CN110651468A - 摄像装置及电子设备 - Google Patents

摄像装置及电子设备 Download PDF

Info

Publication number
CN110651468A
CN110651468A CN201880033542.5A CN201880033542A CN110651468A CN 110651468 A CN110651468 A CN 110651468A CN 201880033542 A CN201880033542 A CN 201880033542A CN 110651468 A CN110651468 A CN 110651468A
Authority
CN
China
Prior art keywords
transistor
circuit
electrically connected
wiring
pixel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201880033542.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110651468B (zh
Inventor
池田隆之
黑川义元
原田伸太郎
小林英智
山本朗央
木村清贵
中川贵史
根来雄介
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Co Semiconductor Energy Research Institute
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Original Assignee
Co Semiconductor Energy Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Co Semiconductor Energy Research Institute filed Critical Co Semiconductor Energy Research Institute
Priority to CN202210183435.9A priority Critical patent/CN114628425A/zh
Publication of CN110651468A publication Critical patent/CN110651468A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110651468B publication Critical patent/CN110651468B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H01L27/14612—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements involving a transistor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L27/12—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body
    • H01L27/1214—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body comprising a plurality of TFTs formed on a non-semiconducting substrate, e.g. driving circuits for AMLCDs
    • H01L27/1222—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body comprising a plurality of TFTs formed on a non-semiconducting substrate, e.g. driving circuits for AMLCDs with a particular composition, shape or crystalline structure of the active layer
    • H01L27/1225—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body comprising a plurality of TFTs formed on a non-semiconducting substrate, e.g. driving circuits for AMLCDs with a particular composition, shape or crystalline structure of the active layer with semiconductor materials not belonging to the group IV of the periodic table, e.g. InGaZnO
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14603—Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
    • H01L27/14605—Structural or functional details relating to the position of the pixel elements, e.g. smaller pixel elements in the center of the imager compared to pixel elements at the periphery
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—Coatings
    • H01L27/14621—Colour filter arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L27/14627—Microlenses
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14636—Interconnect structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
    • H01L29/78645—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film with multiple gate
    • H01L29/78648—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film with multiple gate arranged on opposing sides of the channel
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
    • H01L29/7869—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film having a semiconductor body comprising an oxide semiconductor material, e.g. zinc oxide, copper aluminium oxide, cadmium stannate
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/40—Extracting pixel data from image sensors by controlling scanning circuits, e.g. by modifying the number of pixels sampled or to be sampled
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/40—Extracting pixel data from image sensors by controlling scanning circuits, e.g. by modifying the number of pixels sampled or to be sampled
    • H04N25/46—Extracting pixel data from image sensors by controlling scanning circuits, e.g. by modifying the number of pixels sampled or to be sampled by combining or binning pixels
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H04N25/766—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors comprising control or output lines used for a plurality of functions, e.g. for pixel output, driving, reset or power
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H04N25/77—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H04N25/77—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components
    • H04N25/778—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components comprising amplifiers shared between a plurality of pixels, i.e. at least one part of the amplifier must be on the sensor array itself

Abstract

提供一种能够进行图像处理的摄像装置。将在摄像工作中取得的模拟数据(图像数据)保持在像素，在该像素中进行该模拟数据与任意权系数的积和运算，转换为2值数据。通过将该2值数据引入神经网络等，可以进行图像识别等处理。由于可以将庞大图像数据以模拟数据的状态保持在像素，所以可以高效地进行处理。

