JPS60239058A - ダイナミツク制御を有する電荷結合半導体装置 - Google Patents

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】 本発明は、主表面に少なくとも１つの電荷移動チャネル
が形成され、この同じ主表面に、電荷蓄積のための調整
信号と電荷移動のためのクロック信号が加えられること
のできる電極系が設けられた半導体を有する電荷結合半
導体装置に関するものである。

このようにな電荷結合装置は種々の技術分野に用いられ
ており、例えば、情報が放射線感知部分内に発生され、
次いで必要ならばメモリ部分内に蓄えられるようにした
ソリッドステートカメラ内のイメージセンサとして用い
られている。情報は次いで電気的な手段によってテレビ
ジョン信号に変換してもよいが、例えばメモリディスク
またはメモリテープに一時的に記憶させてもよい。

冒頭に述べた種類の装置は、本願人の出願に係るドイツ
国特許出願第８３０１９７７号に記載されている。この
特許出願には、電荷蓄積および電荷移動のための電位井
戸（ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　ｗｅｌｌ）を発生する電極を
別々に駆動することによって使用半導体表面積の量を著
しく減少するようにした就中高解像度のイメージセンサ
装置が記載されている。

このドイツ国特許出願に示された実施例では、スイッチ
素子は、クロック信号か調整信号の何れかがイメージセ
ンサ装置の電極に加えられるようにレジスタより駆動さ
れる。調整信号はこの場合可変である。

本発明の装置は、半導体装置は単相または多相タロツク
によって制御可能で数個の段を有する少なくとも１つの
シフトレジスタを有し、電極がこのシフトレジスタの段
に導電的に接続されたことを特徴とする。

シフトレジスタの周期性のために、このような段は異な
って形成することができることに留意すべきである。こ
の場合電極は成る場合には例えばこのような段の出力に
接続してもよく、また別の場合には段の人力または段の
全く異なる部分にさえ接続してもよい。実施例の１つよ
り明らかになるように、所定の条件下ではシフトレジス
タの入力端子は第１段の部分を形成するものと考えるべ
きである、というのは電極はこれに導電的に接続されて
いるからである。

本発明は次のような事実の認識に基づくものである、即
ち、一方においては、シフトレジスタの出力電圧は調整
信号およびクロック信号として用いられることができ、
他方においては、このようなシフトレジスタは、連続す
る出力においてクロックパルス信号と調整信号の所望の
変化が得られるように動作されることができる。前記の
ドイツ国特許出願に記載された利点の外に、本発明の装
置は、前記のドイツ国特許出願に示されたスイッチ素子
（ＭＯＳ　）ランジスタ）が無くてもよいので、電子制
御手段を遥かに小さな表面上に実現することができると
いう利点をもつ。

使用されるシフトレジスタはダイナミックシフトレジス
タであるのが好ましい、というのは、このレジスタはよ
り小さい表面上に実現できるからである。

この関係においてダイナミックシフトレジスタというの
は、数個の部分または役を有し、対応する部分または段
ガクロック信号により同期的にスイッチオンおよびオフ
され、一方、異なるクロック信号の間前記の部分または
役向の情報は容量性の電荷蓄積によって維持されるよう
なすべてのスイッチ装置を意味するものである。

このシフトレジスタは、例えばクロック信号で制御され
るスイッチングトランジスタによって互いに接続された
数個のインバータを有するように種々の方法で実現する
ことができる。この場合、インバータ回路の状態を決め
る電荷は例えばこの回路の寄生容量に蓄えられ、−力出
力は電荷結合半導体装置の電極に接続される。

本発明の装置のこのような好ましい実施例では、インパ
ーク回路は相補ＭＯ３）ランジスクでつくられる。この
実施例は、シフトレジスタの１つの段を３つのトランジ
スタだけでつくることができるという利点を有する。

シフトレジスタがつくられるスペースは、電荷結合装置
の２つの連続した電極間の間隔よりも大きな幅または長
さを有するのが普通であろう。これは次のことを意味す
る、即ち、決まった寸法のシフトレジスタでは、電荷結
合装置のｎ個の電極をこの寸法内で移動方向に配設し、
ｎ個の段をこれ等のｎ個の電極の両側に置かねばならず
、この場合段の各々が電極を駆動する。幾らかの余裕を
得、配線に関する問題を低減するために、規則的に（例
えば３段目または４段目毎に）電極系の電極の１つをシ
フトレジスタの２つの段の貫通接続として用いるのが好
ましい。ｎ個の電極のそばには、その都度シフトレジス
タのｎ／２段が電極系の両側に設けられる。

シフトレジスタの段は必ずしも反転でなくてもよい。け
れども、この場合すべての出力が同時に高または低とな
り得るので、この場合には少なくとも２つのシフトレジ
スタが必要で、これ等のレジスタは電極系の両側に設け
られるのが有利である。

以下に本発明を幾つかの実施例と添付の図面を参照して
より詳しく説明する。

図面は線図的なもので寸法比は無視しであるが、図面を
見易くするために特に断面の厚さ方向の寸法を誇張しで
ある。同じ導電型のタイプの半導体領域は同じ方向の斜
線で示しである。なお図面の対応部分には同じ符号を付
しである。

先ず本発明の動作原理を第１図で詳しく説明する。この
第１図は、半導体５を有する電荷結合半導体装置１を示
す。半導体５は例えば略々１０Ω・ａｍの抵抗率を有す
るｎ型のシリコン基板５０と、その中に略々３　・１０
１５原子７ｃｍ３のドープが与えられたｐ型頭域７より
成る。前記の半導体は主表面８に少なくとも１つの電荷
移動チャネル、この場合にはほぼ１μｍの厚さと略々１
０１６原子／ｃｍ３の平均不純物濃度を有するｎ型領域
チャネル１１で構成された電荷移動チャネルを有する。

