JPH05251480A - 電荷電圧変換装置 - Google Patents
電荷電圧変換装置Info
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- JPH05251480A JPH05251480A JP4082707A JP8270792A JPH05251480A JP H05251480 A JPH05251480 A JP H05251480A JP 4082707 A JP4082707 A JP 4082707A JP 8270792 A JP8270792 A JP 8270792A JP H05251480 A JPH05251480 A JP H05251480A
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- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 52
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- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 17
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- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/762—Charge transfer devices
- H01L29/765—Charge-coupled devices
- H01L29/768—Charge-coupled devices with field effect produced by an insulated gate
- H01L29/76816—Output structures
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- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C19/00—Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers
- G11C19/28—Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers using semiconductor elements
- G11C19/282—Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers using semiconductor elements with charge storage in a depletion layer, i.e. charge coupled devices [CCD]
- G11C19/285—Peripheral circuits, e.g. for writing into the first stage; for reading-out of the last stage
Abstract
(57)【要約】
【目的】 変換部のダイナミックレンジを大きくとり、
微量な電荷から多量な電荷まで対応可能とした電荷電圧
変換装置を提供する。 【構成】 フローティングディフュージョン（ＦＤ）１
を、ＭＯＳトランジスタＱ1 によって拡散領域６と結合
させるようにし、ＭＯＳトランジスタＱ1 の切換えによ
ってフローティングディフュージョン１の容量値を変化
させ、変換部の電荷電圧変換効率を可変とする。
微量な電荷から多量な電荷まで対応可能とした電荷電圧
変換装置を提供する。 【構成】 フローティングディフュージョン（ＦＤ）１
を、ＭＯＳトランジスタＱ1 によって拡散領域６と結合
させるようにし、ＭＯＳトランジスタＱ1 の切換えによ
ってフローティングディフュージョン１の容量値を変化
させ、変換部の電荷電圧変換効率を可変とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電荷転送部によって転
送されてきた信号電荷を信号電圧に変換する電荷電圧変
換装置に関し、特にフローティングディフュージョン出
力形式やフローティングゲート出力形式の電荷電圧変換
装置に関する。
送されてきた信号電荷を信号電圧に変換する電荷電圧変
換装置に関し、特にフローティングディフュージョン出
力形式やフローティングゲート出力形式の電荷電圧変換
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＣＣＤイメージャの水平電荷転送部やＣ
ＣＤ遅延素子等において、電荷転送部によって転送され
てきた信号電荷を検出して信号電圧に変換する出力部と
して、フローティングディフュージョン出力形式やフロ
ーティングゲート出力形式の電荷電圧変換装置が用いら
れている。
ＣＤ遅延素子等において、電荷転送部によって転送され
てきた信号電荷を検出して信号電圧に変換する出力部と
して、フローティングディフュージョン出力形式やフロ
ーティングゲート出力形式の電荷電圧変換装置が用いら
れている。
【０００３】フローティングディフュージョン出力形式
