JPS59108464A - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
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- JPS59108464A JPS59108464A JP57217760A JP21776082A JPS59108464A JP S59108464 A JPS59108464 A JP S59108464A JP 57217760 A JP57217760 A JP 57217760A JP 21776082 A JP21776082 A JP 21776082A JP S59108464 A JPS59108464 A JP S59108464A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N5/00—Details of television systems
- H04N5/30—Transforming light or analogous information into electric information
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14679—Junction field effect transistor [JFET] imagers; static induction transistor [SIT] imagers
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は固体撮像装置に関するものである。
従来固体撮像装置としてはCOD等の電荷転送素子を用
いるものや、MOSトランジスタを用いるものなどが広
く用いられている。しかし、これらの固体撮像装置は電
荷転送時に電荷の洩れがあること、光検出感度が低いこ
と、集積度が上がらないことなどの問題がある。このよ
うな問題を一挙に、解決するものとして、静電誘導トラ
ンジスタ(5tatic Induction Tra
nsistorの頭文字をとってSETと呼ばれている
)を用いたものが新たに提案されている。例えば特開昭
55−15229号公報には、マトリックス状に配列し
たSITのソースを行導線に接続し、ドレインを列導線
に接続し、ゲートをクリア導線に接続した固体撮像装置
が示されている0また、このような固体撮像装置をざら
に発展させたものとして、ゲートにコンデンサを接続し
たものが考えられている。第1図AおよびBはこのよう
なSITの構造を示す断面図および平面図である。
いるものや、MOSトランジスタを用いるものなどが広
く用いられている。しかし、これらの固体撮像装置は電
荷転送時に電荷の洩れがあること、光検出感度が低いこ
と、集積度が上がらないことなどの問題がある。このよ
うな問題を一挙に、解決するものとして、静電誘導トラ
ンジスタ(5tatic Induction Tra
nsistorの頭文字をとってSETと呼ばれている
)を用いたものが新たに提案されている。例えば特開昭
55−15229号公報には、マトリックス状に配列し
たSITのソースを行導線に接続し、ドレインを列導線
に接続し、ゲートをクリア導線に接続した固体撮像装置
が示されている0また、このような固体撮像装置をざら
に発展させたものとして、ゲートにコンデンサを接続し
たものが考えられている。第1図AおよびBはこのよう
なSITの構造を示す断面図および平面図である。
第1図AおよびBに示すように、p型基板1上にSIT
のソースを構成するn+型埋込層2を形成すると共にn
−型エピタキシャル層8を成長ぎせ、このエピタキシャ
ル層8の表面に熱拡散法等によりn+ドレイン領域4お
よびp+アゲート域5を形成する。ドレイン領域4の拡
散深さは、これとソース領域2との間に形成するチャン
ネル領域の開閉を確実に行なうために、ゲート領域5の
拡散深さよりも浅くする。ドレイン領域4にはドレイン
電極6を接合して設け、ゲート領域5には絶縁層7を介
してゲート電極8を設けることにより、すなわちMIS
構造とすることによりゲートコンデンサを形成する。ま
た、隣接するSETは、それらの間にエピタキシャル層
8を分離するように絶縁層9を設けて相互に電気的に分
離する。
のソースを構成するn+型埋込層2を形成すると共にn
−型エピタキシャル層8を成長ぎせ、このエピタキシャ
ル層8の表面に熱拡散法等によりn+ドレイン領域4お
よびp+アゲート域5を形成する。ドレイン領域4の拡
散深さは、これとソース領域2との間に形成するチャン
ネル領域の開閉を確実に行なうために、ゲート領域5の
拡散深さよりも浅くする。ドレイン領域4にはドレイン
電極6を接合して設け、ゲート領域5には絶縁層7を介
してゲート電極8を設けることにより、すなわちMIS
構造とすることによりゲートコンデンサを形成する。ま
た、隣接するSETは、それらの間にエピタキシャル層
8を分離するように絶縁層9を設けて相互に電気的に分
離する。
このような構成においては、元入力のない定常状態にお
いてゲート領域5をソース領域2に対して逆バイアスに
設定すれば、チャンネル領域は空乏化されるから、ソー
スドレイン間が順方向にバイアスされてもソースドレイ
ン間には電流が流れない。このような状態で、元入力に
よって正孔−電子対が発生すると、電子はソース領域2
またはドレイン領域4に向かい蓄積またははき出され、
正孔はゲート領域5に蓄積されてMIS構造によるゲー
トコンデンサを充電し、ゲート電位をΔvGだけ変化さ
せる。ここで、ゲートコンデンサの容量と、エピタキシ
ャル層8に対する空乏層容量との和をC6、ツC入力に
よって発生され、ゲート領域5に蓄積された電荷量をQ
Lとすると、Δ■G−QL10Gとなる。成る蓄積時間
が経過した後、ゲート電極8にゲート読出しパルスφG
を与えると、ゲート電位はφGにΔ■Gが加わったもの
となり、ゲート領域5とドレイン領域4との間の電位は
低下して空乏層が減少し、ソース−ドレイン間に元入力
に対応したドレイン電流が流れる。このドレイン電流は
SETの増幅作用のためΔ■Gが増幅度倍されたものと
なり、大きなものとなる。また、SITのソースとドレ
