JPH06244403A - 固体撮像素子の入力回路 - Google Patents
固体撮像素子の入力回路Info
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- JPH06244403A JPH06244403A JP5025690A JP2569093A JPH06244403A JP H06244403 A JPH06244403 A JP H06244403A JP 5025690 A JP5025690 A JP 5025690A JP 2569093 A JP2569093 A JP 2569093A JP H06244403 A JPH06244403 A JP H06244403A
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- Japan
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- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は固体撮像素子の入力回路に関し、ス
キミング及びパーティション動作を行ない、構造が簡単
で構成面積が小さく小型化できることを目的とする。 【構成】 ２つの蓄積電極（４５，４７）は、半導体基
板上に絶縁膜を介して設けられ、画素で光電変換された
電荷を蓄積する。分離電極（４６）は、上記２つの蓄積
電極の間に設けられている。トランジスタ（５２）は、
一方の蓄積電極により蓄積された電荷を外部に掃き出
す。上記一方の蓄積電極（４５）下の電位の井戸の深さ
を他方の蓄積電極（４７）下の電位の井戸の深さより深
くして上記画素からの電荷を蓄積し、上記分離電極（４
６）下の電位の井戸を消滅させて２つの蓄積電極（４
５，４７）夫々の下の電位の井戸を分離し、他方の蓄積
電極（４７）下の蓄積電荷だけを読出す。
キミング及びパーティション動作を行ない、構造が簡単
で構成面積が小さく小型化できることを目的とする。 【構成】 ２つの蓄積電極（４５，４７）は、半導体基
板上に絶縁膜を介して設けられ、画素で光電変換された
電荷を蓄積する。分離電極（４６）は、上記２つの蓄積
電極の間に設けられている。トランジスタ（５２）は、
一方の蓄積電極により蓄積された電荷を外部に掃き出
す。上記一方の蓄積電極（４５）下の電位の井戸の深さ
を他方の蓄積電極（４７）下の電位の井戸の深さより深
くして上記画素からの電荷を蓄積し、上記分離電極（４
６）下の電位の井戸を消滅させて２つの蓄積電極（４
５，４７）夫々の下の電位の井戸を分離し、他方の蓄積
電極（４７）下の蓄積電荷だけを読出す。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は固体撮像素子の入力回路
に関し、光電荷をＭＯＳキャパシタンスに蓄積し、その
後順次外部に読出す固体撮像素子の入力回路に関する。
に関し、光電荷をＭＯＳキャパシタンスに蓄積し、その
後順次外部に読出す固体撮像素子の入力回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】工業、医療の分野などで、非接触で地
表、物体あるいは人体の温度を知ることが求められてい
る。物体から放射されている赤外線を検知して、温度を
知る事が出来る赤外線センサは有効な手段である。赤外
線固体撮像素子も可視光用など他の固体撮像素子と同様
に低消費電力で高感度な素子が望まれている。
表、物体あるいは人体の温度を知ることが求められてい
る。物体から放射されている赤外線を検知して、温度を
知る事が出来る赤外線センサは有効な手段である。赤外
線固体撮像素子も可視光用など他の固体撮像素子と同様
に低消費電力で高感度な素子が望まれている。
【０００３】赤外線固体撮像素子は、大気の透過率が高
い波長帯域である３〜５μｍ帯又は８〜１２μｍ帯に感
度を持つものが通常使われる。また、赤外線はあらゆる
物体からその温度に応じた赤外線を放射しており、目的
