CN102725961B - 半导体器件和电子设备 - Google Patents

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Abstract

减少了包括光电传感器的半导体器件中的噪声。该半导体器件包括模拟/数字转换器和包括光电二极管的光电传感器。该模拟/数字转换器包括振荡电路（401）和计数器电路（402）。从光电传感器输出的第一信号（311）被输入至振荡电路（401）。振荡电路（401）具有将由第一信号（311）的振荡频率的变化所获得的第二信号（403）输出的功能。计数器电路（402）具有计数功能，通过该计数功能，在第二信号（403）被用作时钟信号的情况下由控制信号（407）执行加或减。在光电传感器的重置操作过程中，计数器电路（402）进行减法。在光电传感器的选择操作过程中，计数器电路（402）进行加法。因此，可校正模拟/数字转换器的输出值（321）。

Description

半导体器件和电子设备
技术领域
本说明书中公开的本发明涉及半导体器件及其驱动方法。特定地，本说明书中公开的本发明涉及包括具有光电传感器的像素部分的显示设备、以及该显示设备的驱动方法。进一步，本说明书所公开的本发明涉及包含该半导体器件或该显示设备的电子设备。
背景技术
近年来，包含光电传感器（也称为光学传感器）的半导体器件引人注意。光电传感器可通过光检测到物体的诸如存在、尺寸（如，宽度或长度）、照度、颜色、或反射图案之类的物理量，并将其转换成电信号。作为包含光电传感器的半导体器件的示例，有接触面积传感器和包括该接触面积传感器的显示设备（例如，参看参考文献1）。
[参考文献]
[参考文献1]日本公开专利申请No.2001-292276
发明内容
为了准确地输出从包括于半导体器件中的光电传感器中获得的电信号，有必要减少噪声。噪声源自，例如，光电传感器的特性变化、用于将由该光电传感器通过光检测获得的电信号（模拟信号）转换为数字信号的模拟/数字转换器（下文称为A/D转换器）的特性变化，等。
本发明的一个实施例是鉴于上述问题而做出的。一个目的是减少包含光电传感器的半导体器件中的噪声。一个目的是减少包含光电传感器的显示设备中的噪声并提供能获取高度准确的图像的显示设备。
注意，只要本发明的一个实施例可实现至少其中一个目的就是可接受的。
在本发明的一个实施例中，使用根据处于第一状态的光电传感器所产生的电信号在计数器电路中计算的计数值，校正根据处于第二状态的光电传感器所产生的电信号在计数器电路中计算的计数值。有了这样的校正，由光电传感器的特性变化、A/D转换器的特性变化等导致的噪声可被减少。
本发明的一个实施例是包含A/D转换器和包括光电二极管的光电传感器的半导体器件。该A/D转换器包括振荡电路和计数器电路。从光电传感器输出的第一信号被输入至振荡电路。振荡电路具有将由第一信号的振荡频率的变化获得的第二信号输出的功能。计数器电路具有计数功能，通过该计数功能，在第二信号被用作时钟信号的情况下由控制信号执行加或减。使用从当光电传感器处于第一状态时由光电传感器产生的电信号在计数器电路中计算的计数值，校正从当光电传感器处于第二状态时由光电传感器产生的电信号在计数器电路中计算的计数值。当光电传感器处于第一状态时，计数器电路执行计数值的减。当光电传感器处于第二状态时，计数器电路执行计数值的加。
本发明的一个实施例是包含A/D转换器和包括光电二极管、第一晶体管、和第二晶体管的光电传感器的半导体器件。该A/D转换器包括振荡电路和计数器电路。光电二极管的一个电极电连接至第一连线。光电二极管的另一个电极电连接至第一晶体管的栅极。第一晶体管的源极和漏极中的一个电连接至第二连线。第一晶体管的源极和漏极的另一个电连接到第二晶体管的源极和漏极之一。第二晶体管的源极和漏极中的另一个电连接至输出第一信号的第三连线。第二晶体管的栅极电连接至第四连线。第一信号输入至振荡电路。振荡电路具有将由第一信号的振荡频率的变化获得的第二信号输出的功能。计数器电路具有计数功能，通过该计数功能，在第二信号被用作时钟信号的情况下由控制信号执行加或减。
本发明的一个实施例是半导体器件，其包含A/D转换器，和包括具有光电二极管、第一晶体管、和第二晶体管的光电传感器的像素部分。该A/D转换器包括振荡电路和计数器电路。光电二极管的一个电极电连接至第一连线。光电二极管的另一个电极电连接至第一晶体管的栅极。第一晶体管的源极和漏极中的一个电连接至第二连线。第一晶体管的源极和漏极的另一个电连接到第二晶体管的源极和漏极之一。第二晶体管的源极和漏极中的另一个电连接至输出第一信号的第三连线。第二晶体管的栅极电连接至第四连线。第一信号输入至振荡电路。振荡电路具有将由第一信号的振荡频率的变化获得的第二信号输出的功能。计数器电路具有计数功能，通过该计数功能，在第二信号被用作时钟信号的情况下由控制信号执行加或减。
在本发明的一个实施例中，第三晶体管被提供在光电二极管的另一个电极和第一晶体管的栅极之间。第三晶体管的源极和漏极的一个电连接至光电二极管的另一个电极。第三晶体管的源极和漏极的另一个电连接至第一晶体管的栅极。第三晶体管的栅极电连接至第五连线。
在本发明的一个实施例中，第一晶体管和第二晶体管每一个包括晶体硅层，且第三晶体管包括氧化物半导体层。
在本发明的一个实施例中，氧化物半导体层具有低于1×1014/cm3的载流子浓度。
在本发明的一个实施例中，光电二极管是包含硅的针孔二极管或包含硅的pn二极管。
本发明的一个实施例是包含该半导体器件的电子设备。
注意，由于晶体管的结构，难以将晶体管的源极和漏极彼此区分。进一步，取决于电路的操作，电位的水平可被改变。因此，在本说明书中，源极和漏极并不是特别指定的且在一些情况下被称为第一电极（或第一端子）和第二电极（或第二端子）。例如，在某个情况下其中第一电极对应于源极、第二电极对应于漏极，而在某个情况下第一电极对应于漏极、第二电极对应于源极。
注意，在本说明书中，当描述“A和B电连接”时，包括A和B通过设置在两者之间的另一个元件或另一个电路连接的情况、A和B功能性连接的情况（即，其中A和B用提供在两者之间的另一个电路功能性连接的情况）、以及A和B直接连接的情况（即，A和B在没有在两者之间设置另一个元件或另一个电路的情况下被连接）。在此，A和B各自是所要连接的物体（例如，设备、元件、电路、连线、电极、端子、导电膜、或层）。
进一步，在本说明书中，表达“电位（或信号）为‘H’”是指该电位高于特定电位（参考电位）。反之，表达“电位（或信号）为‘L’”是指该电位低于特定电位（参考电位）。
进一步，在本说明书中，为了避免组件之间的混淆使用诸如“第一”、“第二”和“第三”的序数，这些术语并不限制数量。例如，在本说明书中被称为“第一晶体管”的晶体管可被称作“第二晶体管”，只要不会与另一个组件相混淆。
在本发明的一个实施例中，可减少包括光电传感器的半导体器件中的噪声。进一步，可减少包括光电传感器的显示设备中的噪声并可获取高度准确的图像。
附图简述
在附图中：
图1示出包括光电传感器的半导体器件的示例；
图2示出光电传感器的示例；
图3示出光电传感器读取电路的示例；
图4示出光电传感器读取电路的示例；
图5示出光电传感器读取电路的示例；
图6示出光电传感器读取电路的示例；
图7示出包括光电传感器的半导体器件的时序图的示例；
图8示出包括光电传感器的半导体器件的时序图的示例；
图9示出包括光电传感器的显示设备的示例；
图10示出包括光电传感器的像素的示例；
图11A和11B示出光电传感器的示例；
图12A和12B示出光电传感器的示例；
图13A到13C示出光电传感器的示例；
图14示出包括光电传感器的半导体器件的时序图的示例；
图15是示出包括光电传感器的半导体器件的示例的截面图；以及
图16示出晶体管的电特性。
用于实现本发明的最佳模式
下面将参考附图详细说明本发明的各个实施方式。注意，本发明不限于以下描述。本领域技术人员易于理解的是本发明的模式和细节可在不背离本发明的精神和范围的情况下以各种方式改变。因此，本发明不应被构建为限于各个实施例的以下描述。注意，在以下所述的本发明的实施例中，表示相同组件的附图标记在不同附图中通用。
注意，除非特别指出，下述每一个实施例可适当地与说明书中描述的任意其他实施例相组合。
（实施例1）
在这个实施例中，参考图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、和图8而描述作为本发明的一个实施例的半导体器件的结构的示例。
如图1中所示，在这个实施例中的半导体器件包括光电传感器部分120和光电传感器控制电路103。图1中所示的光电传感器部分120是面积传感器，其中光电传感器106以矩阵设置；然而，本发明并不限于面积传感器。可使用线传感器。注意，面积传感器是优选的，因为不必象线传感器那样，面积传感器物理地移动时扫描待检测物体。
光电传感器控制电路103包括光电传感器读取电路109和光电传感器驱动器电路110。此外，光电传感器控制电路103具有控制光电传感器106的功能。
光电传感器驱动器电路110具有选择设置于特定行中的光电传感器106的功能。进一步，光电传感器读取电路109具有读取选中行中的光电传感器106的输出信号的功能。
光电传感器106包括具有通过接收光产生电信号的功能的元件（如，光电二极管）。此外，当待检测物体被外部光或来自背光源的光照射时，光电传感器106接收经反射的光或经透射的光。此处，在光电传感器106中提供红色（R）、绿色（G）、和蓝色（B）的滤色器的情况下，当待检测物体被外部光或来自背光源的光照射时，所反射或透射的光可被分别检测为红色（R）颜色分量、绿色（G）颜色分量、以及蓝色（B）颜色分量。
接着，参考图2描述光电传感器106的电路结构的示例。图2中所示的光电传感器106包括光电二极管204、晶体管205、以及晶体管206。注意，可在本发明中所使用的光电传感器106的电路结构并不限于图2所示的电路结构。
