JPH0686179A - 固体撮像装置の駆動方法 - Google Patents
固体撮像装置の駆動方法Info
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- JPH0686179A JPH0686179A JP4234959A JP23495992A JPH0686179A JP H0686179 A JPH0686179 A JP H0686179A JP 4234959 A JP4234959 A JP 4234959A JP 23495992 A JP23495992 A JP 23495992A JP H0686179 A JPH0686179 A JP H0686179A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 入射光量に対する出力の直線性を損なうこと
なく、容量性残像を抑制することのできる固体撮像装置
の駆動方法を提供すること。 【構成】 半導体基板上に受光部，信号電荷蓄積部，信
号電荷読み出し部及び信号電荷転送部が形成され、信号
電荷蓄積部から信号電荷転送部への電荷の転送が不完全
転送動作である固体撮像装置を駆動する方法であって、
信号電荷蓄積部からの信号電荷を読み出すための第１の
電荷転送動作の後に信号電荷蓄積部にバイアス電荷を注
入し、再度信号電荷蓄積部からバイアス電荷の過剰分を
読み出し排出するための第２の電荷転送動作を有する駆
動方法において、第１の電荷転送動作のために印加する
パルス２１の電圧を、第２の電荷転送動作でバイアス電
荷の過剰分を読み出し排出するために印加するパルス２
３の電圧よりも高くしたことを特徴とする。
なく、容量性残像を抑制することのできる固体撮像装置
の駆動方法を提供すること。 【構成】 半導体基板上に受光部，信号電荷蓄積部，信
号電荷読み出し部及び信号電荷転送部が形成され、信号
電荷蓄積部から信号電荷転送部への電荷の転送が不完全
転送動作である固体撮像装置を駆動する方法であって、
信号電荷蓄積部からの信号電荷を読み出すための第１の
電荷転送動作の後に信号電荷蓄積部にバイアス電荷を注
入し、再度信号電荷蓄積部からバイアス電荷の過剰分を
読み出し排出するための第２の電荷転送動作を有する駆
動方法において、第１の電荷転送動作のために印加する
パルス２１の電圧を、第２の電荷転送動作でバイアス電
荷の過剰分を読み出し排出するために印加するパルス２
３の電圧よりも高くしたことを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、固体撮像装置の駆動方
法に係わり、特に信号電荷の読み出し後、信号電荷蓄積
部の電位を毎フィールド一定値に設定するための固体撮
像装置の駆動方法に関する。
法に係わり、特に信号電荷の読み出し後、信号電荷蓄積
部の電位を毎フィールド一定値に設定するための固体撮
像装置の駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】固体撮像素子チップ上に光導電膜を積層
した２回建て構造の固体撮像装置（積層型固体撮像装
置）は、感光部の開口面積を広くすることができるた
め、高感度かつ低スミアという優れた特長を有する。こ
のため、この固体撮像装置は、各種監視用テレビジョン
や高品位テレビジョン等のカメラとして有望視されてい
る。しかし、この種の固体撮像装置では信号電荷の蓄積
部であるダイオードから信号電荷を読み出す際の動作が
不完全転送動作となるため、これに起因する容量性残像
が発生するという問題があった。
した２回建て構造の固体撮像装置（積層型固体撮像装
置）は、感光部の開口面積を広くすることができるた
め、高感度かつ低スミアという優れた特長を有する。こ
のため、この固体撮像装置は、各種監視用テレビジョン
や高品位テレビジョン等のカメラとして有望視されてい
る。しかし、この種の固体撮像装置では信号電荷の蓄積
部であるダイオードから信号電荷を読み出す際の動作が
不完全転送動作となるため、これに起因する容量性残像
が発生するという問題があった。
【０００３】この問題を解決する手段として、信号電荷
を読み出した後、信号電荷蓄積部の電位をバイアス電荷
の注入等で低下させ、その後に再度、注入されたバイア
ス電荷の過剰分を読み出して排出することによりリセッ
トする方法が提案されている（特開平１−２５２０７８
号公報）。
を読み出した後、信号電荷蓄積部の電位をバイアス電荷
の注入等で低下させ、その後に再度、注入されたバイア
ス電荷の過剰分を読み出して排出することによりリセッ
トする方法が提案されている（特開平１−２５２０７８
号公報）。
【０００４】図６はこの信号電荷蓄積部の電位リセット
駆動の駆動波形を示す図、図７は電位リセット駆動を適
