からi=Lまで順次に行なったのち、M個の前記第
2のスイッチを開きM個の前記第1のスイッチを閉じて
M本の前記垂直読出線の電位を初期設定したのち、M個
の前記第1のスイッチを開き、M個の前記第2のスイッ
チを閉じたのち、i番目の前記水平電極に正(又は負)
電位のパルスを与えて前記複合MOSトラジスタのn(
又はp)MOSトランジスタを導通させ前記入射光に応
じた信号電流を前記垂直読出線に取り出して前記電荷蓄
積手段に蓄積し、前記第3のスイッチを開き、前記水平
シフトレジスタからのパルスによって順次に前言己第2
のスイッチを閉じて前記電荷蓄積手段の電荷を前記信号
線に取り出す動作を、i=1からi=Lまで順次に行な
って1フィールド分の映像情報とするというものである
Further, the method for driving the MOS type solid-state imaging device of the present invention includes: an island-like P (or N) type region selectively formed on an N (or P) type semiconductor substrate; a formed N'' (or P+) region, a P+ (or N'') region formed at a predetermined distance from the island-like P (or N) type region, and the P'' (or N'') region and the N'' (or P'') region and the island-like P (or N) type region, an insulating film formed on the surface of the N (or P) type semiconductor substrate, and a gate electrode provided on the insulating film. A composite MOS transistor is placed at the intersection of L horizontal electrodes and M vertical readout lines, with the front and gate electrodes connected to the horizontal electrodes, and the N'' (or P'') region connected to the vertical readout lines. and a sensor array arranged respectively, M first switches inserted between one end of each of the M vertical readout lines of the sensor array and a reference potential end, and the M vertical readout lines. M second switches each having one end connected to the other end of each of the second switches; a third switch inserted between the other end of each of the second switches and the signal line; charge storage means each inserted between the other end of the switch and a reference potential end, a horizontal shift register that generates pulses to sequentially open and close the third switch, and a predetermined pulse that is sequentially applied to the vertical readout line. means for applying a predetermined positive (or negative) DC potential to the N (or P) type semiconductor substrate; (or a positive) DC potential of each composite MoS transistor through the i-th (1≦i≦L) horizontal electrode of the MOS solid-state image sensor having
(or n) The surface potential of the channel of the MOS transistor is set to be about 1 volt higher (or lower) than the potential of the P" (or N") region to deplete the island-like P (or N) type region. and setting the surface potential to a predetermined potential via the i-th horizontal electrode to
i
=1 to i=L, the M second switches are opened, the M first switches are closed, and the potentials of the M vertical readout lines are initialized. After opening M of the first switches and closing M of the second switches, a positive (or negative) voltage is applied to the i-th horizontal electrode.
n( of the composite MOS transistor) by applying a potential pulse
or p) conduct the MOS transistor to take out a signal current corresponding to the incident light to the vertical readout line and store it in the charge storage means, open the third switch, and sequentially use the pulse from the horizontal shift register. Pre-word self 2nd
The operation of closing the switch and taking out the charge in the charge storage means to the signal line is performed sequentially from i=1 to i=L to obtain one field of video information.

〔実施例〕〔Example〕

次に本発明の実施例について図面を参照して説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は本発明MOS型固体撮像装置の第1の実施例の
回路図(便宜上、2行2列のセンサアレイを図示)、第
2図(a)は第1の実施例におけるセンサアレイの構造
を示す平面図、第2図(b)、(c)はそれぞれ第2図
(a)のA−A線断面図、B−B線断面図である。
FIG. 1 is a circuit diagram of a first embodiment of the MOS solid-state imaging device of the present invention (for convenience, a sensor array with 2 rows and 2 columns is shown), and FIG. 2(a) is a circuit diagram of a sensor array in the first embodiment. A plan view showing the structure, FIGS. 2(b) and 2(c) are a sectional view taken along the line AA and BB in FIG. 2(a), respectively.

まずセンサアレイの画素について説明する。First, the pixels of the sensor array will be explained.

N型半導体基板1の表面部に六角形状の島状P型領域3
が設けられている。島状P型領域3から所定間隔におい
てP1領域2が取り囲んでいる。
A hexagonal island-shaped P-type region 3 is formed on the surface of the N-type semiconductor substrate 1.
is provided. A P1 region 2 surrounds the island-like P-type region 3 at a predetermined interval.

又、島状P型領域3の中央部に浅いN+領域4が設けら
れている。このようなN型半導体基板1の表面には厚さ
数十ナノメータの5i02膜(8゜9)が全面に設けら
れその上にポリシリコン膜(厚さ数百ナノメータ)など
の水平電極7が設けられている。水平電極の表面にはS
 i 02膜10が設けられている。又、N+領域4と
コンタクト領域5aで接触して垂直読出線5bが設けら
れている。コンタクト領域5aは水平電極と短絡したい
よう水平電極を貫通するコンタクト孔の側面は酸化シリ
コン膜で覆われている。
Furthermore, a shallow N+ region 4 is provided in the center of the island-like P-type region 3. On the surface of such an N-type semiconductor substrate 1, a 5i02 film (8°9) with a thickness of several tens of nanometers is provided over the entire surface, and a horizontal electrode 7 such as a polysilicon film (with a thickness of several hundred nanometers) is provided thereon. It is being S on the surface of the horizontal electrode
An i02 membrane 10 is provided. Further, a vertical readout line 5b is provided in contact with the N+ region 4 at a contact region 5a. In order to short-circuit the contact region 5a with the horizontal electrode, the side surface of the contact hole penetrating the horizontal electrode is covered with a silicon oxide film.

