JPS60183766A - Photoelectric conversion device - Google Patents

Photoelectric conversion device

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JPS60183766A
JPS60183766A JP59037339A JP3733984A JPS60183766A JP S60183766 A JPS60183766 A JP S60183766A JP 59037339 A JP59037339 A JP 59037339A JP 3733984 A JP3733984 A JP 3733984A JP S60183766 A JPS60183766 A JP S60183766A
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JP
Japan
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gate
polycrystalline silicon
charge
silicon layer
voltage
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JP59037339A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Junichi Hoshi
淳一 星
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.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • 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
    • H01L27/14643Photodiode arrays; MOS imagers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • 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
    • H01L27/14601Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements

Abstract

PURPOSE:To realize a photoelectric conversion device, by which a non-destructive reading can be performed, and at the same time, a random access is possible, and moreover, a high resolution can be attained and a high sensitivity can be obtained, by a method wherein the control electrode of the semiconductor transistor is commonly used as a semiconductor layer, which constitutes one end of the photoelectric conversion diode. CONSTITUTION:A p-n photo diode 6 is constituted of an n<+> type polycrystalline silicon layer 3 and a p<+> type polycrystalline silicon layer 5 and a p-channel MOS transistor 7 is constituted of an n<-> type Si substrate 1, an oxide film 2, p<+> type diffusion layers 4 and a gate 3. The gate 3 is commonly used as the n<+> type polycrystalline silicon layer 3. As the n<+> type polycrystalline silicon layer 3 has been formed in a floating state, the electrode charge, which generates by a light 8, is stored in the polycrystalline silicon layer 3. That is, the charge is stored in the gate 3 of the MOS transistor 7. Accordingly, if the voltage Vg of the gate 3 has been set being prescribed properly according to voltage Vb, which is impressed on an electrode B, a source-drain current, which corresponds to the charge being stored in the gate 3 by the light 8, can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】 [技術分野] 本発明は゛1′′導体光電変換装置に係り、45にJ1
破壊読出しおよびランダトアクセス性を企IAした光゛
iシ変換装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field] The present invention relates to a ``1'' conductor photoelectric conversion device,
The present invention relates to an optical conversion device designed for destructive readout and random access.

[従来技術] 近年、光電変換装置、勃に甲−導体撮像装置に関する研
究が積極的に行われており、一部では実用化され始めて
いる。この1′・導体撮像装置は、撮像管を用いた撮像
装置に比べて、はるかに小型軽j11であり、しかも振
動に強く、消費電力が倶いにS、の利点を有するために
、今後の発jjりが期待されている。
[Prior Art] In recent years, research on photoelectric conversion devices and conductor imaging devices has been actively conducted, and some of them have begun to be put into practical use. This 1' conductor imaging device is much smaller and lighter than an imaging device using an image pickup tube, is resistant to vibration, and has the advantages of low power consumption. A breakthrough is expected.

このような半導体撮像装置は、大きく分けるとMOS型
とCCD型の2種類に分類される。
Such semiconductor imaging devices are broadly classified into two types: MOS type and CCD type.

MO3型撮像装置は、入射光によちて各ホトダイオード
に発生した電荷を各ホトタイオードに接続されたMO3
+・ランジスタの主電極容:11中に蓄積し、それらの
MO3+−ランジスタを順次ONするごとによって蓄積
された電荷を読出すという構成を有している。
The MO3 type imaging device uses the charge generated in each photodiode by incident light to the MO3 connected to each photodiode.
It has a configuration in which charges are accumulated in the main electrode capacitance 11 of the MO3+ transistors, and the accumulated charges are read out each time the MO3+ transistors are sequentially turned on.

方CCD型撮像装置は、メ’MOSキャパシタ′jt極
トにポテンシャル引戸を形成し、この井戸に入用光によ
って発生した電荷を蓄積し、この井戸をi+lri次移
動させることで蓄積された電荷を1;)L出している。
On the other hand, a CCD type imaging device forms a potential sliding door in the main MOS capacitor'jt pole, accumulates the charge generated by the input light in this well, and moves the well in i+lri order to store the accumulated charge. 1;) L is out.

しかし、これら従来の゛1′、導体撮像装置は、解像度
および感度の点で、撮像管に比べて末だ不1−分であっ
た。
However, these conventional conductor imaging devices are far inferior to image pickup tubes in terms of resolution and sensitivity.

まず、解像度の問題は画素数の増加によって解決される
はずであるが、撮像装置には特イ」の制約が存イ1する
。すなわち1画素数を増加させようとして来植度をI−
’rlさせると、画素面積が小さくなり、感度低下とい
う問題が生じて来るわけである。したがって画素数は、
必要とされる最小光j11を検出できる大きさでなけれ
ばならず、集積度に1’lずと限界が生じてくる。
First, although the problem of resolution should be solved by increasing the number of pixels, there are certain limitations in imaging devices. In other words, in an attempt to increase the number of pixels per pixel, the planting degree is
'rl, the pixel area becomes smaller, leading to the problem of reduced sensitivity. Therefore, the number of pixels is
The size must be large enough to detect the required minimum light j11, and there is a limit to the degree of integration.

このような必要とされる画素面積の確保と高集積イヒの
問題は、多層配線の技術等で解決が企てられているが、
未だ十分とは訴えない。
Attempts are being made to solve these problems of securing the required pixel area and achieving high integration using multilayer wiring technology, etc.
I can't complain that it's still not enough.