とする物体以外に背景からも赤外線が放射されている。
そのため、目的とする物体以外の背景からの赤外線が素
子には入射してくる。そのため、フォトダイオードで光
電変換されて発生した電荷には目的とする物体以外の背
景からの赤外線によって生じた電荷が含まれる。この背
景信号の電荷は不要な電荷量の増大をまねき、ダイナミ
ックレンジ低下と消費電力の増大を生じる。特に８〜１
２μｍ帯に感度を持つセンサでは、背景信号量が多く大
きな問題となる。
い波長帯域である３〜５μｍ帯又は８〜１２μｍ帯に感
度を持つものが通常使われる。また、赤外線はあらゆる
物体からその温度に応じた赤外線を放射しており、目的
とする物体以外に背景からも赤外線が放射されている。
そのため、目的とする物体以外の背景からの赤外線が素
子には入射してくる。そのため、フォトダイオードで光
電変換されて発生した電荷には目的とする物体以外の背
景からの赤外線によって生じた電荷が含まれる。この背
景信号の電荷は不要な電荷量の増大をまねき、ダイナミ
ックレンジ低下と消費電力の増大を生じる。特に８〜１
２μｍ帯に感度を持つセンサでは、背景信号量が多く大
きな問題となる。
【０００４】このように電荷量の多さに対応するため、
電荷蓄積部で一旦蓄積された電荷を減らして、ＣＣＤ転
送部に移して読み出すという方法がとられている。電荷
を減らす方式として(1) スキミングと(2) パーティショ
ンがある。
電荷蓄積部で一旦蓄積された電荷を減らして、ＣＣＤ転
送部に移して読み出すという方法がとられている。電荷
を減らす方式として(1) スキミングと(2) パーティショ
ンがある。
【０００５】(1) スキミングは、蓄積された全電荷から
一定量を差し引いて転送する方式である。
一定量を差し引いて転送する方式である。
【０００６】(2) パーティションは、蓄積された全電荷
を常に一定の割合で差し引いて転送する方式である。こ
れらの方式はいずれも各画素毎に行われる。
を常に一定の割合で差し引いて転送する方式である。こ
れらの方式はいずれも各画素毎に行われる。
【０００７】スキミングは各画素で同じ量を差し引く
が、各画素間の特性のバラツキにより信号を含めた電荷
量のバラツキが大きいと余り多くの電荷量を差し引く事
ができず、スキミングによる効果があまり期待出来な
い。またパーティションは差し引く割合を大きくする
と、Ｓ／Ｎの低下を招く。従って、いずれか一方の方式
を用いた場合には、状況によっては十分な効果が得られ
ないため、両方式を併用する事が望ましい。
が、各画素間の特性のバラツキにより信号を含めた電荷
量のバラツキが大きいと余り多くの電荷量を差し引く事
ができず、スキミングによる効果があまり期待出来な
い。またパーティションは差し引く割合を大きくする
と、Ｓ／Ｎの低下を招く。従って、いずれか一方の方式
を用いた場合には、状況によっては十分な効果が得られ
ないため、両方式を併用する事が望ましい。
【０００８】図５乃至図９は従来回路の動作説明用の断
面図を示す。図５において、Ｐ型の基板１０の表面には
入力ダイオードを構成するｎ型領域１１が形成されｎ型
領域１１には赤外線固体撮像素子の１画素であるフォト
ダイオード１２が接続されている。基板１０の表面には
絶縁膜を介して入力ゲート１４、蓄積ゲート１５、スキ
ミングゲート１６、蓄積ゲート１７、パーティションゲ
ート１８、蓄積ゲート１９、トランスファゲート２０、
転送部電極２１夫々が形成されている。
面図を示す。図５において、Ｐ型の基板１０の表面には
入力ダイオードを構成するｎ型領域１１が形成されｎ型
領域１１には赤外線固体撮像素子の１画素であるフォト
ダイオード１２が接続されている。基板１０の表面には
絶縁膜を介して入力ゲート１４、蓄積ゲート１５、スキ
ミングゲート１６、蓄積ゲート１７、パーティションゲ
ート１８、蓄積ゲート１９、トランスファゲート２０、
転送部電極２１夫々が形成されている。
【０００９】蓄積ゲート１５，１７，１９は互いに接続
されて同一電位とされている。
されて同一電位とされている。
【００１０】まず、図５に示す如く、パーティションゲ
