Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP3027482B2 - Charge transfer device - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP3027482B2 - Charge transfer device - Google Patents

Charge transfer device

Info

Publication number
JP3027482B2
JP3027482B2 JP4298793A JP29879392A JP3027482B2 JP 3027482 B2 JP3027482 B2 JP 3027482B2 JP 4298793 A JP4298793 A JP 4298793A JP 29879392 A JP29879392 A JP 29879392A JP 3027482 B2 JP3027482 B2 JP 3027482B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
potential
region
source region
voltage
signal
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 - Fee Related
Application number
JP4298793A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH06151798A (en
Inventor
雅史 上野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP4298793A priority Critical patent/JP3027482B2/en
Publication of JPH06151798A publication Critical patent/JPH06151798A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3027482B2 publication Critical patent/JP3027482B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、たとえば撮像装置にお
いて信号電荷を転送する装置に関し、詳述すれば、転送
される信号電荷を検出可能である電荷転送装置に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a device for transferring signal charges in, for example, an image pickup device, and more particularly to a charge transfer device capable of detecting transferred signal charges.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の赤外線撮像装置などの撮像装置に
おいては、光電変換により得られた信号電荷を転送し、
転送された信号電荷を検出する機能を有する電荷転送装
置が設けられている。
2. Description of the Related Art In a conventional image pickup apparatus such as an infrared image pickup apparatus, signal charges obtained by photoelectric conversion are transferred.
A charge transfer device having a function of detecting the transferred signal charge is provided.

【0003】図9は、従来の電荷転送装置の構成を示す
模式図である。p型Si半導体よりなる半導体基板1
は、電気的に接地される。この半導体基板1上には所定
方向に延びるチャネル層2が設けられる。このチャネル
層2は、n型の埋込みチャネル層であり、イオン注入に
より形成される。チャネル層2の一部の領域上には、チ
ャネル層2の延設方向に沿うように並ぶ複数の電極3
(終端の1つのみ図示)が、それぞれ絶縁膜4を介して
配置される。
FIG. 9 is a schematic diagram showing a configuration of a conventional charge transfer device. Semiconductor substrate 1 made of p-type Si semiconductor
Are electrically grounded. On this semiconductor substrate 1, a channel layer 2 extending in a predetermined direction is provided. The channel layer 2 is an n-type buried channel layer and is formed by ion implantation. A plurality of electrodes 3 arranged along a direction in which the channel layer 2 extends is provided on a partial region of the channel layer 2.
(Only one of the terminations is shown) is disposed via the insulating film 4.

【0004】また、終端の電極3下のチャネル層2の領
域と電極3の並ぶ方向の延長方向側に隣接する領域の上
には、絶縁膜4を介して電極5が配置される。電極5下
のチャネル層2の領域と前記延長方向側に隣接する領域
の上側には、n+ 型の不純物層よりなるソース領域6が
設けられる。このソース領域6は、イオン注入により形
成され、フローティングディフュージョンとして働く。
An electrode 5 is disposed via an insulating film 4 on a region adjacent to a region of the channel layer 2 below the terminal electrode 3 and an extension side of the direction in which the electrodes 3 are arranged. A source region 6 made of an n + -type impurity layer is provided above a region of the channel layer 2 below the electrode 5 and a region adjacent to the extension direction side. This source region 6 is formed by ion implantation and functions as a floating diffusion.

【0005】ソース領域6から前記延長方向側に所定間
隔を隔てたチャネル層2の領域内の上側には、n+ 型の
不純物層よりなるドレイン領域7が設けられる。このド
レイン領域7は、イオン注入により形成される。ソース
領域6とドレイン領域7との間の領域の上部には、絶縁
膜4を介してゲート電極8が配置される。
A drain region 7 made of an n + -type impurity layer is provided above the region of the channel layer 2 at a predetermined distance from the source region 6 in the extension direction. This drain region 7 is formed by ion implantation. A gate electrode 8 is arranged above a region between the source region 6 and the drain region 7 with the insulating film 4 interposed therebetween.

【0006】電極3には、クロックパルスよりなる制御
信号φCが印加され、電極5には、一定の直流電圧OG
が印加される。ゲート電極8には、クロックパルスより
なる制御信号φRが印加される。ドレイン領域7には、
外部から一定の直流電圧VRが印加される。
A control signal φC composed of a clock pulse is applied to the electrode 3, and a constant DC voltage OG is applied to the electrode 5.
Is applied. A control signal φR composed of a clock pulse is applied to gate electrode 8. In the drain region 7,
A constant DC voltage VR is applied from outside.

【0007】ソースフォロワアンプ9は、駆動用のトラ
ンジスタ91と負荷用のトランジスタ92とを含む。ト
ランジスタ91およびトランジスタ92は、電源電圧V
Dを受ける電源ノード93と、接地電圧を受ける接地ノ
ード94との間に直列に接続される。トランジスタ91
とトランジスタ92との間のノードは出力ノード95に
接続される。出力ノード95からは出力信号DOが出力
される。トランジスタ91のゲートは、アルミ配線を介
してソース領域6に接続される。これにより、前記ゲー
トにはソース領域6の電位が与えられる。また、トラン
ジスタ92のゲートには、一定の直流電圧VGが印加さ
れる。このようなソースフォロワアンプ9は、トランジ
スタ91のゲートに与えられるソース領域6の電位を増
幅した出力信号DOを出力ノード95から出力する。
[0007] The source follower amplifier 9 includes a driving transistor 91 and a load transistor 92. Transistor 91 and transistor 92 are connected to power supply voltage V
D is connected in series between power supply node 93 receiving D and ground node 94 receiving the ground voltage. Transistor 91
The node between transistor and transistor 92 is connected to output node 95. Output signal DO is output from output node 95. The gate of transistor 91 is connected to source region 6 via an aluminum interconnection. As a result, the potential of the source region 6 is applied to the gate. A constant DC voltage VG is applied to the gate of the transistor 92. Such a source follower amplifier 9 outputs, from an output node 95, an output signal DO obtained by amplifying the potential of the source region 6 applied to the gate of the transistor 91.

【0008】なお、ソース領域6と半導体基板1との間
には一定の容量c1が存在し、ソース領域6とゲート電
極8との間には一定の容量c2が存在する。また、ソー
ス領域6と電極5との間には一定の容量c3が存在し、
トランジスタ91のゲートと基板との間には一定の容量
c4が存在する。
Note that a certain capacitance c1 exists between the source region 6 and the semiconductor substrate 1, and a certain capacitance c2 exists between the source region 6 and the gate electrode 8. Further, a constant capacitance c3 exists between the source region 6 and the electrode 5,
A certain capacitance c4 exists between the gate of the transistor 91 and the substrate.

【0009】次に、動作について説明する。図10は、
図9の電極3〜ドレイン領域7までの間のチャネル層2
内の電位を示す電位分布図であり、この電位分布図にお
いては図中上から下へ向かって電位が高くなるように表
わしてある。図11は、制御信号φC,φRおよび出力
信号DOの波形を示すタイミングチャートである。以
下、図9、図10および図11を参照して、図9の電荷
転送装置の動作を説明する。
Next, the operation will be described. FIG.
Channel layer 2 between electrode 3 and drain region 7 in FIG.
FIG. 4 is a potential distribution diagram showing potentials in the inside, and in this potential distribution diagram, the potential is shown to increase from top to bottom in the figure. FIG. 11 is a timing chart showing waveforms of control signals φC and φR and output signal DO. Hereinafter, the operation of the charge transfer device of FIG. 9 will be described with reference to FIG. 9, FIG. 10 and FIG.