前記の主表面８は絶縁層例えば酸化シリコンの層１２で
覆われている。この絶縁層１２には多数の電極２１．２
２．２３．３１．３２．３３が設けられ、これ等の電極
により、電荷蓄積および電荷移動のため半導体材料内に
電位井戸がつくられる。

本発明によれば、図示の装置において、クロック信号ま
たは調整信号（基準レベル）を加えることができるよう
に各電極２１．２２．２３．３１．３２．３３は切り換
えることができる。この目的で装置にはスイッチ素子２
６．２７．２８．３６．３７；　３８が設けられ（前記
のドイツ国特許出願第８３０１９９７号参照）これ等の
スイッチ素子によって電極をパルス線（信号線）１４゜
１７、１９と調整線（基準線）１５．１８の間で別々に
切り換えることができる。前記のスイッチ素子は後に説
明するレジスタによって制御される。

更に装置にはｎ型ソース領域９２が設けられ、この領域
に接続部９０を経て入力信号を加えることができる。若
しゲート電極引の電圧が十分に高ければ、その大きさが
人力信号によって決まる電荷パケット２５は電極３３の
下の電位井戸に移動することができ、この電極はこの目
的でやはり大きな電圧をもつ。電極２１の下の情報の読
取りは一般に知られた方法、例えば、抵抗９６とコンデ
ンサ９５とを有し、隣接のｎ型領域９３と接続されたＲ
Ｃ回路網によって行うことができる。

第１ａ図から第１ｍ図の破線は、異なる時間において電
極２１．２２．２３．３１．３２．３３および９１の電
圧によって生じる表面電位の変化を示す。この場合電位
変化は、電位井戸またはトラフが電荷のエネルギ最小即
ち高電圧の電極の下にある半導体の部分に対応するよう
に、一般に知られた方法で表わしである。

第１ａ図の破線は電極２１．２２．２３．３１．３２．
３３が、電位井戸が電極２１．２３．３１および３３の
下にありまた電位障壁が電極２２：３２の下にあるよう
な線１４．１７．１９のクロックパルス信号にスイッチ
素子２６．２７．２８．３６、３７．３８を経て接続さ
れた時点ｔ１に生じる電位変化に相当する。時点ｔ１の
直前は電極９１の電圧はし０ ばらくの間高かったという事実によって、電荷パケット
２５は電極３３の下の電位井戸に移動されている。電荷
パケットの大きさは、ｎ型領域９２の接続部９０におけ
る人力信号と電極旧が高電圧であった期間によって決ま
る。電極３１２３および２１の下の電位井戸は時点ｔ１
では全く電荷を有しないかまたは無視し得る程の僅かな
量の電荷しか有しないものとする。

第１ｂ図は、線１４．１７および１９のクロック信号に
よって、電位井戸が電極２３と３３の下にあり一方電位
障壁が残りの電極の下にあるような電圧が電極２１、２
２．２３．３１．３２．３３に加えられた時点ｔ２にお
ける電位変化を示し、したがって電荷パケット２５は電
極３３の下に保たれる。

時点ｔ３（第１Ｃ図）では、電位変化は、電位井戸が電
極２２．２３．３２．３３の下に形成されまた電位障壁
が電極２］、　３１の下に形成されるように変化する。

したがって、電荷パケットは電極３２．３３の下の電位
井戸に亘って分布される。

第１ｄ図は、線１４．１７．１９のクロック電圧によっ
て１ 電位井戸が電極２２．２３の下にありまた電位障壁は電
極２１．２３．３１．３３の下にある時点ｔ、における
電位変化を示す。電荷パケット２５はこの場合電極３２
の下にあり、したがって時点１＋　（第１ａ図）におけ
る状態に対して１電極間隔ずらされている。

時点ｔｓ　（第１ｅ図）では電位障壁は電極３３と３２
の下にある。電荷パケットは電極３１．３２の下の電位
井戸内にある。電極２１．２２の下の電位井戸は電荷を
有しないものとする。したがって、特にコンデンサ９５
と抵抗９６を有する出力回路にも出力信号は検出されな
い。電位井戸が電荷パケット２５のある電極３１の下に
ある時点ｔ６においても（第１ｆ図）、電極２１の下の
電位井戸は電荷を有せず、したがって出力も検出されな
い。

第１ｇ図では、線１４．１７．１９のクロック信号は、
時点１＋（第１ａ図）における電位変化に似た時点ｔ７
で示されている。第１ａ図に関して説明したと同様に、
この時電荷パケット３０が電極３３の下に発生され、電
荷パケット２５はその間電極２３．３１の下の電位井戸
内にある。

２ 時点ｊａ＋ｉｓ、ｔ＋ｏ（第１ｈ図、第１１図、第１Ｊ
図）では、時点ｔ２＋　ｔ３＋　ｔ、　（第１ｂ図、第
１Ｃ図、第１ｄ図）における電位変化に似た電位変化が
半導体に生じる。この結果、時点ｔｌｏでは電荷パケッ
ト２５と３０は電極２２と３２の下の電位井戸内に集中
される。

このままでは、時点ｔｌ＋　においては、線１４．１７
゜１９のクロック電圧によって時点ｔ５の電位変化に戻
るであろう、言い換えれば、電位井戸は電極２１，２２
の下に形成され、電荷パケット２５がこの電位井戸内に
分布されるであろう。この場合電極２１の下の電荷の変
化が出力回路を経てコンデンサ９５に出力信号を生じる
であろう。

種々の理由によって、これが直ちに起きない方が望まし
いことがある。例えば、半導体を遅延線として使用し、
情報を後の時点で蓄積電荷の形で処理すべき場合やこの
種の装置を幾つかの多重回路内に配設し、この場合情報
を電荷結合装置の１つから任意に読出すことができるよ
うにする場合等がそうである。

