BR102015015323A2

BR102015015323A2 - dispositivo de conversão fotoelétrica e sistema de formação de imagem

Info

Publication number: BR102015015323A2
Application number: BR102015015323A
Authority: BR
Inventors: Hidekazu Takahashi; Kazuaki Tashiro; Noriyuki Kaifu
Original assignee: Canon Kk
Priority date: 2014-07-11
Filing date: 2015-06-24
Publication date: 2016-05-31
Also published as: JP6395482B2; CN105261624B; RU2015127490A; EP2966857A1; US9571768B2; US20160014364A1; US20170111601A1; RU2611209C2; CN105261624A; JP2016021611A; EP2966857B1; US9826181B2

Abstract

dispositivo de conversão fotoelétrica e sistema de formação de imagem. um dispositivo de conversão fotoelétrica de acordo com uma modalidade exemplar inclui um pixel que inclui uma unidade de conversão fotoelétrica, um transistor de reinicialização e um transistor amplificador que dá saída a um sinal a partir da unidade de conversão fotoelétrica. a unidade de conversão fotoelétrica inclui um primeiro eletrodo, um segundo eletrodo, uma camada de conversão fotoelétrica e uma camada isolante disposta entre a camada de conversão fotoelétrica e o segundo eletrodo. a unidade de conversão fotoelétrica alternadamente realiza uma operação de acumulação e uma operação de descarga de acordo com a tensão entre o primeiro eletrodo e o segundo eletrodo. em um período entre duas operações de descarga consecutivas entre uma pluralidade de operações de descarga, uma operação de reinicialização na qual o transistor de reinicialização ajusta a tensão sobre o segundo eletrodo é realizada uma pluralidade de vezes.

Description

“DISPOSITIVO DE CONVERSÃO FOTOELÉTRICA E SISTEMA DE FORMAÇÃO DE IMAGEM” FUNDAMENTO DA INVENÇÃO CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] A apresente divulgação é relativa a um dispositivo de conversão fotoelétrica e um sistema de formação de imagem.

DESCRIÇÃO DA TÉCNICA RELACIONADA

[0002] Dispositivos de conversão fotoelétrica de tipo (MIS) semicondutor isolador de metal foram propostos como dispositivos de conversão fotoelétrica utilizados para sensores de imagem de câmeras. Em um dispositivo de conversão fotoelétrica ilustrado na figura 1 na WO 2012/004923 (daqui em diante referida como a “Literatura de Patente 1”), um eletrodo transparente é disposto no topo de um filme de conversão fotoelétrica e um eletrodo pixel é disposto abaixo do filme de conversão fotoelétrica. Um filme isolante é disposto entre o filme de conversão fotoelétrica e o eletrodo pixel. A Literatura de Patente 1 descreve possibilitar uma amostragem dupla correlacionada com a configuração descrita acima conseguindo uma redução em ruído.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0003] Um dispositivo de conversão fotoelétrica de acordo com uma modalidade exemplar, inclui uma unidade de conversão fotoelétrica que inclui um primeiro eletrodo, um segundo eletrodo, uma camada de conversão fotoelétrica disposta entre o primeiro eletrodo e o segundo eletrodo, e uma camada isolante disposta entre a camada de conversão fotoelétrica e o segundo eletrodo. O dispositivo de conversão fotoelétrica inclui uma unidade de amplificação conectada eletricamente ao segundo eletrodo e configurada para dar saída a um sinal gerado pela unidade de conversão fotoelétrica e uma unidade de reinicialização configurada para ajustar uma tensão sobre o segundo eletrodo. O dispositivo de conversão fotoelétrica realiza alternadamente uma operação de acumulação para acumular carga de sinal na unidade de conversão fotoelétrica e uma operação de descarga para descarregar a carga de sinal acumulada na operação de acumulação a partir da unidade de conversão fotoelétrica de acordo com uma tensão entre o primeiro eletrodo e o segundo eletrodo. Em um período desde uma primeira operação de descarga até uma segunda operação de descarga subsequente à primeira operação de descarga entre uma pluralidade de operações de descarga obtidas como resultado de realizar a operação de descarga uma pluralidade de vezes, a unidade de reinicialização realiza uma primeira operação de reinicialização para ajustar a tensão sobre o segundo eletrodo, e uma segunda operação de reinicialização para ajustar a tensão sobre o segundo eletrodo depois da primeira operação de reinicialização.

[0004] Outros aspectos da presente invenção se tornarão evidentes a partir da descrição a seguir de modalidades tomadas como exemplo com referência aos desenhos anexos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0005] A figura 1A é um diagrama esquemático da configuração de um Pixel de um dispositivo de conversão fotoelétrica de acordo com uma primeira modalidade exemplar, as figuras 1B e 1C são diagramas que ilustram circuitos equivalentes de uma unidade de conversão fotoelétrica do dispositivo de conversão fotoelétrica.

[0006] A figura 2 é um diagrama esquemático da configuração global do dispositivo de conversão fotoelétrica.

[0007] A figura 3 é um diagrama que ilustra um circuito equivalente de um circuito de coluna do dispositivo de conversão fotoelétrica.

[0008] A figura 4 é um diagrama esquemático da estrutura plana do dispositivo de conversão fotoelétrica.

[0009] As figuras 5A e 5B são diagramas esquemáticos da estrutura de seção transversal do dispositivo de conversão fotoelétrica.

[0010] As figuras 6A até 6F são diagramas esquemáticos do potencial da unidade de conversão fotoelétrica do dispositivo de conversão fotoelétrica.

[0011] A figura 7 é um diagrama que ilustra uma carta de temporização de sinais de acionamento utilizados no dispositivo de conversão fotoelétrica.

[0012] A figura 8 é um diagrama esquemático da configuração de um pixel de um dispositivo de conversão fotoelétrica de acordo com uma segunda modalidade exemplar.

[0013] A figura 9 é um diagrama esquemático da configuração global do dispositivo de conversão fotoelétrica.

[0014] A figura 10 é um diagrama esquemático da estrutura plana do dispositivo de conversão fotoelétrica.

[0015] A figura 11 é um diagrama esquemático da estrutura de seção transversal do dispositivo de conversão fotoelétrica.

[0016] As figuras 12A até 12F são diagramas esquemáticos do potencial de uma unidade de conversão fotoelétrica do dispositivo de conversão fotoelétrica.

[0017] A figura 13 é um diagrama que ilustra uma carta de temporização de sinais de acionamento utilizados no dispositivo de conversão fotoelétrica.

[0018] A figura 14 é um diagrama esquemático da configuração de um pixel de um dispositivo de conversão fotoelétrica de acordo com uma terceira modalidade exemplar.

[0019] A figura 15 é um diagrama que ilustra uma carta de temporização de sinais de acionamento utilizados no dispositivo de conversão fotoelétrica.

[0020] A figura 16 é um diagrama esquemático da configuração de um pixel de um dispositivo de conversão fotoelétrica de acordo com uma quarta modalidade exemplar.

[0021] A figura 17 é um diagrama que ilustra uma carta de temporização de sinais de acionamento utilizados no dispositivo de conversão fotoelétrica.

[0022] A figura 18 é um diagrama esquemático da configuração de um pixel de um dispositivo de conversão fotoelétrica de acordo com uma quinta modalidade exemplar.

[0023] A figura 19 é um diagrama que ilustra uma carta de temporização de sinais de acionamento utilizados no dispositivo de conversão fotoelétrica.

[0024] A figura 20 é um diagrama esquemático da configuração de um pixel de um dispositivo de conversão fotoelétrica de acordo com uma sexta modalidade exemplar.

[0025] A figura 21 é um diagrama de blocos de um sistema de formação de imagem de acordo com uma sétima modalidade exemplar.

DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES

[0026] Algumas modalidades tomadas como exemplo possibilitam uma redução no efeito do componente de sinal no quadro precedente.

[0027] Por exemplo, uma faixa dinâmica pode ser reduzida devido ao efeito do componente de sinal no quadro precedente. De acordo com a Literatura de Patente 1 antes que a acumulação de carga de sinal seja iniciada tensão alta é aplicada a um eletrodo transparente para descarregar a carga de sinal no filme de conversão fotoelétrica. Neste momento um transistor de ajustamento é mantido em um estado desligado. Assim, quando a acumulação de carga de sinal é iniciada o componente de sinal no quadro precedente é ainda deixado em um nó de entrada de uma unidade de amplificação que inclui um eletrodo de pixel. Isto torna difícil aplicar uma tensão suficiente a um filme de conversão fotoelétrica, o que pode provocar uma redução na quantidade de carga de sinal que pode ser acumulada no filme de conversão fotoelétrica, isto é, a quantidade de saturação de carga elétrica. Existe também uma possibilidade que a tensão sobre o nó de entrada da unidade de amplificação possa ir além da faixa dentro da qual as características de entrada/saída da unidade de amplificação podem ser mantidas de maneira apropriada. Em qualquer caso, uma faixa dinâmica pode ser reduzida [0028] Consequentemente, algumas modalidades tomadas como exemplo fornecem um dispositivo de conversão fotoelétrica que possibilita um melhoramento em faixa dinâmica.

[0029] Uma modalidade da presente invenção fornece um dispositivo de conversão fotoelétrica. Um pixel incluído no dispositivo de conversão fotoelétrica inclui uma unidade de conversão fotoelétrica e uma unidade de amplificação que amplifica o sinal gerado pela unidade de conversão fotoelétrica. O dispositivo de conversão fotoelétrica pode incluir uma pluralidade de pixels. Neste caso, o dispositivo de conversão fotoelétrica é, por exemplo, um sensor de imagem. Alternadamente, o dispositivo de conversão fotoelétrica pode então ler apenas um pixel. Neste caso, o dispositivo de conversão fotoelétrica é, por exemplo, um sensor ótico. Na figura 1a, um pixel 100, uma unidade de conversão fotoelétrica 101 e um transistor amplificador 104 estão ilustrados à guisa de exemplo.

[0030] A unidade de conversão fotoelétrica inclui um primeiro eletrodo, um segundo eletrodo, uma camada de conversão fotoelétrica disposta entre o primeiro eletrodo e o segundo eletrodo, e uma camada isolante é disposta entre a camada de conversão fotoelétrica e o segundo eletrodo. Na figura 1A um primeiro eletrodo 201, uma camada de conversão fotoelétrica 205, uma camada isolante 207, um segundo eletrodo 209, estão ilustrados à guisa de exemplo.

[0031] O segundo eletrodo é conectado eletricamente à unidade de amplificação. Esta configuração possibilita que a unidade de amplificação dê saída a um sinal gerado pela unidade de conversão fotoelétrica. O segundo eletrodo e a unidade de amplificação podem ser curto-circuitadas. Alternadamente, um comutador pode ser disposto em um trajeto elétrico entre o segundo eletrodo e a unidade de amplificação. Na figura 1A um nó B que indica uma conexão elétrica entre o segundo eletrodo e a unidade de amplificação está ilustrado à guisa de exemplo. O nó B é configurado para ser capaz de ser trazido ou ajustado para um estado eletricamente flutuante. Devido ao nó B ser trazido para um estado eletricamente flutuante a tensão sobre o nó B pode mudar de acordo com a carga elétrica gerada na unidade de conversão fotoelétrica. Consequentemente, um sinal que corresponde à carga elétrica gerada na unidade de conversão fotoelétrica pode ser introduzido para a unidade de amplificação.

[0032] O dispositivo de conversão fotoelétrica ainda inclui uma unidade de reinicialização que ajusta a tensão sobre o segundo eletrodo. A unidade de reinicialização é, por exemplo, um transistor de reinicialização conectado eletricamente ao segundo eletrodo. Na figura 1A um transistor de reinicialização102 está mostrado à guisa de exemplo. A unidade de reinicialização é controlada de modo que um estado ligado e um estado desligado da unidade de reinicialização são comutados. Ligar a unidade de reinicialização permite à tensão sobre o segundo eletrodo ser reinicializada para uma tensão predeterminada (daqui em diante referida como a ‘tensão reinicializada”). Um comutador pode ser disposto em um trajeto elétrico entre a unidade de reinicialização e o segundo eletrodo.

[0033] O dispositivo de conversão fotoelétrica realiza uma operação de acumulação para acumular carga de sinal gerada por luz incidente na unidade de conversão fotoelétrica e uma operação de descarga para descarregar a carga de sinal acumulada na operação de acumulação a partir da unidade de conversão fotoelétrica. Ajustar o segundo eletrodo para um estado eletricamente flutuante quando a operação de descarga é realizada, resulta em uma mudança na tensão sobre o segundo eletrodo de acordo com a quantidade de carga de sinal descarregada na operação de descarga. Consequentemente, reinicializando a tensão sobre o segundo eletrodo e então realizando a operação de descarga, um sinal que corresponde à quantidade de carga de sinal descarregada, pode ser obtido.

[0034] Nesta modalidade a unidade de conversão fotoelétrica realiza a operação de acumulação descrita acima e a operação de descarga descrita acima de acordo com a tensão entre o primeiro eletrodo e o segundo eletrodo (daqui em diante de referida como a tensão inter-eletrodos). A tensão inter-eletrodos entre o primeiro eletrodo e o segundo eletrodo se refere à diferença entre o potencial elétrico do primeiro eletrodo e o potencial elétrico do segundo eletrodo. Nesta especificação, tensões diferentes da tensão inter-eletrodos se refere a tensões com relação à tensão sobre um nó aterrado como uma referência (0 V) a menos que descrito de outra maneira.

[0035] Para realizar de maneira seletiva a operação de acumulação e a operação de descarga, a tensão inter-eletrodos é controlada de modo que a tensão inter-eletrodos tem polaridades opostas. Por exemplo, o dispositivo de conversão fotoelétrica que acumula furos como carga de sinal realiza a operação de acumulação controlando a tensão inter-eletrodos de modo que a tensão sobre os eletrodo é mais elevada do que a tensão sobre o segundo eletrodo. O dispositivo de conversão fotoelétrica então realiza a operação de descarga controlando a tensão inter-eletrodos de modo que a tensão sobre o primeiro eletrodo é mais baixa do que a tensão sobre o segundo eletrodo. Um dispositivo de conversão fotoelétrica que acumula elétrons quando realiza carga de sinal, realiza a operação de acumulação controlando a tensão inter-eletrodos de modo que a tensão sobre o primeiro eletrodo é mais baixa do que a tensão sobre o segundo eletrodo. O dispositivo de conversão fotoelétrica então realiza a operação de descarga controlando a tensão inter-eletrodos de modo que a tensão sobre o primeiro eletrodo é mais alta do que a tensão sobre o segundo eletrodo.

[0036] Em algumas modalidades a tensão inter-eletrodos pode ser controlada controlando a tensão sobre o primeiro eletrodo. Em algumas outras modalidades a tensão inter-eletrodos pode ser controlada controlando a tensão sobre um segundo nó acoplado de maneira capacitiva por meio de um primeiro capacitor um primeiro nó. O primeiro nó é configurado para incluir o segundo eletrodo ou conectado ao segundo eletrodo por meio de um comutador.

[0037] A unidade de conversão fotoelétrica alternadamente realiza a operação de acumulação e operação de descarga descritas acima. A operação de descarga é realizada uma pluralidade de vezes e a operação de acumulação é realizada uma pluralidade de vezes. Entre a operação de descarga realizada uma pluralidade de vezes, duas operações de descarga consecutivas com uma única operação de acumulação entre elas, são referidas como uma primeira operação de descarga e uma segunda operação de descarga subsequente a primeira operação de descarga (referida simplesmente como a “segunda operação de descarga”), para conveniência. Em um período desde a primeira operação de descarga até a segunda operação de descarga a unidade de reinicialização realiza uma primeira operação de reinicialização e uma segunda operação de reinicialização que é realizada depois da primeira operação de reinicialização. Em cada uma da primeira e segunda operações de reinicialização, a tensão sobre o segundo eletrodo é reinicializada para a tensão de reinicialização. A primeira operação de reinicialização é realizada antes que a única operação de acumulação entre a primeira e a segunda operação de descarga seja iniciada, ou é realizada durante a única operação de acumulação. Em adição, pelo menos a segunda operação de reinicialização é realizada dentro de um período durante o qual a única operação de acumulação é realizada.

[0038] Esta configuração permite um melhoramento na faixa dinâmica. Através da primeira operação de reinicialização o componente de sinal baseado na carga de sinal acumulada dentro do período de acumulação precedente é removida de um nó que inclui o segundo eletrodo. Isto possibilita uma tensão inter-eletrodos suficiente ser aplicada à unidade de conversão fotoelétrica, resultando em um aumento na quantidade de saturação de carga elétrica na unidade de conversão fotoelétrica. Consequentemente, uma faixa dinâmica pode ser melhorada.

[0039] No que segue, modalidades tomadas como exemplo da presente invenção serão descritas em detalhe com referência aos desenhos. A presente invenção não está limitada a tais modalidades que seguem tomadas como exemplo. Uma modificação na qual a configuração das modalidades tomadas como exemplo a seguir, é parcialmente modificada sem se afastar do escopo da presente invenção também constitui uma modalidade exemplar da presente invenção. Além disto, um exemplo no qual parte da configuração de qualquer uma das modalidades tomadas como exemplo que seguem é adicionada a outra modalidade exemplar, ou um exemplo no qual parte da configuração de qualquer uma das modalidades tomadas como exemplo que seguem é substituída por parte da configuração de outra modalidade exemplar, também constituem uma modalidade exemplar da presente invenção.

PRIMEIRA MODALIDADE EXEMPLAR

[0040] A figura 1A ilustra de maneira esquemática uma configuração de um pixel 100 de um dispositivo de conversão fotoelétrica de acordo com esta modalidade exemplar. O pixel 100 inclui uma unidade de conversão fotoelétrica 101, um transistor de reinicialização 102, um primeiro capacitor 103, um transistor amplificador 104 e um transistor de seleção 105. Embora somente um pixel 100 esteja ilustrado na figura 1A, o dispositivo de conversão fotoelétrica de acordo com esta modalidade exemplar inclui uma pluralidade de pixels 100. Na figura 1A, além disto, a estrutura de seção transversal da unidade de conversão fotoelétrica101 está ilustrada de maneira esquemática.