光电二极管204的一个电极电连接至连线208（也被称为光电二极管重置信号线），而光电二极管204的另一电极通过连线213电连接至晶体管205的栅极。注意，在这个实施例中，光电二极管204的一个电极对应于阳极，且光电二极管204的另一个电极对应于阴极。然而，本发明不限于这个结构。换言之，在本发明中，光电二极管204的一个电极可对应于阴极，且光电二极管204的另一个电极可对应于阳极。晶体管205的源极和漏极之一电连接至连线212（也被称为光电传感器基准信号线），而晶体管205的源极和漏极中的另一个电连接至晶体管206的源极和漏极之一。此处，连线212被提供有基准电位并可被称为基准电源线。此外，晶体管206的栅极电连接连线209（也被称为栅极信号线），且晶体管206的源极和漏极中的另一个电连接至连线211。进一步，连线209电连接至光电传感器驱动器电路110。晶体管206的导通/截止由从光电传感器驱动器电路110输出的信号所控制。进一步，连线211电连接光电传感器读取电路109。连线211具有将自光电传感器106获取的电信号输出至光电传感器读取电路109的功能；因此，连线211也可被称为光电传感器输出信号线。
光电二极管204可具有各种结构。例如，光电二极管204可以是包括硅的针孔二极管或包括硅的pn二极管。特定地，为了增加从入射光产生电信号的比率（该比率被称为量子效率），优选地将具有较少结晶缺陷的单晶硅作为硅。
晶体管205具有根据从光电二极管204所提供的电荷量而产生光电传感器106的输出信号的功能。进一步，晶体管206用作开关，其选择是否晶体管205所产生的输出信号被提供至光电传感器输出信号线211。
晶体管205和206各自具有沟道形成区的半导体层。半导体层的材料并不特定地被限制于特定材料，且硅、氧化物半导体等可被使用。半导体层的材料可以是非晶或晶体。例如，当晶体管205和206各自具有晶体半导体层（优选地是诸如单晶硅层之类的晶体硅层）的沟道形成区时，信号可被快速地从光电传感器106输出至光电传感器输出信号线211。在除了光电传感器的读取时间段之外的时间段内，优选的是尽可能防止连线211和212之间通过晶体管205和206的传导。因此，晶体管205和206的至少一个优选地具有充分低的截止态电流。从这个角度看，晶体管205和206中的至少一个优选地具有沟道形成区的氧化物半导体层，因为包括氧化物半导体层的晶体管具有充分低的截止态电流。
如图3中所示，光电传感器读取电路109包括第一到第九A/D转换器（下文称为ADC）301-309、ADC控制电路310、以及第一到第九辅助读取电路341到349。第一到第九光电传感器信号线311到319对应于一列光电传感器106的连线211。注意，图3示出其中A/D转换器的数量是九个且辅助读取电路的数量是九个的情况；然而，本发明并不限于这个结构。例如，A/D转换器的数量或辅助读取电路的数量可以与一列的光电传感器106的数量一样。
ADC控制电路310从第一到第九ADC输出信号线321到329的电位产生光电传感器读取电路109的输出信号。具体地，ADC控制电路310选择第一到第九ADC输出信号线321到329中的一个并将所选择的信号线的电位输出至输出信号线320。此外，ADC控制电路310产生输出至第一到第九ADC控制信号线331到339的电位、和输出至第一到第九辅助读取电路控制信号线351到359的电位。
接着，描述了第一到第九ADC301到309的结构的示例。下文参考图4而描述第一ADC301的结构作为典型示例。注意，第二到第九ADC 302到309的结构可类似于第一ADC 301的结构。
第一ADC 301包括用于控制电压的振荡电路401（下文中这样的电路被称为VCO）和计数器电路402。
在VCO 401中，输出信号来回切换的周期（从"H"到"L"或"L"到"H"的周期）取决于第一光电传感器信号线311的输入电位（即，从光电传感器106输出的信号）而变化。VCO 401的输出信号被输出至输出信号线403。此处，从当输出信号从“L”变化至“H”之时到当输出信号再从“L”变化至“H”之时的时间段是VCO 401的振荡周期。此外，VCO 401的震荡频率是VCO401震荡周期的倒数。进一步，不管第一光电传感器信号线311的电位如何，通过从停止信号线404提供的停止信号，VCO 401的输出信号可具有常数值。例如，当停止信号为“H”时，输出信号可以是“L”。
计数器电路402由VCO 401的输出信号作为时钟信号的输入而被操作。计数器电路402中的计数值取决于VCO 401的振荡频率而被增加或减少。计数值的增加或减少可由从计数值增加和减少控制信号线407提供的计数值增加和减少控制信号所选择。例如，计数值中的增加或减少可被如此设置：当计数值增加和减少控制信号是“H”时计数值被增加，且当计数值增加和减少控制信号是“L”时计数值被减少。
通过从重置信号线405提供的重置信号，计数器电路402中的计数值可被设置为初始值。例如，当重置信号为“H”时，初始值可以是“0”。此外，通过从重置信号线406提供的重置信号，计数器电路402中的计数值被输出至第一ADC输出信号线321作为数字值。例如，当置位信号从“L”变化至“H”时的计数器电路402中的计数值可被输出至第一ADC输出信号线321作为数字值。
注意，停止信号线404、重置信号线405、置位信号线406、以及计数值增加和减少控制信号线407对应于第一ADC控制信号线331。
此处，当第一光电传感器信号线311的电位为高（或低）时，VCO的振荡频率为高（或低）。由于计数器电路402由具有高（或低）频率的时钟信号所操作，在特定时间段内的计数值的绝对值为大（或小）。因此，输出至第一ADC输出信号线321的数字值为大（或小）。换言之，第一ADC 301具有将对应于作为模拟值的第一光电传感器信号线311的电位的数字值输出的功能。
接着，将参考图5而描述VCO 401和计数器电路402的示例。图5中的VCO 401包括NOR电路500、第一到第六n-沟道晶体管501到506、第一到第六p-沟道晶体管507到512、以及第七到第十二n-沟道晶体管513到518。此处，图5中的VCO 401被如此操作：振荡频率成比例于第一光电传感器信号线311的电位的增加而变得更高。进一步，当停止信号线404的电位为“H”时，不管第一光电传感器信号线311的电位如何，输出信号可为“L”。
第一电压控制电路包括第一n-沟道晶体管501、第一p-沟道晶体管507、以及第七n-沟道晶体管513。通过由第一光电传感器信号线311的电位对第七n-沟道晶体管513的栅电压的控制，第七n-沟道晶体管513的驱动状态被改变，从而第一电压控制电路的延迟时间被改变。注意，第二到第六电压控制电路具有类似于第一电压控制电路的结构，且包括第二到第六n-沟道晶体管502到506、第二到第六p-沟道晶体管508到512、以及第八到第十二n-沟道晶体管514到518。
注意，尽管VCO 401包括七个级：图5中的NOR电路500和第一到第六电压控制电路，本发明并不限于这个结构。只要级的数量为奇数，VCO 401可具有不同结构。
此外，当VCO的振荡频率随着第一光电传感器信号线311的电位变低而变得更高时，图5中的电压控制电路的结构可被改变。具体地，可使用包括第一p-沟道晶体管、第二p-沟道晶体管、和n-沟道晶体管的电压控制电路。第一p-沟道晶体管的源极和漏极中的一个电连接至高电源线。第一p-沟道晶体管的源极和漏极中的另一个电连接到第二p-沟道晶体管的源极和漏极之一。第二p-沟道晶体管的源极和漏极中的另一个电连接到n-沟道晶体管的源极和漏极之一。n-沟道晶体管的源极和漏极中的另一个电连接至低电源线（如，被施加了地电位的连线）。第一光电传感器信号线311的电位可被输入至第一p-沟道晶体管的栅极。NOR电路500的输出信号可被输入至第二p-沟道晶体管的栅极和n-沟道晶体管的栅极。第二p-沟道晶体管的源极和漏极中的另一个与n-沟道晶体管的源极和漏极中之一之间的电位可被用作电压控制电路的输出信号。
进一步，当NOR电路被NAND电路替换时，VCO可具有其中当停止信号线404为“L”时不管第一光电传感器信号线311的电位如何，输出信号为“H”的结构。
图5中的计数器电路402包括第一到第四重置触发器519到522、第一到第四触发器523到526、以及加法/减法电路539。在图5中，第一到第四重置触发器519到522和加法/减法电路539构成4位加法/减法计数器。在加法/减法计数器中的计数值的第零位到第三位的值被输出至信号线531到534。当重置信号线405为“H”时，加法/减法计数器中的计数值被置位为初始值“0000”。此外，加法/减法计数器由VCO 401的输出信号通过输出信号线403作为时钟信号的输入而被操作。在其中计数值增加和减少控制信号线407的电位为“H”（或“L”）时，通过从输出至信号线531到534的加法/减法计数器中的计数值中加“1”而获得（或减“1”而获得）的值被输出至信号线527到530。当时钟信号从“L”变化至“H”时，该值被变化为被输出至信号线531到534的值。
当置位信号线406的电位水平从“L”变化至“H”时，加法/减法计数器中的计数值被存储于第一到第四触发器523到526中且被输出至第零到第三个位信号线535到538作为数字值。注意，第零到第三位信号线535到538构成第一ADC输出信号线321。
注意，在图5中尽管计数器电路402包括4位加法/减法计数器，本发明并不限于这个结构。换言之，在本发明中，计数器电路可由给定数量的位（n位（n：自然数））构成。此外，尽管使用了由置位信号线406的电位的水平从“L”到“H”的变化而操作（即，用置位信号的上升沿）的触发器，从而计算加法/减法计数器中的计数值，可用使用了由置位信号线406的电位的水平从“H”到“L”的变化而操作，即，用置位信号的下降沿的触发器。可选地，可使用当置位信号为“H”或“L”时被操作的电平敏感锁存器。
接着，描述了第一到第九辅助读取电路341到349的结构的示例。下文参考图6而描述第一辅助读取电路341的结构作为典型示例。第二到第九辅助读取电路342到349的结构可类似于第一辅助读取电路341的结构。
第一辅助读取电路341包括p-沟道晶体管601和存储电容器602。在该第一辅助读取电路341中，在光电传感器部分中的光电传感器的操作之前，光电传感器信号线的电位被置位为基准电位。在图6中，当第一辅助读取电路控制信号线351的电位为“L”时，第一光电传感器信号线311可被置位为具有基准电位（高电位）。注意，在其中第一光电传感器信号线311的寄生电容较高时，存储电容器602并不必须被提供。注意，基准电位可以是低电位。在这个情况下，当使用n-沟道晶体管替代p-沟道晶体管601且第一辅助读取电路控制信号线351的电位为“H”时，第一光电传感器信号线311可被置位为具有基准电位（低电位）。
