JPH084131B2 - Photoelectric conversion device - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、光励起により発生したキャリアを蓄積する
方式の光電変換装置に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a photoelectric conversion device of a type that accumulates carriers generated by photoexcitation.
[従来技術] 第6図(A)は、特開昭60−12759号公報〜特開昭60
−12765号公報に記載されている光電変換装置の概略的
断面図、第6図(B)は、その1個の光電変換セルの等
価回路図である。[Prior Art] FIG. 6 (A) is disclosed in JP-A-60-12759.
FIG. 6 (B) is a schematic cross-sectional view of a photoelectric conversion device described in Japanese Unexamined Patent Publication No. 12765, which is an equivalent circuit diagram of one photoelectric conversion cell.
両図において、nシリコン基板1上に光電変換セルが
形成され配列されており、各光電変換セルはSiO2、Si3N
4、又はポリシリコン等より成る素子分離領域2によっ
て隣接する光電変換セルから電気的に絶縁されている。In both figures, photoelectric conversion cells are formed and arranged on an n-silicon substrate 1, and each photoelectric conversion cell is composed of SiO 2 , Si 3 N.
4 , or an element isolation region 2 made of polysilicon or the like, is electrically insulated from an adjacent photoelectric conversion cell.
各光電変換セルは次のような構成を有する。 Each photoelectric conversion cell has the following configuration.
エピタキシャル技術等で形成される不純物濃度の低い
n-領域3上にはpタイプの不純物をドーピングすること
でp領域4が形成され、p領域4には不純物拡散技術又
はイオン注入技術等によってn+領域5が形成されてい
る。p領域4およびn+領域5は、各々バイポーラトラン
ジスタのベースおよびエミッタである。Low impurity concentration formed by epitaxial technology
A p region 4 is formed on the n − region 3 by doping a p-type impurity, and an n + region 5 is formed in the p region 4 by an impurity diffusion technique or an ion implantation technique. P region 4 and n + region 5 are the base and emitter of the bipolar transistor, respectively.
このように各領域が形成されたn-領域3上には酸化膜
6が形成され、酸化膜6上に所定の面積を有するキャパ
シタ電極7が形成されている。キャパシタ電極7は酸化
膜6を挟んでpベース領域4と対向し、キャパシタ電極
7にパルス電圧を印加することで浮遊状態にされたpベ
ース領域4の電位を制御する。An oxide film 6 is formed on the n − region 3 in which each region is formed in this manner, and a capacitor electrode 7 having a predetermined area is formed on the oxide film 6. The capacitor electrode 7 faces the p base region 4 with the oxide film 6 interposed therebetween, and a pulse voltage is applied to the capacitor electrode 7 to control the potential of the p base region 4 in a floating state.
その他に、n+エミッタ領域5に接続されたエミッタ電
極8、基板1の裏面に不純物濃度の高いn+領域11、およ
びバイポーラトランジスタのコレクタに電位を与えるた
めのコレクタ電極12がそれぞれ形成されている。In addition, an emitter electrode 8 connected to the n + emitter region 5, an n + region 11 having a high impurity concentration on the back surface of the substrate 1, and a collector electrode 12 for applying a potential to the collector of the bipolar transistor are formed. .
次に、基本的な動作を説明する。まず、バイポーラト
ランジスタのpベース領域4は負電位の初期状態にある
とする。このpベース領域4側から光13が入射し、入射
光によって発生した電子・正孔対のうちの正孔がpベー
ス領域4に蓄積され、蓄積された正孔によってpベース
領域4の電位が正方向に上昇する(蓄積動作)。Next, the basic operation will be described. First, it is assumed that the p base region 4 of the bipolar transistor is in a negative potential initial state. Light 13 is incident from the p base region 4 side, holes of the electron-hole pairs generated by the incident light are accumulated in the p base region 4, and the accumulated holes cause the potential of the p base region 4 to change. Rise in the positive direction (accumulation operation).
続いて、キャパシタ電極7に読出し用の正電圧パルス
が印加され、蓄積動作時のベース電位変化分に対応した
読出し信号が浮遊状態にしたエミッタ電極8から出力さ
れる(読出し動作)。ただし、pベース領域4の蓄積電
荷量はほとんど減少しないために、読出し動作の繰返し
が可能である。Then, a positive voltage pulse for reading is applied to the capacitor electrode 7, and a reading signal corresponding to the change in the base potential during the storage operation is output from the emitter electrode 8 in the floating state (reading operation). However, since the accumulated charge amount of the p base region 4 is hardly reduced, the read operation can be repeated.