[0041] A unidade de conversão fotoelétrica 101 inclui um primeiro eletrodo 201, uma camada de bloqueio 203, uma camada de conversão fotoelétrica 205, uma camada isolante 207 e um segundo eletrodo 209. O primeiro eletrodo 201 é incluído em um nó A ilustrado na figura 1A. O segundo eletrodo 209 é incluído em um nó B ilustrado na figura 1A. O primeiro eletrodo 201 é conectado a uma unidade de suprimento de tensão 110. A unidade de suprimento de tensão 110 supre uma pluralidade de tensões Vs para o primeiro eletrodo 201 da unidade de conversão fotoelétrica 101. Esta configuração possibilita acumulação de carga de sinal na unidade de conversão fotoelétrica 101 e descarga da carga de sinal a partir da unidade de conversão fotoelétrica 101. A descarga da carga de sinal é realizada para ler um sinal gerado pela unidade de conversão fotoelétrica 101.

[0042] A unidade de suprimento de tensão 110 supre pelo menos uma primeira tensão Vs1 e uma segunda tensão Vs2 diferente da primeira tensão Vs1 para o primeiro eletrodo 201 da unidade de conversão fotoelétrica 101. Se cargas de sinal são furos, a segunda tensão Vs2 é uma tensão mais baixa do que a primeira tensão Vs1. Se cargas de sinal são furos, por exemplo, a primeira tensão Vs1 é igual a 5 V, e a segunda tensão Vs2 é igual a 0 V. Se as cargas de sinal são elétrons, a segunda tensão Vs2 é uma tensão mais alta do que a primeira tensão Vs1. Se cargas de sinal são elétrons, por exemplo, a primeira tensão Vs1 é igual a 0 V e a segunda tensão Vs2 é igual a 5 V. Nesta especificação a tensão sobre um nó aterrado é 0 V como uma referência, a menos que descrito de outra maneira.

[0043] O nó B ilustrado na figura 1A inclui uma porteira do transistor amplificador 104. O transistor amplificador 104 é uma unidade de amplificação e a porteira do transistor amplificador 104 é um nó de entrada da unidade de amplificação. Isto é, o segundo eletrodo 209 da unidade de conversão fotoelétrica 101 é conectado eletricamente à unidade de amplificação. Esta configuração possibilita que a unidade de amplificação amplifique e dê saída a um sinal gerado pela unidade de conversão fotoelétrica 101.

[0044] O segundo eletrodo 209 é conectado eletricamente a um primeiro terminal do primeiro capacitor 103. Nesta modalidade exemplar, o primeiro terminal do primeiro capacitor 103 é incluído no nó B. Isto é, o segundo eletrodo 209 e o primeiro terminal do primeiro capacitor 103 são curto-circuitados. Um segundo terminal do primeiro capacitor 103 é incluído em um nó C. O segundo terminal é acoplado de maneira capacitiva ao primeiro terminal. Em outras palavras, o nó C é acoplado de maneira capacitiva ao nó B por meio do primeiro capacitor 103. Uma tensão predeterminada é suprida para o segundo terminal (o nó C) do primeiro capacitor 103. Nesta modalidade exemplar, o segundo terminal (o nó C) do primeiro capacitor 103 é aterrado. Isto é, uma tensão de 0 V é suprida para o segundo terminal do primeiro capacitor 103.

[0045] Um dreno do transistor de reinicialização102 é conectado a um nó ao qual uma tensão de reinicialização Vres é suprida. Uma fonte do transistor de reinicialização 102 é conectada ao segundo eletrodo 209 da unidade de conversão fotoelétrica 101 e à porteira do transistor amplificador 104. Esta configuração possibilita que o transistor de reinicialização 102 reajuste a tensão sobre o nó B para a tensão de reinicialização Vres. Isto é, o transistor de reinicializaçãol 02 é uma unidade de reinicialização que ajusta a tensão sobre o segundo eletrodo 209. Desligar o transistor de reinicializaçãol02 traz o nó B configurado para incluir o segundo eletrodo 209 da unidade de conversão fotoelétrica 101 para um estado eletricamente flutuante.

[0046] Nesta modalidade exemplar, uma relação de magnitude entre a tensão Vs suprida para o primeiro eletrodo 201 da unidade de conversão fotoelétrica 101 e a tensão de reinicialização Vres é controlada para acumular carga de sinal na unidade de conversão fotoelétrica 101 e para descarregar a carga de sinal a partir da unidade de conversão fotoelétrica 101. A tensão de reinicialização Vres é um valor intermediário entre a primeira tensão Vs1 e a segunda tensão Vs2 . Por exemplo, ser cargas de sinal são furos, a tensão de reinicialização Vres é uma tensão mais baixa do que a primeira tensão Vs1 e mais alta do que a segunda tensão Vs2 . Se cargas de sinal são elétrons, a tensão de reinicialização Vres é uma tensão mais alta do que a primeira tensão Vs1 e mais baixa do que a segunda tensão Vs2, Nesta modalidade exemplar, a tensão de reinicialização Vres é igual a 3,3 V. A tensão de reinicialização Vres é mais baixa do que uma tensão de suprimento de energia e é mais alta do que uma tensão a ser suprida para o nó aterrado.

[0047] Um dreno do transistor amplificador 104 é conectado a um nó ao qual a tensão de suprimento de energia é suprida. Uma fonte do transistor amplificador 104 é conectada a uma linha de saída 130 por meio do transistor de seleção 105. Uma fonte de corrente 160 é conectada à linha de saída 130. O transistor amplificador 104 e a fonte de corrente 160 formam um circuito seguidor de fonte, e um sinal gerado por meio da unidade de conversão fotoelétrica 101 é saido para a linha de saída 130. Um circuito de coluna 140 é também conectado à linha de saída 130. Um sinal a partir do pixel 100 que é saido para a linha de saída 130 e introduzido para o circuito de coluna 140.

[0048] As figuras 1B e 1C ilustram o exemplo equivalente de diagramas de circuito da unidade de conversão fotoelétrica 101. Nesta modalidade exemplar, a unidade de conversão fotoelétrica 101 inclui uma camada de conversão fotoelétrica configurada para acumular carga de sinal e uma camada isolante. Consequentemente, a unidade de conversão fotoelétrica 101 inclui um componente de capacitância entre o primeiro eletrodo 201 e o segundo eletrodo 209. Nos circuitos equivalentes ilustrados nas figuras 1B e 1C o componente de capacitância está representado como um segundo capacitor 111 disposto entre o primeiro eletrodo 201 e o segundo eletrodo 209 da unidade de conversão fotoelétrica 101. A figura 1B ilustra uma modalidade exemplar na qual a unidade de conversão fotoelétrica 101 inclui uma camada de bloqueio. Assim, a camada de bloqueio e a camada de conversão fotoelétrica são ilustradas utilizando o símbolo de circuito de um diodo 112. A figura 1C ilustra uma modalidade exemplar na qual uma camada de conversão fotoelétrica não inclui uma camada de bloqueio. Assim, a camada de conversão fotoelétrica é ilustrada utilizando o símbolo de circuito de um resistor 113. A estrutura da unidade de conversão fotoelétrica 101 está descrita abaixo.

[0049] A figura 2 é um diagrama esquemático de uma configuração de circuito global do dispositivo de conversão fotoelétrica de acordo com esta modalidade exemplar. Porções que têm substancialmente as mesmas funções como aquelas na figura 1A recebem os mesmos numerais.

[0050] A figura 2 ilustra 16 pixels 100 arranjados em uma matriz de quatro fileiras e quatro colunas. Uma pluralidade de pixels 100 incluídos em cada coluna são conectados a uma linha de saída 130. Um circuito acionador de fileira 120 supre um sinal de acionamento pRES e um sinal de acionamento pSEL para os pixels 100. O sinal de acionamento pRES é suprido para as porteiras dos transistores de reinicialização 102. O sinal de acionamento pSEL é suprido para as porteiras dos transistores de seleção 105. Os transistores de reinicialização102 e os transistores de seleção 105 são controlados por meio dos sinais de acionamento descritos acima. Uma pluralidade de pixels 100 incluída em cada fileira são conectados a uma linha de sinal de acionamento comum. A linha de sinal de acionamento é uma linha de fiação que transmite o sinal de acionamento pRES, o sinal de acionamento pSEL, e similares. Na figura 2, sinais que indicam fileiras tal como (n) e (n+1) são designados para distinguir sinais de acionamento a serem supridos para diferentes fileiras. O mesmo se aplica aos outros desenhos.

[0051] A figura 2 ilustra de maneira esquemática a estrutura plana dos primeiros eletrodos 201 das unidades de conversão fotoelétrica 101. Como ilustrado na figura 2, as unidades de conversão fotoelétrica 101 de uma pluralidade de pixels 100 incluídos em cada fileira, são configuradas para incluir um primeiro eletrodo comum 120. Como descrito acima, a unidade de suprimento de tensão 110 supre uma tensão Vs para os primeiros eletrodos 201. Nesta modalidade exemplar, um primeiro eletrodo 201 é disposto para cada fileira. Assim, o circuito de acionamento de fileiras 120 seleciona uma fileira para qual a tensão Vs é suprida a partir da unidade de suprimento de tensão 110. Sinais que indicam fileiras tais como (n) e (n+1) são designados para distinguir tensões Vs a serem supridas para diferentes fileiras.

[0052] Nesta modalidade exemplar, a configuração descrita acima possibilita que uma pluralidade de pixels 100 sejam acionados fileira por fileira.

[0053] As linhas de saída 130 são conectadas respectivamente aos circuitos de coluna 140. Um circuito acionador de coluna 150 aciona os circuitos de coluna 140 em uma base de coluna por coluna. Especificamente, o circuito de acionamento de coluna 150 supre um sinal de acionamento CSEL para uma pluralidade de circuitos de coluna 140. Sinais que indicam colunas tal como (n) e (n+1) são designados para distinguir sinais de acionamento a serem supridos para diferentes colunas. O mesmo se aplica aos outros desenhos. Isto possibilita que sinais lidos em paralelo para as respectivas fileiras sejam saídos em seqüência para uma unidade de saída 170.

[0054] Os circuitos de colunas 140 serão agora descritos em detalhe. A figura 3 ilustra um circuito equivalente dos circuitos de coluna 140 na n-ésima coluna e na (n+1)-ésima coluna. Os circuitos de coluna 140 nas colunas restantes não estão ilustrados.

[0055] Um sinal sobre cada uma das linhas de saída 130 é amplificado por um amplificador de coluna 301. Um nó de saída do amplificador de coluna 301 é conectado a um capacitor CTS por meio de um comutador S/H 303. O nó de saída do amplificador de coluna 301 também é conectado a um capacitor CTN por meio de um comutador S/H 305. O comutador S/H 303 e o comutador S/H 305 são controlados por meio de um sinal de acionamento pTS e um sinal de acionamento PTN, respectivamente. Esta configuração possibilita que um sinal de ruído que inclui ruído de reinicialização e um sinal ótico a partir de cada um dos pixels 100, seja mantido. Consequentemente, o dispositivo de conversão fotoelétrica de acordo com esta modalidade exemplar possibilita amostragem dupla correlacionada.

[0056] Os capacitores CTS são conectados a uma linha de saída horizontal 311 por meio de comutadores de transferência horizontal 307. Os capacitores CTS são conectados a uma linha de saída horizontal 313 por meio de comutadores de transferência horizontal 309. Os comutadores de transferência horizontal 307 e 309 são controlados por meio do sinal de acionamento CSEL a partir do circuito de acionamento de coluna 150.

[0057] Ambas, a linha de saída horizontal 311 e a linha de saída horizontal 313 são conectadas à unidade de saída 170. A unidade de saída 170 dá saída a uma diferença entre um sinal sobre a linha de saída horizontal 311 e um sinal sobre a linha de saída horizontal 313 para uma unidade de conversão analógica para digital 180. A unidade de conversão analógica para digital 180 converte um sinal analógico de entrada para um sinal digital.

[0058] Cada um dos circuitos de coluna 140 pode ser um circuito de conversão analógico para digital. Neste caso, o circuito de conversão analógico para digital inclui uma unidade de retenção que sustenta um sinal digital tal como uma memória ou um contador. A unidade de retenção sustenta sinais digitais para os quais um sinal de ruído e um sinal ótico são convertidos.

[0059] Em seguida, a estrutura plana e a estrutura em seção transversal de um dispositivo de conversão fotoelétrica de acordo com esta modalidade exemplar, serão descritas. A figura 4 ilustra de maneira esquemática a estrutura em planta do dispositivo de conversão fotoelétrica. As figuras 5A e 5B ilustram de maneira esquemática a estrutura de seção transversal do dispositivo de conversão fotoelétrica. A figura 4 ilustra quatro pixels 100 arranjados em uma matriz de duas fileiras e duas colunas. A seção transversal ilustrada na figura 5A corresponde à seção transversal feita ao longo da linha VA-VA na figura 4. A seção transversal ilustrada na figura 5B corresponde à seção transversal feita ao longo da linha VB-VB na figura 4. Porções tendo substancialmente as mesmas funções que aquelas na figura 1A recebem os mesmos numerais. Observar que para indicar um transistor, um numeral é designado para um seu eletrodo porteira. Além disto, um elemento condutor que forma uma linha de sinal de acionamento recebe o mesmo numeral que um sinal de acionamento suprido para a linha de sinal de acionamento. Por exemplo, um elemento condutor 16 que recebeu o numeral pRES forma uma linha de sinal de acionamento para suprir o sinal de acionamento pRES.

[0060] O dispositivo de conversão fotoelétrica inclui um substrato semicondutor 200. Diversas regiões semicondutoras tal como regiões fonte e regiões dreno de transistores de pixel são dispostas sobre o substrato semicondutor 200. Exemplos de transistores de pixel incluem o transistor de reinicializaçãol 02, o transistor amplificador 104 e o transistor de seleção 105. Eletrodos porteira dos transistores de pixel, e uma pluralidade de camadas de fiação 202 que incluem elementos condutores que formam linhas de fiação são dispostos sobre o substrato semicondutor 200. As unidades de conversão fotoelétrica 101 são dispostas no topo das camadas de fiação 202.

[0061] Como ilustrado na figura 5A e figura 5B a unidade de conversão fotoelétrica 101 de cada um dos pixels 100 inclui o primeiro eletrodo 201 (eletrodo comum), a camada de bloqueio 203, a camada de conversão fotoelétrica 205, a camada isolante 207 e o segundo eletrodo 209 (eletrodo de pixel). A camada de conversão fotoelétrica 205 é disposta entre o primeiro eletrodo 201 e o segundo eletrodo 209. A camada de bloqueio 203 é disposta entre o primeiro eletrodo 201 e a camada de conversão fotoelétrica 205. A camada de bloqueio 203 é fornecida para impedir que carga elétrica do mesmo tipo de condutividade como a carga de sinal acumulada na camada de conversão fotoelétrica 205 seja injetada para a camada de conversão fotoelétrica 205 a partir do primeiro eletrodo 201. A camada isolante 207 é disposta entre a camada de conversão fotoelétrica 205 e o segundo eletrodo 209.

[0062] Como ilustrado na figura 2, os primeiros eletrodos 201 são isolados eletricamente fileira por fileira. Por outro lado, como ilustrado na figura 5A, primeiros eletrodos 201 de uma pluralidade de pixels 100 incluídos em cada fileira são compostos de um elemento condutor comum. Por esta razão, os primeiros eletrodos 200 são também referidos como eletrodos comuns. A estrutura plana dos primeiros eletrodos 201 está ilustrada na figura 2, e os primeiros eletrodos 201 não estão ilustrados na figura 4.

[0063] Como ilustrado na figura 4 e figura 5, o segundo eletrodo 209 de cada um dos pixels 100 é eletricamente isolado dos segundos eletrodos 209 do outro dos pixels 100. Por esta razão os segundos eletrodos 209 são também referidos como eletrodos individuais. A camada de bloqueio 203, a camada de conversão fotoelétrica 205, e a camada isolante 207 são dispostas de maneira contínua através da pluralidade de pixels 100. Assim, a camada de bloqueio 203, a camada de conversão fotoelétrica 205 e a camada isolante 207 não estão ilustradas na figura 4.

[0064] Como ilustrado na figura 4, figura 5A e figura 5B, cada um dos primeiros capacitores 103 inclui um eletrodo superior 211 e um eletrodo inferior 213. O eletrodo superior 211 e o eletrodo inferior 213 faceiam um ao outro com um isolador interposto entre eles. Esta configuração fornece alta flexibilidade de projeto no valor de capacitância do primeiro capacitor 103, pelas razões a seguir. Um processo semicondutor tal como litografia facilita a determinação das formas planas do eletrodo superior 211 e do eletrodo inferior 213. O primeiro capacitor 103 pode ter qualquer outra estrutura. Em outro exemplo, o primeiro capacitor 103 pode ser um capacitor de junção PN que tem um valor de capacitância maior do que um valor predeterminado.

[0065] Além disto, o eletrodo superior 211 e o eletrodo inferior 213 do primeiro capacitor 103 são dispostos em uma camada de fiação mais baixa do que o segundo eletrodo 209 da unidade de conversão fotoelétrica 101. O eletrodo superior 211 e o eletrodo inferior 213 superpõem o primeiro eletrodo 201 ou o segundo eletrodo 209 em vista em planta. Esta configuração pode reduzir o tamanho do pixel 100. Além disto, cada um do eletrodo superior 211 e do eletrodo inferior 203 inclui uma porção que não superpõe o transistor de reinicialização102 ou o transistor amplificador 104.

[0066] Nesta modalidade exemplar, cada um dos primeiros capacitores 103 é, por exemplo, um capacitor (MIM) metal/isolador/metal. Especificamente, o eletrodo superior 211 e o eletrodo inferior 213 são, cada um, compostos de um elemento condutor tal como metal. Alternadamente, cada um dos primeiros capacitores 103 pode ser um capacitor (PIP) poli-Si/isolador/poli-Si. Especificamente o eletrodo superior 211 e o eletrodo inferior 213 são, cada um, compostos de poli-silício. Alternadamente, cada um dos primeiros capacitores 103 pode ser um capacitor (MOS) óxido de metal semicondutor. Especificamente o eletrodo superior 211 é composto de um elemento condutor tal como metal ou poli-silício e o eletrodo inferior 213 é composto de uma região de semicondutor.

[0067] Como ilustrado na figura 5A e figura 5B o segundo eletrodo 209 de cada uma das unidades de conversão fotoelétrica 101 é conectado à porteira do transistor amplificador 104 por meio de um elemento condutor 219. O segundo eletrodo 209 da unidade de conversão fotoelétrica 101 é também conectado à região fonte do transistor de reinicialização 102 por meio do elemento condutor 219 e um elemento condutor 220. Além disto, o segundo eletrodo 209 é conectado ao eletrodo superior 211 do primeiro capacitor 103 por meio do elemento condutor 219. O eletrodo inferior 213 no primeiro capacitor 103 é conectado a uma região de semicondutor 217 por meio de um tampão de contato 215. A região de semicondutor 217 é aterrada.