用する固体撮像装置の一例の単位画素の断面模式図と電
位リセット駆動を説明するポテンシャル図である。
駆動の駆動波形を示す図、図７は電位リセット駆動を適
用する固体撮像装置の一例の単位画素の断面模式図と電
位リセット駆動を説明するポテンシャル図である。
【０００５】図７に示す固体撮像装置の単位画素は信号
電荷蓄積部７１，信号電荷読み出し部７２，信号電荷転
送部７３，電荷注入・排出制御ゲート７４，電荷注入・
排出ダイオード７５から構成されている。信号電荷読み
出し部７２及び信号電荷転送部７３上のゲートには図６
に示すφFSG が、電荷注入・排出制御ゲート７４にはφ
RGが、電荷注入・排出ダイオード７５にはφIDが各々印
加される。
電荷蓄積部７１，信号電荷読み出し部７２，信号電荷転
送部７３，電荷注入・排出制御ゲート７４，電荷注入・
排出ダイオード７５から構成されている。信号電荷読み
出し部７２及び信号電荷転送部７３上のゲートには図６
に示すφFSG が、電荷注入・排出制御ゲート７４にはφ
RGが、電荷注入・排出ダイオード７５にはφIDが各々印
加される。
【０００６】図６に示す第１の信号電荷読み出しパルス
６１が印加される直前では、図７（ａ）に示すように、
信号電荷蓄積部７１に信号電荷が蓄積されている。信号
電荷読み出しパルス６１が印加されると、図７（ｂ）に
示すように、信号電荷は信号電荷蓄積部７１から信号電
荷読み出し部７２を介して信号電荷転送部７３へ転送さ
れる。
６１が印加される直前では、図７（ａ）に示すように、
信号電荷蓄積部７１に信号電荷が蓄積されている。信号
電荷読み出しパルス６１が印加されると、図７（ｂ）に
示すように、信号電荷は信号電荷蓄積部７１から信号電
荷読み出し部７２を介して信号電荷転送部７３へ転送さ
れる。
【０００７】信号電荷の読み出しが終了すると、図７
（ｃ）に示すように信号電荷読み出し部７２はＯＦＦ状
態となる。ここで、信号電荷蓄積部７１には信号電荷の
一部が残留電荷として取り残される。リセット動作をし
ない場合には、図７（ｃ）の状態から信号電荷の蓄積が
始まる。そして、この残留電荷の量が信号電荷の量に依
存するため、容量性残像が発生する。
（ｃ）に示すように信号電荷読み出し部７２はＯＦＦ状
態となる。ここで、信号電荷蓄積部７１には信号電荷の
一部が残留電荷として取り残される。リセット動作をし
ない場合には、図７（ｃ）の状態から信号電荷の蓄積が
始まる。そして、この残留電荷の量が信号電荷の量に依
存するため、容量性残像が発生する。
【０００８】リセット動作では、図６に示すように信号
電荷読み出し部７２及び信号電荷転送部７３上のゲー
ト，電荷注入・排出制御ゲート７４に各々パルス６２，
６４が印加され、信号電荷読み出し部７２及び電荷注入
・排出制御ゲート７４はＯＮ状態となる。さらに、電荷
注入・排出ダイオード７５にパルス６５が印加され、電
荷注入・排出ダイオード７５の電位がＶD からＶI に変
化する。このため、図７（ｄ）に示すように、信号電荷
蓄積部７１の電位は電荷注入・排出ダイオード７５の電
位にリセットされる。
電荷読み出し部７２及び信号電荷転送部７３上のゲー
ト，電荷注入・排出制御ゲート７４に各々パルス６２，
６４が印加され、信号電荷読み出し部７２及び電荷注入
・排出制御ゲート７４はＯＮ状態となる。さらに、電荷
注入・排出ダイオード７５にパルス６５が印加され、電
荷注入・排出ダイオード７５の電位がＶD からＶI に変
化する。このため、図７（ｄ）に示すように、信号電荷
蓄積部７１の電位は電荷注入・排出ダイオード７５の電
位にリセットされる。
【０００９】次いで、信号電荷読み出し部７２，電荷注
入・排出ダイオード７５，電荷注入・排出制御ゲート７
４の順に各々の印加電圧がＶF →０，ＶI →ＶD ，ＶON
→０に変化すると、図７（ｅ）に示すように信号電荷蓄
積部７１に一定量のバイアス電荷が注入される。
入・排出ダイオード７５，電荷注入・排出制御ゲート７
４の順に各々の印加電圧がＶF →０，ＶI →ＶD ，ＶON
→０に変化すると、図７（ｅ）に示すように信号電荷蓄
積部７１に一定量のバイアス電荷が注入される。
【００１０】このとき、バイアス電荷は過剰に注入され
ているため、図６に示すように第２の電荷読み出しパル
ス６３が信号電荷読み出し部７２に、電荷注入・排出制
御ゲート７４にパルス６４が印加されると、図７（ｆ）
に示すようにバイアス電荷の過剰分は電荷注入・排出ダ
イオード７５に排出される。
ているため、図６に示すように第２の電荷読み出しパル
ス６３が信号電荷読み出し部７２に、電荷注入・排出制
御ゲート７４にパルス６４が印加されると、図７（ｆ）
に示すようにバイアス電荷の過剰分は電荷注入・排出ダ
イオード７５に排出される。
【００１１】最後に、信号電荷読み出し部７２，電荷注