Description

摄像装置及电子设备
技术领域
本发明的一个方式涉及一种摄像装置。
注意，本发明的一个方式不局限于上述技术领域。本说明书等所公开的发明的一个方式的技术领域涉及一种物体、方法或制造方法。另外，本发明的一个方式涉及一种工序(process)、机器(machine)、产品(manufacture)或者组合物(composition of matter)。由此，更具体而言，作为本说明书所公开的本发明的一个方式的技术领域的一个例子可以举出半导体装置、显示装置、液晶显示装置、发光装置、照明装置、蓄电装置、存储装置、摄像装置、这些装置的驱动方法或者这些装置的制造方法。
注意，在本说明书等中，半导体装置是指能够通过利用半导体特性而工作的所有装置。晶体管和半导体电路为半导体装置的一个方式。另外，存储装置、显示装置、摄像装置、电子设备有时包括半导体装置。
背景技术
使用形成在衬底上的氧化物半导体薄膜构成晶体管的技术受到关注。例如，专利文献1公开了将包括氧化物半导体的关态电流非常低的晶体管用于像素电路的摄像装置。
另外，专利文献2公开了对摄像装置赋予运算功能的技术。
[先行技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利申请公开第2011-119711号公报
[专利文献2]日本专利申请公开第2016-123087号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
随着技术的发展，在包括CMOS图像传感器等固态摄像元件的摄像装置中，能够容易拍摄高品质的图像。需要在下一代摄像装置中还安装更高智能性的功能。
作为现有技术，在将图像数据(模拟数据)转换为数字数据而取出到外部之后进行如图像数据的压缩、图像识别等处理。在能够在摄像装置内进行该处理时，可以以更高速与外部设备联动，并且使用者的方便性提高。另外，也可以减少外围装置等的负载及功耗。另外，只要能够以模拟数据的状态进行复杂的数据处理，就可以缩短数据转换所需要的时间。
因此，本发明的一个方式的目的之一是提供一种能够进行图像处理的摄像装置。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种能够进行所取得的图像数据的识别的摄像装置。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种能够进行所取得的图像数据的压缩的摄像装置。
本发明的一个方式的目的之一是提供一种低功耗的摄像装置。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种能够进行高灵敏度的摄像的摄像装置。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种可靠性高的摄像装置。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种新颖的摄像装置等。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种上述摄像装置的驱动方法。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种新颖的半导体装置等。
注意，这些目的的记载不妨碍其他目的的存在。此外，本发明的一个方式并不需要实现所有上述目的。上述目的以外的目的从说明书、附图、权利要求书等的记载中看来是显而易见的，并且可以从说明书、附图、权利要求书等的记载中抽取上述目的以外的目的。
解决技术问题的手段
本发明的一个方式涉及一种能够在像素内保持数据的同时对该数据进行运算处理的摄像装置。
本发明的一个方式是一种包括像素区块、第一电路及第二电路的摄像装置，图像区块包括多个像素及第三电路，像素与第三电路通过第一布线电连接，像素具有由光电转换取得第一信号的功能，像素具有将第一信号乘以任意倍率而生成第二信号且将第二信号输出到第一布线的功能，第三电路具有对输出到第一布线的第二信号之和进行运算而生成第三信号且将第三信号输出到第一电路的功能，第一电路具有使第三信号2值化而生成第四信号且将第四信号输出到第二电路的功能。
第二电路可以具有对第四信号进行并串转换的功能。另外，第二电路也可以具有将第四信号作为输入数据的神经网络。
优选的是，多个像素配置为矩阵状且其中任一列被遮光。
像素可以包括光电转换元件、第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管及第一电容器，光电转换元件的一个电极与第一晶体管的源极和漏极中的一个电连接，第一晶体管的源极和漏极中的另一个与第二晶体管的源极和漏极中的一个电连接，第二晶体管的源极和漏极中的一个与第三晶体管的栅极电连接，第三晶体管的栅极与第一电容器的一个电极电连接，第三晶体管的源极和漏极中的一个与第一布线电连接，第一电容器的另一个电极与第四晶体管的源极和漏极中的一个电连接，第一及第二晶体管在沟道形成区域中包括金属氧化物。
像素还可以包括第五晶体管及第六晶体管，第五晶体管的栅极与第三晶体管的栅极电连接，第五晶体管的源极和漏极中的一个与第六晶体管的源极和漏极中的一个电连接。
第三及第四晶体管优选在沟道形成区域中包含硅。
第三电路可以包括电流源电路、第七晶体管、第八晶体管、第九晶体管、第二电容器及电阻器，电流源电路与第一布线电连接，第一布线与第二电容器的一个电极电连接，第二电容器的一个电极与电阻器的一个电极电连接，第二电容器的另一个电极与第七晶体管的源极和漏极中的一个电连接，第七晶体管的源极和漏极中的一个与第八晶体管的栅极电连接，第八晶体管的源极和漏极中的一个与第九晶体管的源极和漏极中的一个电连接。
第七至第九晶体管优选在沟道形成区域中包含硅。
金属氧化物优选包含In、Zn、M(M是Al、Ti、Ga、Sn、Y、Zr、La、Ce、Nd或Hf)。
光电转换元件优选包含硒或包含硒的化合物。
发明效果
根据本发明的一个方式可以提供一种能够进行图像处理的摄像装置。另外，可以提供一种能够进行所取得的图像数据的识别的摄像装置。另外，可以提供一种能够进行所取得的图像数据的压缩的摄像装置。
另外，可以提供一种低功耗的摄像装置。另外，可以提供一种能够进行高灵敏度的摄像的摄像装置。另外，可以提供一种可靠性高的摄像装置。此外，可以提供一种新颖的摄像装置等。另外，可以提供一种上述摄像装置的驱动方法。另外，可以提供一种新颖的半导体装置等。
附图说明
[图1]说明摄像装置的方框图。
[图2]说明像素区块200的图。
[图3]说明像素100及参照像素150的图。
[图4]说明参照像素150的图。
[图5]说明电流源电路210的图。
[图6]说明像素区块200的工作的时序图。
[图7]说明像素100及像素区块200的图。
[图8]说明像素区块200所输出的信号及电路302所输出的信号的图。
[图9]说明电路302(神经网络)的图。
[图10]说明电路302所包括的像素的图。
[图11]示出神经网络的结构例子的图。
[图12]说明电路301及像素100的图。
[图13]说明摄像装置的像素的结构的图。
[图14]说明摄像装置的像素的结构的图。
[图15]说明摄像装置的像素的结构的图。
[图16]说明摄像装置的像素的结构的图。
[图17]说明摄像装置的像素的结构的图。
[图18]收纳有摄像装置的封装、模块的立体图。
[图19]说明电子设备的图。
[图20]说明像素电路的图。
[图21]像素阵列的方框图。
[图22]说明运算结果的图。
[图23]说明输入到像素的权系数的图。
[图24]说明像素的输出的图。
[图25]说明用于图案抽出的图像及对像素输入的权系数的图。
[图26]说明图案抽出结果的图。
具体实施方式
参照附图对实施方式进行详细说明。注意，本发明不局限于下面说明，所属技术领域的普通技术人员可以很容易地理解一个事实就是其方式及详细内容在不脱离本发明的宗旨及其范围的情况下可以被变换为各种各样的形式。因此，本发明不应该被解释为仅限定在以下所示的实施方式所记载的内容中。注意，在以下说明的发明的结构中，在不同的附图中共同使用相同的附图标记来表示相同的部分或具有相同功能的部分，而有时省略其重复说明。注意，有时在不同的附图中适当地省略或改变相同构成要素的阴影。
(实施方式1)
在本实施方式中，参照附图对本发明的一个方式的摄像装置进行说明。
本发明的一个方式是一种具备图像识别等附加功能的摄像装置。该摄像装置可以将在摄像工作中取得的模拟数据(图像数据)保持在像素而从该模拟数据乘以任意权系数的数据取出2值数据。
通过将该2值数据引入神经网络等，可以进行图像识别等处理。由于可以将庞大图像数据以模拟数据的状态保持在像素，所以可以高效地进行处理。
图1是说明本发明的一个方式的摄像装置的方框图。摄像装置包括像素阵列300、电路301、电路302、电路303、电路304及电路305。另外，电路301至电路305不局限于单一电路结构，有时可以由多个电路构成。
像素阵列300包括多个像素区块200。如图2所示，像素区块200包括配置为矩阵状的多个像素、电路201。
将该多个像素中的任一列设为参照像素150且将其他设为像素100。在像素100中可以取得图像数据，在参照像素150中可以输出复位时的信号。注意，在图2中，例如像素数为2×3，但是不局限于此。注意，优选在每个行设置参照像素。
像素区块200作为积和运算电路工作，电路201具有从像素100及参照像素150所输出的信号抽出图像数据与权系数之积的功能。
如图3所示，像素100可以包括光电转换元件101、晶体管102、晶体管103、电容器104、晶体管105及晶体管106。另外，参照像素150也可以具有大致相同的结构。以下主要说明像素100，关于参照像素150，只说明与像素100不同的部分。
光电转换元件101的一个电极与晶体管102的源极和漏极中的一个电连接。晶体管102的源极和漏极中的另一个与晶体管103的源极和漏极中的一个电连接。晶体管103的源极和漏极中的一个与电容器104的一个电极电连接。电容器104的一个电极与晶体管105的栅极电连接。电容器104的另一个电极与晶体管106的源极和漏极中的一个电连接。
光电转换元件101的另一个电极与布线114电连接。晶体管102的栅极与布线116电连接。晶体管103的源极和漏极中的另一个与布线115电连接。晶体管103的栅极与布线117电连接。晶体管105的源极和漏极中的一个与布线113电连接。晶体管105的源极和栅极中的另一个与GND布线等电连接。晶体管106的源极和漏极中的另一个与布线111a电连接。晶体管106的栅极与布线112电连接。
注意，在参照像素150中，晶体管106的源极和漏极中的另一个与布线111b电连接并且晶体管105的源极和漏极中的一个与布线153电连接，这两点与像素100不同。
在此，晶体管102的源极和漏极中的另一个、晶体管103的源极和漏极中的一个、电容器104的一个电极与晶体管105的栅极电连接的点记为节点N。
布线114、115可以具有作为电源线的功能。例如，布线114可以被用作高电位电源线，布线115可以被用作低电位电源线。布线112、116、117可以被用作控制各晶体管的导通的信号线。布线111a、111b可以被用作对像素100供应相当于权系数的电位的信号线。布线113可以被用作使像素100与电路201电连接的布线。布线153可以被用作使参照像素150与电路201电连接的布线。
另外，布线113也可以电连接有放大电路、增益可调电路。
作为光电转换元件101可以使用光电二极管。在要提高低照度时的光检测灵敏度时，优选使用雪崩光电二极管。
另外，在参照像素150中，不依赖于光电转换元件101而生成信号，所以如图4A所示，优选在参照像素150上设置遮光层151。另外，如图4B所示，也可以采用不设置光电转换元件101的结构。或者，也可以采用图3所示的结构，一直使晶体管103导通的状态(复位状态)。
晶体管102可以具有控制节点N的电位的功能。晶体管103可以具有使节点N的电位初始化的功能。晶体管105可以具有根据节点N的电位控制电路201所供应的电流的功能。晶体管106可以具有对节点N供应相当于权系数的电位的功能。
在作为光电转换元件101使用雪崩光电二极管时有时施加高电压，作为与光电转换元件101连接的晶体管优选使用高耐压的晶体管。作为该高耐压的晶体管，例如可以使用作为沟道形成区域使用金属氧化物的晶体管(以下，OS晶体管)等。具体而言，作为晶体管102及晶体管103，优选使用OS晶体管。
另外，OS晶体管也具有关态电流极低的特性。通过作为晶体管102、103使用OS晶体管，可以使节点N能够保持电荷的期间极长。因此，可以采用在所有的像素中同时进行电荷储存工作的全局快门方式而无需采用复杂的电路结构或工作方式。另外，也可以在将图像数据保持在节点N的同时进行用该图像数据的多次运算。