【0010】まず、図11に示されるように、制御信号
φCがハイレベルVHCとなると同時に制御信号φRが
ハイレベルVHRとなる。制御信号φCがハイレベルV
HCになることによって電極3下のチャネル電位はハイ
レベルΨHCになり(図10参照)、信号電荷(電子)
−Qが電極3下のチャネル内に転送される。また、制御
信号φRがハイレベルVHRになることによって、ゲー
ト電極8下のチャネル電位はハイレベルΨHRとなり
(図10参照)、そのチャネルはオン状態となる。これ
によって、ドレイン領域7に印加される電圧VRにより
ソース領域6はその電圧VRに相当する電位まで充電さ
れ、図11に示すように出力信号DOのレベルは電位V
Rに対応するレベルとなる。
First, as shown in FIG. 11, the control signal φC goes to the high level VHC, and at the same time, the control signal φR goes to the high level VHR. When the control signal φC is at the high level V
By becoming HC, the channel potential below the electrode 3 becomes high level ΨHC (see FIG. 10), and signal charges (electrons)
-Q is transferred into the channel below the electrode 3. When the control signal φR goes to the high level VHR, the channel potential below the gate electrode 8 goes to the high level ΔHR (see FIG. 10), and the channel is turned on. As a result, the source region 6 is charged to the potential corresponding to the voltage VR by the voltage VR applied to the drain region 7, and the level of the output signal DO becomes the potential V as shown in FIG.
The level corresponds to R.

【0011】そして、図11に示されるように、制御信
号φRがローレベルVLRとなってゲート電極8下のチ
ャネル電位がローレベルΨLRになり(図10参照)、
チャネルはオフ状態となる。この際に、ソース領域6の
電位の一部が容量C2に分配され、その結果、前記電位
は若干下がってVR1になる。これによって、図11に
示されるように出力信号DOのレベルはソース領域6の
電位の降下に対応するレベルΔVだけ下がる。
Then, as shown in FIG. 11, the control signal φR changes to the low level VLR, and the channel potential under the gate electrode 8 changes to the low level ΔLR (see FIG. 10).
The channel is turned off. At this time, part of the potential of the source region 6 is distributed to the capacitor C2, and as a result, the potential slightly drops to VR1. As a result, as shown in FIG. 11, the level of output signal DO lowers by a level ΔV corresponding to the lowering of the potential of source region 6.

【0012】そして、図11に示されるように制御信号
φCがローレベルVLCとなって、電極3下のチャネル
電位は、電極5下のチャネル電位ΨOGよりも低いレベ
ルであるローレベルΨLC(図10参照)となる。この
ため、電極3下のチャネル内に転送された信号電荷−Q
は、電極5下のチャネルを通ってソース領域6に蓄積さ
れる。これにより、ソース領域6の電位は下記(1)式
に示される電位変動量ΔVFDだけ低くなる。
Then, as shown in FIG. 11, the control signal φC goes to the low level VLC, and the channel potential below the electrode 3 is lower than the channel potential ΔOG below the electrode 5 (see FIG. 10). Reference). Therefore, the signal charge −Q transferred into the channel below the electrode 3
Are accumulated in the source region 6 through the channel below the electrode 5. As a result, the potential of the source region 6 decreases by the potential variation ΔVFD shown in the following equation (1).

【0013】ΔVFD=−Q/CFD …(1) ただし、(1)式におけるCFDは、ソース領域6の容
量であり、これは、容量C1,C2,C3,C4の総和
である。
ΔVFD = −Q / CFD (1) where CFD in the equation (1) is the capacitance of the source region 6, and is the sum of the capacitances C1, C2, C3, and C4.

【0014】この電位変動量ΔVFDは、ソースフォロ
ワアンプ9のトランジスタ91のゲートに与えられ、出
力ノード95から出力信号変動量ΔVoutとして出力
される(図11参照)。このΔVFDとΔVoutとの
関係は、ソースフォロワアンプ9の利得をAvとすると
下記(2)式のようになる。
This potential variation ΔVFD is applied to the gate of transistor 91 of source follower amplifier 9 and output from output node 95 as output signal variation ΔVout (see FIG. 11). The relationship between ΔVFD and ΔVout is expressed by the following equation (2), where the gain of the source follower amplifier 9 is Av.

【0015】 ΔVout=Av・ΔVFD=−Av・Q/CFD …(2) この出力変動量ΔVoutが信号電荷−Qを表わすこと
になる。なお、利得Avは一般に約0.9となる。
ΔVout = Av · ΔVFD = −Av · Q / CFD (2) The output variation ΔVout represents the signal charge −Q. The gain Av is generally about 0.9.

【0016】ソースフォロワアンプ9がソースフォロワ
として働くためには、トランジスタ91,92がともに
飽和領域で動作する必要がある。トランジスタ91,9
2のそれぞれのしきい値をVthとした場合、トランジ
スタ91が飽和領域で動作するためには、電圧VRが下
記(3)式の条件を満たす必要がある。
In order for the source follower amplifier 9 to function as a source follower, both the transistors 91 and 92 need to operate in a saturation region. Transistors 91 and 9
In the case where the respective thresholds of 2 are Vth, the voltage VR needs to satisfy the condition of the following equation (3) in order for the transistor 91 to operate in the saturation region.

【0017】VR≦VD+Vth …(3) このため、一般的には、電圧VRと電圧VDとを等しく
している。
VR ≦ VD + Vth (3) For this reason, the voltage VR and the voltage VD are generally equalized.

【0018】また、トランジスタ92が飽和領域で動作
するためには、最大の信号電荷量がソース領域6に転送
されてきたときの出力ノード95の電位Vminが下記
(4)式の条件を満たす必要がある。
In order for the transistor 92 to operate in the saturation region, the potential Vmin of the output node 95 when the maximum signal charge is transferred to the source region 6 needs to satisfy the condition of the following equation (4). There is.

【0019】Vmin≧VG−Vth …(4) 以上のような従来の電荷転送装置では、一般的に、信号
電荷を高感度で検出することが要求されるが、この要求
を満たすためには、前記(2)式においてソース領域6
の容量CFDを極力小さくし、少ない信号電荷量で電位
変動量ΔVFDを大きくする手法がとられる。
Vmin ≧ VG−Vth (4) In the conventional charge transfer device as described above, it is generally required to detect signal charges with high sensitivity. To satisfy this requirement, In the expression (2), the source region 6
In which the capacitance CFD is made as small as possible and the potential variation ΔVFD is increased with a small amount of signal charge.

【0020】[0020]

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述のよう
に、信号電荷を高感度で検出すべくソース領域6の容量
CFDを小さくする手法では、ソース領域6の電位が図
9に示される電極5下の電位ΨOG以下になると信号電
荷が電極3下のチャネルに逆流するため、電位変動量Δ
VFDには上限が存在する。その上限値はVR1−ΨO
Gである。すなわち、ソース領域6に蓄積される最大電
荷量QFDmaxの絶対値は、下記(5)式のようにな
る。
However, as described above, in the technique of reducing the capacitance CFD of the source region 6 in order to detect signal charges with high sensitivity, the potential of the source region 6 is reduced by the electrode 5 shown in FIG. When the potential becomes lower than the lower potential ΨOG, the signal charge flows back to the channel below the electrode 3, so that the potential variation Δ
VFD has an upper limit. The upper limit is VR1-ΨO
G. That is, the absolute value of the maximum charge amount QFDmax stored in the source region 6 is expressed by the following equation (5).

【0021】 |QFDmax|=CFD×(VR1−ΨOG) …(5) 前記(5)式より、容量CFDを小さくすると最大信号
電荷量|QFDmax|が減少するため、感度を高くす
るために容量CFDを小さくすると、最大電荷量が減少
し、ダイナミックレンジが減少する。このように、ダイ
ナミックレンジが減少するとソース領域6に蓄積される
信号電荷が飽和する。
| QFDmax | = CFD × (VR1-ΨOG) (5) From the above equation (5), when the capacitance CFD is reduced, the maximum signal charge | QFDmax | decreases, and the capacitance CFD is increased in order to increase the sensitivity. When is reduced, the maximum charge amount decreases, and the dynamic range decreases. As described above, when the dynamic range decreases, the signal charges stored in the source region 6 are saturated.

【0022】また、仮に、ソース領域6で信号電荷が飽
和しなくても、ソースフォロワアンプ9では、前記
(3),(4)式に示される動作状態の制限があるた
め、感度を高くすることにより、出力変動量ΔVout
が大きくなり、電位Vminが小さくなると(4)式を
満たすことが難しくなる。
Even if the signal charges do not saturate in the source region 6, the sensitivity of the source follower amplifier 9 can be increased because of the limitations on the operating conditions shown in the above equations (3) and (4). As a result, the output fluctuation amount ΔVout
Becomes larger and the potential Vmin becomes smaller, it becomes difficult to satisfy the expression (4).

