CN107408566B - 固态成像设备和电子装置 - Google Patents

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Abstract

本技术涉及使得可能改善着色和提高图像质量的一种固态成像设备和一种电子装置。固态成像设备形成为使得在其中对应于多个颜色分量中的颜色分量的第一像素和与第一像素相比对入射光具有更高灵敏度的第二像素的组合被二维排列的像素阵列单元中，形成在第一像素中的第一光电转换单元和第一不必要的电荷漏极单元之间的第一电屏障，和形成在第二像素中的第二光电转换单元和第二不必要的电荷漏极单元之间的第二电屏障分别具有不同的高度。本技术可以应用于例如CMOS图像传感器。

Description

固态成像设备和电子装置
技术领域
本技术涉及一种固态成像设备和一种电子装置，并且具体来说涉及被配置成能够改善着色和提高图像质量的一种固态成像设备和一种电子装置。
背景技术
常规地，在诸如互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的固态成像设备中，已经设计了用于抑制模糊现象的技术(例如，参见专利文献1)。
此外，为了在黑暗的地方获得更明亮的拍摄图像，除了红色(R)像素、绿色(G)像素和蓝色(B)像素之外，还设计了包括白色(W)像素的固态成像设备(例如，参见专利文献2)。
引文列表
专利文献
专利文献1：日本专利号4403687
专利文献2：日本专利号4187004
发明内容
本发明要解决的问题
顺便提及，在固态成像设备中使用包括诸如W像素的高灵敏度像素的像素阵列的情况下，由于高灵敏度像素比其他像素更早饱和，所以发生了模糊现象，因此，已经存在在信号处理之后在拍摄图像中发生所谓的着色的区域。因此，需要改善这种着色，并且抑制图像质量的下降。
本技术鉴于这种情况而被提出，并且使得可能改善着色和提高图像质量。问题的解决方案
本技术的第一方面的固态成像设备是一种固态成像设备，其包括像素阵列单元，其中对应于多个颜色分量中的颜色分量的第一像素和与第一像素相比对入射光具有更高灵敏度的第二像素的组合被二维排列，其中第一像素包括：第一光电转换单元，其根据入射光量产生电荷；第一不必要的电荷漏极单元，其接收作为由第一光电转换单元产生的电荷的不必要的电荷；以及第一不必要的电荷排出栅极单元，其根据形成在第一光电转换单元和第一不必要的电荷漏极单元之间的第一电屏障的高度，将由第一光电转换单元产生的不必要的电荷排出到第一不必要的电荷漏极单元，并且第二像素包括：第二光电转换单元，其根据入射光量产生电荷；第二不必要的电荷漏极单元，其接收作为由第二光电转换单元产生的电荷的不必要的电荷；以及第二不必要的电荷排出栅极单元，其根据形成在第二光电转换单元和第二不必要的电荷漏极单元之间的第二电屏障的高度，将由第二光电转换单元产生的不必要的电荷排出到第二不必要的电荷漏极单元，并且第一电屏障的高度和第二电屏障的高度彼此不同。
在本技术的第一方面的固态成像设备中，形成在对应于多个颜色分量中的颜色分量的第一像素中的第一光电转换单元和第一不必要的电荷漏极单元之间的第一电屏障，和形成在与第一像素相比对入射光具有更高灵敏度的第二像素中的第二光电转换单元和第二不必要的电荷漏极单元之间的第二电屏障，分别形成为具有不同的高度。
本技术的第二方面的电子装置是一种安装固态成像设备的电子装置，固态成像设备包括像素阵列单元，其中对应于多个颜色分量中的颜色分量的第一像素和与第一像素相比对入射光具有更高灵敏度的第二像素的组合被二维排列，其中第一像素包括：第一光电转换单元，其根据入射光量产生电荷；第一不必要的电荷漏极单元，其接收作为由第一光电转换单元产生的电荷的不必要的电荷；以及第一不必要的电荷排出栅极单元，其根据形成在第一光电转换单元和第一不必要的电荷漏极单元之间的第一电屏障的高度，将由第一光电转换单元产生的不必要的电荷排出到第一不必要的电荷漏极单元，并且第二像素包括：第二光电转换单元，其根据入射光量产生电荷；第二不必要的电荷漏极单元，其接收作为由第二光电转换单元产生的电荷的不必要的电荷；以及第二不必要的电荷排出栅极单元，其根据形成在第二光电转换单元和第二不必要的电荷漏极单元之间的第二电屏障的高度，将由第二光电转换单元产生的不必要的电荷排出到第二不必要的电荷漏极单元，并且第一电屏障的高度和第二电屏障的高度彼此不同。
在本技术的第二方面的电子装置中，形成在对应于多个颜色分量中的颜色分量的第一像素中的第一光电转换单元和第一不必要的电荷漏极单元之间的第一电屏障，和形成在与第一像素相比对入射光具有更高灵敏度的第二像素中的第二光电转换单元和第二不必要的电荷漏极单元之间的第二电屏障，分别形成为具有不同的高度。
本发明的效果
根据本技术的第一方面和第二方面，可以改善着色并且可以提高图像质量。
顺便提及，这里描述的效果不一定是有限的，并且可以是在本公开中描述的任何效果。
附图说明
图1是图示在除了RGB像素之外还包括W像素的情况下的像素阵列的图解。
图2是图示由于模糊现象引起的线性度下降的图解。
图3是图示包括对应于图4的电势结构的W像素的像素阵列的图解。
图4是用于说明模糊现象的电势图。
图5是图示固态成像设备的配置实例的图解。
图6是像素的横截面图。
图7是像素的电势图。
图8是第一实施方案中的像素的平面图。
图9是第一实施方案中的像素的电势图。
图10是第二实施方案中的像素的平面图。
图11是第二实施方案中的像素的电势图。
图12是第三实施方案中的像素的平面图。
图13是第三实施方案中的像素的电势图。
图14是第四实施方案中的像素的横截面图。
图15是第四实施方案中的像素的平面图。
图16是第四实施方案中的像素的电势图。
图17是图示通过抑制模糊现象来提高线性度的图解。
图18是图示包括固态成像设备的相机模块的配置实例的图解。
图19是图示包括固态成像设备的电子装置的配置实例的图解。
图20是图示固态成像设备的使用实例的图解。
具体实施方式
在下文中，参照附图描述本技术的实施方案。顺便提及，描述按以下顺序进行。
1.本技术要解决的问题
2.固态成像设备的配置
3.第一实施方案：OFG电压控制
4.第二实施方案：OFD电压控制
5.第三实施方案：OFG栅极尺寸和杂质浓度调整
6.第四实施方案：包括存储单元的结构
7.修改
8.相机模块的配置
9.电子装置的配置
10.固态成像设备的使用实例
<1.本技术要解决的问题>
图1是图示在除了RGB像素之外还包括W像素的情况下的像素阵列的图解。
图1的A图示拜耳阵列的像素阵列，并且G像素被放置在方格图案中，并且R像素和B像素交替放置在剩余部分中的每一行中。在图1的B中，W像素被添加到RGB像素，由此甚至在例如黑暗的地方获得更明亮的拍摄图像。在图1的B的像素阵列中，R像素和W像素被交替放置的行与G像素和B像素被交替放置的行交替放置在每一行中。