インとを入れ替えても同様の動作をするものである。
いてゲート領域5をソース領域2に対して逆バイアスに
設定すれば、チャンネル領域は空乏化されるから、ソー
スドレイン間が順方向にバイアスされてもソースドレイ
ン間には電流が流れない。このような状態で、元入力に
よって正孔−電子対が発生すると、電子はソース領域2
またはドレイン領域4に向かい蓄積またははき出され、
正孔はゲート領域5に蓄積されてMIS構造によるゲー
トコンデンサを充電し、ゲート電位をΔvGだけ変化さ
せる。ここで、ゲートコンデンサの容量と、エピタキシ
ャル層8に対する空乏層容量との和をC6、ツC入力に
よって発生され、ゲート領域5に蓄積された電荷量をQ
Lとすると、Δ■G−QL10Gとなる。成る蓄積時間
が経過した後、ゲート電極8にゲート読出しパルスφG
を与えると、ゲート電位はφGにΔ■Gが加わったもの
となり、ゲート領域5とドレイン領域4との間の電位は
低下して空乏層が減少し、ソース−ドレイン間に元入力
に対応したドレイン電流が流れる。このドレイン電流は
SETの増幅作用のためΔ■Gが増幅度倍されたものと
なり、大きなものとなる。また、SITのソースとドレ
インとを入れ替えても同様の動作をするものである。
第2図には上述したSITをマトリックス状に配列して
構成した固体撮像装置の回路構成を示すものであり、第
2図Bは同じくその動作を説明するための信号波形図で
ある。各SIT 1(1−1、10−2・・・は上述し
たように7−マリオフ形のnチャンネルSITで、光入
力に対する出力ビデオ信号をXYアドレス方式で読み出
すようにしている。各画素を構成するSITのソースは
行毎に共通のソース線11−1.11−2・・−に接続
して選択的にバイアス電圧■sを印加し−X方向に配列
された一行のSI’!’群のゲートは、行ライン12−
1.12−2・・・を介して垂直選択シフトレジスタ1
3に接続する。また、Y方向に配列された一列のSIT
群のドレインは列ライン14−1.14−2・・・に接
続し、これらの列ラインはそれぞれ水平選択シフトレジ
スタ15によって選択駆動される水平選択トランジスタ
16−1.16−2−O・を介してビデオライン17に
共通に接続する。このビデオライン17には負荷抵抗]
8を経て電圧V。を印加する。
構成した固体撮像装置の回路構成を示すものであり、第
2図Bは同じくその動作を説明するための信号波形図で
ある。各SIT 1(1−1、10−2・・・は上述し
たように7−マリオフ形のnチャンネルSITで、光入
力に対する出力ビデオ信号をXYアドレス方式で読み出
すようにしている。各画素を構成するSITのソースは
行毎に共通のソース線11−1.11−2・・−に接続
して選択的にバイアス電圧■sを印加し−X方向に配列
された一行のSI’!’群のゲートは、行ライン12−
1.12−2・・・を介して垂直選択シフトレジスタ1
3に接続する。また、Y方向に配列された一列のSIT
群のドレインは列ライン14−1.14−2・・・に接
続し、これらの列ラインはそれぞれ水平選択シフトレジ
スタ15によって選択駆動される水平選択トランジスタ
16−1.16−2−O・を介してビデオライン17に
共通に接続する。このビデオライン17には負荷抵抗]
8を経て電圧V。を印加する。
今、ソースl1lJII−1,11−2・・・へのバイ
アス電圧vsを適切に、例えば零ボルトに設定して。
アス電圧vsを適切に、例えば零ボルトに設定して。
1つのSIT画素の出力が読出される場合について考え
てみる。例えば、垂直選択シフトレジスタ18から行ラ
イン】2−1に行選択パルスφG□を供給している期間
に、水平選択シフトレジスタ15から水平選択トランジ
スタ16−1に読出しパルスφDユを印加すると、SI
T 1 (1−1が選択され、このSIT ] O−1
には負荷抵抗18、ビデオライン17、水平選択トラン
ジスタ16−1および列ライン14−1を経てドレイン
電流が流れ、出力端子19に出力電圧■。utが発生す
る。上述したようにこのドレイン電流はゲート電圧の関
数であり、このゲート電圧は光入力の関数となるから、
暗時の出力電圧からの増加分Δvoutは光入力に対応
した電圧となる。しかも、この電圧Δ■outはSIT
の増幅作用によりΔvoが増幅度倍された大きなものと
なる。次に、水平選択シフトレジスタ15から水平選択
トランジスタ16−2に読出しパルスφD2を与えてS
IT 10−2の読出しを行ない、−性分の読出しが終
了したら、垂直選択シフトレジスタ】8から次の行に行
選択パルスφG2を与えて、その行のSITを順次に読
出す。
てみる。例えば、垂直選択シフトレジスタ18から行ラ
イン】2−1に行選択パルスφG□を供給している期間
に、水平選択シフトレジスタ15から水平選択トランジ
スタ16−1に読出しパルスφDユを印加すると、SI
T 1 (1−1が選択され、このSIT ] O−1
には負荷抵抗18、ビデオライン17、水平選択トラン
ジスタ16−1および列ライン14−1を経てドレイン
電流が流れ、出力端子19に出力電圧■。utが発生す
る。上述したようにこのドレイン電流はゲート電圧の関
数であり、このゲート電圧は光入力の関数となるから、
暗時の出力電圧からの増加分Δvoutは光入力に対応
した電圧となる。しかも、この電圧Δ■outはSIT
の増幅作用によりΔvoが増幅度倍された大きなものと
なる。次に、水平選択シフトレジスタ15から水平選択
トランジスタ16−2に読出しパルスφD2を与えてS
IT 10−2の読出しを行ない、−性分の読出しが終
了したら、垂直選択シフトレジスタ】8から次の行に行
選択パルスφG2を与えて、その行のSITを順次に読
出す。
かかる固体撮像装置において、ゲー)m位をり゛セット
する方法としては、■SITのゲート−ソース間のP−
N接合が順方向にバイアスされるようにソース線毎にバ
イアス電圧vsとして立下りパルスを印加する方法、■
ゲート電極に印加する行選択パルスの振幅および幅を適
度に大きく設定して信号読出し時に同時にゲートリセッ
トする方法、の2つの方法が考えられる。しかし、上記
■の方法は行毎のリセットであるため、−行のなかでも
各SITの信号積分時間が異なってしまう不具合がある
。また、上記■の方法は動作上不安定なリセット方式の
