JPH0562869B2 - - Google Patents
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- JPH0562869B2 JPH0562869B2 JP59276977A JP27697784A JPH0562869B2 JP H0562869 B2 JPH0562869 B2 JP H0562869B2 JP 59276977 A JP59276977 A JP 59276977A JP 27697784 A JP27697784 A JP 27697784A JP H0562869 B2 JPH0562869 B2 JP H0562869B2
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
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- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
- H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
-
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Description
【発明の詳細な説明】
（技術分野）
本発明は光電変換装置に関する。
（従来技術）
近年光電変換装置殊に、固体撮像装置に関する
研究が、半導体技術の進展と共に積極的に行なわ
れ、一部では実用化され始めている。
研究が、半導体技術の進展と共に積極的に行なわ
れ、一部では実用化され始めている。
これらの固体撮像装置は、大きく分けると
CCD型とMOS型の２つに分類される。CCD型撮
像装置は、MOSキヤパシタ電極下にポテンシヤ
ルの井戸を形成し、光の入射により発生した電荷
をこの井戸に蓄積し、読出し時には、これらのポ
テンシヤルの井戸を、電極にかけるパルスにより
順次動かして、蓄積された電荷を出力アンプ部ま
で転送して読出すという原理を用いている。また
CCD型撮像装置の中には、受光部はpn接合ダイ
オード構造を使い、転送部はCCD構造で行なう
というタイプのものもある。また一方、MOS型
撮像装置は、受光部を構成するpn接合よりなる
フオトダイオードの夫々に光の入射により発生し
た電荷を蓄積し、読出し時には、それぞれのフオ
トダイオードに接続されたMOSスイツチングト
ランジスタを順次オンすることにより蓄積された
電荷を出力アンプ部に読出すという原理を用いて
いる。
CCD型とMOS型の２つに分類される。CCD型撮
像装置は、MOSキヤパシタ電極下にポテンシヤ
ルの井戸を形成し、光の入射により発生した電荷
をこの井戸に蓄積し、読出し時には、これらのポ
テンシヤルの井戸を、電極にかけるパルスにより
順次動かして、蓄積された電荷を出力アンプ部ま
で転送して読出すという原理を用いている。また
CCD型撮像装置の中には、受光部はpn接合ダイ
オード構造を使い、転送部はCCD構造で行なう
というタイプのものもある。また一方、MOS型
撮像装置は、受光部を構成するpn接合よりなる
フオトダイオードの夫々に光の入射により発生し
た電荷を蓄積し、読出し時には、それぞれのフオ
トダイオードに接続されたMOSスイツチングト
ランジスタを順次オンすることにより蓄積された
電荷を出力アンプ部に読出すという原理を用いて
いる。
CCD型撮像装置は、比較的簡単な構造をもち、
また、発生し得る雑音からみても、最終段におけ
るフローテイング・デイフユージヨンよりなる電
荷検出器の容量値だけがランダム雑音に寄与する
ので、比較的低雑音の撮像装置であり、低照度撮
影が可能である。ただし、CCD型撮像装置を作
るプロセス的制約から、出力アンプとしてMOS
型アンプがオンチツプ化されるため、シリコン
と、SiO2膜との界面から画像上、目につきやす
い１／ｆ雑音が発生する。従つて、低雑音とはい
いながら、その性能に限界が存在している。ま
た、高解像度化を図るためにセル数を増加させて
高密度化すると、一つのポテンシヤル井戸に蓄積
できる最大の電荷量が減少し、ダイナミツクレン
ジがとれなくなるので、今後、固体撮像装置が高
解像度化されていく上で大きな問題となる。ま
た、CCD型の撮像装置は、ポテンシヤルの井戸
を順次動かしながら蓄積電荷を転送していくわけ
であるから、セルの一つに欠陥が存在してもそこ
で電荷転送がストツプしたり、あるいは、極端に
悪くなつてしまい、製造歩留りが上がらないとい
う欠点も有している。
また、発生し得る雑音からみても、最終段におけ
るフローテイング・デイフユージヨンよりなる電
荷検出器の容量値だけがランダム雑音に寄与する
ので、比較的低雑音の撮像装置であり、低照度撮
影が可能である。ただし、CCD型撮像装置を作
るプロセス的制約から、出力アンプとしてMOS
型アンプがオンチツプ化されるため、シリコン
と、SiO2膜との界面から画像上、目につきやす
い１／ｆ雑音が発生する。従つて、低雑音とはい
いながら、その性能に限界が存在している。ま
た、高解像度化を図るためにセル数を増加させて
高密度化すると、一つのポテンシヤル井戸に蓄積
できる最大の電荷量が減少し、ダイナミツクレン
ジがとれなくなるので、今後、固体撮像装置が高
解像度化されていく上で大きな問題となる。ま
た、CCD型の撮像装置は、ポテンシヤルの井戸
を順次動かしながら蓄積電荷を転送していくわけ
であるから、セルの一つに欠陥が存在してもそこ
で電荷転送がストツプしたり、あるいは、極端に
悪くなつてしまい、製造歩留りが上がらないとい
う欠点も有している。
これに対してMOS型撮像装置は、構造的には
CCD型撮像装置、特にフレーム転送型の装置に
比較して少し複雑ではあるが、蓄積容量を大きく
し得る様に構成でき、ダナミツクレンジを広くと
れるという優位性をもつ。また、たとえセルの１
つに欠陥が存在しても、Ｘ−Ｙアドレス方式のた
めその欠陥による他のセルへの影響がなく、製造
歩留り的には有利である。しかしながら、この
MOS型撮像装置では、信号読出し時に各フオト
ダイオードに配線容量が接続されるため、きわめ
て大きな信号電圧ドロツプが発生し、出力電圧が
下がつてしまうこと、配線容量が大きく、これに
よるランダム雑音の発生が大きいこと、また各フ
オトダイオードおよび水平スキヤン用のMOSス
イツチングトランジスタの寄生容量のばらつきに
よる固定パターン雑音の混入等があり、CCD型
撮像装置に比較して低照度撮影はむずかしいこと
等の欠点を有している。
CCD型撮像装置、特にフレーム転送型の装置に
比較して少し複雑ではあるが、蓄積容量を大きく
し得る様に構成でき、ダナミツクレンジを広くと
れるという優位性をもつ。また、たとえセルの１
つに欠陥が存在しても、Ｘ−Ｙアドレス方式のた
めその欠陥による他のセルへの影響がなく、製造
歩留り的には有利である。しかしながら、この
MOS型撮像装置では、信号読出し時に各フオト
ダイオードに配線容量が接続されるため、きわめ
て大きな信号電圧ドロツプが発生し、出力電圧が
下がつてしまうこと、配線容量が大きく、これに
よるランダム雑音の発生が大きいこと、また各フ
オトダイオードおよび水平スキヤン用のMOSス
イツチングトランジスタの寄生容量のばらつきに
よる固定パターン雑音の混入等があり、CCD型
撮像装置に比較して低照度撮影はむずかしいこと
等の欠点を有している。
また、将来の撮像装置の高解像度化においては
各セルのサイズが縮小され、蓄積電荷が減少して
いく。これに対しチツプサイズから決まつてくる
配線容量は、たとえ線幅を細くしてもあまり下が
らない。このため、MOS型撮像装置は、ますま
すＳ／Ｎ的に不利になる。
各セルのサイズが縮小され、蓄積電荷が減少して
いく。これに対しチツプサイズから決まつてくる
配線容量は、たとえ線幅を細くしてもあまり下が
らない。このため、MOS型撮像装置は、ますま
すＳ／Ｎ的に不利になる。
