JPH06311434A - Ｃｃｄ固体撮像装置 - Google Patents
Ｃｃｄ固体撮像装置Info
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- JPH06311434A JPH06311434A JP5097825A JP9782593A JPH06311434A JP H06311434 A JPH06311434 A JP H06311434A JP 5097825 A JP5097825 A JP 5097825A JP 9782593 A JP9782593 A JP 9782593A JP H06311434 A JPH06311434 A JP H06311434A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 極めて長時間の露光にあっても暗電流の発生
を大幅に抑制することにより、微弱光の二次元映像を計
測することができるＣＣＤを提供する。 【構成】 夫々の転送電極下のチャネル層領域の一部分
にバリア層を形成し、撮像時には、上記全ての転送電極
群にピニング電圧を印加することによって、上記バリア
層の形成されていないチャネル層領域に発生するピクセ
ルに相当するポテンシャル井戸群に、受光により発生し
た信号電荷を集積させ、電荷転送時には、“Ｌ”レベル
をピニング電圧とし“Ｈ”レベルを該ピニング電圧より
高い所定電圧とする２相クロックを上記転送電極群に印
加することによって、隣合う２個ずつのポテンシャル井
戸に集積した信号電荷を混合させて、その混合信号毎に
分離して電荷転送させる構成とした。
を大幅に抑制することにより、微弱光の二次元映像を計
測することができるＣＣＤを提供する。 【構成】 夫々の転送電極下のチャネル層領域の一部分
にバリア層を形成し、撮像時には、上記全ての転送電極
群にピニング電圧を印加することによって、上記バリア
層の形成されていないチャネル層領域に発生するピクセ
ルに相当するポテンシャル井戸群に、受光により発生し
た信号電荷を集積させ、電荷転送時には、“Ｌ”レベル
をピニング電圧とし“Ｈ”レベルを該ピニング電圧より
高い所定電圧とする２相クロックを上記転送電極群に印
加することによって、隣合う２個ずつのポテンシャル井
戸に集積した信号電荷を混合させて、その混合信号毎に
分離して電荷転送させる構成とした。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、暗電流の発生を低減す
ることにより、極めて長時間の露光であっても低雑音化
を実現するＣＣＤ固体撮像装置に関する。
ることにより、極めて長時間の露光であっても低雑音化
を実現するＣＣＤ固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、小形且つ機械的強度が高い等の理
由により、カメラ一体型ＶＴＲや電子スチルカメラ等の
民生映像機器にＣＣＤ固体撮像装置（以下、単にＣＣＤ
という）が広く用いられるようになった。これらの民生
映像機器には、インターライントランスファ方式（ＩＴ
方式）のＣＣＤや、フレームインターライントランスフ
ァ方式（ＦＩＴ方式）のＣＣＤが一般的に使用されてい
る。
由により、カメラ一体型ＶＴＲや電子スチルカメラ等の
民生映像機器にＣＣＤ固体撮像装置（以下、単にＣＣＤ
という）が広く用いられるようになった。これらの民生
映像機器には、インターライントランスファ方式（ＩＴ
方式）のＣＣＤや、フレームインターライントランスフ
ァ方式（ＦＩＴ方式）のＣＣＤが一般的に使用されてい
る。
【０００３】かかるＩＴ方式とＦＩＴ方式の構造上の特
徴は、ピクセル群となるフォトダイオード群がマトリク
ス状に配列形成されると共に、列方向または行方向に配
列されているフォトダイオード群に隣接して電荷転送路
群が形成され、更に電荷転送路群の表面が遮光されてい
る点にある。そして、露光（受光）時にフォトダイオー
ド群に蓄積された信号電荷を電荷転送路へ転送し、電荷
転送路を所定の読出しタイミングに同期して転送動作さ
せることによりピクセル信号として出力させる。したが
って、フォトダイオード群により受光が行われ、一方、
電荷転送路群はもっぱら信号電荷の転送にのみ用いられ
ている。尚、ＩＴ方式とＦＩＴ方式との主たる相違点
は、ＦＩＴ方式のＣＣＤは、電荷転送路群の終端に更に
信号電荷を保持することのできる信号電荷蓄積用の電荷
転送路群（蓄積部）が設けられてその蓄積部を介してピ
クセル信号を出力するのに対し、ＩＴ方式のＣＣＤは、
かかる蓄積部が設けられていない点にある。
徴は、ピクセル群となるフォトダイオード群がマトリク
ス状に配列形成されると共に、列方向または行方向に配
列されているフォトダイオード群に隣接して電荷転送路
群が形成され、更に電荷転送路群の表面が遮光されてい
る点にある。そして、露光（受光）時にフォトダイオー
ド群に蓄積された信号電荷を電荷転送路へ転送し、電荷
転送路を所定の読出しタイミングに同期して転送動作さ
せることによりピクセル信号として出力させる。したが
って、フォトダイオード群により受光が行われ、一方、
電荷転送路群はもっぱら信号電荷の転送にのみ用いられ
ている。尚、ＩＴ方式とＦＩＴ方式との主たる相違点
は、ＦＩＴ方式のＣＣＤは、電荷転送路群の終端に更に
信号電荷を保持することのできる信号電荷蓄積用の電荷
転送路群（蓄積部）が設けられてその蓄積部を介してピ
クセル信号を出力するのに対し、ＩＴ方式のＣＣＤは、