・力、感度、すなわち撮像装置が検出する最小光jIU
は、入用した光によって生じる信号−の人きさとIf、
 i’+゛の大きさの比(S/N比)によって決定され
る。
・Power, sensitivity, i.e. the minimum light jIU detected by the imaging device
is the humanness and If of the signal produced by the input light,
It is determined by the magnitude ratio (S/N ratio) of i'+'.

MOS型では、ゲート・ソーヌ間容量やゲート・ドレイ
ン間合:、’X、 cl、の寄生容j、iの不整合によ
る雑1゛″? 熱キャリヤによる雑音等があり、CCD
型ではクロ、り出力量容量による雑音、熱線1°f、お
よυ転送損失による雑音等が主な雑音である。
In the MOS type, there is noise due to mismatching of gate-to-saune capacitance and gate-drain distance:, '
In the case of the type, the main noises are noise due to the output capacity, heating wire 1°f, and noise due to υ transfer loss.

このような雑1゛tと光によって生じる電圧の大きさと
によって感度が決定されるが、入用光を取込む効率は表
面構造の単純なrviOs型撮像装置の方が右利であり
、ダイナミックレンジを広く取れるという利点を有する
Sensitivity is determined by such miscellaneous 1゛t and the magnitude of the voltage generated by the light, but rviOs type imaging devices with a simple surface structure are more efficient in capturing the required light, and the dynamic range is higher. It has the advantage of being able to take a wide range of

しかし、すでに述べたように、MOS型ではイ、−1す
読出し時に各ホトタイオードに配線容星か接続yれるた
めに、極めて大きな電圧降ドが生じ、そのために高感度
のセンスアンプが不可欠である。
However, as mentioned above, in the MOS type, a wiring capacitor is connected to each photodiode during readout, resulting in an extremely large voltage drop, which requires a highly sensitive sense amplifier. .

したがっそ、MOS型撮像装置は高1こ積イヒに伴って
低照度撮影が困難になるという問題点を有していた。
However, the MOS type image pickup device has a problem in that low-light photography becomes difficult due to the high density.

hCCD型撮像装置はM OS型に比べて低剥i′1で
あり、低照度撮影か可能であるが、高集積化に伴ってダ
・rナミンクし・ンシが取れなくなるという問題を有し
ている。
The hCCD type image pickup device has a lower separation i'1 than the MOS type, and is capable of low-light photography, but it has the problem of not being able to take pictures due to high integration. There is.

このように従来の゛1′導体撮像装置では、解像1f(
および感度の問題を共に解決することが困ガ[であった
In this way, the conventional ``1'' conductor imaging device has a resolution of 1f (
It was difficult to solve both the problems of sensitivity and sensitivity.

さらに、従来の半導体撮像装置は蓄積電荷そのものを取
出すために、一度読出すと内容が破壊さ5れてしまうと
いう欠点も有していた。すなわち、破壊読出しであるた
めに、別個に電荷蓄積り段を設けなければならず、構造
および製造工程の複雑化を招いていた。
Furthermore, conventional semiconductor imaging devices have the disadvantage that once the stored charges are extracted, the contents are destroyed. That is, since the readout is destructive, a separate charge storage stage must be provided, which complicates the structure and manufacturing process.

また、MOS型撮像装置はランタムアクセス化かり能で
あるが、CCD型撮像装置ではランダムアクセス化がづ
\く不可能であるために、画素の特定部分の読出しが出
来ず、応用範囲が限定されるという欠点を右している。
Furthermore, while MOS type imaging devices are capable of random access, with CCD type imaging devices, random access is almost impossible, making it impossible to read out a specific part of a pixel, which limits the range of applications. It has the disadvantages of being right.

このように、従来の半導体撮像装置は一層・1υを右し
、上述した全ての点で猫足しうるちのは未だ提案されて
いない。
As described above, the conventional semiconductor imaging device has a further 1υ, and no one has yet been proposed that can meet all the above-mentioned points.

[発明の11的] 本発明はL記従来の問題点およυ欠点に鑑み成されたも
のであり、その目的はJ1破壊読出しかできるとともに
、ランタムアクセスがit)能であり。
[Eleventh Object of the Invention] The present invention has been made in view of the problems and shortcomings of the prior art, and its purpose is to enable only J1 destructive reading and to enable random access.

さらに高解像度および高感度か達成されうる光電変換装
置を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a photoelectric conversion device that can achieve higher resolution and higher sensitivity.

[発明の構成] −1,記目的を達成するために、本発明による九′屯変
換装置は゛I’−導体トランジスクの11ノ制御電極が
光電変換タイオードの一端の半導体層であることを41
+徴とする。
[Structure of the Invention] -1. In order to achieve the above objects, the nine-layer conversion device according to the present invention has the following features:
+ sign.

ここで゛I′導体l・ランジスクは制御電極の電荷によ
って電流の流れが制御されるものであれば良く、たとえ
ばM、IS構造のトランジスタが考えられる。その場合
、11ノ制御電極はゲートどなる。
Here, the ``I'' conductor 1/disk may be of any type as long as the flow of current is controlled by the charge of the control electrode, and for example, a transistor with an M or IS structure may be used. In that case, the control electrode No. 11 will be gated.

