JPS5928064B2 - Bias charge formation method in charge transfer device - Google Patents

Bias charge formation method in charge transfer device

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JPS5928064B2
JPS5928064B2 JP55019710A JP1971080A JPS5928064B2 JP S5928064 B2 JPS5928064 B2 JP S5928064B2 JP 55019710 A JP55019710 A JP 55019710A JP 1971080 A JP1971080 A JP 1971080A JP S5928064 B2 JPS5928064 B2 JP S5928064B2
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JP
Japan
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charge
bias
transfer
bias charge
potential well
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JP55019710A
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Japanese (ja)
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JPS56116676A (en
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幸雄 遠藤
興夫 吉田
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Priority to EP81100422A priority patent/EP0033129B1/en
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices 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
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/148Charge coupled imagers
    • H01L27/14831Area CCD imagers

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電荷転送素子におけるバイアス電荷の形成方法
に係り、特に二次元電荷転送素子を用いた固体撮像装置
の光電変換部におけるバイアス電荷量を一定にしてバイ
アス電荷のシェーディングや偽信号を減少させる方式に
関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for forming bias charges in a charge transfer device, and particularly to a method for shading bias charges by keeping the amount of bias charges constant in a photoelectric conversion section of a solid-state imaging device using a two-dimensional charge transfer device. and methods for reducing false signals.

電荷転送素子としてCCD(ChargeCouple
dDevice)やBBD(BucketBrigad
eDevice)が代表的なものとして知られており、
またこのCCDを用いた撮像装置の撮像方式として、フ
レーム転送方式と呼ばれるものが知られている。
A CCD (Charge Couple) is used as a charge transfer device.
dDevice) and BBD (BucketBrigad)
eDevice) is known as a representative one,
Furthermore, as an imaging method for an imaging device using this CCD, a method called a frame transfer method is known.

上記素子の最も重要な特性として信号電荷の転送効率が
上げられる。これは転送電極下のポテンシャル井戸に貯
えられた、光学像に比例した信号電荷が異なつた数の転
送電極を介して出力されることに起因している。また転
送する信号電荷が小さい場合においても転送効率が小さ
く、電荷転送素子においては微少電荷を転送することは
難かしい。すなわち二次元電荷転送素子において転送効
率が悪いと、(ハ 解像度そして解像度の画面内一様性
が悪くなる。(2)画面内でシェーディングが現われる
The most important characteristic of the above-mentioned device is the efficiency of signal charge transfer. This is due to the fact that signal charges proportional to the optical image stored in potential wells below the transfer electrodes are outputted via different numbers of transfer electrodes. Further, even when the signal charge to be transferred is small, the transfer efficiency is low, and it is difficult to transfer minute charges in a charge transfer element. In other words, if the transfer efficiency in a two-dimensional charge transfer element is poor, (c) resolution and uniformity of resolution within the screen will be poor. (2) Shading will appear within the screen.

(3)小さい入力光量での撮像が行えない。など画面の
質を劣化させる原因になる。この転送効率の改善には、
フアツトゼロと呼ばれているバイアス電荷を注入する方
法が良く知られている。
(3) Imaging cannot be performed with a small amount of input light. This may cause the quality of the screen to deteriorate. To improve this transfer efficiency,
A method of injecting bias charge called fat zero is well known.