CCD型およびMOS型撮像装置は、以上の様な
一長一短を有しながらも次第に実用化レベルに近
ずいてきてはいる。しかし、さらに将来必要とさ
れる高解像度化を進めていくうえで本質的に大き
な問題を有しているといえる。
一長一短を有しながらも次第に実用化レベルに近
ずいてきてはいる。しかし、さらに将来必要とさ
れる高解像度化を進めていくうえで本質的に大き
な問題を有しているといえる。
それらの固体撮像装置に関し、特開昭56−
150878”半導体撮像装置”、特開昭56−157073“半
導体撮像装置”、特開昭56−16543“半導体撮像装
置”に新しい方式が提案されている。CCD型、
MOS型の撮像装置が、光入射により発生した電
荷を主電極（例えばMOSトランジスタのソース）
に蓄積するのに対して、ここで提案されている方
式は、光入射により発生した電荷を、制御電極
（例えばバイボーラ・トランジスタのベース、
SIT（静電誘導トランジスタ）あるいはMOSトラ
ンジスタのゲート）に蓄積し、光により発生した
電荷により、流れる電流をコントロールするとい
う新しい考え方にもとずくものである。すなわ
ち、CCD型、MOS型が、蓄された電荷そのもの
を外部へ読出してくるのに対して、ここで提案さ
れている方式は、各セルの増幅機能により電荷増
幅してから蓄積された電荷を読出すわけであり、
また見方を変えるとインピーダンス変換により低
インピーダンス出力として読出すわけである。従
つて、ここで提案されている方式は、高出力、広
ダイナミツクレンジ、低雑音であり、かつ、光信
号により励起されたキヤリア（電荷）は制御電極
に蓄積することから、非破壊読出しができる等の
いくつかのメリツトを有している。さらに将来の
高解像度化に対しても可能性を有する方式である
といえる。
150878”半導体撮像装置”、特開昭56−157073“半
導体撮像装置”、特開昭56−16543“半導体撮像装
置”に新しい方式が提案されている。CCD型、
MOS型の撮像装置が、光入射により発生した電
荷を主電極（例えばMOSトランジスタのソース）
に蓄積するのに対して、ここで提案されている方
式は、光入射により発生した電荷を、制御電極
（例えばバイボーラ・トランジスタのベース、
SIT（静電誘導トランジスタ）あるいはMOSトラ
ンジスタのゲート）に蓄積し、光により発生した
電荷により、流れる電流をコントロールするとい
う新しい考え方にもとずくものである。すなわ
ち、CCD型、MOS型が、蓄された電荷そのもの
を外部へ読出してくるのに対して、ここで提案さ
れている方式は、各セルの増幅機能により電荷増
幅してから蓄積された電荷を読出すわけであり、
また見方を変えるとインピーダンス変換により低
インピーダンス出力として読出すわけである。従
つて、ここで提案されている方式は、高出力、広
ダイナミツクレンジ、低雑音であり、かつ、光信
号により励起されたキヤリア（電荷）は制御電極
に蓄積することから、非破壊読出しができる等の
いくつかのメリツトを有している。さらに将来の
高解像度化に対しても可能性を有する方式である
といえる。
しかしながら、この方式は、基本的にＸ−Ｙア
ドレス方式であり、上記公報に記載されている素
子構造は、従来のMOS型撮像装置の各セルにバ
イポーラトランジスタ、SITトランジスタ等の増
幅素子を複合化したものを基本構成としている。
そのため、比較的複雑な構造をしており、高解像
化の可能性を有しながらも、そのままでは高解像
化には限界が存在する。
ドレス方式であり、上記公報に記載されている素
子構造は、従来のMOS型撮像装置の各セルにバ
イポーラトランジスタ、SITトランジスタ等の増
幅素子を複合化したものを基本構成としている。
そのため、比較的複雑な構造をしており、高解像
化の可能性を有しながらも、そのままでは高解像
化には限界が存在する。
又、従来のこれらセンサにおける非破壊読み出
しという特性は単に撮像された画像信号を若干長
く保持するという形でしか活かされていなかつ
た。
しという特性は単に撮像された画像信号を若干長
く保持するという形でしか活かされていなかつ
た。
（目 的）
本発明は、各セルに増幅機能を有するきわめて
簡単な構造であり、将来の高解像度化にも十分対
処しうる新しい光電変換装置を提供することを目
的とする。
簡単な構造であり、将来の高解像度化にも十分対
処しうる新しい光電変換装置を提供することを目
的とする。
又、非破壊読み出し機能と、電荷入力機能とを
有し、特殊効果の得られる光電変換装置を得る事
を目的としている。
有し、特殊効果の得られる光電変換装置を得る事
を目的としている。
（実施例）
以下に本発明の実施例を図面を用いて詳細に説
明する。
明する。
第１図は、本発明の一実施例に係る光電変換装
置を構成する光センサセルの基本構造および動作
を説する図である。
置を構成する光センサセルの基本構造および動作
を説する図である。
第１図ａは、光電変換素子としての光センサセ
ル１００の平面図を、第１図ｂは、第１図ａ平面
図のAA′部分の断面図を、第１図ｃは、それの等
価回路をそれぞれ示す。なお、各部位において第
１図ａ，ｂ，ｃに共通するものについては同一の
番号をつけている。
ル１００の平面図を、第１図ｂは、第１図ａ平面
図のAA′部分の断面図を、第１図ｃは、それの等
価回路をそれぞれ示す。なお、各部位において第
１図ａ，ｂ，ｃに共通するものについては同一の
番号をつけている。
第１図では、整列配置方式の平面図を示した
が、水平方向解像度を高くするために、画素ずら
し方式（補間配置方式）にも配置できることはも
ちろんのことである。
が、水平方向解像度を高くするために、画素ずら
し方式（補間配置方式）にも配置できることはも
ちろんのことである。
この光センサセルは、第１図ａ，ｂに示すごと
く、 リン(P)、アンチモン（Sb）、ヒ素（As）等の不
純物をドープしてｎ型又はn+型とされたシリコ
ン基板１の上に、通常PSG膜等で構成されるパ
シベーシヨン膜２； シリコン酸化膜（SiO2）より成る絶縁酸化膜
３； となり合う光センサセルとの間を電気的に絶縁
するためのSiO2あるいはSi3N4等よりなる絶縁膜
又はポリシリコン膜等で構成される素子分離領域
４； エピタキシヤル技術等で形成される不純物濃度
の低いn-領域５； その上の例えば不純物拡散技術又はイオン注入
技術を用いてボロン(B)等の不純物をドープしたバ
イポーラトランジスタのベースとなるｐ領域６； 不純物拡散技術、イオン注入技術等で形成され
るバイポーラトランジスタのエミツタとなるn+
領域７； 信号を外部へ読出すための、例えばアルミニウ
ム（Al）、Al−Si，Al−Cu−Si等の導電材料で
形成される配線８； 絶縁膜３を通して、浮遊状態になされたｐ領域
６にパルスを印加するための電極９； それの配線１０； 基板１の裏面にオーミツクコンタクトをとるた
めに不純物拡散技術等で形成された不純物濃度の
高いn+領域１１； 基板の電位を与える、すなわちバイポーラトラ
ンジスタのコレクタ電位を与えるためのアルミニ
ウム等の導電材料で形成される電極１２； より構成されている。
く、 リン(P)、アンチモン（Sb）、ヒ素（As）等の不
純物をドープしてｎ型又はn+型とされたシリコ
ン基板１の上に、通常PSG膜等で構成されるパ
シベーシヨン膜２； シリコン酸化膜（SiO2）より成る絶縁酸化膜
３； となり合う光センサセルとの間を電気的に絶縁
するためのSiO2あるいはSi3N4等よりなる絶縁膜
又はポリシリコン膜等で構成される素子分離領域
４； エピタキシヤル技術等で形成される不純物濃度
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技術を用いてボロン(B)等の不純物をドープしたバ
イポーラトランジスタのベースとなるｐ領域６； 不純物拡散技術、イオン注入技術等で形成され
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ム（Al）、Al−Si，Al−Cu−Si等の導電材料で
