JPH03106183A - 焦電型固体撮像装置 - Google Patents
焦電型固体撮像装置Info
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- JPH03106183A JPH03106183A JP1242016A JP24201689A JPH03106183A JP H03106183 A JPH03106183 A JP H03106183A JP 1242016 A JP1242016 A JP 1242016A JP 24201689 A JP24201689 A JP 24201689A JP H03106183 A JPH03106183 A JP H03106183A
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Landscapes
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は固体撮像装置に係り,特に赤外線画像を撮像す
る固体撮像装置に関するものである。
る固体撮像装置に関するものである。
焦電膜上に赤外線画像を結像し,この赤外線は熱として
焦電膜に吸収される。この膜面には赤外線画像に対応し
た温度変化分布が生じる。焦電嘆の分極は温度上昇によ
って減少するため,その焦電効果によって温度変化分布
が膜の表面電荷分布像装置において,前記焦電素子の膜
の上面に誘起する電荷,および前記焦電素子の膜の下面
に誘起する電荷をそれぞれ別の容量素子に蓄積し,各々
の容量素子についての初期電圧設定素子および読み出し
電圧設定素子を設け,各々の読み出し電圧設定素子に接
続して設けた結合素子を通して各々の容量素子に蓄積さ
れた信号電荷を信号電荷転送素子へ電荷の転送を行うこ
とを特徴とした焦電型固体撮像装置。
焦電膜に吸収される。この膜面には赤外線画像に対応し
た温度変化分布が生じる。焦電嘆の分極は温度上昇によ
って減少するため,その焦電効果によって温度変化分布
が膜の表面電荷分布像装置において,前記焦電素子の膜
の上面に誘起する電荷,および前記焦電素子の膜の下面
に誘起する電荷をそれぞれ別の容量素子に蓄積し,各々
の容量素子についての初期電圧設定素子および読み出し
電圧設定素子を設け,各々の読み出し電圧設定素子に接
続して設けた結合素子を通して各々の容量素子に蓄積さ
れた信号電荷を信号電荷転送素子へ電荷の転送を行うこ
とを特徴とした焦電型固体撮像装置。
知られている焦電型固体撮像装置では後に詳細に説明す
るように,一般的に焦電膜上面に誘起する電荷は捨てら
れることになり,焦電効果によって誘起した電荷を有効
に活用できないという欠点がある。
るように,一般的に焦電膜上面に誘起する電荷は捨てら
れることになり,焦電効果によって誘起した電荷を有効
に活用できないという欠点がある。
本発明は,焦電効果によって誘起した電荷を全て活用し
,バイアス電荷の除去が簡単に行える焦電型固体撮像装
置を提供するために,焦電膜の下面と上面に誘起する電
荷をそれぞれ別の容量素子に蓄積し,各々の容量素子に
蓄積された信号電荷の転送を行うようにしたものである
。
,バイアス電荷の除去が簡単に行える焦電型固体撮像装
置を提供するために,焦電膜の下面と上面に誘起する電
荷をそれぞれ別の容量素子に蓄積し,各々の容量素子に
蓄積された信号電荷の転送を行うようにしたものである
。
したがって,従来は捨てていた焦電膜の上面に誘起する
電荷も信号として利用できるようになり,ダイナミノク
レンジ,S/N比を大幅に向上させることができる。ま
た,撮像領域全面にわたって固定パターン雑音を抑制で
きる。
電荷も信号として利用できるようになり,ダイナミノク
レンジ,S/N比を大幅に向上させることができる。ま
た,撮像領域全面にわたって固定パターン雑音を抑制で
きる。
焦電型赤外線センサーでは,可視光センサーとは異なり
Geなとの赤外線光学材料を使用した光学レンズを用い
て赤外線画像を結像する。赤外線は熱として焦電膜に吸
収され,膜面には赤外線画像に対応した温度変化分布が
生じる。焦電膜の分極はは度上昇によって減少するため
,その焦電効果によって温度変化分布が膜の表面電荷分
布に変換される。焦電効果は誘電体の時間的温度変化に
よるものであるから,静止物体の撮像には固体撮像素子
の前面に赤外光を時間的に断続するチョッパーを設ける
必要がある。赤外尤の時間的断続によって焦電膜の温度
が△Tだげ変化した時,焦電係数をPTとすると膜面に
誘起する電荷量ΔQはPT・ΔT となる。ΔQは分極
