KR100391890B1 - 전하전송장치및그구동방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 출력파형에의 커플링을 방지하면서 출력게이트부의 전송효율을 확실히 향상시킬 수 있는 전하전송장치 및 그 구동방법을 제공하는 것이다. 2상 구동방식의 전하전송장치에 있어서, 전하전송부의 최종단(最終段)의 하나 앞의 단을 구동하는 전송클록H2을 2개의 저항에 의하여 소정의 분할비로 분할함으로써 전송클록H2과 동위상이고 또한 그 클록진폭보다 소진폭의 구동펄스OG를 생성하고, 이 구동펄스
Description
본 발명은 전하전송장치 및 그 구동방법에 관한 것이며, 특히 CCD에리어센서의 수평전송레지스터나 CCD리니어센서의 전송레지스터, 또한 CCD지연소자의 전송레지스터로서 사용하여 적합한 2상 구동방식의 전하전송장치 및 그 구동방법에 관한 것이다.
2상 구동방식의 CCD전하전송장치에서는, 제7도에 나타낸 바와 같이, 전하전송부(71)의 최종단(最終段)(H1)으로부터 전하검출부(72)로 신호전하를 전송하는 출력게이트부(73)에 있어서, 그 게이트전극(74)에 소정의 직류전위 E를 DC바이어스로서 인가하는 것이 주류이다. 이와 같이, 출력게이트부(73)의 게이트전극(74)에 DC바이어스를 부여함으로써, 클록구동한 경우의 커플링을 저감할 수 있는 이점이 있다. 여기에 커플링이라는 것은 출력게이트부(73)의 게이트전극(74)과 전하검출부(72)의 부유(浮遊)영역과의 사이의 기생(寄生)용량에 기인하는 용량결합에 의하여 출력파형이 변동하는 것을 말한다.
그러나, 전술한 출력게이트부(73)의 게이트전극(74)에 DC바이어스를 부여하는 구성의 전하전송장치에서는, 출력파형에의 커플링을 저감할 수 있는 이점이 있는 반면 출력게이트부(73)의 포텐셜이 고정으로 되므로, 제8도에 나타낸 바와 같이, 전하전송부(71)의 최종단에서의 취급전하량을 결정하는 전하전송부(71)의 최종단파 출력게이트부(73)와의 전송전위차 △1는 전하전송부(71)의 전송클록H1,H2의 진폭의 절반분 또는 그 이하로까지 작아지므로, 출력게이트부(73)의 전송효율이 악화되기 쉽다는 문제가 있었다.
이 문제를 해결하기 위하여, 전하전송부의 최종단의 하나 앞의 단(段)을 구동하는 전송클록을 미분하고, 그 미분파형을 출력게이트부의 게이트전극에 인가하도록 한 전하전송장치가 알려져 있다. 즉, 제9도에 그 구성을 나타낸 바와 같이, 전하전송부(91)의 최종단의 하나 앞의 단을 구동하는 전송클록H2을 CR미분회로(92)에 의하여 미분하고, 그 미분파형에 의하여 출력게이트부(93)를 구동한다는 것이다. (일본국 특개평 6(1994) - 78220호 공보 참조).
이 구성에 의하면, 전하전송부(91)의 최종단으로부터 출력게이트부(93)를 통하여 전하검출부(95)로 신호전하를 전송할 때, 게이트전극(94)에 미분파형이 인가됨으로써, 출력게이트부(93)의 포텐셜이 일시적으로 깊어지고, 그동안 전하전송부(91)의 최종단과 출력게이트부(93)와의 전송전위차 △1가 커지므로, 출력게이트부(93)의 전송효율을 향상시킬 수 있는 것이다.