ート１８の電位を蓄積ゲート１５，１７，１９の電位Ｖ
SGより高くし、かつスキミングゲート１６をＶSGより低
い電位として、蓄積ゲート１５下の蓄積部２５を溢れた
電荷を蓄積ゲート１７，１９及びパーティションゲート
１８下の蓄積部２７，２８，２９に蓄積する。なお、蓄
積部２５，２７夫々は端子３０，３１より掃き出し用Ｍ
ＯＳトランジスタに接続されており、この状態では掃き
出し用ＭＯＳトランジスタは共にオフとされている。
ート１８の電位を蓄積ゲート１５，１７，１９の電位Ｖ
SGより高くし、かつスキミングゲート１６をＶSGより低
い電位として、蓄積ゲート１５下の蓄積部２５を溢れた
電荷を蓄積ゲート１７，１９及びパーティションゲート
１８下の蓄積部２７，２８，２９に蓄積する。なお、蓄
積部２５，２７夫々は端子３０，３１より掃き出し用Ｍ
ＯＳトランジスタに接続されており、この状態では掃き
出し用ＭＯＳトランジスタは共にオフとされている。
【００１１】次に図６に示す如くスキミングゲート１６
を零電位として閉じる。これにより蓄積部２５の蓄積電
荷が蓄積部２７，２８，２９の蓄積電荷から分離され
る。この後、図７に示す如くパーティションゲート１８
を零電位として蓄積部２７，２８，２９に残っていた電
荷を蓄積部２７，２９に分割して蓄積させる。
を零電位として閉じる。これにより蓄積部２５の蓄積電
荷が蓄積部２７，２８，２９の蓄積電荷から分離され
る。この後、図７に示す如くパーティションゲート１８
を零電位として蓄積部２７，２８，２９に残っていた電
荷を蓄積部２７，２９に分割して蓄積させる。
【００１２】次に図８に示す如く、掃き出し用ＭＯＳト
ランジスタをオンとし、蓄積部２５の蓄積電荷を掃き出
し、かつ蓄積部２７の蓄積電荷を掃き出す。これと共
に、トランスファゲート２０及び転送部電極２１を蓄積
部２９の電位より深い電位となるように電圧を印加して
蓄積部２９の蓄積電荷を転送部３３に転送する。
ランジスタをオンとし、蓄積部２５の蓄積電荷を掃き出
し、かつ蓄積部２７の蓄積電荷を掃き出す。これと共
に、トランスファゲート２０及び転送部電極２１を蓄積
部２９の電位より深い電位となるように電圧を印加して
蓄積部２９の蓄積電荷を転送部３３に転送する。
【００１３】この後、図９に示す如く、トランスファゲ
ート２０を零電位として閉じ、ＣＣＤを構成する転送部
３３の蓄積電荷を紙面と垂直方向に順次転送して読出
す。
ート２０を零電位として閉じ、ＣＣＤを構成する転送部
３３の蓄積電荷を紙面と垂直方向に順次転送して読出
す。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】従来回路はスキミング
及びパーティションを行なうために、１画素毎に３つの
蓄積部２５，２７，２９を形成しなければならず、構造
が複雑で入力回路の面積が大きく固体撮像素子の小型化
が困難であるという問題があった。
及びパーティションを行なうために、１画素毎に３つの
蓄積部２５，２７，２９を形成しなければならず、構造
が複雑で入力回路の面積が大きく固体撮像素子の小型化
が困難であるという問題があった。
【００１５】本発明は上記の点に鑑みなされたもので、
スキミング及びパーティション動作を行ない、構造が簡
単で構成面積が小さく小型化の可能な固体撮像素子の入
力回路を提供することを目的とする。
スキミング及びパーティション動作を行ない、構造が簡
単で構成面積が小さく小型化の可能な固体撮像素子の入
力回路を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像素子の
入力回路は、半導体基板上に絶縁膜を介して設けられ、
画素で光電変換された電荷を蓄積する２つの蓄積電極
と、上記２つの蓄積電極の間に設けられた分離電極と、
一方の蓄積電極により蓄積された電荷を外部に掃き出す
トランジスタとを有し、上記一方の蓄積電極下の電位の
井戸の深さを他方の蓄積電極下の電位の井戸の深さより
深くして上記画素からの電荷を蓄積し、上記分離電極下
の電位の井戸を消滅させて上記２つの蓄積電極夫々の下
