Brevet FR2553920A1 — publié le 19850426

PROCEDE D'ANALYSE D'UN DISPOSITIF PHOTOSENSIBLE A STRUCTURE INTERLIGNE ET DISPOSITIF POUR SA MISE EN OEUVRE La présente invention concerne un procédé d'analyse d'un dispositif à structure interligne Elle concerne aussi un dispositif pour la mise en oeuvre dudit procédé. Les dispositifs photosensibles à structure interligne sont bien 5 connus de l'homme de l'art Ils sont décrits en particulier dans l'ouvrage de C H SEQUIN et M F TOMPSETT intitulé "Charge Transfert Devices" pages 152 à 166. Comme représenté sur les figures 1 et 2 (a) de la présente demande, un dispositif photosensible à structure interligne est cons10 titué essentiellement par une matrice photosensible I comportant N colonnes de M points photosensibles P, des registres à décalage analogiques 2 prévus entre chaque colonne de points photosensibles et un registre de lecture 3. De manière plus détaillée, les M points photosensibles d'une 15 colonne sont connectés aux M étages d'un registre analogique 2 constitué, de préférence, par un registre à transfert de charge de type CCD à entrées parallèles et sortie série, par l'intermédiaire d'une barrière de potentiel Divers moyens peuvent être utilisés pour réaliser cette barrière de potentiel Ainsi, comme représenté sur la 20 figure 2 (a), le registre CCD 2 est du type transfert en volume, c'està-dire que le canal de transfert des charges du registre 2 a reçu une implantation d'impuretés de type opposé à celui du substrat pour réaliser un canal enterré TV, par exemple une implantation d'impuretés N pour un substrat en silicium de type P Le canal de 25 transfert TV est séparé des points photosensibles P constitués par des photodiodes dans le mode de réalisation représenté, par une zone 4 de transfert en surface, à savoir une zone sans dopage, le canal et ladite zone 4 de transfert en surface étant tous deux recouverts par les électrodes de stockage ES du registre CCD De ce fait, on obtient entre les photodiodes P et le registre 2, une barrière de potentiel dont le niveau varie en fonction de la tension appliquée sur les électrodes ES La barrière de potentiel peut aussi être réalisée à l'aide d'une grille supplémentaire prévue entre les photodiodes P et 5 le registre 2 qui, dans ce cas, peut être du type transfert en surface ou transfert en volume. La sortie des différents registres 2 est envoyée, par l'intermédiaire d'une grille de passage Gp dans un registre de lecture 3 positionné perpendiculairement aux registres 2 Le registre 3 est en 10 général constitué par un registre à décalage analogique qui fournit l'information reçue en parallèle en mode série Ce registre est de préférence un registre à transfert de charge de type CCD. D'autre part, les différentes colonnes sont séparées les unes des autres par une barrière d'isolement 5 réalisée par une suré15 paisseur d'oxyde dans le mode de réalisation représenté à la figure 2 (a). Les différentes opérations d'intégration de l'image au niveau de la matrice photosensible 1 puis de lecture des charges correspondant à cette image pour obtenir en sortie du registre 3 le signal 20 vidéo d'analyse de l'image optique reçue sur la zone photosensible sont réalisées de la manière suivante. Pendant le temps trame dont la durée est en général de 20 millisecondes, les charges signal Q 5 sont intégrées dans les points photosensibles P Ensuite, les charges signal QS stockées dans les 25 différents points photosensibles sont transférées dans les registres CCD 2 correspondants Pour cela, on applique sur les électrodes ES des registres 2, un potentiel OCCD élevé de manière à obtenir le profil de potentiel référencé A sur la figure 2 (b), ce qui élimine la barrière de potentiel entre les points photosensibles P et les 30 registres 2 correspondants Une fois le transfert terminé, on applique sur les registres 2 des phases de commande OCCD constituées par des tensions en créneaux qui donnent successivement les profils de potentiel référencés B et C On reforme ainsi la barrière de potentiel entre les points photosensibles et les registres 2 ce qui 3 2553920 permet une nouvelle intégration de charges signal dans les photodiodes Pendant ce temps, les registres 2 réalisent le décalage des charges contenues dans chaque étage vers le registre de lecture 3 qui transfert lesdites charges vers un étage de lecture entre