JPH04503432A - CCD dark current reduction method and device - Google Patents

CCD dark current reduction method and device

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JPH04503432A
JPH04503432A JP51318490A JP51318490A JPH04503432A JP H04503432 A JPH04503432 A JP H04503432A JP 51318490 A JP51318490 A JP 51318490A JP 51318490 A JP51318490 A JP 51318490A JP H04503432 A JPH04503432 A JP H04503432A
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pixel
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transfer
channel
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JP51318490A
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Japanese (ja)
Inventor
バーキー ブルース
チャン ウィン チュイ
リー テー スワン
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イーストマン コダック カンパニー
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    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 CODの暗電流低減方法及び装置 技術分野 本発明は、CCD (電荷結合素子)中の暗電流を低減するための方法及び装置 に関する。[Detailed description of the invention] COD dark current reduction method and device Technical field The present invention provides a method and apparatus for reducing dark current in a CCD (charge coupled device). Regarding.

背景技術 真正2相CCDとは、ビクセル毎に2個の物理ゲートが配置された素子をいい、 各ゲートはその下方に位置するシリコン中に形成された転送領域及び格納領域双 方を持つ。この素子では、2種の電圧位相ラインΦ1及びΦ2が存在する。電荷 結合の理論は、フレーム伝送及びインターライン伝送CCDイメージ感知素子に 応用されている。第1図にフレーム転送面型イメージセンサ10の一例を示す。Background technology A true two-phase CCD is a device in which two physical gates are arranged for each pixel. Each gate has two transfer and storage regions formed in the silicon below it. have a person. In this device, there are two types of voltage phase lines Φ1 and Φ2. charge The theory of coupling applies to frame transmission and interline transmission CCD image sensing elements. It is applied. FIG. 1 shows an example of a frame transfer surface type image sensor 10.

第1図は、真正2相CCDの模式的断面図を表したもので、真正2位相CCDに ついては、米国特許第4.613,402号(Losee及びLavineの共 同特許)に詳述されている。この真正2位相CCDは、各位相ゲート下方に、格 納領域及び転送領域双方を備えている。第1a図において、位相ゲートは第1ま たは第2多結晶シリコン(POLY−5i)によって標識されており、また転送 領域及び格納領域はそれぞれΦ1に対する領域(1)と(2)及びΦ2に対する (3)と(4)によって標識されている。ここでは、n型チャンネル素子につい てのみ考慮する。この種の素子では、多数キャリアが正孔であり、少数キャリア が電子となる。この発明では、p埋設チャンネル素子に対して均等に電圧印加が 為される。図示したnチャンネルCCDでは、埋設チャンネルはp型基板中への niミド−ピングより、またはn型基板内へのp−ウェル形成により、構成され る。転送/格納埋設チャンネル領域は、それぞれn型またはそれ以上のn埋設チ ャンネルドーピングによって各々区別される。米国特許第4,613,402に は、真正2位相CCD素子が開示されている。Figure 1 shows a schematic cross-sectional view of a true two-phase CCD. No. 4,613,402 (Losee and Lavine) (the same patent). This true two-phase CCD has a casing below each phase gate. It has both a storage area and a transfer area. In Figure 1a, the phase gate is or a second polycrystalline silicon (POLY-5i) and transferred The areas and storage areas are areas (1) and (2) for Φ1 and for Φ2, respectively. Labeled by (3) and (4). Here, we will discuss the n-type channel element. will be considered. In this type of device, the majority carriers are holes and the minority carriers are holes. becomes an electron. In this invention, voltage is applied evenly to the p-buried channel element. will be done. In the illustrated n-channel CCD, the buried channel is connected into the p-type substrate. constructed by Ni mid-doping or by forming a p-well in an n-type substrate. Ru. The transfer/storage buried channel area is each an n-type or better n-buried channel area. Each is distinguished by channel doping. U.S. Patent No. 4,613,402 discloses a true two-phase CCD device.

位相ゲート電極、埋設チャンネル及びイメージビクセルの基板の内の−を通る静 電位帯間が第2図に示されている。埋設チャンネルには逆バイアスで正ゲート電 圧Vgが印加され、これによって空乏面が生成される。この状態において、図示 は省いたがフェルミ準位(EP )が酸化−シリコン境界のバンドギャップ中央 に現れる。埋設チャンネルCCDでは、次の3種類の源から暗電流が生じる=( 1)格子破壊、または空乏化した5t−3t02境界における不純物: (2) 不純物、またはミツドギャップ状態の欠陥に起因する空乏領域の発生; 及び( 3)少数キャリアの基板から埋設チャンネルへの拡散。これら3種の全ケースに おいて疑似電荷が生じ、これが埋設チャンネル内の信号として収集される。表面 及び空乏領域双方における暗電流発生メカニズムが第2図に示されており、次の ような経過を辿る。まず、発生位置(欠陥)において、電子(負電荷)が埋設チ ャンネル中の導電帯へ放出され、正孔(正電荷)が価電子帯へ放出される。この 双方の場合共、電子は埋設チャンネルにより暗信号として捕捉される。そして、 もし正孔が価電子帯へ放出される空間領域が多数キャリアの空乏状態になると、 正孔はその発生点から外れて移動し、当該領域には多数キャリアの空乏化が生じ る。空乏領域内に発生した正孔は、基板へと移動する。表面に発生した正孔は、 チャンネルストップ領域に向けて側方向へ移動し、再び表面を多数キャリアの空 乏状態に置く。従って、発生領域の状態は電子及び正孔の放出前と同じになり、 表面及び空乏領域の欠陥は電子−正孔対を発生し続け、これが暗電流源となる。static electricity through the phase gate electrode, the buried channel and the substrate of the image vixel. The potential bands are shown in FIG. The buried channel has a positive gate voltage with reverse bias. A pressure Vg is applied, thereby creating a depletion plane. In this state, Although omitted, the Fermi level (EP) is the center of the band gap at the oxide-silicon boundary. appears in In a buried channel CCD, dark current arises from three types of sources: 1) Impurities at the 5t-3t02 boundary with lattice destruction or depletion: (2) Generation of depletion regions due to impurities or mid-gap defects; and ( 3) Diffusion of minority carriers from the substrate into buried channels. In all three cases A spurious charge is generated in the buried channel, which is collected as a signal in the buried channel. surface The dark current generation mechanism in both the depletion region and the depletion region is shown in Figure 2. Follow a similar process. First, at the location (defect), electrons (negative charges) It is released into the conductive band in the channel, and holes (positive charges) are released into the valence band. this In both cases, the electrons are captured by the buried channel as a dark signal. and, If the spatial region where holes are released into the valence band becomes depleted of majority carriers, The holes move away from their point of origin, causing depletion of majority carriers in the region. Ru. Holes generated within the depletion region move to the substrate. The holes generated on the surface are Move laterally towards the channel stop region and refill the surface with majority carriers. put in a state of poverty. Therefore, the state of the generation region is the same as before the emission of electrons and holes, Defects in the surface and depletion regions continue to generate electron-hole pairs, which become dark current sources.