の電位の井戸を分離し、上記トランジスタを用いて一方
の蓄積電極により蓄積された電荷を外部に掃き出し、上
記他方の蓄積電極により蓄積された電荷のみを読出す。
入力回路は、半導体基板上に絶縁膜を介して設けられ、
画素で光電変換された電荷を蓄積する２つの蓄積電極
と、上記２つの蓄積電極の間に設けられた分離電極と、
一方の蓄積電極により蓄積された電荷を外部に掃き出す
トランジスタとを有し、上記一方の蓄積電極下の電位の
井戸の深さを他方の蓄積電極下の電位の井戸の深さより
深くして上記画素からの電荷を蓄積し、上記分離電極下
の電位の井戸を消滅させて上記２つの蓄積電極夫々の下
の電位の井戸を分離し、上記トランジスタを用いて一方
の蓄積電極により蓄積された電荷を外部に掃き出し、上
記他方の蓄積電極により蓄積された電荷のみを読出す。
【００１７】
【作用】本発明においては、２つの蓄積電極下の電荷の
井戸の深さを異ならせることにより、上記井戸の深さの
差だけの電荷を除去してスキミングを行ない、また、２
つの蓄積電極の間の分離電極下の電荷井戸を消滅させて
パーティションを行なう。
井戸の深さを異ならせることにより、上記井戸の深さの
差だけの電荷を除去してスキミングを行ない、また、２
つの蓄積電極の間の分離電極下の電荷井戸を消滅させて
パーティションを行なう。
【００１８】
【実施例】図１乃至図４は本発明回路の動作説明用の断
面図を示す。図１において、Ｐ型の基板４０の表面には
入力ダイオードを構成するｎ型領域４１が形成され、ｎ
型領域４１には赤外線固体撮像素子の１画素であるフォ
トダイオード４２が接続されている。基板４０の表面に
は絶縁膜を介して入力ゲート４４、蓄積ゲート４５、パ
ーティションゲート４６、蓄積ゲート４７、トランスフ
ァゲート４８、転送部電極４９夫々が形成されている。
蓄積ゲート４５，４７夫々に正の電位を印加することに
より、電荷の井戸である蓄積部５０，５１夫々が形成さ
れ、蓄積部５０は掃き出し用のＭＯＳトランジスタ５２
のソースに接続され、ＭＯＳトランジスタ５２のドレイ
ンは電源ＶDDに接続され、ゲートは端子５３に接続され
ている。
面図を示す。図１において、Ｐ型の基板４０の表面には
入力ダイオードを構成するｎ型領域４１が形成され、ｎ
型領域４１には赤外線固体撮像素子の１画素であるフォ
トダイオード４２が接続されている。基板４０の表面に
は絶縁膜を介して入力ゲート４４、蓄積ゲート４５、パ
ーティションゲート４６、蓄積ゲート４７、トランスフ
ァゲート４８、転送部電極４９夫々が形成されている。
蓄積ゲート４５，４７夫々に正の電位を印加することに
より、電荷の井戸である蓄積部５０，５１夫々が形成さ
れ、蓄積部５０は掃き出し用のＭＯＳトランジスタ５２
のソースに接続され、ＭＯＳトランジスタ５２のドレイ
ンは電源ＶDDに接続され、ゲートは端子５３に接続され
ている。
【００１９】まず、図１に示す如く、蓄積ゲート４５を
電位ＶSG1 、パーティションゲート４６を電位ＶPT（Ｖ
PT＜ＶSG1 ）、蓄積ゲート４７を電位ＶSG2 （ＶSG2 ＜
ＶPT）とし、入力ゲート４４をＶSG1 に比して充分に低
い電位とし、ＭＯＳトランジスタ５２はオフ状態とす
る。つまり、電荷の井戸の深さを蓄積部５０が最大で蓄
積部５１が最小とする。一定時間経過するとフォトダイ
オード４２で光電変換された電荷が蓄積ゲート４５，４
７及びパーティションゲート４６下の蓄積部５０，５
１，５５に蓄積される。
電位ＶSG1 、パーティションゲート４６を電位ＶPT（Ｖ
PT＜ＶSG1 ）、蓄積ゲート４７を電位ＶSG2 （ＶSG2 ＜
ＶPT）とし、入力ゲート４４をＶSG1 に比して充分に低
い電位とし、ＭＯＳトランジスタ５２はオフ状態とす
る。つまり、電荷の井戸の深さを蓄積部５０が最大で蓄
積部５１が最小とする。一定時間経過するとフォトダイ
オード４２で光電変換された電荷が蓄積ゲート４５，４
７及びパーティションゲート４６下の蓄積部５０，５
１，５５に蓄積される。
【００２０】次に図２に示す如く、パーティションゲー
ト４６を零電位として閉じる。つまり、蓄積部５５の電
