JPS62193372A - 固体撮像装置の駆動方法 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、固体ｆｆ１ｌ素子チツプ上に光電変換部とし
て光導電膜を積層した固体Ｉｌ像装置の駆動方法り関す
る。

（従来の技術） 固体撮像装置では、信号電荷蓄積期間を制御することに
より光電変換出力を制■することができる。固体Ｉｉ像
素子チップ上に光電変換部として光ｓＭｍをＭ層した固
体撮象装胃においても、光導ｍ膜上の透明電極に印加す
る電圧を変化させることにより、光感度零期間を設けて
感度調整する方法が提案されている（特公昭６０−４８
１０９号公報）。

（発明が解決しようとする問題点） 上記した積層型固体搬像装置の感度調整法は実用上大き
い問題がある。これは、光導電膜として通常アモルファ
ス３ｉ（ａ−８ｉ）などが用いられるが、ａ−８ｉ膜は
単結晶と異なり膜内に多数のトラップ単位を有するから
である。即ち、蹟象動作の垂直有効期間の中で光導電膜
上の透明電極に電圧を印加して感度零期間（不感期間）
を設ける方法では、不感期間においても光学像が光導Ｉ
Ｉに照射されている。このため、不感期間に入射した光
により発生した信号電荷の一部がトラップ単位に捕獲さ
れ、その後その一部電荷が有効感度期間にトラップ単位
から再励起され、見掛は上信号電荷となってしまう。特
にこの方式を電子カメラに適用した場合、高速シャッタ
ー動作において一種のブレとして画面上に現れてしまう
。また通常の暗像動作において、残像特性をよくするた
めに一定のバイアス光を光導ｉ膜に照射することが行な
われるが、不感期間を設けて有効感度期間を可変した場
合、一定のバイアス電荷を出力として取出すことができ
ない。従って最適バイアス出力を出すためには、有効感
度期間の長さに応じてバーｒアス光の強度を変化させな
ければならないことになる。

本発明は上記した点に鑑みなされたもので、積層型固体
比像装コにおいて、光導電膜内のトラップ準位からの電
荷再励起現象による画１汝特性への影響を小さくして感
度調整を可能とした駆動方法を提供することを目的とす
る。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明は、信号電荷蓄積部及び信号電荷読み出し部を有
する固体ｍ像素子チップと光導電膜からなる光電変換部
とを積層した構造の固体融像装置において、光導電膜の
信号電荷を信号電荷蓄積部へ転送する動作の前に、光導
電膜にバイアス電荷を注入するパルス動作と、注入され
たバイアス電荷の一部を光導電膜側へ除去するパルス動
作とを行い、且つ両動作の時間関係を変えることなく両
動作を信号電荷の信号電荷蓄積部への転送動作に対して
時間的に移動させることにより、感度調整を行うように
したことを特徴とする。

く作用） 本発明の駆動方法を採用すると、バイアス電荷注入・除
去の動作から信号電荷を信号電荷蓄積部に転送する動作
までの時間が有効感度期間となり、この期間を可変制御
ｌすることにより、感度調整が行なわれる。この場合、
バイアス電荷注入のパルス動作とバイアス電荷除去のパ
ルス動作の時（ｌ！１関係は一定に保持されるから、バ
イアス電荷注入により光導Ｎｎ内の１〜ラップ単位に捕
獲された電荷の残り過剰電荷は、有効！ｉｌｉ度期間の
長さが変わっても同じように除去できる。またこのバイ
アス電荷注入により、光導電膜内のトラップ準位に起因
する光導電性残像、光導電膜を含めた容量の電荷放雷規
整による容急性残像も低減される。またバイアスＴｉ荷
注入は有効感度期間の前にパルス動作により行なわれる
から、常時一定のバイアス光照射を行う方式と異なり、
有効感度期間の長さが変化しても同じバイアス電荷出力
が得られる。

（実施例） 以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は一実施例のインターライン転送型固体県像素子
の断面構造である。図において、１１は例えばｐ型３ｉ
基板であり、その表面には信号電荷読み出しのチャネル
である第１のｎ＋型層１２＋と信号電荷蓄積部の第２の
ｎ＋型層１２２、この蓄積部と例えばＡ２で構成された
第１の金属電極１７ａとをオーミック接続するためのｎ
＋　＋型層１４、及びチャネルストッパとなるρ１型層
１３がある。ＣＯＤチャネル上にはゲート酸化膜を介し
て例えば２層多結晶シリコン膜により形成された転送電
１ｔ１５８．１５ｂがある。この転送電極１５ａ、１５
ｋ）上には第１の絶縁膜１６ａが堆積され、これに開け
られたコンタクトホールを介して前記ｎ＋１型層１４に
接続される第２の金属Ｔｉ極１７ｂが各画素毎に設けら
れている。この上にａ−３ｉからなる光導電膜１８とＩ
ＴＯなどの透明導電膜１９が形成されている。

ここで、信号電荷蓄積部のｎ＋型１１１２２、ｎ１＋型
層１４、第１の金属電極１７ａ及び第２の金属電極１７
ｂは、各画素毎に独立に二次元的に配列形成される。即
ち、第２の金属電極１７ｂが撮像画素を定義するものと
なり、光導電膜１８による＠象の結果第２の金属電ｔｆ
Ａ１７ｂに得られる電位変化が第１の金属電極１７ａを
介して信号電荷蓄積部のｎ＋型層１２２に伝達され、こ
こに信号電荷として蓄積される。ＣＣＤ転送電極１５ａ
の一部はｎ＋型層１２２の信号電荷をＣＯＤチャネルに
転送するための転送電極としても用いられ、図ではこの
転送部２０の断面を示している。

第２図はこの様なインターライン転送型の二階建てｃｃ
ｏｍｍ素子を用いたｌＩ像システム構成である。１が第
１図に示した撮像素子であり、これと光入射側の光学レ
ンズ２の間にバイアス電荷注入用の光源３ｔ　、３２が
設けられている。このバイアス電荷注入用光源３１．３
２は例えば発光ダイオードである。バイアス電荷注入用
光１３ｔ　。

３２のオン、オフは撮像素子１を駆動するタイミングに
同期してなされるようになっている。そのために’ｆａ
＆Ｍ子用のタゴミング回路４から同期パルスを得て、ド
ライバ回路６でバイアス電荷注入用光源３１．３２が駆
動されるように構成されている。撮像素子１はドライバ
５により駆動される。

また１１！！（至）素子１の出力は信号処理回路７によ
り取出される。

第３図は、この様なシステム構成により本発明の駆動方
法を実施する場合の各印加電圧波形である。φＴは第１
図の転送電極１５ａに印加される電圧波形であって、３
１ｓ　、３１２がフィールド・シフト・パルスであり、
Ｔｖｅが垂直ブランキング期間、ＴＶＥが垂直有効期間
を示している。

即ちこの実施例では、ｍ＠素子１は１フイ一ルド期間（
標準テレビジョン方式では１０００秒）のなかの垂直ブ
ランキング期１１Ｔｖ日中に、フィールド・シフト・パ
ルス３１により光導電膜で発生した信号電荷を信号電荷
蓄積部を経て垂直ＣＯＤチャネルに転送する動作が行な
われる。φＢは、バイアス電荷注入用光源３ｒ　、３２
を駆動する第１の′Ｒ電圧パルスあり、これが垂直有効
期間ＴＶＨの中で与えられる。この第１の電圧パルスφ
Ｂにより、Ｉ［ｌ素子１の光導電膜１８にパルス状のバ
イアス光が照射され、バイアス電荷が注入される。φＴ
Ｇは、光導電［１１８内のバイアス電荷の過剰分を光導
電膜１８側から除去するために、透明導電膜１９に印加
する第２の電圧パルスである。

この実施例では、上述した第１．第２の電圧パルスφＢ
、φＴ（１の時間関係を一定に保持したまま、これらの
垂直有効期間ＴＶＥ内での相対位置を変化させることに
よって、撮像素子１の感度調整を行う。即ち、第１．第
２の電圧パルスφＢ。

φＴＯによるバイアス電荷注入、除去の両パルス動作か
ら次のフィールド・シフト・パルスまでの期間が実効的
信号電荷蓄積期間、つまり有効感度期間になる。

この実施例によれば、従来技術のように光学像が照射さ
れている状態で光４電膜に電圧を印加して不感期間を設
けて感度調整を行う方法と異なり、無用な光学像に対応
する信号電荷が光導電膜内のトラップ単位に捕獲されて
実効信号電荷蓄積期間に再励起される、ということがな
い。即ち、バイアス電荷注入と過剰バイアス電荷除去の
動作を両者の時間関係を一定に保ってパルス動作として
行うことにより、実効信号電荷蓄積期間を変化させても
、均一なバックグラウンド出力が得られる。

またこのバイアス電荷注入により、光導電膜内のトラッ
プ単位に起因する光導電性残像や光導電膜を含めた容量
の電荷放電による容量性残像は共に減少する。またこの
実施例では、常時一定のバイアス光照射を行う方式と異
なり、実効信号電荷蓄積期間を変化させても、同じバイ
アス電荷出力が得られる。更に、過剰信号電荷は光導電
膜上の透明導電膜から除去し、信号電荷と共に取出さな
いため、ダイナミック・レンジを広く保持してバックグ
ラウンド・ノイズを低く抑えることができる。

第４図は、第３図の電圧波形を少し変形した他の実施例
の駆動電圧波形を示す。第３図の実施例では、バイアス
電荷注入用の第１の電圧パルスφＢに少し遅れて過剰電
荷除去用の第２の電圧パルスφＴ（１を印加しているの
に対し、この実施例では、第２の電圧パルスφＴＧの幅
の中で第１の電圧パルスφＢを印加するようにしている
。この点を除き、先の実施例と同様である。

この実施例によっても、第１の電圧パルスφＢと第２の
電圧パルスφＴＧの時間関係を一定に保持して実効信号
電荷蓄積期間を可変することにより、感度調整が可能で
あり、先の実施例と同様の効果が得られる。特にこの実
施例は、光導電膜を含めた信号電荷蓄積容量が大きくな
ってパルス応答特性が劣化する多画素撮像素子を用いた
場合に有効である。

本発明は上記実施例に限られるものではない。

例えば、上記実施例ではバイアス電荷注入を光照射によ
り行ったが、電気的に電荷注入を行う場合にも本発明を
適用することができる。具体的には、信号電蓄積部であ
るｎ＋型層１２２に隣接してｐｎ接合を設け、このｐｎ
接合によりバイアス電荷を注入する方法、光導電膜上の
透明導電膜からバイアス電荷注入を行う方法等が考えら
れる。また、バイアス電荷の過剰分を除去する方法とし
ても、透明導電膜を利用する代わりに、画素周辺にグリ
ッド状に金属電極を配設してこれを利用する方法、基板
に縦型のオーバーフロー・ドレインを設けてこれを利用
する方法等が考えられる。光導電膜もａ−３ｉに限らず
、他の材料を用いることができる。光導電膜が複数層か
らなるものであってもよい。更に、上記実施例では第１
．第２の電圧パルスとしてそれぞれ単一パルスを用いて
いるが、複数個のパルスとしてもよい。信号電荷読み出
し部がＣＯＤでなく、例えばＭ　ＯＳ型の１４象素子を
用いた場合にも、本発明を適用することができる。更に
また、実施例では周期的に撮像ｌ）Ｊ作を行う場合を説
明したが、静止画を得る電子カメラにも本発明を同様に
適用することが可能である。

また実施例では第２の電圧パルスφＴＱとして、常時は
低レベル電圧ＶＴＯＬが光導電膜に印加されていて、高
レベル電圧ＶＴ　ａ　ｓが出るようにしたが、例えば水
平ブランキング期間や垂直ブランキングは期間に任意の
パルス状或いは正弦波状の電圧が印加されるようにして
もよい。また、一定の明るさの下で特に感度調整の必要
がない場合には、第１．第２の電圧パルスによるバイア
ス電荷注入及び過剰電荷除去動作の時間位置を固定して
おけばよいことはもちろんである。

［発明の効果］ 以上）ホべたように本発明によれば、積層型固体１ｌｌ
ｅ素子において、光導電膜内のトラップ準位からの電荷
再励起による画像特性への影響を抑制して、バックグラ
ウンド出力の変化を伴うことなく感度調整を行うことが
でき、加えて残像、ノイズを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に用いた歴象素子の断面構造を
示す図、第２図は同じり撮像システムを示す図、第３図
は一実施例の駆動方法を説明するための電圧波形を示す
図、第４図は他の実施例の電圧波形を示す図である。 １１−ｐ型Ｓ１基板、”＋２２−・・ｎ＋型層（′Ｆｉ
荷蓄積ダイオード）、１２１・・・ｎ＋型層（チャネル
）、１５ａ、１５ｂ−・・転送電極、１６ａ。 １６ｂ・・・絶縁膜、１７ａ・・・第１の金属電極、１
７　ｂ　・・・第２の金Ｉｍ極、１８−ａ−３ｉＦｌ（
光導Ｎ膜）、１９・・・透明導電膜、１・・・搬像素子
、２・・・光学レンズ、３１．３２・・・バイアス用光
源、４・・・タイミング回路、５，６・・・ドライバ、
７・・・信号処理回路、φＢ・・・第１の電圧パルス（
バイアス電荷注入用）、φＴＧ・・・第２の電圧パルス
（過剰電荷除去用）。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１　図 １−ＴＶＢ　　　　　　　ＴＶＥ　　−−す第３図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板上に信号電荷蓄積部及び信号電荷読み
   出し部が配列形成された固体撮像素子チップと、この撮
   像素子チップ上に積層され前記信号電荷蓄積部と電気的
   に接続された光導電膜からなる光電変換部とを有する固
   体撮像装置の駆動方法であって、前記光導電膜の信号電
   荷を前記信号電荷蓄積部に転送する信号電荷転送動作の
   前に、前記光導電膜にバイアス電荷を注入するパルス動
   作と、注入されたバイアス電荷の一部を前記光導電膜側
   より除去するパルス動作を行い、且つ両動作の時間関係
   を変えることなく、両動作を前記信号電荷の信号電荷蓄
   積部への転送動作に対して時間的に移動させることによ
   り感度調整を行うことを特徴とする固体撮像装置の駆動
   方法。
2. （２）前記バイアス電荷注入のパルス動作は前記光導電
   膜への光パルス照射により行う特許請求の範囲第１項記
   載の固体撮像装置の駆動方法。
3. （３）前記バイアス電荷除去のパルス動作は前記光導電
   膜上の透明導電膜にパルス電圧を印加することにより行
   う特許請求の範囲第１項記載の固体撮像装置の駆動方法
   。