入・排出制御ゲート７４がＯＦＦになると、図７（ｅ）
に示すように信号電荷蓄積部７１には一定のバイアス電
荷が残留し、これにより信号電荷蓄積部７１の信号蓄積
前の電位を毎フィールド一定値にリセットできる。以上
のような動作によって、容量性残像は完全に抑制され
る。
入・排出制御ゲート７４がＯＦＦになると、図７（ｅ）
に示すように信号電荷蓄積部７１には一定のバイアス電
荷が残留し、これにより信号電荷蓄積部７１の信号蓄積
前の電位を毎フィールド一定値にリセットできる。以上
のような動作によって、容量性残像は完全に抑制され
る。
【００１２】なお、この種の提案では、信号電荷の読み
出しと蓄積ダイオードの電位のリセットを同一の電荷読
み出し部を用いて行い、信号電荷の読み出しのためのパ
ルスとバイアス電荷の過剰分を排出するためのパルスの
電圧を同電圧とし、さらにこれらのパルスの印加時間を
同じとしている。
出しと蓄積ダイオードの電位のリセットを同一の電荷読
み出し部を用いて行い、信号電荷の読み出しのためのパ
ルスとバイアス電荷の過剰分を排出するためのパルスの
電圧を同電圧とし、さらにこれらのパルスの印加時間を
同じとしている。
【００１３】しかしながら、本発明者らが上記の方法で
実際に固体撮像装置を駆動したところ、次のような事実
を見出した。即ち、電位リセット動作なしの場合は入射
光量−信号出力特性が直線性を示すが、電位リセットあ
りの場合は入射光量−信号出力特性の直線性が低照度に
おいて著しく劣化することを見出した。
実際に固体撮像装置を駆動したところ、次のような事実
を見出した。即ち、電位リセット動作なしの場合は入射
光量−信号出力特性が直線性を示すが、電位リセットあ
りの場合は入射光量−信号出力特性の直線性が低照度に
おいて著しく劣化することを見出した。
【００１４】図８に、蓄積ダイオードの電位のリセット
の有無における入射光量−信号出力特性の比較を示す。
図８の８１はリセット動作なしの特性、８２はリセット
動作を行った時の特性を示す。図示するように、従来の
容量性残像の抑制駆動では低照度での信号出力が低下し
ており、入射光量−信号出力特性の直線性が著しく劣化
していることが分かる。ここで、固体撮像装置の信号出
力は光入射時の出力から暗時の出力を差し引いたもので
ある。
の有無における入射光量−信号出力特性の比較を示す。
図８の８１はリセット動作なしの特性、８２はリセット
動作を行った時の特性を示す。図示するように、従来の
容量性残像の抑制駆動では低照度での信号出力が低下し
ており、入射光量−信号出力特性の直線性が著しく劣化
していることが分かる。ここで、固体撮像装置の信号出
力は光入射時の出力から暗時の出力を差し引いたもので
ある。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】このように、光導電膜
積層型固体撮像装置のような信号電荷蓄積部から電荷転
送部への電荷の転送が不完全転送動作となる固体撮像装
置においては、容量性残像の抑制が大きな課題であり、
従来提案されている容量性残像を抑制するための駆動方
法では、低照度において入射光量に対する出力の直線性
が著しく劣化するという問題があった。
積層型固体撮像装置のような信号電荷蓄積部から電荷転
送部への電荷の転送が不完全転送動作となる固体撮像装
置においては、容量性残像の抑制が大きな課題であり、
従来提案されている容量性残像を抑制するための駆動方
法では、低照度において入射光量に対する出力の直線性
が著しく劣化するという問題があった。
【００１６】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、入射光量に対する出力
の直線性を損なうことなく、容量性残像を抑制すること
のできる固体撮像装置の駆動方法を提供することにあ
る。
ので、その目的とするところは、入射光量に対する出力
の直線性を損なうことなく、容量性残像を抑制すること
のできる固体撮像装置の駆動方法を提供することにあ
る。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、信号電
荷の読み出しのためのパルスとバイアス電荷の過剰分を
排出するためのパルスの電圧又は印加時間を工夫するこ
とにより、低照度における入射光量−信号出力特性の改
善をはかることにある。
荷の読み出しのためのパルスとバイアス電荷の過剰分を
排出するためのパルスの電圧又は印加時間を工夫するこ
とにより、低照度における入射光量−信号出力特性の改
善をはかることにある。
【００１８】即ち、本発明（請求項１）は、半導体基板
上に受光部，信号電荷蓄積部，信号電荷読み出し部及び
信号電荷転送部が形成され、信号電荷蓄積部から信号電
荷転送部への電荷の転送が不完全転送動作である固体撮
