JPS6156630B2 - - Google Patents

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JPS6156630B2
JPS6156630B2 JP53088868A JP8886878A JPS6156630B2 JP S6156630 B2 JPS6156630 B2 JP S6156630B2 JP 53088868 A JP53088868 A JP 53088868A JP 8886878 A JP8886878 A JP 8886878A JP S6156630 B2 JPS6156630 B2 JP S6156630B2
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Junichi Nishizawa
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/762Charge transfer devices
    • H01L29/765Charge-coupled devices

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電荷転送装置に関し、特に多数キヤ
リア転送型電荷転送装置に関する。
電荷転送素子には、少数キヤリア転送型と多数
キヤリア転送型とが存在する。
少数キヤリア転送型電荷転送素子は、原理的に
電荷のとり残しを生ずる欠点を有している。また
少数キヤリア転送においては、転送過程のどこか
に拡散による移動が入り、それが転送速度の上限
を決定する。さらに少数キヤリアは通常半導体と
絶縁膜との界面付近を移動するから表面移動度、
トラツプ等の表面の影響を受け易い。これらの欠
点を克服するため多数キヤリア転送型電荷結合素
子が提案されている。多数キヤリア転送型電荷結
合素子においては、電荷蓄積領域の周囲に空乏層
を発生させ、空乏層で蓄積電荷を包み込んで転送
を行なう。この際、電荷を追い出す方式であるた
め転送効率に問題を残している。
本発明は、電荷転送素子に静電誘導トランジス
タの原理を応用して構造が簡単で転送効率が高く
転送速度の速い多数キヤリア転送型の電荷転送素
子を提供することにある。
静電誘導トランジスタの一つの動作モードにお
いては、ソースとドレインとの間に電位障壁を設
け、ゲート電圧およびドレイン電圧で電位障壁を
制御し、ソース・ドレイン間の電荷移動を制御し
ている。電位障壁を越えた後または電位障壁が消
失した時は、電荷はドリフトで移動するため電荷
転送速度は速い。
第1図に本発明の一実施例の電荷転送素子を示
す。
p型基板1の上にn-型エピタキシヤル層2が
形成され、n-層2中にn+領域11,12,1
3,……とp+型領域31,32,33,……が
形成されチヤンネル領域21,22,23,……
を画定している。n-層2上には、絶縁膜(たと
えばSiO2膜)3が形成され、その上に電極4
1,42,43,……が設けられている。
φに零電位、φに正電位が与えられてお
り、n+型領域11に電子が蓄積されているとす
る。φの電位を零に戻し、φの電位を正にす
ると、p+型ゲート領域31は順バイイアス電圧
を与えられ、チヤンネル21は導通し、n+型領
域12にも正電位が与えられる。従つて、n+
領域11に蓄積されていた電子はチヤンネル21
を通つてn+型領域12に移動する。次にφ
電位を零に戻し、φの電位を正にすると、チヤ
ンネル21は不導通となり、チヤンネル22が導
通する。n+型領域13にも正電位が与えられる
ので、n+型領域12に蓄積されていた電子はn+
型領域13へ移動する。このようにして、2相の
制御信号を用いて電荷を次々と転送することがで
きる。チヤンネルのピンチオフを確実にするため
に、p+型基板1に所定の負電圧を与えておくの
もよい。とくに、n+領域の蓄積電子量が多く
て、電位が正でかなり高くなるような場合には、
n+領域と基板の間で電流が流れて、電子の蓄積
が打ち消されてしまうような場合には、基板の逆
バイアス、第1図の構造では負電圧印加は必須の
条件である。
基板の上に上述したような一次元転送列を複数
個並列に配置することによつて、二次元の転送装
置が与えられることは容易に理解されるであろ
う。各列間は絶縁物、切り込み等で分離すればよ
い。
次に第2図を参照して電荷転送撮像装置を説明
する。第1図と同様、p+型基板1の上にn-型エ
ピタキシヤル層2、絶縁層3、電極41,42,
43,……が形成されている。n-型層2には基
板1まで届くn+型領域11,12,13,……
とp+型ゲート領域31,32,33,……が形
成され、チヤンネル領域21,22,23,……
が画定されている。この実施例では、さらに基板
1に切欠き部51,52が形成され受光部を形成
している。
基板を逆バイアスにするか、あるいはφ,φ
に正電位を与え、受光部51,52,……に光
を入射したとする。光によつて電離された電子正
孔対のうち、電子はn+型領域11,13へ正孔
はp+型基板1へ流入する。次に、φの電位を