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めに不純物拡散技術等で形成された不純物濃度の
高いn+領域１１； 基板の電位を与える、すなわちバイポーラトラ
ンジスタのコレクタ電位を与えるためのアルミニ
ウム等の導電材料で形成される電極１２； より構成されている。
なお、第１図ａの１９はn+領域７と配線８の
接続をとるためのコンタクト部分である。又配線
８および配線１０の交互する部分はいわゆる２層
配線となつており、SiO2等の絶縁材料で形成さ
れる絶縁領域で、それぞれ互いに絶縁されてい
る。すなわち、金属の２層配線構造になつてい
る。
接続をとるためのコンタクト部分である。又配線
８および配線１０の交互する部分はいわゆる２層
配線となつており、SiO2等の絶縁材料で形成さ
れる絶縁領域で、それぞれ互いに絶縁されてい
る。すなわち、金属の２層配線構造になつてい
る。
第１図ｃの等価回路のコンデンサCox１３は電
極９、絶縁膜３、ｐ領域６のMOS構造より構成
され、又バイポーラトランジスタ１４はエミツタ
としてのn+領域７、ベースとしてのｐ領域６、
不純物濃度の小さいn-領域５、コレクタとして
のｎ又はn+領域１の各部分より構成されている。
これらの図面から明らかなように、ｐ領域６は浮
遊領域になされている。
極９、絶縁膜３、ｐ領域６のMOS構造より構成
され、又バイポーラトランジスタ１４はエミツタ
としてのn+領域７、ベースとしてのｐ領域６、
不純物濃度の小さいn-領域５、コレクタとして
のｎ又はn+領域１の各部分より構成されている。
これらの図面から明らかなように、ｐ領域６は浮
遊領域になされている。
第１図ｃの第２の等価回路は、バイポーラトラ
ンジスタ１４をベース・エミツタの接合容量Cbe
１５、ベース・エミツタのpn接合ダイオードDbe
１６、ベース・コレクタの接合容量Cbc１７、ベ
ース・コレクタのpn接合ダイオードDbc１８を用
いて表現したものである。
ンジスタ１４をベース・エミツタの接合容量Cbe
１５、ベース・エミツタのpn接合ダイオードDbe
１６、ベース・コレクタの接合容量Cbc１７、ベ
ース・コレクタのpn接合ダイオードDbc１８を用
いて表現したものである。
以下、光センサセルの基本動作を第１図を用い
て説明する。
て説明する。
この光センサセルの基本動作は、光入射による
電荷蓄積動作、読出し動作およびリフレツシユ動
作より構成される。電荷蓄積動作においては、例
えばエミツタは、配線８を通して接地され、コレ
クターは配線１２を通して正電位にバイアスされ
ている。またベースは、あらかじめコンデンサー
Cox１３に、配線１０を通して正のパルス電圧を
印加することにより負電位、すなわち、エミツタ
７に対して逆バイアス状態にされているものとす
る。このCox１３にパルスを印加してベース６を
負電位にバイアスする動作については、後にリフ
レツシユ動作の説明のとき、くわしく説明する。
電荷蓄積動作、読出し動作およびリフレツシユ動
作より構成される。電荷蓄積動作においては、例
えばエミツタは、配線８を通して接地され、コレ
クターは配線１２を通して正電位にバイアスされ
ている。またベースは、あらかじめコンデンサー
Cox１３に、配線１０を通して正のパルス電圧を
印加することにより負電位、すなわち、エミツタ
７に対して逆バイアス状態にされているものとす
る。このCox１３にパルスを印加してベース６を
負電位にバイアスする動作については、後にリフ
レツシユ動作の説明のとき、くわしく説明する。
この状態において、第１図に示す様に光センサ
セルの表側から光２０が入射してくると、半導体
内においてエレクトロン・ホール対が発生する。
この内、エレクトロンは、ｎ領域１が正電位にバ
イアスされているのでｎ領域１側に流れだしてい
つてしまうが、ホールはｐ領域６にどんどん蓄積
されていく。このホールのｐ領域への蓄積により
ｐ領域６の電位は次第に正電位に向かつて変化し
ていく。
セルの表側から光２０が入射してくると、半導体
内においてエレクトロン・ホール対が発生する。
この内、エレクトロンは、ｎ領域１が正電位にバ
イアスされているのでｎ領域１側に流れだしてい
つてしまうが、ホールはｐ領域６にどんどん蓄積
されていく。このホールのｐ領域への蓄積により
ｐ領域６の電位は次第に正電位に向かつて変化し
ていく。
第１図ａ，ｂでも各センサセルの受光面下面
は、ほとんどｐ領域で占られており、一部n+領
域７となつている。当然のことながら、光により
励起されるエレクトロン・ホール対濃度は表面に
近い程大きい。このためｐ領域６中にも多くのエ
レクトロン・ホール対が光により励起される。ｐ
領域中に光励起されたエレクトロンが再結合する
ことなくｐ領域６からただちに流れ出て、ｎ領域
に吸収されるような構造にしておけば、ｐ領域６
で励起されたホールはそのまま蓄積されて、ｐ領
域６を正電位方向に変化させる。ｐ領域６の不純
物濃度が均一になされている場合には、光で励起
されたエレクトロンは拡散で、ｐ領域６とn-領
域５とのpn-接合部まで流れ、その後はn-領域に
加わつている強い電界によるドリフトでｎコレク
タ領域１に吸収される。もちろん、ｐ領域６内の
電子の走行を拡散だけで行なつてもよいわけであ
るが、表面から内部に行くほどｐベースの不純物
濃度が減少するように構成しておけば、この不純
物濃度差により、ベース内に内部から表面に向う
電界Ed、 Ed＝１／WB・kT／ｑ・1nNAs／NAi が発生する。ここで、WBはｐ領域６の光入射側
表面からの深さ、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対
温度、ｑ単位電荷、NAsはｐベース領域６の表面
不純物濃度、NAiはｐ領域６のn-高抵抗領域５と
の界面における不純物濃度である。
は、ほとんどｐ領域で占られており、一部n+領
域７となつている。当然のことながら、光により
励起されるエレクトロン・ホール対濃度は表面に
近い程大きい。このためｐ領域６中にも多くのエ
レクトロン・ホール対が光により励起される。ｐ
領域中に光励起されたエレクトロンが再結合する
ことなくｐ領域６からただちに流れ出て、ｎ領域
に吸収されるような構造にしておけば、ｐ領域６
で励起されたホールはそのまま蓄積されて、ｐ領
域６を正電位方向に変化させる。ｐ領域６の不純
物濃度が均一になされている場合には、光で励起
されたエレクトロンは拡散で、ｐ領域６とn-領
域５とのpn-接合部まで流れ、その後はn-領域に
加わつている強い電界によるドリフトでｎコレク
タ領域１に吸収される。もちろん、ｐ領域６内の
電子の走行を拡散だけで行なつてもよいわけであ
るが、表面から内部に行くほどｐベースの不純物
濃度が減少するように構成しておけば、この不純
物濃度差により、ベース内に内部から表面に向う
電界Ed、 Ed＝１／WB・kT／ｑ・1nNAs／NAi が発生する。ここで、WBはｐ領域６の光入射側
表面からの深さ、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対
温度、ｑ単位電荷、NAsはｐベース領域６の表面
不純物濃度、NAiはｐ領域６のn-高抵抗領域５と
の界面における不純物濃度である。
ここで、NAs／NAi＞３とすれば、Ｐ領域６内
の電子の走行は、拡散よりはドリフトにより行な
われるようになる。すなわち、ｐ領域６内に光に
より励起されるキヤリアを信号として有効に動作
させるためには、ｐ領域６の不純物濃度は光入射
側表面から内部に向つて減少しているようになつ
ていることが望ましい。拡散でｐ領域６を形成す
れば、その不純物濃度は光入射側表面にくらべ内
部に行くほど減少している。
の電子の走行は、拡散よりはドリフトにより行な
われるようになる。すなわち、ｐ領域６内に光に
より励起されるキヤリアを信号として有効に動作
