KR860000073B1 - 고체촬상소자(固體撮像素子) - Google Patents

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도시히사 쓰까다
노리오 고이께
도시유끼 아끼야마
이와오 다께모도
시게루 시마다
츄우시로오 구사노
신야 오오바
하루오 마쓰마루
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가부시기가이샤 히다찌 세이사꾸쇼
미다 가쓰시게
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Abstract

내용 없음.

Description

고체촬상소자(固體撮像素子)
제1도는 종래의 고체촬상소자의 등가회로를 나타낸 도면.
제2도는 구 수광부(受光部)의 단면도.
제3도는 본원 발명의 고체촬상소자의 예의 등가회로를 나타낸 도면.
제4도는 그 소자의 동작타이밍차아트를 나타낸 도면.
제5a도, 제5b도는 신호독출부의 등가회로이며, 각기 종래예의 소자의 것 및 본원 발명의 소자의 것을 나타낸 도면.
제6도는 전위 V30' 및 출력전류 I7'의 변화를 나타낸 도면.
제7도, 제8도는 각기 본원 발명의 고체촬상소자의 단면도.
제9도, 제10도는 각기 신호독출부의 등가회로도.
제11도는 증폭용 트랜지스터의 리세트시의 등가회로도.
제12도는 증폭용 트랜지스터의 드레인전압-전류의 관계를 나타낸 도면.
제13도, 제14도, 제15도는 각기 본원 발명의 고체촬상소자 주요부의 등가회로도.
제16도, 제15도에 등가회로를 나타낸 소자, 동작타이밍 차아트를 나타낸 도면.
제17도, 제21도는 각기 본원 발명의 고체촬상소자의 등가회로를 나타낸 도면.
제18~제20도는 고체촬상소자의 동작을 설명하는 도면.
제22도는 출력신호전류의 특성을 나타낸 도면.
본원 발명은 텔레사전카메라 등에 사용되는 고체촬상장치에 관한 것이다.
제1도는 종래의 고체촬상소자를 설명하기 위한 도면이다. 광(光)다이오우드(1)와 이광다이오우드(1)를 소오스 확산영역으로 하는 스위칭용 MOS형 트랜지스터(2)로 구성되는 화소(畵素)를 2차원상으로 배열하고 촬상화면의 수직방향 1렬로 배열된 광전환 변환소자는 신호선(5)에 의해 일괄(一括)되며, 각 열마다 수평주사용 MOS형 트랜지스터(3)와 수평신호선(6)을 통해서 출력단(7)에 접속되어 있다. MOS형 스프트레지스터로 이루어진 수평주사회로(9)와 수직주사회로(10)가 있으며, 수평주사회로(9)는 제어선(8)을 통해 상기 수평주사용 MOS트랜지스터(3)의 게이트를 제어하여 수평주사를 하며, 수직주사회로(10)는 촬상 화면의 수평방향 1렬로 배열된 각 광전변환소자의 스위칭용 MOS트랜지스터(2)의 게이트를 각 열마다 제어선(4)에 의해 일괄해서 직접 제어하여 수직주사를 한다.
다음의 설명에 있어서의 전자를 신호전하로 하는 n채널형 장치로서 기술하지만, 도전형 및 극성을 반대로 함으로써, 정공(正孔)을 신호전하로 하는 p채널형 장치에 대해서도 전혀 똑같이 설명할 수 있다.
빛에 의해 발생한 전자는 광다이오우드(1)의 접합용량에 축적된다. 읽어낼 때에는 수직주사회로(10)가 내는 정(正)의 주사펄스에 의해, 제어선(4)을 통해서 스위칭용 MOS트랜지스터(2)를 도통시키고, 제어선(8)을 통해서 수평주사회로(9)가 내는 정의 주사펄스가 순차 수평주사용 MOS트랜지스터(3)를 도통시킨다. 이와 같이해서 한번 주사된 후, 다음에 주사되기까지의 기간, 화소에 입사한 빛이 광다이오우드(1)에 의해 전하로 변환되며, 광다이오우드(1)의 접합용량에 축적되어 있던 것이 신호전하로서 순차 독출(讀出)된다.
