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JP2551658C - - Google Patents

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Publication number
JP2551658C
JP2551658C JP2551658C JP 2551658 C JP2551658 C JP 2551658C JP 2551658 C JP2551658 C JP 2551658C
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
photoelectric conversion
amplifying
amplification
transistor
sensor
Prior art date
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Japanese (ja)
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、センサーノイズの低減を目的とした光電変換装置に関する。 [従来の技術及び発明が解決しようとする課題] 固体撮像装置等に用いられるセンサには、出力信号レベルを上げる等のために
、増幅型センサが好適に用いられる。 増幅型センサーは、MOS 型,SIT 型,FET 型,バイポーラ型などのトランジス
タから構成されていて、それらの制御電極に蓄積した電荷を電荷増幅あるいは電 流増幅して、主電極から出力するものである。例えば特公昭55-28456号公報に増
幅型センサーの一例が開示されている。このような増幅型センサーの問題点の1
つにセンサーノイズが大きいことがあげられる。 センサーノイズは、一般に固定的に現われる固定パターンノイズ(以後FPN
と呼ぶ)と、制御電極をリセットした時に制御電極にとりこまれるランダムノイ
ズがある。 センサーノイズのなかで、FPN は固定的に現われるのでセンサーの光信号出力
からセンサーの暗時出力を減算すれば、完全に除去することができる。なお、暗
時出力は蓄積時間をほとんどゼロ、即ちセンサーをリセットした直後に読み出す
事によって得ることができる。 これに対し制御電極にとりこまれたランダムノイズをも除去するためには、蓄
積開始直後のセンサー出力(センサーノイズ)から蓄積後のセンサー出力(光信
号)を減算すればよい。このような減算処理が可能な光電変換装置としては、本
出願人が先に出願した特願昭63-47492号に開示したものがある。この光電変換装
置は光信号を格納する手段とセンサーノイズを格納する格納手段とを設け、両格
納手段に格納された光信号とセンサーノイズとの差を取るものである。 かかる光電変換装置は、ラインセンサーに用いる場合には非常に実用的である
が、エリアセンサーに用いる場合には、センサーノイズを格納する格納手段のチ
ップ面積が大きくなってしまう。格納手段を、撮像素子の外部に設けた場合にお
いても、フィールドメモリあるいはフレームメモリが必要となり、コスト的に問
題であって、実用化は困難である。 また、センサーの感度を大きくし、センサノイズの影響を相対的に小さくする
ために、光電変換領域を増幅用トランジスタの上部に積層化したものがある。こ
のような固体撮像装置としては、本出願人が先に出願した特願平 1-9089 号に開
示したものがある。 この固体撮像装置は、光導電膜を積層すると光電変換領域の受口開口率が非常
に大きくなるので、センサー出力(S)も同様に大きくなる。しかし、さらに高
S/N比を達成するためには、センサーノイズ(N)を小さくする必要がある。 本発明の目的は上記の課題に鑑み、センサーノイズを除去するのに適した光電 変換装置を提供することにある。 [課題を解決するための手段] 本発明の光電変換装置は、光励起された電荷を蓄積する蓄積手段と、 制御電極の電荷を増幅して主電極を介して出力する増幅手段と、 前記蓄積手段と前記制御電極とを接続するスイッチ手段と、 該スイッチ手段の、非導通時の前記増幅手段の出力を第1の信号として読み出
すと共に、この読み出しの直前において前記増幅手段をオンさせない状態で前記
主電極を所定電位に設定する第1の読み出し手段と、 その後前記スイッチ手段を導通させ、前記蓄積手段の電荷を前記制御電極に転
送する転送手段と、 該転送手段による前記電荷の転送後に前記増幅手段の出力を第2の信号として
読み出すと共に、この読み出しの直前において前記増幅手段をオンさせない状態
で前記主電極を再び前記所定電位に設定する第2の読み出し手段と、 前記第1の信号と前記第2の信号との減算処理を行う減算処理手段と、 を備えたことを特徴とする。 [作用] 本発明の光電変換装置は、光励起された電荷を蓄積する蓄積手段と制御電極の
電荷を増幅する増幅手段との間にスイッチ手段を設けることで、蓄積手段の動作
に関係なく、センサノイズを独立して読み出すことを可能とするものであり、F
