[發(fā)明專利]固體圖象傳感器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 98102523.4
• 申請日: 1998-06-23
• 公開（公告）號: CN1203458A
• 公開（公告）日: 1998-12-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 森本倫弘
• 申請（專利權(quán)）人: 日本電氣株式會社
• 主分類號: H01L27/148
• 分類號: H01L27/148
• 代理公司: 中科專利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 朱進(jìn)桂

本發(fā)明涉及一種電荷耦合器件(CCD)型二維固體圖象傳感器，尤其是含有可能在短時(shí)期內(nèi)發(fā)展成電視和多媒體系統(tǒng)的象素結(jié)構(gòu)的固體圖象傳感器。

首先結(jié)合附圖5-15對現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行說明。

圖5給出了現(xiàn)有技術(shù)中一種行間轉(zhuǎn)移型固體圖象傳感器。

該固體圖象傳感器含有以下部分：用于光電轉(zhuǎn)換的一組光電二極管101，用來對出自光電二極管101的電荷進(jìn)行接收和轉(zhuǎn)移的垂直CCD寄存器102，用來對出自垂直CCD寄存器102的電荷進(jìn)行接收和轉(zhuǎn)移的水平CCD寄存器103，用來對從水平CCD寄存器103轉(zhuǎn)移來的電荷進(jìn)行探測的一個(gè)電荷探測部分104，及用來輸出與電荷探測部分104所探測到的電荷相對應(yīng)的一個(gè)電信號的一個(gè)輸出放大器105。圖中虛線所包圍的部分是單位象素106。

圖6是一個(gè)用來解釋隔行掃描系統(tǒng)的示意圖。

目前所開發(fā)的許多固體圖象傳感器都是按照電視中所采用的隔行掃描系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。每條水平線對應(yīng)于一行光電二極管。每幀(屏)圖象包括兩個(gè)半幀，其中第一個(gè)半幀由奇數(shù)號水平線組成，第二個(gè)半幀由偶數(shù)號水平線組成。在電視技術(shù)中，廣泛采用的抑制屏閃的技術(shù)是通過隔行掃描的方式將圖象的屏數(shù)增加了一倍，其實(shí)，這是有問題的。

圖7是高清晰度數(shù)字電視(HDTV)格式的一個(gè)固體圖象傳感器的屏幕設(shè)置示意圖。

有效圖象區(qū)域111的垂直與水平尺寸(縱橫比)是9∶16，對于HDTV系統(tǒng)中一個(gè)2/3英寸一百三十萬象素CCD圖象感應(yīng)器來說，有效象素?cái)?shù)量為1258(H)×1035(V)，單位象素尺寸為7.6μm(H)×5.2μm(V)，這里，(H)表示水平，(V)表示垂直。按這種方法，電視規(guī)格中固體圖象傳感器的單位象素尺寸一般不是正方的；其縱橫比因光器件的規(guī)格和象素?cái)?shù)目而異。

圖8是為解釋現(xiàn)有的隔行掃描型固體圖象傳感器中單位象素的組成而提供的一個(gè)平面示意圖。

圖中的單位象素含有一個(gè)光電二極管101，垂直CCD寄存器102，用于將單位象素分隔開來的單元分離區(qū)域121，和用來讀取從光電二極管101到垂直CCD寄存器102的信號電荷的讀出柵區(qū)域122。在垂直CCD寄存器102中設(shè)置了垂直轉(zhuǎn)移電極123和124。垂直轉(zhuǎn)移電極124也起讀出柵電極的作用。而且，垂直轉(zhuǎn)移電極123和124都被連接于水平相鄰的單位象素中的垂直轉(zhuǎn)移電極。為屏蔽垂直CCD寄存器102而設(shè)的一個(gè)阻光膜(圖中未給出)，借助于一個(gè)絕緣膜被設(shè)置于垂直轉(zhuǎn)移電極123和124的上部。

圖9是顯示在一個(gè)含有圖8所示的單位象素的一個(gè)固體圖象傳感器中垂直CCD寄存器電極與驅(qū)動脈沖之間的對應(yīng)關(guān)系的一個(gè)橫斷剖視圖。

圖中所示的是垂直CCD寄存器被一個(gè)四相脈沖(φV1-φV4)所驅(qū)動的情況。垂直轉(zhuǎn)移電極123和124借助于一個(gè)絕緣膜132被設(shè)置于半導(dǎo)體基片131的表面上。在用一個(gè)四相脈沖驅(qū)動的情況下，一個(gè)轉(zhuǎn)移平臺含有四個(gè)垂直轉(zhuǎn)移電極。相應(yīng)地，一個(gè)轉(zhuǎn)移平臺由兩個(gè)象素的垂直轉(zhuǎn)移電極組成，因?yàn)槿鐖D8所示一個(gè)象素含有兩個(gè)垂直轉(zhuǎn)移電極123、124。

圖10是為解釋四相驅(qū)動垂直CCD寄存器中電荷轉(zhuǎn)移工作過程而提供的一個(gè)示意圖；圖10(a)是作用于每個(gè)垂直轉(zhuǎn)移電極的轉(zhuǎn)移脈沖的一個(gè)時(shí)序圖；圖10(b)是與圖10(a)中每個(gè)時(shí)刻t1-t9相對應(yīng)的每個(gè)垂直轉(zhuǎn)移電極的下部(或“阱”)的溝道電勢圖。圖中下部的溝道電勢是正的。為了簡化描述，在此僅給出轉(zhuǎn)移一個(gè)脈沖組的一個(gè)信號的模式。

在時(shí)刻t1，轉(zhuǎn)移脈沖φV3和φV4變?yōu)楦呶唬盘栯姾煞e聚在受φV3和φV4作用的垂直轉(zhuǎn)移電極的下部溝道中。在時(shí)刻t2，φV1變?yōu)楦呶唬盘栯姾煞e聚在三個(gè)電極的下部溝道中。在時(shí)刻t3，φV3變?yōu)榈臀唬盘栯姾煞e聚在受φV4和φV1作用的二個(gè)電極的下部溝道中。換言之，在t1-t3時(shí)段，信號電荷的位置被一個(gè)電極所移動。下面，按同樣的方式，在t1-t9時(shí)段，信號電荷被4個(gè)電極所移動(對應(yīng)于一個(gè)轉(zhuǎn)移平臺)。用這種重復(fù)的工作，信號電荷在垂直CCD寄存器內(nèi)部轉(zhuǎn)移。

從圖10所示的轉(zhuǎn)移情況中可以看出，對于圖8所示的這種類型的象素來說，不可能一個(gè)象素一個(gè)象素地同時(shí)對所有象素的信號進(jìn)行讀取和轉(zhuǎn)移。通常，用垂直CCD寄存器102將兩個(gè)垂直的相鄰象素的電荷信號疊加并輸出。于是，與分別讀取每個(gè)象素的情況相比，垂直清晰度降低了。然而，由于信號被倍增了，所以獲得了一個(gè)具有良好的(信噪比)的圖象。并且，(該系統(tǒng))符合隔行掃描系統(tǒng)的設(shè)置，它移動了一個(gè)象素，并將每個(gè)半幀中兩個(gè)垂直(相鄰)的象素疊加到一起。