KR100384416B1 - 고체촬상장치및그구동방법 - Google Patents
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Abstract
고체촬상장치는 제 1 폴리실리콘층(901)과, 제 2 폴리실리콘층(902)과, 광전변환부 또는 PD(903)와, 판독게이트(904)와, 상기 판독게이트의 아래의 반도체에 형성된 판독채널(905 : 이 경우에는 N-층)과, 신호전하가 수평방향으로 인접한 단위화소의 VCCD를 실수로 입사하는 것을 방지하는 P-층(906)과, VCCD의 전송채널구역을 정하는 P-층(907) 및, 신호전하를 화살표방향으로 전송하는 VCCD(908)를 갖는다. 단위화소(900)는 일점쇄선에 의해 표시되어 있다. 2차원적으로 배치된 고체촬상장치가 총 8단계의 구동단계들, 즉, 구동펄스φV1(911)과, 구동펄스φV2(912)과, 구동펄스φV3(913)과, 구동펄스φV4(914)과, 구동펄스φV5(915)과, 구동펄스φV6(916)과, 구동 펄스φV7(917) 및, 구동펄스φV8(918)에 의해 구동된다.
Description
[발명의 배경]
본 발명은 고체촬상장치의 소형화를 실현할 수 있는 판독게이트 구조를 갖는 고체촬상장치와 그 구동방법에 관한 것이다.
통상 화소의 광전변환부를 고립시키는 분리영역과 각 광전변환부에 저장된 전하를 판독하는 판독영역이 있다. 이런 영역들은 감도 및 포화특성에 대해 무효영역이고 이 광전변환부의 면적이 충분히 커서 이 무효영역 때문에 별로 효과가 없어 실용상 의미가 없다.
그러나, 최근에 CCD의 소형화가 요구되면서 상기 무효영역이 무시될 수 없어 감도 및 포화 특성의 열화가 커지게 된다.
즉, 고체촬상장장치의 소형화는 수광면적의 감소로 인한 감도 부족과 화소면적의 감소로 인한 입사광 범위의 저하를 초래한다. 현재, ⅓인치클라스의 CCD형 고체촬상장치에서는 입사광 범위가 약 8bit 정도이다. 예컨대, 약 5,000Lx 및 5Lx의 피사체가 동일화면에 있을 때, 피사체중 하나는 희생되어야 한다. 이는 다음과 같이 소위 역광 또는 과순광시의 촬영에 특유한 문제를 일으킨다. 즉, 전자셔터나 렌즈의 구멍이 5,000 Lx로 맞추어지면 5Lx의 피사체에 대해 감도가 부족하여 그 피사체의 영상이 잡히지 않는다. 반대로, 렌즈나 전자셔터의 구멍이 5Lx로 맞추어지면, 고체촬상장치의 신호전하량을 넘는 신호전하량이 발생되어 과노출이 야기된다.
한편, 입사광범위를 확장하기 위하여, 서로 다른 노출기간을 갖는 두종류의영상신호가 하나의 필드기간에 외측까지 판독되는 방법이 알려져 있다.
그러나, 종래 구조는 소자의 소형화에 의한 다음과 같은 문제점을 갖고 있다.
즉, 감도와 포화특성을 향상시키기 위해 광전부는 크게 하지만 분리부와 판독부가 서로 분리되어 있고 광전부의 확대는 제한된다.
[발명의 개요]
본 발명에 따르면, 종래기술에 특별히 설치되는 판독게이트가 제거되고, 화소분리부가 이 판독기능도 나타내므로 실제 개구면적이 증가되어 감도가 향상된다. 화소부에서 전송부까지 판독을 완전히 행하기 위해 광전변환부나 판독게이트에 전위 구배(경사)가 형성된다. 그리고, 2종류의 노출기간에 얻어진 신호전하량이 각 라인에 대해 수직전하 전송수단(Vertical Charge Coupled Device)으로 독립적으로 판독/전송되어 외부필드메모리를 줄인다.
본 발명의 고체촬상장치는 단위 화소가 상기 단위화소에 입사하는 전자파 혹은 X선을 신호전하로 변환하기 위해 설치되고 제 1 불순물을 포함하는 적어도 하나의 광전 변환부와, 상기 광전변환부에 X방향으로 인접하고 상기 신호전하를 Y방향으로 전송하기 위한 전하전송수단을 갖고, Y방향의 1차원 방향 또는 X 및 Y방향의 2차원 방향으로 배열된 상기 단위화소에서 Y방향으로 서로 인접한 광전변환부의 경계들에서 상기 광전변환부들을 서로 분리시키면서도 상기 광전 변환부에서 상기 전하 전송수단으로 신호전하를 판독하는 기능을 하는 제 1 수단이 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 고체촬상장치의 구동방법은, 단위화소가 상기 단위화소에 입사하는 전자파 혹은 X선을 신호전하로 변환하기 위해 설치되고, 제 1 불순물을 포함하는 적어도 하나의 광전변환부와, 상기 광전변환부에 X방향으로 인접하고 상기 신호전하를 Y방향으로 전송하기 위한 전하전송수단을 갖고, Y방향의 1차원방향 또는 X 및 Y방향의 2차원 방향으로 배열된 상기 단위화소에서 Y방향으로 서로 인접한 광전 변환부의 경계들어서 상기 광전환부들을 서로 분리시키면서도 상기 광전환부에서 상기 전하전송수단으로 신호전하를 판독하는 기능을 하는 제 1 수단이 있고, 상기 장치가 구동될 때, 상기 제 1 수단에 의해 특정필드에서 상기 분리기능과 판독기능이 교대로 실현되고 다음필드에서 분리기능과 판독기능이 교환되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 고체촬상장치는 단위화소가 상기 단위화소에 입사하는 전자파 또는 X선을 신호전하로 변환하기 위해 설치되고 제 1 불순물을 포함하는 적어도 하나의 광전변환부와, 상기 광전변환부에 X방향으로 인접하고 상기 신호전하를 Y방향으로 전송하기 위한 전하전송수단을 갖고, Y방향의 1차원 방향 또는 X 및 Y방향의 2차원 방향으로 배열된 상기 단위화소에서 Y방향으로 서로 인접한 광전 변환부의 경계들에서 (1) 상기 광전변환부를 서로 분리시키는 분리수단과, (2) 상기 광전변환부에서 상기 전하전송수단으로 신호전하를 판독하는 판독수단이 Y방향으로 교대로 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 고체촬상장치를 구동하는 방법은, 연속한 단위화소들 A 및 B가 소유한(CCD로 대표되는) 상기 전하전송수단에 대해, 총 8개의 연속 전송전극을 갖는제 1 및 제 2 신호전하패킷들이 배치되고, 상기 단위화소 A의 제 1 축적기간중에 전자파 또는 X선이 발생한 제 1 신호전하 A와, 상기 단위화소 B의 제 2 축적기간 중에 전자파 또는 X선이 발생한 제 2 신호전하 B가 동일한 타이밍으로 판독된 다음 상기 제 1 신호전하패킷에 가산되어 혼합되고, 상기 단위화소 A의 제 3 축적기간 중에 상기 전자파 또는 X선이 발생한 제 2 신호전하 A와 상기 단위화소 B의 제 4 축적기간중에 상기 전자파 또는 X선이 발생한 제 2 신호전하 B가 동일한 타이밍으로 판독된 다음 상기 제 2 신호전하 패킷에 가산되어 혼합되고, 상기 제 1 및 제 2 축적기간과 상기 제 3 및 제 4 축적기간들 세트중 적어도 하나가 동일한 축적기간을 갖는 것을 특징으로 한다.
상장치가 소형화될 수 있지만, 입사광량에 대한 감도 및 처리 전하량이 향상될 수 있다. 신호전하가 분리부에서 판독되지만, 잔상의 생성이 없이 광전변환부에서 신호전하를 판독할 수 있다.
[실시예]
제 1 도를 참조하여 본 발명의 제 1 실시예를 설명한다.
비교를 위하여 제 46 도는 종래 CCD 고체촬상장치의 평면도를 나타낸다. 제 46 도에 도시된 바와 같은 종래 CCD 구조에서, 신호전하전송수단의 VCCD(2201)은 광전변환부인 PD(포토다이오드)(2200)에 인접하여 형성되어 있다. 4상 구동펄스를 인가하기 위하여, 상기 VCCD(2201)은 구동펄스 φV1(2211), 구동펄스 φV2(2212), 구동펄스 φV3(2213), 및 구동펄스 φV4(2214)로 구성된다.
구동펄스 φV1(2211)과 구동펄스 φV3(2213)에 설치된 판독게이트(2204)는PD(2200)인 포토다이오드에서 수직전송수단인 VCCD(2201)까지의 신호전하의 판독을 위해 설정된다. 종래 CCD 구조에서 CCD 크기가 더 작을수록 화소크기의 반복단위인 V피치(2205)가 더 작아지고, 또한 판독게이트폭(2206)이 더 작아진다. 판독 게이트폭(2206)의 축소로 인한 협채널효과에 따라, 제 1 및 제 3 구동펄스(2211)(2213)은 PV(2200)인 포토다이오드에서 VCCD(2201)까지 신호전하의 판독에 필요한 판독전압으로서 고전압(예컨대 15V 또는 그 이상)을 필요로 한다.
제 1 도는 제 1 실시예를 나타낸다. 이 실시예에서 단위화소는 여러개의 전극들, 즉, 제 1 폴리실리콘층(101). 제 1 폴리실리콘층(102) 제 2 폴리실리콘층(103), 및 제 2 폴리실리콘층(104)과, 광전변환부로 작용하는 PD들(포토다이오드)로 구성된다. 수직전하전송수단으로 작용하는 폴리실리콘층들에는 구동펄스 φV1(111), 구동펄스 φV2(112), 구동펄스 φV3(113), 구동펄스 φV4(114), 구동펄스 φV5(115), 구동펄스 φV6(116), 구동펄스 φV7(117), 및 구동펄스 φV8(118)이 인가된다. 단위화소(120)로 작용하는 한 화소의 중앙에는 판독게이트(107)가 배치된다. 이 제안의 구조가 채용되면, VCCD(100)의 방향을 따라 고밀도화를 필요로 하는 경우 V피치(109)의 축소화에도 불구하고 거의 일정한 판독 게이트폭(110)을 확보할 수 있게된다. 따라서, 수직방향으로 2배밀도를 필요로 하는 전화소판독(progressive scan)의 용도나 고해상 TV의 경우 같이 서술한 협채널효과에 기인한 판독 전압의 고전압화를 피할 수 있게 된다. 이 실시예에 있어서는, 화소판에 있어서 수직 분리부(108)를 설치함으로써, 항상, 동일한 PD쌍을 소유하도록(예컨대, 판독시에는 구동펄스 φV7(117)에 판독전압을 인가하여 항상PD(105)와 PD(106)쌍에 축적되어 있던 신호전하가 혼합되어 VCCD(100)에 판독되도록) 단위화소가 구성되어 있다. 이 실시예에서 제 1 및 제 2 폴리실리콘층에는 서로의 구성 및 역할이 바뀌어도 문제는 없다. 또 인가전압의 펄스 종류도 여기서는 φV1 내지 φV8의 8종류에 대해 서술했다. φV1 과 φV5, φV2 와 φV6, φV3 와 φV7, φV4 와 φV8을 각각에 같은 구동펄스를 인가함으로써 4종류 이하의 펄스를 사용해도 종래와 같은 고체촬상장치로서 가능한 것은 물론이다.
이 실시예는 2층 폴리실리콘 구성을 갖는 것으로 설명했으나, 3층 이상의 폴리실리콘 구성을 이용해도 실시가능하다는 것도 덧붙여 둔다. 또 PD(105)와 PD(106)은 판독게이트(107) 밑의 반도체기판내에서 서로 연결되어 있어도 좋고 연결되어 있지 않아도 된다.
