KR0185396B1 - 전하/전압변환효율의 측정방법 - Google Patents
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Abstract
본원 발명은 전자(電子)셔터기능부가 고체촬상소자에 있어서의 전하/전압변환효율의 측정방법에 관한 것이며, 본원 발명은 감광부에 축적된 신호전하를 기판에 취출하도록 이루어진 전자셔터기능부가 고체촬상소자에 있어서, 통상동작시의 출력부의 출력전압과 전자셔터동작시의 기판전류를 각각 측정하고, 이들 측정치를 전하/전압변환효율의 산출을 위한 파라미터로서 사용함으로써, 전하/전압변환효율의 측정정밀도의 비약적인 향상을 기능하게 하는 동시에, 리셋드레인 단자가 독립적으로 존재하지 않는 고체촬상소자에도 대응할 수 있도록 한 것이다.
Description
제1도는 본원 발명에 의한 전하/전압변환효율의 측정방법이 적용되는 CCD 촬상소자 및 그 구동계의 구성도.
제2도는 감광부의 종방향의 포텐셜분포도.
제3도는 인터라인전송방식 CCD 촬상소자의 구성도.
제4도는 CCD 촬상소자에 있어서의 출력부의 구성의 일예를 나타낸 회로도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : CCD 촬상소자 2 : N형 실리콘기판
3 : 감광부 4 : 수직시프트레지스터부
8 : 신호전하축적영역 13 : 전송전극
17 : 게이트전극 21 : 기판단자
23 : 수평시프트레지스터부 24 : 출력부
본원 발명은 전자(電子)셔터기능부가 고체촬상소자에 있어서의 전하/전압변환효율의 측정방법에 관한 것이다.
본원 발명은 감광부에 축적된 신호전하를 기판에 취출하도록 이루어진 전자셔터기능부가 고체촬상소자에 있어서, 통상 동작시의 출력부의 출력전압과 전자셔터동작시의 기판전류를 각각 측정하고, 이들 측정치를 전하/전압변환효율의 산출을 위한 파라미터로서 사용함으로써, 전하/전압변화효율의 측정정밀도의 비약적인 향상을 가능하게 하는 동시에, 리셋드레인(RD)단자가 독립적으로 존재하지 않는 고체촬상소자에도 대응할 수 있도록 한 것이다.
여기서, 전하/전압변환효율이라는 것은 고체촬상소자의 출력부에 있어서 전송전하를 전압으로 변환할때의 효율을 말한다.
고체촬상소자에 있어서, 전하/전압변환효율을 구하는 경우, 전하는 시간팩터를 고려하여 전류로 표시할 수 있기 때문에 전류와 전압의 비로부터 변화효율을 구할 수 있다.
이 변환효율을 측정하는 종래의 방법으로서는 고체촬상소자인 예를들면 CCD 촬상소자의 출력부의 회로를 도시한 제4도에 있어서, 플로팅 디퓨젼 앰프(Floating Diffusion Amplifier : FDA)를 구성하는 MOS FET로 이루어지는 게이트(40)의 RG(리셋게이트)단자(41)에 플러스의 펄스 ØR를 인가하여 게이트(40)을 온함으로써 FD점의 전위를 리셋전압 VRD으로 리셋했을 때에 RD(리셋드레인)단자(42)에 흐르는 전류 IRD를 측정하고, 다음에 게이트(40)를 오프한 상태에서 다이오드(43)에 축적되는 신호전하의 변화를 소스폴로어 2단으로 구성되는 앰프(44)에 의해 전압변화로서 검출함으로써 출력단자(45)에 도출되는 출력전압 VOUT을 측정하여, 이 측정한 전류 IRD와 전압 VOUT으로부터 다음의 식에 의거하여 전하/전압변환효율 η을 구하는 방법이 알려져 있다.
단, K1은 계수이다.