この発生プロセスは、欠陥存在位置で電子または正孔が過剰に生成した時にのみ 停止する。最近の製造技術では、埋設チャンネルCODにおいて表面状態発生メ カニズムが暗電流源を凌駕する程度にまでバルク電流を供給するという手法が採 られている。これにより、空乏領域及びバルク電流を、表面状態発生メカニズム 埋設チャンネルCCD中の主暗電流源とさせる欠点を低減可能としている。This generation process occurs only when excessive electrons or holes are generated at the defect location. Stop. Recent manufacturing technology has introduced surface condition generation methods in buried channel COD. A method has been adopted in which the bulk current is supplied to the extent that the dark current source exceeds the dark current source. It is being This reduces the depletion region and bulk current to the surface state generation mechanism. This makes it possible to reduce the drawback of the buried channel being the main dark current source in the CCD.

本発明は、この暗電流の表面状態要素を低減することを目的とする。The present invention aims to reduce the surface state component of this dark current.

発明の開示 上記目的を達成するために本発明は、少なくとも2mの近接電極によりて−のピ クセルが特定される埋設チャンネルCCD内に生じる暗電流を低減する方法であ って、このようなCCDの蓄積モード動作中にすべての電極を同時に配置するス テップを含むことを特徴とする。Disclosure of invention In order to achieve the above object, the present invention provides a distance between the peak and This is a method to reduce the dark current that occurs in the buried channel CCD where the cells are identified. Therefore, it is necessary to arrange all the electrodes simultaneously during the accumulation mode operation of such a CCD. It is characterized by including a step.

本発明において、暗電流は極めて効果的に抑制される。この抑制効果は、−のC CDから次段のCCDへ実際に電荷を転送するための所要全時間にわたって、蓄 積モード動作におlする全位相ゲートをホールドすることにより得られる。蓄積 モードを作動させるために、大部分のキャリアがシリコン5i02インターフエ ースへ吸引されるよう電圧を印加しなければならない。nチャンネル素子では大 部分のキャリアは正孔であり、pチャンネル素子では大部分のキャリアは電子で ある。従って、蓄積モードにおける適切な電圧は、n型埋設チャンネル素子に対 しては負、p型埋設チャンネル素子に対しては正、である。2個の真正位相構造 は、理想的にはこの操作モードに適合する。In the present invention, dark current is suppressed very effectively. This suppressing effect is due to the -C During the entire time required to actually transfer the charge from the CD to the next CCD, the storage This is obtained by holding all phase gates in product mode operation. accumulation To operate the mode, most carriers are connected to a silicon 5i02 interface. voltage must be applied so that it is attracted to the ground. Large for n-channel devices A portion of carriers are holes, and in p-channel devices, most carriers are electrons. be. Therefore, the appropriate voltage in storage mode is negative for p-type buried channel devices and positive for p-type buried channel devices. Two true topological structures ideally fits this mode of operation.

本発明において、バリヤ領域及び格納領域下方のチャンネル電位は、蓄積モード で作動した時に、近傍のビクセル信号を混入させることのないよう適切に選択さ れなければならない。In the present invention, the channel potential below the barrier region and the storage region is be selected appropriately so as not to mix in nearby pixel signals when operating in must be

本発明は、統合及び読み出しの真作用中においてフレーム転送CCD撮像器に使 用できる。また、光学的に発生した信号の読み出し中に転送CCD撮像器をイン ターラインするためにも適用できる。The present invention can be used in frame transfer CCD imagers during integration and readout operations. Can be used. Additionally, the transfer CCD imager is installed during readout of optically generated signals. It can also be applied for tarlining.

フレーム転送CCDを駆動する蓄積モードの利点は、統合及び読み出しの雨期間 中におIする暗電流及び統合中に現れる暗固定パターンノイズを激減できること にある。暗電流の低減は、そのままダイナミックレンジの増大及び暗信号ショッ トノイズの低減を意味する。The advantage of the accumulation mode driving the frame transfer CCD is that the integration and readout rain periods It is possible to drastically reduce the dark current flowing into the interior and the dark fixed pattern noise that appears during integration. It is in. Reducing dark current directly increases dynamic range and dark signal shock. This means reducing noise.