の従来の電荷電圧変換装置では、図５に示すように、プ
リチャージゲート７に正のパルスを印加することによ
り、当該ゲート７を閉じてＦＤ（フローティング拡散）
領域１の電位を、ＰＤ（プリチャージドレイン）領域２
に印加されているプリチャージ電圧Ｖpdにし、次にプリ
チャージゲート７をオフにした状態において、ＣＣＤ転
送部３によって転送されてきた信号電荷を出力ゲートＯ
Ｇを介してＦＤ領域１に注入し、この信号電位の変化を
検出することによって信号電圧を取り出す構成となって
いる。
の従来の電荷電圧変換装置では、図５に示すように、プ
リチャージゲート７に正のパルスを印加することによ
り、当該ゲート７を閉じてＦＤ（フローティング拡散）
領域１の電位を、ＰＤ（プリチャージドレイン）領域２
に印加されているプリチャージ電圧Ｖpdにし、次にプリ
チャージゲート７をオフにした状態において、ＣＣＤ転
送部３によって転送されてきた信号電荷を出力ゲートＯ
Ｇを介してＦＤ領域１に注入し、この信号電位の変化を
検出することによって信号電圧を取り出す構成となって
いる。
【０００４】一方、フローティングゲート出力形式の従
来の電荷電圧変換装置では、図６に示すように、ＣＣＤ
転送部３の転送電極下の基板側にＦＧ（フローティング
ゲート）４を設けるとともに、所定周期のリセットクロ
ックφreset によってＭＯＳトランジスタ５をスイッチ
ング制御することにより、ＦＧ４をリセット電圧Ｖrese
t に周期的にリセットするようにし、ＦＧ４下のチャネ
ルを通過する信号電荷の大きさでＦＧ４の電位変化が生
じることを利用して信号電圧を取り出す構成となってい
る。
来の電荷電圧変換装置では、図６に示すように、ＣＣＤ
転送部３の転送電極下の基板側にＦＧ（フローティング
ゲート）４を設けるとともに、所定周期のリセットクロ
ックφreset によってＭＯＳトランジスタ５をスイッチ
ング制御することにより、ＦＧ４をリセット電圧Ｖrese
t に周期的にリセットするようにし、ＦＧ４下のチャネ
ルを通過する信号電荷の大きさでＦＧ４の電位変化が生
じることを利用して信号電圧を取り出す構成となってい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た各従来技術では、変換部の容量が固定となっており、
電荷電圧変換効率の変更ができないので、変換効率を大
きく設計してしまうと、多くの信号電荷が注入された場
合、変換された電圧の振幅が大きくなり過ぎて変換部の
許容最大振幅を越えてしまい、忠実な電荷電圧変換が実
行されず、結果的に、変換部のダイナミックレンジを大
きくとれないという欠点があった。
た各従来技術では、変換部の容量が固定となっており、
電荷電圧変換効率の変更ができないので、変換効率を大
きく設計してしまうと、多くの信号電荷が注入された場
合、変換された電圧の振幅が大きくなり過ぎて変換部の
許容最大振幅を越えてしまい、忠実な電荷電圧変換が実
行されず、結果的に、変換部のダイナミックレンジを大
きくとれないという欠点があった。
【０００６】また、多くの信号電荷にも対応できるよう
にするために、変換部の変換効率を小さく設計すると、
逆に信号電荷が少ないときに、変換された電圧の振幅が
小さくなり過ぎてノイズの影響を受け易くなることか
ら、実用上問題となり、この場合にも、変換部のダイナ
ミックレンジを大きくとれないという欠点があった。
にするために、変換部の変換効率を小さく設計すると、
逆に信号電荷が少ないときに、変換された電圧の振幅が
小さくなり過ぎてノイズの影響を受け易くなることか
ら、実用上問題となり、この場合にも、変換部のダイナ
ミックレンジを大きくとれないという欠点があった。
【０００７】そこで、本発明は、電荷電圧変換部のダイ
ナミックレンジを大きくとり、微量な電荷から多量な電
荷まで対応可能な電荷電圧変換装置を提供することを目
的とする。
ナミックレンジを大きくとり、微量な電荷から多量な電
荷まで対応可能な電荷電圧変換装置を提供することを目
的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明による電荷電圧変
換装置は、電荷転送部によって転送されてきた信号電荷
を出力ゲートを介してフローティング拡散領域に注入
し、信号電圧として取り出すフローティングディフュー
ジョン出力形式のものであって、フローティング拡散領
域に対してチャネル領域を挟んで隣接して形成された少
なくとも１つの拡散領域と、この少なくとも１つの拡散
領域に対してチャネル領域を挟んで隣接して形成されて
リセット電圧が印加されたプリチャージドレイン領域
と、フローティング拡散領域と少なくとも１つの拡散領
域とプリチャージドレイン領域の各領域間のチャネル領
域上に形成された複数のゲート電極とを具備した構成と
なっている。
換装置は、電荷転送部によって転送されてきた信号電荷
を出力ゲートを介してフローティング拡散領域に注入
し、信号電圧として取り出すフローティングディフュー
ジョン出力形式のものであって、フローティング拡散領
域に対してチャネル領域を挟んで隣接して形成された少
なくとも１つの拡散領域と、この少なくとも１つの拡散
領域に対してチャネル領域を挟んで隣接して形成されて
リセット電圧が印加されたプリチャージドレイン領域
と、フローティング拡散領域と少なくとも１つの拡散領
