JPS5849066B2 - 電荷転送装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電荷転送装置に関するもので、特に電荷転送装
置の活性部外で発生した電荷が前記活性部に混入するこ
とを防ぎかつ暗電流およひパルススパイク電流を補償す
る電荷転送装置に関するものである。

従来この種の電荷転送装置において転送チャネル外で発
生した電荷が転送チャネルに混入することを防止する方
法として、転送チャネル以外の半導体基板の濃度を高く
したり、基板表面に被われる絶縁層を厚くする方法等が
用いられている。

しかしこの種の従来の方法においては、転送チャネル外
で光、熱、アバランシエ等によって発生した少数電荷が
拡散によって転送チャネルに混入する欠点があった。

この様な現象は電荷転送撮像装置、又は、電荷転送装置
を低周波で駆動する場合特に問題になる。

本発明の目的は、前述した転送チャネルへチャネル外で
発生した電荷担体の混入を防止し、かつ転送チャネルで
発生した暗電流およびパルススパイク電流を補償する電
荷転送装置を提供することにある。

本発明によれば情報電荷を転送する電荷転送装置の主チ
ャネルに隣接し、かつ電気的に分離された暗電流および
、スパイク電流を補償する補償チャネルを設け、さらに
主チャネル、補償チャネルを囲むように、両側に外部か
ら拡散によって混入する電荷を吸収する副チャネルを設
け、これらのチャネルは同一転送電極で駆動するように
構成されるもので、本発明によると、電荷転送装置の主
チャネル、補償チャネル外で発生した電荷がこれらのチ
ャネルに混入することを防ぎかつ主チャネルで発生した
暗電流および出力に混入するスパイク電流を補償チャネ
ルで補償することができる。

以下電荷転送撮像装置、電荷転送遅延線を例として従来
のものと本発明のものについて図面を用いて詳細に説明
する。

第１図は、従来の代表的な電荷転送一次元感光装置の平
面図を模式的に表わしたもので、例えば金属一絶縁物一
半導体（ＭＩＳ）構造の感光部Ｓ１，Ｓ２・・・・・・
Ｓｎ１と感光部で光電変換された信号電荷を転送する電
荷転送レジスタ１１，１２、レジスタから出力を取り出
す信号電荷検出部１３、から成るもので、特に一次元感
光装置としては第１図に示すように感光部アイレＳ１，
Ｓ２・・・・・・Ｓｎに対して上下に転送レジスタ１１
，１２、を並べたものが代表的なものである。

第１図の一次元感光装置について簡単に動作を説明する
。

感光部Ｓ１，Ｓ２・・・・・・Ｓｎに電位井戸を形成す
る感光電極１４をバイアスした感光部で入射パターンを
電荷に変換した電荷情報パターンを形成する。

この感光部で情報電荷を蓄積している期間中電荷転送レ
ジスタ１１ ．１２の電極群は常に転送パルスが供給さ
れていることから感光部の電位井戸と転送レジスタの電
位井戸を分離するため感光アレイと転送レジスタの間に
制御電極１５．１６がある。

任意の期間電荷蓄積した情報電荷を感光部アレイから転
送レジスタへ移動させるため感光電極１４、制御電極１
５．１６転送レジスタの電極の順でそれぞれパルスを印
加することにより情報電荷を感光部Ｓ１，Ｓ２・・・・
・・Ｓｎに対応した転送レジスタ１１．１２の電極直下
に移させる。

（図面では転送レジスタ１素子が１つのブロックで図示
してあるが、実際には駆動方法との兼ね合いで１〜４つ
の電極から成っている。

）その後制御電極１５．１６のパルスを除き感光電極１
４にパルスを印加し、各感光部では再び情報電荷を蓄積
する。

一方転送レジスク１１ ．１２に送られた電荷は転送レ
ジスタの転送電極にパルスを印加することにより信号電
荷検出部に送られ端子９から読み出される。

転送レジスタに移動された情報電荷が完全に読み出され
たら再び感光部から転送レジスタに情報電荷を移動させ
、前述と同様な手段で外部に読み出される。

以上の様な電荷転送装置において感光部での電荷蓄積時
間が長くまた、転送レジスタの読み出し転送パルスの周
波数が低くなると熱的に発生する電荷すなわち暗電流電
荷によって電位井戸が飽和し情報電荷を読み出すことが
できなくなる。