光電変換ダイオードは入用光によって電子−11孔7?
、1を先生ずる゛V−導体ダイオードであり、たとえi
、4’、’ p n 十l・ダイオードである。その場
合、p層又(4n層のとちらか一層が+iij記I・ラ
ンジスクのり一一−]在兼ねた構造とな・I。
The photoelectric conversion diode has an electron-11 hole 7 depending on the required light.
, 1 is a V-conductor diode, even if i
, 4',' p n 11 diode. In that case, the structure is such that one of the p-layers (one of the 4n layers) also serves as a layer.

[発明の実施例] 以下、未発1!11の実施例をIA面を用いて1:r細
に説明する。
[Embodiments of the Invention] Hereinafter, embodiments of the unreleased 1!11 will be described in detail using the IA side.

第1図は本発明による光電変換装置の一実施例の断面図
であり、1画素分か示されている。
FIG. 1 is a cross-sectional view of one embodiment of a photoelectric conversion device according to the present invention, and one pixel is shown.

まず、本実施例の製造に程を述べる。同図において、不
純物濃1i〜10 cm−’のn−5i基板1上には、
熱酸化法等により厚さlO〜1100nの醇化1112
2が形成される。続いて、減圧CVD法等により、l+
/さ100〜l 000層m、シー)・抵抗10〜10
0Ω/口のn+ポリシリコン層を堆積させた後、ホトリ
ングラフィ等によってゲート長l〜10pmのゲート3
を形成する。
First, the manufacturing process of this example will be described. In the figure, on an n-5i substrate 1 with an impurity concentration of 1i to 10 cm-',
Melting 1112 with a thickness of lO~1100n by thermal oxidation method etc.
2 is formed. Subsequently, by low pressure CVD method etc., l+
/Size 100~l 000 layer m, sea)・Resistance 10~10
After depositing an n+ polysilicon layer of 0 Ω/gate, a gate 3 with a gate length l~10 pm is formed by photolithography or the like.
form.

そして、ゲート3を・種のマスクとして、P型不純物(
ボロン′:’i)をイオン11:人法又は熱拡散性等に
より全面に拡nkする。このセルファライン法によって
、ソース又はF’トレインなる深さ100〜looOn
mのp+拡散層4が形成されるとともに、n+ポリシリ
コン層であったケート3の1−1層はp+ポリシリコン
層5に変換される。こうしてpnJn合が形成され、そ
のn“ポリシリコン層3がゲート3を兼ねている。
Then, using gate 3 as a seed mask, P-type impurity (
Boron':'i) is spread over the entire surface using ions 11: manual method or thermal diffusivity. By this self-line method, the source or F' train can be set to a depth of 100~looOn
m p+ diffusion layers 4 are formed, and the layer 1-1 of the gate 3, which was an n+ polysilicon layer, is converted into a p+ polysilicon layer 5. In this way, a pnJn junction is formed, and the n'' polysilicon layer 3 also serves as the gate 3.

このような構造を形成するためには、n +ポリシリコ
ン層を酸化膜2−1−にj(f Jhさせる際、P+拡
11シ層4の深さに比べて1−分な厚さに堆積させると
ともに、P型不純物のe)Xrビークi+ftをn+ポ
リシリコン層の不純物e度よりも)・分に大きくする心
霊がある。
In order to form such a structure, when the n+ polysilicon layer is formed into the oxide film 2-1- by j(f There is a spirit that makes the Xr peak i+ft of the P-type impurity larger than the impurity e degree of the n+ polysilicon layer.

そして最後に、ソース電4s、トレイン電極D、電極B
をそれぞれ蒸着して本実施例が完成する。
And finally, source electrode 4s, train electrode D, electrode B
This example is completed by vapor-depositing each of them.

第2図は、第1図に示された本実施例の等価回路図であ
る。n+ポリシリコン層3とp+ポリシリコン層5によ
ってpnホトダイオード6が構成され、n−3iノ1(
板1、醇化III! 2、p+拡融層4、そしてゲート
3によってpチャネルMOSトランジスタ7が構成され
ている。そしてゲー)・3はn+ポリシリコン層3を兼
ねている。
FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of the embodiment shown in FIG. 1. A pn photodiode 6 is constituted by the n+ polysilicon layer 3 and the p+ polysilicon layer 5, and the n-3i no 1 (
Board 1, Melting III! 2, the p+ diffusion layer 4, and the gate 3 constitute a p-channel MOS transistor 7. The layer 3 also serves as the n+ polysilicon layer 3.

p′ポリシリコン層3は浮遊状yハ;どなっているため
に、X8によって発生した″電荷はn+ポリシリコン)
;?3に蓄積される。すなわちMos+・ランシスタフ
のゲート3に蓄積される。したがって、°上極Bに印加
する゛11圧vbによってゲート3の゛重圧V g t
6−適xl/Iに定めておけば、光8によってゲーi・
3に蓄積した1L荷に対応したソース・トレイン間電流
をイIIることができる。
The p′ polysilicon layer 3 is floating, so the charge generated by X8 is n+ polysilicon)
;? It is accumulated in 3. In other words, it is accumulated in the gate 3 of Mos+/Lancy Stuff. Therefore, due to the 11 pressure vb applied to the upper pole B, the heavy pressure V g t of the gate 3
6-If you set it to the appropriate xl/I, the light 8 will make the game i.
The source-to-train current corresponding to the 1L load accumulated in 3 can be calculated as follows.

