小電荷轉(zhuǎn)換靈敏度ccd輸出結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種CCD信號輸出結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種小電荷轉(zhuǎn)換靈敏度CCD輸出結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]電荷親合器件CCD (Charge Coupled Device)是一種微型圖像傳感器，本身兼具光電轉(zhuǎn)換功能和信號的存儲、轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)換等功能，可以將空間域內(nèi)分布的圖像，轉(zhuǎn)換成為按時間域離散分布的電信號。
[0003]動態(tài)范圍是評價(XD的重要指標(biāo)之一，(XD器件的滿講容量與動態(tài)范圍成正比，在一些應(yīng)用中(比如航天影像領(lǐng)域)，為了大幅提高CCD的動態(tài)范圍，要求器件具有超大滿阱電荷容量(常見的CCD—般最大滿阱電荷容量為1.0E+06e量級以下)，然而大的滿阱電荷容量會導(dǎo)致輸出幅度過高，現(xiàn)有的后級信號處理電路可處理的信號幅度范圍一般在4V以內(nèi)，當(dāng)器件的滿阱電荷容量達(dá)到1.0E+07e量級后，如果仍采用常規(guī)靈敏度的輸出結(jié)構(gòu)，將導(dǎo)致輸出信號幅度超過后級信號處理電路可處理的信號幅度上限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對【背景技術(shù)】中的問題，本發(fā)明提出了一種小電荷轉(zhuǎn)換靈敏度CCD輸出結(jié)構(gòu)，包括:由溝道和水平轉(zhuǎn)移柵所形成的信號轉(zhuǎn)移區(qū)、與信號轉(zhuǎn)移區(qū)相連的輸出結(jié)構(gòu)、與輸出結(jié)構(gòu)相連的放大器；所述輸出結(jié)構(gòu)由輸出柵、輸出節(jié)點、復(fù)位漏和復(fù)位柵組成；所述信號轉(zhuǎn)移區(qū)的右端與輸出節(jié)點的左端相連接，輸出節(jié)點的右端與復(fù)位漏相連，輸出節(jié)點通過金屬引線與放大器相連；輸出柵設(shè)置在信號轉(zhuǎn)移區(qū)和輸出節(jié)點的交界位置處，復(fù)位柵設(shè)置在輸出節(jié)點和復(fù)位漏的交界位置處；
其改進(jìn)在于:電荷信號在信號轉(zhuǎn)移區(qū)上從左至右傳輸，將電荷信號的傳輸方向定義為信號轉(zhuǎn)移區(qū)的縱向，信號轉(zhuǎn)移區(qū)上與所述縱向垂直的方向定義為橫向；所述信號轉(zhuǎn)移區(qū)縱向上各個位置處的橫向?qū)挾认嗤鲚敵龉?jié)點左段的橫向?qū)挾扰c信號轉(zhuǎn)移區(qū)的橫向?qū)挾认嗤?，輸出?jié)點右段的橫向?qū)挾戎饾u收窄為與復(fù)位漏匹配的尺寸。
[0005]本發(fā)明的原理是:參見圖1，現(xiàn)有技術(shù)中，基于常規(guī)設(shè)計思路，一般都將輸出節(jié)點的面積設(shè)計得較小，其目的是為了使輸出節(jié)點具備較小的耗盡區(qū)電容，從而保證輸出節(jié)點具有較大的轉(zhuǎn)換靈敏度；參見圖2，在本發(fā)明中，為了適應(yīng)超大滿阱電荷容量CCD的特殊需求，避免輸出信號的幅度超越后級信號處理電路可處理的信號幅度上限，本發(fā)明通過增加輸出節(jié)點的橫向?qū)挾群涂v向長度，使輸出節(jié)點的面積被大幅增大，輸出節(jié)點的耗盡區(qū)電容也隨之大幅增大，這就讓輸出節(jié)點具備了較低的轉(zhuǎn)換靈敏度，這種輸出節(jié)點可以很好的匹配超大滿阱電荷容量CCD的輸出特性，滿足后級信號處理電路對信號幅度的要求；