かかる蓄積部が設けられていない点にある。
【０００４】ところが、このようなインターライン機能
を有するＣＣＤにあっては、上述したように、受光のた
めのフォトダイオード群と電荷転送のための電荷転送路
群は、相互に分離して半導体チップに形成されるので、
フォトダイオード群の開口率（１ピクセルを構成するの
に用する面積に対する受光面積の比率）が、電荷転送路
群の存在によって制限され、結果的に光の集光率が良く
ない。
を有するＣＣＤにあっては、上述したように、受光のた
めのフォトダイオード群と電荷転送のための電荷転送路
群は、相互に分離して半導体チップに形成されるので、
フォトダイオード群の開口率（１ピクセルを構成するの
に用する面積に対する受光面積の比率）が、電荷転送路
群の存在によって制限され、結果的に光の集光率が良く
ない。
【０００５】よって、極めて微弱な光の像を撮像するよ
うな特殊な計測分野、例えば、極めて遠距離の星から到
達した光を集光してその映像を解析する等の特殊計測分
野にあっては、ＩＴ方式とＦＩＴ方式のＣＣＤよりも、
インターライン機能を有さないフルフレームトランスフ
ァ方式（ＦＦＴ方式）やフレームトランスファ方式（Ｆ
Ｔ方式）の方が優れた効果が得られる。即ち、かかるＦ
ＦＴ方式とＦＴ方式のＣＣＤは、電荷転送路群に電荷転
送機能と光電変換機能を持たせることによって開口率の
向上を図ることができるからである。
うな特殊な計測分野、例えば、極めて遠距離の星から到
達した光を集光してその映像を解析する等の特殊計測分
野にあっては、ＩＴ方式とＦＩＴ方式のＣＣＤよりも、
インターライン機能を有さないフルフレームトランスフ
ァ方式（ＦＦＴ方式）やフレームトランスファ方式（Ｆ
Ｔ方式）の方が優れた効果が得られる。即ち、かかるＦ
ＦＴ方式とＦＴ方式のＣＣＤは、電荷転送路群に電荷転
送機能と光電変換機能を持たせることによって開口率の
向上を図ることができるからである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本願発明者は、かかる
ＦＦＴ方式又はＦＴ方式のＣＣＤの利点を生かして、こ
のような微弱な光から映像を再現するための研究・開発
を行ってきた結果、更なる鮮明映像の再生を実現するた
めには、以下のような解決すべき技術的課題があること
を確認した。
ＦＦＴ方式又はＦＴ方式のＣＣＤの利点を生かして、こ
のような微弱な光から映像を再現するための研究・開発
を行ってきた結果、更なる鮮明映像の再生を実現するた
めには、以下のような解決すべき技術的課題があること
を確認した。
【０００７】まず、従来のＦＦＴ方式とＦＴ方式のＣＣ
Ｄの構造及び動作を図９に基いて述べると、受光機能を
併せ持つ１つの電荷転送路の構造は、同図（ａ）に示す
ように、ｐ形シリコン基板１上にｎ形チャネル層２が積
層され、更に薄い絶縁層を介して、多数の転送電極
Ｇ0 ，Ｇ1 ，Ｇ2 ……が電荷転送方向に沿って配列形成
されている。そして、これらの転送電極Ｇ0 ，Ｇ1 ，Ｇ
2 ……に、同図（ｂ）に示すような同期波形の４相クロ
ックＰ１〜Ｐ４を印加することによって、受光時には、
所定の転送電極群の下のチャネル層２にピクセル群に相
当する深いポテンシャル井戸群を発生させて信号電荷を
これらのポテンシャル井戸群に集積させ、電荷転送時に
は、チャネル層２のポテンシャル井戸群の深さを周期的
に変化させることにより、信号電荷群を互いに混合させ
ないようにして電荷転送方向ｙへ転送させて、ピクセル
信号として出力させる。
Ｄの構造及び動作を図９に基いて述べると、受光機能を
併せ持つ１つの電荷転送路の構造は、同図（ａ）に示す
ように、ｐ形シリコン基板１上にｎ形チャネル層２が積
層され、更に薄い絶縁層を介して、多数の転送電極
Ｇ0 ，Ｇ1 ，Ｇ2 ……が電荷転送方向に沿って配列形成
されている。そして、これらの転送電極Ｇ0 ，Ｇ1 ，Ｇ
2 ……に、同図（ｂ）に示すような同期波形の４相クロ
ックＰ１〜Ｐ４を印加することによって、受光時には、
所定の転送電極群の下のチャネル層２にピクセル群に相
当する深いポテンシャル井戸群を発生させて信号電荷を
これらのポテンシャル井戸群に集積させ、電荷転送時に
は、チャネル層２のポテンシャル井戸群の深さを周期的
に変化させることにより、信号電荷群を互いに混合させ
ないようにして電荷転送方向ｙへ転送させて、ピクセル
信号として出力させる。
【０００８】尚、相互に隣合った４個ずつの転送電極群
（同図では、例えば、Ｇ1 ，Ｇ2 ，Ｇ3 ，Ｇ4 ）を一組
として、これらの各組が各ピクセルに相当しており、受
光時には、各組中の特定の転送電極（同図では、例えば
Ｇ1 ，Ｇ2 ，Ｇ3 ，Ｇ4 の組中のＧ1 ）に高電圧のクロ
ックＰ１を印加すると共に、各組の残余の３転送電極
（同図では、Ｇ2 ，Ｇ3 ，Ｇ4 ）に低電圧のクロック信
号Ｐ２〜Ｐ４を印加することによって、１つの転送電極
（同図ではＧ1 ）下に受光により発生した信号電荷を集
積させるための深いポテンシャル井戸を発生させ、他の
転送電極下にはポテンシャル井戸を発生させないことに
よりピクセル間分離を確実にしている。
（同図では、例えば、Ｇ1 ，Ｇ2 ，Ｇ3 ，Ｇ4 ）を一組
として、これらの各組が各ピクセルに相当しており、受
光時には、各組中の特定の転送電極（同図では、例えば
Ｇ1 ，Ｇ2 ，Ｇ3 ，Ｇ4 の組中のＧ1 ）に高電圧のクロ
ックＰ１を印加すると共に、各組の残余の３転送電極
（同図では、Ｇ2 ，Ｇ3 ，Ｇ4 ）に低電圧のクロック信
