JPH084129B2

JPH084129B2 - 光電変換装置

Info

Publication number: JPH084129B2
Application number: JP61273917A
Authority: JP
Inventors: 謙一中村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1986-11-19
Filing date: 1986-11-19
Publication date: 1996-01-17
Anticipated expiration: 2011-01-17
Also published as: US4868405A; JPS63128664A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、複数個の光センサと、該光センサからの信
号を選択して信号線に出力する複数個の絶縁ゲート型ト
ランジスタとを有する光電変換装置に係り、特に光セン
サからの信号出力を低下させことなく読出すことを企図
した光電変換装置に関する。

［従来技術］第７図（Ａ）は、従来の光電変換装置における走査ス
イッチ部の概略的回路図、第７図（Ｂ）は、その走査ス
イッチ部の構成を示す概略的平面図である。

同図（Ａ）において、光センサセルS₁〜Snからの信号
は容量CtのコンデンサC₁〜Cnに蓄積され、その後トラン
ジスタQ₁〜Qnを順次通して信号ライン１へ読出され、出
力アンプ３からシリアルに外部へ出力される。トランジ
スタQ₁〜Qnは走査回路２からのパルスφh₁〜φhnによっ
てON/OFF動作が制御される。

トランジスタQ₁〜Qnは、同図（Ｂ）に示すようなパタ
ーンのMOS型トランジスタである。各トランジスタは、n
⁺半導体のドレイン領域４およびソース領域５と、酸化
膜を挟んで設けられたゲート電極６から構成されるｎチ
ャネルMOSトランジスタである。各セルのドレイン領域
４は各々コンデンサC₁〜Cnに接続され、他方ソース領域
５は信号ライン１に共通に接続されている。したがっ
て、たとえばトランジスタQ₁のゲート電極６に走査回路
２から正電圧パルスφh₁が印加されると、トランジスタ
Q₁は導通してコンデンサC₁に蓄積されている信号（信号
電荷Ｑ）を信号ライン１へ転送する。その他のトランジ
スタも同様である。

その際、信号ライン１はそれ自体が容量Chを有してい
るために、容量Ctのコンデンサに蓄積された信号電荷Ｑ
が信号ライン１に転送されると、信号ライン１に現われ
る電圧VhはQ/（Ct＋Ch）となる。

［発明が解決しようとする問題点］しかしながら、上記従来の光電変換装置では、信号ラ
イン１に各トランジスタのドレイン領域５が接続されて
いる。そのために信号ライン１の浮遊容量Chに占めるド
レイン領域５の容量の割合が大きくなり、その結果、信
号ライン１に現われる電圧Vhが低下し、ひいては最終的
な信号のS/Nを低下させるという問題点を有していた。
この問題点は、多数の光センサが配列された高解像度セ
ンサの場合に顕著となる。

例えば、第７図（Ｂ）において、信号ライン１に接続
されたトランジスタQ₁のドレイン領域５の容量を試算し
てみると、まずドレイン領域５の底面容量は単位面積当
りの容量を５×10^-5pF/μm²として約0.005pF、また側面
容量は単位面積当りの容量を1.5pF/μm²として約0.005p
Fとなる。この値を合計して、ドレイン領域５の容量は
約0.01pFとなる。

したがって、センサが100個（ｎ＝100）配列されてい
るとすれば、トランジスタQ₁〜Qnによって信号ライン１
に加わる容量は約1pFとなる。この値は出力信号を蓄積
するコンデンサC₁〜Cnの各容量が数pFであるから、出力
信号の低下を招くに十分の大きさである。このように、
従来では、特にセンサを多数配列した場合に出力が低下
するという問題を有していた。

［問題点を解決するための手段］本発明による光電変換装置は、複数個の光センサと、該光センサからの信号を選択し
て信号線に出力する複数個の絶縁ゲート型トランジスタ
とを有する光電変換装置において、前記トランジスタのソース、ドレイン領域の内前記信
号線に接続された方の領域は、複数のトランジスタの共
通の領域として形成されていることを特徴とする。