像装置を駆動する方法であって、信号電荷蓄積部からの
信号電荷を読み出すための第１の電荷転送動作の後に信
号電荷蓄積部にバイアス電荷を注入し、再度信号電荷蓄
積部からバイアス電荷の過剰分を読み出し排出するため
の第２の電荷転送動作を有する駆動方法において、第１
の電荷転送動作のために印加するパルス電圧を、第２の
電荷転送動作でバイアス電荷の過剰分を読み出し排出す
るために印加するパルス電圧よりも高くしたことを特徴
とする。
上に受光部，信号電荷蓄積部，信号電荷読み出し部及び
信号電荷転送部が形成され、信号電荷蓄積部から信号電
荷転送部への電荷の転送が不完全転送動作である固体撮
像装置を駆動する方法であって、信号電荷蓄積部からの
信号電荷を読み出すための第１の電荷転送動作の後に信
号電荷蓄積部にバイアス電荷を注入し、再度信号電荷蓄
積部からバイアス電荷の過剰分を読み出し排出するため
の第２の電荷転送動作を有する駆動方法において、第１
の電荷転送動作のために印加するパルス電圧を、第２の
電荷転送動作でバイアス電荷の過剰分を読み出し排出す
るために印加するパルス電圧よりも高くしたことを特徴
とする。
【００１９】また、本発明（請求項２）は、半導体基板
上に受光部，信号電荷蓄積部，信号電荷読み出し部及び
信号電荷転送部が形成され、信号電荷蓄積部から信号電
荷転送部への電荷の転送が不完全転送動作である固体撮
像装置を駆動する方法であって、信号電荷蓄積部からの
信号電荷を読み出すための第１の電荷転送動作の後に信
号電荷蓄積部にバイアス電荷を注入し、再度信号電荷蓄
積部からバイアス電荷の過剰分を読み出し排出するため
の第２の電荷転送動作を有する駆動方法において、第１
の電荷転送動作のために印加するパルスの印加時間を、
第２の電荷転送動作でバイアス電荷の過剰分を読み出し
排出するために印加するパルスの印加時間よりも長くし
たことを特徴とする。
上に受光部，信号電荷蓄積部，信号電荷読み出し部及び
信号電荷転送部が形成され、信号電荷蓄積部から信号電
荷転送部への電荷の転送が不完全転送動作である固体撮
像装置を駆動する方法であって、信号電荷蓄積部からの
信号電荷を読み出すための第１の電荷転送動作の後に信
号電荷蓄積部にバイアス電荷を注入し、再度信号電荷蓄
積部からバイアス電荷の過剰分を読み出し排出するため
の第２の電荷転送動作を有する駆動方法において、第１
の電荷転送動作のために印加するパルスの印加時間を、
第２の電荷転送動作でバイアス電荷の過剰分を読み出し
排出するために印加するパルスの印加時間よりも長くし
たことを特徴とする。
【００２０】
【作用】本発明によれば、容量性残像抑制駆動におい
て、信号電荷蓄積部に注入されたバイアス電荷の過剰分
を排出するパルスの電圧に対して信号電荷を読み出すパ
ルスの電圧を高く（又は印加時間を長く）することによ
り、低照度での入出力特性の直線性の劣化を抑制するこ
とが可能となる。なお、上記のパルス電圧又はパルス印
加時間を変えることにより入出力特性の直線性が改善す
るメカニズムは必ずしも明らかでないが、後述する本発
明者らの実験により確認されている。
て、信号電荷蓄積部に注入されたバイアス電荷の過剰分
を排出するパルスの電圧に対して信号電荷を読み出すパ
ルスの電圧を高く（又は印加時間を長く）することによ
り、低照度での入出力特性の直線性の劣化を抑制するこ
とが可能となる。なお、上記のパルス電圧又はパルス印
加時間を変えることにより入出力特性の直線性が改善す
るメカニズムは必ずしも明らかでないが、後述する本発
明者らの実験により確認されている。
【００２１】
【実施例】以下、本発明の詳細を図示の実施例によって
説明する。
説明する。
【００２２】図１は、本発明の一実施例方法に使用した
固体撮像装置の１画素構成を示す断面図である。図中１
はｐ型Ｓｉ基板であり、この基板１の表面層にはｎ型層
（蓄積ダイオード）２，ｎ型層（ＣＣＤチャネル）３，
電荷注入・排出ダイオード４及びｐ+ 型素子分離層５が
形成されている。基板１上には転送ゲート６，７及び電
荷注入・排出制御ゲート８が形成されている。なお、転
送ゲート６は読み出しゲートを兼ねるものとなってい
る。これらのゲート６，７，８を形成した基板上には絶
縁膜１１，１２が堆積され、絶縁膜１２の上には画素電
極１３が形成されている。この画素電極１３は、引き出
し電極１４を介して蓄積ダイオード２に接続されてい
る。
固体撮像装置の１画素構成を示す断面図である。図中１
はｐ型Ｓｉ基板であり、この基板１の表面層にはｎ型層
（蓄積ダイオード）２，ｎ型層（ＣＣＤチャネル）３，
電荷注入・排出ダイオード４及びｐ+ 型素子分離層５が
形成されている。基板１上には転送ゲート６，７及び電
荷注入・排出制御ゲート８が形成されている。なお、転