号Ｐ２〜Ｐ４を印加することによって、１つの転送電極
（同図ではＧ1 ）下に受光により発生した信号電荷を集
積させるための深いポテンシャル井戸を発生させ、他の
転送電極下にはポテンシャル井戸を発生させないことに
よりピクセル間分離を確実にしている。
【０００９】そして、電荷転送時には、同図（ｂ）に示
すような所定周期で高電圧と低電圧に変化するクロック
信号Ｐ１〜Ｐ４を転送電極に印加することによって、同
図（ｃ）に示すようにポテンシャルプロフィールを変化
さて、隣合う信号電荷が混合しないように電荷転送させ
る。尚、同図（ｃ）中、斜線部分が１ピクセル分の信号
電荷であることを示すと共に、同図（ｂ）中の各時点ｔ
１〜ｔ４でのポテンシャルプロフィールの変化を示して
いる。
すような所定周期で高電圧と低電圧に変化するクロック
信号Ｐ１〜Ｐ４を転送電極に印加することによって、同
図（ｃ）に示すようにポテンシャルプロフィールを変化
さて、隣合う信号電荷が混合しないように電荷転送させ
る。尚、同図（ｃ）中、斜線部分が１ピクセル分の信号
電荷であることを示すと共に、同図（ｂ）中の各時点ｔ
１〜ｔ４でのポテンシャルプロフィールの変化を示して
いる。
【００１０】ところで、このような従来のＦＦＴ方式と
ＦＴ方式のＣＣＤを上述したような微弱な光を集積する
ための長時間露光に適用した場合には、ピクセルに相当
するポテンシャル井戸を長時間継続的に発生させる必要
から、転送電極に高電圧のクロックを継続して印加させ
なければならず、この結果、暗電流の増加に伴って鮮明
な映像を得ることができなくなるという問題があった。
ＦＴ方式のＣＣＤを上述したような微弱な光を集積する
ための長時間露光に適用した場合には、ピクセルに相当
するポテンシャル井戸を長時間継続的に発生させる必要
から、転送電極に高電圧のクロックを継続して印加させ
なければならず、この結果、暗電流の増加に伴って鮮明
な映像を得ることができなくなるという問題があった。
【００１１】特に、民生映像機器のように露光時間が比
較的短時間の場合にはこの暗電流の影響を受けることが
少ないが、上述のような極めて微弱な光を検出して映像
を再現しようとする特殊計測分野では、得ようとする信
号電荷が暗電流に埋もれてしまうので、極めて深刻な問
題である。
較的短時間の場合にはこの暗電流の影響を受けることが
少ないが、上述のような極めて微弱な光を検出して映像
を再現しようとする特殊計測分野では、得ようとする信
号電荷が暗電流に埋もれてしまうので、極めて深刻な問
題である。
【００１２】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たものであり、極めて長時間の露光にあっても暗電流の
発生を大幅に抑制することにより、微弱光の二次元映像
を計測することができるＣＣＤを提供することを目的と
する。
たものであり、極めて長時間の露光にあっても暗電流の
発生を大幅に抑制することにより、微弱光の二次元映像
を計測することができるＣＣＤを提供することを目的と
する。
【００１３】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明は、光電変換と電荷転送機能とを有する
電荷転送路群を有するＣＣＤ固体撮像装置であって、電
荷転送路群は、信号電荷を転送するためのチャネル層上
に電荷転送方向に沿って配列形成された転送電極群と、
夫々の転送電極下のチャネル層領域の一部分に形成され
たバリア層とを有し、撮像時には、上記全ての転送電極
群にピニング電圧を印加することによって、上記バリア
層の形成されていないチャネル層領域に発生するピクセ
ルに相当するポテンシャル井戸群に、受光により発生し
た信号電荷を集積させ、電荷転送時には、“Ｌ”レベル
をピニング電圧とし“Ｈ”レベルを該ピニング電圧より
高い所定電圧とする２相クロックを上記転送電極群に印
加することによって、隣合う２個ずつのポテンシャル井
戸に集積した信号電荷を混合させて、その混合信号毎に
分離して電荷転送させる構成とした。
るために本発明は、光電変換と電荷転送機能とを有する
電荷転送路群を有するＣＣＤ固体撮像装置であって、電
荷転送路群は、信号電荷を転送するためのチャネル層上
に電荷転送方向に沿って配列形成された転送電極群と、
夫々の転送電極下のチャネル層領域の一部分に形成され
たバリア層とを有し、撮像時には、上記全ての転送電極
群にピニング電圧を印加することによって、上記バリア
層の形成されていないチャネル層領域に発生するピクセ
ルに相当するポテンシャル井戸群に、受光により発生し
た信号電荷を集積させ、電荷転送時には、“Ｌ”レベル
をピニング電圧とし“Ｈ”レベルを該ピニング電圧より
高い所定電圧とする２相クロックを上記転送電極群に印
加することによって、隣合う２個ずつのポテンシャル井
戸に集積した信号電荷を混合させて、その混合信号毎に
分離して電荷転送させる構成とした。
【００１４】
【作用】かかる構成によると、受光時では、暗電流の発
生を抑制することができる浅いポテンシャル井戸に信号
電荷を集積させるので、暗電流による雑音の影響の少な
い鮮明映像を得ることができる。又、受光時から本来の
電荷転送に処理が移行する直前に隣合う２信号電荷が混
合させるので、コントラストの高い鮮明映像を得ること
ができる。更に、２相駆動方式のクロックを適用し、こ
の駆動方式に適合する転送電荷の配列及びこれらクロッ
クの印加配列を採用したので、上記信号電荷の混合を行