PNばかりではなく増幅素子の暗電流成分やランダムノイズを除去することを可
能とするものである。 なお、基体上に蓄積手段となる蓄積領域及び増幅手段となる増幅領域を形成し
、その上に光電変換領域を積層し、この光電変換領域と増幅領域とを接続させれ
ば、受口開口率を大きくできS/N比を大きくすることができる。 [実施例] 以下、本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明する。 第1図は、本発明の光電変換装置の第1実施例の部分回路図である。 第2図は、上記光電変換装置の画素の概略的平面図である。 第3図は、第2図の光電変換装置のX−X′線断面図である。 第4図は、第2図の光電変換装置のY−Y′線断面図である。 第1図に示すように、1つの画素は、画素をリセットするためのPMOSトランジ
スタTrA、画素の過渡リセット及び信号の蓄積・読み出しを制御するための容量C
oX、光励起された電荷を蓄積する蓄積手段であるフォト・ダイオードD、このフ
ォト・ダイオードDからの信号を増幅する増幅用トランジスタTrC、フォト・ダ
イオードDの光電変換部で発生した電荷を増幅用トランジスタTrC制御電極であ
るベースへ転送制御するためのスイッチ素子たるPMOSトランジスタTrBから構成
される。φVR、φTBはそれぞれPMOSトランジスタTrA、TrBの制御を行うパルスで
ある。 増幅用トランジスタTrCのエミッタは MOSトランジスタT1、T2を介して蓄積容
量C1,C2に接続される。φT1,φT2はそれぞれ MOSトランジスタT1、T2の制御
を行うパルスである。TVCは垂直信号線のリセットを行う MOSトランジスタであ
り、パルスφVCの制御により電位VVCに設定される。 第2図及び第3図に示すように、各画素はPMOSトランジスタTrAで分離され(
第3図中破線で図示)、また、増幅用トランジスタTrCのベースBの一部にはSiO
2上に設けられたpoly層L1により容量CoXを形成している。エミッタEはA1層
2により、画素分離上を垂直出力線として配線接続されている。第2図及び第
4図に示すように、光電変換部であるフォト・ダイオードDと増幅用トランジス
タTrCのベースBは、PMOSトランジスタTrB(第4図中破線で図示)からなるスイ
ッチ素子により分離されている。なお、フォト・ダイオードD以外は通常遮光さ
れるが第2図〜第4図では省略している。 以下、第1図〜第4図を参照しながら、上記光電変換装置の動作について説明
する。 第5図は、上記光電変換装置の動作を説明するためのタイミングチャートであ
る。 第5図において、まず、期間T1は水平方向画素列のリセット期間(f0)で
あり、パルスφVR及びパルスφTBを負電位(−V)にして、PMOSトランジスタTr
A及びスイッチ素子TrBをON状態として、読み出しが完了した水平画素列のリセ
ットが行なわれる。 期間T2は水平方向画素列の過度リセット期間であり、パルスφVRを正電位(
+V)にすると、PMOSトランジスタTrAはOFF状態となり、容量CoXを介して増
幅用トランジスタTrCのベースの電位およびフォト・ダイオードDの電位は低下
する。同時にパルスφVCをハイレベルとして MOSトランジスタTVCをON状態と
して、増幅用トランジスタTrCのエミッタを所定の電位VVCとする。この時、フ
ォト・ダイオードDと増幅用トランジスタTrCのベースの残留電荷はエミッタ電
流との再結合により除去される(これを過渡リセットと呼ぶ)。その後、パルス
φVCをロウレベルとして MOSトランジスタTVCをOFF状態とし、パルスφVR
正電位から接地電位(GND)にすると、容量CoXを介して増幅用トランジスタT
rCのベースの電位およびフォト・ダイオードDの電位も低下する。さらに、パル
スφTBを立ち上げて接地電位(GND)とすると、PMOSトランジスタTrBがOF
F状態となり、フォト・ダイオードDは蓄積を開始する。 期間T3は、垂直走査切換え期間(f0→f1)であり、不図示の垂直シフトレ
ジスタにより垂直走査が行なわれ、パルスφV1,φV2の制御により次の水平画素
列が選択される。 期間T4は、蓄積容量C1の残留電荷クリア期間であり、パルスφVC及びパルス
φT1をハイレベルとすると、 MOSトランジスタTVC及び MOSトランジスタTT1はO
N状態となり、蓄積容量C1上の残留電荷はクリアされる。その後パルスφVC
ロウレベルとして、 MOSトランジスタTVCをOFF状態とする。 期間T5は、センサーノイズの読み出し期間であり、パルスφVRを正電位(+
V)として、増幅用トランジスタTrCのベースを上昇させて、増幅用トランジス
タTrcから読み出し駆動が行なわれる。 この時のベース電位は暗時出力電位であり、エミッタには増幅用トランジスタ
TrCの特性に依存した出力電圧が現われる。これは一般的にオフセット電圧と呼
ばれ、複数の増幅用トランジスタ間ではそのパラメータが少しづつ異なるのでエ
ミッタ出力電圧、即ちオフセット電圧も異なっている。ここではそれらのオフセ