제 2 도는 제 2 실시예를 보여준다. 제 2 도는 제 1 도에서 종래하고 있던 수직 분리부(108)을 없애고, 판독게이트(207) 및 (208)로 대체한 구성을 보여준다. 이 실시예에서 단위화소는 제 1 폴리실리콘층(201), 제 1 폴리실리콘층(202), 제 2 폴리실리콘층(203) 및 제 2 폴리실리콘층(204)인 전극들과, 광전변환부로 작용하는 PD(205)(206)으로 구성된다. VCCD(200)의 전극으로 가능하는 폴리실리콘층에는 구동펄스 φV1(211), 구동펄스 φV2(212), 구동펄스 φV3(213), 구동펄스 φV4(214), 구동펄스 φV5(215), 구동펄스 φV6(216), 구동펄스 φV7(217), 및 구동펄스 φV8(218)이 인가된다. 단위화소(223)으로 작용하는 한 화소의 중심에는 판독게이트(207)가 배치된다. 이 실시예의 구성이 사용되면, VCCD(200)의 방향을 따라 고밀도화가 요구되는 경우 V피치(209)의 감소에도 불구하고 거의 일정한 판독게이트폭(210)이 확보 될 수 있다. 그러므로, 상술한 협채널 효과로 인한 판독전압의 상습이 일어나지 않게 할 수 있다.
이 실시예에서, 판독게이트들(207)(208)을 PD들 사이에 늘 수직방향으로 배치시킴으로써, 고체촬상장치는 한 PD에 대응하는 거리만큼 수직방향으로 단위화소들(223)을 이동시키는 구성을 취할 수 있다. 그 결과 다음과 같은 판독방법이 실현될 수 있다.
예컨대 A 필드에서의 판독프로세스에 있어서, 구동펄스 φV3(213) 및 φV7(217)에 판독전압이 인가됨으로써, PD(220) 및 (221)쌍에 축적된 신호전하와 PD(205)(206)쌍에 축적된 신호전하들이 서로 독립적으로 혼합되어 VCCD(200)에 판독된다. 다음의 B 필드에서는, 구동펄스 φV5(215) 및 φV1(211)에 판독전압이 인가됨으로써, PD(221) 및 (205)쌍에 축적된 전하들이 서로 독립적으로 혼합되어 VCCD(200)에 판독된다.
이 실시예에서, 제 1 및 제 2 폴리실리콘층들이 구조와 작용이 서로 바뀌어도 아무런 문제가 없다. 위에서는 8종류 인가전압펄스들 φV1 내지 φV8이 설명 되었지만, 동일한 구동펄스가 φV1 및 φV5, φV2 및 φV6, φV3 및 φV7, φV4 및 φV8에 인가되어 4종류 미만의 펄스가 사용되어도 이 장치는 종래의 고체촬상장치와 동일하게 기능할 수 있다. 상술한 실시예는 2층 폴리실리콘 구조를 갖고 있지만, 3층 또는 4층의 폴리실리콘 구조를 사용하여 본 발명을 실시할 수 있다는 것을 부언해 둔다.
다음에, 제 3,4 및 5도를 참조하여 제 3 실시예를 설명한다.
제 3 도는 단위화소의 수직길이를 표시하는 V피치(300)의 범위를 보여주는 단면도이다. 이 도면에서, 제 1 N층(305), 제 2 N층(306), 반도체기판에 배치된 광전변환영역(301)을 구성하는 제 3 N층(307), 제 4 N층(308), 제 5 N층 (309), 산화막(304)를 거쳐 판독게이트를 구성하는 제 1 및 제 2 폴리실리콘층(302)(303)이 표시되어 있다.
상술한 대로, 제 1 내지 제 3 N층(305∼307)은 광전변환부를 구성한다. 이들 N층은 예컨대 인(P) 등의 N형 불순물의 이온 주입에 의해 형성된다. 이온 주입은 3개 이상의 스텝들로 실행된다. 제 2 N층(306)의 N형 불순물 농도는 제 1 N층(305) 보다 높고, 제 3 N층(307)의 N형 불순물 농도는 제 2 N층(306)보다 높다. 제 4 N층(308)은 광전변환부(301)의 반도체기판에 발생된 신호전하를, VCCD를 구성하는 제 5 N층(309)안을 판독하는 판독채널을 형성한다.
제 4 도는 반도체내부의 불순물분포를 보기 쉽게 할 목적으로 반도체표면과 평행한 X1 - X1' 깊이의 절단면을 상면에서 그린 도면을 도시하고 있다. 앞서 서술한 대로 제 5 N층(309)는 수직방향의 전하전송수단인 VCCD부를 구성하는 것이다.
제 5 도는 제 3 도 제 4 도에 도시한 단위화소 내에서 신호전하 판독시의 전위 분포를 도시한 것이다.
여기서 제 1 폴리실리콘층(302)에 판독용전압(예컨대 15V)을 인가한 경우 반도체 내부의 포텐셜분포를 나타내고있다. 여기에 제 1 N층 (305)보다도 제 2 N층(306)쪽이 N형 불순물농도가 높고, 제 2 N층(306)보다도 제 3 N층(307)이 더 N형 불순물농도가 높아지도록 설정되어 있다.
도시한 바와 같이 단위화소에 있어서 광전변환부 주변영역을 형성하는 제 1 N층(305)영역에서 제 1 폴리실리콘층(302)밑에 형성된 제 4 N층(308)내에 형성되는 판독채널에 가까워짐에 따라 반도체 내부에는 단조로운 포텐셜구배가 생기고, 화살표로 표시한대로 신호전하(310)의 드리프트 이동을 부드럽게 할 수 있다.
이 설명에서는 광전변환영역(301)에 대해 제 1 N층(305)에서 제 3 N층(307)까지 3종류의 주임영역을 설정했지만 다른 농도를 갖는 불순물농도 분포층이 2종류의 주임영역에서 형성되거나 3종류 이상이어도 광전변환부 주변영역에서 부분적으로 P형불순물을 이용해도 광전변환부 주변영역에서 판독게이트인 제 1 폴리실리콘층(302)밑에 형성된 판독채널에 가까워짐에 따라 반도체내부에 단조로운 포텐셜구배가 생기게 하는 기능을 발현시킬 수 있다는 것을 부언해 둔다.
다음에 제 6 도, 제 7 도 및 제 8 도를 이용하여 제 4 실시예를 나타낸다.
제 6 도는 단위화소의 수직방향길이를 나타내는 V피치(400)의 범위에서 단면도이다. 도면에는 반도체기판속에 설치된 광전변환영역(401)인 제 1 N층(405)와 제 4 N층(406), 제 5 N층(407), 산화막(404)을 통해 판독게이트를 구성하는 제 1 폴리실리콘층(402)와 제 2폴리실리콘층(403)을 나타낸다.
여기서 제 2 폴리실리콘층(403)은 제 1 폴리실리콘층(402)보다 폭이 넓기 때문에 광전변환영역(401)에서 제 1 N층(405) 상부의 1부영역이나 전영역을 덮고 있다.
전술한 바와 같이 제 1 N층 405는 광전변환부를 구성하는 것이고, 일회의 인등의 N형 불순물 이온주입등을 행하므로써 형성된다. 제 4 N층 406는 광전변환영역401의 반도체기판속에 형성된 신호전하를 VCCD를 구성하고 있는 제 5 N층 407에 판독하기 위한 판독채널을 형성하기 위한 것이다.
제 7 도에는 반도체 내부의 불순물 분포를 보기 쉽게 할 목적으로 반도체 표면과 평행한 X2-X2'깊이의 절단면을 상면에서 그린 도면이다. 전술한 바와 같이 제 5 N층 407는 수직방향의 전하전송수단인 VCCD부을 구성하는 것이다.
제 8 도는 제 6 도, 제 7 도에 도시한 단위화소에서 신호전하판독시 포텐션 분포를 도시한 것이다.
여기서, 제 1 폴리실리콘층 402에 판독용 전압(예컨대 15V)를 인가하고 다시 제 2 폴리실리콘층 403에도 제 1 폴리실리콘층 402에 인가한 것과 똑같이 또는 좀 작은 전압(예컨대 13V)를 인가한 경우 반도체 내부의 포텐션 분포를 나타내고 있다. 여기서 제 2 폴리실리콘층 403은 광전변환영역 401에서 제 1 N층 405 상부의 적어도 일부영역을 덮고 있다. 도시한 바와 같이 단위화소에 있어서 광전변환부 주변영역을 형성하는 제 1 N층 405의 영역에서 제 1 폴리실리콘층 402 아래에 형성된 제 4 N층 406내에 형성되는 판독채널에 가까워짐에 따라 반도체내부에는 단조로운 전위 구배가 생기고 화살표로 나타내대로 신호전하 408는 드리프트 이동을 부드럽게 행하고 있다.
위의 설명에서 4종류의 주입구역, 즉, 제 1 내지 제 4의 N층(405 내지 406)들이 광전변환구역(401)에 설정되어 있다. 주입구역들이 동일한 종류의 2배 이상의 농도를 갖는 불순물층으로 형성되거나, 또는, P형 분순물이 광전변환부의 주변구역에 부분적으로 이용될지라도, 광전변환부의 주변구역으로부터 판독게이트로서 작용하는 제 1폴리실리콘층(402)의 아래에 형성된 판독채널을 향해 이동함에 따라 반도체에서 단조로운 전위구배를 발생시키는 작용이 얻어질 수 있다.
이제, 제 9 도와 제 10 도와 제 11 도 및 제 12 도를 보면서 제 5 실시예를 설명하겠다.
제 9 도는 단위화소의 거의 중심부분을 통과하고 수직전송수단과 평행하게 연신되는 선을 따라 기층의 깊이방향으로 취해진 단면도이다. V피치(500)는 단위화소의 길이를 나타낸다. 도면에서, 산화막(504)을 거쳐서 판독게이트를 이루는 제 1 및 제 2의 폴리실리콘층(502,503)들과 광전변환구역(501)이 도시되어 있다.
제 10 도는 반도체에서의 불순물분포의 이해를 돕기 위하여 반도체의 표면에 평행하게 X3-X3'의 깊이에서 상면으로부터 본 단면도이다. 제 5 N-층(507)은 수직 전하전송수단인 VCCD를 이룬다. 제 4 N-층(506)은 광전변환구역(501)의 반도체기층속에 발생된 신호전하를 VCCD를 이루는 제 5 N-층(507)속으로 읽어들이는 판독 채널을 이룬다.
도면에는 제 1 N-층(505)이 도시되어 있으며, 제 4 N-층(506)은 제 1폴리실리콘층(502)의 아래에 형성되어 있고, P-층(508)은 제 1폴리실리콘층(501)의 아래에 형성되어 있으며 삼각형의 주입형상을 갖는다. 삼각형의 주입형상을 갖는 P-층(508)의 존재로 인해, 후속적인 열확산단계는 수직전송수단인 VCCD의 전송경로를 형성하는 제 5 N-층(507)을 향해 이동함에 따라 N-층의 불순물농도가 높아진다. 그러므로, 판독과정에서의 전위(예를 들어, +15V의 판독전압이 다음에 설명할 제 1폴리실리콘층(502)의 전극에 가해지는 경우에)도 단조롭게 상승하여 판독채널로부터 수직전송수단으로의 표류이동이 짧은 주기내에 수행되게 한다.
제 11 도는 단위화소의 거의 절반부분을 도시한 조감도이다.
제 12 도는 제 9 도와 제 10 도에 도시된 화소구조에서 판독전압이 제 1폴리실리콘층(502 : 예를 들어, +15V의 판독전압이 제 1폴리실리콘층(502)의 전극에 가해짐)에 가해진다. 이 때에 광전변환부의 주변구역인 제 1 N-층(505)으로부터 제 1폴리실리콘층(502)의 아래에 형성된 제 4 N-층(506)에 형성된 판독채널로 이동되는 신호전하는 채널에서의 불순물구배에 근거하여 채널에 발생된 단조로운 전위구배를 따라 표류전기장에 의해 화살표의 방향으로 이동된다.