接着，描述了用于驱动在这个实施例中的半导体器件的方法。在用于驱动这个实施例中的半导体器件的方法中，使用根据处于第一状态的光电传感器所产生的电信号在计数器电路中计算的计数值，校正根据处于第二状态的光电传感器所产生的电信号在计数器电路中计算的计数值。此处，当光电传感器处于第一状态时加法/减法计数器被操作为减法计数器而执行A/D转换，且当光电传感器处于第二状态时加法/减法计数器被操作为加法计数器而执行A/D转换。因此，可校正A/D转换器的输出值。
接着，参看图8的时序图而详细描述光电传感器的读取操作的示例。在图8中，信号801到804分别对应于图2中的光电二极管重置信号线208的电位、电连接至晶体管206的栅极的连线（栅极信号线）209的电位、电连接至晶体管205的栅极的连线213的电位、以及光电传感器输出信号线211的电位。此外，信号805对应于图6中的第一辅助读取电路控制信号线351的电位。进一步，信号806到818分别对应于图5中停止信号线404的电位、VCO的输出信号线403的电位、重置信号线405的电位、计数值增加和减少控制信号线407的电位、信号线531的电位、信号线532的电位、信号线533的电位、信号线534的电位、置位信号线406的电位、第零位信号线535的电位、第一位信号线536的电位、第二位信号线537的电位、以及第三位信号线538的电位。
首先，在时间A1，当光电二极管重置信号线208的电位（信号801）为“H”，光电二极管204被导通且电连接至晶体管205的栅极的连线213的电位（信号803）为“H”。此外，当第一辅助读取电路控制信号线351的电位（信号805）为“L”时，光电传感器输出信号线211的电位（信号804）被预充电至“H”。
在时间C1，当栅极信号线209的电位（信号802）为“H”时，晶体管206被导通且光电传感器基准信号线212和光电传感器输出信号线211通过晶体管205和晶体管206被导通。在这个实施例中，光电传感器基准信号线212的电位低于为“H”的栅极信号线209的电位；因此，光电传感器输出信号线211的电位（信号804）被从“H”被逐渐降低。注意，在时间C1之前，第一辅助读取电路控制信号线351的电位（信号805）为“H”且光电传感器输出信号线211的预充电被终止。
在时间D1，当栅极信号线209的电位（信号802）为“L”时，晶体管206被截止，从而在时间D1之后光电传感器输出信号线211的电位（信号804）被保持在固定水平处。注意，光电二极管重置信号线208的电位（信号801）被保持在“H”；因此，光电传感器输出信号线211的电位是当光没有进入光电二极管，即，获取黑图像时的电位。
在时间E1，当停止信号线404的电位（信号806）从“H”变化至“L”时，VCO 401开始以振荡频率振荡（振荡频率是基于光电传感器输出信号线211的电位（信号804）），且输出信号变成像信号807。此处，当VCO的振荡周期用TVCO1表示时，VCO的振荡频率是1/TVCO1。
注意，在其中在时间E1之前，重置信号线405的电位（信号808）从“H”变化至“L”的情况下，与VCO 401的振荡同时，加法/减法计数器开始计数。此处，计数值增加和减少控制信号线407的电位（信号809）是“L”；因此，加法/减法计数器用作为减法计数器。换言之，每一次VCO 401的输出信号从“L”变化至“H”，计数器减一。注意，当重置信号线405的电位（信号808）为“H”时，加法/减法计数器被置位为第一初始值“0000”；因此，信号线531到534的电位（信号809到812）全都是“L”。
在时间G1，当停止信号线404的电位（信号806）为“H”时，VCO 401的振荡和加法/减法计数器中的计数被停止。
如上所述，其中从时间C1到时间D1执行第一选择操作且在时间E1到时间G1执行第一A/D转换，同时光电二极管重置信号线208的电位（信号801）被保持在“H”且在第一A/D转换中使用加法/减法计数器作为减法计数器执行A/D转换的操作（下文称为“第一操作”）是用于驱动本实施例中的半导体器件的方法的特征之一。进一步，在本说明书中，在第一操作时的光电传感器的状态被称为“第一状态”。
此外，在驱动方法中，光没有进入光电二极管，即，获取了黑图像。因此，理想地，VCO 401的振荡被停止且在时间G1时加法/减法计数器中的计数值（第一计数值）被保持为第一初始值“0000”。然而，如果存在由于光电传感器的变化等引起的噪声，取决于噪声程度，时间G1时加法/减法计数器中的计数值小于“0000”。此处，作为小于“0000”的负值，-1、-2、-3可被分别表达为“1111”、“1110”、和“1101”。例如，由于当在包括光电传感器的显示设备中获取黑图像时“过度白化”（所获取的黑图像看起来发白的现象）的程度较高，加法/减法计数器中的计数值变得小于“0000”。
接着，在时间B2，当光电二极管重置信号线208的电位（信号801）为“L”时，由于光电二极管204的截止态电流，电连接至晶体管205的连线213的电位（信号803）开始变低。当光进入光电二极管204时，光电二极管204的截止态电流被增加。电连接至晶体管205的栅极的连线213的电位（信号803）取决于进入光电二极管204的光的量而变化。换言之，在晶体管205的源极和漏极之间流动的电流量取决于进入光电二极管204的光的量而变化。
在时间C2，当栅极信号线209的电位（信号802）为“H”时，晶体管206被导通且光电传感器基准信号线212和光电传感器输出信号线211通过晶体管205和晶体管206被导通。然后，光电传感器输出信号线211的电位（信号804）被降低。注意，在时间C2之前，第一辅助读取电路控制信号线351的电位（信号805）从“L”变化至“H”且光电传感器输出信号线211的预充电被终止。此处，光电传感器输出信号线211的电位（信号804）被降低的比率取决于晶体管205的源极和漏极之间流动的电流。即，进入光电二极管204的光的量越大，光电传感器输出信号线211的电位（信号804）被降低的比率变得越低。
在时间D2，当栅极信号线209的电位（信号802）为“L”时，晶体管206被截止，从而在时间D2之后光电传感器输出信号线211的电位（信号804）被保持在固定水平处。
在时间E2，当停止信号线404的电位（信号806）从“H”变化至“L”时，VCO 401开始以振荡频率振荡（振荡频率是基于光电传感器输出信号线211的电位（信号804）），且输出信号变成像信号807。此处，当VCO的振荡周期用TVCO2表示时，VCO的振荡频率是1/TVCO2。
在时间E2，重置信号线405的电位（信号808）是“L”，且在VCO 404的振荡同时，加法/减法计数器开始计数。此处，计数值增加和减少控制信号线407的电位（信号809）是“H”，且加法/减法计数器用作为加法计数器。换言之，每一次VCO 401的输出信号从“L”变化至“H”，计数值加一。注意，在时间E2时的加法/减法计数器的计数值是第一计数值，且在时间E2之后，该加法/减法计数器使用该第一计数值作为第二初始值执行计数。
在时间G2，当置位信号线406的电位（信号814）从“L”变化至“H”时，加法/减法计数器中的计数值，即，信号线531到534的值被存储在第一到第四触发器523到526中，从而第零到第三位信号线535到538的电位（信号815到818）被改变。此处，第零到第三位信号线535到538的电位分别是"H"、"L"、"H"、和"L"。这是十进制的“5”。
如上所述，其中从时间C2到时间D2执行第二选择操作且在时间E2到时间G2执行第二A/D转换，且在第二A/D转换中使用加法/减法计数器作为加法计数器执行A/D转换的操作（下文称为“第二操作”）是用于驱动本实施例中的半导体器件的方法的特征之一。进一步，在本说明书中，在第二操作时的光电传感器的状态被称为“第二状态”。
在本实施例中，当使用第一A/D转换获得的计数值作为第二初始值执行第二A/D转换时，可获得从中减去了由于光电传感器或A/D转换器的特性变化等引起的噪声而产生的误差的计数值。换言之，可减少包括光电传感器的半导体器件的噪声。
注意，在该驱动方法中，在第一操作之后执行第二操作；然而，本发明并不限于这个驱动方法。换言之，在本发明中，可在第二操作之后执行第一操作。
此外，在第一操作中，在光不进入光电传感器106的假设上获得计数器中的计数值；然而，本发明并不限于这个结构。换言之，在本发明中，在第一操作中，可在足以使得包括光电传感器的半导体器件中的计数值最大的光强度进入光电传感器106的假设上获得计数器中的计数值。为了在足以使得包括光电传感器的半导体器件中的计数值最大的光强度进入光电传感器106的假设上获得计数器中的计数值，例如，光电二极管重置信号线208的电位为“L”，且在大量时间经过之后，连线213的电位为“L”。注意，在这个情况下，在第一操作中，当第一初始值为“1111”且加法/减法计数器被用作减法计数器时，加法/减法计数器执行计数。
注意，在其中晶体管205的截止态电流极大变化的情况下、或在其中光电二极管204的暗电流或由光电二极管204的微弱光产生的光电流在图2的光电传感器106中极大地变化的情况下，当基于第一操作中光不进入光电传感器106的假设上获得计数器中的计数值时，可有效地减少由于光电传感器或A/D转换器的特性中的变化等引起的噪声的不利影响。进一步，在其中晶体管205的阈值电压极大地变化或由于光电二极管204的强光引起的光电流在图2的光电传感器106中极大地变化的情况下，当第一操作中在基于足以使得包括光电传感器的半导体器件中的计数值最大的光强度进入光电传感器106的假设上获得计数器中的计数值时，可有效地减少噪声的不利影响。
（比较例1）
接着，将参考图7中的时序图而描述当A/D转换器的输出值没有被校正时光电传感器的读取操作的示例。在图7中，信号701到704分别对应于图2中的光电二极管重置信号线208的的电位、电连接至晶体管206的栅极的栅极信号线209的电位、电连接至晶体管205的栅极的连线213的电位、以及光电传感器输出信号线211的电位。此外，信号705对应于图6中的第一辅助读取电路控制信号线351的电位。进一步，信号706到718分别对应于图5中停止信号线404的电位、VCO的输出信号线403的电位、重置信号线405的电位、计数值增加和减少控制信号线407的电位、信号线531的电位、信号线532的电位、信号线533的电位、信号线534的电位、置位信号线406的电位、第零位信号线535的电位、第一位信号线536的电位、第二位信号线537的电位、以及第三位信号线538的电位。