っても解像度の低下はほとんど問題とならない範囲に抑
えることができる。
生を抑制することができる浅いポテンシャル井戸に信号
電荷を集積させるので、暗電流による雑音の影響の少な
い鮮明映像を得ることができる。又、受光時から本来の
電荷転送に処理が移行する直前に隣合う２信号電荷が混
合させるので、コントラストの高い鮮明映像を得ること
ができる。更に、２相駆動方式のクロックを適用し、こ
の駆動方式に適合する転送電荷の配列及びこれらクロッ
クの印加配列を採用したので、上記信号電荷の混合を行
っても解像度の低下はほとんど問題とならない範囲に抑
えることができる。
【００１５】
【実施例】以下、本発明によるＣＣＤ固体撮像装置の一
実施例を図面と共に説明する。まず、本発明を実施する
に当たり適用されるＣＣＤの例を図１と図２に基づいて
説明する。図１のＣＣＤはインターライン機能を有しな
いＦＴＣＣＤであり、夫々が光電変換機能と電荷転送機
能とを兼ね備えた複数列の電荷転送路群を有する受光部
３と、これらの電荷転送路群の終端部分に更に連続して
形成され且つ表面が遮光されている電荷転送路群を有す
る蓄積部４と、蓄積部４の電荷転送路群の終端に接続さ
れ且つ表面が遮光され、蓄積部４から転送されて来た信
号電荷群を水平２相クロックｑ１，ｑ２に従って水平方
向ｘへ水平転送させる水平電荷転送路７と、水平電荷転
送路７の終端に設けられてピクセル毎の信号電荷を電圧
のピクセル信号に変換して出力する出力部８を備えてい
る。
実施例を図面と共に説明する。まず、本発明を実施する
に当たり適用されるＣＣＤの例を図１と図２に基づいて
説明する。図１のＣＣＤはインターライン機能を有しな
いＦＴＣＣＤであり、夫々が光電変換機能と電荷転送機
能とを兼ね備えた複数列の電荷転送路群を有する受光部
３と、これらの電荷転送路群の終端部分に更に連続して
形成され且つ表面が遮光されている電荷転送路群を有す
る蓄積部４と、蓄積部４の電荷転送路群の終端に接続さ
れ且つ表面が遮光され、蓄積部４から転送されて来た信
号電荷群を水平２相クロックｑ１，ｑ２に従って水平方
向ｘへ水平転送させる水平電荷転送路７と、水平電荷転
送路７の終端に設けられてピクセル毎の信号電荷を電圧
のピクセル信号に変換して出力する出力部８を備えてい
る。
【００１６】一方、図２のＣＣＤはインターライン機能
及び蓄積部を備えないＦＦＴＣＣＤであり、受光部３の
電荷転送路群の終端に直接に水平電荷転送路６が接続さ
れている点で、図１のＦＴＣＣＤと相違する。
及び蓄積部を備えないＦＦＴＣＣＤであり、受光部３の
電荷転送路群の終端に直接に水平電荷転送路６が接続さ
れている点で、図１のＦＴＣＣＤと相違する。
【００１７】次に、これらＣＣＤの受光部３に設けられ
ている電荷転送路群の構造を図３に基づいて説明する。
尚、図３は、図１と図２の１つの電荷転送路の要部構造
を代表して示している。
ている電荷転送路群の構造を図３に基づいて説明する。
尚、図３は、図１と図２の１つの電荷転送路の要部構造
を代表して示している。
【００１８】図３において、ｐ形シリコン基板９上にｎ
形チャネル層１０が積層され、更に薄い絶縁層を介し
て、多数の転送電極Ｇ0 ，Ｇ1 ，Ｇ2 ……が垂直電荷転
送方向ｙに沿って配列形成されている。更に、奇数番目
の転送電極Ｇ1 ，Ｇ3 ，Ｇ5 ……下のチャネル層１０の
表層部分には、ｐ形又はｎ形不純物が拡散若しくはイオ
ン注入されることによるバリア部Ｂ1 ，Ｂ3 ，Ｂ5 ……
が形成されている。
形チャネル層１０が積層され、更に薄い絶縁層を介し
て、多数の転送電極Ｇ0 ，Ｇ1 ，Ｇ2 ……が垂直電荷転
送方向ｙに沿って配列形成されている。更に、奇数番目
の転送電極Ｇ1 ，Ｇ3 ，Ｇ5 ……下のチャネル層１０の
表層部分には、ｐ形又はｎ形不純物が拡散若しくはイオ
ン注入されることによるバリア部Ｂ1 ，Ｂ3 ，Ｂ5 ……
が形成されている。
【００１９】そして、これらの転送電極Ｇ0 ，Ｇ1 ，Ｇ
2 ……には、２個ずつの転送電極を１組（図中、Ｇ1 と
Ｇ2 、Ｇ3 とＧ4 、Ｇ5 とＧ6 、Ｇ7 とＧ8 を夫々の組
にしている）にして、各組毎に垂直２相クロックＰ１，
Ｐ２が交互に印加されている。尚、他の電荷転送路群も
同一配列の転送電極Ｇ0 ，Ｇ1 ，Ｇ2 ……が形成され且
つ２相クロックＰ１，Ｐ２が印加されている。
2 ……には、２個ずつの転送電極を１組（図中、Ｇ1 と
Ｇ2 、Ｇ3 とＧ4 、Ｇ5 とＧ6 、Ｇ7 とＧ8 を夫々の組
にしている）にして、各組毎に垂直２相クロックＰ１，
Ｐ２が交互に印加されている。尚、他の電荷転送路群も
同一配列の転送電極Ｇ0 ，Ｇ1 ，Ｇ2 ……が形成され且
つ２相クロックＰ１，Ｐ２が印加されている。
【００２０】次に、垂直の２相クロックＰ１，Ｐ２のタ
イミングチャートを図４に基づいて説明する。
イミングチャートを図４に基づいて説明する。
【００２１】まず、受光期間τ１では、両クロック信号
Ｐ１，Ｐ２は共に所定の低電圧（以下、“Ｌ”レベルと
いう）ＶL に保持される。
Ｐ１，Ｐ２は共に所定の低電圧（以下、“Ｌ”レベルと
いう）ＶL に保持される。
【００２２】ここで、“Ｌ”レベルの電圧ＶL は、図６
に示すＣＣＤの特性に基づいて決定されている。同図
は、転送電極に印加されるクロックのゲート電圧Ｖ
G （ボルト）と暗電流Ｉｄ（ｎＡ／ｃｍ2 ）との相関関
係を示す実験結果であり、ＣＣＤはゲート電圧ＶG が低
いほど暗電流Ｉｄが減少するという特性を有することが