ット電位の差異をセンサーノイズと呼ぶ。このセンサーノイズは蓄積容量C1
蓄積される。 期間T6は、蓄積容量C2の残留電荷クリア期間であり、パルスφVC及びパル スφT2をハイレベルとすると、 MOSトランジスタTVC及び MOSトランジスタTT2
ON状態となり、蓄積容量C2上の残留電荷はクリアされる。その後パルスφVC
をロウレベルとして、 MOSトランジスタTVCをOFF状態とする。 期間T7は、フォト・ダイオードDの光電荷を増幅用トランジスタTrCのベース
への転送するための期間であり、パルスφTBを立ち下げて負電位(−V)とする
と、PMOSトランジスタTrBがON状態となり、フォト・ダイオードDに蓄積され
た光電荷は増幅用トランジスタTrCのベースに転送される。 期間T8は、光信号の読み出し期間であり、パルスφVRを正電位(+V)とす
ると、容量CoXを介して増幅用トランジスタTrCのベースの電位が上昇し、増幅用
トランジスタTrCから光信号出力が読み出される。この光信号には上述のセンサ
ーノイズが含まれており、蓄積容量C2に蓄積される。 センサーノイズを蓄積している蓄積容量C1の列と光信号を蓄積している蓄積
容量C2の列は、不図示の水平シフトレジスタにより駆動選択された不図示の水
平転送スイッチから水平出力線に転送される。水平出力線の出力端子は差動アン
プに接続されているので、結果的に、光信号よりセンサーノイズが減算されて、
光信号のみを得ることができる。 以下、センサーノイズの減算処理について詳細に説明する。 我々の実験結果によれば、過渡リセット後のFPNは、増幅用トランジスタTr
CのhFEなどのパラメータの差異により異なり、過渡リセット終了後ベース電位
BはΔVのバラツキが発生する。このバラツキΔVは読み出し動作により、 量Cbc、ベース・エミッタ間容量Cbeおよび容量Coxの合成容量である。 また、ランダムノイズ成分は、期間T1における合成容量CBに依存するリセッ
ト時のkTCノイズ、センサートランジスタ読み出し動作時のランダムノイズ及
び期間T7,T8におけるフォト・ダイオードDの光電荷転送時のランダムノイズ
である。リセット時のkTCノイズは過渡リセットにより少し小さくなり約 また光電荷転送時のランダムノイズはベース入力時定数により帯域制限され、
無視できる程小さい。 さらに、読み出し動作時のランダムノイズはベース容量CB,エミッタから見
た負荷容量CVと蓄積容量CT,電流増幅率hFEなどに依存するが、電流増幅率h
FEを大きくして非破壊度を大きくすれば前記リセット時のランダムノイズよりも
、非常に小さくできることか分かった。このことは、センサーのFPNとkTC
ノイズは、光信号とセンサーノイズとの減算処理により、S/N比を非常に改善
できることを意味する。CCDでは、電荷・電圧変換出力アンプ後相関二重サン
プリング法によって、リセットトランジスタによるkTCノイズを除去している
が、高速駆動のためアンプノイズが支配的である。 本発明のような各画素が増幅素子から構成されたものは、1H毎の低速走査で
あるため、アンプノイズ、即ち読み出しノイズは極めて小さい。 また、増幅用トランジスタの暗電流成分もセンサーノイズと光信号の減算時除
去される。 第6図は、本発明の光電変換装置の第2実施例の部分回路図である。 本実施例の特徴部分は、PMOSトランジスタTrA,TrBを直列に接続し、その接続
点にフォト・ダイオードDを配置したことにある。このような配置は、水平画素
サイズが、垂直画素サイズよりも大きい場合に好適に用いられる。 画素のリセットは、パルスφVR1,φVR2を負電位にしてPMOSトランジスタTrA
,TrBをON状態とすることによって行われる。 過渡リセットは、パルスφVR2を正電位にしてPMOSトランジスタTrBをOFF状
態とするとともに、容量CoXを介して増幅用トランジスTrCのベースの電位を上昇
させ、増幅用トランジスタTrCのエミッタを所定の電位にすることで行われる。 電荷の蓄積は、パルスφVR1,φVR2を接地電位(GND)にして、PMOSトラン
ジスタTrA,TrBをOFF状態とし、フォト・ダイオードDに電荷を蓄積すること
で行われる。 センサーノイズの読み出しは、蓄積終了後、パルスφVR2を正電位にしてPMOS
トランジスタTrBをOFF状態とするとともに、容量CoXを介して増幅用トラン ジスTrCのベースの電位を上昇させ、増幅用トランジスタTrCのエミッタからセン
サーノイズを読み出すことで行われる。 光信号の読み出しは、パルスφVR2を接地電位(GND)にし、PMOSトランジ
スタTrBをOFF状態とし、パルスφVR1を負電位にし、PMOSトランジスタTrA
ON状態として、フォト・ダイオードDの光電荷を増幅用トランジスタTrCのベ
ースに転送し、パルスφVR1を接地電位(GND)にしてPMOSトランジスタTrA
OFF状態にし、パルスφVR2を正電位にしてPMOSトランジスタTrBをOFF状態
とするとともに、容量CoXを介して増幅用の MOSトランジスタTrCのベースの電位