在时间A，光电二极管重置信号线208的电位（信号701）为“H”，光电二极管204被导通且电连接至晶体管205的栅极的连线213的电位（信号703）为“H”。此外，当第一辅助读取电路控制信号线351的电位（信号705）为“L”时，光电传感器输出信号线211的电位（信号704）被预充电至“H”。
在时间B，当光电二极管重置信号线208的电位（信号701）为“L”时，由于光电二极管204的截止态电流，电连接至晶体管205的连线213的电位（信号703）开始变低。当光进入光电二极管204时，光电二极管204的截止态电流被增加。电连接至晶体管205的栅极的连线213的电位（信号703）取决于进入光电二极管204的光的量而变化。换言之，在晶体管205的源极和漏极之间流动的电流量取决于进入光电二极管204的光的量而变化。
在时间C，当栅极信号线209的电位（信号702）为“H”时，晶体管206被导通且光电传感器基准信号线212和光电传感器输出信号线211通过晶体管205和晶体管206被导通。然后，光电传感器输出信号线211的电位（信号704）被降低。注意，在时间C之前，第一辅助读取电路控制信号线351的电位（信号705）为“H”且光电传感器输出信号线211的预充电被终止。此处，光电传感器输出信号线211的电位（信号704）被降低的比率取决于晶体管205的源极和漏极之间流动的电流。即，进入光电二极管204的光的量越大，光电传感器输出信号线211的电位（信号704）被降低的比率变得越低。
在时间D，当栅极信号线209的电位（信号702）为“L”时，晶体管206被截止，从而在时间D之后光电传感器输出信号线211的电位（信号704）被保持在固定水平处。
在时间E，当停止信号线404的电位（信号706）从“H”变化至“L”时，VCO 401开始以振荡频率振荡（振荡频率是基于光电传感器输出信号线211的电位（信号704）），且VCO 401的输出信号变成像信号707。此处，当VCO的振荡周期用TVCO表示时，VCO的振荡频率是1/TVCO。
在时间F，当重置信号线405的电位（信号708）从“H”变化至“L”时，加法/减法计数器开始计数。此处，计数值增加和减少控制信号线407的电位（信号709）在时间F是“H”；因此，加法/减法计数器用作为加法计数器。换言之，每一次VCO 401的输出信号从“L”变化至“H”，计数值加一。注意，当重置信号线405的电位为“H”时，加法/减法计数器被置位为初始值“0000”；因此，信号线531到534的电位（信号710到713）全都是“L”。注意，通过使得重置信号线405的电位（信号708）从“H”变化至“L”的时机在与停止信号线404的电位（信号706）从“H”变化至“L”的时机同时或早于该时机，其中加法/减法计数器进行计数的时间段可变得较长。因此，可实现优选的具有高吞吐量的ADC。
在时间G，当置位信号线406的电位（信号714）从“L”变化至“H”时，加法/减法计数器的计数值，即，信号线531到534的值被存储在第一到第四触发器523到526中，从而第零到第三位信号线535到538的电位（信号715到718）被改变。此处，第零到第三位信号线535到538的电位分别是"H"、"L"、"H"、和"H"。这是十进制的“13”。
注意，在上述描述中，从时间A到时间B进行的操作、从时间B到时间C进行的操作、从时间C到时间D进行的操作、以及从时间F到时间G进行的操作分别被称为重置操作、累积操作、选择操作、以及A/D转换。
通过被描述作为比较示例的驱动方法，涉及待检测物体并从光电传感器所获得的数据（模拟信号）可被转换为待输出的数字信号。然而，通过该驱动方法获得的数字信号反应了由于制造工艺引起的各种变化，诸如被包括于每一个像素中的光电传感器中的晶体管的特性（如，阈值电压或导通状态电流）的变化、光电二极管的特性（如，光电流）的变化、读取信号线的电阻负载和寄生电容的变化、以及A/D转换器的变化。因此，例如，在其中在包括光电传感器的显示设备中采用这样的驱动方法的情况下，在像图案一样的所获取的图像中出现由于光电传感器变化引起的噪声（固定图案噪声），从而即使当获取了全黑图像时可呈现白色图案或即使当获取了全白图像时可呈现黑色图案。
（实施例2）
在这个实施例中，描述了作为本发明的一个实施例的半导体器件的结构的示例。具体地，描述了包括具有光电传感器的像素部分的显示设备的示例（触摸面板）。
如图9中所示，在这个实施例中的触摸面板100包括像素部分101、显示元件控制电路102、以及光电传感器控制电路103。像素部分101包括以矩阵设置的多个像素104。像素104包括显示元件105和光电传感器106。然而，本发明不限于这个结构。换言之，在这个实施例中，在像素部分101中，显示元件105的数量（此处，1）对应于光电传感器106的数量（此处，1）；然而，本发明并不限于这个结构。此外，在这个实施例中，显示元件105和光电传感器106被提供在一个区域中（像素部分101）；然而，本发明并不限于这个结构。其中提供显示元件105的图像的显示部分和其中提供光电传感器106的面积传感器部分可被提供在不同区域中。
显示元件105包括开关元件、存储电容器、包括液晶显示层的液晶元件、滤色器、等。一般可使用晶体管作为开关元件。具体地，可使用薄膜晶体管等作为开关元件。在液晶显示设备中，利用通过施加至液晶层的电压而使得进入液晶层的光的偏振方向的变化，作出穿过液晶层的光的对比度（等级），从而显示图像。通过光源（背光）或/和外侧光从液晶显示设备的后侧发出的光被用作穿过液晶层的光。进一步，当穿过液晶层的光穿过滤色器时，特定颜色（如，红色（R）、绿色（G）、或蓝色（B））的灰度级别可被产生且彩色图像被显示。存储电容器具有保持与施加到液晶层的电压相对应的电荷的功能。该晶体管具有控制向存储电容器注入电荷或者从存储电容器释放电荷的功能。
注意，尽管显示元件105包括液晶元件，显示元件105可包括诸如发光元件之类的不同的元件替代液晶元件。发光元件是指其亮度受控于电流或电压的元件。发光元件的特定示例包括有机发光二极管（OLED）和无机电致发光（EL）元件。
显示元件控制电路102控制显示元件105，且包括通过诸如视频数据信号线（也被称为源信号线）之类的信号线将信号输入至显示元件105的显示元件驱动器电路107、和通过扫描线（也被称为栅极信号线）将信号输入至显示元件105的显示元件驱动器电路108。例如，扫描线侧上的显示元件驱动电路108具有选择置于特定行中的像素中所包括的显示元件的功能。信号线侧上的显示元件驱动电路107具有向置于所选行中的像素中所包括的显示元件施加给定电位的功能。注意，在扫描线侧上的显示元件驱动电路108向其施加高电位的显示元件中，该晶体管被导通，从而显示元件被供应有来自信号线侧上的显示元件驱动电路107的电荷。
接着，参考图10描述像素104的电路图的示例。像素104包括具有晶体管的显示元件201、存储电容器202、以及液晶元件203的显示元件105，以及具有光电二极管204、晶体管205、以及晶体管206的光电传感器106。
晶体管201的栅极电连接至栅极信号线207。晶体管201的源极和漏极之一电连接至视频数据信号线210。晶体管201的源极和漏极中的另一个电连接到存储电容器202的一个电极和液晶元件203的一个电极。存储电容器202的另一个电极和液晶元件203的另一个电极每一个均被保持在特定电位。液晶元件203包括一对电极、以及设置在这对电极之间的液晶层。
当向栅极信号线207施加“H”（高电位）时，晶体管201将视频数据信号线210的电位施加到存储电容器202和液晶元件203。存储电容器202保持所施加的电位。液晶元件203的透光率根据所施加的电位而改变。
注意，光电传感器106的结构、驱动方法（读取操作）等可与实施例1中所描述的那些一样；因此，在这个实施例中省略了其描述。当以与实施例1中类似的方式驱动包括光电传感器的显示设备时，可减少噪声且可获得高度准确的图像。
（实施例3）
在这个实施例中，描述了作为本发明的一个实施例的半导体器件的结构的示例。具体地，描述了不同于实施例1中的光电传感器106的电路结构的电路结构。
图11A中所示的光电传感器对应于实施例1中的图2中的光电传感器106，其中晶体管231被提供在光电二极管204的阴极和晶体管205的栅极之间。晶体管231的源极和漏极中的一个电连接至光电二极管204的阴极。晶体管231的源极和漏极中的另一个电连接至晶体管205的栅极。晶体管231的栅极电连接至连线232。
晶体管231具有保持累积在晶体管205的栅极中的电荷的功能。因此，在其中晶体管231被截止的时间段中，在晶体管231的源极和漏极之间流动的电流量优选地尽可能小。即，优选的是晶体管231的截止态电流足够低。从这个角度而言，晶体管231优选地包括用于沟道形成区的氧化物半导体层。更优选地，晶体管205和晶体管206的每一个的沟道形成区包括晶体半导体层（优选地诸如单晶硅层之类的晶体硅层），且晶体管231的沟道形成区包括氧化物半导体层。使用这样的结构，在晶体管231被导通的时间段中，信号可被快速地从光电传感器106输出至光电传感器输出信号线211，且在晶体管231被截止的时间段中可防止累积在晶体管205的栅极中的电荷泄露。然而，本发明不限于这个结构。例如，晶体管231可包括包含硅（优选地，诸如单晶硅之类的晶体硅）等的不同的半导体层。
接着，将参考图14中的时序图而描述用于驱动图11A中所示的光电传感器106。注意，图14中的时序图与图8中的时序图具有很多相同之处；因此，提取了不同的操作。
在图14中，信号801到804分别对应于图11A中的光电二极管重置信号线208的电位、电连接至晶体管206的栅极的栅极信号线209的电位、晶体管205的栅极的电位、以及光电传感器输出信号线211的电位。此外，信号805对应于图6中的第一辅助读取电路控制信号线351的电位。进一步，信号831对应于图11A中的连线232的电位（即，施加至晶体管231的栅极的电位）。