그러나, 상기 구성의 종래의 전하전송장치에서는, 전송클록H2을 미분하여 출력게이트부(93)의 게이트전극(94)에 인가하도록 하고 있으므로, 전송전위차 △1를 일시적으로 크게 할 수 있는 것은 미분기간만이고, 그 미분기간만으로는 전송시간으로서는 불충분하였다. 또, 2상의 전송클록H1,H2이 제10도에 실선으로 나타낸 바와 같이 완전히 역위상이면 전혀 문제는 없지만, 제10도에 파선으로 나타낸 바와 같이 전송클록H2의 위상이 어긋난 경우에는, 미분파형이 소멸한 후에 전송클록H1이 "L"레벨, 전송클록H2이 "H"레벨로 되고, 전하전송부(91)의 최종단으로부터 전하검출부(95)에의 신호전하의 전송동작이 개시되게 되므로, 전술한 효과를 얻을 수 없다는 문제가 있었다.
본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적으로 하는 바는 출력파형에의 커플링을 방지하면서 출력게이트부의 전송효율을 확실하게 향상시킬 수 있는 전하전송장치 및 그 구동방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명에 의한 전하전송장치에서는, 전송클록을 수신하여, 신호전하를 전송하는 전하전송부와, 전하전송부의 최종단 근방에 위치하는 출력게이트부와, 출력게이트부의 근방에 위치하고, 전하전송부로부터 전송된 신호전하를 검출하는 전하검출부와, 전송클록과 실질적으로 동위상이고 또한 그 전송클록의 진폭보다 소진폭의 클록을 생성하고, 이 클록을 출력게이트부에 인가하는 수단과로 이루어지는 구성으로 되어 있다.
본 발명에 의한 전하전송장치의 구동방법에서는, 전하전송부와, 전하전송부의 근방에 위치하는 출력게이트부와, 출력게이트부의 근방에 위치하는 전하검출부와를 가지는 전하전송장치의 구동방법으로서, 전하전송부에 다상(多相)의 전송클록을 공급하고, 전송클록과 실질적으로 동위상이고 또한 그 전송클록의 진폭보다 소진폭의 클록을 출력게이트부에 인가하는 스텝으로 이루어져 있다.
상기 전하전송장치에 있어서, 전하전송부의 최종단의 하나 앞의 단을 구동하는 전송클록을 저항분할함으로써, 당해 전송클록과 동위상이고 또한 그 클록진폭보다 소진폭의 구동펄스가 얻어진다. 이 구동펄스를 출력게이트부의 전극에 인가함으로써, 전하전송부의 최종단으로부터 전하검출부로 신호전하를 전송할 때, 그 전송기간에 있어서 출력게이트부의 포텐셜이 깊어진다. 이로써, 전하전송부의 최종단과출력게이트부와의 전송전위차가 확대되므로, 출력게이트부의 전송효율이 높아진다.
상기 구동방법에 있어서, 전하전송부의 최종단의 하나 앞의 단을 구동하는 전송클록과 동위상이고 또한 그 클록진폭보다 소진폭의 구동펄스를 생성하고, 이 구동펄스를 출력게이트부의 전극에 인가함으로써, 전하전송부의 최종단으로부터 전하검출부로 신호전하를 전송할 때, 그 전송기간에 있어서 출력게이트부의 포텐셜이 깊어진다. 이로써, 전하전송부의 최종단과 출력게이트부와의 전송전위차가 확대되므로, 출력게이트부의 전송효율이 높아진다.
다음에, 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.
제1도는 본 발명에 의한 전하전송장치의 일실시예를 나타낸 구성도이다. 제1도에 있어서, N형 반도체기판(11)의 표면측에는, P형 웰(12)을 통하여 N형의 채널(13)이 형성되어 있다. 이 N형의 채널(13)의 표면부에는, N-형의 트랜스퍼(TR)영역(15)이 제1도의 좌우방향으로 일정한 피치로 형성되고, 이 트랜스퍼영역(15,15) 사이의 채널영역이 스토리지(ST)영역(14)으로 되어 있다. 이 스토리지영역(14)의 위쪽에는 1층째의 폴리실리콘으로 이루어지는 전극(16)이, 트랜스퍼영역(15)의 위쪽에는 2층째의 폴리실리콘으로 이루어지는 전극(17)이 각각 절연막 (도시하지 않음)을 통하여 형성되어 있다. 그리고, 인접하는 전극(16,17)이 쌍으로 되고, 이 전극쌍(16,17)에 대하여 그 배열방향으로 교호로 2상의 전송클록H1,H2이 인가됨으로써, 2상 구동의 전하전송부(18)가 구성되어 있다.