위의 설명에서 P-층(508)은 예를 들어 보론 등과 같은 P-형 불순물의 이온주입 등과 같은 삼각형의 이온주입형태를 갖는 것으로 한다. 팬형이나 절두원추형을 포함하는 어떤 이온주입형태든지, 그러한 형태가 VCCD의 전송경로에 대응하는 제 5 N-층(507)을 향해 이동함에 따라 작아지기만 한다면, 제 1폴리실리콘층(502)의 아래에 형성된 판독채널에 단조로운 전위구배를 발생시키는 기능을 나타낼 수 있다.
이제, 제 13 도와 제 14 도와 제 15 도 및 제 16 도를 보면서 제 6 실시예를 설명하겠다.
제 13 도는 단위화소의 거의 중심부분을 통과하고 수직전송수단과 평행하게 연신되는 선을 따라 기층의 깊이방향으로 취해진 단면도이다. V피치(600)는 단위화소의 길이를 나타낸다. 도면에서, 산화막(604)을 거쳐서 판독게이트를 이루는 제 1 및 제 2의 폴리실리콘층(602,603)들과 광전변환구역(601)이 도시되어 있다.
제 14 도는 반도체에서의 불순물분포와 이해를 돕기 위하여 반도체의 표면에평행하게 X4-X4'의 깊이에서 상면으로부터 본 단면도이다. 제 5 N-층(607)은 수직 전하전송수단인 VCCD를 이룬다. 제 4 N-층(606)은 광전변환구역(601)의 반도체기층속에 발생된 신호전하를 VCCD를 이루는 제 5 N-층(607)속으로 읽어들이는 판독채널을 이룬다.
도면에는 제 1 N-층(605)이 도시되어 있으며, 제 4 N-층(606)은 제 1폴리실리콘층(602)의 아래에 형성되어 있고, P-층(608)은 제 1폴리실리콘층(601)의 아래에 형성되어 있으며 삼각형의 주입형상을 갖는다. 삼각형의 주입형상을 갖는 N-층(606)의 존재로 인해, 후속적인 열확산단계는 수직전송수단인 VCCD의 전송경로를 형성하는 제 5 N-층(607)을 향해 이동함에 따라 N-층의 불순물농도가 높아진다. 그러므로, 판독과정에서의 전위(예를 들어, +15V의 판독전압이 다음에 설명할 제 1폴리실리콘층(602)의 전극에 가해지는 경우에)도 단조롭게 상승하여 판독채널로부터 수직전송수단으로의 표류이동이 짧은 주기내에 수행되게 한다.
제 15 도는 단위화소의 거의 절반부분을 도시한 조감도이다.
제 16 도는 제 13 도와 제 14 도에 도시된 화소구조에서 판독전압이 제 1폴리실리콘층(602 : 예를 들어, +15V의 판독전압이 제 1폴리실리콘층(602)의 전극에 가해짐)에 가해진다. 이 때에 광전변환부의 주변구역인 제 1 N-층(605)으로부터 제 1폴리실리콘층(602)의 아래에 형성되고 삼각형의 주입형상을 갖는 제 4 N-층(606)에 형성된 판독채널로 이동되는 신호전하는 채널에서의 불순물구배에 근거하여 채널에 발생된 단조로운 전위구배를 따라 표류전기장에 의해 화살표의 방향으로 이동된다.
위의 설명에서 제 4N-층(606)은 예를 들어 보론 등과 같은 N-형 불순물의 이온주입 등과 같은 삼각형의 이온주입형태를 갖는 것으로 한다. 팬형이나 절두원추형을 포함하는 어떤 이온주입형태든지, 그러한 형태가 VCCD의 전송경로에 대응하는 제 5 N-층(607)을 향해 이동함에 따라 작아지기만 한다면, 제 1폴리실리콘층(602)의 아래에 형성된 판독채널에 단조로운 전위구배를 발생시키는 기능을 나타낼 수 있다.
이제, 제 17 도와 제 18 도와 제 19 도 및 제 20 도를 보면서 제 7실시예를 설명하겠다.
제 17 도는 단위화소의 거의 중심부분을 통과하고 수직전송수단과 평행하게 연신되는 선을 따라 기층의 깊이방향으로 취해진 단면도이다. V피치(700)는 단위화소의 길이를 나타낸다. 도면에서, 산화막(704)을 거쳐서 판독게이트를 이루는 제 1 및 제 2의 폴리실리콘층(702,703)들과 광전변환구역(701)이 도시되어 있다.
제 18 도는 반도체에서의 불순물분포의 이해를 돕기 위하여 반도체의 표면에 평행하게 X5-X5'의 깊이에서 상면으로부터 본 단면도이다. 제 5 N-층(707)은 수직 전하전송수단인 VCCD를 이룬다. 제 4 N-층(706)은 광전변환구역(701)이 반도체기층 속에 발생된 신호전하를 VCCD를 이루는 제 5 N-층(707)속으로 읽어들이는 판독채널을 이룬다.
도면에는 제 1 N-층(705)와 P-층(708)과 제 4N-층(706) 및 제 7N-층(709)이 도시되어 있다. 이온주입 등에 의해 대표되는 불순물주입은 제 7 N-층의 불순물농도가 제 4 N-층(706)의 불순물농도보다 더 진해지도록 수행된다. 그러므로, 판독과정에서의 전위(예를 들어, +15V의 판독전압이 다음에 설명할 제 1폴리실리콘층(702)의 전극에 가해지는 경우에)도 단조롭게 상승하여 판독게이트인 제 1폴리실리콘층(702)으로부터 수직전송수단으로의 표류이동이 짧은 주기내에 수행되게 한다.
제 19 도는 단위화소의 거의 절반부분을 도시한 조감도이다.
제 20 도는 제 17 도와 제 18 도에 도시된 화소구조에서 판독전압이 제 1폴리실리콘층(702 : 예를 들어, +15V의 판독전압이 제 1폴리실리콘층(702)의 전극에 가해짐)에 가해진다. 이 때에 광전변환부의 주변구역인 제 1 N-층(705)으로부터 제 1폴리실리콘층(702)의 아래에 형성된 제 4 N-층(706)과 제 7 N-층(709)에 형성된 판독채널로 이동되는 신호전하는 채널에서의 불순물구배에 근거하여 채널에 발생된 단조로운 전위구배를 따라 표류전기장에 의해 화살표의 방향으로 이동된다.
위의 설명에서 두종류의 N-형 불순물이온층들, 즉, 제 4 및 제 7의 N-층 (706,709)들을 이용하는 것으로 한다. 이온불순물층들이 제 1 폴리실리콘층(702)의 아래에 형성될지라도, 판독채널에서의 단조로운 전위구배를 발생시키는 기능이 N 형 농도가 점점 진해지게 주입을 수행함으로써 얻어질 수 있다.
이제, 제 21 도와 제 22 도와 제 23 도 및 제 24 도를 보면서 제 8실시예를 설명하겠다.
제 21 도는 단위화소의 거의 중심부분을 통과하고 수직전송수단과 평행하게 연신되는 선을 따라 기층의 깊이방향으로 취해진 단면도이다. V피치(800)는 단위화소의 길이를 나타낸다. 도면에서, 산화막(804)을 거쳐서 판독게이트를 이루는 제 1및 제 2의 폴리실리콘층(802,803)들과 광전변환구역(801)이 도시되어 있다.
제 22 도는 반도체에서의 불순물분포의 이해를 돕기 위하여 반도체의 표면에 평행하게 제 1폴리실리콘층을 따라 상면으로부터 본 단면도이다. 제 5 N-층(807)은 수직전하전송수단인 VCCD를 이룬다. 제 4 N-층(806)은 광전변환구역의 반도체기층 속에 발생된 신호전하를 VCCD를 이루는 제 5 N-층(807)속으로 읽어들이는 판독채널을 이룬다.
도면에는 제 1 N-층(805)과 제 4 N-층(806) 및 제 1폴리실리콘층(802)이 도시되어 있다. 제 1폴리실리콘층(802)은 폭이 VCCD인 제 5 N-층을 향해 이동함에 따라 커지는 절두원추형이나 쐐기형에 대응하는 형상을 갖는다. 그러므로, 판독과정에서의 전위(예를 들어, +15V의 판독전압이 다음에 설명할 제 1폴리실리콘층(802)의 전극에 가해지는 경우에)도 좁은 채널효과에 의해 N-층(807)을 향해 단조롭게 상승하여 판독게이트인 제 1폴리실리콘층(802)으로부터 수직전송수단으로의 표류이동이 짧은 주기내에 수행되게 한다.
제 23 도는 단위화소의 거의 절반부분을 도시한 조감도이다.
제 24 도는 제 21 도와 제 22 도에 도시된 화소구조에서 판독전압이 제 1폴리실리콘층(802 : 예를 들어, +15V의 판독전압이 제 1폴리실리콘층(802)의 전극에 가해짐)에 가해진다. 이 때에 광전변환부의 주변구역인 제 1 N-층(805)으로부터 제 1폴리실리콘층(802)의 아래에 형성된 제 4 N-층(806)에 형성된 판독채널로 이동되는 신호전하는 제 1폴리실리콘층의 형상으로 인한 좁은 채널효과에 의해 채널에 발생된 단조로운 전위구배를 따라 표류전기장에 의해 화살표의 방향으로 이동된다.
이제, 제 25 도 및 제 26 도를 보면서 제 9실시예를 설명하겠다.
제 25 도와 제 26 도는 제 1 도에 도시된 배열이 제 9 도와 제 10 도와 제 11 도 및 제 12 도에 도시된 구조를 갖는 단위화소를 이용함으로써 실현되는 2차원적 고체촬상장치의 예를 도시한다.
제 25 도는 2차원적으로 배치된 고체촬상장치의 평면도이다. 내부구조의 이해를 돕기 위하여, 장치의 일부가 절결되어 있으며, 도면의 우하측으로 가면서 점점 더 깊이 절결되어 있다. 구성요소는 제 1폴리실리콘층(901)과 제 2폴리실리콘층(902)과 광전변환부로서 작용하는 PD(903 : 광다이오드 : Photodiode)와 판독게이트(904 : 예를 들어, 제 1 및 제 2의 폴리실리콘층들의 게이트들에 의해 형성됨)와 판독게이트의 아래의 반도체속에 형성된 판독채널(905 : 이 실시예에서는 N층)과 신호전하가 수평방향으로 인접한 단위화소의 VCCD로 실수로 입사하는 것을 방지하는 P-층(1606)과, VCCD의 전송채널구역을 정하는 P-층(906)과 VCCD의 전송채널구역을 정하는 P-층(907) 및, 화살표방향으로 신호전하를 전송하는 VCCD를 포함한다. 단위화소(900)는 일점쇄선으로 둘러싸인 구역으로 표시되어 있다. 2차원적으로 배치된 고체촬상장치를 구동하기 위해서는 총 8단계의 구동펄스들, 즉, 구동펄스φV1(911)과, 구동펄스φV2(912)과, 구동펄스φV3(913)과, 구동펄스φV4(914)과, 구동펄스φV5(915)과, 구동펄스φV6(916)과, 구동펄스φV7(917) 및, 구동펄스φV8(918))이 개략적으로 도시되어 있다.
제 26 도는 2차원적으로 배치된 고체촬상장치의 조감도이다. 내부구조의 이해를 돕기 위하여, 장치의 일부가 절결되어 있으며, 도면의 하측으로 가면서 점점더 깊이 절결되어 있다. 이 제안에서는, 앞서 설명했듯이, 판독게이트는 제 9 도와 제 10 도와 제 11 도 및 제 12 도에 도시된 구조를 갖는다. 물론, 제 13 도 내지 제 16 도와 제 17 도 내지 제 20 도 및 제 21 도 내지 제 24 도에 도시된 화소구조들이 이용될 수도 있다.