域とプリチャージドレイン領域の各領域間のチャネル領
域上に形成された複数のゲート電極とを具備した構成と
なっている。
【０００９】また、本発明による電荷電圧変換装置は、
電荷転送部の転送電極下の基板側に設けられたフローテ
ィングゲートの電位変化を検出することにより、電荷転
送部によって転送されてきた信号電荷を信号電圧として
取り出すフローティングゲート出力形式のものであっ
て、チャネル領域を挟んで互いに隣接して形成されその
一端の領域がフローティングゲートに結合されかつ他端
の領域にリセット電圧が印加された複数の拡散領域と、
これら複数の拡散領域間のチャネル領域上に形成された
複数のゲート電極とを具備した構成となっている。
電荷転送部の転送電極下の基板側に設けられたフローテ
ィングゲートの電位変化を検出することにより、電荷転
送部によって転送されてきた信号電荷を信号電圧として
取り出すフローティングゲート出力形式のものであっ
て、チャネル領域を挟んで互いに隣接して形成されその
一端の領域がフローティングゲートに結合されかつ他端
の領域にリセット電圧が印加された複数の拡散領域と、
これら複数の拡散領域間のチャネル領域上に形成された
複数のゲート電極とを具備した構成となっている。
【００１０】
【作用】フローティングディフュージョン出力形式やフ
ローティングゲート出力形式の電荷電圧変換装置におい
て、フローティングディフュージョンやフローティング
ゲートを、単一もしくは複数のスイッチ素子によって単
一もしくは複数の拡散領域と結合させ、少ない電荷が注
入されるときには、電荷電圧変換効率が大きくなるよう
にスイッチ素子を切り換えて、大きな電圧振幅が得られ
るようにし、また多くの電荷が注入されるときには、電
荷電圧変換効率が小さくなるようにスイッチ素子を切り
換えて、最大許容範囲を越えないように電圧振幅を小さ
く抑えるようにする。その結果、変換部のダイナミック
レンジを大きくとれることになるため、微量な電荷から
多量な電荷まで対応可能となる。
ローティングゲート出力形式の電荷電圧変換装置におい
て、フローティングディフュージョンやフローティング
ゲートを、単一もしくは複数のスイッチ素子によって単
一もしくは複数の拡散領域と結合させ、少ない電荷が注
入されるときには、電荷電圧変換効率が大きくなるよう
にスイッチ素子を切り換えて、大きな電圧振幅が得られ
るようにし、また多くの電荷が注入されるときには、電
荷電圧変換効率が小さくなるようにスイッチ素子を切り
換えて、最大許容範囲を越えないように電圧振幅を小さ
く抑えるようにする。その結果、変換部のダイナミック
レンジを大きくとれることになるため、微量な電荷から
多量な電荷まで対応可能となる。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図１は、フローティングディフュージョン
出力形式のものに適用した本発明の第１の実施例を示す
構成図であり、図（ａ）は上から見たパターン図、図
（ｂ）はその断面図、図（ｃ）はその等価回路である。
本実施例では、ＦＤ領域１に対してチャネル領域を介し
て隣接して拡散領域６が、さらにこの拡散領域６に対し
てチャネル領域を介して隣接してプリチャージドレイン
（ＰＤ）領域２がそれぞれ形成され、これら拡散領域
１，６，２間のチャネル領域上に２個のプリチャージゲ
ート７，８が形成されて２個のＭＯＳトランジスタ（ス
イッチ素子）Ｑ1 ，Ｑ2 を構成している。
に説明する。図１は、フローティングディフュージョン
出力形式のものに適用した本発明の第１の実施例を示す
構成図であり、図（ａ）は上から見たパターン図、図
（ｂ）はその断面図、図（ｃ）はその等価回路である。
本実施例では、ＦＤ領域１に対してチャネル領域を介し
て隣接して拡散領域６が、さらにこの拡散領域６に対し
てチャネル領域を介して隣接してプリチャージドレイン
（ＰＤ）領域２がそれぞれ形成され、これら拡散領域
１，６，２間のチャネル領域上に２個のプリチャージゲ
ート７，８が形成されて２個のＭＯＳトランジスタ（ス
イッチ素子）Ｑ1 ，Ｑ2 を構成している。
【００１２】この２個のＭＯＳトランジスタＱ1 ，Ｑ2
をゲートパルスＰＧ１，ＰＧ２に基づいて適宜オン／オ
フ制御することにより、変換部の電荷電圧変換効率を切
り換えることができる。すなわち、 最も変換効率を高めたい場合 Ｑ1 ：従来のゲートパルスＰＧと全く同じゲートパルス
ＰＧ１でオン／オフ駆動する。 Ｑ2 ：常時、オン状態に設定する。 変換効率を低くしたい場合 Ｑ1 ：常時、オン状態に設定する。 Ｑ2 ：従来のゲートパルスＰＧと全く同じゲートパルス
ＰＧ２でオン／オフ駆動する。
をゲートパルスＰＧ１，ＰＧ２に基づいて適宜オン／オ
フ制御することにより、変換部の電荷電圧変換効率を切
り換えることができる。すなわち、 最も変換効率を高めたい場合 Ｑ1 ：従来のゲートパルスＰＧと全く同じゲートパルス
ＰＧ１でオン／オフ駆動する。 Ｑ2 ：常時、オン状態に設定する。 変換効率を低くしたい場合 Ｑ1 ：常時、オン状態に設定する。 Ｑ2 ：従来のゲートパルスＰＧと全く同じゲートパルス
ＰＧ２でオン／オフ駆動する。
【００１３】２個のＭＯＳトランジスタＱ1 ，Ｑ2 を以
上のように設定することにより、変換効率を以下のよう