首先，图11A中所示的光电传感器106中的第一操作可类似于实施例1中图2中所示的光电传感器106中的第一操作；因此，省略了第一操作的描述。
在时间B2，当光电二极管重置信号线208的电位（信号801）从“H”变化至“L”时，由于晶体管204的截止态电流，晶体管205的栅极的电位（信号803）开始变低。在这个情况下，晶体管231的栅极的电位（信号831）是“H”，且晶体管231被导通。当光进入光电二极管204时，光电二极管204的截止态电流被增加。晶体管205的栅极的电位（信号803）取决于进入光电二极管204的光的量而变化。换言之，在晶体管205的源极和漏极之间流动的电流量取决于进入光电二极管204的光的量而变化。
然后，在时间H2，当晶体管231的栅极的电位为“L”时，晶体管231被截止，从而在时间H2后晶体管205的栅极的电位（信号803）被保持在固定水平。
此处，在其中晶体管231的截止态电流较高的情况下，难以将晶体管205的栅极的电位保持在固定水平。因此，如上所述，晶体管231优选地包括用于沟道形成区的氧化物半导体层。当包括用于沟道形成区的氧化物半导体层的晶体管被用作晶体管231时，可改进保持累积在晶体管205的栅极的电荷的功能。因此，光电传感器106可准确地将入射光转换为电信号。
在时间C2，当栅极信号线209的电位（信号802）为“H”时，晶体管206被导通且光电传感器基准信号线212和光电传感器输出信号线211通过晶体管205和晶体管206被导通。然后，光电传感器输出信号线211的电位（信号804）被降低。注意，在时间C2之前，第一辅助读取电路控制信号线351的电位（信号805）从“H”变化至“L”且光电传感器输出信号线211的预充电被终止。此处，光电传感器输出信号线211的电位被降低的比率取决于晶体管205的源极和漏极之间流动的电流。即，进入光电二极管204的光的量越大，光电传感器输出信号线211的电位（信号804）被降低的比率变得越低。
在时间D2，当栅极信号线209的电位（信号802）为“L”时，晶体管206被截止，从而在时间D2之后光电传感器输出信号线211的电位（信号804）被保持在固定水平处。
在时间D2之后进行的操作可类似于实施例1中图2所示的光电传感器106中的第二操作；因此，此处省略了其中的描述。
然后，图11B中所示的光电传感器包括光电二极管204、晶体管205、以及电容器233。光电二极管204的一个电极（阳极）电连接至连线208，且光电二极管204的另一个电极（阴极）电连接至晶体管205的栅极。晶体管205的源极和漏极中的一个电连接至连线212，且晶体管205的源极和漏极中的另一个电连接至光电传感器输出信号线211。电容器233包括一对电极。电容器233的一个电极电连接至光电二极管204的另一个电极（阴极）。电容器233的另一个电极电连接至连线234。
图12A中所示的光电传感器对应于除图11A中所示的光电传感器之外包括晶体管241的结构。晶体管241的源极和漏极中的一个电连接至晶体管205的栅极。晶体管241的源极和漏极中的另一个电连接至连线212。晶体管241的栅极电连接至连线242。
晶体管241具有向晶体管205的栅极提供重置信号的功能。在除了其中提供重置信号的时间段外的时间段中，优选的是晶体管241的源极和漏极之间流动的电流量尽可能小，从而晶体管205的栅极的电位不会波动。即，晶体管241优选地具有充分低的截止态电流。从这个角度而言，晶体管241优选地包括用于沟道形成区的氧化物半导体层。然而，本发明不限于这个结构。例如，晶体管241可包括包含硅（优选地，诸如单晶硅之类的晶体硅）等的不同的半导体层。
在图12B中所示的在光电传感器中晶体管205和晶体管206的连接关系不同于图12A中所示的在光电传感器中的连接关系。换言之，晶体管205的源极和漏极中的一个电连接至晶体管206的源极和漏极中的一个；晶体管205的源极和漏极中的另一个电连接至光电传感器输出信号线211；且晶体管205的栅极电连接至晶体管231的源极和漏极中的一个。晶体管206的源极和漏极中的另一个电连接至连线212，且晶体管206的栅极电连接至连线243。
图13A中所示的光电传感器对应于图12A中所示的光电传感器，图12A中所示的光电传感器中去除了晶体管206。在图13A中，晶体管241的源极和漏极中的另一个电连接至连线212且与晶体管205的源极和漏极中的一个被提供有一样的电位；然而，本发明并不限于这个结构。换言之，像图13B中所示的光电传感器，晶体管241的源极和漏极中的另一个可电连接至被提供有不同于连线212的电位的电位的连线244。
在图13C中所示的在光电传感器中晶体管241的连接关系不同于图13A中所示的在光电传感器中的连接关系。换言之，晶体管241的源极和漏极中的一个电连接至晶体管205的栅极；晶体管241的源极和漏极中的另一个电连接至光电传感器输出信号线连线211；且晶体管241的栅极电连接至连线242。
以此方式，在本发明中，可采用光电传感器的各种电路结构。进一步，实施例1或2中的光电传感器106的电路结构可被在这个实施例中所描述的光电传感器的电路结构中的任意所替代。
（实施例4）
在这个实施例中，描述了包括光电传感器的半导体器件的结构的示例及其制造方法。具体地，描述了其中实施例1中图2中所示的光电传感器被提供在衬底上的半导体器件的结构以及其制造方法的示例。
图15中所示的半导体器件包括在衬底1001上具有光电二极管204、晶体管205和晶体管206的光电传感器。
虽然对可用作衬底1001的衬底没有具体限制，但是衬底必需至少具有足够高的耐热性来耐受稍后要进行的热处理。在稍后进行热处理的温度较高的情况下，优选使用其应变点大于或等于730°C的衬底。衬底1001的具体示例包括玻璃衬底、晶体玻璃衬底、陶瓷衬底、石英衬底、蓝宝石衬底、塑料衬底等。进一步，玻璃衬底的材料的具体示例包括铝硅酸盐玻璃、铝硼硅酸盐玻璃、以及钡硼硅酸盐玻璃。
光电二极管204是横向结针孔二极管，其包括半导体层1005。半导体层1005包括具有p-型导电率的区域（p-型层1021）、具有i-型导电率的区域（i-型层1022）、以及具有n-型导电率的区域（n-型层1023）。注意，该光电二极管204可以是pn二极管。为了增加从入射光产生电信号的比率（该比率被称为量子效率），半导体层1005优选地包括晶体硅（如，多晶硅或单晶硅）。
作为从待检测物体发出的光、由待检测物体反射的外部光、或者从设置在半导体器件内的光源发出并由待检测物体所反射的光，光1202进入光电二极管204的半导体层1005。光电二极管204的特性取决于进入光电二极管204的半导体层1005的光1202的量而变化。此处，优选的是提供挡光膜从而与光电二极管204的半导体层（至少i-型层1022）相交迭，且两者之间插入有绝缘膜，从而除了应该被光电二极管204检测到的光之外的光不会进入该光电二极管。例如，优选的是在光电二极管204之下提供挡光膜，从而与光电二极管204的半导体层（至少i-型层1022）相交迭，且两者之间设置有绝缘膜。在其中使用包括光电传感器和滤色器的显示设备检测到彩色图像的情况下，提供挡光膜是特别优选的，因为可防止在相邻像素中使用具有不同颜色的滤色器获得的光的混合。
晶体管205是顶栅晶体管。晶体管205包括半导体层1006、用作栅绝缘膜的绝缘膜1007、以及用作栅电极的连线213。此外，尽管对于半导体层1006的材料没有特别限制，优选地是使用晶体半导体从而实现具有高迁移率的晶体管205。更优选地，使用多晶硅层或单晶硅层。进一步，晶体管205可以是p-沟道晶体管或n-沟道晶体管。在这个实施例中，包括晶体硅层的n-沟道晶体管被用作晶体管205。
晶体管206是底栅晶体管。晶体管206包括半导体层1012、用作栅绝缘膜的绝缘膜1011、以及栅电极1010。晶体管206用作开关，其选择是否晶体管205所产生的输出信号被提供至光电传感器输出信号线211。晶体管206优选地具有充分低的截止态电流。因此，优选地使用氧化物半导体层作为半导体层1012。更优选地，使用高纯度氧化物半导体层作为半导体层1012。在这个实施例中，包括高纯度氧化物半导体层的n-沟道晶体管被用作晶体管206。
此外，在光电二极管204和晶体管205上形成晶体管206，光电二极管204和晶体管205与晶体管206之间插入有绝缘膜1009。当以此方式在不同层中形成晶体管206和光电二极管204时，可增加光电二极管204的面积，从而可增加光电二极管204接收到的光的量。
进一步，优选地晶体管206被形成为：晶体管206的至少一部分与光电二极管204的p-型层1021和n-型层1023相交迭。进一步，优选地晶体管206被形成为不与光电二极管204的i-型层1022相交迭。在这个实施例中，如图15中所示，晶体管206的至少一部分与光电二极管204的n-型层1023相交迭，且晶体管206被形成为不与光电二极管204的i-型层1022相交迭。因此，可增加光电二极管204的面积并可充分地接收光。注意，也是在pn二极管的情况下，当晶体管206和pn结部分彼此交迭的面积被减少时，可充分地接收光。
注意，在高纯度氧化物半导体层中，不利地影响包括氧化物半导体的晶体管的电特性的杂质被减少至非常低的水平。氢是不利地影响电特性的杂质的典型示例。氢是可能作为氧化物半导体中的载流子施主的杂质。当氧化物半导体包括大量氢时，氧化物半导体可能具有n-型导电率。包括包含大量氢的氧化物半导体的晶体管是常态导通的。此外，晶体管的导通/截止率无法足够高。因此，在本说明书中，“高纯度氧化物半导体”是其中氢被尽可能地减少的本征或基本本征的氧化物半导体。作为高纯度氧化物半导体的示例，存在其载流子浓度低于1×1014/cm3，优选地低于1×1012/cm3，更优选地低于1×1011/cm3或低于6.0×1010/cm3的氧化物半导体。例如，包括通过剧烈移除沟道形成区的氧化物半导体层中含有的氢而获得的高纯度氧化物半导体的晶体管相比包括沟道形成区的硅的晶体管具有非常低的截止态电流。注意，在这个实施例中，下文将包括高纯度氧化物半导体的晶体管描述为n-沟道晶体管。
接着，下文描述使用测试元件组（也被称为TEG）获得的包括高纯度氧化物半导体层的晶体管的截止态电流的测量结果。
在该TEG中，提供了其中每一个具有L/W=3μm/50μm(厚度d:30nm)的两百个晶体管并联连接的具有L/W（沟道程度L与沟道宽度W的比值）=3μm/10000μm的薄膜晶体管。图16示出晶体管的初始特性。为了测量晶体管的初始特性，在衬底温度为室温、源极-漏极电压（下文称为漏极电压或VD）为1V或10V、且VG从-20V变化至+20V的状况下测量当源极-栅极电压（下文称为栅极电压或VG）变化时的源极-漏极电流（下文称为漏极电流或ID）的特性，即VG-ID特性的变化。此处，在-20到+5V范围内示出VG-ID特性的测量结果。
如图16所示，沟道宽度W为10000μm的晶体管在1V和10V的VD时具有1×10-13A或更小的截止态电流，其小于或等于测量设备（Agilent科技公司制造的一种半导体参数分析仪Agilent 4156C）的分辨率（100fA）。每微米沟道宽度的截止态电流对应于10aA/μm。
在本说明书中，截止态电流（也被称为漏电流）是在其中n-沟道晶体管的阈值电压Vth的水平为正的情况下，当-20到-5V范围内的给定栅电压在室温被施加时，n-沟道晶体管的源极和漏极之间流动的电流。注意，室温是15到25℃。在室温下，在本说明书中公开的包括氧化物半导体的晶体管具有每沟道宽度（W）为100aA/μm或更少的电流，优选地为10aA/μm或更少，更优选的是10zA/μm或更少。
注意，如果截止态电流的量和漏电压水平是已知的，则晶体管截止时的电阻率（截止电阻率R）可使用欧姆定律来计算。如果沟道形成区的截面积A和沟道长度L是已知的，可从公式ρ=RA/L(R表示截止电阻率)计算出截止态电阻率ρ。截止态电阻率优选地是1×109Ω·m或更高（或1×1010Ω·m或更高）。在此，截面积A可根据公式A=dW（d是沟道形成区的厚度，而W是沟道宽度）来计算。
此外，包括高纯度氧化物半导体的晶体管的温度特性是良好的。一般地，在其中当温度从-25到150℃范围内变化时测量晶体管的电流-电压特性的情况下，导通态电流、截止态电流、场效应迁移率、子阈值（S值）、以及阈值电压基本不由于温度而变化和劣化。
此外，氧化物半导体的能隙是2eV或更大，优选的是2.5eV或更大，更优选的是3eV或更大。
接着，描述包括氧化物半导体的晶体管的热载流子衰减。
热载流子衰减是晶体管特性的衰减，比如，由于电子从漏极附近的沟道被注入栅绝缘膜，被加速至高速的电子成为固定电荷的现象，或被加速至高速的电子在栅绝缘膜界面处形成捕获能级的现象，引起的阈值电压的波动或栅漏泄的产生。热载流子衰减的因素是沟道热电子注入（CHE注入）以及漏极雪崩热载流子注入（DAHC注入）。
由于硅的带隙是小至1.12eV，由于雪崩击穿，电子易于像雪崩一样产生，且被加速至高速从而穿过势垒到栅绝缘膜的电子的数量被增加。反之，在这个实施例中描述的氧化物半导体具有3.15eV的较大带隙；因此，雪崩击穿并不易于发生且对于热载流子劣化的抵抗力高于硅。
接着，描述了用于制造在衬底1001上具有光电二极管204、晶体管205、和晶体管206的光电传感器的方法。
首先，在衬底1001上形成半导体层1005和半导体层1006。优选使用晶体半导体作为半导体层1005和半导体层1006的材料。特定地，优选使用多晶硅或单晶硅。
此处，描述了用单晶硅在衬底1001上形成半导体层1005和半导体层1006的方法的示例。首先，在单晶硅衬底的预定深度处通过离子辐射等形成损坏区域。然后，单晶硅衬底和衬底1001彼此附着，其两者之间提供有绝缘膜。此后，单晶硅衬底被从损坏区域分离，且在衬底1001上形成半导体膜。通过蚀刻等将半导体膜处理（图案化）为期望形状，从而形成半导体层1005和半导体层1006。此处，在蚀刻处理之前和/或之后优选地加热半导体层，从而包含在被分离的半导体层中的晶体缺陷被减少且半导体层的表面被平坦化。可使用激光、RTA（快速热退火）、或电炉作为加热装置。如上所述，可用相同工艺形成半导体层1005和半导体层1006；因此，可减少制造工艺的数量。因此，在同一表面上使用同样材料形成半导体层1005和半导体层1006。
注意，优选的是在衬底1001和半导体层1005和半导体层1006之间提供用作基膜的绝缘膜。该基膜具有防止杂质元素从衬底1001扩散的功能，并且可形成为具有包括选自氮化硅膜、氧化硅膜、氮氧化硅膜、或氧氮化硅膜的一个或多个膜的单层结构或层叠结构。
然后，在半导体层1005和半导体层1006上形成绝缘膜1007。绝缘膜1007用作晶体管205的栅绝缘膜。绝缘膜1007可被形成为具有包括选自氮化硅膜、氧化硅膜、氮氧化硅膜、或氧氮化硅膜的一个或多个膜的单层结构或层叠结构。此外，可通过等离子增强CVD、溅射等形成绝缘膜1007。
然后，在绝缘膜1007中形成接触孔，且然后形成连线208和213。连线208通过接触孔电连接至p型层1021（光电二极管204的阳极侧）。连线213通过接触孔电连接至n型层1023（光电二极管204的阴极侧）。此外，连线213用作晶体管205的栅电极。
连线208和213可形成为具有包括诸如钼、钛、铬、钽、钨、铝、铜、钕、或钪之类的金属材料、或者包括该材料作为其主要组分的合金材料的单层结构或分层结构。连线208和213的两层结构的具体示例包括钼层堆叠在铝层之上的结构，钼层堆叠在铜层之上的结构，氮化钛层或氮化钽层堆叠在铜层之上的结构，以及钼层堆叠在氮化钛层上的结构。作为三层结构的具体示例，有其中堆叠有钨层（或氮化钨层）、铝和硅的合金层（或铝和钛的合金层）、以及氮化钛层（或钛层）的结构。注意，可使用透光导电膜形成栅电极。作为透光导电膜的具体示例，有透光导电氧化物。
然后，形成绝缘膜1009从而覆盖绝缘膜1007和连线208和213。绝缘膜1009可具有单层结构或层叠结构。例如，绝缘膜1009可具有其中有机树脂膜堆叠在无机绝缘膜上的结构。无机绝缘膜具有防止杂质进入光电二极管204或晶体管205的功能。有机树脂模具有平坦化表面的功能。作为无机绝缘膜的材料，可使用氧化硅层、氮化硅层、氧氮化硅层、氮氧化硅层、或氧化铝层。可使用耐热有机材料（诸如聚酰亚胺、丙烯酸、苯并环丁烯、聚酰胺、或环氧树脂）作为绝缘树脂膜的材料。除了有机材料，还可使用硅氧烷基的树脂。此处，硅氧烷基树脂对应于包括使用硅氧烷基材料作为原材料而形成的Si-O-Si键的树脂。硅氧烷基树脂可包括有机基（例如，烷基或芳基）作为取代基。此外，有机基可包括氟基。
对用于形成无机绝缘膜的方法没有具体的限制。此外，可通过等离子增强CVD、溅射等形成无机绝缘膜。进一步，对用于形成有机绝缘膜的方法没有具体的限制。根据材料，可通过诸如溅射、SOG法、旋涂法、浸渍法、喷涂法、或液滴喷射法（例如，喷墨法、丝网印刷、或胶版印刷）之类的方法、或者诸如刮刀、辊涂机、幕涂机、或刀涂机之类的工具来形成有机树脂膜。
接着，在绝缘膜1009上形成栅电极1010。优选的是栅电极层的端部是倾斜的，因为与在其上堆叠的栅绝缘膜的覆盖率得以改进。注意，合适的话，可被用于连线208和213的材料可被用作栅电极1010的材料。
接着，在栅电极1010上形成绝缘膜1011。可通过等离子体增强CVD、溅射等将绝缘层1011形成为具有包括氧化硅膜、氮化硅膜、氧氮化硅膜、氮氧化硅膜、或氧化铝膜的单层结构或层叠结构。注意，为使绝缘膜1011中不含有大量氢，优选地用溅射沉积绝缘膜1011。在其中通过溅射法沉积氧化硅膜的情况下，硅靶或石英靶被用作靶，并且氧、或者氧和氩的混合气体被用作溅射气体。
可选地，绝缘膜1011可具有其中从栅电极1010侧相继层叠氮化硅膜和氧化硅膜的结构。例如，通过溅射形成具有50到200nm厚度的氮化硅层（SiNy(y>0)）作为第一栅绝缘膜，且在该第一栅绝缘膜上堆叠具有5到300nm厚度的氧化硅层（SiOx(x>0)），从而可形成100nm厚的栅绝缘膜。
接着，在绝缘膜1011上形成半导体层。在这个实施例中，通过溅射形成氧化物半导体层作为半导体层。
此处，为使氧化物半导体膜中含有的氢、羟基、和水分尽可能少，优选的是通过在溅射装置的预加热室中预加热衬底1001（作为沉积的预处理），将吸收在绝缘膜1011上的诸如氢或水分之类的杂质消除或抽空。注意，作为提供在预热室中的抽空装置，低温泵是优选的。
可使用包含氧化锌作为主要组分的金属氧化物作为氧化物层的沉积靶。例如，可使用具有组分比为In2O3∶Ga2O3∶ZnO=1∶1∶1[摩尔比]的靶。可选地，可使用组分比为In2O3∶Ga2O3∶ZnO=1∶1∶2[摩尔比]或In2O3∶Ga2O3∶ZnO=1∶1∶4[摩尔比]的靶。可选地，可使用包含SiO2在2to 10wt％的靶。氧化物半导体靶的填充速率为90到100％，优选的是95到99.9％。通过使用具有高填充速率的氧化物半导体靶，氧化物半导体层可具有高密度。
注意，可在稀有气体（一般是氩）气氛中、氧气氛中、或稀有气体和氧的混合气氛中形成氧化物半导体层。此处，作为氧化物半导体层的沉积中所使用的溅射气体，优选使用其中诸如氢、水、羟基、或氢化物等杂质被移除达ppm或ppb浓度的高纯度气体。
通过如下方式在绝缘膜1011上沉积氧化物半导体层：衬底被保持在处于被减少的压力状态的处理室中，移除处理室中所留存的湿气、引入其中移除了氢和湿气的溅射气体，且使用金属氧化物作为靶。为了移除处理室中剩余的湿气，优选使用吸附真空泵。例如，优选地使用低温泵、离子泵、或钛升华泵。可使用添加了冷阱的涡轮泵作为抽空装置。例如，通过使用低温泵，从处理室中抽空诸如水（H2O）（优选地，还有包含碳原子的化合物）等之类的含有氢原子的化合物。因此，可降低沉积在处理室中的氧化物半导体层中所含有的杂质的浓度。进一步，当氧化物半导体层被沉积时，衬底可被保持在室温或可被加热至低于400°C的温度。
作为氧化物半导体层的沉积条件的示例，采用以下条件：衬底温度是室温，衬底和靶之间的距离是110mm，压强为0.4Pa，直流（DC）电源为0.5kW，且使用含有氧和氩（氧的流速是15sccm且氩的流速是30sccm）的气氛。注意，优选使用脉冲直流（DC）电源，因为可减少灰尘并且膜厚可以是均匀的。氧化物半导体层的厚度优选为2至200nm、优选为5至30nm。注意，氧化物半导体膜的适当厚度根据氧化物半导体材料而不同，并且厚度可根据材料适当地设置。