このような構造の画素が水平方向に配列されて水平電極
7を共有している。このような水平列が複数本平行に配
置して六方稠密構造のセンサアレイを構成している。各
画素のP+領域は上下左右に連結されて網状をなしてい
る。又、各画素の垂直読出線5bは垂直方向にジグザグ
に連結されている6 各画素は、島状P壁領域3をソース、P+領域2をドレ
イン、SfOzM8をゲート絶縁膜とするpMOSトラ
ンジスタ(以下参照番号を(8)と記す)と、N1領域
をソース、島状P型領域上の5i02膜9をゲート絶縁
膜、N型半導体基板1をトレインとするn M OS 
トランジスタ(以下参照番号(9)と記す)とを含んで
いる。水平電極7はpMoSトラジスタ(8)、nMO
Sトランジスタ(9)のゲート電極である。
Pixels having such a structure are arranged in the horizontal direction and share the horizontal electrode 7. A plurality of such horizontal rows are arranged in parallel to form a sensor array with a hexagonal close-packed structure. The P+ area of each pixel is connected vertically and horizontally to form a net shape. Further, the vertical readout lines 5b of each pixel are connected in a zigzag manner in the vertical direction6. Each pixel is a PMOS transistor (hereinafter referred to as PMOS transistor) having the island-like P wall region 3 as the source, the P+ region 2 as the drain, and the SfOzM8 as the gate insulating film. The reference number is (8)), the N1 region is the source, the 5i02 film 9 on the island-like P-type region is the gate insulating film, and the N-type semiconductor substrate 1 is the train.
A transistor (hereinafter referred to as reference number (9)) is included. The horizontal electrode 7 is a pMoS transistor (8), an nMO
This is the gate electrode of the S transistor (9).

以上説明したセンサアレイの2本の垂直読出線5のそれ
ぞれの一端と接地電位端との間に第1のスイッチ15が
挿入され、又2本の垂直読出線のそれぞれの他端に第2
のスイ、ツチ16の一端が接続され、第2のスイッチの
他端は容量17と第3のスイッチ18の一端に接続され
、第3のスイッチの他端は信号線20に接続されている
。第3のスイッチ18であるMOSトランシタのゲート
電極は、水平シフトレジスタ14の各段に接続されてい
る。垂直信号読出線7には、垂直レジスタ13により、
順次にパルスが印加される。又、N型半導体基板1には
電源11が接続され、各画素のP“領域2には電源12
が接続されている。
A first switch 15 is inserted between one end of each of the two vertical readout lines 5 of the sensor array described above and the ground potential terminal, and a second switch 15 is inserted between the other end of each of the two vertical readout lines 5.
One end of the switch 16 is connected, the other end of the second switch is connected to the capacitor 17 and one end of the third switch 18, and the other end of the third switch is connected to the signal line 20. The gate electrode of the MOS transistor, which is the third switch 18, is connected to each stage of the horizontal shift register 14. The vertical signal readout line 7 is provided with the following information by the vertical register 13.
Pulses are applied sequentially. Further, a power supply 11 is connected to the N-type semiconductor substrate 1, and a power supply 12 is connected to the P" region 2 of each pixel.
is connected.

次にこの画素の動作について説明する。Next, the operation of this pixel will be explained.

N型半導体基板1に、電源11によりプラス数ボルトの
基板バイアス電圧を加え、P”領域2には数ボルト(7
ボルトと仮定する)のマイナス電圧を加えると同時に水
平方向電極7にはP+領域2に加えた電圧よりやや高い
電圧を加え、N型半導体基板1の表面電位をP+領域2
の電圧より約IV高くする。
A substrate bias voltage of plus several volts is applied to the N-type semiconductor substrate 1 by the power supply 11, and a substrate bias voltage of several volts (7
At the same time, a voltage slightly higher than the voltage applied to the P+ region 2 is applied to the horizontal electrode 7, and the surface potential of the N-type semiconductor substrate 1 is changed to the P+ region 2.
The voltage is about IV higher than that of the voltage.

このときP+領域2と島状P壁領域3の間はpMOSト
ランジスタ(8)が存在する。従って島状P壁領域3の
正孔は水平電極7の下の薄いSiC2の下を通ってP+
領域2に引き込まれマイナス電位となる。その大きさは
pMOSトランジスタ(8)とチャネル領域の表面電位
に等しくなる。
At this time, a pMOS transistor (8) exists between the P+ region 2 and the island-like P wall region 3. Therefore, the holes in the island-like P wall region 3 pass under the thin SiC2 under the horizontal electrode 7 and pass through the P+
It is drawn into region 2 and has a negative potential. Its size is equal to the surface potential of the pMOS transistor (8) and the channel region.

またP+領域2および水平電極7の電圧が負で共に大き
い時(P+領域2の方がより負とする)は島状P壁領域
3の正孔はすべてP+領域2に引き去られ島状P壁領域
3は完全に空乏化される。次に8の下の電位が一〇、5
■になるような電圧を水平電極7に与える。このとき島
状P壁領域はポテンシャル井戸となる。光がこのセルに
当たると、島状P壁領域3およびその周辺に発生したホ
ールは島状P壁領域および、島状P壁領域と連結した浮
遊容量に流入して、その電位を上げる。今N+領域4を
ソース(通常0ボルト)、島状P壁領域3のうちその表
面にゲート絶縁膜9をもつ領域をゲート、N型半導体基
板1をドレインとするn M OS )ラジスタ(9〉
を考える。
Furthermore, when the voltages of the P+ region 2 and the horizontal electrode 7 are both negative and large (the P+ region 2 is more negative), all the holes in the island-like P wall region 3 are drawn away to the P+ region 2, and the island-like P Wall region 3 is completely depleted. Next, the potential below 8 is 10, 5
Apply a voltage to the horizontal electrode 7 such that: (2). At this time, the island-like P wall region becomes a potential well. When light hits this cell, holes generated in the island-like P-wall region 3 and its surroundings flow into the island-like P-wall region and the floating capacitance connected to the island-like P-wall region, raising the potential thereof. Now, an nMOS) radiator (9) with the N+ region 4 as the source (usually 0 volts), the region of the island-like P wall region 3 with the gate insulating film 9 on its surface as the gate, and the N-type semiconductor substrate 1 as the drain.
think of.