の増減によるものであるから,焦電膜の両側に誘起する
電荷量の絶対値は等しく,符号は逆である〇 第7図は従来の赤外線画像を撮像する焦電型撮像素子の
断面図2第8図(a),第8図(b)はそれぞれ異なる
撮像条件における信号読み出し時の第7図に対応した表
面ポテンシャルであり,斜線部分は電子で充満している
ことを示している。第9図は4相駆動型の垂直CCDを
用いた時の第7図に対応した等価回路である。これらの
図において,1はP 形半導体基板,2−1は埋め込み
型CCDのチャネル用n 形拡散層,2−2は転送ゲー
トのチャネル用n 形拡散層,3−1はりセクト・ドレ
イン(RD)用のn 形拡散.#3−2は信号積分容量
としてのn 形拡散層,4はリセット・トランジスタの
チャネル用P形拡散層,5はチャネルストッパ用P 形
拡散層,6は絶縁分離用Si02,7−1は第一層目の
多結晶シリコンであり,第尋図に示したように第一層目
の多結晶シリコン7−1と若干重なりをもつ第二層目の
多結晶シリコン7−2とでCCD電極を構戊している。
Geなとの赤外線光学材料を使用した光学レンズを用い
て赤外線画像を結像する。赤外線は熱として焦電膜に吸
収され,膜面には赤外線画像に対応した温度変化分布が
生じる。焦電膜の分極はは度上昇によって減少するため
,その焦電効果によって温度変化分布が膜の表面電荷分
布に変換される。焦電効果は誘電体の時間的温度変化に
よるものであるから,静止物体の撮像には固体撮像素子
の前面に赤外光を時間的に断続するチョッパーを設ける
必要がある。赤外尤の時間的断続によって焦電膜の温度
が△Tだげ変化した時,焦電係数をPTとすると膜面に
誘起する電荷量ΔQはPT・ΔT となる。ΔQは分極
の増減によるものであるから,焦電膜の両側に誘起する
電荷量の絶対値は等しく,符号は逆である〇 第7図は従来の赤外線画像を撮像する焦電型撮像素子の
断面図2第8図(a),第8図(b)はそれぞれ異なる
撮像条件における信号読み出し時の第7図に対応した表
面ポテンシャルであり,斜線部分は電子で充満している
ことを示している。第9図は4相駆動型の垂直CCDを
用いた時の第7図に対応した等価回路である。これらの
図において,1はP 形半導体基板,2−1は埋め込み
型CCDのチャネル用n 形拡散層,2−2は転送ゲー
トのチャネル用n 形拡散層,3−1はりセクト・ドレ
イン(RD)用のn 形拡散.#3−2は信号積分容量
としてのn 形拡散層,4はリセット・トランジスタの
チャネル用P形拡散層,5はチャネルストッパ用P 形
拡散層,6は絶縁分離用Si02,7−1は第一層目の
多結晶シリコンであり,第尋図に示したように第一層目
の多結晶シリコン7−1と若干重なりをもつ第二層目の
多結晶シリコン7−2とでCCD電極を構戊している。
8は信号電荷をCCDのチャネルへ転送するための転送
ゲー}(TG),9は初期電圧設定用リセノト・トラン
ジスタのゲート電i(RG”)であり,それぞれ第三層
目の多結晶シリコンである。11−lはリセノト・ドレ
イン3−1の配線用第一層目Ae層,11−2は焦電膜
電極用の第一層目AJ層.12は焦電膜,第9図ではそ
の焦電膜l2をコンデンサと電流源とによって等価的に
示していろ。l3はニクロム等の熱吸収膜,10および
l4はSi02もしくはポリイミドのような層間絶縁膜
,15は配線および遮光用の第二層目Ae層,16は外
部電源であり,リセット・ドレイン3一lにバイアス電
圧Vinitを印加する。17は信号積分用ダイオード
である。
ゲー}(TG),9は初期電圧設定用リセノト・トラン
ジスタのゲート電i(RG”)であり,それぞれ第三層
目の多結晶シリコンである。11−lはリセノト・ドレ
イン3−1の配線用第一層目Ae層,11−2は焦電膜
電極用の第一層目AJ層.12は焦電膜,第9図ではそ
の焦電膜l2をコンデンサと電流源とによって等価的に
示していろ。l3はニクロム等の熱吸収膜,10および
l4はSi02もしくはポリイミドのような層間絶縁膜
,15は配線および遮光用の第二層目Ae層,16は外
部電源であり,リセット・ドレイン3一lにバイアス電
圧Vinitを印加する。17は信号積分用ダイオード
である。
第10図は本従来例の焦電型固体撮像装置の動作を説明
するための赤外光を断続するチョクバーの開閉と駆動パ
ルスのタイミングである。チョッパーを開いて素子面に
入射赤外光を当てた時,焦電効果によって焦電膜12の
Ag層11−2側に負電荷(電子)が誘起するようた分
極処理を行った場合について動作を説明する。第10図
の時刻hに示したように,チョッパーを閉じた時には転