이제, 제 27 도와 제 28 도와 제 29 도 및 제 30 도를 보면서 제 10실시예를 설명하겠다.
제 27 도와 제 28 도 및 제 29 도는 신호전하의 전송을 도시하는 선도이며, 제 30 도는 순서도이다. 이러한 도면들은 광전변환부의 VCCD에서 8단계의 전극구조를 갖는 고체촬상장치에서의 신호전하를 판독하고 전송하는 작동의 예를 도시한다.
제 27 도는 제 25 도와 제 26 도에 도시된 8단계의 전극구조를 갖는 고체촬상장치가 NTSC에 따른 주사모드로 판독되고 전송되는 경우의 순서도를 도시한 선도이다. 도면에서, 횡좌표는 시간을 나타내고, 종좌표는 광전변환되고 A-필드기간(1001)과 B-필드기간(1005)에서 입사광에 대해 축적되는 신호전하량Qsig(1000)의 일시적인 변화를 나타낸다. 다음의 설명에서는 A-필드기간(1001)에서의 신호전하를 판독하는 시간인 TAF1(1003) 및 B-필드기간(1005)에서의 신호전하를 판독하는 시간인 TBF1(1007)이 각각의 필드에서의 V-블랭크기간의 직후에 설정되는 것으로 가정한다. 그러나, 이 제안에서 판독시간은 V-블랭크기간의 직후의 시기로 제한되는 것은 아니다.
제 28 도는 두 개의 화소의 혼합이 수행되는 판독 및 전송작동의 일례를 도시한다. 좌측에서는 각각의 화소의 VCCD의 전송전극에 대해 가해질 8개의 구동펄스들(즉,구동펄스φV1(1021)과, 구동펄스φV2(1022)과, 구동펄스φV3(1023)과, 구동펄스φV4(1024)과, 구동펄스φV5(1025)과, 구동펄스φV6(1026)과, 구동펄스φV7(1027) 및, 구동펄스φV8(1028))이 도시되어 있다.
도면은 시간이 지남에 따라(이 경우에는, 각각의 클럭펄스에서) TAF1(1003)에서의 판독작동으로부터 시작해서 TAF16(1004)에서 끝나는 신호전하전송패킷을 이용하는 일련의 신호전하 전송작동들의 흐름을 도시한다.
제 28 도에서, 각각의 중실구역은 신호전하판독(1014)을 나타내고, 각각의 빗금친 구역은 신호전하패킷(1015)을 나타내며, 각각의 중공구역은 장벽(1016)을 나타낸다. 좌측에 도시된 A-필드(1001)에서 TAF1(1003)에서의 판독작동후의 3개의 클럭펄스들이 지나면서 화소(1010,1011)들과 화소(1012,1013)들이 서로 혼합된다. 제 28 도의 우측에 도시된 B-필드(1005)에서 화소(1011)가 화소(1012)와 혼합되고, 화소(1010)가 화소(1010)의 바로 위의 화소(도시 안됨)와 혼합되며, 화소(1013)가 화소(1013)의 바로 위의 화소(도시 안됨)와 혼합되는 작동이 실행된다.
B-필드(1005)에서도 유사한 작동이 반복된다.
제 29 도는 2-화소구조후의 신호전하패킷이 제 28 도에서 최소일 때에 TAF5(1030)과 TAF7(1031)에서의 패킷구조를 도시한다. 도면에 보이듯이, 하나의 화소에 대응하는 VCCD길이(1040,1041)들의 각각에서 4개의 VCCD전극(1042)들이 있다. 이 실시예에서 8단계구동이 이용되므로, 두 개의 화소들의 단위의 전극(총 8개의 전극들을 가짐)들은 독립적으로 구동될 수 있다. 결과적으로, 신호전하전송에서 6다발의 신호전하패킷(1015)들이 있다. 대조적으로, 제 47 도에서 보이듯이, 종래의 전송방법에서 하나의 화소에 대응하는 VCCD(2220)들은 총 4개의 VCCD전극(2222)들을 갖는다. 인접한 신호전하 패킷들이 전하전송에서 서로 혼합되는 것을 방지하기 위해서 신호전하패킷(2224)들의 다발의 수는 신호전송에서의 장벽(2223)이 최대로 2개의 전극들을 요구한다는 사실을 감안하여 2개이다. 하나의 화소에 할당된 VCCD의 면적이 S로 표시될 때에, 종래의 에서 신호전하전송을 위한 1/2 S의 면적을 보장할 수 있다. 이러한 관점에서, 본발명에 따라 하나의 화소에 대응하는 VCCD길이가 종래의 것과 같다고 가정하면, 신호전하전송을 위해 6/8 S의 면적이 이용된다. 결과적으로, 신호전하패킷을 형성하기 위한 전극면적속으로 변환될 때에 종래의 면적보다 1.5배의 면적의 증가는 전송될 수 있는 신호전하량이 향상될 수 있게 실현될 수 있다.
제 30 도는 A-필드에서의 TAF1(1003)으로부터 TAF16(1004)까지의 기간 및 B-필드에서 TBF1(1008)로부터 TBF16(1008)까지의 기간동안에 신호전하전송을 실행할 수 있게 하는 총 8단계의 구동단계들(구동펄스φV1(1021)과, 구동펄스φV2(1022)과, 구동펄스φV3(1023)과, 구동펄스φV4(1024)과, 구동펄스φV5(1025)과, 구동펄스φV6(1026)과, 구동펄스φV7(1027) 및, 구동펄스φV8(1028))의 순서도를 도시한다. 이 경우에는, 15 V와 0 V 및 -8 V의 전하들이 VH 1100과 VM 1101 및 VL 1102로서 각각 공급된다고 한다. 제 28 도의 신호전하전송은 유용한 전압들을 앞서 설명한 3가지나 2가지000의 값으로 제한함이 없이도 실현될 수 있다.
이제, 제 31 도와 제 32 도 및 제 33 도를 보면서 제 11실시예를 설명하겠다.
제 31 도는 제 25 도 및 제 26 도에 도시된 8단계전극구조를 갖는 고체촬상장치가 에 다른 주사모드로 판독되고 전송될 경우에 각각의 필드에서 길고 짧은 축적기간들의 두 개 이상의 촬상처리를 수행하는 순서도의 예를 도시한 선도이다. 이 실시예의 목적은 두가지 이상의 축적기간, 즉, 길고 짧은 축적기간들이 외부의 프레임 메모리를 이용함이 없이 임의의 필드기간으로 설정될 수 있으며, 긴 노출기간에서의 조도가 낮은 물체의 상과 짧은 노출기간에서의 조도가 높은 물체의 상을 취함으로써 독립적으로 얻어지는 입사광량이 노출기간로부터 추정될 수 있게 하는 것이다.
제 35 도는 두 개의 화소의 혼합이 제 34 도의 순서도를 따라 수행되는 판독 및 전송작동의 일례를 도시한다. 좌측에서는 고체촬상장치의 짝수 및 홀수선들을 나타내는 화소들(즉, 화소1230과 화소 1231과 화소 1232 및 화소1233)과, 그러한 화소들의 VCCD들의 전송전극들 및 그러한 전송전극들에 대해 각각 가해질 8개의 구동펄스들(구동펄스φV1(1241)과, 구동펄스φV2(1242)과, 구동펄스φV3(1243)과, 구동펄스φV4(1244)과, 구동펄스φV5(1245)과, 구동펄스φV6(1246)과, 구동펄스φV7(1247) 및, 구동펄스φV8(1248))이 개략적으로 도시되어 있다.
도면은 시간이 지남에 따라(이 경우에는, 각각의 클럭펄스에서) TAF1(1203)에서의 판독작동으로부터 시작해서 TAF27(1205)의 이후의 3개의 구동펄스가 지난 후에 끝나는 신호전하 전송패킷을 이용하는 일련의 신호전하전송작동들의 흐름을 도시한다.
제 31 도의 상부의 순서도에서, 횡좌표는 시간을 나타내고, 종좌표는 광전변환되고 A-필드기간(1201)과 B-필드기간(1206)의 각각에서 입사광에 대해 화소(1230)에 의해 대표되는 임의의 홀수선의 단위화소에 축적되는 신호전하량Qsig(1200)의 일시적인 변화를 나타낸다. 제 31 도의 하부의 순서도는 광전변환되고 차기의 짝수선의 화소(1231)에 축적되는 신호전하량Qsig(1219)의 일시적인 변화를 나타낸다. 편의상 다음의 설명에서는 A-필드기간(1201)에서의 신호전하를 판독하는 시간인 TAF1(1203) 및 B-필드기간(1206)에서의 신호전하를 판독하는 시간인 TBF1(1208)이 각각의 필드에서의 V-블랭크기간의 직후에 설정되는 것으로 가정한다. 그러나, 이 제안에서 판독시간은 V-블랭크기간의 직후의 시기로 제한되는 것은 아니다.
화소(1230)에서 제 1노출기간(A1211)의 판독이 TAF1(1203)에서 수행되고나서 그러한 판독이 동일한 A필드기간에서 다시 수행되거나, 제 2노출기간(A1212)의 판독이 TAF14(1204)에서 수행된다. 화소(1230)에서는 또한 B-필드의 TBF14(1209)에서의 판독을 수행하기 위한 제 1노출기간(B1213)의 신호전하축적이 TAF14(1204)에서의 판독의 종료직후에 시작된다. 제 1노출기간(B1213)은 T(1217) 만큼 TBF1(1208)로부터 지연된 TBF14(1209)의 시기에 판독되며, 그러므로, 노출기간은 2T 만큼 제 1노출기간(A1211)보다 길다.
대조적으로, 화소(1231)에서 제 1노출기간(A1211)의 판독이 TAF14(1204)에서 수행되고나서 그러한 판독은 동일한 A기간에서 다시 수행되거나 또는 제2노출기간(A1221)의 판독이 TAF27(1205)에서 수행된다. 화소(1231)에서는 또한 B-필드의 TBF1(1208)에서의 판독을 수행하기 위한 제 1노출기간(B1222)의 신호전하축적이 TAF27(1205)에서의 판독의 종료직후에 시작된다. 제 1노출기간(B1222)은 TBF1(1208)의 시기에 판독되며, 그러므로, 노출기간은 2T 만큼 제 1노출기간(A1211)보다 짧다. 결과적으로, 제 1노출기간(B1213)와 제 1노출기간(A1220)는 서로 같고, 제 1노출기간(A1211)과 제 1노출기간(B1222)은 서로 같지만, 제 1노출기간(A1211) 및 제 1노출기간(B1213)은 2T만큼 서로 다르다.
이것은 T가 제 1노출기간(A1211)에 비해 무시할 만하게 짧은 때에는 문제가 되지 않는다. 그러나, T가 무시할 수 없게 긴 때에는 노출기간들이 그러한 기간들의 비율을 이용한 유도변환의 산출과정을 통해 서로 거의 동등하게 만들어져야 한다.
제 2노출기간(A1212)과, 제 2노출기간(B1214)과, 제 2노출기간(A1221) 및, 제 2 노출기간(B1223)은 동일한 노출기간 T를 갖도록 설정된다.
제 32 도를 보면서 설명하겠다. 도면에서, 각각의 중실구역은 신호전하판독(1234)을 나타내고, 각각의 빗금친 구역은 신호전하패킷(1235)을 나타내며, 각각의 중공구역은 장벽(1236)을 나타낸다.
제 1노출기간(A1211)에서 얻어진 화소(1230)의 신호전하는 수직전하전송수단인 VCCD속으로 TAF1(1203)의 시기에서 판독된다. 그리고나서, 신호는 VCCD에서의 화소(1231)의 위치로 전송되고, 제 1노출기간(A1220)에서 얻어진 화소(1231)의 신호전하가 TAF14(1204)에서 관독되는 시기에 VCCD에 부가되어 혼합된다.