を上昇させ、増幅用の MOSトランジスタTrCのエミッタから光信号を読み出す。 本実施例は第1実施例と多少動作方法は異なるが、第1実施例と同様にセンサ
ーノイズを除去することができる。 第7図は、本発明の光電変換装置の第3実施例の部分回路図である。 本実施例の特徴部分は、増幅素子を MOSトランジスタとしたことである。 同図において、 MOSトランジスタTrA′は、 MOSトランジスタTrC′の制御電極
であるゲート領域の残留電荷をクリアするためのリセット用 MOSトランジスタで
ある。第1実施例においては増幅素子がバイポーラトランジスタで構成されてい
たので過渡リセットを行なったが、本実施例は増幅素子が MOSトランジスタであ
るため過渡リセット動作は不要である。フォト・ダイオードDに蓄積された光電
荷をゲートに転送し、増幅素子の MOSトランジスタから光信号を読み出すときの
ランダムノイズはセンサーMOSの増幅素子にMOSやFETを使用すれば読み
出し時制御電極であるゲート電荷は破壊されないので、センサーノイズと光信号
出力に含まれるセンサーノイズの相関性は非常に高くなり、結果的に高S/Nセ
ンサーとすることができる。 第8図は、本発明の第4実施例におけるセンサー断面図である。 本実施例は、光電変換領域を積層による光導電膜としたものである。 同図に示すように、光電変換装置の第1実施例である第4図のフォト・ダイオ
ード部に光導電膜からの画素電極を接続したものである。 図中、1は光導電膜、2は透明電極、3は画素電極、4は絶縁層であり、光導 電膜1は画素電極3を通して、フォト・ダイオード部を構成するp型半導体領域
に接続される。 本実施例によれば、増幅素子部上にも光導電膜を設けることができるので、受
口開口率を大きくし、S/N比を大きくすることができる。 第9図は、本発明を適用した固体撮像装置の概略的構成図である。 同図において、光センサがエリア状に配列された撮像素子201は、垂直走査
部202及び水平走査部203によってテレビジョン走査が行なわれる。 水平走査部203から出力された信号は、処理回路204を通して標準テレビ
ジョン信号として出力される。 垂直および水平走査部202及び203の駆動パルスφHS,φH1,φH2,φVS
,φV1,φV2等はドライバ205によって供給される。またドライバ205はコ
ントローラ206によって制限される。 [発明の効果] 以上詳細に説明したように、本発明の光電変換装置によれば、光励起された電
荷を蓄積する蓄積手段と制御電極の電荷を増幅する増幅手段との間にスイッチ手
段を設けることで、増幅素子のセンサーノイズを蓄積手段の動作に関係なく、独
立して読み出すことができ、FPNばかりではなく増幅素子の暗電流成分やラン
ダムノイズを除去でき、また増幅用素子を低速駆動とし、読み出し時のノイズを
非常に小さく、高S/N比の撮像素子を実現することができる。 なお、基体上に蓄積手段となる蓄積領域及び増幅手段となる増幅領域を形成し
、その上に光電変換領域を積層し、この光電変換領域と増幅領域とを接続させれ
ば、受口開口率を大きくでき、S/N比を大きくすることができる。
The present invention relates to a photoelectric conversion device for reducing sensor noise. [Problems to be Solved by the Related Art and the Invention] As a sensor used in a solid-state imaging device or the like, an amplification type sensor is preferably used in order to increase an output signal level or the like. Amplification type sensors are composed of MOS, SIT, FET, and bipolar transistors, etc., and charge-amplify or current-amplify the charge accumulated in their control electrodes and output from the main electrode. . For example, Japanese Patent Publication No. 55-28456 discloses an example of an amplification type sensor. One of the problems of such an amplification type sensor
First, the sensor noise is large. Sensor noise is generally a fixed pattern noise (hereinafter referred to as FPN) which appears fixedly.