送ゲー} (TG)8に電圧Vnを印加して転送チャネ
ル2−2をカット・オフし,リセソト・ゲー}(RG)
9に電圧VGMを印加してリセット・トランジスタをO
N状態にすることによって焦電膜12の両面を短絡する
。リセット・ドレイン(RD)3−1にはチョッパーの
開閉によらずVinitを印加するので,焦電膜12の
両面の電圧もVinitになる。次にチョッパーを開い
た時にはリセット・ゲー}(RG)9に電圧V。Lを印
加してリセット・トランジスタをOFF’状態にし,信
号積分用ダイオードl7を7ローティング状態にするこ
とによって信号積分を開始する。入射赤外光による焦電
効果で焦電膜12のA6層l1−2側には電子が遊離し
ダイオード17に蓄積される。
するための赤外光を断続するチョクバーの開閉と駆動パ
ルスのタイミングである。チョッパーを開いて素子面に
入射赤外光を当てた時,焦電効果によって焦電膜12の
Ag層11−2側に負電荷(電子)が誘起するようた分
極処理を行った場合について動作を説明する。第10図
の時刻hに示したように,チョッパーを閉じた時には転
送ゲー} (TG)8に電圧Vnを印加して転送チャネ
ル2−2をカット・オフし,リセソト・ゲー}(RG)
9に電圧VGMを印加してリセット・トランジスタをO
N状態にすることによって焦電膜12の両面を短絡する
。リセット・ドレイン(RD)3−1にはチョッパーの
開閉によらずVinitを印加するので,焦電膜12の
両面の電圧もVinitになる。次にチョッパーを開い
た時にはリセット・ゲー}(RG)9に電圧V。Lを印
加してリセット・トランジスタをOFF’状態にし,信
号積分用ダイオードl7を7ローティング状態にするこ
とによって信号積分を開始する。入射赤外光による焦電
効果で焦電膜12のA6層l1−2側には電子が遊離し
ダイオード17に蓄積される。
熱吸収膜13側に誘起する正電荷は第9図に示したよう
に,外部電源16から電子が供給され中和する。信号読
み出し時は第10図の時刻t2で示したように転送ゲー
ト8に電圧VTHを印加し,転送チャネル2−2の電位
をVreadにセットする。
に,外部電源16から電子が供給され中和する。信号読
み出し時は第10図の時刻t2で示したように転送ゲー
ト8に電圧VTHを印加し,転送チャネル2−2の電位
をVreadにセットする。
この時の表面ポテンシャルを第8図(a)に示す。ダイ
オード17からCCDチャネル2−1に転送される電荷
Qreadは,焦電効果による電荷QsigとVrea
dとVinitの電位差に相当する一定量のバイアス電
荷Qbiasの和になっている。したがって,信号処理
回路でQbiasに相当する量だけ減算すればよい。
オード17からCCDチャネル2−1に転送される電荷
Qreadは,焦電効果による電荷QsigとVrea
dとVinitの電位差に相当する一定量のバイアス電
荷Qbiasの和になっている。したがって,信号処理
回路でQbiasに相当する量だけ減算すればよい。
前記とは逆に,チョッパーな開いた時,焦電膜12のA
J層11−2側に正電荷が誘起するような分極処理を行
った場合,チョッパーの開閉と駆動パルスタイミングは
第10図のままでよいが,信号読み出し時の表面ポテン
シャルは第8図To)のようになる。これは誘起する電
荷の極性が逆になったため,電荷の中和の仕方が異なる
からである。
J層11−2側に正電荷が誘起するような分極処理を行
った場合,チョッパーの開閉と駆動パルスタイミングは
第10図のままでよいが,信号読み出し時の表面ポテン
シャルは第8図To)のようになる。これは誘起する電
荷の極性が逆になったため,電荷の中和の仕方が異なる
からである。
この場合は転送電荷Qreadはバイアス電荷Qbia
sと信号電荷Qsigの差になっているため,信号処理
回路で減算すれば信号分を検出できる。
sと信号電荷Qsigの差になっているため,信号処理
回路で減算すれば信号分を検出できる。
このよ5な焦電型固体撮像装置の構造および駆動方法は
,例えば実開平1−44765(平成1年3月17日)
「焦電型固体撮像装置」 明細書に記載されている。
,例えば実開平1−44765(平成1年3月17日)
「焦電型固体撮像装置」 明細書に記載されている。
本従来例におげる焦電型固体撮像装置では,信号読み出
し時に毎回一定量のバイアス電荷を注入することによっ
て焦電膜12の下面に誘起する電荷の正負によらず,そ
の電荷を信号として扱うことができるという利点を持つ
反面,焦電膜】2の上面に誘起する電荷は第9図からも
わかるように,外部電源16に接続されてL゛・るため
