JPS5946424B2 - 電荷転送素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は電荷転送素子に関するものである。

従来の電荷転送素子を第１図に示す。図において、１は
半導体基板、２は半導体基板１に形成したフローティン
グな高導電性不純物拡散層、３は同じく半導体基板１に
形成したドレイン（不純物拡散層）、４および４４ま半
導体基板１の表面に形成した複数個の電荷転送用電極、
５は高導電性不純物拡散層２とドレイン３の間の導通を
制御するリセットゲート、６は高入力インピーダンスの
ソースフォロワ回路、□は電源、８、８’、９、１０は
それぞれ端子である。この電荷転送素子の動作を簡単に
説明すると、複数個の電荷転送用電極４、４’の中の電
荷転送チャンネル１１を矢印Ａの方向に転送されてきた
信号電荷は、一旦高導電性不純物拡散層２に蓄積される
。

この信号電荷の流入により高導電性不純物拡散層２の浮
遊容量が充電され、その電位が変化する。この電位変化
をソースフォロワ回路６で検出して出力電圧信号を再生
する。一方、高導電性不純物拡散層２に蓄積された信号
電荷は次の信号電荷が転送される以前にリセットゲート
５を導通状態としトルイン３に放出しておく。なお、リ
セットゲート５は通常はオフ状態にしておく。この電荷
転送素子は、通常、電源Ｔの電圧を１０〜２０Ｖ程度と
比較的高くとつて信号電荷のリセットを容易にしている
が、システムの都合上電源Ｔの電圧を下げねばならない
ことがあり、電源７の電圧をＩＯＶ以下にしたい場合が
生ずる。ところが電源Ｔの電圧を低下させた場合、第２
図に示すように最終的な出力電圧振幅ＶＡが大幅に減少
し、特にＩＯＶ以下では正常な出力振幅ＶＡＯの半分以
下となる。なお、このデータはＮチャンネル電荷結合素
子の例であるが、横軸の電圧値が多少異なるだけで、他
の電荷転送素子に関してもほとんど同様の現象が起こる
。これは、リセットゲート５がオン状態になつてもドレ
イン電位が充分高くないためにリセットしきれず、残つ
た電荷により電荷転送素子の最大電荷転送能力が低下（
転送用のポテンシャル井戸の底が浅くなつている状態）
しているためと考えられる。したがつて、この発明の目
的は、電源電圧の低い状態でも十分な出力電圧を得るこ
とができる電荷転送素子を提供することである。

この発明の一実施例を第３図に示す。

すなわち、この電荷転送素子は、高導電性不純物拡散層
２とドレイン３の間に別の高導電性不純物拡散層１２と
高導電性不純物拡散層１２およびドレイン３間の電気的
導通を制御するゲート１３（端子１４が接続さわる）を
設け、さらに高導電性不純物拡散層１２に対して容量Ｃ
Ｃを介して電圧を印加できる端子１５を設けたもので、
それ以外の構成は第１図のものと同様である。つぎに、
高導電性不純物拡散層２，１２の持つ浮遊容量を各々Ｃ
ｆ，，Ｃｆ２として、この電荷転送素子の動作を説明す
る。

第４図Ａ，Ｂ，Ｃはそれぞれ端子９，１５，１４に印加
するパルス波形とその時間関係を示している。

この図を見るとわかるように、りセツトゲート５は、信
号電荷が転送されてくる瞬間（ＳＩＧｎ，ＳＩＧｎ＋１
，・・・）からしばらくはオフ状態で次の信号電荷が転
送されてくる前にオン状態となり、高導電性不純物拡散
層２，１２が電気的に結合される。ところが、りセツト
ゲート５がオンのタイミングは、端子１５に正のパルス
（振幅Ｖｄ）が印加されているため、高導電性不純物拡
散層１２の電位が通常の電位よりＶｓ＝Ｖｄ×Ｃｃ（？
）だけ上つている。

たとえば、Ｃｆ＋Ｃｆ＋Ｃｃ Ｃｆｌ込Ｃｆ，！１１′ＣＣとすると、パルス振幅Ｖｄ
と同じ値だけの電圧が重畳されることになる。

一方、りセツトゲート５がオン、端子１５が低レベルに
あるときにゲート１３がオンとなり、高導電性不純物拡
散層１２とドレイン３が電気的に導通状態になつて高導
電性不純物拡散層１２の電位が電源７と同電位になる。
第４図Ｄ，Ｅはそれぞれ端子９，１５，１４にそれぞれ
第４図Ａ，Ｂ，Ｃに示したパルス電圧が印加されたとき
の高導電性不純物拡散層２，１２の電位の変化を示して
いる。

ただし、ＶＤＤは電源７の電位である。この図から分か
るよ碩ζ、高導電性不純物拡散層２がりセツトされる瞬
間は高導電性不純物拡散層１２の電位が上つた状態にあ
るため、等価的に高い電圧の電源へドレインアウトする
のに等しい。一方、高導電性不純物拡散層１２からドレ
イン３への電荷移動は、結合容量Ｃｃを介して端子１５
から高導電性不純物拡散層１２に印加されるパルスの低
電位の瞬間に行なわれるため、この瞬間の直流電位が電
源７の電位ＶＤＤに保持される。このように構成した結
果、高導電性不純物拡散層２に蓄積された信号電荷は
外部の電源電圧ごＣＶＤＤよりもＶｄ＝（？ｙごけ高い
電 Ｃｆ＋Ｃｆ２＋Ｃｃ 圧で等価的にりセツトさ１れるため、例えばＶＤＤＩ）
３７．５Ｖの場合、従来の方式では出力振幅ＶＡは殆ん
ど０Ｖｐｐであるが、実施例ではＶＤＤ＝Ｖｄ＝７．５
Ｖとすると、等価的に１４Ｖ程度の電源電圧の場合に相
当するので第２図から充分な出力振？が得られる。

なお、端子９，１５には同一のパルスを加えてもよいの
で、これを始めから集積回路内部で結合して一端子とし
、りセツトパルスのみを加えるようにしてもよく、この
場合には使用上便利になる。

また、最終段の電荷転送用電極４′に直流電位を加えて
デカツプルさせた状態で使用すわば、クロツク雑音を高
導電性不純物拡散層２に重畳させないようにすることが
できる。この発明の他の実施例を第５図に示す。

すなわち、この電荷転送素子は、りセツトゲート５と高
導電性不純物拡散層２との間にシールドゲート１６（端
子１７に接続）を設けることによりりセツトゲート５と
高導電性不純物拡散層２との間のオーバーラツプ容量を
介して重畳するりセツトパルス雑音を軽減したもので、
そわ以外の構成および作用効果は前述の実施例と同様で
ある。なお、従来の電荷転送素子においても、信号電荷
を支障なくトルインアウトするためだけの目的であれば
、第１図の高導電性不純物拡散層２に第３図の高導電性
不純物拡散層１２と同様に容量的にパルスを印加し、同
時に最終段の電荷転送用電極４′にもクロツクパルスを
印加することによりこの発明と同様の動作機構で信号電
荷はドレイン３へドレインアウトされるが、出力信号を
検出するための高導電性不純物拡散層の電位が容量的に
結合されたパルスによつて大きく変動し、雑音電圧が非
常に増大するばかりでなく、結合容量によつて高導電性
不純物拡散層２の浮遊容量が増大し、信号電荷に対して
の電位変化が減少し、信号対雑音比が極端に劣化して実
質的に使用に耐え得ないものであつた。

，以上のように、この発明の電荷転送素子は、第１およ
び第２の高導電性不純物拡散層ならびにドレインの不純
物拡散層を順次隣接して設け、さらに第１および第２の
高導電性不純物拡散層間の電気的導通および遮断を制御
する第１のゲートと第２の高導電性不純物拡散層および
不純物拡散層間の電気的導通および遮断を制御する第２
のゲートとを設け、第２の高導電性不純物拡散層に端子
を容量的に結合したので、電源電圧が低い状態でも第１
の高導電性不純物拡散層の電荷を等価的に高電圧でりセ
ツトでき、十分な出力電圧を得ることができるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】 第１図は従来の電荷転送素子の構成図、第２図はその動
作説明のための電源電圧対色力電圧特性図、第３図はこ
の発明の一実施例の構成図、第４図はその動作説明のた
めのタイムチヤート、第５図はこの発明の他の実施例の
構成図である。 １・・・・・・半導体基板、２・・・・・・高導電性不
純物拡散層（第１）、３・・・・・・ドレイン（不純物
拡散層）、４，４ｔ・・・・・電荷転送用電＆． ５・
・・・・・りセツトゲート（第１）、６・・・・・・ソ
ースフオロワ回路（高入力インピーダンス回路）、７・
・・・・・電源、１１・・・・・・電荷転送チヤンネノ
レ、１２・・・・・・高導電性不純物拡散層（第２）、
１３・・・・・・ゲート（第２）、１５・・・・・・端
子、Ｃｃ・・・・・・容量。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数個の電荷転送用電極下の電荷転送チャンネルの
   出力端に設けた第１の高導電性不純物拡散層と、この高
   導電性不純物拡散層の電位変化を検出する高入力インピ
   ーダンス回路と、前記第１の高導電性不純物拡散層に隣
   接して設けた第２の高導電性不純物拡散層と、この第２
   の高導電性不純物拡散層に隣接して設けたドレインの不
   純物拡散層と、前記第１および第２の高導電性不純物拡
   散層間の電気的導通および遮断を制御する第１のゲート
   と、前記第２の高導電性不純物拡散層および前記不純物
   拡散層間の電気的導通および遮断を制御する第２のゲー
   トと、前記第２の高導電性不純物拡散層に容量的に結合
   した端子とを備えた電荷転送素子。 ２ 前記端子と前記第１のゲートを電気的に結合した特
   許請求の範囲第１項記載の電荷転送素子。