WO1983003514A1 - Solid-state image pickup element - Google Patents

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WO1983003514A1
WO1983003514A1 PCT/JP1983/000100 JP8300100W WO8303514A1 WO 1983003514 A1 WO1983003514 A1 WO 1983003514A1 JP 8300100 W JP8300100 W JP 8300100W WO 8303514 A1 WO8303514 A1 WO 8303514A1
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WO
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solid
imaging device
switching element
mos
state imaging
Prior art date
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PCT/JP1983/000100
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English (en)
French (fr)
Inventor
Corporation Sony
Original Assignee
Soneda, Mitsuo
Maekawa, Toshikazu
Ohtsu, Koji
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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors

Definitions

  • the present invention provides a solid-state imaging device in which a large number of imaging pixels each formed by a combination of a photoelectric conversion unit and a switching element are arranged two-dimensionally in a matrix arrangement.
  • the imaging device in particular, in each imaging pixel on the imaging surface, the photoelectric conversion unit is configured by a photoelectric conversion layer that generates electrons as signal charges, and based on the signal charges obtained here.
  • the present invention relates to a device in which an imaging output signal is derived via a switching element.
  • a plurality of imaging pixels formed by a combination of the photoelectric conversion unit and the switching element have a fixed number of predetermined patterns, for example, an imaging surface arranged in a two-dimensional array with a matrix arrangement.
  • the body imaging element and the switching element of such a solid-state imaging element are selectively opened, and an imaging output signal based on the signal charge obtained by the photoelectric conversion unit of each imaging pixel is derived.
  • a solid-state imaging device has been proposed in which a scanning circuit and an output scanning circuit are main components.
  • each switching element is composed of, for example, an insulated gate field-effect transistor (hereinafter, referred to as MOS or FET).
  • MOS or FET insulated gate field-effect transistor
  • the photoelectric conversion The part is formed by a large number of light receiving diodes formed corresponding to each of the switching elements, or is formed on a ⁇ two-dimensional array of the switching elements. It consists of a photoelectric conversion thin film layer.
  • / indicates the entire solid-state imaging device, and the solid-state imaging device / has switches arranged in a matrix in the horizontal direction (arrow H direction) and the vertical direction (arrow V direction).
  • T-channel MOS-FET as a switching element
  • ⁇ , ⁇ are commonly connected also to the de Tray down constituting, respectively connected to the scan Lee Tsu switch in g elements and to the N Ji catcher down, channel type MOS ⁇ FETT / ⁇ T n each source over scan of Is done.
  • Each of these 0-channel type M 0 S ⁇ F ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ gates has n control terminals to which the horizontal scanning signal from the horizontal scanning circuit J is supplied! ! / Are connected to each other, and each drain is connected in common and connected to the power supply that supplies the operating voltage VV via the output resistance element.
  • MOS ⁇ FETT / ⁇ T n de Tray down the common connection point and between any these output resistor element, an output terminal is led out.
  • vertical scanning circuit. 2 is configured to include a sheet oice re g data, it generates a vertical scanning signal, the MOS ⁇ FETS / / ⁇ Smn and through respectively the m control terminals V / ⁇ v m is supplied to the gate, the MOS ⁇ FETS / / ⁇ S mn , intends sequentially line control to the open state in each of also constitutes a row.
  • the horizontal scanning circuit J is configured to include, for example, a shift register, and generates a horizontal scanning signal having a frequency sufficiently higher than that of the vertical scanning signal from the vertical scanning circuit o2. Control terminals! ! / ⁇ And through the each of the h n M0S • FETT / ⁇ T to supply n gain one me of, it intends line control to sequentially open state of the MO S 'FET T / ⁇ T ⁇ .
  • each of the photoelectric conversion unit D / / ⁇ Dnin, MO S * end opposite to the FET S / / ⁇ S mn each side connected to the source over the scan of the commonly connected
  • a terminal 7 is derived]]
  • a predetermined voltage ⁇ is applied to the terminal 7.
  • the connection relationship with 2 As shown in the figure.
  • one end of the photoelectric conversion unit D is connected to the source of the S * FETS. Is done.
  • An N-channel MOSFET source is connected to the drain of the MOS FETS, and the drain of the MOS FETT is connected to the drain of the MOSFET via an output resistor. When the source is connected, the output terminal is connected.
  • the other end of the photoelectric conversion unit D is connected to the terminal 7, and the electric EVT is supplied.
  • MOS ⁇ FETSO gate is connected to the cormorant Chino / one V of the control terminal V / ⁇ v m, M 0 gate of S ⁇ FETT the control terminal h / ⁇ h n of cormorants Chino / one h Connected to.
  • FIG. No. A specific configuration of the two imaging pixels E connected in this way is as shown in FIG. No.
  • the figure shows a cross section of a portion where the above-mentioned / image pixels E are formed in an example of a specific configuration of the solid-state image sensor /.
  • the dress A drain electrode / J * of MOS and FETS is provided on the input side, and a source electrode / of MOS 'FETS is provided on the source /.
  • An insulating layer / is disposed on the portion where such MOS FETS are formed, except for the source electrode / above, and an electrode / formed of, for example, an aluminum layer is disposed thereon. And this electrode / is connected to the source electrode /. Then, a photoelectric conversion layer / 7 formed of, for example, an amorphous silicon thin film is disposed on the electrode /, and a transparent layer is formed on the photoelectric conversion layer / 7. An electrode (target electrode) / ⁇ is provided. The part of the photoelectric conversion layer / 7 that spreads over the part where the MOS • FETS is formed forms the photoelectric conversion part D.
  • the photoelectric conversion unit D / / to D mn of each is independent light receiving die O one de like Na instrument than being formed in ⁇ element, light spreading in the light-receiving surface It is formed in one section of the electricity conversion layer / 7.
  • the light to the imaging surface is transmitted through the target electrode / and is incident.
  • the semiconductor substrate is supplied with the substrate voltage VB via the terminal / ?, and the target electrode / is supplied with the voltage EE (target voltage) from terminal 7. ) VT is supplied and used.
  • T / to Tn When T / to Tn are selectively opened, the signals are guided to the output terminal and used as an imaging output signal.
  • the horizontal scanning circuit J has n control terminals! ! / A ⁇ h n, respectively, a horizontal scanning signal 0h / ⁇ of ⁇ device shown in the Figure B! It is said to supply in. That is, the vertical scanning signals vmvm are sequentially generated at a ratio of pulses ⁇ f ⁇ cp Y , which take a high level in the period th corresponding to the / horizontal period of the video signal, and m pulses in the vertical period.
  • the horizontal scanning signal i5h / ⁇ is a pulse Ph / ⁇ which takes a high level for a short period of time. 5 hn kami, each pulse of vertical scanning signal v / ⁇ 0vm? V / ⁇ ? It is assumed that n pieces occur sequentially in each period of 5 vm. M0S
  • FETS / / ⁇ S m n and T / ⁇ T n is it Ranoge over preparative, Pulse ⁇ / ⁇ of the vertical scanning signal 0 ⁇ / ⁇ vm? 3 vm and horizontal scan signal? 5h / ⁇ ? 5 hn pulse ⁇ h / ⁇ ? 7 power; When it is supplied, it is opened.
