JPS63313862A - 電荷転送装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電荷転送装置特にＣＯＤ　（チャージ・カッ
プルド・デバイス）による電荷転送装置に関する。

〔発明の概要〕

本発明は、ＣＯＤによる電荷転送装置において、転送チ
ャンネル内に転送方向に平行なポテンシャルバリア又は
ポテンシャルウェルを設け、小信号時にはチャンネル幅
の一部を利用することによって、小信号時の転送効率を
改善するようにしたものである。

〔従来の技術〕

ＣＣＤは、半導体基板上に絶縁膜を介して複数の転送電
極を一方向に向かって被着形成した電荷転送部を有して
成るもので、信号入力部からの信号電荷が電荷転送部の
転送チャンネル内を転送電極に与えられるクロック電圧
によって順次転送され信号検出部より読み出されるよう
になされる。

このＣＯＤの転送効率は次の各要因によって決められる
ものである。

（ｉ）　　信号自身の自己誘起電界、 （ｉｉ　）　　熱拡散、 （ｉｉｉ　）　　外部電界（フリンジング　フィールド
）、（ｉｖ）　　　）ラップへの捕獲、放出、Ｃ発明が
解決しようとする問題点〕 ところで、ＣＯＤにおいて、信号電荷量が少ない小信号
時には、（１）の自己誘起電界が生じないため、転送の
すべてを（１１）の熱拡散及び（ｉｉｉ　）の外部電界
に頼らざるを得す、このため高い周波数で高転送効率を
実現するのが難しい。また（ｉｖ）のトラップの影響も
無視出来なくなってくる。

従来、小信号時の転送効率改善のために、ファツトゼロ
と呼ばれる方法が用いられたことがあるが、オフセット
電荷注入時のＳ／Ｎ劣化等の問題があり、最良の方法と
は言い難い。

本発明は、上述の点に鑑み小信号時の転送効率を改善で
きるようにした電荷転送装置を提供するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、信号入力部（２）と、ＣＣＤ構造の電荷転送
部（１）と、信号検出部（３）を有する電荷転送装置に
おいて、電荷転送部即ちその転送チャンネル（４）をチ
ャンネル幅が信号電荷量に応じて異なる幅に規制される
ように構成する。

チャンネル幅を規制する手段としては、転送チャンネル
内にこのチャンネル幅Ｗ１より狭いチャンネル幅Ｗ２を
形成するよう電荷転送方向に平行する低いポテンシャル
バリア（６）または浅いポテンシャルウェル（７）を設
ける。この場合、信号電荷量に応じてチャンネル幅が段
階的に変わるような段階状のポテンシャルバリア又はポ
テンシャルウェルを設けることもできる。そして、信号
入力部（２）としては電荷転送部＋１１に対して最小の
チャンネル幅に対応するように設けを可とする。

〔作用〕

信号電荷量の多い大信号時には、電荷は転送チャンネル
の全チャンネル幅Ｗ１にわたって転送される。次に、信
号電荷量の少ない小信号時には、電荷は転送チャンネル
の全チャンネル幅Ｗ１の一部分、即ち低いポテンシャル
バリア（６）又は浅いポテンシャルウェル（７）によっ
て規制される狭いチャンネル幅Ｗ２内を転送される。従
って、小信号時にはチャンネル幅が狭められるので、自
己誘起電界が増すと共に、チャンネル面積が減少する分
トラップの影響が減り、転送効率が向上する。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明による電荷転送装置の実施
例を説明する。

第１図は本発明の一実施例である。同図において、（１
１はＣＣＤ構造の電荷転送部を示し、図示せざるも半導
体基板上に絶縁膜を介して複数の転送電極が転送方向ａ
に沿って被着形成されて成る。

（２）は電荷転送部（１１の一端に接して設けた信号入
力部、（３）は電荷転送部（１）の他端に接して設けた
信号検出部を示す。

本例においては、第２図のポテンシャル図（第１図のＡ
−Ａ線上のポテンシャル図）で示すようにチャンネルス
トップ領域（５）でチャンネル幅Ｗ１が規制された転送
チャンネル（４）内に、小信号時のチャンネル幅（チャ
ンネル幅Ｗ１より狭い幅）Ｗ２を規制する２本の細く且
つ低いポテンシャルバリア（６）を転送方向ａに平行に
設けるようになす。

このポテンシャルバリア（６）の高さ△φ　町は例えば
数１０ｍＶ−ＩＶとすることができる。一方、信号入力
部（２）は狭いチャンネル幅Ｗ２に対応するように形成
し、信号検出部（３）に広いチャンネル幅ｗ１に対応す
るように形成する。