另一方面，优选的是，晶体管105的放大特性良好。另外，由于晶体管106有时频繁地切换开启/关闭，所以优选使用能够高速工作的迁移率高的晶体管。由此，作为晶体管105、106优选适用将硅用于沟道形成区域的晶体管(下面称为Si晶体管)。
注意，不局限于上述，也可以任意组合OS晶体管及Si晶体管而适用。另外，也可以作为所有晶体管都使用OS晶体管或Si晶体管。
像素100中的节点N的电位根据加有复位电位及由光电转换元件101的光电转换而生成的电位(图像数据)的电位与从布线111a供应的相当于权系数的电位的电容耦合确定。就是说，晶体管105所输出的信号包括图像数据与任意权系数之积。
参照像素150中的节点N的电位根据从布线115供应的复位电位与从布线111b供应的相当于权系数的电位的电容耦合确定。
如图2所示，各像素100由布线113彼此电连接，各参照像素150由布线153彼此电连接。因此，电路201使用各像素100的晶体管105所输出的信号之和以及各参照像素150的晶体管105所输出的信号之和进行运算。
电路201包括电流源电路210、电容器202、晶体管203、晶体管204、晶体管205、晶体管206及电阻器207。
电流源电路210与电容器202的一个电极电连接。电容器202的另一个电极与晶体管203的源极和漏极中的一个电连接。晶体管203的源极和漏极中的另一个与晶体管204的栅极电连接。晶体管204的源极和漏极中的一个与晶体管205的源极和漏极中的一个电连接。晶体管205的源极和漏极中的一个与晶体管206的源极和漏极中的一个电连接。电阻器207的一个电极与电容器202的一个电极电连接。
电流源电路210与布线113及布线153电连接。晶体管203的源极和漏极中的另一个与布线218电连接。晶体管204的源极和漏极中的另一个与布线219电连接。晶体管205的源极和漏极中的另一个与GND布线等基准电源线电连接。晶体管206的源极和漏极中的另一个与布线212电连接。电阻器207的另一个电极与GND布线等基准电源线电连接。
布线219可以具有作为电源线的功能。例如，布线219可以被用作高电位电源线。布线218可以具有供应作为读出用的专用电位的布线的功能。布线213、214、215、216可以被用作控制各晶体管的导通的信号线。
晶体管203可以具有将布线211的电位复位到布线218的电位的功能。晶体管204、205可以具有作为源极跟随电路的功能。晶体管206可以具有选择像素区块200的功能。
例如，电流源电路210可以采用图5A所示的结构。图5A是使用n-ch型晶体管的结构，晶体管253的输出一侧与晶体管254的栅极、晶体管254的漏极及晶体管224的栅极电连接。通过采用该结构，晶体管254及晶体管224可以被用作电流镜电路。对信号线FG、FGREF供应任意信号电位，通过布线214设定为“H”，对布线113及布线153供应恒定电流。在该结构中，作为各晶体管可以使用OS晶体管和Si晶体管中的一个或两个。
另外，如图5B所示，电流源电路210所具有的电路220也可以具有使用p-ch型晶体管的结构。在该结构中，晶体管262的输出一侧与晶体管262的栅极及晶体管261的栅极电连接。在该结构中，晶体管261、262优选使用Si晶体管。
在电路201中，可以去除图像数据(电位X)与权系数(电位W)之积以外的偏置成分而抽出目的的WX。以下示出作为电流源电路210使用图5A所示的电路时的WX抽出的流程。
首先，在电路201中，使晶体管203导通状态而从布线218对布线211写入电位Vr。在此，电位Vr是用于读出工作的基准电位。
此时，假设由光电转换在像素100的节点N写入有电位X。另外，从布线111a、111b写入的权系数设定为0。
因此，流过参照像素150的电流(IREF)的总和为kΣ(0-Vth)2。在此，k是常数，Vth是晶体管105的阈值电压。
流过电流源电路210的电流ICM0(权重为0时的ICM)成为ICM0＝ICREF0(权重为0时的ICREF)-kΣ(0-Vth)2。
流过像素100的电流(Ip)的总和成为kΣ(X-Vth)2。
流过电阻器207的电流IR0(权重为0时的IR)成为IR0＝IC-ICM0-kΣ(X-Vth)2。即，成为IR0＝IC-ICREF0+kΣ(0-Vth)2-kΣ(X-Vth)2。
然后，使晶体管203处于非导通状态，在布线211保持电位Vr之后，从布线111a、111b对像素100及参照像素150写入权系数W。
此时，流过参照像素150的电流(IREF)的总和成为kΣ(W-Vth)2。
流过像素100的电流(Ip)的总和成为kΣ(W+X-Vth)2。
流过电阻器207的电流IR成为IR＝IC-ICM-kΣ(W+X-Vth)2。即，成为IR＝IC-ICREF+kΣ(W-Vth)2-kΣ(W+X-Vth)2。
在此，在取得IR0与IR之间的差异时，成为IR0-IR＝kΣ(Vth2-(X-Vth)2-(W-Vth)2+(W+X-Vth)2)＝kΣ(2WX)。换言之，去除偏置成分而可以抽出由WX构成的项。
通过在流过电阻器207的电流为IR0时在布线211保持电位Vr，然后使流过电阻器207的电流变为IR，其差异由电容器202的电容耦合施加到布线211。换言之，在已知的基准电位的Vr与包括WX的要素的电位之和成为晶体管204的栅极电位而使晶体管206导通时，可以对布线212输出去除偏置成分的信号。
图6是说明像素区块200的工作的时序图。注意，为了方便起见，使信号所转换的时机一致而图示，但是实际上优选考虑电路内部的延迟使信号所转换的时机不一致。
首先，在期间T1，布线117的电位设定为“H”，布线116的电位设定为“H”，像素100及参照像素150的节点N设定为复位电位。另外，布线111的电位设定为“L”，布线112_1至112_4(相当于第一至第四行的布线112)设定为“H”，写入权系数0。
到期间T2，布线116的电位保持为“H”，由光电转换元件101的光电转换对节点N写入电位X(图像数据)。
在期间T3，布线214_1(第一行的布线214)、布线215_1(第一行的布线215)、布线214_2(第二行的布线214)、布线215_2(第二行的布线215)、布线216设定为“H”，对布线211写入电位Vr。
在期间T4，通过布线111的电位设定为相当于权系数W111的电位且布线112_1的电位设定为“H”，对第一行的像素100的节点N写入权系数W111。
在期间T5，通过布线111的电位设定为相当于权系数W112的电位且将布线112_2的电位设定为“H”，可以对第二行的像素100的节点N写入权系数W112。
在期间T6，通过布线213_1(第一行的布线213)、布线214_1、布线215_1设定为“H”，从第一行的像素区块200的电路201输出去除偏置成分的信号。
以后反复进行与上述同样的工作，在期间T7、T8、T9，输出将第二行的像素区块200的像素100乘以任意权系数的信号。另外，在期间T10、T11、T12，输出将第一行的像素区块200的像素100乘以与T4、T5不同的权系数的信号。
另外，也可以在像素区块200中相邻的像素区块200共同使用像素100。例如，如图7A所示，在像素100中设置能够与晶体管105同样地输出的晶体管107。晶体管107的栅极与晶体管105电连接，源极和漏极中的一个与布线118电连接。
布线118用来与相邻的像素区块的电路201电连接。图7B是示出相邻的像素区块200(像素区块200a、200b)中的像素100(像素100a、100b、100c、100d、100e、100f、100g、100h)与电路201(电路201a、201b)的连接形式的图。另外，在图7B中，省略参照像素150而图示。
在像素区块200a中，像素100a、100b、100c、100d通过布线113与电路201a电连接。另外，像素100e及100g通过布线118与电路201a电连接。
在像素区块200b中，像素100e、100f、100g、100h通过布线113与电路201b电连接。另外，像素100b及100d通过布线118与电路201b电连接。
换言之，可以说是在像素区块200a及像素区块200b中，共同使用像素100b、100d、100e、100g。通过采用上述方式，可以使像素区块200间的网络致密，从而可以提高图像分析等的精度。
权系数可以从图1所示的电路305对布线111输出，优选在帧期间内改写权系数一次以上。作为电路305，可以使用解码器。另外，电路305也可以具有D/A转换器及SRAM。另外，输入权系数的像素的选择通过从电路304对布线112输出信号来进行。电路304除了解码器以外也可以使用移位寄存器。
另外，可以对连接于电路201的各晶体管的布线213、215、216等从电路303输出信号。作为电路303可以使用解码器或移位寄存器。
图8A是说明从像素区块200输出的信号的图。注意，在图8A中，为了简洁地说明，示出像素阵列300由四个像素区块200(像素区块200c、像素区块200d、像素区块200e、像素区块200f)构成且各像素区块200包括四个像素100的例子。
关于信号的生成，作为一个例子说明像素区块200c，像素区块200d、200e、200f也可以通过同样的工作输出信号。
在像素区块200c中，在各像素100中，p11、p12、p21、p22的图像数据保持在节点N。对各像素100分别输入权系数(W111、W112、W121、W122)，对布线212_1(第一列的布线212)输出积和运算的结果的h111。在此，h111＝p11×W111+p12×W112+p21×W121+p22×W122。注意，权系数并不是都不同，有时对多个像素100输入相同值。
通过并行与上述同样的过程，从像素区块200d对布线212_2(第二列的布线212)输出积和运算的结果的h121，完成第一行的像素区块200的输出。
接着，在第二行的像素区块200进行与上述同样的过程，从像素区块200e对布线212_1输出积和运算的结果的h112。另外，同时从像素区块200f对布线212_2输出积和运算的结果的h122，完成第二行的像素区块200的输出。
再者，在第一行的像素区块200使权系数变化且经过与上述同样的过程，可以输出h211、h221。另外，在第二行的像素区块200使权系数变化且经过与上述同样的过程，可以输出h212、h222。根据需要反复上述工作。
如图8B所示，输出到布线212_1、212_2的积和运算结果的数据依次输出到电路301。电路301是进行激活函数的运算的电路，例如可以使用比较器电路。在比较器电路中，将对被输入的数据及被设定的阈值进行比较的结果作为2值数据输出。就是说，像素区块200及电路301可以被用作神经网络的一部分要素。
另外，像素区块200所输出的数据相当于多个位的图像数据，但是在电路301被2值化，所以可以说使图像数据压缩。
在电路301被2值化的数据(h111’、h121’、h112’、h122’、h211’、h221’、h212’、h222’)依次输入到电路302。
电路302例如可以具有包括锁存电路及移位寄存器等的结构。通过采用该结构，可以进行并串转换，并且如图8B所示，可以将并行被输入的数据作为串行数据输出到布线311。布线311的连接对象没有限制。例如，可以与神经网络、存储装置、通信装置等连接。
另外，如图9所示，电路302也可以包括神经网络。该神经网络包括配置为矩阵状的存储单元，在各存储单元保持有权系数。从电路301输出的数据可以分别向行方向的单元输入且在列方向进行积和运算。注意，图9所示的存储单元的数量是一个例子而没有限制。
图9所示的神经网络包括配置为矩阵状的存储单元320及参照存储单元325、电路340、电路350、电路360、电路360及电路370。
图10示出存储单元320及参照存储单元325的一个例子。参照存储单元325设置在任意一个列上。存储单元320及参照存储单元325具有彼此相同结构，都包括晶体管161、晶体管162及电容器163。
晶体管161的源极和漏极中的一个与晶体管162的栅极电连接。晶体管162的栅极与电容器163的一个电极电连接。在此，将晶体管161的源极和漏极中的一个、晶体管162的栅极与电容器163的一个电极连接的点记为节点NM。
晶体管161的栅极与布线WL电连接。电容器163的另一个电极与布线RW电连接。晶体管162的源极和漏极中的一个与GND布线等基准电位布线电连接。
在存储单元320中，晶体管161的源极和漏极中的另一个与布线WD电连接。晶体管162的源极和漏极中的另一个与布线BL电连接。