捨てられることになり,焦電効果によって誘起した電荷
を有効に活用できないという欠点がある。また,撮像部
全面にわたって生じる転送ゲート8のしきい値電圧のば
らつきがそのままバイアス電荷Qbias のばらつき
となるため,外部回路ではQbiasのキャンセル・エ
ラーが生じてしまう。
し時に毎回一定量のバイアス電荷を注入することによっ
て焦電膜12の下面に誘起する電荷の正負によらず,そ
の電荷を信号として扱うことができるという利点を持つ
反面,焦電膜】2の上面に誘起する電荷は第9図からも
わかるように,外部電源16に接続されてL゛・るため
捨てられることになり,焦電効果によって誘起した電荷
を有効に活用できないという欠点がある。また,撮像部
全面にわたって生じる転送ゲート8のしきい値電圧のば
らつきがそのままバイアス電荷Qbias のばらつき
となるため,外部回路ではQbiasのキャンセル・エ
ラーが生じてしまう。
本発明の目的は,焦電効果によって誘起した電荷を全て
活用し,バイアス電荷の除去が簡単に行える焦電型固体
撮像装置を提供することにある。
活用し,バイアス電荷の除去が簡単に行える焦電型固体
撮像装置を提供することにある。
本発明は上記の目的を達或するため,焦電膜12の下面
と上面に誘起する電荷をそれぞれ別の容量素子に蓄積し
,各々容量素子についての初期電圧設定素子および読み
出し電圧設定素子を設け,各々の読み出し電圧設定素子
に接続して設けた結合素子を通して,各々の容量素子に
蓄積された信号電荷を信号電荷転送素子へ電荷の転送を
行うようにしたものである。
と上面に誘起する電荷をそれぞれ別の容量素子に蓄積し
,各々容量素子についての初期電圧設定素子および読み
出し電圧設定素子を設け,各々の読み出し電圧設定素子
に接続して設けた結合素子を通して,各々の容量素子に
蓄積された信号電荷を信号電荷転送素子へ電荷の転送を
行うようにしたものである。
その結果,従来捨てていた焦電膜の上面に誘起する電荷
も信号として利用できるようになり,ダイナミックレン
ジ,S/N比を大幅に向上させることができる。また各
画素ごとに注入されるバイアス電荷は,各画素ごとに外
部回路による演算で除去できるため,撮像領域全面にわ
たって生じるバイアス電荷のばらつき,すなわち固定パ
ターン雑音を簡単に抑制できるようになる。
も信号として利用できるようになり,ダイナミックレン
ジ,S/N比を大幅に向上させることができる。また各
画素ごとに注入されるバイアス電荷は,各画素ごとに外
部回路による演算で除去できるため,撮像領域全面にわ
たって生じるバイアス電荷のばらつき,すなわち固定パ
ターン雑音を簡単に抑制できるようになる。
以下,実施例を用いて本発明を説明する。
第1図は本発明の焦電型固体撮像装置の画素部を等価的
に示した図である。焦電素子はコンデンサと電流源によ
り表現されていろ。焦電素子(ハ)両端を短絡させて初
期寛圧VinitK丁ろために,リセット・トランジス
タMHI,MR2が接続されている。容量素子として信
号の積分を行うダイオードDi,D2に蓄積された電荷
は読み出しトランジスタMYI,MY2のゲー}YGI
,YG2を制御して結合部MCを経てCCDに転送され
てゆくことになる。2D−1および2D−2はCCDの
転送単位を示している。
に示した図である。焦電素子はコンデンサと電流源によ
り表現されていろ。焦電素子(ハ)両端を短絡させて初
期寛圧VinitK丁ろために,リセット・トランジス
タMHI,MR2が接続されている。容量素子として信
号の積分を行うダイオードDi,D2に蓄積された電荷
は読み出しトランジスタMYI,MY2のゲー}YGI
,YG2を制御して結合部MCを経てCCDに転送され
てゆくことになる。2D−1および2D−2はCCDの
転送単位を示している。
以下,本発明の構造,エリアセンサとしての動作を順に
詳述する。第2図は焦電素子の一端に接続されたリセッ
ト・トランジスタMRI, ダイオードDI,読み出
しトランジスタMYL結合部MC,CCDに瀉った断面
図である。第3図は焦電素子の他の一端についての同様
々構造についての断面図である。なお,両図において,
第7図と同一符号は同一物を示す。焦電素子からの信号
を読み出すために,各画素ごとに2系統の信号転送機構
を有している。3−1は配線も兼ねたりセント・ドレイ
ンRD用n 拡散層,3−3は焦電膜120)下面と接
続する信号積分ダイオードD1形成用の♂形拡散層,3
−4は焦電膜12の上面と接続する信号積分ダイオード
D2形成用のn形拡散層である。4−1はAe配線1.
