專利名稱：固體攝像器件及攝像機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有源輸出型放大器的固體攝像器件及攝像機(jī)，特別涉及將光電轉(zhuǎn)換部產(chǎn)生的信號(hào)電荷轉(zhuǎn)換為電壓輸出的輸出放大器的改進(jìn)。
背景技術(shù)：
若以電荷傳輸器件(CCD)型固體攝像器件為例，固體攝像器件具備光電轉(zhuǎn)換部、電荷傳輸部以及將信號(hào)電荷轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)放大輸出的輸出放大器。作為輸出放大器，廣泛應(yīng)用漂移擴(kuò)散放大器，該漂移擴(kuò)散放大器包括為了將信號(hào)電荷轉(zhuǎn)換為電壓而起到電荷檢測(cè)電容作用的漂移擴(kuò)散層，以及連接在該漂移擴(kuò)散層上的源輸出型放大器。為了實(shí)現(xiàn)固體攝像器件的高輸出、高信噪(SN)比，對(duì)于輸出放大器要求進(jìn)一步提高增益。
作為以往的輸出放大器的技術(shù)，圖1所示的電路為人所知。如圖所示(例如參照安藤隆男、菰淵寬仁著的“固體攝像器件的基礎(chǔ)”(第79頁(yè))，1999年，日本理工出版)，輸出放大器為三級(jí)源輸出型放大器，各級(jí)包括1個(gè)MOS型激勵(lì)晶體管和1個(gè)MOS型負(fù)載晶體管。此外，圖2是應(yīng)用電流鏡電路作為放大型固體攝像器件的輸出電路的示意圖，在日本特開(kāi)2000-278608號(hào)中公開(kāi)。此外，在輸出緩沖電路上設(shè)置共陰-共柵(カスコ一ド)用FET的半導(dǎo)體裝置(日本特開(kāi)平6-232656)也為人所知。
源輸出型放大器的小信號(hào)電壓增益G由下式給出。
G＝gm/(gm+gds+gmb+g1)……(1)其中，gm是激勵(lì)晶體管的互導(dǎo)(相互コンダクタンス)；gds是激勵(lì)晶體管的晶體管的漏電導(dǎo)；gmb是激勵(lì)晶體管的反向柵(バックゲ一ト)電導(dǎo)；g1是負(fù)載電路的電導(dǎo)。
以往的輸出放大器中，負(fù)載電路的電導(dǎo)g1成為負(fù)載晶體管的漏電導(dǎo)，但是，與激勵(lì)晶體管的互導(dǎo)gm相比，不能使其充分小，成為使小信號(hào)電壓增益G降低的一個(gè)主要原因。特別是，CCD型固體攝像器件中，共同設(shè)定輸出放大器的電源電壓和從發(fā)光二極管向CCD的電荷的讀出脈沖的電壓的情況多，設(shè)定為10至15伏的比較高的電壓值，因此，與其相伴的負(fù)載晶體管的源極—漏極之間至少消耗10伏左右的高電壓，很難降低漏電導(dǎo)。
此外，負(fù)載晶體管的源極—漏極間的電壓成為高電壓時(shí)，具有引起以下不良情況的可能性，即，通過(guò)增大負(fù)載晶體管的溝道內(nèi)漏極附近的電場(chǎng)，產(chǎn)生熱載流子；隨著載流子的碰撞電離產(chǎn)生發(fā)光。發(fā)光光線到達(dá)攝像器件的攝像部時(shí)，來(lái)自攝像器件的輸出信號(hào)成為虛信號(hào)，使攝像特性劣化。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明是為解決如上述的以往技術(shù)具有的問(wèn)題點(diǎn)而做出的，其目的在于，提供一種固體攝像器件，具備源輸出型放大器，抑制負(fù)載電路的電導(dǎo)g1、實(shí)現(xiàn)高增益的同時(shí)，能防止熱載流子的產(chǎn)生引起的攝像特性的劣化。
為解決上述課題，本發(fā)明的固體攝像器件具備源輸出型放大器，所述源輸出型放大器具有激勵(lì)晶體管、和連接在上述激勵(lì)晶體管上的負(fù)載電路，上述負(fù)載電路包括柵極為規(guī)定電位的第1MOS晶體管、和連接在上述第1MOS晶體管的源極上的負(fù)載元件。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，源輸出型放大器的負(fù)載電路包括第1MOS晶體管和負(fù)載元件，因此，通過(guò)降低第1MOS晶體管的源極—漏極間的電壓，抑制負(fù)載電路的電導(dǎo)g1，能夠?qū)崿F(xiàn)增益的提高。
此外，第1MOS晶體的源極—漏極間的電壓降低，因此，第1MOS晶體管的漏極附近的電場(chǎng)被緩沖，能夠預(yù)先防止熱載流子引起的發(fā)光，能防止攝像特性的劣化。
此外，通過(guò)負(fù)載元件的效果，能抑制電流變動(dòng)，其與施加在第1MOS晶體管的柵極上的固定電壓的電壓變動(dòng)對(duì)應(yīng)。
其中，可以是上述負(fù)載元件為電阻元件的結(jié)構(gòu)。
其中，可以是上述負(fù)載器件包括第2MOS晶體管的結(jié)構(gòu)。