本発明の他の利点は、フレーム転送イメージセンサ内で動作ロスを生じさせるこ となく、統合及び読み出し双方の期間中にインターレース作用を行えることであ る。これは、各フィールドの内の−に従って−の半ステージノーマル転送作用を 行うことによりピクセルの整列性を確保し、後段の蓄積期間中におl少るピクセ ルの混乱を回避できる。Another advantage of the present invention is that it does not introduce motion loss within a frame transfer image sensor. However, it is possible to perform interlacing operations during both integration and readout. Ru. This produces a half-stage normal transfer action of − according to − within each field. This ensures pixel alignment and reduces the number of pixels during the subsequent accumulation period. This avoids confusion in the files.

図面の簡単な説明 第1図は、真正2位相領域イメージセンサの平面図;第1a図は、第1図の2位 相CCD素子のa−a垂直断面によってイメージビクセルを示した図; 第2図は、暗電流の発生メカニズムを表した第1a図のイメージビクセルの静電 位帯間; 第3ae及び第3b図は、動作中における表面空乏モード及び蓄積モードを示し た第2図に類似の静電位帯間; 第4a図及び第4b図は、第1a図のゲートに対してそれぞれゲート電圧対チャ ンネル電位及びゲート電圧対暗電流の関係を示したグラフ図;第5図は、真正2 位相CCDの3個のゲート電極、及びこれらゲート動作の蓄積モードによって転 送期間の終端から変化する時のこれらゲート下での電位ウェルを示した図; 第6図は、第5図の(a)、(c)及び(d)領域垂直断面におけるゲート電圧 に対する静電最大電位(ボルト)、及び第5図に置ける領域(d)のゲート電圧 に対する電位容量 電子/μm2を表した図である。Brief description of the drawing Figure 1 is a plan view of a true two-phase domain image sensor; Figure 1a is the second position in Figure 1. A diagram showing an image pixel by a-a vertical cross section of a phase CCD element; Figure 2 shows the electrostatic charge of the image vixel in Figure 1a, which shows the mechanism of dark current generation. Between positions; Figures 3ae and 3b show surface depletion mode and accumulation mode during operation. Between electrostatic bands similar to Figure 2; Figures 4a and 4b show the gate voltage versus charge for the gate of Figure 1a, respectively. A graph showing the relationship between channel potential and gate voltage versus dark current; The three gate electrodes of the phase CCD and the accumulation mode of these gate operations A diagram showing the potential wells under these gates as they change from the end of the transmission period; Figure 6 shows the gate voltage in the vertical cross section of regions (a), (c) and (d) in Figure 5. Maximum electrostatic potential (volts) for and gate voltage in region (d) in Figure 5 It is a diagram showing potential capacity electrons/μm2 with respect to.

発明の実施モード 描写目的のため、第1図に示したフレーム転送CCDイメージセンサ10を参照 しつつ説明する。この素子では、電荷転送チャンネル12が垂直方向に走行して いる。各チャンネル相互は、チャンネルストップ14により分離されている。mode of implementation of the invention For illustrative purposes, reference is made to the frame transfer CCD image sensor 10 shown in FIG. I will explain as I go along. In this device, charge transfer channels 12 run vertically. There is. Each channel is separated from each other by a channel stop 14.

チャンネルストップ14は転送チャンネルに収集された電荷を閉じ込めて、近接 チャンネルへの漏洩を防ぐ。各転送チャンネル12は、複数の感知素子またはイ メージビクセル(または、インターライン転送CCDでは垂直シフトレジスタの ステージ)を有する。この素子は2位相型素子であるから、各ピクセルは、ビク セル毎に緊密距離を介して設けられたゲートにより特定されている。ゲート電極 は、ポリシリコン等の透過性導電物質から形成されている。各感知素子の各電極 に電極が形成されると、その下方に電位ウェルまたは空乏領域が形成される。情 景の輝度の関数である電荷は、電位ウェル内に収集される。埋設チャンネルCC Dでは、各電極はS L 02等の絶縁体上に配置される。絶縁体は、基板に重 ねて配置される。基板にはドーピングが行われて所望の極性、例えばn型チャン ネル素子にはp型を持つように形成できるonmチャンネル素子に対しては、基 板中の絶縁体近傍の表面領域はバルク基板の極性とは逆のn型極性を持つ。また 、所定の電位が電極に印加された時に絶縁体から距離を隔てた基板内に電位ウェ ルが形成されるような濃度を持つ。Channel stop 14 confines the charge collected in the transfer channel and Prevent leaks to channels. Each transfer channel 12 includes a plurality of sensing elements or image pixel (or vertical shift register in interline transfer CCD) stage). Since this element is a two-phase element, each pixel Each cell is identified by a gate placed at a close distance. gate electrode is made of a transparent conductive material such as polysilicon. Each electrode of each sensing element When an electrode is formed under the electrode, a potential well or depletion region is formed below it. love Charge, which is a function of scene brightness, is collected in the potential well. Buried channel CC In D, each electrode is placed on an insulator such as S L 02. The insulator is heavily attached to the board. It is placed side by side. The substrate is doped to achieve the desired polarity, e.g. an n-type channel. For onm channel elements, which can be formed to have p-type, the basic The surface area near the insulator in the plate has an n-type polarity opposite to that of the bulk substrate. Also , a potential wire is created in the substrate at a distance from the insulator when a predetermined potential is applied to the electrode. The concentration is such that a pore is formed.