かかる構成によれば、信号入力部（２）からの信号電荷
量が多い大信号時には第２図に示すようにその電荷（ｅ
ｌ）はチャンネル幅Ｗ１内を転送する。

次に、信号電荷量が少ない小信号時には、その電荷（ｅ
２）はポテンシャルバリア（６）で規制された狭いチャ
ンネル幅Ｗ２内を転送することになる。

従って、小信号時においては単位面積当たりの信号電荷
密度が上がるため、自己誘起電界が利用出来るようにな
る。又、トラ、ツブが一様な面内分布をしていると仮定
すればチャンネル面積が減少する分、トラップによる電
荷の捕獲、放出の影響が減少する。従って、小信号時の
転送効率が改善される。

また、この構成では大信号時の取扱電荷量はほとんど減
少しないので高いダイナミックレンジが得られる。

第３図、第５図及び第７図は他の実施例で示す。

これらの例はいずれも大信号時の最大取扱い電荷量を犠
牲にすることが許される場合である。なお、第１図と対
応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。

第３図の例は転送チャンネル（４）内に第４図のポテン
シャル図で示すように中央を残してチャンネル幅方向の
両側に転送方向ａに平行に低いポテンシャルバリア（バ
リア高さΔφ　１１＋１　）　＋６１を設け、この両ポ
テンシャルバリア（６）にて小信号時の狭いチャンネル
幅Ｗ２を規制するようにしている。ここで、最大取扱い
電極量は例えば２相駆動の場合、トランスファゲート部
とストレージゲート部のポテンシャル差、従ってトラン
スファゲート部での最も深いポテンシャルφ　ｌ１１２
で決められるため、大信号時の最大取扱い電荷量は減る
ことになる。

第５図の例は転送チャンネル（４）内に第６図のポテン
シャル図で示すように転送方向ａに平行に浅イホテンシ
ャルウェル（７）を設け、このポテンシャルウェル（７
）にて小信号時の狭いチャンネル幅ｗ２を規制するよう
にしている。

又、第７図の例は転送チャンネル（４）内に第８図のポ
テンシャル図で示すように転送方向ａに平行に低い第１
のポテンシャルバリア（６＾）とこれよりは高い第２の
ポテンシャルバリア（６Ｂ）を設け、第１のポテンシャ
ルバリア（６Ａ）にて小信号時のチャンネル幅Ｗ２を規
制し、第２のポテンシャルバリア（６Ｂ）にて中信号時
のチャンネル幅Ｗ３を規制するようにしている。

そして、これら第３図、第５図及び第７図の構成におい
ても第１図で説明したと同時の効果をもって小信号時、
中信号時の転送効率が向上する。

なお、上述のポテンシャルバリア或はポテンシャルウェ
ルの形成はイオン打込み法を利用する。例えばｎ型半導
体基板にｐ型領域を形成し、このｐ型領域上に絶縁膜を
介して転送電極を形成した様な場合、ポテンシャルバリ
ア（６）の形成はうすいｐ＋型不純物（例えばボロンＢ
−等）のイオン打込みを行い、又ポテンシャルウェル（
７）の形成にはうすいｎ＋型不純物（例えばリンＰ＋等
）のイオン打込みを行なうようになす。

第９図は本発明をイメージセンサ等に適用した場合であ
る。こ例ではＣＯＤ構造の電荷転送部（２）の−側に例
えば画素に相当する複数の信号人力部（２）を設け、電
荷転送部（２）の他端に信号検出部（３）を設けて構成
する。そして、転送チャンネル内に転送方向ａに平行に
小信号時のチャンネル幅Ｗ２を規制するよな低いポテン
シャルバリア（６）を設けるようになす。なお、この場
合も第３図〜第８図の構成を採用することもできる。

この構成においても、信号電荷量の少ない小信号時には
、電荷は狭いチャンネル幅Ｗ２内を転送し、信号電荷量
の多い大信号時には電荷は広いチャンネル幅Ｗｉ内を転
送することになり、上述と同様に小信号時の転送効率が
向上する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、転送チャンネル内に低いポテンシャル
バリア又は浅いポテンシャルウェルを設け、小信号時に
はチャンネル幅の一部分即ちポテンシャルバリア又はポ
テンシャルウェルで規制して狭いチャンネル幅を利用す
るので、自己誘起電界が増加すると共に、トラップの影
響が減少し、小信号時の転送効率を向上することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電画転送装置の例を示す概略的構
成図、第２図は第１図のＡ−Ａ線上のポテンシャル図、
第３ＦｙＪ、第５図及び１１８７図は夫々本発明の他の
例を示す概略的構成図、第４図、第６図及び第８図は夫
々の第３図、第５図及び第７図のＢ−Ｂ線上、Ｃ−Ｃ線
上及びＤ−Ｄ線上のポテンシャル図、第９図は本発明の
他の例を示す概略的構成図である。 （１）は電荷転送部、（２）は信号入力部、（３）は信
号検出部、（揚は転送チャンネル、Ｗｌ、Ｗ２　、Ｗｌ
はチャンネル幅、（６）はポテンシャルバリアア、（７
）はポテンシャルウェルである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. チャンネル幅が信号電荷量に応じて異なる幅に規制され
   る転送チャンネルを有して成る電荷転送装置。