其中，可以是上述第1MOS晶體管的源極和上述第2MOS晶體管連接的結(jié)構(gòu)。
其中，可以是上述第1MOS晶體管的源極與上述第2MOS晶體管的源極和漏極連接著的結(jié)構(gòu)。
其中，可以是上述第2MOS晶體管的柵極電位被固定的結(jié)構(gòu)。
其中，可以是上述固體攝像器件具有級(jí)聯(lián)連接的多級(jí)源輸出型放大器，上述多級(jí)源輸出型放大器的至少一個(gè)負(fù)載電路具有上述第1MOS晶體管的結(jié)構(gòu)。
其中，可以是漏極和源極相互串聯(lián)連接的多個(gè)MOS晶體管是以下的任一個(gè)(a)各自的柵極和漏極連接著，和(b)各自的柵極是固定電位的結(jié)構(gòu)。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，負(fù)載元件有由多晶硅等電阻元件構(gòu)成的和利用MOS晶體管的溝道電阻構(gòu)成的。一般多晶硅等電阻元件的薄膜電阻值比MOS晶體管的溝道電阻的薄膜電阻低，因此，具有以下優(yōu)點(diǎn)在源輸出型放大器中流過(guò)的電流值是比較大的電流，作為負(fù)載元件需要較小的電阻值時(shí)，能縮小由電阻元件構(gòu)成的元件在器件內(nèi)的占有面積；另一方面，源輸出型放大器中傳輸?shù)碾娏髦凳潜容^小的電流，作為負(fù)載元件需要比較大的電阻值時(shí)，能縮小用MOS晶體管構(gòu)成的元件在器件內(nèi)的占有面積等。
此外，利用MOS晶體管的溝道電阻構(gòu)成負(fù)載元件時(shí)，通過(guò)連接MOS晶體管的柵極和漏極的結(jié)構(gòu)，得到源漏極間施加的電壓和漏電流之間的關(guān)系大體上成比例的特性，不需要用于產(chǎn)生施加在柵極上的電壓的電壓源。另一方面，MOS晶體管的柵極上加上規(guī)定電壓時(shí)，需要用于產(chǎn)生施加在柵極上的電壓的電壓源，但是，由于能將動(dòng)作點(diǎn)設(shè)定在MOS晶體管的飽和區(qū)域，更能減小負(fù)載電路整體的電導(dǎo)，能進(jìn)一步提高增益。
其中，可以是第1MOS晶體管以外的MOS晶體管的柵極長(zhǎng)度比第1MOS晶體管的柵極長(zhǎng)度長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，使第1MOS晶體管以外的MOS晶體管的柵極長(zhǎng)度長(zhǎng)，通過(guò)增加其它MOS晶體管的溝道電阻，能進(jìn)一步降低第1MOS晶體管的源漏極間的電壓，能進(jìn)一步抑制負(fù)載電路的電導(dǎo)g1。
其中，可以是第1MOS晶體管以外的MOS晶體管的閾值電壓比第1MOS晶體管的閾值電壓高的結(jié)構(gòu)。
其中，可以是第1MOS晶體管以外的MOS晶體管的柵極絕緣膜厚度比上述第1MOS晶體管的絕緣膜厚度厚的結(jié)構(gòu)。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，第1MOS晶體管以外的MOS晶體管的柵極絕緣膜厚度比上述第1MOS晶體管的柵極絕緣膜厚度厚，或者用其它方法增加其它MOS晶體管的閾值電壓，更降低第1MOS晶體管的源極—漏極間的電壓，進(jìn)一步抑制負(fù)載電路的電導(dǎo)g1。
其中，可以是第1MOS晶體管以外的MOS晶體管的柵極長(zhǎng)度、閾值電壓及柵極絕緣膜厚度分別與第1MOS晶體管的柵極長(zhǎng)度、閾值電壓及柵極絕緣膜厚度相等的結(jié)構(gòu)。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，第1MOS晶體管以外的MOS晶體管和第1MOS晶體管的特性相等，容易設(shè)計(jì)。
其中，可以是上述第1MOS晶體管、和連接在該第1MOS晶體管的源極上的MOS晶體管的溝道寬度相等的結(jié)構(gòu)。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，使上述第1MOS晶體管、和連接在該第1MOS晶體管的源極上的MOS晶體管的溝道寬度大體上相等，由此在溝道電流密度一定的條件下，具有可容易設(shè)計(jì)變更的優(yōu)點(diǎn)。將串聯(lián)連接的多個(gè)MOS晶體管作為單位模塊，通過(guò)變更并聯(lián)連接該單位模塊的個(gè)數(shù)，可得到期望的電流，由于這時(shí)能與布線工序的變更對(duì)應(yīng)，設(shè)計(jì)更加容易。
其中，可以是上述負(fù)載電路由電流鏡電路構(gòu)成，所述電流鏡電路包括漏極和源極相互串聯(lián)連接的多個(gè)MOS晶體管的結(jié)構(gòu)。
其中，可以是上述電區(qū)流鏡電路為共陰-共柵型結(jié)構(gòu)。
其中，可以是上述電流鏡電路中，柵極之間相互連接的MOS晶體管與MOS晶體管的溝道長(zhǎng)度相同的結(jié)構(gòu)。
其中，可以是上述電流鏡電路中，漏極和源極彼此相互串聯(lián)連接的MOS晶體管具有大體上相等的溝道寬度的結(jié)構(gòu)。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，通過(guò)負(fù)載電路是如威爾遜型電流鏡電路或共陰—共柵型電流鏡電路等的電流鏡電路，并且，將沿著連接在激勵(lì)晶體管的電流路徑的部分，由串聯(lián)連接的多個(gè)MOS晶體管構(gòu)成，能進(jìn)一步抑制負(fù)載電路的電導(dǎo)g1，實(shí)現(xiàn)增益的提高。
其中，結(jié)構(gòu)可以是上述共陰-共柵型電流鏡電路具有第1MOS晶體管組，包括串聯(lián)連接在上述激勵(lì)晶體管的源極上的多個(gè)MOS晶體管；和第2MOS晶體管組，包括串聯(lián)連接的多個(gè)MOS晶體管，使規(guī)定電流流過(guò)該多個(gè)MOS晶體管來(lái)產(chǎn)生多個(gè)基準(zhǔn)電位，將上述多個(gè)基準(zhǔn)電位供給上述第1MOS晶體管組的各MOS晶體管的柵極。在與第1MOS晶體管組中的源極和漏極直接連接的2個(gè)MOS晶體管相對(duì)應(yīng)地柵極彼此連接的第2MOS晶體管組中的2個(gè)MOS晶體管之間，連接有不與上述第1MOS晶體管組連接的至少一個(gè)MOS晶體管。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，由于共陰—共柵型電流鏡電路的級(jí)數(shù)是多級(jí)，能進(jìn)一步減小負(fù)載的電導(dǎo)。此外，更加能防止熱載流子引起的攝像特性的劣化。
此外，本發(fā)明涉及的攝像機(jī)也具備與上述固體攝像器件相同的結(jié)構(gòu)。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的固體攝像器件，通過(guò)抑制負(fù)載電流的電導(dǎo)g1，可實(shí)現(xiàn)增益的提高，預(yù)先防止熱載流子引起的發(fā)光，能防止攝像特性劣化。
此外，將作為負(fù)載電路的構(gòu)成要素的負(fù)載元件，通過(guò)用適當(dāng)?shù)碾娮柙騇OS晶體管構(gòu)成，能縮小在器件內(nèi)的占有面積。
此外，通過(guò)加長(zhǎng)構(gòu)成負(fù)載器件的MOS晶體管的柵極長(zhǎng)度、或加厚絕緣膜厚度等增加閾值電壓，由此，能實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步提高增益，防止攝像特性劣化也變得更加容易。
此外，在負(fù)載電路中，使串聯(lián)連接的多個(gè)MOS晶體管的溝道電阻的寬度大體上相等，由此，為改變電流值的設(shè)計(jì)更加容易。
另外，負(fù)載電路是電流鏡電路，并且，將沿著連接在激勵(lì)晶體管上的電流路徑的部分，由串聯(lián)連接的多個(gè)MOS晶體管構(gòu)成，由此，能實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步提高增益。
本發(fā)明的附加技術(shù)信息日本專利申請(qǐng)，申請(qǐng)?zhí)?004-183540，申請(qǐng)日2004年6月22日；日本專利申請(qǐng)，申請(qǐng)?zhí)?005-22203，申請(qǐng)日2005年1月28日。所述兩個(gè)申請(qǐng)均已包含于本發(fā)明中。
本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點(diǎn)將在以下的說(shuō)明中闡述，部分根據(jù)說(shuō)明將是顯而易見(jiàn)的，或者可以通過(guò)實(shí)踐本發(fā)明而獲悉。本發(fā)明的上述目的和優(yōu)點(diǎn)可以通過(guò)下文中所具體指出的手段和組合而實(shí)現(xiàn)并獲得。


圖1是以往的固體攝像器件的電路圖。
圖2是作為放大型固體攝像裝置的輸出電路應(yīng)用電流鏡電路的圖。
圖3是第1實(shí)施方式的固體攝像器件具備的輸出放大器的電路圖。
圖4是第2實(shí)施方式的固體攝像器件具備的輸出放大器的電路圖。
圖5是MOS晶體管M12、M13的俯視圖。
圖6是第3實(shí)施方式的固體攝像器件具備的輸出放大器的電路圖。
圖7是第4實(shí)施方式的固體攝像器件具備的輸出放大器的電路圖。
圖8是第5實(shí)施方式的固體攝像器件具備的輸出放大器的電路圖。
圖9是第6實(shí)施方式的固體攝像器件具備的輸出放大器的電路圖。