送ゲート６は読み出しゲートを兼ねるものとなってい
る。これらのゲート６，７，８を形成した基板上には絶
縁膜１１，１２が堆積され、絶縁膜１２の上には画素電
極１３が形成されている。この画素電極１３は、引き出
し電極１４を介して蓄積ダイオード２に接続されてい
る。
【００２３】このように構成された固体撮像素子チップ
上に光電変換膜としてのアモルファスＳｉ層１７が堆積
され、アモルファスＳｉ層１７上にはＩＴＯ等の透明電
極１８が形成されている。
上に光電変換膜としてのアモルファスＳｉ層１７が堆積
され、アモルファスＳｉ層１７上にはＩＴＯ等の透明電
極１８が形成されている。
【００２４】図２は、本実施例における信号電荷蓄積部
の電位リセットのための駆動パルス波形を示す図であ
る。本実施例と図６に示した従来の駆動パルス波形との
相違点は、信号電荷読み出しのための第１の転送パルス
２１の電圧が、注入されたバイアス電荷の過剰分を排出
するための第２の転送パルス２３の電圧よりも高くなっ
ていることである。その他のパルス２２，２４，２５の
関係は、図６の６２，６４，６５と同様である。
の電位リセットのための駆動パルス波形を示す図であ
る。本実施例と図６に示した従来の駆動パルス波形との
相違点は、信号電荷読み出しのための第１の転送パルス
２１の電圧が、注入されたバイアス電荷の過剰分を排出
するための第２の転送パルス２３の電圧よりも高くなっ
ていることである。その他のパルス２２，２４，２５の
関係は、図６の６２，６４，６５と同様である。
【００２５】本実施例における電位リセット駆動の基本
的な動作は図７と同様であり、これと異なる点は図７
（ｂ）に示す信号電荷読み出しの際の電位ポテンシャル
のみである。即ち、本実施例では図３に示すように、信
号電荷の読み出しの際に、読み出しゲート下のポテンシ
ャルが従来（破線に示すようにバイアス電荷の注入時の
ポテンシャルと同じ）よりも高くなり、従来よりも信号
電荷を速やかに読み出すことができるようになってい
る。
的な動作は図７と同様であり、これと異なる点は図７
（ｂ）に示す信号電荷読み出しの際の電位ポテンシャル
のみである。即ち、本実施例では図３に示すように、信
号電荷の読み出しの際に、読み出しゲート下のポテンシ
ャルが従来（破線に示すようにバイアス電荷の注入時の
ポテンシャルと同じ）よりも高くなり、従来よりも信号
電荷を速やかに読み出すことができるようになってい
る。
【００２６】このような駆動方法により入射光量−信号
出力特性を測定した結果を、図４に示す。この図では、
第１の転送パルス２１と第２の転送パルス２３の電位差
ΔＶをパラメータとして示す。ここで、撮像装置の蓄積
容量Ｃs は１０ｎＦである。図４に示すように、ΔＶの
値を０．０１Ｖ，０．０５Ｖ，０．１Ｖと増加すること
により入出力特性の直線性は改善され、ΔＶが０．１Ｖ
では直線性の劣化は略完全に抑制されていることが分か
る。なお、直線性の劣化が抑制できるΔＶの値はＣs の
値に依存し、Ｃs の値が大きくなるとΔＶの値も大きく
なるのが確認された。
出力特性を測定した結果を、図４に示す。この図では、
第１の転送パルス２１と第２の転送パルス２３の電位差
ΔＶをパラメータとして示す。ここで、撮像装置の蓄積
容量Ｃs は１０ｎＦである。図４に示すように、ΔＶの
値を０．０１Ｖ，０．０５Ｖ，０．１Ｖと増加すること
により入出力特性の直線性は改善され、ΔＶが０．１Ｖ
では直線性の劣化は略完全に抑制されていることが分か
る。なお、直線性の劣化が抑制できるΔＶの値はＣs の
値に依存し、Ｃs の値が大きくなるとΔＶの値も大きく
なるのが確認された。
【００２７】このように本実施例によれば、バイアス電
荷の注入・排出を行うことにより容量性残像の発生を防
止できるのは勿論のこと、信号電荷を読み出すための第
１の転送パルス２１の電圧をバイアス電荷を排出するた
めの第２の転送パルス２３の電圧よりも大きくすること
により、低照度での入出力特性の直線性の劣化を抑制す
ることが可能となる。従って、入射光量に対する出力の
直線性を損なうことなく容量性残像を抑制することがで
き、積層型固体撮像装置の駆動方法として極めて有効で
ある。
荷の注入・排出を行うことにより容量性残像の発生を防
止できるのは勿論のこと、信号電荷を読み出すための第
１の転送パルス２１の電圧をバイアス電荷を排出するた
めの第２の転送パルス２３の電圧よりも大きくすること
により、低照度での入出力特性の直線性の劣化を抑制す
ることが可能となる。従って、入射光量に対する出力の
直線性を損なうことなく容量性残像を抑制することがで
き、積層型固体撮像装置の駆動方法として極めて有効で
ある。
【００２８】図５は、本発明の他の実施例における信号
電荷蓄積部の電位リセットのための駆動パルス波形を示
す図である。本実施例と図６に示した従来の駆動パルス
波形との相違点は、信号電荷読み出しのための第１の転
送パルス５１の印加時間Ｔrが、注入されたバイアス電
荷の過剰分を排出するための第２の転送パルス５３の印
加時間Ｔよりも長くなっていることである。その他のパ
ルス５２，５４，５５の関係は、図６の６２，６４，６
５と同様である。
電荷蓄積部の電位リセットのための駆動パルス波形を示
す図である。本実施例と図６に示した従来の駆動パルス
波形との相違点は、信号電荷読み出しのための第１の転
送パルス５１の印加時間Ｔrが、注入されたバイアス電
荷の過剰分を排出するための第２の転送パルス５３の印
加時間Ｔよりも長くなっていることである。その他のパ
ルス５２，５４，５５の関係は、図６の６２，６４，６
５と同様である。
【００２９】次に、本実施例のリセット動作による直線
性の劣化とその改善の原理を、解析式を用いて説明す
る。信号電荷の読み出し動作が不完全転送モードとなる
固体撮像装置の読み出し動作は、蓄積ダイオードをソー
ス，信号電荷読み出し部をゲート，垂直転送部をドレイ
ンと想定して、ＭＯＳＦＥＴの弱反転領域における電流
特性と読み出し時の蓄積ダイオードの電位変化から解析
することができる。弱反転時の電流特性は、次の (1)式
により表わされる。 ＩＤ＝Ｉo(Vw）・exp ｛β・（Ｖｗ−Ｖｓ）｝ ‥‥‥ (1)
性の劣化とその改善の原理を、解析式を用いて説明す
る。信号電荷の読み出し動作が不完全転送モードとなる
固体撮像装置の読み出し動作は、蓄積ダイオードをソー
ス，信号電荷読み出し部をゲート，垂直転送部をドレイ
ンと想定して、ＭＯＳＦＥＴの弱反転領域における電流
特性と読み出し時の蓄積ダイオードの電位変化から解析
することができる。弱反転時の電流特性は、次の (1)式
により表わされる。 ＩＤ＝Ｉo(Vw）・exp ｛β・（Ｖｗ−Ｖｓ）｝ ‥‥‥ (1)
【００３０】但し、ＩＤはドレイン電流、Ｖｗは弱反転
が始まるソースの電位、Ｉo(Vw) はソース電位がＶｗの
時のドレイン電流、βは温度係数＝３８．７（温度 300
Ｋ）、Ｖｓはソース電位である。蓄積ダイオードの電位
変化は、次の (2)式で表わされる。 ｄＶｓ／ｄｔ＝ｄｑ／（Ｃｔ・ｄｔ） ‥‥‥ (2)
が始まるソースの電位、Ｉo(Vw) はソース電位がＶｗの
時のドレイン電流、βは温度係数＝３８．７（温度 300
Ｋ）、Ｖｓはソース電位である。蓄積ダイオードの電位
変化は、次の (2)式で表わされる。 ｄＶｓ／ｄｔ＝ｄｑ／（Ｃｔ・ｄｔ） ‥‥‥ (2)
【００３１】但し、Ｃｔは蓄積容量である。ここで、電
荷を読み出す前のソース電位ＶｓをＶｏ、読み出した後
のＶｓをＶｒとすると、Ｖｒは(1)(2)式より次の (3)式
で表わされる。 Ｖｒ＝［ｌｎ｛exp β・Ｖｏ＋Ｃ・Ｔ｝］／β ‥‥‥ (3) Ｃ＝β・Ｉ(Vw)・exp β・Ｖｗ／Ｃｔ
荷を読み出す前のソース電位ＶｓをＶｏ、読み出した後
のＶｓをＶｒとすると、Ｖｒは(1)(2)式より次の (3)式
で表わされる。 Ｖｒ＝［ｌｎ｛exp β・Ｖｏ＋Ｃ・Ｔ｝］／β ‥‥‥ (3) Ｃ＝β・Ｉ(Vw)・exp β・Ｖｗ／Ｃｔ
【００３２】上記の (3)式を用いることにより、蓄積ダ
イオードの信号電荷読み出し後、及び過剰電荷の排出動
作を含むリセット動作終了後の電位Ｖro、Ｖrsを求める
ことができる。リセットされ、過剰電荷を排出する前の
蓄積ダイオードの電位をＶrst とすると、Ｖrsは (3)式
より Ｖrs＝［ｌｎ｛exp β・Ｖrst ＋Ｃ・Ｔ｝］／β ‥‥ (4)
イオードの信号電荷読み出し後、及び過剰電荷の排出動
作を含むリセット動作終了後の電位Ｖro、Ｖrsを求める
ことができる。リセットされ、過剰電荷を排出する前の
蓄積ダイオードの電位をＶrst とすると、Ｖrsは (3)式
より Ｖrs＝［ｌｎ｛exp β・Ｖrst ＋Ｃ・Ｔ｝］／β ‥‥ (4)
【００３３】画素毎のリセット動作終了後の蓄積ダイオ
ードの電位のばらつきを抑制するためにＶrs≦Ｖw とす
ると、exp β・Ｖrst ≦β・Ｉ(Vw)・exp β・Ｖw ／Ｃ
ｔとなるため、次の (5)式のように簡略化して表わされ
る。 Ｖrs＝｛ｌｎ（Ｃ・Ｔ）｝／β ‥‥‥ (5) 蓄積される信号電荷をＣｔ・Ｖstとすると、信号読み出
し後の蓄積ダイオードの電位Ｖroは同様にして (3)式よ
り Ｖro＝［ｌｎ｛exp β・（Ｖrs−Ｖst）＋Ｃ・Ｔｒ｝］／β ‥‥ (6) ここで、リセット動作を行う場合の読み出される電荷量
をＣｔ・Ｖout とすると、(5),(6) 式よりＶout ＝Ｖro
−Ｖrs＋Ｖst ＝｛ｌｎ（１＋Ｔr/Ｔ・exp β・Ｖst）｝／β ‥‥ (7) ここで、リセット動作を行う場合の入出力特性は、(7)
式においてＶout をＶstで微分することにより、次のよ