優(yōu)選地，所述放大器中，與輸出節(jié)點直接相連的第一級放大器M0S管的尺寸為20ymX150ym (現(xiàn)有的第一級放大器M0S管的常規(guī)尺寸一般為4 μ mX 10 μ m)。采用此改進(jìn)方案后，可以使M0S管柵極與輸出節(jié)點之間的寄生電容得到有效增大，從而使得輸出結(jié)構(gòu)的總電容再度增大，進(jìn)一步的降低了輸出結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換靈敏度。
[0006]優(yōu)選地，所述輸出節(jié)點上最大橫向?qū)挾任恢锰幍某叽绱笥诨虻扔讦│苔笑?，所述輸出?jié)點的縱向長度大于或等于20 μπι。
[0007]優(yōu)選地，所述輸出結(jié)構(gòu)能將1.0E+07e量級的CCD滿阱電子信號轉(zhuǎn)換成為
1.0-3.0V的輸出電壓，轉(zhuǎn)換靈敏度為0.1-0.3 μ V/e。
[0008]優(yōu)選地，所述輸出節(jié)點和復(fù)位漏周向上的裸露邊沿設(shè)置有溝阻。
[0009]優(yōu)選地，所述輸出節(jié)點采用非super-notch結(jié)構(gòu)。現(xiàn)有技術(shù)中，為了提高輸出節(jié)點的轉(zhuǎn)換靈敏度，一般都采用super-notch結(jié)構(gòu)(即輸出節(jié)點沒被高濃度的P+區(qū)包圍)，而在本發(fā)明中，為了配合本發(fā)明的目的，發(fā)明人采用非super-notch結(jié)構(gòu)來形成輸出節(jié)點，在保正擊穿電壓的前提下，可以明顯減小兩個相對重?fù)诫sP-N區(qū)的間距，使得PN耗盡區(qū)減小以增大耗盡結(jié)電容。
[0010]本發(fā)明的有益技術(shù)效果是:提出了一種具備低靈敏度特性的CCD輸出結(jié)構(gòu)，該CCD輸出結(jié)構(gòu)能夠使超大滿阱電荷容量CCD的輸出幅度維持在較低的水平，使后級處理電路能夠?qū)ζ溥M(jìn)行處理。
【附圖說明】
[0011 ] 圖1、現(xiàn)有的(XD輸出結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2、本發(fā)明的CCD輸出結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中各個標(biāo)記所對應(yīng)的名稱分別為:溝道1、水平轉(zhuǎn)移柵1-1、信號轉(zhuǎn)移區(qū)1-2、輸出柵
2、輸出節(jié)點3、復(fù)位漏4、復(fù)位柵5、第一級放大器M0S管6、溝阻7。
【具體實施方式】
[0012]—種小電荷轉(zhuǎn)換靈敏度CCD輸出結(jié)構(gòu)，包括:由溝道1和水平轉(zhuǎn)移柵1-1所形成的信號轉(zhuǎn)移區(qū)1-2、與信號轉(zhuǎn)移區(qū)1-2相連的輸出結(jié)構(gòu)、與輸出結(jié)構(gòu)相連的放大器；所述輸出結(jié)構(gòu)由輸出柵2、輸出節(jié)點3、復(fù)位漏4和復(fù)位柵5組成；所述信號轉(zhuǎn)移區(qū)1-2的右端與輸出節(jié)點3的左端相連接，輸出節(jié)點3的右端與復(fù)位漏4相連，輸出節(jié)點3通過金屬引線與放大器相連；輸出柵2設(shè)置在信號轉(zhuǎn)移區(qū)1-2和輸出節(jié)點3的交界位置處，復(fù)位柵5設(shè)置在輸出節(jié)點3和復(fù)位漏4的交界位置處；