대조적으로, 제 2노출기간(A1212)에서 얻어진 화소(1230)의 신호전하는 수직전하전송수단인 VCCD속으로 TAF14(1204)의 시기에서 판독된다. 그리고나서, 신호는 VCCD에서의 화소(1231)의 위치로 전송되고, 제 2노출기간(A1221)에서 얻어진 화소(1231)의 신호전하가 TAF27(1205)에서 판독되는 시기에 VCCD에 부가되어 혼합된다.
B-필드(1206)에서도 유사하게 반복적으로 작동된다. 결과적으로, 제 2노출기간들은 A-필드와 B-필드의 각각에서 서로 같아진다.
이 실시예에서, 제 1노출기간과 제 2노출기간의 각각에서 얻어진 신호전하들을 위한 신호전하패킷들의 수는 2개로 설정된다. 그러나, 그 수는 2개로 제한되는 것은 아니다. 선택사양적으로는, 하나의 패킷과 3개의 패킷들의 조합이 이용될 수도 있으며, 3개의 패킷들과 하나의 패킷의 조합이 이용될 수도 있다. 제 32 도에서, T1215와, T1216과, T1217 및, T1218은 기준클럭신호에 기초한 13개의 클럭펄스들에 대응하게 나타내어진다. 그러나, 전송이 수행되지 않거나 역방향으로의 전송이 부분적으로 이용될 때에는, 장치가 13개의 클럭펄스들보다 더 큰 변화를 얻도록 충분하게 이용될 수도 있다.
제 33 도는 A-필드에서의 TAF1(1203)으로부터 TAF27(1205)의 이후의 3개의 구동펄스들이 지나기까지의 기간 및 B-필드에서 TBF1(1208)로부터 TBF27(1210)의 이후의 3개의 구동펄스들이 지나기까지의 기간동안에 신호전하전송을 실행할 수 있게 하는 총 8단계의 구동단계들(구동펄스φV1(1241)과, 구동펄스φV2(1242)과, 구동펄스φV3(1243)과, 구동펄스φV4(1244)과, 구동펄스φV5(1245)과,구동펄스φV6(1246)과, 구동펄스φV7(1247) 및, 구동펄스φV8(1248))의 순서도를 도시한다. 이 경우에는, 15 V와 0 V 및 -8 V의 전하들이 VH 1300과 VM 1301 및 VL 1302로서 각각 공급된다고 추측된다. 제 32 도의 신호전하전송은 유용한 전압들을 앞서 설명한 3가지의 값으로 제한함이 없이도 실현될 수 있다.
수평주사선들의 수로 변환될 때에, A-필드에서의 제 1노출기간(A1211,A1220)들은 약 240개의 주사선에 대응하며, V-블랭크기간에서의 제 2노출기간(A1212,A1221)들은 약 20개의 주사선에 대응한다. 그러므로, 실행될 수 있는 노출기간들의 비율은 약 8% 이하이다.
이제, 제 34 도와 제 35 도 및 제 36 도를 보면서 제 12실시예를 설명하겠다.
제 34 도는 제 31 도 및 제 32 도의 변화예들을 도시한 선도, 즉, A-필드에서의 제 1노출기간(A1411) 및 B필드에서의 제 1노출기간(B1413)이 서로 같아지는 구동방법을 도시한 선도이다. 이 실시예의 목적은 또한 두종류의 축적기간들, 즉, 길고 짧은 축적기간들이 외부의 프레임메모리를 이용함이 없이 임의의 필드기간으로 설정될 수 있으며, 입사광량이 노출기간으로부터 추정될 수 있도록 A-필드기간에서의 길고 짧은 노출기간들과 B-필드기간에서의 길고 짧은 노출기간들을 각각 같아지게 하고, 긴 노출기간에서의 조도가 낮은 물체의 상과 짧은 노출기간에서의 조도가 높은 물체의 상을 취함으로써 독립적으로 얻어지는 신호전하량이 같아지게 함으로써 후속적인 신호처리를 편리하게 한다. 제 35 도는 두 개의 화소의 혼합이 제 34 도의 순서도를 따라 수행되는 판독 및 전송작동의 일례를 도시한다. 좌측에서는고체촬상장치의 짝수 및 홀수선들을 나타내는 화소들(즉, 화소1430과 화소 1431과 화소 1432 및 화소1433)과, 그러한 화소들의 VCCD들의 전송전극들 및 그러한 전송전극들에 대해 각각 가해질 8개의 구동펄스들(구동펄스φV1(1441)과, 구동펄스φV2(1442)과, 구동펄스φV3(1443)과, 구동펄스φV4(1444)과, 구동펄스φV5(1445)과, 구동펄스φV6(1446)과, 구동펄스φV7(1447) 및, 구동펄스φV8(1448))이 개략적으로 도시되어 있다.
도면은 시간이 지남에 따라(이 경우에는, 각각의 클럭펄스에서) TAF1(1403)에서의 판독작동으로부터 시작해서 TAF27(1405)의 이후의 3개의 구동펄스가 지난 후에 끝나는 신호전하전송패킷을 이용하는 일련의 신호전하전송작동들의 흐름을 도시한다.
제 34 도의 상부의 순서도에서 횡좌표는 시간을 나타내고, 종좌표는 광전변환되고 A-필드기간(1401)과 B-필드기간(1406)의 각각에서 입사광에 대해 화소(1430)에 의해 대표되는 임의의 홀수선의 단위화소에 축적되는 신호전하량Qsig(1400)의 일시적인 변화를 나타낸다. 제 34 도의 하부의 순서도는 광전변환되고 차기의 짝수선의 단위화소(1431)에 축적되는 신호전하량Qsig(1419)의 일시적인 변화를 나타낸다. 편의상 다음의 설명에서는 A-필드기간(1401)에서의 신호전하를 판독하는 시간인 TAF1(1403) 및 B-필드기간(1406)에서의 신호전하를 판독하는 시간인 TBF1(1408)이 각각의 필드에서의 V-블랭크기간의 직후에 설정되는 것으로 가정한다. 그러나, 이 제안에서 판독시간은 V-블랭크기간의 직후의 시기로 제한되는 것은 아니다.
화소(1430)에서 제 1노출기간(A1411)의 판독이 TAF1(1403)에서 수행되고나서 그러한 판독이 동일한 A필드기간에서 다시 수행되거나, 제 2노출기간(A1412)의 판독이 TAF14(1404)에서 수행된다. 화소(1430)에서는 또한 B-필드의 TBF1(1408)에서의 판독을 수행하기 위한 제 1노출기간(B1413)의 신호전하축적이 TAF14(1404)에서의 판독의 종료직후에 시작된다. 제 1노출기간(B1413)은 TBF1(1408)의 시기에 판독되며, 그러므로, 노출기간는 제 1노출기간(A1411)와 같은 노출기간이 얻어질 수 있다.
대조적으로, 화소(1431)에서 제 1노출기간(A1420)의 판독이 TAF14(1404)에서 수행되고나서 그러한 판독은 동일한 A기간에서 다시 수행되거나 또는 제 2노출기간(A1421)의 판독이 TAF27(1405)에서 수행된다. 화소(1431)에서는 또한 B-필드의 TBF14(1409)에서의 판독을 수행하기 위한 제 1노출기간(B1422)의 신호전하축적이 TAF27(1405)에서의 판독의 종료직후에 시작된다. 제 1노출기간(B1422)는 TBF14(1409)의 시기에 판독되며, 그러므로, 제 1노출기간(A1420)과 같은 노출기간이 얻어질 수 있다. 결과적으로, 4개의 노출기간, 즉, 제 1노출기간(B1413)와 제 1노출기간(A1420)는 서로 같고, 제 1노출기간(A1411)과 제 1노출기간(B1422)은 서로 같다.
이 실시예에서는 4개의 노출기간, 즉, 제 2노출기간(A1412)과, 제 2노출기간(B1414)과, 제 2노출기간(A1421) 및, 제 2노출기간(B1423)은 동일한 노출기간 T를 갖도록 설정된다.
제 35 도를 보면서 설명하겠다. 도면에서, 각각의 중실구역은 신호전하판독(1434)을 나타내고, 각각의 빗금친 구역은 신호전하패킷(1435)을 나타내며, 각각의 중공구역은 장벽(1436)을 나타낸다.
A-필드(1401)에서, 제 1노출기간(A1411)에서 얻어진 화소(1432)의 신호전하는 수직전하전송수단인 VCCD속으로 TAF1(1403)의 시기에서 판독된다. 그리고나서, 신호는 VCCD에서의 화소(1431)의 위치로 전송되고, 제 1노출기간(A1420)에서 얻어진 신호전하가 TAF14(1404)에서 화소(1431)로부터 판독되는 시기에 VCCD에 부가되어 혼합된다.
대조적으로, 제 2노출기간(A1412)에서 얻어진 화소(1432)의 신호전하는 수직전하전송수단인 VCCD속으로 TAF14(1404)의 시기에서 판독된다. 그리고나서, 신호는 VCCD에서의 화소(1431)의 위치로 전송되고, 제 2노출기간(A1421)에서 얻어진 화소(1431)의 신호전하가 TAF27(1405)에서 판독되는 시기에 VCCD에 부가되어 혼합된다. 그 후에 신호는 전방으로 전송된다.
B-필드(1406)에서도 마찬가지로 제 1노출기간(B1413)에서 얻어진 화소(1430)의 신호전하는 수직전하전송수단인 VCCD에서의 화소(1408)의 위치에서 판독된다. 그리고나서, 신호는 VCCD에서의 화소(1431)의 위치로 앞쪽으로 전송되고, 제 1노출기간(B1422)에서 얻어진 신호전하가 TBF14(1419)의 시기에서 화소(1431)로부터 판독될 시기에 VCCD에서의 신호에 부가되어 혼합된다. 대조적으로, 제 2노출기간(B1414)에서 얻어진 화소(1430)의 신호전하가 수직전하전송수단인 VCCD속으로 TBF14(1409)의 시기에서 판독된다. 그리고나서, 신호는 VCCD에서의화소(1431)의 위치로 전방으로 전송되고, 제 2노출기간(A1423)에서 얻어진 신호전하가 TAF27(1410)에서의 피셀(1431)로부터 판독되는 시기에 VCCD에서의 신호에 부가되어 혼합된다. 그 후에 신호는 전방으로 전송된다. B-필드에서의 VCCD속으로 판독되는 신호전하들은 TBF43(1425)로 역전방향으로 전송되고, 전방전송이 시작된다. 각각의 필드에서 동일한 작동이 반복된다.
결과적으로, A필드와 B필드의 각각에서 판독의 일시적인 위치와 선들의 판독의 순서는 TAF1(1403)로부터 TAF43(1424)로의 43-클럭 펄스기간 동안과 TBF1(1408)로부터 TBF43(1425)로의 43-클럭 펄스기간 동안에 수행되어 제 1 및 제 2의 모든 노출기간들이 서로 같아진다.
이 실시예에서, 제 1노출기간과 제 2노출기간의 각각에서 얻어진 신호전하들을 위한 신호전하패킷들의 수는 2개로 설정된다. 그러나, 그 수는 2개로 제한되는 것은 아니다. 선택사양적으로는, 하나의 패킷과 3개의 패킷들의 조합이 이용될 수도 있으며, 3개의 패킷들과 하나의 패킷의 조합이 이용될 수도 있다. 제 35 도에서, T1415와, T1416과, T1417 및, T1418은 기준클럭신호에 기초한 13개의 클럭펄스들에 대응하게 나타내어진다. 그러나, 전송이 수행되지 않거나 역방향으로의 전송이 부분적으로 이용될 때에는, 장치가 13개의 클럭펄스들보다 더 큰 변화를 얻도륵 충분하게 이용될 수도 있다. 전방전송의 입사시기는 TAF43(1424)_및 TBF43(1425)으로나 제 1판독으로부터 수행되는 기준클럭신호에 기초하여 제 43클럭펄스로 설정된다. 물론, 시기가 제 43클럭펄스로 설정될지라도, 신호전하전송이 실현될 수 있다.