このとき、島状P壁領域の電位は入射した光が大である
程ゼロに近ずくので、nMOSトランジスタ(9)のバ
ックゲート電圧は小さくなり、しきい電圧も小さくなり
ドレイン電流は大きくなる2従ってトレイン電流の大き
さから画素に入射した光量を知ることができる。この電
流は垂直読出線5に現われる。
At this time, the potential of the island-like P wall region approaches zero as the incident light increases, so the back gate voltage of the nMOS transistor (9) decreases, the threshold voltage also decreases, and the drain current increases2. Therefore, the amount of light incident on the pixel can be determined from the magnitude of the train current. This current appears on the vertical readout line 5.

次にこの第1の実施例の駆動方法(本発明MO8型固体
撮像装置の駆動方法の第1の実施例)について説明する
Next, the driving method of this first embodiment (the first embodiment of the driving method of the MO8 type solid-state imaging device of the present invention) will be explained.

P“領域2をマイナス数ボルト(7ボルトとする)、第
一段の水平電極下のN領域の表面電位をP+領域2より
1ボルト高い電位に設定すると最上段の島状P壁領域は
すべて空乏化あるいは完全空乏化する。次に第一段の水
平電極7をpMOsMOSトランシタの下の表面電位が
0.5V程度になるようにするとpMOSトランジスタ
(8)nMOSトランジスタ(9)共にオフになり島状
P型領域はフロートする。この状態で最上段は信号正孔
の蓄積を始める。この状態で第2段にも同じ操作を行な
い信号蓄積を始める。第2段の信号蓄積が終了したら次
に信号の読み出しを行なう。
If P" region 2 is set to minus several volts (7 volts) and the surface potential of N region under the first stage horizontal electrode is set to a potential 1 volt higher than P+ region 2, the island-like P wall region of the topmost stage is all Depletion or complete depletion.Next, when the horizontal electrode 7 of the first stage is set so that the surface potential under the pMOSMOS transistor is about 0.5V, both the pMOS transistor (8) and the nMOS transistor (9) are turned off, and the island is depleted. The P-type region floats. In this state, the top stage starts accumulating signal holes. In this state, the same operation is performed on the second stage to start signal accumulation. Once the signal accumulation in the second stage is completed, the next Read out the signal.

前述した信号の蓄積状態では各画素のnMOsトランジ
スタはオフになっている。この状態でまず第1のスイッ
チ16を開き、第2のスイッチ15を閉じて垂直読出線
5の電位を接地電位にし垂直読出線の電位を初期化する
。次に第1のスイッチ15を開く。
In the signal accumulation state described above, the nMOS transistor of each pixel is off. In this state, the first switch 16 is first opened, and the second switch 15 is closed to set the potential of the vertical read line 5 to the ground potential and initialize the potential of the vertical read line. Next, open the first switch 15.

次に第3のスイッチをすべてオフにしたのち第2のスイ
ッチをオンにする。
Next, turn off all the third switches and then turn on the second switch.

次に垂直シフトレジスタ13により最上段の水平電極7
に正の電位を与える。
Next, the uppermost horizontal electrode 7 is moved by the vertical shift register 13.
Give a positive potential to.

pMOSトランジスタ(8)はオフしつづけ、nMOS
トランジスタ(9)はオンになる。N型半導体基板1か
らN+領域4、垂直読出線5を通って容量17へ電流が
流入する。この電流は、これらのトランジスタのしきい
電圧に関係し光が全く当らない時は島状P型領域のバッ
クゲートバイアスは最大であるのでしきい電圧は大きく
なり、小さい電流しか流れない。しかし当った光の量が
大きくなるに従ってしきい電圧は小さくなり流れる電流
量は大きくなる。このような映像信号を読み出す時間は
1μs程度が適当である。なぜなら読み出し中に非常に
強い光が島状P型領域に入射するとpMOSトランジス
タはオフであるので過剰正孔はP+領域に逃げられず島
状P型領域3は周囲に対してプラスになるがらである。
The pMOS transistor (8) continues to turn off, and the nMOS
Transistor (9) turns on. Current flows from the N-type semiconductor substrate 1 to the capacitor 17 through the N+ region 4 and the vertical readout line 5. This current is related to the threshold voltage of these transistors; when no light hits them, the back gate bias of the island-shaped P-type region is at its maximum, so the threshold voltage becomes large and only a small current flows. However, as the amount of light that hits the device increases, the threshold voltage decreases and the amount of current that flows increases. Appropriate time for reading out such a video signal is about 1 μs. This is because when very strong light enters the island-like P-type region during readout, the PMOS transistor is turned off, so excess holes cannot escape to the P+ region, and the island-like P-type region 3 becomes positive with respect to its surroundings. be.

このときには正孔は島状P型領域がらN型半導体基板1
の中に流入するため周囲のセルへの正孔の拡散が起りブ
ルーミングとなる。従って映像信号の読出時間はできる
だけ短くしたければならない。
At this time, the holes are transferred from the island-like P-type region to the N-type semiconductor substrate 1.
As holes flow into the cells, holes diffuse into surrounding cells, resulting in blooming. Therefore, the readout time of the video signal must be as short as possible.

次に第2のスイッチ16をすべて開いた後、水平シフト
レジスタ14がらの出力によって順次第3のスイッチ1
8をオンにし、容量17に蓄積されている信号電荷を順
次出力させる。
Next, after opening all the second switches 16, the third switch 1 is sequentially opened by the output from the horizontal shift register 14.
8 is turned on, and the signal charges accumulated in the capacitor 17 are sequentially output.

