Brevet FR2538650A1 — publié le 19840629

PROCEDE D'ANALYSE D'UN DISPOSITIF PHOTOSENSIBLE A TRANSFERT DE LIGNE La présente invention concerne un procédé d'analyse d'un dispositif photosensible à transfert de ligne. On connait dans l'art antérieur, notamment par les demandes de brevet français N O 80 09112 et N O 81 07672, déposées au nom de 5 THOMSON-CSF, des dispositifs photosensibles dont l'analyse s'ef- fectue par transfert de ligne. On rappelle que d'une façon générale, ces dispositifs compor- tent une zone photosensible constituée de M lignes de N points photosensibles chacune Les points photosensibles des différentes 10 lignes sont reliés en parallèle par des colonnes conductrices à une mémoire Cette mémoire assure périodiquement le transfert vers un registre de lecture des charges-signal recueillies sur une ligne de points photosensibles et transférées sur les colonnes De plus, cette mémoire assure le transfert vers un drain d'évacuation des charges- 15 parasites se trouvant sur les colonnes avant l'arrivée sur les colonnes des charges-signal de l'une des lignes. Dans les dispositifs photosensibles à transfert de ligne, il y a donc répétition, de façon périodique, des deux séquences suivantes: une première séquence correspondant au transfert vers la 20 mémoire des charges-parasites se trouvant sur les colonnes, avant l'arrivée des charges-signal sur les colonnes; une seconde séquence correspondant au transfert vers la mémoire des charges-signal d'une ligne se trouvant sur les colonnes. Le problème qui se pose est que dans l'intervalle de temps 25 compris entre une première et une seconde séquence, il y a accumulation sur les colonnes de charges parasites qui sont lues lors de la seconde séquence, en même temps que les charges-signal. Ces charges parasites sont dues à la diaphotie (ou "smearing") et surtout au débordement des points photosensibles par suite d'un 30 éclairement trop intense, on parle d'éblouissement (ou "blooming"). 2 Il faut signaler que comme les points photosensibles des différentes lignes sont reliés en parallèle par des colonnes conduc- trices, il suffit d'un point trop intensément éclairé et qui déborde pour que la colonne à laquelle ce point est relié reçoive des charges 5 parasites. La présente invention permet de résoudre le problème précé- demment exposé de façon simple et efficace. Le procédé selon l'invention consiste à modifier temporai- rement la capacité de stockage des points photosensibles pour qu'ils 10 puissent stocker des charges dans l'intervalle de temps débutant après l'évacuation des charges-parasites des colonnes conductrices vers la mémoire et se terminant par le transfert des charges-signal d'une ligne des colonnes vers la mémoire. On peut augmenter la capacité de stockage des points photo- 15 sensibles pendant cet intervalle de temps. On peut aussi diminuer la capacité de stockage des points photosensibles, pendant l'évacuation des charges-parasites des colonnes conductrices vers la mémoire et revenir à la capacité normale des points photosensibles pour le début dudit intervalle. 20 Ainsi pendant cet intervalle, les points photosensibles ont une capacité suffisante pour pouvoir stocker des charges Les points photosensibles ne sont pds saturés et ne débordent pas sur les colonnes même s'ils sont éblouis Les quantités de charges-signal lues ne sont donc pas altérées par les charges-parasites. 25 D'autres objets, caractéristiques et résultats de l'invention ressortiront de la description suivante donnée à titre d'exemple non limitatif et illustrée par les figures annexées qui représentent: la figure 1, le schéma d'un dispositif photosensible à trans- fert de ligne selon l'art antérieur; 30 les figures 2 a à g, des schémas illustrant le fonctionnement d'un dispositif selon l'art antérieur les figures 3 a à c et 4 a à d et 5 a à d, des schémas illustrant deux variantes du procédé selon l'invention. Sur les différentes figures, les mêmes repères désignent les mêmes éléments, mais pour des raisons de clarté, les cotes et proportions des divers éléments ne sont pas respectées. La figure 1 est le schéma d'un dispositif photosensible à transfert de ligne selon l'art antérieur. 