【0023】このようなダイナミックレンジの減少を避
けるためには、VR=VDのそれぞれの電圧をこの条件
を満たしつつ高くすればよいが、そうすると、ソースフ
ォロワアンプ9の消費電力が増大するという問題があ
る。
In order to avoid such a decrease in the dynamic range, it is sufficient to increase each voltage of VR = VD while satisfying this condition. However, in this case, the power consumption of the source follower amplifier 9 increases. is there.

【0024】このような、ダイナミックレンジの減少に
関する問題は、特に、前述のような電荷転送装置を赤外
線撮像装置に用いた場合に深刻となる。
Such a problem relating to the reduction of the dynamic range becomes particularly serious when the above-described charge transfer device is used for an infrared imaging device.

【0025】赤外線撮像装置は、被写体と背景との間の
微小な温度差を検出することを目的とするものであり、
背景光による多量の信号電荷と、その上に重畳された被
写体による微小な信号電荷とを同時に取扱う必要があ
る。このため、信号電荷検出の感度を高くすると、被写
体による信号電荷および背景光による信号電荷が同時に
増大することになり、多量の信号電荷を取扱わなければ
ならないため、電荷転送装置には、ダイナミックレンジ
が大きいことが要求される。
The purpose of the infrared imaging device is to detect a small temperature difference between the subject and the background.
It is necessary to simultaneously handle a large amount of signal charges due to background light and minute signal charges due to a subject superimposed thereon. Therefore, if the sensitivity of signal charge detection is increased, the signal charge due to the subject and the signal charge due to the background light increase simultaneously, and a large amount of signal charges must be handled. It is required to be large.

【0026】次に、ダイナミックレンジが大きい電荷転
送装置が必要とされる理由について具体例を挙げて説明
する。以下、電荷転送装置を赤外線撮像装置に用いた場
合について説明する。たとえば、面積が200μm2
PtSi−Siのショットキバリアダイオードを光電変
換部に用いた赤外線撮像装置の場合、室温が300Kの
背景光による信号電荷量は約2×105 電子となる。ま
た、背景光よりも1Kの温度差がある被写体を撮像した
場合、信号電荷の変化量は約4×103 電子であり、そ
の変化量は背景光の2%にすぎない。
Next, the reason why a charge transfer device having a large dynamic range is required will be described with reference to specific examples. Hereinafter, a case where the charge transfer device is used for an infrared imaging device will be described. For example, in the case of an infrared imaging device using a PtSi—Si Schottky barrier diode having an area of 200 μm 2 as a photoelectric conversion unit, the amount of signal charge due to background light at room temperature of 300K is about 2 × 10 5 electrons. Further, when an image of a subject having a temperature difference of 1 K from the background light is captured, the change amount of the signal charge is about 4 × 10 3 electrons, and the change amount is only 2% of the background light.

【0027】さらに、背景光は300Kに一定ではな
く、通常±50K程度変動する。室温350Kの背景光
による信号電荷量は約1×106 電子に増加するが、室
温250Kの背景光による信号電荷量は2×104 電子
に減少する。
Further, the background light is not constant at 300K, but usually fluctuates by about ± 50K. The signal charge due to background light at room temperature 350K increases to about 1 × 10 6 electrons, while the signal charge due to background light at room temperature 250K decreases to 2 × 10 4 electrons.

【0028】一般的に、電圧VD,VRは10V前後に
設定され、電圧VGは2V前後に設定される。このよう
な電圧の設定がなされた場合に、前述のような4×10
3 電子の検出出力としてソースフォロワアンプ9の出力
信号を30mV得ようとすると、容量CFDは20fF
程度にする必要がある。しかし、容量CFDを20fF
程度にすると、室温350Kでの背景光によるソース領
域6の電位変動量は約8Vになり、ΨOGが通常5V前
後の値をとることから、ソース領域6が飽和する。一
方、室温250Kでの背景光によるソース領域6の電位
変動量は約160mVに減少する。
Generally, voltages VD and VR are set to around 10V, and voltage VG is set to around 2V. When such a voltage setting is made, 4 × 10
In order to obtain an output signal of the source follower amplifier 9 as 30 mV as a detection output of three electrons, the capacitance CFD becomes 20 fF.
Need to be on the order. However, when the capacitance CFD is set to 20 fF
In this case, the amount of potential change of the source region 6 due to the background light at a room temperature of 350 K becomes about 8 V, and the ΨOG normally takes a value of about 5 V, so that the source region 6 is saturated. On the other hand, the amount of potential change of the source region 6 due to the background light at room temperature 250K is reduced to about 160 mV.

【0029】したがって、赤外線撮像装置に用いられる
電荷転送装置では、ダイナミックレンジが大きいことが
要求される。
Therefore, a charge transfer device used in an infrared imaging device is required to have a large dynamic range.

【0030】本発明は、このような問題を解決するため
になされたものであり、信号電荷の検出に関する消費電
力を増大させることなくダイナミックレンジを大きくす
ることを可能とする電荷転送装置を提供することを目的
とする。
The present invention has been made to solve such a problem, and provides a charge transfer device capable of increasing a dynamic range without increasing power consumption for signal charge detection. The purpose is to:

【0031】[0031]

【課題を解決するための手段】この発明による電荷転送
装置は、半導体基板と、半導体基板上に設けられ、大き
な背景信号電荷に微小な信号電荷が重畳された信号電荷
を転送する電荷転送層と、電荷転送層に設けられ、電荷
転送層内を転送された信号電荷を受けるソース領域と、
電荷転送層にソース領域と所定間隔を隔てて設けられ、
所定の電圧が印加されるドレイン領域と、ソース領域と
ドレイン領域との間の領域の上部に配置されたゲート電
極と、ソース領域に信号電荷を蓄積する際に、所定の電
位のクロックパルスをゲート電極に印加する電位印加手
段と、ソース領域の電位を入力とし、第1の電圧の電源
電圧が印加されるソースフォロワアンプと、背景信号電
荷の少なくとも一部に対してはソースフォロワアンプを
非線形領域で動作させ、微小な信号電荷に対してはソー
スフォロワアンプを線形領域で動作させるように、第1
の電圧よりも高い第2の電圧をドレイン領域に印加する
電圧印加手段とを備える。
SUMMARY OF THE INVENTION Charge transfer according to the present invention
The device is provided on a semiconductor substrate and
Signal charge in which a minute signal charge is superimposed on a simple background signal charge
A charge transfer layer for transferring the
A source region for receiving the signal charges transferred in the transfer layer;
The charge transfer layer is provided at a predetermined distance from the source region,
A drain region to which a predetermined voltage is applied, a source region,
A gate electrode located above the region between the drain region
When accumulating signal charges in the poles and the source region, a predetermined
Potential applying means for applying a clock pulse of
A power source of a first voltage with the potential of the stage and the source region as inputs
A source follower amplifier to which voltage is applied and a background signal
Source follower amplifier for at least part of the load
Operate in the non-linear region, and source small signal charges.
To operate the follower amplifier in the linear region, the first
A second voltage higher than the voltage of
Voltage applying means.

【0032】[0032]

【0033】[0033]

【0034】[0034]

【0035】[0035]

【0036】[0036]

【0037】[0037]

【0038】[0038]

【0039】[0039]

【0040】[0040]

【0041】[0041]

【0042】[0042]

【0043】[0043]

【0044】[0044]

【作用】 本発明によれば、 電圧印加手段によりドレイン
領域に印加される第2の電圧は、ソースフォロワアンプ
に供給される第1の電圧よりも高いため、ソースフォロ
ワアンプの消費電力を増大させることなくソース領域の
容量を大きくすることが可能であり、これにより、ソー
スフォロワアンプの消費電力を増大させることなくダイ
ナミックレンジを大きくすることが可能である。
According to the present invention, the second voltage applied by the voltage applying means to the drain region, higher than the first voltage supplied to the source follower amplifier, increases the power consumption of the source follower amplifier Therefore, the capacity of the source region can be increased without increasing the power consumption of the source follower amplifier, thereby increasing the dynamic range.

【0045】[0045]

【実施例】次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。
Next, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0046】第1実施例 まず、本発明の第1実施例について説明する。図1は、
第1実施例による電荷転送装置の構成を示す模式図であ
る。
First Embodiment First, a first embodiment of the present invention will be described. FIG.
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a configuration of a charge transfer device according to a first embodiment.