に切り換えることが可能となる。 最も変換効率を高めたい場合 信号電荷量をＱとすると、ＦＤ領域１における信号振幅
ｖH は、
上のように設定することにより、変換効率を以下のよう
に切り換えることが可能となる。 最も変換効率を高めたい場合 信号電荷量をＱとすると、ＦＤ領域１における信号振幅
ｖH は、
【数１】ｖH ＝Ｑ／Ｃ１＝Ｎｅ- ／Ｃ１ ここで、Ｎは電子の数、ｅ- は素電荷（≒１．６×１０
-19[Ｃ] ）、Ｃ１はＦＤ領域１の容量である。従って、
変換効率ηH 、即ち、電子１個がＦＤ領域１に入力した
ときに得られる信号振幅は、
-19[Ｃ] ）、Ｃ１はＦＤ領域１の容量である。従って、
変換効率ηH 、即ち、電子１個がＦＤ領域１に入力した
ときに得られる信号振幅は、
【数２】ηH ＝ｖ／Ｎ＝ｅ- ／Ｃ１ となる。
【００１４】変換効率を低くしたい場合 上記の場合と同様に考えると、ＦＤ領域１における信
号振幅ｖL は、
号振幅ｖL は、
【数３】 ｖL ＝Ｑ／（Ｃ１＋Ｃ２）＝Ｎｅ- ／（Ｃ１＋Ｃ２） ここで、Ｃ２は拡散領域６の容量である。また、変換効
率ηL は、
率ηL は、
【数４】ηL ＝ｖ／Ｎ＝ｅ- ／（Ｃ１＋Ｃ２） となる。
【００１５】以上の説明から明らかなように、
【数５】ηH ＞ηL となり、外部からプリチャージゲート７，８の端子電圧
ＰＧ１，ＰＧ２を制御して、２個のＭＯＳトランジスタ
Ｑ1 ，Ｑ2 を適宜オン／オフ制御することにより、２種
類の変換効率を選択することが可能となる。
ＰＧ１，ＰＧ２を制御して、２個のＭＯＳトランジスタ
Ｑ1 ，Ｑ2 を適宜オン／オフ制御することにより、２種
類の変換効率を選択することが可能となる。
【００１６】図２は、フローティングディフュージョン
出力形式のものに適用した本発明の第２の実施例を示す
構成図であり、図（ａ）は上から見たパターン図、図
（ｂ）はその断面図、図（ｃ）はその等価回路である。
本実施例では、ＦＤ領域１に対して２つの拡散領域６，
９がそれぞれチャネル領域を介して隣接して形成され、
さらに外側の拡散領域９に対してチャネル領域を介して
ＰＤ領域２が隣接して形成され、これら拡散領域１，
６，９，２間のチャネル領域上に３個のプリチャージゲ
ート７，８，１０が形成されて３個のＭＯＳトランジス
タＱ1 ，Ｑ2 ，Ｑ3を構成している。
出力形式のものに適用した本発明の第２の実施例を示す
構成図であり、図（ａ）は上から見たパターン図、図
（ｂ）はその断面図、図（ｃ）はその等価回路である。
本実施例では、ＦＤ領域１に対して２つの拡散領域６，
９がそれぞれチャネル領域を介して隣接して形成され、
さらに外側の拡散領域９に対してチャネル領域を介して
ＰＤ領域２が隣接して形成され、これら拡散領域１，
６，９，２間のチャネル領域上に３個のプリチャージゲ
ート７，８，１０が形成されて３個のＭＯＳトランジス
タＱ1 ，Ｑ2 ，Ｑ3を構成している。
【００１７】この３個のＭＯＳトランジスタＱ1 ，
Ｑ2 ，Ｑ3 をゲートパルスＰＧ１，ＰＧ２，ＰＧ３に基
づいて適宜オン／オフ制御することにより、変換部の電
荷電圧変換効率を切り換えることができる。すなわち、 最も変換効率を高めたい場合 Ｑ1 ：従来のゲートパルスＰＧと全く同じゲートパルス
ＰＧ１でオン／オフ駆動する。 Ｑ2 ：常時、オン状態に設定する。 Ｑ3 ：常時、オン状態に設定する。 変換効率を中間にしたい場合 Ｑ1 ：常時、オン状態に設定する。 Ｑ2 ：従来のゲートパルスＰＧと全く同じゲートパルス
ＰＧ２でオン／オフ駆動する。 Ｑ3 ：常時、オン状態に設定する。 最も変換効率を低くしたい場合 Ｑ1 ：常時、オン状態に設定する。 Ｑ2 ：常時、オン状態に設定する。 Ｑ3 ：従来のゲートパルスＰＧと全く同じゲートパルス
ＰＧ３でオン／オフ駆動する。
Ｑ2 ，Ｑ3 をゲートパルスＰＧ１，ＰＧ２，ＰＧ３に基
づいて適宜オン／オフ制御することにより、変換部の電
荷電圧変換効率を切り換えることができる。すなわち、 最も変換効率を高めたい場合 Ｑ1 ：従来のゲートパルスＰＧと全く同じゲートパルス
ＰＧ１でオン／オフ駆動する。 Ｑ2 ：常時、オン状態に設定する。 Ｑ3 ：常時、オン状態に設定する。 変換効率を中間にしたい場合 Ｑ1 ：常時、オン状態に設定する。 Ｑ2 ：従来のゲートパルスＰＧと全く同じゲートパルス
ＰＧ２でオン／オフ駆動する。 Ｑ3 ：常時、オン状態に設定する。 最も変換効率を低くしたい場合 Ｑ1 ：常時、オン状態に設定する。 Ｑ2 ：常時、オン状態に設定する。 Ｑ3 ：従来のゲートパルスＰＧと全く同じゲートパルス
ＰＧ３でオン／オフ駆動する。
【００１８】以上のように設定することにより、変換効
率を以下のように切り換えることができる。 最も変換効率を高めたい場合
率を以下のように切り換えることができる。 最も変換効率を高めたい場合
【数６】 ｖH ＝Ｎｅ- ／Ｃ１ ηH ＝ｅ- ／Ｃ１ 変換効率を中間にしたい場合
【数７】 ｖM ＝Ｎｅ- ／（Ｃ１＋Ｃ２） ηM ＝ｅ- ／（Ｃ１＋Ｃ２） 最も変換効率を低くしたい場合
【数８】 ｖL ＝Ｎｅ- ／（Ｃ１＋Ｃ２＋Ｃ３） ηL ＝ｅ- ／（Ｃ１＋Ｃ２＋Ｃ３） ここで、Ｃ３は拡散領域９の容量である。
【００１９】なお、図５に示した従来の構造の場合、先
述したように、変換部の電荷電圧変換効率は切換えが不
可能であり、以下のように一意に決まる。