また、pベース領域4に蓄積された正孔を除去するに
は、エミッタ電極8を接地し、キャパシタ電極7に正電
圧のリフレッシュパルスを印加する。このパルスを印加
することでp領域4はn+エミッタ領域5に対して順方向
にバイアスされ、蓄積された正孔が除去される。そし
て、リフレッシュパルスが立下がった時点でpベース領
域4は初期状態に復帰する(リフレッシュ動作)。以
後、同様に蓄積、読出し、リフレッシュという各動作が
繰り返される。To remove the holes accumulated in the p base region 4, the emitter electrode 8 is grounded and a positive voltage refresh pulse is applied to the capacitor electrode 7. By applying this pulse, the p region 4 is biased in the forward direction with respect to the n + emitter region 5, and the accumulated holes are removed. Then, when the refresh pulse falls, the p base region 4 returns to the initial state (refresh operation). Thereafter, the operations of accumulating, reading, and refreshing are similarly repeated.
要するに、ここで提案されている方式は、光入射によ
り発生したキャリアを、pベース領域4に蓄積し、その
蓄積電荷量によってエミッタ電極8とコレクタ電極12と
の間に流れる電流をコントロールするものである。した
がって、蓄積されたキャリアを、各セルの増幅機能によ
り増幅してから読出すわけであり、高出力、高感度、さ
らに低雑音を達成できる。In short, the method proposed here accumulates the carriers generated by light incidence in the p base region 4, and controls the current flowing between the emitter electrode 8 and the collector electrode 12 by the amount of accumulated charges. is there. Therefore, the accumulated carriers are read after being amplified by the amplification function of each cell, and high output, high sensitivity, and low noise can be achieved.
また、光励起によってベースに蓄積されたキャリア
(ここではホール)によりベースに発生する電位Vpは、
Q/Cで与えられる。ここでQはベースに蓄積されたホー
ルの電荷量、Cはベースに接続されている容量である。
この式により明白な様に、高集積化された場合、セル・
サイズの縮小と共にQもCも小さくなることになり、光
励起により発生する電位Vpは、ほぼ一定に保たれること
がわかる。したがって、ここで提案されている方式は、
将来の高解像度化に対しても有利なものであると言え
る。In addition, the potential Vp generated in the base by carriers (here, holes) accumulated in the base by photoexcitation is
Given by Q / C. Here, Q is the charge amount of holes accumulated in the base, and C is the capacitance connected to the base.
As is clear from this formula, when highly integrated, the cell
As the size is reduced, Q and C are also reduced, and it can be seen that the potential Vp generated by photoexcitation is kept substantially constant. Therefore, the method proposed here is
It can be said that it is also advantageous for high resolution in the future.
[発明が解決しようとする問題点] しかしながら、上記従来の光電変換装置では、ベース
に蓄積されたキャリアを消滅させるリフレッシュ動作が
エミッタ・ベース間の順方向電流に頼っているために、
短時間のリフレッシュパルスでは、リフレッシュ後のベ
ース電位がリフレッシュ前のベース電位に依存し、この
ことが残像の問題および光電変換特性の非直線性の原因
となっていた。[Problems to be Solved by the Invention] However, in the above conventional photoelectric conversion device, the refresh operation for extinguishing the carriers accumulated in the base depends on the forward current between the emitter and the base.
In a short-time refresh pulse, the base potential after refreshing depends on the base potential before refreshing, which causes the problem of afterimage and non-linearity of photoelectric conversion characteristics.
[問題点を解決するための手段] 本発明による光電変換装置は、 光励起により発生したキャリアを蓄積する半導体領域
を有する光電変換セルが複数個配列され、かつ、隣接す
る光電変換セルの前記半導体領域を各々主電極領域とし
て絶縁ゲート型トランジスタが構成されており、該絶縁
ゲート型トランジスタのゲートに第1の電位を印加する
ことにより該絶縁ゲート型トランジスタをオンさせて前
記複数の光電変換セルの半導体領域の信号をリセット
し、前記絶縁ゲート型トランジスタのゲート第2の電位
を印加することにより該絶縁ゲート型トランジスタをオ
フさせて前記複数の光電変換セルの半導体領域を分離す
るように制御することを特徴とする。[Means for Solving the Problems] In the photoelectric conversion device according to the present invention, a plurality of photoelectric conversion cells having semiconductor regions for accumulating carriers generated by photoexcitation are arranged, and the semiconductor regions of adjacent photoelectric conversion cells are arranged. Of the plurality of photoelectric conversion cells are turned on by applying a first potential to the gate of the insulated gate transistor so that the insulated gate transistor is turned on. Resetting a signal in a region and applying a gate second potential of the insulated gate transistor to turn off the insulated gate transistor to control so as to separate the semiconductor regions of the plurality of photoelectric conversion cells. Characterize.