1−2と接続している焦電膜12の下面を初期電圧Vi
nitに設定するための第一のリセソト・トランジスタ
MHIのチャネル用P形拡散r’flt 9 1は
そのトランジスタMHIのゲート電極,4−2は第一層
目のA/層11−3を経て第二層目のi層15と接続し
ている焦電膜12の上面を初期電圧Vfnitに設定す
るための第二σ)リセット・トランジスタMR2のチャ
ネル用P形拡散層,9−2はそのトランジスタMR2の
ゲート電極である。ゲート電極9−1,および9−2は
第1図のようにそれぞれリセット・ゲー}(RG)端子
に接続している。YGIはダイオードDIを読み出し電
圧V re adに設定するための読み出しゲー},Y
G2はダイオードD2を読み出し電圧Vreadに設定
するための読み出しゲート21はダイオードDI,D2
からの2つの信号の流れを一本にまとめて,CCDチャ
ネル2に転送するための結合ゲートであり,読み出しゲ
− l’ YGI,YG2およびCCDゲート7と若干
重なりを持ったY字形の結合ゲート電極である。
詳述する。第2図は焦電素子の一端に接続されたリセッ
ト・トランジスタMRI, ダイオードDI,読み出
しトランジスタMYL結合部MC,CCDに瀉った断面
図である。第3図は焦電素子の他の一端についての同様
々構造についての断面図である。なお,両図において,
第7図と同一符号は同一物を示す。焦電素子からの信号
を読み出すために,各画素ごとに2系統の信号転送機構
を有している。3−1は配線も兼ねたりセント・ドレイ
ンRD用n 拡散層,3−3は焦電膜120)下面と接
続する信号積分ダイオードD1形成用の♂形拡散層,3
−4は焦電膜12の上面と接続する信号積分ダイオード
D2形成用のn形拡散層である。4−1はAe配線1.
1−2と接続している焦電膜12の下面を初期電圧Vi
nitに設定するための第一のリセソト・トランジスタ
MHIのチャネル用P形拡散r’flt 9 1は
そのトランジスタMHIのゲート電極,4−2は第一層
目のA/層11−3を経て第二層目のi層15と接続し
ている焦電膜12の上面を初期電圧Vfnitに設定す
るための第二σ)リセット・トランジスタMR2のチャ
ネル用P形拡散層,9−2はそのトランジスタMR2の
ゲート電極である。ゲート電極9−1,および9−2は
第1図のようにそれぞれリセット・ゲー}(RG)端子
に接続している。YGIはダイオードDIを読み出し電
圧V re adに設定するための読み出しゲー},Y
G2はダイオードD2を読み出し電圧Vreadに設定
するための読み出しゲート21はダイオードDI,D2
からの2つの信号の流れを一本にまとめて,CCDチャ
ネル2に転送するための結合ゲートであり,読み出しゲ
− l’ YGI,YG2およびCCDゲート7と若干
重なりを持ったY字形の結合ゲート電極である。
l1−4は読み出しゲートY01と接続する第一層目の
Ae層,11−5は読み出しゲー}YG2と接続する第
一層目のAe層である。
Ae層,11−5は読み出しゲー}YG2と接続する第
一層目のAe層である。
第4図は本発明の焦電型固体撮像装置の動作を説明する
ためのチヲッパの開閉と撮像素子を駆動するためのパル
スタイミング図である0第5図−,第6図は第4図の時
刻tl, t2, t3, t4, ts における第
2園および第3図に対応した表面ボテン/ヤルである。
ためのチヲッパの開閉と撮像素子を駆動するためのパル
スタイミング図である0第5図−,第6図は第4図の時
刻tl, t2, t3, t4, ts における第
2園および第3図に対応した表面ボテン/ヤルである。
以下,チョッパを開いて素子面に入射赤外光を当て,焦
xmの温度が上昇した時,焦電効果によって焦電膜12
の下面に負電荷(電子)動作を説明する。
xmの温度が上昇した時,焦電効果によって焦電膜12
の下面に負電荷(電子)動作を説明する。
第4図の時刻tl で示したように,垂直帰線期間(V
−BLK)においてチョッパが閉じた状態から開いた状
態に移る間に,リセットゲート( RG)に電圧VGH
を印加してリセット・トランジスタMHI,MR2をO
N状態とし,焦電膜12の両面を短絡して電圧をVin
itにセントする0 次にリセソトゲー}(RG)に電
圧Vor,を印加してリセット・トランジスタMRI,
MR2をO F F状態に丁る。読み出しゲートYGI
,YG2 には電圧VYLが印加されているためYGI
,YG2のゲート下σ)チャネルはO F F状態とな
るため信号積分用ダイオードDI,D2はフローテイン
グ状態になり,第4図の時刻t2で示したように信号積
分を開始する。焦電膜の下面には負電荷,上面には正電
荷が誘起するため,第5図第6図にの時刻t2で示した
ようにダイオードDIの電位は低下し,ダイオードD2
