JP2589694B2 - Charge transfer device - Google Patents
Charge transfer deviceInfo
- Publication number
- JP2589694B2 JP2589694B2 JP62147601A JP14760187A JP2589694B2 JP 2589694 B2 JP2589694 B2 JP 2589694B2 JP 62147601 A JP62147601 A JP 62147601A JP 14760187 A JP14760187 A JP 14760187A JP 2589694 B2 JP2589694 B2 JP 2589694B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- impurity layer
- diffusion layer
- layer
- substrate
- charge transfer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、電荷転送装置に関するものである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a charge transfer device.
従来の技術 近年、固体撮像装置は,ビデオカメラなどの撮像素子
として,民生分野では大半が撮像管から置き換えられ、
性能の向上がはかられている。特に信号対雑音比(S/N
比)の向上が望まれているが、高解像度化に伴う受光面
積の減少から、一つ画素内の信号電荷量が少なくなる傾
向にあり、このため、信号検出における低雑音化、すな
わち、S/N比を高めることは重要な課題となっている。2. Description of the Related Art In recent years, most solid-state imaging devices have been replaced by image pickup tubes in consumer applications as image pickup devices such as video cameras.
Performance is being improved. Especially the signal to noise ratio (S / N
Ratio) is desired, but the amount of signal charge in one pixel tends to decrease due to the decrease in the light receiving area due to the increase in resolution. Therefore, noise reduction in signal detection, that is, S Increasing the / N ratio is an important issue.
以下、図面を参照しながら従来の電荷転送装置につい
て説明する。Hereinafter, a conventional charge transfer device will be described with reference to the drawings.
第7図は従来の電荷転送装置の要部の概略図を示すも
のである。第7図において、1は転送ゲート電極、2は
出力ゲート電極、5はリセット・ゲート電極、6はリセ
ット・ドレイン電極、14は浮遊拡散層、15は浮遊拡散層
14の電位を検知して出力する増幅器、そして、16はその
出力端子である。FIG. 7 is a schematic view of a main part of a conventional charge transfer device. In FIG. 7, 1 is a transfer gate electrode, 2 is an output gate electrode, 5 is a reset gate electrode, 6 is a reset / drain electrode, 14 is a floating diffusion layer, and 15 is a floating diffusion layer.
An amplifier detects and outputs 14 potentials, and 16 is its output terminal.
以上のように構成された従来の電荷転送装置の動作を
説明すると、信号電荷は転送ゲート電極1および出力ゲ
ート電極2の直下のチャンネルをこえて浮遊拡散層14に
転送され、ここで、浮遊拡散層14の電位変動をもたら
す,電圧に変換される。一般に、浮遊拡散層14の電位を
検知出力する増幅器15の第1のドライブ用トランジスタ
は表面型MOS・FETで構成されるが、表面型であるだけに
Si表面とSiO2膜の界面の影響を強く受ける。このため、
1/fノイズのような雑音が非常に多いという欠点をかえ
ていた。又、浮遊拡散層14の電位はリセット・ゲート電
極5によって電荷転送直前の電位を,常に一定となるよ
うに,設定されるが、リセット後の電位に、しばしば,
ゆらぎがあり、これがKTCノイズ(温度のゆらぎによる
容量に附随したノイズ)になるという大きな問題をかか
えていた。The operation of the conventional charge transfer device configured as described above will be described. The signal charge is transferred to the floating diffusion layer 14 over the channel immediately below the transfer gate electrode 1 and the output gate electrode 2, where the floating charge is transferred. It is converted to a voltage, which causes a potential change in the layer 14. In general, the first drive transistor of the amplifier 15 that detects and outputs the potential of the floating diffusion layer 14 is formed of a surface-type MOS-FET.
It is strongly affected by the interface between the Si surface and the SiO 2 film. For this reason,
The disadvantage was that there was much noise such as 1 / f noise. The potential of the floating diffusion layer 14 is set by the reset gate electrode 5 so that the potential immediately before charge transfer is always constant.