[作用] 上記絶縁ゲート型トランジスタをON状態とすれば、各
セルの半導体領域の電位を蓄積キャリア量に関係なく一
定電位に設定することができる。また、絶縁ゲート型ト
ランジスタをOFF状態とすれば、上記光電変換セルを各
々電気的に分離することができる。[Operation] When the insulated gate transistor is turned on, the potential of the semiconductor region of each cell can be set to a constant potential regardless of the amount of accumulated carriers. Further, when the insulated gate type transistor is turned off, the photoelectric conversion cells can be electrically isolated from each other.
[実施例] 以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明す
る。EXAMPLES Examples of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
第1図は、本発明による光電変換装置の一実施例の概
略的断面図である。ただし、第6図と同一機能を有する
部分には同一番号を付してある。FIG. 1 is a schematic sectional view of an embodiment of a photoelectric conversion device according to the present invention. However, parts having the same functions as those in FIG. 6 are given the same numbers.
同図において、コレクタ領域であるn-領域3には光電
変換セルのpベース領域4が一定の間隔で形成されてい
る。各pベース領域4にはn+エミッタ領域5が形成され
ている。In the figure, p base regions 4 of photoelectric conversion cells are formed at regular intervals in an n − region 3 which is a collector region. An n + emitter region 5 is formed in each p base region 4.
さらに、酸化膜6を挟んで、各pベース領域4および
それぞれ隣接するpベース領域4間にまたがって電極10
1が形成されている。pベース領域4上の電極101は、p
ベース領域4と対向してベース電位を制御するためのキ
ャパシタCoxを構成し、隣接するベース間の電極101は、
その隣接するpベース領域4を各々ソース・ドレイン領
域とするMOSトランジスタTrのゲート電極となってい
る。本実施例では、キャパシタ電極とMOSトランジスタT
rのゲート電極とが接続された構成となっている。Furthermore, the electrode 10 is formed so as to straddle each p base region 4 and each adjacent p base region 4 with the oxide film 6 interposed therebetween.
1 is formed. The electrode 101 on the p base region 4 is p
The capacitor Cox for controlling the base potential is formed facing the base region 4, and the electrode 101 between the adjacent bases is
The adjacent p base region 4 serves as a gate electrode of a MOS transistor Tr having source / drain regions. In this embodiment, the capacitor electrode and the MOS transistor T
The gate electrode of r is connected.
MOSトランジスタTrは本実施例ではpチャネル型かつ
ノーマリオフ型であり、電極101の電位が接地電位又は
正電位であればOFF状態である。したがって、隣接セル
間のpベース領域4は電気的に分離された状態となり、
従来のような素子分離領域を形成する必要がない。それ
だけ素子の微細化に有利となる。The MOS transistor Tr is a p-channel type and normally-off type in this embodiment, and is in an OFF state if the potential of the electrode 101 is the ground potential or a positive potential. Therefore, the p base region 4 between adjacent cells is electrically isolated,
It is not necessary to form the element isolation region as in the conventional case. That is advantageous for miniaturization of the device.
逆に、電極101がしきい値電位Vthを超える負電位であ
ると、MOSトランジスタTrはON状態となり、各セルのp
ベース領域4が相互に導通した状態となる。On the contrary, when the electrode 101 has a negative potential exceeding the threshold potential Vth, the MOS transistor Tr is turned on, and the p-value of each cell is reduced.
The base regions 4 are electrically connected to each other.
第2図は、本実施例の部分的な等価回路図である。図
中の破線で囲まれた部分が1個の光電変換セルの等価回
路に相当する。FIG. 2 is a partial equivalent circuit diagram of this embodiment. The part surrounded by the broken line in the figure corresponds to the equivalent circuit of one photoelectric conversion cell.
同図において、上記光電変換セルS1〜Snがライン状に
配列され結線されている。In the figure, the photoelectric conversion cells S 1 to Sn are arranged and connected in a line.
