JPS60200687A - 固体撮像装置 - Google Patents

固体撮像装置

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JPS60200687A
JPS60200687A JP59056048A JP5604884A JPS60200687A JP S60200687 A JPS60200687 A JP S60200687A JP 59056048 A JP59056048 A JP 59056048A JP 5604884 A JP5604884 A JP 5604884A JP S60200687 A JPS60200687 A JP S60200687A
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JP
Japan
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photodiode
voltage
vertical
solid
accordance
Prior art date
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Pending
Application number
JP59056048A
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English (en)
Inventor
Ryushi Nishimura
龍志 西村
Takuya Imaide
宅哉 今出
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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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〕 本発明は固体撮像装置に係り、特に高画質化に好適な固
体撮像装置に関する。
〔発明の背景〕
従来、ビデオカメラにおいては、撮像装置として、ビジ
コンなどの撮像管が使用されてきたが、近年の半導体技
術を利用し、画素、走査部などを半導体基板に形成して
訣像信号を得ることができるようにした固体撮像装置が
実用化され、小型、軽量、低消費電力、焼付け、残像な
し、長寿命、安定性などの点で有利なことから固体撮像
装置を備えたビデオカメラが広く用いられるようになっ
てきた。
第1図は従来のMO8形固体撮像装置の一例を示す等価
回路図であって、1はホトダイオード、2は垂直MOS
スイッチ、3は垂直信号線、4は垂直走査回路、5は水
平MOSスイッチ、6は水平走査回路、7はプリアンプ
である。
第1図において、ホトダイオード1と垂直MOSスイッ
チ2とで画素を構成している。画素は半導体基板に複数
個形成されており、水平方向と垂直方向に2次元的に配
列されている。
ホトダイオード1は、照射された光の受光量に応じた信
号電荷を発生する。垂直MOSスイッチは、垂直走査回
路4によってオン状態となり、ホトダイオード1に生じ
た信号電荷を垂直信号線3に転送する。水平MOSスイ
ッチは水平走査回路6によってオン状態となり、垂直信
号Is3の信号電荷をプリアンプ7に転送する。
従って水平MOSスイッチ5がオン状態になると、信号
電荷は垂直信号1m乙に沿って垂直方向に転送され、ざ
らに水平MOSスイッチ5を通過して水平方向に転送さ
れる。
次にこの固体撮像装置の動作を説明する。
各々のホトダイオード1には被写体からの光力照射され
、信号電荷が生じている。水平帰線期間、垂直走査回路
4によって、水平方向に配列された1行の垂直MOSス
イッチ2が同時にオン状態となり、これらの垂直MOS
スイッチ2に接続されたホトダイオード1から、それぞ
れ対応する垂直信号線5に信号電荷が転送される。
水平帰線期間が終わって水平走査期間になると水平走査
回路乙により、水平MOSスイッチ5が図面左側から順
次一つずつオン状態となり、各垂直信号線3の信号電荷
が順次プリアンプ7に転送される。
水平走査回路乙による信号の転送は、−水平走査期間に
わたって行なわれ、プリアンプ7からは一水平走査期間
の映像信号が高力される。
次の水平帰線期間になると、垂直走査回路4は次の一行
の垂直MOSスイッチ2をオン状態とし、これらの垂直
MOSスイッチ2に接続された、−行の画素の信号電荷
が、対応する垂直信号線3に転送され、上記した場合と
同様に、−水平走査期間の映像信号が得られる。
以下同様にして、垂直走査回路4による一行の画素毎の
信号電荷の転送と、水平走査回路6によるプリアンプ7
への信号電荷の転送を交互に行ない、所定の水平走査期
間、垂直走査期間に対応する映像信号を得る。
第2図は、第1図の固体撮像装置が形成された半導体基
板の破線部分aの断面図であって、1′はN+型層、2
′はゲート、5′はN+型層、8はP型シリコンウェル
、9はN型シリコン基板であり、第1図に対応する部分