在参照存储单元325中，晶体管161的源极和漏极中的另一个与布线WDref电连接。晶体管162的源极和漏极中的另一个与布线BLref电连接。
布线WL与电路330电连接。作为电路330可以使用解码器或移位寄存器等。
布线RW与电路301电连接。对各存储单元写入从电路301输出到布线311_1及布线311_2的2值数据。
布线WD及布线WDref与电路340电连接。作为电路340可以使用解码器或移位寄存器等。另外，电路340也可以包括D/A转换器或SRAM。电路340可以输出写入到节点NM的权系数。
布线BL及布线BLref与电路350及电路360电连接。电路350是电流源电路，可以具有与电流源电路210相同的结构。电路360可以具有与去除电流源电路210的电路201相同的结构。由电路350及电路360可以得到从积和运算结果去除偏置成分的信号。
电路360与电路370电连接。电路370可以具有与电路301相同的结构，可以换称为激活函数电路。激活函数电路具有进行运算以根据预定的激活函数变换从电路360输入的信号的功能。作为激活函数，例如可以使用sigmoid函数、tanh函数、softmax函数、ReLU函数及阈值函数等。由激活函数电路转换的信号作为输出数据输出到外部。
如图11A所示，神经网络NN可以由输入层IL、输出层OL及中间层(隐藏层)HL构成。输入层IL、输出层OL及中间层HL都包括一个或多个神经元(单元)。注意，中间层HL可以为一层或两层以上。包括具有两层以上的中間层HL的神经网络可以称为DNN(深度神经网络)。另外，利用深度神经网络的学习可以称为深度学习。
对输入层IL的各神经元输入输入数据。对中间层HL的各神经元输入前一层或后一层的神经元的输出信号。对输出层OL的各神经元输入前一层的神经元的输出信号。注意，各神经元既可以与前一层的所有神经元连结(全连结)，又可以与部分神经元连结。
图11B示出利用神经元的运算的例子。在此，示出神经元N及向神经元N输出信号的前一层的两个神经元。神经元N被输入前一层的神经元的输出x1及前一层的神经元的输出x2。在神经元N中，算出输出x1与权重w1的乘法结果(x1w1)和输出x2与权重w2的乘法结果(x2w2)之总和x1w1+x2w2，然后根据需要对其加偏压b，从而得到值a＝x1w1+x2w2+b。值a被激活函数h变换，从神经元N输出信号y＝h(a+b)。
如此，利用神经元的运算包括对前一层的神经元的输出与权重之积进行加法的运算，即，积和运算(上述x1w1+x2w2)。该积和运算既可以使用程序以软件进行，又可以以硬件进行。
在本发明的一个方式中，作为硬件使用模拟电路进行积和运算。在作为积和运算电路使用模拟电路时，可以因积和运算电路的电路规模的缩小或向存储器访问的次数的减少而实现处理速度的提高及功耗的降低。
积和运算电路优选采用包括OS晶体管的结构。因为OS晶体管具有极小的关态电流，所以优选用作构成积和运算电路的模拟存储器的晶体管。另外，也可以使用Si晶体管和OS晶体管构成积和运算电路。
上面说明在本发明的一个方式的摄像装置中对所拍摄的图像数据进行的加工处理，但是也可以不对图像数据进行加工而取出。
例如，在图8A的像素区块200c中，在上述说明中输出数据p11、p12、p21、p22的总和，但是通过乘任一个像素100的权系数设定为1且乘其他像素100的权系数设定为0，可以取出一个像素100的图像数据。另外，通过依次选择权系数为1的像素100，可以从所有像素100取出图像数据。
如在从电路201抽出WX的流程的说明中所示，通过取得IR0与IR之差，可以抽出由WX构成的项。在此，在权系数为0时抵消从像素100输出的信号，所以可以只取得权系数为1的像素100的信号。注意，只要能够允许分辨率，就可以使所有像素100的权系数为1而取出图像数据。
此时，如图12A所示，电路301优选具有并联地设置比较器与开关且可以选择其输出的结构。在进行图像处理时，从像素区块200输出的信号输入到比较器，将被2值化的信号输出到电路302。在取得图像数据时，从像素区块200输出的信号经由开关输出到电路302。此时，电路302也可以设置有A/D转换器。
另外，如图12B所示，电路301也可以具有使用比较器及选择电路且输出到电路302或电路306的结构。作为电路306可以使用计数电路。可以由比较器及计数电路构成A/D转换器。另外，电路306也可以设置在电路302。
另外，如图12C所示，也可以采用在像素100中设置晶体管108及晶体管109的结构。晶体管108可以具有将根据节点N的电位的信号(图像数据)输出的功能。晶体管109可以具有选择像素100的功能。
晶体管108的栅极与电容器104的一个电极电连接。晶体管108的源极和漏极中的一个与晶体管109的源极和漏极中的一个电连接。晶体管108的源极和漏极中的另一个与布线121电连接。晶体管109的栅极与布线119电连接。晶体管109的源极和漏极中的另一个与布线120电连接。
布线119可以具有用来控制晶体管109的导通的信号线的功能。布线120可以具有作为输出线的功能。布线121可以具有作为电源线的功能，例如可以为高电位电源线。
布线120可以与相关双采样电路(CDS电路)及A/D转换器电连接。另外，也可以还通过开关与布线113电连接。在此情况下，可以将晶体管105的输出及晶体管108的输出选择性地输入到电路201。在选择晶体管108的输出时，通过作为电路301采用图12A、图12B所示的结构，可以取得图像数据。
本实施方式可以与其他实施方式的记载适当地组合。
(实施方式2)
在本实施方式中，说明本发明的一个方式的摄像装置的结构例子等。
图13A例示出摄像装置所具有的像素的结构。图13A示出像素具有层561及层562的叠层结构的例子。
层561包括光电转换元件101。如图13C所示，光电转换元件101可以为层565a、层565b与层565c的叠层。
图13C所示的光电转换元件101是pn结型光电二极管，例如，作为层565a使用p+型半导体、作为层565b使用n型半导体、作为层565c使用n+型半导体。或者，也可以作为层565a使用n+型半导体、作为层565b使用p型半导体、作为层565c使用p+型半导体。另外，光电转换元件101也可以使用作为层565b使用i型半导体的pin结型光电二极管。
上述pn结型光电二极管或pin结型光电二极管可以使用单晶硅而形成。另外，pin结型光电二极管可以使用非晶硅、微晶硅、多晶硅等薄膜而形成。
另外，如图13D所示，层561所包括的光电转换元件101也可以为层566a、层566b、层566c与层566d的叠层。图13D所示的光电转换元件101是雪崩光电二极管的一个例子，层566a、层566d相当于电极，层566b、566c相当于光电转换部。
层566a优选使用低电阻的金属层等。例如，可以使用铝、钛、钨、钽、银或其叠层。
层566d优选使用对可见光具有高透光性的导电层。例如，可以使用铟氧化物、锡氧化物、锌氧化物、铟锡氧化物、镓锌氧化物、铟镓锌氧化物或石墨烯等。另外，可以省略层566d。
光电转换部的层566b、566c例如可以具有硒类材料作为光电转换层的pn结型光电二极管的结构。优选的是，作为层566b使用p型半导体的硒类材料，作为层566c使用n型半导体的镓氧化物等。
使用硒类材料的光电转换元件对可见光具有高外部量子效率。该光电转换元件可以是利用雪崩倍增而增加相对于入射光量的电子放大量。另外，硒类材料具有高光吸收系数，所以例如可以以薄膜制造光电转换层，因此从生产的观点来看有利。硒类材料的薄膜可以通过真空蒸镀法或溅射法等形成。
作为硒类材料可以使用单晶硒及多晶硒等结晶性硒、非晶硒、铜、铟、硒的化合物(CIS)或者铜、铟、镓、硒的化合物(CIGS)等。
n型半导体优选由带隙宽且对可见光具有透光性的材料形成。例如，可以使用锌氧化物、镓氧化物、铟氧化物、锡氧化物或者上述物质混在一起的氧化物等。另外，这些材料也具有空穴注入阻挡层的功能，可以减少暗电流。
作为图13A所示的层562，例如可以使用硅衬底。该硅衬底包括Si晶体管等。通过使用该Si晶体管，除了像素电路以外还可以设置用来驱动该像素电路的电路、图像信号的读出电路、图像处理电路等。具体而言，可以将实施方式1所说明的外围电路(像素100及参照像素150、电路201及电路301至305等)所包括的一部分或所有晶体管设置在层562。
另外，如图13B所示，像素也可以具有层561、层563与层562的叠层结构。
层563可以包括OS晶体管(例如，像素100的晶体管102、103等)。此时，层562优选包括Si晶体管(例如，像素100的晶体管105、106等)。另外，也可以将实施方式1所说明的外围电路所包括的一部分晶体管设置在层563。
通过采用该结构，可以使构成像素电路的要素及外围电路分散到多个层，将该要素彼此重叠或者该要素与该外围电路重叠而设置，所以可以减小摄像装置的面积。另外，在图13B的结构中，也可以将层562作为支撑衬底且在层561及层563设置像素100及外围电路。
作为用于OS晶体管的半导体材料，可以使用能隙为2eV以上，优选为2.5eV以上，更优选为3eV以上的金属氧化物。典型地，可以使用包含铟的氧化物半导体等，例如可以使用在后面说明的CAC-OS等。
作为半导体层例如可以采用包含铟、锌及M(铝、钛、镓、锗、钇、锆、镧、铈、锡、钕或铪等金属)的以“In-M-Zn类氧化物”表示的膜。
当构成半导体层的氧化物半导体为In-M-Zn类氧化物时，优选用来沉积形成In-M-Zn氧化物膜的溅射靶材的金属元素的原子数比满足In≥M及Zn≥M。这种溅射靶材的金属元素的原子数比优选为In:M:Zn＝1:1:1、In:M:Zn＝1:1:1.2、In:M:Zn＝3:1:2、In:M:Zn＝4:2:3、In:M:Zn＝4:2:4.1、In:M:Zn＝5:1:6、In:M:Zn＝5:1:7、In:M:Zn＝5:1:8等。注意，所沉积形成的半导体层的原子数比分别可以在上述溅射靶材中的金属元素的原子数比的±40％的范围内变动。
作为半导体层，可以使用载流子密度低的氧化物半导体。例如，作为半导体层可以使用载流子密度为1×1017/cm3以下，优选为1×1015/cm3以下，更优选为1×1013/cm3以下，进一步优选为1×1011/cm3以下，更进一步优选为小于1×1010/cm3且为1×10-9/cm3以上的载流子密度的氧化物半导体。将这样的氧化物半导体称为高纯度本征或实质上高纯度本征的氧化物半导体。由此，因为杂质浓度及缺陷能级密度低，可以说是具有稳定的特性的氧化物半导体。
注意，本发明不局限于上述记载，可以根据所需的晶体管的半导体特性及电特性(场效应迁移率、阈值电压等)来使用具有适当的组成的材料。另外，优选适当地设定半导体层的载流子密度、杂质浓度、缺陷密度、金属元素与氧的原子数比、原子间距离、密度等，以得到所需的晶体管的半导体特性。
当构成半导体层的氧化物半导体包含第14族元素之一的硅或碳时，氧缺陷增加，会变为n型。因此，半导体层中的硅或碳的浓度(通过二次离子质谱分析法测得的浓度)设定为2×1018atoms/cm3以下，优选为2×1017atoms/cm3以下。
另外，有时当碱金属及碱土金属与氧化物半导体键合时生成载流子，而使晶体管的关态电流增大。因此，半导体层的碱金属或碱土金属的浓度(通过二次离子质谱分析法测得的浓度)设定为1×1018atoms/cm3以下，优选为2×1016atoms/cm3以下。
另外，当构成半导体层的氧化物半导体含有氮时生成作为载流子的电子，载流子密度增加而容易n型化。其结果是，使用具有含有氮的氧化物半导体的晶体管容易变为常开特性。因此，半导体层的氮浓度(通过二次离子质谱分析法测得的浓度)优选为5×1018atoms/cm3以下。
另外，半导体层例如也可以具有非单晶结构。非单晶结构例如包括具有c轴取向的结晶的CAAC-OS(C-Axis Aligned Crystalline Oxide Semiconductor或者C-AxisAligned and A-B-plane Anchored Crystalline Oxide Semiconductor)、多晶结构、微晶结构或非晶结构。在非单晶结构中，非晶结构的缺陷能级密度最高，而CAAC-OS的缺陷能级密度最低。
非晶结构的氧化物半导体膜例如具有无秩序的原子排列且不具有结晶成分。或者，非晶结构的氧化物膜例如是完全的非晶结构且不具有结晶部。
此外，半导体层也可以为具有非晶结构的区域、微晶结构的区域、多晶结构的区域、CAAC-OS的区域和单晶结构的区域中的两种以上的混合膜。混合膜有时例如具有包括上述区域中的两种以上的区域的单层结构或叠层结构。
下面，对非单晶半导体层的一个方式的CAC(Cloud-Aligned Composite)-OS的构成进行说明。