このようなノ1(本思想に)5(づいて、以下本実施例
の動作を第3図を用いて説明する。ただし、本実施例で
はMo5t・ランジスタフがpチャネル轡エンハンスメ
ント型であるために、ドレイン電圧VdはVd<Vsで
あり、また、ソース・ドレイン間電流が流れはじめるゲ
ート重圧Vgをしきいイ11゛]電圧VtとするとVt
<Vsである。また、Mo3)う7ジスタ7はvgくv
tの時ON、Vg≧Vtの時OFFどなる。
Based on this idea, the operation of this embodiment will be explained below with reference to FIG. , the drain voltage Vd is Vd<Vs, and if the gate pressure Vg at which the source-drain current begins to flow is the threshold voltage Vt, then Vt
<Vs. Also, Mo3) U7jista7 is vgkuv
Turns ON when t, turns OFF when Vg≧Vt.

第3図(a)はノ1照用動作11′Pのpnホトダイオ
ード6のエネルギーバンド図である。この場合、電極B
の電圧vbを適当に定めて、ゲート’it!:圧Vgを
しきい値電圧VtよりわずかにLに設定1−でおく(以
下、この111rの電圧vbを動作電圧と呼ぶ)、、す
なわち、MOS+・ランジスタ・7がONとなる直前の
動作状態にしておくことで、所望のをさ・度設定かり能
となるわけである。
FIG. 3(a) is an energy band diagram of the pn photodiode 6 in the illumination operation 11'P. In this case, electrode B
By appropriately determining the voltage vb of the gate 'it! : Set the voltage Vg to slightly L than the threshold voltage Vt and leave it at 1- (hereinafter, this voltage vb of 111r is referred to as the operating voltage), that is, the operating state immediately before the MOS+ transistor 7 turns on. By setting it to , you can set the desired power.

この状態では、読出し動作1専にソース・ドレイン間に
電圧が印加されても\ソース・1ζレイン電流は流れな
い。
In this state, even if a voltage is applied between the source and the drain only for the read operation 1, no source/1ζ drain current flows.

第3図(b)は光照射動作時のエネルギーバンド図であ
る。
FIG. 3(b) is an energy band diagram during light irradiation operation.

光8がホトダイオード6に照射されると、電f−11:
孔対が発生するが、電r−はn+ポリシリコン層3へ、
正孔はp+ポリシリコン層5へ科々流入する。その結果
、両層間に光照度に対応した光起電力Δ■が生じ、n+
ポリシリコン層・3の電位はJ1照川向に比べてΔ■だ
け低下する。したかって、Mo5t・ランシスタフのゲ
ート電圧VgがΔVだけイ氏下したことになり、V g
 < V tとな−)てMo3+・ラノジヌタ7はON
状!、U′;となる。
When the light 8 is irradiated onto the photodiode 6, the electric current f-11:
A hole pair is generated, but the electric current r- is transferred to the n+ polysilicon layer 3.
The holes gradually flow into the p+ polysilicon layer 5. As a result, a photovoltaic force Δ■ corresponding to the light illuminance is generated between both layers, and n+
The potential of the polysilicon layer 3 is lowered by Δ■ compared to J1 Terukawa direction. Therefore, the gate voltage Vg of Mo5t Runsy Stough is lowered by ΔV, and V g
< V t and -) and Mo3+/Ranojinuta 7 is ON
Status! , U';

したがって、読出し動作時に、ソース・トレイン間に電
圧が印加されると、ゲート電圧V gに対応した、すな
わち入射光の照度に対応した電流か流れる。
Therefore, when a voltage is applied between the source and the train during a read operation, a current corresponding to the gate voltage Vg, that is, corresponding to the illuminance of the incident light flows.

第3図(C)はりアレンシュ1青のエネルギーバント図
である。n+ポリシリコン層3に蓄積した電荷を1ノ1
際するためには、p+ポリシリコン層5の電位をn+ポ
リシリコン層3のそれより高くすれば良い。たとえば、
n−3i7.%板1の°取位(基準電位)より十分高い
電圧を電極Bに印加することで、に植゛心荷を消去でJ
る。
FIG. 3(C) is an energy band diagram of beam Arensch 1 blue. The charge accumulated in the n+ polysilicon layer 3 is
To achieve this, the potential of p+ polysilicon layer 5 should be made higher than that of n+ polysilicon layer 3. for example,
n-3i7. By applying a voltage sufficiently higher than the position (reference potential) of plate 1 to electrode B, the radial load on J can be eliminated.
Ru.

また、n+ポリシリコン層3に新たな端r・を設け、こ
の端r−に+IE電圧を印加してもよい。この場合は、
新たな端子を設けることで画素面積が若干増大するが、
リフレッシュに要する電圧を低くすることができる。
Alternatively, a new end r* may be provided in the n+ polysilicon layer 3, and the +IE voltage may be applied to this end r-. in this case,
Providing a new terminal slightly increases the pixel area, but
The voltage required for refresh can be lowered.