イメージセンサ10は、電圧位相ラインΦ1及びΦ2と埋設チャンネルとを持つ フレーム転送真正2位相CCDを備えている。各ピクセルは、2次元アレイを構 成しており、このアレイは図示目的のみであるが、740コラム X 485ロ ーのピクセルから成る構成として示されている。各透過性電極は、2位相電圧ク ロック信号源の一ラインまたは一位相に接続されている。入射光への露光が行わ れた後、位相ラインに対する電圧信号は、周知の方法で順次イメージ感知アレイ へ印加される。これにより、ブロックHとして示したように、ピクセル中に形成 されたイメージ状電倚パターンが出力レジスタへ向けて一回に10−ずつ移動さ れてゆく。The image sensor 10 has voltage phase lines Φ1 and Φ2 and a buried channel. It is equipped with a frame transfer true two-phase CCD. Each pixel constitutes a two-dimensional array. This array is for illustrative purposes only, and is 740 columns by 485 rows. is shown as a composition of pixels. Each transparent electrode has a two-phase voltage Connected to one line or one phase of the lock signal source. Exposure to incident light takes place After the voltage signals on the phase lines are sequentially applied to the image sensing array in a well-known manner, is applied to. This results in the formation in the pixel, as shown as block H. The image-like electric pattern is moved toward the output register by 10− at a time. It goes down.

高周波クロックパルスは、ポリシリコンゲート電極を駆動し、特定のアプリケ− シコンにより決定された速度でイメージセンサの各ローを読み出させる。出力レ ジスタHは、模式的にブロック状に示されている。理由は、オプションの転送ゲ ート16と水平チャンネルストップ18との間に配置された従来の2位相CCD シフトレジスタにより供給されるからである。転送ゲート16は、垂直レジスタ の位相クロックの内の一つとして構成できる。これらの電極は、従来の方法で、 電圧ラインΦ1−Φ2上の信号によって駆動される。High frequency clock pulses drive the polysilicon gate electrode and Each row of the image sensor is read out at a rate determined by the controller. Output level The register H is schematically shown as a block. The reason is that the optional transfer game A conventional two-phase CCD placed between the gate 16 and the horizontal channel stop 18 This is because it is supplied by a shift register. Transfer gate 16 is a vertical register can be configured as one of the following phase clocks. These electrodes are conventionally It is driven by a signal on voltage line Φ1-Φ2.

転送ゲート電極16は第一転送信号T1により駆動され、光電荷のローを出力レ ジスタHへ向けて転送する。The transfer gate electrode 16 is driven by the first transfer signal T1 and outputs the low photocharge. Transfer it to Jister H.

光電荷のローが出力レジスタHへ転送された後、転送ゲート30が閉止される。After the photocharge low is transferred to output register H, transfer gate 30 is closed.

この閉止により、電位バリヤがこの転送電極下方に形成される。この時、出力レ ジスタは2位相形式で駆動され、出力ダイオード32へ光電荷が一回に一ビクセ ルずつクロックされる。出力ダイオード32は、光電荷を電圧に変換する。Due to this closure, a potential barrier is formed below this transfer electrode. At this time, the output level The resistor is driven in a two-phase fashion, so that the photocharge is transferred to the output diode 32 one vixen at a time. clocked by the clock. Output diode 32 converts the photocharge into voltage.

説明を先に進める前に、蓄積モードでの作用メカニズムを以下に述べておく。Before proceeding further with the explanation, the mechanism of action in the accumulation mode will be described below.

表面発生位置に起因する暗電流は、電圧をゲート電極へ印加して該電極下方に大 部分のキャリアを蓄積することにより、画期的に低減できる。これを作用の蓄積 モードと呼ぶ。蓄積、空乏、及び反転等の用語は、金属−酸化一半導体(MOS ’)素子物理において受け入れられている技術用語であり、それぞれ多数キャリ アの存在、キャリアの欠落、及び少数キャリアの存在をそれぞれ意味する。この ような効果を奏するメカニズムについて説明する。正孔または多数キャリアが5 i−8IO2インターフエースに蓄積することによってそれ以トの暗電流発生が 抑制される。この作用は、欠陥部位からの正孔発射というよりも、逆方向への電 子孔対即ち欠陥部位により捕捉された正孔電子孔対(先に説明済み)生成反応を 起こされることから説明がつく。任意のCCD位相ゲート下方の5i−8i02 インターフ五−スにおける正孔の蓄積状態は、ゲートに印加される電圧Vgによ って制御する。MO3素子の物理で周知のように、価電子帯における正孔密度は 、価電子帯EvからフェルミレベルEFを分離することによって決定される。ホ ール密度は、この分離がバンドギャップの約174以下即ちEvとEcとの間の 分離となった時に飛躍的に増大する。この分離は、ゲート電圧により制御される 。第3a図において、この分離は実質上全バンドギャップであり、これによりゲ ート絶縁体直下方の半導体からは正孔(多数キャリア)が空乏化する。The dark current caused by the surface generation position can be reduced by applying a voltage to the gate electrode to generate a large amount below the electrode. By accumulating partial carriers, it can be dramatically reduced. This is an accumulation of effects. It's called a mode. Terms such as accumulation, depletion, and inversion refer to metal-oxide semiconductor (MOS) ’) Accepted technical terms in device physics, each with a large number of carriers. This means the presence of carriers, the absence of carriers, and the presence of minority carriers, respectively. this The mechanism that produces this effect will be explained. Holes or majority carriers are 5 Further dark current generation is caused by accumulation in the i-8IO2 interface. suppressed. This effect is caused by an electric current in the opposite direction rather than a hole emission from a defective site. A reaction that generates a hole pair, that is, a hole-electron hole pair (explained earlier) captured by a defect site. This can be explained by what happens. 5i-8i02 below any CCD phase gate The accumulation state of holes in the interface is determined by the voltage Vg applied to the gate. control. As is well known in the physics of MO3 elements, the hole density in the valence band is , is determined by separating the Fermi level EF from the valence band Ev. Ho The separation is approximately 174 below the bandgap, i.e. between Ev and Ec. It increases dramatically when separated. This separation is controlled by the gate voltage . In Figure 3a, this separation is essentially the entire bandgap, which makes the gap The semiconductor directly below the substrate insulator is depleted of holes (majority carriers).