There was fluctuation, which had a major problem of becoming KTC noise (noise accompanying capacitance due to temperature fluctuation).
発明が解決しようとする問題点 本発明は上記欠点に鑑み、出力用増幅器による雑音を
なくし、又、浮遊拡散層におけるリセット後の電位のゆ
らぎをなくし、高いS/N比を実現できる電荷転送装置を
提供するものである。SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above-mentioned disadvantages, the present invention eliminates noise caused by an output amplifier, eliminates fluctuations in potential after reset in a floating diffusion layer, and can realize a high S / N ratio. Is provided.
問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明の電荷転送装置
は、信号電荷が転送される,分割並置された第1の不純
物層と、前記第1の不純物層と接しこの第1の不純物層
とは反対導電型の第2の不純物層とを備え、前記第1の
不純物層内に転送された信号電荷に依存した前記第2の
不純物層の空乏領域の変化を利用して、前記第2の不純
物層から信号を出力するように構成されている。Means for Solving the Problems In order to solve the above problems, a charge transfer device according to the present invention includes a first impurity layer which is divided and juxtaposed to transfer a signal charge and is in contact with the first impurity layer. A second impurity layer having a conductivity type opposite to that of the first impurity layer, and utilizing a change in a depletion region of the second impurity layer depending on a signal charge transferred into the first impurity layer; Then, a signal is output from the second impurity layer.
作用 この構成によって、表面型のMOS・FETを用いずに、前
記第1の不純物層でなる浮遊拡散層の電位を検知でき、
さらに浮遊拡散層のリセット後の電位のゆらぎを防ぐこ
とができるため、ノイズを大幅に低減することができ
る。Operation With this configuration, the potential of the floating diffusion layer made of the first impurity layer can be detected without using a surface-type MOSFET.
Furthermore, fluctuations in the potential of the floating diffusion layer after resetting can be prevented, so that noise can be significantly reduced.
実施例 以下、本発明の一実施例について、図面を参照しなが
ら説明する。Embodiment Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
第1図は、本発明の実施例における電荷転送装置の要
部の概略図を示すものである。第1図において、図中の
各符号で、1は転送ゲート電極、2は出力ゲート電極、
3は二分割して並置されたn型不純物拡散層、4はn型
不純物拡散層3の各層と接したp型不純物拡散層、5は
リセット・ゲート電極、6はリセット・ドレイン電極、
7はp型基板、8はp型不純物拡散層4に接続される出
力端子である。FIG. 1 is a schematic view of a main part of a charge transfer device according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, each reference numeral in the figure denotes 1 for a transfer gate electrode, 2 for an output gate electrode,
Reference numeral 3 denotes an n-type impurity diffusion layer which is divided into two and juxtaposed, 4 denotes a p-type impurity diffusion layer in contact with each layer of the n-type impurity diffusion layer 3, 5 denotes a reset gate electrode, 6 denotes a reset / drain electrode,
Reference numeral 7 denotes a p-type substrate, and 8 denotes an output terminal connected to the p-type impurity diffusion layer 4.
第2図は第1図A−A′ラインにおける断面図であ
り、図中の各符号で、9は負荷抵抗、10はドライブ用ト
ランジスタである。第5図は第1図のB−B′ラインに
おける断面図を示す。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA 'of FIG. 1. In each of the reference numerals in the figure, 9 denotes a load resistor, and 10 denotes a drive transistor. FIG. 5 is a sectional view taken along the line BB 'in FIG.
以上のようにして構成された電荷転送装置について以
下その動作を説明する。The operation of the charge transfer device configured as described above will be described below.
n型不純物拡散層3は、リセット・ドレイン電極6に
印加される電圧によってリセット電位に保たれている。The n-type impurity diffusion layer 3 is maintained at a reset potential by a voltage applied to the reset / drain electrode 6.