尽管在给定示例中使用作为三金属元素氧化物的In-Ga-Zn-O-基氧化物，可使用如下氧化物：作为四金属元素氧化物的In-Sn-Ga-Zn-O-基氧化物；作为三金属元素氧化物的In-Sn-Zn-O-基氧化物、In-Al-Zn-O-基氧化物、Sn-Ga-Zn-O-基氧化物、Al-Ga-Zn-O-基氧化物、或Sn-Al-Zn-O-基氧化物；作为二金属元素氧化物的In-Zn-O-基氧化物、Sn-Zn-O-基氧化物、Al-Zn-O-基氧化物、Zn-Mg-O-基氧化物、Sn-Mg-O-基氧化物、In-Mg-O-基氧化物；In-O-氧化物;Sn-O-氧化物;Zn-O-氧化物;等。氧化物半导体可进一步包括硅。进一步，氧化物半导体可以是非晶或晶体。进一步，氧化物半导体可以是非单晶的或者单晶的。
可使用表达为InMO3(ZnO)m（m>0）的薄膜作为氧化物半导体层。在此，M表示选自Ga、Al、Mn、或Co的一种或多种金属元素。例如，M可以是Ga、Ga和Al、Ga和Mn、Ga和Co。
然后，在光刻处理中，氧化物半导体层被处理为半导体层1012。注意，可通过喷墨法形成用于形成半导体层1012的抗蚀剂。当通过喷墨法形成抗蚀剂时，不使用光掩模；由此，可降低制造成本。
要注意，可采用干法蚀刻、或湿法蚀刻、或干法蚀刻和湿法蚀刻两者作为氧化物半导体层的蚀刻手段。
在干法蚀刻的情况下，可使用平行板RIE（反应离子蚀刻）或ICP（感应耦合等离子体）蚀刻。为了将该层蚀刻成期望形状，适当地调整蚀刻条件（施加到线圈电极的电功率量、施加到衬底侧上的电极的电功率量、衬底侧上的电极的温度等）。
作为用于干法蚀刻的蚀刻气体，含氯的气体(氯基气体，诸如滤器(Cl2)、三氯化硼(BCl3)、四氯化硅(SiCl4)、或四氯化碳(CCl4))是优选的；然而，可使用含氟的气体（氟基气体，诸如四氟化碳(CF4)、六氟化硫(SF6)、三氯化氮(NF3)、或or三氟甲烷(CHF3))、溴化氢（HBr）、氧气（O2）、添加了诸如氦（He）或氩（Ar）之类的稀有气体的这些气体中的任意等。
可使用通过磷酸、醋酸、以及硝酸的混合溶液、氨双氧水混合物（31wt％的双氧水溶液：28wt％∶的氨水：水＝5:2:2）等作为用于湿法蚀刻的蚀刻剂。可选地，可使用ITO-07N（由KANTO化学公司(KANTO CHEMICAL CO.,INC.)生产）。可取决于氧化物半导体的材料合适地调节蚀刻条件（如，蚀刻剂、蚀刻时间、和温度）。
在湿法蚀刻的情况下，通过清洗来去除蚀刻剂以及蚀刻掉的材料。可提纯包含已去除材料的蚀刻剂的废液，并且可重新使用包含在废液中的材料。当在蚀刻之后从废液收集氧化物半导体层中所包含的材料（诸如铟之类的稀有金属），并且重新使用该材料时，可有效地使用资源。
在这个实施例中，使用磷酸、醋酸、以及硝酸的混合溶液作为蚀刻剂通过湿法蚀刻形成半导体层1012。
然后，半导体层1012经受第一热处理从而氧化物半导体层被脱水或脱氢。第一热处理的温度是400到750°C，优选地高于或等于400°C且低于衬底的应变点。此处，在将衬底放在作为一种热处理装置的电炉内后，氧化物半导体层在450°C下在氮气氛中经受热处理达一小时。因此，防止水或氢的混合物进入氧化物半导体层且获得氧化物半导体层。通过第一热处理，可从半导体层1012中移除氢、水、羟基等。
注意，热处理装置不限于电炉，并且可设置有通过来自加热器（诸如电阻加热器）的热传导或热辐射对要处理的对象加热的设备。例如，可使用诸如GRTA（气体快速热退火）装置或LRTA（灯快速热退火）装置之类的RTA（快速热退火）装置。LRTA装置是用于通过从诸如卤素灯、卤化金属灯、氙弧灯、碳弧灯、高压钠灯、或高压汞灯之类的灯发射的光（电磁波）辐射来对要处理的物体加热的装置。GRTA装置是使用高温气体来进行热处理的装置。可使用惰性气体（一般是诸如氩之类的稀有气体）或氮气作为该气体。
例如，作为第一热处理，GRTA可如下地进行。将衬底传送并放入加热到650至700°C的高温的惰性气体，加热几分钟，并且传送且从在高温加热的惰性气体中取出。GRTA实现短时间的高温热处理。
在该第一热处理中，优选的是在气氛中不含有水、氢等。可选地，引入热处理装置的诸如氦、氖、或氩之类的气体的纯度优选为6N（99.9999％）或更高、更优选为7N（99.99999％）或更高（即，杂质浓度为1ppm或更低、优选为0.1ppm或更低）。
注意，取决于第一热处理的条件或氧化物半导体层的材料，通过第一热处理，半导体层1012可被结晶化，且其晶体结构可被变化为微晶结构或多晶结构。例如，氧化物半导体层可以是具有80%或更大的结晶度的微晶氧化物半导体层。注意，即使当进行第一热处理时，半导体层1012可以是没有结晶化的非晶氧化物半导体层。半导体层1012可以是其中微晶部分（具有晶粒直径为1到20nm，一般2到4nm）被混合到非晶氧化物半导体层中的氧化物半导体层。
此外，在半导体层1012上进行的第一热处理，可在氧化物半导体层被处理为岛状氧化物半导体层之前在该氧化物半导体层上进行。在此情况下，在第一热处理之后，从热处理装置取出衬底，且执行第一光刻处理。可选地，可在氧化物半导体层上形成连线211和连线1014之后，或在连线211和连线1014上形成绝缘膜1031后进行第一热处理。
尽管主要是为了从氧化物半导体层中移除诸如氢、水、或羟基之类的杂质的目的而进行第一热处理，可能在第一热处理中在氧化物半导体层中产生氧缺陷。因此，优选地在第一热处理后进行额外氧化处理。特定地，例如，进行在氧气氛或包含氮和氧（例如，氮和氧的体积比为4比1）的气氛中的热处理作为在第一热处理后进行的额外氧化处理。可选地，可采用氧气氛中的等离子体处理。
然后，在绝缘膜1007、绝缘膜1009、和绝缘膜1011中形成接触孔之后形成导电膜。
注意，优选的是在导电膜形成之前进行反溅射，从而附着在半导体层1012和绝缘膜1011表面上的阻挡残留物等被移除。
可通过溅射、真空蒸发等形成导电膜。可使用从铝、铬、铜、钽、钛、钼、或钨中选择的元素；包含该元素的合金；包含这些元素中的多个的组合的合金等作为导电膜的材料。可选地，可使用从锰、镁、锆、铍和钇选择的一种或多种材料。可选地，可使用透光导电膜。作为透光导电膜的具体示例，有透光导电氧化物。
此外，导电膜可具有单层结构、或者两层或更多层的层叠结构。例如，可给出包含硅的铝膜的单层结构、其中在铝膜上堆叠钛膜的双层结构、其中钛膜、铝膜、以及钛膜按该次序堆叠的三层结构。
然后，选择性地蚀刻导电膜从而形成连线211、连线1014、和连线212。注意，有必要适当地调节每一种材料和蚀刻条件，从而在蚀刻导电膜时没有移除半导体层1012，且形成在半导体层1012下的导电膜1011没有被暴露。因此，在这个实施例中，为半导体层1012使用In-Ga-Zn-O-基氧化物半导体，钛膜被用作导电膜，且氨双氧水混合物（氨水28wt％：水：过氧化氢31%wt）被用作导电膜的蚀刻剂从而半导体层1012的一部分没有被蚀刻。然而，本发明不限于这个结构。换言之，半导体层1012的部分被蚀刻，从而可形成具有凹槽（凹入）的氧化物半导体层。注意，这样的包含具有凹槽（凹入）的半导体层的晶体管被称为沟道蚀刻晶体管。
在通过蚀刻形成连线211、连线1014、和连线212之后，优选进行使用诸如N2O、N2、或Ar之类的气体的等离子体处理，从而被吸收在半导体层1012的暴露的表面上的水等被移除。进一步，可使用氧和氩的混合气体来进行等离子体处理。在这个实施例中，进行任一等离子体处理。
然后，在等离子体处理之后，在不暴露给空气的情况下，形成与半导体层1012、连线211、连线1014、和连线212的被暴露区域相接触的绝缘膜1031。此时，优选的是形成绝缘膜1031，同时移除留存在处理室中的水分，从而氢、羟基、或水分不被包含在半导体层1012和绝缘膜1031中。为了移除处理室中剩余的湿气，优选使用吸附真空泵。例如，优选地使用低温泵、离子泵、或钛升华泵。可使用添加了冷阱的涡轮泵作为抽空装置。例如，通过使用低温泵，从处理室中抽空诸如水（H2O）等之类的含有氢原子的化合物。因此，可降低沉积在处理室中的绝缘膜1031中所含有的杂质的浓度。
在这个实施例中，形成氧化物绝缘膜作为绝缘膜1031。例如，在其上形成有半导体层1012、连线211、连线1014、和连线212的衬底1001被保持在室温或被加热至低于100℃的温度的情况下，形成氧化硅膜作为绝缘膜1031，引入包含从中移除氢和水分的高纯度气体的溅射气体，并使用硅靶。注意，可使用氧氮化硅膜、氧化铝膜、氧氮化铝膜等来代替氧化硅膜作为氧化物绝缘膜。
例如，在如下条件下通过脉冲DC溅射沉积氧化硅膜：使用掺杂有硼且纯度为6N的硅靶（其电阻率为0.01Ω·cm）；衬底和靶之间的距离（T-S距离）是89mm；压力是0.4P；直流（DC）功率是6kW；且气氛是氧气(氧流速的比例是100％)。氧化硅膜的厚度为300nm。注意，替代硅靶，可使用石英（优选为合成石英）。可使用氧或氧和氩的混合气体作为溅射气体。
此外，优选的是在其中绝缘膜1031和半导体层1012彼此接触的状态中在100到400℃进行第二热处理。通过该热处理，包含在半导体层1012中的诸如氢、水分、羟基、氢化物之类的杂质被扩散至绝缘膜1013，从而可减少包含在半导体层1012中的杂质。
通过上述步骤，可形成包含半导体层1012的晶体管206，半导体层是其氢、水分、羟基、或氢化物浓度被降低的氧化物半导体层。如在这个实施例中所述，当在沉积氧化物半导体层时移除反应气氛中留存的水分时，可降低氧化物半导体层中的氢和氢化物的浓度。相应地，可获得本征或基本本征的半导体。
（实施例5）
在这个实施例中，描述了包括具有光电传感器的半导体器件的电子设备。电子设备的具体示例包括显示设备、膝上型计算机、配备有记录介质的图像重现设备（具体地是指可重现存储于诸如存储卡或记忆棒之类的辅助存储设备中的图像数据的设备）、手机、便携式游戏机、个人数字助理、e-book阅读器、诸如摄像机和数字静态照相机质量的照相机、导航系统、音频重现设备（如，车在音频设备或音频组件设备）、复印机、传真机、打印机、多功能复印机、自动提款机（ATM）、自动贩卖机等。
本发明的一个实施例的半导体器件具有光电传感器的高检测准确度；因此，当这样的半导体器件被安装在电子设备上时可提供高度可靠的电子设备。
本申请基于2010年1月15日向日本专利局提交的日本专利申请系列号2010-007249，该申请的全部内容通过引用结合于此。

Claims (27)

1.一种半导体器件，包括：
模拟/数字转换器，包括振荡电路和计数器电路，其中所述计数器电路被设置为进行所述计数器电路中的计数值的加法或减法；