させるためには、ｐ領域６の不純物濃度は光入射
側表面から内部に向つて減少しているようになつ
ていることが望ましい。拡散でｐ領域６を形成す
れば、その不純物濃度は光入射側表面にくらべ内
部に行くほど減少している。
センサセルの受光面下の一部は、n+領域７に
より占られている。n+領域７の深さは、通常0.2
〜0.3μm程度、あるいはそれ以下に設計されるか
ら、n+領域７で吸収される光の量は、もともと
あまり多くはないのでそれ程問題はない。ただ、
短波長側の光、特に青色光に対しては、n+領域
７の存在は感度低下の原因になる。n+領域７の
不純物濃度は通常１×1020cm-3程度あるいはそれ
以上に設計される。こうした高濃度に不純物がド
ープされたn+領域７におけるホールの拡散距離
は0.15〜0.2μm程度である。したがつて、n+領域
７内で光励起されたホールを有効にｐ領域６に流
し込むには、n+領域７も光入射表面から内部に
向つて不純物濃度が減少する構造になつているこ
とが望ましい。n+領域７の不純物濃度分布が上
記の様になつていれば、光入射側表面から内部に
向う強いドリフト電界が発生して、n+領域７に
光励起されたホールはドリフトによりただちにｐ
領域６に流れ込む。n+領域７、ｐ領域６の不純
物濃度がいずれも光入射側表面から内部に向つて
減少するように構成されていれば、センサセルの
光入射側表面側に存在するn+領域７、ｐ領域６
において光励起されたキヤリアはすべて光信号と
して有効に働くのである。As又はＰを高濃度に
ドープしたシリコン酸化膜あるいはポリシリコン
膜からの不純物拡散により、このn+領域７を形
成すると、上記に述べたような望ましい不純物傾
斜をもつn+領域を得ることが可能である。
より占られている。n+領域７の深さは、通常0.2
〜0.3μm程度、あるいはそれ以下に設計されるか
ら、n+領域７で吸収される光の量は、もともと
あまり多くはないのでそれ程問題はない。ただ、
短波長側の光、特に青色光に対しては、n+領域
７の存在は感度低下の原因になる。n+領域７の
不純物濃度は通常１×1020cm-3程度あるいはそれ
以上に設計される。こうした高濃度に不純物がド
ープされたn+領域７におけるホールの拡散距離
は0.15〜0.2μm程度である。したがつて、n+領域
７内で光励起されたホールを有効にｐ領域６に流
し込むには、n+領域７も光入射表面から内部に
向つて不純物濃度が減少する構造になつているこ
とが望ましい。n+領域７の不純物濃度分布が上
記の様になつていれば、光入射側表面から内部に
向う強いドリフト電界が発生して、n+領域７に
光励起されたホールはドリフトによりただちにｐ
領域６に流れ込む。n+領域７、ｐ領域６の不純
物濃度がいずれも光入射側表面から内部に向つて
減少するように構成されていれば、センサセルの
光入射側表面側に存在するn+領域７、ｐ領域６
において光励起されたキヤリアはすべて光信号と
して有効に働くのである。As又はＰを高濃度に
ドープしたシリコン酸化膜あるいはポリシリコン
膜からの不純物拡散により、このn+領域７を形
成すると、上記に述べたような望ましい不純物傾
斜をもつn+領域を得ることが可能である。
最終的には、ホールの蓄積によりベース電位は
エミツタ電位まで変化し、この場合は接地電位ま
で変化して、そこでクリツプされることになる。
より厳密に言うと、ベース・エミツタ間が順方向
に深くバイアスされて、ベースに蓄積されたホー
ルがエミツタに流出し始める電圧でクリツプされ
る。つまり、この場合の光センサセルの飽和電位
は、最初にｐ領域６を負電位にバイアスしたとき
のバイアス電位と接地電位との電位差で略々与え
られるわけである。n+領域７が接地されず、浮
遊状態において光入力によつて発生した電荷の蓄
積を行なう場合には、ｐ領域６はｎ領域１と略々
同電位まで電荷を蓄積することができる。MOS
型撮像装置では、外部へ読出すためのスイツチン
クMOSトランジスタの寄生容量ばらつきによる
固定パターン雑音、あるいは配線容量すなわち出
力容量が大きいことにより発生するランダム雑音
が大きく、Ｓ／Ｎ比がとれないという問題があつ
たが、第１図ａ，ｂ，ｃで示す構成の光センサセ
ルでは、ｐ領域６に発生した蓄積電圧そのものが
外部に読出されるわけであり、この電圧はかなり
大きいため固定パターン雑音、出力容量に起因す
るランダム雑音が相対的に小さくなり、きわめて
Ｓ／Ｎ比の良い信号を得ることが可能である。
エミツタ電位まで変化し、この場合は接地電位ま
で変化して、そこでクリツプされることになる。
より厳密に言うと、ベース・エミツタ間が順方向
に深くバイアスされて、ベースに蓄積されたホー
ルがエミツタに流出し始める電圧でクリツプされ
る。つまり、この場合の光センサセルの飽和電位
は、最初にｐ領域６を負電位にバイアスしたとき
のバイアス電位と接地電位との電位差で略々与え
られるわけである。n+領域７が接地されず、浮
遊状態において光入力によつて発生した電荷の蓄
積を行なう場合には、ｐ領域６はｎ領域１と略々
同電位まで電荷を蓄積することができる。MOS
型撮像装置では、外部へ読出すためのスイツチン
クMOSトランジスタの寄生容量ばらつきによる
固定パターン雑音、あるいは配線容量すなわち出
力容量が大きいことにより発生するランダム雑音
が大きく、Ｓ／Ｎ比がとれないという問題があつ
たが、第１図ａ，ｂ，ｃで示す構成の光センサセ
ルでは、ｐ領域６に発生した蓄積電圧そのものが
外部に読出されるわけであり、この電圧はかなり
大きいため固定パターン雑音、出力容量に起因す
るランダム雑音が相対的に小さくなり、きわめて
Ｓ／Ｎ比の良い信号を得ることが可能である。
上記構成に係る光センサセルのもう一つの利
点、ｐ領域６に蓄積されたホールはｐ領域６にお
けるエレクトロンとホールの再結合確率がきわめ
て小さいことから非破壊的に読出し可能なことで
ある。すなわち読出し時に電極９に印加していた
電圧VRをゼロボルトにもどした時、ｐ領域６の
電位は電圧VRを印加する前の逆バイアス状態に
なり、光照射により発生した蓄積電圧VPは、新
しく光が照射されない限り、そのまま保存される
わけである。このことは、上記構成に係る光セン
サセルを光電変換装置として構成したときに、シ
ステム動作上、新しい機能を提供することができ
ることを意味する。
点、ｐ領域６に蓄積されたホールはｐ領域６にお
けるエレクトロンとホールの再結合確率がきわめ
て小さいことから非破壊的に読出し可能なことで
ある。すなわち読出し時に電極９に印加していた
電圧VRをゼロボルトにもどした時、ｐ領域６の
電位は電圧VRを印加する前の逆バイアス状態に
なり、光照射により発生した蓄積電圧VPは、新
しく光が照射されない限り、そのまま保存される
わけである。このことは、上記構成に係る光セン
サセルを光電変換装置として構成したときに、シ
ステム動作上、新しい機能を提供することができ
ることを意味する。
このｐ領域６に蓄積電圧VPを保持できる時間
は、きわめて長く、最大の保持時間は、むしろ、
接合の空乏層中において熱的に発生する暗電流に
よつて制限を受ける。すなわち、この熱的に発生
する暗電流により光センサセルが飽和してしまう
からである。しかしながら、上記構成に係る光セ
ンサセルでは、空乏層の広がつている領域は、低
不純物濃度領域であるn-領域５であり、このn-
領域５は1012cm-3〜〜1014cm-3程度と、きわめて
不純物濃度が低いため、その結晶性が良好であ
り、MOS型、CCD型撮像装置に比較して熱的に
発生するエレクトロン・ホール対は少ない。この
ため、暗電流は、他の従来の装置に比較して小さ
い。すなわち、上記構成に係る光センサセルは本
質的に暗電流雑音の小さい構造をしているわけで
ある。
は、きわめて長く、最大の保持時間は、むしろ、
接合の空乏層中において熱的に発生する暗電流に
よつて制限を受ける。すなわち、この熱的に発生
する暗電流により光センサセルが飽和してしまう
からである。しかしながら、上記構成に係る光セ