CAC-OS例如是指包含在氧化物半导体中的元素不均匀地分布的构成，其中包含不均匀地分布的元素的材料的尺寸为0.5nm以上且10nm以下，优选为1nm以上且2nm以下或近似的尺寸。注意，在下面也将在氧化物半导体中一个或多个金属元素不均匀地分布且包含该金属元素的区域以0.5nm以上且10nm以下，优选为1nm以上且2nm以下或近似的尺寸混合的状态称为马赛克(mosaic)状或补丁(patch)状。
氧化物半导体优选至少包含铟。尤其是，优选包含铟及锌。除此之外，也可以还包含选自铝、镓、钇、铜、钒、铍、硼、硅、钛、铁、镍、锗、锆、钼、镧、铈、钕、铪、钽、钨和镁等中的一种或多种。
例如，In-Ga-Zn氧化物中的CAC-OS(在CAC-OS中，尤其可以将In-Ga-Zn氧化物称为CAC-IGZO)是指材料分成铟氧化物(以下，称为InOX1(X1为大于0的实数)。)或铟锌氧化物(以下，称为InX2ZnY2OZ2(X2、Y2及Z2为大于0的实数)。)以及镓氧化物(以下，称为GaOX3(X3为大于0的实数))或镓锌氧化物(以下，称为GaX4ZnY4OZ4(X4、Y4及Z4为大于0的实数)。)等而成为马赛克状，且马赛克状的InOX1或InX2ZnY2OZ2均匀地分布在膜中的构成(以下，也称为云状)。
换言之，CAC-OS是具有以GaOX3为主要成分的区域和以InX2ZnY2OZ2或InOX1为主要成分的区域混在一起的构成的复合氧化物半导体。在本说明书中，例如，当第一区域的In与元素M的原子个数比大于第二区域的In与元素M的原子个数比时，第一区域的In浓度高于第二区域。
注意，IGZO是通称，有时是指包含In、Ga、Zn及O的化合物。作为典型例子，可以举出以InGaO3(ZnO)m1(m1为自然数)或In(1+x0)Ga(1-x0)O3(ZnO)m0(-1≤x0≤1，m0为任意数)表示的结晶性化合物。
上述结晶性化合物具有单晶结构、多晶结构或CAAC结构。CAAC结构是多个IGZO的纳米晶具有c轴取向性且在a-b面上以不取向的方式连接的结晶结构。
另一方面，CAC-OS与氧化物半导体的材料构成有关。CAC-OS是指如下构成：在包含In、Ga、Zn及O的材料构成中，一部分中观察到以Ga为主要成分的纳米粒子状区域，一部分中观察到以In为主要成分的纳米粒子状区域，并且，这些区域分别以马赛克状无规律地分散。因此，在CAC-OS中，结晶结构是次要因素。
CAC-OS不包含组成不同的两种以上的膜的叠层结构。例如，不包含由以In为主要成分的膜与以Ga为主要成分的膜的两层构成的结构。
注意，有时观察不到以GaOX3为主要成分的区域与以InX2ZnY2OZ2或InOX1为主要成分的区域之间的明确的边界。
在CAC-OS中包含选自铝、钇、铜、钒、铍、硼、硅、钛、铁、镍、锗、锆、钼、镧、铈、钕、铪、钽、钨和镁等中的一种或多种以代替镓的情况下，CAC-OS是指如下构成：一部分中观察到以该元素为主要成分的纳米粒子状区域以及一部分中观察到以In为主要成分的纳米粒子状区域以马赛克状无规律地分散。
CAC-OS例如可以通过在对衬底不进行意图性的加热的条件下利用溅射法来形成。在利用溅射法形成CAC-OS的情况下，作为成膜气体，可以使用选自惰性气体(典型的是氩)、氧气体和氮气体中的一种或多种。另外，成膜时的成膜气体的总流量中的氧气体的流量比越低越好，例如，氧气体的流量比设定为0％以上且低于30％，优选为0％以上且10％以下。
CAC-OS具有如下特征：通过根据X射线衍射(XRD：X-ray diffraction)测量法之一的Out-of-plane法利用θ/2θ扫描进行测量时，观察不到明确的峰值。也就是说，根据X射线衍射，可知在测量区域中没有a-b面方向及c轴方向上的取向。
另外，在通过照射束径为1nm的电子束(也称为纳米束)而取得的CAC-OS的电子衍射图案中，观察到环状的亮度高的区域以及在该环状区域内的多个亮点。由此，根据电子衍射图案，可知CAC-OS的结晶结构具有在平面方向及截面方向上没有取向的nc(nano-crystal)结构。
另外，例如在In-Ga-Zn氧化物的CAC-OS中，根据通过能量分散型X射线分析法(EDX：Energy Dispersive X-ray spectroscopy)取得的EDX面分析图像(EDX-mapping)，可确认到：具有以GaOX3为主要成分的区域及以InX2ZnY2OZ2或InOX1为主要成分的区域不均匀地分布而混合的构成。
CAC-OS的结构与金属元素均匀地分布的IGZO化合物不同，具有与IGZO化合物不同的性质。换言之，CAC-OS具有以GaOX3等为主要成分的区域及以InX2ZnY2OZ2或InOX1为主要成分的区域互相分离且以各元素为主要成分的区域为马赛克状的构成。
在此，以InX2ZnY2OZ2或InOX1为主要成分的区域的导电性高于以GaOX3等为主要成分的区域。换言之，当载流子流过以InX2ZnY2OZ2或InOX1为主要成分的区域时，呈现氧化物半导体的导电性。因此，当以InX2ZnY2OZ2或InOX1为主要成分的区域在氧化物半导体中以云状分布时，可以实现高场效应迁移率(μ)。
另一方面，以GaOX3等为主要成分的区域的绝缘性高于以InX2ZnY2OZ2或InOX1为主要成分的区域。换言之，当以GaOX3等为主要成分的区域在氧化物半导体中分布时，可以抑制泄漏电流而实现良好的开关工作。
因此，当将CAC-OS用于半导体元件时，通过起因于GaOX3等的绝缘性及起因于InX2ZnY2OZ2或InOX1的导电性的互补作用可以实现高通态电流(Ion)及高场效应迁移率(μ)。
另外，使用CAC-OS的半导体元件具有高可靠性。因此，CAC-OS适用于各种半导体装置的构成材料。
图14A是说明图13A所示的像素的截面的一个例子的图。作为光电转换元件101，层561包括以硅用作光电转换层的pn结型光电二极管。层562包括Si晶体管，图14A例示出构成像素电路的晶体管102、105。
在光电转换元件101中，可以将层565a为p+型区域、将层565b为n型区域且将层565c为n+型区域。另外，层565b设置有使电源线与层565c连接的区域536。例如，区域536可以为p+型区域。
在图14A中，示出Si晶体管具有在硅衬底540具有沟道形成区域的平面型结构，但是如图16A、图16B所示，也可以采用在硅衬底540包括鳍型半导体层的结构。图16A相当于沟道长度方向的截面，图16B相当于沟道宽度方向的截面。
另外，如图16C所示，也可以采用包括硅薄膜的半导体层545的晶体管。例如，半导体层545可以使用在硅衬底540上的绝缘层546上形成的单晶硅(SOI(Silicon onInsulator：绝缘体上硅))。
在此，图14A示出通过贴合技术使层561的构成要素与层562的构成要素电连接的例子。
层561上设置有绝缘层542、导电层533及导电层534。导电层533及导电层534具有埋入绝缘层542的区域。导电层533与层565a电连接。导电层534与区域536电连接。另外，以其高度都一致的方式绝缘层542、导电层533以及导电层534的表面被平坦化。
层562上设置有绝缘层541、导电层531及导电层532。导电层531及导电层532具有埋入绝缘层541的区域。导电层531与电源线电连接。导电层532与晶体管102的源极和漏极中的一个电连接。另外，以其高度都一致的方式绝缘层541、导电层531以及导电层532的表面被平坦化。
在此，导电层531及导电层533的主要成分优选为相同的金属元素。导电层532及导电层534的主要成分优选为相同的金属元素。另外，绝缘层541及绝缘层542优选由相同的成分构成。
例如，作为导电层531、532、533、534可以使用Cu、Al、Sn、Zn、W、Ag、Pt或Au等。从接合的容易性的观点来看，优选使用Cu、Al、W或Au。另外，绝缘层541、542可以使用氧化硅、氧氮化硅、氮氧化硅、氮化硅、氮化钛等。
换言之，优选的是，作为导电层531和导电层533的组合以及导电层532和导电层534的组合都使用与上述金属材料相同的金属材料。另外，优选的是，作为绝缘层541及绝缘层542都使用与上述绝缘材料相同的绝缘材料。通过采用上述结构，可以进行以层561和层562的边界为贴合位置的贴合。
通过上述贴合工序，可以获得导电层531与导电层533的组合及导电层532与导电层534的组合的各电连接。另外，可以获得绝缘层541与绝缘层542的有机械强度的连接。
当接合金属层时，可以利用表面活化接合法。在该方法中，通过溅射处理等去除表面的氧化膜及杂质吸附层等并使清洁化且活化了的表面接触而接合。或者，可以利用并用温度及压力使表面接合的扩散接合法等。上述方法都可以发生原子级的结合，因此可以获得电气上和机械上都优异的接合。
另外，当接合绝缘层时，可以利用亲水性接合法等，在该方法中，在通过抛光等获得高平坦性之后，使利用氧等离子体等进行过亲水性处理的表面接触而暂时接合，利用热处理进行脱水，由此进行正式接合。亲水性接合法也发生原子级的结合，因此可以获得机械上优异的接合。
在贴合层561与层562的情况下，由于在各接合面绝缘层与金属层是混合的，所以，例如，组合表面活化接合法及亲水性接合法即可。
例如，可以采用在进行抛光之后使表面清洁化，对金属层的表面进行防氧处理，然后进行亲水性处理来进行接合的方法等。另外，也可以作为金属层的表面使用Au等难氧化性金属，进行亲水性处理。另外，也可以使用上述方法以外的接合方法。
图14B是作为图13A所示的像素的层561使用以硒类材料用作光电转换层的pn结型光电二极管时的截面图。作为一个电极包括层566a，作为光电转换层包括层566b、566c，作为另一个电极包括层566d。
在此情况下，层561可以直接设置在层562上。层566a与晶体管102的源极或漏极电连接。层566d通过区域536与电源线电连接。
图15A是说明图13B所示的像素的截面的一个例子的图。层561包括作为光电转换元件101的以硅用作光电转换层的pn结型光电二极管。层562包括Si晶体管，图15A示出构成像素电路的晶体管105。层562包括OS晶体管，图15A示出构成像素电路的晶体管102、103。并且，示出层561与层563通过贴合工序得到电连接的结构例子。
图15A示出OS晶体管为自对准结构，但是如图16D所示，也可以为非自对准结构的晶体管。
虽然示出晶体管102、103都包括背栅极535的结构，但是也可以采用包括背栅极的结构。如图16E所示，背栅极535有时电连接于与其相对的晶体管的前栅极。或者，也可以采用可以对背栅极535供应与前栅极不同的固定电位的结构。
在形成OS晶体管的区域和形成Si晶体管的区域之间设置具有防止氢的扩散的功能的绝缘层543。设置在晶体管105的沟道形成区域附近的绝缘层中的氢使硅的悬空键终结。另一方面，设置在晶体管102、103的沟道形成区域附近的绝缘层中的氢有可能成为在氧化物半导体层中生成载流子的原因之一。
通过设置绝缘层543将氢封闭在一个层中，可以提高晶体管105的可靠性。同时，由于能够抑制氢从一个层扩散到另一个层，所以可以提高晶体管102、103的可靠性。
绝缘层543例如可以使用氧化铝、氧氮化铝、氧化镓、氧氮化镓、氧化钇、氧氮化钇、氧化铪、氧氮化铪、氧化钇稳定氧化锆(YSZ)等。
图15B是说明作为图13B所示的像素的层561使用以硒类材料用作光电转换层的pn结型光电二极管的情况的截面图。层561可以直接设置在层563上。层561、561、563的详细内容可以参照上述说明。
图17A是示出在本发明的一个方式的摄像装置的像素上附加滤色片等的例子的立体图。该立体图还示出多个像素的截面。在形成光电转换元件101的层561上形成绝缘层580。绝缘层580可以使用对可见光具有高透光性的氧化硅膜等。此外，也可以作为钝化膜采用层叠氮化硅膜的结构。另外，也可以作为抗反射膜采用层叠氧化铪等的介电膜的结构。
在绝缘层580上也可以形成有遮光层581。遮光层581具有防止透过上部的滤色片的光的混合的功能。作为遮光层581，可以使用铝、钨等金属层。另外，也可以层叠该金属层与具有抗反射膜的功能的介电膜。
在绝缘层580及遮光层581上也可以设置被用作平坦化膜的有机树脂层582。另外，在每个像素中形成滤色片583(滤色片583a、583b、583c)。例如，使滤色片583a、583b及583c具有R(红色)、G(绿色)、B(蓝色)、Y(黄色)、C(青色)和M(品红色)等的颜色，由此可以获得彩色图像。
在滤色片583上也可以设置对可见光具有透光性的绝缘层586等。
此外，如图17B所示，也可以使用光学转换层585代替滤色片583。通过采用这种结构，可以形成能够获得各种各样的波长区域内的图像的摄像装置。
例如，当作为光学转换层585使用阻挡可见光线的波长以下的光的滤光片时，可以获得红外线摄像装置。当作为光学转换层585使用阻挡近红外线的波长以下的光的滤色片时，可以获得远红外线摄像装置。另外，当作为光学转换层585使用阻挡可见光线的波长以上的光的滤光片，可以获得紫外线摄像装置。
另外，通过将闪烁体用于光学转换层585，可以形成用于X射线摄像装置等的获得使辐射强度可视化的图像的摄像装置。当透过拍摄对象的X射线等辐射入射到闪烁体时，由于光致发光现象而转换为可见光线或紫外光线等的光(荧光)。通过由光电转换元件101检测该光来获得图像数据。此外，也可以将该结构的摄像装置用于辐射探测器等。
闪烁体含有：当闪烁体被照射X射线或伽马射线等放射线时吸收放射线的能量而发射可见光或紫外线的物质。例如，可以使用将Gd2O2S：Tb、Gd2O2S：Pr、Gd2O2S：Eu、BaFCl：Eu、NaI、CsI、CaF2、BaF2、CeF3、LiF、LiI、ZnO等分散到树脂或陶瓷中的材料。
另外，在使用硒类材料的光电转换元件101中，由于可以将X射线等的放射线直接转换为电荷，因此可以不使用闪烁体。
另外，如图17C所示，在滤色片583上也可以设置有微透镜阵列584。透过微透镜阵列584所具有的各透镜的光经由设置在其下的滤色片583而照射到光电转换元件101。此外，也可以在图17B所示的光学转换层585上设置有微透镜阵列584。
以下，说明收纳图像传感器芯片的封装及相机模块的一个例子。作为该图像传感器芯片可以使用上述摄像装置的结构。
图18A1是收纳图像传感器芯片的封装的顶面一侧的外观立体图。该封装包括使图像传感器芯片450固定的封装衬底410、玻璃盖板420及贴合它们的粘合剂430等。
图18A2是该封装的底面一侧的外观立体图。在封装的底面包括以焊球为凸块440的BGA(Ball grid array；球栅阵列)。注意，不局限于BGA，也可以包括LGA(Land gridarray：地栅阵列)、PGA(Pin Grid Array：针栅阵列)等。
图18A3是省略玻璃盖板420及粘合剂430的一部分而图示的封装的立体图。在封装衬底410上形成电极焊盘460，电极焊盘460通过通孔与凸块440电连接。电极焊盘460通过引线470与图像传感器芯片450电连接。
另外，图18B1是将图像传感器芯片收纳在透镜一体型封装的相机模块的顶面一侧的外观立体图。该相机模块包括使图像传感器芯片451固定的封装衬底411、透镜盖421及透镜435等。另外，在封装衬底411与图像传感器芯片451之间设置有具有摄像装置的驱动电路及信号转换电路等的功能的IC芯片490，具有作为SiP(System in package：系统封装)的结构。
图18B2是该相机模块的底面一侧的外观立体图。封装衬底411的底面及侧面具有设置有收纳用连接盘441的QFN(Quad flat no-lead package：四侧无引脚扁平封装)的结构。注意，该结构是一个例子，也可以设置QFP(Quad flat package：四侧引脚扁平封装)或上述BGA。
图18B3是省略透镜盖421及透镜435的一部分而图示的模块的立体图。连接盘441与电极焊盘461电连接，电极焊盘461通过引线471与图像传感器芯片451或IC芯片490电连接。
通过将图像传感器芯片收纳在上述那样的方式的封装，容易安装在印刷电路板等，由此可以将图像传感器芯片组装在各种半导体装置、电子设备。
本实施方式可以与其他实施方式的记载适当地组合。
(实施方式3)
作为可以使用根据本发明的一个方式的摄像装置的电子设备，可以举出显示装置、个人计算机、具备记录媒体的图像存储装置及图像再现装置、移动电话、包括便携式的游戏机、便携式数据终端、电子书阅读器、拍摄装置诸如视频摄像机或数码照相机等、护目镜型显示器(头戴式显示器)、导航系统、音频再现装置(汽车音响系统、数字音频播放器等)、复印机、传真机、打印机、多功能打印机、自动柜员机(ATM)以及自动售货机等。图19示出这些电子设备的具体例子。
图19A是监控摄像机，该监控摄像机包括支架951、照相单元952及保护罩953等。在照相单元952中设置旋转机构等，通过设置在天花板可以拍摄周围。作为在该照相单元中用来取得图像的构件中的一个，可以具备本发明的一个方式的摄像装置。注意，“监控摄像机”是一般名称，不局限于其用途。例如，具有监控摄像机的功能的装置被称为摄影机或视频摄像机。
图19B是视频摄像机，该视频摄像机包括第一外壳971、第二外壳972、显示部973、操作键974、透镜975、连接部976等。操作键974及透镜975设置在第一外壳971中，显示部973设置在第二外壳972中。作为在该视频摄像机中用来取得图像的构件中的一个，可以具备本发明的一个方式的摄像装置。
图19C是数码照相机，包括外壳961、快门按钮962、麦克风963、发光部967以及透镜965等。作为在该数码照相机中用来取得图像的构件中的一个，可以具备本发明的一个方式的摄像装置。
图19D是手表型信息终端，该手表型信息终端包括、显示部932、外壳兼腕带933以及照相机939等。显示部932也可以包括用来进行信息终端的操作的触摸面板。显示部932及外壳兼腕带933具有柔性，并且适合佩戴于身体。作为在该信息终端中用来取得图像的构件中的一个，可以具备本发明的一个方式的摄像装置。
图19E是移动电话机的一个例子，包括外壳981、显示部982、操作按钮983、外部连接接口984、扬声器985、麦克风986、照相机987等。该移动电话机在显示部982具有触摸传感器。通过用手指或触屏笔等触摸显示部982可以进行打电话或输入文字等各种操作。作为在该移动电话机中用来取得图像的构件中的一个，可以具备本发明的一个方式的摄像装置。
图19F是便携式数据终端，包括外壳911、显示部912、照相机919等。通过显示部912所具有的触摸面板功能可以输入且输出信息。作为在该便携式数据终端中用来取得图像的构件中的一个，可以具备本发明的一个方式的摄像装置。
本实施方式可以与其他实施方式的记载适当地组合。
[实施例]
在本实施例中，说明试制具有实施方式1中所说明的本发明的一个方式的结构的摄像装置而在摄像装置内进行图像处理的结果。
图20是所试制的摄像装置的像素电路(相当于像素100)。在实施方式1所说明的摄像装置中，从像素100与参照像素150的输出之差异抽出图像数据(电位X)与权系数(电位W)之积(WX)。另一方面，在所试制的摄像装置中具有省略参照像素150，通过进行权系数(电位W)的输入有无的双采样而在外部算出其差异，来抽出WX的结构。
所试制的摄像装置的像素电路包括光电二极管PD、晶体管Tr1、Tr2、Tr3、Tr4、Tr5。图20示出连接结构。在此，晶体管Tr3具有使源极与漏极短路的结构，用作电容器(MOSCapasitor)。作为光电二极管PD的光电转换层使用硒。另外，晶体管Tr1、Tr2、Tr3、Tr4、Tr5使用OS晶体管。表1示出其他规格。
[表1]
图像传感器的外形尺寸 30mm(H)×40mm(V)
拍摄区域尺寸 23.04mm(H)×23.04mm(V)
像素数 256(H)×256(V)
像素尺寸 90mm(H)×90mm(V)
像素结构 PD(Se)+四个OS-FET+一个MOS Capasitor
外围电路 行、列驱动器：移位寄存器方式，
读出电路 CDS源极跟随
输出方式 依次输出8ch模拟电压
TX、RS、SE是用来驱动各晶体管的信号电位。VPD、VRS、VPI是电源电位，VPD、VPI是高电位，VRS是低电位。VBG是用来调整晶体管Tr1、Tr2的阈值电压的背栅极电位。BW相当于权系数(电位W)，由电容耦合施加到节点N。
双采样的工作为如下。首先，使晶体管Tr1、Tr2导通而使节点N复位。使晶体管Tr2非导通之后，通过光电二极管PD的工作使节点N的电位变化。接着，使晶体管Tr1非导通，作为所希望的权系数供应BW而确定节点N的电位。接着，使晶体管Tr5导通，将第一图像信号取出到外部。
接着，使BW恢复到初始值，将第二图像信号取出到外部。然后，求出第一图像信号与第二图像信号之差异而抽出WX。注意，也可以将第一图像信号与第二图像信号取得的顺序倒过来。
图21是示出具有上述像素电路的像素PIX及各种信号的路径的像素阵列的方框图。注意，WMux是将相当于权系数的BW输出的选择电路，具有相当于图3所示的晶体管106的晶体管。
图22示出相对于图像数据(电位X：-0.2至1.4V)的权系数(电位W)变化为0.4至1.0V时的运算结果。此时，VRES设定为1.2V。从图22可知能够进行所希望的运算。
另外，图24示出在纵条纹图案的拍摄对象的拍摄中，如图23所示，以具有方向性的方式对各像素供应权系数时的结果。在图24中，横轴表示纵条纹图案的旋转角度(无旋转为0°)、纵轴表示对所输出的WX进行A/D转换之后的数字值。从图24可知在纵条纹的方向与权系数的方向性一致时输出值变大。
根据该结果，可以推测能够从图像抽出图案，由此进行其验证。图25A是以规定的权重拍摄的斑马的图像。验证如下情况下的图案抽出：如图25A所示那样以具有纵向的方向性的方式将权系数供应到该图像的情况；以及如图25B所示那样以具有横向的方向性的方式将权系数供应到该图像的情况。另外，在图25A、图25B中，正权系数为+0.8V，负权系数为-0.4V。
图26A、图26B示出使所抽出的图案可见化的结果。图26A是对应于图24A的结果，确认到可以抽出斑马的纵条纹图案。另外，图26A是对应于图25B的结果，确认到可以抽出斑马的横条纹图案。
如此，确认可以使用本发明的一个方式进行图像处理(图案的识别)。
[符号说明]
100 像素
100a 像素
100b 像素
100c 像素
100d 像素
100e 像素
100f 像素
100g 像素
100h 像素
101 光电转换元件
102 晶体管
103 晶体管
104 电容器
105 晶体管
106 晶体管
107 晶体管
108 晶体管
109 晶体管
111 布线
111a 布线
111b 布线
112 布线
112_1 布线
112_2 布线
112_4 布线
113 布线
114 布线
115 布线
116 布线
117 布线
118 布线
119 布线
120 布线
121 布线
150 参照像素
151 遮光层
153 布线
161 晶体管
162 晶体管
163 电容器
200 像素区块
200a 像素区块
200b 像素区块
200c 像素区块
200d 像素区块
200e 像素区块
200f 像素区块
201 电路
201a 电路
201b 电路
202 电容器
203 晶体管
204 晶体管
205 晶体管
206 晶体管
207 电阻器
210 电流源电路
211 布线
212 布线
212_1 布线
212_2 布线
213 布线
213_1 布线
214 布线
214_1 布线
214_2 布线
215 布线
215_1 布线
215_2 布线
216 布线
218 布线
219 布线
220 电路
224 晶体管
253 晶体管
254 晶体管
261 晶体管
262 晶体管
300 像素阵列
301 电路
302 电路
303 电路
304 电路
305 电路
306 电路
311 布线
311_1 布线
311_2 布线
320 存储单元
325 参照存储单元
330 电路
340 电路
350 电路
360 电路
370 电路
410 封装衬底
411 封装衬底
420 玻璃盖板
421 透镜盖
430 粘合剂
435 透镜
440 凸块
441 连接盘
450 图像传感器芯片
451 图像传感器芯片
460 电极焊盘
461 电极焊盘
470 引线
471 引线
490 IC芯片
531 导电层
532 导电层
533 导电层
534 导电层
535 背栅极
536 区域
540 硅衬底
541 绝缘层
542 绝缘层
543 绝缘层
545 半导体层
546 绝缘层
561 层
562 层
563 层
565a 层
565b 层
565c 层
566a 层
566b 层
566c 层
566d 层
580 绝缘层
581 遮光层
582 有机树脂层
583 滤色片
583a 滤色片
583b 滤色片
583c 滤色片
584 微透镜阵列
585 光学转换层
586 绝缘层
911 外壳
912 显示部
919 照相机
932 显示部
933 外壳兼腕带
939 照相机
951 支架
952 照相机单元
953 保护罩
961 外壳
962 快门按钮
963 麦克风
965 透镜
967 发光部
971 外壳
972 外壳
973 显示部
974 操作键
975 透镜
976 连接部
981 外壳
982 显示部
983 操作按钮
984 外部连接端口
985 扬声器
986 麦克风
987 照相机

Claims (12)

1.一种摄像装置，包括：
像素区块；
第一电路；以及
第二电路的摄像装置，
其中，所述图像区块包括多个像素及第三电路，
所述像素与所述第三电路通过第一布线电连接，
所述像素具有由光电转换取得第一信号的功能，
所述像素具有将所述第一信号乘以任意倍率而生成第二信号且将所述第二信号输出到所述第一布线的功能，
所述第三电路具有对输出到所述第一布线的所述第二信号之和进行运算而生成第三信号且将所述第三信号输出到所述第一电路的功能，
并且，所述第一电路使所述第三信号2值化而生成第四信号且将所述第四信号输出到所述第二电路。
2.根据权利要求1所述的摄像装置，
其中所述第二电路具有对所述第四信号进行并串转换的功能。
3.根据权利要求1所述的摄像装置，
其中所述第二电路具有将所述第四信号作为输入数据的神经网络。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的摄像装置，
其中所述多个像素配置为矩阵状且其中任一列被遮光。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的摄像装置，
其中所述像素包括光电转换元件、第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管及第一电容器，
所述光电转换元件的一个电极与所述第一晶体管的源极和漏极中的一个电连接，
所述第一晶体管的源极和漏极中的另一个与所述第二晶体管的源极和漏极中的一个电连接，
所述第二晶体管的源极和漏极中的一个与所述第三晶体管的栅极电连接，
所述第三晶体管的栅极与所述第一电容器的一个电极电连接，
所述第三晶体管的源极和漏极中的一个与所述第一布线电连接，
所述第一电容器的另一个电极与所述第四晶体管的源极和漏极中的一个电连接，
并且所述第一晶体管及所述第二晶体管在沟道形成区域中包括金属氧化物。
6.根据权利要求5所述的摄像装置，还包括第五晶体管及第六晶体管，
其中所述第五晶体管的栅极与所述第三晶体管的栅极电连接，
并且所述第五晶体管的源极和漏极中的一个与所述第六晶体管的源极和漏极中的一个电连接。
7.根据权利要求5所述的摄像装置，
其中所述第三及所述第四晶体管在沟道形成区域中包含硅。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的摄像装置，
其中所述第三电路包括电流源电路、第七晶体管、第八晶体管、第九晶体管、第二电容器及电阻器，
所述电流源电路与所述第一布线电连接，
所述第一布线与所述第二电容器的一个电极电连接，
所述第二电容器的一个电极与所述电阻器的一个电极电连接，
所述第二电容器的另一个电极与所述第七晶体管的源极和漏极中的一个电连接，
所述第七晶体管的源极和漏极中的一个与所述第八晶体管的栅极电连接，
并且所述第八晶体管的源极和漏极中的一个与所述第九晶体管的源极和漏极中的一个电连接。
9.根据权利要求8所述的摄像装置，
其中所述第七至第九晶体管在沟道形成区域中包含硅。
10.根据权利要求5所述的摄像装置，
其中所述金属氧化物包含In、Zn、M(M是Al、Ti、Ga、Sn、Y、Zr、La、Ce、Nd或Hf)。
11.根据权利要求5所述的摄像装置，
其中所述光电转换元件包含硒或包含硒的化合物。
12.一种包括权利要求1至3中任一项所述的摄像装置及显示装置的电子设备。
CN201880033542.5A 2017-05-26 2018-05-16 摄像装置及电子设备 Active CN110651468B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210183435.9A CN114628425A (zh) 2017-05-26 2018-05-16 摄像装置及电子设备