第1図は発明者が実験したバイアス電荷による垂直解像
度改善効果の一例である。実験は512(り)×340
圓画素フレーム転送CCDを用いて行ない、注入したバ
イアス電荷量は飽和光量の20%である200nAとし
を!また入力光量は飽和光量の1/10である100n
Aとした。第1図において点線はバイアス電荷なし、実
線はバイアス電荷ありの場合である。本図より明らかな
ようにバイアス電荷注入によつて著しい解像度改善が得
られる。また、解像度の画面位置による一様性、シェー
ディング、小さい入力光で撮像などについても改善され
ることが実験によつてわかつた。このバイアス電荷を注
入する方法には光学的および電気的に行なう方法がある
。光学的な方法はCCD感光部へ時間的に強さが変化し
ないノqアス光を照射してフアツトゼロを形成する。通
常このバイアス光には取り扱いが簡単な赤色LEDを用
いている。しかしながらこの方法はバイアス光を感光部
全面に一様な強さで照射することがむずかしく、特殊な
光学系が必要であり、固体撮像装置の小型化要望と反す
る面があり、さらに消費電力、経時変化および価格の面
からも問題であつた。一方電気的に行なう方法について
はPN接合からCCDの各列にバイアス電荷を注入する
ことが行なわれている。この方法はCCD感光部の一端
に入力ダイオードと入力ゲート電極を設けて、定常的に
一定のバイアス電荷を注入する方法である。しかしなが
ら垂直方向の転送効率を改善する上記従来の電気的バイ
アス電荷注入法は次のような欠点がある。すなわち入力
ダイオードと入力ゲートの場所的によるしきい値電圧V
thのむらが注入されるバイアス電荷量のむらとなつて
白い縦筋状の線が画面に現われる。そしてバイアス電荷
量は転送される長さによつてその絶対値が異なる。この
ため出力には第2図aに示すように入力ゲート側と蓄積
部側とでバイアス電荷量のシエーデイングが現われる。
この欠点を解消するためのものとして特開昭54−68
190号公報に開示された技術が有益である。
FIG. 1 is an example of the effect of vertical resolution improvement by bias charge, which was experimented by the inventor. The experiment is 512 (ri) x 340
This was performed using a round pixel frame transfer CCD, and the amount of bias charge injected was 200 nA, which is 20% of the saturated light amount! In addition, the input light amount is 100n, which is 1/10 of the saturated light amount.
I gave it an A. In FIG. 1, the dotted line shows the case without bias charge, and the solid line shows the case with bias charge. As is clear from this figure, significant resolution improvement can be obtained by bias charge injection. Experiments have also shown that uniformity of resolution depending on screen position, shading, and imaging with small input light are improved. There are two methods for injecting this bias charge: optical and electrical. The optical method forms a fat zero by irradiating the CCD photosensitive area with noq light whose intensity does not change over time. Usually, a red LED, which is easy to handle, is used for this bias light. However, this method makes it difficult to irradiate the entire surface of the photosensitive area with bias light with a uniform intensity, requires a special optical system, runs counter to the desire for miniaturization of solid-state imaging devices, and also reduces power consumption and aging. Change and price were also problems. On the other hand, an electrical method involves injecting bias charges into each column of the CCD from a PN junction. In this method, an input diode and an input gate electrode are provided at one end of the CCD photosensitive section, and a constant bias charge is constantly injected. However, the conventional electrical bias charge injection method for improving vertical transfer efficiency has the following drawbacks. In other words, the threshold voltage V depends on the location of the input diode and input gate.
The unevenness in th becomes unevenness in the amount of bias charge injected, and white vertical lines appear on the screen. The absolute value of the bias charge amount differs depending on the length of the transfer. Therefore, as shown in FIG. 2a, shading of the bias charge amount appears in the output between the input gate side and the storage section side.
To overcome this drawback, Japanese Patent Application Laid-Open No. 54-68
The technique disclosed in Japanese Patent No. 190 is useful.