転送ゲート電極1および出力ゲート電極2により、直
下のチャンネルをのりこえた信号電荷は、n型不純物拡
散層3に転送される。By the transfer gate electrode 1 and the output gate electrode 2, the signal charge that has passed over the channel immediately below is transferred to the n-type impurity diffusion layer 3.
まず、負荷抵抗9の一端VD1に負の電圧が印加されて
いる場合の動作を説明する。この場合、n型不純物拡散
層3、p型不純物拡散層4及びp型基板7によって形成
されるドライブ用トランジスタ10は、n型不純物拡散層
3をゲートとする接合形電界効果トランジスタ(J・FE
T)として働く。負の電圧VD1を印加することにより、第
2図のC−C′ラインにおける電位関係は第3(b)図
に示すようになっており、p型基板7からp型不純物拡
散層4の方向にキャリアである正孔の通り道(チャンネ
ル)が形成されている。一方、n型不純物拡散層3とp
型不純物拡散層4あるいはp型基板7とで構成されてい
るPN接合周辺には空乏層領域が形成されており、D−
D′ラインにおける電位関係は、第4(b)図の実線で
示すようになる。この空乏層によって、チャンネルが狭
められるためドレイン電流が流れにくくなっている。次
に転送ゲート電極1および出力ゲート電極2により直下
のチャンネルをのりこえて信号電荷がn型不純物拡散層
3に転送されると、ゲートであるn型不純物拡散層3
と,J・FETのソースである,p型基板7との間の逆バイア
ス電圧が小さくなるため、第4(b)図の点線で示すよ
うに空乏層領域が小さくなる。すなわち、J・FETは,
チャンネルが広がるので,ドレイン電流が流れやすくな
る。このように転送された信号電荷の量に応じてドレイ
ン電流がソントロールされ、出力端子8から検出され
る。First, the operation when a negative voltage to one end V D1 of the load resistor 9 is applied. In this case, the drive transistor 10 formed by the n-type impurity diffusion layer 3, the p-type impurity diffusion layer 4, and the p-type substrate 7 is a junction field effect transistor (J-FE) having the n-type impurity diffusion layer 3 as a gate.
Work as T). By applying the negative voltage V D1 , the potential relationship on the line CC ′ in FIG. 2 is as shown in FIG. 3B, and the potential relationship between the p-type substrate 7 and the p-type impurity diffusion layer 4 is changed. A channel (hole) for holes serving as carriers is formed in the direction. On the other hand, the n-type impurity diffusion layer 3 and p
A depletion layer region is formed around the PN junction formed with the p-type impurity diffusion layer 4 or the p-type substrate 7,
The potential relationship on the D 'line is as shown by the solid line in FIG. 4 (b). The channel is narrowed by the depletion layer, so that the drain current hardly flows. Next, when the signal charge is transferred to the n-type impurity diffusion layer 3 over the channel immediately below by the transfer gate electrode 1 and the output gate electrode 2, the n-type impurity diffusion layer 3 serving as a gate is transferred.
Since the reverse bias voltage between the P.sub.-type substrate 7 and the source of the J.FET becomes small, the depletion layer region becomes small as shown by the dotted line in FIG. 4 (b). That is, JFET
Since the channel is widened, the drain current flows easily. The drain current is controlled according to the amount of signal charge transferred in this manner, and detected from the output terminal 8.