［作用］このように信号線に接続された領域を所望個数のトラ
ンジスタで共有するために、この領域の容量を全体とし
て減少させ、信号線の容量を小さくすることができる。
その結果、信号線に読出された光センサの信号レベルを
従来より大幅に向上させることができる。

［実施例］以下、本発明の実施例を図面を参照しながら詳細に説
明する。

第１図は、本発明による光電変換装置の一実施例にお
ける走査スイッチ部の概略的平面図、第２図は、走査ス
イッチ部を構成するトランジスタの概略的断面図であ
る。

第１図に示す走査スイッチ部は、等価回路としてみれ
ば、第７図（Ａ）に示すものと同一である。したがっ
て、第１図におけるトランジスタQ₁〜Qnおよび信号ライ
ン１は、第７図（Ａ）に示すものと同一の機能を有して
いる。

しかし、走査スイッチ部の具体的な構成は、第１図に
示す本実施例と第７図（Ｂ）に示す従来例とでは異なっ
ている。

本実施例は、第１図に示すように、トランジスタQ₁〜
Qnが二個ずつ組となって、それぞれ１個のドレイン領域
７を共有した構成となっている。第２図を参照すれば、
まずｐ領域８に素子分離領域９が形成され、続いてｐ領
域８上に酸化膜10を挟んでポリシリコンのゲート電極６
が２個形成される。続いてゲート電極６をマスクとして
ソース・ドレイン領域としてのn⁺領域４および７が各々
形成される。そして、Al等の金属でソース電極11および
信号ライン１をそれぞれ形成する。

このように、ドレイン領域７を２個のトランジスタで
共有するために、トランジスタQ₁〜Qnを多数配列して
も、ドレイン領域の容量が従来に比べて半減する。容量
を試算してみると、まずドレイン領域７の底面容量は単
位面積当りの容量を従来例と同じく５×10^-5pF/μm²と
して約0.006pF、また側面容量は単位面積当りの容量を
1.5pF/μm²として約0.004pFとなる。この値を合計した
ものがトランジスタ２個分のドレイン容量であるから、
トランジスタ１個分のドレイン容量は0.005pFとなり、
従来例のドレイン容量の半分となる。

したがって、本実施例における信号ライン１の容量Ch
は従来に比べて大幅に減少し、その結果、信号ライン１
に転送されたセンサ信号は従来より増大する。また、信
号ライン１と各ドレイン領域７とのコンタクト部の個数
が従来の半分となるために、光電変換装置を製造する上
での歩留りも向上する。

次に、本実施例において使用された光センサについて
説明する。

第３図（Ａ）は、光センサセルの概略的平面図、第３
図（Ｂ）は、そのＩ−Ｉ線断面図、第３図（Ｃ）は、そ
の等価回路図である。

各図において、ｎ型基板101上に光センサセルが形成
されライン状に配列されており、各光センサセルは素子
分離領域102によって隣接する光センサセルから電気的
に絶縁されている。

各光センサセルは次のような構成を有する。

基板101上にはn^-エピタキシャル領域（以下、n^-領域
とする。）103が形成され、そこにｐ領域104およびn⁺領
域105が後述するように形成されている。n^-領域103、ｐ
領域104およびn⁺領域105は、各々バイポーラトランジス
タのコレクタ、ベースおよびエミッタに相当する。

このように各領域が形成されたn^-領域103上には酸化
膜106が形成され、酸化膜106上に所定の面積を有するキ
ャパシタ電極107がｐ領域104と対向して形成されてい
る。

こうしてキャパシタ電極107は酸化膜106を挟んでｐ領
域104と対向し、キャパシタ電極107に所望の電圧を印加
することで浮遊状態にされたｐ領域104の電位を制御す
ることができる。