chaque transfert en provenance des registres 2. Toutefois, avec ce mode de fonctionnement, on observe un phénomène de rémanence important d O au fait que le transfert des charges signal des photodiodes vers les registres 2 se termine en faible inversion comme cela sera expliqué de manière détaillée avec 10 référence à la figure 3. La figure 3 est une courbe de transfert de la charge signal Q 5 stockée dans une photodiode P vers le registre CCD 2 correspondant Elle traduit l'évolution de cette charge en fonction du temps Cette courbe comporte une partie sensiblement verticale 15 correspondant à un transfert en forte inversion, puis un coude et enfin une partie sensiblement horizontale correspondant à un transfert en faible inversion. On suppose avoir intégré une quantité de charges QS dans une photodiode P On se trouve donc sur la caractéristique Q(t) de la 20 figure 3 au point) du fait de la charge résiduelle Qr restant dans la photodiode Comme la capacité de la photodiode est très faible, le point O se trouve positionné dans la zone de forte inversion. Après le temps de lecture TL la charge Q 5 a été transférée dans le registre 2 Le point de fonctionnement de la photodiode se trouve au 25 point ( de la caractéristique, c'est-à-dire dans le coude de la caractéristique, et la photodiode ne renferme plus que la charge résiduelle Qr' Dans ce cas le transfert de la charge signal Q 5 a été efficace car il s'est effectué en forte inversion Lors de la trame suivante, si l'objet lumineux ne s'est pas déplacé, une nouvelle 30 charge QS a été intégrée dans la photodiode Elle est de nouveau transférée et la charge de la photodiode évolue ainsi entre les deux points d'équilibre ( et ( Toutefois, si l'objet lumineux s'est déplacé et si la photodiode considérée ne reçoit plus d'information lumineuse, à la lecture de la trame suivante effectuée en un temps TL, la charge de la photodiode évolue du point () vers le point { il en résulte donc une lecture d'informations parasites Q'5 Si l'absence d'éclairement se poursuit, on observe alors une évolution du point) vers le point avec la lecture d'une charge parasite Q"S et ainsi de suite jusqu'à ce que le courant de faible inversion soit équilibré par le courant d'obscurité de la photodiode La lecture des charges Q'5, Q"S constitue donc le phénomène de rémanence Ce phénomène est particulièrement gênant à bas niveau de lumière, car dans ce cas les 10 charges Q'S' Q" 5 ont une amplitude du même ordre de grandeur que le signa L La présente invention a donc pour but de remédier à cet inconvénient en proposant un procédé d'analyse d'un dispositif photosensible du type interligne qui permet de réduire de façon impor15 tante le phénomène de rémanence. En conséquence, la présente invention a pour objet un procédé d'analyse d'un dispositif photosensible à structure interligne, ce dispositif comportant une matrice photosensible de N colonnes de M points photosensibles, chaque point photosensible d'une même colon20 ne étant connecté à un étage d'un registre à décalage à transfert de charge qui assure le transfert des charges des points photosensibles vers un registre de lecture perpendiculaire au registre à décalage caractérisé en ce que le transfert des charges signal des points photosensibles vers les étages correspondants des registres à déca25 lage est réalisé en superposant aux charges signal au niveau des points photosensibles une charge d'entrainement au moins suffisante pour permettre de passer en forte inversion au début du transfert D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaitront à la lecture de la description d'un mode de réalisation 30 donné à titre d'exemple non limitatif, faite avec référence aux dessins ci-annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue en plan de dessus d'un dispositif photosensible à structure interligne selon l'art antérieur, les figures 2 (a) et 2 (b) sont respectivement une vue en coupe par II-II de figure 1 et un schéma expliquant son fonctionnement, la figure 3 est une courbe montrant comment s'effectue le transfert des charges signal des photodiodes vers les registres à décalage analogiques correspondants, la figure 4 est une vue en plan de dessus d'un dispositif photosensible à structure interligne conforme à la présente invention, les figures 5 (a) et 5 (b) sont respectivement une vue en coupe par V-V de figure 4 et un schéma expliquant son fonctionnement, la figure 6 est une courbe montrant comment s'effectue avec le procédé conforme à la présente invention le transfert des charges signal des photodiodes vers les registres à décalage analogiques correspondants. Sur les différentes figures, les mêmes références désignent les 15 mêmes éléments, mais pour des raisons de clarté les cotes et proportions des divers éléments ne sont pas respectées. Dans l'introduction de la présente demande, on a mis en évidence que le procédé d'analyse d'un dispositif photosensible à structure interligne habituellement utilisé présente l'inconvénient 20 d'avoir un phénomène de rémanence important dû aux charges parasites lors du passage en faible éclairement Conformément à la présente invention, on propose de résoudre ce problème en utilisant une charge d'entrainement Q O qui vient se superposer à la charge signal QS intégrée dans les photodiodes La 25 figure 4 représente une vue en plan d'un dispositif photosensible à structure interligne qui a été modifié pour permettre l'injection de cette charge d'entrainement Q O sur les photodiodes conformément au procédé de la présente invention. Comme représenté sur la figure 4, un registre analogique 6, de 30 préférence un registre à transfert de charge de type CCD, est prévu parallèlement au registre de lecture mais à l'autre extrémité des registres CCD Z Ce registre 6 à entrée série et sorties parallèles permet d'injecter la charge d'entrainernent Q 0 vers les registres CCD 2 à travers une grille de passage G'p comme cela sera expliqué en détail ci-après. D'autre part, comme représenté sur la figure 5 (a) une grille de passage G"p est prévue entre les photodiodes d'une même colonne et le registre CCD 2 correspondant Dans ce cas, le registre CCD 2 peut être du type à transfert en surface ou transfert en volume. Conformément au procédé de la présente invention, la charge Q O est injectée dans le registre CCD 6 pendant le temps de lecture du registre de lecture 3 Ensuite, lors du transfert des charges signal des registres analogiques 2 vers le registre de lecture 3, la grille de 10 passage G'p est portée à un niveau haut et les charges Q O se trouvant au niveau de chaque sortie du registre CCD 6 sont transférées de ce registre vers le premier étage des registres 2. Une fois réalisée la lecture des charges signal intégrées précédemment, la grille G"p est portée à un niveau haut comme 15 représenté sur la figure 5 (b) tandis que la phase OCCD appliquée sur les registres 2 est au niveau bas De ce fait la charge Q O est transférée sur la photodiode o elle vient se superposer à la charge signal QS stockée dans cette photodiode Ensuite la phase du registre à décalage 2 est portée au niveau haut, ce qui provoque le 20 transfert de l'ensemble charge signal-charge d'entrainement (Q 0 + QS) vers le registre CCD 2. La grille G"p est alors ramenée au niveau bas et une nouvelle intégration de charges a lieu pendant le temps de lecture des charges (Q O + QS) On expliquera maintenant avec référence à la figure 6 comment l'utilisation d'une charge d'entrainement Q O permet de réduire l'effet de rémanence. La caractéristique de transfert représentée à la figure 6 comporte, comme la caractéristique de transfert de la figure-3, une 30 partie verticale correspondant à un transfert en forte inversion, une partie incurvée et une partie horizontale correspondant à un transfert en faible inversion Lorsqu'aucune charge lumineuse n'est intégrée dans la photodiode la charge de la photodiode évolue lors de chaque transfert entre Qr + Q O et Q r à savoir entre les points ( et 7 2553920 ( sur la caractéristique de la figure 6 avec transfert à chaque trame de la charge constante Q 0. Si la photodiode intègre une charge QS, au début du transfert la charge QS + Q O + Qr se trouve stockée dans la photodiode Cette charge correspond au point O 9 sur la caractéristique de la figure 6. Après un temps de transfert TL, la charge se retrouve au point de la caractéristique, point qui est légèrement différent du point obtenu en l'absence d'éclairement Ce point Q correspond à une charge résiduelle Q'r. En fait, l'erreur (Q'r Qr) = Q 5 qui est lue comme rémanence à la trame suivante est proportionnelle au rapport des pentes entre les points () et) En effet, _ QS peut aussi s'exprimer en fonction de Q'(T 2) qui est la pente de la caractéristique au point (: QS =/A T Q,(T 2) ( 1) o A T est la projection du segment 4 2 sur l'axe des temps. La projection du segment 1 3 sur l'axe des temps égale aussi à T d'o la relation suivante faisant intervenir a T: Q$ = A T Q'(TI) ( 2) o Q'(T 1) est la pente de la caractéristique au point( L'efficacité de transfert s'exprime donc à l'aide des relations ( 1) et ( 2) en fonction du rapport des pentes de la caractéristique aux points (ô et (I): = Q'(T 2)/Q'(T 1) En conséquence si la charge d'entrainement Q O est suffisante 25 pour atteindre la forte inversion, le terme ú peut être de l'ordre de -3 Ainsi l'effet de rémanence se trouve considérablement réduit En conséquence, l'amplitude minimum de la charge d'entrainement Q O doit être telle qu'elle permette de passer en forte inversion au début du transfert des photodiodes vers les registres 2 30 même s'il n'y a pas de charge signal à transférer Toutefois, puisque la capacité des photodiodes est faible, la quantité de charges Q O peut être relativement petite De manière spécifique, la quantité de charges Q O peut être choisie pour être comprise entre Q 53 max et 30 QS max Il est évident pour l'homme de l'art que le dispositif de la figure 4 représente un mode de réalisation de l'injection des charges d'entrainement QO conformément au procédé de la présente invention mais que cette injection peut être réalisée à l'aide de dispositif différent de celui de la figure 4. Ainsi avec le procédé de la présente invention, on peut assurer un transfert efficace des charges des photodiodes vers les registres CCD 2 en réduisant au maximum le phénomène de rémanence. REVENDICATIONS 1 Un procédé d'analyse d'un dispositif photosensible à structure interligne, ce dispositif comportant une matrice photosensible( 1) de N colonnes de M points photosensibles (P), chaque point photosensible d'une même colonne étant connecté à un étage d'un 5 registre à décalage ( 2) à transfert de charge qui assure le transfert des charges des points photosensibles (P) vers un registre de lecture ( 3) perpendiculaire aux registres à décalage ( 2), caractérisé en ce que le transfert des chargessignal (Qs) des points photosensibles (P) vers les étages correspondants des registres à décalage ( 2) est 10 réalisé en superposant aux chargessignal au niveau des points photosensibles une charge d'entraînement (Q 0) au moins suffisante pour permettre de passer en forte inversion au début du transfert 2 Un procédé d'analyse selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: ( 1) injection dans chaque étage des registres à décalage ( 2), pendant le temps de lecture de la trame précédente, de la charge d'entrainement (Qo), ( 2) transfert de la charge d'entrainement (Q 0) des registres à décalage ( 2) vers les points photosensibles (P) o elle se superpose 20 aux charges-signal (QS), ( 3) transfert de l'ensemble charge signal-charge d'entrainement (Q O + Q 5) des points photosensibles (P) vers les registres à décalage ( 2) pour être lu selon le procédé usue L 3 Un procédé selon l'une quelconque des revendications I à 2, 25 caractérisé en ce que la charge d'entrainement (Q 0) a une valeur inférieure à QS max dans laquelle QS max correspond à la valeur 10 maximale des charges-signa L 4 Un dispositif photosensible du type interligne pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 30 3, caractérisé en ce qu'il comporte de plus un moyen pour injecter la charge d'entrainement (Q 0) dans les registres à décalage ( 2) et des moyens pour transférer la charge d'entrainement (Q 0) des registres 2553920 ( 2) vers les photodiodes (P) à la fin du temps d'intégration. Un dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le moyen pour injecter la charge d'entrainement (Qo) dans les registres à décalage ( 2) est constitué par un registre à décalage 5 analogique à entrée série et sorties parallèles, dont chaque sortie est connectée à l'entrée d'un registre à décalage ( 2) par l'intermédiaire d'une grille de passage G"p. 6 Un dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le moyen pour transférer la charge d'entrainement (Q 0) d'un registre 10 ( 2) vers les photodiodes correspondantes (P) est constitué par une grille de passage (G"p) portée à un niveau haut pendant le temps de transfert des charges du registre ( 2) vers les photodiodes (P) et viceversa.