各セルの電極101は端子102に共通接続され、端子102
にはパルスφdが入力する。The electrode 101 of each cell is commonly connected to the terminal 102,
A pulse φd is input to.
また、各セルのMOSトランジスタTrは直列接続された
状態となり、末端セルS1およびSnのpベース領域4には
更に一定距離をおいて各々p領域(図示せず。)が形成
され、セルSnの側にはpチャネル型かつノーマリオフ型
のMOSトランジスタQxが形成されている。Further, the MOS transistors Tr of the respective cells are connected in series, and p regions (not shown) are formed in the p base regions 4 of the terminal cells S 1 and Sn at a further fixed distance, respectively. A p-channel type normally-off type MOS transistor Qx is formed on the side of.
MOSトランジスタQxのゲート電極には電極101と同様の
パルスφdが入力し、その図示されていないp領域は一
定電位Vcに固定されている。また、セルS1のMOSトラン
ジスタTrの図示されていないp領域も一定電位Vcに固定
されている。A pulse φd similar to the electrode 101 is input to the gate electrode of the MOS transistor Qx, and the p region (not shown) is fixed at a constant potential Vc. The p region (not shown) of the MOS transistor Tr of the cell S 1 is also fixed to the constant potential Vc.
したがって、すべてのMOSトランジスタTrおよびQxがO
N状態になることで、各セルのpベース領域4の電位を
一定電位Vcに設定することができる。また、OFF状態で
あれば、各セルは電気的に分離された状態となる。Therefore, all MOS transistors Tr and Qx are
With the N state, the potential of the p base region 4 of each cell can be set to a constant potential Vc. Further, in the OFF state, each cell is in an electrically separated state.
各セルのエミッタ電極8はリセット用トランジスタQb
1〜Qbnを介して接地され、トランジスタQb1〜Qbnのゲー
ト電極には共通にパルスφrが入力する。The emitter electrode 8 of each cell is a reset transistor Qb
The pulse φr is commonly input to the gate electrodes of the transistors Qb 1 to Qbn which are grounded via 1 to Qbn.
なお、コレクタ電極12には正電圧Vccが印加されてい
る。A positive voltage Vcc is applied to the collector electrode 12.
次に、本実施例の動作を説明する。 Next, the operation of this embodiment will be described.
第3図(A)〜(C)は、各々本実施例の駆動例を示
すタイミングチャートである。FIGS. 3A to 3C are timing charts showing driving examples of the present embodiment.
第3図(A)に示す駆動例について説明する。 The drive example shown in FIG. 3 (A) will be described.
同図において、一定電位Vcを接地電位とし、各セルの
pベース領域4には蓄積動作によってキャリアが蓄積さ
れているものとする。In the figure, it is assumed that the constant potential Vc is set to the ground potential and carriers are accumulated in the p base region 4 of each cell by the accumulation operation.
まず、パルスφdが立上がり、各セルの電極101に正
電圧を印加する(期間T1)。この時、パルスφrはロー
レベルであるからトランジスタQb1〜QbnはOFFであり各
セルのエミッタ電極8は浮遊状態にある。また電極101
が正電位であるからMOSトランジスタTrはOFFである。し
たがって、キャパシタCoxを介してpベース領域4の電
位が上昇し、既に述べた読出し動作が行われる。First, the pulse φd rises and a positive voltage is applied to the electrode 101 of each cell (period T 1 ). At this time, since the pulse φr is at the low level, the transistors Qb 1 to Qbn are OFF and the emitter electrode 8 of each cell is in a floating state. Also electrode 101
Is a positive potential, the MOS transistor Tr is OFF. Therefore, the potential of the p base region 4 rises via the capacitor Cox, and the read operation already described is performed.
次に、パルスφrをハイレベルにしてトランジスタQb
1〜QbnをON状態とし、各セルのエミッタ電極8を接地す
る。Next, the pulse φr is set to the high level and the transistor Qb
1 to Qbn are turned on, and the emitter electrode 8 of each cell is grounded.
続いて、パルスφdが負電位へ立下がることによっ
て、各セルのMOSトランジスタTrおよびQxがON状態とな
り、すべてのpベース領域4にわたって導通状態とな
る。これによって、期間T2においてベース電位は蓄積電
位に関係なく均一に接地電位Vcに設定される。Then, when the pulse φd falls to a negative potential, the MOS transistors Tr and Qx of each cell are turned on, and all p base regions 4 are turned on. As a result, the base potential is uniformly set to the ground potential Vc in the period T 2 regardless of the accumulated potential.