在包括W像素的这种像素阵列(图1的B)中，由于作为高灵敏度像素的W像素比其他像素更早饱和，所以电荷从W像素溢出到其他相邻像素，并且可能发生模糊现象。这里，在图2中，在水平轴是光量并且垂直轴是输出信号的情况下，图示像素之间的关系，并且在W像素中保持线性度，但是在G像素、R像素和B像素中，如果发生模糊现象，则从中间不能保持线性度，并且线性度下降(图2的虚线中的区域P1)。
然后，如果由于模糊现象导致的线性度下降，则在后续信号处理电路的信号处理中，在G像素、R像素和B像素中的高照度侧的线性度下降的区域中，与保持线性度的区域相比，白平衡的比率波动，使得在拍摄图像中发生着色。当发生这种着色时，发生拍摄图像的图像质量的下降。
以这种方式，着色的问题是由于模糊现象，并且由像素的电势结构图示，如下所示。即，当在图3中包括W像素的像素阵列中图示由虚线L指示的部分中的R像素和W像素相对应的电势结构时，该电势结构可以表示为图4的电势图。
在图4的A中，在R像素11-1的光电二极管21-1和W像素11-2的光电二极管21-2中，根据入射光量产生电荷，并且与R像素11-1相比具有更高灵敏度的W像素11-2比R像素更早饱和，使得累积在光电二极管21-2中的电荷溢出到光电二极管21-1侧并发生模糊现象(图4的B)。
发生模糊现象的原因是势垒(OFB(R))和势垒(OFB(W))的高度形成为比势垒(B(PD))的高度更深，但是势垒(OFB(R))和势垒(OFB(W))的高度形成为相同的高度。抓住这一点，本技术使得可能改善由于模糊现象引起的着色并提高图像质量。
顺便提及，在图4中，势垒(OFB(R))是形成在R像素11-1中的光电二极管21-1和溢出漏极25-1之间的电屏障。此外，势垒(OFB(W))是形成在W像素11-2中的光电二极管21-2和溢出漏极25-2之间的电屏障。此外，势垒(B(PD))是形成在光电二极管21-1和光电二极管21-2之间的电屏障。
此外，在图4中，已经通过将R像素11-1例示为与W像素11-2相邻的像素来描述模糊现象；类似地，也在与W像素11-2相邻的G像素和B像素中，发生模糊现象。
<2.固态成像设备的配置>
(固态成像设备的配置)
图5是图示固态成像设备的配置实例的图解。
图5的固态成像设备100是例如图像传感器(诸如CMOS图像传感器)。固态成像设备100经由光学透镜系统(未图示)从物体中获取入射光(图像光)，并且将成像在成像表面上的入射光量转换为每个像素的电信号，并且输出电信号作为像素信号。
在图5中，固态成像设备100被配置成包括像素阵列单元101、垂直驱动电路102、列信号处理电路103、水平驱动电路104、输出电路105、控制电路106和输入/输出端子107。
在像素阵列单元101中二维排列多个像素111。像素111各自被配置成包括作为光电转换设备的光电二极管和多个像素晶体管。
垂直驱动电路102例如由移位寄存器配置，并且选择预定的像素驱动布线112以向所选择的像素驱动布线112提供用于驱动像素111的脉冲，并驱动每一行的像素111。即，垂直驱动电路102针对每一行按顺序选择性地扫描在垂直方向上像素阵列单元101的像素111，并且基于根据每个像素111的光电二极管中接收到的光量产生的信号电荷，通过垂直信号线113将像素信号提供给每个列信号处理电路103。
列信号处理电路103被布置用于像素111的每一列，并且对从一行像素111输出的信号执行针对每个像素列的信号处理(诸如噪声降低等)。例如，列信号处理电路103执行信号处理，诸如用于减少像素特定的固定图案噪声的相关双采样(CDS)，以及模拟/数字(A/D)转换。
水平驱动电路104例如由移位寄存器配置，并且通过按顺序输出水平扫描脉冲来按次序选择每个列信号处理电路103，并且使每个列信号处理电路103将像素信号输出到水平信号线114。
输出电路105对通过水平信号线114从每个列信号处理电路103按顺序提供的信号执行信号处理并输出该信号。顺便提及，输出电路105例如可以仅执行缓冲，并且可以执行黑电平调整、列变化校正、各种类型的信号处理等。
控制电路106控制固态成像设备100的每个单元的操作。例如，控制电路106接收输入时钟信号和用于命令操作模式等的数据，并且此外输出数据(诸如固态成像设备100的内部信息)。即，控制电路106产生作为垂直驱动电路102、列信号处理电路103、水平驱动电路104等的操作的参考的时钟信号，并且基于垂直同步信号、水平同步信号和主时钟信号产生控制信号。控制电路106将产生的时钟信号和控制信号输出到垂直驱动电路102、列信号处理电路103、水平驱动电路104等。
输入/输出端子107与外部交换信号。
如上所述配置的图5的固态成像设备100是被称为列AD系统的CMOS图像传感器，其中用于执行CDS处理和A/D转换处理的列信号处理电路103被布置用于每个像素列。此外，图5的固态成像设备100可以是背面照明型CMOS图像传感器。
(像素的横截面结构)
图6是在图5的像素阵列单元101中二维排列的每个像素111的横截面图。
像素111各自包括例如作为光电转换设备的光电二极管(PD)121。光电二极管121是根据入射光量产生电荷的光电转换单元。光电二极管121例如是通过在衬底表面侧上形成P型层133并将N型掩埋层134埋入形成在N型衬底131上的P型井层132而形成的掩埋型光电二极管。
像素111除了光电二极管121之外各自还包括第一传输栅极(TRG)122、浮动扩散(FD)123、溢出栅极(OFG)124和溢出漏极(OFD)125。顺便提及，尽管未图示，但是像素111各自被光屏蔽膜屏蔽，该光屏蔽膜屏蔽除了用于将光引入光电二极管121等的孔以外的部分。
第一传输栅极122被配置成包括栅电极。当向栅电极施加传输脉冲TRG时，第一传输栅极122将由光电二极管121产生的电荷传输到浮动扩散123。
浮动扩散123是包括杂质浓度的N型层的电荷电压转换单元，在该杂质浓度下，用于布线的触点可以电连接到该层，并且该电荷电压转换单元将由第一传输栅极122从光电二极管121传输的电荷转换成电压。浮动扩散123的上部连接到用于布线的触点，并且连接到多个像素晶体管(未图示)。
像素晶体管包括复位晶体管、放大晶体管和选择晶体管等。指示浮动扩散123的电压的像素信号被这些像素晶体管读取并放大，并通过垂直信号线113提供给每个列信号处理电路103。
溢出栅极124被配置成包括栅电极。当向栅电极施加排出脉冲OFG时，溢出栅极124将作为由光电二极管121产生的电荷并且不利于图像形成的不必要的电荷排出到溢出漏极125。
溢出漏极125包括杂质浓度的N型层，在该杂质浓度下，用于布线的触点可以电连接到该层，并且溢出漏极125接收作为由光电二极管121产生的电荷并从溢出栅极124排出的不必要的电荷。
