JPH084136B2 - 電荷転送装置 - Google Patents

電荷転送装置

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JPH084136B2
JPH084136B2 JP62326178A JP32617887A JPH084136B2 JP H084136 B2 JPH084136 B2 JP H084136B2 JP 62326178 A JP62326178 A JP 62326178A JP 32617887 A JP32617887 A JP 32617887A JP H084136 B2 JPH084136 B2 JP H084136B2
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sensitivity
charge transfer
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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10D44/00Charge transfer devices
    • H10D44/40Charge-coupled devices [CCD]
    • H10D44/45Charge-coupled devices [CCD] having field effect produced by insulated gate electrodes 
    • H10D44/454Output structures

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電荷転送装置に関し、とくにその出力回路に
関する。
〔従来の技術〕
電荷転送装置の出力は、電荷電圧変換を行なう出力回
路を介して取り出される。第4図(a),(b)はそれ
ぞれ従来の出力回路の平面図及びD−D′線断面図であ
る。また第4図(c),(d),(e)は出力回路の動
作を説明するためのポテンシャル図である。ここで説明
を簡単にするために、装置は表面チャネル型電荷結合装
置、基板はP型半導体、転送されるキャリアは電子とし
ている。図において、1はP型半導体基板、2は絶縁
膜、3は転送チャネル、4〜7はポリシリコン等の金属
で作られた転送電極、8は出力ゲート電極、401,402は
N型領域、403はリセットゲート電極、401,402はそれぞ
れソース領域及びドレイン領域であり、401,402,403でM
OSトランジスタTr1が構成される。通常、出力は拡散層
からなるソース領域(浮遊拡散層)401と出力段トラン
ジスタTr2、抵抗Rにより電荷電圧変換およびインピー
ダンス変換されて端子VOUTから取り出される。9,10は電
荷の転送方向を決める拡散層である。
次に、従来の出力回路の動作を第4図(c),
(d),(e)を用いて説明する。クロックパルスφ1,
φを変化させることにより、転送電極下のポテンシャ
ルを変化させ、信号電荷を図中右方向に転送する。それ
とともに、リセットパルスφを「高」(活性)レベル
にし、MOSトランジスタTr1をオンする。これにより、浮
遊拡散層401の電位がMOSトランジスタTr1のドレイン電
圧VRDと同電位にリセットされる(第4図(c))。次
に信号検出のためにリセットパルスφを「低」レベル
にして、MOSトランジスタTr1をオフしてゲート電極403
下にポテンシャル障壁を形成する(第4図(c))。そ
の後、クロックパルスφを「低」レベルにし、転送電
極7下に蓄積されていた信号電荷を一定電圧VOGが加え
られている出力ゲート電極8下の転送チャネルを通して
浮遊拡散層401に流入させる(第4図(e))。
ここで、浮遊拡散層401の基板1に対する静電容量、
浮遊拡散層401に接続されている配線容量、ゲート電極
に対する静電容量等により、電荷電圧変換が行なわれ、
MOSトランジスタTr2と抵抗Rによるソースフォロワー回
路によりインピーダンス変換が行なわれ、出力端子VOUT
に出力電圧が得られる。
上述した流入電荷による浮遊拡散層401の電位変化ΔV
SOは、流入電荷量をQとし、浮遊拡散層401の基板1に
対する静電容量、ゲート電極に対する静電容量、ソース
領域301に接続されている配線容量の和をC0とすると となる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、上述した従来の電荷転送装置の出力回
路には、以下のような欠点があった。
すなわち、第4図に示すように、浮遊拡散層401への
流入電荷が第5図に示すようにリセットパルスφ
「低」レベルの時のポテンシャル障壁の高さVSATより大
きくなるような場合には、ゲート電極403下の転送チャ
ネルを通してドレイン領域402に電荷が流出するので、
電位変化VSOはポテンシャル障壁VSATでより大きくなら
ず、障壁VSATで制限されてしまう。この結果、第6図に
示すように、静電容量C0を小さくして出力回路の感度を
高くしようとすると、ダイナミックレンジが小さくな
り、逆に静電容量C0を大きくしてダイナミックレンジを
大きくしようとすると感度が低くなるという欠点があ