【0047】p型Si半導体よりなる半導体基板1は、
電気的に接地される。この半導体基板1上には所定方向
に延びるチャネル層2が設けられる。このチャネル層2
は、n型の埋込チャネル層であり、イオン注入により形
成される。チャネル層2の一部の領域上には、チャネル
層2の延設方向に沿うように並ぶ複数の電極3(終端の
1つのみ図示)が、それぞれ絶縁膜4を介して配置され
る。
The semiconductor substrate 1 made of a p-type Si semiconductor is
Electrically grounded. On this semiconductor substrate 1, a channel layer 2 extending in a predetermined direction is provided. This channel layer 2
Is an n-type buried channel layer, which is formed by ion implantation. On a part of the region of the channel layer 2, a plurality of electrodes 3 (only one terminal is shown) arranged along the direction in which the channel layer 2 extends are each disposed via an insulating film 4.

【0048】また、終端の電極3に隣接してチャネル層
2の領域上に、絶縁膜4を介して電極5が配置される。
さらに電極5下に隣接するチャネル層2の領域内には、
+型の不純物層よりなるソース領域6が設けられる。
このソース領域6は、イオン注入により形成され、フロ
ーティングディフュージョンとして働く。
Further, an electrode 5 is arranged on the region of the channel layer 2 adjacent to the terminal electrode 3 via an insulating film 4.
Furthermore, in the region of the channel layer 2 adjacent below the electrode 5,
A source region 6 made of an n + -type impurity layer is provided.
This source region 6 is formed by ion implantation and functions as a floating diffusion.

【0049】ソース領域6から前記延設方向に所定間隔
を隔ててチャネル層2の領域内には、n+ 型の不純物層
よりなるドレイン領域7が設けられる。このドレイン領
域7は、イオン注入により形成される。ソース領域6と
ドレイン領域7との間の領域の上部のドレイン領域側に
は、絶縁膜4を介して第1ゲート電極81が配置され
る。または、ソース領域6とドレイン領域7との間の領
域の上部のソース領域側には、絶縁膜4を介して第2ゲ
ート電極82が配置される。
A drain region 7 made of an n + -type impurity layer is provided in the region of the channel layer 2 at a predetermined distance from the source region 6 in the extending direction. This drain region 7 is formed by ion implantation. A first gate electrode 81 is arranged on the drain region side above the region between the source region 6 and the drain region 7 via the insulating film 4. Alternatively, the second gate electrode 82 is disposed on the source region side above the region between the source region 6 and the drain region 7 via the insulating film 4.

【0050】電極3には、クロックパルスよりなる制御
信号φCが印加され、電極5には、一定の直流電圧OG
が印加される。また、第1ゲート電極81には、クロッ
クパルスよりなる制御信号φR1がパルス信号印加部8
0から印加され、第2ゲート電極82には、クロックパ
ルスよりなる制御信号φR2がパルス信号印加部80か
ら印加される。制御信号φR1,φR2は、そのハイレ
ベル電位が同じであり、そのローレベル電位は制御信号
φR2が制御信号φR1よりも高い電位となっている。
ドレイン領域7には、外部から一定の直流電圧VRが印
加される。
A control signal φC composed of a clock pulse is applied to the electrode 3 and a constant DC voltage OG is applied to the electrode 5.
Is applied. The first gate electrode 81 is supplied with a control signal φR1 composed of a clock pulse.
0, and a control signal φR2 composed of a clock pulse is applied to the second gate electrode 82 from the pulse signal application unit 80. The control signals φR1 and φR2 have the same high-level potential, and the low-level potential is such that the control signal φR2 is higher than the control signal φR1.
A constant DC voltage VR is externally applied to the drain region 7.

【0051】ソースフォロワアンプ9は、駆動用のトラ
ンジスタ91と負荷用のトランジスタ92とを含む。ト
ランジスタ91およびトランジスタ92は、電源電圧V
Dを受ける電源ノード93と、接地電圧を受ける接地ノ
ード94との間に直列に接続される。トランジスタ91
とトランジスタ92との間のノードに出力ノード95が
接続される。出力ノード95からは、出力信号DOが出
力される。
Source follower amplifier 9 includes a driving transistor 91 and a load transistor 92. Transistor 91 and transistor 92 are connected to power supply voltage V
D is connected in series between power supply node 93 receiving D and ground node 94 receiving the ground voltage. Transistor 91
Output node 95 is connected to a node between transistor and transistor 92. Output signal DO is output from output node 95.

【0052】トランジスタ91のゲートは、アルミ配線
を介してソース領域6に接続され、前記ゲートにソース
領域6の電位が与えられる。また、トランジスタ92の
ゲートには、一定の直流電圧VGが印加される。ソース
フォロワアンプ9は、トランジスタ91のゲートに与え
られるソース領域6の電位を増幅した出力信号DOを出
力ノード95から出力する。
The gate of transistor 91 is connected to source region 6 via an aluminum wiring, and the potential of source region 6 is applied to the gate. A constant DC voltage VG is applied to the gate of the transistor 92. Source follower amplifier 9 outputs from output node 95 output signal DO obtained by amplifying the potential of source region 6 applied to the gate of transistor 91.

【0053】次に、動作について説明する。図2は、図
1の電極3〜ドレイン領域7までの間のチャネル層2内
の電位の分布を示す電位分布図であり、この電位分布図
においては、図中上から下へ向かって電位が高くなって
いる。図3は、制御信号φC,φR1,φR2の波形を
示すタイミングチャートである。
Next, the operation will be described. FIG. 2 is a potential distribution diagram showing a potential distribution in the channel layer 2 between the electrode 3 and the drain region 7 in FIG. 1. In this potential distribution diagram, the potential is increased from the top to the bottom in the figure. Is getting higher. FIG. 3 is a timing chart showing waveforms of control signals φC, φR1, and φR2.

【0054】以下、図1、図2および図3を参照して図
1の電荷転送装置の動作を説明する。
The operation of the charge transfer device of FIG. 1 will be described below with reference to FIGS. 1, 2 and 3.

【0055】まず、図3に示されるように制御信号φ
C,φR1,φR2のそれぞれが同時にハイレベルVH
C,VHR1,VHR2となる。制御信号φCがハイレ
ベルVHCになることによって電極3下のチャネル電位
はハイレベルΨHCとなり(図2参照)、信号電荷(電
子)が電極3下のチャネル内に転送される。また、制御
信号φR1,φR2がそれぞれハイレベルVHR1,V
HR2になることにより、第1ゲート電極81下のチャ
ネル電位および第2ゲート電極82下のチャネル電位は
ともにハイレベルΨHRとなり(図2参照)、そのチャ
ネルはオン状態となる。これによって、ドレイン領域7
に印加される電圧VRよりソース領域6の電位はその電
圧VRに相当する電位に充電される。
First, as shown in FIG.
C, φR1, φR2 are simultaneously at high level VH
C, VHR1, and VHR2. When the control signal φC changes to the high level VHC, the channel potential under the electrode 3 changes to the high level ΔHC (see FIG. 2), and signal charges (electrons) are transferred into the channel under the electrode 3. The control signals φR1 and φR2 are at high levels VHR1 and VHR, respectively.
When HR2 is reached, both the channel potential under the first gate electrode 81 and the channel potential under the second gate electrode 82 become high level ΨHR (see FIG. 2), and the channel is turned on. Thereby, the drain region 7
Of the source region 6 is charged to a potential corresponding to the voltage VR.

【0056】そして、図3に示されるように制御信号φ
R1,φR2がそれぞれローレベルVLR1,VLR2
となって、第1ゲート電極81下のチャネル電位および
第2ゲート電極82下のチャネル電位はそれぞれローレ
ベルΨLR1,ΨLR2となり(図2参照)、そのチャ
ネルはオフ状態となる。この際に、ソース領域6の電位
の一部がソース領域6と第2電極82との間に存在する
容量に分配され、その結果前記チャネル電位は若干下が
ってVR1になる。
Then, as shown in FIG.
R1 and φR2 are low level VLR1 and VLR2, respectively.
As a result, the channel potential under the first gate electrode 81 and the channel potential under the second gate electrode 82 become low levels ΨLR1 and ΨLR2, respectively (see FIG. 2), and the channel is turned off. At this time, part of the potential of the source region 6 is distributed to the capacitance existing between the source region 6 and the second electrode 82, and as a result, the channel potential slightly drops to VR1.