ため実用上問題があると共に、この場合にも■の場合と
同様の不具合がある。
する方法としては、■SITのゲート−ソース間のP−
N接合が順方向にバイアスされるようにソース線毎にバ
イアス電圧vsとして立下りパルスを印加する方法、■
ゲート電極に印加する行選択パルスの振幅および幅を適
度に大きく設定して信号読出し時に同時にゲートリセッ
トする方法、の2つの方法が考えられる。しかし、上記
■の方法は行毎のリセットであるため、−行のなかでも
各SITの信号積分時間が異なってしまう不具合がある
。また、上記■の方法は動作上不安定なリセット方式の
ため実用上問題があると共に、この場合にも■の場合と
同様の不具合がある。
本発明の目的は上述した不具合を解決し、全ての画素セ
ルの信号積分時間が同一となるように画素単位でリセッ
トし得るよう適切に構成した固体撮像装置を提供しよう
とするものである。
ルの信号積分時間が同一となるように画素単位でリセッ
トし得るよう適切に構成した固体撮像装置を提供しよう
とするものである。
本発明の固体撮像装置は、光電変換領域として機能する
ゲート領域を有し、このゲート領域に蓄積きれたツC亀
荷に応じた画素情報を選択的に読出ス機能を有する第1
のトランジスタと、この第1のトランジスタの前記ゲー
ト領域に電気的に接続だれた領域を有し、前記ゲート領
域に蓄積された光電荷を選択的に所定の状態にリセット
する第2のトランジスタとから成る画素セルを具えるこ
とを特徴とするものである。
ゲート領域を有し、このゲート領域に蓄積きれたツC亀
荷に応じた画素情報を選択的に読出ス機能を有する第1
のトランジスタと、この第1のトランジスタの前記ゲー
ト領域に電気的に接続だれた領域を有し、前記ゲート領
域に蓄積された光電荷を選択的に所定の状態にリセット
する第2のトランジスタとから成る画素セルを具えるこ
とを特徴とするものである。
以下図面を参照して本発明の詳細な説明する。
第8図は本発明の固体撮像装置の画素セルの一例の構成
を示す断面図である。本例では画素セル20を構成する
感光用および読出し用の第1のトランジスタ21とリセ
ット用の第2のトランジスタ22とをそれぞれSET構
造として同一基板に形成する。すなわち、p型基板28
上に感光用−読出し用SIT 21のソース領域および
リセット用SIT 22の第1のゲート領域をそれぞれ
構成するn+埋込層24および25を分離して形成する
と共に1これら基板28および埋込層24,25上にS
IT 21のチャンネル領域を形成するn−エピタキシ
ャル層26.5IT22のチャンネル領域を形成するp
−またはPウェル27をそれぞれ形成する。n−エピタ
キシャル層26の表面にはn+ドレイン領域28を形成
すると共に、このドレイン領域28を囲むように、かっ
Pウェル27の表面に亘ってp+拡散層を設け、これに
よりSIT 21のゲート領域29およびSIT 22
のソース領域8゜を電気的に接続して形成する。また、
Pウェル27、の表面にはSIT 22の第2のゲート
領域を構成するn+アゲート域81を形成すると共に、
p ドレイン領#2a2を形成する。SIT 21のド
レイン領域28にはドレイン電極88を接合して設ける
と共に、3IT 22のドレイン領域82にはドレイン
電極84を接合して設ける。なお、SIT 22のドレ
イン電極84はSIT 21の感光領域を除くすべての
領域への入射光を遮光する例えばnより成る光遮蔽用金
属膜をもって構成することができる。
を示す断面図である。本例では画素セル20を構成する
感光用および読出し用の第1のトランジスタ21とリセ
ット用の第2のトランジスタ22とをそれぞれSET構
造として同一基板に形成する。すなわち、p型基板28
上に感光用−読出し用SIT 21のソース領域および
リセット用SIT 22の第1のゲート領域をそれぞれ
構成するn+埋込層24および25を分離して形成する
と共に1これら基板28および埋込層24,25上にS
IT 21のチャンネル領域を形成するn−エピタキシ
ャル層26.5IT22のチャンネル領域を形成するp
−またはPウェル27をそれぞれ形成する。n−エピタ
キシャル層26の表面にはn+ドレイン領域28を形成
すると共に、このドレイン領域28を囲むように、かっ
Pウェル27の表面に亘ってp+拡散層を設け、これに
よりSIT 21のゲート領域29およびSIT 22
のソース領域8゜を電気的に接続して形成する。また、
Pウェル27、の表面にはSIT 22の第2のゲート
領域を構成するn+アゲート域81を形成すると共に、
p ドレイン領#2a2を形成する。SIT 21のド
レイン領域28にはドレイン電極88を接合して設ける
と共に、3IT 22のドレイン領域82にはドレイン
電極84を接合して設ける。なお、SIT 22のドレ
イン電極84はSIT 21の感光領域を除くすべての
領域への入射光を遮光する例えばnより成る光遮蔽用金
属膜をもって構成することができる。
SIT 21のゲート領域29には絶縁膜85を介して
ゲート電極36を設けると共に、このゲート電極36を
SIT 22の第2のゲート領域81に接合する。すな
わち、SIT 21においてはゲート部をMIS構造と
することによりゲートコンデンサを形成し、またSIT
2 Bにおいては第1.第2のゲート領域25.81
によりそのオン・オフを制御するようにする。なお、そ
の池のn−エピタキシャル層26およびPウェル27の
表面は絶縁膜85で被覆する。
ゲート電極36を設けると共に、このゲート電極36を
SIT 22の第2のゲート領域81に接合する。すな
わち、SIT 21においてはゲート部をMIS構造と
することによりゲートコンデンサを形成し、またSIT
2 Bにおいては第1.第2のゲート領域25.81
によりそのオン・オフを制御するようにする。なお、そ
の池のn−エピタキシャル層26およびPウェル27の
表面は絶縁膜85で被覆する。
本発明の一実施例においては第8図に示す画素セルラ同
一基板に多数個、例えばマトリックス状に形成したもの
を用いる。この場合、隣接する画素セルはこれら間に絶
縁層を形成して分離したり、あるいは分離ゲート領域を
形成し、これに適当なバイアスを印加することにより空
乏層を形成して分離することもできる〇 第4図は本発明の固体撮像装置の一例の要部の構成を示