期間T2が経過してパルスφdが接地電位へ立上がる
と、ベース電位は容量分割された電位だけ上昇し正電位
となる。When the pulse φd rises to the ground potential after the period T 2 has elapsed, the base potential rises by the capacitance-divided potential and becomes a positive potential.
このために、期間T3においてpベース領域4に蓄積さ
れたキャリアが消滅していくが、このリフレッシュ動作
ではベース電位が負電位の初期状態(ベース・エミッタ
間の逆バイアス状態)とはならない。続いて、パルスφ
dが正電位に立上がることによってリフレッシュ動作が
行われる。そして期間T4が経過してパルスφdが立下が
った時に、ベース電位は負電位の初期状態に復帰する。
以下、蓄積動作が開始され、上記各動作が繰り返され
る。For this reason, the carriers accumulated in the p base region 4 disappear in the period T 3 , but in this refresh operation, the base potential is not in the initial state of a negative potential (reverse bias state between the base and the emitter). Then, pulse φ
The refresh operation is performed when d rises to a positive potential. Then, when the pulse φd falls after the lapse of the period T 4 , the base potential returns to the initial state of negative potential.
Thereafter, the accumulation operation is started and the above operations are repeated.
このように、パルスφdによってMOSトランジスタTr
をON状態としベース電位を一定電位Vcに設定し、それか
ら期間T3およびT4でのリフレッシュ動作を行うために、
リフレッシュ後のベース電位は、リフレッシュ前の電位
に関係なく確実に一定レベルすることができる。Thus, the pulse φd causes the MOS transistor Tr
In order to perform the refresh operation in the periods T 3 and T 4 after setting the base potential to the constant potential Vc with the ON state,
The base potential after refreshing can be reliably kept at a constant level regardless of the potential before refreshing.
また、期間T2以外では、各セルのMOSトランジスタTr
はOFF状態であるから、各セルの電気的分離が実現され
ている。すなわち、従来のように素子分離領域を形成す
ることなく、セルの電気的分離を達成でき、セルの微細
化を促進できる。Besides the period T 2 , the MOS transistor Tr of each cell is
Is in the OFF state, the electrical isolation of each cell is realized. That is, it is possible to achieve electrical isolation of cells without forming an element isolation region as in the conventional case, and to promote miniaturization of cells.
第3図(B)に示す駆動例では、Vcを負電圧に固定
し、リフレッシュパルスを印加しない駆動方式を示す。
すなわち、期間T2においてパルスφdを負電位にするこ
とで、MOSトランジスタTrを導通させ、ベース電位を負
電位Vcの初期状態に設定する。このためにリフレッシュ
パルスを印加することなく、蓄積動作を開始することが
できる。The driving example shown in FIG. 3B shows a driving method in which Vc is fixed to a negative voltage and a refresh pulse is not applied.
That is, by setting the pulse φd to a negative potential in the period T 2 , the MOS transistor Tr is made conductive and the base potential is set to the initial state of the negative potential Vc. Therefore, the storage operation can be started without applying the refresh pulse.
第3図(C)に示す駆動例は、フォトトランジスタ動
作によって出力を得る方式であり、ラインセンサに好適
なものである。The driving example shown in FIG. 3 (C) is a method of obtaining an output by a phototransistor operation and is suitable for a line sensor.
まず、Vcを接地電位に固定しておき、パルスφdを負
電位にすることでMOSトランジスタTrを導通させ、ベー
ス電位を接地電位とする。そしてパルスφdが接地電位
に立上がることで、ベース電位は正電位に上昇する。そ
して、パルスφrによってエミッタ電極8が接地されて
いる間にリフレッシュ動作を行ない、パルスφrの立下
がりによりエミッタ電極8が浮遊状態にされると同時
に、蓄積および読出し動作が開始される。First, Vc is fixed to the ground potential, and the pulse φd is set to the negative potential to make the MOS transistor Tr conductive and set the base potential to the ground potential. When the pulse φd rises to the ground potential, the base potential rises to the positive potential. Then, a refresh operation is performed while the emitter electrode 8 is grounded by the pulse φr, and the emitter electrode 8 is brought into a floating state by the fall of the pulse φr, and at the same time, the storage and read operations are started.
第4図は、本発明の第2実施例の概略的回路図であ
る。FIG. 4 is a schematic circuit diagram of the second embodiment of the present invention.