出力信号の発生を阻止するには、時点ｔ１１　の前３ に電極２１の下に電位障壁を形成し、電荷パケット２５
を常に電極２２の下に集中する。前記のドイツ国特許出
願では、電極２１をスイッチ素子２６を経て低い電位の
調整線（基準線）１８に接続することによりこれを達成
している。電極２１の左側の電位変化は線１４，１７．
１９（第１に図）のクロック電圧で決まり、この場合時
点ｔｓ（第１ｅ図）のそれと類似しているので、電位井
戸は電極２２．３１．３２の下に形成され、電位障壁は
電極２３．３３の下に形成される。

電荷パケット２５に対する電位井戸を維持するために、
前記の特許出願では電極２２をスイッチ素子２７を経て
高電圧の調整線（基準線）１５（第１１図参照）（時点
ｔ１２）に接続することによって高電圧が電極２２に加
えられる。この時電極の左側では、電位変化は第１ｆ図
（時点ｔｓ）のそれと類似している。

時点ｔ、３（第１ｍ図）では、電極２３は低い調整信号
（スイッチ素子２８および基準線１８を経て）にある。

この結果、電位障壁は、電極２２の下の電位井戸と電荷
パケット３０に対して新たに電極３１の下に形成さるべ
き電位井戸との間の電極２３の下に形成され４ るが、この電荷パケット３０は、次の時点ｔ１．では電
極３１は最早やクロックパルス電圧では決まらずに（ス
イッチ素子３７を経て）高い電圧を有することで実現さ
れる。

時点ｔ１３では電極３Ｌ３２．３３の下の電位変化はま
だ線４１．１７．１９のクロック信号によって決められ
、第１ａ図と同様に電荷パケット３５は電極３３の下に
つくられる。時点Ｌ１４後は、電極３１は高い調整信号
に接続されており、次の時点では電極３２と３３は夫々
低および高調整信号（基準レベル）に接続される。更に
前記の特許出願には、スイッチ素子２６，２７、２８．
３６．３７．３８によって電極２１．２２．２３．３１
．３２．３３を所望の連続順序で再び線１４．１７．１
９に漸次接続し、これ等の線におけるクロック信号によ
って電荷移動することで、電荷パケットの形の情報を読
出すことのできる方法が記載されている。

本発明の詳細な説明を以後簡単にするために、第１ａ図
〜第１ＩＴ１図に示したｊｌ−Ｌ１２の時点の電位変化
を次の表（表１）の形で表わすことにするが、この表に
おいて”　ｔ　”は電極の高電圧に相当し、“５ ０°゛は電極の低電圧に相当する。

１に の表１において、破線は、電圧を変えることによって電
荷パケットが先づ電極３３の下の電位井戸から電極２２
の区域に動かされ、その後、時点ｔ１ｏからは、調整信
号によって電極電圧を徐々に固定することによりこの電
荷パケット２５が電極２２の下に蓄えられ、電荷パケッ
ト３０．３５が電極３１．３３の下に蓄えられる状態を
示す。この表の一点鎖線の右下では、これ等の調整信号
に対する電極電圧は一定電位に保たれる。

第２図は本発明によるイメージセンサの回路を原理的に
示したもので、電極系の電極はダイナミックシフトレジ
スタの出力で直接に制御されるので、第１図に示した様
なスイッチ素子２６．２７．２Ｂ。

３６、３７．３８は調整線（基準線）　１５．１８　と
全く同様に省略することができる。この場合、この装置
は所謂フレームフィールドトランスファ形（ｐｒａｍｅ
Ｆｉｅｌｄ　Ｔｒａｎｓｆｅｒｔｙｐｅ）のイメージセ
ンサ装置である。この種のイメージセンサ装置は放射線
感知センサ部分２を有し、この部分に、所定の露出期間
の間、放射線イメージに相当する電荷キャリヤの７ パターンが形成される。露出期間が過ぎると、電荷キャ
リヤのパターンが一時的にメモリ部分３に蓄えられ、こ
こよりその部分が１つまたはそれ以上のシフトレジスタ
４によって逐次読出される。

この読出しは、それ自体公知の技術によって行うことが
できる。若し必要ならば、得られた信号は、次に処理さ
れる以前に、線図的に示した増幅器６で増幅してもよい
。

前記のイメージセンサ装置は（第１図に示したと同じ様
に）例えばｎ型シリコン基板とその中に設けられたｐ型
領域より成る半導体を有する。このｐ型領域は、例えば
拡散工程を伴うイオン注入（イオンインプランテーショ
ン）によって設けることができる。半導体の主表面には
、互に分離された略々平行に延在する多数の電荷移動チ
ャネル（第２図に９で示す）が形成され、このチャネル
内で第２図に矢印１０で示すように電荷移動が生じる。

この場合には、電荷移動装置またはＣＣＤはバルク（ｂ
ｕｌｋ　）移動を有するＣＣＤ　（ＰＣＣＤまたはＢＣ
ＣＤ）によって形成されている。電荷８ 移動チャネルはこの場合ｎ型領域１１で構成され、この
領域は、ｐ型領域で互に分離され、約１μｍの深さを有
し、一方その幅は略々５μｍである。

この装置の寸法およびドープ濃度についての詳細につい
ては前記のドイツ国特許出願第８３０１９９７号が参考
になる。

主表面８（第１図参照）は例えば酸化シリコンの絶縁層
１２で覆われる。この層１２には多数の電極が形成され
、これ等の電極によって、電荷蓄積および電荷移動のた
めに半動体内に電位井戸をつくることができる。