이 측정방법에 의하면, 측정을 위한 전용의 단자를 별도로 배설할 필요가 없고, 또 CCD 촬상소자를 통상동작시킨 상태에서 측정할 수 있기 때문에, 웨이퍼상태에서도 조립후에도 측정할 수 있게 된다.
그러나, 상술한 종래의 측정방법에서는 RD단자(42)에 흐르는 전류 IRD가 고주파수의 펄스 ØR에 의해 단속되는 교류적인 전류이며, 이 교류적인 전류를 평활화하여 얻어지는 적분전류치를 측정하게 되므로 측정기(전류계)에 의한 오차가 발생하기 쉽다는 문제점이 있었다. 특히, 이 적분전류는 수 nA 정도의 미소전류이므로, 측정기의 리크가 측정치에 영향을 미치기 쉽고 측정오차가 큰 동시에, RD단자(42)에 전류계를 접속함으로서 재생화상이 교란되기도 한다.
또, 최근의 소형 촬상소자에 있어서는 칩을 소형화하기 위해 단자수의 삭감을 도모하고 있으며, 예를들면 RD단자(42)를 전압이 동일한 VDD전원단자(46)와 공용화함으로써 단자의 삭감을 도모하는 경향이 있다. 이와 같이 RD단자(42)가 전원단자(46)와 공용화된 촬상소자에 대해서는 RD단자(42)가 독립적으로 존재하고 있다는 것이 전제가 되는 종래의 측정방법에서는 대응할 수 없게 된다.
그래서, 본원 발명은 RD단자가 독립적으로 존재하지 않는 촬상소자에도 대응할 수 있는 동시에, 측정정밀도의 비약적인 향상이 가능한 전하/전압변환효율의 측정방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본원 발명에 의한 전하/전압변환효율의 측정방법은 감광부에 고체촬상소자에 있어서, 기판에 소정의 제1레벨의 전압을 인가하여 출력부의 출력전압을 측정하고, 이어서 기판에 상기 제1레벨보다 높은 제2레벨의 전압을 인가하여 기판전류를 측정하고, 그 다음에 이들 출력전압과 기판전류의 비에 의거하여 전하/전압변환효율을 구하는 각 행정(行程)으로 이루어져 있다.
본원 발명에 의한 전하/전압변환효율의 측정방법에서는 기판에 고레벨(제2레벨)의 전압을 인가함으로써, 감광부에 축적된 신호전하(불요전하)를 기판에 취출하는 이른바 전자셔터동작이 얻어진다. 이 전자셔터동작시에 흐르는 기판전류와, 기판에의 저레벨(제1레벨)의 전압의 인가시에 측정한 출력부의 출력전하가 전하/전압변환효율을 구하는 파라미터로서 사용된다.
다음에, 본원 발명의 실시예를 도면에 의거하여 상세히 설명한다.
제1도는 본원 발명에 의한 전하/전압변환효율의 측정방법이 적용되는 예를들면 CCD 촬상소자(1) 및 그 구동계의 구성도이다. 도면에 있어서, CCD 촬상소자(1)는 N형 실리콘기판(2)상에 감광부(3), 수직 시프트레지스터부(4), 수평시프트레지스터부 및 출력부(모두 도시하지 않음)가 배설된 이른바 인터라인전송방식의 것으로서 구성되어 있다.
이 CCD 촬상소자(1)에서는 N형 실리콘기판(2)의 표면측에 P형 영역(5)을 형성하고, 이 P형 영역(5)의 표면측에 다시 N-형 영역(6)을 형성하고 있다. 그리고, 감광부(3)는 이 N-형 영역(6)의 표면측에 얕은 P++형 영역(7)을 형성하고, 이 P++형 영역(7)의 아래쪽에 신호전하축적영역을 구성하는 N+형 영역(8)을 형성함으로써 구성되어 있다. 또, P++형 영역(7) 및 N+형 영역(8)에 인접해서 채널스톱부를 구성하는 P+형 영역(9)를 형성한다.
