JPS5921186B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPS5921186B2
JPS5921186B2 JP6321475A JP6321475A JPS5921186B2 JP S5921186 B2 JPS5921186 B2 JP S5921186B2 JP 6321475 A JP6321475 A JP 6321475A JP 6321475 A JP6321475 A JP 6321475A JP S5921186 B2 JPS5921186 B2 JP S5921186B2
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JP
Japan
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gate electrode
electrode
charge
gate
charge transfer
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JP6321475A
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JPS51138348A (en
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広光 白木
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NEC Corp
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Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C19/00Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers
    • G11C19/28Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers using semiconductor elements
    • G11C19/282Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers using semiconductor elements with charge storage in a depletion layer, i.e. charge coupled devices [CCD]
    • G11C19/285Peripheral circuits, e.g. for writing into the first stage; for reading-out of the last stage

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  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Networks Using Active Elements (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電荷を蓄積転送せしめる半導体装置に関し、さ
らに詳しくはCCDディレィラインの構造に関するもの
である。
一般にCCDディレィラインのインプットとして要求さ
れる特性は大まかに云つて2点あり、1ツはリニアリテ
ィがよいことともう1ツは低雑音であることである。
第1図は従来から使用されているCCDディレィライン
の構造を模式的に示したものでありaはCCDの上面図
でありbは断面図である。
この構造のCCDをディレィラインとして使用しようと
する場合には、例えば3相駆動においてインプットダイ
オード101を一定電圧レベルに設定して入カゲイド1
O2に入力信号電圧を加えるか、或は入力ゲイト102
を一定電圧にしてインプットダイオード101に入力信
号電圧を印加する。このとき転送されるべき信号電荷は
インプットゲイトの下を通つて第1の転送電極103の
下にたくわえられる。ところがよく知られているように
注入される電荷量はいずれの注入形式に対しても入力信
号電圧に対してリニアーではない。またインプットゲイ
ト102が電荷転送電極103と容量的にカップリング
しているため、駆動パルスに含まれるランダムノイズが
信号電荷量のノイズとしてあられれてくる。このような
欠点を改善するために第2図に示したような電荷注入形
式が考案された。第2図aは上面図、第2図bは断面図
である。第2図において、201はインプットダイオー
ド202は第1ゲート電極、203は第2ゲイト電極で
あり、204は最初の転送電極である。
以後説明の都合上、P型半導体基板を用いたCCDにお
いて3相駆動する場合を例にとつて説明する。この構造
のCCDにおいては二種類の電荷注入の形式が考えられ
る。第1の方法は第1ゲイト電極202に浅いDC電圧
を、第2ゲイト電極203にはその下のシリコン表面電
位が202の部分より大きくなる方向に信号電圧を印加
しておき、203に隣接する転送電極がオフ(0FF)
している間に、インプツトダイオード201の電位を第
1ゲイト電極の表面電位より小さい電位まで(FORW
ARD方向)一たん持ちあげて第2ゲイト電極に電荷を
注入へ次に深い逆バイアス状態にもどす。
この過程で第2電極203下には大略第1ゲイト電極電
位と第2ゲイト電極電位(信号電位)の差に酸化膜容量
をかけあわせただけの電加が蓄積される。従つて電荷量
は第2ゲイト電極電位に対してリニアリテイをもつがし
かしながら第1第2ゲイト電極電位がクロツクパルスの
ノイズ成分によつて変調をうける欠点がある。第2の方
法は第2ゲイト電極202にクロツク電圧の約半分程度
の電圧を加え.第1ゲイト電極201に信号電圧を第2
ゲイト電極より表面電位が小さくなる方向に加えておき
、203にりん接する転送電極204がオフ(0FF,
)している間に、インプツトダイオード201の電位を
第1ゲイト電極201の表面電位より小さい電位(FO
RWARD方向)まで一たん持ちあげて、第2ゲイト電
極202に電荷を注入し再び深い逆バイアス状態にもど
す。
この過程でも第1の場合と同様の原理によつて第1ゲイ
ト電極電圧201の増大と共にリニアーに減少する信号
電荷が第2ゲイトの下に蓄積される。ノイズの点は第1
の場合と同様である。第1、第2の方法によつてのべ信
号電荷は転送され適当な手段によつてアウトプツトから
よみだされる。
なお、第1図で説明した電荷注入の形式をダイナミツク
注入法といい、第2図で説明した形式をスタテイク注入
法あるいはポテンシヤルエクイリブレイシヨン法といつ
ている。
第3図は最近提案されているCCDデイレイラインの一
例でそのインプツト部分の上面図を示すこれは2列の2
相CCDに同一のクロツクパルスの位相を180相ずら
して印加することによつて同一のクロツク周波数に対す
るナイキスト周波数を2倍にしようとするもの(二重デ
イレイライン)である。
第3図において301,302はそれぞれインプツトダ
イオードおよびインプツトゲイトを示し303,304
,303/,3041,3035,304/l・・・・
・および305,306,305/,308,3057
′,306生・・・・は転送電極であつて第3図bに示
すような駆動パルスφ1,φ2が印加されている。この
構造ではダイナミツク注入によつて最初の転送電極30
3,305のうちのいずれかオンしている電極に注入さ
れる。従゛つてリニアリテイおよびノイズの点でのぞま
しくない。また第2図の構造の302と303および3
02と305間に第3のゲイト電極を設けたとしても、
スタテイ.クな注入がおこなえない等の欠点があつた。
本発明の目的は、前記従来の欠点を解決せしめ二重デイ
レイラインあるいは三重デイレイラインにおいて、スタ
テイク注入を可能にせしめた半導体装置を提供すること
にある。本発明によれば半導体表面に絶縁層を介して多
数の独立した電極群を設けて電荷を蓄積転送せしめる半
導体装置においてインプツトダイオードと2列以上並列
に配置された電荷転送電極群を備えかつ該インプツトダ
イオードと電荷転送電極群との間に第1、第2、第3か
らなる3個のゲイト電極が設けられていることを特徴と
する半導体装置が得られる。
さらに本発明によれば前記半導体装置において電荷転送
電極群に燐接して設けられた第3のゲイト電極をポテン
シヤルパリヤ一としてインプツトダイオードと第1のゲ
イト電極とにより第2のゲイト電極直下に信号電荷を蓄
積せしめ該蓄積信号電荷を前記電荷転送電極群のうち第
3のゲイト電極に燐接する第1番目の電荷転送電極がオ
ンしている期間の一部で前記第3のゲイト電極をオンに
して前記第1番目の電荷転送電極下に信号電荷を注入せ
しめる電荷の注入制御手段を含むことを特徴とする半導
体装置が得られる。以下本発明について図面により説明
する。第4図A,b、第5図A,b、第6図A,bは本
発明の一実施例を説明するための図であり、第4図は4
相駆動二重CCDl第5図は2相駆動二重CCD、第6
図は三相駆動三重CCDへの応用例である。
各図aはCCDの上面図でありbは転送のドライブパル
スφ1,φ2,φ3,φ4および第3ゲイトに印加する
ゲイトパルスの波形G3を示す。
第4図aにおいて401,402,403,404は各
々入力ダイオードで、第1、第2、第3ゲート電極であ
り. 405,406,407,408,405′,4
06′,407′,408/,は第1デイレイラインの
転送電極であり、409,410,411,412,4
09′,410′,41V,41Z・・・・・・は第2
デイレイラインの転送電極である。先ず第4図において
第3ゲイト電極がない場合を考えてみる。
b図に示したクロツク波形かられかるようにこの構造で
スタテイク注入をおこなうためには図のA−B間で入力
ダイオードの電圧を上下して第2ゲイト電極の下に電荷
をたくわえ、次に405(0r409)がオンされて4
03の下にたくわえられいる信号電荷が406(0r4
10)の下に注入されるという過程をくり返さなければ
ならない。従つてクロツク周波数が1MHz以下の場合
にはA−B間は200msec程度はとれるので、この
ようなことも可能であるがクロツク周波数が10MHz
をこえるとAB間は20msec以下になりこのような
狭い間げきにパルスをいれることも電荷を注入すること
も極めて困難になる。
これに対して第4図に示した構造においては第3ゲイト
電極404を特殊なゲイトとして使用する即ち、第3ゲ
イト電極404にb図に示すようなタイミング(φ,,
φ2が同時にオンしていてφ3がオフしている期間、あ
るいはφ3,φ4が同時にオンしていてφ1がオフして
いる期間)で第3ゲイト電極に図に示すような短いパル
スG3を印加することによつて第2ゲイト電極403下
にある信号電荷を405あるいは409下を通つてそれ
ぞれ406あるいは410の下におくりこむことができ
る。
この場合には第3ゲイト電極は大部分の時間(図のよう
なパルスが印加されていない期呻は入力ダイオードの電
圧を上下して信号電荷を第2ゲイト電極403の下に蓄
積するためのバリヤーとして使用される。従つて高いク
ロツク周波数まで応答するインプツト構造を実現できる
この場合には第2図の説明でのべた通り信号電荷量は信
号電圧(第1、あるいは第2ゲイト電圧)に比例してそ
れぞれ減少したり増大したりする。従つて理想的なリニ
アリテイを得ることができる。第5図において501,
502,503,504は第4図401,402,40
3,404と同一の構造が同一の役割を果すまた505
,506,5057,506/,50ヂ,506′Z・
・・・・は第1のデイレイラインの転送電極であり50
7,508,507′,508′,507/′,508
′イ・・・・・は第2のデイレイラインの転送電極であ
る。
また第6図において601,602,603,604そ
れぞれ第4図の401,402,403,404と同一
構造かつ同一の役割を果す。また605,606,60
7,605/,6061,607/,6054・・・・
・は第1のデイレイラインの転送電極であり608,6
09,610,608′,609′,610′,608
(′・・・・・・は第2のデイレイラインの転送電極で
あり611,612,613,61V,612′,61
3′.61Vは第3のデイレイラインの転送電極である
。今第5図およば第6図において第3ゲイト電極がない
従来の場合について考えて見る。この場合は第5図b第
6図bの波形からあきらかなように第5図の場合には、
505,507のいずれか一つ以上に、第6図の場合に
は605,608,611のいずれか一つ以上に信号電
荷の蓄積の段階で電荷が流れてしまいスタテイツクな電
荷注入ができない。これに対して第5図aおよび第6図
bに示す本発明構造においては第3ゲイト電極504或
は604をキヤリヤ一の流れに対するバリヤーとして働
かせることによつて以下に示すようにスタテイツク注入
をおこなうことが可能になる。今第5図第6図にG3の
電圧をφ1,φ2あるいはφ1,φ2,φ3のうちいず
れか一つだけがオンしている状態で第3ゲイト電極をオ
ン状態にすると、第2ゲイト電極下にある信号電荷は所
望の最初の転送電極の下に移され順次転送される。信号
電荷は当然第5図aおよび第6図AOA−B間でダイオ
ード電位を上下することによつて第2図で説明したよう
に第2ゲイト電極の下にたくわえられている。第4〜第
6図の場合信号電荷を決定する電極402,403,5
02,503,602,603は、信号電荷量が決定さ
れる期間は、直流電圧が印加されている第3ゲイトによ
つてクロツクパルスから遮断されるのでクロツクパルス
中に含まれるノイズは信号電荷の中には全くはいつてこ
ない。
以上本発明の説明において、P型基板を用いた場合を例
にとつて説明したがN型基板の場合にも本発明の内容は
容易に適用できることはあきらかである。また3個のゲ
イトを持つた構造の有効性は二重あるいは三重のデイレ
イラインの場合だけでなく単一のデイレイラインの場合
にも適用できることはあきらかである。
第7a図はその1ツの具体例を示す。
第7図において701,702,703,704は第6
図の601,602,603,604と同様の構造と働
きを示す。第7図bは第7図aのデバイスのドライブ電
圧φ1,φ2,φ3と第3ゲイト電極電圧の波形G3を
示す。このようにすると図のA−B間でダイオード電位
を上下することによつて第2ゲイト電極下にたまつた信
号電荷は第3ゲイト電圧をオンしている期間に最初の転
送電極705に転送され、順次706,707,705
,706′,707t・・・・・と転送されていく。
この場合もスタテイツクな注入であり信号電荷 1量に
決定する電極702,703は信号電荷量が決定される
期間は直流バイアスが印加されている第3ゲイト電極に
よつてクロツクパルスが印加される電極と遮断されるの
でクロツクパルス中に含まれるノイズは信号電荷の中に
全く入つてこない。
乏またG3のパルスは公知のCCDのプリアンプの浮遊
拡散層のりセツト電圧と併用することが可能である。以
上のべた第4〜第7図の例においてゲイト電極および転
送電極の大きさは次のようになること 2がのぞましい
第4図においては403および406,410の面積は
他のφ2,φ4が印加される電極面積の約2倍であり、
かつ403は406および410より少し大きいこと、
同様にして第5図においては3第2ゲイト電極503お
よび505,50rの電荷蓄積可能部分(同一クロツク
電圧に対して表面電位が大きくなる方の電極部分)の面
積が他の転送電極の対応部分の約2倍であること、第6
図においては603および605,608,611の面
積が他の転送電極の約2倍であつてかつ602の面積は
605,608,611のそれよりや\大きいこと、第
7図においては703および705の面積が他の転送電
極の約2倍アあつて702は705よりや\大きいこと
がのぞましい。
また、本発明はうめこみチヤンネルを用いたCCDデイ
レイラインのインプツト形式として用いられることも当
然である。
【図面の簡単な説明】
第1〜3図は従来の(JCDデイレイラインのインプツ
ト部分の構造を示し、第4〜7図は本発明によるインプ
ツト部分の構造を示す。 101,201,301・・・・・・701はインプツ
トダイオード、 102,202,203,302,
402,404,502,503,504,602,6
03,604,702,703,704はインプツトゲ
イト、103,204,および303,304,305
,306,405,406,407,408,409,
411,505,506,507,508およびこれら
の番号に′,″″′,のダツシを付したものは転送電極
φ,,φ2,φ3,φ4はドライブパルス波形、G3は
本発明による第3ゲイト電極に印加されるパルス波形を
示し、第4〜7図の期間A−Bは信号電荷を設定できる
期間を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 半導体表面に絶縁層を介して多数の独立した電極群
    を設けて電荷を蓄積転送せしめる半導体装置においてイ
    ンプットダイオードと2列以上並列に配置された電荷転
    送電極群を備え、かつ該インプットダイオードと電荷転
    送電極群との間に第1、第2、第3からなる3個のゲイ
    ト電極が設けられていると共に電荷転送電極群に隣接し
    て設けられた第3のゲイト電極をポテンシャルバリヤー
    としてインプットダイオードと第1のゲイト電極とによ
    り第2のゲイト電極直下に信号電荷を蓄積せしめ、該蓄
    積信号電荷を前記電荷転送電極群のうち第3のゲイト電
    極に隣接する第1番目の電荷転送電極がオンしている期
    間の一部で前記第3のゲイト電極を制御して前記第1番
    目の電荷転送電極下に信号電荷を注入せしめる電荷の注
    入制御手段を含むことを特徴とする半導体装置。
JP6321475A 1975-05-26 1975-05-26 半導体装置 Expired JPS5921186B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS629087A (ja) * 1985-07-08 1987-01-17 カルル・ヘール 接触密封式ねじ込み型管継手
JPH0371594B2 (ja) * 1984-05-29 1991-11-13 Hehl Karl

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