第２図に示した四相移動に適した装置では、センサ部分
２のチャネル９．１１の各々の所謂パ蓄積素子″は夫々
２つの移動電極２１．２２．３１．３２．１２１．１２
２、１３１．１３２と１４１．１４２を有し、これ等電
極は数個のチャネルに共通である。同様に、メモリ部分
３内には夫々移動電極４１．４２および５１．５２によ
ってこのような゛蓄積素子″が形層され、以下同じであ
る。言う迄もなく、この装置は図に示したよりも著しく
多数の電極を有する。所謂ＰＡＬ方式の９ イメージセンサ装置では、センサ部分とメモリ部分は何
れも１移動チャネル当り３００　”蓄積粒子″′に相当
する約６００の移動電極を有する。

装置内において電荷結合装置１の電極を選択的に駆動す
ることができるように、装置はこの実施例ではインバー
ダ段１０１．１０１　’より成るシフトレジスタ１３．
１３　′を有する。本発明によれば、イメージセンサ部
分２の電極２２．３１．３２．１２１．１２２．１３１
゜１３２、１４１等は前記のインバーダ段１０１の出力
に導電的に直接接続され、一方電極２１はシフトレジス
タ１３の入力端子１０７（したがって第１段）に接続さ
れる。

同様にして、メモリ部分の電極５２．−−−−−、４１
．４２は、該メモリ部分３を制御する第２シフトレジス
タ１３′の段１０１′の出力に導電的に接続される。こ
の場合、移動電極５１はシフトレジスタ１３′の入力端
子１０７に接続される。

シフトレジスタ１３の段１０１はこの実施例ではインパ
ーク回路１０２より成り、このインパーク回路は、スイ
ッチ素子１０６（例えばＭＯＳ）ランジス０ 夕）を経て人力信号に接続される。シフトレジスタ１３
の第１段に対しては、入力信号は入力端子１０７に加え
られ、一方残りの段に対しては、入力端子はその前の段
によって加えられる。各段は、第３図において線図的に
リード１０４を経てアース接点１０５に接続されている
インパーク回路１０２の入力における一般的な寄生容量
１０３を経て出力にその電圧を保持する。前記の容量は
、出力に所望電位を長時間保つに十分な大きさである。

スイッチ素子１０６　は、クロック線１１６．１１７の
クロック電圧によってスイッチオンおよびスイッチオフ
される。

例えば、クロック線１１６はスイッチ素子１０６が閉じ
られるようにスイッチされ、第１段の出力は、人力１０
７の信号で決まるレベル〈高（１）または低（０））に
達する。第２段の出力は、クロック線１１７で制御され
る段の他のすべての出力と全く同様に不変のままである
。クロック線１１６で制御される他のすべての段の出力
は、前段の出力にふけるレベルによって変化することが
できる。この種のダイナミックシフトレジスタのより広
範な説明につ１ いては、アール・イー・クリーガー　パブリッシング　
カンパ＝−（Ｒ，Ｂ、にｒｉｅｇｅｒ　Ｐｕｂｌｉｓｈ
ｉｎｇＣｏｍｐａｎｙ）より１９７９年に発行されたダ
ブリュ・エム・ペニイ（Ｗ、　Ｍ、Ｐｅｎｎｙ）および
エル・Ｄ　（１，，１，ａｕ）著「モス　インテグレー
テッド　サーキット（ＭＯ３Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃ
１ｒｃｕｉｔ）　Ｊの特に２６０頁以下が参考になる。

クロック線１１６とクロック線１１７で同時にクロック
信号を付勢することによってシフトレジスタ１３内の段
１０１を通じて接続し、入力端子１０７における低レベ
ル（０）　において電極２１．２２．３１．３２．１２
１゜１２２、１３１．１３２．１４１．に０１０１０１
０１０パターンが得られるようにすることが可能である
（表２の列ａ参照）。若しこのパターンが維持されると
、偶数番号電極２２．３２．１２２．１３２の下のイメ
ージセンサ部分２内で積分が行われる。入力端子１０７
に高レベル（１）が加えられると、補数パターンが電極
に得られ、奇数番号電極（２１，３１，１２１，１３１
，１４１）の下で積分が可能である。

その後の処理によって、感知されたイメージに２２　′ 相当する蓄積された電荷はテレビ受像機用の信号に変換
される。この場合、イメージスクリーンの偶数番号と奇
数番号のラインを交互に付勢するのが普通のやり方であ
る。したがって、この所謂飛越しに対しては、１イメ一
ジ期間（１／３０−１／２５秒）内にイメージセンサ部
分から記憶レジスフへの移動が２度行われ、電荷蓄積が
イメージセンサ部分の異なる部分に交互に生じることが
望ましい。この目的で、関係のあるイメージセンザ装置
内で、１イメ一ジ期間内の電荷パケットは異なる区域に
交互に即ち電極２１．３１．１２１等と電極２２．３２
．１２２等の下に交互に集められる。

時点１＋　（表１．第２図、第３図）において、電極２
２．３２．１２２．１３２は高電位を有する。言い換え
れば、これ等の電極の下には、入射放射線により発生さ
れた電荷が集められる電位井戸がある。入力端子１０７
の電圧は時点１２．１３の量変化しないということによ
って、この状態は維持される（行ａ、　ｂ。

Ｃ）。

時点ｔ４では、入力端子１０７の信号は高（１）にな３ る。クロック線１１６（ψ、）がアクティブでないとい
う事実のために、第１段の出力は変わらない。けれども
、電極２２の下の電位井戸は、この時１つの電位井戸が
電極２１．２２の下にあるということによって２倍にな
り、電荷はこの電位井戸に亘って分布される（行ｄ）。

４ 時点ｔ５では、第１段の出力はクロック線１１６（ψ１
）の付勢によって低（０）になる（人力信号は未だ高（
１）である。この結果、前記の電荷は、電極２２が低（
０）になるために電極２１の下に移される（行ｅ）。