る。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の電荷転送装置は、電荷転送チャネルと、前記
電荷転送チャネル上に設けられた複数の転送電極と、前
記電荷転送チャネルの端部に接続された第1の電圧変換
用の容量と、前記第1の電圧変換用の容量の隣接して設
けられた第2の電圧変換用の容量と、前記第1の電圧変
換用の容量と前記第2の電圧変換用の容量との間に設け
られ制御端子に選択信号が供給されるスイッチ手段とを
有し、前記選択信号に応じて前記電荷転送チャネルから
転送される電荷を蓄積する容量として前記第1の電圧変
換用の容量と前記第2の電圧変換用の容量を用いるか又
は前記第1の電圧変換用の容量のみを用いるかを選択し
ている。
〔実施例〕
次に本発明について図面を参照して説明する。
第1図は本発明の一実施例であり同図(a),(b)
はそれぞれ、出力回路の平面図及びA−A′線断面図、
(c),(d)はA−A′線下のポテンシャル図であ
る。図中1はP型半導体基板、2は絶縁膜、3は転送チ
ャネル、4〜7はポリシリコン等の金属で作られた転送
電極、8は出力ゲート電極、101〜104はN型領域、105
はリセットゲート電極、106,107は感度切り替え用ゲー
ト電極である。感度切り替え用ゲート電極106および107
には後述するスイッチング制御信号SEL1,SEL2が適宜印
加される。また、浮遊拡散層102にトランジスタTr2のゲ
ートが接続され、出力電圧はトランジスタTr2をソース
フォロアとし、そのソース端と抵抗Rとの接続点に結合
された出力端子VOUTから取り出される。
次に、第1図(b)〜(d)を参照して動作を説明す
る。リセット時はリセットパルスφが印加されるとと
もにスイッチング信号SEL1およびSEL2が印加されφ
ゲート信号とする第1のMOSトランジスタ、SEL1およびS
EL2を夫々ゲート信号とする第2および第3のMOSトラン
ジスタがすべてオンして浮遊拡散層がリセット状態とな
る。
動作状態において、高感度を得ようとする場合には、
第1図(c)に示すように感度切り替え用のスイッチン
グ信号SEL1を「低」レベルにし、浮遊拡散層102に転送
電極4〜7および出力電極8を介して転送されてきた信
号電荷を蓄積する。この時信号SEL2を「高」レベルにし
て第3のMOSトランジスタをオンして浮遊拡散層103の電
位をVRDと同電位に設定することにより、浮遊拡散層103
に暗電流等による電荷が蓄積され、浮遊拡散層102に電
荷があふれたり、あるいはあふれた電荷が低感度に切り
替えた場合に信号電荷に混入したりするのを防いでい
る。高感度時の浮遊拡散層102の信号電荷Qによる電位
変化ΔVSIHは、 となる。ここでC102は浮遊拡散層102の基板1に対する
静電容量隣接するゲートに対する静電容量、浮遊拡散層
102に接続されている配線容量の和である。
さらに、低感度の場合は、第1図(d)のように感度
切り替え信号SEL1を「高」レベルにして第2のMOSトラ
ンジスタをオンして浮遊拡散層102と103を導通させる。
この時感度切り替え信号SEL2を「低」レベルとする。導
入電荷量Qによる浮遊拡散層102,103の電位変化ΔVSIL
となる。ここでC102は前述と同じで、C103は浮遊拡散層
103の基板1に対する静電容量、隣接するゲートに対す
る静電容量の和である。
以上のように、感度切り替え信号SEL1,SEL2によって
電荷電圧変換を行なう浮遊拡散層の実質的な容量を変化
させることにより、流入電荷量が少ない場合でも感度を
高く、流入電荷量が多い場合には感度を低くしてダイナ
ミックレンジを大きくとることができる。
第2図は本発明の第2の実施例であり、同図の(a)
(b)はそれぞれ出力装置の平面図及びB−B断面図、
(c),(d),(e)はB−B′下のポテンシャル図
である。図中、第1図の同じ部分は番号が付されてい
る。201〜205はN型領域、206はリセットゲート電極、2
07〜209は感度切り替え用ゲート電極である。本実施例
では、第2の浮遊拡散層203が第1のゲート電極207を介
して第1の浮遊拡散層202に接続されており、さらに第
3の浮遊拡散層204が第2のゲート電極208を介して第2
の浮遊拡散層202に接線されている。なお、第3の浮遊
拡散層204は第3のゲート電極209を介して電源VRDに接
続されている。
高感度時は信号SEL1を「低」レベルにし、浮遊拡散層
202に信号電荷を蓄積する。この場合信号SEL2,SEL3は
「高」レベルとし、浮遊拡散層203及び204の電位をVRD
に設定する。
中感度時は、信号SEL2を「低」レベルとし、信号SEL1
を「高」レベルとし浮遊拡散層202及び203に信号電荷を
蓄積する。この時信号SEL3を「高」レベルとし浮遊拡散
層204の電位をVRDに設定する。
低感度時は、信号SEL1,SEL2を「高」レベルとし、信
号SEL3を「低」レベルとして浮遊拡散層202,203及び204
に信号電荷を蓄積する。
以下の様に第2の実施例では、第1,第2,第3の浮遊拡
散層をゲート電極を介して直列につなぎ、ゲート電極の
電位を変えることにより感度を3通りに変えることがで
きる。
第3図は本発明の第3の実施例であり、同図(a),