像素111各自如上所述地配置，并且在像素阵列单元101中，除了各自包括滤色器的红色(R)像素、绿色(G)像素和蓝色(B)像素之外，还布置不包括滤色器的白色(W)像素。在下面的描述中，R像素、G像素和B像素被统称为原色(P)像素111-1，并且与作为高灵敏度像素的W像素111-2区分开。此外，使用“-1”来描述配置P像素111-1的元素，并且使用“-2”来描述配置W像素111-2的元素以使这些元素彼此区分开来。
(电势结构)
图7是在图5的像素阵列单元101中二维排列的像素111的电势图。在图7中，图示W像素111-2和与W像素111-2相邻的P像素111-1的电势结构。顺便提及，在电势图中，图中的垂直方向指示电势，并且电势随着向下移动而变高。该关系也适用于稍后描述的其他电势图。
在图7中，在P像素111-1的光电二极管(PD(P))121-1和W像素111-2的光电二极管(PD(W))121-2中，根据入射光量产生电荷，并且累积在光电二极管121-2中的电荷大于累积在光电二极管121-1中的电荷。因此，累积在光电二极管121-2中的电荷达到饱和并溢出到光电二极管121-1侧，由此发生模糊现象，如上所述。
在本技术中，为了抑制模糊现象，势垒(OFB(P))和势垒(OFB(W))的高度形成为比势垒(B(PD))的高度更深，并且势垒(OFB(W))的高度形成为比势垒(OFB(P))的高度更深。利用这种配置，在W像素111-2中，累积在光电二极管121-2中的电荷在饱和之前被排出到溢出漏极(OFD(W))125-2侧，使得可以抑制模糊现象。
然而，势垒(OFB(P))是形成在P像素111-1中的光电二极管(PD(P))121-1和溢出漏极(OFD(P))125-1之间的电屏障。此外，势垒(OFB(W))是形成在W像素111-2中的光电二极管(PD(W))121-2和溢出漏极(OFD(W))125-2之间的电屏障。此外，势垒(B(PD))是形成在光电二极管(PD(P))121-1和光电二极管(PD(W))121-2之间的电屏障。此外，将势垒的高度形成为更深意味着在图7的电势结构中所示的情况下使势垒位于+侧。
通过上述原理抑制模糊现象，并且下面参考第一实施方案至第四实施方案描述用于控制势垒(OFB)的具体方法。
<3.第一实施方案>
(像素的平面结构)
图8是第一实施方案中的像素111的平面图。
在图8中，在作为与W像素111-2相邻的像素的P像素111-1中，通过第一传输栅极122-1将累积在光电二极管121-1中的电荷传输到浮动扩散123-1。此外，通过溢出栅极124-1将作为由光电二极管121-1产生的电荷的不必要的电荷排出到溢出漏极125-1。
同时，在作为高灵敏度像素的W像素111-2中，通过第一传输栅极122-2将累积在光电二极管121-2中的电荷传输到浮动扩散123-2。此外，通过溢出栅极124-2将作为由光电二极管121-2产生的电荷的不必要的电荷排出到溢出漏极125-2。
(像素的横截面结构和电势结构)
图9图示第一实施方案中的像素111的横截面结构和电势图。
在图9的A中，P像素111-1对应于图8的P像素111-1中的X-X'的横截面，并且W像素111-2对应于图8的W像素111-2中的Y-Y'的横截面。此外，图9的B的电势图对应于图9的A的像素111的横截面结构。
在P像素111-1中，形成溢出栅极124-1和溢出漏极125-1，溢出栅极124-1能够阻挡和切换作为由光电二极管121-1产生的电荷并且不利于根据势垒(OFB(P))的高度进行图像形成的不必要的电荷的流动，溢出漏极125-1接收从光电二极管121-1经由溢出栅极124-1扫出的不必要的电荷。然而，溢出漏极125-1相对于溢出栅极124-1形成在与光电二极管121-1相对的一侧。
同时，在W像素111-2中，形成溢出栅极124-2和溢出漏极125-2，溢出栅极124-2能够阻挡和切换作为由光电二极管121-2产生的电荷并且不利于根据势垒(OFB(W))的高度进行图像形成的不必要的电荷的流动，溢出漏极125-2接收从光电二极管121-2经由溢出栅极124-2扫出的不必要的电荷。然而，溢出漏极125-2相对于溢出栅极124-2形成在与光电二极管121-2相对的一侧。
这里，当电荷累积在光电二极管121-1和光电二极管121-2中时，通过控制施加到溢出栅极124-1和溢出栅极124-2的栅电极的排出脉冲OFG，势垒(OFB(W))的高度形成为比势垒(OFB(P))的高度更深。
具体来说，例如，作为施加到溢出栅极124-1的栅电极的排出脉冲OFG(P)，施加0V的电压，并且作为施加到溢出栅极124-2的栅电极的排出脉冲OFG(W)，施加0.1V的电压。即，作为排出脉冲OFG，施加满足以下表达式(1)的关系的电压。
OFG(P)<OFG(W)···(1)
利用这种配置，势垒(OFB(W))的高度形成为比势垒(OFB(P))的高度更深，使得防止累积在光电二极管121-2中的电荷达到饱和并溢出到光电二极管121-1侧，并且可以抑制模糊现象。
顺便提及，从垂直驱动电路102(图5)提供排出脉冲OFG，使得例如垂直驱动电路102控制施加到P像素111-1的溢出栅极124-1和W像素111-2的溢出栅极124-2的电压。然而，代替垂直驱动电路102，例如，可以根据经由输入/输出端子107(图5)或控制电路106(图5)输入的信号等来控制施加到每个溢出栅极124的电压。
如上所述，在第一实施方案中，通过控制施加到P像素111-1的溢出栅极124-1的电压和施加到W像素111-2的溢出栅极124-2的电压，势垒(OFB(W))的高度形成为比势垒(OFB(P))的高度更深。
利用这种配置，防止累积在W像素111-2的光电二极管121-2中的电荷达到饱和并溢出到P像素111-1的光电二极管121-1侧，并且可以抑制模糊现象。因此，可以改善由于模糊现象而发生的着色，并且可以抑制图像质量的下降。
<4.第二实施方案>
(像素的平面结构)
图10是第二实施方案中的像素111的平面图。
在图10中，在P像素111-1中，通过第一传输栅极122-1将累积在光电二极管121-1中的电荷传输到浮动扩散123-1。此外，通过溢出栅极124-1将作为由光电二极管121-1产生的电荷的不必要的电荷排出到溢出漏极125-1。
同时，在W像素111-2中，通过第一传输栅极122-2将累积在光电二极管121-2中的电荷传输到浮动扩散123-2。此外，通过溢出栅极124-2将作为由光电二极管121-2产生的电荷的不必要的电荷排出到溢出漏极125-2。
(像素的横截面结构和电势结构)
图11图示第二实施方案中的像素111的横截面结构和电势图。