이 전하전송부(18)에 있어서, 최종단의 전극(16)에 인접하여 2층째의 폴리실리콘으로 이루어지는 게이트전극(19)이 형성되어 있으며, 이 게이트전극(19)은 그 아래의 채널영역과 함께 출력게이트부(20)를 구성하고 있다. 이 출력게이트부(20)에 있어서, 게이트전극(19)에는 제1, 제2의 저항 R1, R2의 각 일단이 전기적으로 접속되어 있다. 제1의 저항 R1의 타단은 기준전위점인 그라운드 (접지)에 전기적으로 접속되어 있다. 또, 제2의 저항 R2의 타단에는, 전하전송부(18)의 최종단의 하나 앞의 단을 구동하는 전송클록H2이 인가된다. 이로써, 게이트전극(19)에는, 전송클록H2이 제1, 제2의 저항 R1, R2에 의하여 소정의 분할비로 분할되어구동펄스OG로서 인가된다. 즉, 출력게이트부(20)는 전송클록H2과 동위상이고 또한 그 전송클록H2의 진폭보다 소진폭의 구동펄스OG에 의하여 구동되게 된다. 그리고, 제1, 제2의 저항 R1, R2의 분할비는 필요에 따라서 임의로 선정된다.
전하전송부(18)에 의하여 전송된 신호전하는 이 출력게이트부(20)를 통하여 전하검출부(21)에 출력된다. 이 전하검출부(21)는, 예를 들면 출력게이트부(20)에 인접하여 형성된 N+형의 플로팅디퓨전(FD)(22)과, 이 플로팅디퓨전(22)의 옆에 채널영역(23)을 사이에 두고 형성된 N+형의 리셋드레인(RD)(24)과, 채널영역(23)의 위쪽에 절연막 (도시하지 않음)을 통하여 형성된 리셋게이트(RG)(25)로 이루어지는 플로팅디퓨전앰프구성으로 되어 있다. 이 전하검출부(21)에 있어서, 리셋드레인(24)에는 일정한 리셋전압 Vrd이 인가되는 동시에, 리셋게이트(25)에는 리셋게이트펄스RC가 인가되어 있다. 그리고, 플로팅디퓨전(22)에 주입된 신호전하는 전압으로 변환되어 버퍼(26)를 통하여 외부로 도출된다.
제2도는 2상의 전송클록H1,H2, 출력게이트부(20)의 구동펄스OG 및 리셋게이트펄스RG의 파형도이다. 이 파형도의 시점 t1∼t3에서의 동작에 대하여, 각 시점 t1∼t3에 대응하는 포텐셜상태를 나타내는 제3도의 포텐셜도를 참조하여 설명한다. 먼저, 시점 t1에서는, 전송클록H1이 "H"레벨 (전원레벨), 전송클록H2이 "L"레벨(접지레벨)의 상태에 있고, 전하전송부(18)에 있어서,H1의 단의 포텐셜이 깊고,H2의 단의 포텐셜이 얕아지므로,H2의 단의 스토리지영역(14)에 축적되어 있던 신호전하가H1의 단의 스토리지영역(14)에 전송된다. 이 때, 리셋게이트펄스RG도 "H"레벨의 상태에 있으므로, 리셋게이트(25)의 아래의 포텐셜이 깊어진다. 이로써, 플로팅디퓨전(22)의 전위가 리셋드레인(24)의 전위 Vrd에 리셋된다.
다음에, 시점 t2에서는 전송클록H1,H2이 시점 t1과 동일 상태에 있으므로,H1,H2의 각 단의 포텐셜에 변화는 없고, 신호전하는H1의 단의 스토리지영역(14)에 축적되어 있다. 이 때, 리셋게이트펄스RG가 "H"레벨로부터 "L"레벨로 천이하므로, 리셋게이트(25)의 아래의 포텐셜이 깊은 상태로부터 얕은 상태로 변화한다.