これは二次元の電荷転送素子とその駆動方法に関するも
ので、入力ゲートから十分なバイアス電荷量を注入した
後、ポテンシヤル井戸に一定量のバイアス電荷が残留す
るように入力ゲート電圧を所定の値に設定して余分な電
荷を入力ゲートを通して入力拡散層側に戻すというもの
である。しかるにこの方法によつても縦筋状の線と垂直
方向のシエーデングを完全に除去することは難かしい。
なぜならばポテンシヤル井戸に一定量の電荷を残留させ
るために入力ゲート電圧を所定の値に設定する場合、こ
のゲート電圧の設定が場所的に異なると残留するバイア
ス電荷にもムラが生じ、結果としてやはり縦筋状のしま
が発生する。また別の解消法として特公昭54−357
32号公報に開示された技術がある。これは電荷転送装
置の駆動方式に関するもので、CCDの感光部へ加える
光蓄積パルスの印加される前の期間各ポテンシヤル井戸
のバイアス電荷量を減少させる電圧を印加し、ポテンシ
ヤル井戸に一定量のバイアス電荷を残留させるというも
のである。この方法では縦筋状の線はかなり改善される
This relates to a two-dimensional charge transfer device and its driving method. After injecting a sufficient amount of bias charge from the input gate, the input gate voltage is set to a predetermined value so that a certain amount of bias charge remains in the potential well. In this method, the excess charge is returned to the input diffusion layer side through the input gate. However, even with this method, it is difficult to completely eliminate vertical lines and vertical shading.
This is because when the input gate voltage is set to a predetermined value in order to have a certain amount of charge remaining in the potential well, if the gate voltage setting differs from place to place, the remaining bias charge will also be uneven, resulting in Vertical stripes appear. In addition, as another solution,
There is a technique disclosed in Publication No. 32. This is related to the drive method of the charge transfer device, in which a voltage is applied to reduce the amount of bias charge in each potential well during the period before the photoaccumulation pulse is applied to the photosensitive area of the CCD, and a constant amount of bias is applied to the potential well. This means that a charge remains. This method significantly improves vertical streaks.

しかし第2図bに示すような垂直方向のシエーデングが
新たに発生する欠点がある。なぜならば、バイアス電荷
を減少させるために、ポテンシヤル井戸を押し上げ、一
定量の電荷を残留させるときに、押し上げ動作によつて
入力ゲートおよび蓄積部側に押し上げられた電荷が流れ
てしまい、入力ゲート、蓄積部付近のバイアス電荷量が
小さくなり、結果としてシエーデングとなる。バイアス
電荷量の縦筋状のムラやシエーデングは、撮像装置の高
感度化のために行なう低信号電流1駆動の場合特に目立
つので、この量を従来に比べてさらに小さくおさえたい
という要求があり、第2図cは望ましいバイアス電荷量
分布である。
However, there is a drawback that vertical shading as shown in FIG. 2b newly occurs. This is because when the potential well is pushed up and a certain amount of charge remains in order to reduce the bias charge, the charge pushed up by the push-up operation flows toward the input gate and storage section, causing the input gate, The amount of bias charge near the storage section becomes small, resulting in shading. Vertical streak-like unevenness and shedding in the amount of bias charge are particularly noticeable when driving with a low signal current of 1, which is performed to increase the sensitivity of the imaging device, so there is a demand to keep this amount even smaller than in the past. FIG. 2c shows a desirable bias charge amount distribution.

本発明は上記点に鑑みなされたもので、電気的バイアス
電荷注入法を改良して、バイアス電荷をムラなく残留さ
せ、もつて縦じま、シエーデングの発生をなくする方法
を提供し、低信号時における信号対雑音比を高め、高感
度化した撮像装置を得ることを目的とするOこの発明は
電荷転送素子の転送動作と、光蓄積動作の間の期間、バ
イアス電荷量を決めるためにポテンシヤル井戸を押し上
げ、この押し上げる期間入力ゲート、蓄積部又は感光部
の所定数の電極をアキユームレートすることによつてポ
テンシヤル井戸内のバイアス電荷量分布を一様にさせる
ようにしたものである。
The present invention has been made in view of the above points, and provides a method for improving the electrical bias charge injection method, allowing bias charges to remain evenly, and eliminating the occurrence of vertical stripes and shading. The purpose of this invention is to improve the signal-to-noise ratio and obtain an imaging device with high sensitivity.This invention uses a potential well to determine the amount of bias charge during the period between the transfer operation of the charge transfer element and the optical storage operation. By pushing up and accumulating a predetermined number of electrodes of the input gate, storage section, or photosensitive section during this pushing up period, the bias charge amount distribution within the potential well is made uniform.

以下本発明の方式を図面を用いて説明する。第3図aは
本発明の方法を説明するためのフレーム転送方式CCD
の断面図で、1はバイアス電荷注入音臥2は感光部、3
は蓄積部である。
The system of the present invention will be explained below with reference to the drawings. Figure 3a shows a frame transfer method CCD for explaining the method of the present invention.
In the cross-sectional view, 1 is the bias charge injection position, 2 is the photosensitive part, and 3 is the photosensitive part.
is the storage section.

