JPS59229834A - 電荷転送装置 - Google Patents

電荷転送装置

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JPS59229834A
JPS59229834A JP10412283A JP10412283A JPS59229834A JP S59229834 A JPS59229834 A JP S59229834A JP 10412283 A JP10412283 A JP 10412283A JP 10412283 A JP10412283 A JP 10412283A JP S59229834 A JPS59229834 A JP S59229834A
Authority
JP
Japan
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source
voltage
gate
output
fet
Prior art date
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Pending
Application number
JP10412283A
Other languages
English (en)
Inventor
Shuzo Matsumoto
脩三 松本
Kazuo Kondo
和夫 近藤
Hisanobu Tsukasaki
塚崎 久暢
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、電荷転送装置に関する。
〔発明の背景〕
電荷転送装置(以下CCDと略称する)は、アナログ信
号の遅延縁として、テレビ、 VTR、ヒデオカメラな
どビデオ信号処理の分野で、多くの用途が見出されてい
る。周知のように、CCDの遅延原理は、電荷を転送し
、この転送時間を利用したものである。またCCDの出
力信号は、一般に電荷ではなく電圧として取り出される
以下、信号電荷を出力信号電圧に変換する従来のCCD
を図面を用いて説明する。
第1図は、従来のCCDを説明するためのCCDの出力
部の一例を示す要部断面図、第2図は屏1図の要部平面
図である。同図において、1はPfiの半導体基板、2
はN型の埋込みチャネル6はP型イオン打込層、4は転
送ゲート電極。
5は蓄積ゲート電極、6は出力用へ型拡敏層。
(以下、単に出力拡散層という)が、リセットMO8F
ET (以下単にリセットFETという)のソース電極
であり、7はリセットFF、Tのドレイン電極、8はリ
セットFhiTのゲート電極、9は二酸化シリコンから
なる絶縁物を示す。
また10は外部電源、 21.22は駆動信号φ0.も
の入力端子、23はリセット信号φ、′の入力繻子を示
す。なお前記2〜5,21および22は電荷転送部を構
成している。
さら[101,103はそれぞれ出力バッ7ア用の。
第1のソースフォロワを構成するソースフォロ。
ワFETと電流源用FETを示し、 102,105は
それ゛ぞれ第2のソースフォロワを構成するソースフ5
オロワFETと電流源FETを示す。110は信号比。
力電圧の出力端子を示す。
この第1図のCCDは一般によく用いられるN”チャネ
ル2相駆動方式であり、また、この動作。
原理は次のようである。すなわち、CCDの入力0ゲー
ト(図示せず)で注入された信号電荷電子が、ゲート電
極4,5下の電位井戸を経由して、出力拡散層6へ転送
され、その結果、この出ガ拡散層乙の容量と第1のソー
スフォロワFET10fのゲート入力容量との相の容、
tIO6(以下変換5容蓋という)により、前記信号電
荷が出力電圧として取り出される。信号電荷をQ、出力
電圧をΔV、変換容量をCrtとすると △V = WCH・・・(式1) の関係がある。
前記出力電圧は第1のソースフォロワFET101第2
のソースフォロワ102を経て出方端子110へ取り出
される。したがって出力電圧△■のバイアス電圧YVI
とすると出方端のバイアス電圧vrtt−x、 VL=
 Vz −Vas、 −Van、 トナル。
ここでVG、91.vGS、はそれぞれ第1ソースフオ
ロワFET 、第2ソースフオロワFETのゲートソー
ス間電圧である。従来技術の一例は第1表に示す構成値
であり、電(g VRが12Vの場合(第1表α)は正
常に動作するが、消費電力を低減するため電源vRを9
vまで低下すると出力端11Gのバイアス電圧VZ、が
L7V(第1表b)と低くなり、出力のダイナミックレ
ンジが少なくなり不都合である。
また出力ダイナミックレンジを確保するためFET10
1のチャネル幅へを太ぎくして、ゲート、ソース間電圧
Vas1)、−少なくすることも考えられる。チャネル
幅Wとゲートソース間電圧VGSのである。ここでLは
FETのチャネル長、 ■りはFETのドレイン電流、
 ■rgはしき(・値電圧、Aは比例定数を示す。また
チャネル幅Wとゲート入力容量CINの関係は大略 cry : K、L、W  ・・・(式3)ここでKは
比例定数 であり、チャネル幅Wを大きくするとゲート入力容量も
大きくなる。そのため、変換容量cH106も大きくな
り、(式1)にしたがって出力電圧ΔVが小さくなる不
都合がある。例えば第1表Cに示すように、 FET1
o1のチャネル幅Wを168μmと大きくすると、ゲー
トソース間電圧vGS−工1.7vと少なくなり、出力
端のバイアス電圧は3.4vと大きくなり、ダイナミッ