述したように、変換部の電荷電圧変換効率は切換えが不
可能であり、以下のように一意に決まる。
【数９】 ｖ＝Ｎｅ- ／Ｃ η＝ｅ- ／Ｃ ここで、ＣはＦＤ領域１の容量である。
【００２０】図３は、フローティングゲート出力形式の
ものに適用した本発明の第３の実施例を示す構成図であ
り、図（ａ）は上から見たパターン図、図（ｂ）はその
等価回路である。本実施例では、ＦＧ４を所定の周期
（φreset)でリセット電圧Ｖreset にリセットするため
のスイッチ素子が、チャネル領域を挟んで互いに隣接し
て形成された３個の拡散領域１１〜１３と、これら拡散
領域１１〜１３間のチャネル領域上に形成された２個の
ゲート電極１４，１５とからなり、一端の拡散領域１１
がＦＧ４に接続されかつ他端の拡散領域１３にリセット
電圧Ｖreset が印加された２個のＭＯＳトランジスタＱ
11，Ｑ12によって構成されている。
ものに適用した本発明の第３の実施例を示す構成図であ
り、図（ａ）は上から見たパターン図、図（ｂ）はその
等価回路である。本実施例では、ＦＧ４を所定の周期
（φreset)でリセット電圧Ｖreset にリセットするため
のスイッチ素子が、チャネル領域を挟んで互いに隣接し
て形成された３個の拡散領域１１〜１３と、これら拡散
領域１１〜１３間のチャネル領域上に形成された２個の
ゲート電極１４，１５とからなり、一端の拡散領域１１
がＦＧ４に接続されかつ他端の拡散領域１３にリセット
電圧Ｖreset が印加された２個のＭＯＳトランジスタＱ
11，Ｑ12によって構成されている。
【００２１】この２個のＭＯＳトランジスタＱ11，Ｑ12
をゲートパルスφreset1，φreset2に基づいて適宜オン
／オフ制御することにより、変換部の電荷電圧変換効率
を切り換えることができる。すなわち、 最も変換効率を高めたい場合 Ｑ11：従来のゲートパルスφreset と全く同じゲートパ
ルスφreset1でオン／オフ駆動する。 Ｑ12：常時、オン状態に設定する。 変換効率を低くしたい場合 Ｑ11：常時、オン状態に設定する。 Ｑ12：従来のゲートパルスφreset と全く同じゲートパ
ルスゲートパルスφresertでオン／オフ駆動する。
をゲートパルスφreset1，φreset2に基づいて適宜オン
／オフ制御することにより、変換部の電荷電圧変換効率
を切り換えることができる。すなわち、 最も変換効率を高めたい場合 Ｑ11：従来のゲートパルスφreset と全く同じゲートパ
ルスφreset1でオン／オフ駆動する。 Ｑ12：常時、オン状態に設定する。 変換効率を低くしたい場合 Ｑ11：常時、オン状態に設定する。 Ｑ12：従来のゲートパルスφreset と全く同じゲートパ
ルスゲートパルスφresertでオン／オフ駆動する。
【００２２】２個のＭＯＳトランジスタＱ11，Ｑ12を以
上のように設定することにより、変換効率を以下のよう
に切り換えることが可能となる。なお、以下の計算で
は、チャネル容量Ｃchの値が小さいため無視している
が、この値が大きい場合でも本質的には全く変わりがな
い。 変換効率を高めたい場合 信号電荷量をＱとすると、ＦＤ領域１における信号振幅
ｖH は、
上のように設定することにより、変換効率を以下のよう
に切り換えることが可能となる。なお、以下の計算で
は、チャネル容量Ｃchの値が小さいため無視している
が、この値が大きい場合でも本質的には全く変わりがな
い。 変換効率を高めたい場合 信号電荷量をＱとすると、ＦＤ領域１における信号振幅
ｖH は、
【数１０】 ｖH ＝Ｑ／Ｃ11＝Ｎｅ- ／Ｃ11 ηH ＝＝ｅ- ／Ｃ11 となる。ここで、Ｃ11は拡散領域１１の容量である。 変換効率を低くしたい場合
【数１１】 ｖL ＝Ｑ／（Ｃ11＋Ｃ12）＝Ｎｅ- ／（Ｃ11＋Ｃ12） ηL ＝ｅ- ／（Ｃ11＋Ｃ12） となる。ここで、Ｃ12は拡散領域１２の容量である。
【００２３】図４は、フローティングゲート出力形式の
ものに適用した本発明の第４の実施例を示す構成図であ
り、図（ａ）は上から見たパターン図、図（ｂ）はその
等価回路である。本実施例では、第３の実施例の構造に
対して拡散領域１６及びゲート電極１７を追加すること
によってＭＯＳトランジスタを１個増やし、ＦＧ４を所
定の周期（φreset)でリセット電圧Ｖreset にリセット
するためのスイッチ素子を、３個のＭＯＳトランジスタ
Ｑ11，Ｑ12，Ｑ13によって構成している。
ものに適用した本発明の第４の実施例を示す構成図であ
り、図（ａ）は上から見たパターン図、図（ｂ）はその
等価回路である。本実施例では、第３の実施例の構造に
対して拡散領域１６及びゲート電極１７を追加すること
によってＭＯＳトランジスタを１個増やし、ＦＧ４を所
定の周期（φreset)でリセット電圧Ｖreset にリセット
するためのスイッチ素子を、３個のＭＯＳトランジスタ
Ｑ11，Ｑ12，Ｑ13によって構成している。
【００２４】この３個のＭＯＳトランジスタＱ11，
Ｑ12，Ｑ13をゲートパルスφreset1，φreset2，φrese
t3に基づいて適宜オン／オフ制御することにより、変換
部の電荷電圧変換効率を切り換えることができる。すな
わち、 変換効率を最も高めたい場合 Ｑ11：従来のゲートパルスφreset と全く同じゲートパ