제1도의 촬상소자에는 스위칭용 MOS형 트랜지스터(3)의 게이트와 드레인과의 사이에 기생용량(寄生容量)(11)이 존재하고 있다. 이 용량을 통해서 주사회로(9)로부터의 주사펄스가 출력단(7)에 스파아크·노이즈의 형태로 나타난다. 이 스파아크·노이즈의 크기는 스위칭용 MOS트랜지스터(3)의 드레시호울드전압의 불균일성, 용량(11)의 불균일성에 의해 일정하지 않다. 이 때문에 촬상화상의 수직방향으로 고정된 패턴을 갖는 노이즈가 생긴다. 또 제1도의 고체촬상소자나 촬상관에서는 출력단에 나타나는 용량이 일반적으로 10pF전후로 크기 때문에, 화상정보의 주파수가 높은 성분이 이용량을 통해서 기판으로 달아나 버리므로, 이것을 보상하기 위해 촬상소자의 출력단에 접속하는 카메라의 전시증폭기(13)의 고역에서의 증폭률을 높일 필요가 있다. 한편 전치증폭기(13)의 입력단에 사용되는 소자, 예를들면 접합형 전계효과 트랜지스터에서는 주파수에 관계가 없는 강도분포를 갖는 백색잡음을 발생하므로, 상기와 같이 전치증폭기의 고역의 증폭도를 올리면, 고역의 잡음이 크게 증폭되며, 소자의 S/N비가 저하한다.
또한 이 촬상소자에는 또 하나 커다란 문제가 있다. 그것은 휘도, 조도(照度)가 높은 피사체를 찍었을때에, 촬상화면상의 밝은 부분에서 상하로 흰띠를 끄는 블루우밍(blooming)이라고 하는 현상이 있다. 그 원인을 촬상소자의 단면도를 나타낸 제2도의 의거하여 설명한다. (21)은 반도체기판, (1)의 광다이오우드를 형성하고 있는 불순물영역, 또 이 영역은 스위칭용 MOS트랜지스터의 소오스를 겸하고 있다. (17)은 스위칭용 MOS트랜지스터(2)의 드레인, (16)은 채널부이다. 강한 빛(19)이 다이오우드(1)에 조사되었을 경우, 다량의 전자정공대(電子正孔對)가 발생하여, 그것이 광다이오우드(1)의 캐소우드의 전위를 낮추며, 스위칭용 MOS형 트랜지스터(2)의 소오스(15), 채널(16), 드레인(17)으로 형성되는 가로방향 기생트랜지스터(18)를 도통시키고, 다른 열의 화소 독출중에 있어서, 스위칭용 MOS형 트랜지스터(2)가 오프의 상태임에도 불구하고 전자를 수직신호선(14)에 전한다. 이때문에 수직신호선(14)(제1도의 5)에 접속되어 있는 다른 열의 화소에 빛이 조사되고 있지 않을 경우에도 이 전자가 새는 것에 의한 의사신호(疑似信號)가 촬상화면에 수직으로 나타난다.
이상의 잡음, 즉 블루우미이현상은 고체촬상소자 실용화에의 매우 커다란 장애로 되어 있다.
본원 발명의 목적은 S/N비가 높고, 블루우밍에 대해 높은 억제능력을 갖는 고체촬상소자를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본원 발명에 있어서는 광전변환소자를 직접 스위칭용 MOS형 트랜지스터에 접속하지 않고, 일단 광다이오우드의 신호를 증폭용 MOS형 트랜지스터로 미리 증폭하고, 이 출력을 상기 스위칭용 MOS트랜지스터에 접속하는 것이다.
제3도는 본원 발명의 일실시예를 나타낸 회로구성도이다. 증폭용 MOS형 트랜지스터(20)의 게이트를 광다이오우드(1)의 캐소우드에, 드레인을 전원(23)에, 소오스를 스위치용 트랜지스터(2)의 소오스에 각기 접속한다. 또 신호독해 후의 광다이오우드(1)의 캐소우드의 전위를 복귀(리세트)시키기 위해, 리세트용 MOS트랜지스터(24)를 설치하고, 이 드레인을 증폭용 MOS형 트랜지스터(20)의 게이트(광다이오우드(1)의 캐소우드)에, 소오스를 접지 또는 정전압전원(25)에, 게이트를 리세트제어선(26)에 접속한다. 수평·수직주사회로(9)(10)는 제1도의 것과 동등한 것이며, 수직주사회로(10)의 출력은 수직주사제어회로(27)를 통해서 각 화소의 제어선(4), 리세트제어선(26)에 접속되어 있다. 또 도면중(28)은 수직신호선의 용량이다.