ンサセルでは、空乏層の広がつている領域は、低
不純物濃度領域であるn-領域５であり、このn-
領域５は1012cm-3〜〜1014cm-3程度と、きわめて
不純物濃度が低いため、その結晶性が良好であ
り、MOS型、CCD型撮像装置に比較して熱的に
発生するエレクトロン・ホール対は少ない。この
ため、暗電流は、他の従来の装置に比較して小さ
い。すなわち、上記構成に係る光センサセルは本
質的に暗電流雑音の小さい構造をしているわけで
ある。
次いでｐ領域６に蓄積された電荷をリフレツシ
ユする動作について説明する。
ユする動作について説明する。
上記構成に係る光センサセルでは、すでに述べ
たごとく、ｐ領域６に蓄積された電荷は、読出し
動作では消減しない。このため新しい光情報を入
力するためには、前に蓄積されていた電荷を消減
させるためのリフレツシユ動作が必要である。ま
た同時に、浮遊状態になされているｐ領域６の電
位を所定の負電圧に帯電させておく必要がある。
たごとく、ｐ領域６に蓄積された電荷は、読出し
動作では消減しない。このため新しい光情報を入
力するためには、前に蓄積されていた電荷を消減
させるためのリフレツシユ動作が必要である。ま
た同時に、浮遊状態になされているｐ領域６の電
位を所定の負電圧に帯電させておく必要がある。
上記構成に係る光センサセルでは、リフレツシ
ユ動作も読出し動作と同様、配線１０を通して電
極９に正電圧を印加することにより行なう。この
とき、配線８を通してエミツタを接地する。コレ
クタは、電極１２を通して接地又は正電位にして
おく。
ユ動作も読出し動作と同様、配線１０を通して電
極９に正電圧を印加することにより行なう。この
とき、配線８を通してエミツタを接地する。コレ
クタは、電極１２を通して接地又は正電位にして
おく。
以上が光入射による電荷蓄積動作、読出し動
作、リフレツシユ動作よりなる上記構成に係る光
センサセルの基本動作の説明である。
作、リフレツシユ動作よりなる上記構成に係る光
センサセルの基本動作の説明である。
以上説明したごとく、上記構成に係る光センサ
セルの基本構造は、すでにあげた特開昭56−
150878、特開昭56−157073、特開昭56−165473と
比較してきわめて簡単な構造であり、将来の高解
像度化に十分対応できるともに、それらのもつ優
れた特徴である増幅機能からくる低雑音、高出
力、広ダイナミツクレンジ、非破壊読出し等のメ
リツトをそのまま保存している。
セルの基本構造は、すでにあげた特開昭56−
150878、特開昭56−157073、特開昭56−165473と
比較してきわめて簡単な構造であり、将来の高解
像度化に十分対応できるともに、それらのもつ優
れた特徴である増幅機能からくる低雑音、高出
力、広ダイナミツクレンジ、非破壊読出し等のメ
リツトをそのまま保存している。
次に、以上説明した構成に係る光センサセルを
二次元に配列して構成した本発明の光電変換装置
の一実施例について図面を用いて説明する。
二次元に配列して構成した本発明の光電変換装置
の一実施例について図面を用いて説明する。
すでに説明した点線でかこまれた基本光センサ
セル１１０（この時バイポーラトランジスタのコ
レクタは基板および基板電極に続されることを示
している。）、読出しパルスおよびリフレツシユパ
ルスを印加するための水平ライン１０２、読出し
パルスを発生させるための垂直シフトレジスタ
VSR２、垂直シフトレジスタVSR２と水平ライ
ン１０２の間のMOSトランジスタ１０１、リフ
レツシユパルスを印加するためのMOSトランジ
スタ１０６、基本光センサセル１１０から蓄積電
圧を読出すための垂直ライン１０３、各垂直ライ
ンを選択するためのパルスを発生する水平シフト
レジスタHSH、各垂直ラインを開閉するための
ゲート用MOSトランジスタ１０７、蓄積電圧を
アンプ部に読出すための出力ライン１１１、読出
し後に、出力ラインに蓄積した電荷をリフレツシ
ユするためのMOSトランジスタ１０８、MOSト
ランジスタ１０８へリフレツシユパルスを印加す
るための端子RF、出力信号を増幅するための
バイポーラ、MOS，FET，Ｊ−FET等のトラン
ジスタ１０９、負荷抵抗１１２、トランジスタの
出力端子OUT、読出し動作において垂直ライン
１０３に蓄積された電荷をリフレツシユするため
のMOSトランジスタ１１３、センサセル１１０
内のベース容量間に接続された入力手段としての
電荷注入用のトランジスタ１０５、水平ライン１
０２にバイアスを与える為の電位Vmを水平ライ
ンに供給するトランジスタ１０４、リフレツシユ
用の垂直方向シフトレジスタVSR１等から成る。
また、PSHはHSHのスタートパルス、φ1H，φ2Hへ
HSHの駆動パルス、VCCは電源、PSVRはVSR２
のスタードパルス、φ1VR，φ2VRはVSR２の駆動パ
ルス、PSVFはVSR１のスタートパルス、φ1VF，
φ2VFはVSR１の駆動パルス、Vfはリフレツシユ
基準電圧で例えば−3V，Vrは読出し用電圧で例
えば＋10V，Vmは水平ライン１０２のバイアス
例えば＋5V，φmはゲートパルス、RDRFはリフ
レツシユゲートパルス、Vrsはリセツト電圧であ
る。
セル１１０（この時バイポーラトランジスタのコ
レクタは基板および基板電極に続されることを示
している。）、読出しパルスおよびリフレツシユパ
ルスを印加するための水平ライン１０２、読出し
パルスを発生させるための垂直シフトレジスタ
VSR２、垂直シフトレジスタVSR２と水平ライ
ン１０２の間のMOSトランジスタ１０１、リフ
レツシユパルスを印加するためのMOSトランジ
スタ１０６、基本光センサセル１１０から蓄積電
圧を読出すための垂直ライン１０３、各垂直ライ
ンを選択するためのパルスを発生する水平シフト
レジスタHSH、各垂直ラインを開閉するための
ゲート用MOSトランジスタ１０７、蓄積電圧を
アンプ部に読出すための出力ライン１１１、読出
し後に、出力ラインに蓄積した電荷をリフレツシ
ユするためのMOSトランジスタ１０８、MOSト
ランジスタ１０８へリフレツシユパルスを印加す
るための端子RF、出力信号を増幅するための
バイポーラ、MOS，FET，Ｊ−FET等のトラン
ジスタ１０９、負荷抵抗１１２、トランジスタの
出力端子OUT、読出し動作において垂直ライン
１０３に蓄積された電荷をリフレツシユするため
のMOSトランジスタ１１３、センサセル１１０
内のベース容量間に接続された入力手段としての
電荷注入用のトランジスタ１０５、水平ライン１
０２にバイアスを与える為の電位Vmを水平ライ
ンに供給するトランジスタ１０４、リフレツシユ
用の垂直方向シフトレジスタVSR１等から成る。
また、PSHはHSHのスタートパルス、φ1H，φ2Hへ
HSHの駆動パルス、VCCは電源、PSVRはVSR２
のスタードパルス、φ1VR，φ2VRはVSR２の駆動パ
ルス、PSVFはVSR１のスタートパルス、φ1VF，
φ2VFはVSR１の駆動パルス、Vfはリフレツシユ
基準電圧で例えば−3V，Vrは読出し用電圧で例
えば＋10V，Vmは水平ライン１０２のバイアス
例えば＋5V，φmはゲートパルス、RDRFはリフ
レツシユゲートパルス、Vrsはリセツト電圧であ
る。
撮像部１００に入射した光によつて光電変換さ
れた電荷は撮像部１００を構成している各センサ
セル１１０のトランジスタのベース領域に蓄積さ
れる。
れた電荷は撮像部１００を構成している各センサ
セル１１０のトランジスタのベース領域に蓄積さ
れる。
信号を読出す際には、VSR２によつて指定さ
れた水平ラインのトランジスタ１０１のベースに
Vrのパルス電圧を加えてベース領域に蓄積され
た電荷を垂直ライン１０３に増幅・蓄積させる。
次に、HSHによつて垂直ライン１０３に蓄積さ
れた電荷を水平方向に順次読み出す。１ライン分
の信号を取出したら、VSR２によつて次のライ
ンを指定し、上述の方法でテレビジヨン周期にの
つとり読み出す。
れた水平ラインのトランジスタ１０１のベースに
Vrのパルス電圧を加えてベース領域に蓄積され