その他に、n⁺領域105に接続されたエミッタ電極108、
基板101の裏面に不純物濃度の高いn⁺領域を介してバイ
ポーラトランジスタのコレクタに電位を与えるための電
極109（図示せず。）がそれぞれ形成されている。

次に、基本的な動作を説明する。まず、バイポーラト
ランジスタのベースであるｐ領域104は初期電位にある
とする。このｐ領域104に光が入射し、入射光によって
発生した電子・正孔対のうちの正孔がｐ領域104に蓄積
され、蓄積された正孔によってｐ領域104の電位が正方
向に上昇する（蓄積動作）。

続いて、エミッタ電極108を浮遊状態とし、キャパシ
タ電極107に読出し用の正電圧パルスを印加する。キャ
パシタ電極107に正電圧が印加されると、ベース電位が
上昇してベース・エミッタ間が順バイアス状態となり、
バイポーラトランジスタが動作して浮遊状態としたエミ
ッタ電極108から入射光量に対応した信号を得ることが
できる（読出し動作）。その際、ベースであるｐ領域10
4の蓄積電荷量はほとんど減少しないために、同一光情
報を繰返して読出すことが可能である。

また、ｐ領域104に蓄積された正孔を除去するには、
エミッタ電極108を接地し、キャパシタ電極107に正電圧
のリフレッシュパルスを印加する。このパルスを印加す
ることでｐ領域104はn⁺領域105に対して順方向にバイア
スされ、蓄積された正孔が接地されたエミッタ電極108
を通して除去される。そして、リフレッシュパルスが立
下がった時点でｐ領域104は初期状態に復帰する（リフ
レッシュ動作）。以後、同様に蓄積、読出し、リフレッ
シュという各動作が繰り返される。

第４図は、上記光センサセルを用いた本実施例である
ラインセンサの回路図である。

同図において、光センサセルS₁〜Snの各コレクタ電極
109には一定の正電圧Vccが印加されている。各キャパシ
タ電極107は端子110に共通に接続され、端子110には読
出し動作およびリフレッシュ動作を行うためのパルスφ
_１が印加される。また、各エミッタ電極108は垂直ライ
ンL₁〜Lnに各々接続され、垂直ラインL₁〜Lnは各々バッ
ファ用トランジスタQa₁〜Qanを介して蓄積用コンデンサ
C₁〜Cnに接続されている。トランジスタQa₁〜Qanのゲー
ト電極は端子111に共通に接続され、端子111にはパルス
φ_２が印加される。

また、コンデンサC₁〜Cnは各々トランジスタQ₁〜Qnを
介して出力ライン１に接続されている。トランジスタQ₁
〜Qnのゲート電極は走査回路２の並列出力端子に各々接
続され、並列出力端子からはパルスφh₁〜φhnが順次出
力される。

出力ライン１は、出力ライン１をリフレッシュするた
めのトランジスタQrhを介して接地され、トランジスタQ
rhのゲート電極にはパルスφr₂が印加される。

また、垂直ラインL₁〜Lnは各々バッファ用トランジス
タQb₁〜Qbnを介して接地されている。また各トランジス
タのゲート電極は端子112に共通に接続され、端子112に
はパルスφ_３が印加される。

第５図は、上記ラインセンサの動作を説明するための
タイミングチャートである。

まず、各光センサセルS₁〜Snには入射光の照度に対応
したキャリアが蓄積されているものとする。この状態
で、パルスφ_２によってトランジスタQa₁〜QanをON、ト
ランジスタQb₁〜QbnをOFFにしてエミッタ電極108を浮遊
状態とし、端子111に読出し用正電圧パルスφｒを印加
する。これによって、すでに述べたように、浮遊状態の
エミッタ側に各セルの出力信号が読出され、各信号がコ
ンデンサC₁〜cnに蓄積される。読出しが終了すると、パ
ルスφ_２によってトランジスタQa₁〜QanをOFF状態とす
る。