この場合第2のスイッチ16をオフにするとセンサアレ
イと上下の周辺回路は電気的に分離される。第2のスイ
ッチ16をオフにした後垂直シフトレジスタの第1段目
の出力がセンサアレイの第1段目に与えられる。この場
合のシフトレジスタからのパルスの尖頭値はマイナス数
ボルトで始まりたとえば数μs後から−0,5ボルトを
持続するので島状P型領域は信号ホールの蓄積を行なう
と共にブルーミングも防止する。
In this case, when the second switch 16 is turned off, the sensor array and the upper and lower peripheral circuits are electrically isolated. After turning off the second switch 16, the output of the first stage of the vertical shift register is applied to the first stage of the sensor array. In this case, the peak value of the pulse from the shift register starts at minus several volts and continues at -0.5 volts after several microseconds, for example, so that the island-shaped P-type region not only accumulates signal holes but also prevents blooming.

第1段の信号の読み高しが終ったら、第1段目のN型半
導体基板の表面電位をマイナス数ボルトよりやや高い電
圧(1ボルト程度)に設定すると最上段の島状P型領域
はすべて空乏化あるいは完全空乏化する0次に第一段の
水平電極7をpM。
After reading the signal height of the first stage, set the surface potential of the first stage N-type semiconductor substrate to a voltage slightly higher than minus several volts (approximately 1 volt). The zero-order first stage horizontal electrode 7, which is completely depleted or completely depleted, is pM.

Sトランジスタ(8)のN型半導体基板の表面電位が−
0,5ボルト程度になるようにする。このときpMOS
トランジスタ(8) 、nMOSトランジスタ(9)は
共にオフになり島状P型領域はフロートする。この状態
で最上段は信号正孔の蓄積を始める。第2段目以後の信
号読みだし、および信号の蓄積は上述のように行なわれ
一フイールドの画面を構成する。このような動作をくり
返すことによって全画面より入射光に応じた信号を継続
的に読みだすことが出来る。
The surface potential of the N-type semiconductor substrate of the S transistor (8) is -
The voltage should be about 0.5 volts. At this time pMOS
Both the transistor (8) and the nMOS transistor (9) are turned off, and the island-shaped P-type region floats. In this state, the top stage starts accumulating signal holes. Signal reading from the second stage and subsequent stages and signal accumulation are performed as described above to form one field screen. By repeating such operations, signals corresponding to the incident light can be continuously read out from the entire screen.

センサアレイが六方稠密配列になっているので、画素の
高密度化が達成でき高解像度の固体撮像装置が実現でき
る。
Since the sensor array has a hexagonal close-packed arrangement, it is possible to achieve high pixel density and realize a high-resolution solid-state imaging device.

島状P型領域の電位は光量によって変化する。The potential of the island-like P-type region changes depending on the amount of light.

1フイールド(又はフレーム)期間に島状P型領域に蓄
積される電荷の光量による変化量を△QII1.nMO
Sトランジスタを通って1μs間に読み出される電荷の
光量による変化量を△Q o u tとすると電荷利得
は△Qout/QIaで与えられる。この電荷利得はn
MO8トランジスタのバックゲート効果によるものであ
り、本発明者の検討したところでは、103〜105の
非常に大きな値を実現することも可能である。
The amount of change in charge accumulated in the island-shaped P-type region during one field (or frame) period due to the amount of light is expressed as ΔQII1. nMO
If the amount of change in charge read out during 1 μs through the S transistor due to the amount of light is ΔQ out, then the charge gain is given by ΔQout/QIa. This charge gain is n
This is due to the back gate effect of the MO8 transistor, and according to the inventor's studies, it is possible to achieve a very large value of 103 to 105.

又、信号続出期間を除き、ブルーミング防止機構がある
のでブルーミングは少なくなる。
In addition, since there is a blooming prevention mechanism except during the signal continuous period, blooming is reduced.

第3図は第2の実施例を示すセンサアレイの平面図であ
る。
FIG. 3 is a plan view of a sensor array showing a second embodiment.

この実施例は第1の実施例のものに水平方向電8i19
を追加したものである。
This embodiment has a horizontal direction electric current 8i19 in addition to that of the first embodiment.
is added.

水平電極7.垂直読出線5b上にSiO2膜を介してポ
リシリコン膜やA(膜の水平方向電極19が、各水平列
の島状P壁領域3の上方を除き、被覆されている。水平
電極7又は水平方向電極19のどちらか一方が各画素に
おいて島状P壁領域3とP+領域2で挟まれたN型半導
体基板の表面部上に5in2膜(8,9と同じ厚さ)を
介して設けられていることになる。
Horizontal electrode7. The vertical readout line 5b is covered with a polysilicon film or a horizontal electrode 19 of the A(film) via a SiO2 film, except for the upper part of the island-like P wall region 3 of each horizontal row. Either one of the direction electrodes 19 is provided on the surface of the N-type semiconductor substrate sandwiched between the island-like P wall region 3 and the P+ region 2 via a 5in2 film (same thickness as 8 and 9) in each pixel. This means that

この水平方向電極にP+領域2に加える電圧よりやや高
い電圧を与えることにより、島状P型頭域中の正孔をP
+領域に吸収させる。第1の実施例では、この作用を水
平電極のみによっていたのであるが、第2の実施例では
、水平方向電極を設けたので、正孔をP1領域に速やか
に吸収させることができる。水平電極と水平方向電極と
には例えば同一のパルスを印加すればよいのである。
By applying a voltage slightly higher than the voltage applied to the P+ region 2 to this horizontal electrode, the holes in the island-shaped P-type head region are
+ Absorb into area. In the first embodiment, this effect was achieved only by the horizontal electrode, but in the second embodiment, since the horizontal electrode is provided, holes can be quickly absorbed into the P1 region. For example, the same pulse may be applied to the horizontal electrode and the horizontal electrode.