在图11的A中，P像素111-1对应于图10的P像素111-1中的X-X'的横截面，并且W像素111-2对应于图10的W像素111-2中的Y-Y'的横截面。此外，图11的B的电势图对应于图11的A的像素111的横截面结构。
在P像素111-1中，形成溢出栅极124-1和溢出漏极125-1，溢出栅极124-1能够阻挡和切换作为由光电二极管121-1产生的电荷并且不利于根据势垒(OFB(P))的高度进行图像形成的不必要的电荷的流动，溢出漏极125-1接收从光电二极管121-1经由溢出栅极124-1扫出的不必要的电荷。
同时，在W像素111-2中，形成溢出栅极124-2和溢出漏极125-2，溢出栅极124-2能够阻挡和切换作为由光电二极管121-2产生的电荷并且不利于根据势垒(OFB(W))的高度进行图像形成的不必要的电荷的流动，溢出漏极125-2接收从光电二极管121-2经由溢出栅极124-2扫出的不必要的电荷。
这里，当电荷累积在光电二极管121-1和光电二极管121-2中时，通过控制施加到溢出漏极125-1和溢出漏极125-2的触点的控制脉冲OFD，势垒(OFB(W))的高度形成为比势垒(OFB(P))的高度更深。
具体来说，例如，作为施加到溢出漏极125-1的触点的控制脉冲OFD(P)，施加5.0V的电压，并且作为施加到溢出漏极125-2的触点的控制脉冲OFD(W)，施加5.5V的电压。即，作为控制脉冲OFD，施加满足以下表达式(2)的关系的电压。
OFD(P)<OFD(W)···(2)
利用这种配置，结合溢出漏极125-1和125-2的电势，势垒(OFB(W))的高度形成为比势垒(OFB(P))的高度更深，使得防止累积在光电二极管121-2中的电荷达到饱和并溢出到光电二极管121-1侧，并且可以抑制模糊现象。
顺便提及，作为控制脉冲OFD，施加到P像素111-1的溢出漏极125-1和W像素111-2的溢出漏极125-2的电压由例如垂直驱动电路102(图5)控制。然而，代替垂直驱动电路102，例如，可以根据经由输入/输出端子107(图5)或控制电路106(图5)输入的信号等来控制施加到每个溢出漏极125的电压。
如上所述，在第二实施方案中，通过控制施加到P像素111-1的溢出漏极125-1的电压和施加到W像素111-2的溢出漏极125-2的电压，势垒(OFB(W))的高度形成为比势垒(OFB(P))的高度更深。
利用这种配置，防止累积在W像素111-2的光电二极管121-2中的电荷达到饱和并溢出到P像素111-1的光电二极管121-1侧，并且可以抑制模糊现象。因此，可以改善由于模糊现象而发生的着色，并且可以抑制图像质量的下降。
<5.第三实施方案>
(像素的平面结构)
图12是第三实施方案中的像素111的平面图。
在图12中，在P像素111-1中，通过第一传输栅极122-1将累积在光电二极管121-1中的电荷传输到浮动扩散123-1。此外，通过溢出栅极124-1将作为由光电二极管121-1产生的电荷的不必要的电荷排出到溢出漏极125-1。
同时，在W像素111-2中，通过第一传输栅极122-2将累积在光电二极管121-2中的电荷传输到浮动扩散123-2。此外，通过溢出栅极124-2将作为由光电二极管121-2产生的电荷的不必要的电荷排出到溢出漏极125-2。
这里，通过使溢出栅极124-1的栅极尺寸和溢出栅极124-2的栅极尺寸彼此不同，势垒(OFB(W))的高度形成为比势垒(OFB(P))的高度更深。
具体来说，例如，使溢出栅极124-1的(栅电极的)栅极长度(L1)长于溢出栅极124-2的(栅电极的)栅极长度(L2)。即，溢出栅极124-2的栅极长度(L2)变得短于溢出栅极124-1的栅极长度(L1)。利用这种配置，作为施加到溢出栅极124-1的栅电极的排出脉冲OFG(P)和施加到溢出栅极124-2的栅电极的排出脉冲OFG(W)，即使在施加相同电压的情况下，势垒(OFB(W))的高度形成为比势垒(OFB(P))的高度更深。
顺便提及，这里描述了调整溢出栅极124-1的栅极长度(L1)和溢出栅极124-2的栅极长度(L2)的情况，然而，仅需要调整栅极长度(L1、L2)和栅极宽度(W1、W2)中的至少一个，使得势垒(OFB(W))的高度形成为比势垒(OFB(P))的高度更深，例如，通过调整溢出栅极124-2的栅极宽度(W2)变得长于溢出栅极124-1的栅极宽度(W1)。
(像素的横截面结构和电势结构)
图13图示第三实施方案中的像素111的横截面结构和电势图。
在图13的A中，P像素111-1对应于图12的P像素111-1中的X-X'的横截面，并且W像素111-2对应于图12的W像素111-2中的Y-Y'的横截面。此外，图13的B的电势图对应于图13的A的像素111的横截面结构。
在P像素111-1中，形成溢出栅极124-1和溢出漏极125-1，溢出栅极124-1能够阻挡和切换作为由光电二极管121-1产生的电荷并且不利于根据势垒(OFB(P))的高度进行图像形成的不必要的电荷的流动，溢出漏极125-1接收从光电二极管121-1经由溢出栅极124-1扫出的不必要的电荷。
同时，在W像素111-2中，形成溢出栅极124-2和溢出漏极125-2，溢出栅极124-2能够阻挡和切换作为由光电二极管121-2产生的电荷并且不利于根据势垒(OFB(W))的高度进行图像形成的不必要的电荷的流动，溢出漏极125-2接收从光电二极管121-2经由溢出栅极124-2扫出的不必要的电荷。
这里，由于调整溢出栅极124-1的栅极长度(L1)和溢出栅极124-2的栅极长度(L2)(L1>L2)，所以当电荷累积在光电二极管121-1和光电二极管121-2中时，即使在施加相同电压(例如，0.1V)作为施加到溢出栅极124-1和溢出栅极124-2的栅电极的排出脉冲OFG的情况下，势垒(OFB(W))的高度形成为比势垒(OFB(P))的高度更深。
以这种方式，通过使溢出栅极124-1和溢出栅极124-2的(栅电极的)栅极尺寸彼此不同，作为排出脉冲OFG，即使在施加相同电压的情况下，势垒(OFB(W))的高度形成为比势垒(OFB(P))的高度更深，使得防止累积在光电二极管121-2中的电荷达到饱和并溢出到光电二极管121-1侧，并且可以抑制模糊现象。
顺便提及，通过调整P像素111-1中的溢出栅极124-1附近的杂质浓度和W像素111-2中的溢出栅极124-2附近的杂质浓度，作为排出脉冲OFG，在施加相同电压的情况下，势垒(OFB(W))的高度可以形成为比势垒(OFB(P))的高度更深。
具体来说，例如，通过使溢出栅极124-2的下部的杂质浓度低于溢出栅极124-1的下部的杂质浓度，势垒(OFB(W))的高度可以形成为比势垒(OFB(P))的高度更深。此外，通过组合溢出栅极124的栅极尺寸的调整和下部的杂质浓度的调整，势垒(OFB(W))的高度可以形成为比势垒(OFB(P))的高度更深。