尚本図は2層のポリシリコン電極からなる4相,駆動の
場合を簡略的に示したものである。転送電極φ11,φ
12,φ13,φ4,φSl,φS2,φS3,φS4
には90゜位相のづれた4相のクロツクパルスが与えら
れる。
This figure simply shows the case of four-phase drive consisting of two layers of polysilicon electrodes. Transfer electrode φ11, φ
12, φ13, φ4, φSl, φS2, φS3, φS4
4-phase clock pulses with a 90° phase shift are applied to the 4-phase clock pulses.

SiO2などの絶縁層4の下はP形シリコン基板5であ
り、この基板には負の直流電圧6を与えて転送期間中は
常に空乏層が出来るようにして転送効率の改善をしてい
る。先ずフレーム転送期間において第3図bに示すよう
に感光部2の転送電極下に多量のバイアス電荷を入力ゲ
ートG1を開いて、入力ダイオードISから注入する。
Under the insulating layer 4 such as SiO2 is a P-type silicon substrate 5, and a negative DC voltage 6 is applied to this substrate so that a depletion layer is always formed during the transfer period to improve transfer efficiency. First, during the frame transfer period, as shown in FIG. 3B, a large amount of bias charge is injected under the transfer electrode of the photosensitive section 2 from the input diode IS by opening the input gate G1.

第3図bのハツチング部は注入されたムラのあるバイア
ス電荷である。次に感光部の各電極を一様に高い電圧に
すると同時に入力ゲートG1と蓄積部3のφS3,φS
4をアキユームレーシヨンになるような低い電圧を与え
てバイアス電荷の流出をガードする。
The hatched area in FIG. 3b is the uneven bias charge injected. Next, each electrode of the photosensitive section is uniformly set to a high voltage, and at the same time, the input gate G1 and the storage section 3 are φS3 and φS.
Apply a low voltage such that 4 is an accumulation voltage to guard against bias charge leakage.

第3図cに示すように感光部2のφ11,φ12,φ1
3,φ14、の4電極すべてが一様に高い電圧になるの
で転送方向のバイアス電荷ムラがなくなる。そして次に
第3図dに示すように入力ゲートG1と蓄積部3はアキ
ユームレーシヨン状態のガードをしたまま、感光部の4
電極を同時に低い電圧にすると、ポテンシヤル井戸が押
し上げらへ第3図bないしcでためこまれた電荷の一部
がポテンシヤル井戸から溢れ出る。
As shown in FIG. 3c, φ11, φ12, φ1 of the photosensitive section 2
Since all four electrodes 3 and φ14 have a uniformly high voltage, bias charge unevenness in the transfer direction is eliminated. Then, as shown in FIG. 3d, the input gate G1 and the storage section 3 are kept in the accumulation state, and the photosensitive section 4 is
When the electrodes are simultaneously brought to a low voltage, the potential well is pushed up and a portion of the charge stored in FIGS. 3b to 3c overflows from the potential well.

そして溢れ出た電荷はシリコン基板5で再結合する。そ
の結果ポテンシヤル井戸にはムラのない一様なバイアス
電荷が残留する。次にφ,,φ12に高い電圧を、また
φ13,φ4にさらに低い電圧を与えると、φ3,φ4
の電極下にあつた電荷は両隣りのφ11,φ2下に分配
されて、第3図eに示すようにφ11,φ2下に等量の
バイアス電荷が形成される。
The overflowing charges are then recombined on the silicon substrate 5. As a result, an even and uniform bias charge remains in the potential well. Next, if a high voltage is applied to φ,, φ12, and an even lower voltage is applied to φ13, φ4, φ3, φ4
The charges under the electrodes are distributed under the adjacent electrodes φ11 and φ2, and as shown in FIG. 3e, equal amounts of bias charges are formed under the electrodes φ11 and φ2.