す回路図である。本例では、第8図に示した画素セルを
同一基板に多数個マトリックス状に形成したものを用い
る。各画素セル20−1゜20−2. ・・・の感光
用・読出し用SIT 21−1 。
一基板に多数個、例えばマトリックス状に形成したもの
を用いる。この場合、隣接する画素セルはこれら間に絶
縁層を形成して分離したり、あるいは分離ゲート領域を
形成し、これに適当なバイアスを印加することにより空
乏層を形成して分離することもできる〇 第4図は本発明の固体撮像装置の一例の要部の構成を示
す回路図である。本例では、第8図に示した画素セルを
同一基板に多数個マトリックス状に形成したものを用い
る。各画素セル20−1゜20−2. ・・・の感光
用・読出し用SIT 21−1 。
21−2. ・・・のソースはソース線41に接続し
てソース電圧■sを印加し、X方向に配列された一行の
セル群のSIT 21−1 、21−2 、 ・・・
のゲートおよびリセット用5IT22−1,22−2゜
・・・の第2のゲートは垂直選択線42−1.42−2
.・・・を介して垂直選択シフトレジスタ48に接続す
る。また、Y方向に配列された1列のセル群のSIT
21−1 、21−2 、 ・・・のドレインは水平
選択@44−1.44−2. ・・・に接続し、これ
らの水平選択線はそれぞれ水平選択シフトレジスタ45
によって選択駆動される水平選択スイッチ46−1 p
46−2p ・・・を経てビデオ線47に共通に接
続する。このビデオ線47には負荷抵抗48を経てソー
スTIE圧殆よりも高い電圧vOを印加し、垂直選択シ
フトレジスタ43.水平選択シフトレジスタ45を第2
図において説明したと同様に制御することにより出力端
子49から時系列的に画素情報を得るようにする。
てソース電圧■sを印加し、X方向に配列された一行の
セル群のSIT 21−1 、21−2 、 ・・・
のゲートおよびリセット用5IT22−1,22−2゜
・・・の第2のゲートは垂直選択線42−1.42−2
.・・・を介して垂直選択シフトレジスタ48に接続す
る。また、Y方向に配列された1列のセル群のSIT
21−1 、21−2 、 ・・・のドレインは水平
選択@44−1.44−2. ・・・に接続し、これ
らの水平選択線はそれぞれ水平選択シフトレジスタ45
によって選択駆動される水平選択スイッチ46−1 p
46−2p ・・・を経てビデオ線47に共通に接
続する。このビデオ線47には負荷抵抗48を経てソー
スTIE圧殆よりも高い電圧vOを印加し、垂直選択シ
フトレジスタ43.水平選択シフトレジスタ45を第2
図において説明したと同様に制御することにより出力端
子49から時系列的に画素情報を得るようにする。
一方、Y方向に配列された一列のセル群の5IT22−
1,22−2* ・・・の第1のゲートは水平リセッ
ト選択線50−1.50−2. ・・・を介して水平
リセットシフトレジスタ51に接続し、この水平リセッ
トシフトレジスタ51と垂直選択シフトレジスタ48と
により5IT2Ll−1,22−2、・・・を順次選択
するようにする。また、これらSIT 22−1 、
22−2 、 ・・・のドレインには、例えばドレイ
ン電極として作用するSIT 21−1921−2.
・・・の感光領域を除くすべての領域への入射光を遮
光する光遮蔽用金属膜を介してソース電圧vsに対して
適当な逆バイアスのリセット電圧■R□を印加する。
1,22−2* ・・・の第1のゲートは水平リセッ
ト選択線50−1.50−2. ・・・を介して水平
リセットシフトレジスタ51に接続し、この水平リセッ
トシフトレジスタ51と垂直選択シフトレジスタ48と
により5IT2Ll−1,22−2、・・・を順次選択
するようにする。また、これらSIT 22−1 、
22−2 、 ・・・のドレインには、例えばドレイ
ン電極として作用するSIT 21−1921−2.
・・・の感光領域を除くすべての領域への入射光を遮
光する光遮蔽用金属膜を介してソース電圧vsに対して
適当な逆バイアスのリセット電圧■R□を印加する。
以下第4図の動作を第5図に示す信号波形図を参照して
説明する。
説明する。
本例においては、各画素セルの感ツC用・読出し用SI
Tおよびリセット用SETが共に非選択状態にあるとき
、感yC用・読出し用SETに蓄積された信号電荷の一
部がリセット用SETのチャンネル領域を通ってリセッ
ト電圧VR□に流れ込むように、リセット用SITの2
つのゲートの電位、すなわち非選択時における垂直選択
線42−1.42−2゜・・・の電位VD(OFF )
および水平リセット選択線50−1.50−2.−−−
のi1位vR2を適切に設定する。すなわち、非選択時
におけるリセット用SITのゲート電位を、感光用・読
出し用SITがオン状態になるゲート電位よりも低く設
定する。なお、非選択時における垂直選択線42−1.
42−2.・・・の電位VD(OFF)はソース電圧殆
に対して逆バイアスとする。このようにすれば、感yC
用・読出し用SITおよびリセット用SITが共に(1
1) 非選択状態にある画素セルが、強い入射光のためにQL
が非常に大きくなってΔVGが高くなり、始めに設定し
た逆バイアス値VD(OFF )に対し、VD(OFF
) + Δ■G(ΔVG> 0 ) カ設定7−スm圧
vsに対するピンチオフ電圧を上まわるようになっても
、このピンチオフm圧を越える電荷は非選択下のリセッ
ト用SITを通してリセツ)[圧v8□に流出するから
、この画素セルが不所望に導通することはない。したが
って画素間の信号干渉を有効に防止することができる。
Tおよびリセット用SETが共に非選択状態にあるとき
、感yC用・読出し用SETに蓄積された信号電荷の一
部がリセット用SETのチャンネル領域を通ってリセッ
ト電圧VR□に流れ込むように、リセット用SITの2
つのゲートの電位、すなわち非選択時における垂直選択
線42−1.42−2゜・・・の電位VD(OFF )
および水平リセット選択線50−1.50−2.−−−
のi1位vR2を適切に設定する。すなわち、非選択時
におけるリセット用SITのゲート電位を、感光用・読
出し用SITがオン状態になるゲート電位よりも低く設
定する。なお、非選択時における垂直選択線42−1.