ルスφreset1でオン／オフ駆動する。 Ｑ12：常時、オン状態に設定する。 Ｑ13：常時、オン状態に設定する。 変換効率を中間にしたい場合 Ｑ11：常時、オン状態に設定する。 Ｑ12：従来のゲートパルスφreset と全く同じゲートパ
ルスφreset2でオン／オフ駆動する。 Ｑ13：常時、オン状態に設定する。 変換効率を最も低くしたい場合 Ｑ11：常時、オン状態に設定する。 Ｑ12：常時、オン状態に設定する。 Ｑ13：従来のゲートパルスφreset と全く同じゲートパ
ルスφreset3でオン／オフ駆動する。
Ｑ12，Ｑ13をゲートパルスφreset1，φreset2，φrese
t3に基づいて適宜オン／オフ制御することにより、変換
部の電荷電圧変換効率を切り換えることができる。すな
わち、 変換効率を最も高めたい場合 Ｑ11：従来のゲートパルスφreset と全く同じゲートパ
ルスφreset1でオン／オフ駆動する。 Ｑ12：常時、オン状態に設定する。 Ｑ13：常時、オン状態に設定する。 変換効率を中間にしたい場合 Ｑ11：常時、オン状態に設定する。 Ｑ12：従来のゲートパルスφreset と全く同じゲートパ
ルスφreset2でオン／オフ駆動する。 Ｑ13：常時、オン状態に設定する。 変換効率を最も低くしたい場合 Ｑ11：常時、オン状態に設定する。 Ｑ12：常時、オン状態に設定する。 Ｑ13：従来のゲートパルスφreset と全く同じゲートパ
ルスφreset3でオン／オフ駆動する。
【００２５】以上のように設定することにより、変換効
率を以下のように切り換えることができる。なお、以下
の計算では、チャネル容量Ｃchの値が小さいため無視し
ているが、この値が大きい場合でも本質的には全く変わ
りない。 変換効率を最も高めたい場合
率を以下のように切り換えることができる。なお、以下
の計算では、チャネル容量Ｃchの値が小さいため無視し
ているが、この値が大きい場合でも本質的には全く変わ
りない。 変換効率を最も高めたい場合
【数１２】 ｖH ＝Ｎｅ- ／Ｃ11 ηH ＝ｅ- ／Ｃ11 変換効率を中間にしたい場合
【数１３】 ｖM ＝Ｎｅ- ／（Ｃ11＋Ｃ12） ηM ＝ｅ- ／（Ｃ11＋Ｃ12） 変換効率を最も低くしたい場合
【数１４】 ｖL ＝Ｎｅ- ／（Ｃ11＋Ｃ12＋Ｃ13） ηL ＝ｅ- ／（Ｃ11＋Ｃ12＋Ｃ13） ここで、Ｃ13は拡散領域１６の容量である。
【００２６】なお、図６に示した従来の構造の場合、先
述したように、変換部の電荷電圧変換効率は切換えが不
可能であり、以下のように一意に決まる。
述したように、変換部の電荷電圧変換効率は切換えが不
可能であり、以下のように一意に決まる。
【数１５】 ｖ＝Ｎｅ- ／Ｃ η＝ｅ- ／Ｃ ここで、ＣはＦＤ領域１１の容量である。
【００２７】なお、上記各実施例においては、従来の構
造に対して拡散領域を１個又は２個追加してＭＯＳトラ
ンジスタを１個又は２個増やした構成の場合について説
明したが、これに限定されるものではなく、拡散領域を
３個以上追加してＭＯＳトランジスタをさらに増やすよ
うにした構成であっても良いことは勿論である。
造に対して拡散領域を１個又は２個追加してＭＯＳトラ
ンジスタを１個又は２個増やした構成の場合について説
明したが、これに限定されるものではなく、拡散領域を
３個以上追加してＭＯＳトランジスタをさらに増やすよ
うにした構成であっても良いことは勿論である。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
フローティングディフュージョンやフローティングゲー
トを、ＭＯＳトランジスタ等からなる単一もしくは複数
のスイッチ素子によって単一もしくは複数の拡散領域と
結合させ、これらのスイッチ素子を適宜切り換えること
で、フローティングディフュージョンやフローティング
ゲートの容量値を変化させる構成としたことにより、変
換部の電荷電圧変換効率が可変となるので、変換部のダ
イナミックレンジを大きくとれ、例えばＣＣＤイメージ
ャに適用した場合には、微弱な光量から非常に強い光量
まで対応可能となる効果がある。
フローティングディフュージョンやフローティングゲー
トを、ＭＯＳトランジスタ等からなる単一もしくは複数
のスイッチ素子によって単一もしくは複数の拡散領域と
結合させ、これらのスイッチ素子を適宜切り換えること
で、フローティングディフュージョンやフローティング
ゲートの容量値を変化させる構成としたことにより、変
換部の電荷電圧変換効率が可変となるので、変換部のダ
イナミックレンジを大きくとれ、例えばＣＣＤイメージ
ャに適用した場合には、微弱な光量から非常に強い光量
まで対応可能となる効果がある。
【図１】フローティングディフュージョン出力形式に適
用した本発明の第１の実施例を示す構成図であり、図
（ａ）は上から見たパターン図、図（ｂ）はその断面
図、図（ｃ）はその等価回路である。
用した本発明の第１の実施例を示す構成図であり、図
（ａ）は上から見たパターン図、図（ｂ）はその断面
図、図（ｃ）はその等価回路である。
【図２】フローティングディフュージョン出力形式に適
用した本発明の第２の実施例を示す構成図であり、図
（ａ）は上から見たパターン図、図（ｂ）はその断面
図、図（ｃ）はその等価回路である。
用した本発明の第２の実施例を示す構成図であり、図