其改進(jìn)在于:電荷信號在信號轉(zhuǎn)移區(qū)1-2上從左至右傳輸，將電荷信號的傳輸方向定義為信號轉(zhuǎn)移區(qū)1-2的縱向，信號轉(zhuǎn)移區(qū)1-2上與所述縱向垂直的方向定義為橫向；所述信號轉(zhuǎn)移區(qū)1-2縱向上各個位置處的橫向?qū)挾认嗤?，所述輸出?jié)點3左段的橫向?qū)挾扰c信號轉(zhuǎn)移區(qū)1-2的橫向?qū)挾认嗤敵龉?jié)點3右段的橫向?qū)挾戎饾u收窄為與復(fù)位漏4匹配的尺寸。
[0013]進(jìn)一步地，所述放大器中，與輸出節(jié)點3直接相連的第一級放大器M0S管6的尺寸為 20 μπιΧ 150 μπι。
[0014]進(jìn)一步地，所述輸出節(jié)點3上最大橫向?qū)挾任恢锰幍某叽绱笥诨虻扔讦│苔笑?，所述輸出?jié)點3的縱向長度大于或等于20 μπι。
[0015]進(jìn)一步地，所述輸出結(jié)構(gòu)能將1.0E+07e量級的C⑶滿阱電子信號轉(zhuǎn)換成為
1.0-3.0V的輸出電壓，轉(zhuǎn)換靈敏度為0.1-0.3 μ V/e。
[0016]進(jìn)一步地，所述輸出節(jié)點3和復(fù)位漏4周向上的裸露邊沿設(shè)置有溝阻7。
[0017]進(jìn)一步地，所述輸出節(jié)點3采用非super-notch結(jié)構(gòu)。
[0018]參見圖1，圖中示出了典型的傳統(tǒng)CCD輸出結(jié)構(gòu)，為了更清楚地進(jìn)行說明，圖中對水平轉(zhuǎn)移柵1-1和輸出柵2進(jìn)行了透視處理；從圖中可見，基于常規(guī)思路，現(xiàn)有的輸出結(jié)構(gòu)中，輸出節(jié)點3的橫向?qū)挾冗h(yuǎn)小于溝道1最寬位置處的尺寸，并且輸出節(jié)點3的縱向長度也較小，這就使得輸出節(jié)點3的有效面積較小，而且為了適應(yīng)輸出節(jié)點3的尺寸，信號轉(zhuǎn)移區(qū)
1-2末尾也以錐形的方式逐漸收窄，另外，其第一級放大器M0S管6的尺寸也采用了較小的寬長比，當(dāng)然，現(xiàn)有技術(shù)中的這種設(shè)計并無不妥，它很好的滿足了常規(guī)應(yīng)用中要求輸出結(jié)構(gòu)具備較高轉(zhuǎn)換靈敏度的要求，但若將這種輸出結(jié)構(gòu)用于超大滿阱電荷容量CCD時，就完全不能滿足要求了，于是發(fā)明人才提出了本發(fā)明的方案，本發(fā)明的輸出結(jié)構(gòu)具有較低的轉(zhuǎn)換靈敏度，可以將1.0E+07e量級的CCD滿阱電子信號轉(zhuǎn)換成為1.0-3.0V的輸出電壓，轉(zhuǎn)換靈敏度僅為0.1-0.3 μ V/e，從而使后級信號處理電路可以對超大滿阱電荷容量CCD的輸出信號進(jìn)行處理。
【主權(quán)項】
1.一種小電荷轉(zhuǎn)換靈敏度C⑶輸出結(jié)構(gòu)，包括:由溝道(I)和水平轉(zhuǎn)移柵(1-1)所形成的信號轉(zhuǎn)移區(qū)(1-2)、與信號轉(zhuǎn)移區(qū)(1-2)相連的輸出結(jié)構(gòu)、與輸出結(jié)構(gòu)相連的放大器；所述輸出結(jié)構(gòu)由輸出柵(2)、輸出節(jié)點(3)、復(fù)位漏(4)和復(fù)位柵(5)組成；所述信號轉(zhuǎn)移區(qū)(1-2)的右端與輸出節(jié)點(3)的左端相連接，輸出節(jié)點(3)的右端與復(fù)位漏(4)相連，輸出節(jié)點(3)通過金屬引線與放大器相連；輸出柵(2)設(shè)置在信號轉(zhuǎn)移區(qū)(1-2)和輸出節(jié)點(3)的交界位置處，復(fù)位柵(5)設(shè)置在輸出節(jié)點(3)和復(fù)位漏(4)的交界位置處； 其特征在于:電荷信號在信號轉(zhuǎn)移區(qū)(1-2)上從左至右傳輸，將電荷信號的傳輸方向定義為信號轉(zhuǎn)移區(qū)(1-2)的縱向，信號轉(zhuǎn)移區(qū)(1-2)上與所述縱向垂直的方向定義為橫向；所述信號轉(zhuǎn)移區(qū)(1-2)縱向上各個位置處的橫向?qū)挾认嗤?