このように本実施例では、光によって発生した■し荷を
Mo51ランジスタフのゲート3に蓄積し、その蓄積電
荷によるゲート電位の変化によってMO3+・う〉・ジ
スタフを導通させるために、蓄積電荷そのものが消費さ
れることなく、繰返して5)を出せる非破壊読出しが1
1丁能どなる。
As described above, in this embodiment, the charge generated by light is accumulated in the gate 3 of the Mo51 Randistaff, and in order to conduct the MO3+, U〉, and Disterf by changing the gate potential due to the accumulated charge, the accumulated charge itself is Non-destructive readout that can repeatedly perform 5) without being consumed is 1
1 Chono yells.

また、ホトタイオード6を極めて小さく形成できるため
に(1〜10gm)、従来に比べて大幅な画素面積の縮
小゛がII目七となる。さらにMO5+−ランジスタフ
のゲート長(1〜l 07pm)が短かいために、トラ
ンジスタのコンタクタンスも高くなる。
Furthermore, since the photodiode 6 can be formed extremely small (1 to 10 gm), the pixel area can be significantly reduced compared to the conventional method. Furthermore, since the gate length of the MO5+-rangestaff is short (1 to 107 pm), the contactance of the transistor is also high.

第4図はに記した本実施例を使用した撮像装置の 例を
示す回路図である。ただし、説明の都合上、画素数を2
X2−4個としであるが、所望の画素数を有する撮像装
置の回路は第4図の回路図から容易に作製し71)るも
のである。なお、第4図における画素E(m、n)は第
2図に示される等価回路と同様である。
FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of an imaging device using the present embodiment described in . However, for convenience of explanation, the number of pixels is set to 2.
Although the number of pixels is assumed to be X2-4, the circuit of the imaging device having the desired number of pixels can be easily fabricated from the circuit diagram of FIG. 4 (71). Note that the pixel E (m, n) in FIG. 4 is similar to the equivalent circuit shown in FIG. 2.

第4図において、画素E (1、1)およびE(1,2
)の各B電極と画素F、 (2、1)およびE (2、
2)の各B′I′I2極とは、それぞれビット線9とピ
ント線10に接続されている。そして、ヒ、)・線9お
よび10の一端は、それぞれスイッチングトランジスタ
11および12を介してV H端子に接続され、他端は
各々スイッチングトランジスタ13および14を介して
S H端子・に接続されている。スイッチングトランジ
スタ11および120ゲート電極は共にCH端r−に接
続され、スイッチングトランジスタ13および14のゲ
ート電極は、各々垂直アドレスデコーダ(図示せず)の
Hl端子および)I 2端子に接続されている。
In FIG. 4, pixels E (1, 1) and E (1, 2
) and each B electrode and pixel F, (2, 1) and E (2,
Each B'I'I2 pole of 2) is connected to a bit line 9 and a focus line 10, respectively. One ends of the lines 9 and 10 are connected to the V H terminal via switching transistors 11 and 12, respectively, and the other ends are connected to the S H terminal via switching transistors 13 and 14, respectively. There is. The gate electrodes of switching transistors 11 and 120 are both connected to the CH terminal r-, and the gate electrodes of switching transistors 13 and 14 are connected respectively to the Hl and )I2 terminals of a vertical address decoder (not shown).

画素E (1、l)およびE(2,、l)の各ドレイン
端子はワード線15に接続され、画素E(1,2)およ
びE (2、2)の各ドレイン端子はワード線16に接
続されている。ワード線15およびワード線16の各一
端は、それぞれスイッチングトランジスタエフおよび1
8を介して接地され、各他端はスイッチングトランジス
タ19および20を介してセンスアンプSAの入力端f
に接続されている。
Each drain terminal of pixels E (1, l) and E (2,, l) is connected to word line 15, and each drain terminal of pixels E (1, 2) and E (2, 2) is connected to word line 16. It is connected. One end of each of word line 15 and word line 16 is connected to switching transistors F and 1, respectively.
8, and each other end is connected to the input terminal f of the sense amplifier SA via switching transistors 19 and 20.
It is connected to the.

スイッチングI・ランジスタ17および18のゲート電
極は、ともにcv端f−に接続され、スイ・7fングト
ランジスタ19および2oのゲート電極は、それぞれ水
1iアドレスデコーダのVl端rとv2端r−に接続さ
れている。
The gate electrodes of the switching I transistors 17 and 18 are both connected to the cv terminal f-, and the gate electrodes of the switching transistors 19 and 2o are connected to the Vl terminal r and the v2 terminal r- of the water 1i address decoder, respectively. has been done.

なお、V H端子にはリフレッシュ動作を行うための十
分に高いIIE ’;’[!:圧が印加され、S H端
子には各画素のMO5I−ランジスタを動作”f 罷状
E;にする動作電圧が印加されている。
Note that the VH terminal has a sufficiently high IIE ';' [! : voltage is applied, and an operating voltage is applied to the SH terminal to make the MO5I transistor of each pixel operate.

つぎに、このような構成を有する撮像装置の動作を簡単
に説明する。
Next, the operation of the imaging device having such a configuration will be briefly described.