圖10是第7實(shí)施方式的固體攝像器件具備的輸出放大器的電路圖。
圖11是第8實(shí)施方式的固體攝像器件具備的輸出放大器的電路圖。
圖12是第9實(shí)施方式的固體攝像器件具備的輸出放大器的電路圖。
圖13是第9實(shí)施方式的固體攝像器件具備的輸出放大器的變形例的電路圖。
具體實(shí)施例方式
以下，參照

本發(fā)明的實(shí)施方式涉及的固體攝像器件。
對(duì)于以下說(shuō)明的所有實(shí)施方式，構(gòu)成源輸出型放大器的MOS晶體管全部是N型MOS晶體管，也可置換為P型MOS晶體管。
圖3是本發(fā)明的第1實(shí)施方式的固體攝像器件具備的輸出放大器的電路圖。如圖中的輸出放大器，由源輸出型放大器通過(guò)三級(jí)級(jí)聯(lián)連接構(gòu)成。當(dāng)然，也可以是1級(jí)的結(jié)構(gòu)、或不同級(jí)數(shù)的級(jí)聯(lián)連接結(jié)構(gòu)。該放大器是作為固體攝像器件的輸出放大器的漂移擴(kuò)散放大器的構(gòu)成要素。第一級(jí)激勵(lì)晶體管M11的柵極輸入VIN連接在漂移擴(kuò)散層上，該漂移擴(kuò)散層將信號(hào)電荷轉(zhuǎn)換為電壓，起到電荷檢測(cè)電容起功能。此外，第三級(jí)的輸出輸出到器件外部。
圖3中，第一級(jí)源輸出型放大器的負(fù)載電路包括柵極固定在電位VLG2上的第1MOS晶體管M12，以及連接在第1MOS晶體管M12的源極上的負(fù)載元件LD1。本實(shí)施方式中，電位VLG12是通過(guò)電阻R1和電阻R2電阻分割電源電壓VDD來(lái)產(chǎn)生。該電位VLG2不是通過(guò)電阻分割的固定電位，而是由器件外部施加的結(jié)構(gòu)，根據(jù)需要能改變電位。
第二級(jí)源輸出型放大器，也同樣包括柵極固定在電位VLG2上的MOS晶體管M22，以及連接在MOS晶體管M22的源極上的負(fù)載電阻LD2。第三級(jí)的源輸出型放大器，也同樣包括柵極固定在電位VLG2上的MOS晶體管M32、和連接在MOS晶體管M32的源極上的負(fù)載電阻LD3。
本實(shí)施方式中，MOS晶體管M12、M2、M32的溝道長(zhǎng)度大約是10至20微米，溝道寬度如下第一級(jí)的M12大約是10至20微米，二級(jí)的M22大約是30至100微米，第三級(jí)的M32大約是200至500微米。工作狀態(tài)中的電壓設(shè)定為電源電壓VDD是12伏，連接在漂移擴(kuò)散層上的激勵(lì)晶體管M11的柵極電位大約是11伏，加在MOS晶體管M12、M22、M32的柵極上的電壓VLG2大約是3至6伏。這時(shí)，MOS晶體管M12、M22、M32的源極電位成為2至4伏左右，MOS晶體M12、M22、M32的源漏極間的電壓大約是7至10伏，與此相比，為降低源漏極之間的電壓，MOS晶體管的漏電導(dǎo)大約減小到1/10，源輸出型放大器的增益提高3至5％左右。
此外，由于MOS晶體管M12的源極—漏極之間的電壓降低，漏極附近的電場(chǎng)被緩沖，能預(yù)先防止由熱載流子的產(chǎn)生引起的發(fā)光，能防止攝像特性劣化。
此外，通過(guò)負(fù)載元件LD1的效果，能抑制與施加在第1MOS晶體管的柵極上的固定電壓VLG2的電壓變動(dòng)相應(yīng)的電流變動(dòng)。
各級(jí)源輸出型放大器上流過(guò)溝道寬度1微米對(duì)應(yīng)10微安左右的電流。即，各級(jí)上流過(guò)的電流如下第一級(jí)上大約是100至200微安，第二級(jí)上大約是300微安至1毫安，第三級(jí)上大約是2至5毫安。
在由電阻元件構(gòu)成負(fù)載元件LD1、LD2、LD3時(shí)，LD1、LD2及LD3的電阻值分別是數(shù)十千歐姆、數(shù)千歐姆至10千歐姆、數(shù)100歐姆至數(shù)千歐姆。如果這些電阻元件由薄膜電阻50歐姆、線寬2微米的多晶硅電阻形成，則需要LD1的線長(zhǎng)為100微米左右，LD2的線長(zhǎng)為100微米左右，LD3的線長(zhǎng)為10微米左右，特別是為形成LD1用多晶硅電阻所需的器件內(nèi)的占有面積增大。
本實(shí)施方式中，三級(jí)級(jí)聯(lián)連接的各級(jí)負(fù)載元件LD1、LD2、LD3分別設(shè)置，因此，具有能對(duì)每一級(jí)最優(yōu)化設(shè)計(jì)負(fù)載元件LD1、LD2、LD3的電阻值的優(yōu)點(diǎn)。