荷の井戸を消滅させる。これにより、蓄積部５０，５
１，５５の蓄積電荷は蓄積部５０，５１に分割されて蓄
積される。ここで蓄積部５０に残った電荷のうちＶSG1
とＶSG2 との電位差に相当する電荷（斜線部）がスキミ
ングで除去される電荷であり、蓄積部５０，５１に残っ
た電荷のうちＶSG2 より浅い領域に蓄積された電荷（斜
線部を除く梨地部）が蓄積ゲート４５，４７夫々の実行
面積比でパーティションされる。
ト４６を零電位として閉じる。つまり、蓄積部５５の電
荷の井戸を消滅させる。これにより、蓄積部５０，５
１，５５の蓄積電荷は蓄積部５０，５１に分割されて蓄
積される。ここで蓄積部５０に残った電荷のうちＶSG1
とＶSG2 との電位差に相当する電荷（斜線部）がスキミ
ングで除去される電荷であり、蓄積部５０，５１に残っ
た電荷のうちＶSG2 より浅い領域に蓄積された電荷（斜
線部を除く梨地部）が蓄積ゲート４５，４７夫々の実行
面積比でパーティションされる。
【００２１】次に、図３に示す如く、端子５３に制御信
号を供給して掃き出し用のＭＯＳトランジスタ５２をオ
ンして蓄積部５０蓄積電荷を掃き出す。これと共にトラ
ンスファゲート４８は電位ＶT （ＶT ＞ＶSG2 ）とさ
れ、転送部電極４９は電位ＶTより高い電位とされるこ
とにより、蓄積部５１の蓄積電荷が転送部５６に転送さ
れる。
号を供給して掃き出し用のＭＯＳトランジスタ５２をオ
ンして蓄積部５０蓄積電荷を掃き出す。これと共にトラ
ンスファゲート４８は電位ＶT （ＶT ＞ＶSG2 ）とさ
れ、転送部電極４９は電位ＶTより高い電位とされるこ
とにより、蓄積部５１の蓄積電荷が転送部５６に転送さ
れる。
【００２２】この後、図４に示す如く、トランスファゲ
ート４９を閉じ、ＣＣＤを構成する転送部５６の蓄積電
荷を紙面と垂直方向に順次転送して読出す。
ート４９を閉じ、ＣＣＤを構成する転送部５６の蓄積電
荷を紙面と垂直方向に順次転送して読出す。
【００２３】
【発明の効果】上述の如く、本発明の固体撮像素子の入
力回路に関し、スキミング及びパーティション動作を行
ない、構造が簡単で構成面積が小さく小型化が可能とな
り、実用上極めて有用である。
力回路に関し、スキミング及びパーティション動作を行
ない、構造が簡単で構成面積が小さく小型化が可能とな
り、実用上極めて有用である。
【図１】本発明回路の動作説明用の断面図である。
【図２】本発明回路の動作説明用の断面図である。
【図３】本発明回路の動作説明用の断面図である。
【図４】本発明回路の動作説明用の断面図である。
【図５】従来回路の動作説明用の断面図である。
【図６】従来回路の動作説明用の断面図である。
【図７】従来回路の動作説明用の断面図である。
【図８】従来回路の動作説明用の断面図である。
【図９】従来回路の動作説明用の断面図である。
４０ 基板 ４１ 入力ダイオード ４２ フォトダイオード ４４ 入力ゲート ４５，４７ 蓄積ゲート ４６ パーティションゲート ４８ トランスファゲート ４９ 転送部電極 ５０，５１，５５ 蓄積部 ５２ ＭＯＳトランジスタ ５６ 転送部
Claims (2)
- 【請求項１】 半導体基板上に絶縁膜を介して設けら
れ、画素で光電変換された電荷を蓄積する２つの蓄積電
極（４５，４７）と、 上記２つの蓄積電極の間に設けられた分離電極（４６）
と、 一方の蓄積電極により蓄積された電荷を外部に掃き出す
トランジスタ（５２）とを有し、 上記一方の蓄積電極（４５）下の電位の井戸の深さを他
方の蓄積電極（４７）下の電位の井戸の深さより深くし
て上記画素からの電荷を蓄積し、 上記分離電極（４６）下の電位の井戸を消滅させて上記
２つの蓄積電極（４５，４７）夫々の下の電位の井戸を
分離し、 上記トランジスタ（５２）を用いて一方の蓄積電極（４
５）により蓄積された電荷を外部に掃き出し、 上記他方の蓄積電極（４７）により蓄積された電荷のみ
を読出すことを特徴とする固体撮像素子の入力回路。 - 【請求項２】 請求項１記載の固体撮像素子の入力回路
において、上記２つの蓄積電極（４５，４７）夫々に直
流電圧を印加することを特徴とする固体撮像素子の入力