42−2.・・・の電位VD(OFF)はソース電圧殆
に対して逆バイアスとする。このようにすれば、感yC
用・読出し用SITおよびリセット用SITが共に(1
1) 非選択状態にある画素セルが、強い入射光のためにQL
が非常に大きくなってΔVGが高くなり、始めに設定し
た逆バイアス値VD(OFF )に対し、VD(OFF
) + Δ■G(ΔVG> 0 ) カ設定7−スm圧
vsに対するピンチオフ電圧を上まわるようになっても
、このピンチオフm圧を越える電荷は非選択下のリセッ
ト用SITを通してリセツ)[圧v8□に流出するから
、この画素セルが不所望に導通することはない。したが
って画素間の信号干渉を有効に防止することができる。
画素情報の読出しは、上述したように各電位を設定して
例えば垂直選択シフトレジスタ48から垂直選択線42
−1に第5図のcPVlに示すように読出しのOFFレ
ベルVD(OFF )から読出しのONレベ/I/VD
(ON)への立上りの選択パルスを供給している期間に
、水平選択シフトレジスタ45から水平選択スイッチ4
6−1に第5図のψH0に示すように立上りの読出しパ
ルスを与えて画集セル20−1のSIT 21−1を選
択し、これにより、負荷抵抗48、ビデオ線47、水平
選択スイッチ【 12 1 46−1およiJ水平選択1iJ44−1を経テ5IT
21−1に流れるドレイン電流に応じた出力電圧vou
tを画素セル20−1の画素情報として出力端子49か
ら得る。上述したように、このドレイン電流はゲート電
圧の関数であり、このゲート電圧は元入力の関数となる
から、暗時の出力電圧からの増加分Δ■outは光入力
に対応した電圧となる。
例えば垂直選択シフトレジスタ48から垂直選択線42
−1に第5図のcPVlに示すように読出しのOFFレ
ベルVD(OFF )から読出しのONレベ/I/VD
(ON)への立上りの選択パルスを供給している期間に
、水平選択シフトレジスタ45から水平選択スイッチ4
6−1に第5図のψH0に示すように立上りの読出しパ
ルスを与えて画集セル20−1のSIT 21−1を選
択し、これにより、負荷抵抗48、ビデオ線47、水平
選択スイッチ【 12 1 46−1およiJ水平選択1iJ44−1を経テ5IT
21−1に流れるドレイン電流に応じた出力電圧vou
tを画素セル20−1の画素情報として出力端子49か
ら得る。上述したように、このドレイン電流はゲート電
圧の関数であり、このゲート電圧は元入力の関数となる
から、暗時の出力電圧からの増加分Δ■outは光入力
に対応した電圧となる。
しかもこの電圧Δ■outはSIT 21−1の増幅作
用によりΔ奄が増幅度倍された大きなものとなる。
用によりΔ奄が増幅度倍された大きなものとなる。
次に、水平選択シフトレジスタ45から水平選択スイッ
チ46−2に第5図のψH2に示すように同様の立上り
の読出しパルスを与えてSIT 21−2の読出しを行
ない、−野分の読出しが終了したら、垂直選択シフトレ
ジスタ48から次の垂直選択線42−2に第5図のψv
2に示すように同様の選択パルスを与えてその行の感光
用・読出し用SITを順次に読出す。
チ46−2に第5図のψH2に示すように同様の立上り
の読出しパルスを与えてSIT 21−2の読出しを行
ない、−野分の読出しが終了したら、垂直選択シフトレ
ジスタ48から次の垂直選択線42−2に第5図のψv
2に示すように同様の選択パルスを与えてその行の感光
用・読出し用SITを順次に読出す。
画素セルのリセットは、垂直選択シフトレジスタ48か
ら信号読出しの終了した例えば垂直選択線42−1 ニ
、信号読出し時ノVD(OFF)からVD(ON)への
立上りパルスとは逆のVD (OFF )からVF8(
ON)への立下りパルスを印加する。なお、各画素セル
のリセット用SITは、この%(ON)のパルスのみで
はオンにならないようにそのピンチオフ電圧を設電して
おく。この立下りパルス■R8(ON)の印加期間に、
水平リセットシフトレジスタ51から水平リセット選択
線5o−1に第5図のへ、に示すようにVF2からの立
下りパルスを与えて画素セル20−1のリセット用SI
T 22−1を選択し、これによりSET 22−1の
チャンネル電位をピンチオフ電圧以上にしてこれをオン
にしてSIT 21−1のゲート領域29に蓄積された
電荷をSIT 22−1のドレイン領域32を経て流出
させ、ゲート領′M22+Jの電位を所定の初期電圧、
すなわちSIT 21−1のソース電圧■sに対して逆
バイアスとなる電圧にしてSIT 21−1をリセット
する。次に、水平リセットシフトレジスタ51から水平
リセット選択i5o−gに第5図のψR2に示すように
同様の立下りパルスを与えてSI’I’ 22−2を選
択してSIT 21−2をリセット、シ、−性分のリセ
ットが終了したら、垂直選択シフトレジスタ48から次
の垂直選択線42−2にψ■2に示すように同様の立下
りパルスVR8(ON )を与えてその行の感光用・読
出し用SETを順次リセットする。
ら信号読出しの終了した例えば垂直選択線42−1 ニ
、信号読出し時ノVD(OFF)からVD(ON)への
立上りパルスとは逆のVD (OFF )からVF8(
ON)への立下りパルスを印加する。なお、各画素セル
のリセット用SITは、この%(ON)のパルスのみで
はオンにならないようにそのピンチオフ電圧を設電して
おく。この立下りパルス■R8(ON)の印加期間に、
水平リセットシフトレジスタ51から水平リセット選択
線5o−1に第5図のへ、に示すようにVF2からの立
下りパルスを与えて画素セル20−1のリセット用SI
T 22−1を選択し、これによりSET 22−1の
チャンネル電位をピンチオフ電圧以上にしてこれをオン
にしてSIT 21−1のゲート領域29に蓄積された
電荷をSIT 22−1のドレイン領域32を経て流出
させ、ゲート領′M22+Jの電位を所定の初期電圧、
すなわちSIT 21−1のソース電圧■sに対して逆
バイアスとなる電圧にしてSIT 21−1をリセット
する。次に、水平リセットシフトレジスタ51から水平
リセット選択i5o−gに第5図のψR2に示すように
同様の立下りパルスを与えてSI’I’ 22−2を選
択してSIT 21−2をリセット、シ、−性分のリセ
ットが終了したら、垂直選択シフトレジスタ48から次
の垂直選択線42−2にψ■2に示すように同様の立下
りパルスVR8(ON )を与えてその行の感光用・読
出し用SETを順次リセットする。
なお、リセット期間は信号読出し期間の直後に限らず、
任意に設定することができ、これにより電子的なシャッ
タ効果をもたせることができる。
任意に設定することができ、これにより電子的なシャッ
タ効果をもたせることができる。
第6図は本発明の固体撮像装置の池の例の要部の構成を
示す回路図である。本例においては、各画素セルの感光
用・読出し用SITのゲート雷1極と、リセット用SE
Tの第2のゲート電極とを分離し、感光用・読出し用S
ITのゲート電極は行毎に読出し用垂直選択線52−1
.52−2. ・・・を経て読出し用垂直選択シフト
レジスタ58に接続してVD(OFF)からVD(ON
)に立上る読出し選択パルスを選択的に印加し、リセッ
ト用SITの第2のゲート電極は行毎にリセット用垂直
選択線54−154−2. ・・・を経てリセット用
垂直選択シフトレジスタ55に接続してVD(OFF)
からVF6(ON)(15) に立下るリセット選択パルスを選択的に印加する。
示す回路図である。本例においては、各画素セルの感光
用・読出し用SITのゲート雷1極と、リセット用SE
Tの第2のゲート電極とを分離し、感光用・読出し用S
ITのゲート電極は行毎に読出し用垂直選択線52−1
.52−2. ・・・を経て読出し用垂直選択シフト
レジスタ58に接続してVD(OFF)からVD(ON
)に立上る読出し選択パルスを選択的に印加し、リセッ
ト用SITの第2のゲート電極は行毎にリセット用垂直
選択線54−154−2. ・・・を経てリセット用
垂直選択シフトレジスタ55に接続してVD(OFF)
からVF6(ON)(15) に立下るリセット選択パルスを選択的に印加する。
すなわち、第4図においては共通の垂直選択シフトレジ
スタ48および垂直選択m42−1,4fll−2,・
・・により、読出し時およびリセット時において異なる
レベルの選択パルスを印加するようにしたが、本例にお
いては垂直選択線を涜出し用とリセット用とに分離し、
これらをそれぞれ独立のシフトレジスタによって選択す
る。このようにすれは、各シフトレジスタからはオン・
オフの2つのレベルを印加すればよいから、第4図のよ
うに共通のシフトレジスタで読出し時とリセット時とで
異なるレベルの選択パルスを印加する場合に比べて回路
構成を簡単にできる。
スタ48および垂直選択m42−1,4fll−2,・
・・により、読出し時およびリセット時において異なる
レベルの選択パルスを印加するようにしたが、本例にお
いては垂直選択線を涜出し用とリセット用とに分離し、
これらをそれぞれ独立のシフトレジスタによって選択す
る。このようにすれは、各シフトレジスタからはオン・
オフの2つのレベルを印加すればよいから、第4図のよ
うに共通のシフトレジスタで読出し時とリセット時とで
異なるレベルの選択パルスを印加する場合に比べて回路
構成を簡単にできる。
なお、本例ではリセット用垂直選択線54−1゜54−
2. ・・・を選択するためにリセット用垂直選択シ
フトレジスタ55を用いているが、読出し用垂直選択シ
フトレジスタ58を共用し、スイッチの切替えで読出し
用垂直選択@52−1.52−2.・・・およびリセッ
ト用垂直選択線54−1.54−2゜°°°を選択して
異なるレベルの選択パルスを印加するよう回路構成する
ことも可能である。
2. ・・・を選択するためにリセット用垂直選択シ
フトレジスタ55を用いているが、読出し用垂直選択シ
フトレジスタ58を共用し、スイッチの切替えで読出し
用垂直選択@52−1.52−2.・・・およびリセッ
ト用垂直選択線54−1.54−2゜°°°を選択して
異なるレベルの選択パルスを印加するよう回路構成する
ことも可能である。
り16
第7図は本発明の固体撮像装置の更に他の例の要部の構
成を示す回路図である。本例では第4図に示した水平リ
セット選択線を読出し用の水平選択線44−1.44−
2.−−−で共用し、読出しの終了した水平選択線を次
の水平選択線の読出しのタイミングでリセット用に選ん
でリセット電圧■R4を印加する。このため、各水平選
択線には水平選択スイッチ46−1 、46−2 、−
−−の他に水平選択シフトレジスタ45からの次の水平
選択パルスによって導通する水平リセット選択スイッチ
56−1 、56−2、−−一を接続し、この水平リセ
ット選択スイッチを経てリセット電圧vR4を印加する
。なお、読出し用の水平選択スイッチ46−1 、46
−2、−−−が導通ずる電圧と、水平リセット選択スイ
ッチ56−1.56−2.−二が導通する電圧とが異な
る場合には、水平選択シフトレジスタ45の出力によっ
てそれぞれ対応する電圧を発生させて印加するようにす
ればよい。
成を示す回路図である。本例では第4図に示した水平リ
セット選択線を読出し用の水平選択線44−1.44−
2.−−−で共用し、読出しの終了した水平選択線を次
の水平選択線の読出しのタイミングでリセット用に選ん
でリセット電圧■R4を印加する。このため、各水平選
択線には水平選択スイッチ46−1 、46−2 、−
−−の他に水平選択シフトレジスタ45からの次の水平
選択パルスによって導通する水平リセット選択スイッチ
56−1 、56−2、−−一を接続し、この水平リセ
ット選択スイッチを経てリセット電圧vR4を印加する
。なお、読出し用の水平選択スイッチ46−1 、46
−2、−−−が導通ずる電圧と、水平リセット選択スイ
ッチ56−1.56−2.−二が導通する電圧とが異な
る場合には、水平選択シフトレジスタ45の出力によっ
てそれぞれ対応する電圧を発生させて印加するようにす
ればよい。
また、垂直選択線42−1 、42−2、−−一も同様