[0068] A figura 5B ilustra o transistor de reinicialização 102 e o eletrodo de porteira do transistor amplificador 104. Um filme isolante porteira 230 é disposto entre o eletrodo porteira e o substrato semicondutor 200. As regiões fonte e as regiões dreno dos transistores de pixel são dispostas sobre o substrato semicondutor 200. Uma vez que a região de semicondutor 217 é aterrada a região de semicondutor 217 pode ser conectada eletricamente a um poço 240 no qual as regiões fonte e regiões dreno dos transistores descritos acima são formadas.

[0069] A configuração da unidade de conversão fotoelétrica 101 será descrita em detalhe. O primeiro eletrodo 201 da unidade de conversão fotoelétrica 101 é formado de um elemento condutor com uma transmitância ótica alta. Por exemplo, um composto que contém índio e/ou estranho tal como o óxido de estanho e índio (ITO), ou um composto tal como ZnO, é utilizado como material do primeiro eletrodo 201. Esta configuração possibilita que uma grande quantidade de luz penetre na camada de conversão fotoelétrica 205. Assim, sensibilidade pode ser melhorada. Em outro exemplo, poli-silício, ou metal com uma espessura suficiente para permitir que uma certa quantidade de luz atravesse, pode ser utilizado para o primeiro eletrodo 201. Metal tem baixa resistência. Portanto, uma modalidade exemplar na qual metal é utilizado como um material do primeiro eletrodo 201 pode ser vantajosa para reduzir consumo de energia ou aumentar a velocidade de acionamento.

[0070] A camada de bloqueio 203 impede que carga elétrica do mesmo tipo de condutividade que aquela da carga de sinal seja injetada para a camada de conversão fotoelétrica 205 a partir do primeiro eletrodo 201. A camada de conversão fotoelétrica 205 é esgotada por meio da tensão Vs aplicada ao primeiro eletrodo 201. Além disto, o gradiente do potencial da camada de conversão fotoelétrica 205 é invertido de acordo com a relação entre a tensão Vs aplicada ao primeiro eletrodo 201 e a tensão sobre o segundo eletrodo 209 (o nó B). Esta configuração permite a acumulação de carga de sinal e a descarga da carga de sinal acumulada. A operação da unidade de conversão fotoelétrica 101 será descrita abaixo.

[0071] Especificamente, a camada de conversão fotoelétrica 205 é formada de silício amorfo intrínseco (daqui em diante referido como a-Si), a-Si de tipo-p de baixa concentração, de tipo-n de baixa concentração, ou similar. A camada de conversão fotoelétrica 205 pode também ser formada de um composto semicondutor. Exemplos do composto semicondutor inclui semicondutores compostos do grupo lll-V tal como BN, GaAs, GaP, AISb, e GaAIAsP, semicondutores compostos do grupo ll-VI, tal como CdSe, ZnS, e HdTe, e semicondutores compostos do grupo IV-VI tal como PbS, PbTe, e CuO. Alternadamente, a camada de conversão fotoelétrica 205 pode ser formada de um material orgânico. Por exemplo, fulerenos, cumarina 6 (C6), rodamina 8G (R6G), ftalocianina de zinco (ZnPc), quinacridona, compostos baseados em ftalocianina, compostos baseados em naftalocianina, ou similares, podem ser utilizados. Além disto, o um filme de pontos contínuos formados do composto semicondutor descrito acima, pode ser utilizado para a camada de conversão fotoelétrica 205.

[0072] Em um caso onde a camada de conversão fotoelétrica 205 é formada de um semicondutor, de maneira desejável o semicondutor tem uma concentração de impurezas baixa, ou o semicondutor é intrínseco. Esta configuração possibilita que a camada de esgotamento seja suficientemente prolongada para a camada de conversão fotoelétrica 205, alcançando efeitos tais como alta sensibilidade e redução de ruído.

[0073] A camada de bloqueio 203 pode ser formada de um semicondutor de tipo-n ou tipo-p do mesmo tipo que aquele do semicondutor utilizado para a camada de conversão fotoelétrica 205 e tendo uma concentração da impurezas mais alta do que aquela do semicondutor utilizado para a camada de conversão fotoelétrica 205. Por exemplo, em um caso onde a-Si é utilizado para a camada de conversão fotoelétrica 205, a camada de bloqueio 203 é formada de a-Si de tipo-n de concentração de impureza alta ou de a-Si de tipo-p de concentração de impureza alta. As posições de nível Fermi diferem devido às diferentes concentrações de impureza. Assim, uma barreira potencial pode ser formada apenas ou para elétrons ou para furos. A camada de bloqueio 203 é de um tipo de condutividade no qual a maior parte de portadores são portadores de carga elétrica de um tipo de condutividade oposto àquele dos portadores da carga de sinal [0074] Alternadamente, a camada de bloqueio 203 pode ser formada de um material diferente daquele da camada de conversão fotoelétrica 205. Esta configuração possibilita a formação de uma hétero-junção. Os espaços de banda diferem devido à diferença em material. Assim, uma barreira potencial pode ser formada apenas ou para elétrons ou para furos.

[0075] A camada isolante 207 é disposta entre a camada de conversão fotoelétrica 205 e o segundo eletrodo 209. A camada isolante 207 é formada de um material isolante. Por exemplo, um material inorgânico tal como óxido de silício, óxido de silício amorfo (daqui em diante referido como “a-SiO”), nitrito de silício ou nitrito de silício amorfo (a-SiN) ou um material orgânico, é utilizado como material da camada isolante 207. A camada isolante 207 tem de maneira desejável uma espessura suficiente para impedir a formação de túnel da carga elétrica. Esta configuração pode reduzir vazamento de corrente e pode, portanto, reduzir ruído. Especificamente é desejável que a camada isolante 207 tenha uma espessura maior do que ou igual a 50 nm.

[0076] Em um caso onde a-Si, a_SiO ou a-SiN é utilizado para a camada de bloqueio 203, a camada de conversão fotoelétrica 205 e a camada isolante 207 hidrogenação pode ser realizada e ligações pendentes podem ser terminadas por hidrogênio. Esta configuração pode reduzir ruído.

[0077] O segundo eletrodo 209 é composto de um elemento condutor tal como metal. O segundo eletrodo 209 é feito do mesmo material que um material condutor que forma uma linha de fiação ou um elemento condutor que forma um calço de eletrodo para conexão externa. Esta configuração possibilita formação simultânea do segundo eletrodo 209 e uma linha de fiação ou um calço de eletrodo. Consequentemente, o processo de fabricação pode ser simplificado.

[0078] Em seguida a operação da unidade de conversão fotoelétrica 101 de acordo com esta modalidade exemplar será descrita. As figuras 6A até 6F ilustram de maneira esquemática bandas de energia na unidade de conversão fotoelétrica 101. Nas figuras 6A até 6F as bandas de energia do primeiro eletrodo 201, e do segundo eletrodo 209 estão ilustradas. O eixo vertical nas figuras 6A até 6F representam o potencial de elétrons. O potencial de elétrons aumenta ao longo do eixo vertical em uma direção para cima nas figuras 6A até 6F. Consequentemente, a tensão diminui ao longo do eixo vertical em uma direção para cima nas figuras 6A até 6F. Para o primeiro eletrodo 201 e o segundo eletrodo 209 o nível de energia de elétrons livres está ilustrado. Para a camada de bloqueio 203 e a camada de conversão fotoelétrica 205, um espaço de banda entre o nível de energia da banda de condução e o nível de energia da banda de valência está ilustrado. O potencial da camada de conversão fotoelétrica 205 na interface entre a camada de conversão fotoelétrica 205 e a camada isolante 207 é referido como o ‘potencial de superfície” da camada de conversão fotoelétrica 205” ou simplesmente como o “potencial de superfície”, para conveniência.

[0079] Na operação da unidade de conversão fotoelétrica 101, as seguintes etapas (1) até (6) são realizadas de maneira repetida: (1) o reinicialização do nó de entrada da unidade de amplificação, (2) a leitura de um sinal de ruído, (3) a descarga de carga de sinal a partir da unidade de conversão fotoelétrica, (4) a leitura de um sinal ótico, (5) o reinicialização antes de acumulação de carga de sinal ser iniciada, e (6) a acumulação de carga de sinal. No que segue, etapas respectivas serão descritas.

[0080] A figura 6A ilustra o estado da unidade de conversão fotoelétrica 101 na etapa 1 até a etapa 2. A primeira tensão Vs1 é suprida para o primeiro eletrodo 201 a partir da unidade de suprimento de tensão 110. A primeira tensão Vs1 é igual, a por exemplo, 5 V. Na camada de conversão fotoelétrica 205 furos plotados utilizando círculos vazios são acumulados como cargas de sinal geradas durante um período de exposição. Isto é, o dispositivo de conversão fotoelétrica realiza uma operação de acumulação. Uma vez que uma operação de acumulação e uma operação de descarga são realizadas de maneira alternada, a operação de descarga é realizada antes que a operação de acumulação seja iniciada. O potencial de superfície da camada de conversão fotoelétrica 205 muda na direção na qual o potencial de superfície diminui (isto é, na direção na qual tensão aumenta) de acordo com o número de furos acumulados. No caso de acumulação de elétrons, o potencial de superfície aumenta (isto é, na direção na qual tensão diminui) de acordo com o número de elétrons acumulados.

[0081] Neste estado, o transistor de reinicialização 100 é ligado. Isto é, uma operação de reinicialização é realizada. Esta operação de reinicialização é a operação de reinicialização realizada mais tarde entre duas operações de reinicialização realizadas entre uma primeira operação de descarga e uma segunda operação de descarga subsequente à primeira operação de descarga. Consequentemente, a tensão sobre um nó que inclui o segundo eletrodo 209, isto é, a tensão sobre o nó B ilustrado na figura 1A é reinicializada para a tensão de reinicialização Vres. Nesta modalidade exemplar, o nó B inclui a porteira do transistor amplificador 104. Assim, a tensão na porteira do amplificador transistor amplificador 104 é reinicializada. A tensão reinicializada Vres é igual a, por exemplo, 3,3 volts.

[0082] Depois disto o transistor de reinicialização 102 é desligado. Consequentemente, o nó B é trazido para um estado eletricamente flutuante. Neste caso, ruído de reinicialização (ruído kTC1) ilustrado na figura 6A pode ser gerado pelo transistor de reinicialização102.

[0083] O potencial de superfície da camada de conversão fotoelétrica 205 pode mudar de acordo com uma mudança na tensão sobre o segundo eletrodo 209 durante a operação de reinicialização. Neste caso, a direção na qual a tensão sobre o segundo eletrodo 209 muda é oposta à direção na qual a tensão sobre o segundo eletrodo 209 mudou devido à acumulação de carga de sinal. Por esta razão os furos da carga de sinal permanecem acumulados na camada de conversão fotoelétrica 205. Em adição, a camada de bloqueio 203 impede injeção de furos a partir do primeiro eletrodo 201. Assim, a quantidade de carga de sinal acumulada na camada de conversão fotoelétrica 205 não muda.

[0084] Se o transistor de seleção 105 está em um estado ligado, o transistor amplificador 104 dá saída a um sinal de ruído (Vres+kTC1) que inclui o ruído de reinicialização a partir do pixel 100. O sinal de ruído é mantido no capacitor CTN do circuito de coluna 140.

[0085] As figuras 6B e 6C ilustram o estado da unidade de conversão fotoelétrica 101 na etapa (3). Primeiro a segunda tensão Vs2 é suprida para o primeiro eletrodo 201. Uma vez que furos são utilizados como cargas de sinal a segunda tensão Vs2 é uma tensão mais baixa do que a primeira tensão Vs1 . A segunda tensão Vs2 é igual a, por exemplo, 0 V.

[0086] Neste caso, a tensão sobre o segundo eletrodo 209 ( o nó B) muda na mesma direção que a direção na qual a tensão sobre o primeiro eletrodo 201 muda. Uma quantidade de mudança dVB na tensão sobre o segundo eletrodo 209 é determinada de acordo com a relação no valor de capacitância C1 do primeiro capacitor 103 conectado ao segundo eletrodo 209 para o valor de capacitância C2 do segundo capacitor 111 incluído na unidade de conversão fotoelétrica 101. A quantidade de mudança dVB na tensão sobre o segundo eletrodo 209 em relação a uma quantidade de mudança dVs na tensão sobre o primeiro eletrodo 201 é fornecida por dVB = dVsxC2/(C1+C2). O nó B que inclui o segundo eletrodo 209 pode também incluir outros componentes de capacitância. Os outros componentes de capacitância têm um valor de capacitância muito menor do que o valor de capacitância C1 do primeiro capacitor 103. Assim, o valor de capacitância do nó B pode ser observado como sendo igual ao valor de capacitância C1 do primeiro capacitor 103.

[0087] Nesta modalidade exemplar, a quantidade de mudança dVs na tensão sobre o primeiro eletrodo 201 é muito maior do que a quantidade de mudança dVB na tensão sobre o segundo eletrodo 209. Assim, o potencial do segundo eletrodo 209 é mais baixo do que o potencial do primeiro eletrodo 201 e o gradiente do potencial da camada de conversão fotoelétrica 205 é invertido. Consequentemente, um elétron plotado utilizando um círculo sólido é injetado para a camada de conversão fotoelétrica 205 a partir do primeiro eletrodo 201. Em adição, algo ou o todo dos furos acumulados na camada de conversão fotoelétrica 205 como cargas de sinal movem para a camada de bloqueio 203. Os furos que moveram são recombinados com a maior parte de portadores da camada de bloqueio 203 e desaparecem. Consequentemente, os furos na camada de conversão fotoelétrica 205 são descarregados da camada de conversão fotoelétrica 205. Para o esgotamento de toda a camada de conversão fotoelétrica 205 todos os furos acumulados como cargas de sinal são descarregados.

[0088] Então, no estado ilustrado na figura 6C, a primeira tensão Vs1 é suprida para o primeiro eletrodo 201. Consequentemente, o gradiente do potencial é invertido novamente. Assim, os eletrodos injetados na camada de conversão fotoelétrica 205 no estado ilustrado na figura 6B são descarregados da camada de conversão fotoelétrica 205. Por outro lado, a camada de bloqueio 203 impede injeção de furos para a camada de conversão fotoelétrica 205 a partir do primeiro eletrodo 201. Consequentemente o potencial de superfície da camada de conversão fotoelétrica 205 muda de acordo com o número de furos que foram acumulados. De acordo com a mudança em potencial de superfície, a tensão sobre o segundo eletrodo 209 muda do estado reinicializado por uma tensão Vp que corresponde ao número de furos que desapareceram. Isto é, a tensão Vp que corresponde ao número de furos acumulados como cargas de sinal aparece no nó B. A tensão Vp que corresponde ao número de furos acumulados é referida como um “componente de sinal ótico”.

[0089] No estado ilustrado na figura 6C o transistor de seleção 105 está ligado. Consequentemente, o transistor amplificador 104 dá saída a um sinal ótico (Vp+Vres+kTC1) a partir do pixel 100. O sinal ótico é mantido no capacitor CTS do circuito de coluna 140. A diferença entre o sinal de ruído Vres+kTC1) lido na etapa (2) e o sinal ótico (Vp+Vres+kTC1) lido na etapa (4) é um sinal baseado na tensão Vp que corresponde à carga de sinal acumulada.

[0090] A figura 6D ilustra o estado da unidade de conversão fotoelétrica 101 na etapa (5). O transistor de reinicializaçãol 02 está ligado e a tensão sobre o nó B é reinicializada para a tensão de reinicialização Vres. Isto é, uma operação de reinicialização é realizada. Esta operação de reinicialização é a operação de reinicialização realizada mais cedo entre as duas operações de reinicialização realizadas entre a primeira operação de descarga e a segunda operação de descarga subsequente à primeira operação de descarga. Depois disto, o transistor de reinicialização102 é desligado. Na maneira descrita acima, o nó B é reinicializado antes que a acumulação de carga de sinal seja iniciada ou depois que a acumulação de carga de sinal tenha sido iniciada, possibilitando que o componente de sinal ótico para o quadro precedente que foi acumulado no nó B seja removido. Isto pode impedir que uma redução na tensão inter-eletrodos seja aplicada à unidade de conversão fotoelétrica 101 devido ao componente de sinal ótico deixado sobre o nó B.

[0091] Também neste caso ruído de reinicialização (ruído kTC2 ilustrado na figura 6D) pode ser gerado pelo transistor de reinicialização102. O ruído de reinicialização gerado é removível por meio da operação de reinicialização na etapa (1), isto é, a segunda operação de reinicialização ao final do período de acumulação.

[0092] As figuras 6E e 6F ilustram o estado da unidade de conversão fotoelétrica 101 na etapa (6). A primeira tensão Vs1 é suprida para o primeiro 201 e a tensão de reinicialização Vres é suprida para o nó B. Uma vez que a tensão de reinicialização Vres é mais baixa do que a primeira tensão Vs1, os elétrons na camada de conversão fotoelétrica 205 são descarregados para o primeiro eletrodo 201. Em contraste, os furos na camada de conversão fotoelétrica 205 movem para a interface entre a camada de conversão fotoelétrica 205 e a camada isolante 207. Contudo, os furos não são móveis para a camada isolante 207 e são assim acumulados na camada de conversão fotoelétrica 205. Em adição, como descrito anteriormente, a camada de bloqueio 203 impede os furos de serem injetados para a camada de conversão fotoelétrica 205. Neste estado, quando luz penetra na camada de conversão fotoelétrica 205 somente os furos nos pares elétron-furo gerados por meio de conversão fotoelétrica são acumulados na camada de conversão fotoelétrica 205 como cargas de sinal. Depois que a operação de acumulação tenha sido realizada por um certo período, as operações nas etapas (1) até (6) são realizadas de maneira repetida.

[0093] Os furos acumulados provocam uma mudança no potencial de superfície da camada de conversão fotoelétrica 205. De acordo com a mudança em potencial de superfície, a tensão sobre o segundo eletrodo 209 aumenta. Este aumento está representado por VpO na figura 6F. Na operação de reinicialização na figura 6a, como descrito acima, a tensão sobre o segundo eletrodo 209 muda de modo a anular a mudança de tensão VpO. Isto é, a tensão sobre o segundo eletrodo 209 diminui. Consequentemente, o potencial de superfície da camada de conversão fotoelétrica 205 muda na direção na qual o potencial de superfície aumenta.

[0094] Se cargas de sinal são elétrons, a segunda tensão Vs2 é uma tensão mais alta do que a primeira tensão Vs1 . Assim, o gradiente do potencial ilustrado nas figuras 6A até 6F é invertido. As outras operações são substancialmente as mesmas.

[0095] Na operação descrita com referência às figuras 6a até 6F, o gradiente do potencial da camada de conversão fotoelétrica 205 é invertido no estado ilustrado na figura 6B possibilitando a descarga de carga de sinal acumulada. Não inversão do gradiente do potencial da camada de conversão fotoelétrica 205 provoca a ocorrência de carga elétrica que não é descarregada. Assim, um ruído pode ocorrer. Aqui, quando a quantidade por meio da qual a quantidade de mudança dVs na tensão sobre o primeiro eletrodo 201 é maior do que a quantidade de mudança dVB na tensão no segundo eletrodo 209 (o nó B) aumenta, o gradiente do potencial é tem mais probabilidade de ser invertido. Isto é, quando a quantidade por meio da qual a quantidade de mudança dVs na tensão sobre o primeiro eletrodo 201 é maior do que a quantidade de mudança dVB na tensão sobre o segundo eletrodo 209 aumenta, a redução adicional de ruído pode ser conseguida.

[0096] Como descrito acima, existe uma relação representada por dVB=dVs x C2/(C1 +C2) entre a quantidade de mudança dVs na tensão sobre o primeiro eletrodo 201 e a quantidade de mudança dVB na tensão sobre o nó B. Modificar esta equação produz a seguinte equação para a quantidade de mudança dVs na tensão sobre o primeiro eletrodo 201: dVs=dVB + (C1/C2) x dVB. Isto é, a quantidade de mudança dVs na tensão sobre o primeiro eletrodo 201 é maior do que a quantidade de mudança dVB na tensão sobre o segundo eletrodo 209 por (C1/C2) x dVB. Consequentemente, quando o valor da capacitância C1 do nó B aumenta, a diferença entre a quantidade de mudança dVs na tensão sobre o primeiro eletrodo 201 e a quantidade de mudança dVB na tensão sobre o segundo eletrodo 209 aumenta.

[0097] Nesta modalidade exemplar, o primeiro capacitor 103 é conectado ao segundo eletrodo 209. Assim, o valor de capacitância C1 do nó B pode ser aumentado. Esta configuração possibilita que a quantidade de mudança dVs na tensão sobre o primeiro eletrodo 201 seja maior do que a quantidade de mudança dVB na tensão sobre o segundo eletrodo 209. Consequentemente, esgotamento da camada de conversão fotoelétrica 205 tem mais probabilidade de ser conseguida, resultando em uma redução em carga elétrica que não é descarregada. De acordo com esta modalidade exemplar, portanto, redução de ruído pode ser conseguida.

[0098] Uma descrição será fornecida agora da relação entre o valor de capacitância C1 do primeiro capacitor 103, o valor de capacitância C2 do segundo capacitor 111 e a tensão suprida para cada unidade.

[0099] Nesta modalidade exemplar, a unidade de conversão fotoelétrica 101 inclui a camada de bloqueio 203, a camada de conversão fotoelétrica 205 e camada isolante 207. A camada de bloqueio 203 tem uma condutividade mais alta do que a camada de conversão fotoelétrica 205 e a camada isolante 207. Assim, o valor de capacitância C2 do segundo capacitor 111 incluído na unidade de conversão fotoelétrica 101 é uma capacitância combinada de um componente de capacitância Ci formado pela camada de conversão fotoelétrica 205 e um componente de capacitância Cins formado pela camada isolante 207. Especificamente o valor de capacitância C2 do segundo capacitor 111 é fornecido pela Expressão (1), como a seguir: (1) [0100] O componente de capacitância Ci e o componente capacitância Cins são fornecidos respectivamente pela Expressão (2) e Expressão (3) como a seguir Ci = EOxEixSs/di (2) Cins = E 0 x Eins x Ss / dins (3) onde Ss indica a área do segundo eletrodo 209 em vista em planta, di indica a espessura da camada de conversão fotoelétrica 205, dins indica a espessura da camada isolante 207, Ei indicam a constante dielétrica relativa da camada de conversão fotoelétrica 205, Eins indica a constante dielétrica relativa da camada isolante 207 e E0 indica a constante dielétrica de vácuo.

[0101] O campo de franjas ao redor do segundo eletrodo 209 é substancialmente desprezível. Assim é suficiente apenas levar em consideração a área Ss no segundo eletrodo 209 vista em planta, como a área utilizada para o cálculo de capacitância. A área Ss do segundo eletrodo 209 em vista em planta é, por exemplo, a área do segundo eletrodo 209 ilustrado na figura 4. Além disto, nas figuras 5A e 5B a espessura di da camada de conversão fotoelétrica 205 e a espessura dins da camada isolante 207 estão ilustradas.

[0102] O valor de capacitância C1 do primeiro capacitor 103 é fornecido pela Expressão (4) como a seguir: Cl = EOxEd xSd /dd (4) onde Sd indica a área do eletrodo superior 211 ou do eletrodo inferior 213 em vista em planta, dd indica a distância entre o eletrodo superior 211 e o eletrodo inferior 213 e Ed indica a constante dielétrica de uma camada isolante entre o eletrodo superior 211 e o eletrodo inferior 213.

[0103] Nesta modalidade exemplar a tensão Vs sobre o primeiro eletrodo 201 ( o nó A) é controlada utilizando a primeira tensão Vs1 e a segunda tensão Vs2 para acumular carga de sinal e descarregar a carga de sinal devido ao esgotamento da camada de conversão fotoelétrica 205. O valor de capacitância C1 do primeiro capacitor 103 e o valor de capacitância C2 do segundo capacitor 111 satisfazem à seguinte relação, pelo que, conseguindo uma redução na carga elétrica que permanece na camada de conversão fotoelétrica 205 durante a descarga de carga de sinal descrita acima. Uma modalidade exemplar na qual cargas de sinal são furos será descrita primeiro.

[0104] No que segue, para simplicidade, o valor de capacitância C1 do primeiro capacitor 103 é k vezes tão grande quanto o valor de capacitância C2 do segundo capacitor 111. Isto é, o valor de capacitância C1 e o valor de capacitância C2 têm uma relação de Expressão (5) como a seguir: Cl = kxC2 (5) [0105] Como descrito anteriormente, a quantidade de mudança dVs na tensão sobre o primeiro eletrodo 201 e a quantidade de mudança dVB na tensão sobre o segundo eletrodo 209 (o nó B) têm uma relação fornecida pela Expressão (6) como a seguir: dVB = dVsxC2/(Cl + C2) (6) [0106] A Expressão (5) e a Expressão (6) produzem a Expressão (7) como a seguir: dVB = dVs/{\+k) (7) [0107] Para acumular furos como cargas de sinal é desejável que a primeira tensão Vs1 e a tensão de reinicialização Vres satisfaçam uma relação de Expressão (8) como a seguir: Vsl > Vres (8) [0108] Para transferir os furos da carga de sinal é desejável que a primeira tensão Vs1, a tensão de reinicialização Vres, a quantidade de mudança dVs na tensão sobre o primeiro eletrodo 201, e a quantidade de mudança dVB na tensão sobre o segundo eletrodo 209, satisfaçam uma relação de Expressão (9) como a seguir: Vsl + dVs <Vres + dVB (9) [0109] Se a relação da Expressão (8) é satisfeita, o gradiente do potencial que permite furos deslocarem no sentido da camada isolante 207 pode ser formado na camada de conversão fotoelétrica 205. Se a relação de Expressão (9) é satisfeita, é fácil inverter o gradiente de potencial da camada de conversão fotoelétrica 205.

[0110] A Expressão (7) e a Expressão (9) produzem a Expressão (10).

Vs\ —Vres + dVs < dVs/(l + k) (10) [0111] Aqui k>0, Assim, a Expressão (10) é modificada para a Expressão (11) abaixo multiplicando ambos os lados da Expressão (10) por (1+k). (l + k)x(ysl—Vres+dVs) <dVs (11) [0112] A quantidade de mudança dVs na tensão sobre o primeiro eletrodo 201 é fornecida por dVs=Vs2-Vs1, Assim, Vs1 -Vres+dVs=Vs2-Vres é obtido. Em uma modalidade exemplar, na qual cargas de sinal são furos, a tensão de reinicialização Vres é mais elevada do que a segunda tensão Vs2. Isto é, Vs2-Vres<0 é obtido. Consequentemente, a relação de Expressão (12) abaixo é satisfeita.

Vsl-Vres + dVs<0 (12) [0113] Consequentemente, dividir ambos os lados da Expressão (11) por (Vs1-Vres_dVs) muda a orientação do sinal da desigualdade produzindo a relação de Expressão (13) como a seguir: 1 + k > dVs/iysl — Vres + dVs) (13) [0114] A Expressão (13) produzo uma Expressão de relação fornecida pela Expressão (14) abaixo para uma relação de capacidade k do valor de capacitância C1 e do valor de capacitância C2. (14) [0115] Se a relação da Expressão (14) é satisfeita, a quantidade de carga elétrica que não é descarregada pode ser reduzida. Consequentemente, redução de ruído pode ser conseguida.

[0116] Nesta modalidade exemplar a primeira tensão Vs1 é igual a 5 V e a tensão de reinicialização Vres é igual a 3,3 V. Uma vez que a segunda tensão Vs2 é igual a 0 V, a quantidade de mudança dVs na tensão sobre o primeiro eletrodo 201 é - 5 V. Assim, o valor k é ajustado para um valor maior do que 0,52. Especificamente, nesta modalidade exemplar, o valor de capacitância C1 do primeiro capacitor 103 é igual a 4 fF e o valor de capacitância C2 do segundo capacitor 111 é igual a 1 fF. Isto é, k=4 é obtido. Assim, esta configuração pode conseguir mais redução de ruído.

[0117] Nesta modalidade exemplar, a área Sd de qualquer do eletrodo superior 211 ou do eletrodo inferior 213 do primeiro capacitor 103 em vista em planta, e a área Ss do segundo eletrodo 209 em vista em planta satisfazem uma relação de Sd>o,5 Ss. Esta configuração pode tornar fácil obter a relação da relação de capacidade descrita acima.

[0118] Além disto, quando o valor k aumenta, o efeito de redução de ruído aumenta. Consequentemente, em um caso onde o valor de capacitância C1 do primeiro capacitor 103 é igual ao ou maior do que o valor de capacitância C2 do segundo capacitor 111, o efeito de redução de ruído pode ainda ser aumentado.

[0119] A quantidade de mudança dVs na tensão sobre o primeiro eletrodo 201 é fornecida por dVs=Vs2-Vs1 utilizando a primeira tensão Vs1 e a segunda tensão Vs2. Consequentemente, a Expressão (14) é modificada para a Expressão (15). (15) [0120] Em particular, se a segunda tensão Vs2 é igual a 0 V, a Expressão (15) pode ser simplificada para a Expressão (16). (16) [0121] Uma modalidade exemplar na qual cargas de sinal são elétrons será descrita agora. Se cargas de sinal são elétrons, as orientações dos sinais de desigualdade na Expressão (8) e Expressão (9) são mudadas. Consequentemente, as orientações dos sinais da desigualdade na Expressão (10) até a Expressão (11) também são mudadas. Se cargas de sinal são elétrons, a tensão de reinicialização Vres é mais baixa do que a segunda tensão Vs2 . Assim, o valor fornecido por Vs1-Vres+dVs=Vs2-Vres na Expressão 11 é um valor positivo. Isto é, a relação de (Vs1-Vres+dVs)>0 permanece e verdadeira. Assim, dividir ambos os lados da Expressão (11) por (Vs1-Vres+dVs) não muda a orientação do sinal da desigualdade. Consequentemente, como no caso onde cargas de sinal são furos, a Expressão (14) e a Expressão (15) são obtidas.

[0122] O lado esquerdo da Expressão (15) pode ser substituído por (C1/C2) utilizando a Expressão (5). Uma vez que (Vs2-Vres)/(Vs2-Vres)=1, trazendo o lado direito da Expressão (15) para o denominador comum, produz a Expressão (17) como a seguir: (17) [0123] Aqui a relação fornecida pela Expressão (17) será descrita. A tensão de reinicialização Vres é um valor intermediário entre a primeira tensão Vs1 e a segunda tensão Vs2 .

[0124] Quando a tensão de reinicialização Vres se aproxima da primeira tensão Vs1 o valor no lado direito diminui. Isto é, mesmo se o valor de capacitância C1 do primeiro capacitor 103 é pequeno, o gradiente do potencial da camada de conversão fotoelétrica 205 pode ser invertido. Se a diferença entre a tensão de reinicialização Vres e a primeira tensão Vs1 é pequena, a quantidade de carga elétrica que pode ser acumulada na camada de conversão fotoelétrica 205 é pequena.

[0125] Em contraste, quando a tensão de reinicialização Vres se aproxima da segunda tensão Vs2, o valor sobre o lado direito aumenta. Isto é, um valor maior é utilizado para o valor de capacitância C1 do primeiro capacitor 103. Neste caso, a diferença entre a tensão de reinicialização Vres e a primeira tensão Vs1 é grande. Assim, a quantidade de carga elétrica que pode ser acumulada na camada de conversão fotoelétrica pode ser aumentada.

[0126] Em termos do balanço entre a quantidade de saturação de carga elétrica e o valor de capacitância C1 do primeiro capacitor 103 é preferível que a tensão de reinicialização Vres esteja em uma faixa de 20% até 80% da faixa com um limite superior e um limite inferior (ou um limite inferior e um limite superior) igual à primeira tensão Vs1 e à segunda tensão Vs2, respectivamente. Por exemplo, se a primeira tensão Vs1 é igual a 5 V e a segunda tensão Vs2 é igual a 0 V, é desejável que a tensão de reinicialização Vres esteja em uma faixa de 1 V até 4 V.

[0127] Em um caso onde o dispositivo de conversão fotoelétrica é utilizado como um sensor de imagem de uma câmara ou similar, uma tensão de suprimento de energia baixa é utilizada para uma redução em consumo de energia. Por exemplo, a tensão de suprimento de energia suprida para um sensor da imagem é tipicamente menor do que ou igual a 5 V. Consequentemente, valores menores do que ou igual a 5 V são também utilizados para as tensões na Expressão (14) até a Expressão (17). Neste caso o valor de capacitância C1 do primeiro capacitor 103 e o valor de capacitância C2 do segundo capacitor 111 satisfazem à relação descrita acima possibilitando redução de ruído com acionamento de baixa tensão do dispositivo de conversão fotoelétrica.

[0128] Como descrito acima, redução de ruído pode ser conseguida utilizando a relação entre o valor de capacitância C1 do primeiro capacitor 103 e o valor de capacitância C2 do segundo capacitor 111 incluído na unidade de conversão fotoelétrica 101. Deve ser entendido que o efeito de redução de ruído será conseguido mesmo se a relação do valor de capacitância C1 e do valor de capacitância C2 não satisfizeram as relações de Expressão (14) até Expressão (17). Os valores fornecidos no que segue são meramente exemplos, e não são projetados para serem limitantes.

[0129] Níveis de energia defeituosos e similares podem estar presentes na interface entre a camada de conversão fotoelétrica 205 e a camada isolante 207. Neste caso pode ser suficiente levar em consideração a tensão de banda plana utilizando uma técnica conhecida.

[0130] Em seguida, um método para acionar o dispositivo de conversão fotoelétrica de acordo com esta modalidade exemplar será descrito. A figura 7 ilustra uma carta de temporização de sinais de acionamento utilizados no dispositivo de conversão fotoelétrica de acordo com esta modalidade exemplar. Na figura 7 sinais de acionamento para leitura de sinal para a n-ésima fileira e a (n + 1)- ésima fileira, ou duas fileiras no total, estão ilustrados.

[0131] O sinal de acionamento pSEL é suprido para uma porteira do transistor de oscilação 105. O sinal de acionamento pRES é suprido para uma porteira do transistor de reinicialízação102. O sinal de tensão Vs é suprido para o primeiro eletrodo 201 da unidade de conversão fotoelétrica 101. O sinal de acionamento pTS é suprido para o comutado S/H 303. O sinal de acionamento pTN é suprido para o comutador S/H 305. O sinal de acionamento CSEL é suprido para o circuito do acionadorde coluna 150.

[0132] Quando o sinal de acionamento pSEI, o sinal de acionamento peso sinal de acionamento pTN ou o sinal de acionamento pTs está em nível alto o transistor correspondente, ou comutador, é ligado. Quando o sinal de acionamento pSEL, o sinal de acionamento pRES, o sinal de acionamento pTN ou sinal de acionamento pTS está em nível baixo, o transistor ou comutador correspondente é desligado. O sinal de tensão Vs1 inclui a primeira tensão Vs1 e a segunda tensão Vs2 .

[0133] O dispositivo de conversão fotoelétrica de acordo com esta modalidade exemplar realiza uma operação de “obturador em rolamento”. Antes do tempo t1 as unidades de conversão fotoelétrica 101 dos pixels 100 na n-ésima fileira e as unidades de conversão fotoelétrica 101 dos pixels 100 na (n+1)-ésima fileira acumulam carga de sinal. Antes do tempo t1, além disto, o sinal de tensão Vs(n) para a n-ésima fileira e o sinal de tensão Vs(n+1) para a (n + 1)-ésima fileira são, cada um, igual à primeira tensão Vs1 .

[0134] No tempo t1 o sinal de acionamento pSEL(n) sobe até um nível alto e os transistores de seleção 105 dos pixels 100 na n-ésima fileira são ligados. Consequentemente, os transistores amplificadores 104 dos pixels 100 na n-ésima fileira dão saída a um sinal.

[0135] No tempo t1 o sinal de acionamento pRES(n) sobe até um nível alto e os transistores de reinicialização102 dos pixels 100 na n-ésima fileira são ligados. Consequentemente, a tensão sobre os nós B dos pixels 100 na n-ésima fileira é reinicializada para a tensão de reinicialização Vres. Depois disto, no tempo t2 o sinal de acionamento pRES(n) cai para um nível baixo e os transistores de reinicialização 102 são desligados. O estado da banda de energia de cada uma das unidades de conversão fotoelétrica 101 neste tempo está ilustrado na figura 6A.

[0136] Então o sinal de acionamento PTN(n) sobe até um nível alto no tempo t3 e cai para um nível baixo no tempo t4. Consequentemente, um sinal de ruído que inclui o sinal de reinicialização (kTC1) ilustrado na figura 6A é mantido nos capacitores CTN dos circuitos de coluna 140.

[0137] No tempo t5 o sinal de tensão Vs(n) muda da primeira tensão Vs1 para a segunda tensão Vs2 . O estado da banda de energia de cada uma das unidades de conversão fotoelétrica 101 neste tempo está ilustrado na figura 6B. Em seguida, no tempo t6 o sinal de tensão Vs(n) muda da segunda tensão Vs2 para a primeira tensão Vs1 . O estado da banda de energia de cada uma das unidades de conversão fotoelétrica 101 neste tempo está ilustrado na figura 6C. Através da operação desde o tempo t5 até o tempo t6 a carga de sinal é transferida na maneira descrita acima. Consequentemente, a tensão Vp que corresponde à quantidade de carga de sinal acumulada é gerada nos nós B.

[0138] O sinal de acionamento pTS(n) sobe até um nível alto no tempo t7 e cai para um nível baixo no tempo t8. Consequentemente, um sinal ótico que inclui a tensão Vp e o ruído de reinicialização (kTC1 ilustrado na figura 6C) mantido nos capacitores CTS dos circuitos de coluna 140.

[0139] Em seguida o sinal de acionamento pRES(n) sobe até um nível alto no tempo t9 e cai para um nível baixo no tempo t10. Consequentemente, a tensão sobre os nós B dos pixels 100 na n-ésima fileira é novamente reinicializada para a tensão de reinicialização Vres. O estado da banda de energia de cada uma das unidades de conversão fotoelétrica 101 neste tempo está ilustrado na figura 6D.

[0140] Daí em diante os pixels 100 na n-ésima fileira começam a acumulação de carga de sinal para o quadro subsequente. O estado da banda de energia de cada uma das unidades de conversão fotoelétrica 101 durante a acumulação de carga de sinal está ilustrado nas figuras 6E e 6F.

[0141] No tempo t11 o sinal de acionamento pSEL(n) cai para um nível baixo e a leitura de sinais para os circuitos de coluna 140 a partir dos pixels 100 na n-ésima fileira é completada.

[0142] Os sinais de ruído e os sinais óticos lidos para os circuitos de coluna 140 são saídos para a unidade de saída 170 em uma base de coluna por coluna de acordo com o sinal de acionamento CSEL. A unidade de saída 170 dá saída a diferenças entre dois sinais óticos e os sinais de ruído para a unidade de conversão analógico para digital 180.

[0143] No tempo t12 o sinal de acionamento pSEL(n+1) sobe para um nível alto e os transistores de seleção 105 dos pixel 100 na (n+1)-ésima fileira são ligados. Na operação subsequente sinais são lidos dos pixels 100 na (n+1)-ésima fileira. Esta operação e similar à operação desde o tempo t1 até o tempo t11 e não é descrita aqui.

[0144] No dispositivo de conversão fotoelétrica de acordo com esta modalidade exemplar, como descrito acima, o transistor de reinicializaçãol 02 realiza a primeira operação de reinicialização ilustrada na figura 6D e a segunda operação de reinicialização ilustrada na figura 6A por operação de acumulação realizada pela unidade de conversão fotoelétrica 101. Esta configuração pode impedir que uma redução na tensão inter-eletrodos seja aplicada à unidade de conversão fotoelétrica 101. Consequentemente, uma faixa dinâmica pode ser melhorada.

SEGUNDA MODALIDADE EXEMPLAR

[0145] Outra modalidade exemplar será descrita. Esta modalidade exemplar é diferente da primeira modalidade exemplar em um nó para o qual uma unidade de suprimento de tensão controla uma tensão. Assim somente porções diferentes da primeira modalidade exemplar são descritas. Porções que são substancialmente as mesmas que aquelas na primeira modalidade exemplar não estão descritas.

[0146] A figura 8 ilustra de maneira esquemática uma configuração de um pixel 100 de um dispositivo de conversão fotoelétrica de acordo com esta modalidade exemplar. Porções que têm substancialmente as mesmas funções como aquelas na figura 1A recebem os mesmos numerais. Circuitos equivalentes da unidade de conversão fotoelétrica 101 de acordo com esta modalidade exemplar são os mesmos que aqueles na primeira modalidade exemplar. Isto é, as figuras 1B e 1C ilustram exemplos de circuitos equivalentes da unidade de conversão fotoelétrica 101 de acordo com esta modalidade exemplar.

[0147] Nesta modalidade exemplar, uma tensão Vd a partir de uma unidade de suprimento de tensão 410 é suprida para o segundo terminal do primeiro capacitor 103. A unidade de suprimento de tensão 410 supre pelo menos uma primeira tensão Vd1 e uma segunda tensão Vd2 diferente da primeira tensão Vd1 para o segundo terminal do primeiro capacitor 103.

[0148] Se cargas de sinal são furos, a segunda tensão Vd2 é uma tensão mais alta do que a primeira tensão Vd1. Se as cargas de sinal são furos, por exemplo, a primeira tensão Vd1 é igual a 0 V e a segunda tensão Vd2 é igual a 5 V. Se cargas de sinal são elétrons, a segunda tensão Vd2 é uma tensão mais baixa do que a primeira tensão Vd1. Se cargas de sinal são elétrons, por exemplo, a primeira tensão Vd1 é igual a 5 V e a segunda tensão Vd2é igual a 0 V.

[0149] Por outro lado, uma tensão predeterminada Vs é suprida para o primeiro eletrodo 201 da unidade de conversão fotoelétrica 101. Nesta modalidade exemplar, uma tensão de 3 V é suprida para o primeiro eletrodo 201 da unidade de conversão fotoelétrica 101. Na figura 8 o primeiro eletrodo 201 é incluído no nó A.

[0150] Em seguida a tensão de reinicialização Vres suprida pelo transistor de reinicialização102 será descrita. Se cargas de sinal são furos, a tensão de reinicialização Vres é uma tensão mais baixa do que a tensão Vs suprida para o primeiro eletrodo 201 da unidade de conversão fotoelétrica 101. Se cargas de sinal são elétrons, a tensão de reinicialização Vres é uma tensão mais alta do que a tensão Vs suprida para o primeiro eletrodo 201 da unidade de conversão fotoelétrica 101.

[0151] Nesta modalidade exemplar, a tensão Vd sobre o nó C é controlada para controlar a tensão sobre o nó B acoplado ao nó C por meio do primeiro capacitor 103. Assim, uma relação de corrente direta em magnitude entre a tensão Vd suprida para o nó C e a tensão de reinicialização Vres ou a tensão Vs suprida para o nó A não é particularmente limitada.

[0152] A figura 9 é um diagrama esquemático de uma configuração global de circuito do dispositivo de conversão fotoelétrica de acordo com esta modalidade exemplar. Porções que têm substancialmente as mesmas funções como aquelas na figura 2 recebem os mesmos numerais.

[0153] A figura 9 ilustra de maneira esquemática a estrutura plana do primeiro eletrodo 201 da unidade de conversão fotoelétrica 101. O primeiro eletrodo 101 é incluído no nó A ilustrado na figura 8. Como ilustrado na figura 9, unidades de conversão fotoelétrica 101 de uma pluralidade de pixels 100 em uma pluralidade de fileiras e uma pluralidade de colunas, são configurados para incluir um primeiro eletrodo comum 201. A tensão Vs é suprida para o primeiro eletrodo 201.

[0154] Nesta modalidade exemplar a tensão Vd a ser suprida para os segundos terminais com os nós C dos primeiros capacitores 103 é controlada de maneira independente em uma base de fileira por fileira. Assim, o circuito acionador de fileiras 120 seleciona uma fileira para a qual a tensão Vd é suprida a partir da unidade de suprimento de tensão 410. Sinais que indicam fileiras tal como (n) e (n+1) são designados para distinguir tensões Vd a serem supridas para diferentes fileiras. Nesta modalidade exemplar, a configuração descrita acima possibilita que uma pluralidade de pixel 100 sejam acionados fileira por fileira.

[0155] Circuitos de coluna 140 de acordo com esta modalidade exemplar têm substancialmente a mesma configuração que aqueles da primeira modalidade exemplar. Isto é, a figura 3 ilustra um circuito equivalente dos circuitos de colunas 140 de acordo com esta modalidade exemplar. Também de maneira similar à primeira modalidade exemplar, cada um dos circuitos de coluna 140 pode ser um circuito de conversão analógico para digital. Neste caso, o circuito de conversão analógico para digital inclui uma unidade de retenção que sustenta um sinal digital tal como uma memória ou um contador. A unidade de retenção sustenta sinais digitais nos quais um sinal de ruído e um sinal ótico são convertidos.

[0156] Em seguida, a estrutura plana e a estrutura em seção transversal do dispositivo de conversão fotoelétrica de acordo com esta modalidade exemplar serão descritas. A figura 10 ilustra de maneira esquemática a estrutura plana do dispositivo de conversão fotoelétrica. A figura 11 ilustra de maneira esquemática a estrutura de seção transversal do dispositivo de conversão fotoelétrica. A seção transversal ilustrada na figura 11 corresponde à seção transversal feita ao longo da linha XI-XI na figura 10. Nas figuras 10 e 11 porções que são substancialmente as mesmas que aquelas nas figuras 4, 5A e 5B recebem os mesmos numerais.

[0157] Como ilustrado na figura 10 e figura 11, os eletrodos inferiores 213 dos primeiros capacitores 103 são conectados a elementos condutores 420. Os elementos condutores 420 formam linhas de fiação através das quais a tensão Vd a partir da unidade de suprimento de tensão 410 é suprida. Nesta modalidade exemplar, os elementos condutores 420 são dispostos para as respectivas fileiras e o elemento condutor 420 para uma certa fileira é isolado eletricamente dos elementos condutores 420 para as outras fileiras. Esta configuração possibilita que a tensão Vd sobre os segundos terminais (os nós C) dos primeiros capacitores 103 seja controlada de maneira independente em uma base de fileira por fileira.

[0158] A estrutura diferente daquela descrita acima é similar àquela da primeira modalidade exemplar e não é descrita aqui.

[0159] Em seguida, a operação de cada uma das unidades de conversão fotoelétrica 101 de acordo com esta modalidade exemplar será descrita. As figuras 12A até 12f ilustram de maneira esquemática bandas de energia em cada uma das unidades de conversão fotoelétrica 101. Nas figuras 12A até 12F as bandas de energia do primeiro eletrodo 201, a camada de bloqueio 203, a camada de conversão fotoelétrica 205, a camada isolante 207 e o segundo eletrodo 209 estão ilustradas. O eixo vertical nas figuras 12A até 12F representa o potencial de elétrons. O potencial de elétrons aumenta ao longo do eixo vertical em uma direção para cima nas figuras 12A até 12F. Consequentemente, a tensão diminui ao longo do eixo vertical em uma direção para cima nas figuras 12A até 12F. Para o primeiro eletrodo 201 e o segundo eletrodo 209 o nível de energia de elétrons livres está ilustrado. Para a camada de bloqueio 203 e a camada de conversão fotoelétrica 205 um espaço de banda entre o nível de energia da banda de condução e o nível de energia da banda de valência está ilustrado. O potencial da camada de conversão fotoelétrica 205 na interface entre a camada de conversão fotoelétrica 205 e uma camada isolante 207 é referido como o “potencial de superfície da camada de conversão fotoelétrica 205” ou simplesmente como “potencial de superfície’, para conveniência.

[0160] Na operação da unidade de conversão fotoelétrica 101 as seguintes etapas (1) até (6) são realizadas de maneira repetida: (1) o reinicialização do nó de entrada da unidade de amplificação, (2) a leitura de um sinal de ruído, (3) a descarga de carga de sinal a partir da unidade de conversão fotoelétrica, (4) a leitura de um sinal ótico, (5) o reinicialização antes de acumulação de carga de sinal é iniciado, e (6) a acumulação de carga de sinal. No que segue, as etapas respectivas serão descritas.

[0161] A figura 12A ilustra o estado da unidade de conversão fotoelétrica 101 na etapa (1) até a etapa (2). A tensão Vs é suprida para o primeiro eletrodo 201. A tensão Vs é igual a, por exemplo, 3 V. Na camada de conversão fotoelétrica 205 furos plotados utilizando círculos vazios são acumulados como cargas de sinal geradas durante um período de exposição. Isto é, o dispositivo de conversão fotoelétrica realiza uma operação de acumulação. Uma vez que uma operação de acumulação e uma operação de descarga são realizadas de maneira alternada, a operação de descarga é realizada antes que a operação de acumulação seja iniciada. O potencial de superfície da camada de conversão fotoelétrica 205 muda na direção na qual o potencial de superfície diminui (isto é, na direção na qual tensão aumenta) de acordo com o número de furos acumulados. No caso de acumulação de elétrons o potencial de superfície muda na direção na qual o potencial de superfície aumenta (isto é, na direção na qual tensão aumenta) de acordo com o número de elétrons acumulados. Em adição, a primeira tensão Vd1é suprida para o nó C. A primeira tensão Vd1 é igual a, por exemplo, 0 V.

[0162] Neste estado o transistor de reinicialização102 é ligado. Isto é, uma operação de reinicialização é realizada. Esta operação de reinicialização é a operação de reinicialização realizada mais tarde entre duas operações de reinicialização realizadas entre uma primeira operação de descarga e uma segunda operação de descarga subsequente à primeira operação de descarga.

Consequentemente, a tensão sobre um nó que inclui o segundo eletrodo 209, isto é, a tensão sobre o nó B ilustrado na figura 8, é reinicializada para a tensão de reinicialização Vres. Nesta modalidade exemplar o nó B inclui a porteira do transistor amplificador 104. Assim, a tensão na porteira do transistor amplificador 104 é reinicializada. A tensão de reinicialização Vres é igual a, por exemplo, 1 V.

[0163] Depois disto o transistor de reinicializaçãol 02 é desligado.

Consequentemente, o nó B é trazido para um estado eletricamente flutuante. Neste caso, ruído de reinicialização (ruído kTC1 ilustrado na figura 12A) pode ser gerado pelo transistor de reinicialização 102.

[0164] O potencial de superfície da camada de conversão fotoelétrica 205 pode mudar de acordo com uma mudança na tensão sobre o segundo eletrodo 209 durante a operação de reinicialização. Neste caso a direção na qual a tensão sobre o segundo eletrodo 209 muda é oposta à direção na qual a tensão sobre o segundo eletrodo 209 mudou devido à acumulação de carga de sinal. Por esta razão, os furos da carga de sinal permanecem acumulados na camada de conversão fotoelétrica 205. Em adição, a camada de bloqueio 203 impede injeção de furos a partir do primeiro eletrodo 201. Assim, a quantidade de carga de sinal acumulada na camada de conversão fotoelétrica 205 não muda.

[0165] Se o transistor de seleção 105 está em um estado ligado o transistor amplificador 104 dá saída a um sinal de ruído (Vres+kTC1) que inclui o ruído de reinicialização a partir do pixel 100. O sinal de ruído é mantido no capacitor CTN do circuito de coluna 140.

[0166] As figuras 12B e 12C ilustram o estado da unidade de conversão fotoelétrica 101 na etapa (3). Primeiro a segunda tensão Vd2 é suprida para o nó C. Uma vez que furos são utilizados como cargas de sinal, a segunda tensão Vd2 é uma tensão mais alta do que a primeira tensão Vs1 . A segunda tensão Vd2 é igual a, por exemplo, 5 V.

[0167] Neste caso a tensão sobre o segundo eletrodo 209 (o nó B) muda na mesma direção que a direção na qual a tensão sobre o nó C muda. Uma quantidade de carga dVB na tensão sobre o segundo eletrodo 209 é determinada de acordo com a relação do valor de capacitância C1 do primeiro capacitor 103 conectado ao segundo eletrodo 209 para o valor de capacitância C2 do segundo capacitor 111 incluído na unidade de conversão fotoelétrica 101. A quantidade de mudança dVB na tensão sobre o segundo eletrodo 209 em relação a uma quantidade de mudança dVd na tensão sobre o nó C é fornecida por dVB=dVdxC1/(C1+C2). O nó B que inclui o segundo eletrodo 209 pode também incluir outros componentes de capacitância. Os outros componentes de capacitância têm um valor de capacitância muito menor do que o valor de capacitância C1 do primeiro capacitor 103. Assim, o valor de capacitância do n[o B pode ser olhado como sendo igual ao valor de capacitância C1 do primeiro capacitor 103.

[0168] Nesta modalidade exemplar, a quantidade de mudança dVb na tensão sobre o segundo eletrodo 209 é muito maior do que a diferença (Vs-Vres) entre a tensão Vs sobre o primeiro eletrodo 201 e a tensão de reinicialização Vres. Assim, o potencial do segundo eletrodo 209 é mais baixo do que o potencial do primeiro eletrodo 201 e o gradiente do potencial da camada de conversão fotoelétrica 205 é invertido. Consequentemente, um elétron plotado utilizando um círculo sólido é injetado para a camada de conversão fotoelétrica 205 a partir do primeiro eletrodo 201. Em adição, algo ou todos dos furos acumulados na camada de conversão fotoelétrica 205 como cargas de sinal movem para a camada de bloqueio 203. Os furos que moveram são recombinados com a maior parte de portadores na camada de bloqueio 203 e desaparecem. Consequentemente, os furos na camada de conversão fotoelétrica 205 são descarregados da camada de conversão fotoelétrica 205. Para o esgotamento de toda a camada de conversão fotoelétrica 205 todos os furos acumulados como cargas de sinal são descarregados.

[0169] Então no estado ilustrado na figura 12C, a primeira tensão Vd1 é suprida para o nó C. Consequentemente, o gradiente do potencial da camada de conversão fotoelétrica 205 é novamente invertido. Assim, os elétrons injetados na camada de conversão fotoelétrica 205 no estado ilustrado na figura 12B são descarregados da camada de conversão fotoelétrica 205. Por outro lado, a camada de bloqueio 203 impede injeção de furos para a camada de conversão fotoelétrica 205 a partir do primeiro eletrodo 201. Consequentemente, o potencial de superfície da camada de conversão fotoelétrica 205 muda de acordo com o número de furos que foram acumulados. De acordo com a mudança em potencial de superfície, a tensão sobre o segundo eletrodo 209 muda do estado de reinicialização por uma tensão Vp que corresponde ao número de furos que desapareceram. Isto é, a tensão Vp que corresponde ao número de furos acumulados como cargas de sinal aparece no nó B. A tensão Vp que corresponde ao número de furos acumulados é referida como um “componente de sinal ótico”.

[0170] No estado ilustrado na figura 12C o transistor de seleção 105 está ligado. Consequentemente, o transistor amplificador 104 dá saída a um sinal ótico (Vp+Vres+kTC1) a partir do pixel 100C. O sinal ótico é mantido no capacitor CTS no circuito de coluna 140. A diferença entre o sinal de ruídos (Vres+kTC1) lida na etapa (2) e o sinal ótico (Vp+Vres+kTC1) lido na etapa (4) é um sinal baseado na tensão Vp que corresponde à carga de sinal acumulada.

[0171] Af igura 12D ilustra o estado da unidade de conversão fotoelétrica 101 na etapa (5). O transistor de reinicialização 102 está ligado e a tensão sobre o nó B é reinicializada para a tensão de reinicialização Vres. Isto é, uma operação de reinicialização é realizada. Esta operação de reinicialização é a operação de reinicialização realizada mais cedo entre as duas operações de reinicialização realizadas entre a primeira operação de descarga e a segunda operação de descarga subsequente à primeira operação de descarga. Depois disto, o transistor de reinicialização102 é desligado. Na maneira descrita acima o nó B é reinicializado antes que a acumulação de carga de sinal seja iniciada ou depois que a acumulação de carga de sinal tenha sido iniciada, possibilitando que o componente de sinal ótico para o quadro precedente que foi acumulado no nó B seja removido. Isto pode impedir que uma redução na tensão inter-eletrodos seja aplicada à unidade de conversão fotoelétrica 101 devido ao componente de sinal ótico deixado sobre o nó B.

[0172] Também neste caso, o ruído de reinicialização (ruído kTC2 es ilustrado na figura 12D) pode ser gerado pelo transistor de reinicialização 102. O ruído de reinicialização gerado é removível através da operação de reinicialização na etapa (1), isto é, a segunda operação de reinicialização ao final do período de acumulação.

[0173] As figuras 12E e 12F ilustram o estado da unidade de conversão fotoelétrica 101 na etapa (6). A tensão Vs é suprida para o primeiro eletrodo 201 e a tensão de reinicialização Vres é suprida para o nó B. A tensão de reinicialização Vres é mais baixa do que a tensão Vs sobre o primeiro eletrodo 201. Assim, os elétrons na camada de conversão fotoelétrica 205 são descarregados para o primeiro eletrodo 201. Em contraste, os furos na camada de conversão fotoelétrica 205 movem para a interface entre a camada de conversão fotoelétrica 205 e a camada isolante 207. Contudo, os furos não são móveis para a camada isolante 207 e são assim acumulados na camada de conversão fotoelétrica 205. Em adição, como descrito anteriormente, a camada de bloqueio 203 impede que os furos sejam injetados para a camada de conversão fotoelétrica 205. Neste estado, quando luz penetra na camada de conversão fotoelétrica 205 apenas os furos nos pares elétron-furo gerados por conversão fotoelétrica são acumulados na camada de conversão fotoelétrica 205 como cargas de sinal. Depois que a operação de acumulação tenha sido realizada por um certo período, as operações em etapas (1) até (6) são realizadas de maneira repetida.

[0174] Os furos acumulados provocam uma mudança no potencial de superfície da camada de conversão fotoelétrica 205. De acordo com a mudança em potencial de superfície, a tensão sobre o segundo eletrodo 209 aumenta. Este aumento está representado por VpO na figura 12F. Na operação de reinicialização na figura 12A como descrito acima, a tensão sobre o segundo eletrodo 209 muda de modo a anular a mudança da tensão VpO. Isto é, a tensão sobre o segundo eletrodo 209 diminui. Consequentemente, o potencial de superfície da camada de conversão fotoelétrica 205 muda na direção na qual o potencial de superfície aumenta.

[0175] Se cargas de sinal são elétrons, a segunda tensão Vd2 é uma tensão mais baixa do que a primeira tensão Vd1. Assim, o gradiente do potencial ilustrado nas figuras 12A até 12F é invertido. As outras operações são substancialmente as mesmas.

[0176] Na operação descrita com referência às figuras 12A até 12F, o gradiente do potencial da camada de conversão fotoelétrica 205 é invertido no estado ilustrado na figura 12B, possibilitando a descarga dos furos acumulados. Não inversão do gradiente do potencial da camada de conversão fotoelétrica 205 provoca a ocorrência de carga elétrica que não é descarregada. Assim ruído pode ocorrer. Aqui, quando a quantidade pela qual a quantidade de mudança dVB na tensão sobre o segundo eletrodo 209 (o nó B) é maior do que a diferença (Vs-Vres) entre a tensão Vs sobre o primeiro eletrodo 201 e a tensão de reinicialização Vres aumenta, o gradiente de potencial tem mais probabilidade de ser invertido. Isto é, quando a quantidade pela qual a quantidade de mudança dVB na tensão sobre o segundo eletrodo 209 é maior do que a diferença (Vs-Vres) entre a tensão Vs sobre o primeiro eletrodo 201 e a tensão de reinicialização Vres aumenta, redução adicional de ruído pode ser conseguida.

[0177] Como descrito acima, existe uma relação representada por dVB=dVdxC1/(C1+C2) entre a quantidade de mudança dVd na tensão sobre o nó C e a quantidade de mudança dVd na tensão sobre o nó B. Isto é, quando o valor de capacitância C1 do nó B aumenta, a quantidade de mudança dVB na tensão sobre o nó B aumenta.

[0178] Nesta modalidade exemplar, o primeiro capacitor 103 é conectado ao segundo eletrodo 209. Assim, o valor de capacitância C1 do nó B pode ser aumentado. Esta configuração possibilita um aumento na quantidade de mudança dVB na tensão sobre o nó B. Consequentemente, esgotamento da camada de conversão fotoelétrica 205 têm mais probabilidade de ser conseguido, resultando em uma redução em carga elétrica que não é descarregada. De acordo com esta modalidade exemplar, portanto, redução de ruído pode ser conseguida.

[0179] Será fornecida uma descrição de um exemplo comparativo no qual o primeiro capacitor 103 não é conectado ao nó B. Nesta configuração o nó B tem uma capacitância que pode incluir um componente de capacitância devido a uma junção PM em uma região semicondutora e um componente de capacitância parasítico de uma linha de fiação. Uma vez que os componentes de capacitância descritos acima são desprezívelmente menores do que o valor de capacitância C2 do segundo capacitor 111 incluído na unidade de conversão fotoelétrica 101, o valor fornecido por C1/{C1+C2) é substancialmente igual a zero. Assim, mesmo se a tensão Vd sobre o nó C é mudada, a tensão sobre o nó B não muda substancialmente. Neste caso, o gradiente do potencial pode não ser invertido no estado ilustrado na figura 12B, resultando em uma possibilidade que algo dos furos acumulados como cargas de sinal não sejam descarregados. Nesta modalidade exemplar, em contraste com o exemplo comparativo, a quantidade de carga de sinal que não é descarregada pode ser reduzida, resultando em redução de ruído.

[0180] Será fornecida agora uma descrição da relação entre o valor de capacitância C1 do primeiro capacitor 103, o valor de capacitância C2 do segundo capacitor 111 incluído na unidade de conversão fotoelétrica 101, e a tensão suprida para cada unidade. Nesta modalidade exemplar, o valor de capacitância C1 e o valor de capacitância C2 são representados pela Expressão (4) e Expressão (1) na primeira modalidade exemplar, respectivamente. Uma descrição detalhada não é fornecida aqui.

[0181] Nesta modalidade exemplar, a tensão Vd sobre os nós C é controlada utilizando a primeira tensão Vd1 e a segunda tensão Vd2 para acumular carga de sinal e descarregar a carga de sinal devido ao esgotamento da camada de conversão fotoelétrica 205. O valor de capacitância C1 do primeiro capacitor 103 e o valor de capacitância C2 do segundo capacitor 111 satisfazem à relação a seguir, com isto alcançando uma redução na carga elétrica que permanece na camada de conversão fotoelétrica 205 durante a descarga de carga de sinal descrita acima. Uma modalidade exemplar na qual cargas de sinal são furos será descrita primeiro.

[0182] No que segue, para simplicidade, o valor de capacitância C1 do primeiro capacitor 103 é k vezes tão grande quanto o valor de capacitância C2 do segundo capacitor 111. Isto é, o valor de capacitâncias C1 e o valor de capacitância C2 têm uma relação de Expressão (18) como a seguir: Cl = kxC2 (18) [0183] Como descrito anteriormente, a quantidade de mudança dVd na tensão sobre o nó C e a quantidade de mudança dVB na tensão sobre o segundo eletrodo 209 (o nó B) têm uma relação fornecida pela Expressão (19) como a seguir: dVB = dVd x C1/(C1 + C2) (19) [0184] A Expressão (18) e a Expressão (19) produzem a Expressão (20) como a seguir: dVB = dVdxk/(\ + k) (20) [0185] Para acumular furos como cargas de sinal é desejado que a tensão Vs suprida para o primeiro eletrodo 201 (o nó A) e a tensão de reinicialização Vres satisfaçam uma relação de Expressão (21) como a seguir: Vs > Vres (21) [0186] Para transferir os furos da carga de sinal é desejável que a tensão Vs sobre o primeiro eletrodo 201 (o nó A), a tensão de reinicialização Vres , e a quantidade de mudança dVd na tensão sobre o segundo eletrodo 209, satisfaçam uma relação de Expressão (22) como a seguir: Vs<Vres + dVB (22) [0187] Se a relação de Expressão (21) é satisfeita, o gradiente do potencial que permite furos desviarem no sentido da camada isolante 207 pode ser formado na camada de conversão fotoelétrica 205. Se a relação de Expressão (22) é satisfeita, é fácil inverter o gradiente do potencial da camada de conversão fotoelétrica 205.

[0188] A Expressão (20) e a Expressão (22) produzem a Expressão (23): V.s- - Vres < dVd xk/{l + k) (23) [0189] Em uma modalidade exemplar na qual cargas de sinal são furos, a segunda tensão Vd2 é mais alta do que a primeira tensão Vd1. Isto é, a quantidade de mudança dVd (=Vd2-Vd1) na tensão sobre o nó C tem um valor positivo. Consequentemente, dividindo ambos os lados da Expressão (23) por dVd não muda a orientação do sinal da desigualdade.

[0190] Consequentemente a Expressão (23) produz uma Expressão de relação fornecida pela Expressão (24) abaixo para uma relação de capacidade k do valor de capacitância C1 e o valor de capacitância C2: (24) [0191] Se a relação de Expressão (24) é satisfeita, a quantidade de carga elétrica que não é descarregada pode ser reduzida. Consequentemente, medição de ruído pode ser conseguida.

[0192] Nesta modalidade exemplar, a tensão Vs sobre o primeiro eletrodo 201 é igual a 3 V e a tensão de reinicialização Vres é igual a 1 V. Uma vez que a primeira tensão Vd1 é igual a 0 V, a segunda tensão Vs2 é igual a 5 V, a quantidade de mudança dVd na tensão sobre o nó C é igual a 5 volts. Assim k>2/3 é estabelecido. Especificamente nesta modalidade exemplar, o valor de capacitância C1 do primeiro capacitor 103 é igual a 4fF e o valor de capacitância C2 do segundo capacitor 111 é igual a 1 fF. Isto é, k=4 é obtido. Esta configuração pode conseguir redução de ruído adicional.

[0193] Nesta modalidade exemplar, a área Sd de qualquer do eletrodo superior 211 ou do eletrodo inferior 213 do primeiro capacitor 103 em vista em planta, e a área Ss do segundo eletrodo 209 em vista em planta satisfazem uma relação de Sd>0,5xSs. Esta configuração pode tornar fácil obter a relação de relação de capacidade descrita acima.

[0194] Além disto, quando o valor k aumenta, o efeito de redução de ruído aumenta. Consequentemente em um caso onde o valor de capacitância C1 do primeiro capacitor 103 é igual ao ou maior do que o valor de capacitância C2 do segundo capacitor 111, o efeito de redução de ruído pode ser ainda aumentado.

[0195] A quantidade de mudança dVd na tensão sobre o nó C é fornecida por dVd=Vd2-Vd1 utilizando a primeira tensão Vd1 e a segunda tensão Vd2. Além disto, o lado esquerdo da Expressão (24) pode ser reescrito como C1/(C1+C2) utilizando a Expressão (18). Consequentemente, a Expressão (24) é modificada para a Expressão (25). (25) [0196] Uma modalidade exemplar na qual cargas de sinal são elétrons será descrita agora. Se cargas de sinal são elétrons, as orientações dos sinais de desigualdade na Expressão (21) e Expressão (22) são mudadas. Consequentemente, orientação do sinal da desigualdade na Expressão (23) é também mudada. Isto é, se as cargas de sinal são elétrons a Expressão (26) abaixo é obtida.

Vs-Vres>dVdxk/(l + k) (26) [0197] Observar que em uma modalidade exemplar na qual cargas de sinal são elétrons, a segunda tensão Vd2 é menor do que a primeira tensão Vd1. Isto é, a quantidade de mudança dVd (=Vd2-Vd1) na tensão sobre o nó C tem um valor negativo. Consequentemente, dividir ambos os lados da Expressão (26) por dVd muda a orientação do sinal da desigualdade. Consequentemente, como no caso onde cargas de sinal são furos, a Expressão de relação fornecida pelas expressões (24) e (25) é obtida.

[0198] Aqui a relação fornecida pela Expressão (25) será descrita. Quando a tensão de reinicialização Vres se aproxima da tensão Vs suprida para o primeiro eletrodo 201 da unidade de conversão fotoelétrica 101, o valor sobre o lado direito diminui. Isto é, mesmo se o valor de capacitância C1 do primeiro capacitor 103 é pequeno, o gradiente do potencial da camada de conversão fotoelétrica 205 pode ser invertido. Se a diferença entre a tensão de reinicialização Vres e a tensão Vs suprida para o primeiro eletrodo 201 é pequena, a quantidade de carga elétrica que pode ser acumulada na camada de conversão fotoelétrica 205 é pequena.

[0199] Em contraste, quando a diferença entre a tensão de reinicialização Vres e a tensão Vs aumenta, o valor sobre o lado direito aumenta. Isto é, um valor grande é utilizado para o valor de capacitância C1 um do primeiro capacitor 103. Neste caso, a diferença entre a tensão de reinicialização Vres e a primeira tensão Vs1 é grande. Assim, a quantidade de carga elétrica que pode ser acumulada na camada de conversão fotoelétrica 205 pode ser aumentada.

[0200] Em termos do balanço entre a quantidade de saturação de carga elétrica e o valor de capacitância C1 do primeiro capacitar 103 é preferível que a diferença entre a tensão de reinicialização Vres e a tensão Vs e esteja em uma faixa de 20% até 80% da diferença entre a primeira tensão Vs1 e a segunda tensão Vs2 . Por exemplo, se a primeira tensão Vs1 é igual a 0 V e a segunda tensão Vs2 é igual a 5 V, é desejável que a diferença da tensão de reinicialização Vres esteja em uma faixa de 1 V até 4 V.

[0201] Em particular, um aumento na diferença entre a primeira tensão Vd1 e a segunda tensão Vd2 pode reduzir o valor de capacitância ar ânsias segundo primeiro capacitar 103 mesmo se a diferença entre a tensão de reinicialização Vres e a tensão Vs é grande. Em um caso onde o dispositivo de conversão fotoelétrica é utilizado como um sensor de imagem para uma câmera ou similar, contudo, uma tensão de suprimento de energia baixa é utilizada para uma redução em consumo de energia. Por exemplo, a tensão de suprimento de energia suprida para um sensor de imagem é tipicamente menor do que ou igual a 5 V. Consequentemente, valores menores do que ou iguais a 5 V são também utilizados para as tensões na Expressão (24) até a Expressão (25). É assim difícil aumentar a diferença entre a primeira tensão Vd1 e a segunda tensão Vd2. Neste caso, o valor de capacitância C1 do primeiro capacitor 103 e o valor de capacitância C2 do segundo capacitor 111 satisfazem à relação descrita acima, possibilitando redução de ruído com acionamento de baixa tensão do dispositivo de conversão fotoelétrica.

[0202] Como descrito acima, redução de ruído pode ser conseguida utilizando a relação entre o valor de capacitância C1 do primeiro capacitor 113 e o valor de capacitância C2 do segundo capacitor 111 incluído na unidade de conversão fotoelétrica 101. Deve ser entendido que o efeito de redução de ruído será conseguido mesmo se a relação do valor de capacitância C1 e do valor de capacitância C2 dois não satisfizer a relação da Expressão (24) ou Expressão (25). Os valores numéricos fornecidos no que precede são meramente exemplos, e não são projetados para serem limitantes.

[0203] Níveis de energia com defeito e similares podem estar presentes na interface entre a camada de conversão fotoelétrica 205 e a camada isolante 207. Neste caso pode ser suficiente levar em consideração a tensão de banda plana utilizando uma técnica conhecida.

[0204] Em seguida um método para acionar o dispositivo de conversão fotoelétrica de acordo com esta modalidade exemplar será descrito. A figura 13 ilustra uma carta de temporização de sinais de acionamento utilizados no dispositivo de conversão fotoelétrica de acordo com esta modalidade exemplar. Na figura 13 sinais de acionamento para leitura de sinal para a n-ésima fileira e a (n + 1)-ésima fileira, ou duas fileiras no total, estão ilustrados.

[0205] A diferença a partir do método de acionamento de acordo com a primeira modalidade exemplar é que um sinal de tensão Vd é suprido para os nós C ilustrados na figura 8. Na figura 13 a carta de temporização do sinal de tensão Vd está ilustrada. O sinal de tensão Vd inclui a primeira tensão Vd1 e a segunda tensão Vd2. O período durante o qual o sinal de tensão Vs é a primeira tensão Vs1 na primeira modalidade exemplar corresponde a um período durante o qual o sinal de tensão Vd é a primeira tensão Vd1 nesta modalidade exemplar. O período durante o qual o sinal de tensão Vs é a segunda tensão Vs2 na primeira modalidade exemplar corresponde a um período durante o qual o sinal de tensão Vd é a segunda tensão Vd2 nesta modalidade exemplar.

[0206] A carta de temporização dos outros sinais de acionamento é substancialmente a mesma que aquela na figura 7. Assim, uma descrição detalhada não é fornecida aqui.

[0207] No dispositivo de conversão fotoelétrica de acordo com esta modalidade exemplar, como descrito acima, o transistor de reinicialização 102 realiza a primeira operação de reinicialização ilustrada na figura 6D e a segunda operação de reinicialização ilustrada na figura 6A por operação de acumulação realizada pela unidade de conversão fotoelétrica 104. Esta configuração pode impedir que uma redução na tensão inter-eletrodos seja aplicada à unidade de conversão fotoelétrica 101. Consequentemente, uma faixa dinâmica pode ser melhorada.

TERCEIRA MODALIDADE EXEMPLAR

[0208] Outra modalidade exemplar será descrita. Esta modalidade exemplar é diferente da primeira modalidade exemplar e da segunda modalidade exemplar, em que um comutador é disposto entre a unidade de conversão fotoelétrica e o nó de entrada da unidade de amplificação. Assim, somente porções diferentes da primeira modalidade exemplar ou da segunda modalidade exemplar estão descritas. Porções que são substancialmente as mesmas que aquelas em qualquer uma da primeira modalidade exemplar e da segunda modalidade exemplar não estão descritas.

[0209] A figura 14 ilustra de maneira esquemática a configuração de pixels 100 de um dispositivo de conversão fotoelétrica de acordo com esta modalidade exemplar. Na figura 14 quatro pixels 100 arranjados em duas fileiras e duas colunas estão ilustrados. Porções que têm substancialmente as mesmas funções que aquelas na figura 1A recebem os mesmos numerais. Cada uma das unidades de conversão fotoelétrica 101 tem uma estrutura similar àquela na primeira modalidade exemplar. Assim, a estrutura em seção transversal das unidades de conversão fotoelétrica 101 não está ilustrada na figura 14.

[0210] Nesta modalidade exemplar, comutadores 501 são dispostos em trajetos elétricos entre as unidades de conversão fotoelétrica 101 e os primeiros capacitores 103. Em outras palavras, os primeiros capacitores 103 são conectados eletricamente às unidades de conversão fotoelétrica 101 por meio dos comutadores 501. Os comutadores 501 são também dispostos em trajetos elétricos entre as unidades de conversão fotoelétrica 101 e os transistores amplificadores 104. Em outras palavras, os transistores amplificadores 104 são conectados eletricamente às unidades de conversão fotoelétrica 101 por meio dos comutadores 501. As porteiras dos transistores amplificadores 104 e os primeiros terminais dos primeiros capacitores 103 são incluídos nos nós B.

[0211] Os comutadores 501 controlam condução elétrica entre as unidades de conversão fotoelétrica 101 e os nós B. Desligar ambos, os comutadores 501 e os transistores de reinicialização102 traz os nós B para um estado eletricamente flutuante.

[0212] Um sinal de acionamento pGS é suprido para os comutadores 501. Sinais que indicam fileiras tal como (n) e (n+1) são fornecidos para distinguir sinais de acionamento pGS a serem supridos para diferentes fileiras.

[0213] A configuração de cada um dos pixels 100 de acordo com esta modalidade exemplar é substancialmente a mesma que aquela na primeira modalidade exemplar, exceto que o comutador 501 é disposto. Também a configuração global do dispositivo de conversão fotoelétrica de acordo com esta modalidade exemplar é também substancialmente a mesma que aquela na primeira modalidade exemplar.

[0214] A configuração descrita acima possibilita que períodos de exposição para todas as fileiras coincidam. Um assim chamado obturador eletrônico global é conseguido. Uma vez que o sinal de acionamento pGS é suprido de maneira independente em uma base de fileira por fileira, a comutação entre uma modo de operação de obturador eletrônico global e um modo de operação de operador de rolamento é também conseguida.

[0215] Nesta modalidade exemplar, como ilustrado na figura 14, a tensão Vs a partir da unidade de suprimento de tensão 110 é suprida para os nós A aos quais os primeiros terminais das unidades de conversão fotoelétrica 101 são conectados. De maneira similar à primeira modalidade exemplar, a unidade de suprimento de tensão 110 controla tensão sobre os nós A utilizando pelo menos a primeira tensão Vs1 e a segunda tensão Vs2. Esta configuração possibilita a acumulação de carga eletrônica nas unidades de conversão fotoelétrica 101 e a descarga ou transferência da carga elétrica das unidades de conversão fotoelétrica 101.

[0216] Em seguida um método para acionar o dispositivo de conversão fotoelétrica de acordo com esta modalidade exemplar será descrito. A figura 15 ilustra uma carta de temporização de sinais de acionamento utilizados no dispositivo de conversão fotoelétrica de acordo com esta modalidade exemplar. Na figura 14, sinais de acionamento para a leitura de sinal para a n-ésima fileira é a (n + 1)-ésima fileira, ou duas fileiras no total, estão ilustrados.

[0217] A diferença a partir do método de acionamento de acordo com a primeira modalidade exemplar é que o sinal de acionamento pGS é suprido para o comutador 501. Na figura 15 a carta de temporização do sinal de acionamento pGS está ilustrada. Quando o sinal de acionamento pGS está em nível alto o comutador 501 é ligado. Quando o sinal de acionamento pGS está em nível baixo o comutador 501 está desligado.

[0218] O dispositivo de conversão fotoelétrica de acordo com esta modalidade exemplar é configurado para realizar uma operação de obturador eletrônico global. Antes do tempo t1 as unidades de conversão fotoelétrica 101 dos pixels 100 na n-ésima fileira e as unidades de conversão fotoelétrica 101 dos pixels 100 na (n+1)-ésima fileira acumulam carga de sinal. Antes do tempo t1 além disto, o sinal de tensão Vs(n) para a n-ésima fileira e o sinal de tensão Vs(n+1) para a (n + 1)-ésima fileira são, cada um, iguais à primeira tensão Vs1 .

[0219] No tempo t1 o sinal de acionamento pRES(n) e o sinal de acionamento pRES(n+1) sobem para um nível alto e os transistores de reinicialização 102 dos pixels 100 na n-ésima fileira são ligados. Consequentemente, a tensão sobre os nós B dos pixels 100 na n-ésima fileira e a tensão sobre os nós B dos pixels 100 na (n+1)-ésima fileira são, cada um, reinicializados para a tensão de reinicialização Vres. Depois disto, no tempo t2 o sinal de acionamento pRES(n) e o sinal de acionamento pRES(n+1) caem para um nível baixo e os transistores de reinicialização 102 dos pixels 100 são desligados.

[0220] No tempo t3 o sinal de acionamento pGS(n) e o sinal de acionamento pGS(n+1) sobem para um nível alto. Consequentemente, os comutadores 501 são ligados. Assim, cada um dos pixels 100 de acordo com esta modalidade exemplar tem o circuito equivalente ilustrado nas figuras 1B ou 1C.

[0221] No tempo t4 o sinal de tensão Vs(n) e o sinal de tensão Vs(n+1) mudam da primeira tensão Vs1 para a segunda tensão Vs2. Em seguida, no tempo t5, o sinal de tensão Vs(n) e o sinal de tensão Vs(n+1) mudam da segunda tensão Vs2 para a primeira tensão Vs1. Por meio da operação desde o tempo t4 até o tempo t5 a carga de sinal é transferida. Consequentemente, a tensão Vp que corresponde à quantidade de carga de sinal acumulada é gerada nos nós B. A operação neste tempo é substancialmente a mesma que aquela descrita na primeira modalidade exemplar com referência às figuras 6A até 6F. Isto é, o estado da banda de energia de cada uma das unidades de conversão totoelétrica 101 neste tempo está ilustrado na figura 6B e figura 6C.

[0222] No tempo t6 o sinal de acionamento pGS(n) e o sinal de acionamento pGS(n+1) caem para um nível baixo. Consequentemente, os comutadores 501 são desligados. Isto resulta na desconexão de condução elétrica entre as unidades de conversão fotoelétrica 101 e os nós B. Assim, enquanto os nós B mantém a tensão Vp que corresponde à quantidade de carga de sinal para o quadro precedente, as unidades de conversão fotoelétrica 101 podem acumular carga de sinal para o quadro subsequente. Nesta modalidade exemplar, os pixels 100 em uma pluralidade de fileiras são capazes de realizar a operação descrita acima em paralelo. Isto é, as unidades de conversão fotoelétrica 101 dos pixels 100 em uma pluralidade de fileiras são capazes de iniciar simultaneamente a acumulação de carga de sinal.

[0223] Na operação subsequente, sinais óticos são lidos fileira por fileira. No tempo t7 o sinal de acionamento pincel e n sobe para um nível alto. No tempo t7 o sinal de acionamento pSEL(n) também sobe para um nível alto. Conseqüentemente os transistores amplificadores 104 dos pixels 100 na n-ésima fileira dão saída a um sinal ótico. Os sinais óticos saídos a partir dos pixels 100 na n-ésima fileira são mantidos nos capacitores CTS. Os sinais óticos mantidos nos capacitores CTS são saídos para a unidade de saída 170 em uma base coluna por coluna depois do tempo t9.

[0224] No tempo t10 a leitura de sinais óticos para a fileira {n+1)-ésima é iniciada. Esta operação é similar àquela para a fileira n-ésima e não está descrita aqui.

[0225] Através da operação descrita acima, leitura de sinal com base na operação de obturador eletrônico global é conseguida. Na figura 15 somente os sinais de acionamento para a n-ésima fileira e a (n + 1)-ésima fileira estão ilustrados. Observar que a operação para o tempo t1 até o tempo t6 pode ser realizada simultaneamente para todas as fileiras.

[0226] Nesta modalidade exemplar, além disto, os sinais de acionamento ilustrados na figura 7 podem ser supridos enquanto o sinal de acionamento pGS é mantido em um nível alto. Isto possibilita a leitura de sinal com base na operação de obturador de rolagem em uma maneira similar àquela na primeira modalidade exemplar.

[0227] Também nesta modalidade exemplar o primeiro capacitor 103 é conectado ao nó B. Assim, um efeito de redução de ruído pode ser conseguido. QUARTA MODALIDADE EXEMPLAR

[0228] Outra modalidade exemplar será descrita. Esta modalidade exemplar difere da primeira modalidade exemplar e da segunda modalidade exemplar, em que um comutador é disposto entre a unidade de conversão fotoelétrica e o nó de entrada da unidade de amplificação. A diferença entre esta modalidade exemplar e a terceira modalidade exemplar é como a seguir: na terceira modalidade exemplar a tensão sobre o nó A é controlada, enquanto nesta modalidade exemplar a tensão sobre o nó c é controlada. Assim, somente porções diferentes da primeira modalidade exemplar para a terceira modalidade exemplar são descritas. Porções que são substancialmente as mesmas que aquelas em qualquer uma da primeira modalidade exemplar até a terceira modalidade exemplar não estão descritas.

[0229] A figura 16 ilustra de maneira esquemática a configuração de pixels 100 de um dispositivo de conversão fotoelétrica de acordo com esta modalidade exemplar. Na figura 14 quatro pixels 100 arranjados em duas fileiras e duas colunas estão ilustrados. Porções que têm substancialmente as mesmas funções que aquelas na figura 8 recebem os mesmos numerais. Cada uma das unidades de conversão fotoelétrica 101 tem uma estrutura similar àquela na segunda modalidade exemplar. Assim, a estrutura de seção transversal das unidades de conversão fotoelétrica 101 não está ilustrada na figura 16.

[0230] Nesta modalidade exemplar, comutadores 501 são dispostos em trajetos elétricos entre as unidades de conversão fotoelétrica 101 e os primeiros capacitores 103. Em outras palavras, os primeiros capacitores 103 são eletricamente conectados às unidades de conversão fotoelétrica 101 por meio dos comutadores 501. Os comutadores 501 são também dispostos em trajetos elétricos entre as unidades de conversão fotoelétrica 101 e os transistores amplificadores 104. Em outras palavras, os transistores amplificadores 104 são conectados eletricamente às unidades de conversão fotoelétrica 101 por meio dos comutadores 501. As porteiras dos transistores amplificadores 104 e dos primeiros terminais dos primeiros capacitores 103 são incluídos nos nós B.

[0231] Os comutadores 501 controlam condução elétrica entre as unidades de conversão fotoelétrica 101 e os nós B. Desligar ambos os comutadores 101 e os transistores de reinicializaçãol 02 traz os nós B para um estado eletricamente flutuante.

[0232] Um sinal de acionamento pGS é suprido para os comutadores 501. Sinais que indicam fileiras, tais como (n) e (n+1) são designados para distinguir sinais de acionamento pGS a serem supridos para diferentes fileiras.

[0233] A configuração de cada um dos pixels 100 de acordo com esta modalidade exemplar é substancialmente a mesma que aquela na segunda modalidade exemplar, exceto que o comutador 501 é disposto. Também a configuração global do dispositivo de conversão fotoelétrica de acordo com esta modalidade exemplar é também substancialmente a mesma que aquela na segunda modalidade exemplar.

[0234] A configuração descrita acima possibilita que períodos de exposição para todas as fileiras coincidam. Um assim chamado obturador eletrônico global é conseguido. Uma vez que o sinal de acionamento pGS é suprido de maneira independente em uma base de fileira por fileira, a comutação entre um modo de operação de obturador eletrônico global e um modo de operação de obturador de rolamento é também conseguida.

[0235] Nesta modalidade exemplar, como ilustrado na figura 16, a tensão Vd a partir da unidade de suprimento de tensão 410 é suprida para os nós C acoplados aos nós B por meio dos primeiros capacitores 103. De maneira similar, na segunda modalidade exemplar, a unidade de suprimento de tensão 410 controla tensão sobre os nós C utilizando pelo menos a primeira tensão Vd1 e a segunda tensão Vd2. Esta configuração possibilita a acumulação de carga elétrica nas unidades de conversão fotoelétrica 101 e a descarga ou transferência da carga elétrica a partir das unidades de conversão fotoelétrica 101.

[0236] Em seguida um método para acionar o dispositivo de conversão fotoelétrica de acordo com esta modalidade exemplar será descrito. A figura 17 ilustra uma carta de temporização de sinais de acionamento utilizados no dispositivo de conversão fotoelétrica de acordo com esta modalidade exemplar. Na figura 17 sinais de acionamento para leitura de sinal para a n-ésima fileira e a (n+1)-ésima fileira, ou duas fileiras no total, são ilustrados.

[0237] A diferença a partir do método de acionamento de acordo com a terceira modalidade exemplar é que o sinal de tensão Vd é suprido para os nós C ilustrados na figura 16. Na figura 17 a carta de temporização do sinal de tensão Vd está ilustrada. O sinal de tensão Vd inclui a primeira tensão Vd1 e a segunda tensão Vd2. O período durante o qual o sinal de tensão Vs é a primeira tensão Vs1 na terceira modalidade exemplar corresponde a um período durante o qual o sinal de tensão Vd é a primeira tensão Vd1 nesta modalidade exemplar. O período durante o qual o sinal de tensão Vs é a segunda tensão Vs2 na terceira modalidade exemplar, corresponde a um período durante o qual o sinal de tensão Vd é a segunda tensão Vd2 nesta modalidade exemplar.

[0238] A carta de temporização dos outros sinais de acionamento é substancialmente a mesma que aquela na figura 15. Assim, uma descrição detalhada não é fornecida aqui.

[0239] Nesta modalidade exemplar, na maneira descrita acima, leitura de sinal com base na operação de obturador eletrônico global é conseguida. Nesta modalidade exemplar, além disto, os sinais de acionamento ilustrados na figura 7 podem ser supridos enquanto o sinal de acionamento pGS é mantido em um nível alto. Isto possibilita leitura de sinal com base na operação de obturador de rolamento em uma maneira similar àquela na primeira modalidade exemplar.

[0240] Também nesta modalidade exemplar, o primeiro capacitor 103 é conectado ao nó B. Assim, um efeito de redução de ruído pode ser conseguido. QUINTA MODALIDADE EXEMPLAR

[0241] Outra modalidade exemplar será descrita. Esta modalidade exemplar é diferente da primeira modalidade exemplar até a quarta modalidade exemplar em que cada pixel incluí um circuito grampo conectado à jusante da unidade de amplificação. Assim, somente porções diferentes da primeira modalidade exemplar até a quarta modalidade exemplar estão descritos. Porções que são substancialmente as mesmas que aquelas em qualquer uma da primeira modalidade exemplar até a quarta modalidade exemplar não são descritas.

[0242] A figura 18 ilustra de maneira esquemática a configuração de pixels 100 de um dispositivo de conversão fotoelétrica de acordo com esta modalidade exemplar. Na figura 18 quatro pixels 100 arranjados em duas fileiras e duas colunas estão ilustrados. Porções que têm substancialmente as mesmas funções que aquelas na figura 1A recebem os mesmos numerais. Cada uma das unidades de conversão fotoelétrica 101 tem uma estrutura similar àquela em qualquer uma da primeira até quarta modalidades tomadas como exemplo. Assim, a estrutura de seção transversal das unidades de conversão fotoelétrica 101 não está mostrada na figura 18.

[0243] Nesta modalidade exemplar, cada um dos pixels 100 inclui duas unidades de a amplificação. Uma primeira unidade de amplificação é um circuito seguidor de fonte que inclui um primeiro transistor amplificador 611 e uma fonte de corrente 612. Uma segunda unidade de amplificação inclui um segundo transistor amplificador 631. O segundo transistor amplificador 631 é conectado à linha de saída 130 por meio do transistor de seleção 105. O segundo transistor amplificador 631 e a fonte de corrente 160 conectada à linha de saída 130 constituem um circuito seguidor de fonte.

[0244] Cada um dos pixels 100 ainda inclui um circuito grampo para implementar um obturador eletrônico global. O circuito grampo inclui um comutador grampo 621, um capacitor grampo 622 e um comutador de suprimento de tensão grampo 623. O comutador grampo 621 é disposto em um trajeto elétrico entre o nó B ao qual o primeiro capacitor 103 está conectado e um nó de entrada da segunda unidade de amplificação do pixel 100. Um sinal de acionamento pGS é suprido para o comutador grampo 621. Um sinal de acionamento pCL é suprido para o comutador de suprimento de tensão grampo 623.

[0245] O circuito grampo grampeia a saída do sinal de ruído a partir da primeira unidade de amplificação. Depois disto, a primeira unidade de amplificação dá saída a um sinal ótico. Assim, o circuito grampo é capaz de remover ruído tal como o ruído de reinicialização incluído no sinal ótico. Esta configuração possibilita implementação de uma operação de obturador eletrônico global enquanto removendo ruído randômico tal como o ruído de reinicialização [0246] Em seguida um método para acionar o dispositivo de conversão fotoelétrica de acordo com esta modalidade exemplar será descrito. A figura 19 ilustra uma carta de temporização de sinais de acionamento utilizados no dispositivo de conversão fotoelétrica de acordo com esta modalidade exemplar. Na figura 19 sinais de acionamento para leitura de sinal para a n-ésima fileira e a (n + 1)-ésima fileira, ou duas fileiras no total, estão ilustrados.

[0247] A diferença do método de acionamento de acordo com a primeira modalidade exemplar é que o sinal de acionamento pGS é suprido para o comutador 501. Na figura 19 a carta de temporização do sinal de tensão Vd está ilustrada. Quando um sinal de acionamento está em nível alto o comutador correspondente está ligado. Quando um sinal de acionamento está em nível baixo o comutador correspondente está desligado.

[0248] No tempo t1 o sinal de acionamento pGS(n) e o sinal de acionamento pGS(n+1) sobem até um nível alto. No tempo t2 o sinal de acionamento pRES(n) e o sinal de acionamento pRES(n+1) sobem até um nível alto. No tempo t2 além disto o sinal de acionamento pCL(n) e o sinal de acionamento pCL(n+1) também sobem até um nível alto. Depois disto, no tempo t3 o sinal de acionamento pRES(n) e o sinal de acionamento pRES(n+1) caem para um nível baixo. No tempo t4 o sinal de acionamento pCL(n) e o sinal de acionamento pCL(n+1) caem para um nível baixo. Consequentemente, os circuitos grampo dos pixel 100 na n-ésima fileira e na (n+1)-ésima fileira grampeiam os sinais de ruído.

[0249] Em seguida, no período a partir do t5 até o tempo t6 o sinal de tensão Vd(n) e o sinal de tensão Vd(n+1) são a segunda tensão Vd2. Assim, a carga de sinal acumulada é transferida. Uma vez que o comutador grampo 621 está em um estado ligado, uma tensão Vp que corresponde à quantidade de carga de sinal é gerada no capacitor grampo 622.

[0250] Depois disto, no tempo t7, o sinal de acionamento pGS(n) e o sinal de acionamento pGS(n+1) caem para um nível baixo. Consequentemente, os circuitos grampo dos pixels 100 são separados eletricamente das unidades de conversão fotoelétrica 101.

[0251] Na operação subsequente sinais óticos são lidos fileira por fileira. Esta operação é substancialmente a mesma que aquela na terceira modalidade exemplar ou na quarta modalidade exemplar, e não é descrita aqui.

[0252] Através da operação descrita acima uma operação de obturador eletrônico global é implementada. Nesta modalidade exemplar, além disto, cada um dos pixels 100 inclui um circuito grampo. Esta configuração possibilita uma redução em ruído randômico tal como o ruído de reinicialização SEXTA MODALIDADE EXEMPLAR

[0253] Outra modalidade exemplar será descrita. Esta modalidade exemplar é diferente da primeira modalidade exemplar até a quinta modalidade exemplar, em que cada pixel inclui um circuito de amostra e sustentação conectado à jusante da unidade de amplificação. Assim, somente porções diferentes da primeira modalidade exemplar até a quinta modalidade exemplar estão descritas. Porções que são substancialmente as mesmas que aquelas em qualquer uma da primeira modalidade exemplar até a quinta modalidade exemplar não estão descritas.

[0254] A figura 20 ilustra de maneira esquemática configuração de pixels 100 de um dispositivo de conversão fotoelétrica de acordo com esta modalidade exemplar. Na figura 20 quatro pixels 100 arranjados em duas fileiras e duas colunas estão ilustrados. Porções que têm substancialmente as mesmas funções como aquelas na figura 1A ou 1B recebem os mesmos numerais. Cada uma das unidades de conversão fotoelétrica 101 tem uma estrutura similar àquela em qualquer uma das primeira até quinta modalidades tomadas como exemplo. Assim, a estrutura de seção transversal das unidades de conversão fotoelétrica 101 não está mostrada na figura 20.

[0255] Nesta modalidade exemplar, cada um dos pixels 100 inclui duas unidades de amplificação. Uma primeira unidade de amplificação é um circuito seguidor de fonte que inclui o primeiro transistor amplificador 611 e a fonte de corrente 612. Uma segunda unidade de amplificação inclui segundo transistor amplificador 631. O segundo transistor amplificador 631 é conectado à linha de saída 130 por meio do transistor de seleção 105. O segundo transistor amplificador 631 e a fonte de corrente 150 conectada à linha de saída 130 constituem um circuito seguidor de fonte.

[0256] Cada um dos pixels 100 ainda inclui um circuito de amostra e sustentação (daqui em diante referido como um “circuito S/H”) para implementar um obturador eletrônico global. O pixel 100 inclui um circuito S/H sinal de ruído e um circuito S/H de sinal ótico. O circuito S/H de sinal de ruído mantém uma saída de sinal de ruído a partir da primeira unidade de amplificação. O circuito S/H de sinal ótico mantém uma saída de sinal ótico a partir da primeira unidade de amplificação. O circuito S/H de sinal de ruído inclui um capacitor701, um primeiro comutador 711 e um segundo comutador 721. O circuito S/H de sinal ótico inclui um capacitor 702, um primeiro comutador 712 e um segundo comutador 722.

[0257] Esta configuração possibilita implementação de uma operação de obturador eletrônico global enquanto removendo o ruído randômico tal como o ruído de reinicialização, [0258] Um método de acionamento de acordo com esta modalidade exemplar será descrito agora. Uma descrição será fornecida aqui apenas para o acionamento dos circuitos S/H para realizar uma operação de obturador eletrônico global.

[0259] Primeiro, os primeiros comutadores 711 dos circuitos S/H de sinal de ruído nos pixels 100 em todas as fileiras são ligados no estado onde nós de entrada das primeiras unidades de amplificação são reinicializados. Consequentemente, sinais de ruído são mantidos nos capacitores 701. Então uma operação de transferência de carga de sinal é realizada. Esta operação é similar àquela em qualquer uma da primeira modalidade exemplar até a quarta modalidade exemplar. Então, os primeiros comutadores 712 dos circuitos S/H de sinal ótico nos pixels 100 em todas as fileiras são ligados. Consequentemente, sinais óticos são mantidos nos capacitores 702. Depois disto, os segundos comutadores 721 e 722 são ligados fileira por fileira. Consequentemente, sinais a partir dos pixels 100 são lidos fileira por fileira. Os sinais saídos dos pixels 100 são mantidos nos circuitos de coluna 140 na maneira similar àquela na primeira modalidade exemplar, e são submetidos a um processo de subtração para remover ruído.

[0260] Através da operação descrita acima uma operação de obturador eletrônico global é implantada. Nesta modalidade exemplar, além disto, cada um dos pixels 100 inclui um circuito de amostra e sustentação. Esta configuração possibilita uma redução em ruído randômico tal como o ruído de reinicialização SÉTIMA MODALIDADE EXEMPLAR

[0261] Um sistema de formação da imagem de acordo com uma modalidade exemplar da presente invenção será descrita. Exemplos do sistema de formação da imagem incluem uma câmara digital parada, um gravador digital, um cabeçote de vídeo, uma máquina de copiar, uma máquina de fac-símile, um fone móvel, uma câmara que pode ser montada em veículo e um satélite de observação. A figura 21 é um diagrama de blocos de uma câmara digital parada como um exemplo do sistema de formação de imagem.

[0262] Fazendo referência à figura 21, a câmara digital parada inclui os seguintes componentes: O uma barreira 1001 é configurada para proteger uma lente 1002. A lente 1002 é configurada para formar uma imagem ótica de um objeto sobre um dispositivo de conversão fotoelétrica ou um dispositivo de formação da imagem 1004. Uma abertura 1003 é capaz de mudar a quantidade de luz transmitida através da lente 1002. O dispositivo de conversão fotoelétrica 1004 é qualquer dos dispositivos de conversão fotoelétrica descritos acima nas modalidades precedentes tomadas como exemplo, e é configurada para converter a imagem ótica formada pela lente 1002 para dados de imagem. À guisa de exemplo, uma unidade de conversão analógico para digital (AD) é formada sobre o substrato semicondutor do dispositivo de conversão fotoelétrica 1004. Uma unidade de processamento de sinal 1007 é configurada para realizar diversos tipos de correção em dados de imagem saídos a partir do dispositivo de conversão fotoelétrica 1004 e para comprimir os dados. Um gerador de temporização 1008 dá saída a diversos sinais de temporização para o dispositivo de conversão fotoelétrica 1004 e a unidade de processamento de sinal 1007. Uma unidade de controle global (ou uma unidade de controle global/aritmética) 1009 é configurada para controlar a câmara parada digital global. Uma unidade de memória de quadro 1010 é configurada para armazenar de maneira temporária dados de imagem. Uma unidade de interface de controle de meio de gravação (IF) 1011 é uma unidade de interface para registrar ou ler dados sobre ou a partir de um meio de gravação 1012. O meio de gravação 1012 é um meio de gravação removível tal como uma memória de semicondutor sobre ou a partir da qual os dados de formação de imagem são registrados ou lidos. Uma unidade de interface externa (1F) 1013 é uma unidade de interface configurada para comunicar com um computador externo ou um dispositivo similar. Os sinais de temporização e similares podem ser introduzidos a partir de um dispositivo fora do sistema de formação da imagem. Pode ser suficiente que o sistema de formação de imagem inclua pelo menos o dispositivo de conversão fotoelétrica 1004 e a unidade de processamento de sinal 1007 para processar um sinal de formação de imagem saído a partir do dispositivo de conversão fotoelétrica 1004.

[0263] Nesta modalidade exemplar, uma configuração foi descrita na qual o dispositivo de conversão fotoelétrica 1004 e a unidade de conversão AD são dispostas em substratos semicondutores separados. Alternadamente, o dispositivo de conversão fotoelétrica 1004 e a unidade de conversão AD podem ser formadas sobre o mesmo substrato semicondutor. O dispositivo de conversão fotoelétrica 1004 e a unidade de processamento de sinal 1007 podem também ser formadas sobre o mesmo substrato semicondutor.

[0264] Alternadamente, cada um dos pixels 100 pode ser configurado para incluir uma primeira unidade de conversão fotoelétrica 101A e uma segunda unidade de conversão fotoelétrica 101B. A unidade de processamento de sinal 1007 pode ser configurada para processar um sinal com base na carga elétrica gerada pela primeira unidade de conversão fotoelétrica 101A e um sinal baseado na carga elétrica gerada pela segunda unidade de conversão fotoelétrica 101B e para obter informação sobre a distância a partir do dispositivo de conversão fotoelétrica 1004 até o objeto.

[0265] Em um sistema de formação de imagem de acordo com uma modalidade exemplar, o dispositivo de conversão fotoelétrica 1004 é implementado como o dispositivo de conversão fotoelétrica de acordo com a primeira modalidade exemplar, à guisa de exemplo. Na maneira descrita acima, ao aplicar uma modalidade exemplar da presente invenção, um sistema de formação da imagem pode obter uma imagem com ruído reduzido.

[0266] Embora a presente invenção tenha sido descrita com referência a modalidades tomadas como exemplo, deve ser entendido que a invenção não está limitada às modalidades tomadas como exemplo divulgadas. O escopo das reivindicações a seguir deve receber a interpretação mais ampla, de modo a abranger todas tais modificações e estruturas e funções equivalentes.

Claims

1. Dispositivo de conversão fotoelétrica, caracterizado pelo fato de compreender: uma unidade de conversão fotoelétrica incluindo um primeiro eletrodo, um segundo eletrodo, uma camada de conversão fotoelétrica disposta entre o primeiro eletrodo e o segundo eletrodo, e uma camada isolante disposta entre a camada de conversão fotoelétrica e o segundo eletrodo; uma unidade de amplificação conectada eletricamente ao segundo eletrodo e configurada para dar saída a um sinal gerado pela unidade de conversão fotoelétrica; e uma unidade de reinicialização configurada para ajustar uma tensão sobre o segundo eletrodo, em que a unidade de conversão fotoelétrica alternadamente realiza uma operação de acumulação para acumular carga de sinal na unidade de conversão fotoelétrica e uma operação de descarga para descarregar a carga de sinal acumulada na operação de acumulação a partir da unidade de conversão fotoelétrica, de acordo com uma tensão entre o primeiro eletrodo e o segundo eletrodo, e em que, em um período a partir de uma primeira operação de descarga até uma segunda operação de descarga subsequente à primeira operação de descarga entre uma pluralidade de operações de descarga obtidas como um resultado de realizar a operação de descarga uma pluralidade de vezes, a unidade de reinicialização realiza uma primeira operação de reinicialização para ajustar a tensão sobre o segundo eletrodo e uma segunda operação de reinicialização para ajustar a tensão sobre o segundo eletrodo depois da primeira operação de reinicialização

2. Dispositivo de conversão fotoelétrica de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a unidade de reinicialização realizar a primeira operação de reinicialização antes que a operação de acumulação realizada dentro do período seja iniciada.

3. Dispositivo de conversão fotoelétrica de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a unidade de reinicialização realizar a primeira operação de reinicialização depois que a operação de acumulação realizada dentro do período tenha sido iniciada.

4. Dispositivo de conversão fotoelétrica de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a unidade de amplificação dar saída a um primeiro sinal depois da segunda operação de reinicialização e antes da segunda operação de descarga, e em que a unidade de amplificação dá saída a um segundo sinal depois da segunda operação de descarga e antes que a tensão sobre o segundo eletrodo seja reinicializada.

5. Dispositivo de conversão fotoelétrica de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de ainda compreender uma unidade de retenção configurada para reter o primeiro sinal e o segundo sinal.

6. Dispositivo de conversão fotoelétrica de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de ainda compreender uma unidade de processamento de sinal configurada para dar saída a uma diferença entre o primeiro sinal e o segundo sinal.

7. Dispositivo de conversão fotoelétrica de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de a unidade de amplificação dar saída a um terceiro sinal depois da primeira operação de descarga e antes da primeira operação de reinicialização.

8. Dispositivo de conversão fotoelétrica de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a unidade de conversão fotoelétrica realizar a operação de acumulação em resposta à tensão entre o primeiro eletrodo e o segundo eletrodo que é ajustado para uma primeira tensão, e em que a unidade de conversão fotoelétrica realiza a operação de descarga em resposta à tensão entre o primeiro eletrodo e o segundo eletrodo que está sendo ajustado para uma segunda tensão que tem uma polaridade oposta a uma polaridade da primeira tensão.

9. Dispositivo de conversão fotoelétrica de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a unidade de conversão fotoelétrica realizar a operação de acumulação em resposta a uma primeira tensão que está sendo suprida para o primeiro eletrodo, em que a unidade de conversão fotoelétrica realiza a operação de descarga em resposta a uma segunda tensão que está sendo suprida para o primeiro eletrodo, a segunda tensão sendo diferente da primeira tensão, e em que a unidade de reinicialização ajusta a tensão sobre o segundo eletrodo para a tensão entre a primeira tensão e a segunda tensão.

10. Dispositivo de conversão fotoelétrica de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de ainda compreender um primeiro capacitor eletricamente conectado ao segundo eletrodo, em que a seguinte relação é satisfeita: em que Vs1 indica a primeira tensão, Vs2 indica a segunda tensão, C1 indica um valor de capacitância do primeiro capacitor, C2 indica um valor de capacitância de um segundo capacitor formado pelo primeiro eletrodo e o segundo eletrodo e Vres indica uma tensão de reinicialização suprida para o segundo eletrodo.

11. Dispositivo de conversão fotoelétrica de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ainda compreender: um primeiro nó configurado para incluir o segundo eletrodo ou conectado eletricamente ao segundo eletrodo por meio de um comutador; e um segundo nó acoplado de maneira capacitiva ao primeiro nó por meio de um primeiro capacitor, em que a unidade de conversão fotoelétrica realiza a operação de acumulação em resposta a uma primeira tensão sendo suprida para o segundo nó, e em que a unidade de conversão fotoelétrica realiza a operação de descarga em resposta a uma segunda tensão sendo suprida para o segundo nó, a segunda tensão sendo diferente da primeira tensão.

12. Dispositivo de conversão fotoelétrica de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de a seguinte relação ser satisfeita: em que Vs indica uma tensão suprida para o primeiro eletrodo, Vd1 indica a primeira tensão, Vd2 indica a segunda tensão, C1 indica um valor de capacitância do primeiro capacitor, C2 indica um valor de capacitância de um segundo capacitor formado pelo primeiro eletrodo e o segundo eletrodo, e Vres indica uma tensão de reinicialização suprida para o segundo eletrodo.

13. Dispositivo de conversão fotoelétrica de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de um comutador ser disposto em um trajeto elétrico entre o segundo eletrodo e um nó de entrada da unidade de amplificação.

14. Dispositivo de conversão fotoelétrica de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o segundo eletrodo ser incluído em um nó de entrada da unidade de amplificação.

15. Dispositivo de conversão fotoelétrica de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender uma pluralidade de pixels, cada um incluindo a unidade de conversão fotoelétrica, em que o primeiro eletrodo é fornecido para ser comum à pluralidade de pixels, e em que o segundo eletrodo é fornecido individualmente para cada um da pluralidade de pixels.

16. Dispositivo de conversão fotoelétrica de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a camada de conversão fotoelétrica incluir um filme contínuo de pontos.

17. Dispositivo de conversão fotoelétrica de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a unidade de reinicialização ser ajustada para estar em um estado desligado em um período entre a primeira operação de reinicialização e a segunda operação de reinicialização.

18. Dispositivo de conversão fotoelétrica de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de pelo menos parte da operação de acumulação ser realizada em um período entre a primeira operação de reinicialização e a segunda operação de reinicialização.

19. Sistema de formação de imagem, caracterizado pelo fato de compreender: o dispositivo de conversão fotoelétrica do tipo definido na reivindicação 1; e um dispositivo de processamento de sinal configurado para processar um sinal a partir do dispositivo de conversão fotoelétrica.

20. Sistema de formação de imagem de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de pelo menos duas unidades de conversão fotoelétrica, cada uma compreendendo a unidade de conversão fotoelétrica, serem fornecidas para cada pixel, e em que o dispositivo de processamento de sinal processa um sinal com base em carga elétrica gerada pelas pelo menos duas unidades de conversão fotoelétrica e obtém informação sobre uma distância a partir do dispositivo de conversão fotoelétrica até um objeto.