次に、負荷抵抗9の一端VD1に正の電圧が印加される
と第2図のC−C′ラインにおける電位関係は、第3
(a)図に示すようになる。n型不純物拡散層3とp型
不純物拡散層4あるいはp型基板7とで構成されるPN接
合周辺に空乏層領域が形成されることにより、第3
(a)図に示すようにa点近傍に電位障壁が現われる。
n型不純物拡散層3に転送ゲート電極1および出力ゲー
ト電極2に(a)より、直下のチャンネルを通過して信
号電荷が転送されることにより、第3図の点線で示すよ
うにこの電位障壁が浅くなり、キャリアである正孔が流
れやすくなる。このように、電位障壁の深さが主として
ソースからドレインに流れる正孔の流量制御を行い、電
位障壁はn型不純物拡散層3に転送される信号電荷量に
応じて浅くなる。第2図のD−D′ラインに沿った電位
関係図は第4(a)図に示すようになる。n型不純物拡
散層3に信号電荷が転送されると点線のように電位障壁
が浅くなる。尚、第6図に示すように端子8以降に、ド
ライブ用トランジスタ11,11′およびロード用トランジ
スタ12,12′からなるインピーダンス変換回路を接続す
ることも可能である。とくに、負荷抵抗9の一端VD1が
負電圧の場合は、端子8における電圧も負となり、ドラ
イブ用トランジスタ11,11′は埋込みMOSFETあるいはn
−J・FETを用いることができるので、一層の低雑音化
を図ることが可能となる。Next, when a positive voltage is applied to one end VD1 of the load resistor 9, the potential relationship on the line CC 'in FIG.
(A) As shown in the figure. By forming a depletion layer region around the PN junction formed by the n-type impurity diffusion layer 3 and the p-type impurity diffusion layer 4 or the p-type substrate 7,
(A) As shown in the figure, a potential barrier appears near point a.
The signal charge is transferred from the transfer gate electrode 1 to the n-type impurity diffusion layer 3 and the output gate electrode 2 through the channel immediately below (a), thereby causing the potential barrier as shown by the dotted line in FIG. Becomes shallower, and holes as carriers easily flow. As described above, the depth of the potential barrier mainly controls the flow rate of holes flowing from the source to the drain, and the potential barrier becomes shallower according to the amount of signal charges transferred to the n-type impurity diffusion layer 3. FIG. 4 (a) shows a potential relation diagram along the line DD 'in FIG. When the signal charge is transferred to the n-type impurity diffusion layer 3, the potential barrier becomes shallow as shown by the dotted line. Incidentally, as shown in FIG. 6, it is also possible to connect an impedance conversion circuit comprising drive transistors 11, 11 'and load transistors 12, 12' after the terminal 8. In particular, if one V D1 of the load resistor 9 is negative voltage, the voltage at terminal 8 becomes negative, the drive transistor 11, 11 'embedded MOSFET or n
Since a −J · FET can be used, it is possible to further reduce noise.
このように、負荷抵抗9の一端VD1に正,負いずれの
電圧を印加した場合でも、Si−SiO2の界面を用いず、Si
内部の空乏層領域の変化を利用するため、界面の影響に
よる1/fノイズなどが発生しない。Thus, even when a positive or negative voltage is applied to one end V D1 of the load resistor 9, the Si—SiO 2 interface is not used and the Si
Since the change in the internal depletion layer region is used, 1 / f noise due to the influence of the interface does not occur.
又、n型不純物拡散層3の不純物面密度を3×1012cm
-2より低くすることによって、n型不純物拡散層3のリ
セット後の電位のゆらぎを防ぎ、リセットノイズをなく
すことが可能であり、高いS/N比が実現できる。さら
に、ゲートとなるn型不純物拡散層3を分割並置したこ
とにより、p型基板7内に形成されるチャンネル領域の
断面積を十分に確保でき、これにより、高い相互コンダ
クタンス(gm)のJ・FETが得られ、高感度特性の電荷
転送装置が実現できる。Further, the impurity surface density of the n-type impurity diffusion layer 3 is set to 3 × 10 12 cm.
By setting it lower than -2, it is possible to prevent fluctuations in the potential of the n-type impurity diffusion layer 3 after resetting, eliminate reset noise, and realize a high S / N ratio. Further, by dividing and juxtaposing the n-type impurity diffusion layer 3 serving as a gate, a sufficient cross-sectional area of a channel region formed in the p-type substrate 7 can be ensured, thereby increasing the J · J of high transconductance (gm). An FET can be obtained, and a charge transfer device with high sensitivity characteristics can be realized.