明らかである。そして、ゲート電圧ＶG がピニング電圧
ＶP を境にして暗電流Ｉｄの減少傾向が止まる。したが
って、このピニング電圧ＶP より低い所定電圧を“Ｌ”
レベルの電圧ＶL としている。一方、後述する垂直電荷
転送時には、クロック信号Ｐ１，Ｐ２を、“Ｌ”レベル
の電圧ＶL と、この“Ｌ”レベルの電圧ＶL より高い所
定電圧（“Ｈ”レベルという）ＶH で交互に変化させる
ことにより電荷転送のためのポテンシャルプロフィール
を発生させるようになっている。
に示すＣＣＤの特性に基づいて決定されている。同図
は、転送電極に印加されるクロックのゲート電圧Ｖ
G （ボルト）と暗電流Ｉｄ（ｎＡ／ｃｍ2 ）との相関関
係を示す実験結果であり、ＣＣＤはゲート電圧ＶG が低
いほど暗電流Ｉｄが減少するという特性を有することが
明らかである。そして、ゲート電圧ＶG がピニング電圧
ＶP を境にして暗電流Ｉｄの減少傾向が止まる。したが
って、このピニング電圧ＶP より低い所定電圧を“Ｌ”
レベルの電圧ＶL としている。一方、後述する垂直電荷
転送時には、クロック信号Ｐ１，Ｐ２を、“Ｌ”レベル
の電圧ＶL と、この“Ｌ”レベルの電圧ＶL より高い所
定電圧（“Ｈ”レベルという）ＶH で交互に変化させる
ことにより電荷転送のためのポテンシャルプロフィール
を発生させるようになっている。
【００２３】再び図４において、このようにクロックＰ
１，Ｐ２が共に“Ｌ”レベルに保持されると、受光期間
τ１中では、時点ｔ１で代表されるように、図５（ａ）
に示すポテンシャルプロフィールとなる。即ち、バリア
部Ｂ1 ，Ｂ3 ，Ｂ5 ……が形成されている部分では、ポ
テンシャル井戸が発生せず、バリア部Ｂ1 ，Ｂ3 ，Ｂ5
……が形成されていない部分では、“Ｌ”レベルの電圧
ＶL に従ったポテンシャルＥ１の比較的浅いポテンシャ
ル井戸が発生する。
１，Ｐ２が共に“Ｌ”レベルに保持されると、受光期間
τ１中では、時点ｔ１で代表されるように、図５（ａ）
に示すポテンシャルプロフィールとなる。即ち、バリア
部Ｂ1 ，Ｂ3 ，Ｂ5 ……が形成されている部分では、ポ
テンシャル井戸が発生せず、バリア部Ｂ1 ，Ｂ3 ，Ｂ5
……が形成されていない部分では、“Ｌ”レベルの電圧
ＶL に従ったポテンシャルＥ１の比較的浅いポテンシャ
ル井戸が発生する。
【００２４】そして、“Ｌ”レベルの電圧ＶL は図６で
示した暗電流Ｉｄの発生を最も低減することができる電
圧であるので、これらのポテンシャル井戸が発生して
も、暗電流Ｉｄの発生は極めて少なくなる。そして、露
光期間τ１に発生する信号電荷ｑ2 ，ｑ4 ，ｑ6 ，ｑ8
……はこれらのポテンシャル井戸に集積される。
示した暗電流Ｉｄの発生を最も低減することができる電
圧であるので、これらのポテンシャル井戸が発生して
も、暗電流Ｉｄの発生は極めて少なくなる。そして、露
光期間τ１に発生する信号電荷ｑ2 ，ｑ4 ，ｑ6 ，ｑ8
……はこれらのポテンシャル井戸に集積される。
【００２５】次に、垂直電荷転送期間（τ2 ＋τ3 ）で
は、図４に示すように、クロックＰ１，Ｐ２が所定周期
で“Ｌ”レベルの電圧ＶL と“Ｈ”レベルの電圧ＶH で
交互に反転変化する。尚、クロックＰ１，Ｐ２が相補関
係で変化する。
は、図４に示すように、クロックＰ１，Ｐ２が所定周期
で“Ｌ”レベルの電圧ＶL と“Ｈ”レベルの電圧ＶH で
交互に反転変化する。尚、クロックＰ１，Ｐ２が相補関
係で変化する。
【００２６】まず、時点ｔ2 のように、クロックＰ１が
“Ｌ”レベルのままで、他方のクロックＰ２が“Ｈ”レ
ベルに反転する期間τ2 （以下、電荷混合期間という）
では、図５（ｂ）に示すように、“Ｌ”レベルのままの
転送電極（Ｇ1 ，Ｇ2 ）と（Ｇ5 ，Ｇ6 ）…の組に対応
するポテンシャルプロフィールは変化しないが、“Ｈ”
レベルとなる転送電極（Ｇ3 ，Ｇ4 ）と（Ｇ7 ，Ｇ8 ）
…の組に対応するポテンシャルは深くなる。したがっ
て、“Ｈ”レベルとなる転送電極Ｇ4 ，Ｇ8 …下で且つ
バリア部が形成されていない部分のポテンシャル井戸の
ポテンシャルＥ３が最大となり（換言すれば、最も深く
なる）、“Ｈ”レベルとなる転送電極Ｇ3，Ｇ7 …下で
且つバリア部が形成されている部分のポテンシャル井戸
のポテンシャルＥ２が次に大きくなり、転送電極Ｇ1 ，
Ｇ5 …下は障壁として残るので、最も深いポテンシャル
井戸において、隣合う２信号電荷（ｑ2 ，ｑ4 ）と（ｑ
6 ，ｑ8 ）…が混合される。
“Ｌ”レベルのままで、他方のクロックＰ２が“Ｈ”レ
ベルに反転する期間τ2 （以下、電荷混合期間という）
では、図５（ｂ）に示すように、“Ｌ”レベルのままの
転送電極（Ｇ1 ，Ｇ2 ）と（Ｇ5 ，Ｇ6 ）…の組に対応
するポテンシャルプロフィールは変化しないが、“Ｈ”
レベルとなる転送電極（Ｇ3 ，Ｇ4 ）と（Ｇ7 ，Ｇ8 ）
…の組に対応するポテンシャルは深くなる。したがっ
て、“Ｈ”レベルとなる転送電極Ｇ4 ，Ｇ8 …下で且つ
バリア部が形成されていない部分のポテンシャル井戸の
ポテンシャルＥ３が最大となり（換言すれば、最も深く
なる）、“Ｈ”レベルとなる転送電極Ｇ3，Ｇ7 …下で
且つバリア部が形成されている部分のポテンシャル井戸
のポテンシャルＥ２が次に大きくなり、転送電極Ｇ1 ，
Ｇ5 …下は障壁として残るので、最も深いポテンシャル
井戸において、隣合う２信号電荷（ｑ2 ，ｑ4 ）と（ｑ
6 ，ｑ8 ）…が混合される。
【００２７】尚、夫々のポテンシャルは、Ｅ１＝Ｅ３−