다음에, 시점 t3에서는, 전송클록H1이 "L"레벨, 전송클록H2이 "H"레벨의 상태에 있고, 전하전송부(18)에 있어서,H1의 단의 포텐셜이 얕고,H2의 단의 포텐셜이 깊어지므로,H1의 단의 스토리지영역(14)에 축적되어 있던 신호전하가 출력게이트부(20)를 통하여 플로팅디퓨전(22)에 전송된다. 이 전송기간에 있어서, 출력게이트부(20)의 게이트전극(19)에는 구동펄스OG가 인가되므로, 제3도에 파선으로 나타낸 바와 같이, 출력게이트부(20)의 포텐셜이 구동펄스OG의 파고치에 상당하는 분만큼 깊은 상태로 된다. 이로써, 전하전송부(18)의 최종단과 출력게이트부(20)와의 전송전위차 △2가 확대된다.
전술한 바와 같이, 전송클록H2과 동위상이고 또한 그 클록진폭보다 소진폭의 구동펄스OG에 의하여 출력게이트부(20)를 구동하도록 함으로써, 전하전송부(18)의 최종단H1에 축적된 신호전하를 출력게이트부(20)를 통하여 플로팅디퓨전(22)으로 전송할 때, 전하전송부(18)의 최종단과 출력게이트부(20)와의 전송전위차 △2를 확대할 수 있으므로, 출력게이트부(20)의 전송효율을 향상시킬 수 있다.
특히, 전송클록H2을 저항분할함으로써 구동펄스OG를 얻도록 하였으므로, 위상관리 등을 행하지 않아도 간단한 구성으로, 전송클록H2과 동위상이고 또한 그 클록진폭보다 소진폭의 구동펄스OG를 생성할 수 있는 이점이 있다. 또, 출력게이트부(20)를 전송클록H2에 동기(同期)하여 구동하는 클록구동으로 해도, 구동펄스OG의 진폭은 전송클록H2의 진폭보다 소진폭이므로, 출력파형에의 커플링도 최소한으로 억제할 수 있다.
제4도는 본 발명에 의한 전하전송장치의 다른 실시예를 나타낸 구성도이고, 도면중, 제1도와 동등 부분에는 동일 부호를 붙여서 나타내고 있다. 본 실시예에서는, 게이트전극(19)에 접속된 제1, 제2의 저항 R1, R2 중, 제2의 저항 R2의일부(R2a)에 스피드업콘덴서 C를 병렬로 접속한 구성으로 되어 있으며, 그것 이외는 제1도의 구성과 전혀 동일하고, 동일 부분의 설명에 대하여는 중복되므로 생략한다. 여기서, 제1, 제2의 저항 R1, R2에 대하여는, 예를 들면 제5도에 나타낸 바와 같이, 폴리실리콘(Poly)전극(51)을 선형으로 길게 패터닝함으로써 형성할 수 있다. 한편, 스피드업콘덴서 C에 대하여는, 이 폴리실리콘전극(51)상의 일부에 알루미늄(Al)전극(52)을 패터닝하는 것만의 간단한 구조로, 폴리실리콘전극(51)과 알루미늄전극(52)과의 사이에 콘덴서 C를 형성할 수 있다.
여기서, 스피드업콘덴서 C를 부가한 이유에 대하여 설명한다. 출력게이트부(20)에 있어서, 게이트전극(19)에 기생용량이 붙으면, 게이트전극(19)에 접속된 제1, 제2의 저항 R1, R2과의 사이에 CR적분회로가 형성되게 된다. 그러면, 전송클록H2을 저항분할하여 얻어지는 구동펄스OG의 파형이 제2도에 파선으로 나타낸 바와 같이 둔화되는 것이 우려된다. 제1, 제2의 저항 R1, R2의 각 저항치를 작게 설정하면 문제는 없지만, 이것으로는, 전송클록H2으로부터 본 입력임피던스가 저하하여, 전송클록H2의 드라이버의 소비전력이 증가하게 된다.
