JPH04183078A - Solid-state image pickup device - Google Patents

Solid-state image pickup device

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JPH04183078A
JPH04183078A JP2311946A JP31194690A JPH04183078A JP H04183078 A JPH04183078 A JP H04183078A JP 2311946 A JP2311946 A JP 2311946A JP 31194690 A JP31194690 A JP 31194690A JP H04183078 A JPH04183078 A JP H04183078A
Authority
JP
Japan
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gate
lateral
reading
charge
photoelectric conversion
Prior art date
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Pending
Application number
JP2311946A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tadao Isogai
忠男 磯貝
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.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
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  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain proportional relation between the quantity of light and an output, to enable unbroken reading and to eliminate afterimages by using a lateral electrostatic dielectric transistor as a photoelectric converting element and reading this transistor according to a capacity load type source follower circuit system. CONSTITUTION:Respective photoelectric converting elements 1-11, 1-12, 1-13...1-31, 1-32 and 1-33 are respectively MOS gate structure lateral electrostatic dielectric transistors (MOS SIT) constituting a photoelectric conversion part, respective source terminals are respectively connected to source lines 2-1-2-3 in common for each longitudinal line, and respective gates are respectively connected to gate lines 3-1-3-3 in common for each lateral line. Then, reading is executed according to the capacity load type source follower circuit system. Thus, the proportional relation is established between the quantity of light and the output, there is no afterimage, and unbroken reading is enabled.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、囲体撮像装置に関し、特に撮像素子として横
型静電誘導トランジスタを用い、かつ読出しに容量負荷
型ソースフォロワ回路を用いることにより、出力のリニ
アリティか良好で!!像かなくかつ固定パターンノイズ
か小さい非破壊読出し型撮像装置に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to an surrounding imaging device, and in particular, by using a lateral electrostatic induction transistor as an imaging element and using a capacitively loaded source follower circuit for reading, Output linearity is good! ! The present invention relates to a nondestructive readout type imaging device that has no image and has low fixed pattern noise.

[従来の技術] 従来、MOSゲート構造の横型静電誘導トランジスタ(
以下、MOS−SITと称する)を光電変換素子として
使用しイメージセンサを構成したものがテレビジョン学
会誌Vo1.41、No。
[Prior art] Conventionally, a lateral static induction transistor with a MOS gate structure (
An image sensor constructed using a MOS-SIT (hereinafter referred to as MOS-SIT) as a photoelectric conversion element is published in Journal of the Television Society Vol. 1.41, No.

11、pp、1047〜1053(1987)に示され
ている。このイメージセンサにおいては、読出し時のゲ
ート、ソース、ドレイン電圧は固定され、ソース電流を
出力として後段の増幅器によりI−V変換していた。こ
のようなイメージセンサにおいては、MOS−3ITを
光電変換素子に用いることにより、残像が少なくかつ非
破壊読出しか可能になるという特徴かある。
11, pp. 1047-1053 (1987). In this image sensor, the gate, source, and drain voltages at the time of reading are fixed, and the source current is used as an output and subjected to I-V conversion by an amplifier at a subsequent stage. In such an image sensor, by using MOS-3IT as a photoelectric conversion element, there is a feature that there is little afterimage and only non-destructive readout is possible.

また、読出しに容量負荷型ソースフォロワ回路方式また
は容量負荷型エミ・ツタフォロワ回路方式を用い、蓄積
電荷のりセント前およびリセ・zトf&で読出した出力
を後で差動増幅するものが提案されている。例えば、I
EEE  Trans、V。
In addition, it has been proposed to use a capacitively loaded source follower circuit system or a capacitively loaded emitter follower circuit system for reading, and to differentially amplify the output read out before the accumulated charge is added and at the reset point f&. There is. For example, I
EEE Trans, V.

1、ED−35,No、5.pp、646〜652(1
988年5月)には光電変換素子として接合型電界効果
トランジスタ(JPET)を用いた容量負荷型ソースフ
ォロワ続出しの例か示されてオリ、マタ雑誌「映像情報
」、V o I 、 21 、 No、10.PP、4
1〜46 (1989年5月)には光電変換素子にバイ
ポーラトランジスタを用いた容量負荷型エミッタフォロ
ワ読出しの例か示されている。
1, ED-35, No, 5. pp, 646-652 (1
In May 1988), an example of a series of capacitively loaded source followers using junction field effect transistors (JPETs) as photoelectric conversion elements was presented, published in Mata magazine ``Eizo Information'', V o I, 21. No, 10. PP, 4
1-46 (May 1989) shows an example of a capacitively loaded emitter follower readout using a bipolar transistor as a photoelectric conversion element.