电连接至所述振荡电路的光电传感器，其中所述光电传感器被设置为用于将第一信号输入至所述振荡电路；和
电连接至所述计数器电路的信号线，
其中，所述信号线被设置为对所述计数器电路提供信号，该信号用来选择所述计数器电路进行所述计数值的加法的状态和所述计数器电路进行所述计数值的减法的状态中的一个状态，
其中，所述光电传感器的两个电极之一电连接到一连线，
其中，所述振荡电路被设置为输出通过转换所述第一信号获得的第二信号至所述计数器电路，所述第二信号具有与所述第一信号相符的振荡频率，
其中，所述计数器电路被设置为在所述光电传感器的第一选择操作过程中通过使用所述第二信号作为时钟信号来进行所述计数值的所述加法或在所述光电传感器的第二选择操作过程中通过使用所述第二信号作为时钟信号来进行所述计数值的所述减法，
其中，通过所述第二选择操作所获得的所述计数值被用作为所述第一选择操作的初始值，
其中，所述振荡电路被设置为在所述第一选择操作与所述第二选择操作之间停止振荡，
其中，在所述第一选择操作过程中，对所述连线施加第一电位，
其中，在所述第二选择操作过程中，对所述连线施加第二电位，以及
其中，所述第二电位大于所述第一电位。
2.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，
所述光电传感器包括光电二极管，且
其中所述光电二极管是包括硅的针孔光电二极管和包括硅的pn光电二极管中的一个。
3.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，
所述计数器电路被设置为，在所述光电传感器的所述第一选择操作过程中通过进行所述计数值的所述加法以及在所述光电传感器的所述第二选择操作过程中通过进行所述计数值的所述减法来校正输出值。
4.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，
其中所述第一信号是模拟信号，且
其中所述第二信号是数字信号。
5.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，还包括：
读取电路，所述读取电路包括：
晶体管；以及
电连接至所述晶体管的电容器，
其中所述光电传感器电连接至所述晶体管和所述电容器。
6.一种半导体器件，包括：
模拟/数字转换器，其包括振荡电路和计数器电路，其中所述计数器电路被设置为进行所述计数器电路中的计数值的加法或减法；
光电传感器，其包括光电二极管、第一晶体管、和第二晶体管；和
电连接至所述计数器电路的信号线，
其中所述光电二极管的第一端子电连接至第一连线，
其中所述光电二极管的第二端子电连接至所述第一晶体管的栅极，
其中所述第一晶体管的源极和漏极中的一个电连接至第二连线，
其中所述第一晶体管的源极和漏极中的另一个电连接至所述第二晶体管的源极和漏极之一，
其中所述第二晶体管的源极和漏极中的另一个电连接至被设置为输出第一信号的第三连线，
其中所述第二晶体管的栅极电连接至第四连线，
其中所述第四连线电连接至所述振荡电路，
其中所述第四连线被设置为输出所述第一信号至所述振荡电路，
其中，所述信号线被设置为对所述计数器电路提供信号，该信号用来选择所述计数器电路进行所述计数值的加法的状态和所述计数器电路进行所述计数值的减法的状态中的一个状态，
其中，所述振荡电路被设置为输出由转换所述第一信号获得的第二信号至所述计数器电路，所述第二信号具有与所述第一信号相符的振荡频率，
其中所述计数器电路被设置为在所述光电传感器的第一选择操作过程中通过使用所述第二信号作为时钟信号来进行所述计数值的所述加法或在所述光电传感器的第二选择操作过程中通过使用所述第二信号作为时钟信号来进行所述计数值的所述减法，
其中，通过所述第二选择操作所获得的所述计数值被用作为所述第一选择操作的初始值，
其中，所述振荡电路被设置为在所述第一选择操作与所述第二选择操作之间停止振荡，
其中，在所述第一选择操作过程中，对所述第一连线施加第一电位，
其中，在所述第二选择操作过程中，对所述第一连线施加第二电位，以及
其中，所述第二电位大于所述第一电位。
7.如权利要求6所述的半导体器件，其特征在于，还包括在所述光电二极管的所述第二端子和所述第一晶体管的所述栅极之间的第三晶体管，
其中所述第三晶体管的源极和漏极中的一个电连接至所述光电二极管的所述第二端子，
其中所述第三晶体管的源极和漏极中的另一个电连接至所述第一晶体管的所述栅极，且
其中所述第三晶体管的栅极电连接至第五连线。
8.如权利要求7所述的半导体器件，其特征在于，
其中所述第一晶体管和所述第二晶体管包括包含晶体硅的第一层，且
其中所述第三晶体管包括包含氧化物半导体的第二层。
9.如权利要求8所述的半导体器件，其特征在于，所述第二层具有低于1×1014/cm3的载流子浓度。
10.如权利要求6所述的半导体器件，其特征在于，所述第一晶体管和所述第二晶体中的至少一个包括包含氧化物半导体的层。
11.如权利要求6所述的半导体器件，其特征在于，所述光电二极管是包括硅的针孔光电二极管和包括硅的pn光电二极管中的一个。
12.如权利要求6所述的半导体器件，其特征在于，
所述计数器电路被设置为，在所述光电传感器的所述第一选择操作过程中通过进行所述计数值的所述加法以及在所述光电传感器的所述第二选择操作过程中通过进行所述计数值的所述减法来校正输出值。
13.如权利要求6所述的半导体器件，其特征在于，
其中所述第一信号是模拟信号，且
其中所述第二信号是数字信号。
14.如权利要求6所述的半导体器件，其特征在于，
其中所述光电二极管包括具有n-型导电率的第一区和具有p-型导电率的第二区，
其中所述第二晶体管包括栅电极，且
其中所述栅电极与所述第一区和所述第二区之一相交迭。
15.如权利要求6所述的半导体器件，其特征在于，
其中所述光电二极管包括具有n-型导电率的第一区和具有p-型导电率的第二区，且
其中所述第一区和所述第二区位于同样的表面上并与该表面相接触。
16.如权利要求6所述的半导体器件，其特征在于，还包括：
读取电路，所述读取电路包括：
第三晶体管；和
电连接至所述第三晶体管的电容器，
其中所述第三连线电连接至所述第三晶体管和所述电容器。
17.一种半导体器件，包括：
模拟/数字转换器，其包括振荡电路和计数器电路，其中所述计数器电路被设置为进行所述计数器电路中的计数值的加法或减法；
包括光电传感器的像素部分，所述光电传感器包括光电二极管、第一晶体管、和第二晶体管；和
电连接至所述计数器电路的信号线，
其中所述光电二极管的第一端子电连接至第一连线，
其中所述光电二极管的第二端子电连接至所述第一晶体管的栅极，
其中所述第一晶体管的源极和漏极中的一个电连接至第二连线，
其中所述第一晶体管的源极和漏极中的另一个电连接至所述第二晶体管的源极和漏极之一，
其中所述第二晶体管的源极和漏极中的另一个电连接至被设置为输出第一信号的第三连线，
其中所述第二晶体管的栅极电连接至第四连线，
其中所述第四连线电连接至所述振荡电路，
其中，所述第四连线被设置为来输出所述第一信号至所述振荡电路，
其中，所述信号线被设置为对所述计数器电路提供信号，该信号用来选择所述计数器电路进行所述计数值的加法的状态和所述计数器电路进行所述计数值的减法的状态中的一个状态，
其中，所述振荡电路被设置为输出通过转换所述第一信号获得的第二信号至所述计数器电路，所述第二信号具有与所述第一信号相符的振荡频率，
其中所述计数器电路被设置为在所述光电传感器的第一选择操作过程中通过使用所述第二信号作为时钟信号来进行所述计数值的所述加法或在所述光电传感器的第二选择操作过程中通过使用所述第二信号作为时钟信号来进行所述计数值的所述减法，
其中，通过所述第二选择操作所获得的所述计数值被用作为所述第一选择操作的初始值，
其中，所述振荡电路被设置为在所述第一选择操作与所述第二选择操作之间停止振荡，
其中，在所述第一选择操作过程中，对所述第一连线施加第一电位，
其中，在所述第二选择操作过程中，对所述第一连线施加第二电位，以及
其中，所述第二电位大于所述第一电位。
18.如权利要求17所述的半导体器件，其特征在于，还包括在所述光电二极管的所述第二端子和所述第一晶体管的所述栅极之间的第三晶体管，
其中所述第三晶体管的源极和漏极中的一个电连接至所述光电二极管的所述第二端子，
其中所述第三晶体管的源极和漏极中的另一个电连接至所述第一晶体管的栅极，且
其中所述第三晶体管的栅极电连接至第五连线。
19.如权利要求18所述的半导体器件，其特征在于，
其中所述第一晶体管和所述第二晶体管包括包含晶体硅的第一层，且
其中所述第三晶体管包括包含氧化物半导体的第二层。
20.如权利要求19所述的半导体器件，其特征在于所述第二层具有低于1×1014/cm3的载流子浓度。
21.如权利要求17所述的半导体器件，其特征在于，所述第一晶体管和所述第二晶体中的至少一个包括包含氧化物半导体的层。
22.如权利要求17所述的半导体器件，其特征在于，所述光电二极管是包括硅的针孔光电二极管和包括硅的pn光电二极管中的一个。
23.如权利要求17所述的半导体器件，其特征在于，
所述计数器电路被设置为，在所述光电传感器的所述第一选择操作过程中通过进行所述计数值的所述加法以及在所述光电传感器的所述第二选择操作过程中通过进行所述计数值的所述减法来校正输出值。
24.如权利要求17所述的半导体器件，其特征在于，
其中所述第一信号是模拟信号，且
其中所述第二信号是数字信号。
25.如权利要求17所述的半导体器件，其特征在于，
其中所述光电二极管包括具有n-型导电率的第一区和具有p-型导电率的第二区，
其中所述第二晶体管包括栅电极，且
其中所述栅电极与所述第一区和所述第二区之一相交迭。
26.如权利要求17所述的半导体器件，其特征在于，
其中所述光电二极管包括具有n-型导电率的第一区和具有p-型导电率的第二区，且
其中所述第一区和所述第二区位于同样的表面上并与该表面相接触。
27.如权利要求17所述的半导体器件，其特征在于，还包括：
读取电路，所述读取电路包括：
第三晶体管；和
电连接至所述第三晶体管的电容器，
其中所述第三连线电连接至所述第三晶体管和所述电容器。
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