KR970068498A - 증폭형 고체촬상장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 증폭형 고체촬상장치는 증폭형 광전변환 소자를 포함한다. 이 소자는, 반도체 기판의 표면에 형성되고, 입사광에 의해 발생된 전하를 반도체 기판 표면 부근의 전하축적영역에 신호전하로서 축적하고, 이 축적된 신호전하에 따라 신호를 출력하는 트랜지스터; 및 상기 트랜지스터에 인접하여 제공되고, 상기 트랜지스터에 축적된 신호전하가 인가된 전압에 기초하여 상기 전하축적영역으로부터 배출되는 리세트 동작을 행하는 리세트 수단을 포함한다. 상기 트랜지스터에 축적된 신호 전하는 인가된 전압에 따라 전하축적영역으로 부터 배출된다. 상기 장치는 또한, 트랜지스터로부터 출력되는 신호를 반송하기 위한 신호선; 상기 신호선에 접속되고, 상기 신호선의 전압을 제1전압으로 클램프하기 위한 클램프 회로; 상기 클램프회로에 접속되고, 상기 제1전압과 리세트 동작후 트랜지스터로 부터 출력되는 제2전압간의 차를 나타내는 차신호를 샘플/홀딩하기 위한 샘플홀드 회로; 상기 샘플홀드 회로에 접속된 출력선; 및 상기 클램프회로 및 상기 샘플홀드 회로를 제어하고 상기 샘플홀드 회로에 홀드된 차신호를 출력선에 독출하기 위한 제어회로를 포함한다.

Description

증폭형 고체촬상 장치
본 내용은 요부공개 건이므로 전문내용을 수록하지 않았음
도1A는 종래 증폭형 고체촬장장치에 있어서의 CMD형 화소부의 평면도, 도1B는 도1A의 G-G선에 따른 화소부의 단면도, 도2는 도1B의 H-H선에 따른 깊이방향으로의 포텐셜 분포도, 도3A는 종래 FGA 증폭형 고체촬상장치에 있어서의 화소부의 단면도, 도3B는 도3A의 K-K선에 따른 깊이방향으로의 포텐셜 분포도, 도4A는 종래 BCMO형 증폭형 고체촬상장치에 있어서의 화소부의 단면도, 도4B는 도4A의 L-L선에 따른 깊이방향으로의 포텐셜 분포도, 도5는 본 발명의 출원인에 의해 이미 제안된 TGMIS형 화소부의 단면도, 도6은 종래 증폭형 고체촬상소자를 이용한 2차원 증폭형 고체촬상장치의 구성례를 개략적으로 보인 도면, 도7A는 도6의 2차원 증폭형 고체촬상장치를 구동하기 위한 타이밍도, 도7B는 그 출력신호의 구성도, 도8은 실시예1에 따른 증폭형 고체촬상장치의 개략도, 도9는 도8에 보인 증폭형 고체촬상장치의 화소부의 구성을 보인 단면도, 도10은 본 발명의 샘플 홀드 수단으로부터 신호선을 통해 제공된 병렬회로의 회로도, 도11은 도8의 앰프수단의 입력전압 Vin과 출력전압 Vout간의 관계를 보인 그래프, 도12는 도8에 보인 증폭형 고체촬상장치 구동시의 타이밍도, 도13은 도12에 보인 기간 P를 확대하여 상세히 보인 타이밍도, 도14는 도8에 보인 증폭형 고체촬상장치를 구동하기 위한 다른 타이밍도, 도15는 도14에 보인 기간 P를 확대하여 상세히 보인 타이밍도, 도16은 접합 게이트형 FET를 갖는 화소부의 단면도, 도17은 제어게이트를 구비한 FET를 갖는 화소부의 단면도, 도18은 도16에 보인 화소부를 이용한 2차원 증폭형 고체촬상장치의 구성을 개략적으로 보인 도면, 도19는 도17에 보인 화소부를 이용한 2차원 증폭형 고체촬상장치의 구성을 개략적으로 보인 도면, 도20은 도1A와 1B에 도시한 증폭형 고체촬상장치의 변형례의 구성을 개략적으로 보인 도면, 도21은 본 발명의 실시예 2에 의한 증폭형 고체촬상장치의 개략도, 도24는 트렌치형 화소부의 단면도, 도25는 본 발명의 실시예 4에 의한 증폭형 고체촬상장치의 개략도, 도26은 BDMIS형 화소부의 단면도, 도27은 본 발명의 실시예5에 의한 증폭형 고체촬상장치의 개략도, 도28은 도27에 보인 증폭형 고체촬상장치를 사용하여 다중 독출이 행해진 예를 개략적으로 보인 도면, 도29는 도28에 보인 증폭형 고체촬상장치의 동작을 설명하기 위한 타이밍도.