うにして求めることができる。 ｄＶout ／ｄＶst＝１−１／（１＋Ｔr/Ｔ・exp β・Ｖst） ‥‥ (8) また、リセット動作を行わない場合の値は１となる。
ードの電位のばらつきを抑制するためにＶrs≦Ｖw とす
ると、exp β・Ｖrst ≦β・Ｉ(Vw)・exp β・Ｖw ／Ｃ
ｔとなるため、次の (5)式のように簡略化して表わされ
る。 Ｖrs＝｛ｌｎ（Ｃ・Ｔ）｝／β ‥‥‥ (5) 蓄積される信号電荷をＣｔ・Ｖstとすると、信号読み出
し後の蓄積ダイオードの電位Ｖroは同様にして (3)式よ
り Ｖro＝［ｌｎ｛exp β・（Ｖrs−Ｖst）＋Ｃ・Ｔｒ｝］／β ‥‥ (6) ここで、リセット動作を行う場合の読み出される電荷量
をＣｔ・Ｖout とすると、(5),(6) 式よりＶout ＝Ｖro
−Ｖrs＋Ｖst ＝｛ｌｎ（１＋Ｔr/Ｔ・exp β・Ｖst）｝／β ‥‥ (7) ここで、リセット動作を行う場合の入出力特性は、(7)
式においてＶout をＶstで微分することにより、次のよ
うにして求めることができる。 ｄＶout ／ｄＶst＝１−１／（１＋Ｔr/Ｔ・exp β・Ｖst） ‥‥ (8) また、リセット動作を行わない場合の値は１となる。
【００３４】上記の (8)式から分かるように、低照度で
のＶstの値が小さいと、ｄＶout ／ｄＶstの値も小さく
なり入出力特性の直線性が劣化する。一方、Ｔｒ／Ｔの
値が大きくなるほど入出力特性が１に近付き、入出力特
性の直線性の劣化が改善される。
のＶstの値が小さいと、ｄＶout ／ｄＶstの値も小さく
なり入出力特性の直線性が劣化する。一方、Ｔｒ／Ｔの
値が大きくなるほど入出力特性が１に近付き、入出力特
性の直線性の劣化が改善される。
【００３５】このように本実施例では、第１の転送パル
ス５１の印加時間Ｔｒを第２の転送パルス５３の印加時
間Ｔよりも長くすることにより、低照度における入出力
特性を改善している。従って、入射光量に対する出力の
直線性を損なうことなく容量性残像を抑制することがで
き、先の実施例と同様の効果が得られる。
ス５１の印加時間Ｔｒを第２の転送パルス５３の印加時
間Ｔよりも長くすることにより、低照度における入出力
特性を改善している。従って、入射光量に対する出力の
直線性を損なうことなく容量性残像を抑制することがで
き、先の実施例と同様の効果が得られる。
【００３６】なお、本発明は上述した各実施例に限定さ
れるものではない。本発明により駆動する固体撮像装置
の構成は図１に何等限定されるものではなく、信号電荷
転送部への電荷の転送が不完全転送動作となるものであ
れば適用できる。信号電荷を読み出した後の信号蓄積部
へのバイアス電荷の注入として、バイアスライトで光に
よる電荷の注入を用いてもよい。また、バイアス電荷の
過剰分の排出を高速転送パルスにより転送して行うこと
も可能である。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で、種々変形して実施することができる。
れるものではない。本発明により駆動する固体撮像装置
の構成は図１に何等限定されるものではなく、信号電荷
転送部への電荷の転送が不完全転送動作となるものであ
れば適用できる。信号電荷を読み出した後の信号蓄積部
へのバイアス電荷の注入として、バイアスライトで光に
よる電荷の注入を用いてもよい。また、バイアス電荷の
過剰分の排出を高速転送パルスにより転送して行うこと
も可能である。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で、種々変形して実施することができる。
【００３７】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、信
号電荷の読み出しのためのパルスとバイアス電荷の過剰
分を排出するためのパルスの電圧又は印加時間を工夫す
ることにより、入出力特性の直線性の劣化なしで容量性
残像の抑制を可能とする固体撮像装置の駆動方法を実現
することができる。
号電荷の読み出しのためのパルスとバイアス電荷の過剰
分を排出するためのパルスの電圧又は印加時間を工夫す
ることにより、入出力特性の直線性の劣化なしで容量性
残像の抑制を可能とする固体撮像装置の駆動方法を実現
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係わる固体撮像装置の１画
素構成を示す断面図、
素構成を示す断面図、
【図２】本実施例における駆動パルス波形を示す図、
【図３】信号読み出しの際のポテンシャル分布を示す
図、
図、
【図４】容量性残像抑制駆動における入射光量−信号出
力特性を示す図、
力特性を示す図、
【図５】本発明の他の実施例における駆動パルス波形を
示す図、
示す図、