(1)リフレッシュ動作 各画素のn+ポリシリコン層3にJr Mされている電
荷を刊除するリフレッシュ動作は、Hl 、 H2端子
およびCH端子に各々ローレベル、ハイレベルを出力し
てスイッチングトランジスタ11および12をON、ス
イッチングトランジスタ13および14をOFFにすれ
ばよい。そうすると、VH端子に印加されている十分に
高いilE電圧が各画素のB電極に印加され、すでに述
べた理由で蓄JJIi電荷が排除される。
(1) Refresh operation The refresh operation for discharging the charge stored in the n+ polysilicon layer 3 of each pixel is performed by outputting low level and high level to the H1, H2 and CH terminals, respectively, and switching the switching transistors 11 and 12 should be turned on and the switching transistors 13 and 14 should be turned off. Then, the sufficiently high ilE voltage applied to the VH terminal is applied to the B electrode of each pixel, and the accumulated JJIi charge is eliminated for the reason already mentioned.

また、リフレッシュ動作時には、スイッチング □トラ
ンジスタ19および20はOFFであり、スイッチング
トランジスタ17および18はONと □なっているた
めに、各画、糺のドレイン端子は接地された状態となる
Furthermore, during the refresh operation, the switching transistors 19 and 20 are OFF, and the switching transistors 17 and 18 are ON, so that the drain terminals of each screen are grounded.

(11)蓄積および読出し動作 一例として、1i7j素E (1、1)は−II前照射
画素E(1,2)は光用用であるどする。したがって、
−1;、、(1、2)に電荷が蓄積されている。
(11) As an example of storage and readout operations, it is assumed that the 1i7j element E (1, 1) is -II and the pre-illuminated pixel E (1, 2) is for light. therefore,
-1;,, charges are accumulated at (1, 2).

スイッチングトランジスタ11および12.17および
18は、それぞれOFFである。したがって、各画J、
のドレイン端子はスイッチングトラ/ジスク19又は2
0を介してセンスアンプSAの入力端r−ど接kitさ
れる。
Switching transistors 11 and 12, 17 and 18 are OFF, respectively. Therefore, each stroke J,
The drain terminal of switching tracker/disk 19 or 2
It is connected to the input terminal r- of the sense amplifier SA through the terminal 0.

まず、取直アドレスデコーダの[11端子から、ハイレ
ベルが出力され、スイッチングトランジスタ13がON
となってS■端子−の動作゛市川が画素E (1、l)
およびE (1、2)の各B電極に印加される。
First, a high level is output from the [11 terminal of the direct address decoder, and the switching transistor 13 is turned on.
Then, the operation of the S terminal - ``Ichikawa is the pixel E (1, l)
and E (1, 2) are applied to each B electrode.

この間に、水・(Iア(ζ【/スデコーダのVl端r−
1続いてv2端rが順次ハイレベルとなる。
During this time, the Vl end r- of the water
1, then the v2 terminal r becomes high level one after another.

Vt端rにハイレベルが出力されると、スイ。When a high level is output to the Vt terminal r, a switch occurs.

チングトランジスタ19かOrqとなり、画素E(1、
1)のド1/・fン端rがセンスアンプSAと接続され
る。(7かし1画、(、TE(1,1)は非照射である
から電荷は蓄秘されていない。したかって、そのM O
S l・ランジスクは動作iif能状jハ4ではあるが
、ON状T島ではなく、19i定の゛上位を右するセン
スアンプSAの入力端rには+12 kか流れない。
The switching transistor 19 becomes Orq, and the pixel E(1,
1) is connected to the sense amplifier SA. (7, 1 stroke, (, TE (1, 1) is not irradiated, so no charge is stored. Therefore, its M O
Although the operating performance of S1/Ranjisk is 4, it is not an ON-state T island, and only +12 k flows into the input terminal r of the sense amplifier SA located on the upper right side of the 19i constant.

h゛、いて、v2端r−に・\イレー、ルが出力される
と、スイッチング1う/ラスタ20がONとなり、画素
E(L、2)のドレイン端子がセンスアンプSAの入力
端子に接続される。画素E(1゜2)は光照射によって
゛電荷が蓄積ぎれ、そのMOSトランジスタはON状態
である。したがってセンスアンプSAの入力端子には、
光!!4(度に対応しI−電流が流れる。
h゛, and when \\ere, le is output to the v2 terminal r-, the switching 1/raster 20 turns on, and the drain terminal of the pixel E (L, 2) is connected to the input terminal of the sense amplifier SA. be done. Pixel E (1°2) has accumulated too much charge due to light irradiation, and its MOS transistor is in the ON state. Therefore, at the input terminal of sense amplifier SA,
light! ! 4 (corresponding to degree I- current flows.

次に、垂直アドレスデコーダのH2端r−からハ・fレ
ベルが出力され、」−述と同様の動作が画素E(2,1
)、E (2,2)に対して行われる。
Next, the H f level is output from the H2 terminal r- of the vertical address decoder, and the same operation as described above is performed at the pixel E (2, 1
), E (2,2).

こうして全ての画素E(m、n)について、mn次尤情
報が読出されセンスアンプSAによって検出される。
In this way, mn-order likelihood information is read out for all pixels E (m, n) and detected by the sense amplifier SA.

なお、1−記の動作説IJJではシリアルアクセスの場
合を述べたが、本実施例では水・11、垂直アドレスデ
コーダを用いているために、ランダムアクセスが11丁
能である。
Incidentally, although the case of serial access has been described in the operation theory IJJ described in section 1-1, since this embodiment uses a vertical address decoder, random access is possible.