一般に半導体装置の暗電流は電荷の発生寿命に依存し、
装置の幾何学的な位置に依存するものではないが、第１
図に示すような電荷転送一次元感光装置では転送レジス
タ１１．１２での暗電流で決定される。

この理由について第２図を用いて説明する。

第２図は第１図のＡ−Ａ’部の断面および表面電位分布
を模式的に描いたもので、第１図に対応する部分は同一
記号で示してある。

転送レジスタのチャネル部分は例えばチャネル以外の半
導体基板１０上の絶縁層１１を厚くすることにより外部
と分離している。

転送電極１８．１９はチャネル外まで伸びており図面外
で転送クロツクパル線に結ばれている。

また図示していないが感光部以外は光学的に遮蔽してお
くことが望ましい。

今感光電極１４転送電極１８．１９にパルスが印加され
ると表面電位分布は模式的に曲線２０のように描かれる
。

暗電流による電荷について一次元的に考えると、感光部
Ｓｘではほぼ感光部の長さ（Ｌｓｘ ）に比例するが転
送レジスタ１１，１２では転送レジスタのチャネル巾Ｗ
１内で発生した電荷とチャネルから少数電荷の拡散長Ｌ
ｎまでに発生した電荷を吸収する。

このことから単位面積当りの暗電流電荷は感光部よりレ
ジスタ部から大きくなる。

従って電荷蓄積の時間およびレジスタの転送パルス低周
波限界を決定する要素は転送レジスタ１１．１２での暗
電流電荷で決定される。

実際にはこの欠点を補う方法として第１図に示した感光
装置を冷却したり、感光部での電荷蓄積期間に比較して
、転送レジスタに移動した情報電荷の読み出し速度を速
やくする方法で上述の欠点を補っている。

しかしこれらの方法は完全な解決にはならない。

本発明は前述した欠点である転送レジスタでの暗電流を
小さくすることにある。

第３図は、第１図に示した従来の電荷転送一次元感光装
置に対応した本発明の一次元感光装置を示すもので、第
１図と同一機能部分は同一記号で示されている。

第１図と異る点は、転送レジスタＩＬ１２に隣接して補
償チャネル２６，２７と補償チャネルの両側に副チャネ
ル２１ ．２２を設けたことにある。

補償チャネル２６．２７と副チャネル２１．２２は転送
レジスタと同一転送電極（図示してない）で駆動される
ように構成されている。

第４図は第３図のＢ − Ｂ’ｉ断面、および表面電位
分布を模式的に示したもので、半導体基板１０に絶縁層
１７を介して感光電極１４制御電極１５．１６転送電極
１８．１９が形成されている。

この構造で転送レジスタ１１ ，１２と補償チャネル２
６．２７副チャネル２１．２２は同一電圧が印加される
ため各チャネルの分離が必要である。

一般にチャネル分離は基板の濃度を高くするとか絶縁層
１７を厚くする方法で分離できる。

第４図の断面構造で感光電極１４転送電極１８，１９に
パルス電圧が印加されると表面電位は曲線２３のように
描かれる。

ここで問題となる各領域の暗電流について考えると、感
光部では従来のものと同様感光部の長さＬｓｘで規定さ
れる。

さらに転送レジスタ１１．１２および補償チャネル２６
．２７についてもチャネル巾にほぼ等しいＷの長さで決
定される。

一方感光装置の両側に隣接して電気的に分離された副チ
ャネルでは、電荷担体の拡散長Ｌｎ内で発生した電荷も
含めて集められる。

このようにして第３図で示される一次元感光装置の活性
部である感光部Ｓ１，Ｓ２・−・・・・・Ｓｎ転送レジ
スタ１ １ ． １−２補償チャネル２６．２７以外か
ら拡散によって感光装置に混入する電荷はすべて副チャ
ネル２１．２２に集められる。

副チャネルに集められた電荷は副チャネルと転送レジス
タ、補償チャネルとが同一転送電極で駆動され、第３図
に示す矢印方向に転送され副チャネル２１，２２の最終
電極直下に一部重複して形成されている逆バイアスされ
たＰ−Ｎ接合２４，２５に流れ込み信号電荷と分離して
外部に取り出される。