時点ｔｅ（行ｆ）では人力は低（０）になるが、ψ１（
クロック線）がアクティブでないためにこれは第１段の
出力に影響を与えない。けれども、電極２１の下の電位
井戸は消滅しているが、しかしながらシフトレジスタ１
３．１３　’間の十分な同期によってメモリ部分３（第
２図）内の電極４１．４２の下に電位井戸が形成され、
この電位井戸内に前記の電荷が蓄えられている。この時
ψ２（クロック線１１７）がアクティブであることによ
って、第１段の出力電圧の変化、換言すれば電極２２の
電圧はインバータ段を経て第３段に進み、このため電極
３１は高（１）になるが、ψ２は電極３２に影響せず、
この高（１）のままである。

第１図および表１に関して説明したのと同様に、偶数番
号電極２２．３２．１２２．１３２の下の電荷パケット
は、入力１０７における適当に選ばれた信号の交替６ により、電荷パケットが１つ宛移動されるような電極２
１．２２．３１．３２．１２１．１２２　、１３１．１
３２．１４１におけるパターンをつくることによって新
たにメモリ部分に移動され、一方この実施例では、この
移動量電荷パケットは２つの電極の下の電位井戸に亘っ
て分布される。表２の破線は、電極１３２の下に蓄えら
れた電荷パケットの移動の生じる様子をやはり示す。こ
の電荷パケットは時点ｔ、６（行ｐ）では電極２１、２
２の下の電位井戸に達する。人力１０７（電極２１）は
その時点では高（１）で、この場合合名のところ高のま
まなので、時点ｔ１７でψ、（クロック線１１６）が付
勢されるとシフトレジスタ１３の第１段の出力は低（０
）になる。この結果、時点ｔ１８では次の段したがって
電極３１はψ２（クロック線１１７）の影響を受けて高
（１）（行ｒ）になる。同様な変化が時点ｔ１９からｔ
２３において以下の段に生じ、時点ｔ２４（行Ｘ）にお
いて電極２１．２２．３１．３２．１２１．１２２．１
３１．１３２．１４１が１０１０．１０１０１のパター
ンを有するに至る。

これにより時点ｔ２４からｔ２６（行Ｘ、　ｙ、　ｚ）
迄は奇数番号電極の下の積分が可能である。

７ 第４図と表３は、少し詐り相違する装置に対し、１つの
完全なイメージセンサ装置の積分、電荷移動、メモリ部
分内の記憶等の制御がどのように行われるかを示す。こ
の装置は第２図および第３図に示した装置と次の点で相
違する、即ち、電極２１と５１はレジスタ１３．１３　
’の入力端子１０７．１０７　′に接続されるのではな
くてこれ等レジスタ内の第１段１０１．１０１　’の出
力で駆動される。

時点１＋　（表３の行ａ）では、イメージセンサ部分内
の電極２２．３２および８２は高（１〉　で、このため
これ等電極の下には、表示されるべきイメージに相当す
る電荷パターンが集められる。前記の電極２２、３２お
よび８２は、レジスタ１３の入力端子１０７が高電圧（
１）のままなので、時点ｔ、からｔ３の間その電圧のま
まである。この電圧は時点ｔ４で低（０）になるが、ψ
２がアクティブ（行ｄ）であるために、これは未だ電極
２２に直接影響を与えない。メモリ部分では、電極５１
．５２．１５１．１５２．４１および４２には、就中入
力端子１０７′における電圧が時点ｔ６では電位井戸は
電極４２の下にあり一方電位障壁は電極４１゜８ ５２の下にある（行ｆ）ように高と低の間を周期的に交
番するということによって、クロック信号が与えられる
。実際に、時点ｔ５では、入力端子１０７が時点ｔ４で
低になるということによって、クロック線１１６（ψ１
）が高になると同時にレジスタ１３の第１段１０１の出
力したがって電極２１は高になる。初めは電極２２の下
にあった電位井戸はこの場合電極２１と２２の下に分布
される（行ｅ）。

時点ｔ６では、前記の電荷パケットは、前記のように選
んだクロックパルス信号のために電極４２゜２１の下の
電位井戸内にあり、その後時点ｔ、からｔｌｌの間に電
極５１．５２の下の電位井戸に移動される。

その間、入力端子１０７に周期的な信号を加えることに
より、電極３１．３２．８１および８２もまた同じ様に
クロックパルス信号を供給され、このため電極３２と８
２の下に発生された電荷もまたメモリ部分に移動され、
ここで夫々電極１５１　と４１の下に蓄えられる。

移動が生じる部分では電位井戸ならびに電位障壁は２つ
の電極の幅を有し、−力蓄積段ではこの９ 幅は唯１つの電極幅に等しいことに留意され度い。

時点ｊ＋ｏ（行Ｊ）からレジスフ１３′の人力１０７′
は一時的に低（０）になる。このことはｔｌＯにおいて
電極５１に影響を与えない、というのは、ψ２（クロッ
ク線１１７）はこの時点でアクティブだからである。

けれども時点ｔ１１　では、クロック線１１６（ψ１）
シたがって第１段の出力も高になる、即ち電極５１は高
になる。

０ 電極５２は高のままであるが時点ｔ１□では、の付勢に
よって低になり、一方入力端子１０７′では変化は起き
ない。時点ｊ＋３では、電極１５１は永続的に低になり
、このため以後の電荷パケットに対する電位井戸はこの
電極１５１の下に形成される。この状態は、メモリ部分
内ですべての電極が交互に高及び低電位を有し、電荷パ
ケットがイメージセンサ部分からメモリ部分に移動され
る迄（時点ｔ１６゜行ｐ）続けられる。人力１０７は時
点ｔ１６で低になるので、メモリ部分に対して丁度記載
したと同様に、イメージセンサ部分の電極は交互に再び
高および低電圧にされる（ｔ１７からｔ２１１行ｑから
Ｕ）。もっともこの場合、飛越しのために奇数番号電極
２１．３１および８１は高電位を有する。時点１２ｏか
らは、レジスタ１３′の人力１０７′は最早や低レベル
（０）に保たれず、移動またはクロック信号が電極５１
．５２゜１５１、１５２．４１．４２に再び次第に現れ
るような電圧が加えられる。