수직시프트레지스터부(4)는 신호전하전송영역을 구성하는 N+형 영역(10)을 형성하는 동시에, 이 N+형 영역(10)에 SiO2로 이루어지는 절연층(11) 및 Si3N4로 이루어지는 절연층(12)을 통하여 다결정 실리콘으로 이루어지는 전송전극(13)을 형성함으로써 구성한다. 이 경우, 신호전하전송영역을 구성하는 N+형 영역(10)의 아래쪽에 스미어(smear)를 방지하기 위한 P형 영역(14)을 형성한다. 또, 감광부(3)와 수직시프트레지스터부(4)의 사이에는 감광부(3)의 심호전하를 수직시프트레지스터부(4)로 독출하기 위한 독출게이트부(15)를 배설한다. 이 독출게이트부(15)는 채널영역을 구성하는 P형 영역(16)상에 절연층(11) 및 (12)을 통하여 게이트전극(17)은 다결정실리콘으로 전송전극(13)과 함께 공통으로 형성된다.
감광부(3)를 제외하고 독출게이트부(15), 수직시프트레지스터부(4) 및 채널스톱부상에는 절연층(11)을 통하여 차광용의 알루미늄층(18)을 배설한다. 그리고, 제1도에는 1개의 전송전극(13)만을 도시하였으나, 본 예에서는 주지된 바와 같이 4상구동방식에 의해 수직시프트레지스터부(4)를 구동하도록 전송전극을 배치한다.
다음에, 상술한 구성의 CCD촬상소자(1)에 있어서의 전하/전압변환효율(이하, 단지 변환효율이라 함) η을 측정하기 위한 본원 발명에 의한 측정방법에 대하여 설명한다.
변환효율 η의 측정에 있어서, N형 실리콘기판(2)에 인가하는 기판펄스 Ps를 발생하는 기판펄스발생회로(19)와, 이 기판펄스발생회로(19)로부터 출력되는 기판펄스 Ps를 기판단자(21)를 통하여 기판(2)에 인가하는 구동회로(20)가 배설되어 있다. 기판펄스 Ps의 낮은 레벨(제1레벨) VL은 제2도에 실선 a으로 표시한 바와 같이, P형 영역(5)의 포텐셜이 신호전하축적영역(8)의 포텬셀보다 얕아지고, 또한 신호전하축적영역(8)에 있어서 신호전하를 축적할 수 있는 전압레벨(예를들면 +12V 정도)로 하고, 또 기판펄스 Ps의 높은 레벨(제2레벨) VH은 제2도에 파선 b로 도시한 바와 같이, P형 영역(5)의 포텐셜이 신호전하축적영역(8)의 포텐셜보다 깊어지고, 신호전하축적영역(8)에 축적된 신호전하를 N형 실리콘기판(2)에 취출할 수 있는 전압레벨(예를들면 +27V 정도)로 한다.
또, 기판단자(21)에는 전류계(22)가 접속되어 있으며, 이 전류계(22)는 N형 실리콘기판(2)의 높은 레벨 VH의 의 기판펄스 Ps의 인가시에 신호전하축적영역(8)에 축적된 신호전하를 N형 실리콘기판(2)에 취출하는 전자셔터동작이 행해짐으로써 N형 실리콘기판(2)에 흐르는 기판전류 ISUB를 계측하기 위한 것이다. 한편, CCD 촬상소자(1)의 구성을 도시한 제3도에 있어서, 수평시프트레지스터부(23)의 최종단에 설치된 출력부(24)의 출력단자(25)에는 전압계(26)가 접속되어 있으며, 이 전압계(26)는 N형 실리콘기판(2)에 저레벨 VL의 기판펄스 Ps를 인가한 통상동작시의 출력전압 VOUT을 계측하기 위한 것이다.
다음에, 변환효율 η의 측정을 위한 수순에 대하여 설명한다.