그런데, 본 실시예에 있어서는, 제2의 저항 R2의 일부(R2a)에 스피드업콘덴서 C를 병렬로 접속함으로써, 전송클록H2의 상승시 및 하강시에는 전송클록H2이 스피드업콘덴서 C를 통하여 인가되게 되므로, CR적분회로에 의한 구동펄스OG의 파형의 둔화를 간단한 구조로 회피할 수 있다. 이로써, 제2도에 실선으로 나타낸 바와 같이, 파형이 둔화되지 않은 구동펄스OG를 얻을 수 있으므로, 전하전송부(18)의 최종단과 출력게이트부(20)와의 전송전위차 △2를 충분히 확대하여, 전송효율을 향상시킬 수 있다.
그리고, 본 실시예에서는, 제2의 저항 R2의 일부(R2a)에 스피드업콘덴서 C를 병렬로 접속하는 것으로 하였으나, 제2의 저항 R2의 전부에 대하여 병렬로 스피드업콘덴서 C를 접속하도록 해도 되고, 또 스피드업콘덴서 C의 용량치나 병렬접속하는 부분 (R2a)의 저항치에 대하여는 필요에 따라서 임의로 설정하는 것이 가능하다.
또, 상기 각 실시예에서는, 전하검출부(21)로서, 플로팅디퓨전앰프구성의 것을 사용한 경우에 대하여 설명하였으나, 이것에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 제6도에 나타낸 바와 같이, 플로팅게이트앰프구성의 것에도 동일하게 적용할 수 있는 것이다. 플로팅게이트앰프구성의 경우에는, 출력게이트부(20)가 OG1과 OG2의 2개 존재하기 때문에, 전하전송부의 최종단의 하나 앞의 단을 구동하는 전송클록H2을 저항 (R1, R2)분할함으로써 얻어지는 구동펄스OG에 의하여 출력게이트부 OG1를 구동하면 된다.
또한, 상기 실시예에서는, 2상 구동방식의 전하전송부에 적용하였으나, 본 발명은 다상구동방식에 의한 전하전송장치에서도 적용할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 전하전송부의 최종단의 하나 앞의 단을 구동하는 전송클록과 동위상이고 또한 그 클록진폭보다 소진폭의 구동펄스로 출력게이트부를 구동하도록 함으로써, 전하전송부의 최종단에 축적된 신호전하를 출력게이트부를 통하여 전하검출부로 전송할 때, 전하전송부의 최종단과 출력게이트부와의 전송전위차를 확대할 수 있으므로, 출력게이트부의 전송효율을 향상시킬 수 있고, 또한 구동펄스가 소진폭이므로 출력파형에의 커플링도 최소한으로 억제할 수 있게 된다. 이로써, 특히 칩의 저전원전압화에 따르는 전송클록의 저진폭화시에 그 효과를 발휘할 수 있다. 환언하면, 칩의 저전원전압화에 기여할 수 있게 된다.
또, 전하전송부의 최종단의 하나 앞의 단을 구동하는 전송클록을 저항분할함으로써 출력게이트부의 구동펄스를 얻도록 함으로써, 외부단자를 증가시키거나, 위상관리를 행하지 않아도, 전송클록과 동위상이고 또한 그 클록진폭보다 소진폭의 구동펄스를 생성할 수 있으므로, 출력게이트부의 구동펄스를 생성하기 위한 회로구성을 매우 간단히 실현할 수 있게 된다. 그리고, 본 발명에 의한 전하전송장치는 CCD에리어센서의 수평전송레지스터나 CCD리니어센서의 전송레지스터, 또한 CCD지연소자의 전송레지스터로서 사용된다.
제1도는 본 발명에 의한 전하전송장치의 일실시예를 나타낸 구성도.
제2도는 전하전송장치의 동작설명을 위한 클록펄스의 파형도.
제3도는 전하전송장치의 동작설명을 위한 포텐셜도.
제4도는 본 발명에 의한 전하전송장치의 다른 실시예를 나타낸 구성도.