제4도는 제3도의 촬상소자의 동작타이밍차아트를 나타내고 있다. 여기서 각 전압전류의 첨자(添子)는 제3도에 있어서의 해당수자 절점(節點)의 전압(V) 또는 전류(I)임을 나타내고 있다. 시각 t0~t1에서 먼저 전위 V26이 H레벨로 되며, 리세트용 MOS트랜지스터(24)가 도통하고, 광다이오우드(1)의 캐소우드 전위 V29를 전압원(25)의 전압 E25에 리세트한다. 시각 t1에서 전위 V26이 L레벨로 떨어지면 빛에 의해 발생한 전하에 의해, 광다이오우드에 충전된 전하가 방전되어 전위 V29는 저하되어 간다. 1피일드, 약 16ms의 축적시간후, 제어선(4)의 전위 V4가 H레벨로 되고, 증폭용 MOS형 트랜지스터(20)의 소오스가 수직 신호선과 접속되어, 이 전압 V30이 증폭용 MOS형 트랜지스터의 게이트 전압 V29에 따라서 도면과 같이 변화한다. 증폭용 MOS형 트랜지스터(20)의 드레인전압 E23을 이 트랜지스터(20)에 게이트에 인가하는 전압 V29에서 이 트랜지스터(20)의 드레서호울드전압 Vth를 뺀 값 V29-Vth보다 크게 해서, 이 트랜지스터를포화영역에서 동작시키면, V30은 다음과 같이 된다.
V30=V29-Vth(1)
이것은 수직신호선 기생용량 C28(제3도중 28)을 증폭용 MOS형 트랜지스터(20)로 충전한 결과 얻어지는 것이다. 그곳에는 다음의 전하 QS
QS=C28·V30=C28(V29-Vth) (2)
가 충전되어 있다. 그리고 이상의 시각 t2~tS의 동작은 수평소거기간내에 행한다. 그후 시각 t4에서 다시 C26를 H레벨로 하여 광다이오우드의 리세트를 행한다. 시각 t5에 수평주사회로로부터의 주사펄스가 V8로 나타낸 바와같이 H레벨로 되며, 신호전류 I7이 부하저항(31)을 통해 독해된다. 여기서 출력으로서 얻어지는 전류 IS는 다음의 식으로 표시된다.
Figure kpo00001
여기서 τr은 수평주사펄스의 주기이다. 이하 본 소자가 종래의 소자와 비교해서, S/N비, 블루우밍 억제능력에서 뛰어나다는 것을 설명한다. 제5a도, 제5b도는 각기 종래의 고체촬상소자의 신호독출부의 등가회로(제1도에 대응)와 증폭용 MOS형 트랜지스터를 사용한 고체촬상소자의 신호독출부의 등가회로(제3도에 대응)를 나타낸 것이다. 여기서(1'), (1")는 각기 광다이오우드의 등가용량 C1'와 입사광 강도에 의해 변화하는 광전류원 Iph를 나타내고 있다. 어떤 겨웅에도 신호독해 후의 광다이오우드(1)의 캐소우드 전압 V29,V2 6'는 바이어스전압원(25)의 전압 E25으로 되며, 이 전압 E25가 용량 I'에 충전된다. 제5a도에 나타낸 구성에서는 독해와 동시에 용량(1')은 충전되지만, 제5b도에 나타낸 구성에서는 독해 후, 리세트용 MOS 트랜지스터(24)(제3도에 표시됨)를 도통해서 단자(29')를 E25에 설정한다. 그후, 1필일드시간 τS(통상 약 17ms)을 들여서 용량(1')의 전하를 광전류원(1")으로 방전해 간다. 1피일드 시간후의 단자(29), (29")의 전압은 모두
Figure kpo00002
로 된다. 제5a도의 경우, 먼저 스위칭용 MOS트랜지스터(2)가 도통해서, 전압(V29을 수직신호선용량 C28에 분배한다. 그때의 단자(30)의 전위는
Figure kpo00003
이다. 수직신호선 용량 C28에 전송되는 신호전하로서는
Figure kpo00004
로 된다. 여기서 C28은 약 5pF, C1'는 약 0.1pF이기 때문에, (6)식은 다음의 식과 같은 근사치로 된다.