圖4是本發(fā)明的第2實(shí)施方式的固體攝像器件具備的輸出放大器的電路圖。與第1實(shí)施方式的不同點(diǎn)在于，源輸出型放大器的負(fù)載電路通過(guò)串聯(lián)連接的2個(gè)MOS晶體管構(gòu)成。即，第一級(jí)源輸出型放大器的負(fù)載電路包括晶體管M12和M13。第二級(jí)源輸出型放大器的負(fù)載電路包括MOS晶體管M22和M23。第三級(jí)源輸出型放大器的負(fù)載電路包括MOS晶體管M32和M33。MOS晶體管M13、M23、M33分別相當(dāng)于圖3中的各級(jí)負(fù)載元件LD1、LD2和LD3。此外，每個(gè)MOS晶體管M13、M23和M33上分別連接?xùn)艠O和漏極。
本實(shí)施方式中，MOS晶體管M12、M22、M32、M13、M23、M33的溝道長(zhǎng)度大約是10至20微米，溝道寬度如下第一級(jí)的M12及M13大約是10至20微米，第二級(jí)的M22及M23大約是30至100微米，第三級(jí)的M32和M33大約是200至500微米。
工作狀態(tài)中的電壓設(shè)定及電流值大體上與第1實(shí)施方式相等，增益提高效果、攝像特性劣化防止效果、電流變動(dòng)的抑制效果也大體上與第1實(shí)施方式相等。
并且，本實(shí)施方式與第1實(shí)施方式比較，電流較小，關(guān)于作為負(fù)載元件需要較高電阻的LD1，能減小器件內(nèi)的占有面積。
圖5是圖4中構(gòu)成第一級(jí)源輸出型放大器的負(fù)載電路的2個(gè)MOS晶體管M12和M13的俯視圖。在該圖中，溝道寬度是縱向、溝道長(zhǎng)度是橫向。MOS晶體管M12的源極擴(kuò)散層與MOS晶體管M13的漏極擴(kuò)散層是共同的結(jié)構(gòu)，M12和M13的溝道寬度是相同的設(shè)計(jì)。最好是，構(gòu)成第二級(jí)源輸出型放大器的負(fù)載電路的2個(gè)MOS晶體管M22和M23的溝道寬度、與構(gòu)成第三級(jí)源輸出型放大器的負(fù)載電路的2個(gè)MOS晶體管M32和M33的溝道寬度也分別是與圖5相同的設(shè)計(jì)。為改變電流值的設(shè)計(jì)變更時(shí)，如果以相同比率改變溝道寬度，在溝道電流密度一定的條件下，具有可容易設(shè)計(jì)變更的優(yōu)點(diǎn)。
圖6是本發(fā)明的第3實(shí)施方式中固體攝像器件具備的輸出放大器的電路圖。與第2實(shí)施方式的不同點(diǎn)在于，MOS晶體管M13、M23及M33的柵極連接在通過(guò)電阻分割產(chǎn)生的電位VLG3上。
工作狀態(tài)中的VLG3以外的電壓設(shè)定及電流值與第2實(shí)施方式大體上相同，但是，MOS晶體管M13、M23及M33的柵極固定在電位VLG3上，因此，更能降低負(fù)載的電導(dǎo)，進(jìn)一步提高增益。除增益以外的防止攝像特性劣化的效果、和電流變動(dòng)的抑制效果與第2實(shí)施方式大體上相同。
上述的第2或第3實(shí)施方式中，通過(guò)使MOS晶體管M13、M23及M33的柵極長(zhǎng)度比MOS晶體管M12、M22及M32的柵極長(zhǎng)度長(zhǎng)，增加溝道電阻，從而增加MOS晶體管M13、M23及M33中的電壓降，進(jìn)一步降低MOS晶體管M12、M22及M32的源極—漏極間的電壓，更加能抑制負(fù)載電路的電導(dǎo)g1。
此外，通過(guò)使MOS晶體管M13、M23及M33的柵極絕緣膜厚度比MOS晶體管M12、M22及M32的柵極絕緣膜厚度厚，增加閾值電壓，從而增加MOS晶體管M13、M23及M33的電壓降，進(jìn)一步降低MOS晶體管M12、M22及M32的源極—漏極間的電壓，更加能抑制負(fù)載電路的電導(dǎo)g1。對(duì)于CCD型固體攝像器件，CCD的傳輸電極中的柵極絕緣膜結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用氧化膜—氮化膜—氧化膜結(jié)構(gòu)(ONO)，并且，輸出放大器的激勵(lì)晶體管中的柵極絕緣膜廣泛應(yīng)用氧化膜，通常傳輸電極中的柵極絕緣膜厚度比輸出放大器的激勵(lì)晶體管的柵極絕緣膜厚。因此，將MOS晶體管M12、M22及M32的柵極絕緣膜做成與輸出放大器的激勵(lì)晶體管中的柵極絕緣膜相同的氧化膜，將MOS晶體管M13、M23及M33的柵極絕緣膜做成與CCD的傳輸電極相同的ONO結(jié)構(gòu)，可容易實(shí)現(xiàn)。
圖7是本發(fā)明的第4實(shí)施方式的固體攝像器件具備的輸出放大器的電路圖。上述的第2或第3的實(shí)施方式中，構(gòu)成負(fù)載元件的MOS晶體管的個(gè)數(shù)各級(jí)1個(gè)，圖7所示的實(shí)施方式中構(gòu)成負(fù)載元件的MOS晶體管的個(gè)數(shù)為各級(jí)2個(gè)。如果增加個(gè)數(shù)，能進(jìn)一步降低起到電流源功能的MOS晶體管的源極—漏極間的電壓，還能抑制負(fù)載電路的電導(dǎo)g1。