), There is random noise that is introduced into the control electrode when the control electrode is reset. Since FPN appears fixedly in the sensor noise, it can be completely eliminated by subtracting the dark output of the sensor from the optical signal output of the sensor. The dark output can be obtained by reading the storage time almost zero, that is, immediately after resetting the sensor. On the other hand, in order to also remove the random noise incorporated in the control electrode, the sensor output (optical signal) after accumulation may be subtracted from the sensor output (sensor noise) immediately after the start of accumulation. A photoelectric conversion device capable of performing such a subtraction process is disclosed in Japanese Patent Application No. 63-47492 filed by the present applicant. This photoelectric conversion device includes means for storing an optical signal and storage means for storing sensor noise, and calculates the difference between the optical signal and sensor noise stored in both storage means. Such a photoelectric conversion device is very practical when used for a line sensor, but when used for an area sensor, the chip area of the storage means for storing sensor noise increases. Even when the storage means is provided outside the image sensor, a field memory or a frame memory is required, which is a problem in terms of cost, and is difficult to put to practical use. Further, in order to increase the sensitivity of the sensor and relatively reduce the influence of sensor noise, there is a type in which a photoelectric conversion region is stacked above an amplification transistor. An example of such a solid-state imaging device is disclosed in Japanese Patent Application No. 1-9089 filed earlier by the present applicant. In this solid-state imaging device, when the photoconductive film is laminated, the aperture ratio of the receiving port of the photoelectric conversion region becomes very large, so that the sensor output (S) also becomes large. However, to achieve a higher S / N ratio, it is necessary to reduce the sensor noise (N). An object of the present invention is to provide a photoelectric conversion device suitable for removing sensor noise in view of the above problems. [Means for Solving the Problems] A photoelectric conversion device according to the present invention includes a storage unit for storing a photo-excited charge, an amplification unit for amplifying a charge of a control electrode and outputting the charge via a main electrode; Switch means for connecting the control means and the control electrode; and reading out the output of the amplifying means when the switch means is non-conductive as a first signal, and immediately before the reading, the main means in a state where the amplifying means is not turned on. First readout means for setting an electrode to a predetermined potential; transfer means for turning on the switch means thereafter to transfer the charge of the storage means to the control electrode; and amplifying means after transfer of the charge by the transfer means. Is read out as a second signal, and the main electrode is again set to the predetermined potential immediately before this reading, without turning on the amplifying means. And second reading means, characterized by comprising a subtraction processing means for performing subtraction processing between the first signal and the second signal. [Operation] The photoelectric conversion device of the present invention provides a switch between the accumulation unit for accumulating the photo-excited charge and the amplification unit for amplifying the charge of the control electrode, so that the sensor can be operated regardless of the operation of the accumulation unit. It is possible to read out noise independently.
This makes it possible to remove not only PN but also a dark current component and random noise of the amplifying element. In addition, a storage area serving as a storage means and an amplification area serving as an amplification means are formed on a substrate, and a photoelectric conversion area is laminated thereon, and the photoelectric conversion area and the amplification area are connected to each other. Can be increased, and the S / N ratio can be increased. Examples Hereinafter, examples of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a partial circuit diagram of a first embodiment of the photoelectric conversion device of the present invention. FIG. 2 is a schematic plan view of a pixel of the photoelectric conversion device. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line XX 'of the photoelectric conversion device of FIG. FIG. 4 is a sectional view taken along line YY 'of the photoelectric conversion device of FIG. As shown in FIG. 1, one pixel includes a PMOS transistor Tr A for resetting the pixel and a capacitor C for controlling transient reset of the pixel and accumulation / readout of signals.
o X , a photodiode D which is storage means for storing the photoexcited charge, an amplifying transistor Tr C for amplifying a signal from the photodiode D, and amplifying the charge generated in the photoelectric conversion unit of the photodiode D composed of PMOS transistor Tr B serving switching element for transferring control to the base is a use transistor Tr C control electrode. φ VR and φ TB are pulses for controlling the PMOS transistors Tr A and Tr B , respectively. The emitter of the amplifying transistor Tr C is connected to the storage capacitors C 1 and C 2 via the MOS transistors T 1 and T 2 . φ T1 and φ T2 are pulses for controlling the MOS transistors T 1 and T 2 , respectively. T VC is a MOS transistor for resetting the vertical signal line, and is set to the potential V VC by controlling the pulse φ VC . As shown in FIGS. 2 and 3, each pixel is separated by a PMOS transistor Tr A (
In FIG. 3, a portion of the base B of the amplifying transistor Tr C is formed of SiO 2.
The capacitance Co X is formed by the poly layer L 1 provided on the second layer 2 . The emitter E by A1 layer L 2, are hardwired on the pixel separation as a vertical output line. As shown in FIGS. 2 and 4, the photo diode D, which is a photoelectric conversion unit, and the base B of the amplifying transistor Tr C are connected by a switch element composed of a PMOS transistor Tr B (shown by a broken line in FIG. 4). Are separated. Note that, except for the photodiode D, the light is normally shielded from light, but is omitted in FIGS. 2 to 4. Hereinafter, the operation of the photoelectric conversion device will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a timing chart for explaining the operation of the photoelectric conversion device. In Figure 5, firstly, the period T 1 is a reset period in the horizontal direction pixel rows (f0), and a pulse phi VR and pulse phi TB to a negative potential (-V), PMOS transistor Tr
A and switching elements Tr B as ON state, the reset of the horizontal pixel row read is completed is performed. Period T 2 are a excessive reset period of the horizontal pixel rows, a pulse phi VR positive potential (
When the + V), PMOS transistor Tr A is turned OFF, the base potential and the potential of the photodiode D of the amplifying transistor Tr C via the capacitor Co X decreases. At the same time, the pulse φ VC is set to the high level, the MOS transistor T VC is turned on, and the emitter of the amplifying transistor Tr C is set to the predetermined potential V VC . At this time, the base residual charges of the amplifying transistor Tr C and photodiode D is (referred to as transient reset) to be removed by recombination of the emitter current. Thereafter, the pulse phi VC the MOS transistor T VC is turned OFF as low level, the pulse phi when VR from a positive potential to the ground potential (GND), the amplifying transistor T via the capacitor Co X
The potential at the base of r C and the potential at the photodiode D also decrease. Further, when the pulse φ TB rises to the ground potential (GND), the PMOS transistor Tr B turns off.
The state becomes the F state, and the photodiode D starts accumulation. Period T 3 is a vertical scanning switching period (f 0 → f 1), a vertical scanning is performed by the vertical shift register (not shown), the next horizontal pixel row is selected by the control pulse phi V1, phi V2 . Period T 4 is a residual charge clearing period of the storage capacitor C 1, when the pulse phi VC and pulse phi T1 to the high level, MOS transistors T VC and MOS transistors T T1 is O
Becomes N state, the residual charge on the storage capacitor C 1 is cleared. Thereafter, the pulse φ VC is changed to low level, and the MOS transistor T VC is turned off. Period T 5 is the readout period of the sensor noise, the pulse phi VR positive potential (+
As V), raising the base of the amplifying transistor Tr C, readout driving is performed from the amplifying transistor Tr c. The base potential at this time is the dark output potential, and the emitter is an amplifying transistor.
An output voltage depending on the characteristics of Tr C appears. This is generally called an offset voltage, and since the parameters of the plurality of amplifying transistors are slightly different, the emitter output voltage, that is, the offset voltage is also different. Here, the difference between these offset potentials is called sensor noise. The sensor noise is accumulated in the storage capacitor C 1. Period T 6 is the residual charge clearing period of the storage capacitor C 2, when the pulse phi VC and pulse phi T2 to the high level, MOS transistors T VC and MOS transistor T T2 is turned ON, on the storage capacitor C 2 Residual charges are cleared. Then pulse φ VC
As a low level, the MOS transistor T VC and the OFF state. Period T 7 is a period for transferring the photoelectric charges of the photodiode D to the base of the amplifying transistor Tr C, if it falls pulses phi TB and a negative potential (-V), PMOS transistor Tr B There turned oN, the photocharge accumulated in the photodiode D is transferred to the base of the amplifying transistor Tr C. Period T 8 is the readout period of the optical signal, the pulse phi VR If a positive potential (+ V), increases the base potential of the amplifying transistor Tr C via the capacitor Co X, from the amplifying transistor Tr C The optical signal output is read. Includes the above-described sensor noise to the optical signal, are accumulated in the storage capacitor C 2. Column of storage have accumulated sensor noise capacitance C 1 of the column and the storage capacitor C 2 are the optical signal accumulation horizontal output lines from the horizontal transfer switch of the drive selected not shown by the horizontal shift register (not shown) Is forwarded to Since the output terminal of the horizontal output line is connected to the differential amplifier, as a result, sensor noise is subtracted from the optical signal,
Only an optical signal can be obtained. Hereinafter, the sensor noise subtraction processing will be described in detail. According to our experimental results, the FPN after the transient reset is the amplifying transistor Tr
Unlike by differences in parameters such as C in h FE, post-transient reset completion base potential V B is the variation of ΔV occurs. This variation ΔV is determined by the read operation. The amount C bc is the combined capacitance of the base-emitter capacitance C be and the capacitance C ox . Further, the random noise component is reset when the kTC noise which depends on the combined capacitance C B in the period T 1, the time of light charge transfer of the photo-diode D in the random noise and the period T 7, T 8 when the sensor transistor read operation It is random noise. KTC noise at reset is slightly reduced by transient reset, In addition, random noise during photocharge transfer is band-limited by the base input time constant,
Small enough to ignore. Further, the random noise at the time of the read operation depends on the base capacitance C B , the load capacitance C V and the storage capacitance C T viewed from the emitter, the current amplification factor h FE, etc.
It was found that if the FE is increased to increase the degree of non-destruction, the random noise at the time of resetting can be significantly reduced. This is due to the sensor FPN and kTC
The noise means that the S / N ratio can be greatly improved by the subtraction processing of the optical signal and the sensor noise. In the CCD, kTC noise due to the reset transistor is removed by the correlated double sampling method after the charge / voltage conversion output amplifier, but the amplifier noise is dominant because of high-speed driving. In the case where each pixel is formed of an amplifying element as in the present invention, since the scanning is performed at a low speed every 1H, amplifier noise, that is, readout noise is extremely small. Further, the dark current component of the amplifying transistor is also removed when the sensor noise and the optical signal are subtracted. FIG. 6 is a partial circuit diagram of a second embodiment of the photoelectric conversion device of the present invention. The feature of this embodiment is that PMOS transistors Tr A and Tr B are connected in series, and a photodiode D is arranged at the connection point. Such an arrangement is suitably used when the horizontal pixel size is larger than the vertical pixel size. The pixel is reset by setting the pulses φ VR1 and φ VR2 to a negative potential and setting the PMOS transistor Tr A
, Tr B are turned on. In the transient reset, the pulse φ VR2 is set to a positive potential to turn off the PMOS transistor Tr B , and the potential of the base of the amplification transistor Tr C is increased through the capacitor Co X to change the emitter of the amplification transistor Tr C. This is performed by setting a predetermined potential. The charge is accumulated by setting the pulses φ VR1 and φ VR2 to the ground potential (GND), turning off the PMOS transistors Tr A and Tr B , and accumulating the charges in the photodiode D. After reading out the sensor noise, set the pulse φ VR2 to the positive potential and set the PMOS
With the transistor Tr B and OFF state, to raise the base potential of the amplifying transistor Tr C via the capacitor Co X, is performed by reading the sensor noise from the emitter of the amplifying transistor Tr C. To read the optical signal, the pulse φ VR2 is set to the ground potential (GND), the PMOS transistor Tr B is turned off, the pulse φ VR1 is set to the negative potential, the PMOS transistor Tr A is turned on, and the photo charge of the photodiode D is changed. Is transferred to the base of the amplification transistor Tr C , the pulse φ VR1 is set to the ground potential (GND), the PMOS transistor Tr A is turned off, the pulse φ VR2 is set to the positive potential, and the PMOS transistor Tr B is turned off. to raise the base potential of the MOS transistor Tr C for amplification via the capacitor Co X, it reads the optical signal from the emitter of the MOS transistor Tr C for amplification. This embodiment is slightly different in operation method from the first embodiment, but can remove sensor noise similarly to the first embodiment. FIG. 7 is a partial circuit diagram of a third embodiment of the photoelectric conversion device of the present invention. The feature of this embodiment is that the amplifying element is a MOS transistor. In the figure, a MOS transistor Tr A ′ is a reset MOS transistor for clearing residual charges in a gate region that is a control electrode of the MOS transistor Tr C ′. In the first embodiment, the transient reset is performed because the amplifying element is constituted by the bipolar transistor. However, in the present embodiment, the transient reset operation is unnecessary because the amplifying element is the MOS transistor. When the photocharge accumulated in the photo diode D is transferred to the gate and the optical signal is read out from the MOS transistor of the amplifying element, random noise is a control electrode at the time of reading if a MOS or FET is used for the amplifying element of the sensor MOS. Since the gate charge is not destroyed, the correlation between the sensor noise and the sensor noise included in the optical signal output becomes very high, and as a result, a high S / N sensor can be obtained. FIG. 8 is a sectional view of a sensor according to a fourth embodiment of the present invention. In the present embodiment, the photoelectric conversion region is a photoconductive film formed by lamination. As shown in the figure, a pixel electrode from a photoconductive film is connected to the photodiode section of FIG. 4 which is the first embodiment of the photoelectric conversion device. In the drawing, 1 is a photoconductive film, 2 is a transparent electrode, 3 is a pixel electrode, 4 is an insulating layer, and the photoconductive film 1 is connected to a p-type semiconductor region forming a photodiode section through the pixel electrode 3. You. According to the present embodiment, since the photoconductive film can be provided also on the amplification element portion, the aperture ratio of the receiving port can be increased and the S / N ratio can be increased. FIG. 9 is a schematic configuration diagram of a solid-state imaging device to which the present invention is applied. In the drawing, a vertical scanning unit 202 and a horizontal scanning unit 203 perform television scanning on an image sensor 201 in which optical sensors are arranged in an area. The signal output from the horizontal scanning unit 203 is output as a standard television signal through the processing circuit 204. Drive pulses φ HS , φ H1 , φ H2 , φ VS for the vertical and horizontal scanning units 202 and 203
, Φ V1 , φ V2, etc. are supplied by the driver 205. The driver 205 is restricted by the controller 206. [Effects of the Invention] As described in detail above, according to the photoelectric conversion device of the present invention, the switch means is provided between the accumulation means for accumulating the photoexcited charge and the amplification means for amplifying the charge of the control electrode. As a result, the sensor noise of the amplifying element can be read out independently of the operation of the storage means, not only the FPN but also the dark current component and random noise of the amplifying element can be removed, and the amplifying element can be driven at low speed. In addition, it is possible to realize an imaging device with very low noise at the time of reading and a high S / N ratio. In addition, a storage area serving as a storage means and an amplification area serving as an amplification means are formed on a substrate, and a photoelectric conversion area is laminated thereon, and the photoelectric conversion area and the amplification area are connected to each other. Can be increased, and the S / N ratio can be increased.