このようにして活性部外で発生した電荷を完全に除くこ
とができる。

一方、主チャネルである転送レジスタの出力と補償チャ
ネルの出力信号３２を差動増巾器３０に導くことによっ
て差動増巾器の出力３１は主チャネルの暗電流およびス
パイ雑音を除かれる。

以上、一次元電荷転送感光装置で、一列の感光アレイに
対して両側に転送レジスタのあるものについて実施例を
用いて説明したが、一列の感光アレイに対して一列の転
送レジスターのあるものについては感光アレイ、転レジ
スタ、補償チャネルを囲むように名外側に副チャネルを
設けることにより感光部、転送レジスタの暗電流を小さ
くしかつ転送レジスタの暗電流を補償することができる
。

第６図は本発明のさらに他の実施例を示すもので、一次
元電荷転送遅延線において、信号電荷を遅延する主チャ
ネルを含み４列のチャネルを形成し、それぞれのチャネ
ルを同一転送電極で駆動する。

中心にある二つのチャネルの一方を信号遅延の主チャネ
ル３３とし他の一方を主チャネルの暗電流または出力部
におけるスパイク性雑音の補償チャネル３４とするこの
とき補償チャネルは主チャネルと幾伺学的に同一な形が
望ましい。

また外側の２つのチャネル３５，３６はすべに述べてき
た活性部以外で発生する電荷と信号電荷の干渉を防ぐた
めの副チャネルである。

第５図に示す遅延線において４列のチャネルを同一転送
電極で転送すると主チャネル３３では入力部３７から注
入された信号電荷と主チャネルで発生する暗電流電荷を
転送し出力端子３８から読み出される。

また副チャネル３５．３６は副チャネルで発生する暗電
流電荷と外部から拡散によって混入する電荷を集めなが
ら副チャネルの終端にある逆バイアスされたＰ−Ｎ接合
３９．４０へと転送してゆくまた補償チャネル３４は補
償チャネル内で発生する暗電流電荷を集めながら出力端
子４１から読み出される。

主チャネルの出力３８と補償チャネルの出力端子４１の
信号を差動増巾器４２に導くことによって差動増巾器の
出力４３は主チャネルの暗電流およびパルスのスパイク
雑音を同時に除去できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の犬表的な一次元電荷転送感光装置の平面
図、第２図ａ，ｂは第１図のＡ−Ａ’の断面図および表
面電位分布の模式図、第３図は本発明を用いた一次元電
荷転送感光装置の平面図、第４図ａ，ｂは第３図におけ
るＢ − Ｂ’の断面図および表面電位分布の模式図、
第５図は本発明によるさらに他の実施例を示す。 図において１１．１２．３３は信号転送主チャネル、２
１ ，２２，３５，３６は副チャネル、２６．２７．３
４は補償チャネル、９は端子、１０は半導体基板、１３
は電荷検出部、１４は感光電極、１５．１６は制御電極
、１７は絶縁層、１８．１９は転送電極、３２は補償チ
ャネルの出力信号、３７は入力部、３８，４Ｌ４３は出
力端子、３９ ．４０はＰ−Ｎ接合、４２は差動増幅器
を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 半導体基板上に絶縁物を設け、さらに該絶縁物上に
   複数個の電極を設け、上記半導体基板に情報源である電
   荷を転送し、読み出すように前記電極部に順次電圧を印
   加する電荷転送装置において、前記情報電荷を転送する
   電荷転送主チャネルに隣接し、かつ電気的に分離された
   電荷転送補償チャネルを形成する手段と、前記主チャネ
   ル、および補償チャネルを囲むように、隣接し、かつ電
   気的に分離した副チャネルを形成する手段と、前記主チ
   ャネル、補償チャネル、副チャネルを同一転送電極で駆
   動する手段と、前記副チャネルの電荷転送終端部に副チ
   ャネル電荷取り出し部を設ける手段と、前記主チャネル
   の出力信号と前記補償チャネルの出力信号を差動ずる回
   路手段とを備えていることを特徴とする電荷転送装置。