Figure kpo00005
즉, 광전류원 Iph에 의해서 축적된 전하가 그대로 수직신호선의 용량(28)에 전해진다. 이 전하는 수평주사용 MOS트랜지스터(3)가 도통하여, 부하저항(7) 또는 전치증폭기를 흐르는 전류로서 검출된다. 그때의 신호전류 I7은 제4도에 나타낸 것과 유사한 스파이크상의 것이지만, 이것을 저역필터를 통하게 함으로써, 신호전하 Q30이 독해시간 τr에 걸쳐 평균화된 전류치
Figure kpo00006
7이 얻어지며, 이것이 영상신호로 된다. 그 전류의 크기는
Figure kpo00007
이다. 이것에 대해서 증폭용 MOS트랜지스터(20)를 내장한 고체촬상소자에서는 (1)식에서 나타낸 바와같이 V29'의 전압에 따라서 용량(28)에 충전되는 전압이 다음과 같이 정해진다.
Figure kpo00008
이것에 의해 용량(28)에 충전되는 전하는
Figure kpo00009
저역통과필터를 통과시킨 다음의 신호전류는
Figure kpo00010
여기서, 제1항목은 광신호에 관계없는 부분이다. 따라서 실효적인 신호전류
Figure kpo00011
7s는
Figure kpo00012
이다. 증폭용 MOS트랜지스터(20)를 사용하지 않는(8)식과 비교해서 C28/C1' 배 만큼 신호가 증가한다. 통상 C28>C1' 이며, 예를 들면 C28은 약 5pF, C1'는 약 0.1pF이므로, 증폭용 MOS트랜지스터(20)는 약 50배의 게인을 갖는다. 이것에 의해 증폭 후, 스위칭용 MOS트랜지스터(3)나 전치증폭기에서 생기는 잡음에 대해서, 신호가 50배나 높기 때문에 S/N비가 50배, 약 34dB나 개선되며, 종래의 고체촬상소자는 물론이고, 촬상관의 S/N비도 초과하는 고성능의 소자를 실현시킬 수 있다.
다음에 블루우밍에 대해서는 강한 입사광이 들어가서, 광다이오우드(1)의 캐소우드전위가 하강해도, 증폭용 MOS 트랜지스터(20)의 게이트산화막에 의해, 스위칭용 MOS 트랜지스터(2)의 소오스와 분리되어 있기 때문에, 앞에서 설명한 바와같은 가로방향 기생트랜지스터가 도통하는 일은 없으며, 블루우밍 현상도 나타나지 않는다. 그리고 구체적인 소자의 구성의 예는 후술한다.
제3도의 고체촬상소자에서는 증폭용 MOS트랜지스터(20)의 드레인에 전원(23)을 접속하고 있지만, 이것을 제3도(34)로서 점선으로 나타낸 것과 같이 접지해도 좋다. 이 경우, 도면에 나타낸 바와같이 출력단(7)에서 부하자항(32)을 통해서 전원저압(33)을 공급한다. 이 전압은 독해와 동시에 수직신호선의 용량(28)에 일단 충전되며, 스위칭용 MOS트랜지스터(2)가 도통했을 때, 증촉용 MOS트랜지스터(20)에 의해 방전된다. 이때의 점(30')의 전위 V30' 및 출력전류 I7'는 제6도에 나타낸 바와같은 것으로 된다.
제7도는 본원 발명의 고체촬상소자의 화소부의 단면도이다. 여기서 (1), (20), (2)는 각광 다이오우드, 증폭용 MOS트랜지스터, 스위칭용 트랜지스터의 부분을 나타내며, (35), (36), (37), (38)은 각기 광다이오우드 및 각 트랜지스터의 소오스, 드레인으로 되는 불순물 영역을 나타낸다. 이들은 기판(21)과는 반대의 도전형으로 되어 있다. 도면에는 생략되어 있지만 불순물 영역(35)의 부분에는 리세트용 트랜지스터(24)의 드레인이, 또 불순물영역(36)의 부분에는 전원전압(23)이 접속되어 있다. 또(39)는 증폭용 트랜지스터(20)와 광다이오우드(1)를 잇는 배선이다. 이 소자에서는 1화소중에 광전변환에 사용되는 면적은 도면중(40)으로 나타낸 부분이다.