の電位は上昇する。第4ぞれのゲート下のチャネルを開
いてダイオードD】からCOD20−1へ電荷を転送す
る。こい時の電荷量Q readは焦電膜12の下面に
誘起した電荷量Qsig,ダイオードD1の初期電圧V
initと読み出しゲー}YGI下のチャネルの電圧V
readによって決まるバイアス電荷量Qbiasによ
ってQbtas + Qsigとなる(, Vread
はこの時の ゲート印加電圧VYHとしきい電圧によっ
て決まる。
−BLK)においてチョッパが閉じた状態から開いた状
態に移る間に,リセットゲート( RG)に電圧VGH
を印加してリセット・トランジスタMHI,MR2をO
N状態とし,焦電膜12の両面を短絡して電圧をVin
itにセントする0 次にリセソトゲー}(RG)に電
圧Vor,を印加してリセット・トランジスタMRI,
MR2をO F F状態に丁る。読み出しゲートYGI
,YG2 には電圧VYLが印加されているためYGI
,YG2のゲート下σ)チャネルはO F F状態とな
るため信号積分用ダイオードDI,D2はフローテイン
グ状態になり,第4図の時刻t2で示したように信号積
分を開始する。焦電膜の下面には負電荷,上面には正電
荷が誘起するため,第5図第6図にの時刻t2で示した
ようにダイオードDIの電位は低下し,ダイオードD2
の電位は上昇する。第4ぞれのゲート下のチャネルを開
いてダイオードD】からCOD20−1へ電荷を転送す
る。こい時の電荷量Q readは焦電膜12の下面に
誘起した電荷量Qsig,ダイオードD1の初期電圧V
initと読み出しゲー}YGI下のチャネルの電圧V
readによって決まるバイアス電荷量Qbiasによ
ってQbtas + Qsigとなる(, Vread
はこの時の ゲート印加電圧VYHとしきい電圧によっ
て決まる。
ダイオードD1からの電荷転送が終了するー(ダイオー
ドの電圧がVreadになる)と,読み出しゲーl−Y
GI,結合ゲー}CGにそれぞれ電圧VYL,VCLを
印加し,それぞれのゲート下のチャネルを閉じる。この
時電荷Qreadは第l図のCCD20一1に蓄積され
ているが,CCDを駆動して1ビット分シフトさせてQ
readを次のCCDの転送単位20−2に移動させる
。その後,第3図の時刻t4で示したように読み出しゲ
ートYG2,結合ゲー}CGのゲートチャネルを開き,
ダイオーる。読み出しゲー}YG2,結合ゲートCGの
ゲートチャネルを閉じた後,第4図の時刻t5では時刻
txと同様にリセット・トランジスタMHI,MR2を
ON状態にしてダイオードDI,D2の電圧なV in
i tに再設定する。
ドの電圧がVreadになる)と,読み出しゲーl−Y
GI,結合ゲー}CGにそれぞれ電圧VYL,VCLを
印加し,それぞれのゲート下のチャネルを閉じる。この
時電荷Qreadは第l図のCCD20一1に蓄積され
ているが,CCDを駆動して1ビット分シフトさせてQ
readを次のCCDの転送単位20−2に移動させる
。その後,第3図の時刻t4で示したように読み出しゲ
ートYG2,結合ゲー}CGのゲートチャネルを開き,
ダイオーる。読み出しゲー}YG2,結合ゲートCGの
ゲートチャネルを閉じた後,第4図の時刻t5では時刻
txと同様にリセット・トランジスタMHI,MR2を
ON状態にしてダイオードDI,D2の電圧なV in
i tに再設定する。
チョッパを閉じて赤外光を遮断すると,焦電膜12の温
度が低下するためその,上面および下面には時刻t2の
時とは逆の符号の電荷が誘起する。
度が低下するためその,上面および下面には時刻t2の
時とは逆の符号の電荷が誘起する。
この信号電荷積分中に,先にCCDへ転送してL・た電
荷を順次走査する。外部回路ではこの電荷駄を検出して
,チ目ツバの開期間に蓄積された信号Q Sig y
Q”gを含む読み出し電荷に対しては各々の単位画素ご
とにQ read−Qread,その逆の期間について
はQ read − Q readを行うことによって
,バイアス電荷Qbiasをキャンセルし,I 単位画素から出力されてきた信号Qsig+QStgを
得られるようになる0 以上,本発明を実施例にもとづき具体的に説明\たが,
その要旨を逸脱しない範囲において変形可能である。例
えば,第2図,第3図では焦電膜12の上面と半導体基
板との接続には2つのAl層15.11−3で行ってい
るが,3つのAe層を介して行ってもよい。さらにその
配線の材質は全てAIでなくともよい。また,半導体表
面に設ける素子はn形半導体基板に形成されたP形ウヱ
ル内に形成しても良い。これまで説明してきた半導体の
導電形を全て逆にしても良い。さらに焦電膜の分極を逆
にしてもかまわない。
荷を順次走査する。外部回路ではこの電荷駄を検出して
,チ目ツバの開期間に蓄積された信号Q Sig y
Q”gを含む読み出し電荷に対しては各々の単位画素ご