又、信号蓄積モードにおいては、島状P型領域周辺のN
型半導体基板の表面電1位は−0,5ボルト程度になる
のでブルーミング抑制作用は、第1の実施例より一層確
実になる。
In addition, in the signal accumulation mode, N around the island-like P-type region
Since the surface potential of the type semiconductor substrate is about -0.5 volts, the blooming suppressing effect is more reliable than in the first embodiment.

また、信号読出し期間にも水平方向電極下のN領域の表
面ポテンシャルを−0,5ボルトにすれば、島状P壁領
域に蓄積された過剰な正孔は前述のN領域の表面を通っ
てP”領域に抜ける。従って読出し期間を長くしてもブ
ルーミングの防止ができる。
Also, during the signal readout period, if the surface potential of the N region under the horizontal electrode is set to -0.5 volts, excess holes accumulated in the island-like P wall region will pass through the surface of the N region mentioned above. P'' area. Therefore, even if the read period is lengthened, blooming can be prevented.

その他は、第1の実施例の駆動方法と同じである。The other aspects are the same as the driving method of the first embodiment.

以上の実施例は、導電型と電圧の極性を逆にしてもよい
ことは改めて詳細説明を俟うまでもなく明らかなことで
ある。
In the above embodiments, it is clear that the conductivity type and voltage polarity may be reversed without going into detailed explanation again.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように本発明によれば、p(又はn)MO
Sトランジスタの一方の活性領域中にN“ (又はP”
 )領域に設けた複合トランジスタを光電変換素子とす
る高感度でブルーミング防止作用のあるMOS型固体撮
像装置を実現できる効果がある。
As explained above, according to the present invention, p (or n) MO
N” (or P”) in one active region of the S transistor
This has the effect of realizing a MOS type solid-state imaging device with high sensitivity and a blooming prevention effect using a composite transistor provided in the ) region as a photoelectric conversion element.