제8도는 본원 발명의 다른 실시예의 화소부 단면도를 나타낸다.
이 구조는 상기 증폭기 내장 고체촬상소자의 광전변환에 사용하는 유효면적을 증대시키는데 유용하다. 이 종류의 고체촬상소자의 예는 일본국 특개소 51-10,715호 공보 등에 개시되어 있는 것이다. 본원 발명은 물론 광도전막을 사용한 고체촬상소자에도 적용 가능한 것이다. 이 예에서는(39)의 배선 위에 다시 금속전극(42)을 설치하고, 이 전극과 본 바탕회로와의 사이는(39)와의 접속부를 제외하고 SiO2등의 절연체(41)에 의해 절연하다. 반도체기판부의 구성은 상술한 예와 마찬가지이다. 이 금속전극(42)은 1화소의 위를 거의 덮는 것이며, 재료로서는 Al, Mo, Ta등의 금속증착 또는 스패터막을 사용한다. 이 위에 광도전성을 갖는 단결정, 다결정 또는 비정정절얇은 막을 형성한다. 단결정으로서는 Si, Ge, HgCdTe, 다결정으로서는 PdTe, CdSe, ZnCdTe, In2TE3, 비정지로서는 비정질 Si, As2Se3, Se-As-Te 계 칼코게나이드 비정질얇은막등을 사용한다. 상기 금속전극(42)은 화소마다의 분릴를 하고 있지만, 상기 광전변환막에서 저항율이 1010Ωcm이하의 것도 이 화소마다의 분리를 할 필요가 있다. 그 이외의 것은 제8도의 광전변환막(43)으로 나타낸 바와같이 화소마다의 분리를 하지 않아도 신호의 누출의 문제는 없다. 광전변환막(43)위에는 SnO2나 Sn을 포함하는 산화인듐 등의 투명전극을 형성한다. 이것에 의해 광전변환에 사용 가능한 유효면적은(45)로 나타낸 바와같이 거의 1화소의 대부분을 차지하며, 제7도의 것과 비교해서 높은 감도를 얻는 것이 가능하게 된다. 또한 금속전극(42)이나 광전변환막(43)에 의해 증폭기 부분이 차광되기 때문에, (35)~(38)의 부분에서 빛에 의한 전하가 발생하지 않고 안정된 동작을 실현할 수 있다. 이때의 신호독출의 등가회로는 제9도와 같이 된다. 도면의 번호중, 제5도와 동일한 부위는 이것과 같은 부위를 나타낸다. 여기서 (43'), (43")는 각기 광전변막의 등가용량 C43' 및 광전류원 Iph이다. 또(46)은 투명전극(44)을 통해서 광전변환막(43)에 인가하는 바이어스전원이며, (47)로 나타낸 바와같이 접지해도 좋다. 본 소자의 경우, 1프레임의 축적후의 단자(29)의 전위는 다음과 같이 된다.
Figure kpo00013
또(47)과 같이 투명전극을 접지했을 경우는
Figure kpo00014
으로 된다. 이상의 신호독출동작은 제4도의 경우와 하등 변함이 없다.
이 종류의 고체촬상소자에 있어서 신호독해회로를 제10도에 나타낸 바와같이 구성함으로써, 보다 양호한 화상을 얻을 수 있다. 여기서 리세트용 트랜지스터(24)는 증폭용 트랜지스터(20)의 게이트와 소오스를 단락할 수 있도록 접속되어 있다. 도면중, 제9도와 동일번호와 부분은 동일한 부위를 나타낸다. 또, 트랜지스터(20)의 드레인에 인가하는 전압은 증폭시에는 E23으로, 리세트시에는 접지되도록 전환된다. 이 회로의 특징은 리세트 후의 점(29)의 전위가 증폭용 트랜지스터(20)의 드레스호울드전압 Vth로 되는 것이다. 다음에 그것을 리세트시의 등가회로 제11도 의거하여 설명한다. 용량(49)은 제10도의 용량(43'), (1')를 병렬로 한 것이다. 이 용량(49)이 소오스, 게이트가 단락된 증폭용 트랜지스터(20)에 의해 방전된다. 이와같이 접속된 MOS형 트랜지스터의 드레인전류 Id, 전압 Vd의 관계는 제12도에 나타낸 바와같이, 드레인전압 Vd가 드레시호울드전압 Vth이상으로 되었을 때만 드레인전류 Id가 흐른다. 그 전류는 다음과 같은 2제곱의 특성을 나타낸다.