とにQ read−Qread,その逆の期間について
はQ read − Q readを行うことによって
,バイアス電荷Qbiasをキャンセルし,I 単位画素から出力されてきた信号Qsig+QStgを
得られるようになる0 以上,本発明を実施例にもとづき具体的に説明\たが,
その要旨を逸脱しない範囲において変形可能である。例
えば,第2図,第3図では焦電膜12の上面と半導体基
板との接続には2つのAl層15.11−3で行ってい
るが,3つのAe層を介して行ってもよい。さらにその
配線の材質は全てAIでなくともよい。また,半導体表
面に設ける素子はn形半導体基板に形成されたP形ウヱ
ル内に形成しても良い。これまで説明してきた半導体の
導電形を全て逆にしても良い。さらに焦電膜の分極を逆
にしてもかまわない。
以上説明したように,従来は焦電膜の下面に誘起する電
荷だけを信号として扱い,焦電膜の上面に誘起する電荷
は捨てていたのに対して,本発明によると結合素子を使
うことによって,上下両面の電荷を独立に1本のCCD
に転送し,外部回路で合成するため,ダイナミックレン
ジ,S/N 比を大幅に向上させることができるように
なる。また,各論素ごとに注入されるバイアス電荷は各
画素におげる焦電膜の上面と下面の信号の差をとること
によって除去できるため,バイアス電荷のげらつきによ
って生じる固定パターン雑音を抑制できるようになる。
荷だけを信号として扱い,焦電膜の上面に誘起する電荷
は捨てていたのに対して,本発明によると結合素子を使
うことによって,上下両面の電荷を独立に1本のCCD
に転送し,外部回路で合成するため,ダイナミックレン
ジ,S/N 比を大幅に向上させることができるように
なる。また,各論素ごとに注入されるバイアス電荷は各
画素におげる焦電膜の上面と下面の信号の差をとること
によって除去できるため,バイアス電荷のげらつきによ
って生じる固定パターン雑音を抑制できるようになる。
第1図は本発明の焦電型固体撮像装置を等価的に示した
回路図,第2図,第3図は本発明による焦電型固体撮像
装置の断面図,第4図は本発明の動作を説明するための
パルス・タイミング図,第5図,第6図は第2図に対応
させた表面ポテンシャル図である。第7図は従来の固体
撮像装置の例を示すための断面図であり,第8図は従来
の固体撮像装置の表面ポテンシャル図,第9図は第7図
の等価回路図,第10図は第7図のパルスタイミング図
である。 Di, D2 :信号積分用ダイオード, MYI,
MY2:読み出しトランジスタ,MHI,MR2 :リ
セットトランジスタ,YGI,YG2 :読み出しゲー
},CG: 結合ゲート, 2D−1,2D−2 :
COD転送単位,MC:結合部,Vinit:初期電
圧,RD: リセットドレイン。 )・・, ノ1:P形基板,2:CCDチャネル,3−1:リセッ
トドレイン♂拡散層,3−3.3−4: 積分ダイオー
ド用n拡散層, 4−1. 4−2 :P形拡散,5
:チャネルストツパ,7:CCDゲート,12:焦電膜
,13:熱吸収膜。 第1 図 第2図 第4図 第3図 第8図 第9図 9:リセ,トトラレブスタヶート電,ハ賢第コ○図
回路図,第2図,第3図は本発明による焦電型固体撮像
装置の断面図,第4図は本発明の動作を説明するための
パルス・タイミング図,第5図,第6図は第2図に対応
させた表面ポテンシャル図である。第7図は従来の固体
撮像装置の例を示すための断面図であり,第8図は従来
の固体撮像装置の表面ポテンシャル図,第9図は第7図
の等価回路図,第10図は第7図のパルスタイミング図
である。 Di, D2 :信号積分用ダイオード, MYI,
MY2:読み出しトランジスタ,MHI,MR2 :リ
セットトランジスタ,YGI,YG2 :読み出しゲー
},CG: 結合ゲート, 2D−1,2D−2 :
COD転送単位,MC:結合部,Vinit:初期電
圧,RD: リセットドレイン。 )・・, ノ1:P形基板,2:CCDチャネル,3−1:リセッ
トドレイン♂拡散層,3−3.3−4: 積分ダイオー
ド用n拡散層, 4−1. 4−2 :P形拡散,5
:チャネルストツパ,7:CCDゲート,12:焦電膜
,13:熱吸収膜。 第1 図 第2図 第4図 第3図 第8図 第9図 9:リセ,トトラレブスタヶート電,ハ賢第コ○図
Claims (1)
- 1、第一導電型の半導体基板の主表面に光学情報を蓄積
する容量素子群と該容量素子の初期電圧設定素子と焦電
気性を示す誘電体によって形成された焦電素子からなる
光電変換素子群を形成し、前記容量素子に蓄積された信
号電荷を順次転送する信号電荷転送素子を集積化した固
体撮像装置において、前記焦電素子の膜の上面に誘起す
る電荷、および前記焦電素子の膜の下面に誘起する電荷