第3b図には、負ゲート電圧を第3a図の場合よりもかなり大きく印加する状態 を示す。これにより、正孔はゲート電極下方の5t−8in2インターフエース へ吸引される。更に大きな負ゲート電圧vGを加えると、正孔の層は埋設チャン ネルをゲート電圧作用から保護する働きをする。こうして、ゲートは正孔が蓄積 された状態となり、暗電流値が低下する。チャンネル電位Vcは、基板のフェル ミ準位EFとエンプティ埋設チャンネルのQuasiフェルミ準位との差違分に 相当する。Vcの値は、ゲート電圧VGにより制御される。この制御作用は、ゲ ート電圧が十分に負となり、ゲート絶縁体下方のシリコン表面に正孔が蓄積され るまで行われる。この状態に達した時に、ポイントVGh(VcのHaを停止す る。これらを第4a図及び第4b図に示した。この移行作用は、ゲート電圧の狭 い範囲にわた)て発生する。第4a図は、暗電流の低減作用を示し、第4b図は 表面に正孔が蓄積された時のチャンネル電位飽和の状態を示す。Figure 3b shows a state in which the negative gate voltage is applied much higher than in Figure 3a. shows. As a result, holes are transferred to the 5t-8in2 interface below the gate electrode. is attracted to. When a larger negative gate voltage vG is applied, the hole layer becomes a buried channel. serves to protect the channel from gate voltage effects. In this way, holes accumulate at the gate. The dark current value decreases. The channel potential Vc is The difference between the Mi level EF and the Quasi Fermi level of the empty buried channel Equivalent to. The value of Vc is controlled by gate voltage VG. This control effect is The gate voltage becomes sufficiently negative that holes accumulate on the silicon surface below the gate insulator. It will be carried out until the end. When this state is reached, stop Ha at point VGh (Vc). Ru. These are shown in Figures 4a and 4b. This transition effect is caused by a narrow gate voltage. occurs over a wide range). Fig. 4a shows the dark current reduction effect, and Fig. 4b shows the dark current reduction effect. This shows the state of channel potential saturation when holes are accumulated on the surface.

蓄積モード時における第1図のCCD動作を第5図に示す。同図の頂部には、真 正2位相CCDシフトレジスタの1及び1/2ピクセルが模式的に表されている 。−のピクセルが2個のゲートを含む。各ゲートに対する領域(a)、(C)。FIG. 5 shows the operation of the CCD shown in FIG. 1 in the accumulation mode. At the top of the figure, 1 and 1/2 pixels of a positive two-phase CCD shift register are schematically represented. . − pixels contain two gates. Areas (a), (C) for each gate.

(b)、Cd)は、ゲートの埋設チャンネルの転送及び格納領域である。第1a 図も参照されたい。この図に示された重要なポイントとして、転送領域(a)及 び(b)は、蓄積領域(b)及び(d)よりも一層少なくドープされている(n −一)。ドーピング量を異ならせること以外の方法でも、位相ゲート下方の格納 及び転送領域を形成することが可能である。適切な方法の一例としては、ゲート 絶縁体厚さを異ならせることが挙げられる。例えば、蓄積領域のゲート絶縁体厚 さを転送領域のそれよりも大きくする。ライン1−7は、CCDシフトレジスタ 下方でステージ間転送における蓄積に対して位相1ゲートがクロックされるに伴 う時間シーケンスにおけるチャンネル電位(実n>及び信号電荷(陰影)を示し たものである。電荷統合中における蓄積モード作用は、ステージ間転送中の蓄積 作用について述べた後で触れることにする。(b), Cd) is the transfer and storage area of the buried channel of the gate. 1st a See also figure. The important points shown in this figure are transfer area (a) and and (b) are less doped (n) than the accumulation regions (b) and (d). -1). Methods other than varying the doping amount can also improve storage below the phase gate. and a transfer area can be formed. An example of a suitable method is to gate One example is to vary the thickness of the insulator. For example, the gate insulator thickness in the storage region Make the size larger than that of the transfer area. Lines 1-7 are CCD shift registers As the phase 1 gate is clocked for accumulation in the interstage transfer below Indicates the channel potential (actual n>) and signal charge (shading) in the delay time sequence. It is something that Accumulation mode action during charge integration is similar to accumulation during interstage transfer. I will touch on this after discussing its effects.

(A)ピクセル間転送 ライン】:これは、CCDシフトレジスタ下流側における通常のステージ間伝送 の終端における電圧及び信号電荷形態である。位相ラインΦ2へ印加された電圧 は低く、一方Φ2へ印加される電圧は高い。信号電荷は、Φ1へ接続されたゲー ト下方の格納ウェル内に保持される。暗電流の表面成分(要素)は、Φ2へ接続 されたゲート下方で抑制される。また、Φ1に接続されたゲート下方の暗電流は 、これを蓄積駆動することによって抑制される。(A) Inter-pixel transfer line]: This is the normal inter-stage transmission downstream of the CCD shift register. The voltage and signal charge form at the terminal end of . Voltage applied to phase line Φ2 is low, while the voltage applied to Φ2 is high. The signal charge is connected to the gate connected to Φ1. is held in a storage well below the The surface component (element) of the dark current is connected to Φ2 is suppressed below the gate. Also, the dark current below the gate connected to Φ1 is , this is suppressed by accumulation driving.

ライン2−4:先ず、位相ラインΦ1をローに設定5、即ち蓄積に向かわせる。Line 2-4: First, phase line Φ1 is set to low 5, ie, toward accumulation.

この時、全ての信号1irRは、Φ1に接続されたゲート下方に存在している。At this time, all signals 1irR exist below the gate connected to Φ1.