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

第1図は本発明MOS型固体撮像装置の第1の実施例の
回路図、第2図(a>は第1図におけるセンサアレイの
構造を示す平面図、第2図(b)、(c)はそれぞれ第
2図(a)のA−A線断面図、B−B線断面図、第3図
は本発明MOS型固体撮像装置の第2の実施例における
センサアレイの構造を示す平面図、第4図は従来のMO
S型固体撮像装置の回路図である。 1・・・N型半導体基板、2・・・P+領域、3・・・
島状P壁領域、4・・・N+領領域5a・・・コンタク
ト領域、5b・・・垂直読出線、7・・・水平電極、1
つ・・・水平方向電極。
FIG. 1 is a circuit diagram of the first embodiment of the MOS type solid-state imaging device of the present invention, FIG. 2 (a> is a plan view showing the structure of the sensor array in FIG. 1, FIG. ) are a sectional view taken along line AA and BB in FIG. , Figure 4 shows the conventional MO
FIG. 2 is a circuit diagram of an S-type solid-state imaging device. 1... N-type semiconductor substrate, 2... P+ region, 3...
Island-like P wall region, 4... N+ region 5a... contact region, 5b... vertical readout line, 7... horizontal electrode, 1
One...horizontal electrode.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、N(又はP)型半導体基板に選択的に形成された島
状P(又はN)型領域、前記島状P(又はN)型領域に
形成されたN^+(又はP^+)領域、前記島状P(又
はN)型領域と所定間隔おいて形成されたP^+(又は
N^+)領域、前記P^+(又はN^+)領域と前記N
^+(又はP^+)領域と前記島状P(又はN)型領域
とを含む前記N(又はP)型半導体基板表面に形成され
た絶縁膜、および前記絶縁膜上に設けられたゲート電極
を有する複合MOSトランジスタを、L本の水平電極と
M本の垂直読出線の交差位置に、前記ゲート電極を前記
水平電極に接続し前記N^+(又はP^+)領域を前記
垂直読出線に接続して、それぞれ配置したセンサアレイ
と、前記センサアレイのM本の垂直読出線のそれぞれの
一端と基準電位端との間に挿入されたM個の第1のスイ
ッチと、前記M本の垂直読出線のそれぞれの他端に一端
を接続されたM個の第2のスイッチと、前記各第2のス
イッチの他端と信号線との間にそれぞれ挿入された第3
のスイッチと、前記第2のスイッチの他端と基準電位端
との間にそれぞれ挿入された電荷蓄積手段と、前記第3
のスイッチを順次に開閉するパルスを発生する水平シフ
トレジスタと、前記垂直読出線に順次に所定のパルスを
印加する垂直レジスタと、前記N(又はP)型半導体基
板に所定の正(又は負)の直流電位を印加する手段と、
前記複合MOSトランジスタのP^+(又はN^+)領
域に所定の負(又は正)の直流電位を印加する手段とを
有することを特徴とするMOS型固体撮像装置。 2、N(又はP)型半導体基板に選択的に形成された島
状P(又はN)型領域、前記島状P(又はN)型領域に
形成されたN^+(又はP^+)領域、前記島状P(又
はN)型領域と所定間隔おいて形成されたP^+(又は
N^+)領域、前記P^+(又はN^+)領域と前記N
^+(又はP^+)領域と前記島状P(又はN)型領域
とを含む前記N(又はP)型半導体基板表面に形成され
た絶縁膜、および前記絶縁膜上に設けられたゲート電極
を有する複合MOSトランジスタを、L本の水平電極と
M本の垂直読出線の交差位置に、前記ゲート電極を前記
水平電極に接続し前記N^+(又はP^+)領域を前記
垂直読出線に接続して、それぞれ配置したセンサアレイ
と、前記センサアレイのM本の垂直読出線のそれぞれの
一端と基準電位端との間に挿入されたM個の第1のスイ
ッチと、前記M本の垂直読出線のそれぞれの他端に一端
を接続されたM個の第2のスイッチと、前記各第2のス
イッチの他端と信号線との間にそれぞれ挿入された第3
のスイッチと、前記第2のスイッチの他端と基準電位端
との間にそれぞれ挿入された電荷蓄積手段と、前記第3
のスイッチを順次に開閉するパルスを発生する水平シフ
トレジスタと、前記垂直読出線に順次に所定のパルスを
印加する垂直レジスタと、前記N(又はP)型半導体基
板に所定の正(又は負)の直流電位を印加する手段と、
前記複合MOSトランジスタのP^+(又はN^+)領
域に所定の負(又は正)の直流電位を印加する手段とを
有するMOS型固体撮像素子の、i(1≦i≦L)番目
の前記水平電極を介して前記各複合MOSトランジスタ
のp(又はn)MOSトランジスタのチャネルの表面電
位を前記P^+(又はN^+)領域の電位より1ボルト
程度高く(又は低く)なるように設定して前記島状P(
又はN)型領域を空乏化せしめ、前記表面電位を前記i
番目の水平電極を介して所定の電位に設定して前記島状
P(又はN)型領域及びその周辺に入射した光によって
発生した正孔(又は電子)を前記島状P(又はN)型領
域並びにその周囲の浮遊容量に一定期間蓄積する動作を
i=1からi=Lまで順次に行なったのち、M個の前記
第2のスイッチを開きM個の前記第1のスイッチを閉じ
てM本の前記垂直読出線の電位を初期設定したのち、M
個の前記第1のスイッチを開き、M個の前記第2のスイ
ッチを閉じたのち、i番目の前記水平電極に正(又は負
)電位のパルスを与えて前記複合MOSトラジスタのn
(又はp)MOSトランジスタを導通させ前記入射光に
応じた信号電流を前記垂直読出線に取り出して前記電荷
蓄積手段に蓄積し、前記第3のスイッチを開き、前記水
平シフトレジスタからのパルスによって順次に前記第2
のスイッチを閉じて前記電荷蓄積手段の電荷を前記信号
線に取り出す動作を、i=1からi=Lまで順次に行な
って1フィールド分の映像情報とすることを特徴とする
MOS型固体撮像装置の駆動方法。 3、平面形状が六角形と島状P(又はN)型領域の周辺
を所定間隔をおいて囲むP^+(又はN^+)領域を含
む複合MOSトラジスタが六方稠密に配置されている請
求項1記載のMOS型固体撮像装置。 4、N(又はP)型半導体基板に平面形状が六角形とな
るよう選択的に形成された島状P(又はN)型領域、前
記島状P(又はN)型領域に形成されたN^+(又はP
^+)領域、前記島状P(又はN)型領域の周辺を所定
間隔おいて囲んで形成されたP^+(又はN^+)領域
、前記P^+(又はN^+)領域と前記N^+(又はP
^+)領域と前記島状P(又はN)型領域とを含む前記
N(又はP)型半導体基板表面に形成された絶縁膜、お
よび前記絶縁膜上に設けられたゲート電極を有する複合
MOSトランジスタを、複数個六方稠密構造に配列し、
一水平列ごとに前記複合MOSトランジスタのゲート電
極を連結したL本の水平電極、一垂直列ごとに前記P^
+(又はN^+)領域上に絶縁膜を介してジグザグ状に
配置され前記複合MSOトランジスタのN^+(又はP
^+)領域に接続されたM本の垂直読出線、および前記
複合MOSトランジスタの島状P(又はN)型領域上を
除き絶縁膜を介して設けられ前記一水平列ごとに連結し
た水平方向電極を含むセンサアレイと、前記センサアレ
イM本の垂直読出線のそれぞれの一端と基準電位端との
間に挿入されたM個の第1のスイッチと、前記M本の垂
直読出線のそれぞれの他端に一端を接続されたM個の第
2のスイッチと、前記各第2のスイッチの他端と信号線
との間にそれぞれ挿入された第3のスイッチと、前記第
2のスイッチの他端と基準電位端との間にそれぞれ挿入
された電荷蓄積手段と、前記第3のスイッチを順次に開
閉するパルスを発生する水平シフトレジスタと、前記垂
直読出線に順次に所定のパルスを印加する垂直レジスタ
と、前記N(又はP)型半導体基板に所定の正(又は負
)の直流電位を印加する手段と、前記複合MOSトラン
ジスタのP^+(又はN)領域に所定の負(又は正)の
直流電位を印加する手段とを有することを特徴とするM
OS型固体撮像装置。 5、N(又はP)型半導体基板に平面形状が六角形とな
るよう選択的に形成された島状P(又はN)型領域、前
記島状P(又はN)型領域に形成されたN^+(又はP
^+)領域、前記島状P(又はN)型領域の周辺を所定
間隔おいて囲んで形成されたP^+(又はN^+)領域
、前記P^+(又はN^+)領域と前記N^+(又はP
^+)領域と前記島状P(又はN)型領域とを含む前記
N(又はP)型半導体基板表面に形成された絶縁膜、お
よび前記絶縁膜上に設けられたゲート電極を有する複合
MOSトランジスタを複数個六方稠密構造に配列し、一
水平列ごとに前記複合MOSトランジスタのゲート電極
を連結したL本の水平電極、一垂直列ごとに前記P^+
(又はN^+)領域上に絶縁膜を介してジグザグ状に配
置され前記複合MSOトランジスタのN^+(又はP^
+)領域に接続されたM本の垂直読出線、および前記複
合MOSトランジスタの島状P(又はN)型領域上を除
き絶縁膜を介して設けられ前記一水平列ごとに連結した
水平方向電極を含むセンサアレイと、前記センサアレイ
M本の垂直読出線のそれぞれの一端と基準電位端との間
に挿入されたM個の第1のスイッチと、前記M本の垂直
読出線のそれぞれの他端に一端を接続されたM個の第2
のスイッチと、前記各第2のスイッチの他端と信号線と
の間にそれぞれ挿入された第3のスイッチと、前記第2
のスイッチの他端と基準電位端との間にそれぞれ挿入さ
れた電荷蓄積手段と、前記第3のスイッチを順次に開閉
するパルスを発生する水平シフトレジスタと、前記垂直
読出線に順次に所定のパルスを印加する垂直レジスタと
、前記N(又はP)型半導体基板に所定の正(又は負)
の直流電位を印加する手段と、前記複合MOSトランジ
スタのP^+(又はN^+)領域に所定の負(又は正)
の直流電位を印加する手段とを有するMOS型固体撮像
装置の、i(1≦i≦L)番目の前記水平電極および水
平方向電極下の前記N(又はP)型半導体基板の表面電
位を前記P^+(又はN^+)領域の電位より1ボルト
程度高く(又は低く)なるように設定して前記島状P(
又はN)型領域を空乏化せしめ、前記表面電位を前記i
番目の水平電極及び水平方向電極を介して所定の電位に
設定して前記島状P(又はN)型領域及びその周辺に入
射した光によって発生した正孔(又は電子)を前記島状
P(又はN)型領域並びにその周囲の浮遊容量に一定期
間蓄積する動作をi=1からi=Lまで順次に行なった
のち、M個の前記第2のスイッチを開き、M個の前記第
1のスイッチを閉じてM本の前記垂直読出線の電位を初
期設定したのち、M個の前記第1のスイッチを開き、M
個の前記第2のスイッチを閉じたのち、i番目の前記水
平電極に正(又は負)電位のパルスを与えて前記複合M
OSトランジスタのn(又はp)MOSトランジスタを
導通させ前記入射光に応じた信号電流を前記垂直読出線
に取り出して前記電荷蓄積手段に蓄積し、前記第2のス
イッチを開き、前記水平シフトレジスタからのパルスに
よって順次前記第3のスイッチを閉じて前記電荷蓄積手
段の電荷を前記信号線に取り出す動作を、i=1からi
=Lまで順次に行なって1フィールド分の映像情報とす
ることを特徴とするMOS型固体撮像装置の駆動方法。
[Claims] 1. An island-like P (or N) type region selectively formed on an N (or P) type semiconductor substrate, an N^+ formed in the island-like P (or N) type region (or P^+) region, a P^+ (or N^+) region formed at a predetermined interval from the island-like P (or N) type region, and a region between the P^+ (or N^+) region and the N