제 36 도는 A-필드에서의 TAF1(1403)로부터 TAF27(1405)의 이후의 3개의 구동펄스들이 지나기까지의 기간 및 B-필드에서 TBF1(1408)로부터 TBF27(1410)의 이후의 3개의 구동펄스들이 지나기까지의 기간동안에 신호전하전송을 실행할 수 있게 하는 총 8단계의 구동단계들(구동펄스φV1(1441)과, 구동펄스φV2(1442)과, 구동 펄스φV3(1443)과, 구동펄스φV4(1444)과, 구동펄스φV5(1445)과, 구동펄스φV6(1446)과, 구동펄스φV7(1447) 및, 구동펄스φV8(1448))의 순서도를 도시한다. 이 경우에는, 15 V와 0 V 및 -8 V의 전하들이 VH 1300과 VM 1301 및 VL 1302로서 각각 공급된다고 추측된다. 제 35 도의 신호전하전송은 유용한 전압들을 앞서 설명한 3가지의 값으로 제한함이 없이도 실현될 수 있다.
이제, 제 37 도 및 제 38 도를 보면서 제 13실시예를 설명하겠다.
제 37 도 및 제 38 도는 제 2 도에 도시된 배열이 제 9 도와 제 10 도와 제 11 도 및 제 12 도에 도시된 소자구조를 갖는 단위화소를 이용함으로써 실현되는 2차원적 고체촬상장치를 도시한다. 이 예에서는 ND들이 혼합되고 판독되어야 할 때에 가해진 전압(예를 들어, 0V)에 따라 A-필드에서의 분리부로서 이용되었던 판독게이트가 가해진 전압(예를 들어, 15 V)을 설정함으로써 두 개의 인접한 광전변환부들의 신호전하들을 혼합하고 판독하기 위한 판독게이트로서 B-필드에서 이용되며, 그럼으로써, 수직해상도를 개선한다.
제 37 도는 2차원적으로 배치된 고체촬상장치의 평면도를 도시한다. 내부구조의 이해를 돕기 위하여, 장치의 일부가 절결되어 있으며, 도면의 우하측으로 가면서 점점 더 깊이 절결되어 있다. 구성요소는 제 1폴리실리콘층(1601)과 제 2폴리실리콘층(1602)과 PD(1620)와 PD(1621)와 PD(1622)와 PD(1623)와 PD(1624)와PD(1625)와 PD(1626)와 판독게이트(1604 : 제 1 및 제 2의 폴리실리콘층들의 게이트들에 의해 형성됨)와 판독게이트의 아래의 반도체속에 형성된 판독채널(1605 : 이 실시예에서는 N층)과 신호전하가 수평방향으로 인접한 단위화소의 VCCD로 실수로 입사하는 것을 방지하는 P-층(1606)과, VCCD의 전송채널구역을 정하는 P-층(1607) 및, 화살표방향으로 신호전하를 전송하는 VCCD를 포함한다. 단위화소(1600)는 일점쇄선으로 둘러싸인 구역으로 표시되어 있다. 2차원적으로 배치된 고체촬상장치를 구동하기 위해서는 총 8단계의 구동펄스들, 즉, 구동펄스φV1(1611)과, 구동펄스φV2(1612)과, 구동펄스φV3(1613)과, 구동펄스φV4(1614)과, 구동펄스φV5(1615)과, 구동펄스φV6(1616)과, 구동펄스φV7(1617) 및, 구동펄스φV8(1618)이 개략적으로 도시되어 있다.
제 38 도는 2차원적으로 배치된 고체촬상장치의 조감도이다. 내부구조의 이해를 돕기 위하여, 장치의 일부가 절결되어 있으며, 도면의 하측으로 가면서 점점 더 깊이 절결되어 있다. 이 제안에서는, 앞서 설명했듯이, 판독게이트는 제 9 도와 제 10 도와 제 11 도 및 제 12 도에 도시된 구조를 갖는다. 물론, 제 13 도 내지 제 16 도와 제 17 도 내지 제 20 도 및 제 21 도 내지 제 24 도에 도시된 화소구조들이 이용될 수도 있다.
이제, 제 39 도와 제 40 도 및 제 41 도를 보면서 제 14실시예를 설명하겠다.
제 39 도 및 제 40 도는 신호전하의 전송을 도시하는 선도이며, 제 41 도는 순서도이다. 이러한 도면들은 화소부의 VCCD에서 8단계의 전극구조를 갖는 고체촬상장치에서의 신호전하를 판독하고 전송하는 작동의 예를 도시한다.
제 39 도는 제 37 도와 제 38 도에 도시된 8단계의 전극구조를 갖는 고체촬상 장치가 NTSC에 따른 주사모드로 판독되고 전송되는 경우의 순서도를 도시한 선도이다. 도면에서, 횡좌표는 시간을 나타내고, 종좌표는 광전변환되고 A-필드기간(1701)과 B-필드기간(1705)에서 입사광에 대해 축적되는 신호전하량Qsig(1700)의 일시적인 변화를 나타낸다. 다음의 설명에서는 A-필드기간(1701)에서의 신호전하를 판독하는 시간인 TAF1(1703) 및 B-필드기간(1705)에서의 신호전하를 판독하는 시간인 TBF1(1707)이 각각의 필드에서의 V-블랭크기간의 직후에 설정되는 것으로 가정한다. 그러나, 이 제안에서 판독시간은 V-블랭크기간의 직후의 시기로 제한되는 것은 아니다.
제 40 도는 두 개의 화소의 혼합이 수행되는 판독 및 전송작동의 일례를 도시한다. 좌측에서는 각각의 화소의 VCCD의 전송전극에 대해 가해질 8개의 구동펄스들(즉, 구동펄스φV1(1741)과, 구동펄스φV2(1742)과, 구동펄스φV3(1743)과, 구동펄스φV4(1744)과, 구동펄스φV5(1745)과, 구동펄스φV6(1746)과, 구동펄스φV7(1747) 및, 구동펄스φV8(1748))이 도시되어 있다.
도면은 시간이 지남에 따라(이 경우에는, 각각의 클럭펄스에서) TAF1(1703)에서의 판독작동으로부터 시작해서 TAF21(1704)에서 끝나는 신호전하전송패킷을 이용하는 일련의 신호전하전송작동들의 흐름을 도시한다.
제 40 도에서, 각각의 중실구역은 신호전하판독(1720)을 나타내고, 각각의빗금친 구역은 신호전하패킷(1721)을 나타내며, 각각의 중공구역은 장벽(1722)을 나타낸다. 좌측에 도시된 A-필드에서 TAF1(1703)에서의 판독작동에서 PD(1620)의 신호전하는 PD(1621)의 신호전하와 혼합되고 PD(1622)의 신호전하는 PD(1623)의 신호전하와 혼합된다. 제 40 도의 우측에 도시된 필드에서 PD(1621)의 신호전하가 PD(1622)의 신호전하와 혼합되고 PD(1623)의 신호전하가 PD(1624)의 신호전하와 혼합되는 작동이 실행된다.
제 42 도는 A-필드에서의 TAF1(1703)로부터 TAF16(1704)까지의 기간 및 B-필드에서 TBF1(1707)로부터 TBF16(1708)까지의 기간동안에 화소에서의 신호전하의 혼합과 그 후의 신호전하전송을 실행할 수 있게 하는 총 8단계의 구동단계들(구동펄스φV1(1711)과, 구동펄스φV2(1712)과, 구동펄스φV3(1713)과, 구동펄스φV4(1714)과, 구동펄스φV5(1715)과, 구동펄스φV6(1716)과, 구동펄스φV7(1717) 및, 구동펄스 φV8(1718)의 순서도를 도시한다. 이 경우에는, 15 V와 0 V 및 -8 V의 전하들이 VH 1800과 VM 1801 및 VL 1802로서 각각 공급된다고 추측된다. 제 40 도의 신호전하전송은 유용한 전압들을 앞서 설명한 3가지의 값이나 2가지의 값으로 제한함이 없이도 실현될 수 있다.
이제, 제 42 도와 제 43 도 및 제 44 도를 보면서 제 13실시예를 설명하겠다.
제 42 도 및 제 43 도는 신호전하의 전송을 도시하는 선도이며, 제 44 도는 순서도이다. 이러한 도면들은 화소부의 VCCD에서 8단계의 전극구조를 갖는 고체촬상장치에서의 신호전하를 판독하고 전송하는 작동의 예를 도시한다.
제 42 도는 제 37 도와 제 38 도에 도시된 8단계의 전극구조를 갖는 고체촬상장치가 NTSC에 따른 주사모드로 판독되고 전송되는 경우의 순서도를 도시한 선도이다. 도면의 상부는 PD(1960)에 의해 대표되는 홀수선의 광전변환부에서 축적되는 신호전하량Qsig(1900)의 일시적인 변화를 나타내고, 도면의 하부는 PD(1961)에 의해 대표되는 짝수선의 광전변환부에서 축적되는 신호전하량Qsig(1901)의 일시적인 변화를 나타낸다. 도면에서, 횡좌표는 시간을 나타내고, 종좌표는 광전변환되고 A-필드 기간(1902)과 B-필드기간(1904)에서 광전변환되고 PD들에 대해 축적되는 신호전하량Qsig를 나타낸다.
TBFE(1906)로부터 TAFS(1908)까지의 T-셧(1907)의 기간과 TAFE(1913)으로 부터 TBFS(1915)까지의 T-셧(1914)의 기간에서 공지의 VOD(Vertical Overflow Drain)에 따라 신호전하를 기층을 향해 일소시키는 작동기간들이나, 또는, 전자식 셔터기간(A1920)전자식과 셔터기간(A1930)과 전자식 셔터기간(B1924) 및 전자식 셔터기간(B1934)은 PD들에 축적된 신호전하들이 기층을 향해 동시에 일소되게 제공된다.
후속적인 기간들, 즉, 제 1노출기간(A1921)과 제 1노출기간(A1931)과 제 1노출기간(B1925) 및 제 1노출기간(B1935)에서의 신호전하들은 TAF1(1910)과 TBF1(1917)의 시기에 판독된다. 도면에서 이러한 노출기간들은 각각 T-셧(1909)과 T-셧(1916)으로 나타내어진다. 제 2노출기간(A1932)과 제 2 노출기간(B1926)에서 축적되어진 신호전하들은 TAF9(1911)과 TBF9(1918)의 시기에 판독되어진다. 처분기간(A1923)과 처분기간(A1933)과 처분기간(B1927) 및 처분기간(B1937)에서 축적된 신호전하들은 상기 전자식 셔터작동에 의해 기층을 향해 일소된다. 다음의 설명에서는 A-필드기간(1902)에서의 신호전하를 판독하는 시간인 TAF1(1910) 및 B-필드기간(1904)에서의 신호전하를 판독하는 시간인 TBF1(1917)이 각각의 필드에서의 V-블랭크기간의 직후에 설정되는 것으로 가정한다. 그러나, 이 제안에서 판독시간은 위와 같이 특정하게 제한되어야 하는 것은 아니다.
제 42 도와 관련하여 설명된 일련의 작동들이 제 43 도를 보면서 좀더 상세하게 설명하겠다.
제 43 도는 두 개의 화소의 혼합이 수행되는 판독 및 전송작동의 일례를 도시한다. 좌측에서는 각각의 화소의 VCCD의 전송전극에 대해 가해질 8개의 구동펄스들(즉,구동펄스φV1(1951)과, 구동펄스φV2(1952)과, 구동펄스φV3(1953)과, 구동펄스φV4(1954)과, 구동펄스φV5(1955)과, 구동펄스φV6(1956)과, 구동펄스φV7(1957) 및, 구동펄스φV8(1958))이 도시되어 있다.