【0057】そして、図3に示されるように制御信号φ
CがローレベルVLCとなって、電極3下のチャネル電
位は電極5下のチャネル電位ΨOGよりも低いローレベ
ルΨLC(図2参照)となる。このため、電極3下のチ
ャネル内に転送された信号電荷は、電極5下のチャネル
を通ってソース領域6に蓄積される。これにより、ソー
ス領域6の電位は蓄積された信号電荷に対応する電荷変
動量ΔVFDだけ低くなる。
Then, as shown in FIG.
C becomes low level VLC, and the channel potential under the electrode 3 becomes low level ΔLC (see FIG. 2) lower than the channel potential ΨOG under the electrode 5. Therefore, the signal charges transferred into the channel below the electrode 3 are accumulated in the source region 6 through the channel below the electrode 5. As a result, the potential of the source region 6 decreases by the charge variation amount ΔVFD corresponding to the stored signal charges.

【0058】このような電位変動量ΔVFDがソースフ
ォロワアンプ9によって増幅され信号電荷の検出結果と
して出力ノード95から出力信号DOが出力される。
The potential variation ΔVFD is amplified by the source follower amplifier 9 and an output signal DO is output from the output node 95 as a detection result of the signal charge.

【0059】以上のような電荷転送装置では、制御信号
φR2のローレベルが制御信号φR1のローレベルより
も高いレベルとなっている。これにより、ソース領域6
に信号電荷が蓄積される際に、第2ゲート電極82下の
電位ΨLR2が第1ゲート電極81下の電位ΨLR1よ
りも高くなって第2ゲート電極82下のチャネルが蓄積
容量として働く。
In the above charge transfer device, the low level of the control signal φR2 is higher than the low level of the control signal φR1. Thereby, the source region 6
When the signal charge is stored in the first gate electrode 82, the potential ΨLR2 below the second gate electrode 82 becomes higher than the potential ΨLR1 below the first gate electrode 81, and the channel below the second gate electrode 82 functions as a storage capacitor.

【0060】このため、ソース領域6に電荷が蓄積され
る場合、電位変動量ΔVFDがVR1−ΨLR2までは
ソース領域6の容量CFDのみが蓄積容量として働く
が、電位変動がVR1−ΨLR2を超えると第2ゲート
電極82下のチャネルが蓄積容量として働く。その容量
をCRとすれば、電位変動量がVR1−ΨLR2を超え
ると、ソース領域6の蓄積容量は、CFD+CRにな
る。したがって、蓄積される信号電荷量に対するソース
領域6の電位変動量ΔVFDの割合は、電位変動量ΔV
FDがVR1−ΨLR2を超えると、それを超えない場
合よりも小さくなる。
[0060] Therefore, if the charge to the source region 6 is accumulated, but only the capacitance CFD of the source region 6, the potential variation ΔVFD until VR1-ΨLR2 acts as a storage capacitor, the potential fluctuation exceeds VR1-[psi LR2 And the channel below the second gate electrode 82 functions as a storage capacitor. Assuming that the capacitance is CR, when the amount of potential fluctuation exceeds VR1-ΔLR2, the storage capacitance of the source region 6 becomes CFD + CR. Therefore, the ratio of the potential variation ΔVFD of the source region 6 to the accumulated signal charge amount is equal to the potential variation ΔV
When FD exceeds VR1-ΔLR2, it becomes smaller than when it does not exceed VR1-ΔLR2.

【0061】このような関係を図4に示す。図4は、蓄
積される信号電荷量とソース領域6の電位変動量との関
係を示すグラフであり、縦軸に電位変動量ΔVFD、横
軸に信号電荷量をそれぞれとり、これらの関係を実線に
て示す。なお、図4における一点鎖線は、従来のように
ソース領域6のみを容量として働かせる場合の関係を示
す。
FIG. 4 shows such a relationship. FIG. 4 is a graph showing the relationship between the accumulated signal charge amount and the potential variation amount of the source region 6. The vertical axis represents the potential variation amount ΔVFD, and the horizontal axis represents the signal charge amount. Indicated by The dashed line in FIG. 4 shows the relationship when only the source region 6 functions as a capacitor as in the conventional case.

【0062】図4に示されるように、信号電荷の蓄積に
より電位変動量ΔVFDがVR1−ΨLR2になるまで
は、ソース領域6の容量CFDのみが蓄積容量として働
き、CFD(VR1−ΨLR2)の信号電荷量が蓄積さ
れる。そして、電位変動量ΔVFDがVR1−ΨLR2
を超えると、ソース領域6の容量CFDおよび第2ゲー
ト電極82下の容量CRが蓄積容量として働き、電位変
動量ΔVFDがVR1−ΨOGとなるまでは、(CFD
+CR)(ΨLR2−ΨOG)+CFD(VR1−ΨL
R2)の信号電荷量が蓄積される。
As shown in FIG. 4, only the capacitance CFD of the source region 6 functions as a storage capacitor until the potential variation ΔVFD becomes VR1-ΔLR2 due to accumulation of signal charges, and the signal of CFD (VR1-ΔLR2) is obtained. The amount of charge is accumulated. Then, the potential variation ΔVFD is VR1-ΨLR2.
Is exceeded, the capacitance CFD of the source region 6 and the capacitance CR below the second gate electrode 82 serve as storage capacitors, and until the potential variation ΔVFD becomes VR1-ΨOG, (CFD
+ CR) (ΨLR2-ΨOG) + CFD (VR1-ΨL)
The signal charge amount of R2) is accumulated.

【0063】このように、信号電荷量と電位変動量との
関係には、いわゆるニー特性があり、蓄積できる最大信
号電荷量が従来よりも増大し、ダイナミックレンジが大
きくなる。
As described above, the relationship between the signal charge amount and the potential change amount has a so-called knee characteristic, and the maximum signal charge amount that can be stored is increased as compared with the related art, and the dynamic range is increased.

【0064】第2実施例 次に、本発明の第2実施例について説明する。図5は、
第2実施例による電荷転送装置の構成を示す模式図であ
り、図5において図1と一致するものには同番号を付
し、その説明を省略する。以下、図1の電荷転送装置と
の相違点について説明する。
Second Embodiment Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG.
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating the configuration of a charge transfer device according to a second embodiment. In FIG. 5, components corresponding to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. Hereinafter, differences from the charge transfer device of FIG. 1 will be described.

【0065】ソース領域6とドレイン領域7との間の領
域のソース領域6側の一部にn+ 型の不純物層10が形
成される。ソース領域6とドレイン領域7との間の領域
上には、絶縁膜4を介してゲート電極8が配置される。
このゲート電極8には、パルス信号印加部80からクロ
ックパルスである制御信号φRが与えられる。
An n + -type impurity layer 10 is formed in a part of the region between source region 6 and drain region 7 on the source region 6 side. A gate electrode 8 is arranged on a region between the source region 6 and the drain region 7 via the insulating film 4.
The gate electrode 8 is supplied with a control signal φR as a clock pulse from the pulse signal application unit 80.

【0066】次に、動作について説明する。図6は、図
5の電極3〜ドレイン領域7までの間のチャネル層2内
の電位を示す電位分布図であり、この電位分布図におい
ては、図中上から下へ向かって電位が高くなっている。
Next, the operation will be described. FIG. 6 is a potential distribution diagram showing the potential in the channel layer 2 between the electrode 3 and the drain region 7 in FIG. 5. In this potential distribution diagram, the potential increases from the top to the bottom in the drawing. ing.

【0067】以下、図5および図6を参照して、図5の
電荷転送装置の動作を説明する。この電荷転送装置の基
本的な動作は、図1の電荷転送装置と類似している。
The operation of the charge transfer device shown in FIG. 5 will be described below with reference to FIGS. The basic operation of this charge transfer device is similar to that of the charge transfer device of FIG.

