JPS60117639A - 電荷積分回路 - Google Patents

電荷積分回路

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JPS60117639A
JPS60117639A JP58224434A JP22443483A JPS60117639A JP S60117639 A JPS60117639 A JP S60117639A JP 58224434 A JP58224434 A JP 58224434A JP 22443483 A JP22443483 A JP 22443483A JP S60117639 A JPS60117639 A JP S60117639A
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JP
Japan
Prior art keywords
transistor
resistor
mis structure
power source
metal electrode
Prior art date
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Pending
Application number
JP58224434A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshinori Tsujino
辻野 佳規
Shigeki Yamashita
茂樹 山下
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Filing date
Publication date
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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)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (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】 発明の技術分野 本発明は、赤外線電荷注入デバイス(infrared
 charge 1njectiondevice: 
IRcID)の表面電位(ポテンシャル・ウェル)の深
さを計測する際に用いる電荷積分回路の改良に関する。
従来技術と問題点 第1図は従来のl RCI D用電荷積分回路の要部回
路図である。
図に於いて、1はMis(metal oxide s
emiconducto、r)構造を有するIRCID
に於ける金属電極、2は同じくその絶縁膜、3はn型半
導体基板、4は金属電極lと半導体基板3との間に電圧
を印加した際に生成される反転された表面電位、5はI
RCIDに印加する電圧を発生する電源、6は信号電荷
注入用l・ランジスタの制御信号であるインジェクショ
ン・パルスφ1N、(以下、単にφINJ とする)の
印加端子、7は信号電荷注入用トランジスタ、8は信号
電荷を注入するためにトランジスタ7を介して金属電極
1に印加する電圧を発生する電源、9は電荷注入期間中
金属電極1に印加される電源8からの高電圧から演算増
幅器を電気的に分離して保護する為のトランジスタ、l
Oはトランジスタ9の制御信号入力端子、11ば演算増
幅器、12は電荷積分回路の帰還容量、13は帰還容!
fi12をリセットする為のトランジスタ、14はトラ
ンジスタ13の制御信号入力端子、15ば演算増幅器1
1の信号出力端子をそれぞれ示している。尚、本例では
、n型半導体基板3に対して反転表面電位4が形成され
る印加電圧の方向(正負)及び信号電荷を半導体基板3
に注入する為に反転表面電位4が形成されないようにす
る為の注入電荷の方向(正負)は第1図に示されている
電源5及び8の電池記号で表される方向であるとする。
即ら、電源5について半導体基板3側が正、電源8につ
いてトランジスタ7側、従って、金属電極1側が正であ
るとする。また、注入動作では、電源5に依って形成さ
れた反転表面電位4を打ち消さなければならないから、
更に高電圧の電源8が必要となるものである。
第1図に示した回路の動作を第2図を参照しつつ説明す
る。
第2図は第1図に示した回路の所要点に於のる信号波形
を表した図であり、図中の数字に依る記号は第1図に同
記号で指示した部分に於ける信号波形に対応するもので
ある。
第2図に於いて記号6,10.14で指示しである信号
波形はパルスであり、このパルスがハイ・レベルにある
時、各トランジスタ7.9.13が導通(オン)し、そ
して、ロウ・レベルにある時、非導通(オフ)となる。
記号15で指示しである信号波形は信号出力波形であり
、電位差Sとして信号が得られる。尚、この信号出力波
形に於いては、図で見て、ハイ・L’ ヘアL/ 側力
()、ロウ・レベル側が(+)であることに注意し5な
ければならない。
さて、先ず、時刻t1に於いて、トランジスタ7ばオン
、トランジスタ9はオフ、トランジスタ13はオンであ
り、トランジスタ9に依りIRCID側と演算増幅器1
1側とは電気的に分離される。
トランジスタ7がオンとなることに依り、金属電極1に