Claims (17)

  1. 반도체 기판의 표면에 형성되고, 입사광에 의해 발생된 전하를 상기 반도체기판 표면 부근의 전하축적 영역에 신호전하로서 축적하고, 이 축적된 신호전하에 따라 신호를 출력하는 트랜지스터; 및 상기 트랜지스터에 인접하여 제공되고, 상기 트랜지스터에 축적된 신호전하가 인가된 전압에 기초하여 상기 전하축적영역으로 부터 배출되는 리세트 동작을 행하는 리세트 수단을 포함하는 증폭형 광전변환소자; 상기 증폭형 광전변환소자의 상기 트랜지스터로부터 출력되는 신호를 반송하기 위한 신호선; 상기 신호선에 접속되고, 상기 신호선의 전압을 제1전압으로 클램프하기 위한 클램프 회로; 상기 클램프회로에 접속되고, 상기 제1전압과 상기 리세트 동작후 트랜지스터로 부터 출력되는 제2전압간의 차를 나타내는 차신호를 샘플/홀딩하기 위한 샘플홀드 회로; 상기 샘플홀드 회로에 접속된 출력선; 및 상기 클램프회로 및 상기 샘플홀드 회로를 제어하고 상기 샘플홀드회로에 홀드된 차신호를 상기 출력선에 독출하기 위한 제어회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 증폭형 고체촬상장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 리세트 수단은 상기 전하축적영역에 인접하여 제공되고 상기 반도체 기판의 표면의 일부를 포함하는 게이트 영역 및 절연막을 개재하여 상기 반도체 기판의 상기 표면 일부에 형성된 게이트 전극을 포함하며, 상기 게이트 전극에 인가된 전압에 따라, 상기 축적된 신호전하가 상기 전하축적영역으로부터 상기 반도체 기판의 내부로 이동되는 것을 특징으로 하는 증폭형 고체촬상장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 트랜지스터는, 상기 반도체 기판의 표면에 형성된 제1게이트 전극과 상기 전하 축적 영역을 포함하는 제1게이트 영역 및 상기 반도체 기판상에 고농도 불순물층으로서 형성된 소스영역과 드레인영역을 포함하고, 상기 신호전하에 따라 상기 신호가 소스영역으로부터 출력되며, 상기 리세트 수단은, 상기 전하축적영역에 인접하는 상기 반도체 기판의 표면 근방의 일부인 채널 영역; 상기 채널영역에 인접하여 제공된 고농도 불순물층인 전하배출 드레인 영역; 및 절연막을 개재하여 상기 채널영역 및 상기 전하배출 드레인 영역에 제공된 제2게이트 전극으로서, 상기 제1게이트 전극이 그 위에 중첩하는 제2게이트 전극을 포함하고, 상기 리세트 수단은, 상기 제2게이트 전극에 인가된 전압에 따라, 상기 전하축적영역에 축적된 신호전하를 상기 전하축적영역으로부터 상기 채널 영역을 통해 상기 전하배출 드레인 영역으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 증폭형 고체촬상장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 증폭형 고체촬상장치는 1차원 또는 2차원의 매트릭스 형태로 배열된 복수의 증폭형 광전변환소자를 포함하고; 상기 복수의 증폭형 광전변환소자의 