【図６】従来の信号電荷蓄積部の電位リセット駆動の駆
動波形を示す図、
動波形を示す図、
【図７】従来の固体撮像装置の電位リセット駆動を説明
するためのポテンシャル図、
するためのポテンシャル図、
【図８】電位リセットの有無における入射光量−信号出
力特性の比較を示す図。
力特性の比較を示す図。
１…ｐ型Ｓｉ基板、 ２…ｎ型蓄積ダイオード、 ３…ｎ型ＣＣＤチャネル、 ４…電荷注入・排出ダイオード、 ５…ｐ+ 素子分離層、 ６，７…転送ゲート、 ８…電荷注入・排出ゲート、 １１，１２…絶縁膜、 １３…画素電極、 １４…引き出し電極、 １７…アモルファスＳｉ膜（光電変換膜）、 １８…透明電極、 ２１，５１…第１の転送パルス、 ２３，５３…第２の転送パルス。
Claims (2)
- 【請求項１】半導体基板上に受光部，信号電荷蓄積部，
信号電荷読み出し部及び信号電荷転送部が形成され、前
記信号電荷蓄積部から前記信号電荷転送部への電荷の転
送が不完全転送動作である固体撮像装置において、 前記信号電荷蓄積部からの信号電荷を読み出すための第
１の電荷転送動作の後に前記信号電荷蓄積部にバイアス
電荷を注入し、再度前記信号電荷蓄積部から前記バイア
ス電荷の過剰分を読み出し排出するための第２の電荷転
送動作を有する駆動方法であって、 前記第１の電荷転送動作のために印加するパルス電圧
を、前記第２の電荷転送動作でバイアス電荷の過剰分を
読み出し排出するために印加するパルス電圧よりも高く
したことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。 - 【請求項２】半導体基板上に受光部，信号電荷蓄積部，
信号電荷読み出し部及び信号電荷転送部が形成され、前
記信号電荷蓄積部から前記信号電荷転送部への電荷の転
送が不完全転送動作である固体撮像装置において、 前記信号電荷蓄積部からの信号電荷を読み出すための第
１の電荷転送動作の後に前記信号電荷蓄積部にバイアス
電荷を注入し、再度前記信号電荷蓄積部から前記バイア
ス電荷の過剰分を読み出し排出するための第２の電荷転
送動作を有する駆動方法であって、 前記第１の電荷転送動作のために印加するパルスの印加
時間を、前記第２の電荷転送動作でバイアス電荷の過剰
分を読み出し排出するために印加するパルスの印加時間
よりも長くしたことを特徴とする固体撮像装置の駆動方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4234959A JPH0686179A (ja) | 1992-09-02 | 1992-09-02 | 固体撮像装置の駆動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4234959A JPH0686179A (ja) | 1992-09-02 | 1992-09-02 | 固体撮像装置の駆動方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0686179A true JPH0686179A (ja) | 1994-03-25 |
Family
ID=16978942
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4234959A Pending JPH0686179A (ja) | 1992-09-02 | 1992-09-02 | 固体撮像装置の駆動方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0686179A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002357478A (ja) * | 2001-05-31 | 2002-12-13 | Honda Motor Co Ltd | 光センサ回路 |
| JP2003018466A (ja) * | 2001-07-03 | 2003-01-17 | Honda Motor Co Ltd | 光センサ |
-
1992
- 1992-09-02 JP JP4234959A patent/JPH0686179A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002357478A (ja) * | 2001-05-31 | 2002-12-13 | Honda Motor Co Ltd | 光センサ回路 |
| JP2003018466A (ja) * | 2001-07-03 | 2003-01-17 | Honda Motor Co Ltd | 光センサ |
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