도면은 시간이 지남에 따라(이 경우에는, 각각의 클럭펄스에서) TAF1(1910)에서의 판독작동으로부터 시작해서 16클럭펄스들이 지나서 끝나는 신호전하전송패킷을 이용하는 일련의 신호전하전송작동들의 흐름을 도시한다.
제 43 도에서, 각각의 중실구역은 신호전하판독(1967)을 나타내고, 각각의 빗금친 구역은 신호전하패킷(1968)을 나타내며, 각각의 중공구역은 장벽(1969)을 나타낸다. 좌측에 도시된 A-필드(1902)에서 TAF1(1910)에서의 판독작동에서 4개의 연속적인 PD들이 한 세트로 판독된다. 예를 들어, PD(1960)과 PD(1961)과 PD(1962)및 PD(1623)들은 하나의 유니트로서 동시에 판독된다. TAF9(1911)에서의 후속적인 판독작동에서 두 개의 연속적인 PD들은 2개의 PD간격에서 한 세트로 동시에 판독된다. 예를 들어, PD(1961)과 PD(1962)는 하나의 유니트로서 동시에 판독된다. 이 때에, 판독되지 않은 PD(1960)과 PD(1963)의 신호전하들은 B-필드기간(1904)의 출발시에 수행되는 전자식 셔터작동에 의해 기층을 향해 일소된다.
우측에 도시된 B-필드(1904)에서 TBF1(1917)에서의 판독작동에서 4개의 연속적인 PD들이 한 세트로 판독된다. 예를 들어, PD(1962)과 PD(1963)과 PD(1964) 및 PD(1665)들은 하나의 유니트로서 동시에 판독된다. TBF9(1918)에서의 후속적인 판독작동에서 두 개의 연속적인 PD들은 2개의 PD간격에서 한 세트로 동시에 판독된다. 예를 들어, PD(1963)과 PD(1964)는 하나의 유니트로서 동시에 판독된다. 이 때에, 판독되지 않은 PD(1961)과 PD(1962)의 신호전하들은 B-필드기간(1904)의 출발시에 수행되는 전자식 셔터작동에 의해 기층을 향해 일소된다.
제 44 도는 A-필드에서의 TAF1(1910)로부터 16클럭펄스들이 지나기까지의 기간 및 B-필드에서 TBF1(1917)로부터 16클럭펄스들이 지나기까지의 기간동안에 화소에서의 신호전하의 혼합과 그 후의 신호전하전송을 실행할 수 있게 하는 총 8단계의 구동단계들(구동펄스φV1(1951)과, 구동펄스φV2(1952)과, 구동펄스φV3(1953)과, 구동펄스φV4(1954)과, 구동펄스φV5(1955)과, 구동펄스φV6(1956)과, 구동펄스 φV7(1957) 및, 구동펄스φV8(1958))의 순서도를 도시한다. 이 경우에는, 15 V와 0 V 및 -8 V의 전하들이 VH 2000과 VM 2001 및 VL 2002로서 각각 공급된다고 추측된다. 제 43 도의 신호전하전송은 유용한 전압들을 앞서 설명한 3가지의 값이나2가지의 값으로 제한함이 없이도 실현될 수 있다.
실시예에서는, 소자구조의 채택과 이 제안의 구동방법은 제 1노출기간에서 축적된 전하들과 제 2노출기간에서 축적된 전하들의 판독이 동시에 수행될 수 있게 한다.
또한, 제 2노출기간(A1932)과 제 2노출기간(B1926)에 각각 대응하는 기간(T1940)과 기간(T1942)의 두 개의 기간들은 변화될 수 있다. 그러므로, A-필드에서의 T-셧(1907)과 B-필드에서의 T-셧(1914)의 변화하는 동안에 제 2노출기간(A1932)과 제 2노출기간(B1926)에 대응하는 기간(T1940)과 기간(T1943)이 모두 변화될 수 있다. 장치는 A-필드에서 제 1노출기간(A1921, A1931)에 대응하는 T-셧(1909)의 기간만이 T-셧(1907)을 조절함으로써 독립적으로 변화되며, 제 2노출기간(A1932)은 일정하게 유지된다. 선택사양적으로는, 제 1노출기간(A1921,A1931)들에 대응하는 T-셧(1909)과 제 2노출기간(A1932)에 대응하는 기간(T1940)의 비율을 일정하게 유지하면서, T-셧과 T의 합의 노출기간이 조절될 수도 있다. 물론, 어떤 방식이든지간에 필드에서도 동일한 처리가 실행될 수 있다.
실시예에서의 전자식 셔터기간(1920,1930)들과 전자식 셔터기간(1924,1935)들은 제 31 도와 제 34 도 및 제 39 도에 의해 나타낸 실시예들에 의해 실행될 수도 있다. 상입력장치가 실시예에 의해 이용될 때에는 기계식 조절기구가 생략될 수 있으므로 전력소모가 적고 내충격성이 양호하다. 그러므로, 상입력장치는 휴대식 화상전화기나 차량용 카메라나 인공의안(人工義眼)이나 내시경이나 전자식 스틸카메라나 퍼스널컴퓨터용 화상입력터미널 등에 이용될 수 있다.
이제, 제 45 도를 보면서 제 16실시예를 설명하겠다.
제 45 도는 제 27 도 내지 제 44 도에 도시된 구동방법들 중의 하나와 제 1노출기간(1211,1220,1411,1420,1921,1931)들과, 제 2노출기간(1212,1221,1412,1421,1932)들과, 제 1노출기간(1213,1222,1413,1422,1925,1935)들 및, 제 2노출기간(1214,1223,1414, 1423,1926)들과 같은 노출기간들이 설정되는 계수기 및 타이머의 유니트(2101)를 이용할 수 있는 제 25 도와 제 26 도 또는 제 37 도와 제 38 도에 의해 나타낸 제안의 고체촬상장치(2100)를 도시한다. 앞서와 같은 노출기간들을 설정하는 계수치나 타이머치는 신호출력선(2104)을 통해 전송되는 상신호를 기록하거나 처리하는 외부장치(2102)에 대해 타이머출력선(2103)을 통해 전송된다. 그러므로, 후속적인 스테이지에서 수행될 것이며 상처리에 관한 것인 연산처리가 용이하게 수행될 수 있다. 예를 들어, 입사광의 강도가 타이머치나 계수치에 근거하여 역으로 추산된다. 상입력 장치가 이 실시예를 이용하여 구성될 때에 기계식 조절기구가 제거될 수 있으므로, 전력소모가 적고 내충격성이 양호하다. 그러므로, 상입력장치는 휴대식 화상전화기나 차량용 카메라나 인공의안이나 내시경이나 전자식 스틸카메라나 퍼스널컴퓨터용 화상입력터미널 등에 이용될 수 있다. 위의 설명으로부터 알 수 있듯이, 본발명에 따르면, 신호전하의 전송이 용이하게 수행될 수 있으며, 광량범위도 조도가 높은 쪽으로 확장될 수 있다. 그러므로, 본발명의 효과가 매우 크다.
제 1 도는 고체촬상장치의 평면도
제 2 도는 고체촬상장치의 평면도
제 3 도는 수직방향에서 본 단위화소의 단면도
제 4 도는 X1 - X1'의 길이에서 단위화소의 단면도
제 5 도는 단위화소의 전위 분포를 보여주는 도면
제 6 도는 수직방향에서 본 단위화소의 단면도
제 7 도는 X2 - X2'의 길이에서 단위화소의 단면도
제 8 도는 단위화소의 전위 분포를 보여주는 도면
제 9 도는 수직방향에서 본 단위화소의 단면도
제 10 도는 X3 - X3'의 깊이에서 단위화소의 단면도
제 11 도는 단위화소의 사시도
제 12 도는 단위화소의 전위 분포를 보여주는 도면
제 13 도는 수직방향에서 본 단위화소의 단면도
제 14 도는 X4 - X4' 깊이에서 단위화소의 단면도
제 15 도는 단위화소의 사시도
제 16 도는 단위화소의 전위 분포를 보여주는 도면
제 17 도는 수직방향에서 본 단위화소의 단면도
제 18 도는 X5 - X5' 깊이에서 단위화소의 단면도
제 19 도는 단위화소의 사시도
제 20 도는 단위화소의 전위 분포를 보여주는 도면
제 21 도는 수직방향에서 본 단위화소의 단면도
제 22 도는 X6 - X6' 깊이에서 단위화소의 단면도
제 23 도는 단위화소의 사시도
제 24 도는 단위화소의 전위 분포를 보여주는 도면
제 25 도는 고체촬상장치의 평면도
제 26 도는 고체촬상장치의 사시도
제 27 도는 축적신호전하의 일시적 변동을 보여주는 도면
제 28 도는 신호전하전송의 챠트
제 29 도는 전하패킷도
제 30 도는 타이밍챠트
제 31 도는 축적신호전하의 일시적 변동을 보여주는 도면
제 32 도는 신호전하전송의 챠트
제 33 도는 타이밍챠트
제 34 도는 축적신호전하의 일시적 변동을 보여주는 도면
제 35 도는 신호전하전송의 챠트
제 37 도는 고체촬상장치의 평면도
제 38 도는 고체촬상장치의 사시도
제 39 도는 축적신호전하의 일시적 변동을 보여주는 도면
제 40 도는 신호전하전송의 챠트
제 41 도는 타이밍챠트
제 42 도는 축적신호전하의 일시적변동을 보여주는 도면
제 43 도는 신호전하전송의 챠트
제 44 도는 타이밍챠트
제 45 도는 고체촬상장치의 블록도
제 46 도는 고체촬상장치의 평면도
제 47 도는 전하패킷도
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100 : VCCD
101, 102 : 제 1 폴리실리콘층
103, 104 : 제 2 폴리실리콘층
φV1(111), φV2(112), φV3(113), φV4(114), φV5(115), φV6(116), φV7(117), φV8(118) : 구동펄스
105, 106 : PD 107 : 판독게이트
108 : 수직분리부 109 : V피치
110 : 판독게이트폭 120 : 단위화소
Claims (29)
- 단위화소가 상기 단위화소에 입사하는 전자기파나 X선을 신호전하로 변환하기 위해 설치된 것으로서 제 1불순물을 함유하고 있는 적어도 하나 이상의 광전변환부 및 상기 광전변환부에 대해 X방향으로 인접해 있으면서 상기 신호전하를 Y방향으로 전송하는 전하전송수단을 가지며,1차원적인 Y방향으로나 2차원적인 X방향과 Y방향으로 배치되어 있는 상기 단위화소들에서, Y방향으로 서로 인접해 있는 광전변환부들의 경계에는 상기 광전변환부들을 서로 분리시키고 상기 광전변환부로부터 상기 전하전송수단으로 가는 신호를 판독해내는 제 1수단이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
- 단위화소가 상기 단위화소에 입사하는 전자기파나 X선을 신호전하로 변환하기 위해 설치된 것으로서 제 1불순물을 함유하고 있는 적어도 하나 이상의 광전변환부 및 상기 광전변환부에 대해 X방향으로 인접해 있으면서 상기 신호전하를 Y방향으로 전송하는 전하전송수단을 가지며,1차원적인 Y방향으로나 2차원적인 X방향과 Y방향으로 배치되어 있는 상기 단위화소들에서 Y방향으로 서로 인접해 있는 광전변환부들의 경계에는 상기 광전변환부들을 서로 분리시키고 상기 광전변환부로부터 상기 전하전송수단으로 가는 신호를 판독해내는 제 1수단이 구비되어 있는 고체촬상장치를 위한 구동방법에 있어서,상기 고체촬상장치가 구동될 때에 상기 제 1수단이 어떤 필드에서는 분리기능을 하고 그 다음의 필드에서는 판독기능을 함으로써 Y방향에서 상기 분리 및 판독기능이 교대로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치의 구동방법.