Ｅ２≦Ｅ２−Ｅ１の関係にあり、ＣＣＤの製造時に予め
バリア部Ｂ1 ，Ｂ3 ，Ｂ5 ，Ｂ7 …の不純物濃度を調整
することによって実現されている。このようなポテンシ
ャルの関係に設定すると、電荷転送時においてもポテン
シャル井戸が極端に深くならないので、暗電流の影響を
抑制することができる。
Ｅ２≦Ｅ２−Ｅ１の関係にあり、ＣＣＤの製造時に予め
バリア部Ｂ1 ，Ｂ3 ，Ｂ5 ，Ｂ7 …の不純物濃度を調整
することによって実現されている。このようなポテンシ
ャルの関係に設定すると、電荷転送時においてもポテン
シャル井戸が極端に深くならないので、暗電流の影響を
抑制することができる。
【００２８】ここで注目すべき事は、受光期間τ1 で
は、暗電流Ｉｄの発生を抑制するために、クロックＰ
１，Ｐ２を低電圧ＶL に設定した結果、図５（ａ）に示
すようにポテンシャル井戸が浅くなって、集積可能な信
号電荷の量が少なくなるが、混合期間τ2 において２信
号電荷を混合することによって、各ピクセルの信号電荷
量を実質的に増加させて鮮明画像が得られるようにして
いる。この反面で、この混合処理を行うことにより、ピ
クセル解像度が、受光期間τ1 でのピクセル解像度の半
分に減るが、２相クロックＰ１，Ｐ２を適用した結果、
転送電極数に対するポテンシャル井戸の数が大幅に減ら
ないので、実質的なピクセル解像度の低下はない。
は、暗電流Ｉｄの発生を抑制するために、クロックＰ
１，Ｐ２を低電圧ＶL に設定した結果、図５（ａ）に示
すようにポテンシャル井戸が浅くなって、集積可能な信
号電荷の量が少なくなるが、混合期間τ2 において２信
号電荷を混合することによって、各ピクセルの信号電荷
量を実質的に増加させて鮮明画像が得られるようにして
いる。この反面で、この混合処理を行うことにより、ピ
クセル解像度が、受光期間τ1 でのピクセル解像度の半
分に減るが、２相クロックＰ１，Ｐ２を適用した結果、
転送電極数に対するポテンシャル井戸の数が大幅に減ら
ないので、実質的なピクセル解像度の低下はない。
【００２９】そして、図４中の転送期間τ3 に示すよう
に、相補関係のクロックＰ１，Ｐ２が各転送電極Ｇ0 ，
Ｇ1 ，Ｇ2 ……に印加されることによって、図５（ｂ）
に示すのと同様な画素間分離可能なポテンシャルプロフ
ィールが連続的に変化するので、混合された信号電荷毎
に分離して電荷転送される。
に、相補関係のクロックＰ１，Ｐ２が各転送電極Ｇ0 ，
Ｇ1 ，Ｇ2 ……に印加されることによって、図５（ｂ）
に示すのと同様な画素間分離可能なポテンシャルプロフ
ィールが連続的に変化するので、混合された信号電荷毎
に分離して電荷転送される。
【００３０】尚、図１に示したＦＴＣＣＤでは、蓄積部
４の電荷転送路も同様に電荷転送動作するので、信号電
荷は次第に蓄積部４へ保持される。一方、図２に示した
ＦＦＴＣＣＤでは、電荷転送路から１列分の信号電荷が
転送されて来る毎に、水平電荷転送路７が水平の所定周
期のクロックＳ１，Ｓ２に同期して水平電荷転送動作を
繰り返すので、信号電荷の読出しが可能となっている。
又、図１に示すＦＴＣＣＤでは、蓄積部４に一旦保持さ
れた１フレーム相当の信号電荷を、蓄積部４の電荷転送
路と水平電荷転送路７が図２のＦＦＴＣＣＤの電荷転送
と同じ転送動作を行うことによって出力させる。
４の電荷転送路も同様に電荷転送動作するので、信号電
荷は次第に蓄積部４へ保持される。一方、図２に示した
ＦＦＴＣＣＤでは、電荷転送路から１列分の信号電荷が
転送されて来る毎に、水平電荷転送路７が水平の所定周
期のクロックＳ１，Ｓ２に同期して水平電荷転送動作を
繰り返すので、信号電荷の読出しが可能となっている。
又、図１に示すＦＴＣＣＤでは、蓄積部４に一旦保持さ
れた１フレーム相当の信号電荷を、蓄積部４の電荷転送
路と水平電荷転送路７が図２のＦＦＴＣＣＤの電荷転送
と同じ転送動作を行うことによって出力させる。
【００３１】このように、この実施例によれば、受光期
間τ1 では、暗電流の発生を抑制することができる浅い
ポテンシャル井戸に信号電荷を集積させるので、暗電流
の雑音の影響の少ない鮮明映像を得ることができる。
又、受光期間τ1 から本来の電荷転送期間τ3 に処理が
移行する直前に隣合う２信号電荷を混合させるので、コ
ントラストの高い鮮明映像を得ることができる。更に、
２相駆動方式のクロックＰ１，Ｐ２を適用し、この駆動
方式に適合する転送電荷の配列及びこれらクロックＰ
１，Ｐ２の印加配列を採用したので、上記信号電荷の混
合を行っても解像度の低下はほとんど問題とならない範
囲に抑えることができる。
間τ1 では、暗電流の発生を抑制することができる浅い
ポテンシャル井戸に信号電荷を集積させるので、暗電流
の雑音の影響の少ない鮮明映像を得ることができる。
又、受光期間τ1 から本来の電荷転送期間τ3 に処理が
移行する直前に隣合う２信号電荷を混合させるので、コ
ントラストの高い鮮明映像を得ることができる。更に、
２相駆動方式のクロックＰ１，Ｐ２を適用し、この駆動
方式に適合する転送電荷の配列及びこれらクロックＰ
１，Ｐ２の印加配列を採用したので、上記信号電荷の混
合を行っても解像度の低下はほとんど問題とならない範
囲に抑えることができる。
【００３２】尚、この実施例では、図３に示したよう
に、拡散やイオン注入によってチャネル層１０内にバリ
ア部を選択的に形成することで画素間分離可能なポテン
シャルプロフィールを発生させるようにしたが、本発明
は、このような分離手段に限定されるものではなく、例