続いて、パルスφ_３によってトランジスタQb₁〜Qbnを
ON状態として各セルのエミッタ電極108を接地し、端子1
11にリフレッシュパルスφrcを印加する。これによって
既に述べたリフレッシュ動作が行われ、ベース領域104
に蓄積されたホールが消減する。リフレッシュ動作が終
了すると、各セルは蓄積動作を開始する。

また、リフレッシュ動作と並行して、走査回路２はパ
ルスφh₁〜φhnを出力し、トランジスタQ₁〜Qnを順次ON
状態にする。これによって、コンデンサC₁〜Cnに蓄積さ
れていた各信号が出力ライン１に順次読出され、アンプ
３を通して出力信号Voutとして外部へ出力される。その
際、各信号が出力されるごとに、パルスφr₂によってト
ランジスタQrhがONとなり、出力ライン１の前回の残留
キャリアを除去する。

こうして全セルS₁〜Snの読出し信号を出力すると、次
の読出し動作が開始され、以下同様に上記動作を繰返す
ことによって画像信号を出力することができる。

第６図は、上記光電変換装置を使用した撮像装置の一
例の概略的構成図である。

同図において、撮像素子301が第４図に示す光電変換
装置に相当する。撮像素子301の出力信号Voutは信号処
理回路302によってゲイン調整等の処理が行われ、ビデ
オ信号として出力される。

また、撮像素子301を駆動するための上記各パルスは
ドライバ303によって供給され、ドライバ303は制御部30
4の制御によって動作する。また、制御部304は撮像素子
301の出力に基いて信号処理回路302のゲイン等を調整す
るとともに、露出制御手段305を制御して撮像素子301に
入射する光量を調整する。

本実施例では高出力の信号Voutを得ることができるた
めに、撮像装置における信号処理回路302の負担を軽減
でき、またS/Nも向上する。

［発明の効果］以上詳細に説明したように本発明による光電変換装置
は、信号線に接続されたソース・ドレイン領域の一方の
領域を所望個数のトランジスタで共有するために、この
領域の容量を全体として減少させ、信号線の容量を小さ
くすることができる。その結果、信号線に読出された光
センサの信号レベルを従来より大幅に向上させることが
でき、また出力信号のS/Nを向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による光電変換装置の一実施例におけ
る走査スイッチ部の概略的平面図、第２図は、走査スイッチ部を構成するトランジスタの概
略的断面図、第３図（Ａ）は、光センサセルの概略的平面図、第３図
（Ｂ）は、そのＩ−Ｉ線断面図、第３図（Ｃ）は、その
等価回路図、第４図は、上記光センサセルを用いた本実施例であるラ
インセンサの回路図、第５図は、上記ラインセンサの動作を説明するためのタ
イミングチャート、第６図は、上記光電変換装置を使用した撮像装置の一例
の概略的構成図、第７図（Ａ）は、従来の光電変換装置における走査スイ
ッチ部の概略的回路図、第７図（Ｂ）は、その走査スイ
ッチ部の構成を示す概略的平面図である。１……信号ライン、２……走査回路３……出力アンプ、４……ドレイン領域６……ゲート電極５、７……ソース領域８……ｐ領域９……素子分離領域 10……酸化膜 11……ドレイン電極 Q₁〜Qn……走査スイッチ部のトランジスタ S₁〜Sn……光センサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数個の光センサと、該光センサからの信
号を選択して信号線に出力する複数個の絶縁ゲート型ト
ランジスタとを有する光電変換装置において、前記トランジスタのソース、ドレイン領域の内前記信号
線に接続された方の領域は、複数のトランジスタの共通
の領域として形成されていることを特徴とする光電変換
装置。
【請求項２】上記光センサは、半導体トランジスタの制
御電極領域の電位を制御することにより、前記制御電極
領域に光励起によって発生したキャリアを蓄積する蓄積
動作と、該蓄積により発生した蓄積電圧を読み出す読み
出し動作と、蓄積されたキャリアを消滅させるリフレッ
シュ動作とを行う方式のセンサであることを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の光電変換装置。