位相ラインの1にある程度の電圧が印加されると、転送領域が蓄積され、これが ライン4における条件となる。この点において、転送領域内のチャンネル電位は 飽和する。この結果、Φ1電圧が更に減少することでΦ1に接続されたゲート転 送領域下方におけるチャンネル電位の以降の低下を阻止することとなる。When a certain voltage is applied to one of the phase lines, a transfer area accumulates and this This is the condition for line 4. At this point, the channel potential in the transfer region is saturate. As a result, as the Φ1 voltage further decreases, the gate voltage connected to Φ1 increases. This prevents the channel potential below the transmission region from decreasing further.

ライン5:この転送領域が蓄積されるので、Φ1ゲート電圧が更に低下し、これ が格納領域のチャンネル電位を低減させる。この結果、格納ウェルの破壊が始ま り、Φ1ゲートの電荷取扱容量が減少することになる。超過信号は、位相1及び 2の相対チャンネル電位によって後方または前方の何れかに漏洩する。本実施例 では、チャンネル電位はΦ1以下であるので、超過電荷は後方に漏洩する。図で はΦ2下方に陰影で示した。Line 5: As this transfer region accumulates, the Φ1 gate voltage decreases further and this reduces the channel potential of the storage region. As a result, destruction of the containment well begins. As a result, the charge handling capacity of the Φ1 gate decreases. Excess signal is phase 1 and leak either backward or forward depending on the relative channel potential of the two. This example In this case, since the channel potential is less than Φ1, excess charge leaks backward. In diagram is shown in shading below Φ2.

ライン6:Φ1に接続されたゲートは、こうして完全に蓄積され、信号はΦ1及 びΦ2に接続されたピクセルゲート間で分配される。各ピクセルの両ゲートは、 合同時に蓄積モードになる。これが陰影領域として示されている。暗電流発生の 要素は抑制される。チャンネル電位は電荷容量が激減しないような値に選択され なければならない。即ち、−の位相下における蓄積された電荷容量は、ライン2 で示すように通常の非蓄積バイアス条件での電荷容量の約172以下となっては ならない。理由は、蓄積された条件下における信号は両ビクセルゲート間で分配 されるからである。Line 6: The gate connected to Φ1 is thus fully accumulated and the signal is and between the pixel gates connected to Φ2. Both gates of each pixel are At the same time, it goes into storage mode. This is shown as the shaded area. Dark current generation The element is suppressed. The channel potential is selected so that the charge capacity does not decrease drastically. There must be. That is, the accumulated charge capacity under the negative phase is line 2 As shown in , the charge capacity under normal non-accumulation bias conditions should not be less than about 172. No. The reason is that the signal under accumulated conditions is distributed between both vixel gates. This is because it will be done.

ライン7:ステージ間電荷転送が行われる時、Φ1電圧は増大し全信号は再びΦ 1に接続されたゲート下方に保持される。通常のクロックシーケンスが適用され ると電荷が−のステージから次段へと転送されるが、信号はライン1に示される ようにΦ1ゲート下方に残存する。この信号は、しかし、シフトレジスタに沿っ て一全CCDステージ分転送される。ライン1−6のサイクルは繰り返され、こ れによって再び両ゲートを同時に蓄積する。この結果、ステージ間転送の暗電流 は抑制される。Line 7: When inter-stage charge transfer takes place, the Φ1 voltage increases and the entire signal returns to Φ It is held below the gate connected to 1. Normal clock sequence applies Then, the charge is transferred from the − stage to the next stage, but the signal is shown on line 1. remains below the Φ1 gate. This signal, however, is The data is transferred for one entire CCD stage. The cycle of lines 1-6 is repeated and this This causes both gates to accumulate simultaneously again. As a result, the dark current of the interstage transfer is suppressed.

以上の処理は、フレーム転送型またはインターライン転送型CCDの読み出し中 に行われる。こうした処理は、水平出力レジスタの読み出し中に垂直CCDの位 相ゲートに対して適用される。最小暗電流減少率は、位相ゲートが蓄積された総 フレーム読み出し時間の分数に依存する。更に、暗電流減少率は、CCDシフト レジスタに沿ったステージ間転送中においてゲートが蓄積されなかった時間中に 多数キャリアが中間ギャップ状態から放出されなかった場合により大きくなる。The above processing is performed while reading a frame transfer type or interline transfer type CCD. It will be held on. This process is done by changing the vertical CCD position while reading the horizontal output register. Applies to phase gates. The minimum dark current reduction rate is the total phase gate accumulated Depends on the number of minutes of frame readout time. Furthermore, the dark current reduction rate is due to the CCD shift During the time when the gate was not accumulated during the interstage transfer along the register It would be larger if the majority carriers were not ejected from the intermediate gap state.

(B)統合 フレーム転送アーキテクチャとしては、暗電流は統合期間中、即ちセンサピクセ ルが光学的に露光される時間中も抑制可能である。これは、第5図のライン6で 示すようにゲートをバイアスすることにより達成される。ピクセルは第5図に示 すように特定されていればよく、これによって各ピクセル間の情報が混入してし まうことがなくなる。第5図において、画像ピクセルは、Φ2に接続された左ゲ ート及びΦ1に接続された中央ゲートによつて特定される。理由は、−の下方に おける超過電荷は他に向けて漏洩し、従って同一ピクセル内に留まるからである 。ピクセルの特定は、例えばカラーフィルタパターンが同一コラム内に異なる色 が生成されるように適用された時などに重要である。読み出し期間中における蓄 積の場合のように、統合期間中の蓄積においても、Φ1に対する転送領域中の蓄 積チャンネル電位は、Φ2ゲートに対する蓄積チャンネル電位よりも正でなけれ ばならない。(B) Integration As a frame transfer architecture, the dark current is It can also be suppressed during the time the light is optically exposed. This is line 6 in Figure 5. This is achieved by biasing the gate as shown. The pixels are shown in Figure 5. It is sufficient that the information is specified so that the information between each pixel is mixed. You won't have to worry about it. In Figure 5, the image pixel is the left gate connected to Φ2. is identified by the central gate connected to the gate and Φ1. The reason is below - This is because the excess charge in the pixel leaks away and therefore remains within the same pixel. . Pixel identification can be done, for example, if the color filter pattern has different colors in the same column. This is important when applied to generate. Storage during readout period As in the case of the product, the accumulation in the transfer region for Φ1 also applies to the accumulation during the integration period. The product channel potential must be more positive than the storage channel potential for the Φ2 gate. Must be.