【図面の簡単な説明】 第1図は、本発明の光電変換装置の第1実施例の部分回路図である。 第2図は、上記光電変換装置の画素の概略的平面図である。 第3図は、第2図の光電変換装置のX−X′線断面図である。 第4図は、第2図の光電変換装置のY−Y′線断面図である。 第5図は、上記光電変換装置のタイミングチャートである。 第6図は、本発明の光電変換装置の第2実施例の部分回路図である。 第7図は、本発明の光電変換装置の第3実施例の部分回路図である。 第8図は、本発明の第4実施例におけるセンサー断面図である。 第9図は、本発明を適用した固体撮像装置の概略的構成図である。 TrA,TrB:PMOSトランジスタ、CoX:容量、D:フォト・ダイオードD、TrC
増幅用トランジスタ、φVR,φTB,φT1,φT2,φVC:パルス、TVC,T1,T2
MOSトランジスタ、C1,C2:コンデンサ。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a partial circuit diagram of a first embodiment of the photoelectric conversion device of the present invention. FIG. 2 is a schematic plan view of a pixel of the photoelectric conversion device. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line XX 'of the photoelectric conversion device of FIG. FIG. 4 is a sectional view taken along line YY 'of the photoelectric conversion device of FIG. FIG. 5 is a timing chart of the photoelectric conversion device. FIG. 6 is a partial circuit diagram of a second embodiment of the photoelectric conversion device of the present invention. FIG. 7 is a partial circuit diagram of a third embodiment of the photoelectric conversion device of the present invention. FIG. 8 is a sectional view of a sensor according to a fourth embodiment of the present invention. FIG. 9 is a schematic configuration diagram of a solid-state imaging device to which the present invention is applied. Tr A, Tr B: PMOS transistors, Co X: Capacity, D: photodiode D, tr C:
Amplifying transistor, φ VR , φ TB , φ T1 , φ T2 , φ VC : pulse, T VC , T 1 , T 2 :
MOS transistors, C 1 and C 2 : capacitors.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 (1)光励起された電荷を蓄積する蓄積手段と、 制御電極の電荷を増幅して主電極を介して出力する増幅手段と、 前記蓄積手段と前記制御電極とを接続するスイッチ手段と、 該スイッチ手段の、非導通時の前記増幅手段の出力を第1の信号として読み出
すと共に、この読み出しの直前において前記増幅手段をオンさせない状態で前記
主電極を所定電位に設定する第1の読み出し手段と、 その後前記スイッチ手段を導通させ、前記蓄積手段の電荷を前記制御電極に転
送する転送手段と、 該転送手段による前記電荷の転送後に前記増幅手段の出力を第2の信号として
読み出すと共に、この読み出しの直前において前記増幅手段をオンさせない状態
で前記主電極を再び前記所定電位に設定する第2の読み出し手段と、 前記第1の信号と前記第2の信号との減算処理を行う減算処理手段と、 を備えたことを特徴とする光電変換装置。 (2)基体上に前記蓄積手段となる蓄積領域及び前記増幅手段となる増幅領域を
形成し、その上に光電変換領域を積層し、この光電変換領域と前記増幅領域とを
電気的に接続させたことを特徴とする請求項1記載の光電変換装置。
Claims: (1) accumulating means for accumulating photo-excited electric charge, amplifying means for amplifying electric charge of a control electrode and outputting it via a main electrode, connecting said accumulating means and said control electrode Switching means for reading out the output of the amplifying means when the switching means is non-conductive as a first signal, and setting the main electrode to a predetermined potential immediately before the reading without turning on the amplifying means. 1, a transfer means for turning on the switch means and transferring the charge of the storage means to the control electrode, and an output of the amplification means as a second signal after the transfer of the charge by the transfer means. A second reading means for reading and simultaneously setting the main electrode to the predetermined potential again without turning on the amplifying means immediately before the reading; 1. A photoelectric conversion device, comprising: subtraction processing means for performing a subtraction process between the first signal and the second signal. (2) Forming a storage area as the storage means and an amplification area as the amplification means on a substrate, stacking a photoelectric conversion area thereon, and electrically connecting the photoelectric conversion area and the amplification area. The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein:

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