本実施例は、第2図に示すラインセンサをmライン重
ねた構成を有するm×nエリアセンサである。ただし、
各ラインは第1図に示す構造を有するが、ライン間は通
常の素子分離領域を形成して電気的に分離している。The present embodiment is an m × n area sensor having a structure in which the line sensors shown in FIG. 2 are overlapped by m lines. However,
Each line has the structure shown in FIG. 1, but a normal element isolation region is formed between the lines to electrically isolate the lines.
各ラインにおけるセルの電極101は共通接続され、そ
れぞれスイッチSW1〜SWmを介して端子102に接続されて
いる。端子102にはパルスφdが入力する。The electrodes 101 of the cells in each line are commonly connected and connected to the terminal 102 via the switches SW 1 to SWm, respectively. The pulse φd is input to the terminal 102.
スイッチSW1〜SWmはアナログスイッチであり、その制
御端子は垂直走査回路103の出力端子に接続され、その
出力φv1〜φvmによってON/OFFが制御される。The switches SW 1 to SWm are analog switches, the control terminals of which are connected to the output terminals of the vertical scanning circuit 103, and the outputs φv 1 to φvm control ON / OFF.
各セルのエミッタ電極8は列ごとに垂直ラインL1〜Ln
に接続されている。垂直ラインL1〜Lnはリセット用トラ
ンジスタQb1〜Qbnを介して接地され、トランジスタQb1
〜Qbnのゲート電極にはパルスφrが入力する。The emitter electrode 8 of each cell has vertical lines L 1 to Ln for each column.
It is connected to the. The vertical lines L 1 to Ln are grounded through the reset transistors Qb 1 to Qbn, and the transistor Qb 1
A pulse φr is input to the gate electrodes of Qbn.
また垂直ラインL1〜Lnは、トランジスタQa1〜Qanを介
して各々蓄積用キャパシタC1〜Cnに接続され、更にキャ
パシタC1〜CnはトランジスタQ1〜Qnを介して出力ライン
104に接続されている。The vertical lines L 1 to Ln are connected to the storage capacitors C 1 to Cn via the transistors Qa 1 to Qan, respectively, and the capacitors C 1 to Cn are output lines via the transistors Q 1 to Qn.
Connected to 104.
トランジスタQa1〜Qanのゲート電極にはパルスφtが
共通に入力し、トランジスタQ1〜Qnのゲート電極には水
平走査回路105からパルスφh1〜φhnが各々入力する。A pulse φt is commonly input to the gate electrodes of the transistors Qa 1 to Qan, and pulses φh 1 to φhn from the horizontal scanning circuit 105 are input to the gate electrodes of the transistors Q 1 to Qn, respectively.
出力ライン104はトランジスタQrhを介して接地される
と共に、アンプ106の入力端子に接続されている。トラ
ンジスタQrhのゲート電極にはパルスφrhが入力する。The output line 104 is grounded via the transistor Qrh and connected to the input terminal of the amplifier 106. A pulse φrh is input to the gate electrode of the transistor Qrh.
なお、上記各パルスφは制御部107から供給される。 The above-mentioned pulses φ are supplied from the control unit 107.
また、各セルのベース電位を設定するための一定電位
Vcは、本電位Vcは、本実施例では接地電位である。In addition, a constant potential for setting the base potential of each cell
Vc is the main potential Vc is the ground potential in this embodiment.
次に、本実施例の動作を簡単に説明する。 Next, the operation of this embodiment will be briefly described.
第5図は、本実施例の駆動例を示す部分的なタイミン
グチャートである。ただし、ここでは第3図(A)に示
す駆動方式を使用する。FIG. 5 is a partial timing chart showing a driving example of the present embodiment. However, the drive method shown in FIG. 3 (A) is used here.
まず、垂直走査回路103のパルスφv1のみをハイルベ
ルにしてスイッチSW1をON状態とする。また、パルスφ
tをハイレベルにしてトランジスタQa1〜QanをON状態と
する。First, only the pulse φv 1 of the vertical scanning circuit 103 is set to a high level and the switch SW 1 is turned on. Also, the pulse φ
Then, t is set to the high level to turn on the transistors Qa 1 to Qan.
