[發明專利]一種三相驅動結構CCD的水平區結構及其驅動電路

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• 申請號: 201811632039.X
• 申請日: 2018-12-29
• 公開（公告）號: CN109728020A
• 公開（公告）日: 2019-05-07
• 發明（設計）人: 王廷棟
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第四十四研究所
• 主分類號: H01L27/148
• 分類號: H01L27/148;H04N5/357;H04N5/372
• 代理公司: 重慶輝騰律師事務所 50215
• 代理人: 盧勝斌

本發明涉及圖像傳感器器件設計方法，特別涉及三相驅動結構CCD的水平區結構及其驅動電路，所述結構包括外延層、水平區三相電極、柵介質層、浮置擴散區及復位柵，所述水平區三相電極包括第一相柵(H1)、第二相柵(H2)和第三相柵(H3)，其特征在于，柵介質層設置在外延層表面，水平區三相電極及復位柵均設置在柵介質層表面，在復位柵與水平區三相電極之間的位置，設置有浮置擴散區，每個第一相柵(H1)、第二相柵(H2)和第三相柵(H3)下方的外延層中，設置有勢壘區；本發明所述器件結構和驅動方式可以克服常規三相驅動水平區結構第一相和第二相上升沿對輸出信號形成的耦合噪聲，將對低噪聲甚至常規噪聲應用具有明顯優勢。

技術領域

本發明涉及圖像傳感器器件設計方法，特別涉及三相驅動結構CCD的水平區結構及其驅動電路。

背景技術

電荷耦合器件(Charge Coupled Devices,CCD)是一種使用電荷耦合原理的固態半導體成像器件。CCD的基本結構是相鄰的金屬-氧化物-半導體(Metal OxideSemiconductor，MOS)結構。當合適的波長照射到半導體中，半導體內部便會產生光生電荷。當相鄰的MOS結構彼此靠近時，如果在MOS電極上加上合適時序的電壓，電荷便能在MOS結構中存貯和轉移。最終光生電荷轉移到信號讀出區域將電荷轉化為電壓信號并實現信號的放大并供后續信號處理。相對于CCD出現前已經較為成熟的傳統攝像器件(如真空攝像管、熱釋電管和硅攝像管等)，具有小體積、輕重量、小功耗、長壽命、高靈敏度、寬光譜響應范圍、大動態范圍等諸多優點，在對圖像質量要求極高的高端科學儀器中CCD有大量應用，例如天文望遠鏡、遙感成像衛星、大型光譜儀、醫學成像系統等。

CCD感光并產生光生電荷的區稱為光敏區。光敏區產生的光生電荷會逐行并行轉移到水平區域，每一行電荷依此串行通過水平區最后到達信號讀出區域。因此水平區的結構設計同樣會極大影響電荷包的轉移效率，同時會給水平區本身電路驅動方法和復雜性帶來諸多影響。

三相驅動結構是一種較為常見的水平區結構。但是由于常規水平區三相驅動結構第一相和第二相上升沿會對輸出信號形成耦合的噪聲波形，最終將會影響CCD的噪聲水平。為了降低上述耦合噪聲，本專利提出了一種特殊的水平區三相結構。同時給出了相應的電路驅動時序。

發明內容

為了降低常規水平區三相驅動結構第一相和第二相上升沿對輸出信號形成耦合噪聲，一種三相驅動結構CCD的水平區結構，包括外延層5、水平區三相電極1、柵介質層3、浮置擴散區4及復位柵2，所述水平區三相電極1包括第一相柵H1、第二相柵H2和第三相柵H3，其特征在于，柵介質層3設置在外延層5表面，水平區三相電極1及復位柵2均設置在柵介質層3表面，在復位柵2與水平區三相電極1之間的位置，設置有浮置擴散區4，其特征在于，每個第一相柵H1、第二相柵H2和第三相柵H3下方的外延層5中，設置有勢壘區10。

進一步的，所述勢壘區10通過注入離子形成局部勢壘，且當勢壘區10形成后，當在柵上加偏置電壓時，在柵下的信號電子將由低電勢區域向高電勢區域移動，阻止信號電子反方向移動。

一種三相驅動結構CCD的水平區結構的電路驅動，包括當第一相柵H1由高電平轉換成低電平時，同時第二相柵H2由低電平轉換成高電平，而此時依然保持第三相柵H3為低電平；由于第一相柵H1下面柵下結構的存在，電荷包不會研制反向移動，電荷包會順暢地轉移到第二相柵H2柵下；第二相柵H2由高電平轉換成低電平時，同時第三相柵H3由低電平轉換成高電平，而此時依然保持第一相柵H1為低電平；由于第二相柵H2面柵下結構的存在，電荷包會順暢地轉移到第三相柵H3下。

進一步的，復位柵2時序的高電平時間比地水平區第二相H2高電平時間長，以確保在復位參考電平時間內無水平區時鐘上升沿；同時確保在水平區第三相H3由高電平到低電平后，在信號電平時間內無水平時鐘上升沿。

本發明所述器件結構和驅動方式可以克服常規三相驅動水平區結構第一相和第二相上升沿對輸出信號形成的耦合噪聲，將對低噪聲甚至常規噪聲應用具有明顯優勢。