5 Sur la figure 1, on a représenté schématiquement une zone photosensible 1, constituée d'une matrice de M lignes comportant chacune N points photosensibles P Cette zone reçoit l'image lumineuse à analyser et la transformé en charges électriques, dites charges-signal QS Les points photosensibles d'une même ligne sont 10 reliés entre eux ainsi qu'à un registre d'adressage 2 qui permet de sélectionner une ligne de la matrice qui va être lue Les points photosensibles d'une colonne sont reliés par une même colonne conductrice Les colonnes conductrices aboutissent à une mémoire 4 Cette mémoire comporte des moyens de commutation symbolisés 15 par des interrupteurs I et conduisant les charges se trouvant sur les colonnes conductrices soit vers un drain d'évacuation, soit vers un registre de lecture 3 La mémoire assure périodiquement le trans- fert vers le registre de lecture des charges-signal recueillies sur une ligne de points photosensibles et transférées sur les colonnes De 20 plus, la mémoire assure périodiquement le transfert vers un drain d'évacuation des charges-parasites se trouvant sur les colonnes avant l'arrivée sur les colonnes des charges-signal de l'une des lignes. Les figures 2 a à g sont des schémas illustrant le fonction- 25 nement d'un dispositif selon l'art antérieur Ces figures ont été décrites de façon très détaillée dans la demande de brevet français n O 80 09112 à laquelle on se reportera si nécessaire On rappellera seulement que la figure 2 a est une vue en coupe longitudinale du dispositif photosensible représenté sur la figure 1 de la demande de 30 brevet citée et que les figures 2 b à g représentent l'évolution du potentiel de surface ÈS dans le substrat semi-conducteur 4 à divers instant t 1 à t 6 Dans le mode de réalisation de la figure 2 a, chaque point photosensible est constitué par l'association d'un photo-MOS, constitué par une grille photosensible Go, et d'une photodiode D 10. 4 Au temps t 1 figure 2 b les charges-parasites Qp se trouvant sur les colonnes conductrices sont transférées vers la mémoire. Au temps t 2 figure 2 c les charges-parasites Qp sont évacuées de la mémoire vers le drain. 5 Au temps t 3 figure 2 d il n'y a pas de transfert mais la mémoire a complètement évacué les charges-parasites et peut à nouveau stocker des charges. Au temps t 4 figure 2 e il y a transfert vers la mémoire des charges-signal QS d'une ligne qui avaient préalablement été trans- 10 férées sur les colonnes Pour cela, la ligne en question reçoit par le registre d'adressage un potentiel égal au potentiel de référence du dispositif Les autres lignes photosensibles, comme cela est repré- senté en pointillés sur la figure 2 e, continuent à recevoir une tension de polarisation V et continuent donc à intégrer des charges. 15 Au temps t 5 figure 2 f les charges-signal QS de la ligne lue sont transférées de la mémoire vers le registre de lecture. Au temps t 6 figure 2 g il n'y a pas de transfert de charge mais la mémoire a complètement évacué les charges-signal et peut à nouveau stocker des charges , 20 Dans les dispositifs photosensibles à transfert de ligne, et quelles que soient les variantes apportées à ces dispositifs, il y a répétition de façon périodique des deux séquences suivantes: une première séquence correspondant au transfert vers la mémoire des charges-parasites se trouvant sur les colonnes avant 25 l'arrivée des charges-signal sur les colonnes temps t 1 figure 2 b; une seconde séquence correspondant au transfert vers la mémoire des charges-signal d'une ligne se trouvant sur les colonnes - temps t 4 figure 2 e. Dans l'intervalle de temps T compris entre la fin d'une 30 première étape et la fin d'une seconde étape c'est-à-dire entre les instants t 2 et t 4 sur la figure 2 il y a accumulation sur les colonnes de charges-parasites qui sont lues au temps t 4 en même temps que les charges-signal Comme cela a été dit, ces charges sont surtout dues au débordement de points photosensibles suréclairés sur les 5 colonnes conductrices. Les figures 3 a à c et 4 a à d sont des schémas illustrant deux variantes du procédé selon l'invention dans le cas de points photo- sensibles constitués comme sur la figure 2 a par l'association d'un 5 photo-MOS et d'une photodiode Comme les figures 2 b à g, ces figures montrent l'évolution du potentiel de surface dans le substrat à divers instants, mais on ne s'est intéressé qu'à ce qui se passe au niveau des points photosensibles car le fonctionnement du reste du dispositif n'est pas modifié. 