次に、パルスφdを期間T1だけ正電位にすると、スイ
ッチSW1を通して第1ラインのセルS11〜S1nの電極101に
正電圧が印加する。これにより第1ラインの読出し動作
が行われ、第1ラインの読出し信号が垂直ラインL1〜Ln
およびトランジタQa1〜Qanを通してキャパシタC1〜Cnに
各々蓄積される。Next, when the pulse φd is set to a positive potential for the period T 1 , a positive voltage is applied to the electrodes 101 of the cells S 11 to S 1 n on the first line through the switch SW 1 . As a result, the read operation of the first line is performed, and the read signal of the first line is changed to the vertical lines L 1 to Ln.
And the capacitors C 1 to Cn are respectively stored through the transistors Qa 1 to Qan.
次に、パルスφtがローレベルとなりトランジスタQa
1〜QanがOFF状態となる。そして、水平走査回路105から
パルスφh1〜φhnが順次出力され、それに従ってキャパ
シタC1〜Cnに蓄積された読出し信号が順次出力ライン10
4へ取り出され、アンプ106を通して出力信号Voutとして
外部へシリアルに出力される。なお、各読出し信号が出
力されるごとに、パルスφrhが立上がり、トランジスタ
QrhをONとして出力ライン104のキャリアを除去する。Next, the pulse φt goes low and the transistor Qa
1 to Qan are turned off. Then, the pulses φh 1 to φhn are sequentially output from the horizontal scanning circuit 105, and the read signals accumulated in the capacitors C 1 to Cn are sequentially output line 10 according to the pulses.
The output signal Vout is output to the outside through the amplifier 106 and is serially output as an output signal Vout. Note that the pulse φrh rises each time each read signal is output,
The carrier of the output line 104 is removed by turning on Qrh.
この信号出力動作と並行して、パルスφrをハイレベ
ルにしてトランジスタQb1〜QbnをONとし、垂直ラインL1
〜Lnを接地する。またパルスφdを期間T2で負電位とし
て、第1ラインのMOSトランジスタTrをON状態とする。In parallel with this signal output operation, the pulse φr is set to the high level to turn on the transistors Qb 1 to Qbn, and the vertical line L 1
Ground ~ Ln. Further, the pulse φd is set to a negative potential in the period T 2 , and the MOS transistor Tr on the first line is turned on.
これによって、既に述べたようにセルS11〜S1nのpベ
ース領域4の電位は、接地電位Vcに均一に設定され、更
に期間T3およびT4のリフレッシュ動作により初期の負電
位に復帰し、蓄積動作を開始する。As a result, the potentials of the p base regions 4 of the cells S 11 to S 1n are uniformly set to the ground potential Vc, and as described above, the refresh operation in the periods T 3 and T 4 restores the initial negative potential. , Start the accumulation operation.
こうして第1ラインの動作が終了すると、パルスφv1
が立下がり、スイッチSW1をOFF状態とする。続いて、パ
ルスφtが立上がりトランジスタQa1〜QanをON状態とす
る。これによって、キャパシタC1〜Cnに残留しているキ
ャリアを垂直ラインL1〜LnおよびトランジスタQa1〜Qan
を通して除去する。When the operation of the first line is completed in this way, the pulse φv 1
Goes down, and the switch SW 1 is turned off. Then, the pulse φt rises to turn on the transistors Qa 1 to Qan. As a result, carriers remaining in the capacitors C 1 to Cn are transferred to the vertical lines L 1 to Ln and the transistors Qa 1 to Qan.
Remove through.
以下同様の動作をラインごとに行い、第2〜第mライ
ンの読出し信号を順次出力する。Thereafter, the same operation is performed for each line, and the read signals of the 2nd to mth lines are sequentially output.
本実施例においても、期間T2において各ラインのセル
のベース電位が一定電位に設定され、その後、期間T3お
よびT4においてリフレッシュ動作が行われるために、残
像特性が良好で、光電変換特性の線形性の良い撮像装置
を得ることができる。しかも、ここではライン方向に素
子分離領域を必要としないために、セルの微細化に適
し、高解像度化に容易に対応することができる。Also in this embodiment, the base potential of the cells on each line is set to a constant potential in the period T 2 , and then the refresh operation is performed in the periods T 3 and T 4 , so that the afterimage characteristics are favorable and the photoelectric conversion characteristics are good. It is possible to obtain an image pickup device having good linearity. In addition, since no element isolation region is required in the line direction here, it is suitable for miniaturization of cells and can easily cope with high resolution.