その後光電変換のための光蓄積が行なわれる。第4図は
第3図に示したポテンシヤル井戸の変化を実現するため
にバイアス電荷注入部1、感光部2、蓄積部3に与える
電圧波形である。
Thereafter, light accumulation for photoelectric conversion is performed. FIG. 4 shows voltage waveforms applied to the bias charge injection section 1, photosensitive section 2, and storage section 3 in order to realize the change in the potential well shown in FIG.

本動作は垂直ブランキング期間内に行なうことが必要で
ある。フレーム転送期間Aにおいて先ず入力ゲートG1
に高い電圧を与えてゲートを開き感光部3のφ,φIに
充分な電荷が貯めこまれる。
This operation must be performed within the vertical blanking period. In the frame transfer period A, first the input gate G1
A high voltage is applied to open the gate, and sufficient charges are stored in φ and φI of the photosensitive section 3.

次いで期間Bでは感光部3の4電極を一様に高い電圧に
して、転送方向の電荷ムラをなくす。このときに入力ゲ
ートG1と蓄積部のφS3,φS4の電圧をアキユーム
レーシヨンが生じる電圧まで下げておきガード効果を高
める。(第4図cで、点線7で示すレベル以下になると
アキユームレーシヨンが生ずる。)そして期間Cでは感
光部3の4電極は一様に低い電圧Vbcに設定されポテ
ンシヤル井戸は一様に押し上げられて、余分の電荷をポ
テンシヤル井戸から基板へ溢れ出させ、再結合によつて
消滅させる。このとき入力ゲートG1と蓄積部φS3,
φS4のガードは期間Cのままとしておくことが重要で
ある。(第4図J,kにおいて、点線8,9で示すレベ
ル以下になるとアキユームレーシヨンが生ずる。)その
後φ11,φ12を高い電圧に設定し、φ13,φ14
をさらに低い電圧に設定してφ,φ1下のみに等量のバ
イアス電荷量を残留させる。この方式では期間A,B,
Cの合計は垂直ブランキング時間1250μS以内に動
作を完了する必要がある。
Next, in period B, the four electrodes of the photosensitive section 3 are uniformly applied to a high voltage to eliminate charge unevenness in the transfer direction. At this time, the voltages of the input gate G1 and the storage portions φS3 and φS4 are lowered to a voltage at which accumulation occurs to enhance the guard effect. (Accumulation occurs when the voltage drops below the level indicated by the dotted line 7 in FIG. The excess charge spills out of the potential well into the substrate and is dissipated by recombination. At this time, input gate G1 and storage section φS3,
It is important to keep the guard of φS4 at period C. (In Figure 4 J and k, accumulation occurs when the voltage falls below the level indicated by dotted lines 8 and 9.) After that, φ11 and φ12 are set to high voltages, and φ13 and φ14 are set to high voltages.
is set to a lower voltage to leave an equal amount of bias charge only below φ and φ1. In this method, periods A, B,
The total number of C must be completed within a vertical blanking time of 1250 μS.

まず期間Aの設定であるが、これはフレーム転送周波数
の時間とフレーム転送回数の積によつて決まる。発明者
の実1験では前述した512()X34O(H)画素フ
レーム転送方式CCDでの場合、フレーム転送周波数を
500KHzにしても解像度劣化がないことが明らかに
なつている。したがつて期間Aは2μS×256回=5
12μSになる。次に期間Bの設定はフレーム転送周波
数の1クロツクでも良いが動作の安定性を考えて50μ
Sとする。そして押し上げ期間Cの設定は余分な電荷の
再結合に必要な時定数によるが、この時定数は500μ
S以上あれば良いことが実験値より求められた。したが
つて期間A,B,Cの合計はA:512μS+B:50
μS+C:500μS=1062μSになる。この値は
垂直ブランキング期間1250ItSより少ない値であ
るので本方式では実現できる。この方式におけるバイア
ス電荷量の制御は押し上げ電圧Vbcによつて得られる
First, the setting of period A is determined by the product of the frame transfer frequency time and the number of frame transfers. The inventor's experiments have revealed that in the case of the above-mentioned 512()×34O(H) pixel frame transfer type CCD, there is no resolution deterioration even when the frame transfer frequency is set to 500 KHz. Therefore, period A is 2 μS x 256 times = 5
It becomes 12 μS. Next, period B can be set to 1 clock of the frame transfer frequency, but considering the stability of operation, it is set to 50 μm.
Let it be S. The setting of the push-up period C depends on the time constant required for recombining excess charges, and this time constant is 500 μm.
It has been found from experimental values that it is sufficient if it is S or more. Therefore, the total of periods A, B, and C is A: 512 μS + B: 50
μS+C: 500μS=1062μS. Since this value is smaller than the vertical blanking period of 1250 ItS, it can be realized by this method. Control of the amount of bias charge in this method is obtained by boosting voltage Vbc.