真正2位相型フレーム転送CCD撮像器において、室温での完全蓄積モード作用 によって50倍もの暗電流の低減が認められた。Full accumulation mode operation at room temperature in true two-phase frame transfer CCD imager It was observed that the dark current was reduced by 50 times.

第6図は、Φ1ゲートに対する転送領域及び格納領域の静電位及び電荷容量を示 したものである。これらの曲線は−のデイメンショナル静電モデルから演算した ものである。電荷容量は、格納領域を満たすに十分な電向量に決定され、これに よってその静電位が転送領域チャンネル電位の約1/2以内に達する。格納領域 (d)中のドーピング分布は、Vg−Qで7.75ボルトの静電位、そして2゜ 3ボルトの蓄積静電位(大賀Vg)となるように選択される。転送領域(C)は 、Vg−Qで3,75ボルトの静電位及び1.75ボルトの蓄積チャンネル電位 を持つ。電荷容量も同じ大きさで示され、Vg−0で約10000電子/μm2 である。ゲートが低減し電位ウェルが破壊するに従い、電荷容量が減少し、両格 納及び転送ゲートの蓄積時に電荷容量が約5700電子/μm2に達する。この 状態において、超過電荷がΦ2ゲートとの間で分配され、10000電子/μm 2が、両位相が蓄積されて暗電流を低減した時に5700電子/μm2の2領域 によって収納されることとなる。従って、CCDの飽和または最大電荷容量は、 蓄積モード作用によっては減少しないことが理解される。Φ2転送領域の静電領 域も、第6図に示されている。第5図に関して述べたビクセル特定に対して必要 となるΦ1よりも約1/2負となるように構成されている。実験で測定されたチ ャンネル電位は第6図のチャンネル電位曲線と合致しており、実験で測定された 電荷容量は蓄積モード中に減少することはなく、第6図に示した演算によりめら れた電荷容量に合致している。Figure 6 shows the electrostatic potential and charge capacity of the transfer region and storage region for the Φ1 gate. This is what I did. These curves were calculated from the dimensional electrostatic model of - It is something. The charge capacity is determined to be sufficient to fill the storage area, and Therefore, the electrostatic potential reaches within about 1/2 of the transfer region channel potential. storage area The doping profile in (d) has an electrostatic potential of 7.75 volts at Vg-Q, and 2° It is chosen to have a stored electrostatic potential (Oga Vg) of 3 volts. The transfer area (C) is , an electrostatic potential of 3.75 volts and a storage channel potential of 1.75 volts at Vg-Q. have. The charge capacity is also shown as the same size, approximately 10,000 electrons/μm2 at Vg-0. It is. As the gate decreases and the potential well breaks down, the charge capacity decreases and the During storage and transfer gate storage, the charge capacity reaches approximately 5700 electrons/μm2. this In the state, the excess charge is distributed between the Φ2 gate and 10000 electrons/μm 2, two regions of 5700 electrons/μm2 when both phases are accumulated and dark current is reduced. It will be stored by. Therefore, the saturation or maximum charge capacity of the CCD is It is understood that it is not reduced by accumulation mode action. Electrostatic area of Φ2 transfer region The area is also shown in FIG. Necessary for the vixel identification mentioned in relation to Figure 5. It is configured to be approximately 1/2 more negative than Φ1. The experimentally measured chi The channel potential is consistent with the channel potential curve in Figure 6, which was measured experimentally. The charge capacity does not decrease during the accumulation mode and can be estimated by the calculation shown in Figure 6. The current charge capacity is consistent with the given charge capacity.

本発明は、特に好適な実施例として真正2位相CCDを参照しつつ説明してきた が、本発明の思想及び範囲から逸脱することなく、種々の改良及び変更が可能で あることは明かである。例えば、疑似2位相素子に対;、でも適用可能である。The invention has been described with reference to a true two-phase CCD as a particularly preferred embodiment. However, various improvements and changes can be made without departing from the spirit and scope of the invention. One thing is clear. For example, it is also applicable to pseudo two-phase elements.

このような装置では、各ビクセルが4個の電子を持つが、位相ラインはΦ1及び Φ2の2本のみである。第1の2ビクセル電極はΦ1に、そして第2の2電極は Φ2に、それぞれ接続される。各対の内の−は蓄積領域であり、他の−は転送領 域である。各対における格納領域及び転送領域のチャンネル電位値は、上述した ように真正2位相用として選択され、ビクセルが適切に特定される。In such a device, each vixel has four electrons, but the phase lines are Φ1 and There are only two pieces of Φ2. The first 2-vixel electrode is at Φ1, and the second 2-electrode is at Φ1. Φ2, respectively. - in each pair is the storage area, and the other - is the transfer area. area. The channel potential values of the storage area and transfer area in each pair are as described above. is selected for true two-phase use, and the vixels are properly identified.