た電荷を垂直ライン１０３に増幅・蓄積させる。
次に、HSHによつて垂直ライン１０３に蓄積さ
れた電荷を水平方向に順次読み出す。１ライン分
の信号を取出したら、VSR２によつて次のライ
ンを指定し、上述の方法でテレビジヨン周期にの
つとり読み出す。
第３図はセンサセル１１０の要図である。第１
図ｂと同じ番号は同じ要素を示す。２０６はp+
層でソースを形成している。２０７はゲート電極
であり、ベースリセツト用の基準電圧Vrsが印加
される。
図ｂと同じ番号は同じ要素を示す。２０６はp+
層でソースを形成している。２０７はゲート電極
であり、ベースリセツト用の基準電圧Vrsが印加
される。
次に第４図ａ，ｂに駆動電圧のタイミングチヤ
ートを示す。T1はベース領域６に蓄積された電
荷を１，５，６，７からなるトランジスタにより
エミツタ線間容量に増幅し、蓄積させる期間であ
る。この際hFEを大きくとると、ベース領域の電
荷はほとんど減少しない。T2はエミツタ線間容
量に蓄積された電荷をHSHを使つて読み出す期
間である。T3はエミツタ線間容量に蓄積された
電荷及びベース領域に蓄積された電荷を放電させ
る期間である。この際ベース領域はリセツト電圧
Vrsになる。
ートを示す。T1はベース領域６に蓄積された電
荷を１，５，６，７からなるトランジスタにより
エミツタ線間容量に増幅し、蓄積させる期間であ
る。この際hFEを大きくとると、ベース領域の電
荷はほとんど減少しない。T2はエミツタ線間容
量に蓄積された電荷をHSHを使つて読み出す期
間である。T3はエミツタ線間容量に蓄積された
電荷及びベース領域に蓄積された電荷を放電させ
る期間である。この際ベース領域はリセツト電圧
Vrsになる。
これにつき詳しく説明すると、A1からA2にか
けてPSVRがハイレベルとなるとシフトレジスタ
VSR２がスタートし、PSVRがローレベルになつ
た後でφ1VR，φ2VRを受け付ける。
けてPSVRがハイレベルとなるとシフトレジスタ
VSR２がスタートし、PSVRがローレベルになつ
た後でφ1VR，φ2VRを受け付ける。
従つてt3からt4にかけてφ2VRによりシフトレジ
スタ内で１ビツト分のシフトが行なわれ、これに
連動してt4からt3にかけて第１行の水平ラインに
Vrレベルを印加する為にφ1VRがハイレベルとな
る。
スタ内で１ビツト分のシフトが行なわれ、これに
連動してt4からt3にかけて第１行の水平ラインに
Vrレベルを印加する為にφ1VRがハイレベルとな
る。
またこの時点t4までRDRFはハイレベルである
のでトランジスタ１１３はONし各垂直ライン１
０３上の信号はリフレツシユされている。また
φmもハイレベルであるので水平ライン１０２に
はバイアス用電圧Vmが印加され、各センサセル
には電荷が蓄積されている。尚t3〜t5は水平ブラ
ンキング期間に相当している。
のでトランジスタ１１３はONし各垂直ライン１
０３上の信号はリフレツシユされている。また
φmもハイレベルであるので水平ライン１０２に
はバイアス用電圧Vmが印加され、各センサセル
には電荷が蓄積されている。尚t3〜t5は水平ブラ
ンキング期間に相当している。
t4においてφmがローレベルとなり、また
RDRFがローレベルとなるので電荷の読み出しが
可能な状態となる。更にその直後にφ1VRがハイレ
ベルとなるのでセンサセル１１０のベースに蓄積
されていた電荷は垂直ライン１０３に移される。
RDRFがローレベルとなるので電荷の読み出しが
可能な状態となる。更にその直後にφ1VRがハイレ
ベルとなるのでセンサセル１１０のベースに蓄積
されていた電荷は垂直ライン１０３に移される。
その後t5以降PSHが供給され水平シフトレジス
タHSHが起動されると共に、φ1H，φ2H，ORFに
より各垂直ライン１０３の信号が順次MOSトラ
ンジスタ１０９に供給されて読み出され、読み出
し直後にトランジスタ１０９のゲート電圧はリセ
ツされる。またこのt5〜t7の間φmはハイレベル
となつており、水平ラインはバイアス電圧Vmが
印加されている。
タHSHが起動されると共に、φ1H，φ2H，ORFに
より各垂直ライン１０３の信号が順次MOSトラ
ンジスタ１０９に供給されて読み出され、読み出
し直後にトランジスタ１０９のゲート電圧はリセ
ツされる。またこのt5〜t7の間φmはハイレベル
となつており、水平ラインはバイアス電圧Vmが
印加されている。
t6においてリフレツシユ用のシフトレジスタ
VSR１がφ2VFにより１ビツトシフトし、第１行
目の水平ライン１０２を指定し、続くt7でφ2VRに
より第１行目の水平ライン１０２にローレベルの
Vfを印加する。これによりトランジスタ１０５
がONしセンサセル１１０のベース電荷はリフレ
ツシユされてセンサセルのベースはVrsのレベル
となる。
VSR１がφ2VFにより１ビツトシフトし、第１行
目の水平ライン１０２を指定し、続くt7でφ2VRに
より第１行目の水平ライン１０２にローレベルの
Vfを印加する。これによりトランジスタ１０５
がONしセンサセル１１０のベース電荷はリフレ
ツシユされてセンサセルのベースはVrsのレベル
となる。
またこのt7〜t8にかけてφ2VRが供給されて垂直
シフトレジスタVSR２は１ビツトシフトし、続
くt8〜t9にかけてφ1VRが供給されて第２行目のセ
ンサセルの電荷が垂ライン１０３に移される。尚
この間（t7〜t9）φmはローレベルとなつている。
このようにして各センサーセルの電荷はデレビジ
ヨン周期にのつとり順次読み出されていく。
シフトレジスタVSR２は１ビツトシフトし、続
くt8〜t9にかけてφ1VRが供給されて第２行目のセ
ンサセルの電荷が垂ライン１０３に移される。尚
この間（t7〜t9）φmはローレベルとなつている。
このようにして各センサーセルの電荷はデレビジ
ヨン周期にのつとり順次読み出されていく。
尚、第４図ｈは水平読み出しタイミングの詳細
図でφ1VRにより第１行のセンサセルの電荷が垂ラ
イン１０３に移され、t10においてPSHが立下がる
とその後のφ2Hの立下がり（t10）で第１列が指定
され、これに連動たパルスφ1Hの立下り（t11）で
第１列の垂直ラインの信号がトランジスタ１０９
のベースに供給されると共に、t11〜t12にかけて
この電荷はRFによりリフレツシユされる。
図でφ1VRにより第１行のセンサセルの電荷が垂ラ
イン１０３に移され、t10においてPSHが立下がる
とその後のφ2Hの立下がり（t10）で第１列が指定
され、これに連動たパルスφ1Hの立下り（t11）で
第１列の垂直ラインの信号がトランジスタ１０９
のベースに供給されると共に、t11〜t12にかけて
この電荷はRFによりリフレツシユされる。
第５図は本発明の第２実施例であり第１〜第３
図と同じ符番のものは同じ要素を示す。HSRは
書き込み用シフトレジスタ１１４はこのレジスタ
の出力によりONするトランジスタで同じ列のセ
ンサセル内のトランジスタ１０５に対し共通に接
続されている。１１４′は読み出しモードにおい
てONし、各センサセルのリセツト電位を一定レ
ベルに制御する為のトランジスタである。
図と同じ符番のものは同じ要素を示す。HSRは
書き込み用シフトレジスタ１１４はこのレジスタ
の出力によりONするトランジスタで同じ列のセ
ンサセル内のトランジスタ１０５に対し共通に接
続されている。１１４′は読み出しモードにおい
てONし、各センサセルのリセツト電位を一定レ
ベルに制御する為のトランジスタである。
尚このトランジスタ１１４′を設ける代わりに
読み出しモードでSIGに一定レベルを印加するよ
うにしても良い。SIGは書き込み信号入力端子、
PSHRはHSRのスタートパルス、φ1HR，φ2HRはHSR
の駆動パルス、φSはスイツチパルスである。
読み出しモードでSIGに一定レベルを印加するよ
うにしても良い。SIGは書き込み信号入力端子、
PSHRはHSRのスタートパルス、φ1HR，φ2HRはHSR
の駆動パルス、φSはスイツチパルスである。