なお第3図、第4図では、φI,φ下のみに電荷を残留
させているが、次のフイルドではφ13,φ14下のみ
に残留させるようにすることは言うまでもない。以上説
明したように本発明は予め必要量以上の電荷をポテンシ
ヤル井戸に貯えておき、その後ポテンシヤル井戸を押し
上げると同時に、余分な電荷が入力ゲート側、ならびに
蓄積部側に流れでないようにし、余分な電荷をすべて基
板との再結合によつて捨て、押し上げた結果ポテンシヤ
ル井戸内に残留する電荷をバイアス電荷として用いるよ
うにしたものである。
In FIGS. 3 and 4, charges are left only under φI and φ, but it goes without saying that in the next field, charges are left only under φ13 and φ14. As explained above, the present invention stores charge in excess of the required amount in advance in a potential well, and then pushes up the potential well while at the same time preventing excess charge from flowing to the input gate side and the storage section side. All charges are discarded by recombination with the substrate, and the charges remaining in the potential well as a result of being pushed up are used as bias charges.

従つて本発明によれば、ポテンシヤル井戸を押し上げて
余分のバイアス電荷を溢れ出させる操作によつて、各電
極下の電荷量を場所的にムラなく一様にすることができ
る。従つてバイアス電荷のムラによる縦じま、シエーデ
イングなどの問題が解決され、小さい入力光量において
もS/Nの良い出力像が得らへ固体撮像装置の高感度が
達成できる。また本発明によつて、フレーム転送方式C
CDにおいて発生する垂直スミア一(スーパーポーズ現
象とも呼ばれている)を大幅に軽減させる効果もある。
Therefore, according to the present invention, by pushing up the potential well and causing excess bias charge to overflow, the amount of charge under each electrode can be made uniform evenly. Therefore, problems such as vertical stripes and shading caused by bias charge unevenness are solved, and even with a small amount of input light, an output image with a good S/N ratio can be obtained and high sensitivity of the solid-state imaging device can be achieved. Further, according to the present invention, frame transfer method C
It also has the effect of significantly reducing vertical smear (also called superpause phenomenon) that occurs in CDs.

本発明は上記実施例に限定されるものではない。The present invention is not limited to the above embodiments.

第5図及び第6図は本発明の他の実施例で、第5図はポ
テンシヤル井戸とバイアス電荷の関係を示し、第6図は
第5図に示す場合の4相駆動の電圧パルスを示す。この
方法は第3図ないし第4図で行なつた、入力ゲートG1
と蓄積部を電荷の押し上げ期間アキユームレーシヨンに
して電荷の流出を防止することをやめて、感光部2の任
意(第5図の場合φIとφIになる)の2転送電極を電
荷の押し上げ期間アキユームレーシヨンにし、余分な電
荷のホールとの再結合を効率良く行なわせる方法である
。この方法での動作を説明する。先ず電荷の入力を行な
うがこれは第3図で示した方法と同様に入力ゲートを開
いて多量の電荷を注入する。そしてφI,φはバイアス
電荷必要量になるよう12VbCの電圧を与える。
Figures 5 and 6 show other embodiments of the present invention, with Figure 5 showing the relationship between potential wells and bias charges, and Figure 6 showing voltage pulses for four-phase drive in the case shown in Figure 5. . This method is carried out in Figs. 3 and 4, and the input gate G1
Instead of using the accumulation section for the charge push-up period to prevent charge outflow, the two arbitrary transfer electrodes (φI and φI in the case of FIG. 5) of the photosensitive section 2 are used for the charge push-up period. This is a method to efficiently recombine excess charges with holes by accumulating them. The operation of this method will be explained. First, charge is input by opening the input gate and injecting a large amount of charge in the same way as the method shown in FIG. A voltage of 12 VbC is applied to φI and φ so that the required amount of bias charge is obtained.