각각에 있어서, 상기 트랜지스터는, 상기 반도체 기판의 표면에 형성된 제1게이트 전극과 상기 전하축적영역을 포함하는 제1게이트 영역 및 상기 반도체 기판상에 고농도 불순물층으로서 형성된 소스영역과 드레인 영역을 포함하고, 상기 신호전하에 따라 상기 신호가 상기 소스영역으로부터 출력되고; 상기 레스트 수단은, 상기 전하축적영역에 인접하여 제공되고 상기 반도체 기판의 표면 일부를 포함하는 제2게이트 영역 및 절연막을 개재하여 상기 제2게이트 영역에 형성된 제2게이트 전극을 포함하고, 상기 전하축적영역에 축적된 상기 신호전하는, 상기 제2게이트 전극에 인가되는 전압에 기초하여, 상기 전하축적 영역으로부터 상기 제2게이트 영역을 통해 상기 반도체 기판의 내부로 이동되며; 상기 복수의 증폭형 광전변환소자중 하나의 상기 리세트 수자의 상기 제2게이트 영역과 상기 복수의 증폭형 광전변환소자중 하나에 인접한 증폭형 광전변환소자의 상기 트랜지스터간에, 전계 저지부가 제공되는 것을 특징으로 하는 증폭형 고체촬상장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 전계 저지부는 상기 반도체 기판에 제공된 트렌치 구조인 것을 특징으로 하는 증폭형 고체촬상 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 신호선에 정전류 회로가 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 증폭형 고체촬상장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 출력선에 대한 증폭회로가 제공되며, 이 증폭회로의 입력단자와 출력단자간에 커패시터 소자의 스위칭 소자가 병렬로 제공되는 것을 특징으로 하는 증폭형 고체촬상장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 증폭회로의 상기 입력단자에 1화소분의 상기 차 신호가 입력되기 직전에, 사이 스위칭소자를 소정 시간동안 ON시킨후, OFF시키는 제2제어회로가 제공되는 것을 특징으로 하는 증폭형 고체촬상장치.
  9. 제1항에 있어서, 샘플홀드 회로에 접속된 임피던스 변환회로; 및 상기 임피던스 변환회로의 출력단과 상기 출력선간에 접속된 선택 스위칭 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 증폭형 고체촬상장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 증폭형 고체촬상장치는 복수군의 상기 클램프 회로, 상기 샘플홀드 회로, 상기 임피던스 변환회로, 상기 선택 스위칭 소자 및 상기 출력선을 포함하고; 상기 증폭형 광전변환소자에 접속된 상기 신호선은 상기 복수의 클램프 회로에 병렬로 접속되며; 대응하는 상기 샘플홀드 회로 및 상기 임피던스 변환회로는 상기 복수의 클램프 회로에 각각 접속되고; 상기 임피던스 변환회로의 출력단은 대응하는 상기 선택 스위칭 소자를 통해 대응하는 상기 출력선에 접속된 것을 특징으로 하는 증폭형 고체촬상장치.