(b)はそれぞれ出力装置の平面図及びC−C′線断面
図、(c),(d),(e)は、C−C′線下のポテン
シャル図である。図中、第1図と同じ部分には同じ番号
が付されている。301〜306はN型拡散層、307はリセッ
トゲート電極、308〜311は感度切り替え用ゲート電極で
ある。
本実施例では、第2の浮遊拡散層303、第3の浮遊拡
散層305がそれぞれ第1のゲート電極308,第2のゲート
電極310を介して第1の浮遊拡散層に接続されている。
高感度時は、信号SEL1,SEL3を「低」レベルにし、浮
遊拡散層302に信号電荷を蓄積する。この時信号SEL2,SE
L4を「高」レベルにし、浮遊拡散層303,305をVRDと同電
位に設定する(第3図(c))。
中感度時は、信号SEL2,SEL3を「低」レベルに、信号S
EL1を「高」レベルにし、浮遊拡散層302及び303に信号
電荷を蓄積する(第3図(d))。あるいは、信号SEL
1,SEL4を「低」レベルに、信号SEL3を「高」レベルにし
浮遊拡散層302及び305に信号電荷を蓄積する。これらの
場合、浮遊拡散層305と浮遊拡散層303の容量が同じであ
れば、同じ感度にない、容量が違えば感度はさらに異な
らしめることができる。
低感度時は、信号SEL2,SEL4を「低」レベルに、信号S
EL1,SEL3を「高」レベルにし、浮遊拡散層302,303及び3
05に信号電荷を蓄積する。
以上の様に本実施例では第2、第3の浮遊拡散層がそ
れぞれ第1、第2のゲート電極を介して第1の浮遊拡散
層に接続されており、ゲート電極の電位を変えることに
より感度を3通りないし4通りに切り替えることができ
る。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明は、出力回路の電荷電圧
交換部の浮遊拡散層の容量を可変にすることにより、流
入電荷量が少ない場合には感度を高くし、逆に流入電荷
量が多く高感度を必要としない場合には感度を低くして
ダイナミックレンジを大きくとることができる。
なお、以上の説明は表面チャネル型電荷転送装置につ
いて行なったが、装置の一部あるいは、すべての部分が
埋込みチャネルであるような電荷転送装置に適応しうる
ことは言うまでもない。また半導体基板もP型に必ず、
導電型の極性を逆にし、電位の正負を逆にすればN型半
導体基板にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a),(b)は本発明の一実施例に用いられる
出力回路の平面図及びA−A′線断面図、第1図
(c),(d)は第1図(a),(b)に示される出力
回路の高感度時及び低感度時に浮遊拡散層に蓄積された
電荷のポテンシャル図、第2図(a),(b)は本発明
の第2の実施例に用いられる出力回路の平面図及びB−
B′線断面図、第2図(c),(d),(e)は第2図
(a),(b)に示される出力回路の高感度時,中感度
時及び低感度時に浮遊拡散層に蓄積された電荷のポテン
シャル図、第3図(a),(b)は本発明の第3の実施
例の出力回路の平面図及びC−C′線断面図、第3図
(c),(d),(e)は第3図(a),(b)に示さ
れる出力回路の高感度時、中感度時および低感度時に浮
遊拡散層に蓄積された電荷を示すポテンシャル図、第4
図(a),(b)は従来の出力回路の平面図及びD−
D′線断面図、第4図(c),(d),(e)は第4図
(a),(b)に示される出力回路の動作を示すポテン
シャル図、第5図は出力回路の浮遊拡散層の電位変化が
飽和することを示す図、第6図は出力回路の浮遊拡散層
の容量が小さい場合と大きい場合の電位変化と流入電荷
量の関係を示す特性図である。 1……P型半導体基板、2……絶縁膜、3……転送チャ
ネル、4〜7……転送電極、8……出力ゲート電極、9,
10……拡散層、101〜104,201〜205,301〜306,401,402…
…N型拡散層、105,206,307,403……リセットゲート電
極、106,107,207〜209,307〜311……感度切り替え用ゲ
ート電極。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電荷転送チャネルと、前記電荷転送チャネ
    ル上に設けられた複数の転送電極と、前記電荷転送チャ
    ネルの端部に接続された第1の電圧変換用の容量と、前
    記第1の電圧変換用の容量の隣接して設けられた第2の
    電圧変換用の容量と、前記第1の電圧変換用の容量と前
    記第2の電圧変換用の容量との間に設けられ制御端子に
    選択信号が供給されるスイッチ手段とを有し、前記選択
    信号に応じて前記電荷転送チャネルから転送される電荷
    を蓄積する容量として前記第1の電圧変換用の容量と前
    記第2の電圧変換用の容量を両方を用いるか又は前記第
    1の電圧変換用の容量のみを用いるかを選択することを
    特徴とする電荷転送装置。
JP62326178A 1987-12-22 1987-12-22 電荷転送装置 Expired - Lifetime JPH084136B2 (ja)

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