クレンジは確保されるが、変換容量Cnがo、11PF
と大きくなり。
出力電圧Δ■が0.45VPFとなって不都合である。
またゲートソース間電圧Vas、を小さくするため(式
2)にしたかってドレイン’NjLalD1を小さくす
ることも考えられる。この場合FETの相互コンダクタ
ンス!IrILが の関係にあり、低下する。その結果、FETの通過周波
数帯域fcLLtが(式5)にしたがって低下する。
fCLLt=」と   ・・・(式5)ここでらはFE
Tの出力容量、 FET101においては第2ンースフ
オロワFET102のゲート入力容量を含み第1図の符
号107で示す容量ら、である。
例えば第1表dに示すように、 FET101のドレイ
ン電流■D1 を6.5μAと少なくすると、 vas
、は1.7■と少な(なり、出力バイアス電圧は3.4
Vと大きくなる。しかしFET101の相互コンダクタ
ンス!Irn1 が27゜5μsと少な(なり2通過周
波数帯域fcutが14MHzから7■セと少なくなり
ビデオ周波数に関して不都合である。なお出力端に接続
されている第2ソースフオロワFET102は負荷容。
11oPFでも通過帯域が10M1″lz以上となるよ
うにチャネル幅は400μm以上と大きくしである。
以上述べたように、従来技術では一省電力のだめ電源′
電圧を低くすると、出力ダイナミックレンジが低下する
か、出力電圧が低下するか1通過周波数帯域が低下する
かのいずれかの欠点を有している。
〔発明の目的〕
本発明の目的は上記した従来技術の欠点を除去し、低電
圧電源で良好に動作するCCDを提供するにある。
〔発明の概要〕
前記の目的を達成するために、本発明では、第1ノース
フオロワと第2ソースフオロワの間にPチャネル型FE
Tから成る第6のソースフォロワを設け、Pチャネル型
FETが生じる逆方向のゲートソース間′亀圧で、出力
バイアス電圧の低下を防止するようにする。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の一実施例を第3図に示し、こ・れについ
て説明する。
同図において111は第3のソースフォロワを構成する
PチャネfiVFET 、 112は前記ソースフォロ
ワの電流源用FETを示す。なお第1図と同。
−個所および同等部分には同一符号を付してあ。
る。
本実施例では第1のソースフォロワFFJT101のソ
ースを第6のソースフォロワFET111のゲート5に
嵌続し、前記FET111のソースを第2のソース。
フォロワFET102のゲートに接続し、前記FET1
o2゜のソースを出力端子110としている。この構成
により、 caDの出力拡散層6に発生した信号電圧の
バイアス電圧は、 Fh;Tlolのゲートに加えり0
れ、FET101のゲートソース間電圧■GS、たけ降
下し、第3のソースフォロワFET111のゲートに印
加される。ところがP″ET111はPチャネルFET
の′ため、ゲートに印加されたバイアス電圧はFET’
のゲートソース間電圧vGS、たけ上昇してFET11
15のソースに現われ、第2のソースフォロワFET。
102のゲートに印刀口される。そしてFET102の
ゲートソース間電圧VGS、の降下をして出力端+′1
10に机われろ。したがって入力バイアス電圧な■I出
力端子のバイアス電圧f VZ、とすると、第  2 
 表 ■L : ’l/z−VG51+ VG、li、−VG
S。
となって、従来技術よりも■as、の電圧だけ高くする
ことができる。実施例の動作例を第2表aに示す。Pチ
ャネルFET111のゲートソース電圧vas、の2.
4■だけ従来の動作(第1表b)より高くなり、出力バ
イアス電圧は電源9■にもかかわらず、 、a、1Vと
高く、良好な動作となる。また出力′遁圧△■2通過周
波数帯域fCutもそれぞれ1.OV 、 18MHg
 、!−良好テアル。
また新たな効果として、CCDの出力電圧Δ■を犬き(
することができる。第2表すに示すように。
FET101のチャネル幅異を21μmと小さくするこ
とにより、そのゲート入力容量を小さくシ、CCDの変
換容* cmをo、o4PFと小さくする。出力拡散層
6の容量は0.02PFであり、 FET101のゲー
ト入力容量が0.02PFで拡散層容量とゲート入力容
量をほぼ等しくしである。その結果(式1)にしたがっ
て出力電圧Δ■は1.3■と大きくなる。
従来技術ではFET101のチャネル幅を少なくすると
ゲートソース間電圧■GSlが大きくなり、出力バイア
ス電圧yLが低くなってダイナミックレンジが狭くなる
不都合がありたが、本実施例においては、前記■as、
が大きくなった量だけPチャネルFET111のゲート
ソース間電圧vGSsで補償するため、出力バイアス電
圧■Lは3.1■と高くなり、良好に動作する。
また本発明による第3図に示す実施例は電源VJIを9
■に低くして良好に動作させることができる。さらに本
発明によれば電源電圧5〜6■化も可能であり、したが
ってボータプルVTR、ビデオカメラなど電池で動作す
る機器において、好適である。
また第4図に本発明をCODと同じ半導体基板上に構成
した実施例を示す。第4図において、113はPチャネ
ルFETを作るためのN型層のフェル領域を示す。第3
図と同等のものは同符号である。第4図において、P型
半導体基板上にCCDを構成しているため、FET10
1.102などのNチャネルFETは同様に作れる。し
かし、PチャネルFETはNfi半導体上に作るのでN
型のウニβ・113を設けている。本実施例の等価回路
は第3図と同等であり、第6図の実施例と同等の効果が
ある。
また第5図に本発明の他の実施例を示す。第5図におい
て、120はスイッチ制御電圧入力端子、121は前記
制御電圧反転用インバータ、122はNチャネルFET
スイッチ、123はPチャネルFBTスイッチ、124
はホールドコンデンサを示す。第3図と同等のものには
同様の符号を符しである。一般にCODの出力拡散層6
に現われる電圧は第6図(−)に示すように、電源電圧
■Rでリセットされたクシ面状の波形となり、COD転
送りロック周波数の成分を多く含んでいて、好ましくな
い。そのためスイッチとコンデンサから成るサンプルホ
ールド回路を通して、第6図(りに示すようにはとんと
信号成分だけとなるように波形成形を行なう。
第5図において、CCDの出力拡散層6に現われたクシ
歯状の電圧は第1ソースフオロワFET101を経て、
 FETスイッチ121,122に加えられる。前記ス
イッチ121,122は制御端子120の電圧がハイレ
ベルの時導通状態となり、ホールトコンデンサ124を
充電する。次に拡散層6の電圧がリセット電圧VNに変
化する直前に、制御端子120の電圧をローレベルとし
、スイッチ121122を遮断状態とし、ホールドコン
デンサ124の電圧を維持する。前記ホールドコンデン
サ124の電圧なPチャネルFET111からな゛る第
3のソースフォロワを通し、さらにNチャネルFET1
02.め第2のソースフォロワを経て出力端子110に
出力電圧として取り出す。
上述したように、NチャネルFET101の第1の゛ソ
ースフォロワとPチャネルFET111の第3のソース
フォロワの間にスイッチ12..122コンデンサ12
4からなるサンプルホールド回路を挿入することにより
1本発明の効果を損うことなく0の出力電圧から転送り
ロックの高周波成分を取り除くことができる。
〔発明の効果〕
以上述べたように、本発明によれば、低電圧でCCDを
動作させても、出力ダイナミックレンジを確保し、出力
電圧も大きくとれ1通過周波数帯域も低下せず良好に動
作する。したがって省電力化が進み、低電圧電池で動作
するボータプルVTR、ビデオカメラなどの信号処理回
路において効果的である。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のCCDの出力部を示す要部断面図、第2
図は第1図のCCD部の平面図、第3図は本発明の一実
施例のCCDの出力部を示す要部断面図、第4図は第6
図の実施例の半導体基板の平面図、第5図は本発明の他
の実施例のCODの出力部を示す回路構成図、第6図は
CCDの動作を説明するための動作電圧波形図である。 101・・・第1のソースフォロ17 FET102・
・・第2のソースンオロ7 FET111・・・第3の
ソース7ォロワFIT6・・・出力拡散層 代理麟理士高橋明夫 オ /[J 矛2図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 電荷転送部と、前記電荷転送部から信号電荷が転送され
    る出力拡散層と、前記出力拡散層とケート電極を接続し
    た第1のソースフォロワ−FETと、出力端子にソース
    電極を接続した第2のソースフォロワ−FETと、前記
    第1のソースフォロワ−FETの出力信号をゲート入力
    信号とし前記第2のソース7オロワFETの入力信号を
    出カイ言号とするPチャネルソースフォロワFETとか
    ら構成されたことを特徴とする電荷転送装置。
JP10412283A 1983-06-13 1983-06-13 電荷転送装置 Pending JPS59229834A (ja)

Priority Applications (1)

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JP10412283A JPS59229834A (ja) 1983-06-13 1983-06-13 電荷転送装置

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JP10412283A JPS59229834A (ja) 1983-06-13 1983-06-13 電荷転送装置

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JPS59229834A true JPS59229834A (ja) 1984-12-24

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ID=14372316

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JP10412283A Pending JPS59229834A (ja) 1983-06-13 1983-06-13 電荷転送装置

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63300561A (ja) * 1987-05-29 1988-12-07 Nec Corp 半導体装置
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