えば、ＣＣＤの製造過程で、チャネル層１０とその上に
形成される転送電極群の間に介在するゲート酸化膜の厚
さを、ピクセル配列に対応させて転送電極毎に異ならせ
ることで実現してもよい。
に、拡散やイオン注入によってチャネル層１０内にバリ
ア部を選択的に形成することで画素間分離可能なポテン
シャルプロフィールを発生させるようにしたが、本発明
は、このような分離手段に限定されるものではなく、例
えば、ＣＣＤの製造過程で、チャネル層１０とその上に
形成される転送電極群の間に介在するゲート酸化膜の厚
さを、ピクセル配列に対応させて転送電極毎に異ならせ
ることで実現してもよい。
【００３３】又、この実施例では、全てのバリア部の不
純物濃度を均一にして、バリア部とバリア部の無いチャ
ネル部分を電荷転送方向ｙに沿って交互に形成したが、
例えば、図７に示すように、夫々の転送電極下に電荷転
送方向ｙに沿って不純物濃度の異なる複数の濃度領域ｂ
１，ｂ２，ｂ３，ｂ４を形成してもよい。このような構
造にすると、受光期間のクロックＰ１，Ｐ２を共にピニ
ング電圧としたときは、図８（ａ）に示すポテンシャル
プロフィールとなって、信号電荷を集積するためのポテ
ンシャル井戸の範囲が広くなり、電荷転送期間には、図
８（ｂ）に示すように、各ピクセルに相当するポテンシ
ャル井戸の底部におけるポテンシャルプロフィールが滑
らかになるので、信号電荷の残存を減らすことができ
る。
純物濃度を均一にして、バリア部とバリア部の無いチャ
ネル部分を電荷転送方向ｙに沿って交互に形成したが、
例えば、図７に示すように、夫々の転送電極下に電荷転
送方向ｙに沿って不純物濃度の異なる複数の濃度領域ｂ
１，ｂ２，ｂ３，ｂ４を形成してもよい。このような構
造にすると、受光期間のクロックＰ１，Ｐ２を共にピニ
ング電圧としたときは、図８（ａ）に示すポテンシャル
プロフィールとなって、信号電荷を集積するためのポテ
ンシャル井戸の範囲が広くなり、電荷転送期間には、図
８（ｂ）に示すように、各ピクセルに相当するポテンシ
ャル井戸の底部におけるポテンシャルプロフィールが滑
らかになるので、信号電荷の残存を減らすことができ
る。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、撮
像時には、全ての転送電極群にピニング電圧を印加する
ことによって、バリア層の形成されていないチャネル層
領域に発生するピクセルに相当するポテンシャル井戸群
に、受光により発生した信号電荷を集積させ、電荷転送
時には、“Ｌ”レベルをピニング電圧とし“Ｈ”レベル
を該ピニング電圧より高い所定電圧とする２相クロック
を上記転送電極群に印加することによって、隣合う２個
ずつのポテンシャル井戸に集積した信号電荷を混合させ
て、その混合信号毎に分離して電荷転送させる構成とし
た結果、受光時では、暗電流の発生を抑制することがで
きる浅いポテンシャル井戸に信号電荷を集積させるの
で、暗電流の雑音の影響の少ない鮮明映像を得ることが
できる。又、受光時から本来の電荷転送に処理が移行す
る直前に隣合う２信号電荷が混合させるので、コントラ
ストの高い鮮明映像を得ることができる。更に、２相駆
動方式のクロックを適用し、この駆動方式に適合する転
送電荷の配列及びこれらクロックの印加配列を採用した
ので、上記信号電荷の混合を行っても解像度の低下はほ
とんど問題とならない範囲に抑えることができる。
像時には、全ての転送電極群にピニング電圧を印加する
ことによって、バリア層の形成されていないチャネル層
領域に発生するピクセルに相当するポテンシャル井戸群
に、受光により発生した信号電荷を集積させ、電荷転送
時には、“Ｌ”レベルをピニング電圧とし“Ｈ”レベル
を該ピニング電圧より高い所定電圧とする２相クロック
を上記転送電極群に印加することによって、隣合う２個
ずつのポテンシャル井戸に集積した信号電荷を混合させ
て、その混合信号毎に分離して電荷転送させる構成とし
た結果、受光時では、暗電流の発生を抑制することがで
きる浅いポテンシャル井戸に信号電荷を集積させるの
で、暗電流の雑音の影響の少ない鮮明映像を得ることが
できる。又、受光時から本来の電荷転送に処理が移行す
る直前に隣合う２信号電荷が混合させるので、コントラ
ストの高い鮮明映像を得ることができる。更に、２相駆
動方式のクロックを適用し、この駆動方式に適合する転
送電荷の配列及びこれらクロックの印加配列を採用した
ので、上記信号電荷の混合を行っても解像度の低下はほ
とんど問題とならない範囲に抑えることができる。
【００３５】よって、長時間露光を必要とする特殊計測
分野に適用すると、雑音の影響の少ない鮮明映像を得る
ことができるという極めて優れた効果を発揮する。
分野に適用すると、雑音の影響の少ない鮮明映像を得る
ことができるという極めて優れた効果を発揮する。
【図１】本発明が適用されるＣＣＤ固体撮像装置の一実
施例の構成を示す構成説明図である。
施例の構成を示す構成説明図である。
【図２】ＣＣＤ固体撮像装置の他の実施例の構成を示す
構成説明図である。
構成説明図である。
【図３】図１及び図２中の電荷転送路のＡ−Ａ線断面構
造を示す断面図である。
造を示す断面図である。
【図４】電荷転送路を駆動するためのクロックのタイミ
ングチャートである。
ングチャートである。
【図５】図４に示すクロックによって発生するポテンシ
ャルプロフィールを示す図である。
ャルプロフィールを示す図である。
【図６】転送電極に印加するゲート電圧と暗電流の関係
を示す特性図である。