電源8からな電圧が印加され、半淳体法板3に於ける反
転表面電位4が消滅するので信号電荷は半導体基板3内
に注入される。
また、トランジスタ13がオンとなることに依り、帰還
容量12に蓄積された電荷がトランジスタ13を介して
放電し、演算増幅器11の出力が基準電位にリセットさ
れる。
時刻t2に於いて、トランジスタ7.9.13はそれぞ
れオフ、オン、オフとなり、MIS構造の電荷注入動作
は終了し、電荷積分動作が開始される。
MIS構造への電荷の蓄積は図示されていない透明電極
を通して外部から入射する赤外線で励起発生した荷電粒
子に依るものである。
n型半導体基板3の場合、少数キャリヤとして正孔が反
転表面電位4のfiJf域に蓄積される。
従って、これに依り変位電流が流れ、演算増幅器11の
負入力が仮想接地された状態で帰還容量12が充電され
る。
時刻t3に於いて、M I S ’ti&造に電荷が蓄
積されるにつれて、この電荷に依り、反転表面電位4が
打ち消され、遂には、半導体基板3内と同じ電位になる
。この状態はフラット・ハンド状態と呼ばれていて、こ
の状態になると、これ以上に電荷が蓄積されることはな
い。
第2図に記号15で指示した信号出力波形は、この様子
を表している。
時刻t、に於いて、再び各トランジスタ7.9゜I3が
それぞれオン、オフ、オンとなり、Mrs構造に蓄積さ
れた電荷は半導体基板3に注入され、また、帰還容量1
2に充電された電荷が放出される。
MIS構造に於いて、電荷が空になった時の出力レベル
及び一杯に蓄積された時の出力レベルの差、即ち、電位
差Sが半導体基板3の表面に形成される最大の表面電位
を示している。
前記説明から判るように、Mis構造に蓄積される電荷
は、実際には、反転表面電位4の空乏層の容量に蓄積さ
れるのである。尚、空乏層の容量に直列になっている絶
縁膜2に拮づ(容量や寄生容量に関しては、本発明にと
って重要ではないので説明を省略する。
ところで、図示の回路に於いて、tfs構造に於ける金
属電極1は実際には多結晶シリコン或いはアルミニウム
(A#)等を+A i’−1とするものであり、長い配
線パターン及び電極バンドを有するものが普通である。
従って、それ等に断線、短絡等の事故が発生ずることは
、しばしば経験されるところである。
このような事故のうら、金属電極l及びそれに関連する
配線と半導体w板3との間の短絡は、電源5からの高電
圧がトランジスタ9を介し°C演算増幅器11におよぶ
ので、その高電圧の為、演算増幅器11が破壊される場
合があり、そして、その破壊の結果、過大な電流が流れ
、その電流に起因するジュール熱の為にMIS構造の電
極・配線が連続融着する旨の問題があった。
また、この際の過大電流は、MIs構造−トランジスタ
9−演算増幅器11へと流れるほか、トランジスタ7−
Ml5474造・\と流れる可能性があり、その結果、
最悪の場合にはトランジスタ7゜9.13が全て破壊さ
れてしまう虞がある。
発明の目的 本発明は、前記の如き回路に於いて、極めて簡単な保護
措置を採ることに依り、Mis構造に電極短絡が生じた
際、MIS構造の電極・配線の連続融着或いは演算増幅
器やトランジスタの静電破壊等を防止することができる
ようにする。
発明の構成 本発明の電荷積分回路では、金属電極−絶縁l模−半導
体基板からなるMIS構造が抵抗及びトランジスタを介
して入力側に接続される演算増幅器と、該演算増幅器に
併設された帰還容量及び該帰還容量をリセットするトラ
ンジスタと、前記金属電極と前記抵抗との接続点に抵抗
を介して接続され光励起で前記Mis構造に蓄積された
電荷を前記半導体基板に注入する為のトランジスタと、
前記MIS構造と前記演算増幅器との間に介在する前記
抵抗及びトランジスタの接続点に接続されたダイオード
及び電源を含む電圧クリップ回路とを備えてなる構成を
採っているので、前記MIS構造に短絡事故が発生して
も、演算増幅器やトランジスタが破壊されることはなく
、従っ′ζ、過大な電流は流れないから、前記Mis構
造の電極・配線に連続融着が生ずることもない。
発明の実施例 第3図は本発明一実施例の要部回路図であり、第1図に
関して説明した部分と同部分は同記号で指示しである。
図に於いて、16ば抵抗、17はダイオ−1′、18は
電源、19は抵抗、20は短絡点をそれぞれ示している
。尚、以下の説明では、抵抗16及び19の値をr16
及びr19、また、直流電源5゜8.18の電圧をそれ
ぞれE、、E、、E、、とする。
本実施例では、抵抗16、ダイオード17、電源18に
依って電圧クリップ回路が構成されている。
さて、第2図に示されている期間T2に於いては、トラ
ンジスタ7がオフ、トランジスタ9がオンであるから、
MIS構造に於ける金属電極1と半導体基板3とが例え
ば第3図の短絡点20で短絡しているとすれば、流れる
過大電流は電源5−半導体基板3−短絡点2〇−金属電
極1−抵抗16−ダイオード7−電源18の径路で流れ
、従って、抵抗16に依って電流制限を受げる。即ら、
Es E+a r+a を越える電流は流れない。
また、第2図に示されている期間T1に於いては、I・
ランジスタフはオン、トランジスタ9がオフとなるが、
この場合にも抵抗19の存在で直流電源8からの電流は
制限を受ける。即ち、r+q r+b rIb/r+q 以上の電流は流れない。尚、ここで、r16/r19ば