  • MOS FET with 0 V / pulse V / forms first row
  • the signal based on the accumulated signal charge is MOS FET
  • the pulse ⁇ ⁇ 2 of the vertical scanning signal ⁇ ⁇ forms the next row.
  • the electric potential of is decreasing. That is, signal charges are accumulated at the source / source of the MOSS / FETS.
  • the potential of the source / becomes the target electrode / ⁇
  • each power S is set to be equal to the operating voltage of the power supply V V > target power EV ⁇ > substrate voltage VB. Force, but in this case, the photoelectric conversion layer
  • the signal charge can be accumulated until the potential of the source / reaches the same level as the potential VB of the semiconductor substrate ⁇ D, and the output dynamic range Becomes V V — VB.
  • the operating voltage EV V of the power supply it is conceivable to increase the operating voltage EV V of the power supply.However, increasing the operating voltage V V is equivalent to increasing the MOS output voltage.
  • ⁇ In order to open FETS, it is necessary to increase the amplitude of the vertical scanning signal supplied to the gate ⁇ )
  • the electrons of the charges generated in the semiconductor substrate are close to each other with a high potential
  • the conventional solid-state imaging device described above generates a bullming phenomenon and a smearing phenomenon, and cannot achieve a large output dynamic range. It had some drawbacks.
  • the present invention provides a photoelectric conversion unit in each imaging pixel on an imaging surface, which is configured by a photoelectric conversion layer that generates electrons as signal charges by receiving light, Since the switching element forming the pixel is constituted by the P-channel type M0S ⁇ ⁇ , the scanning signal can be obtained without the drawbacks as described above. It is intended to provide a solid-state imaging device capable of reducing the amplitude of the image and obtaining advantages such as an increase in design freedom.
  • the first switching elements formed by a plurality of channel-type MOS FETs form a matrix arrangement, and each column has One end is commonly connected to the first switching element, and a photoelectric conversion layer that generates electrons as signal charges is formed on the matrix arrangement surface of the first switching elements.
  • Each of the switching elements is electrically connected to the other end of the switching element, and is further provided corresponding to each of the first switching element rows.
  • a plurality of second switching elements connected to one commonly connected end of the first switching elements forming a row are arranged, and the first switching element is arranged.
  • the switching elements are sequentially selectively opened for each row, and the second switching elements are sequentially selectively opened for each row.
  • a signal based on the signal charge obtained in step (1) is derived through the first and second switching elements, so that an imaging output signal is obtained.
  • the photoelectric conversion unit is configured by a photoelectric conversion layer that generates electrons as signal charges by receiving light, and the imaging pixels together with the photoelectric conversion unit.
  • the switching element to be formed is composed of a P-channel type MOS 'FET, the output which is less likely to cause a bullming phenomenon or a smearing phenomenon is generated.
  • the dynamics and range have been significantly expanded compared to the past, and the switching elements that form each imaging pixel have been opened *. It can be said that the scanning signal for the close control, that is, the amplitude of the vertical scanning signal can be reduced.
  • the solid-state imaging device according to the present invention has various advantages which will be clarified in the following description. According to the solid-state imaging device according to the present invention, the burden on the scanning circuit can be reduced. As a result, a high-quality image output signal can be obtained.
  • Figures / and ⁇ 2 show the outline of the conventional solid-state imaging device and its peripheral circuit section.1 Circuit diagram, Figure J is Figure /
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a specific configuration of a part of the solid-state imaging device shown in FIG. 1;
  • FIG. 2 is a schematic diagram used to explain the operation of the solid-state imaging device shown in FIG.
  • FIG. 7 is an equivalent circuit diagram showing an outline of an example in which peripheral circuits are connected to an example of the solid-state imaging device according to the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram showing the solid-state imaging device according to the present invention shown in FIG. Fig. 3 is a cross-sectional view showing the specific configuration of a part of an example,
  • FIG. 1 shows an example of a solid-state imaging device according to the present invention, together with a scanning circuit and an output circuit required for operating the solid-state imaging device, as an equivalent circuit.
  • parts corresponding to the respective parts shown in the figures / are denoted by the same reference numerals as in the figures, and redundant description is omitted.
  • Each of these imaging pixels ⁇ / ⁇ E'nm is a P-channel type MOS FET S '// ⁇ S as a switching element with each of the photoelectric conversion units D // ⁇ Dmn. It is formed in combination with each of 'nm. And P channel
  • Ne MOS ⁇ FETS / // ⁇ S 'mn each of de Tray down in Le form are respectively connected to the photoelectric conversion unit D / / ⁇ Dmn, or, sales of MOS ⁇ FETS / ⁇ S'mn Chino
  • the gates of each horizontal row are connected in common and connected to the control terminals v / to v m , respectively, and the sources of the vertical columns are connected. are commonly connected, are respectively connected to the n switch catcher down, channel type MOS ⁇ FETT / each source over scan of ⁇ T n.
  • Other configurations are the same as those of the solid-state imaging device / shown in FIG.
  • Such a solid-state imaging device according to the present invention 2 imaging pixels
  • connection relationship between ⁇ 0 S ⁇ F ⁇ ⁇ ⁇ / to ⁇ ⁇ and one of them is as shown in FIG. That is, in the photoelectric conversion unit D that forms the imaging pixel ⁇ ′ and the ⁇ channel type ⁇ 0 S ⁇ FETS ', one end of the photoelectric conversion unit D is connected to the drain of the MOS' FETS '. Connected. An N-channel M0S FETT source is connected to the source of the MOS FET S ', and an output resistor element is connected to the drain of the MOS FETS. Then, the power supply is connected and the output terminal is connected. In addition, the other end of the photoelectric conversion unit D is connected to the terminal K, and the voltage VT is supplied.
  • MOS ⁇ FET 'gate one door is connected to the cormorant Chino / one V of the control terminal V / ⁇ v m, MOS' gate of FETT the control terminal! ! Connected to / of h to / n . /
  • parts corresponding to the respective parts shown in FIG. J are denoted by the same reference numerals as in FIG.
  • an N-type semiconductor 2 / which is an N-type semiconductor region is formed in a P-type semiconductor substrate.
  • two independent P-type regions are formed in the N-type cell ⁇ 2 /, and a gate electrode / 'is provided across the region through an insulating layer //. Drain each of these rectangular areas?
  • the channel-shaped MOSS / FETS ' which is called' and source / ', is used. And a drain? Drain electrode of M O S 'F E T S'
  • a source electrode / 'of MOS' FETS ' is provided at the source /'.
  • An insulating layer / is disposed on a portion where such a MOS-FET is formed, except for the drain electrode /, and an electrode formed of, for example, an aluminum layer is formed thereon. And this electrode / is connected to the drain electrode / 0 "'. Then, on the electrode /, for example, a film formed of a Namolfas * silicon thin film is formed. A photoelectric conversion layer that generates electrons as signal charges is disposed, and a transparent electrode (target electrode) is disposed on the photoelectric conversion layer.
  • the substrate power EVB is supplied to the semiconductor substrate from the terminal / /, and the N-cell 2 / is supplied with the cell power Vw via the terminal c2 c2.
  • the target voltage VT is supplied to the target electrode / from terminal 7 and used.