（ａ）は上から見たパターン図、図（ｂ）はその断面
図、図（ｃ）はその等価回路である。
【図３】フローティングゲート出力形式に適用した本発
明の第３の実施例を示す構成図であり、図（ａ）は上か
ら見たパターン図、図（ｂ）はその等価回路である。
明の第３の実施例を示す構成図であり、図（ａ）は上か
ら見たパターン図、図（ｂ）はその等価回路である。
【図４】フローティングゲート出力形式に適用した本発
明の第４の実施例を示す構成図であり、図（ａ）は上か
ら見たパターン図、図（ｂ）はその等価回路である。
明の第４の実施例を示す構成図であり、図（ａ）は上か
ら見たパターン図、図（ｂ）はその等価回路である。
【図５】フローティングディフュージョン出力形式での
従来例を示す構成図であり、図（ａ）は上から見たパタ
ーン図、図（ｂ）はその断面図、図（ｃ）はその等価回
路である。
従来例を示す構成図であり、図（ａ）は上から見たパタ
ーン図、図（ｂ）はその断面図、図（ｃ）はその等価回
路である。
【図６】フローティングゲート出力形式での従来例を示
す構成図であり、図（ａ）は上から見たパターン図、図
（ｂ）はその等価回路である。
す構成図であり、図（ａ）は上から見たパターン図、図
（ｂ）はその等価回路である。
１ フローティング拡散（ＦＤ）領域 ２ プリチャージドレイン（ＰＤ）領域 ３ ＣＣＤ転送部 ４ フローティングゲート（ＦＧ）
Claims (3)
- 【請求項１】 電荷転送部によって転送されてきた信号
電荷を出力ゲートを介してフローティング拡散領域に注
入し、信号電圧として取り出すフローティングディフュ
ージョン出力形式の電荷電圧変換装置であって、 前記フローティング拡散領域に対してチャネル領域を挟
んで隣接して形成された少なくとも１つの拡散領域と、 前記少なくとも１つの拡散領域に対してチャネル領域を
挟んで隣接して形成されリセット電圧が印加されたプリ
チャージドレイン領域と、 前記フローティング拡散領域と前記少なくとも１つの拡
散領域と前記プリチャージドレイン領域の各領域間のチ
ャネル領域上に形成された複数のゲート電極とを具備し
たことを特徴とする電荷電圧変換装置。 - 【請求項２】 電荷転送部によって転送されてきた信号
電荷を出力ゲートを介してフローティング拡散領域に注
入し、信号電圧として取り出すフローティングディフュ
ージョン出力形式の電荷電圧変換装置において、 前記フローティング拡散領域に対して少なくとも１つの
容量素子を選択的に並列接続するようにしたことを特徴
とする電荷電圧変換装置。 - 【請求項３】 電荷転送部の転送電極下の基板側に設け
られたフローティングゲートの電位変化を検出すること
により、前記電荷転送部によって転送されてきた信号電
荷を信号電圧として取り出すフローティングゲート出力
形式の電荷電圧変換装置であって、 チャネル領域を挟んで互いに隣接して形成されその一端
の領域が前記フローティングゲートに結合されかつ他端
の領域にリセット電圧が印加された複数の拡散領域と、 前記複数の拡散領域間のチャネル領域上に形成された複
数のゲート電極とを具備したことを特徴とする電荷電圧
変換装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4082707A JPH05251480A (ja) | 1992-03-04 | 1992-03-04 | 電荷電圧変換装置 |
| DE69333390T DE69333390T2 (de) | 1992-03-04 | 1993-03-02 | Ladungsspannungsumsetzer |
| EP93103320A EP0559155B1 (en) | 1992-03-04 | 1993-03-02 | Charge-to-voltage converter |
| US08/789,519 US6310369B1 (en) | 1992-03-04 | 1997-01-27 | Charge-to-voltage converter with adjustable conversion factor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4082707A JPH05251480A (ja) | 1992-03-04 | 1992-03-04 | 電荷電圧変換装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05251480A true JPH05251480A (ja) | 1993-09-28 |
Family
ID=13781880
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4082707A Pending JPH05251480A (ja) | 1992-03-04 | 1992-03-04 | 電荷電圧変換装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6310369B1 (ja) |
| EP (1) | EP0559155B1 (ja) |
| JP (1) | JPH05251480A (ja) |