如上所述，在第三实施方案中，通过使溢出栅极124-1和溢出栅极124-2的栅极尺寸彼此不同，或使下部的杂质浓度彼此不同，势垒(OFB(W))的高度形成为比势垒(OFB(P))的高度更深。
利用这种配置，防止累积在W像素111-2的光电二极管121-2中的电荷达到饱和并溢出到P像素111-1的光电二极管121-1侧，并且可以抑制模糊现象。因此，可以改善由于模糊现象而发生的着色，并且可以抑制图像质量的下降。
<6.第四实施方案>
顺便提及，在诸如CMOS图像传感器的固态成像设备100中，通常，对像素阵列单元101的每一行执行用于读取累积在光电二极管中的电荷的信号读取操作，并且信号读取操作从中结束的像素从时间终点开始再次累积电荷。通过以这种方式对像素阵列单元101的每一行执行信号读取操作，在固态成像设备100中，电荷累积周期不能在所有像素中相互匹配，并且在物体移动的情况下在捕获的图像中发生失真等。例如，在水平方向上移动的垂直方向上直线的物体被成像的情况下，物体被成像为倾斜。
为了避免在物体的图像中发生失真，已经开发了其中像素的曝光周期彼此相同的固态成像设备100的全像素同时电子快门。全像素同时电子快门执行同时开始曝光并且对于有效成像的所有像素同时结束曝光的操作，并且也被称为全局快门(全局曝光)。
为了实现全局快门功能，同时对所有像素执行用于从光电二极管排空累积电荷的电荷排出操作以开始曝光，并且在曝光周期的时间终点，通过同时驱动所有像素的传输栅极累积的光电荷全部被传输到存储单元并保持。然后，浮动扩散(FD)被复位，然后将存储单元中的保持电荷传输到浮动扩散，并执行信号电平的读取。在下文中，描述了将本技术应用于具有全局快门功能的固态成像设备100的情况。
(像素的横截面结构)
图14是第四实施方案中的每个像素111的横截面图。即，图14图示在具有全局快门功能的固态成像设备100中的像素阵列单元101中二维排列的每个像素111的横截面结构。顺便提及，在图14中的每个像素111的横截面结构中，对应于图6的每个像素111的横截面结构的部分用相同的参考数字表示，并且适当地省略其描述。
像素111除了光电二极管121、第一传输栅极(TRG)122、浮动扩散(FD)123、溢出栅极(OFG)124和溢出漏极(OFD)125之外各自还包括第二传输栅极(TRX)141和存储单元(MEM)142。
第二传输栅极141被配置成包括栅电极。第二传输栅极141形成为覆盖光电二极管121和存储单元142之间的一部分，以及存储单元142的上部的一部分。
当传输脉冲TRX施加到栅电极时，第二传输栅极141将由光电二极管121产生的电荷传输到存储单元142。例如通过在衬底表面侧上形成P型层并将N型掩埋层埋入形成在N型衬底上的P型井层132来形成存储单元142。存储单元142保持由第二传输栅极141从光电二极管121传输的电荷。
当传输脉冲TRG施加到栅电极时，第一传输栅极(TRG)122将由存储单元142保持的电荷传输到浮动扩散123。
在图14中，溢出栅极124和溢出漏极125被配置成类似于图6的每个像素111的横截面结构。
各自具有全局快门功能的像素111如上所述地配置，并且在像素阵列单元101中，除了各自包括滤色器的红色(R)像素、绿色(G)像素和蓝色(B)像素之外，还布置不包括滤色器的白色(W)像素。同样在下面的描述中，类似地，R像素、G像素和B像素被统称为P像素111-1，并且与作为高灵敏度像素的W像素111-2区分开。
(像素的平面结构)
图15是第四实施方案中的像素111的平面图。在图15中，P像素111-1和W像素111-2各自对应于图14的每个像素111中的X-X'的横截面。
在图15中，在P像素111-1中，通过第二传输栅极141-1将累积在光电二极管121-1中的电荷传输到存储单元142-1。然后，通过第一传输栅极122-1将由存储单元142-1保持的电荷传输到浮动扩散123-1。此外，通过溢出栅极124-1将作为由光电二极管121-1产生的电荷的不必要的电荷排出到溢出漏极125-1。
同时，在W像素111-2中，通过第二传输栅极141-2将累积在光电二极管121-2中的电荷传输到存储单元142-2。然后，通过第一传输栅极122-2将由存储单元142-2保持的电荷传输到浮动扩散123-2。此外，通过溢出栅极124-2将作为由光电二极管121-2产生的电荷的不必要的电荷排出到溢出漏极125-2。
(电势结构)
图16图示第四实施方案中的像素111的电势图。顺便提及，图16的电势图各自对应于图14的每个像素111的横截面结构。
即，在P像素111-1中，形成溢出栅极124-1和溢出漏极125-1，溢出栅极124-1能够阻挡和切换作为由光电二极管121-1产生的电荷并且不利于根据势垒(OFB(P))的高度进行图像形成的不必要的电荷的流动，溢出漏极125-1接收从光电二极管121-1经由溢出栅极124-1扫出的不必要的电荷。此外，存储单元142-1相对于光电二极管121-1形成在与溢出漏极125-1相对的一侧。
同时，在W像素111-2中，形成溢出栅极124-2和溢出漏极125-2，溢出栅极124-2能够阻挡和切换作为由光电二极管121-2产生的电荷并且不利于根据势垒(OFB(W))的高度进行图像形成的不必要的电荷的流动，溢出漏极125-2接收从光电二极管121-2经由溢出栅极124-2扫出的不必要的电荷。此外，存储单元142-2相对于光电二极管121-2形成在与溢出漏极125-2相对的一侧。
同样在各自具有全局快门功能的像素111中，类似于上述第一实施方案至第三实施方案，例如，通过控制施加到溢出栅极124的电压，通过控制施加到溢出漏极125的电压，或调整溢出栅极124的栅极尺寸和溢出栅极124附近的杂质浓度，势垒(OFB(W))的高度形成为比势垒(OFB(P))的高度更深。
利用这种配置，例如，防止累积在W像素111-2的光电二极管121-2中的电荷达到饱和并溢出到P像素111-1的存储单元142-1侧等，并且可以抑制模糊现象。因此，可以改善由于模糊现象而发生的着色，并且可以抑制图像质量的下降。
(线性度的提高)
通过使用第一实施方案至第四实施方案中描述的用于控制势垒(OFB)的方法来将势垒(OFB(W))的高度形成为比势垒(OFB(P))的高度更深，抑制模糊现象并且提高线性度。
图17是图示通过抑制模糊现象来提高线性度的图解。
在图17的A中，图示不使用本技术所应用的用于控制势垒(OFB)的方法进行比较的情况，并且这对应于上述由于图2的模糊现象引起的线性度的常规下降。即，在水平轴是光量并且垂直轴是输出信号的情况下，在W像素中保持线性度，但是在G像素、R像素和B像素中，如果发生模糊现象(图中的虚线P2)，则从中间不能保持线性度，并且线性度下降。