シリアルアクセスの場合であれば、アドレスデコーダの
代わりにシフI・レジスタを用いても同様の動作が行わ
れる。
In the case of serial access, the same operation can be performed even if a shift I register is used instead of the address decoder.

また、すでに述べたように、光照射によって一度苓植さ
れた電荷はリフレッシュ動作を行わないかぎり破壊され
ないために、特別な記憶部を設ける必要がない。
Further, as already mentioned, since the charges once implanted by light irradiation are not destroyed unless a refresh operation is performed, there is no need to provide a special storage section.

1、述した=一実施例に限らず、未発IJJは多くの変
更態様を含むものである。
1. The unissued IJJ is not limited to the one embodiment described above, and includes many modifications.

まず、MIS型I・ランジスタは、I−記実施例で用い
られた各画素のpチャネル・エンハンスメント型MO3
)ランジスクに限らず、ディプリーション型を用いても
容易に4.!、S成されうる。
First, the MIS type I transistor is the p-channel enhancement type MO3 of each pixel used in the I-described embodiment.
4.) Not only with run discs, but also with depletion type. ! , S can be made.

さらに、MISノ1111:ランシスタとしてM I 
S J(!1静電誘導トランンスタ(MIS型5rT)
のような二極等特性を示ずトランジスクも使用uf能で
ある。
Furthermore, MIS No. 1111: MIS as a run sister
S J (!1 Electrostatic induction transformer (MIS type 5rT)
It is also possible to use transistors that do not exhibit bipolar characteristics such as UF.

MISノ(すsrrは、電波型J+:′を冒’Iの不飽
Jll i’lからタイナニ、クレンジが広くなると期
待される。
MIS (SRR) is expected to widen the range from the unsatisfactory Jll i'l of the radio wave type J+:'I to the wide range.

また、n−5i)、1.:板1の代わりにn−ウェルを
用いることで1名回路の′5G生効果、1(li4放射
線効果を改〆1することかでき、他の回路との共存をイ
J利にする。
Also, n-5i), 1. : By using an n-well instead of the board 1, the '5G radiation effect and 1 (li4 radiation effect) of a single circuit can be reduced, making coexistence with other circuits more convenient.

さらに、n−3i)、(板l又はT1−ウェルにバック
ゲートバイアス電圧を印加する構造とすることもできる
。バックゲートバイアス電圧を印加することで、MIS
+・ランジスタのしきいイ直i[JLが制御ir目指と
なり、各画素の感度変更、ソース・1・1/イン電流の
停止等に使用することができる。
Furthermore, it is also possible to have a structure in which a back gate bias voltage is applied to the plate l or T1-well.By applying the back gate bias voltage, the MIS
+/Threshold I/JL of the transistor serves as the control IR and can be used to change the sensitivity of each pixel, stop the source 1/1/in current, etc.

光電変換ダイオードは、本実施例で用いられたpnホト
ダイオード6に限らず、pnダイオ−ISであってもよ
い。
The photoelectric conversion diode is not limited to the pn photodiode 6 used in this embodiment, but may be a pn diode-IS.

また、本実施例では、pnポトダイ才一ド6のn 層f
 M OS l・ランジスタフのゲートにしているか、
逆1こ2層をゲートにしてもよい。ただし、その際、光
照射に対してMO3+−ランジスタフがOF Fとなる
In addition, in this embodiment, the n layer f of pn pot die 6
Are you using it as a gate for MOS l.Landistav?
An inverted one or two layer may be used as a gate. However, in this case, MO3+-Randistav is turned OFF with respect to light irradiation.

j、た 本実施例りこ示されるように、pnホトダ2イ
才−1・6はn−3iJ、(板1中に形成する必要がな
いために、I才[およびe1臭の選択がFI II+と
なる。本実施例では、ポリシリコンを用いたが、ポリシ
リコンは単結晶シ1ノコンに比べて/人ントキャZプが
大きいために、入射光の波長の感度ビークか短波長側に
シフトシている。このために、従来の欠点であった)υ
波長側での感3隻低下がおこらない。このように、pn
ホトダイオードの材質を選択することで、所望の分光感
度を設定するQりかできる。
j, ta As shown in this example, pn photoda 2-1 and 6 are n-3iJ, (because they do not need to be formed in the plate 1, the selection of I and e1 odors is FI II+ In this example, polysilicon was used, but since polysilicon has a large human cap Z compared to single-crystal silicon, the sensitivity peak of the wavelength of the incident light is shifted to the shorter wavelength side. For this reason, the conventional drawback)υ
There is no decrease in sensitivity on the wavelength side. In this way, pn
By selecting the material of the photodiode, it is possible to set the desired spectral sensitivity.

すi、’pnホトダイオードをeli結晶シリコンで形
成すると、ゲート中に蓄積する電荷の寿命が改、乙、さ
れ、感度′が向上する。弔結晶シリコンはSOI技術、
たとえば各種加熱方法によるグレイン成長、SIMOX
等により形成することができる。
If the pn photodiode is made of crystalline silicon, the lifetime of the charge accumulated in the gate will be shortened and the sensitivity will be improved. Crystal silicon is SOI technology,
For example, grain growth using various heating methods, SIMOX
It can be formed by etc.