このように、読出しに容量負荷型ソースフォロワまたは
エミッタフォロワ回路方式を用いることにより、ゲート
部またはベース部に蓄積された電荷量と、この電荷によ
りゲート部またはベース部で発生する電圧か比例するた
め光量とソースフォロワまたはエミッタフォロワの出力
の比例関係か成立するという長所かある。さらに、蓄N
電荷のリセット前とリセット後で2度読出し、後段の増
幅器で差動増幅することにより、素子特性の中でしきい
値電圧VTのバラツキにともなって生ずる固定パターン
ノイズ(以下、FPNと称する)を除去できるという利
点がある。
In this way, by using a capacitively loaded source follower or emitter follower circuit system for reading, the amount of charge accumulated in the gate or base is proportional to the voltage generated at the gate or base due to this charge. It has the advantage that there is a proportional relationship between the amount of light and the output of the source follower or emitter follower. Furthermore, storage N
Fixed pattern noise (hereinafter referred to as FPN) that occurs due to variations in threshold voltage VT in device characteristics can be eliminated by reading the charge twice before and after resetting, and differentially amplifying it in the amplifier at the subsequent stage. It has the advantage of being removable.

[発明か解決しようとする課題] ところが、上に最初に述べた従来例のように、MOS−
SITを光電変換素子に用いても、ソースを流を出力と
し、後段の増幅器でI−V変換を行なう場合には、光電
変換によりゲート部に蓄積される電荷量とソース電流値
か比例しないため光量と出力との比例関係が得られない
という不都合があった。また、MOS−3ITは素子特
性か素子サイズや不純物濃度などのわずかなバラツキに
敏感であるため、素子特性、例えばしきい値電圧VTや
相互コンダクタンスGmのバラツキに起因したFPNが
大きいという問題点もあった。
[Problem to be solved by the invention] However, as in the first conventional example mentioned above, MOS-
Even if SIT is used as a photoelectric conversion element, when the source outputs current and the subsequent amplifier performs I-V conversion, the amount of charge accumulated in the gate part due to photoelectric conversion is not proportional to the source current value. There was a disadvantage that a proportional relationship between the amount of light and the output could not be obtained. Additionally, since MOS-3IT is sensitive to slight variations in device characteristics, device size, impurity concentration, etc., there is also the problem of large FPN caused by variations in device characteristics, such as threshold voltage VT and mutual conductance Gm. there were.

また、読出しに容量負荷型ソースフォロワまたはエミッ
タフォロワ回路方式を用い蓄積電荷のリセット前および
リセット後で読出した出力を後に差動増幅する方法にあ
っては、充電変換素子がJFETやバイポーラトランジ
スタの場合は蓄積電荷のリセット動作に難があり、残像
が発生するという不都合があった。これは、リセット時
にゲート・ソース間またはベース・エミッタ間のPN接
合を順方向バイアスし、再結合によりリセフトを行なう
という方法では、加える順方向バイアス電圧は一定であ
っても、ゲート電位またはベース電位は光量による電位
変化を受けるため、実効的なゲート・ソース間電圧また
はベース・エミッタ間電圧が異なり、リセット後のゲー
トまたはベース電位にも光量依存性が残ってしまうから
である。
In addition, in a method in which a capacitive load type source follower or emitter follower circuit system is used for reading and the output read out before and after resetting the stored charge is differentially amplified, if the charging conversion element is a JFET or a bipolar transistor, However, there was a problem in that the reset operation of the accumulated charge was difficult and an afterimage occurred. This is because the method of forward biasing the PN junction between the gate and source or between the base and emitter and recombining the PN junction at the time of reset causes the gate potential or base potential to change even if the applied forward bias voltage is constant. This is because the effective gate-source voltage or base-emitter voltage is different because the potential changes depending on the amount of light, and the gate or base potential after reset also remains dependent on the amount of light.

さらに、光電変換素子がバイポーラトランジスタの場合
は、読出し時にもベース・エミッタ間を浅く順方向バイ
アスするが、この時蓄積電荷の一部が再結合により失わ
れるため、厳密な意味では非破壊読出しか成立しない、
従って、読取り動作、すなわち非破壊読出しを繰返し行
なう用途には使用てきないという不都合らあった。
Furthermore, if the photoelectric conversion element is a bipolar transistor, the base and emitter are forward-biased shallowly during readout, but at this time some of the accumulated charge is lost due to recombination, so in a strict sense, it is not possible to perform non-destructive readout. Not satisfied,
Therefore, it has been inconvenient that it cannot be used in applications where reading operations, that is, non-destructive reading, are repeatedly performed.

本発明の目的は、上述のような従来例の装置における問
題点に鑑み、光量と出力との比例関係が成立し、残像が
なく非破壊読出しが可能であり、かつ固定パターンノイ
ズか少ない固体撮像装置を提供することにある。
In view of the above-mentioned problems in conventional devices, an object of the present invention is to provide a solid-state imaging system that has a proportional relationship between light amount and output, has no afterimages, enables non-destructive readout, and has minimal fixed pattern noise. The goal is to provide equipment.

二課肪を解決するための手段] 上記問題点を解決するため、本発明では、光電変換素子
に横型W?電誘導トランジスタを用い、かつ読出しは容
量負荷型ソースフォロワ回路方式によって行なうことを
特徴とする。
Means for Solving Double Charge] In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a photoelectric conversion element with a horizontal W type. It is characterized in that it uses an electric induction transistor and that readout is performed by a capacitive load type source follower circuit system.