基板と同電位に戻すと電荷の蓄積されているn+
型領域11,13の電位が下がる。同時にチヤン
ネル22,……は不導通になる。従つて、導通し
ているチヤンネル21,……を通つて、n+型領
域11,13に蓄積されていた電子は、右隣の
n+型領域12,14,……へ移動する。続いて
φを基板と同電位、φを正電位にすると、チ
ヤンネル21は不導通となりチヤンネル22は導
通となる。従つて、n+型領域12に蓄積されて
いた電子はさらに右隣のn+型領域13へ転送さ
れる。このように、φ,φを交互に正電位に
することによつて電荷は次々に右に送られる。第
2図の構造では、n+領域が基板に到達している
が、必ずしもこうする必要はなく、離れていても
よい。また、受光用切り込み部はもつと広くて、
n+型領域11,13,……等の周囲に照射する
ようにするのがよい。入射光に対し有効に働くの
は、n+領域と基板間の逆バイアスによりできる
空乏層領域だからである。
第2図の実施例の場合、走査時間を受光時間に
比べて無視できる程度に短かくするか、受光期間
と転送期間とに同期させたシヤツタ手段を併用す
ることが望ましい。
従来の撮像装置にもあるように受光フレームを
別に設け、受光フレームから転送フレームに蓄積
した電荷を送り出して転送フレームから画像情報
を読み出すようにすれば、画面の走査毎に電荷を
画像フレームから転送フレームへ移動させる移動
期間を設ける以外の時間的ロスを省くことができ
る。
第3図乃至第5図に撮像部と転送部を別に設け
た電荷転送撮像装置の例を概略的に示す。第3図
は絶縁層、電極を取り除いた上面図、第4図及び
第5図は、それぞれ第3図―,―に沿う
断面図である。
n+型領域11、n-型領域21、p+型領域31
は電荷転送の一素子分であり、次のn+型領域1
2と合わせ一つの静電誘導トランジスタ型構造を
形成している。電荷転送素子列は第1図、第2図
のものとほぼ同様である。
n+型領域61,62は第4図,第5図に見ら
れるようにp+型基板1とダイオードを構成して
いる。受光部51,52を通して入射する光によ
つて電離された電子がn+型領域61,62に蓄
積される。所定の受光期間の後、n+型領域6
1,62に蓄積された電子はn+型領域11,1
3へ輸送される。この電荷輸送のスイツチング
は、ゲート領域71の電位を制御することで行な
われる。n-型領域26がチヤンネルとなる(第
5図)。なお、図中80は絶縁物、81,91は
電極である。電荷輸送を制御するスイツチング部
はこの例に限ることなく種々の構造を採用でき
る。
本発明の装置に使用する半導体は、Siに限るわ
けではなく、Ga,As,Ge等でもよい。
これらの半導体であれば、可視光領域の光の検
出が行える。一方、Hg Cd Te,In Sbあるいは
Pb Sn Te等のバンドギヤツプの狭い半導体を用
いれば長波長領域の波の検出が行える。たとえ
ば、各種の温度分布等の検出も行える。
本発明の装置は、従来公知の結晶成長技術、拡
散技術、イオン注入技術及び加工技術などにより
製造できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例による電荷転送装置
の部分断面図、第2図は他の実施例による電荷転
送撮像装置の断面図、第3図及び第4図、第5図
は他の実施例による電荷転送撮像装置の部分的上
面図及び断面図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 一次元的に配列された第1の導電型を有する
    複数個の電荷蓄積領域と、前記電荷蓄積領域の相
    隣接する各対間に配置された前記第1の導電型の
    低不純物密度を有する電荷輸送領域と、前記電荷
    輸送領域に隣接して設けられた前記第1の導電型
    と逆の第2の導電型の制御領域と、前記電荷輸送
    領域内に形成される電位障壁によつて隣接する前
    記電荷蓄積領域の間を流れる多数キヤリアが制御
    され、かつ前記電位障壁の高さは隣接する電荷蓄
    積領域の電位及び隣接する制御領域の電位によつ
    て変化すべくなされ、前記電荷蓄積領域の各一つ
    と対応する一つの制御領域の上に共通に設けられ
    た両領域の電位を制御するための絶縁電極を順次
    配置し、2相のクロツクパルスがそれぞれ隣り合
    う前記絶縁電極に印加されることで多数キヤリア
    が前記第2の導電型の制御領域により制御され、
    前記電荷蓄積領域間の前記電荷輸送領域を順次転
    送されるべく構成されたことを特徴とする電荷転
    送装置。 2 前記電荷転送装置において、基板に光を導入
    する受光部を設け、前記光によつて発生した電子
    正孔対のうち一方を転送することを特徴とする前
    記特許請求の範囲第1項記載の電荷転送装置。
JP8886878A 1978-07-19 1978-07-19 Charge transfer device Granted JPS5515275A (en)

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