，所述輸出?jié)點(3)左段的橫向?qū)挾扰c信號轉(zhuǎn)移區(qū)(1-2)的橫向?qū)挾认嗤敵龉?jié)點(3)右段的橫向?qū)挾戎饾u收窄為與復(fù)位漏(4)匹配的尺寸。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小電荷轉(zhuǎn)換靈敏度CCD輸出結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述放大器中，與輸出節(jié)點(3)直接相連的第一級放大器MOS管(6)的尺寸為20 μ mX 150 μ m。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小電荷轉(zhuǎn)換靈敏度CCD輸出結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述輸出節(jié)點(3)上最大橫向?qū)挾任恢锰幍某叽绱笥诨虻扔?00 μπι，所述輸出節(jié)點(3)的縱向長度大于或等于20 μ m。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小電荷轉(zhuǎn)換靈敏度CCD輸出結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述輸出結(jié)構(gòu)能將1.0E+07e量級的CCD滿阱電子信號轉(zhuǎn)換成為1.0-3.0V的輸出電壓，轉(zhuǎn)換靈敏度為0.1-0.3 μ V/e O5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小電荷轉(zhuǎn)換靈敏度CCD輸出結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述輸出節(jié)點(3 )和復(fù)位漏(4 )周向上的裸露邊沿設(shè)置有溝阻(7 )。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小電荷轉(zhuǎn)換靈敏度CCD輸出結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述輸出節(jié)點(3)采用非super-notch結(jié)構(gòu)。
【專利摘要】一種小電荷轉(zhuǎn)換靈敏度CCD輸出結(jié)構(gòu)，其改進(jìn)在于：電荷信號在信號轉(zhuǎn)移區(qū)上從左至右傳輸，將電荷信號的傳輸方向定義為信號轉(zhuǎn)移區(qū)的縱向，信號轉(zhuǎn)移區(qū)上與所述縱向垂直的方向定義為橫向；所述信號轉(zhuǎn)移區(qū)縱向上各個位置處的橫向?qū)挾认嗤?，所述輸出?jié)點左段的橫向?qū)挾扰c信號轉(zhuǎn)移區(qū)的橫向?qū)挾认嗤?，輸出?jié)點右段的橫向?qū)挾戎饾u收窄為與復(fù)位漏匹配的尺寸。本發(fā)明的有益技術(shù)效果是：提出了一種具備低靈敏度特性的CCD輸出結(jié)構(gòu)，該CCD輸出結(jié)構(gòu)能夠使超大滿阱電荷容量CCD的輸出幅度維持在較低的水平，使后級處理電路能夠?qū)ζ溥M(jìn)行處理。
【IPC分類】H01L27/148, H01L27/02
【公開號】CN105244361
【申請?zhí)枴緾N201510721416
【發(fā)明人】王小東, 汪朝敏, 黃建
【申請人】中國電子科技集團(tuán)公司第四十四研究所
【公開日】2016年1月13日
【申請日】2015年10月30日