【0068】制御信号φC,φRが同時にハイレベルに
なることにより、電極3下のチャネル内に信号電荷が転
送される。これにより、ゲート電極8下のチャネル電位
はハイレベルとなり、ゲート電極8下のチャネルはオン
状態となる。前述のようにゲート電極8下には不純物層
10が形成されているので、チャネルがオン状態になっ
た場合は、ゲート電極8下の不純物層10が形成されて
いる領域の電位ΨHR2が、それ以外の領域の電位ΨH
R1よりも高くなる。その後、制御信号φRがローレベ
ルとされ、ゲート電極8下のチャネル電位はローレベル
になってそのチャネルがオフ状態となる。この際のゲー
ト電極8下のチャネル電位も、不純物層10の影響によ
り不純物層10が形成された領域の電位ΨLR2は、そ
れ以外の領域の電位ΨLR1よりも高くなる。
When the control signals φC and φR go high at the same time, signal charges are transferred into the channel below the electrode 3. Accordingly, the channel potential below the gate electrode 8 becomes high level, and the channel below the gate electrode 8 is turned on. Since the impurity layer 10 is formed below the gate electrode 8 as described above, when the channel is turned on, the potential ΔHR2 of the region where the impurity layer 10 is formed below the gate electrode 8 is increased Potential of the region other than 以外 H
It becomes higher than R1. Thereafter, the control signal φR is set to the low level, the channel potential below the gate electrode 8 is set to the low level, and the channel is turned off. At this time, the potential ΨLR2 of the region where the impurity layer 10 is formed also becomes higher than the potential ΨLR1 of the other region due to the influence of the impurity layer 10 due to the influence of the impurity layer 10.

【0069】このような状態となった後、電極3下に転
送された信号電荷が電極5下のチャネルを通ってソース
領域6に蓄積される。
After such a state, the signal charges transferred below the electrode 3 are accumulated in the source region 6 through the channel below the electrode 5.

【0070】このような電荷転送装置では、ソース領域
6に信号電荷が蓄積される際に、ゲート電極8下のチャ
ネル電位は、不純物層10が形成されている領域の電位
ΨLR2がそれ以外の領域の電位ΨLR1よりも高いの
で、ゲート電極8下のソース領域6側のチャネルが新た
な容量となる。
In such a charge transfer device, when signal charges are accumulated in the source region 6, the channel potential under the gate electrode 8 is set to the potential ΨLR2 of the region where the impurity layer 10 is formed. Is higher than the potential ΨLR1, the channel on the source region 6 side under the gate electrode 8 becomes a new capacitance.

【0071】これにより、ソース領域6に信号電荷が蓄
積される場合、その信号電荷による電位変動量ΔVFD
がVR1−ΨLR2までは、ソース領域6の容量CFD
のみが蓄積容量として働くが、電位変動量ΔVFDがV
R1−ΨLR2を超えると、前記容量CFDに加えてゲ
ート電極8下のソース領域6側のチャネルも蓄積容量と
して働く。したがって、蓄積される信号電荷に対するソ
ース領域6の電位変動量ΔVFDの割合は、その電位変
動量ΔVFDがVR1−ΨLR2を超えると、それを超
えない場合よりも小さくなる。
Thus, when signal charges are accumulated in source region 6, potential variation ΔVFD due to the signal charges is generated.
Is the capacitance CFD of the source region 6 until VR1-ΨLR2.
Only acts as a storage capacitor, but the potential variation ΔVFD is V
When R1-ΨLR2 is exceeded, the channel on the source region 6 side under the gate electrode 8 also functions as a storage capacitor in addition to the capacitor CFD. Therefore, the ratio of the potential variation ΔVFD of the source region 6 to the stored signal charge is smaller when the potential variation ΔVFD exceeds VR1−ΔLR2 than when it does not exceed VR1−ΔLR2.

【0072】この電荷転送装置における蓄積される信号
電荷と、ソース領域6の電位変動量ΔVFDとの関係
は、前記図4のグラフと同様である。このように、第2
実施例による電荷転送装置は、第1実施例による電荷転
送装置と同様に、蓄積できる最大信号電荷量が従来より
も増大し、ダイナミックレンジが大きくなる。
The relationship between the signal charges stored in the charge transfer device and the amount of potential variation ΔVFD of the source region 6 is the same as the graph shown in FIG. Thus, the second
In the charge transfer device according to the embodiment, similarly to the charge transfer device according to the first embodiment, the maximum signal charge amount that can be accumulated is larger than in the related art, and the dynamic range is increased.

【0073】なお、第2実施例においては、ゲート電極
8下に容量を形成するために不純物層10を設けたが、
これに限らず、ゲート電極8下のソース領域6側の絶縁
膜4の厚さをドレイン領域7側の絶縁膜4の厚さよりも
厚くしてもよい。
In the second embodiment, the impurity layer 10 is provided below the gate electrode 8 to form a capacitor.
However, the thickness of the insulating film 4 on the source region 6 side under the gate electrode 8 may be larger than the thickness of the insulating film 4 on the drain region 7 side.

【0074】第3実施例 次に、本発明の第3実施例について説明する。図7は、
第3実施例による電荷転送装置の構成を示す模式図であ
り、図7において図1と一致するものには同番号を付
し、その説明を省略する。以下、図1の電荷転送装置と
の相違点について説明する。
Third Embodiment Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG.
FIG. 9 is a schematic diagram showing a configuration of a charge transfer device according to a third embodiment. In FIG. 7, components corresponding to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. Hereinafter, differences from the charge transfer device of FIG. 1 will be described.

【0075】ソース領域6とドレイン領域7との間の領
域上には、絶縁膜4を介してゲート電極8が配置され
る。そのゲート電極8には、パルス信号印加部80から
クロックパルスである制御信号φRが与えられる。ま
た、ソースフォロワアンプ9の電源電圧VDよりも高い
一定の電圧VR1が電圧印加部70からドレイン領域7
に印加される。
On the region between source region 6 and drain region 7, gate electrode 8 is arranged via insulating film 4. The gate electrode 8 is supplied with a control signal φR, which is a clock pulse, from the pulse signal application unit 80. Further, a constant voltage VR1 higher than the power supply voltage VD of the source follower amplifier 9 is supplied from the voltage application unit 70 to the drain region 7.
Is applied to

【0076】次に、動作について説明する。この電荷転
送装置においては、その基本的な動作が第1実施例およ
び第2実施例の電荷転送装置と同様であるが、ゲート電
極8下のチャネル層2が容量として働かず、ソース領域
6のみが容量として働き、転送された信号電荷を蓄積す
る。この電荷転送装置の特徴は、ソースフォロワアンプ
9の入出力特性が下記図8に示されるような関係になる
ことにある。
Next, the operation will be described. In this charge transfer device, the basic operation is the same as that of the charge transfer devices of the first and second embodiments, except that the channel layer 2 under the gate electrode 8 does not work as a capacitor and only the source region 6 Acts as a capacitor and accumulates the transferred signal charges. The feature of this charge transfer device is that the input / output characteristics of the source follower amplifier 9 have a relationship as shown in FIG.

【0077】図8は、トランジスタ91のゲート電位で
あるソースフォロワアンプ9の入力電位と、出力ノード
95の出力信号DOの電位であるソースフォロワアンプ
9の出力電位との関係(入出力特性)を示すグラフであ
り、縦軸に前記出力電位、横軸に前記入力電位をそれぞ
れとり、こられの関係を示す。
FIG. 8 shows the relationship (input / output characteristics) between the input potential of the source follower amplifier 9 as the gate potential of the transistor 91 and the output potential of the source follower amplifier 9 as the potential of the output signal DO at the output node 95. FIG. 4 is a graph showing the relationship between the output potential on the vertical axis and the input potential on the horizontal axis.

【0078】ソースフォロワアンプ9のトランジスタ9
1,92のそれぞれは、入出力特性が線形である飽和領
域で動作する必要がある。しかし、ソースフォロワアン
プ9の入力電位が電源電圧VDとしきい値電圧Vthと
の和(VD+Vth)以上になると、トランジスタ91
が線形領域で動作し、出力電位がクリップされる。ま
た、トランジスタ91の利得係数をβ、電源電流をID
とした場合、前記入力電位がVG+(2ID /β)1/2
以下になると、出力電位が電圧VGとしきい値電圧Vt
hとの差(VG−Vth)以下となる。これにより、ト
ランジスタ92が線形領域で動作し、ソースフォロワア
ンプ9の入出力特性が非線形となり、ソースフォロワア
ンプ9の利得が低下する。
Transistor 9 of source follower amplifier 9
Each of the devices 1 and 92 needs to operate in a saturation region where the input / output characteristics are linear. However, when the input potential of the source follower amplifier 9 becomes equal to or higher than the sum (VD + Vth) of the power supply voltage VD and the threshold voltage Vth, the transistor 91
Operate in the linear region, and the output potential is clipped. Further, the gain coefficient of the transistor 91 is β, and the power supply current is I D
, The input potential is VG + (2I D / β) 1/2
Below, the output potential becomes equal to the voltage VG and the threshold voltage Vt.
h (VG−Vth) or less. As a result, the transistor 92 operates in the linear region, the input / output characteristics of the source follower amplifier 9 become non-linear, and the gain of the source follower amplifier 9 decreases.