には、同一符号を付けている。
第2図において、半導体基板はP型シリコンウェル8と
n型シリコン基板9とからなり、P型シリコンウェル8
にはh%N型シリコン基析9には■nの正のバイアス電
圧が印加されている。
P型シリコンウェル8の表面付近にはN+型層1/、3
/が形成され、一方のN+型層1′とP型シリコンウェ
ル8とのP−N接合によってホトダイオード1を形成し
ている。また、他方のN+型層31上には垂直信号線5
が形成されている。さらに、N+形層11 をソースと
し、N+型層3′をドレインとし、これらソース、ドレ
インと、ゲート2′によりMOS)ランジスタを形成し
、このMOS)ランジスタを垂直MOSスイッチ2とし
ている。
かかる構成の固体撮像装置は、ブルーミング、垂直スメ
ア等を防止することができる。
ブルーミングとは、強度の光がホトダイオード1に照射
された場合、ホトダイオード1でその蓄積可能な量販上
の信号電荷が発生し、垂直MOSスイッチ2がオフ状態
にあるにもかかわラス、ホトダイオード1から垂直信号
線ろや、他の画素にあふれ出し、再生画面上で垂直の筋
や、光の当った部分のにじみなどが現われる現象であっ
て、画質を著しく低下させる。
このブルーミングは、N+型層1′、P型シリコンウニ
/I/8、N型シリコン基板9によりNPNトランジス
タを形成させることにより抑圧する。
すなわち、ホトダイオード1で発生した過剰電荷は、P
型シ・リコンウエル8.Ngシリコン基板9 k: +
 h ソh 所定’) ’WL IE Vp −’VN
 (VN > VP )を印加して逆バイアスすること
により、N型シリコン基板に流れ込む。このため、ホト
ダイオード1に発生した過剰電荷は近接した他の画素に
流れることはなく、ブルーミングは抑圧される。
また垂直スメアは、半導基板内に生じた不要な電荷が垂
直信号線に入り込み、再生画面に垂直な筋となって現わ
れる固体撮像装置特有の現象である。
この垂直スメアも、P型シリコンウェルのポテンシャル
障壁により、垂直スメアの原因となる基板深部で発生す
る電荷が隔離されるため、軽減することができる。
しかし、以上の構成の固体撮像装置では、面ざらが発生
する欠点がある。面ざらは、各々のホトダイオードで生
じる暗電流のばらつきに帰因し、再生画面上で白点状と
なって現われ、画質を著しく劣化させる。また面ざらは
温度に依存し、特に高温時に顕著に現われる。
ホトダイオードで発生する暗電流IDは、(1)式%式
% (1) ここで、a、bは個体による定数、Tは絶対温度である
。(1)式から面ざらは温度上昇に対し指数関数的に増
加することがわかる。
面ざらを抑圧するため従来は、ホトダイオードのりセッ
ト電圧つまりビデオバイアスとウェル電圧の差(Vv 
−Vp )を小さくしていた。
ところがホトダイオードの逆方向リセット電圧を小さく
すると、MOS形及びCPD型撮型袋像装置、垂直信号
線容量Cvが大きくなるためにCvに帰因するランダム
雑音が増加し、CCD形撮像装置では、CCDの容量が
増加することにより、残像が増加する欠点があった。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、面ざら及びランダム雑音を抑圧し、良
好な画質を得る固体撮像装置を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明では、上記した目的を達成するため、高温におい
ては、支配的な雑音である面ざらを抑圧し、低温におい
ては、支配的な雑音であるランダム雑音を抑圧すべく、
ホトダイオードリセツ)11圧を温度変化に応じて可変
できるように構成する。■v−■Pを可変することによ
り、面ざら及びランダム雑音を温度変化に応じ適切に抑
圧できることを以下に説明する。
MO8形撮像装置では、水平MO8スイッチの熱雑音に
帰因するランダム雑音が発生し、MO8形撮像装置の問
題となっている。ランダム雑音の雑音電流Inは(1)
式のように、垂直信号線容量Cvに依存する。
■noc丙腎で ・・・・・・・・・・・・・・・(1
)(1)式においてkはボルツマン定数、Tは絶対温度
である。
一方垂直信号線容量CvはビデオバイアスVvとP型シ
リコンウェル電圧■Pの差を小さくすれば垂直信号線容
量Cvも減少する。これは垂直信号線容量の大部分がN
+層5′とP型ウェル8の接合容量によるためである。
したがってランダム雑音を低減するためにはVv −v
Pを小さくすることが好ましい。
また面ざらはランダム雑音に対し高温において支配的と
なる。面ざらは、ホトダイオードのPN接合で発生する
暗電流のばらつきに起因し、暗電流はホトダイオードの
P N接合中の空乏層内で熱励起されたキャリアのため
に発生し、空乏層の深さに依存する。ホトダイオードに
印加する逆バイアスVv −VPを小ぎくすれば、ホト
ダイオード中の空乏層が浅くなり、暗電流は減少する。
したがって面ざらを抑圧することができる。
ところで■v−■Pを小さくすると、前記したようにラ
ンダム雑音が増加する。しかし、一定温度以上では面ざ