をそれぞれ別の容量素子に蓄積し、各々の容量素子につ
いての初期電圧設定素子および読み出し電圧設定素子を
設け、各々の読み出し電圧設定素子に接続して設けた結
合素子を通して各々の容量素子に蓄積された信号電荷を
信号電荷転送素子へ電荷の転送を行うことを特徴とした
焦電型固体撮像装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1242016A JPH03106183A (ja) | 1989-09-20 | 1989-09-20 | 焦電型固体撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1242016A JPH03106183A (ja) | 1989-09-20 | 1989-09-20 | 焦電型固体撮像装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03106183A true JPH03106183A (ja) | 1991-05-02 |
Family
ID=17083015
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1242016A Pending JPH03106183A (ja) | 1989-09-20 | 1989-09-20 | 焦電型固体撮像装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH03106183A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007251481A (ja) * | 2006-03-15 | 2007-09-27 | Nissan Motor Co Ltd | 赤外線検出装置、赤外線検出装置のオフセット補正方法 |
JP2009117802A (ja) * | 2007-09-07 | 2009-05-28 | Dongbu Hitek Co Ltd | イメージセンサー及びその製造方法 |
JP2009158929A (ja) * | 2007-12-27 | 2009-07-16 | Dongbu Hitek Co Ltd | イメージセンサ及びその製造方法 |
EP2112419A2 (en) | 2008-04-23 | 2009-10-28 | Funai Electric Co., Ltd. | Display screen turning apparatus |
EP2112420A2 (en) | 2008-04-23 | 2009-10-28 | Funai Electric Co., Ltd. | Display |
WO2012105106A1 (ja) * | 2011-02-04 | 2012-08-09 | 富士フイルム株式会社 | 固体撮像素子の製造方法、固体撮像素子、撮像装置 |
-
1989
- 1989-09-20 JP JP1242016A patent/JPH03106183A/ja active Pending
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007251481A (ja) * | 2006-03-15 | 2007-09-27 | Nissan Motor Co Ltd | 赤外線検出装置、赤外線検出装置のオフセット補正方法 |
JP2009117802A (ja) * | 2007-09-07 | 2009-05-28 | Dongbu Hitek Co Ltd | イメージセンサー及びその製造方法 |
JP2009158929A (ja) * | 2007-12-27 | 2009-07-16 | Dongbu Hitek Co Ltd | イメージセンサ及びその製造方法 |
EP2112419A2 (en) | 2008-04-23 | 2009-10-28 | Funai Electric Co., Ltd. | Display screen turning apparatus |
EP2112420A2 (en) | 2008-04-23 | 2009-10-28 | Funai Electric Co., Ltd. | Display |
WO2012105106A1 (ja) * | 2011-02-04 | 2012-08-09 | 富士フイルム株式会社 | 固体撮像素子の製造方法、固体撮像素子、撮像装置 |
JP2012164780A (ja) * | 2011-02-04 | 2012-08-30 | Fujifilm Corp | 固体撮像素子の製造方法、固体撮像素子、撮像装置 |
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