発明の効果 以上のように本発明は、分割並置された第1の不純物
拡散層に接した反対導電型の第2拡散層を設け、これら
の拡散層による接合周辺の空乏層領域の変化を利用する
ことにより、高感度特性の出力部を実現すると共に、Si
−SiO2界面の影響がなく、したがって1/fノイズなどが
発生しない電荷転送装置が得られ、更に、第1の不純物
拡散層不純物面密度を3×1012cm-2より低くし、第1の
不純物拡散層を完全に空乏化することにより、リセット
ノイズの発生を防ぐことが可能になり、高いS/N比が得
られる。このため、リセットノイズ及び1/fノイズの除
去効果が有効なために一般的に用いられている相関二重
サンプリング回路などのノイズ除去回路が不要になるな
ど、その実用的効果は大なるものがある。Effect of the Invention As described above, the present invention provides the second diffusion layer of the opposite conductivity type in contact with the first impurity diffusion layer divided and juxtaposed, and utilizes the change of the depletion layer region around the junction by these diffusion layers. By realizing the output section with high sensitivity characteristics,
No effect of -SiO 2 interface, thus 1 / f noise, etc. are not generated charge transfer device is obtained, further, the first impurity diffusion layer impurity surface density lower than 3 × 10 12 cm -2, the first By completely depleting the impurity diffusion layer, it is possible to prevent the occurrence of reset noise and to obtain a high S / N ratio. For this reason, the practical effect is large, such as the fact that the reset noise and 1 / f noise elimination effects are effective, so that a noise elimination circuit such as a commonly used correlated double sampling circuit is not required. is there.
第1図は本発明の一実施例における電荷転送装置の概略
図、第2図,第5図は本発明の一実施例における要部の
断面図、第3図,第4図は本発明の実施例における電位
関係図、第6図はインピーダンス変換回路の接続例を示
す図、第7図は従来の電荷転送装置の概略図である。 1……転送ゲート電極、2……出力ゲート電極、3……
n型不純物拡散層、4……p型不純物拡散層、5……リ
セット・ゲート電極、6……リセット・ドレイン電極、
7……p型基板、8……端子、9……負荷抵抗、10……
ドライブ用トランジスタ、11,11′……インピーダンス
変換回路のドライブ用トランジスタ、12,12′……同ロ
ード(トランジスタ,抵抗等)、14……浮遊拡散層、15
……増幅器、16……出力端子。FIG. 1 is a schematic view of a charge transfer device according to one embodiment of the present invention, FIGS. 2 and 5 are cross-sectional views of essential parts in one embodiment of the present invention, and FIGS. FIG. 6 is a diagram showing a connection example of an impedance conversion circuit in the embodiment, and FIG. 7 is a schematic diagram of a conventional charge transfer device. 1 ... transfer gate electrode, 2 ... output gate electrode, 3 ...
n-type impurity diffusion layer, 4... p-type impurity diffusion layer, 5... reset gate electrode, 6.
7 ... p-type substrate, 8 ... terminal, 9 ... load resistance, 10 ...
Driving transistor, 11, 11 ': Transistor for driving impedance conversion circuit, 12, 12': Same load (transistor, resistor, etc.), 14: floating diffusion layer, 15
...... Amplifier, 16 ... Output terminal.