- 단위화소가 상기 단위화소에 입사하는 전자기파나 X선을 신호전하로 변환하기 위해 설치된 것으로서 제 1불순물을 함유하고 있는 적어도 하나 이상의 광전변환부 및 상기 광전변환부에 대해 X방향으로 인접해 있으면서 상기 신호전하를 Y방향으로 전송하는 전하전송수단을 가지며,1차원적인 Y방향으로나 2차원적인 X방향과 Y방향으로 배치되어 있는 상기 단위화소들에서 Y방향으로 서로 인접해 있는 광전변환부들의 경계에는 상기 광전변환부들을 서로 분리시키는 분리수단과 상기 광전변환부로부터 상기 전하전송수단으로 가는 신호를 판독해내는 판독수단이 교대로 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
- 제 1항에 있어서,상기 제 1수단은 상측에 적어도 하나 이상의 전극을 갖고 하측애 하나의 반도체부를 가지며, 상기 반도체부는 상기 전하전송수단을 향한 방향으로 일정한 구배의 불순물분포농도를 갖는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
- 제 3항에 있어서,상기 판독수단은 상측에 적어도 하나 이상의 전극을 갖고 하측에 하나의 반도체부를 가지며, 상기 반도체부는 상기 전하전송수단을 향한 방향으로 일정한 구배의 불순물 분포농도를 갖는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
- 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,상기 불순물분포농도의 경사가 제 1불순물의 분포농도가 그러한 제 1불순물과 반대쪽에 있으면서 상기 전하전송수단을 향해갈수록 점점 낮아지는 제 2 불순물의 분포농도에 비해 더 높은 제 1a구조나, 또는, 상기 제 1불순물의 분포농도와 상기 제 2불순물의 분포농도가 맞바뀐 제 1b구조를 갖는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
- 제 5 항에 있어서,상기 분포농도의 경사가 적어도 두가지 이상의 이온주입에 의해 이루어진 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
- 제 6항에 있어서,상기 광전변환부의 근처에 설치된 적어도 하나 이상의 상기 제 1수단의 상기 반도체부가 적어도 두가지 이상의 이온주입에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
- 제 4항 또는 제 5항에 있어서,적어도 하나 이상의 상기 전극이 상기 전극의 에지가 상기 전극의 근처에 설치되어 있는 적어도 하나 이상의 상기 광전변환부들의 전부 또는 일부를 덮도록 이루어진 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
- 제 9항에 있어서,상기 적어도 하나 이상의 전극들에는 상이한 구동펄스를 갖는 전압들이 공급되는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
- 제 9항에 있어서,상기 반도체부가 적어도 하나 이상의 델타형이나 팬형의 주입구역이 P형 불순물에 속하고 상기 델타형이나 팬형의 한 폭이 상기 전하전송수단을 향할수록 작아지는 제 1판독구조를 갖는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
- 제 9항에 있어서,상기 반도체부가 적어도 하나 이상의 델타형이나 팬형의 주입구역이 N형 불순물에 속하고 상기 델타형이나 팬형의 한 폭이 상기 전하전송수단을 향할수록 작아지는 제 1판독구조를 갖는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
- 제 9항에 있어서,상기 반도체부가 상기 제 1 및 제 2 불순물들 중의 하나 또는 둘다가 적어도하나 이상의 이온주입에 의해 이루어진 제 3판독구조를 갖는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
- 제 9항에 있어서,상기 반도체부가 적어도 하나 이상의 전극이 반도체기층위의 산화막을 거쳐 형성되고 Y방향으로의 상기 적어도 하나 이상의 전극의 폭이 Y방향으로 상기 전하전송수단을 향해갈수록 커지는 제 4판독구조를 갖는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
- 제 11항에 있어서,상기 제 1판독구조가 제 1 및 제 2의 광전변환부들과 제 2 및 제 3의 광전변환부들의 사이의 경계들 중의 적어도 하나 이상에 이용되고 있고, 상기 제 1 내지 제 3의 광전변환부들은 Y방향으로 연속적으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
- 제 1항, 제 3항, 제 4항 및 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,각각의 상기 단위화소에서의 상기 전하전송수단의 전송전극들의 수는 4개인 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
- 제 14항에 있어서,8개의 상이한 구동펄스들이 Y방향으로 연속적으로 배치된 두 개의 단위 화소들의 상기 전하전송수단의 총 8개의 전송전극들에 반복적으로 가해지는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
- 제 14항에 있어서,두 개의 연속적인 단위화소들에 의해 소유된 전하전송수단(CCD에 의해 대표됨)을 위해 하나의 신호전하전송패킷이 상기 8개의 전송전극들의 연속적인 전극들의 아래에 배치되어 있으며, 상기 연속적인 전극들의 수는 최대로 7개인 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
- 제 14항에 있어서,두 개의 연속적인 단위화소들에 의해 소유된 전하전송수단(CCD에 의해 대표됨)을 위해 적어도 두 개 이상의 신호전하 전송패킷들이 배치되어 있으며, 상기 적어도 두 개 이상의 신호전하전송패킷들의 사이에는 적어도 하나 이상의 전위장벽이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
- 제 16항에 있어서,A와 B의 연속적인 단위화소들에 의해 소유된 전하전송수단(CCD에 의해 대표됨)을 위해 총 8개의 연속적인 전송전극들을 갖는 제 1 및 제 2의 신호전하전송패킷들이 배치되어 있으며, 상기 단위화소 A의 제 1축적기간 동안 전자기파나 또는 X선신호에 의해 발생된 제 1신호전하A 및 상기 단위화소 B의 제 2축적기간 동안에 전자기파나 또는 X선에 의해 발생된 제 1신호전하 B가 상이한 판독시기들에서 상기 제 1신호전하패킷에 부가되어 혼합되며, 상기 단위 화소 A의 제 3축적기간 동안 전자기파나 또는 X선에 의해 발생된 제 2신호전하 A 및 상기 단위화소 B의 제 4축적기간 동안 전자기파나 또는 X선에 의해 발생된 제 2신호전하 B가 상이한 판독시기들에서 상기 제 2신호전하패킷에 대해 부가되어 혼합되고 전송되는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
- 제 16항에 있어서,A와 B의 연속적인 단위화소들에 의해 소유된 전하전송수단(CCD에 의해 대표됨)을 위해 총 8개의 연속적인 전송전극들을 갖는 제 1 및 제 2의 신호전하전송패킷들이 배치되어 있으며, 상기 단위화소 A의 제 1축적기간 동안 전자기파나 또는 X선신호에 의해 발생된 제 1신호전하A 및 상기 단위화소 B의 제 2축적기간 동안에 전자기파나 또는 X선에 의해 발생된 제 1신호전하 B가 상이한 판독시기들에서 상기 제 1신호전하패킷에 부가되어 혼합되며, 상기 단위 화소 A의 제 3축적기간 동안 전자기파나 또는 X선에 의해 발생된 제 2신호전하 A 및 상기 단위화소 B의 제 4축적기간 동안 전자기파나 또는 X선에 의해 발생된 제 2신호전하 B가 상이한 판독시기들에서 상기 제 2신호전하패킷에 대해 부가되어 혼합되고, 상기 제 1 및 제 2의 축적기간들과 상기 제 3 및 제 4의 축적기간들 중의 적어도 하나 이상은 동일한 축적기간을 갖는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
- A와 B의 연속적인 단위화소들에 의해 소유된 전하전송수단(CCD에 의해 대표됨)을 위해 총 8개의 연속적인 전송전극들을 갖는 제 1 및 제 2의 신호전하전송패킷들이 배치되어 있으며, 상기 단위화소 A의 제 1축적기간 동안 전자기파나 또는 X선신호에 의해 발생된 제 1신호전하A 및 상기 단위화소 B의 제 2축적기간 동안에 전자기파나 또는 X선에 의해 발생된 제 1신호전하 B가 동일한 판독시기에서 판독되어 상기 제 1신호전하패킷에 부가되어 혼합되며, 상기 단위화소 A의 제 3축적기간 동안 전자기파나 또는 X선에 의해 발생된 제 2신호전하 A 및 상기 단위화소 B의 제 4축적기간 동안 전자기파나 또는 X선에 의해 발생된 제 2신호전하 B가 동일한 판독시기에서 판독되어 상기 제 2신호전하패킷에 대해 부가되어 혼합되고, 상기 제 1 및 제 2의 축적기간들과 상기 제 3 및 제 4의 축적기간들 중의 적어도 하나 이상은 동일한 축적기간을 갖는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치의 구동방법.
- 제 22항에 있어서,신호전하축적기간에 대응하는 NTSC신호의 A필드와 B필드의 각각에서 전자식 셔터작동이 VOD(Vertical Overflow Drain)에 의해 대표되는 수단에 의해 수행되고, 그럼으로써, 제 1 내지 제 4의 축적기간들에 대한 총 기간을 조절하는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치의 구동방법.
- 제 22항에 있어서,신호전하축적기간에 대응하는 NTSC신호의 A필드와 B필드의 각각에서 전자식 셔터작동이 VOD(Vertical Overflow Drain)에 의해 대표되는 수단에 의해 수행되고, 그럼으로써, 제 1 및 제 2의 축적기간들을 조절하는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치의 구동방법.
- 제 22항에 있어서,신호전하축적기간에 대응하는 NTSC신호의 A필드와 B필드의 각각에서 전자식 셔터작동이 VOD(Vertical Overflow Drain)에 의해 대표되는 수단에 의해 수행되고, 그럼으로써, 제 3 및 제 4의 축적기간들을 조절하는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치의 구동방법.
- 제 22항에 있어서,신호전하축적기간에 대응하는 NTSC신호의 A필드와 B필드의 각각에서 전자식 셔터작동이 VOD(Vertical Overflow Drain)에 의해 대표되는 수단에 의해 수행되고, 그럼으로써, 제 1 내지 제 4의 축적기간들을 조절하면서도, 상기 제 1 및 제 2의 축적기간들에 대한 제 3 및 제 4의 축적기간들의 축적기간비율을 일정하게 유지하거나 또는 상기 축적기간비율을 8% 이하로 유지하는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치의 구동방법.
- 제 20항 또는 제 21항에 있어서,상기 고체촬상장치가 상기 제 1 내지 제 4의 축적기간들이나 또는 상기 제 1 내지 제 4의 축적기간들을 설정하는 계수기의 계수치를 외부의 장치로부터 수신하거나 그러한 외부의 장치로 송신하는 인터페이스를 부가적으로 포함하고, 상기 계수치는 축적기간에 대응하는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
- 제 22항에 있어서,상기 고체촬상장치의 구동방법이 상기 제 1 내지 제 4의 축적기간들이나 또는 상기 제 1 내지 제 4의 축적기간들을 설정하는 계수기의 계수치를 외부의 장치로부터 수신하거나 그러한 외부의 장치로 송신하는 인터페이스를 부가적으로 포함하고, 상기 계수치는 축적기간에 대응하는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치의 구동방법.
- 제 6항에 있어서,상기 분포농도의 경사가 적어도 두 가지 이상의 이온주입에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1019960010796A KR100384416B1 (ko) | 1995-04-10 | 1996-04-10 | 고체촬상장치및그구동방법 |
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| Country | Link |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101943970B1 (ko) | 2017-12-11 | 2019-01-30 | 김정련 | 이동식 이미용 작업대 |
-
1996
- 1996-04-10 KR KR1019960010796A patent/KR100384416B1/ko not_active IP Right Cessation
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|---|---|---|---|---|
| KR101943970B1 (ko) | 2017-12-11 | 2019-01-30 | 김정련 | 이동식 이미용 작업대 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR960039870A (ko) | 1996-11-25 |
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