먼저, N형 실리콘기판(2)에 저레벨 VL의 기판펄스 Ps를 인가하고, 이때의 출력부(24)의 출력전압 VOUT을 출력단자(25)에서 전압계(26)에 의해 측정한다(제1의 행정). 이어서, N형 실리콘기판(2)에 소정의 타이밍으로 고레벨 VH의 기판펄스 Ps를 인가한다. 이 기판펄스 Ps의 인가에 의해서 제2도에 파선 b로 표시한 바와 같이 포텐셜배리어가 붕괴되고, 감광부(3)(신호전하축적영역(8))에 축적된 신호전하(불요전하)가 N형 실리콘기판(2)에 취출된다. 이때에 흐르는 기판전류 ISUB를 기판단자(21)에서 전류계(22)에 의해 측정한다(제2의 행정). 그리고, 얻어진 기판전류 ISUB및 출력전압 VOUT으로부터 다음의 식에 의거하여 변환효율 η을 구한다(제3의 행정).
단, K2는 계수이다.
이와 같이, 전자셔터기능부가 CCD 촬상소자(1)에 있어서, 전자셔터동작시에 N형 실리콘기판(2)에 흐르는 기판전류 ISUB를 측정하고, 이 기판전류 ISUB를 변환효율 η의 산출을 위한 하나의 파라미터로서 사용함으로써, 기판전류 ISUB가 직류적인 전류이기 때문에, 교류적인 전류 IRD의 적분전류치를 파라미터로서 사용한 종래의 측정방법에 비해 측정정밀도를 비약적으로 향상시킬 수 있게 된다.
또, 본원 발명에 의한 측정방법은 기존의 기판단자(VSUB)(21)를 이용하여 기판전류 ISUB을 측정하기 때문에, 제3도에 도시한 바와 같이 RD(리셋드레인) 단자를 VDD전원단자(27)와 공용화하여 단자의 삭감을 도모한 것이므로, RD단자가 독립해서 존재하지 않는 CCD 촬상소자(1)에도 대응할 수 있게 된다.
또한, 상기 실시예에서는 측정하여 얻은 기판전류 ISUB를 그대로 변환효율 η의 산출파라미터로서 사용하였으나, N형 실리콘기판(2)에 저레벨 VL의 기판펄스 Ps를 인가한 통상동작시의 기판전류 I0SUB도 측정해두고, 이 기판전류 I0SUB를 전자셔터동작시에 측정한 기판전류 ISUB로부터 차감하여 얻어지는 기판전류 I1SUB를 변환효율 η의 산출파라미터로서 사용하도록 해도 된다. 이것에 의하면 기판전류 I0SUB는 감광부(3) 이외의 PN접합에 의한 전류분이며, 이 감광부(3)이외의 PN접합에 의한 전류분 I0SUB을 전자셔터 동작시의 기판전류 ISUB로부터 차감하게 되므로, 정확한 전류측정이 가능하게 되고, 결과적으로 변환효율 η의 측정 정밀도를 보다 향상시킬 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본원 발명에 의하면, 전자셔터기능부가 고체촬상소자에 있어서, 통상 동작시의 출력부의 출력전압과 전자셔터 동작시의 기판전류를 각각 측정하고, 이들 측정치를 산출파라미터로서 사용하여 변환효율 η을 구하도록 하였으므로, 측정정밀도를 비약적으로 향상시킬 수 있는 동시에, 리셋드레인(RD) 단자가 독립적으로 존재하지 않는 고체촬상소자에도 대응할 수 있는 이점이 있다.
Claims (1)
- 감광부에 축적된 신호전하를 기판에 취출하도록 이루어진 전자셔터기능부가 고체촬상소자에 있어서, 상기 기판에 소정의 제1레벨의 전압을 인가하여 출력부의 출력전압을 측정하는 제1의 행정과, 상기 기판에 상기 제1레벨보다 높은 제2레벨의 전압을 인가하여 기판전류를 측정하는 제2의 행정과, 상기 출력전압과 상기 기판전류의 비에 의거하여 전하/전압변화효율을 산출하는 제3의 행정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전하/전압변환효율의 측정방법.
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