を示す特性図である。
【図７】電荷転送路の他の実施例の構造を示す断面図で
ある。
ある。
【図８】他の実施例における電荷転送路に生じるポテン
シャルプロフィールを示す図である。
シャルプロフィールを示す図である。
【図９】従来のＣＣＤ固体撮像装置の構造及び動作を説
明するための説明図である。
明するための説明図である。
３…受光部、４…蓄積部、７…水平電荷転送路、９…チ
ャネル層、Ｇ1 ，Ｇ2，Ｇ2 ，Ｇ3 〜…転送電極、
Ｂ1 ，Ｂ2 ，Ｂ3 〜…バリア層、ｂ1 〜ｂ4 …不純物
層。
ャネル層、Ｇ1 ，Ｇ2，Ｇ2 ，Ｇ3 〜…転送電極、
Ｂ1 ，Ｂ2 ，Ｂ3 〜…バリア層、ｂ1 〜ｂ4 …不純物
層。
Claims (3)
- 【請求項１】 光電変換と電荷転送機能とを有する電荷
転送路群を有するＣＣＤ固体撮像装置であって、 前記電荷転送路群は、信号電荷を転送するためのチャネ
ル層上に電荷転送方向に沿って配列形成された転送電極
群と、夫々の転送電極下のチャネル層領域の一部分に形
成されたバリア層とを有し、 撮像時には、上記全ての転送電極群にピニング電圧を印
加することによって、上記バリア層の形成されていない
チャネル層領域に発生するピクセルに相当するポテンシ
ャル井戸群に、受光により発生した信号電荷を集積さ
せ、電荷転送時には、“Ｌ”レベルをピニング電圧とし
“Ｈ”レベルを該ピニング電圧より高い所定電圧とする
２相クロックを上記転送電極群に印加することによっ
て、隣合う２個ずつのポテンシャル井戸に集積した信号
電荷を混合させて、その混合信号毎に分離して電荷転送
させることを特徴とするＣＣＤ固体撮像装置。 - 【請求項２】 前記２相クロックの“Ｈ”レベルは、前
記電荷転送時に前記チャネル層に発生する最も深いポテ
ンシャル井戸のポテンシャル差を、前記撮像時にピニン
グ電圧を印加したときにチャネル層に発生する前記ポテ
ンシャルとバリア層のポテンシャルとの差（Ｅ１）の３
倍以上とする電圧に設定されることを特徴とする請求項
１に記載のＣＣＤ固体撮像装置。 - 【請求項３】 前記ＣＣＤ固体撮像装置は、ＦＥＴ方式
又はＦＴ方式のＣＣＤであることを特徴とする請求項１
に記載のＣＣＤ固体撮像装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5097825A JPH06311434A (ja) | 1993-04-23 | 1993-04-23 | Ｃｃｄ固体撮像装置 |
| US08/471,358 US5757427A (en) | 1993-04-23 | 1995-06-06 | Image pick-up apparatus having a charge coupled device with multiple electrodes, a buffer layer located below some of the electrodes |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5097825A JPH06311434A (ja) | 1993-04-23 | 1993-04-23 | Ｃｃｄ固体撮像装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06311434A true JPH06311434A (ja) | 1994-11-04 |
Family
ID=14202509
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5097825A Pending JPH06311434A (ja) | 1993-04-23 | 1993-04-23 | Ｃｃｄ固体撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06311434A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002152603A (ja) * | 2000-09-12 | 2002-05-24 | Eastman Kodak Co | 電荷結合デバイスにおける暗電流低減方法 |
| US8289287B2 (en) | 2008-12-30 | 2012-10-16 | Nokia Corporation | Method, apparatus and computer program product for providing a personalizable user interface |
-
1993
- 1993-04-23 JP JP5097825A patent/JPH06311434A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002152603A (ja) * | 2000-09-12 | 2002-05-24 | Eastman Kodak Co | 電荷結合デバイスにおける暗電流低減方法 |
| US8289287B2 (en) | 2008-12-30 | 2012-10-16 | Nokia Corporation | Method, apparatus and computer program product for providing a personalizable user interface |
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