제5도는 다른 실시예에 관한 단면구조도.
제6도는 플로팅게이트앰프에의 적용예를 나타낸 구성도.
제7도는 전하전송장치의 일종래예를 나타낸 구성도.
제8도는 전하전송장치의 종래예에 관한 포텐셜도.
제9도는 전하전송장치의 다른 종래예를 나타낸 구성도.
제10도는 종래의 문제점을 설명하는 파형도.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
14 : 스토리지영역, 15 : 트랜스퍼영역, 18 : 전하전송부, 19 : 게이트전극, 20 : 출력게이트부, 21 : 전하검출부, 22 : 플로팅디퓨전(FD), 24 : 리셋드레인(RD), C : 콘덴서, R1 : 제1의 저항, R2 (R2a, R2b) : 제2의 저항.
Claims (11)
- 전송 클록을 수신하여, 신호 전하를 전송하는 전하 전송부,상기 전하 전송부의 최종단(最終段) 근방에 위치하는 출력 게이트부,상기 출력 게이트부의 근방에 위치하고, 상기 전하 전송부로부터 전송된 신호전하를 검출하는 전하 검출부, 그리고상기 전하 전송부의 최종단의 하나 앞의 단을 구동하는 전송 클록과 실질적으로 동위상이고 상기 전송 클록의 진폭보다 소진폭의 클록을 생성하여 상기 출력게이트부에 인가하는 수단을 포함하는 특징으로 하는 전하 전송 장치.
- 제1항에 있어서,상기 수단은 일단이 상기 출력 게이트부에 접속되고 타단이 기준 전위점에 접속된 제1 저항과, 일단이 상기 출력 게이트부에 접속되고 타단에 상기 전송 클록이 인가되는 제2 저항으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전하 전송 장치.
- 제1항에 있어서,상기 전송 클록은 2상(相)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전하 전송 장치.
- 제1항에 있어서,상기 출력 게이트부에 공급된 소진폭의 클록은 상기 전하 전송부의 최종단에 인가된 전송 클록과 위상이 어긋나는 것을 특징으로 하는 전하 전송 장치.
- 제1항에 있어서,상기 전하 검출부는 플로팅 디퓨전 앰프(floating diffusion amplifier)인 것을 특징으로 하는 전하 전송 장치.
- 제1항에 있어서,상기 전하 검출부는 플로팅 게이트 앰프(floating gate amplifier)인 것을 특징으로 하는 전하 전송 장치.
- 제2항에 있어서,상기 제2 저항의 최소한 일부에 콘덴서가 병렬로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 전하 전송 장치.
- 2상의 전송 클록을 수신하여, 신호 전하를 전송하는 전하 전송부,상기 전하 전송부의 최조단 근방에 위치하는 출력 게이트부,상기 출력 게이트부의 근방에 위치하고, 상기 전하 전송부로부터 전송된 신호 전하를 검출하는 전하 검출부.일단이 상기 출력 게이트부에 접속되고 타단이 기준 전위점에 접속된 제1 저항, 그리고일단이 상기 출력 게이트부에 접속되고 타단에 상기 전하 전송부의 최종단의 하나 앞의 단을 구동하는 상기 전송 클록이 인가되는 제2 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 전하 전송 장치.
- 제8항에 있어서,상기 제2 저항의 최소한 일부에 콘덴서가 병렬로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 전하 전송 장치.
- 전하 전송부, 상기 전하 전송부의 근방에 위치하는 출력 게이트부, 및 상기 출력 게이트부의 근방에 위치하는 전하 검출부를 포함하는 전하 전송 장치의 구동방법으로서,상기 전하 전송부에 다상(多相)의 전송 클록을 공급하는 단계, 그리고상기 전하 전송부의 최종단의 하나 앞의 단을 구동하는 전송 클록과 실질적으로 동위상이고 상기 전송 클록의 진폭보다 소진폭의 클록을 상기 출력 게이트부에 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전하 전송 장치의 구동방법.
- 제10항에 있어서,
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