圖8是本發(fā)明的第5實(shí)施方式的固體攝像器件具備的輸出放大器的電路圖。與圖6所示的實(shí)施方式的不同在于，為產(chǎn)生電位VLG2、VLG3，設(shè)置MOS晶體管M42、M43，構(gòu)成共陰—共柵型電流鏡電路。即，MOS晶體管M42的柵極和漏極連接，還連接在MOS晶體管M12、M22及M32的柵極上。此外，MOS晶體管M43的柵極和漏極連接，還連接在MOS晶體管M13、M23及M33的柵極上。MOS晶體管M42的漏極和電源VDD之間，設(shè)有MOS晶體管和電阻R1，用于與MOS晶體管M42和M43一起規(guī)定參照電流。M42和電源之間設(shè)置的元件可以只有電阻、或只有MOS晶體管。
并且，本實(shí)施方式中，成為源輸出型放大器的負(fù)載的MOS晶體管M12、M22、M32及M42的4個(gè)晶體管的結(jié)構(gòu)和溝道長(zhǎng)度為相同的設(shè)計(jì)，MOS晶體管M13、M23、M33及M43的4個(gè)晶體管結(jié)構(gòu)和溝道長(zhǎng)度為相同的設(shè)計(jì)。此外，M42和M43的溝道寬度大體上相等。由此，各極源輸出型放大器中流過(guò)的電流和參照電流的比值由上述MOS晶體管的溝道寬度的比值決定。
以第一級(jí)為例，若設(shè)工作點(diǎn)中的MOS晶體管M12的漏電導(dǎo)為gds12，互導(dǎo)為gm12，M13的漏電導(dǎo)為gds13，第一級(jí)電流源的負(fù)載電導(dǎo)由下式提供。
g1＝gds12×gds13/gm12由于以往的固體攝像器件的電路中的負(fù)載電導(dǎo)是g1＝gds12，通過(guò)應(yīng)用，負(fù)載電導(dǎo)成為(gds13/gm12)倍。一般將gds13設(shè)計(jì)成gm12的1/10左右較容易，能使負(fù)載電導(dǎo)進(jìn)一步減小。
圖9和圖10是本發(fā)明的第6、7實(shí)施方式中的固體攝像器件所具備的輸出放大器的電路圖。圖8所示的實(shí)施方式使用基本的共陰共柵型電流鏡電路，而在本實(shí)施方式中，分別使用了3級(jí)和5級(jí)共陰共柵型電流鏡電路。共陰共柵型電流鏡電路的級(jí)數(shù)增加的第一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，級(jí)數(shù)越增加更能降低負(fù)載電導(dǎo)。
還有一點(diǎn)是，更加能防止由熱載流子的產(chǎn)生引起的攝像特性的劣化。圖9和圖10中，沿著規(guī)定參照電流的電流路徑串聯(lián)連接的MOS晶體管組M4A、M4B、M4C、M4D、M4E、M4F、M4G全部具有相同的結(jié)構(gòu)，電源電壓VDD為12伏時(shí)，各晶體管中的電壓降被設(shè)定成大約1.5伏。因此，圖9中，晶體管M12、M22及M32的源極電位被設(shè)定成大約3伏，其結(jié)果是，M12、M22及M32的源漏極間的電壓成為5至7伏左右。另一方面，圖10中，晶體管M12、M22及M32的源極電位設(shè)定成大約6伏，其結(jié)果是，M12、M22及M32的源漏間的電壓成為2至4伏。即，由于越增加級(jí)數(shù)就越降低源漏極間的電壓，漏極附近的電場(chǎng)被緩沖，能預(yù)先防止熱載流子引起的發(fā)光，能防止攝像特性劣化。
圖11是本發(fā)明的第8實(shí)施方式的固體攝像器件具備的輸出放大器的電路圖。與第6實(shí)施方式的不同點(diǎn)在于，連接在晶體管M12、M22及M32的柵極上的不是晶體管M4E，而是M4C的柵極和漏極；以及連接在M33的柵極上的不是晶體管M4F，而是M4E的柵極和漏極。如果按照其它見(jiàn)解，第8實(shí)施方式是從第7實(shí)施方式刪除M13、M23、M33、M15、M25、M35，連接刪除的各晶體管的源極和漏極的部分而成。其結(jié)果是，沿著規(guī)定參照電流的電流路徑串聯(lián)連接的MOS晶體管組M4A、M4B、M4C、M4D、M4E、M4F、M4G中，存在4個(gè)沒(méi)有連接在其它MOS晶體管上的晶體管M4A、M4B、M4D、M4F，并且，其中，連接在其它晶體管上的M4C和M4E之間插入M4D，此外，連接在其它晶體管上的M4E和M4G之間插入M4F。
即使在第8實(shí)施方式中，沿著規(guī)定參照電流的電流路徑串聯(lián)連接的MOS晶體管組M4A、M4B、M4C、M4D、M4E、M4F、M4G全部具有相同的結(jié)構(gòu)，當(dāng)電源電壓VDD為12伏時(shí)，各晶體管的電壓降設(shè)定成大約1.5伏。因此，晶體管M12、M22及M32的源極電位如圖10設(shè)定成6伏，其結(jié)果是M12、M22及M32的源漏極間電壓大約是2至4伏。即，在第8實(shí)施方式中，使用與第6實(shí)施方式所示的三級(jí)共陰-共柵型電流鏡電路相同的晶體管個(gè)數(shù)，能夠獲得與第7實(shí)施方式所示的5級(jí)共陰—共柵型電流鏡電路相同的防止熱載流子的效果、防止攝像特性劣化。能減少為獲得相同的防止攝像特性劣化所需的晶體管個(gè)數(shù)，也能對(duì)芯片尺寸的縮小做貢獻(xiàn)。