逆に、感IWを犠牲にしてダイナミックレンジを広げた
い場合は、光起電力と11に度の比が比較的小さく、接
触電位差の大きい材質を用いればよい。
On the other hand, if it is desired to widen the dynamic range at the expense of IW sensitivity, a material with a relatively small ratio of photovoltaic force to 11 and a large contact potential difference may be used.

また、本実施例に示されたように、pnホトダイオード
6は最11部に設けられるために、光を取込む効率が1
’++l <なり、感度が−1−Slする。
Further, as shown in this embodiment, since the pn photodiode 6 is provided at the 11th part, the efficiency of taking in light is 1.
'++l<, and the sensitivity is -1-Sl.

また、信号−読出し7時に出力容j11.による読出し
電圧の隆ドがないために、従来のような特別に高感度な
センスアンプは惑星ではない。したがって高シコ度セン
スアンプに起因する雑音がなくなる。
Also, when the signal is read at 7 o'clock, the output capacity j11. Because there is no rise in the readout voltage caused by this, a conventional sense amplifier with particularly high sensitivity is not a planet. Therefore, noise caused by the high stiffness sense amplifier is eliminated.

Mo5t・ランジスタフのゲー13は加工技術が許す限
り短かくできるために、Mo3t・ランジスタフのフン
ダクタンスを高くできる。
Since the gate 13 of the Mo5t/Langistav can be made as short as the processing technology allows, the funductance of the Mo3t/Langistav can be increased.

[発明の効果] 以上詳M1目と;i4p+ Lだように、本発明による
光゛1に変換装置は 光によって発生した゛重荷をトランジスタの、’bll
 (2TJ電極に蓄積することで、非破壊読出しが11
丁能となり、別個の゛電荷蓄積部が不要になるとともに
、制jII ’IIj:極の面積で画素面積が決定され
る。そのために、画素数の向1−1すなわち高集積化に
対処できる。
[Effects of the Invention] As described above in detail M1 and i4p+L, the light conversion device according to the present invention converts the burden generated by the light into the transistor 'bll'.
(By accumulating in 2TJ electrode, non-destructive readout is 11
This eliminates the need for a separate charge storage section, and the pixel area is determined by the area of the pole. Therefore, it is possible to cope with the 1-1 direction of the number of pixels, that is, high integration.

」た、制御電極を微細に形成できるために、トランジス
タが高コンタクタンスとなり、ダイナミンクレンジが広
くなる。
In addition, since the control electrode can be formed finely, the transistor has high contactance and a wide dynamic range.

さらに、制御’ltj:極の電位を適当に定めることが
できるために、トランジスタの導通感1!!Lを自由に
設定でき、撮像装置の感度を調整できる。
Furthermore, control 'ltj: Since the potential of the pole can be determined appropriately, the sense of conduction of the transistor is 1! ! L can be set freely and the sensitivity of the imaging device can be adjusted.

また、J1破壊読出しである。1−に、ランダムアクセ
ス力何1丁能であるために、たとえばカメラのオートフ
ォーカス機構、中央重点測光機構、さらに自動追Jヒ機
4^1Tにイj効に適用される。
Also, this is a J1 destructive read. Firstly, since the random access ability is numerous, it can be effectively applied to, for example, an autofocus mechanism of a camera, a center-weighted metering mechanism, and an automatic tracking device 4^1T.

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

第1図は未発1!IIに゛よる光′1[変換装置の・実
施例の1画素分の断面図、第2図はffi 1図におけ
る1画J9分の等価回路図、第3図(a)ないしくc)
はpnホトダイ汚−Fのエネルギーバンド図、第4図は
本実施例を用いて構成した撮像装置の・例をノJ<ず回
路図である。 1・−・n−Si基板、2・・・醇化膜、3・拳・n+
ポリソリコン層(ゲート)、5・−・p+ポリシリコン
層 第 1 図 笥3図 第 4 ぼj A
Figure 1 shows 1 unreleased! Light '1 due to II [cross-sectional view of one pixel of the embodiment of the conversion device, Fig. 2 is an equivalent circuit diagram of one pixel J9 in Fig. 1, Fig. 3 (a) to c)
4 is an energy band diagram of pn photo-dye stain F, and FIG. 4 is a circuit diagram of an example of an imaging device constructed using this embodiment. 1.--n-Si substrate, 2.-melted film, 3. fist-n+
Polysilicon layer (gate), 5--p+ polysilicon layer 1st Figure 3 Figure 4 A

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1) ”f、導体トランジスタの制御電極が光電変換
ダイオードの一端の半導体層であることを特徴とする光
’i[i:変換装置。
(1) ``f, an optical conversion device characterized in that the control electrode of the conductive transistor is a semiconductor layer at one end of a photoelectric conversion diode.
(2) −1:肥土導体トランジスタはMIS構造のト
ランジスタであることを特徴とする特’+”+′l請束
の範囲第1 sn記載の光電変換装置。
(2) -1: The photoelectric conversion device according to the first sn, characterized in that the soil conductor transistor is a transistor with an MIS structure.
JP59037339A 1984-03-01 1984-03-01 Photoelectric conversion device Pending JPS60183766A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100491309B1 (en) * 2002-04-16 2005-05-24 재단법인서울대학교산학협력재단 Optoelectronic semiconductor device having mos field effect transistor with photodiode and method for fabricating the same

Cited By (1)

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