また、上記方式において、読出しをゲート部に蓄積され
た電荷のリセットの前およびリセツトの後に行ない、こ
れら両者の読出し出力の差分に基づき映像信号を得るよ
う構成することもできる。
Further, in the above system, reading may be performed before and after resetting the charges accumulated in the gate portion, and the video signal may be obtained based on the difference between the readout outputs.

し作用] 上述のように本発明に係わる固体撮像装置においては、
光電変換素子からの読出しを容量負荷型ソースフォロワ
回路方式で行なっているなめ、光量と出力との完全な比
例関係が得られる。また、ソースフォロワ出力は、素子
特性の中の相互コンタクタシスGmの値に影響されない
ため、Gmのバラツキにともなう固定パターンノイズも
生じない、さらに、読出し時にゲート・ソース間に加え
る電圧は、蓄積電荷によりシリコンのような半導体の表
面に形成される例えばP型の反転層と例えはN型の半導
体層とで構成されたPN接合か逆バイアス状態となる範
囲内に設定できるため、非破壊読出しが可能となる。
Function] As described above, in the solid-state imaging device according to the present invention,
Since reading from the photoelectric conversion element is performed using a capacitively loaded source follower circuit system, a perfect proportional relationship between the amount of light and the output can be obtained. In addition, the source follower output is not affected by the value of mutual contactasis Gm in the device characteristics, so fixed pattern noise due to variations in Gm does not occur.Furthermore, the voltage applied between the gate and source at the time of reading is For example, a PN junction formed on the surface of a semiconductor such as silicon, formed by a P-type inversion layer and an N-type semiconductor layer, can be set within a range where a reverse bias state is achieved, so non-destructive readout is possible. It becomes possible.

また、光電変換素子に横型静電誘導トランジスタ(MO
S−3IT)を用いているため、リセット時にゲート・
ソース間に適切な電圧を加えることにより蓄M電荷か空
の状態になり、従ってリセット動作が完全に行なわれ残
像がなくなる。さらに、ソースフォロワ読出しをリセッ
トの前後で行ない、両出力を差動増幅することによって
しきい値電圧VTのバラツキにともなって生ずるFPN
が除去される。
In addition, a lateral electrostatic induction transistor (MO) is used as a photoelectric conversion element.
S-3IT), the gate and
By applying an appropriate voltage between the sources, the stored M charge is emptied, so that the reset operation is complete and there is no afterimage. Furthermore, by performing source follower readout before and after reset and differentially amplifying both outputs, FPN caused by variations in threshold voltage VT can be reduced.
is removed.

[実施例] 以下、図面を用いて本発明の実施例につき説明する。第
1図は、本発明の1実施例に係わるイメージセンサのよ
うな固体撮像装置の回路構成を示す。同図は、光電変換
素子か3行3列に配置されている場合を示している。
[Examples] Examples of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a circuit configuration of a solid-state imaging device such as an image sensor according to an embodiment of the present invention. The figure shows a case where photoelectric conversion elements are arranged in three rows and three columns.

第1図において、各光電変換素子1−11.1−12.
1−13.・・・、1−31.1−32.1−33は各
々、光電変換部を構成するMOS・SITであり、各ソ
ース端子は縦1列ごとに共通にソースライン2’−1,
2−2,2−3にそれぞれ接続され、かつ各ゲートは横
1列共通にゲートライン3−1.3−2.3−3にそれ
ぞれ接続されている。負荷容量(CTs)4−1.4−
2.4−3および負荷容量(C1N)5−1.5−2.
5−3はソースフォロワ読出しのための負荷容量となり
、負荷容量C1Sは、リセット直前、すなわち−定の蓄
積時間の開光電変換を行なった後、の出力を、負荷容量
01Nはリセット直後の出力を読出すためのものである
。なお、リセット直後においては、蓄積時開は小さく無
視できるものと考えられる。
In FIG. 1, each photoelectric conversion element 1-11.1-12.
1-13. . . , 1-31.1-32.1-33 are MOS/SITs constituting a photoelectric conversion section, and each source terminal is commonly connected to a source line 2'-1,
2-2 and 2-3, respectively, and each gate is connected to a gate line 3-1.3-2.3-3 in common in one horizontal row. Load capacity (CTs) 4-1.4-
2.4-3 and load capacity (C1N) 5-1.5-2.
5-3 is a load capacitor for reading out the source follower, the load capacitor C1S outputs the output just before reset, that is, after performing open photoelectric conversion for a - constant accumulation time, and the load capacitor 01N outputs the output immediately after reset. It is for reading. Note that immediately after reset, the opening during accumulation is considered to be small and can be ignored.

垂直走金回8(VSR)6は、各光電変換素子のゲート
パルスφ61〜”G3を発生するものである。
The vertical running circuit 8 (VSR) 6 generates gate pulses φ61 to "G3" for each photoelectric conversion element.

また、水平走査回路(HSR)7は、前記負荷容量CT
Sおよび01Nに蓄えられた電荷を順次水平読出しライ
ン8,9に転送するためのスイッチングトランジスタ1
8−1.19−1.18−2.19−2.18−3.1
9−3のゲートパルスφH1〜φH3を発生するための
回路である。容量(CH3)10および容量(CHN)
11は各水平読出しライン8.9の寄生容量である。
Further, the horizontal scanning circuit (HSR) 7 has the load capacitance CT
Switching transistor 1 for sequentially transferring charges stored in S and 01N to horizontal readout lines 8 and 9
8-1.19-1.18-2.19-2.18-3.1
This is a circuit for generating gate pulses φH1 to φH3 of 9-3. Capacity (CH3) 10 and Capacity (CHN)
11 is the parasitic capacitance of each horizontal readout line 8.9.

また、ゲートパルス(φ  )12およびゲーGS トパルス(φTON ) 13は、それぞれMOS−3
ITと負荷容量C13,C1Nthそれぞれ接続するス
イッチングトランジスタ20−1.20−2.20−3
および21−1.21−2.21−3のゲートに印加さ
れるパルスである。また、ゲートパルス(φR8,ン1
4は垂直方向のソースライン2−1.2−2.2−3の
リセット用トランジスタ22−1.22−2.22−3
のゲートに印加されるパルスであり、ゲートパルス(φ
R3H)15は水平続出しライン8.9のリセット用ト
ラシシスタ23−1.23−2のゲートに印加されるパ
ルスである。また、出力端子(VO8およびvoN)1
6および17はそれぞれSITのリセット前およびリセ
ット後の続出し信号を出力するものであり、後段の図示
しない増幅器によって差動増幅され最終的な映像信号を
得るためのものである。
In addition, the gate pulse (φ) 12 and the gate pulse (φTON) 13 are each MOS-3
Switching transistors 20-1.20-2.20-3 connected to IT and load capacitances C13 and C1Nth, respectively
and the pulses applied to the gates of 21-1.21-2.21-3. In addition, the gate pulse (φR8, n1
4 is a reset transistor 22-1.22-2.22-3 for the vertical source line 2-1.2-2.2-3.
is the pulse applied to the gate of , and the gate pulse (φ
R3H)15 is a pulse applied to the gate of the reset transistor 23-1.23-2 of the horizontal succession line 8.9. In addition, output terminals (VO8 and voN) 1
6 and 17 output successive signals before and after resetting the SIT, respectively, which are differentially amplified by an amplifier (not shown) in the subsequent stage to obtain a final video signal.

第2図は、第1図の固体撮像装置を駆動する各パルスの
タイミング等を示す波形図であり、同図を参照して第1
図の装置の動作を説明する。なお、第1図の装置におけ
る第2行目の光電変換素子1−21.1−22.1−2
3に注目してその動作を説明する。
FIG. 2 is a waveform diagram showing the timing of each pulse that drives the solid-state imaging device in FIG.
The operation of the device shown in the figure will be explained. Note that the photoelectric conversion elements 1-21.1-22.1-2 in the second row in the apparatus shown in FIG.
The operation will be explained by focusing on 3.

各光電変換素子に印加されるゲートパルスφ61〜φ6
3は、蓄積、読出し、リセットの各動作に対応して、3
レベルの電圧値(VGl” G2.VO3)を有する。
Gate pulses φ61 to φ6 applied to each photoelectric conversion element
3 corresponds to each operation of storage, readout, and reset.
It has a voltage value of level (VGl''G2.VO3).

このレベルがVGlの時、例えば、を−T1の時、光電
変換素子はオフ状態であり、入射光量に応じて発生した
電荷をゲート部に対向する半導体基板の表面に蓄積する
蓄積動作が行なわれる。
When this level is VGl, for example, when it is -T1, the photoelectric conversion element is in an off state, and an accumulation operation is performed in which charges generated according to the amount of incident light are accumulated on the surface of the semiconductor substrate facing the gate part. .

時間t、=T2では、ゲートパルスφ  、φ:TGS
      TG NおよびφR3Vが高レベルて゛あるため、各スイッチ
ングトランジスタ20−1.20−2.20−3.21
−1,21 2.21−3.22−122−2.22−
3かすべてオンとなり各負荷容量CTsおよびCTNは
各ソースライン2−1.2−2.2−3を通じて放電し
グランドレベルにリセットされる。すなわち、CT3,
01Nおよびソースラインのリセット動作が行なわれる
At time t, = T2, gate pulse φ, φ:TGS
Since TG N and φR3V are at high level, each switching transistor 20-1.20-2.20-3.21
-1,21 2.21-3.22-122-2.22-
3 are all turned on, and each load capacitance CTs and CTN is discharged through each source line 2-1.2-2.2-3 and reset to the ground level. That is, CT3,
01N and source line reset operation is performed.

時間t=T3では、ゲートパルスφRSVか低レベルで
各ソースライン2−1.2−2.2−3はフローティン
グとなる。また、ゲートパルスφTGSが高レベルであ
るから、各スイッチングトランジスタ20−1.20−
2.20−3かオンとなり、ソースライン2−1.2’
−2,2−3と負荷容量4−1.4−2.4−3かそれ
ぞれ接続された状態となる。同時に、垂直走査回路6か
ら出力される光電変換素子用のゲートパルスφ62かV
O2のレベルとなるため、光電変換素子1−21.1−
22.1−23かオン状態となり、ソースフォロワ動作
により光量すなわち蓄N電荷に応じた出力か負荷容量(
CTs)4−1.4−2.4−3に蓄えられる。すなわ
ち読出し動作が行なわれる。
At time t=T3, the gate pulse φRSV is at a low level and each source line 2-1.2-2.2-3 becomes floating. Furthermore, since the gate pulse φTGS is at a high level, each switching transistor 20-1, 20-
2.20-3 turns on, source line 2-1.2'
-2, 2-3 and load capacitance 4-1.4-2.4-3 are connected to each other. At the same time, the gate pulse φ62 or V output from the vertical scanning circuit 6 for the photoelectric conversion element.
Since the level is O2, the photoelectric conversion element 1-21.1-
22.1-23 is in the on state, and the source follower operation changes the output depending on the amount of light, that is, the accumulated N charge, or the load capacitance (
CTs) 4-1.4-2.4-3. That is, a read operation is performed.

他の画素の光電変換素子は、ゲートパルスφ67および
φG3かvGlのレベルであるためオフ状態となり、出
力には影響を与えることなく各々蓄積動作を継続してい
る。この場合負荷容量CTSに発生する電圧■ CTSは次式で表わされる。
The photoelectric conversion elements of other pixels are at the level of gate pulse φ67 and φG3 or vGl, so they are in the off state, and each continues the accumulation operation without affecting the output. In this case, the voltage CTS generated in the load capacitance CTS is expressed by the following equation.

Qoh     I Cl+α十β x ・・・・・・ (1) この式において、VTは光電変換素子(MOS・5IT
)のピンチオフ電圧、QDhは光電変換により発生しゲ
ート部に蓄積された電荷の量で光量に比例するものであ
る。また、CはMOS−SOX ITのゲート酸化膜容量であり、αおよびβはそれぞれ
MOS−3ITのピンチオフ電圧VTの基板バイアス電
圧依存性およびソース・トレイン間電圧依存性によって
決まる定数である。なお、VO2のレベルは、vG2≧
V1となるように設定する。
Qoh I Cl + α + β x ...... (1) In this equation, VT is the photoelectric conversion element (MOS・5IT
), the pinch-off voltage QDh is the amount of charge generated by photoelectric conversion and accumulated in the gate portion, and is proportional to the amount of light. Further, C is the gate oxide film capacitance of the MOS-SOX IT, and α and β are constants determined by the substrate bias voltage dependence and source-train voltage dependence of the pinch-off voltage VT of the MOS-3IT, respectively. In addition, the level of VO2 is vG2≧
Set it to be V1.

このような読出し動作においては、ゲート部に蓄積され
た蓄積電荷量Qphがある一定の範囲内、即ち飽和電荷
量Qsa工以下の場合、であれば読出し動作を行なうこ
とによって蓄wt電荷に何らの影響も与えないため、非
破壊読出しが可能となる。
In such a read operation, if the amount of accumulated charge Qph accumulated in the gate part is within a certain range, that is, less than the saturation charge amount Qsa, then the read operation will cause no change in the accumulated charge. Since there is no influence, non-destructive reading is possible.

これは前にも述べたように、MOS−3ITではゲート
下部の半導体基板上に形成された例えばP型の反転層と
例えばN型半導体層(チャネル部分)の間のPN接合を
順方向バイアスにすることなく、即ち逆バイアス状態の
まま、読出し動作か行なえるため、蓄M電荷の再結合や
P型基板への注入が起こらないためである。但し、蓄積
電荷量Qp1が飽和電荷量Q3,1を越えた場合には、
その越えた分か上記読出し動作で消滅するため、飽和電
荷量Qsatに対応する光量を越えると出力は飽和l−
でくる。
As mentioned before, in MOS-3IT, the PN junction between the P-type inversion layer formed on the semiconductor substrate below the gate and the N-type semiconductor layer (channel part) is forward biased. This is because the read operation can be performed without any bias, that is, while the reverse bias state is maintained, so that the stored M charges are not recombined or injected into the P-type substrate. However, if the accumulated charge amount Qp1 exceeds the saturated charge amount Q3,1,
Since the excess amount disappears in the readout operation described above, when the amount of light corresponding to the saturated charge amount Qsat is exceeded, the output becomes saturated l-
It comes.

時間t=T  では、ゲートパルスφR3Vか高しベル
であるから、各ソースライン2−1.2−2゜2−3は
グランドに接続され、かつゲートパルスφG2がVO2
のレベルになるなめ、光電変換素子1−21.1−22
.1−23に蓄積された電荷は再結合や半導体基板への
注入により消滅し空の状態となる。即ちリセット動作か
行なわれる。なお、VO3のレベルは光電変換素子のゲ
ート部に蓄えられていた電荷が空になるよう比較的高い
値に設定する。このように、光電変換素子としてMOS
・SITを用いた固体撮像装置においては、ゲート・ソ
ース間の電圧を一定値以上に設定することで、完全なリ
セット動作を行なうことかでき、従って残像の問題が発
生しない、なお、このようなリセット動作中において、
他の画素はオフ状態であり蓄積動作を継続している。
At time t=T, since the gate pulse φR3V is a high level, each source line 2-1.2-2゜2-3 is connected to the ground, and the gate pulse φG2 is VO2
photoelectric conversion element 1-21.1-22
.. The charges accumulated in 1-23 disappear due to recombination or injection into the semiconductor substrate, resulting in an empty state. That is, a reset operation is performed. Note that the level of VO3 is set to a relatively high value so that the charge stored in the gate portion of the photoelectric conversion element is emptied. In this way, MOS as a photoelectric conversion element
- In solid-state imaging devices using SIT, by setting the voltage between the gate and source above a certain value, a complete reset operation can be performed, and therefore the problem of afterimages does not occur. During the reset operation,
The other pixels are in the off state and continue the accumulation operation.

時間t =T sでは、ゲートパルスφRSVが低レベ
ルになるから、各ソースライン2−1.2−2゜2−3
はグランドから切離され、ゲートパルスφTGNが高レ
ベルであるから、負荷容量(CTN)51.5 2.5
 3とそれぞれ接続される。また、ゲートパルスφG2
かVO2のレベルとなって、リセットされた直後の光電
変換素子1−21.1−22.1−23が再びオン状態
となり、蓄積電荷量Q かほぼセロの状態の出力か該容
量CTNにh 蓄えられる。即ち、暗出力の読出し動作か行なわれる。
At time t=Ts, the gate pulse φRSV becomes low level, so each source line 2-1.2-2°2-3
is isolated from the ground and the gate pulse φTGN is at a high level, so the load capacitance (CTN) is 51.5 2.5
3, respectively. In addition, gate pulse φG2
or VO2 level, and the photoelectric conversion element 1-21.1-22.1-23 immediately after being reset turns on again, and the accumulated charge amount Q or the output of the almost zero state or h is applied to the capacitor CTN. It can be stored. That is, a dark output read operation is performed.

この場合も、選択されない他の画素は、オフ状態で蓄積
動作を継続しており、出力には影響しないにの場合、容
量CTNに発生する電圧■c18は、前記(1)式のQ
、、=Oとして次式で表わされる。
In this case as well, the other pixels that are not selected continue their accumulation operation in the off state and do not affect the output, so the voltage ■c18 generated in the capacitor CTN is
, ,=O, and is expressed by the following equation.

このようにして、負荷容量(C18) 4−1 、4−
2.4−3および他の負荷容量(C1N)う−1゜5−
2.−1i−3に蓄積された電荷は、その後水平走査回
路7から出力されるパルスφ  φ  φH1’  H
2’ 13のタイミングて、順次水平読出しライン8および9
にそれぞれ転送され、出力V。、およびVoNが得られ
る。なお、ゲートパルスφR3Hは水平読出しライン8
.9の電荷をリセットするためのスイッチングトランジ
スタ23−1.23−2のためのゲートパルスである。
In this way, the load capacity (C18) 4-1, 4-
2.4-3 and other load capacities (C1N) U-1゜5-
2. The charge accumulated in -1i-3 is then outputted from the horizontal scanning circuit 7 as a pulse φ φ φH1' H
At the timing of 2' 13, the horizontal read lines 8 and 9 are sequentially read out.
are respectively transferred to the output V. , and VoN are obtained. Note that the gate pulse φR3H is applied to the horizontal readout line 8.
.. This is a gate pulse for switching transistors 23-1 and 23-2 for resetting the charge of 9.

このような動作において、CTS””TN” CT、c
  =c  =c  とすると、■ およびV。、は次
H5HN    Has 式で表わされる。
In such an operation, CTS""TN" CT,c
=c If =c, ■ and V. , is expressed by the following H5HN Has formula.

phI CT ・ (□)       ・・・・・・(3)C■+C
H v   −<VO2−v丁 )() N y ・ (□)           ・・・・・・ (4
)C,十CH このようにして得られた出力■。SおよびV。Nは、図
示しない後段の差動増幅器のような回路で減算処理され
光量に比例した出力V。、1が得られる。
phI CT ・ (□) ・・・・・・(3)C■+C
H v −<VO2−v ding ) () N y ・ (□) ・・・・・・ (4
) C, 10CH Output ■ obtained in this way. S and V. N is an output V that is proportional to the amount of light, which is subjected to subtraction processing in a circuit such as a differential amplifier at the subsequent stage (not shown). , 1 is obtained.