に読出しの終了した垂直選択線を、次の垂直選・折線の
読出しのタイミングでリセット用にJンT■R8(ON
)のリセット選択電圧を印加し、これにより既に読出し
の終了した垂直選択線に接続された全ての画素セルを水
平選択方向に順次リセットする。このため、例えば各垂
直選択線42−1゜42−2.−−−には読出し用垂直
選択スイッチ57−1.57−2.−−−およびリセッ
ト用垂直選択スイッチ58−1 、58−2、−−−の
2個の選択スイッチを設け、これらスイッチを垂直選択
シフトレジスタ59の出力により導通させて前の垂直選
択線にvR3(ON)のリセット選択電圧を印加すると
同時に、次の垂直選択線にVD(ON)の読出し選択電
圧を印加する。なお、この垂直選択線については、第6
図と同様に読出し用垂面選択線とリセット用垂直選択線
とに分離してそれぞれ独立の垂直選択シフトレジスタで
選択するようにしてもよい。
に読出しの終了した垂直選択線を、次の垂直選・折線の
読出しのタイミングでリセット用にJンT■R8(ON
)のリセット選択電圧を印加し、これにより既に読出し
の終了した垂直選択線に接続された全ての画素セルを水
平選択方向に順次リセットする。このため、例えば各垂
直選択線42−1゜42−2.−−−には読出し用垂直
選択スイッチ57−1.57−2.−−−およびリセッ
ト用垂直選択スイッチ58−1 、58−2、−−−の
2個の選択スイッチを設け、これらスイッチを垂直選択
シフトレジスタ59の出力により導通させて前の垂直選
択線にvR3(ON)のリセット選択電圧を印加すると
同時に、次の垂直選択線にVD(ON)の読出し選択電
圧を印加する。なお、この垂直選択線については、第6
図と同様に読出し用垂面選択線とリセット用垂直選択線
とに分離してそれぞれ独立の垂直選択シフトレジスタで
選択するようにしてもよい。
なお、本発明は上述した例にのみ限定されるものではな
く、幾多の変形または変更が可能である。
く、幾多の変形または変更が可能である。
例えば感光用・読出し用トランジスタおよびリセット用
トランジスタはSITに限らず、電界効果トランジスタ
(FET”)をもって構成することもできるし、一方を
SIT、他方をFETとして構成することもできる。ま
た、リセット用トランジスタはジャンクション型に限ら
ずMOS型とすることもできるし、そのゲート領域を1
つとすることもできる。更に、このリセット用トランジ
スタはゲートとドレインを画素選択端子とすることもで
きる。更にまた、感光用・読出し用トランジスタをpチ
ャンネル型に、リセット用トランジスタをnチャンネル
型に構成することもできる。
トランジスタはSITに限らず、電界効果トランジスタ
(FET”)をもって構成することもできるし、一方を
SIT、他方をFETとして構成することもできる。ま
た、リセット用トランジスタはジャンクション型に限ら
ずMOS型とすることもできるし、そのゲート領域を1
つとすることもできる。更に、このリセット用トランジ
スタはゲートとドレインを画素選択端子とすることもで
きる。更にまた、感光用・読出し用トランジスタをpチ
ャンネル型に、リセット用トランジスタをnチャンネル
型に構成することもできる。
以上述べたように、本発明においては、画素セルを光電
変換領域として機能するゲート領域を有し、このゲート
領域に蓄積された光電荷に応じた画素情報を選択的に読
出す機能を有する感光用・読出し用トランジスタと、こ
のトランジスタのゲート領域に電気的に接続された領域
を有し、該ゲート領域に蓄積された光電荷を選択的に所
定の状態にリセットするリセット用トランジスタとをも
って構成したから、画素単位のリセットができ、したが
って全ての画素セルの信号積分時間を常に119 ) 同一とすることができる。また、画素セルを第3図に示
したように構成して、そのリセット用SITの非選択時
における2つのゲートの電位を適切に設定することによ
り、感光用・読出し用SITの不所望なオン動作を有効
に防止でき、これにより画素間の信号干渉を有効に防止
することができる。更にまた、画素単位でリセットする
ものであるから、そのリセットの時期を任意に設定する
ことができ、これにより電子的なシャッタ機能を持たせ
ることができる。
変換領域として機能するゲート領域を有し、このゲート
領域に蓄積された光電荷に応じた画素情報を選択的に読
出す機能を有する感光用・読出し用トランジスタと、こ
のトランジスタのゲート領域に電気的に接続された領域
を有し、該ゲート領域に蓄積された光電荷を選択的に所
定の状態にリセットするリセット用トランジスタとをも
って構成したから、画素単位のリセットができ、したが
って全ての画素セルの信号積分時間を常に119 ) 同一とすることができる。また、画素セルを第3図に示
したように構成して、そのリセット用SITの非選択時
における2つのゲートの電位を適切に設定することによ
り、感光用・読出し用SITの不所望なオン動作を有効
に防止でき、これにより画素間の信号干渉を有効に防止
することができる。更にまた、画素単位でリセットする
ものであるから、そのリセットの時期を任意に設定する
ことができ、これにより電子的なシャッタ機能を持たせ
ることができる。
第1図AおよびBはSITの構成を示す断面図および平
面図、 第2図AおよびBはSITを用いる固体撮像装置の構成
およびその動作を説明するだめの回路図および信号波形
図、 第3図は本発明の固体撮像装置の画素セルの一例の構成
を示す断面図、 第4図は本発明の固体撮像装置の一例の要部の構成を示
す回路図、 (20) 第5図はその動作を説明するための信号波形図く第6図
は本発明の固体撮像装置の他の例の要部の構成を示す回
路図、 第7図は−同じく更に他の例の要部の構成を示す回路図
である。 20.20−1.20−2・・・画素セル21.21−
1.21−2・・・感光用・読出し用5IT22.22
−1.22−2・・・リセット用5IT23・・・p型
基板 24,25・・・n+埋込層26・・・n
−エピタキシャル層 27・・・pウェル 28・・・n ドレイン