第５図はレジスタ１３の好ましい一実施例を（部分的に
）示すもので、この実施例は（、−ＭＯ３Ｏ３技 術２よって実現される。この場合、レジスタの各段１０
１　はｐ型ＭＯ３）う７ジス／ｙ　１０９　とｎ型ＭＯ
３）ランジスクＩ０８　とで構成されたインパーク回路
を有し、これ等のトランジスタは正給電線］、　１．０
　とアース線１１１　との間に直列に接続されている。

前記のトランジスタ１０８　と１０９のゲート電極は互
いに接続され、インバータの出力１１３（）ランジスタ
１０８と１０９の接続点）によって電荷結合半導体装置
の電極２１．２２．３１３２の電圧が決まる。この電圧
は、出力の状態（高または低）に依存し、寄生界ｆｉ１
０３がインバータ回路のスイッチ動作によって充電され
るかまたは充電されないということによって保たれる。

前記のスイッチ動作は、前段の情報をトランジスタ１０
８と１０９の共通ゲート電極に通ずためにｎ型ＭＯ３）
ランジスタ１０６をスイッチオンまたはスイッチオフす
るクロック線１１６，１１．７　によって決まる。例え
ば若しクロック線１１６が高になると、トランジスタ１
０６　はく第３図のスイッチ素子１０６のスイッチオン
と同様に）導通になる。電極２２の電圧に応じて、出力
１１３はインバータ回路１０８゜３ １０９の動作によって相補電圧を呈する。けれども前述
したように、出力１１３は、前段においてクロック線１
１７の付勢により出力１１３′の電圧が変化した（容！
１０３　′の変化によって）場合だけ変化する。

第６図は第２図に示した装置の一部の変形実施例を示す
もので、この実施例ではトジスタ１３の部分は電極２１
．２２．−−−、１４Ｌ　１４２の両側に設けられてい
る。簡単のためにこの実施例にはクロック線を示してい
ない。

第１電極２１は入力端子１０７で直接に制御される。

この実施例では前記の電極２１は入力１０７と第１段１
０１の実際の入力の間にあるが、これは必ずしも必要で
はない。電極２２．３１．３２は、第２図と同様に第１
．第２および第３段の出力に接続されている。

電極３２の他端は３つの段１０１の第２の組（サブレジ
スタ）の入力端子１０７に接続され、これ等の３つの段
の出力が電極１２１．１２２および１３１の電圧を決め
る。電極１３１　は第２のサブレジスタの出力と３つの
段１０１の次のザブレジスタ間を接続する。

４ このように、レジスタ１３を電極の両側に設けた多くの
サブレジスタに分けることができ、これはレイアウトの
観点から有利である。

言うまでもなく、本発明はここに示した実施例に限定さ
れるものではない。レジスタ１３を制御するのに、２相
クロツクの代わりに３相クロツク、４相クロツクまたは
単相さえも選ぶことができる。

第７図はクロック線１１６（ψ、、　）　、　１１７（
ψ２）、　１１４（ψ３）ヲ有スる３相クロツクに対す
るレジスタ１３の一部を示すもので、表４は前記の表２
．３と同じように３相移動のスイッチ動作を符号的に示
したものである。同様に第８図は、電極２１．２２．２
３．２４、３１．３２．３３．３４に４相移動の電圧を
与えることがてきるクロック線１１６（ψ、）、１１７
（ψ２）、１１４　（ψ３）及び１１９（ψ４）を有す
る４相クロツクに対するレジスタ１３を示す。これに関
するスイッチ動作は表５に示しである。

代わりに、段１０１が、エツジトリガー（ｅｄｇｅ−ｔ
ｒｉｇｇｅｒｅ＋ｊ）段１０１の場合のように１つのク
ロックパルスの付勢による１つの段の変化が次の段に影
５ 響を及ぼさないような遅延をもってその状態を変化する
という条件で、単相クロックで制御されるレジスタ１３
を選ぶこともできる。第９図は、電極２１、２２．２３
．２４．３１．３２．３３．３４に４相移動の電圧を供
給することができるクロック線１１６（ψ、）を有する
このようなレジスタを示す。これに関するスイッチ動作
は表６に示しであるが、１ｏ、１．等の行はクロックψ
の付勢後の変化を示すので、この場合入力端子１０７に
おける情報は、同期時間を考慮して、うまく合うように
存在する。

６ この実施例並びに先の２つの実施例では、ｔｏ　で入力
端子（１０７）が電極の下で０１０１０１パターンを調
整するのに十分長い時間一定の値（１またはＯ）を有し
てきているものとしている。

レジスタ１３はまた非反転段によってつくってもよく、
この非反転段はこの場合例えばスイッチ素子（トランジ
スタ）によってやはり互いに接続してもよい。第１０図
は、非反転段１０１１０１　’をもったレジスタ１３．
１３　’を有する本発明装置の実施例を示す。この実施
例では、段１０１　はスイッチ素子１０６、非反転回路
１２０およびコンデンサ１０３を有する。このコンデン
サ１０３は、例えば第２図に示したと同様な装置のイメ
ージセンサ内の電荷蓄積および電荷移動のための電極系
の電極２１．２２．３］、、　３２、１２１．１２２．
１．３１，１３２．１４１．１４２とやはり導電的に接
続されている。就中積分の間電極２１，２２．３Ｌ　３
２．−−１４１１４２に低電位と高電位を交互に加える
ために、奇数番号電極２１．３１．１２１．１３１．１
４１　と偶数番号電極２２．３２．１２２．１３２．１
４２とは夫々別個のレジスタ１３と１３′の出力段に接
続され、これ等のレジスタ８ は例えば電極系の両側に配設される。

第１１図はこのようなレジスタ段１０１　の相補ＭＯ３
技術による実施例を示す。ｐ型Ｍ［］Ｓ　）ランジスク
１０９、１０９　とｎ型ＭＯ３）ランジスク１０８．１
０８　′の２つの直列回路が給電線１１０　とアース線
１１１の間に設けられる。これ等のトランジスタ１０８
　と１０９および１０８′と１０９′のゲート電極は夫
々互いに接続され、トランジスタ１０８　と１０９の共
通電極はトランジスタ１０８′と１０９′の接続点に接
続される。トランジスタ１０８　と１０９が互いに接続
された点１１３によって電極２］、、　２２．−−−、
１４１．１４２の１つの電圧が決まるが、第１１図の実
施例においてはこの点は電極３１に接続されている。コ
ンデンサ１０３　は前段のスイッチ動作に応じて充電さ
れたりまたは充電されなかったりでき、また、入力端子
１０７とクロック線１１６（、）、１１７（２＞　およ
び１１４（３）における、入力または前段の情報を通し
たりまたは通さないためにｎ型ＭＯ３）ランジスク１０
６をスイッチオンまたはスイッチオフする信号によって
も決められる。例えば第１１図の段１０１　においてク
ロ９ ツク線１１７が高になると、トランジスタは導通になる
。この場合段１０１の出力したがって電極３１は、前段
の出力に接続された電極２１の電圧をとる。この電極３
１は、前段でクロック線１１６が高になった時電極２１
の電圧が変化した時にだけ変化する。

表７は、非反転段１０１を有するこのようなレジスタに
よって制御された場合の電極２１．２２．３２．１２１
゜１２２、１３１．１３２．１４１．１４２のスイッチ
動作を符号的に示したものである。この場合奇数番号電
極２１，３１゜１２１、１３１．１４１　は段１０１を
有するレジスタ１３より制御され、一方偶数番号電極２
２．３２．１２２．１３２．１４２は段１０１′を有す
るレジスタ１３′より制御される〈第１図参照）。

０ 時点ｔ。では、放射線イメージにより発生された電荷キ
ャリヤ（電子）の積分がすべての偶数番号電極２２．３
２．１２２．１３２．１４２の下で行われるように、こ
れ等の偶数電極はしばらくの間高（１）である。

レジスタ１３の入力端子１０７は高（１）であるが、ψ
１、クロック線１１６）がアクティブでないので、この
ことはレジスタ１３の第１段したがってこの段の出力で
制御される電極２１に影響を与えない。クロック線１１
７（ψ２）に接続された他方の段もｔ。におけるψ２の
付勢によって影響されない。

時点１．ではψＩ（クロック線１１６）は高（１）であ
る。

この時には高である入力端子１０７の情報は通される。

これに接続され、ψ１の付勢によって変化できる他の出
力と電極（１３１，３２，１４２）はそのままである、
というのは、関係する投入力（電極１２１．２２゜１３
２）は時点ｔ。に対して変化してないからである。

初めに電極２２の下にあった電荷はこの時電極２１．２
２の下にある。

２ 表６ ３ 時点ｔ２ではψ３（クロック線１１４）は高（１）であ
る。

タロツク線１１４はレジスタ１３′の第１段を制御する
ので、低（０）である入力端子１０７′の情報はこの段
の出力したがって電極２２に通される。入力端子１０７
はその間やはり低信号を有するが、ψ１がアクティブで
ないため電極２１に影響を与えない、即ち電極２２は低
になるために、初めは電極２２の下にあった電荷はこの
時電極２１の下にある。クロック線１１４（ψ３）の付
勢は更に電極１２１　と１３２に影響を与えることがで
きるが、前段の出力および電極３１と１２２は夫々不変
なので、前記の電極はそれ等の値（夫々０および１）を
保つ。

時点ｔ３ではψ２（クロック線１１７）は高である。入
力端子１０７′が高になるということはレジスタ１３の
第１段１０１′の出力したがって電極２２に影響を与え
ない。クロック線１１７（ψ２）は電極３１に影響を与
えず、このため電極２１が時点ｔ１でψ、（クロック線
１１６）によって得た高圧（１）はこの時電極３１に通
される。ψ２で制御される段１０１１０１　’ののこり
の出力（１４１，１２２）は依然として不変のままであ
る。以下の時点では、４ クロツタ線１１６．１１７．１１４における関係クロッ
クパルスパターンによって第７図より明らかなように電
荷移動がより多くの電極の下に生じるような入力端子が
入力端子１０７．１０７　’に加えられる。時点ｔ９で
は、その時迄電極１４２の下に集められていた電荷は電
極１４１、１４２の下に分布され、その後時点ｔｌ［＋
からｔ１４においてこの電荷は電極３２に移される。

５ 表７ ４に の表７にはそれ以上の変化は示してないが、時点ｔ９よ
りの変化に類似している。第２図に示した装置に対して
説明したのと同様に、入力端子１０７の高（１）信号と
入力端子１０７′の低（０）信号によって飛越しのため
の情報を読出した後、電極２１，２２、３１．３２．１
２１．１．２２．．１３１．１３２．１４１．１４２の
下に１０１０１０１０１０パターンが得られ、この後に
奇数番号電極の下で積分が可能である。

レジスタ１３の具現にはその段の構造と使用技法の両方
に関して幾つかの変形が可能である。例えば、段が例え
ば交差結合（ｃｒｏｓｓ−ｃｏｕｐｌｅｄ）　）ランジ
スタを有するスタティックシフトレジスクを選ぶことも
できる。

その外、本発明は例えば直列／並列／直列メモリ、前述
の遅延線およびマルチプレクサのような数多くの電荷結
合半導体装置に用いることもできる。本発明は更に別の
タイプの放射線感知装置例えば本顆大の同時係属出願（
ＰＨＮ、　ｌ　Ｏ９９８）に記載されたようなラインセ
ンサに用いることもできる。