10 Selon l'invention, on modifie temporairement la capacité de stockage des points photosensibles pour qu'ils puissent stocker des charges dans l'intervalle de temps T, même s'ils sont éblouis Ainsi pendant cet intervalle les points photosensibles, même s'ils sont suréclairés ne débordent pas sur les colonnes. 15 Dans la variante du procédé représentée sur les figure 3 a à c, on augmente pendant l'intervalle de temps T la capacité de stockage des points photosensibles. Cette augmentation de la capacité de stockage peut être obtenue en agissant sur la tension de polarisation des points photosensibles Dans l'exemple de la figure 2 a o le substrat semi- conducteur 4 est de type P, il suffit d'augmenter la tension de polarisation Vg appliqué aux grilles Go pour accroître la capacité de stockage des points photosensibles. Sur la figure 3 a, au temps t 2 début de l'intervalle T -on 25 augmente la capacité de stockage des points photosensibles en agissant sur leur tension de polarisation. La profondeur des puits de potentiel pour les points photo- sensibles est alors au niveau V M alors qu'elle est au niveau V, inférieur à VM, au temps t 1. 30 Cette situation se poursuit pendant l'intervalle T c'est-à-dire aux temps t 3 et t 4 excepté pour les points photosensibles de la ligne dont le contenu est transféré des colonnes en mémoire au 6 temps t 4 * Les points photosensibles de cette ligne reçoivent par le registre d'adressage le potentiel de référence du dispositif comme cela est représenté sur la figure 3 b o l'on a représenté en pointillés 5 la situation des autres points photosensibles. Sur la figure 3 c, au temps t 6, les points photosensibles reprennent leur capacité de stockage normale et la profondeur des puits revient au niveau V Il peut alors y avoir débordement de charges sur les colonnes Ces charges en excès seront évacuées vers 10 le drain au temps t 1 suivant. Pendant l'intervalle de temps T, les points photosensibles, même s'ils sont suréclaires, ne débordent pas sur les colonnes. Dans la variante du procédé représentée sur les figures 4 a à d, on diminue la capacité de stockage des points photosensibles pen- 15 dant l'évacuation des charges-parasites des colonnes conductrices vers la mémoire, puis on revient à la capacité de stockage normale des points photosensibles pour le début de l'intervalle T. Sur la figure 4 a, au temps t, , on diminue la capacité de stockage des points photosensibles Le niveau des puits de potentiel 20 passe du niveau V au niveau Vm qui lui est inférieur Cela peut être obtenu en diminuant la tension de polarisation des grilles G O Il suffit de diminuer la capacité de stockage des points photosensibles un court instant Ainsi les points qui étaient déjà saturés, ou sur le point de l'être, sont débarassés d'une partie de leurs charges qui est 25 évacuée vers le drain Tous les points photosensibles sont donc prêts à stocker des nouvelles charges. Dès le début de l'intervalle T, c'est-à-dire au temps t 2 figure 4 b on donne aux points photosensibles leur capacité de stockage normale Le niveau des puits de potentiel passe de Vm à V Pendant 30 l'intervalle de temps T, les points photosensibles, même s'ils sont éblouis, sont donc aptes à stocker une quantité de charges égale à celle qui a été évacuée par contraction de capacité au temps t 1 et il n'y a pas débordement de charges-parasites sur les colonnes. Au temps t 4 figure 4 c les points d'une ligne reçoivent la 7 tension de référence de façon à transférer leurs charges sur les colonnes, alors que les autres points conservent leur capacité de stockage normale et la profondeur de leurs puits reste au niveau V ce qui est représenté en pointillés sur la figure 4 c. 5 Au temps t 6 figure 4 d tous les points photosensibles du dispositif retrouvent leur capacité de stockage normale. Le procédé selon l'invention permet donc de façon simple et efficace d'empêcher les points photosensibles éblouis de déborder pendant l'intervalle de temps Ta 10 Le procédé selon l'invention s'applique de la façon qui vient d'être décrite lorsque les points photosensibles ne sont constitués que par des photo-MOS, et ne comportent pas de photodiodes. Comme précédement, on modifie la capacité de stockage des points photosensibles en agissant sur la tension de polarisation des grilles 15 des photo-MOS. Lorsque les points photosensibles sont constitués par des photodiodes, comme cela est représenté sur la figure 5 a, chaque point photosensible comporte donc une photodiode D 10, intégrée sur le substrat semi-conducteur 4 de type P et séparée d'une diode D 1 20 reliée à une colonne Ci par une grille G 1 qui n'est pas soumise au rayonnement et qui reçoit une tension de polarisation. Pendant l'intégration des charges dans les photodiodes, la tension de polarisation de la grille G a une valeur V 2 égale par exemple à + IV La grille G 1 isole alors chaque photodiode des 25 diodes D 1 reliées aux colonnes, comme cela a été représenté en pointillés sur la figure 2 b o les potentiels de surface croissant sont dirigés vers le bas. Pour lire les charges intégrées dans les photodiodes, la tension de polarisation de la grille G 1 prend une valeur VI, égale par 30 exemple à 10 V et il y a transfert des charges-signal sur les diodes D 1 La figure 5 c illustre la variante du procédé selon l'invention correspondant à celle qui est représentée sur la figure 3. Au début de l'intervalle T, la tension de polarisation de la 8 grille G 1 prend une valeur V 3 égale par exemple à 0,5 V et donc inférieure à V 2, ce qui augmente la capacité de stockage des points photosensibles Comme dans le cas de la figure 3, cette situation se poursuit pendant l'intervalle T, excepté pour les points photosen- 5 sibles dont le contenu est transféré en mémoire et pour lesquels la tension de polarisation de la grille prend la valeur V 1 Lorsque l'intervalle T est terminé la tension de polarisation reprend la valeur V 2. La figure 5 d illustre la variante du procédé selon l'invention 10 correspondant à celle qui est représentée sur la figure 4, cette variante est plus facile à mettre en oeuvre que celle de la figure 5 c. Avant lç début de l'intervalle T, au temps tl, la grille G 1 reçoit une tension de polarisation V 4, égale par exemple à 2 V et donc supérieure à V 2 On diminue ainsi la capacité de stockage des 15 points photosensibles Dès le début de l'intervalle T, on donne aux points photosensibles leur capacité de stockage normale en donnant à la tension de polarisation la valeur V 2. .,.CLMF: R E V E N D I C A T I O N S 1 Procédé d'analyse d'un dispositif photosensible à transfert de ligne, ce dispositif comportant une zone photosensible ( 1) de M lignes de N points photosensibles, les points photosensibles (P) des différentes lignes étant reliés en parallèle par des colonnes conduc- 5 trices à une mémoire ( 4) qui assure périodiquement le transfert vers un registre de lecture ( 3) des charges-signal (QS) se trouvant sur les colonnes et en provenance d'une ligne et qui assure le transfert vers un drain d'évacuation des charges-parasites (Qp) se trouvant sur les colonnes avant l'arrivée des charges-signal d'une ligne, caractérisé 10 en ce que le procédé consiste à modifier temporairement la capacité de stockage des points photosensibles pour qu'ils puissent stocker des charges dans l'intervalle de temps (T) débutant après (t 1) l'evacu- ation des charges-parasites des colonnes conductrices vers la mé- moire ( 4) et se terminant (t 4) par le transfert des charges-signal 15 (QS) d'une ligne des colonnes vers la mémoire ( 4). 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pendant cet intervalle (T), on augmente la capacité de stockage des points photosensibles. 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, 20 pendant (t 1) l'évacuation des charges-parasites des colonnes conduc- trices vers la mémoire ( 4), on diminue la capacité de stockage des points photosensibles, puis on revient à la capacité de stockage normale des points photosensibles pour le début dudit intervalle (T). 4 Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en 25 ce que lorsque les points photosensibles sont constitués de photo- MOS ou de photo-MOS associées à des photodiodes, on modifie la capacité de stockage des points photosensibles en agissant sur la tension de polarisation des grilles des photo-MOS. 5 Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en 30 ce que lorsque les points photosensibles sont constitués par des photodiodes, on modifie la capacité de stockage des points photo- sensibles en agissant sur la tension de polarisation de grilles (G 1) qui contrôlent le passage entre les photodiodes et les colonnes.