如果线性度以这种方式下降，则在后续信号处理中，在G像素、R像素和B像素中的高照度侧的线性度下降的区域中，与保持线性度的区域相比，白平衡的比率波动，使得在拍摄图像中发生着色，如上所述。然后，由于这种着色而导致图像质量下降。
同时，图17的B图示使用本技术所应用的用于控制势垒(OFB)的方法的情况，并且通过将势垒(OFB(W))的高度形成为比势垒(OFB(P))的高度更深来抑制模糊现象，使得不仅在W像素中而且在G像素、R像素和B像素中保持线性度(线性度提高)。因此，在后续信号处理中，不会发生由于线性度下降引起的白平衡比率波动，使得在拍摄图像中不发生着色，并且图像质量不会降低。
<7.修改>
在上述描述中，白色(W)像素被描述为高灵敏度像素；然而，高灵敏度像素不限于严格意义上的(理想)白色或透明像素，并且仅需要是比作为红色(R)像素、绿色(G)像素或蓝色(B)像素的原色像素和作为青色(Cy)像素、品红色(Mg)像素或黄色(Ye)像素的互补像素更高灵敏度的像素。此外，在上述描述中，R像素、G像素和B像素已被例示为彩色像素；然而，可以使用其他彩色像素，例如，Cy像素、Mg像素、Ye像素等。
此外，例如，在像素阵列是不包括高灵敏度像素(例如，W像素)的像素阵列(诸如拜耳阵列)的情况下，例如，如果G像素饱和，则R像素和B像素受到模糊现象影响；然而，通过考虑与上述W像素类似的G像素，并且将势垒(OFB(G))的高度形成为比势垒(OFB(R,B))的高度更深，可以类似地避免模糊现象。
此外，由于将势垒(OFB(P))和势垒(OFB(W))的高度形成为比势垒(B(PD))的高度更深以增加与势垒(B(PD))的电势差，所以抑制模糊现象的效果增加；同时，与每个光电二极管(PD)121的电势差减小，使得假设饱和电荷量减小的情况。
即，通过将势垒(OFB(P))和势垒(OFB(W))的高度形成为更深以抑制模糊现象，来抑制模糊现象并且提高线性度；然而，所有像素的光电二极管(PD)121的饱和电荷量(Qs)减小，并且动态范围减小。为了处理这个问题，例如，光电二极管121可以形成为预先累积足够的电荷，或可以增加杂质浓度以将光电二极管121的电势形成为更深(位于+侧)。
<8.相机模块的配置>
本技术不限于固态成像设备的应用。即，除了固态成像设备之外，本技术可以应用于包括固态成像设备的所有电子装置，诸如包括光学透镜系统等的相机模块，诸如数码静态相机或摄像机的成像装置，具有成像功能的移动终端装置(例如，智能电话或平板电脑终端)，或使用图像读取单元的固态成像设备的复印机。
图18是图示包括固态成像设备的相机模块的配置实例的图解。
在图18中，相机模块200将光学透镜系统211、固态成像设备212、输入/输出单元213、数字信号处理器(DSP)电路214和中央处理单元(CPU)215合并成一体来配置模块。
固态成像设备212对应于图5的固态成像设备100，并且例如采用图6的横截面结构作为该结构。即，在固态成像设备212中，除了R像素、G像素和B像素(P像素111-1)之外，还布置W像素(W像素111-2)。固态成像设备212经由光学透镜系统211从物体中获取入射光(图像光)，并且将成像在成像表面上的入射光量转换为每个像素的电信号，并且输出电信号作为像素信号。输入/输出单元213具有作为与外部的输入/输出接口的功能。
DSP电路214是用于处理从固态成像设备212提供的信号的信号处理电路。例如，在信号处理电路中，处理基于对应于来自R像素的红色(R)分量的信号，对应于来自G像素的绿色(G)分量的信号，以及对应于来自B像素的蓝色(B)分量的信号的RGB信号。此外，也处理对应于来自W像素的白色(W)分量的信号。顺便提及，由上述信号处理电路执行的处理可以由固态成像设备212执行。
CPU 215执行光学透镜系统211的控制和与输入/输出单元213的数据交换等。
此外，作为相机模块201，例如，该模块可以仅由光学透镜系统211、固态成像设备212和输入/输出单元213配置。在这种情况下，经由输入/输出单元213输出来自固态成像设备212的像素信号。此外，作为相机模块202，该模块可以仅由光学透镜系统211、固态成像设备212、输入/输出单元213和DSP电路214配置。在这种情况下，来自固态成像设备212的像素信号由DSP电路214处理，并且经由输入/输出单元213输出。
相机模块200、201、202如上所述地配置。在每个相机模块200、201、202的固态成像设备212中，在作为高灵敏度像素的W像素(W像素111-2)和作为W像素的相邻像素的R像素、G像素和B像素(P像素111-1)之间，势垒(OFB(W))的高度形成为比势垒(OFB(P))的高度更深，并且抑制模糊现象。利用这种配置，可以改善由于模糊现象而发生的着色，并且可以抑制图像质量的下降。
<9.电子装置的配置>
图19是图示包括固态成像设备的电子装置的配置实例的图解。
图19的电子装置300例如是诸如成像装置(诸如数码静态相机或摄像机)，或移动终端装置(诸如智能电话或平板电脑终端)的电子装置。
在图19中，电子装置300包括固态成像设备301、DSP电路302、帧存储器303、显示单元304、记录单元305、操作单元306和电源单元307。此外，在电子装置300中，DSP电路302、帧存储器303、显示单元304、记录单元305、操作单元306和电源单元307经由总线308相互连接。
固态成像设备301对应于图5的固态成像设备100，并且例如采用图6的横截面结构作为该结构。即，在固态成像设备212中，除了R像素、G像素和B像素(P像素111-1)之外，还布置W像素(W像素111-2)。固态成像设备301经由光学透镜系统(未图示)从物体中获取入射光(图像光)，并且将成像在成像表面上的入射光量转换为每个像素的电信号，并且输出电信号作为像素信号。
DSP电路302是用于处理从固态成像设备301提供的信号的信号处理电路，并且对应于图18的DSP电路214。DSP电路302输出通过处理来自固态成像设备301的信号而获得的图像数据。帧存储器303暂时保存由DSP电路302针对每个帧处理的图像数据。
显示单元304例如包括面板式显示设备(诸如液晶面板或有机电致发光(EL)面板)，并且显示由固态成像设备301成像的运动图像或静止图像。记录单元305将由固态成像设备301成像的运动图像或静止图像的图像数据记录在记录介质(诸如半导体存储器或硬盘)中。
操作单元306根据用户的操作输出电子装置300的各种功能的操作命令。电源单元307适当地将作为DSP电路302、帧存储器303、显示单元304、记录单元305和操作单元306的操作电源的各种电源提供给这些供电目标。