７ 更に、第１０．１１図に示した装置において、電極をト
ランジスタ１０８′と１０９′の接続点１０３′に接続
してもよい。

最後に、第１２図は、４相移動に適した電極系２１゜２
２、２９．２４．３１３２．３３．３４．−−−、　が
１つの共通な入力端子１（１７を有する反転段をそなえ
た２つのシフトレジスタ１３．１３　’によって制御さ
れるようにした実施例を示す。シフトレジスタ１３の第
１段１０１　は電極２１に接続され、クロック線１１６
（ψ１）で制御され、一方第２段は電極２２に接続され
、クロック線１１７（ψ２）で制御される。次の２つの
段はやはりクロック線１１６．１１７で制御され、電極
３１．３２に接続されている。同様に、シフトレジスタ
１３′の初めの２つの段１０１は電極２３．２４に接続
され、クロック線１１４（ψ３）と１１９（ψ、）によ
って制御される。レジスタ１３′の次の２つの段はやは
りクロック線１１４゜１１９で制御され、電極３３．３
４に接続されている。

このようにして、一般に１つの配線層内で実現される例
えば電極２１．２３．３１．３３をレジスタ１３と１３
′から交互に駆動することができる。この場合、異８ なる電極が電極のそばに位置する幾つかの段から駆動さ
れる時に特に生じる配線問題は避けられる。

更に、第６図に示した実施例と較べて、電極系の電極を
段１０１間の貫通接続として用いることはこの場合必要
ない。第８表は、第１１図に示した装置のスイッチ動作
を符号的に示したものである。

９ 表８ ０

【図面の簡単な説明】

第１ａ図から１ｍ図は本発明の装置の動作の基となる電
荷蓄積と電荷移動の原理の説明図、第２図は本発明の装
置の線図的な平面図、第３図は第２図の装置を制御する
２相りロック信号制御シフトレジスタの線図的に示した
実施例、第４図は第３図のシフトレジスタの別の実施例
、第５図は第２，３および４図のシフトレジスタの一具
体例を示す回路図、 第６図は第２図の装置の一部の変形、 第７図は３相りロック信号で制御されるようにしたシフ
トレジスタの線図的な実施例、第８図は４相りロック信
号で制御されるようにしたシフトレジスタの線図的な実
施例、第９図は単相クロック信号で制御されるようにし
たシフトレジスタの線図的な実施例、第１０図は第２図
の装置を制御する２非反転段を有する２つのシフトレジ
スタの線図的な実施例、第１１図は第１０図のシフトレ
ジスタの一具体例を示す回路図、 １ 第１２図は第２図の装置を制御する反転段を有する２つ
のシフトレジスタの線図的な実施例である。 訃・・主表面 ９．１１・・・電荷移動チャネル １３、１３　’・・・シフトレジスタ １４、１７．１９．１１４．１１７．１１４．１１６．
１１７．１１９・・・クロック線１５、１８・・・調整
線 ２１〜２３．３１〜３３．４１．４２．５１．５２．８
１．８２．１２１．１２２．１３１゜１３２、１４１．
１４２・・・電極 ２５、３０．３５・・・電荷パケット ２６、２７．２８．３６．３７．３８．１０６・・・ス
イッチ素子１０１、１０１　’・・・段１０２・・・イ
ンバータ回路１０３・・・コンデンサ １０７、１０７　’　、　１０７　’・・・入力端子１
０８、１０８　’　＝−ｎ型ＭＯ３）ランジスタ１０９
、１０９　’・・・ｐ型ＭＯ３）ランジスタ１２０・・
・非反転回路 ２ ζｎ　−Ｃ・−一　・−−一

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ■、　主表面に少なくとも１つの電荷移動チャネルが形
   成され、この同じ主表面に、電荷蓄積のための調整信号
   と電荷移動のためのクロック信号を加えることのできる
   電極系が設けられた半導体を有する電荷結合半導体装置
   において、半導体装置は、単相又は多相クロックによっ
   て制御可能で数個の段を有する少なくとも１つのシフト
   レジスタを有し、電極はこのシフトレジスタの段に導電
   的に接続さたことを特徴とする電荷結合半導体装置。 ２、　装置はダイナミツクジフートレジスタを有する特
   許請求の範囲第１項記載の電荷結合半導体装置。 ３、　シフトレジスタは、クロックで制御されるスイッ
   チングトランジスタによって互いに接続された数個のイ
   ンバータ回路を有する特許請求の範囲第１項または第２
   項記載の電荷結合半導体装置。 ４、　インパーク回路は２つの相補ＭＯＳトランジスタ
   を有する特許請求の範囲第３項記載の電荷結合半導体装
   置。 ５、　電極系の少なくとも１つの電極は、シフトレジス
   タの２つの連続した段を導電的に互いに接続した特許請
   求の範囲第３項または第４項記載の電荷結合半導体装置
   。 ６、　装置は、電極系の両側に設けられた少なくとも２
   つのサブレジスタを有する特許請求の範囲第３項または
   第５項記載の電荷結合半導体装置。 ７、　装置は、調整信号とクロック信号を供給するため
   に非反転段を有する少なくとも２つのシフトレジスタを
   有し、電極系の連続した電極は、シフトレジスタの連続
   した段に導電的に交互に接続された特許請求の範囲第１
   項または第２項記載の電荷結合半導体装置。 ８、　装置は、調整信号とクロック信号を供給するだめ
   に反転段を有する２つのシフトレジスタを有し、電極系
   の連続した電極のグループがシフトレジスタの連続した
   段に交互に接続された特許請求の範囲第１項から第４項
   の何れか１項記載の電荷結合半導体装置。 ９．２つのシフトレジスタの第１の入力は導電的に互い
   に接続された特許請求の範囲第８項記載の電荷結合半導
   体装置。