圖12是本發(fā)明的第9實(shí)施方式的固體攝像器件具備的輸出放大器的電路圖。與第8實(shí)施方式的不同點(diǎn)在于，第8實(shí)施方式的晶體管M4D和M4F置換為電阻元件R4D和R4F。通過(guò)將電阻元件R4D和R4F的值設(shè)定成與M4D和M4F的溝道電阻相同的值，能獲得與第8實(shí)施方式大體上大致相同的負(fù)載電導(dǎo)的降低效果、以及熱載流子防止效果，防止攝像特性劣化。
并且，電阻元件R4D和R4F可置換為得到相同電壓降的二極管元件等。圖13表示其電路例。
另外，上述電流鏡電路不限定在共陰—共柵型電流鏡電路，可以是威爾遜型電流鏡電路，也可以將沿著連接在激勵(lì)晶體管上的電流路徑的部分，由串聯(lián)連接的多個(gè)MOS晶體管構(gòu)成。由此，更加能抑制負(fù)載電路的電導(dǎo)g1，實(shí)現(xiàn)增益的提高。此外，本發(fā)明涉及的固體攝像器件，不僅是CCD型固體攝像器件，也可應(yīng)用在MOS型、AMI型等放大型固體攝像器件等。
并且，本發(fā)明涉及的攝像機(jī)具備上述各實(shí)施方式所示的固體攝像器件，取得與上述同樣的結(jié)構(gòu)、作用、效果。
此外，本發(fā)明適用于具有源輸出型放大器的固體攝像器件和攝像機(jī)，例如影像傳感器、數(shù)碼相機(jī)、帶攝像機(jī)的攜帶式電話機(jī)、筆記本電腦所具備的攝像機(jī)、連接在信息處理器上的攝像單元等。
雖然本發(fā)明已經(jīng)利用附圖所示的實(shí)施例充分說(shuō)明，應(yīng)注意顯然可以對(duì)上述設(shè)計(jì)作出各種變型和修改，因此，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下做出的各種變型和修改的設(shè)計(jì)均數(shù)據(jù)本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種固體攝像器件，其特征在于，具備源輸出型放大器，所述源輸出型放大器具有激勵(lì)晶體管、和連接在上述激勵(lì)晶體管上的負(fù)載電路，上述負(fù)載電路包括柵極為規(guī)定電位的第1 MOS晶體管、和連接在上述第1 MOS晶體管的源極上的負(fù)載元件。
2.如權(quán)利要求1所述的固體攝像器件，其特征在于，上述負(fù)載元件是電阻元件。
3.如權(quán)利要求1所述的固體攝像器件，其特征在于，上述負(fù)載元件包括第2 MOS晶體管，上述第1 MOS晶體管的源極和上述第2 MOS晶體管的漏極連接。
4.如權(quán)利要求3所述的固體攝像器件，其特征在于，上述第1 MOS晶體管的源極與上述第2 MOS晶體管的漏極和柵極連接。
5.如權(quán)利要求3所述的固體攝像器件，其特征在于，上述第2 MOS晶體管的柵極的電位被固定。
6.如權(quán)利要求1所述的固體攝像器件，其特征在于，上述固體攝像器件具有級(jí)聯(lián)連接的多級(jí)源輸出型放大器，上述多級(jí)源輸出型放大器的至少一個(gè)負(fù)載電路具有上述第1 MOS晶體管。
7.如權(quán)利要求1所述的固體攝像器件，其特征在于，上述負(fù)載元件包括漏極和源極相互串聯(lián)連接的多個(gè)MOS晶體管。
8.如權(quán)利要求7所述的固體攝像器件，其特征在于，漏極和源極相互串聯(lián)連接的上述多個(gè)MOS晶體管是以下的任一個(gè)(a)各自的柵極和漏極連接，以及(b)各自的柵極是固定電位。
9.如權(quán)利要求3所述的固體攝像器件，其特征在于，上述第1 MOS晶體管以外的MOS晶體管的柵極長(zhǎng)度比上述第1 MOS晶體管的柵極長(zhǎng)度長(zhǎng)。
10.如權(quán)利要求3所述的固體攝像器件，其特征在于，上述第1MOS晶體管以外的MOS晶體管的閾值電壓比上述第1 MOS晶體管的閾值電壓高。
11.如權(quán)利要求3所述的固體攝像器件，其特征在于，上述第1MOS晶體管以外的MOS晶體管的柵極絕緣膜厚度比上述第1 MOS晶體管的柵極絕緣膜厚度厚。
12.如權(quán)利要求3所述的固體攝像器件，其特征在于，上述第1MOS晶體管以外的MOS晶體管的柵極長(zhǎng)度、閾值電壓及柵極絕緣膜厚度分別與上述第1 MOS晶體管的柵極長(zhǎng)度、閾值電壓及柵極絕緣膜厚度相等。
13.如權(quán)利要求3所述的固體攝像器件，其特征在于，上述第1MOS晶體管和連接在該第1 MOS晶體管的源極上的MOS晶體管的溝道寬度相等。