Claims (1)
送部が形成され、前記転送部の出力端に隣接して前記基
板と反対導電型の第1の不純物層が分割並置され、一導
電型の第2の不純物層が前記電荷転送部の出力端と接
し、かつ前記第2の不純物層は前記第1の不純物層の分
割並置された各層と挟まれて前記基板と接し、前記第1
の不純物層及び前記第2の不純物層は前記転送部の出力
端と反対側でリセットゲーム電極と接した電荷転送装置
であって、前記第1の不純物層は接合形電界効果トラン
ジスタのゲート電極であり、前記第2の不純物層は該ト
ランジスタのドレイン電極(あるいはソース電極)であ
り、前記基板は該トランジスタのソース電極(あるいは
ドレイン電極)であり、前記転送部の出力端から前記第
1の不純物層へ転送された信号電荷の変化量に応じて、
前記第1の不純物層と前記第2の不純物層及び前記基板
との接合部に形成された空乏層領域が変動することによ
り信号出力を検出することを特徴とする電荷転送装置。1. A transfer portion for transferring signal charges is formed on a substrate of one conductivity type, and a first impurity layer of a conductivity type opposite to the substrate is divided and juxtaposed adjacent to an output end of the transfer portion, A second impurity layer of one conductivity type is in contact with the output end of the charge transfer section, and the second impurity layer is in contact with the substrate sandwiched between the divided and juxtaposed layers of the first impurity layer; First
And the second impurity layer are a charge transfer device in contact with a reset game electrode on the side opposite to the output end of the transfer unit, and the first impurity layer is a gate electrode of a junction field effect transistor. The second impurity layer is a drain electrode (or a source electrode) of the transistor; the substrate is a source electrode (or a drain electrode) of the transistor; Depending on the amount of change in the signal charge transferred to the layer,
A charge transfer device for detecting a signal output by changing a depletion layer region formed at a junction between the first impurity layer, the second impurity layer, and the substrate.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62147601A JP2589694B2 (en) | 1987-06-12 | 1987-06-12 | Charge transfer device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62147601A JP2589694B2 (en) | 1987-06-12 | 1987-06-12 | Charge transfer device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63311765A JPS63311765A (en) | 1988-12-20 |
JP2589694B2 true JP2589694B2 (en) | 1997-03-12 |
Family
ID=15434024
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62147601A Expired - Lifetime JP2589694B2 (en) | 1987-06-12 | 1987-06-12 | Charge transfer device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2589694B2 (en) |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS58106867A (en) * | 1981-12-18 | 1983-06-25 | Sanyo Electric Co Ltd | Charge transfer element |
JPS60195971A (en) * | 1984-03-17 | 1985-10-04 | Shoichi Tanaka | CCD output amplifier |
-
1987
- 1987-06-12 JP JP62147601A patent/JP2589694B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS63311765A (en) | 1988-12-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JPH09246514A (en) | Amplification type solid-state imaging device | |
JPS6157181A (en) | Solid-state image pickup device | |
JPS59108461A (en) | solid state imaging device | |
JPS63120465A (en) | Charge transfer device | |
JPS60229368A (en) | Solid-state image pickup device | |
JP2589694B2 (en) | Charge transfer device | |
JPH04148536A (en) | Transfer charge amplification device | |
JP2611634B2 (en) | Charge transfer element | |
JPS6351545B2 (en) | ||
JP2757583B2 (en) | Semiconductor integrated circuit | |
JPH02161775A (en) | Ccd type solid-state image pickup device | |
JP4207268B2 (en) | Charge detection device, charge transfer device equipped with the same, and solid-state imaging device | |
JP3375389B2 (en) | Charge detection element | |
JPS6273663A (en) | Solid-state imaging device and its driving method | |
JPH0760895B2 (en) | Charge coupled device and driving method thereof | |
JPH03169077A (en) | Solid-state image sensing element | |
JPH04346270A (en) | Solid-state image sensing device | |
JPS59108343A (en) | solid state imaging device | |
JPH0786568A (en) | Charge transfer device | |
JPH0417341A (en) | Semiconductor device | |
JPS6281753A (en) | Signal charge detection device | |
JPH0715986B2 (en) | Solid-state image sensor | |
JPS6360559A (en) | Solid-state image sensing device | |
JPS60160659A (en) | Solid-state image pickup device | |
JPS5955067A (en) | charge transfer device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071205 Year of fee payment: 11 |