Figure kpo00015
여기서, β는 캐리어 역등도(易動度)나 게이트산화막의 용량등으로 결정되는 계수이다. 이와같이 Ⅰ-Ⅴ특성 때문에 제11도의 회로에서(29)의 전압이 드레시호울드전압 Vth에 달하면 전류가 흐르지 않게 되어 방전이 멎는다. 즉 점(29)의 전압이 증폭용 MOS형 트랜지스터(20)자신의 드레시호울드전압 Vth에 리세트된다. 다시 제10도의 회로로 되돌아가 설명한다. 리세트 된 다음, C43', C1'에 빛에 의해 생성된 캐리어가 축적되고, 이 점의 전위가(12)와 마찬가지로 다음처럼 된다.
Figure kpo00016
이것에 의해 C28에 충전되는 전압은
Figure kpo00017
출력전류
Figure kpo00018
7'는
Figure kpo00019
로 된다. 이 식으로부터 이해될 수 있는 바와같이 출력전류
Figure kpo00020
7'는 드레시호울드전압 Vth의 영향을 받지 않는다.
제10도의 회로에서 증폭을 하는 타이밍과 스위치(2)를 도통시키는 타이밍은 일치하고 있다. 그래서, 제13도와 같이 증폭용 트랜지스터(20)의 드레인과, 스위칭용 트랜지스터(2)의 게이트를 접속하고, 이것에 전원전압과 주사용 전압을 겸하는 펄스전압(51)을 접속하면, 배선의 수가1회선 저감되고, 집적도의 향상에 크게 공헌한다.
또 1수평주사선에 속하는 화소의 증폭을 하는 동시에, 앞서 독해한 수평주사선에 속하는 화소의 리세트를 할 수 있을 경우, 예를들면 인터레이스(뛰어넘기 주사)를 하지 않는 촬상소자의 경우가 있다. 이 경우 제4도에 나타낸 바와같이, 증폭용 트랜지스터(20')에 공급하는 전원펄스(51')로 이미 독해가 끝난 화소의 리세트용 트랜지스터(24)를 도통시킬 수 있다. 여기서(52)는 수직주사방향을 나타낸다. 이것에 의해 배선의 수를 다시 1회선 저감시킬 수 있다. 이것에 의해 1화소에 접속되는 배선은 2회선으로 되어 종래의 것과 같은 회선으로 된다.
마지막으로 기생용량의 대책에 대해 기술한다.
제10도에 나타낸 회로구성에 있어서 리세트를 할 경우, 리세트전에(29)점의 전위가 드레시호울드전압 Vth이상일 필요가 있다. 그런데 본 회로를 IC기판내에 조립했을 경우, 제10도의(50)으로 나타낸 기생용량 C50이 존재한다. 리세트 전은 증폭용 트랜지스터(20)의 드레인이 접지되어 있고, 게이트의 전압 V29은 드레시호울드 전압 이상으로 되어 있기 때문에, 트랜지스터(20)가 도통해서 C50을 방전하고 있다. 리세트를 개시한 시점에서 C1', C43', C50이 접속되고, 이들의 전하가 이들 3개의 병렬 용량에 분배되지만, C50에 전하가 존재하고 있지 않기 때문에, V29의 전위는 드레시호울드전압 Vth이하로 될 염려가 있다. 그래서 제15도에 나타낸 바와같이 수직신호선(30)에 프리세트용 트랜지스터(54)의 드레인을, 소오스에는 프리세트용 펄스전원(66), 게이트에 프리세트 제어펄스 전원(53)을 접속한다. 제16도에 본 회로의 동작타이밍 차아트를 나타낸다. 먼저 t0~t1의 범위에서 트랜지스터(2), (24)를 도통시키고, C50이나 점(29)의 전위 V29를 프리세트 전압원의 전압 E66에 세트한다. 이 다음, 차수평선(次水平線)독출을 위해, 미리 수직신호선(30)의 전하를 방전할 필요가 있다. 그 때문에 t2~t3의 범위에서 프리세트전원(66)의 전압을 0볼트까지 낮추어, C28을 방전한다. 이 다음(53)의 전위를 낮추어서 트랜지스터(54)를 차단한다. t3~t4의 기간에서 증폭용 트랜지스터(20')의해 용량(28')에 신호전하를 충전한다. 그리고 점(29)의 리세트는 t0~t4사이에서 동시에 이루어지고 있다.