an insulating film formed on the surface of the N (or P) type semiconductor substrate including a ^+ (or P^+) region and the island-like P (or N) type region, and a gate provided on the insulating film A composite MOS transistor having an electrode is connected to the intersection of L horizontal electrodes and M vertical readout lines, the gate electrode is connected to the horizontal electrode, and the N^+ (or P^+) region is connected to the vertical readout line. M first switches inserted between one end of each of the M vertical readout lines of the sensor array and a reference potential end; M second switches each having one end connected to the other end of each of the vertical readout lines; and a third switch inserted between the other end of each of the second switches and the signal line.
a switch, a charge storage means inserted between the other end of the second switch and the reference potential end, and a third switch.
a horizontal shift register that generates pulses to sequentially open and close the switches; a vertical register that sequentially applies predetermined pulses to the vertical readout line; and a predetermined positive (or negative) register to the N (or P) type semiconductor substrate. means for applying a direct current potential of;
A MOS type solid-state imaging device, comprising means for applying a predetermined negative (or positive) direct current potential to the P^+ (or N^+) region of the composite MOS transistor. 2. Island-like P (or N) type region selectively formed on the N (or P) type semiconductor substrate, N^+ (or P^+) formed in the island-like P (or N) type region a P^+ (or N^+) region formed at a predetermined distance from the island-like P (or N) type region, and a P^+ (or N^+) region and the N
an insulating film formed on the surface of the N (or P) type semiconductor substrate including a ^+ (or P^+) region and the island-like P (or N) type region, and a gate provided on the insulating film A composite MOS transistor having an electrode is connected to the intersection of L horizontal electrodes and M vertical readout lines, the gate electrode is connected to the horizontal electrode, and the N^+ (or P^+) region is connected to the vertical readout line. M first switches inserted between one end of each of the M vertical readout lines of the sensor array and a reference potential end; M second switches each having one end connected to the other end of each of the vertical readout lines; and a third switch inserted between the other end of each of the second switches and the signal line.
a switch, a charge storage means inserted between the other end of the second switch and the reference potential end, and a third switch.
a horizontal shift register that generates pulses to sequentially open and close the switches; a vertical register that sequentially applies predetermined pulses to the vertical readout line; and a predetermined positive (or negative) register to the N (or P) type semiconductor substrate. means for applying a direct current potential of;
and means for applying a predetermined negative (or positive) DC potential to the P^+ (or N^+) region of the composite MOS transistor. Through the horizontal electrode, the surface potential of the channel of the p (or n) MOS transistor of each of the composite MOS transistors is set to be about 1 volt higher (or lower) than the potential of the P^+ (or N^+) region. Set the island-like P (
Alternatively, the N) type region is depleted and the surface potential is changed to the i
The holes (or electrons) generated by the light incident on the island-like P (or N) type region and its surroundings are set at a predetermined potential through the second horizontal electrode. After performing the operation of accumulating the stray capacitance in the area and surrounding stray capacitance for a certain period of time sequentially from i=1 to i=L, the M second switches are opened and the M first switches are closed. After initializing the potential of the vertical reading line of the book, M
After opening M of the first switches and closing M of the second switches, a positive (or negative) potential pulse is applied to the i-th horizontal electrode to
(or p) conduct the MOS transistor, take out a signal current corresponding to the incident light to the vertical readout line and store it in the charge storage means, open the third switch, and then to the second
A MOS type solid-state imaging device characterized in that the operation of closing a switch and extracting the charge of the charge storage means to the signal line is performed sequentially from i=1 to i=L to obtain one field of video information. driving method. 3. A composite MOS transistor whose planar shape includes a hexagonal shape and a P^+ (or N^+) region surrounding an island-like P (or N) type region at a predetermined interval is arranged in a hexagonal dense manner. MOS type solid-state imaging device according to item 1. 4. An island-like P (or N) type region selectively formed on an N (or P) type semiconductor substrate so that the planar shape is hexagonal, an N region formed in the island-like P (or N) type region ^+ (or P
^+) region, a P^+ (or N^+) region formed by surrounding the periphery of the island-like P (or N) type region at a predetermined interval, and the P^+ (or N^+) region. Said N^+ (or P
A composite MOS having an insulating film formed on the surface of the N (or P) type semiconductor substrate including the ^+) region and the island-like P (or N) type region, and a gate electrode provided on the insulating film. Multiple transistors are arranged in a hexagonal close-packed structure,
L horizontal electrodes are connected to the gate electrodes of the composite MOS transistors for each horizontal column, and the P^ electrodes are connected to each other for each vertical column.