  11. 상기 반도체 기판의 표면 일부를 형성하도록 반도체 기판에 제공되고, 광전변환에 의해 발생된 전하를 신호전하로서 축적하기 위한 제1영역; 상기 제1게이트 영역에 형성된 고농도 불순물층인 제1드레인 영역; 상기 제1드레인 영역을 제외한 상기 제1영역의 상기 기판의 표면근방부, 상기 제1영역상에 형성된 절연막 및 상기 절연막상에 형성된 제1전극을 포함하는 제1게이트 영역; 상기 제1게이트 영역에 인접하여 제공된 제2영역 및 절연막을 개재하여 상기 제2영역에 제공된 제2게이트 전극을 포함하는 제2게이트 영역; 및 상기 제1영역 외측에 상기 제2영역에 인접하여 제공된 제2드레인영역을 포함하며, 상기 제1드레인 영역과 상기 반도체 기판간에, 상기 제1영역의 상기 기판의 표면 근방부를 채널로 하는 제1트랜지스터가 형성되고, 상기 제1영역과 상기 제2드레인 영역간의 영역을 채널로 하는 제2트랜지스터가 형성되며, 상기 신호전하에 의해 발생된 상기 제1트랜지스터의 동작 특성의 변화가 출력신호로 사용되는, 증폭형 광전번환소자; 상기 증폭형 광전변환소자의 상기 트랜지스터로 부터 출력되는 신호를 반송하기 위한 신호선; 상기 신호선에 접속되고, 상기 신호선의 전압을 제1전압으로 클램프하기 위한 클램프회로; 상기 클램프회로에 접속되고, 상기 제1전압과, 상기 리세트 동작후 상기 트랜지스터로부터 출력되는 제2전압간의 차를 나타내는 차신호를 샘플/홀딩하기 위한 샘플홀드 회로; 상기 샘플홀드회로에 접속된 출력선; 및 상기 클램프 회로 및 상기 샘플홀드 회로를 제어하고 상기 샘플홀드 회로에 홀드된 차신호를 상기 출력선에 독출하기위한 제어회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 증폭형 고체촬상장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 신호선은 정전류 회로에 접속된 것을 특징으로 하는 증폭형 고체촬상장치.
  13. 제11항에 있어서, 상기 출력선에 대한 증폭회로가 제공되며, 이 증폭 회로의 입력단과 출력단간에 커패시터소자와 스위칭 소자가 병렬로 제공되는 것을 특징으로 하는 증폭형 고체촬상장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 증폭회로의 상기 입력단자에 1화소분의 상기 차신호가 입력되기 직전에, 상기 스위칭 소자를 소정 시간동안 ON시킨후 OFF시키는 제2제어회로가 제공된 것을 특징으로 하는 증폭형 고체촬상장치.
  15. 제11항에 있어서, 상기 샘플회로 회로에 접속된 임피던스 변환회로; 및 상기 임피던스 변환회로의 출력단과 상기 출력선간엘 접속된 선택 스위칭 소지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 증폭형 고체촬상장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 증폭형 고체촬상장치는 복수군의 상기 클램프 회로, 상기 샘플홀드 회로, 상기 임피던스 변환회로, 상기 선택 스위칭 소자 및 상기 출력선을 포함하고; 상기 증폭형 광전변환소자에 접속된 상기 신호선은 상기 복수의 클램프 회로에 병렬로 접속되며; 대응하는 상기 샘플홀드 회로 및 상기 임피던스 변환회로가 상기 복수의 클램프 회로에 각각 접속되고; 상기 임피던스 변환회로의 출력단이 대응하는 상기 선택 스위칭 소자를 통해 대응하는 상기 출력선에 접속된 것을 특징으로 하는 증폭형 고체촬상장치.
  17. 반도체 기판의 표면에 형성되고, 입사광에 의해 발생된 전하를 상기 반도체 기판 표면 부근의 전하축적영역에 신호전하로서 축적하고, 상기 신호전하에 따라 신호를 출력하는 트랜지스터를 포함하는 증폭형 광전변환소자;및 상기 트랜지스터로 부터 출력되는 신호를 반송하기 위한 신호선을 포함하는 증폭형 고체촬상장치의 구동방법으로서, 상기 증폭형 광전변환소자의 상기 트랜지스터로부터, 축적된 상기 신호전하에 따른 신호를 상기 신호선으로 출력하는 스텝; 상기 신호선의 전압을 제1전압으로 클램프하는 스텝; 상기 트랜지스터에 축적된 상기 신호전하를 상기 전하축적영역으로부터 배출하여, 상기 트랜지스터로부터 제2전압을 출력시키는 스텝; 상기 제1전압과 상기 제2전압간의 차를 나타내는 차신호를 샘플홀드하는 스텝; 및 상기 샘플홀드된 차신호를 독출하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 증폭형 고체촬상장치의 구동방법
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