即ち、 ”out =”as−■0N Qph    I     0丁 =□(□璽□) Cl±α+β  CT千〇H O× ・・・・・・(5) 式(ヲ)に示すように、出力V。SとV。Nの差を取る
ことにより、光電変換素子のピンチオフ電圧VTのバラ
ツキの影響を除いた出力を得ることかできる。また、ソ
ースフォロワ読出しを用いているなめ、出力に相互コン
ダクタンスGlの項が現われず、Giのバラツキによる
影響も除かれる。
That is, ”out =”as-■0N Qph I 0th = □(□璽□) Cl±α+β CT 1,000H O× (5) As shown in equation (w), the output V . S and V. By taking the difference in N, it is possible to obtain an output that is free from the influence of variations in the pinch-off voltage VT of the photoelectric conversion element. Furthermore, since source follower reading is used, the term of mutual conductance Gl does not appear in the output, and the influence of variations in Gi is also eliminated.

このように、容量負荷型ソースフォロワ読出しをリセッ
ト前およびリセット後で行なうことにより、ピンチオフ
電圧VTのバラツキや相互コンタクタンスGnのバラツ
キに影響されない出力を得ることかでき、従って固定パ
ターンノイズか極めて小さくなる。
In this way, by performing capacitive load type source follower reading before and after reset, it is possible to obtain an output that is not affected by variations in pinch-off voltage VT or mutual contactance Gn, and therefore, fixed pattern noise can be minimized. Become.

なお、第3図および第4図は、第1図に示されるような
固体撮像装置の光電変換素子として用いることができる
MOS−3ITの構造の一例を示すそれぞれ平面図およ
び断面図である。これらの図に示されるMOS−3IT
は、例えばP型の半導体基板31上に形成されたN型エ
ピタキシャル層のようなN型半導体層32の上部に形成
されたN型ソース領域33とこのN型ソース領域33を
囲むN型ドレイン領域34を備えている、また、N型ソ
ース領域33とN型ドレイン領域34との間のN型半導
体層32上には絶縁膜35を介して多結晶シリコン等に
よるゲート電極36か形成されている。また、このよう
なSITは半導体基板上にマトリクス状に多数形成され
、縦列の各SITのN型ソース領域33は互いにソース
ライン用アルミ配線37によって接続されている。また
、同じ横列のSITのゲート;極36は互いにゲートラ
イン38によって接続されている。なお、第3図および
第4図における各半導体層および領域をそれぞれ逆の導
電型のものに、すなわちP型をN型に、N型をP型に、
することも可能である。
Note that FIGS. 3 and 4 are a plan view and a cross-sectional view, respectively, showing an example of the structure of a MOS-3IT that can be used as a photoelectric conversion element of a solid-state imaging device as shown in FIG. MOS-3IT shown in these figures
is an N-type source region 33 formed on the top of an N-type semiconductor layer 32 such as an N-type epitaxial layer formed on a P-type semiconductor substrate 31, and an N-type drain region surrounding this N-type source region 33. Further, a gate electrode 36 made of polycrystalline silicon or the like is formed on the N-type semiconductor layer 32 between the N-type source region 33 and the N-type drain region 34 with an insulating film 35 interposed therebetween. . Further, a large number of such SITs are formed in a matrix on a semiconductor substrate, and the N-type source regions 33 of each SIT in a column are connected to each other by an aluminum wiring 37 for a source line. Also, the gates and poles 36 of the SITs in the same row are connected to each other by a gate line 38. Note that the semiconductor layers and regions in FIGS. 3 and 4 are of opposite conductivity type, that is, P type is changed to N type, N type is changed to P type,
It is also possible to do so.

[発明の効果〕 以上のように本発明によれば、光電変換素子として横型
静電誘導トランジスタを用い、これを容量負荷型ソース
フォロワ回路方式で読出しているため、光量と出力との
比例関係か得られ、非破壊続出しが可能となり、かつ残
像がなくなる。また、容量負荷型ソースフォロワ方式に
よる読出しを光電変換素子のリセ・ソトの前および後で
行ない両方の読出し出力を差動増幅するため、光電変換
素子のバラツキによる影響がなくなり固定パターンノイ
ズか極めて小さくなる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, a lateral electrostatic induction transistor is used as a photoelectric conversion element, and this is read out using a capacitively loaded source follower circuit system, so that there is no proportional relationship between the amount of light and the output. This enables continuous non-destructive printing and eliminates afterimages. In addition, readout using the capacitive load type source follower method is performed before and after resetting/resetting the photoelectric conversion element, and both readout outputs are differentially amplified, eliminating the influence of variations in the photoelectric conversion element and minimizing fixed pattern noise. Become.