【0079】したがって、入力電位が、図8におけるΔ
INの範囲内にあると、トランジスタ91,92がそれ
ぞれ飽和領域で動作し、ソースフォロワアンプ9の入出
力特性は線形になる。
Therefore, when the input potential is ΔΔ in FIG.
When it is within the range of V IN , the transistors 91 and 92 each operate in the saturation region, and the input / output characteristics of the source follower amplifier 9 become linear.

【0080】このような入出力特性のソースフォロワア
ンプ9を有する電荷転送装置を赤外線撮像装置に用いた
場合、従来のように、ドレイン領域7へ印加する電圧V
Rをソースフォロワアンプの電源電圧VDと等しくする
と、背景光による信号電荷の変動量ΔVBGが大きいとき
は、この電位変動量ΔVBGに重畳される、被写体による
信号電荷の電位変動量ΔVS の入力電位の範囲が、ソー
スフォロワアンプ9の入出力特性の非線形の領域に入る
可能性が大きくなる。
When the charge transfer device having the source follower amplifier 9 having such input / output characteristics is used for an infrared imaging device, the voltage V applied to the drain region 7 is different from that of the prior art.
Assuming that R is equal to the power supply voltage VD of the source follower amplifier, when the variation ΔV BG of the signal charge due to the background light is large, the variation of the potential variation ΔV S of the signal charge due to the subject superimposed on this potential variation ΔV BG The possibility that the range of the input potential falls within the non-linear region of the input / output characteristics of the source follower amplifier 9 increases.

【0081】しかし、第3実施例による電荷転送装置で
は、ドレイン領域7へ印加する電圧VR1は、電源電圧
VDよりも高い電圧(たとえば、VD+Vthよりも高
い電圧)であるため、被写体による信号電荷の電位変動
量ΔVS の範囲は、ソースフォロワアンプ9の入出力特
性の線形の領域(ΔVIN)内に入る。これにより、被写
体による電位変動量ΔVS を適切に線形にて増幅でき
る。この場合、背景光による電位変動量ΔVBGの領域
は、ソースフォロワアンプ19の入出力特性の非線形の
領域の範囲内に入るが、背景光による信号電荷の電位変
動量ΔVBGは、赤外線撮像装置にとって本来不必要な信
号であるので、特に問題はない。
However, in the charge transfer device according to the third embodiment, since the voltage VR1 applied to the drain region 7 is higher than the power supply voltage VD (for example, higher than VD + Vth), the signal charge of the subject is reduced. The range of the potential variation ΔV S falls within the linear region (ΔV IN ) of the input / output characteristics of the source follower amplifier 9. This makes it possible to appropriately linearly amplify the potential variation ΔV S due to the subject. In this case, the region of the potential variation [Delta] V BG by background light is within the scope of the non-linear region of the input-output characteristics of the source follower amplifier 19, the potential variation [Delta] V BG signal charges due to the background light, infrared imaging apparatus There is no particular problem since the signal is unnecessary for the device.

【0082】このように、第3実施例による電荷転送装
置では、ドレイン領域7に印加する電圧VR1をソース
フォロワアンプ9の電源電圧VDよりも高い電圧とした
ため、信号電荷が蓄積される際のソース領域6の電位は
従来の電位よりも高くなりその分だけ容量が増加する。
これにより、ソースフォロワアンプ9の消費電力を増大
させることなくダイナミックレンジを大きくすることが
できる。
As described above, in the charge transfer device according to the third embodiment, the voltage VR1 applied to the drain region 7 is set to a voltage higher than the power supply voltage VD of the source follower amplifier 9, so that the source when signal charges are accumulated. The potential of the region 6 becomes higher than the conventional potential, and the capacity increases accordingly.
Thereby, the dynamic range can be increased without increasing the power consumption of the source follower amplifier 9.

【0083】なお、第3実施例による電荷転送装置を赤
外線撮像装置に用いる場合、背景温度がほぼ一定のとき
は電圧VR1は一定としてよいが、背景温度が変化する
場合は、その背景温度に応じて電圧VR1を変化させて
もよい。
When the charge transfer device according to the third embodiment is used for an infrared imaging device, the voltage VR1 may be constant when the background temperature is substantially constant. However, when the background temperature changes, the voltage VR1 is changed according to the background temperature. Alternatively, the voltage VR1 may be changed.

【0084】なお、第1実施例〜第3実施例において
は、電子を信号電荷として転送する電荷転送装置につい
て説明したが、本発明は、これに限らず、正孔を信号電
荷として転送するような構成としてもよい。このよう
に、正孔を信号電荷として転送する電荷転送装置は、第
1実施例〜第3実施例における各半導体層の導電形式を
逆形式とし、各電極に与える信号の電位を逆極性とする
ことにより実現可能であり、このような構成の装置は、
電子を信号電荷として転送する装置の場合と同様の効果
が得られる。
In the first to third embodiments, the charge transfer device for transferring electrons as signal charges has been described. However, the present invention is not limited to this, and holes may be transferred as signal charges. The configuration may be any. As described above, in the charge transfer device that transfers holes as signal charges, the conductivity type of each semiconductor layer in the first to third embodiments is reversed, and the potential of a signal applied to each electrode is reversed. The device having such a configuration can be realized by
The same effect as that of the device for transferring electrons as signal charges can be obtained.

【0085】また、本発明は赤外線撮像装置に用いるこ
とを条件としたものではなく、背景による信号が大き
く、その上に重畳された微小な信号電荷を検出するよう
な撮像装置であればどのようなものにでも適用可能であ
る。
The present invention is not intended to be applied to an infrared imaging apparatus, but is applicable to any imaging apparatus which has a large background signal and detects minute signal charges superimposed thereon. It can be applied to anything.

【0086】[0086]

【発明の効果】したがって、本発明によれば、第2のゲ
ート電極下に、ソース領域の電位の絶対値が第2のゲー
ト電極下の電位の絶対値よりも小さくなると働く容量が
形成される。すなわち、電子または正孔である信号電荷
を蓄積する容量は、ソース領域の容量に、第2のゲート
電極下に形成される容量を加えたものとなる。このた
め、信号電荷の検出に関する消費電力を増大させること
なくダイナミックレンジを大きくすることができる。
According to the present invention, therefore, a capacitance is formed below the second gate electrode when the absolute value of the potential of the source region becomes smaller than the absolute value of the potential under the second gate electrode. . That is, the capacity for storing signal charges, which are electrons or holes, is the sum of the capacity of the source region and the capacity formed under the second gate electrode. Therefore, the dynamic range can be increased without increasing the power consumption for detecting the signal charge.

【0087】さらに本発明によれば、ソース領域とドレ
イン領域との間の領域において前記ソース領域に隣接す
る一部の領域下に、ソース領域の電位の絶対値が前記一
部の領域下の電位の絶対値よりも小さくなった場合に働
く容量が電位設定手段により形成される。これにより、
電子または正孔である信号電荷を蓄積する容量は、ソー
ス領域の容量に、前記一部の領域下に形成される容量を
加えたものとなる。このため、信号電荷の検出に関する
消費電力を増大させることなくダイナミックレンジを大
きくすることができる。
Further, according to the present invention, in a region between the source region and the drain region, the absolute value of the potential of the source region is lower than the partial region adjacent to the source region. Is formed by the potential setting means. This allows
The capacitance for accumulating signal charges, which are electrons or holes, is the sum of the capacitance of the source region and the capacitance formed under the partial region. Therefore, the dynamic range can be increased without increasing the power consumption for detecting the signal charge.