FIG、 Ia FIG、6 国際調査報告 国際調査報告FIG, Ia FIG.6 international search report international search report

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 1.2本の隣接した電極によってピクセルが特定される埋設チャンネルCCD内 に生じる暗電流を低減する方法において、全電極を同時にCCDの蓄積作用モー ドに置くステップを含むことを特徴とする。1. In a buried channel CCD where pixels are identified by two adjacent electrodes In this method, all electrodes are simultaneously activated in the storage mode of the CCD. The method is characterized in that it includes a step of placing the device in the mode. 2.請求項1に記載の方法において、 前記埋設チャンネルは、第1ピクセルゲートが位相ラインΦ1にそして第2ピク セルゲートが位相ラインΦ2にそれぞれ接続されて成る2ピクセルゲートが連続 して繰り返された2位相埋設チャンネルであり、適切な電圧がこれら両位相ライ ンに対して同時に印加され、これによって各ピクセルのゲートは蓄積作用モード となることを特徴とする。2. The method according to claim 1, The buried channel has a first pixel gate on the phase line Φ1 and a second pixel gate on the phase line Φ1. Two consecutive pixel gates each consisting of a cell gate connected to a phase line Φ2 two-phase buried channels repeated as the gates of each pixel are placed in the accumulation mode. It is characterized by: 3.請求項2に記載の方法において、 各埋設チャンネルゲートは、各ゲート下方に順に形成された転送領域及び格納領 域を有し、 各転送領域相互のチャンネル電位差は、与えられたピクセル信号が近接ピクセル 内に含有されている信号と混合されないような値に選択されていることを特徴と する。3. The method according to claim 2, Each buried channel gate has a transfer region and a storage region formed in sequence below each gate. has a territory, The channel potential difference between each transfer region is such that a given pixel signal is The characteristic is that the value is selected such that it will not be mixed with the signal contained in the do. 4.請求項3に記載の方法において、 前記埋設チャンネルCCDは、p型基板及びn型埋設チャンネルを有することを 特徴とする。4. The method according to claim 3, The buried channel CCD has a p-type substrate and an n-type buried channel. Features. 5.請求項4に記載の方法において、前記CCDはイメージセンサであり、その ゲート電極は透過性を有し、それらが蓄積作用モード中に保持された時にピクセ ルの各ゲート電極下方での電位ウェル内に電荷がインターゲートすることを特徴 とする。5. 5. The method according to claim 4, wherein the CCD is an image sensor; The gate electrodes are transparent and pixelated when they are held during the accumulation mode of action. Characterized by the intergating of charges within the potential well below each gate electrode of the cell. shall be. 6.請求項4に記載の方法において、前記電荷は一のピクセルから他のビクセル ヘと転送されることを特徴とする。6. 5. The method of claim 4, wherein the charge is transferred from one pixel to another pixel. It is characterized by being transferred to 7.請求項3−6の何れかに記載の方法において、前記転送領域は、格納領域( n−)よりも軽くドープされ(n−−)ており、これによって与えられたピクセ ル信号は近接ピクセル内に含有された信号と混合されないことを特徴とする。7. 7. The method according to claim 3, wherein the transfer area is a storage area ( doped (n−) than n−), thereby giving a pixel The pixel signal is characterized in that it is not mixed with signals contained in neighboring pixels. 8.請求項7に記載の方法において、前記CCDはイメージセンサであり、その ゲート電極は透過性を有し、それらが蓄積作用モード中に保持された時にピクセ ルの各ゲート電極下方で電位ウェルの電荷がインターゲートすることを特徴とす る。8. 8. The method according to claim 7, wherein the CCD is an image sensor; The gate electrodes are transparent and pixelated when they are held during the accumulation mode of action. The feature is that the charges in the potential well are intergated below each gate electrode of the well. Ru. 9.請求項7に記載の方法において、前記電荷は一のピクセルから他のピクセル へ転送されることを特徴とする。9. 8. The method of claim 7, wherein the charge is transferred from one pixel to another. It is characterized by being transferred to. 10.2ゲートピクセルが連続して繰り返された真正2位相CCDにおいて、連 続して繰り返されたゲート下方に形成され該ゲート下方に転送ドープ領域と格納 ドープ領域が形成されたn型埋設チャンネルを含み、各ピクセルのゲート下方に おいて前記転送領域(n−−)は格納領域(n−)よりも軽くドープされ、これ によって与えられたピクセル信号が近接ピクセル内信号と混合されないように構 成されていることを特徴とする。10.2 In a true two-phase CCD in which gate pixels are repeated consecutively, Subsequently, a transfer doped region is formed under the gate and stored under the gate. Contains an n-type buried channel with a doped region formed below the gate of each pixel. , the transfer region (n--) is more lightly doped than the storage region (n-); The pixel signal given by is configured so that it is not mixed with signals in neighboring pixels. It is characterized by the fact that it is made of
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6087647A (en) * 1996-10-01 2000-07-11 Nec Corporation Solid state imaging device and driving method therefor

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5182647A (en) * 1990-12-13 1993-01-26 Eastman Kodak Company High resolution charge-coupled device (ccd) camera system
EP0601638B1 (en) * 1992-12-09 2000-07-26 Koninklijke Philips Electronics N.V. Charge-coupled device
JP2716011B2 (en) * 1995-08-09 1998-02-18 日本電気株式会社 Charge transfer device and method of manufacturing the same
FR2771217B1 (en) * 1997-11-14 2000-02-04 Thomson Csf SEMICONDUCTOR DEVICE WITH CHARGE TRANSFER
US6995795B1 (en) 2000-09-12 2006-02-07 Eastman Kodak Company Method for reducing dark current

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3896474A (en) * 1973-09-10 1975-07-22 Fairchild Camera Instr Co Charge coupled area imaging device with column anti-blooming control
US4679212A (en) * 1984-07-31 1987-07-07 Texas Instruments Incorporated Method and apparatus for using surface trap recombination in solid state imaging devices

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6087647A (en) * 1996-10-01 2000-07-11 Nec Corporation Solid state imaging device and driving method therefor

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