[発明の効果] 以上詳細に説明したように本発明による光電変換装置
は、隣接する光電変換セルの半導体領域を各々主電極領
域とした絶縁ゲート型トランジスタを有するために、こ
の絶縁ゲート型トランジスタをON状態とすれば、各セル
の半導体領域の電位を蓄積キャリア量に関係なく容易に
一定電位に設定することができる。このために、残像問
題が解消され、また光電変換特性の線形性が改善され
る。[Effects of the Invention] As described in detail above, the photoelectric conversion device according to the present invention has an insulated gate transistor in which semiconductor regions of adjacent photoelectric conversion cells are used as main electrode regions. In the ON state, the potential of the semiconductor region of each cell can be easily set to a constant potential regardless of the amount of accumulated carriers. Therefore, the afterimage problem is solved and the linearity of the photoelectric conversion characteristic is improved.
さらに、絶縁ゲート型トランジスタをOFF状態とすれ
ば、上記光電変換セルを各々電気的に分離することがで
き、従来のような素子分離領域を形成する必要がなく、
製造プロセスが簡略化され、また素子の微細化にも適し
たものとなる。Furthermore, if the insulated gate transistor is turned off, the photoelectric conversion cells can be electrically isolated from each other, and it is not necessary to form an element isolation region as in the conventional case.
The manufacturing process is simplified, and the device is suitable for miniaturization.
第1図は、本発明による光電変換装置の一実施例の概略
的断面図、 第2図は、本実施例の部分的な等価回路図、 第3図(A)〜(C)は、各々本実施例の駆動例を示す
タイミングチャート、 第4図は、本発明の第2実施例の概略的回路図、 第5図は、本実施例の駆動例を示す部分的なタイミング
チャート、 第6図(A)は、特開昭60−12759号公報〜特開昭60−1
2765号公報に記載されている光電変換装置の概略的断面
図、第6図(B)は、その1個の光電変換セルの等価回
路図である。 1……n型基板 3……n-エピタキシャル層(コレクタ領域) 4……pベース領域 5……n+エミッタ領域 6……酸化膜 7……キャパシタ電極 8……エミッタ電極 12……コレクタ電極 101……電極FIG. 1 is a schematic sectional view of an embodiment of a photoelectric conversion device according to the present invention, FIG. 2 is a partial equivalent circuit diagram of this embodiment, and FIGS. 3 (A) to (C) are respectively Timing chart showing a driving example of the present embodiment, FIG. 4 is a schematic circuit diagram of a second embodiment of the present invention, FIG. 5 is a partial timing chart showing a driving example of the present embodiment, and FIG. FIG. 1A is a diagram of JP-A-60-12759 to JP-A-60-1.
A schematic cross-sectional view of the photoelectric conversion device described in Japanese Patent No. 2765, FIG. 6 (B), is an equivalent circuit diagram of the one photoelectric conversion cell. 1 ... n type substrate 3 ... n - epitaxial layer (collector region) 4 ... p base region 5 ... n + emitter region 6 ... oxide film 7 ... capacitor electrode 8 ... emitter electrode 12 ... collector electrode 101 ... Electrode
Claims (1)
半導体領域を有する光電変換セルが複数個配列され、か
つ、隣接する光電変換セルの前記半導体領域を各々主電
極領域として絶縁ゲート型トランジスタが構成されてお
り、該絶縁ゲート型トランジスタのゲートに第1の電位
を印加することにより該絶縁ゲート型トランジスタをオ
ンさせて前記複数の光電変換セルの半導体領域の信号を
リセットし、前記絶縁ゲート型トランジスタのゲートに
第2の電位を印加することにより該絶縁ゲート型トラン
ジスタをオフさせて前記複数の光電変換セルの半導体領
域を分離するように制御することを特徴とする光電変換
装置。1. A plurality of photoelectric conversion cells having a semiconductor region for accumulating carriers generated by photoexcitation are arranged, and an insulated gate transistor is formed by using the semiconductor regions of adjacent photoelectric conversion cells as main electrode regions. By applying a first potential to the gate of the insulated gate transistor, the insulated gate transistor is turned on to reset the signals in the semiconductor regions of the plurality of photoelectric conversion cells. A photoelectric conversion device, wherein the insulated gate transistor is turned off by applying a second potential to the gate to control so as to separate the semiconductor regions of the plurality of photoelectric conversion cells.
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Applications Claiming Priority (1)
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JPH084131B2 true JPH084131B2 (en) | 1996-01-17 |
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JP62017150A Expired - Fee Related JPH084131B2 (en) | 1987-01-29 | 1987-01-29 | Photoelectric conversion device |
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1987
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