电子装置300如上所述地配置。在电子装置300的固态成像设备301中，在作为高灵敏度像素的W像素(W像素111-2)和作为W像素的相邻像素的R像素、G像素和B像素(P像素111-1)之间，势垒(OFB(W))的高度形成为比势垒(OFB(P))的高度更深，并且抑制模糊现象。利用这种配置，可以改善由于模糊现象而发生的着色，并且可以抑制图像质量的下降。
<10.固态成像设备的使用实例>
图20是图示作为图像传感器的固态成像设备100的使用实例的图解。
上述固态成像设备100可以用于例如感测光(诸如可见光、红外光、紫外光或X射线)的各种情况，如下所示。即，如图20中所示，不仅在如上所述拍摄用于欣赏的图像的欣赏领域中，而且在用于诸如交通领域、家用电器领域、医疗保健领域、安全领域、美容领域、运动领域或农业领域的领域中的装置中，可以使用固态成像设备100。
具体来说，如上所述，在欣赏领域中，固态成像设备100可以用于拍摄用于欣赏的图像的装置(例如，图19的电子装置300)中，诸如数码相机、智能电话、具有相机功能的移动电话。
在交通领域中，例如，固态成像设备100可以用于交通用的装置中，诸如用于在汽车的前面、后面、周围和内部拍摄的汽车传感器，用于监控行驶车辆和道路的监控摄像机，以及用于测量汽车等之间的距离、用于诸如自动停止的安全驾驶和驾驶员状况的识别的距离传感器。
在家用电器领域中，例如，固态成像设备100可以用于被用作家用电器(诸如电视接收机、冰箱和空调)，用于拍摄用户的手势并根据手势执行装置操作的装置。此外，在医疗保健领域中，固态成像设备100可以用于医疗保健用的装置中，诸如内窥镜，以及通过接收红外光执行血管造影术的装置。
在安全领域中，例如，固态成像设备100可以用于安全使用的装置中，诸如用于犯罪预防的监控摄像机和用于人员认证的照相机。此外，在美容领域中，固态成像设备100可以用于美容用的装置中，诸如用于拍摄皮肤的皮肤测量仪器和用于拍摄头皮的显微镜。
在运动领域中，固态成像设备100可以用于运动用的装置中，诸如用于运动应用的运动型摄像机和穿戴式相机。此外，在农业领域中，固态成像设备100可以用于农业用的装置中，诸如用于监测田间和作物条件的相机等。
顺便提及，本技术的实施方案不限于上述实施方案，并且在不脱离本技术的范围的情况下，可以进行各种修改。例如，可以采用将上面描述的上述多个实施方案中的一些或全部组合的模式。
此外，本技术可以具有如下配置。
(1)
一种固态成像设备，包括：
像素阵列单元，其中对应于多个颜色分量中的颜色分量的第一像素和与所述第一像素相比对入射光具有更高灵敏度的第二像素的组合被二维排列，其中
所述第一像素包括：
第一光电转换单元，其根据入射光量产生电荷；
第一不必要的电荷漏极单元，其接收作为由所述第一光电转换单元产生的电荷的不必要的电荷；以及
第一不必要的电荷排出栅极单元，其根据形成在所述第一光电转换单元和所述第一不必要的电荷漏极单元之间的第一电屏障的高度，将由所述第一光电转换单元产生的所述不必要的电荷排出到所述第一不必要的电荷漏极单元，并且
所述第二像素包括：
第二光电转换单元，其根据入射光量产生电荷；
第二不必要的电荷漏极单元，其接收作为由所述第二光电转换单元产生的电荷的不必要的电荷；以及
第二不必要的电荷排出栅极单元，其根据形成在所述第二光电转换单元和所述第二不必要的电荷漏极单元之间的第二电屏障的高度，将由所述第二光电转换单元产生的所述不必要的电荷排出到所述第二不必要的电荷漏极单元，并且
所述第一电屏障的高度和所述第二电屏障的高度彼此不同。
(2)
根据(1)所述的固态成像设备，其中
所述第二电屏障的高度形成为比所述第一电屏障的高度更深。
(3)
根据(2)所述的固态成像设备，其中
通过控制施加到所述第一不必要的电荷排出栅极单元的第一电压和施加到所述第二不必要的电荷排出栅极单元的第二电压，所述第二电屏障的高度形成为比所述第一电屏障的高度更深。
(4)
根据(2)所述的固态成像设备，其中
通过控制施加到所述第一不必要的电荷漏极单元的第一电压和施加到所述第二不必要的电荷漏极单元的第二电压，所述第二电屏障的高度形成为比所述第一电屏障的高度更深。
(5)
根据(2)所述的固态成像设备，其中
所述第一不必要的电荷排出栅极单元的栅极尺寸和所述第二不必要的电荷排出栅极单元的栅极尺寸彼此不同。
(6)
根据(2)所述的固态成像设备，其中
所述第一不必要的电荷排出栅极单元附近的第一杂质浓度和所述第二不必要的电荷排出栅极单元附近的第二杂质浓度彼此不同。
(7)
根据(1)至(6)中任一项所述的固态成像设备，其中
所述第一像素
进一步包括第一电荷保持单元，其保持由所述第一光电转换单元产生的电荷，并且
所述第二像素
进一步包括第二电荷保持单元，其保持由所述第二光电转换单元产生的电荷。
(8)
一种电子装置，其安装了固态成像设备，所述固态成像设备包括：
像素阵列单元，其中对应于多个颜色分量中的颜色分量的第一像素和与所述第一像素相比对入射光具有更高灵敏度的第二像素的组合被二维排列，其中
所述第一像素包括：
第一光电转换单元，其根据入射光量产生电荷；
第一不必要的电荷漏极单元，其接收作为由所述第一光电转换单元产生的电荷的不必要的电荷；以及
第一不必要的电荷排出栅极单元，其根据形成在所述第一光电转换单元和所述第一不必要的电荷漏极单元之间的第一电屏障的高度，将由所述第一光电转换单元产生的所述不必要的电荷排出到所述第一不必要的电荷漏极单元，并且
所述第二像素包括：
第二光电转换单元，其根据入射光量产生电荷；
第二不必要的电荷漏极单元，其接收作为由所述第二光电转换单元产生的电荷的不必要的电荷；以及
第二不必要的电荷排出栅极单元，其根据形成在所述第二光电转换单元和所述第二不必要的电荷漏极单元之间的第二电屏障的高度，将由所述第二光电转换单元产生的所述不必要的电荷排出到所述第二不必要的电荷漏极单元，并且
所述第一电屏障的高度和所述第二电屏障的高度彼此不同。
参考符号列表
100 固态成像设备
101 像素阵列单元
111 像素
111-1 P像素(RGB像素)
111-2 W像素
103 列信号处理电路
106 控制电路
121、121-1、121-2 光电二极管(PD)
122、122-1、122-2 第一传输栅极(TRG)
123、123-1、123-2 浮动扩散(FD)
124、124-1、124-2 溢出栅极(OFG)
125、125-1、125-2 溢出漏极(OFD)
141、141-1、141-2 第二传输栅极(TRX)
142、142-1、142-2 存储单元(MEM)
200、201、202 相机模块
212 固态成像设备
300 电子装置
301 固态成像设备。

Claims (7)

1.一种固态成像设备，包含：
像素阵列单元，其中对应于多个颜色分量中的颜色分量的第一像素和与所述第一像素相比对入射光具有更高灵敏度的第二像素的组合被二维排列，其中