回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02569093A JP3244557B2 (ja) | 1993-02-15 | 1993-02-15 | 固体撮像素子の入力回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02569093A JP3244557B2 (ja) | 1993-02-15 | 1993-02-15 | 固体撮像素子の入力回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06244403A true JPH06244403A (ja) | 1994-09-02 |
| JP3244557B2 JP3244557B2 (ja) | 2002-01-07 |
Family
ID=12172791
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02569093A Expired - Lifetime JP3244557B2 (ja) | 1993-02-15 | 1993-02-15 | 固体撮像素子の入力回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3244557B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006245522A (ja) * | 2005-02-04 | 2006-09-14 | Tohoku Univ | 光センサ、固体撮像装置、および固体撮像装置の動作方法 |
| WO2006109683A1 (ja) * | 2005-04-07 | 2006-10-19 | Tohoku University | 光センサ、固体撮像装置、および固体撮像装置の動作方法 |
| US8184191B2 (en) | 2006-08-09 | 2012-05-22 | Tohoku University | Optical sensor and solid-state imaging device |
-
1993
- 1993-02-15 JP JP02569093A patent/JP3244557B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006245522A (ja) * | 2005-02-04 | 2006-09-14 | Tohoku Univ | 光センサ、固体撮像装置、および固体撮像装置の動作方法 |
| WO2006109683A1 (ja) * | 2005-04-07 | 2006-10-19 | Tohoku University | 光センサ、固体撮像装置、および固体撮像装置の動作方法 |
| US7821560B2 (en) | 2005-04-07 | 2010-10-26 | Tohoku Universityu | Optical sensor, solid-state imaging device, and operating method of solid-state imaging device |
| KR101257526B1 (ko) * | 2005-04-07 | 2013-04-23 | 고쿠리츠다이가쿠호진 도호쿠다이가쿠 | 광 센서, 고체 촬상 장치, 및 고체 촬상 장치의 동작 방법 |
| US8184191B2 (en) | 2006-08-09 | 2012-05-22 | Tohoku University | Optical sensor and solid-state imaging device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3244557B2 (ja) | 2002-01-07 |
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