  • ⁇ vm is a pulse 'V / ⁇ ⁇ ' which takes a low level during the period th corresponding to the / horizontal period of the video signal / m pulses in the vertical period. Is done.
  • the horizontal scanning circuit supplies the same horizontal scanning signal 0h / ⁇ ?
  • M OS ⁇ F ETS S / S nm and T / ⁇ T n- are the vertical scanning signals for those gates, respectively.
  • the potential of and de Tray Nwo '' source over the scan / of 'MOS ⁇ FET S has a V v.
  • the operating voltage V v is set to an electric power EV w such that the electric potential of the electric current “′” is lower than the electric potential of the electric current c 2 /.
  • the target charge SVT is supplied to the photoelectric conversion layer / 7 forming the photoelectric conversion part D, in which the electrons, which are signal charges generated in response to the incident light, are supplied.
  • the signal-to-sound ratio of the imaging output signal is improved.
  • the target voltage EVT is selected within a range that satisfies this condition and the condition V ⁇ ⁇ VV for applying a predetermined potential difference between the target electrode / S and the drain ⁇ '. This increases design freedom.
  • U ⁇ MOS ⁇ FET S ' is open and extremely drained compared to the value of the associated capacitance. Potential of 'moving source one scan / click even of the signal charges accumulated in the' do not photons throat change, 'since regarded as potential of that is always V v, MOS' source over scan / FETS Les bell of the vertical scanning signal supplied to the gate Bok of 'the closed state and to order MOS ⁇ FET S' is, V v - I I Vths I]) have good higher. Therefore, it is possible to make the amplitude of the vertical scanning signal for controlling the opening and closing of the MOS 'FET 8' relatively small.
  • the incident light leaks and charges (holes and electrons) are generated in the N-type electrode o2 // and the semiconductor substrate f, the holes fall into the semiconductor substrate and are absorbed.
  • the electron is N-type. Absorbed by 2 / and hardly flows into the drain and source of the MOSS / FET of the adjacent imaging pixels. Therefore, the smear phenomenon does not occur.
  • the horizontal scanning signal supplied to the gate of the MOS 'FETT is opened.
  • the level is V v + VthT when the threshold voltage is E 3 ⁇ 4 VthT (> ⁇ ⁇ ) when the MOS FET is enhancement-type. I'll do it.
  • the recession will be reduced.
  • the ground voltage V 'thT is negative, and the level of the horizontal scanning signal supplied to the gate to open the MOS FETT is lower than that in the case of the genotype and the ensemble type. do it,
  • Vt T + ⁇ V 'thT! Can be reduced.
  • the load on the horizontal scanning circuit is reduced, and the power consumption is also reduced.
  • the solid-state imaging device reduces the load on the scanning circuit for controlling the opening and closing of each of the imaging pixels formed on the imaging surface. As a result, a high-quality image output signal can be obtained, and thus it is suitable for a small and lightweight high-grade television / power camera.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Description

/
明 細 固体撮像素子 技術分野
こ の発明は 、 夫 々 光電変換部 と ス ィ ツ チ ン グ素子と の組合せで形成される多数の撮像画素が、 行列配置を も って =2 次元的に配列された撮像面を有する固体撮像 素子に関 し、 特に、 撮像面の各撮像画素に於いて、 光 電変換部が信号電荷と して電子を発生する光電変換層 で構成され、 こ こ で得 られる信号電荷に も とず ぐ 撮像 出力信号がス ィ ツ チン グ素子を介 して導出される よ う になされた も のに関する。
背景技術
光電変換部と ス ィ ツ チ ン グ素子と の組合せで形成さ れる撮像画素が、 多数所定のパ タ ー ン 、 例えば、 行列 配置を も って c2 次元的に配列された撮像面を有する固 体撮像素子と 、 斯かる固体撮像素子のス ィ ツチ ン グ素 子を選択的に開状態と して、 各撮像画素の光電変換部 で得 られる信号電荷に も とず ぐ 撮像出力信号を導出せ しめる走査回路と を、 主要構成要素とする固体撮像装 置が提案されている。 この種の固体撮像装置に用い ら れる固体撮像素子に於いて、 各 ス ィ ツ チン グ素子は、 例えば、 絶縁ゲー 電界効果 ト ラ ン ジ ス タ （以下、 M O S ， F E T と い う） で構成され、 ま た、 光電変換 部は、 ス イ ッ チ ン グ素子の個 々 に対応して形成された 多数の受光ダ イ オ ー ドて、 あるいは、 ス イ ッ チ ン グ素 子の 《2次元的配列上に形成された光電変換薄膜層で構 成される。
従来提案されている斯かる固体撮像素子を、 こ れを 動作させるに必要と なる走査回路及び出力回路と共に 等価回路で表わすと 、 第 / 図に示される如 く と な る。
こ の等価回路に於いて、 / は固体撮像素子全体を示し、 こ の固体撮像素子 / には水平方向 （矢印 H方向） 及び 垂直方向 （矢印 V方向） に行列配置されたス ィ ッ チ ン グ素子 と し Tの Nチ ャ ン ネ ル形の M O S · F E T
S / /〜 Smnが配され、 これら M O S ' F E T S/ / 〜 Smnの一端、 例えぱ、 ソ ー ス に光電変換部！)/ /〜 Dmn が夫々接続されてお！） 、 これら M 0 S F E T S / / 〜 Smn と光電変換部 D/ /〜 Dmnに よ 撮像面が構成さ れてい る。 こ こ で、 各 Nチ ャ ン ネ ル形の M O S ' FE T S / / 〜 Smnのひとつ と、 光電変換部 D/ /〜Dmnのひと つ との組合せが撮像画素 E/ / 〜 Emnの夫 々 ¾形成して いる。
そして、 これ ら各撮像画素 E/ / 〜 Emnを形成する N チ ャ ン ネ ル形の M O S · F E T S/ /〜 Smnの う ちの 各水平方向の行を構成する も ののグー ト は共通接続さ れて、 垂直走査回路 <2か らの垂直走査信号が供給され る m個の制御端子 V / 〜 v m に夫々接続される。 ま た、 M 0 S · F E T S/ / 〜 Smnの う ちの各垂直方向の列
Οϊ,ίΡΐ を構成する も のの ド レ イ ン が共通接続されて、 ス イ ツ チ ン グ素子と しての N チ ャ ン ネ ル形の M O S · F E T T / 〜 T n の各ソ ー ス へ夫々 接続される。 これ らの Ν チ ャ ン ネ ノレ形の M 0 S · F Ε Τ Τ / 〜 Τ η の各ゲー ト は水平走査回路 J か らの水平走査信号が供給される n 個の制御端子！！ / 〜 に夫 々 接続され、 ま た、 各 ド レ イ ンは共通接続されて、 出力抵抗素子 を介 して 動作電圧 V V を供給する電源 に接続される。 そ して、 M O S · F E T T / 〜 T n の ド レ イ ン の共通接続点 と 出力抵抗素子 の間か ら、 出力端子 が導出される。
なお、 垂直走査回路。2は、 例えば、 シ フ ト レ ジ ス タ を含んで構成され、 垂直走査信号を発生 して、 m個の 制御端子 V / 〜 v mの夫々 を介 して M O S · F E T S / / 〜 Smnのゲー ト に供給し、 M O S · F E T S / / 〜 Smnを、 行を構成する も の毎に順次開状態 とする制 御を行 う 。 ま た、 水平走査回路 J は、 例えば、 シ フ.ト レ ジ ス タ を含んで構成され、 垂直走査回路 o2か らの垂 直走査信号 よ 充分高い周波数の水平走査信号を発生 して、 n 個の制御端子！！ / 〜 h n の夫々 を介 して M0S • F E T T / 〜 T n のゲ一 卜 に供給 し、 MO S ' FET T / 〜 T η を順次開状態 とする制御を行 う 。
ま た、 光電変換部 D/ / 〜 Dninの夫 々 の、 MO S * FET S / / 〜 Smnの夫 々 の ソ ー ス に接続された側と は反対側 の端部は、 共通接続されて端子 7 が導出されてお ]) 、 こ.の端子 7 には所定の電 τ が与え られる。 上述の如 ぐ に構成された固体撮像素子 / の撮像画素 E/ /〜 Emnの う ちの任意の / つ Eの、 これに対応する M 0 S · F E T T / 〜 T N の う ちの / つ T等との接 続関係は、 第。2 図に示される如 く にな る。 即ち、 撮像 画素 Ε ¾形成する光電変換部 D と Ν チ ャ ン ネ ル形の Μ 0 S · F E T S とに於いて、 Μひ S * F E T S の ソ ー ス に光電変換部 Dの一端が接統される。 そして、 M O S · F E T S の ド レ イ ン に N チ ャ ン ネ ル形の M 0 S · F E T T の ソ ー ス が接続され、 こ の M O S • F E T Tの ド レ イ ン に出力抵抗素子 を介して電 源 が接続される と と' も に、 出力端子 が接続される。 ま た、 光電.変換部 D の他端は端子 7 に接続されて、 電 E V T が供給される。 さ らに、 M O S · F E T S O ゲー ト は制御端子 V / 〜 v mの う ちの / つ V に接続さ れ、 M 0 S · F E T Tのゲー ト は制御端子 h / 〜 h n の う ちの / つ h に接続される。
斯 ぐ の如 く に接続される / つの撮像画素 E の具体的 構成は、 第 J 図に示される如 く であ る。 第 ？ 図は固体 撮像素子 / の具体的構成の一例に於ける、 上述の /つ の撮像画素 Eが形成される部分の断面を示す。 こ こ で、 P 形の半導体基体 ^ に 2つの独立した N形の領域が形 成され、 これ ら領域に跨って絶緣層 / / を介 してゲー 卜 電極 / =2が設け られて、 これ らの N形の領域を夫々 ド レ イ ン ？ 及び ソ ー ス ί 0 とする、 Ν チ ャ ン ネ ル形の Μ 0 S · F E T S が構成されている。 そして、 ド レ イ ン ヲ に M O S · F E T S の ド レ イ ン電極 / J*が設 け られソ ー ス / に M O S ' F E T S の ソ ー ス電極 / が設け られている。
斯かる M O S · F E T S が構成される部分上に、 ソ ー ス電極 / 上を除いて、 絶縁層 / が配され、 そ の上に、 例えば、 ア ル ミ ニ ウ ム層で形成された電極 / が配され、 この電極 / は ソ ー ス電極 / に接続 されている。 そ して、 電極 / 上に、 例えば、 ァモ ル フ ァ ス · シ リ コ ン薄膜で形成された光電変換層 / 7 が 配され、 さ らに、 光電変換層 / 7 の上には透明電極 (タ ーゲ ッ ト 電極） / ^ が配されている。 この M O S • F E T S が構成される部分上に拡がる光電変換層 / 7 の一部分が、 光電変換部 D を形成しているのであ る。 即ち、 固体撮像素子 / に於いては、 光電変換部 D/ /〜Dmnの夫々 は独立 した受光ダイ ォ一 ド等の受尤 素子で形成されているのではな ぐ 、 受光面に拡がる光 電変換層 / 7 の一区分で形成されているのであ る。 な お、 撮像面への光はタ ーゲ ッ 卜電極 / を透過して入 射せしめ られる。
そ して、 半導体基体 には端子 / ? を介 して基体電 圧 V B が供給され、 ま た、 タ ーゲ ッ ト 電極 / には端 子 7 か らの電 EE (タ ーゲ ッ ト 電圧） V T が供給されて 用い られる。
上述の如 ぐ に構成された固体撮像素子 / の撮像面の 各撮像画素 E/ / 〜Emnに被写体か らの光が入射する と、 έ
光電変換部 D / / 〜 Dmnて光電変換が行われて、 各撮像 画素 E/ / 〜Emnへの入射光量に応 じた電荷 （電子） が 発生し、 こ の電荷が M O S ' F E T S/ /〜 smnの夫 々 の ソ ース に蓄積されて信号電荷が得られる こ と にな る。 そして、 蓄積された信号電荷に も とず ぐ 信号が、 垂直走査回路。2 か らの垂直走査信号に よ M0 S * FE T
S / / 〜 Smnが各行毎に選択的に開状態 と され、 かつ、 水平走査回路 J からの水平走査信号によ DM0 S * FE T
T / 〜 T n が選択的に開状態 と される こ と に よ 、 出 力端子 に導かれて撮像出力信号とされる。
このため、 垂直走査回路 =2は m個の制御端子 v / 〜 v mに、 夫々 、 第 図 Aに示される如 く の垂直走査信 号 0V / 〜？ 5vmを供給し、 ま た、 水平走査回路 J は n個 の制御端子！！ / 〜 h n に、 夫々 、 第 図 B に示される 如 ぐ の水平走査信号 0h / 〜 ！ inを供給する も の とされ ている。 即ち、 垂直走査信号 〜 vmは、 映像信号 の / 水平期間に対応する期間 t h に高レ ベ ルを と るパ ル ス φ f 〜 cpY 、 /垂直期間内に m個の割合で順次 発生してい く も の と され、 ま た、 水平走査信号 i5h / 〜 は、 短期間高 レ ベ ルを と るパ ル ス Ph / 〜？5 hnカミ、 垂直走査信号 v / 〜 0vmの各パ ル ス ？ V / 〜？5 vmの夫々 の期間内で n 個順次発生 してい ぐ も の と される。 M0S
• F E T S / / 〜 Smn及び T / 〜 T n は、 それ らのゲ ー ト に、 垂直走査信号 0ν / 〜 vmのパ ル ス Ρν / 〜 ？3 vm 及び水平走査信号？ 5h / 〜 ？5 hnのパ ル ス ^h / 〜？7 力；供 給される と き 開状態 と される。
従って、 先ず、 垂！:走査回路 o2 か らの垂直走査信号
0V / のパ ル ス V / が最初の行を形成する M O S · F E T
S /パ〜 S/ nのゲー ト に供給されて、 これ らの M O S. ·
F E T S / / 〜 S/ n カ'開状態 と さ れ、 夫 々 の ソ ー ス
蓄積された信号電荷に も とず ぐ 信号が M O S · F E T
T / 〜 T n の ソ ー ス に伝達される。 そして このパ ル ス
ν/の期間に、 水平走査回路 J か らの水平走査信号
0h / 〜 ？5 ίιηの パル ス h / ^^ Phiiが M O S · F E T T / 〜 T n のゲー ト に順次供給されて、 M O S · F Ε Τ
Τ / 〜 Τ η が順次開状態と され、 こ れに よ ] λそれらの
ソ ー ス に伝達されて きていた信号 も とず く 信号電流
が出力抵抗素子 を順次流れ、 その結果、 出力端子
に M O S ' F E T .S / / 〜 S / nに対応する撮像画素
E / / 〜 Emnに よ る撮像出力信号が得られる。
次に、 垂直走査信号 ΦΎュのパ ル ス ν <2が次の行を形
成する M O S · F E T S«2 / 〜 Sjnのゲー 卜 に供給さ
れて、 これ らの M O S · F E T S 2 / 〜 S«2 n :^開状態
と される と と も に、 水平走査信号 C5h / 〜 ？5 hnのパ ル ス
Ph / 〜 ？5 hnに よ i? M O S · F E T T / 〜 Τ η が順次
開状態 と され、 同様に して、 出力端子 に MO S * FET
Sj z Sjnに対応する撮像画素 E^z z E nに よ る撮像
出力信号が得 られる。 以下、 同様に して、 MO S ' FET
Sm/ 〜 Smnに対応する撮像画素 Em/ 〜 Emnに よ る撮像
出力信号ま でが、 / 垂直期間に対応する期間内に於い 。MPJ - 、 JPO Z
て順次、 出力端子 έ に得 られ、 これが繰返される。
斯かる従.来の固体撮像素子ノ に於ける撮像面の任意 の / つの撮像画素 Εでの信号電荷の蓄積について、 第
ο2 図及び第 J 図を参照 して考察する。 先ず、 M O S · F E T S 及び M O S ' F E T T が開状態 とされて 撮像画素 E に よ る撮像出力信号が導出された後、 再び
M 0 S · F E T S 及び M O S ' F E T T が閉状態 と されたとする。 この と き 、 M 0 S · F E T S の ド レ イ ン ヲ 及び ソ ー ス / に付随する容量は電源 ^の動 作電 E V V で充電されてお ]? 、 M 0 S · F E T S の ド レ イ ン ヲ 及び ソ ー ス ί の電位は V V ど なっている。
この状態に於いて、 光電変換部 Dを形成する光電変換 層 7 中 に、 入射光に応 じて発生された電荷である電 子が、 タ ーゲッ ト 電 S V T が供給されて電位 V T とさ れている タ ーゲ ッ ト 電極 / と ソ ー ス / との間の電 界に よ ) 、 ソ ー ス / に集め られていき 、 ソ ー ス /
の電位が低下してい ぐ。 即ち、 M O S · F E T S の ソ ー ス / に信号電荷の蓄積がなされてい ぐ のであ'る。
この場合、 ソ ー ス / の電位はタ ーゲ ッ ト 電極 / ^
の電位 ま で低下し得るが、 ソ ー ス / での信号電 荷の蓄積量が大と って、 ソ ー ス / の電位が、 基体 電 B が供給された半導体基体 の電位 V B よ 低 ぐ な る と 、 半導体基体 ^ 、 ド レ イ ン ヲ 及びソ ー ス /
で形成される、 第 J 図に於いて铍隸で示す如 く の寄生
N P N ト ラ ン ジ ス タ Qが導通状態にな る こ と と ]) 、 f __OMPI ソ ー ス / ^の信号電荷が寄生 N P N ト ラ ン ジ ス タ Q を 通 じて ド レ イ ン ？ に流れる こ と にな る。 こ の ド レ イ ン ？ に流れた信号電荷に も と ず ぐ 信号は、 他の撮像画素 に よ る撮像出力に混入する不所望な信号と な ]? 、 いわ ゆる、 ブ ル ー ミ ン グ現象を起すと い う 不都合を生ずる も の と ¾つて しま う 。 そ して、 斯かる ブル ー ミ ング現 象を防止するには、 電源 の動作電圧 V V 〉 タ ーグッ ト 電 E V τ 〉·基体電圧 V B と ¾ る よ う に各電 Sを設定 する こ と力 考え られるが、 この場合には、 光電変換層
/ 7 に加わる電位差 （ V V — V T ) が小と な ]) 、 光電 変換効率が低下 して感度が劣化 して しま う の で好ま し く ない。
従って、 この場合、 ソ ー ス / の電位が半導体基体 ^ の電位 V B と 同一に ¾ るま での信号電荷の蓄積がで き る こ と に ¾ D 、 出力ダイ ナ ミ ッ ク · レ ン ジは V V — V B と な る。 こ の出力ダ イ ナ ミ ッ ク · レ ン ジ を拡大す るには、 電源 の動作電 E V V を高 く する こ とが考え られるが、 動作電圧 V V を高 ぐ する こ とは、 M O S · F E T S を開状態にするためそのゲー ト に供給する 垂直走査信号の振幅を大にする こ とが必要に Ϊ) 、
M O S · F E T S の耐 特性の点や垂直走査回路の 負担増加の点か ら困難と る。 従って、 出力ダイ ナ ミ ッ ク · レ ン ジ ¾大とする こ と ができ ない。
さ らに、 入射光の漏れ込みに よ ]? 、 半導体基体 内 で発生 した電荷の う ちの電子は、 電位が高い近接する
O PI / 0
撮像画素の M O S · F E Tの ソ ー ス及び ド レ イ ン に流 入する こ と にな ]? 、 わゆる、 ス ミ ア ー現象を生じて しま う とい う 不都合 も ある。
この よ う に、 上述の従来の固体撮像素子 / は、 ブル 一 ミ ング現象やス ミ ア ー現象が発生し、 ま た、 出力ダ ィ ナ ミ ッ ク · レ ン ジ ¾大に でき ない とい う 欠点を伴 う も のであった。
発明の開示
斯かる点に鑑みこの発明は、 撮像面に於ける各撮像 画素に於ける光電変換部を受光に よ 電子を信号電荷 と して発生する光電変換層で構成し、 この光電変換部 と共に各撮像画素を形成する ス ィ ツ チン グ素子を P チ ヤ ン ネ ル形の M 0 S · Ρ Ε Τで構成する こ と に よ 、 上述の如 ぐ の欠点を伴わず、 さ らに、 走査信号の振幅 の低減がで き 、 設計の 自 由度が拡大される等の利点が 得 られる よ う にした固体撮像素子を提供する も のであ ο
そ して、 こ の発明に係る固钵撮像素子は、 複数の Ρ チ ャ ン ネ ル形 M O S · F E Tで構成された第一の ス ィ ツ チン グ素子が行列配置を形成し、 各列毎に一端が共 通接続されて配され、 これ ら第一のス イ ッ チ ン グ素子 の行列配置面上に、 受光に よ ]? 電子を信号電荷と して 発生する光電変換層が第一の ス ィ ツチン グ素子の夫々 の他端と 電気的接続がされて配され、 さ らに、 第一の ス イ ッ チ ン グ素子の列の夫々 に対応して設け られ、 各 / /
列を形成する第一の ス ィ ツ チ ン グ素子の共通接続され た一端に接続された複数の第二のス ィ ツ チ ン グ素子が 配された も の と され、 第一のス ィ ツチ ン グ素子が各行 毎に順次選択的に開状態 と される と と も に第二のス ィ ツ チン グ素子が順次選択的に開状態 と される よ う にな されて、 光電変換層で得られる信号電荷に も とず ぐ 信 号が第一及び第二のス ィ ツ チン グ素子を介して導出さ れ、 撮像出力信号が得 られる よ う にされる。
こ の よ う に構成される この発 ^に係る固体撮像素子 は、 光電変換部が受光に よ 電子を信号電荷と して発 生する光電変換層で構成され、 こ の光電変換部 と共に 撮像画素 ¾形成する ス ィ ツ チ ン グ素子が P チ ャ ン ネ ル 形の M O S ' F E T で構成される こ と に よ 、 ブル 一 ミ ング現象やス ミ ア ー現象を生ずる こ とが ぐ 、 出力 ダ イ ナ ミ ッ ク ， レ ン ジが、 従来に比 して、 著る し く 拡 大された も のと な 、 しか も 、 各撮像画素を形成する ス ィ ツ チ ン グ素子 ¾開 * 閉制御する た め の走査信号、 即ち、 垂直走査信号の振幅を小と する こ とができ る も の と ¾ る。 さ らに、 その他、 以下の記述で明 らかにさ れる種々 の長所を有してお ]? 、 斯かる この発明に係る 固体撮像素子に よ れば、 走査回路の負担を輊減せ しめ た う えで、 良質の撮像出力信号を得る こ とができ る。
図面の簡単な説明
第 / 図及び第 <2 図は従来の固体撮像素子及びその周 辺回路部の概要を示す等 1回路図、 第 J 図は第 / 図に
ΟΜΡΙ
鶴 > / 2
示される固体撮像素子の一部分の具体的構成を示す断 面図、 第 図は第 / 図に示される固体撮像素子及びそ の周辺回路部の勣作説明に供される疢形図、 第 図及 び第 図はこの発明に係る固体撮像素子の一例にその 周辺回路部が接続された例の概要を示す等価回路図、 第 7図は第 図に示される こ の発明に係る固体撮像素 子の一例の一部分の具体的構成を示す断面図、 第 図 は第 図に.示される例の動作説明に供される波形図で
-あ 0
発明を実施するための最良の形態 - 以下、 こ の発明を実施するための最良の形態につい て、 第 図か ら第 ^ 図までの図を参照して述べる。
第 図はこの発明に係る固体撮像素子の一例を、 こ れを動作させるに必要と なる走査回路及び出力回路と 共に、 等価回路で示す も のである。 この第 図に於い て、 第 / 図に示される各部に対応する部分には、 第 図と共通の符号を付して示し、 重復説明を省略する。 こ こで、 2 がこ の発明に係る固体撮像素子を全体的 に示し、 この固体撮像素子 =2 は、 第 / 図に示される 固体撮像素子 / に於ける撮像画素 E/ / 〜 Emnと 同様に 配された、 撮像画素 / 〜Είηηに よ 構成された撮像 面を有 している。 これら撮像画素 Ε /〜 E'nmの夫々 は、 光電変換部 D / / 〜 Dmnの夫々 と ス ィ ツチン グ素子と し ての P チ ャ ン ネ ル形の M O S · F E T S'//〜S'nmの 夫々 との組合せで形成されている。 そして、 P チャ ン
OMFI / 3
ネ ル形の M O S · F E T S///〜S'mnの夫々 の ド レ イ ン が光電変換部 D/ / 〜Dmnに夫 々 接続され、 ま た、 M O S · F E T S /〜 S'mnの う ちの各水平方向の行 を構成する も ののゲー ト が共通接続されて、 制御端子 v / 〜 v mに夫々接続される と と も に、 垂直方向の列 を構成する も の の ソ ー ス が共通接続されて、 Nチ ャ ン ネ ル形の M O S · F E T T / 〜 T n の各ソ ー ス に夫 々接続されている。 他の構成は、 第 / 図に示される固 体撮像素子 / と 同様である。
斯かる こ の発明に係る固体撮像素子 =2 の撮像画素
Ε' / /〜 '!!!!！の う ちの任意の / つ の、 これに対応する
Μ 0 S · F Ε Τ Τ / 〜 Τ η の う ちの / つ Τ等と の接 続関係は、 第 図に示される如 ぐ に ¾ る。 即ち、 撮像 画素 Ε'を形成する光電変換部 D と Ρ チ ャ ン ネ ル形の Μ 0 S · F E T S' と に於いて、 M O S ' F E T S' の ド レ イ ン に光電変換部 Dの一端が接続さ れ る。 そ し て、 M O S · F E T S'の ソ ー ス に Nチ ャ ン ネ ル形の M 0 S · F E T Tの ソ ー ス が接続され、 この M O S • F E T T の ド レ イ ン に出力抵抗素子 を介 して電 源 が接続される と と も に、 出力端子 が接続される。 ま た、 光電変換部 Dの他端は端子 ク に接続されて、 電 圧 V T が供給される。 さ らに、 M O S · F E T ' ゲ一 ト は制御端子 V / 〜 v mの う ちの / つ V に接続さ れ、 M O S ' F E T T のゲー ト は制御端子 ！！ / 〜 h n の う ちの / つ h に接続される。 /
斯 く の如 く に接続される / つの撮像画素 Ε'の具体的 構成の一例は、 第 7 図に示される如 く であ る。 第 7 図 はこの発明に係る固体撮像素子 =2 の具体的構成の一 例に於ける、 上述の / つの撮像画素 が形成される部 分の断面 ¾示す。 この第 7 図に於いて も 、 第 J 図に示 される各部に対応する部分は第 J 図と共通の符号を付 して示す。 こ こでは、 P形の半導体基体 中に、 N形 の半導体領域であ る N形ゥ エ ル 2 / が形成されている。 そ して、 この N形ゥ エ ル 《2 / に o2つの独立 した P 形の 領域が形成され、 これ ら領域に跨って絶緣層 / / を介 してゲー ト 電極 / 'が設け られて、 これ らの Ρ 形の領 域を夫々 ド レ イ ン ？'及びソ ー ス / ' と.する、 Ρ チャ ン ネ ル形の M O S · F E T S'が檮成されている。 そし て、 ド レ イ ン？'に M O S ' F E T S'の ド レ イ ン電極
が設け られ、 ソ ー ス / ' に M O S ' F E T S'の ソ ー ス電極/ ' が設け られている。
斯かる M O S · F E T が構成される部分上に、 ド レ イ ン電極 / 上を除いて、 絶緣層 / が配され、 その上に、 例えば、 ア ル ミ ニ ウ ム層で形成された電極 『 が配され、 この電極 / は ド レ イ ン電極/ 0" ' に接 続されている。 そ して、 電極 / 上に、 例えば、 ナモ ル フ ァ ス * シ リ コ ン薄膜で形成された、 受光に よ ]? 信 号電荷と して電子を発生する先電変換層 / ク が配され、 さ らに、 光電変換層 / 7 の上には透明電極 （タ ーゲッ ト 電極） / が配されている。 この M O S ' F E T
OMPI f
S'が構成される部分上に拡がる光電変換層 / 7 の一部 分が光電変換部 D を形成 しているのであ る。 即ち固体 撮像素子 o2 に於いて も 、 光電変換部 D/ / 〜 Dmnの夫 々 は独立した受光ダイ ォー ド等の受光素子で形成され ているのでは ¾ く 、 受光面に拡がる光電変換層 / 7 の —区分で形成されているのであ る。
そして、 半導体基体 に端子 / ヲ か ら基体電 E V B が供給される と と も に、 N形 ゥ エ ル 2 / に端子 c2 c2 を 介 して ゥ エ ル電 V wが供給され、 ま た、 タ ーゲ ッ ト 電.極 / に端子 7 か ら タ ーゲ ッ ト 電圧 V T が供給され て用い られる。 こ こ で、 N形ゥ エ ル =2 / と半導体基体 との間が順方.向バ イ ア ス状態と されるい よ う 、 ゥ ェ ル電圧 V w〉基体電 E V B に選定される。
上述の如 ぐ に構成された固体撮像素子 =2 0 の撮像面 の各撮像画素 E'// E^mnに被写体か らの光が入射する と 、 光電変換部 D/ / 〜Dmnで光電変換が行われて、 各 撮像画素; E^/ E'imiへの入射光量に応 じた電荷 （電子） が発生 し、 こ の電荷が M O S · F E T S'//〜S/mnの 夫 々 の ド レ イ ン に蓄積されて信号電荷が得 られる こ と にる る。 そ して、 蓄積された信号電荷に も とず く 信号 が、 垂直走査回路 2か らの垂直走査信号に よ M O S • F E T S
Figure imgf000017_0001
が各行毎に選択的に開状態と さ れ、 かつ、 水平走査回路 J か らの水平走査信号に よ M O S · F E T T / 〜 T n が選^的に開状態 と され る こ と に よ 、 出力端子 に導かれて撮像出力信号と
。 / έ
される。
こ のため、 垂直走査回路 ο2は m個の制御端子 ν / 〜 v mに、 夫々 、 第 ^ 図 Aに示される如 く の垂直走査信 号^ v/〜 vm¾供給する。 この垂 ϋ走査信号 v/〜
^vmは、 映像信号の / 水平期間に対応する期間 t h に 低レ ベ ルを と るパ ル ス ' V/ 〜 Ψ' / 垂直期間内に m個の割合で順次発生して ぐ も の と される。 ま た、 水平走査回路 は n 個の制御端子 h / 〜 h n に、 第 図 B に示される如 く 、 第 図 B に示される と 同様の水 平走査信号 0h / 〜？ 5hnを供給する。 M O S · F E T S / S nm及び T / 〜 T n-は、 それ らのゲー ト に、 夫 々 、 垂直走査信号？^ /〜 '^の低レ ベ ル の パ ノレ ス ？ J'v/ 〜 Ψ' vm及び水平走査信号？ ^li / 〜 hnの高 レ ベ ル の パ ル ス h / 〜 hnが供給される と き 開状態とされる。 従つ て'、 撮像出力信号の出力端子 への導出は、 第 / 図に 示される固体撮像素子 / の場合と同様に行われる。
. 斯かる こ の発明に係る固体撮像素子《2 の撮像面の 任意の / つの撮像画素 Ε'に於ける、 信号電荷の蓄積及 び蓄積された信号電荷に も とず ぐ 信号の導出について、 第 図及び第 7 図 参照して考察する。 M O S · F Ε Τ 及び M O S · F E T Τ が開状態と されて撮像画素 E'に よ る撮像出力信号が導出された後、 再び M O S · F E T 及び M O S ' F E T Tが閉状態と された 初期状態にされた とする と、 この と き 、 M O S ' F E T S'の ソ ー ス / ' 及び ド レ イ ンヲ'に付随する容量は電源 ί 7
の動作電圧 V v で充電されてお 、 M O S · F E T S'の ソ ー ス / '及び ド レ イ ンヲ'の電位は V v と なって いる。 こ こ て、 M O S · F E T S'は P チ ャ ン ネ ル形 であるので、 ソ ー ス / ' 及び ド レ イ ン？ 'の電位が N形 ゥ エ ル c2 / の電位 よ 低 ぐ ¾ る よ う 、 動作電圧 V v く ゥ エ ル電 E V w と されている。 この状態に於いて、 光 電変換部 D を形成する光電変換層 / 7 中に、 入射光に 応 じて発生された信号電荷であ る電子が、 タ ー ゲ ッ ト 電 S V T が供給されて電位 V T と されている タ ーゲ ッ ト 電極 / 8 と ド レ イ ン？'と の間の電界に よ ]3 、 ド レ イ ンヲ'に集め られてい き 、 ド レ イ ン？'の電位が マ か ら 低下してい く 。 即ち、 M O S ·. F E T S'の ド レ イ ン に信号電荷の蓄積がされてい ぐ のであ る。
こ の ド レ イ ン ？ 'の電位は タ ー グ ッ ト 電極 / の電位 V T ま で低下し得る こ とにな るが、 ド レ イ ン ？ 'での信 号電荷の蓄積に伴って、 ド レ イ .ンヲ ' の電位が N形ゥ ェ ル ュ / の電位に比 して次第に低 ぐ ¾つてい こ と にな る。 このため、 N形ゥ エ ル =2 / ， ド レ イ ン？ '及びソ 一 ス /ク ' で形成される、 第 7 図に於いて破線で示す如 ぐ の寄生 P N P ト ラ ン ジ ス タ Q 'が導通状態 と される こ と は ¾い。 従つて、 ド レ イ ン？'に蓄積された信号電荷が 寄生 P N P ト ラ ン ジ ス タ Q 'を介 して ソ ー ス /ク'側へ流 れて しま う と い う こ とが ぐ 、 この結果、 ブ ル 一 ミ ン グ現象は生 じ ¾い こ と にな る。 ま た、 ド レ イ ン？ と N 形ウ エ ノレ 2 / と の間に印加される こ と にな る電位差は、 ί ε
入射光量が小の と き小で、 入射光量が大の と き大と るので、 入射光量が小の場合の暗電流が極めて小と な
、 撮像出力信号の信号対雜音比が向上する。
そ して、 この と き、 ドレ イ ン？'と ゥ エ ル電 EV wが 供給された N形ゥ エ ル 2 / と の間に印加される電位差 の最大直は、 V w — V T であ ！） 、 これが ドレ イ ンヲ'と N形ゥ エ ル ο2 ί との間の Ρ Ν接合の ブレーク ダウ ン電
E V D を越えなければ、 M O S · F E T S'について 耐圧上の問題は生じるいので、 — V T < V D 、' 従 つて、 V で 〉 V w — V D に選定しておけばよ い。 即ち、 この条件及びタ ーゲ ッ ト 電極 / S と ドレ イ ンヲ'と の間 に所定の電位差を印加するための条件 V τ < V V を満 す範囲内で、 タ ーゲッ ト 電 E V T を選定する こ とがで き 設計の 自 由度が増す。
さ らに、 M O S · F E T S'の ド レ イ ン？'の電位は
V V か ら V T ま で変化し得るので、 出力ダイ ナ ミ ッ ク • レ ン ジは V V — V T と な 、 出力ダ イ ナ ミ ッ ク · レ ン ジが大な る も の と なる。
—方、 M O S · F E T S'の ド レ イ ン？ 'に蓄積され た信号を導出するため、 M O S · F E T S 'を開状態 とす'るために、 M O S · F E T S'のゲー 卜 に供給さ れる垂直走査信号の レ ベ ルは、 M O S · F E T の ス レ ツ シ ョ ー ル ド電圧 ¾Vths ( く ） とする と 、 V v 一 I Vths I 以下であればよ い。 ま た、 M O S · F E T S'の ソ ー ス / ' に付随する容量の値は、 ド レ イ ン？ に
OMPI / 9
付随する容量の値に比 して著 し く 大であ U ゝ M O S · F E T S'が開状態 と ¾つて ド レ イ ン？'に蓄積された 信号電荷の移動があって も ソ 一 ス /ク' の電位はほとん ど変化せず、 ソ ー ス / ' の電位は常時 V v と されてい る と見なせるので、 M O S ' F E T S 'を閉状態 とす るため M O S · F E T S'のゲー 卜 に供給される垂直 走査信号の レ ベ ルは、 V v — I Vths I よ ]) 高ければよ い。 従って、 M O S ' F E T 8' ¾開 * 閉制御するた めの垂直走査信号の振幅を比較的小な-る も の とする こ とができ る。
さ らに、 入射光の漏れ込みがあって、 N形ゥ エ ル o2 /及び半導体基体 f 内で電荷 （正孔及び電子） が発 生した場合、 正孔は半導体基体 に落ち込んで吸収さ れ、 電子は N形ゥ エ ル 。2 / で吸収され、 近接する撮像 画素の M O S · F E Tの ド レ イ ン及び ソ ー ス にはほと んど流入 しない。 従って、 ス ミ ア ー現象が生 じないこ と にな る。
なお、 M 0 S - F E T S'か らの信号を導出すベ ぐ Nチ ャ ン ネ ル形の M O S ' F E T T ¾開状態にする ため、 M O S ' F E T Tのゲー ト に供給される水平 走査信号の レ ベ ルは、 M O S · F E T Tが ェ ン ハ ン ス メ ン ト 形の場合には、 ス レ ツ シ ョ ー ル ド電 E ¾VthT (> ク） とする と 、 V v +VthTよ ]? 高ければよ い こ と に ¾ る。 こ こで、 こ の M O S * F E T T と してディ ブ リ ー シ ヨ ン形の も のを用いれば、 そのス レ ツ シ ョ ー し ル ド電圧 V' thTは負と な 、 M O S · F E T T を開 状態にするためそのゲー ト に供給される水平走査信号 の レ ベ ルを、 ェ ン ノ、 ン ス メ ン ト 形の場合に比 して、
Vt T + 〖 V' thT ！ だけ低減する こ とができ る。 この よ う に、 水平走査信号の高 レ ベ ル側を低減てき る場合に は、 水平走査回路の負担が軽減され、 消費電力 も 低減 される こ と に ¾ る。
産業上の利用分野
以上の如 く 、 この発明に係る固体撮像素子は、 そ 撮像面に於ける各撮像画素 ¾形成する ス ィ ツ チン グ素 子を開 · 閉制御するための走査回路の負担を軽減せし めた う えで、 良質の撮像出力信号を得る こ とができ る も ので、 小形かつ軽量化された高級テ レ ビ ジ ョ ン · 力 メ ラ ¾構成するに好適であ る。
OMPI 囊

Claims

請求の範囲
ん 複数の P チ ャ ン ネ ル形絶縁ゲー ト 電界効果 ト ラ ン ジ ス タ で構成された第一のス イ ッ チ ン グ素子 （S /〜 S n) が行列配置を形成 し、 各列毎に一端が共通接続 されて配され、 該第一の ス ィ ツ チ ン グ素子 （S /〜 S'mn) の行列配置面上に、 受光に よ ]? 電子を信号電荷 と して発生する光電変換層（/7)が上記第一の ス ィ ツ チ グ素子 （S'/z S'iim) の夫 々 の他端 と電気的接続がさ れて配され、 さ らに、 上記第一のス イ ッ ^ ン グ素子
Figure imgf000023_0001
の列の夫々 に対応 して設け られ、 夫々 該列の夫々 を形成する上記第一の ス ィ ツ チ ン グ素子の 共通接続された一端に接続された複 ^の第二のス ィ ッ チ ング素子 （ t / 〜 T n ) が配されて成 ]) 、 上記第一 の ス ィ ツ ^ ン グ素子 （S /〜 S'nrn) が各行毎に順次選 択的に開状態 と される と と も に上記第二のス ィ ッチ ン グ素子 （ T / 〜 T n ) が順次選択的に開状態 と される よ う にな されて、 上記光電変換層（/7)で得 られる信号 電荷に も とず ぐ 信号が上記第一及び第二のス ィ ッ チ ン グ素子 （S'/z S'irm ^ T / T n ) を介 して導出され、 撮像出力信号が得られる よ う にされた固体撮像素子。
=2. 上記第一の ス イ ッ チ ン グ素子 （S'//〜S'mn) を構 成する複数の P チ ャ ン ネ ル形絶緣ゲー ト 電界効杲 ト ラ ン ジ ス タ が、 それ らの ド レ イ ン が上記光電変換層（/7) に電気的に接続され、 それ らの う ちの各行を形成する. も ののゲー ト が共通接続され、 さ らに、 それ らの う ち の各列 ¾形成する も のの ソ ー スが共通接続されて、 上 記第二のス イ ッ チ ン グ素子 （ T / 〜 T n ) の対応する も のに接続される よ う になされた請求の範囲第 /項記 載の固体撮像素子。 '
3. 上記第一のス イ ッ チ ン グ素子 （ Τ / 〜 Τ η ) が、 複数の Νチ ャ ン ネ ル形絶縁ゲー ト 電界効果 ト ラ ン ジス タ で構成された請求の範囲第 / 項ま たは第 c2項記載の 固体撮像素子。 . 上記第二のス イ ッ チ ン グ素子 （ T / 〜 T n ) .が複 数の Nチ ャ ン ネ ル形絶緣ゲー ト 電界効果 ト ラ ン ジ ス タ で構成され、 それ らの ソ ー ス が上記第一の ス ィ ッチ ン グ素子 （S///〜S'mn) を構成する複数の P チ ャ ン ネ ル 形絶籙ゲー ト 電界効果 ト ラ ン ジ ス タ の う ちの各垂直方 向 の列を形成する も の の共通接続された ソ ー ス に夫々 接続され、 ま た、 それらの ド レ イ ンが共通接続される よ う になされた請求の範囲第 c 項記載の固体撮像素子。 . 上記'第二のス イ ッ チ ン グ素子 （ T / 〜 T n ) を形 成する複数の Νチ ャ ン ネ ル形絶縁ゲ一 ト 電界効果 ト ラ ン ジス タ がデ ィ ブ リ 一 シ ョ ン 形の も の と さ れた請求の 範囲第 項記載の固体撮像素子。
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