抵抗16及び19の並列接続時に於ける抵抗値を示すも
のである。
これ等のことから、MIS構造に於ける金属電極1には
過大電流が流れないので、ジュール熱発生に依る連続融
着は起きない。
更に、抵抗16、ダイオード17、直流電源18からな
る電圧クリップ回路の存在に依り、1−ランジスタ9に
は電圧ElB以上の電圧が印加されることはないので、
回路構成部品が破壊されることはない。尚、電圧Ee、
ば、通常、演算増幅器11に於ける入力レンジの最大値
に設定すると良い。
この場合に於レノるトランジスタ9及び13の耐圧は、
通常、演算増幅器11の入力レンジよりは大きい。トラ
ンジスタ7に関し°ζは、最も高い電圧E8に耐えるも
のを必要とするが、最大印加電圧50(V)程度を考え
れば、その程度のものを得ることは容易である。
前記実施例では、トランジスタ?、9.13として通常
のバイポーラ・l・ランジスタを用いた場合について説
明したが、これは、電界効果トランジスタ(FET)を
用いても良いことは云うまでもない。むしろ、電荷積分
回路の場合、ベース電流を必要としないFET0方が望
ましい動作を期待することができる。また、前記実施例
では、n型半導体基板を用いたものについて説明したが
、第3図に於いて、直流電源JI L 18の正負の向
きを逆にし、ダイオード17のp n接合の向きも逆に
すれば、p型半導体基板を用いて回路を構成することが
可能である。
発明の効果 本発明の電荷積分回路に於いては、金属電極−絶縁■タ
ー半W体基板からなるMIS構造が抵抗及びトランジス
タを介して入力側に接続される演算増幅器と、該演算増
幅器に併設された帰還容量及び該帰還容量をリセットす
るトランジスタと、前記金属電極と前記抵抗との接続点
に抵抗を介して接続され光励起で前記MIS構造に蓄積
された電荷を前記半導体基板に注入する為のトランジス
タと、前記iIs構造と前記演算増幅器との間に介在す
る前記抵抗及びトランジスタの接続点に接続されたダイ
オード及び電源を含む電圧クリップ回路とを備えてなる
構成になっているので、板金、前記MI’S構造に短絡
が発生した場合であっても、それに起因する高い電圧は
電圧クリップ回路に依り抑制されるので演算増幅器が破
壊されることはなく、従って、過大な電流が流れること
もないから、各トランジスタの破壊、或いは、MIS構
造に於ける電極・配線の連続融着も発生しない。4
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の電荷積分回路の要部回路図、第2図は電
荷積分回路の動作を説明する為の信号波形図、第3図は
本発明一実施例の要部回路図である。 図に於いて、1はMIS構造を有するI RCIDに於
ける金属電極、2は同じくその絶縁膜、3はn型半導体
基板、4ば金属電極1と半導体W板3との間に電圧を印
加した場合に生成される反転された表面電位(電位ウェ
ル)、5はI RCI Dに印加する電圧を発生する電
源、6ば信号電荷注入用トランジスタの制御信号である
インジェクション・パルスφINJの印加端子、7は信
号電荷注入用トランジスタ、8は金属電極1に印加する
電圧を発生する電源、9は1「源8からの高電圧から演
算増幅器を電気的に分離しておく為のトランジスタ、1
0はトランジスタ9の制御信号入力端子、11は演算増
幅器、12は帰還容量、13ば帰還容量をリセットする
為のトランジスタ、14はトランジスタ13の制御入力
端子、15は演算増幅器11の信号出力端子、16ば抵
抗、17はダイオード、18ば電源、19は抵抗、20
は短絡点である。 特許出願人 富士通株式会社 代理人弁理士 相 谷 昭 司 代理人弁理士 渡 邊 弘 − 第1図 第2図 0 tlt2 b t4 第3図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 金属電極−絶縁膜一半薄体基板からなるMIS構造が抵
    抗及びトランジスタを介して入力側に接続される演算増
    幅器と、該演算増幅器に併設された帰還容量及び該帰還
    容量をリセットするトランジスタと、前記金属電極と前
    記抵抗との接続点に抵抗を介して接続され光励起で前記
    Mis構造に蓄積された電荷を前記半導体基板に注入す
    る為のトランジスタと、前記Mis構造と前記演算増幅
    器との間に介在する前記抵抗及びトランジスタの接続点
    に接続されたダイオード及び電源を含む電圧クリップ回
    路とを備えてなることを特徴とする電荷積分回路。
JP58224434A 1983-11-30 1983-11-30 電荷積分回路 Pending JPS60117639A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014506094A (ja) * 2011-02-22 2014-03-06 ユニバーシテット ヤギエロンスキ 電荷計測システム
KR20160098025A (ko) * 2013-12-14 2016-08-18 유니버시테트 야기엘론스키 느리게 변화하는 전하를 축적하고 측정하기 위한 시스템 및 방법

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