所述第一像素包括：
第一光电转换单元，其根据入射光量产生电荷；
第一不必要的电荷漏极单元，其接收作为由所述第一光电转换单元产生的电荷的不必要的电荷；以及
第一不必要的电荷排出栅极单元，其根据形成在所述第一光电转换单元和所述第一不必要的电荷漏极单元之间的第一电屏障的高度，将由所述第一光电转换单元产生的所述不必要的电荷排出到所述第一不必要的电荷漏极单元，并且
所述第二像素包括：
第二光电转换单元，其根据入射光量产生电荷；
第二不必要的电荷漏极单元，其接收作为由所述第二光电转换单元产生的电荷的不必要的电荷；以及
第二不必要的电荷排出栅极单元，其根据形成在所述第二光电转换单元和所述第二不必要的电荷漏极单元之间的第二电屏障的高度，将由所述第二光电转换单元产生的所述不必要的电荷排出到所述第二不必要的电荷漏极单元，并且
所述第二电屏障的高度形成为比所述第一电屏障的高度更深。
2.根据权利要求1所述的固态成像设备，其中
通过控制施加到所述第一不必要的电荷排出栅极单元的第一电压和施加到所述第二不必要的电荷排出栅极单元的第二电压，所述第二电屏障的高度形成为比所述第一电屏障的高度更深。
3.根据权利要求1所述的固态成像设备，其中
通过控制施加到所述第一不必要的电荷漏极单元的第一电压和施加到所述第二不必要的电荷漏极单元的第二电压，所述第二电屏障的高度形成为比所述第一电屏障的高度更深。
4.根据权利要求1所述的固态成像设备，其中
所述第一不必要的电荷排出栅极单元的栅极尺寸和所述第二不必要的电荷排出栅极单元的栅极尺寸彼此不同。
5.根据权利要求1所述的固态成像设备，其中
所述第一不必要的电荷排出栅极单元附近的第一杂质浓度和所述第二不必要的电荷排出栅极单元附近的第二杂质浓度彼此不同。
6.根据权利要求1所述的固态成像设备，其中
所述第一像素
进一步包括第一电荷保持单元，其保持由所述第一光电转换单元产生的电荷，并且
所述第二像素
进一步包括第二电荷保持单元，其保持由所述第二光电转换单元产生的电荷。
7.一种电子装置，其安装了如权利要求1-6中任一项所述的固态成像设备。
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016181532A (ja) * 2015-03-23 2016-10-13 ソニー株式会社 固体撮像装置、及び、電子機器
JP6957157B2 (ja) * 2017-01-26 2021-11-02 キヤノン株式会社 固体撮像装置、撮像システム、および固体撮像装置の製造方法
JP2018160485A (ja) * 2017-03-22 2018-10-11 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像素子、電子機器
JP2019169501A (ja) * 2018-03-22 2019-10-03 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像素子及び電子機器
JP6728268B2 (ja) 2018-04-26 2020-07-22 キヤノン株式会社 撮像装置、撮像システム、および、移動体
JP2022002229A (ja) * 2018-09-05 2022-01-06 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像装置、および撮像素子
JP2020088142A (ja) * 2018-11-26 2020-06-04 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 受光素子および電子機器
JP2022090951A (ja) * 2020-12-08 2022-06-20 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像装置、調整方法及び電子機器

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004111590A (ja) * 2002-09-18 2004-04-08 Sony Corp 固体撮像装置およびその駆動制御方法
JP2010183040A (ja) * 2009-02-09 2010-08-19 Sony Corp 固体撮像素子およびカメラシステム
JP2011019123A (ja) * 2009-07-09 2011-01-27 Toshiba Corp 固体撮像装置
CN102209206A (zh) * 2008-04-03 2011-10-05 索尼株式会社 固体摄像器件、固体摄像器件的驱动方法以及电子装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6188093B1 (en) * 1997-09-02 2001-02-13 Nikon Corporation Photoelectric conversion devices and photoelectric conversion apparatus employing the same
JP4187004B2 (ja) 2006-04-17 2008-11-26 ソニー株式会社 撮像装置および撮像装置の露光制御方法
US8130294B2 (en) * 2008-12-08 2012-03-06 BAE Systems Imaging Solutions, Inc. Imaging array with non-linear light response
JP2016181532A (ja) * 2015-03-23 2016-10-13 ソニー株式会社 固体撮像装置、及び、電子機器

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004111590A (ja) * 2002-09-18 2004-04-08 Sony Corp 固体撮像装置およびその駆動制御方法
CN102209206A (zh) * 2008-04-03 2011-10-05 索尼株式会社 固体摄像器件、固体摄像器件的驱动方法以及电子装置
JP2010183040A (ja) * 2009-02-09 2010-08-19 Sony Corp 固体撮像素子およびカメラシステム
JP2011019123A (ja) * 2009-07-09 2011-01-27 Toshiba Corp 固体撮像装置

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