The N^+ (or P) region of the composite MSO transistor is arranged in a zigzag manner on the
M vertical readout lines connected to the ^+) region, and horizontal lines connected to each horizontal column provided through an insulating film except on the island-like P (or N) type region of the composite MOS transistor. a sensor array including an electrode; M first switches inserted between one end of each of the M vertical readout lines of the sensor array and a reference potential end; M second switches each having one end connected to the other end; a third switch inserted between the other end of each of the second switches and the signal line; charge storage means inserted between the end and the reference potential end, a horizontal shift register that generates pulses that sequentially open and close the third switch, and a predetermined pulse that sequentially applies predetermined pulses to the vertical readout line. a vertical resistor, means for applying a predetermined positive (or negative) DC potential to the N (or P) type semiconductor substrate, and means for applying a predetermined negative (or positive) DC potential to the P^+ (or N) region of the composite MOS transistor; ).
OS type solid-state imaging device. 5. An island-like P (or N) type region selectively formed on the N (or P) type semiconductor substrate so that the planar shape is hexagonal, an N formed in the island-like P (or N) type region ^+ (or P
^+) region, a P^+ (or N^+) region formed by surrounding the periphery of the island-like P (or N) type region at a predetermined interval, and the P^+ (or N^+) region. Said N^+ (or P
A composite MOS having an insulating film formed on the surface of the N (or P) type semiconductor substrate including the ^+) region and the island-like P (or N) type region, and a gate electrode provided on the insulating film. A plurality of transistors are arranged in a hexagonal close-packed structure, and each horizontal column has L horizontal electrodes connected to the gate electrodes of the composite MOS transistors, and each vertical column has the P^+
The N^+ (or P^+) region of the composite MSO transistor is arranged in a zigzag manner through an insulating film on the N^+ (or P^+) region.
M vertical readout lines connected to the +) region, and horizontal electrodes provided through an insulating film and connected for each horizontal column except on the island-like P (or N) type region of the composite MOS transistor. M first switches inserted between one end of each of the M vertical readout lines of the sensor array and a reference potential end, and each other of the M vertical readout lines of the sensor array. M second terminals connected one end to the other end
a third switch inserted between the other end of each second switch and the signal line, and a third switch inserted between the other end of each of the second switches and the signal line;
charge accumulating means inserted between the other end of the switch and the reference potential end, a horizontal shift register that generates pulses that sequentially open and close the third switch, and a vertical register that applies a pulse, and a predetermined positive (or negative) register to the N (or P) type semiconductor substrate.
means for applying a DC potential of , and a predetermined negative (or positive)
The surface potential of the i-th (1≦i≦L) horizontal electrode and the N (or P) type semiconductor substrate under the horizontal electrode of the MOS solid-state imaging device having means for applying a DC potential of The potential of the island-shaped P(
Alternatively, the N) type region is depleted and the surface potential is changed to the i
Holes (or electrons) generated by light incident on the island-like P (or N) type region and its surroundings are set at a predetermined potential through the second horizontal electrode and the horizontal electrode. Alternatively, after performing the operation of accumulating the stray capacitance in the N) type region and the surrounding stray capacitance for a certain period of time sequentially from i=1 to i=L, the M second switches are opened and the M first switches are opened. After closing the switches and initializing the potentials of the M vertical readout lines, the M first switches are opened to set the M vertical readout lines.
After closing the second switches, a positive (or negative) potential pulse is applied to the i-th horizontal electrode to
The n (or p) MOS transistor of the OS transistor is turned on, a signal current corresponding to the incident light is taken out to the vertical readout line and stored in the charge storage means, the second switch is opened, and a signal current corresponding to the incident light is transferred from the horizontal shift register. The operation of sequentially closing the third switch and taking out the charge of the charge storage means to the signal line by the pulse of i=1 to i
1. A method for driving a MOS solid-state imaging device, characterized in that the processing is sequentially performed up to =L to obtain video information for one field.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5608243A (en) * 1995-10-19 1997-03-04 National Semiconductor Corporation Single split-gate MOS transistor active pixel sensor cell with automatic anti-blooming and wide dynamic range

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US5608243A (en) * 1995-10-19 1997-03-04 National Semiconductor Corporation Single split-gate MOS transistor active pixel sensor cell with automatic anti-blooming and wide dynamic range

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