【0088】さらに本発明によれば、電圧印加手段によ
りドレイン領域に印加される第2の電圧は、ソースフォ
ロワアンプに供給される第1の電圧よりも高いため、ソ
ース領域の容量が大きくなり、ダイナミックレンジが大
きくなる。このようにダイナミックレンジを大きくする
場合、ソースフォロワアンプに供給する第1の電圧は一
定にすることができるので、ソースフォロワアンプの消
費電力を増大させることなくダイナミックレンジを大き
くすることが可能である。また、たとえば、背景光によ
る多量の信号電荷と、被写体,背景間の温度差による信
号電荷とを同時に取扱う赤外線撮像装置に適用する場合
は、ダイナミックレンジが大きいため、ソースフォロワ
アンプが被写体,背景間の温度差による信号電荷の変化
量の領域を中心として線形に増幅できるので、好都合で
ある。
Further, according to the present invention, since the second voltage applied to the drain region by the voltage applying means is higher than the first voltage supplied to the source follower amplifier, the capacity of the source region increases, The dynamic range increases. When the dynamic range is increased in this manner, the first voltage supplied to the source follower amplifier can be kept constant, so that the dynamic range can be increased without increasing the power consumption of the source follower amplifier. . In addition, for example, when applied to an infrared imaging device that simultaneously handles a large amount of signal charge due to background light and a signal charge due to a temperature difference between the subject and the background, the dynamic range is large, so that the source follower amplifier is connected between the subject and the background. This is advantageous because it can be linearly amplified centering on the region of the amount of change in signal charge due to the temperature difference.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】第1実施例による電荷転送装置の構成を示す模
式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a charge transfer device according to a first embodiment.

【図2】第1実施例による電荷転送装置のチャネル層内
の電位分布図である。
FIG. 2 is a potential distribution diagram in a channel layer of the charge transfer device according to the first embodiment.

【図3】第1実施例による電荷転送装置の制御信号の波
形を示すタイミングチャートである。
FIG. 3 is a timing chart showing waveforms of control signals of the charge transfer device according to the first embodiment.

【図4】第1実施例による電荷転送装置における蓄積さ
れる信号電荷量とソース領域の電位変動量との関係を示
すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the amount of signal charge stored in the charge transfer device according to the first embodiment and the amount of potential change in the source region.

【図5】第2実施例による電荷転送装置の構成を示す模
式図である。
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a configuration of a charge transfer device according to a second embodiment.

【図6】第2実施例による電荷転送装置のチャネル層内
の電位分布図である。
FIG. 6 is a potential distribution diagram in a channel layer of a charge transfer device according to a second embodiment.

【図7】第3実施例による電荷転送装置の構成を示す模
式図である。
FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a configuration of a charge transfer device according to a third embodiment.

【図8】第3実施例による電荷転送装置のソースフォロ
ワアンプの入出力特性を示すグラフである。
FIG. 8 is a graph showing input / output characteristics of a source follower amplifier of the charge transfer device according to the third embodiment.

【図9】従来の電荷転送装置の構成を示す模式図であ
る。
FIG. 9 is a schematic diagram showing a configuration of a conventional charge transfer device.

【図10】従来の電荷転送装置におけるチャネル層内の
電位分布図である。
FIG. 10 is a potential distribution diagram in a channel layer in a conventional charge transfer device.

【図11】従来の電荷転送装置における制御信号および
出力信号の波形を示すタイミングチャートである。
FIG. 11 is a timing chart showing waveforms of a control signal and an output signal in a conventional charge transfer device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体基板 2 チャネル層 6 ソース領域 7 ドレイン領域 8 ゲート電極 9 ソースフォロワアンプ 10 不純物層 70 電圧印加部 80 パルス信号印加部 81 第1ゲート電極 82 第2ゲート電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor substrate 2 Channel layer 6 Source region 7 Drain region 8 Gate electrode 9 Source follower amplifier 10 Impurity layer 70 Voltage application part 80 Pulse signal application part 81 First gate electrode 82 Second gate electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/762 H01L 21/339 H04N 5/335 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 29/762 H01L 21/339 H04N 5/335

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体基板と、 前記半導体基板上に設けられ、大きな背景信号電荷に微
小な信号電荷が重畳された信号電荷を転送する電荷転送
層と、 前記電荷転送層に設けられ、前記電荷転送層内を転送さ
れた前記信号電荷を受けるソース領域と、 前記電荷転送層に前記ソース領域と所定間隔を隔てて設
けられ、所定の電圧が印加されるドレイン領域と、 前記ソース領域と前記ドレイン領域との間の領域の上部
に配置されたゲート電極と、 前記ソース領域に前記信号電荷を蓄積する際に、所定の
電位のクロックパルスを前記ゲート電極に印加する電位
印加手段と、前記ソース領域の電位を入力とし、第1の電圧の電源電
圧が印加されるソースフォロワアンプと、 前記背景信号電荷の少なくとも一部に対しては前記ソー
スフォロワアンプを非線形領域で動作させ、前記微小な
信号電荷に対しては前記ソースフォロワアンプを線形領
域で動作させるように、前記第1の電圧よりも高い第2
の電圧を前記ドレイン領域に印加する電圧印加手段とを
備える 、電荷転送装置。
A semiconductor substrate provided on the semiconductor substrate and capable of reducing a large background signal charge;
A charge transfer layer for transferring a signal charge on which a small signal charge is superimposed ; a source region provided in the charge transfer layer, for receiving the signal charge transferred in the charge transfer layer; A drain region provided at a predetermined distance from the source region and to which a predetermined voltage is applied, and an upper part of a region between the source region and the drain region
When accumulating the signal charges in the source region and the gate electrode ,
And potential applying means for applying a clock pulse potential to the gate electrode, an input potential of the source region, the power collector of the first voltage
A source follower amplifier to which pressure is applied, and the source for at least a part of the background signal charge.
Operate the follower amplifier in the nonlinear region, and
The source follower amplifier has a linear
The second voltage higher than the first voltage so as to operate in the
Voltage applying means for applying the voltage of
A charge transfer device.
JP4298793A 1992-11-09 1992-11-09 Charge transfer device Expired - Fee Related JP3027482B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4298793A JP3027482B2 (en) 1992-11-09 1992-11-09 Charge transfer device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4298793A JP3027482B2 (en) 1992-11-09 1992-11-09 Charge transfer device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH06151798A JPH06151798A (en) 1994-05-31
JP3027482B2 true JP3027482B2 (en) 2000-04-04

Family

ID=17864295

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4298793A Expired - Fee Related JP3027482B2 (en) 1992-11-09 1992-11-09 Charge transfer device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3027482B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4583565B2 (en) * 2000-09-12 2010-11-17 新日本無線株式会社 Charge coupled device

Also Published As

Publication number Publication date
JPH06151798A (en) 1994-05-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5060042A (en) Photoelectric conversion apparatus with reresh voltage
US7110030B1 (en) Solid state image pickup apparatus
US4972243A (en) Photoelectric conversion apparatus with shielded cell
US11496702B2 (en) Imaging device
US6697114B1 (en) Triple slope pixel sensor and arry
US6836291B1 (en) Image pickup device with integral amplification
US5274459A (en) Solid state image sensing device with a feedback gate transistor at each photo-sensing section
WO2002067337A2 (en) Active pixel sensor for digital imaging
US6995797B2 (en) Charge detecting device for a solid state imaging device
US5912483A (en) Output circuit provided with source follower circuit having depletion type MOS transistor
JP3351503B2 (en) Solid-state imaging device
KR960016214B1 (en) Amplification circuit
JP3027482B2 (en) Charge transfer device
JPH043104B2 (en)
JPH02183678A (en) Drive method for charge detection circuit
JPH0590556A (en) Solid-state image pick-up element
JPS6367976A (en) Solid-state image pickup device
US6437378B1 (en) Charge coupled devices including charge signal amplifiers therein
US6677997B1 (en) Amplifying solid-state imaging device, and method for driving the same
JP2003234961A (en) Solid-state imaging device
JP3173806B2 (en) Driving method of charge detection circuit
JPH0613597A (en) Amplification type solid-state image sensor
JP3016815B2 (en) Solid-state imaging device
JPS6393282A (en) Photoelectric conversion device
US20050012527A1 (en) Charge detection node with reset feed-through shielding gate

Legal Events

Date Code Title Description
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20000118

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees