CN102196197A - 光电转换装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光电转换装置，该光电转换装置包括被配置用于通过光电转换将光转换成电流的第一光电转换元件；被配置用于放大电流的第一电流放大单元；被配置用于监测经放大的电流并且输出监测信号的第一电流监测单元，以及第一偏压设定单元，被配置用于以小于1的因子来对该监测信号施加增益，并且根据被施加增益的监测信号向第一光电转换元件施加反向偏压。

Description

光电转换装置

技术领域

本发明涉及一种光电转换装置。

背景技术

在日本专利特开No.2000-77644中，图1示出了使用光电晶体管的常规光电转换装置。如此图中所示，光电转换装置包括共源极电路，该共源极电流包括恒流源和由恒流源驱动的场效应晶体管。此MOSFET的栅极和源极之间的电压确定了光电晶体管的基极电位。在此图所示的光电转换装置中，当入射到光电晶体管的基极上的光量改变时，光电晶体管的集电极电流发生相应的改变，并且其基极和发射极之间的电压改变。基极和发射极之间的电压的此改变主要不是由于光电晶体管的基极电位的改变，而是由于光电晶体管的发射极电位的改变。

但是，在光电晶体管的发射极与基极之间存在反馈环路，并且此反馈环路使得基极电位具有小的改变。也就是说，当发射极电位改变时，MOSFET的连接到发射极的栅极电位改变，从而形成共源极电路的MOSFET的漏极和源极之间的电压发生改变。从恒流源提供的恒定电流流过MOSFET。为了补偿由于漏极-源极电压的改变导致的电流改变，栅极-源极电压改变，尽管该改变是轻微的。结果，光电晶体管的基极电位发生改变。包括光电晶体管的基极的PN结用作光电转换元件，并且施加到此光电转换元件上的反向偏压改变。此电压改变通过由光电流对与基极相关联的寄生电容的充电而发生。此充电操作中所需的时间确定了光响应特性，即端子Iout输出的电流响应于光量的改变而改变的速度。

鉴于上文，本发明提供了一种光电转换装置，该光电转换装置具有受抑制的由于光量的改变而导致的施加到光电转换元件上的反向偏压的改变，因此具有良好的光响应特性。

发明内容

根据一个方面，本发明提供了一种装置，该装置包括：第一光电转换元件，被配置用于通过光电转换将光转换成电流；第一电流放大单元，被配置用于放大该电流；第一电流监测单元，被配置用于监测放大的电流，并且输出监测信号；以及第一偏压设定单元，被配置用于对监测信号以小于1的因子施加增益，并且根据被施加增益的监测信号向第一光电转换元件施加反向偏压。

从下文参考附图对示例性实施例的描述，本发明的其它特征将变得清晰。

附图说明

图1是示出根据本发明的一个实施例的光电转换装置的配置的示例的图。

图2是示出根据本发明的一个实施例的光电转换装置的配置的示例的图。

图3是示出根据本发明的一个实施例的光电转换装置的配置的示例的图。

图4是示出根据本发明的一个实施例的光电转换装置的配置的示例的图。

图5是示出根据本发明的一个实施例的光电转换装置的配置的示例的图。

图6是示出根据本发明的一个实施例的光电转换装置的配置的示例的图。

图7是示出根据本发明的一个实施例的光电转换装置的配置的示例的图。

图8是示出图7所示的光电转换装置的光谱特性的模拟结果的图。

具体实施方式

第一实施例

图1是示出根据本发明的第一实施例的光电转换装置的配置的示例的示意图。在图1中，光电转换装置包括光电转换元件10、电流放大单元20、电流监测单元30、电流输出端子40、以及偏压设定单元50。偏压设定单元50包括增益单元(gain unit)60。光电转换元件10通过光电转换将入射光转换成电流。电流放大单元20将由光电转换元件10产生的经转换的电流放大。电流监测单元30监测由电流放大单元20放大的电流，并且输出结果作为监测信号。电流输出端子40输出由电流监测单元30监测的输出电流。增益单元60以小于1的因子(factor)对由电流监测单元30提供的监测信号施加增益。增益单元60的信号增益被设定为1/A(A＞1)。偏压设定单元50根据由增益单元60施加增益的监测信号向光电转换元件10施加反向偏压。如果光电转换元件10中生成的光电流发生改变，则电流放大单元20输出的电流发生相应改变，从而流过电流监测单元30的电流发生改变。作为响应，向偏压设定单元50施加输出电流监测信号以调节施加到光电转换元件10的反向偏压。偏压设定单元50包括具有1/A(A＞1)的信号增益的增益单元60，由此抑制反向偏压的改变。也就是说，可抑制施加到光电转换元件10的反向偏压的依赖于光强度的改变，因此可提供具有良好光响应特性的光电转换装置。

图2是示出图1中所示的光电转换装置的配置的示例的电路图。图2如下地对应于图1。在图2中，NPN双极性晶体管110用作电流放大单元20，并且P-沟道MOSFET(第一场效应晶体管)140用作电流监测单元30。偏压设定单元50包括增益单元60、P-沟道MOSFET(第二场效应晶体管)120、以及恒流源130。MOSFET 120和MOSFET140的极性相同(例如，P-沟道)。电流源130电连接在MOSFET 120的漏极和基准电位(地电位)端子之间。接下来，下文描述图2所示的光电转换装置的配置和操作。光电转换单元10可例如通过光电晶体管实现。光电转换单元10的阴极电连接到电源端子160。电源端子160接收电源电压Vcc。双极性晶体管110被电连接，从而其基极连接到光电转换元件10的阳极，其集电极连接到电源端子160，以及其发射极连接到MOSFET 140的源极，从而流过光电转换元件10的电流被放大并且从双极性晶体管110的发射极输出。MOSFET 120被电连接，从而其栅极连接到双极性晶体管110的基极，其源极连接到电源端子160，并且其漏极连接到增益单元60的输出端子。MOSFET 120的漏极接收由增益单元60施加增益的监测信号。恒流源130电连接在增益单元60的输入端子与基准电位端子之间，从而MOSFET 120由恒流源130驱动。MOSFET 120与恒流源130形成共源极电路。第一MOSFET 140被电连接，从而其栅极连接到恒流源130，其源极连接到双极性晶体管110的发射极，并且其漏极连接到电流输出端子40，从而在第一MOSFET 140的栅极处的电位被输出作为监测信号。由双极性晶体管110放大的光电流从电流输出端子40输出。增益单元60的电压增益被设定为等于1/A(A＞1)，并且其输入端子电连接到MOSFET 140的栅极，并且其输出端子电连接到MOSFET 120的漏极，从而与MOSFET 140相关联的监测信号被以小于1的因子施加增益。在图2中，流过恒流源130的、并且还流过MOSFET 120的电流I_pix与MOSFET 120的栅极-源极电压V_gs1具有如下列等式(1)所示的关系。

$I_{\mathrm{pix}}=\frac{\mathrm{\β}}{2}{(V_{\mathrm{gs}1}-V_{\mathrm{th}})}^2(1+\mathrm{\λ}{V}_{\mathrm{ds}1})...\left(1\right)$

在等式(1)中，V_ds1是MOSFET 120的漏极和源极之间的电压，V_th是MOSFET 120的阈值电压，并且λ是沟道长度调制系数。β由以下示出的等式(2)给出。

$\mathrm{\β}{=\mathrm{\μ}}_0{C}_{0x}\frac{W}{L}...\left(2\right)$

在等式(2)中，μ₀是载流子迁移率，C_0x是MOSFET 120的每单位面积的栅极电容，W是MOSFET 120的栅极宽度，并且L是MOSFET 120的栅极长度。从等式(1)获得以下示出的表述Vgs1的等式(3)。

$V_{\mathrm{gs}1}=V_{\mathrm{th}}+\sqrt{\frac{2I_{\mathrm{pix}}}{\mathrm{\β}(1+\mathrm{\λ}{V}_{\mathrm{ds}1})}}...\left(3\right)$

等式(3)给出的值被作为反向偏压施加到光电转换元件10。当双极性晶体管110的集电极电流由I_out指示时，I_out由以下示出的作为基极-发射极电压V_be的函数的等式(4)给出。

I_out＝I_s×exp(qV_be/kT)...(4)

在等式(4)中，I_s指示饱和电流，q指示元电荷，k指示Boltzman常数，并且T指示绝对温度。I_out还作为第一MOSFET 140的栅极-源极电压V_gs2的函数，并且由以下所示的等式(5)给出，在等式(5)中V_ds2指示MOSFET 140的漏极-源极电压。

$I_{\mathrm{out}}=\frac{\mathrm{\β}}{2}{(V_{\mathrm{gs}2}-V_{\mathrm{th}})}^2(1+\mathrm{\λ}{V}_{\mathrm{ds}2})...\left(5\right)$

以下描述提供增益单元60所实现的益处。当光电转换元件10中生成的光电流改变时，该改变使得双极性晶体管110的集电极电流I_out改变，从而V_be和V_gs2发生改变，如从等式(4)和(5)可见。也就是说，第一MOSFET 140的栅极电位发生改变。如果第一MOSFET140的栅极电位的此改变由ΔV_g指示，则MOSFET 120的漏极-源极电压的改变由ΔV_ds1＝-ΔV_g/A给出。通过对等式(3)求微分，得到如下所示的等式(6)。

$\mathrm{\Δ}{V}_{\mathrm{gs}1}=-\mathrm{\λ}\sqrt{\frac{I_{\mathrm{pix}}}{2\mathrm{\β}}}{(1+\mathrm{\λ}{V}_{\mathrm{ds}})}^{-\frac{3}{2}}\mathrm{\Δ}{V}_{\mathrm{ds}1}...\left(6\right)$

将ΔV_ds1＝-ΔV_g/A代入等式(6)产生如下所示的等式(7)。

$\mathrm{\Δ}{V}_{\mathrm{gs}1}=\mathrm{\λ}\sqrt{\frac{I_{\mathrm{pix}}}{2\mathrm{\β}}}{(1+\mathrm{\λ}{V}_{\mathrm{ds}})}^{-\frac{3}{2}}\frac{\mathrm{\Δ}{V}_g}{A}...\left(7\right)$

从等式(7)，可见增益单元60的设置导致光电转换元件10的反向偏压的改变以1/A的因子减少。如上所述，本实施例使得能够抑制由于光量的改变而导致的施加到光电转换元件上的反向偏压的改变，因此可在该光电转换装置中实现良好的光响应特性。

第二实施例

图3是示出根据本发明的第二实施例的光电转换装置的配置的示例的电路图。在以下描述中，仅解释与第一实施例的不同之处。图3所示的配置与图2所示的配置的不同之处在于，增益单元60被使用P-沟道MOSFET(第三场效应晶体管)170实现。MOSFET 170被电连接，从而其栅极连接到被提供恒定电位的偏压端子180，其源极连接到MOSFET 120的漏极，并且其漏极连接到MOSFET 140的栅极以及恒流源130。这里，假设MOSFET 170的跨导和输出电阻分别由g_m和ro指示。如果第一MOSFET 140的栅极电位发生改变ΔV_g，则MOSFET 120的漏极电位发生相应的改变ΔV_d。利用共栅极电路的特性，改变ΔV_d由以下所示的等式(8)给出。

$\mathrm{\Δ}{V}_d\≈\frac{\mathrm{\Δ}{V}_g}{g_m{r}_0}...\left(8\right)$

因此，以类似于等式(7)的方式，得到指示反向偏压的改变ΔV_gs1的等式(9)。

$\mathrm{\Δ}{V}_{\mathrm{gs}1}=\mathrm{\λ}\sqrt{\frac{I_{\mathrm{pix}}}{2\mathrm{\β}}}{(1+\mathrm{\λ}{V}_{\mathrm{ds}})}^{-\frac{3}{2}}\frac{\mathrm{\Δ}{V}_g}{g_m{r}_0}...\left(9\right)$

如上所述，本实施例提供了使得能够抑制由于光量的改变而导致的施加到光电转换元件上的反向偏压的改变的简单配置，因此可在该光电转换装置中实现良好的光响应特性。

第三实施例

图4是示出根据本发明的第三实施例的光电转换装置的配置的示例的电路图。在以下描述中，仅解释与上述第二实施例的不同之处。图4所示的配置与图3所示的配置的不同之处在于，增益单元60使用MOSFET 170与反相放大器190的组合实现。反相放大器190被电连接，使得其输入端子连接到MOSFET 120的漏极，并且其输出端子连接到MOSFET 170的栅极，从而输入信号被反相并放大，并且作为结果的信号被输出。此配置允许进一步抑制反向偏压的改变，这样导致光响应特性进一步改进。这里，假设-B(B＞1)指示反相放大器190的电压增益。如果第一MOSFET 140的栅极电位改变ΔV_g的量，则MOSFET 120的漏极电位发生相应的改变ΔV_d。利用具有附加的反相放大器190的共栅极电路的特性，改变ΔV_d由以下所示的等式(10)给出。

$\mathrm{\Δ}{V}_d\≈\frac{\mathrm{\Δ}{V}_g}{g_m{r}_0\×B}...\left(10\right)$

因此，以类似于等式(7)的方式，得到指示反向偏压的改变ΔV_gs1的等式(11)。

$\mathrm{\Δ}{V}_{\mathrm{gs}1}=\mathrm{\λ}\sqrt{\frac{I_{\mathrm{pix}}}{2\mathrm{\β}}}{(1+\mathrm{\λ}{V}_{\mathrm{ds}})}^{-\frac{3}{2}}\frac{\mathrm{\Δ}{V}_g}{g_m{r}_0\×B}...\left(11\right)$

如从等式(11)与(9)之间的比较可见，实现了反相偏压的改变的进一步压缩。如上所述，本实施例使得能够进一步抑制由于光量的改变而导致的施加到光电转换元件10上的反向偏压的改变，因此可在该光电转换装置中实现良好的光响应特性。

第四实施例

图5是示出根据本发明的第四实施例的光电转换装置的配置的示例的电路图。在以下描述中，仅解释与上述第二实施例的不同之处。图5所示的配置与图3所示的配置的不同之处在于，增益单元60使用运算放大器200、第一电阻器元件210和第二电阻器元件220的组合实现。MOSFET 120的漏极经由恒流源130电连接到基准电位端子。运算放大器200被电连接，从而其非反相输入端连接到MOSFET 120的漏极，其反相输入端经由第二电阻器元件220连接到恒压端子230，并且其输出端子连接到MOSFET 140的栅极。第一电阻器元件210电连接在MOSFET 140的栅极与运算放大器200的反相输入端之间。第二电阻器元件220电连接到运算放大器200的反相输入端和恒压端子230。第一电阻器元件210具有电阻R₁，并且第二电阻器元件220具有电阻R₂。此配置不仅允许抑制反向偏压的改变，而且还允许抑制工艺变化的影响。在图5中，第二电阻器元件220的一端电连接到恒压端子230。在图5中，第一MOSFET 140的栅极电位的改变ΔV_g作为MOSFET 120的漏极电位的改变ΔV_d的函数由如下所示的等式(12)给出。

$\mathrm{\Δ}{V}_g=(1+\frac{R_1}{R_2})\mathrm{\Δ}{V}_d...\left(12\right)$

因此，当第一MOSFET 140的栅极电位改变ΔV_g的量时，如果假设R₁/R₂＞＞1，则获得如下所示的等式(13)。

$\mathrm{\Δ}{V}_d=\frac{R_2}{R_1}\mathrm{\Δ}{V}_g...\left(13\right)$

因此，以类似于等式(7)的方式，得到指示反向偏压的改变ΔV_gs1的等式(14)。

$\mathrm{\Δ}{v}_{\mathrm{gs}1}=\mathrm{\λ}\sqrt{\frac{I_{\mathrm{pix}}}{2\mathrm{\β}}}{(1+\mathrm{\λ}{V}_{\mathrm{ds}})}^{-\frac{3}{2}}\frac{\mathrm{\Δ}{V}_g}{\frac{R_1}{R_2}}...\left(14\right)$

如从等式(14)与等式(9)的比较可见，等式(9)中的分母中的g_m·r_o在等式(14)中由R₁/R₂替代。在上述第二和第三实施例中，由工艺变化导致的电流源130的电流或者MOSFET 170的特性的变化可导致g_m或r_o变化。也就是说，在第二和第三实施例中，如从等式(9)可见，工艺变化影响反相偏压的改变，因此光响应特性趋向于对工艺变化敏感。相反，在本实施例中，如从等式(14)可见，工艺变化可导致R₁和R₂两者改变相同的比率，因此预期R₁和R₂中的改变的影响被抵消。在本实施例中，如上所述，不仅抑制了由于光量的改变而导致的施加到光电转换元件上的反向偏压的改变，而且还抑制了工艺变化的影响。因此，可提供具有良好的光响应特性而不受工艺变化影响的光电转换装置。

第五实施例

图6是示出根据本发明的第五实施例的光电转换装置的配置的示例的电路图。在下文描述中，仅解释与上述第二实施例的不同之处。图6所示的配置与图3所示的配置的不同之处在于存在附加的P-沟道MOSFET(第四场效应晶体管)240，其源极与MOSFET 170的栅极一起电连接到偏压端子180，从而偏压端子180被共用以提供MOSFET 240的源极偏压和MOSFET 170的栅极偏压两者。MOSFET240被电连接，从而其漏极连接到双极性晶体管110的基极，其栅极连接到复位信号输入端子250，并且其源极连接到MOSFET 170的栅极以及偏压端子180。在此配置中，抑制了由于光量的改变而导致的光电转换元件10的反向偏压的改变，从而实现光响应特性的改进。此外，在此配置中，与偏压端子180相关联的偏压控制线的共用允许减小空间。提供MOSFET 240的原因在于，例如，当电源被开通时，即当电源电压被施加并因此双极性晶体管110的基极电位被从0V升高到该电源电压时，MOSFET 240的提供允许双极性晶体管110的基极电位迅速上升。在不存在MOSFET 240的情况下，通过在光电转换元件10中生成的光电流对与双极性晶体管110相关联的寄生电容充电，基极电位升高到特定恒定值。但是，在黑暗环境中，光电流低，因此花费非常长的时间来使基极电位升高。在本实施例中，为了避免上述情况，向复位信号输入端子250输入低电平信号以使基极电位迅速升高。基极电位复位电压可被设定为等于基极电位的特定恒定值(即，V_cc)减去由等式(3)给出的V_gs1。在图6中，施加到偏压端子180的电压V_bias被设定为满足由以下所示的等式(15)表示的条件。

$V_{\mathrm{bias}}\≈V_{\mathrm{cc}}-\{V_{\mathrm{th}1}+\sqrt{\frac{2I_{\mathrm{pix}}}{{\mathrm{\β}}_1(1+\mathrm{\λ}{V}_{\mathrm{ds}1})}}\}...\left(15\right)$

在等式(15)中，V_th1和β₁分别指示MOSFET 120的V_th和β。形成共源极电路的MOSFET 120将在饱和区域中操作。为了满足此要求，MOSFET 170的栅极偏压V_bias被设定为满足如下所示的等式(16)。

$V_{\mathrm{bias}}\≤V_{\mathrm{cc}}-\{V_{\mathrm{th}3}+\sqrt{\frac{2I_{\mathrm{pix}}}{{\mathrm{\β}}_1(1+\mathrm{\λ}{V}_{\mathrm{ds}1})}}+\sqrt{\frac{{2I}_{\mathrm{pix}}}{{\mathrm{\β}}_3(1+\mathrm{\λ}{V}_{\mathrm{ds}3})}}...\left(16\right)$

在等式(16)中，V_th3和β₃分别指示MOSFET 170的V_th和β。从等式(15)和(16)，获得如下所示的等式(17)。因此，如图6所示，可对于MOSFET 240的源极偏压和MOSFET 170的栅极偏压两者共用该偏压。

$V_{\mathrm{th}3}+\sqrt{\frac{{2I}_{\mathrm{pix}}}{{\mathrm{\β}}_3(1+V_{\mathrm{ds}3})}}\≤V_{\mathrm{th}1}...\left(17\right)$

在本实施例中，如上所述，抑制了由于光量的改变而导致的光电转换元件10的反向偏压的改变，并且实现光响应特性的改进。此外，在此配置中，可通过共用偏压控制线来在小的空间中实现缩短当电源开通时出现的过渡时段的功能。

第六实施例

图7是示出根据本发明的第六实施例的光电转换装置的配置的示例的电路图。在下文描述中，仅解释与上述第一实施例的不同之处。光电转换单元255包括N型区域270、P型区域280、N型区域271、P型区域281、以及表面N⁺区域272，它们在P型硅基板260上形成，从而N型区域和P型区域被以一个在另一个之上的方式交替形成。应注意，P型区域280和281位于不同的深度处。入射到硅半导体层上的光穿入硅半导体层，从而具有较大波长的光到达较大深度，并且因而P型区域280和281提供对于光的不同波长带的信号。第一光电转换元件10包括N型区域270、P型区域280和N型区域271，而第二光电转换元件11包括N型区域271、P型区域281和表面N⁺区域272。光电转换元件10和11在深度方向上彼此相邻地定位。N型区域270、P型区域280、N型区域271、P型区域281和N型区域272分别用作第一N型区域、第一P型区域、第二N型区域、第二P型区域和第三N型区域，它们被以一个在另一个之上的方式布置。因此，第一光电转换元件10包括第一N型区域270、第一P型区域280和第二N型区域271，而第二光电转换元件11包括第二N型区域271、第二P型区域281和第三N型区域272。

在图7所示的电路中，分别在P型区域280和281上提供接触部分290和291，并且分别经由接触部分290和291读出在各光电转换元件10和11中生成的光电流。分别对于第一光电转换元件10和第二光电转换元件11提供第一读取电路300和第二读取电路301。第一读取电路300和第二读取电路301分别包括分别用作第一电流放大单元20和第二电流放大单元21的第一双极性晶体管110和第二双极性晶体管111。还提供了分别用作第一电流监测单元30和第二电流监测单元31的P沟道MOSFET 140和141。此外，提供了第一偏压设定单元50、第二偏压设定单元51、第一电流输出端子40和第二电流输出端子41。第一偏压设定单元50包括P沟道MOSFET 120、第一增益单元60和第一恒流源130。第二偏压设定单元51包括P沟道MOSFET121、第二增益单元61和第二恒流源131。在图7中，N型接触部分292在N型区域271和表面N⁺型区域272中形成，并且电连接到电源端子160。在图7中，如上所述，分别对于光电转换元件10和11提供读取电路300和301，并且读取电路300和301分别具有增益单元60和61。在图7中，增益单元60和61分别被配置为对于相应的光电转换元件10和11是最优的，从而由于光量的改变导致的施加到相应光电转换元件10和11上的反向偏压的改变被抑制，以改进光响应特性，且同时实现空间减小。第二光电转换元件11被以与第一光电转换元件10类似的方式配置，以通过光电转换将光转换成电流。第二电流放大单元21被以与第一电流放大单元20类似的方式配置，以放大由第二光电转换元件11通过转换产生的电流。第二电流监测单元31被以与第一电流监测单元30类似的方式配置，以监测由第二电流放大单元21放大的电流并且输出结果作为监测信号。第二偏压设定单元51被以与第一偏压设定单元50类似的方式配置，以根据由第二电流监测单元31提供的监测信号向第二光电转换元件11施加反向偏压。

在图7中，H指示在该处N型区域270具有杂质分布图的峰值的深度，并且I指示在P型基板260上形成的半导体层的总厚度。在图7中，光电转换元件10和11的光谱特性主要由这两个因素H和I确定。图8示出对于H和I分别被作为示例设定为0.4μm和4.5μm的情况的模拟光谱特性。在图8中，水平轴表示入射光的波长，而垂直轴表示从光电转换元件10和11获得的光电流。在大约400nm的波长处具有峰值的曲线指示光电转换元件11的特性，而在大约600nm的波长处具有峰值的曲线指示光电转换元件10的特性。当光电转换元件10和11具有图8所示的光谱特性或者类似的光谱特性时，光电转换元件10对于具有各种光谱特性的大多数光源提供了比光电转换元件11可提供的光电流更大的光电流。这意味着光电转换元件10具有大的抑制对与双极性晶体管110的基极相关联的寄生电容充电所花费的时间的能力，因此光电转换元件10具有良好的光响应特性。因此，从等式(7)可推定，即使光电转换元件10的增益单元60的电压增益被设定为小于光电转换元件11的增益单元61的电压增益，光电转换元件10仍可具有与光电转换元件11类似的光响应特性。因此，在图7中，增益单元61可被与根据上述第三实施例的配置类似地配置，而增益单元60可被与根据上述第二实施例的配置类似地配置。此外，在图7中，可除去增益单元60而同时保留增益单元61。第一偏压设定单元50包括第一增益单元60，该第一增益单元60对由第一电流监测单元30提供的监测信号以小于1的因子施加增益。第二偏压设定单元51包括第二增益单元61，该第二增益单元61对由第二电流监测单元31提供的监测信号以小于1的因子施加增益。第二偏压设定单元51根据由第二增益单元61施加增益的监测信号向第二光电转换元件11施加反向偏压。应注意，光电转换装置可包括增益单元60和61两者，或者仅包括这些增益单元中的一个。在本实施例中，如上所述，由于光量的改变导致的施加到各光电转换元件10和11上的反向偏压的改变被抑制，以改进光响应特性，且同时实现空间减小。

在上文所述的第一到第六实施例中，作为示例假设光电转换元件10和11为积聚空穴的类型，并且NPN双极性晶体管被用作电流放大单元20和21。但是，该元件或单元并不局限于上文所述的实施例中所采用的那些类型。例如，光电转换元件10和11可以是积聚电子的类型，并且PNP双极性晶体管可被用作电流放大单元20和21。这些元件可用于实现类似的配置以获得类似的效果。

在上文所述的第一到第六实施例中，还作为示例假设光电转换装置包括单个增益单元60。但是，不对增益单元的数量做出特别限制，并且光电转换装置可包括多个增益单元。例如，光电转换装置可包括类似于根据第二实施例的增益单元60的增益单元以及类似于根据第四实施例的增益单元60的增益单元两者。

在上述的第二、第三和第五实施例中，作为示例假设采用共栅极P沟道MOSFET 170作为增益单元60。但是，可使用其他类型的器件作为增益单元60。例如，可使用共基极PNP双极性晶体管以实现类似效果。

在上述第六实施例中，作为示例假设光电转换装置包括被形成为在深度方向上彼此相邻地定位的两个光电转换元件。但是，光电转换元件的数量不局限于两个。尽管还假设相对于表面位于较大深度处的光电转换元件提供了与另一光电转换元件可提供的光电流相比更大的光电流，但是，光电转换元件可被不同地配置。

应注意，已经作为示例但不作为限制地描述了本发明的实施例。将清楚，可在不背离本发明的精神或特性的情况下做出各种改变。在本说明书中，术语“电连接”被用于描述“直接连接或通过开关间接连接到某物”。开关可被另一类型的电气元件替代，只要实现与上文公开的电路操作基本相同的电路操作即可。

虽然已经参考示例实施例描述了本发明，应当理解，本发明不限于公开的示例实施例。下面的权利要求的范围将被给予最宽泛的解释，以便包含所有这些修改以及等同结构和功能。

Claims (12)

1.一种光电转换装置，包括：

第一光电转换元件，被配置用于通过光电转换将光转换成第一电流；

第一电流放大单元，被配置用于放大第一电流；

第一电流监测单元，被配置用于监测放大的第一电流，并且输出第一监测信号；以及

第一偏压设定单元，被配置用于对第一监测信号以小于1的因子施加增益，并且根据被施加增益的第一监测信号向第一光电转换元件施加反向偏压。

2.根据权利要求1所述的光电转换装置，其中：

第一电流放大单元包括第一双极性晶体管，所述第一双极性晶体管被配置成所述第一双极性晶体管的基极电连接到所述第一光电转换元件的阳极，所述第一双极性晶体管的集电极电连接到电源端子，并且从所述第一双极性晶体管的发射极输出放大的第一电流；

第一电流监测单元包括第一场效应晶体管，所述第一场效应晶体管被配置成所述第一场效应晶体管的源极电连接到所述第一双极性晶体管的发射极，所述第一场效应晶体管的漏极电连接到输出端子，并且所述第一场效应晶体管的栅极的电位被作为第一监测信号输出；以及

第一偏压设定单元包括第一增益单元、第二场效应晶体管和第一电流源。

3.根据权利要求2所述的光电转换装置，其中，所述第一增益单元被配置用于对第一监测信号以小于1的因子施加增益，所述第二场效应晶体管被配置为所述第二场效应晶体管的极性与所述第一场效应晶体管相同，所述第二场效应晶体管的源极电连接到所述电源端子，所述第二场效应晶体管的栅极电连接到所述第一双极性晶体管的基极，并且所述第二场效应晶体管的漏极接收经所述第一增益单元施加增益的第一监测信号，所述第一电流源电连接在所述第二场效应晶体管的漏极与基准电位端子之间。

4.根据权利要求3所述的光电转换装置，其中，第一增益单元包括第三场效应晶体管，所述第三场效应晶体管被配置为所述第三场效应晶体管的栅极电连接到恒定电位偏压端子，所述第三场效应晶体管的源极电连接到所述第二场效应晶体管的漏极，并且所述第三场效应晶体管的漏极电连接到所述第一场效应晶体管的栅极。

5.根据权利要求3所述的光电转换装置，其中，所述第一增益单元包括：

第三场效应晶体管，被配置为所述第三场效应晶体管的源极电连接到所述第二场效应晶体管的漏极，并且所述第三场效应晶体管的漏极电连接到所述第一场效应晶体管的栅极；以及

反相放大器，被配置为所述反相放大器的输入端子电连接到所述第二场效应晶体管的漏极，并且所述反相放大器的输出端子电连接到所述第三场效应晶体管的栅极。

6.根据权利要求3所述的光电转换装置，其中，所述第一增益单元包括：

运算放大器，被配置为所述运算放大器的非反相输入端电连接到所述第二场效应晶体管的漏极，并且所述运算放大器的输出端电连接到所述第一场效应晶体管的栅极；

第一电阻器元件，所述第一电阻器元件连接在所述第一场效应晶体管的栅极和所述运算放大器的反相输入端之间；以及

第二电阻器元件，所述第二电阻器元件电连接在所述运算放大器的反相输入端与恒压端子之间。

7.根据权利要求4所述的光电转换装置，进一步包括第四场效应晶体管，所述第四场效应晶体管被配置为所述第四场效应晶体管的漏极电连接到所述第一双极性晶体管的基极，所述第四场效应晶体管的源极电连接到所述第三场效应晶体管的栅极，并且所述第四场效应晶体管的栅极电连接到复位信号输入端子。

8.根据权利要求1所述的光电转换装置，进一步包括：

第二光电转换元件，被配置用于将光转换成第二电流；

第二电流放大单元，被配置用于放大通过转换得到的第二电流；

第二电流监测单元，被配置用于监测放大的第二电流，并且输出第二监测信号；以及

第二偏压设定单元，被配置用于根据第二监测信号向第二光电转换元件施加反向偏压。

9.根据权利要求8所述的光电转换装置，进一步包括：

以多层结构形成的区域，包括第一N型区域、第一P型区域、第二N型区域、第二P型区域和第三N型区域，

其中，所述第一光电转换元件包括所述第一N型区域、所述第一P型区域和所述第二N型区域，以及

所述第二光电转换元件包括所述第二N型区域、所述第二P型区域和所述第三N型区域。

10.根据权利要求9所述的光电转换装置，其中，所述第一偏压设定单元包括第一增益单元，所述第一增益单元被配置用于对所述第一监测信号以小于1的因子施加增益。

11.根据权利要求10所述的光电转换装置，其中，所述第二偏压设定单元包括第二增益单元，所述第二增益单元被配置用于对所述第二监测信号以小于1的因子施加增益，并且所述第二偏压设定单元根据被施加增益的第二监测信号向所述第二光电转换元件施加反向偏压。

12.一种光电转换装置，包括：

用作光电晶体管的双极性晶体管；

第一场效应晶体管；以及

第二场效应晶体管，所述第二场效应晶体管的极性与所述第一场效应晶体管的极性相同，

所述双极性晶体管被配置为所述双极性晶体管的发射极电连接到所述第一场效应晶体管的源极，并且所述双极性晶体管的基极电连接到所述第二场效应晶体管的栅极，

所述光电转换装置进一步包括：

增益单元，所述增益单元被配置为使得所述第一场效应晶体管的栅极经由所述增益单元电连接到所述第二场效应晶体管的漏极；以及

电流源，所述电流源被配置用于向所述增益单元提供电流。

Images