第６図に書き込みモード時の駆動電圧のタイミ
ングチヤートを示す。T4は書き込み期間、T5は
水平帰線期間である。尚、書き込み中はφ1VFはハ
イレベルとなつており、トランジスタ１０５を
ONさせている。即ち、VSR１のスタートパルス
PSVF1駆動パルスφ1VF，φ2VFによつて指定される
ラインにおいて、t4期間にφmを低電位にするこ
とによつて、HSRのスタートパルスPSHR、駆動
パルスφ1HR，φ2HRによつて指定された画素のベー
ス領域６の電位はSIGから入力される電圧によつ
て決定する事が出来る。T5期間に次のラインに
移り、上述と同様の動作を行い、これをテレビジ
ヨンの走査と同様に垂直及び水平方向に繰り返す
事によつて全画素に情報を書き込む事が出来る。
尚、この書き込みモードではφSのレベルは０レベ
ルにしている。従つてトランジスタ１１４′は
OFFとなつている。
ングチヤートを示す。T4は書き込み期間、T5は
水平帰線期間である。尚、書き込み中はφ1VFはハ
イレベルとなつており、トランジスタ１０５を
ONさせている。即ち、VSR１のスタートパルス
PSVF1駆動パルスφ1VF，φ2VFによつて指定される
ラインにおいて、t4期間にφmを低電位にするこ
とによつて、HSRのスタートパルスPSHR、駆動
パルスφ1HR，φ2HRによつて指定された画素のベー
ス領域６の電位はSIGから入力される電圧によつ
て決定する事が出来る。T5期間に次のラインに
移り、上述と同様の動作を行い、これをテレビジ
ヨンの走査と同様に垂直及び水平方向に繰り返す
事によつて全画素に情報を書き込む事が出来る。
尚、この書き込みモードではφSのレベルは０レベ
ルにしている。従つてトランジスタ１１４′は
OFFとなつている。
第７図は本実施例の読み出しモードの駆動電圧
のタイミングチヤートである。基本的には第３図
示の読み出しタイミングと同じである。このモー
ドにおいてφSを負電圧にする事によりベース領域
６の電位は常に一定のレベルVrsになる。
のタイミングチヤートである。基本的には第３図
示の読み出しタイミングと同じである。このモー
ドにおいてφSを負電圧にする事によりベース領域
６の電位は常に一定のレベルVrsになる。
次にライン毎の書き込みを可能とする第３実施
例の構造を第８図に示す。SIG２は信号入力端子
であつて本実施例では各センサセル１１０内のト
ランジスタ１０５のドレインに共通に接続されて
いる。第９図にSIG２の電圧波形の例を示す。
T6，T8は読み出しモード期間、T7は書き込みモ
ード期間である。T6，T8においてSIG２は常に
一定のリセツト電圧に固定し、T7期間において
はSIG２の電位は入力電圧に応じて変化させる。
T6，T8における電圧波形のタイミングチヤート
は第４図と同一である。T7におけるタイミング
チヤートを第１０図に示す。（SIG２の波形は一
例である。） 第１０図においてφ1VFが1H期間ハイレベルと
なり、この間に各行単位で一定レベルがSIG２よ
り印加される。従つて行及び列状に配列されたセ
ンサセル１１０の各行毎に一定の信号を書き込む
ことが可能となる。しかも第１実施例に比べ構成
が簡単で済む。
例の構造を第８図に示す。SIG２は信号入力端子
であつて本実施例では各センサセル１１０内のト
ランジスタ１０５のドレインに共通に接続されて
いる。第９図にSIG２の電圧波形の例を示す。
T6，T8は読み出しモード期間、T7は書き込みモ
ード期間である。T6，T8においてSIG２は常に
一定のリセツト電圧に固定し、T7期間において
はSIG２の電位は入力電圧に応じて変化させる。
T6，T8における電圧波形のタイミングチヤート
は第４図と同一である。T7におけるタイミング
チヤートを第１０図に示す。（SIG２の波形は一
例である。） 第１０図においてφ1VFが1H期間ハイレベルと
なり、この間に各行単位で一定レベルがSIG２よ
り印加される。従つて行及び列状に配列されたセ
ンサセル１１０の各行毎に一定の信号を書き込む
ことが可能となる。しかも第１実施例に比べ構成
が簡単で済む。
このようにこれらの実施例によれば非破壊読み
出し可能な撮像素子において信号の入力が可能で
あるので、撮像された画像に対しフイールドメモ
リを用いる事なくフイールド相関処理をしたり、
時間軸変換をすることができる。また、書き込み
行を指定するのにリフレツシユ用の行を指定する
レジスタを兼用しているので構成が簡単で済む。
出し可能な撮像素子において信号の入力が可能で
あるので、撮像された画像に対しフイールドメモ
リを用いる事なくフイールド相関処理をしたり、
時間軸変換をすることができる。また、書き込み
行を指定するのにリフレツシユ用の行を指定する
レジスタを兼用しているので構成が簡単で済む。
また、書き込みモード時にSIGに画像信号を入
れた後でシヤツタを開くことにより302SIGの画
像と撮像された画像とを重ね合わせた画像を得る
事ができる。
れた後でシヤツタを開くことにより302SIGの画
像と撮像された画像とを重ね合わせた画像を得る
事ができる。
また、撮像素子としてだけでなくても、ベース
領域にアナログ信号を蓄積することにより、アナ
ログメモリとして使用することができる。しか
も、このような使い方をした場合に非破壊読み出
しが可能である為通常のアナログメモリに比べて
記憶信号の書き直しの頻度が少なくて良く、信号
の劣化の少ない多機能の撮像装置を得ることがで
きる。
領域にアナログ信号を蓄積することにより、アナ
ログメモリとして使用することができる。しか
も、このような使い方をした場合に非破壊読み出
しが可能である為通常のアナログメモリに比べて
記憶信号の書き直しの頻度が少なくて良く、信号
の劣化の少ない多機能の撮像装置を得ることがで
きる。
（効 果）
以上説明した如く、本発明によれば非破壊読み
出し可能な光電変換素子の夫々に電荷を入力する
入力手段を設けたので撮像により形成した画像に
対して撮像信号の重畳が簡単に可能になる効果を
有する。
出し可能な光電変換素子の夫々に電荷を入力する
入力手段を設けたので撮像により形成した画像に
対して撮像信号の重畳が簡単に可能になる効果を
有する。
第１図ａは光センサセルの平面図、第１図ｂは
そのＡ−A′線断面図、第１図ｃは上記光センサ
セルの等価回路、第２図は光センサセルを２次元
に配列して構成した本発明による固体光電変換装
置の一実施例の回路図、第３図は第２図示の光セ
ンサセルの断面構成模式図、第４図ａ，ｂは第２
図示光電変換装置の駆動タイミングチヤート、第
５図は本発明の光電変換装置の第２実施例図、第
６図は第５図示実施例の書き込み時の駆動タイミ
ングチヤート、第７図は第５図示実施例の読み出
し時の駆動タイミングチヤート、第８図は本発明
の光電変換装置の第３実施例の構成図、第９図は
入力信号の例を示す図、第１０図は第８図示実施
例の駆動タイミングチヤート。 １００……光センサセル、１０５……電荷入力
用トランジスタ、１１４，１１４′……トランジ
スタ、HSR……水平シフトレジスタ。
そのＡ−A′線断面図、第１図ｃは上記光センサ
セルの等価回路、第２図は光センサセルを２次元
に配列して構成した本発明による固体光電変換装
置の一実施例の回路図、第３図は第２図示の光セ
ンサセルの断面構成模式図、第４図ａ，ｂは第２
図示光電変換装置の駆動タイミングチヤート、第
５図は本発明の光電変換装置の第２実施例図、第
６図は第５図示実施例の書き込み時の駆動タイミ
ングチヤート、第７図は第５図示実施例の読み出
し時の駆動タイミングチヤート、第８図は本発明
の光電変換装置の第３実施例の構成図、第９図は
入力信号の例を示す図、第１０図は第８図示実施
例の駆動タイミングチヤート。 １００……光センサセル、１０５……電荷入力
用トランジスタ、１１４，１１４′……トランジ
スタ、HSR……水平シフトレジスタ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 第１導電型の半導体からなる制御電極領域