14.一種固體攝像器件，其特征在于，具有源輸出型放大器，所述源輸出型放大器具有激勵(lì)晶體管、和連接在上述激勵(lì)晶體管上的負(fù)載電路，上述負(fù)載電路由包括相互串聯(lián)連接漏極和源極的多個(gè)MOS晶體管的電流鏡電路構(gòu)成。
15.如權(quán)利要求14所述的固定攝像器件，其特征在于，上述電流鏡電路是共陰-共柵型。
16.如權(quán)利要求14或權(quán)利要求15所述的固體攝像器件，其特征在于，上述電流鏡電路中，柵極彼此相互連接的MOS晶體管的MOS晶體管溝道長(zhǎng)度相同。
17.如權(quán)利要求14所述的固體攝像器件，其特征在于，上述電流鏡電路中，漏極和源極相互串聯(lián)連接的MOS晶體管具有大體上相等的溝道寬度。
18.如權(quán)利要求15所述的固體攝像器件，其特征在于，上述共陰-共柵型電流鏡電路具有第1 MOS晶體管組，包括串聯(lián)連接在上述激勵(lì)晶體管的源極上的多個(gè)MOS晶體管；和第2 MOS晶體管組，包括串聯(lián)連接的多個(gè)MOS晶體管，使規(guī)定電流流過(guò)該多個(gè)MOS晶體管來(lái)產(chǎn)生多個(gè)基準(zhǔn)電位，將上述多個(gè)基準(zhǔn)電位供給上述第1 MOS晶體管組的各MOS晶體管的柵極，在與第1 MOS晶體管組中的源極和漏極直接連接的2個(gè)MOS晶體管相對(duì)應(yīng)地柵極彼此連接的第2 MOS晶體管組中的2個(gè)MOS晶體管之間，連接有不與上述第1 MOS晶體管組連接的至少一個(gè)MOS晶體管。
19.如權(quán)利要求18所述的固體攝像器件，其特征在于，不與上述第1 MOS晶體管組連接的至少一個(gè)MOS晶體管的漏極和柵極連接。
20.如權(quán)利要求15所述的固體攝像器件，其特征在于，上述共陰-共柵型電流鏡電路，具有第1 MOS晶體管組，包括串聯(lián)連接在上述激勵(lì)晶體管的源極上的多個(gè)MOS晶體管；和第2 MOS晶體管組，包括串聯(lián)連接的多個(gè)MOS晶體管，使規(guī)定電流流過(guò)該多個(gè)MOS晶體管來(lái)產(chǎn)生多個(gè)基準(zhǔn)電位，將上述多個(gè)基準(zhǔn)電位提供給上述第1 MOS晶體管組的各MOS晶體管的柵極，在與第1 MOS晶體管組中的源極和漏極直接連接的2個(gè)MOS晶體管相對(duì)應(yīng)地柵極彼此連接的第2 MOS晶體管組中的2個(gè)MOS晶體管之間，級(jí)聯(lián)連接有電阻元件。
21.如權(quán)利要求15所述的固體攝像器件，其特征在于，上述共陰-共柵型電流鏡電路，具有第1 MOS晶體管組，包括串聯(lián)連接在上述激勵(lì)晶體管的源極上的多個(gè)MOS晶體管；和第2 MOS晶體管組，包括串聯(lián)連接的多個(gè)MOS晶體管，使規(guī)定電流流過(guò)該多個(gè)MOS晶體管來(lái)產(chǎn)生多個(gè)基準(zhǔn)電位，將上述多個(gè)基準(zhǔn)電位提供給上述第1 MOS晶體管組的各MOS晶體管的柵極，在與第1 MOS晶體管組中的源極和漏極直接連接的2個(gè)MOS晶體管相對(duì)應(yīng)地柵極彼此連接的第2 MOS晶體管組中的2個(gè)MOS晶體管之間，級(jí)聯(lián)連接有二極管元件。
22.一種具備固體攝像器件的攝像機(jī)，其特征在于，上述固體攝像器件具備源輸出型放大器，所述源輸出型放大器具有激勵(lì)晶體管、和連接在上述激勵(lì)晶體管上的負(fù)載電路，上述負(fù)載電路包括柵極是規(guī)定電位的第1 MOS晶體管、和連接在上述第1 MOS晶體管的源極上的負(fù)載元件。
全文摘要
本發(fā)明的固體攝像器件，其特征在于，具備源輸出型放大器，所述源輸出型放大器具有激勵(lì)晶體管、和具有連接在上述激勵(lì)晶體管上的負(fù)載電路，上述負(fù)載電路包括柵極為規(guī)定電位的第1MOS晶體管、和連接在上述第1MOS晶體管的源極上的負(fù)載元件。此外，源輸出型放大器的負(fù)載電路以串聯(lián)連接的多個(gè)MOS晶體管構(gòu)成?；蛘?，通過(guò)由電流鏡電路構(gòu)成上述負(fù)載電路，來(lái)降低負(fù)載電導(dǎo)。
文檔編號(hào)H04N5/335GK1713697SQ20051007950
公開(kāi)日2005年12月28日 申請(qǐng)日期2005年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月22日
發(fā)明者武藤信彥, 鈴木靜 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社