領域29・・・p ゲート領域 80・・・p ソー
ス領域81・・・n ゲート領域 32・・・p ド
レイン領域38.34・・・ドレイン電極 85・・・
絶縁膜36・・・ゲート電極 41・・・ソース線
42−1.42−2・・・垂直選択線 48・・・垂直選択シフトレジスタ 44−1.44−2・・・水平選択線 45・・・水平選択シフトレジスタ 46−1.46−2・・・水平選択スイッチ47・・・
ビデオ線 48・・・負荷抵抗49・・・出力端
子 50−1.50−2・・・水平リセット選択線61・・
・水平リセットシフトレジスタ52−1.52−2・・
・読出し用垂直選択線58・・・読出し用垂直選択シフ
トレジスタ54−1.54−2・・・リセツF用垂直選
択線55・・・リセット用垂直選択シフトレジスタ56
−1.56−2・・・水平リセット選択スイッチ57−
1.57−2・・・読出し用垂直選択スイッチ58−1
.58−2・・・リセット用垂直選択スイッチ59・・
・垂直選択シフトレジスタ 第11c (28) 第2図 〜2 f−−ゴ4− 425
面図、 第2図AおよびBはSITを用いる固体撮像装置の構成
およびその動作を説明するだめの回路図および信号波形
図、 第3図は本発明の固体撮像装置の画素セルの一例の構成
を示す断面図、 第4図は本発明の固体撮像装置の一例の要部の構成を示
す回路図、 (20) 第5図はその動作を説明するための信号波形図く第6図
は本発明の固体撮像装置の他の例の要部の構成を示す回
路図、 第7図は−同じく更に他の例の要部の構成を示す回路図
である。 20.20−1.20−2・・・画素セル21.21−
1.21−2・・・感光用・読出し用5IT22.22
−1.22−2・・・リセット用5IT23・・・p型
基板 24,25・・・n+埋込層26・・・n
−エピタキシャル層 27・・・pウェル 28・・・n ドレイン
領域29・・・p ゲート領域 80・・・p ソー
ス領域81・・・n ゲート領域 32・・・p ド
レイン領域38.34・・・ドレイン電極 85・・・
絶縁膜36・・・ゲート電極 41・・・ソース線
42−1.42−2・・・垂直選択線 48・・・垂直選択シフトレジスタ 44−1.44−2・・・水平選択線 45・・・水平選択シフトレジスタ 46−1.46−2・・・水平選択スイッチ47・・・
ビデオ線 48・・・負荷抵抗49・・・出力端
子 50−1.50−2・・・水平リセット選択線61・・
・水平リセットシフトレジスタ52−1.52−2・・
・読出し用垂直選択線58・・・読出し用垂直選択シフ
トレジスタ54−1.54−2・・・リセツF用垂直選
択線55・・・リセット用垂直選択シフトレジスタ56
−1.56−2・・・水平リセット選択スイッチ57−
1.57−2・・・読出し用垂直選択スイッチ58−1
.58−2・・・リセット用垂直選択スイッチ59・・
・垂直選択シフトレジスタ 第11c (28) 第2図 〜2 f−−ゴ4− 425
Claims (1)
- L 光電変換領域として機能するゲート領域を有し、こ
のゲート領域に蓄積された光電荷に応じた画素情報を選
択的に読出す機能を有する第1のトランジスタと、この
第1のトランジスタの前記ゲート領域に電気的に接続さ
れた領域を有し、前記ゲート領域に蓄積された光電荷を
選択的に所定の状態にリセットする第2のトランジスタ
とから成る画素セルを具えることを特徴とする固体撮像
装置。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57217760A JPS59108464A (ja) | 1982-12-14 | 1982-12-14 | 固体撮像装置 |
US06/555,986 US4587562A (en) | 1982-12-14 | 1983-11-29 | Solid state image pick-up device |
DE3345135A DE3345135C2 (de) | 1982-12-14 | 1983-12-14 | Festkörper-Bildaufnahmewandler |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57217760A JPS59108464A (ja) | 1982-12-14 | 1982-12-14 | 固体撮像装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS59108464A true JPS59108464A (ja) | 1984-06-22 |
JPH0414545B2 JPH0414545B2 (ja) | 1992-03-13 |
Family
ID=16709306
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP57217760A Granted JPS59108464A (ja) | 1982-12-14 | 1982-12-14 | 固体撮像装置 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4587562A (ja) |
JP (1) | JPS59108464A (ja) |
DE (1) | DE3345135C2 (ja) |
Families Citing this family (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS59158551A (ja) * | 1983-02-28 | 1984-09-08 | Fuji Photo Film Co Ltd | 半導体光検出装置及びその駆動方法 |
JPS6147662A (ja) * | 1984-08-15 | 1986-03-08 | Olympus Optical Co Ltd | 固体撮像装置 |
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