제17도 및 제21도에 지금까지의 상세한 설명을 바탕으로 한 고체촬상소자의 전 회로구성예를 예시한다. 도면중의 각 부호는 지금까지의 부호와 동일한 것은 동일 부위를 나타낸다. (27)의 점선내의 회로는 수직주사제어회로를 나타내고 있고, 하나의 주사선의 제어는(55), (56), (57), (58)의 4개의 MOS형 트랜지스터에 의해 행해진다. 다른 회로 구성부품은 이미 설명한 바와같다. 본 회로의 동작을 먼저 수직주사 제어회로(27)의 동작에서, 제18도에 의거하여 설명한다. 먼저 수직주사회로(10)를 도면중(52)의 방향으로 주사해서 출력단(60)~(60'"), (61), (61')에 제19도에 나타낸 타이밍으로 주사펄스를 차례로 출력한다. (60)의 점이 H레벨(MOS형 트랜지스터를 도통하는데 족한 전압)이 되면, 트랜지스터(56)가 도통하여, 트랜지스터(57)의 게이트에 전압(65)을 인가하고, 이것을 도통시킨다. (57)의 도통상태는 주식회로출력(60")이 H로 되어, (57)의 게이트가 접지될때까지 계속된다. 그 모양을 제19도 V58로 나타낸다. 다음에 다른 점(59')~(59'")에서도 서로 반주기가 겹쳐서 도면중V59'~V59'"와 같은 전압이 발생한다. 이 도통상태에 있는 트랜지스터(57)의 드레인에(62) 또는 (63)에서 V62, V63으로 나타낸 펄스를 입력하면 주사선(51)~(51'")에 도면중 V51~V51'"으로 나타낸 주사, 리세트펄스가 출력된다. 다음에 위에서 설명한 주사펄스로 제어되는 고체촬상소자 내부의 동작을 제20도에서 설명한다. 먼저(51')가 H레벨로 되면, 이 주사선에 접속되어 있는 증폭용 트랜지스터(20')와 스위칭용 트랜지스터(2')가 동작하여, (29')의 전압에 따라서 수직신호선(30)에전압을 출력한다. 그 모양이 도면중 V30의 t-2시각에 표시된다. t-1이 되면 수평주사펄스에서 V8에 나타낸 펄스가 출력되며, 점(30)의 전위가 독출되어 V30처럼 내려간다. t0시각이 되면, 주사선(51'), (51'")이 동시에 H레벨로 되는 동시에, 프리세트 제어펄스 V52도 H레벨로 되어, 수직신호선(30)을 통해서 단자(29)가 단자(66)의 전압 E66에 프리세트된다. t1시각에는 (51')주사선을 L레벨로 낮추고, 트랜지스터(24')에 의해 게이트, 드레인이 단락된 트랜지스터(20')에 의해 점(29')을 트랜지스터(20')의 드레시호울드전압 Vth에 리세트한다. 이 다음, 시각 t1에서 V66를 접지하고, 이것에 의해 수직신호선의 전압을 V30으로 나타낸 바와같이 0볼트 가까이까지 떨어뜨린다. 그후 시각 t2~t3에서 다음의 주사선(51")에 속하는 증폭용 트랜지스터(20)를 동작시켜, 수직신호선에 전압을 출력한다. 이하 이것을 반복해서 전화소의 주사를 한다.
본 예의 구조상의 기본은 제8도에 단면도를 나타낸 것이므로, 이것에 의거하여 제조공정을 약술한다. 기본적으로는 통상의 반도체 장치의 제조방법을 적용하면 된다. p형 실리콘기판(21)상에 게이트절연막으로서 SiO2막을 통상의 CVD법으로 형성한다. 이어서 폴리실리콘에 의한 각 게이트부(101, 102등)및 불순물영역(35, 36, 37, 38 등)을 형성하고, 다시 이 상부에 SiO2막을 형성한다. 그리고 이 막중에 각 불순물영역에 대한 전극을 꺼내는 입구를 애칭으로 형성한다. 전극(39, 14 등)을 형성한 다음, SiO2절연막(41)을 형성 후, 광다이오우드(1)에 접속된 트랜지스터의 게이트부 등에 대응해서 SiO2절연막(41)에 개구를 설치하여 금속전극(42)을 설치한다. 이 상부에 광전변환막(43)을 형성한다. 광전변환막으로서는 막두께 4μm의 Se-As-Te계 칼코게나이드비정질막(또는 비정질실리콘막 등이라도 좋다)을 사용하며 가열 증착에 의거했다. 마지막으로 Sn을 포함하는 산화인듐 투명전극을 30mm스패터법에 의해 형성하여 소자의 기본부분은 완성된다. 그리고 1화소의 크기는 40×40μm, n채널 MOS트랜지스터의 최소 채널길이는 5μm으로 했다.
제21도는 다른 실시예의 전체 회로도이며, 증폭용 트랜지스터(20)의 소오스를 공통으로 접속해서 단자(67)에 접속하고, 출력단(7)에 부하저항(32)을 통해서 전압(33)을 인가하고 있는 이외는 제17도의 것과 동일하다. 본 회로와 제17도에 나타낸 회로와의 주요한 차이는 제17도의 회로가 단자(29)의 전위에 따라서 수직신호선(30)에 전압을 충전하는데, 방하여, 이번에는 단자(29)의 전압에 따라서 신호선(30)의 전위를 E33에서 방전에 의해 낮추는 것이다. 제21도의 동작을 제18도에 나타낸다. 도면중 V30은 시각 t2~t3에서 나타낸 바와같이, 증폭에 의해 전압이 내려가고, 시각 t4에서 수평스위치(3)에 의해 독출될 때마다 그 전압이 E33으로 되돌아간다. 또 출력전류는 제18도 I7로 나타낸 바와같이 앞서의 제17도의 회로와는 역전하고 있다.
제22도에 이와같이 해서 제조한 소자의 출력신호전류 특성을 나타낸다. 도면에 있어서(110)은 제1도에 회로구성을 나타낸 소자의 특성, (111)은 제17도에 나타낸 본원 발명의 소자 및 (112)는 제21도에 나타낸 본원 발명의 소자의 특성을 나타낸다. 1lx의 입사광에 대해 곡선(111)의 특성을 갖는 소자에서는 종래의것과 비교하여 약 70배, 곡선(112)의 특성을 갖는 소자에서는 약 40배의 출력이 얻어진다. 또한 잡음특성은 제22도의 (113)에 나타낸(도면에서는〔잡음〕×10으로서 표시되어 있다.)바와같이 전체 조도에 대해 약 0.008nA의 낮은 값을 나타내고 있고 매우 높은 신호대 잡음비를 얻을 수 있었다.

Claims (1)

  1. 반도체기판(21)에 2차원상으로 배치된 복수개의 고체소자로 이루어지며, 개개의 상기 고체소자는 고체촬상장치의 화소를 형성하고 제1스위칭용 전계효과 트랜지스터(2)에 접속된 광전변환소자(1)를 포함하며, 상기 제1스위치용 전계효과 트랜지스터(2)는 화소의 주사를 행하기 위하여 선택선(4, 5)에 접속되며, 개개의 상기 광전 변환소자(1)는 제2증폭용 전계효과 트랜지스터(20)를 통하여 관련된 제1전계효과 트랜지스터에 간접적으로 접속되고, 상기 광전변환 소자(1)를 리세트하기 위한 수단(24)이 상기 광전변환소자에 접속되는 것을 특징으로 하는 고체촬상소자.
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