| DE (1) | DE69333390T2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2009505498A (ja) * | 2005-08-10 | 2009-02-05 | マイクロン テクノロジー， インク． | 二重変換利得ゲートを介してリセットされるイメージピクセル |
| JP2009147067A (ja) * | 2007-12-13 | 2009-07-02 | Fujifilm Corp | 固体撮像素子及び撮像装置 |
| US7772627B2 (en) | 2003-07-15 | 2010-08-10 | Aptina Imaging Corporation | Image sensor with floating diffusion gate capacitor |
| JP2012510198A (ja) * | 2008-11-24 | 2012-04-26 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | Ｘ線検出器 |
| US9338374B2 (en) | 2013-05-13 | 2016-05-10 | Sony Corporation | Solid-state image sensor, method for driving solid-state image sensor, and electronic device |
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| JPH11150685A (ja) * | 1997-11-14 | 1999-06-02 | Sony Corp | 固体撮像装置およびその駆動方法、並びにカメラ |
| US6724426B1 (en) * | 1999-03-08 | 2004-04-20 | Micron Technology, Inc. | Multi junction APS with dual simultaneous integration |
| JP4686830B2 (ja) * | 2000-08-28 | 2011-05-25 | ソニー株式会社 | 固体撮像素子及びその駆動方法 |
| JP4130307B2 (ja) * | 2001-01-15 | 2008-08-06 | Ｎｅｃエレクトロニクス株式会社 | 固体撮像装置 |
| JP2003014691A (ja) * | 2001-06-29 | 2003-01-15 | Horiba Ltd | Ｃｃｄセンサ |
| JP3711072B2 (ja) * | 2001-12-27 | 2005-10-26 | 富士写真フイルム株式会社 | 撮像装置 |
| US7091531B2 (en) * | 2004-04-07 | 2006-08-15 | Micron Technology, Inc. | High dynamic range pixel amplifier |
| US8279315B2 (en) | 2005-04-12 | 2012-10-02 | Planmeca Oy | CCD sensor and method for expanding dynamic range of CCD sensor |
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| DE102011076635B3 (de) * | 2011-05-27 | 2012-10-18 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Detektor zur Detektion elektromagnetischer Strahlung mit Transfersteuerelektrode und Abflusssteuerelektrode |
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1992
- 1992-03-04 JP JP4082707A patent/JPH05251480A/ja active Pending
-
1993
- 1993-03-02 EP EP93103320A patent/EP0559155B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1993-03-02 DE DE69333390T patent/DE69333390T2/de not_active Expired - Fee Related
-
1997
- 1997-01-27 US US08/789,519 patent/US6310369B1/en not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69333390T2 (de) | 2004-11-25 |
| US6310369B1 (en) | 2001-10-30 |
| DE69333390D1 (de) | 2004-02-26 |
| EP0559155B1 (en) | 2004-01-21 |
| EP0559155A1 (en) | 1993-09-08 |
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