と、 前記第１導電型とは異なる第２導電型の半導体
からなり容量負荷を含む出力回路に電気的に接続
された第１の主電極領域と、 前記第２導電型の半導体からなる第２の主電極
領域と、を有し、光エネルギーを受けることによ
り生成されるキヤリアを前記制御電極領域に蓄積
可能なトランジスタを複数有し、 前記制御電極領域を制御するための制御電極を
有し、蓄積されたキヤリアに基づいて信号を前記
複数のトランジスタより順次読み出すための第１
の走査手段を含む読み出し手段と、 前記複数のトランジスタの前記制御電極領域に
対して画像信号を入力するための入力手段と、 該入力手段を介して画像信号を順次書き込むた
めの前記第１の走査手段とは異なる第２の走査手
段と、 を具備し、書き込み動作、蓄積動作、読み出し動
作及びリフレツシユ動作を行い、該読み出し動作
と該リフレツシユ動作は前記第２の主電極領域が
前記制御電極領域に対して逆方向にバイアスされ
るべく所望の電位に保持された状態で行われる光
電変換装置であつて、 前記読み出し手段は、前記制御電極領域に前記
制御電極を介して前記第１及び第２の主電極領域
に対して独立的に電位を与え、前記容量負荷に接
続され浮遊状態にある前記第１の主電極領域と前
記制御電極領域との接合部を順方向にバイアス
し、前記信号を前記容量負荷における電圧として
読み出す手段であることを特徴とする光電変換装
置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59276977A JPS61157184A (ja) | 1984-12-28 | 1984-12-28 | 光電変換装置 |
| US06/813,484 US4712138A (en) | 1984-12-28 | 1985-12-26 | Low-noise apparatus for image pickup and combination of light and electric signals |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59276977A JPS61157184A (ja) | 1984-12-28 | 1984-12-28 | 光電変換装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61157184A JPS61157184A (ja) | 1986-07-16 |
| JPH0562869B2 true JPH0562869B2 (ja) | 1993-09-09 |
Family
ID=17577046
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59276977A Granted JPS61157184A (ja) | 1984-12-28 | 1984-12-28 | 光電変換装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4712138A (ja) |
| JP (1) | JPS61157184A (ja) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4814861A (en) * | 1985-07-10 | 1989-03-21 | Canon Kabushiki Kaisha | Signal processing apparatus with independent gain control for chrominance and color signals |
| JPH0644619B2 (ja) * | 1986-07-17 | 1994-06-08 | キヤノン株式会社 | 光電変換装置 |
| US4866293A (en) * | 1986-12-09 | 1989-09-12 | Canon Kabushiki Kaisha | Photoelectric converting apparatus to prevent the outflow of excess carriers |
| DE3856165T2 (de) * | 1987-01-29 | 1998-08-27 | Canon Kk | Photovoltaischer Wandler |
| JPH0671324B2 (ja) * | 1987-04-03 | 1994-09-07 | オリンパス光学工業株式会社 | 撮像装置 |
| US4942474A (en) * | 1987-12-11 | 1990-07-17 | Hitachi, Ltd. | Solid-state imaging device having photo-electric conversion elements and other circuit elements arranged to provide improved photo-sensitivity |
| JPH0520683U (ja) * | 1991-09-03 | 1993-03-19 | 積水化学工業株式会社 | 洗面ユニツト |
| US5386108A (en) * | 1992-06-25 | 1995-01-31 | Canon Kabushiki Kaisha | Photoelectric conversion device for amplifying and outputting photoelectrically converted signal, and a method thereof |
| US5548330A (en) * | 1992-12-24 | 1996-08-20 | Canon Kabushiki Kaisha | Image pickup device for generating a corrected luminance signal |
| JPH0865580A (ja) * | 1994-08-19 | 1996-03-08 | Canon Inc | 撮像装置 |
| JPH0865567A (ja) * | 1994-08-26 | 1996-03-08 | Canon Inc | 撮像装置 |
| US20040180181A1 (en) * | 2002-03-29 | 2004-09-16 | Eric Franzoi | Wear resistant laminates |
| JP2008078799A (ja) * | 2006-09-19 | 2008-04-03 | Hamamatsu Photonics Kk | 固体撮像装置 |
| JP2019105163A (ja) * | 2017-12-08 | 2019-06-27 | 三菱重工サーマルシステムズ株式会社 | 電動圧縮機 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5850030B2 (ja) * | 1979-03-08 | 1983-11-08 | 日本放送協会 | 光電変換装置およびそれを用いた固体撮像板 |
| JPH0744661B2 (ja) * | 1982-12-14 | 1995-05-15 | オリンパス光学工業株式会社 | 固体撮像装置 |
-
1984
- 1984-12-28 JP JP59276977A patent/JPS61157184A/ja active Granted
-
1985
- 1985-12-26 US US06/813,484 patent/US4712138A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4712138A (en) | 1987-12-08 |
| JPS61157184A (ja) | 1986-07-16 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |