JPS63254765A - 固体撮像素子 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、カメラなどに利用される固体撮像素子に関し
、特に再度読出し可能に画素情報を記憶保持する型式の
固体撮像素子に関する。

〔従来の技術〕 従来、カメラなどに利用される固体撮像素子として、Ｍ
ＯＳ型あるいはＣＣＤ型の光電変換素子が知られている
。この種の固体撮像素子は、同じ構造をした一次元また
は二次元配列の複数個の検出セルからなっており、各検
出セルは画像の一画素の情報を撮像するようになってい
る。

第５図は、再度読出し可能に画素情報を記憶保持する固
体撮像素子の検出セルの構成図である。

第５図において検出セル５０は、入射光強度に応じた光
電流ＩＳＨを発生するフォトダイオード２と、フォトダ
イオード２の受光量（光電流工Ｓｌ＋×時間ｔ）を画素
情報として蓄積する容量素子５と、フォトダイオード２
と容量素子５とを情報蓄積期間中導通状態にするスイッ
チング素子ＦＴＩと、容量素子５の端子電圧値Ｖ。を画
素情報として出力させる電流増幅回路ＦＴ４とを備えて
いる。さらに容量素子５には、情報蓄積開始前にこの端
子電圧値Ｖ　を所定の基準電位■、８．に初期設定する
ためのスイッチング素子ＦＴ３が接続され、電流増幅回
路ＦＴ４の出力端子は、スイッチング素子ＦＴ５を介し
てビデオライン４に接続されている。またフォトダイオ
ード２には、情報蓄積期間外に発生する光電流を外部に
、例えば基準電位Ｖｒｅｆを与える電源に、流すための
スイッチング素子ＦＴ２が接続されている。

スイッチング素子ＦＴＩ、ＦＴ２．ＦＴ３．ＦＴ５．電
流増幅回路ＦＴ４を、例えばＮチャネルのＭＯＳトラン
ジスタで構成する場合、スイッチング素子Ｆ　’Ｉ’　
１としてのＭＯＳ）ランジスタのゲートＧ１には、情報
蓄積期間中、情報蓄積信号ＤＴが加わり、スイッチング
素子ＦＴ２としてのＭＯＳ）ランジスタのゲートＧ２に
は、情報蓄積期間外に情報蓄積信号ＤＴを反転した信号
ＤＴが加わるようになっている。またスイッチング素子
ＦＴ３としてのＭＯＳトランジスタのゲートＧ３には、
容量素子５の端子電圧値Ｖ　を基準電位ｖｒｅｆに初期
設定するためのリセット信号Ｒ３Ｔが加わるようになっ
ている。電流増幅回路ＦＴ４としてのＭＯＳトランジス
タのゲートＧ４には容量素子５が接続され、ドレインＤ
４には一定電圧Ｖ、Ｄが印加され、ソースＳ４にはこの
ＭＯＳ）ランジスタに常に一定のドレイン電流を流すた
めの定電流源３が接続されている。さらにスイッチング
素子ＦＴ５としてのＭＯＳ）ランジスタのゲートＧ５に
は、容量素子５の端子電圧値■。を電流増幅回路ＦＴ４
のソースＳ４から画素情報としてビデオライン４に出力
させるための読出信号ＳＰが加わるようになっている。

このような構成の検出セル５０では、容量素子５に画素
情報を蓄積するに先立ち、容量素子５の端子電圧値Ｖ。

を基準電位ｖｒｅｆに初期設定するためスイッチング素
子ＦＴ３としてのＭＯ’３）ランジスタのゲートＧ３に
リセット信号Ｒ９Ｔを加えて、ゲートＧ３の電圧をハイ
レベルにし、スイッチング素子ＦＴ３をオンにする。容
量素子５の端子電圧値Ｖ　を基準電位■ｒｅｆに初期設
定した後、リセット信号Ｒ３Ｔをオフにして、フォトダ
イオード２の受光量を容量素子５の端子電圧値■　とし
て情報蓄積させる動作を開始する。この情報蓄積動作は
、スイッチング素子ＦＴＩとしてのＭＯＳトランジスタ
のゲートＧ１に情報蓄積信号ＤＴを加えることによって
行なわれる。なお情報蓄積信号ＤＴを加えている期間が
情報蓄積期間となる。情報蓄積期間外は、スイッチング
素子Ｆ′ｒ２のゲートＧ２に情報蓄積信号ＤＴを反転し
た信号ＤＴが加わるので、光電流Ｉｓ＋＋はスイッチン
グ素子ＦＴ２を介して外部に流れ、ブルーミングを防止
することができる。情報Ｍ積期間中は、ゲートＧ１の電
圧がハイレベルとなってスイッチング素子ＦＴＩがオン
になる。これによって、フォトトランジスタ２とスイッ
チング素子ＦＴＩと容量素子５との間には閉回路が形成
されるので、入射光強度に応じてフォトダイオード２内
に発生した光電流■８］１は、この閉回路を流れ、容量
素子５の端子電圧値Ｖ。は、第６図に符号Ａ１で示すよ
うに受光量工　・ｔに比例して情報蓄積期間終了Ｎ まで下がり続ける。すなわち端子電圧値Ｖ。は、受光量
工　・ｔに比例して、 Ｈ Ｖ　　＝Ｖ　　　−Ｉ　　−ｔ／（Ｃ＋Ｃｏ）ｏ　　　
ｒｅｆ　　　ｓｌｌ　　　　　　１・・・・・・（１） のように下がる。ここで、ｔは情報蓄積開始時からの経
過時間、Ｉ　　−ｔは受光量、Ｃ１は容量素ｌｌ 子５の容量、ＣＤはフォトダイオード２に付随する接合
容量である。情報蓄積開始時から所定の時間ｔが経過し
、情報蓄積期間が終了すると、そのときの（１）式で与
えられる容量素子５の端子電圧値Ｖ。が画素情報となる
。容量素子５に蓄積されている電荷は、電流増幅口１Ｆ
Ｔ４の入力インピーダンスが大きいためビデオライン４
側に漏洩することがないので、情報蓄積期間終了時の端
子電圧値Ｖ０は、スイッチング素子ＦＴ３のゲートＧ３
に再度リセット信号Ｒ３Ｔが加わるまで記憶保持される
。

容量素子５に記憶保持されている端子電圧値Ｖ　すなわ
ち画素情報をビデオライン４に読出すために、スイッチ
ング素子ＦＴ５としてのＭＯＳトランジスタのゲートＧ
５に読出信号ＳＰを加え、ゲートＧ５の電圧をハイレベ
ルにしてスイッチング素子ＦＴ５をオンにする。これに
よって電流増幅回路Ｆ　’Ｉ’　４のソースＳ４とビデ
オライン４とは導通状態となり、電流増幅回路ＦＴ４の
ソースＳ４からのインピーダンス変換された画素情報は
ビデオライン４に送られる。容量素子５の端子は電流増
幅回路ＦＴ４のゲートＧ４に接続されているのでスイッ
チング素子ＦＴ５をオンにして画素情報の読出しを行っ
ても、容量素子５に蓄積されている電荷は電流増幅回路
ＦＴ４からビデオライン４に流れず、これにより容量素
子５の端子電圧値Ｖ　を変動させずに読出し前の状態に
記憶保持することができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このように第５図に示す固体撮像素子の検出セル５０で
は、情報蓄積期間中、容量素子５の端子電圧値Ｖ　を第
６図に符号Ａ１で示すように受光量に比例して減少させ
、情報蓄積期間終了時点における容量素子５の端子電圧
値Ｖ　　ｌ）式参照）を画素情報として記憶保持するよ
うになっている。

ところで、このような固体撮像素子への入射光は一般に
レンズ、ミラーなどで構成されている光学系を介して入
射するので、その強度は弱くなっており、従って、固体
撮像素子の検出セルは高感度のものであるのが望ましい
、第５図に示す固体撮像素子の検出セル５０の感度を向
上させるためには、第６図に符号Ａ２で示すように受光
量Ｉ、１゜・ｔに対する容量素子５の端子電圧値Ｖ　の
変化率を一層大きくさせる必要がある。受光量に対する
端子電圧値■。の変化率を大きくさせ検出セル５０の光
感度特性を向上させるには、（１）式かられかるように
フォトダイオード２の面積を大きくして光電流工ＳＨを
大きくし、また容量素子５の容量Ｃ１を小さくすれば良
い。

しかしながら、フォトダイオード２の接合容量Ｃ−よフ
ォトダイオード２の周囲具に比例するので、光電流ＩＳ
Ｈを大きくするためにフォトダイオ−ド２の面積を大き
くすると、接合容量Ｃ８が大きくなる。さらに容量素子
５の容量Ｃ１を小さくすると、（１）式において接合容
量Ｃ８の端子電圧値Ｖ　への影響が大きくなる。

〇 一方、接合界ＪＩＣ，は、 Ｃ−α・ｒ［＝百四バー］　　　・・・・・・（２）Ｄ
　　　　　　　　　　　　　　　　　ｂのように、フォ
トダイオード２のアノード・カソード間の電圧値によっ
て変化する。ここでαは比例定数、Ｖｂはビルトインポ
テンシャル、■はフォトダイオード２への印加電圧であ
り、この印加電圧■は第５図の構成では容量素子５の端
子電圧値■。となる。

従って、検出セル５０の高感度化を図るに際し、フォト
ダイオード２の面積を大きくし、容量素子５の容ｔｃ１
を小さくすると、（１）式および（２）式から端子電圧
値Ｖ　は、近似的に Ｖ　　！Ｖ　　　−Ｉ　　−ｔ−ｆｆコ−Ｖ　ｂ　／　
ａｏ　　　ｒｅｆ　　　ＳＨＯ ・・・・・・（３） として表わされる。（３）式においてビルトインボテン
シャルＶｂは端子電圧値Ｖ。に比べて小さいものである
ので、受光量Ｉ、１１・ｔと端子電圧値Ｖｏとの関係は
、第６図に符号Ａ２で示すような理想的な線形関係では
なく、実際には第６図に符号Ａ３で示すような非線形の
ものとなる。

このように、第５図に示す構造の検出セル５０では、高
感度化を図るために、フォトダイオード２の面積を大き
くしまた容量素子５の容量Ｃ１を小さくしようとすると
、フォトダイオード２の接合容量Ｃ９が容量素子５の端
子電圧値Ｖ。に大きく影響するようになり、光電変換特
性を歪めるという問題があった。

本発明は、歪みのない高感度な光電変換特性を得ること
のできる再度読出可能な構造の検出セルをもつ固体撮像
素子を提供することを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、光が入射するフォトダイオードと、容量素子
と、フォトダイオードと容量素子とを情報蓄積期間中導
通状態にするスイッチイング素子と、容量素子の端子電
圧値に対するフォトダイオードの接合容量の影響を遮断
しフォトダイオードに実質的な印加電圧を加えるための
トランジスタと、容量素子の端子電圧値を画素情報とし
て出力させる電流増幅回路とを有する検出セルを備えて
いることを特徴とする固体撮影像素子によって、従来技
術の問題点を改善するものである。

〔作用〕

本発明では、検出セルの容量素子の端子電圧値を予め初
期設定しておく、情報蓄積期間中は、ス。

イヅチング素子によってフォトダイオードと容量素子と
が導通状態となる。これによりフォトダイオードに入射
した光の入射光強度に応じた光電流が容量素子からフォ
トダイオードに向かって流れ、容量素子の端子電圧値は
時間すなわち受光量とともに減少する。ところで、本発
明では容量素子の端子電圧値がフォトダイオードの直接
の印加電圧とならないようにするためのトランジスタが
設けられている。

このトランジスタは、容量素子の端子電圧値に対するフ
ォトダイオードの接合容量の影響を遮断し、フォトダイ
オードに実質的な印加電圧を加えるようになっている。

これによって、容量素子の端子電圧値は、例えば高感度
化を図るためフォトダイオードの面積を大きくしてフォ
トダイオードの接合容量が大きくなった場合でも、情報
蓄積期間中、接合容量の影響をうけずに線形的に減少す
る。情報蓄積期間が終了した時点の容量素子の端子電圧
値が画素情報として記憶保持され、この端子電圧値は電
流増幅回路によって画素情報として出力される。なお電
流増幅回路によって出力された後も、容量素子の端子電
圧値は記憶保持されている。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明に係る固体撮像素子の検出セルの実施例
の構成図である。第１図において第５図と同様の箇所に
は同じ符号を付して説明を省略する。

第１図の検出セル１では、第５図の検出セル５０と比べ
れば明らかなように、フォトダイオード２と、スイッチ
ング素子ＦＴＩとの間にさらにトランジスタＦＴＯが設
けられている。このトランジスタＦＴＯは、フォトダイ
オード２の接合容量Ｃ８が容量素子５の端子電圧値■。

に及ぼす影響を遮断するために設けられたものであり、
例えばＮチャネルのＭＯＳ）ランジスタが用いられてい
る。

第２図は、スイッチング素子Ｆ　”Ｉ’　１およびトラ
ンジスタＦＴＯの構成図である。第２図において、スイ
ッチング素子ＦＴＩおよびトランジスタＦＴＯはともに
ＮチャネルのＭＯＳ）ランジスタであって、同一のｐ型
半導体基板１０上に形成されている。スイッチング素子
ＦＴＩのソースＳ１はトランジスタＦＴＯのドレインＤ
ｏと共通になっている。スイッチング素子ＦＴＩのゲー
トＧ１とドレインＤ　、ソースＳ１とはセルファライン
メント構造になっており、またトランジスタＦＴＯのゲ
ートＧ　とドレインＤ□、ソースＳｏもセルフアライメ
ント構造になっている。これによって、これらのゲート
Ｇ１．ＧｏとドレインＤ１．Ｄｏ　。

ソースＳ、Ｓｏとの間の寄生容量の発生を有効に防止し
ている。

トランジスタＦ　’Ｉ”　ＯのドレインＤｏには、スイ
ッチング素子ＦＴＩがオンのときに容量素子５の端子電
圧値Ｖ。が印加される。また使用に際し、トランジスタ
ＦＴＯのゲートＧｏには一定の直流バイアス電圧Ｖａが
印加されている。

第３図はゲート電圧■６をパラメータとして変化させた
ときの一般的なＭＯＳ）ランジスタのドレイン電圧Ｖ　
とドレイン電流Ｉ。の出力特性を示したものである。な
おＭＯＳ）ランジスタがエンハンスメント形のものであ
るとすると、ＭＯ３閾値電圧電圧Ｎが存在するので、実
質的なゲート電圧は（ｖｏ−ｖＴＨ）となる。

第３図において、ドレイン電圧ＶＤが実、Ｗ的なゲート
電圧（ＶＧ−ｖＴＨ）よりも小さいときには出力特性は
線形となる一方、ドレイン電圧Ｖ、が実質的なゲート電
圧（Ｖ６−ｖｌＨ）よりも大きいときには、出力特性が
飽和する。この飽和領域では、ドレイン電流■。は実質
的なゲート電圧（ｖＧ−ＶＴｌｌ）に依存して変化する
が、ドレイン電圧Ｖ。には依存しない。

第１図のトランジスタＦＴＯは、第３図に示すような出
力特性をもつＭＯＳトランジスタであるので、ドレイン
電圧Ｖ。は、情報蓄積期間申すなわちスイッチング素子
ＦＴＩがオンのときには、容量素子５の端子電圧値Ｖ。

となり、またドレイン電流工　は光電流Ｉ、１１となる
。トランジスタＦＴＯを飽和領域で使用する場合、すな
わちゲートＧ　の印加電圧■。が端子電圧値■。に対し
て、ｖＧ−ｖ、■＜ｖ。　　　　　　　　　　　・・・
・・・（４）の関係を満た′す場合には、フォトダイオ
ード２は見かけ上、容量素子５の端子電圧値Ｖ。によっ
て駆動されるのではなく、ゲートＧ　の電圧■。によっ
て駆動されるものとみなされる。

より具体的には、入射光強度に比例して流れるフォトダ
イオード２の電流ＩＳＨは、情報蓄積期間中、スイッチ
ング素子ＦＴＩ、　トランジスタＦＴＯを介して容量素
子５から電荷を取出す定電流源として機能し、容量素子
５の端子電圧値ｖ０を減少させるが、フォトダイオード
２への印加電圧は。

容量素子５の端子電圧値■。ではなく、トランジスタＦ
ＴＯのソースＳ　の電圧”ＰＤと、ゲートＧ　の電圧■
。とによって定まる。すなわち、トランジスタＦＴＯの
ソースＳ　の電圧ｖＰ［ｌは、ｖＰＤ”　（ｖＧ　　’
ＴＨ） −２・Ｉ、１１・ＬＷ・β）・・・・・・（５）として
表わされ、光電流工Ｓ１１はゲートＧ。の実質的な電圧
（Ｖ　　−Ｖ　　）とソースＳ。の電圧ｖＰＤＧ　　　
　　ＴＨ とによって流れるようになっている。なお（５）式にお
いて、Ｌ、ＷはそれぞれトランジスタＦＴＯのチャネル
長、チャネル幅、βは基本増幅率である。

このように容量素子の端子電圧値ｖ０は、フォトダイオ
ード２による光電流工Ｓｌｌによって減少するものの、
フォトダイオード２が一定の電圧ｖＰｏ。

Ｖａによって駆動されているとみなされることにより、
フォトダイオード２の接合容量Ｃ８には電流が流れず、
フォトダイオード２の接合容量Ｃ８の端子電圧値■。へ
の影響をなくすことができる。

また第１図の検出セル１を第５図の検出セル５０と比べ
ると、第１図の検出セル１では、情報蓄積期間外に発生
ずる光電流を外部に流すためのスイッチング素子ＦＴ２
は、トランジスタＦＴ６を介してフォトダイオード２に
接続されている。

このトランジスタＦＴ６のゲートＧ６には、トランジス
タＦＴＯのゲートＧ　と同様の電圧■Ｇが印加されるよ
うになっており、これにより電荷蓄積期間以外もフォト
ダイオード２の端子電圧を低いレベルにクランプし、ス
イッチング素子ＦＴＩがオンとなった瞬間にすぐに電荷
蓄積動作に移行できるようになっている。

このような構成の検出セル１では、容量素子５に画素情
報を蓄積するに先立ち、スイッチング素子ＦＴ３にリセ
ット信号Ｒ９Ｔを加えスイッチング素子ＦＴ３をオンに
して容量素子５の端子電圧値Ｖ。を基準電位ｖｒｅ、に
初期設定する。またトランジスタＦＴＯのゲートＧｏの
印加電圧Ｖ６を、情報ＮＭ期間の終了時に予想される端
子電圧値Ｖｏに対して（４）式の関係を満たすように設
定する。

しかる後に、スイッチング素子ＦＴＩに情報蓄積信号Ｄ
Ｔを加えスイッチング素子ＦＴＩをオンにして容量素子
５への画素情報の蓄積を開始する。

情報蓄積期間中、入射光強度に応じてフォトダイオード
２に発生ずる光電流Ｉ、１１は、容量素子５に蓄積され
ていた電荷を取出し、容量素子５の端子電圧値■。を基
準電位ｖｒｅｆから減少させる。

ところで本実施例では飽和領域で動作するトランジスタ
ＦＴＯを設けているので、前述のように端子電圧値ｖ０
が変化してもフォトダイオード２の印加電圧は一定に保
持される。これによって接合容量Ｃには電流が流れず接
合界ｊＩＣｏの影響口 を遮断することができる。すなわち容量素子５の端子電
圧値■。は、情報蓄積期間中、 ｖ　　＝ｖ　　−Ｉ　　−ｔ／Ｃ１−・−−−−＜６）
Ｏｒｅｆ　　　　　ＳＨ のように接合容量Ｃ８の影響を受けずに、光電流Ｉ８□
と容量素子５の容量Ｃ１とだけによって時間ｔすなわち
受光量Ｉ　　−ｔとともに線形的に変化Ｈ する、受光１ｆ：Ｉ　　−ｔと端子電圧値Ｖ。との（６
）式に示す比例関係は、フォトダイオードの面積を大き
くし接合容量Ｃ９が大きくなったとしても変わらないの
で、歪みのない高感度の光電変換特性を得ることができ
る。

このようにして、情報蓄積期間中、容量素子５の端子電
圧値■。とじて画素情報を蓄積させた後、情報蓄積信号
ＤＴをオフにして、情報蓄積期間終了時の端子電圧値■
。を画素情報として記憶保持させることができる。

また情報蓄積期間外は、スイッチング素子ＦＴ２のゲー
トＧ２に情報Ｎ積信号ＤＴを反転した信号Ｄ　Ｔを加え
て、光電流ｌ８１１を外部に流しブルーミングを防止す
る一方、トランジスタＦＴ６のゲートＧ　　に電圧■６
を印加してフォトダイオード２の端子電圧を低いレベル
にクランプし、スイッチング素子ＦＴＩがオンとなった
瞬間にすぐに電荷蓄積動作に移行させることができる。

上述の例では、トランジスタＦＴＯはＮチャネルのエン
ハンスメント形ＭＯＳトランジスタであり、半導体基板
すなわちチャネル領域にはｐ型の不純物が所定の濃度で
ドープされているので、Ｍｏ５ＷＪ値電圧■１Ｈが存在
する。ところで、チャネル領域の不純物濃度を変えるこ
とによりＭＯ３閾値電圧ｖＴＨの大きさを制御すること
ができる０例えば不純物濃度を低くするとＭＯＳ閾値電
圧■１１１は小さくなるので、これによって（４）式か
らゲートＧ　の電圧■６をさらに低くして容量素子５の
端子電圧値Ｖ。の動作範囲を広くすることができる９例
えばチャネル領域に不純物がドープされていない状Ｒ（
ノンエンハンスメント形）にすると、端子電圧値Ｖ。の
動作範囲を最も大きくすることができて、実用上の使用
範囲全てにわたって飽和状態で安定してドレイン電流を
流すことができる。

また上述の例では、フォトダイオード２の面積を大きく
しても、歪みのない高感度な特性を得ることが可能とな
るが、フォトダイオードの面積が大きくなるに伴ない暗
電流が増大し、Ｓ／Ｎ比を低下させることになる。従っ
て、フォトダイオードの面積を差程大きくすることはで
きず、（６）式かられかるように、容量素子５の容量Ｃ
１を小さくすることにより高感度でかつＳ／Ｎ比の良い
特性を得るようにする必要がある。

しかしながら、容量素子５の容量を小さくするに伴ない
、回路系の寄生容量が問題となる。特に第１図に示す検
出セル１では、第２図に示したように、スイッチング素
子ＦＴＩ、）ランジスタＦ’ｒ　ｏのゲートＧ　　、Ｇ
　　とドレインＩ）ｔ　、　Ｄｏ　。

ソースＳ　、Ｓ　との間の寄生容量を防止することはで
きるものの、互いに共通のドレインＤＯ。

ソースＳ１とｐ型半導体基板１０との間の接合容量が問
題となる。

第４図は、このような接合容量に基づく寄生容量を防止
するためのスイッチング素子ＦＴＩとトランジスタＦＴ
Ｏとの接続状態を示す図である。

第４図においてトランジスタＦＴＩのゲートＧ１とトラ
ンジスタＦＴＯのゲートＧ。とは２層の多結晶シリコン
１１１．１２によって一部が互いに重なり合っている。

このような構造にすることによって、接合容量に基づく
寄生容量を防止し、容量索子５の容量Ｃ１に対する寄生
容量の影響を少なくすることができる。

また、第１図に示す構造の検出セル１では、スイッチン
グ素子ＦＴＩのゲートＧ１に加わる情報蓄積信号ＤＴの
オン・オフによってスイッチングノイズの発生する恐れ
がある。スイッチングノイズを生じさせないようにする
ためには、第１図および第２図においてスイッチング素
子ＦＴＩとトランジスタＦＴＯとの接続を入れかえれば
良い。

すなわち、フォトダイオード２にスイッチング素子ＦＴ
ＩのソースＳ１を接続し、容量素子５にトランジスタＦ
ＴＯのドレインＤＯを接続し、スイッチング素子ＦＴＩ
のドレインＤ１とトランジスタＦＴＯのソースＳ。とを
接続すれば良い、このように接続すると、スイッチング
素子ＦＴＩの動作電圧はトランジスタＦＴＯのゲート電
圧■６以下となるため、スイッチング素子ＦＴＩのゲー
トＧ１に加わる情報蓄積信号ＤＴの振幅レベルを小さく
することができて、これによりスイッチングノイズを低
減することができる。

さらにスイッチング素子ＦＴ３のスイッチングノイズに
対しては、スイッチング素子ＦＴ３にダミートランジス
タ（図示せず）を接続することによって、結合容量を見
かけ上小さくし、スイッチング素子ＦＴ３のスイッチン
グノイズを低減することができる。

このように上述した実施例によれば、歪みのない高感度
な光電変換特性を有することができると同時に、Ｓ／Ｎ
比の良好な固体撮像素子の検出セルを得ることができる
。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本発明によれば、容量素子の端
子電圧値に対するフォトダイオードの接合容量の影響を
遮断しフォトダイオードに実質的な印加電圧を与えるト
ランジスタを再度読出可能な構造の検出セルにさらに設
けているので、歪みのない高感度な光電変換特性をもつ
再度読出し可能な固体撮像素子を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る固体撮像素子の検出セルの実施例
の構成図、第２図は第１図に示す検出セルのスイッチン
グ素子ＦＴＩとトランジスタＦＴＯとの接続状態を説明
するための図、第３図は一般的なＭＯＳトランジスタの
特性を示す図、第４図は第２図に示すスイッチング素子
ＦＴＩとトランジスタＦＴＯとの接続状態の変型例を示
す図、第５図は従来の固体撮像素子の検出セルの構成図
、第６図は受光量に対する端子電圧値の変化を示す図で
ある。 １・・・検出セル、２・・・フォトダイオード、５・・
・容量素子、１０・・・Ｐ型半導体基板、１１．１２・
・・多結晶シリコン、 ＦＴＯ，ＦＴ６・・・トランジスタ、 ＦＴＩ、ＦＴ２．ＦＴ３．ＦＴ５・・・スイ・ソチング
素子、Ｆ４・・・電流増幅回路、■。・・・接合容量、
Ｃ１・・・容量、ＤＴ・・・情報蓄積信号、■　・・・
ゲート電圧、■　・・・端子電圧値、Ｏ ■、８．・・・基準電位、 ｓｏ、Ｓｌ−・・ソース、Ｇｏ、Ｇ　、Ｇ６・・・ゲー
ト、Ｄ、Ｄｌ・・・ドレイン 特許出願人　　　浜松ホトニクス株式会社代理人　　弁
理士　　植　本　雅　治 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）光が入射するフォトダイオードと、容量素子と、フ
   ォトダイオードと容量素子とを情報蓄積期間中導通状態
   にするスイッチング素子と、容量素子の端子電圧値に対
   するフォトダイオードの接合容量の影響を遮断しフォト
   ダイオードに実質的な印加電圧を加えるためのトランジ
   スタと、容量素子の端子電圧値を画素情報として出力さ
   せる電流増幅回路とを有する検出セルを備えていること
   を特徴とする固体撮像素子。 ２）前記トランジスタは、ＭＯＳトランジスタからなり
   、前記トランジスタのゲートには該トランジスタを飽和
   領域で作動させるに必要な一定の電圧が印加されること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の固体撮像素
   子。 ３）前記ＭＯＳトランジスタは、エンハンスメント形の
   ものであることを特徴とする特許請求の範囲第２項に記
   載の固体撮像素子。 ４）前記ＭＯＳトランジスタは、チャネル領域に不純物
   がドープされておらず、実用上の使用範囲全てにわたっ
   て飽和領域で安定してドレイン電流を流す構造のもので
   あることを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の固
   体撮像素子。 ５）前記トランジスタおよび前記スイッチング素子は、
   ＮチャネルのＭＯＳトランジスタであり、前記トランジ
   スタのソースはフォトダイオードに接続され、前記スイ
   ッチング素子のドレインは前記容量素子に接続され、前
   記トランジスタのドレインと前記スイッチング素子のソ
   ースは互いに接続されていることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項に記載の固体撮像素子。 ６）前記トランジスタのゲートと前記スイッチング素子
   のゲートとは、一部が２層の多結晶シリコンによつて互
   いに間隔をへだてて重なり合っていることを特徴とする
   特許請求の範囲第５項に記載の固体撮像素子。 ７）前記トランジスタおよび前記スイッチング素子は、
   ＮチャネルのＭＯＳトランジスタであり、前記トランジ
   スタのドレインは前記容量素子に接続され、前記スイッ
   チング素子のソースは前記フォトダイオードに接続され
   、前記トランジスタのソースと前記スイッチング素子の
   ドレインは互いに接続されていることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項に記載の固体撮像素子。 ８）前記フォトダイオードには、電荷蓄積期間外にも、
   フォトダイオードの端子電圧を低いレベルにクランプす
   るためのトランジスタが接続されていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載の固体撮像素子。