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

第1図は、本発明の1実施例に係わる固体撮像装置の回
路構成を、光電変換素子か3行3列に配置されている場
合につき示したブロック回路図、第2図は、第1図の固
体撮像装置の各部のパルスのタイミングおよび電圧関係
等を示す波形図、第3図は、第1図の固体撮像装Wに用
いられる光電変換素子の一例を示す平面図、そして第4
図は、第3図の光電変換素子のA−A’線から見た断面
図である。 1−11.1−12.1−13.・・・、1−31゜1
−32.1−33:光電変換素子、 2−1.2−2.2−3 :ソースライン、3−1. 
3−2. 3−3 ニゲ−トライン、4−1.5−1.
  ・・・、4−3.5−3:負荷容量、 6:垂直走査回路、 7.水平走査回路、8.9:水平
読出しライン。 10.11:水平読出しラインの寄生容量、12.13
.14.15:ゲートパルス、16.17:出力端子、 18−1.18−2.18−3.・・・、22−1゜2
2−2.22−3.23−1.23−2ニスイツチング
トランジスタ、 31:P型半導体基板、 32:N型半導体層、33:
N型ソース領域、 34:N型ドレイン領域、 35:絶縁膜、 36:ゲート電極、 37:ソースライン、  38ニゲ−トライン。
FIG. 1 is a block circuit diagram showing the circuit configuration of a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention in the case where photoelectric conversion elements are arranged in three rows and three columns, and FIG. FIG. 3 is a waveform diagram showing the pulse timing and voltage relationship of each part of the solid-state imaging device shown in FIG.
The figure is a cross-sectional view of the photoelectric conversion element in FIG. 3 taken along line AA'. 1-11.1-12.1-13. ..., 1-31゜1
-32.1-33: Photoelectric conversion element, 2-1.2-2.2-3: Source line, 3-1.
3-2. 3-3 Nigate Line, 4-1.5-1.
..., 4-3.5-3: Load capacitance, 6: Vertical scanning circuit, 7. Horizontal scanning circuit, 8.9: Horizontal readout line. 10.11: Parasitic capacitance of horizontal readout line, 12.13
.. 14.15: Gate pulse, 16.17: Output terminal, 18-1.18-2.18-3. ..., 22-1゜2
2-2.22-3.23-1.23-2 Niswitching transistor, 31: P-type semiconductor substrate, 32: N-type semiconductor layer, 33:
N-type source region, 34: N-type drain region, 35: insulating film, 36: gate electrode, 37: source line, 38 negative gate line.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、マトリクス状に配設され各々入射光に応じてそのゲ
ート部に電荷を蓄積する複数の横型静電誘導トランジス
タと、 これら複数の横型静電誘導トランジスタから読出しのた
め所望のものを選択する選択ゲート手段と、 この選択ゲート手段により選択された横型静電誘導トラ
ンジスタのソース回路に結合され、ゲート部に蓄積され
た電荷の量に対応する信号によって充電される負荷容量
と、 を具備し、前記負荷容量の充電電荷にもとづき映像信号
を得ることを特徴とする固体撮像装置。 2、マトリクス状に配設され各々入射光に応じてそのゲ
ート部に電荷を蓄積する複数の横型静電誘導トランジス
タと、 これら複数の横型誘導トランジスタから読出しのため所
望のものを選択する選択ゲート手段と、この選択ゲート
手段により選択された横型静電誘導トランジスタのソー
ス回路に結合され、ゲート部に蓄積された電荷のリセッ
トのそれぞれ前および後に前記ソース回路の電位に応じ
て充電される第1および第2の負荷容量と、 を具備し、前記第1および第2の負荷容量の充電電荷に
対応する信号の差分にもとづき映像信号を得ることを特
徴とする固体撮像装置。 3、前記横型静電誘導トランジスタは、第1の導電型の
半導体基板上に形成された低濃度の第2の導電型の半導
体層と、この半導体層の表面近傍に形成された高濃度の
第2の導電型のソース領域およびドレイン領域と、これ
らソース領域とドレイン領域との間の前記第2の導電型
の半導体層上に絶縁膜を介して形成されたゲート電極と
を具備する請求項1または2に記載の固体撮像装置。
[Scope of Claims] 1. A plurality of lateral static induction transistors arranged in a matrix and each accumulating charge in its gate portion according to incident light; a load capacitor coupled to the source circuit of the lateral static induction transistor selected by the selection gate means and charged by a signal corresponding to the amount of charge accumulated in the gate portion; , A solid-state imaging device is characterized in that it obtains a video signal based on the charge of the load capacitor. 2. A plurality of lateral electrostatic induction transistors arranged in a matrix and each accumulating charge in its gate portion according to incident light, and a selection gate means for selecting a desired one for reading out of the plurality of lateral induction transistors. and first and second transistors coupled to the source circuit of the lateral static induction transistor selected by the selection gate means and charged according to the potential of the source circuit before and after resetting the charge accumulated in the gate section, respectively. A solid-state imaging device, comprising: a second load capacitor; and obtaining a video signal based on a difference between signals corresponding to charges of the first and second load capacitors. 3. The lateral static induction transistor includes a low concentration semiconductor layer of a second conductivity type formed on a semiconductor substrate of a first conductivity type, and a high concentration second conductivity type semiconductor layer formed near the surface of this semiconductor layer. 2. A semiconductor device comprising: a source region and a drain region of a second conductivity type; and a gate electrode formed on the semiconductor layer of the second conductivity type between the source region and the drain region with an insulating film interposed therebetween. Or the solid-state imaging device according to 2.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005203783A (en) * 2004-01-12 2005-07-28 Samsung Electronics Co Ltd Photosensor and display utilizing the same

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JP2005203783A (en) * 2004-01-12 2005-07-28 Samsung Electronics Co Ltd Photosensor and display utilizing the same

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