その時φ13,φ4はアキユームレーシヨン状態となる
電圧を与える。したがつて余分な電荷は隣接したアキユ
ームレーシヨン状態になつている電極へ流れてホールと
再結合し、Vbcを与えた電極下には一様なバイアス電
荷が残留する。次に通常の光蓄積動作になるようφ11
,φ12にはVbCより高い電圧を与え、φ13,φ1
4はアキユームレーシヨンのままとする。第6図はこの
動作を実現するための各電極へ与える電圧ないしクロツ
クパルスである。(本図E,fにおいて点線10,11
のレベル以下でアキユームレーシヨンが生ずる。)この
方法では第4図で行なつた入力ゲートG1と、蓄積部3
のガードが必要なく、入力ゲートG1へは直流バイアス
を与えるのみで良い利点がある。しかし第3図、第4図
で説明した方法よりシエーデイングが劣化することが実
験によつて確かめられた。また第5図、第6図の変形例
として第7図ないし第8図に示す、感光部2の1電極を
押し上げ期間アキユームレーシヨンする方法もある。
At that time, φ13 and φ4 apply voltages that result in an accumulation state. Therefore, the excess charge flows to the adjacent electrode in the accumulation state and recombines with the hole, leaving a uniform bias charge under the electrode to which Vbc is applied. Next, φ11 for normal optical storage operation.
, φ12 are given a voltage higher than VbC, φ13, φ1
4 remains the accumulation ratio. FIG. 6 shows voltages or clock pulses applied to each electrode to realize this operation. (Dotted lines 10 and 11 in this figure E and f
Accumulation occurs below the level of . ) In this method, input gate G1 and storage section 3 as shown in FIG.
This has the advantage that there is no need to guard the input gate G1, and it is sufficient to simply apply a DC bias to the input gate G1. However, it has been confirmed through experiments that the shading is worse than the method described in FIGS. 3 and 4. Further, as a modification of FIGS. 5 and 6, there is also a method shown in FIGS. 7 and 8 in which one electrode of the photosensitive section 2 is pushed up during an accumulation period.

第7図はポテンシヤルウエルの変化で、第8図は第7図
を実現するための駆動波形である。この動作は第5図、
第6図と同様に達成できる。第5図、第6図では残留バ
イアス電荷電極をφ11,φ12としたがこの組み合わ
せは(φ13,φ4),(φ1,φ3),(φ2,φ4
),(φ1,φ4),(φ2,φ13)が考えられいず
れの場合においても同様の効果が期待できる。
FIG. 7 shows changes in the potential well, and FIG. 8 shows drive waveforms for realizing FIG. 7. This operation is shown in Figure 5.
This can be achieved in the same way as in Figure 6. In Figures 5 and 6, the residual bias charge electrodes are φ11 and φ12, but this combination is (φ13, φ4), (φ1, φ3), (φ2, φ4
), (φ1, φ4), and (φ2, φ13), and the same effect can be expected in any case.

また、第7図、第8図での残留バイアス電荷電極はφ1
,φ2,φ1,としたがこの組合わせは(φI,・φ1
3,φ14)(φ11・φ13・φ14)が考えら法い
ずれの場合においても同様な効果が期待できる。
In addition, the residual bias charge electrode in FIGS. 7 and 8 is φ1
, φ2, φ1, but this combination is (φI,・φ1
3, φ14) (φ11, φ13, φ14) are considered, similar effects can be expected.

また、感光部の1電極にバイアス電荷を貯め、他の3電
極をアキユームレーシヨンにしても同様の効果が得られ
ることは言うまでもない。また、いままでの説明ではバ
イアス電荷の入力をフレーム転送期間入力ゲートG1を
開いて行なつていたが、別の方法として第4図Bの期間
に入力ゲートG1を開いてバイアス電荷を入力しても良
い。
It goes without saying that the same effect can also be obtained by storing bias charges in one electrode of the photosensitive section and using the other three electrodes as storage. In addition, in the previous explanation, input of bias charges was carried out by opening input gate G1 during the frame transfer period, but another method is to open input gate G1 during the period shown in FIG. 4B and input bias charges. Also good.

さらに入力ゲートを開閉するかわりに入力ダイオードS
の動作点を変化させてバイアス電荷を入力させても良い
ことは明らかである。またバイアス電荷量を決める電圧
Vbcは一定値に固定されることはなく、高い電圧から
順次ステツプ状に低い電圧Vbcになるように与えても
良い。また、パルス状に高い電圧、低い電圧Vbcとな
るように与えても良く、低い電圧をパルスの初期の期間
はVbcより少し高めにして順次Vbcになるようにし
てもよい。また、アキユームレーシヨン状態を得るため
Vbcを与える期間基板電圧を正にしてもよい。
Furthermore, instead of opening and closing the input gate, the input diode S
It is clear that the bias charge may be input by changing the operating point of the . Further, the voltage Vbc that determines the amount of bias charge is not fixed to a constant value, but may be applied in a stepwise manner from a high voltage to a low voltage Vbc. Alternatively, a high voltage and a low voltage Vbc may be applied in a pulsed manner, or a low voltage may be applied a little higher than Vbc in the initial period of the pulse, and the voltage may be gradually increased to Vbc. Further, in order to obtain an accumulation state, the substrate voltage may be made positive during the period when Vbc is applied.

以上の実施例、変形例は表面チヤネル形で説明したが、
埋め込みチヤネル形にも応用できることは明らかであり
、インターライン方式にも応用でき、さらに本発明はC
CDに限らず固体撮像装置に用いられる各種の電荷転送
素子のバイアス電荷形成法に適用できる。
The above embodiments and modifications were explained using the surface channel type, but
It is obvious that the present invention can be applied to a buried channel type as well as an interline type.
The present invention is applicable not only to CDs but also to bias charge forming methods for various charge transfer devices used in solid-state imaging devices.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は二次元電荷転送素子における垂直解像度特性を
示し、バイアス電荷を加えたときの特性改善例である。
FIG. 1 shows the vertical resolution characteristics of a two-dimensional charge transfer element, and is an example of improved characteristics when bias charges are added.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 半導体基板上に絶縁体層を介して複数の転送電極が
形成されてなる電荷転送素子において、前記転送電極に
光蓄積パルスを印加する前に、バイアス電荷注入部の入
力ゲート電極に印加する電圧を制御して前記転送電極下
のポテンシャル井戸に必要量以上のバイアス電荷を電気
的に注入せしめ、その後前記ポテンシャル井戸の底を押
し上げると同時に前記入力ゲート電極もしくは前記転送
電極のうちの所定の電極をアキュムレーション状態にす
ることにより余分のバイアス電荷を実質的に前記バイア
ス電荷注入部へ戻すことなく、前記基板中へ溢れ出させ
、その後残留バイアス電荷を光蓄積を行う転送電極下の
ポテンシャル井戸に等配分するようにしたことを特徴と
する電荷電送素子におけるバイアス電荷形成方法。
1. In a charge transfer element in which a plurality of transfer electrodes are formed on a semiconductor substrate via an insulating layer, a voltage applied to the input gate electrode of the bias charge injection section before applying a photoaccumulation pulse to the transfer electrodes. to electrically inject a bias charge in excess of the necessary amount into the potential well under the transfer electrode, and then push up the bottom of the potential well and at the same time inject a predetermined electrode of the input gate electrode or the transfer electrode. By setting the accumulation state, the excess bias charge is substantially not returned to the bias charge injection part, but overflows into the substrate, and then the remaining bias charge is equally distributed to the potential well under the transfer electrode where photoaccumulation is performed. A method for forming bias charges in a charge transmission element, characterized in that:
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6162900U (en) * 1984-10-01 1986-04-28
JPH0287767U (en) * 1989-10-19 1990-07-11

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