らがランダム雑音に比較して支配的となるため、■v−
■Pを小さくし、面ざらを抑圧した方が、良好な画質を
得ることができる。また、一定温度以下ではランダム雑
音が面ざらに比較して支配的であるため、Vv−VPを
大きくシ、ランダム雑音を抑圧することにより、良好な
画質が得られる。
〔発明の実施列〕
以下本発明の一実施例を第3図により説明する。
第3図は、本発明による固体撮像装置の、従来例を示す
第2図に対応する部分の断面図である。可変抵抗10を
設けることにより、P型シリコンウェル層8に印加する
電圧■P′を可変とする。温度変化に応じて可変抵抗1
0によりホトダイオードリセット電圧■v−vPを調整
し、ランダム雑音、及び面ざらを抑圧する。
また、温度変化に応じてvP′を自動的に最適値に設定
することも可能である。第4図はvP′を自動的に調整
する回路の一実施例である。第4図において、11は抵
抗、12はPNP )ランジスタ、16はコンパレータ
である。トランジスタ12のコレクタ電圧Vcは、(3
)式で与えられる。
Vc :Rc ・α−expc(β(VE −VB) 
−r )/ T)−−・(5)(3)式において、vE
はエミッタ電圧、VBはベース電圧、kはコレクタ抵抗
、α、β、rはトランジスタによる定数、Tは絶対温度
である。
vcが指数関数的な温度特性を持つことを利用し、コン
パレータ16の入力端子13にVcを入力し、リファレ
ンス電圧■Rを適当に設定して入力電圧VCと比較する
ことにより、温度変化に応じ自動的に出力電圧h′を得
る。コンパレータ16の出力端子15をP型シリコンウ
ェルに接続することにより、面ざら、ランダム雑音を抑
圧することができる。
以上の実施例では、P型シリコンウェルに印加する電圧
vP′を変えたか、ビデオバイアス■7を変えることに
より、ホトダイオードリセット電圧Vv −vPを調整
することも可能である。
〔発明の効果〕
本発明によれば、温度変化に応じてランダム雑音及び面
ざらを抑圧できるので、温度変化に対し常に良好な画質
が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図はMO8形固体撮像装置の等価回路図、第2図は
第1図における一画素の断面図、第3図は本発明の一実
施例を示す一画素の断面図、第4図は同じく本発明の実
施例を示す回路図である。 1・・・ホトダイオード、2・・・垂直MOsスイッチ
、3・・・垂直信号線、 4・・・垂直走査回路、5・
・・水平MOSスイッチ、 6・・・水平走査回路、7・・・プリアンプ、8・・・
P型シリコンウェル、 9・・・N型シリコン基板、11・・・抵抗、12・・
・PNP)ランジスタ、 16・・・入力端子、 14・・・リファレンス箪圧端子、 15・・・出力端子、 16・・・フンパレータ。 第 l 麿 第 2 旧 第 3 固 第 4 肥 73 tb

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、 半導体基板上に複数個のホトダイオードを配列し
    、該ホトダイオードで発生した信号電荷を垂直方向に転
    送し、さらに該信号電荷を水平方向に転送して出力信号
    を得るようにした固体撮像装置において、上記ホトダイ
    オードに逆バイアスを可変に印加する手段を設けたこと
    を特徴とする固体撮像装置。
JP59056048A 1984-03-26 1984-03-26 固体撮像装置 Pending JPS60200687A (ja)

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JP59056048A JPS60200687A (ja) 1984-03-26 1984-03-26 固体撮像装置

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JP59056048A JPS60200687A (ja) 1984-03-26 1984-03-26 固体撮像装置

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JPS60200687A true JPS60200687A (ja) 1985-10-11

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0892552A2 (en) * 1997-07-18 1999-01-20 Canon Kabushiki Kaisha Photoelectric conversion apparatus
JP2006314025A (ja) * 2005-05-09 2006-11-16 Sony Corp 撮像装置と撮像装置用の電源供給方法
JP2008042305A (ja) * 2006-08-02 2008-02-21 Sony Corp 撮像装置

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