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017-104338 2017-05-26
JP2017104338 2017-05-26
JP2018-040915 2018-03-07
JP2018040915 2018-03-07
PCT/IB2018/053400 WO2018215882A1 (ja) 2017-05-26 2018-05-16 撮像装置および電子機器

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210183435.9A Division CN114628425A (zh) 2017-05-26 2018-05-16 摄像装置及电子设备

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110651468A true CN110651468A (zh) 2020-01-03
CN110651468B CN110651468B (zh) 2022-03-22

Family

ID=64395319

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880033542.5A Active CN110651468B (zh) 2017-05-26 2018-05-16 摄像装置及电子设备
CN202210183435.9A Pending CN114628425A (zh) 2017-05-26 2018-05-16 摄像装置及电子设备

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210183435.9A Pending CN114628425A (zh) 2017-05-26 2018-05-16 摄像装置及电子设备

Country Status (6)

Country Link
US (3) US11101302B2 (zh)
JP (4) JPWO2018215882A1 (zh)
KR (1) KR102554664B1 (zh)
CN (2) CN110651468B (zh)
DE (1) DE112018002719T5 (zh)
WO (1) WO2018215882A1 (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11849234B2 (en) 2019-08-09 2023-12-19 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Imaging device or imaging system
US11937007B2 (en) 2019-07-26 2024-03-19 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Imaging device, operation method thereof, and electronic device
US11943554B2 (en) 2019-04-29 2024-03-26 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Imaging device operated by switching between product-sum operation
US11956570B2 (en) 2019-09-20 2024-04-09 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Imaging system and electronic device

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112018002719T5 (de) * 2017-05-26 2020-02-13 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Abbildungsvorrichtung und elektronisches Gerät
CN111344665B (zh) 2017-11-17 2024-04-26 株式会社半导体能源研究所 加法运算方法、半导体装置及电子设备
DE112019005195T5 (de) * 2018-10-19 2021-07-08 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Halbleitervorrichtung und elektronisches Gerät
WO2020250095A1 (ja) * 2019-06-14 2020-12-17 株式会社半導体エネルギー研究所 撮像装置および電子機器
WO2021014258A1 (ja) * 2019-07-19 2021-01-28 株式会社半導体エネルギー研究所 撮像装置および電子機器
US20220359592A1 (en) * 2019-08-22 2022-11-10 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Imaging device and electronic device
WO2021130590A1 (ja) * 2019-12-27 2021-07-01 株式会社半導体エネルギー研究所 撮像装置、および電子機器
WO2021176295A1 (ja) * 2020-03-06 2021-09-10 株式会社半導体エネルギー研究所 撮像装置および電子機器
WO2021191719A1 (ja) * 2020-03-27 2021-09-30 株式会社半導体エネルギー研究所 撮像装置および電子機器
DE102021114313A1 (de) 2021-06-02 2022-12-08 Universität Siegen, Körperschaft des öffentlichen Rechts Zählen von Pulsen eines elektrischen Signals

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02242488A (ja) * 1989-03-16 1990-09-26 Masayoshi Umeno 画像処理装置
EP1583356A1 (en) * 2002-12-27 2005-10-05 Nikon Corporation Image processing device and image processing program
CN1711752A (zh) * 2002-11-07 2005-12-21 罗姆股份有限公司 平面图像传感器
JP2008160132A (ja) * 2006-12-22 2008-07-10 Magnachip Semiconductor Ltd フローティングベース読み取り概念を有するｃｍｏｓイメージセンサ
JP2009064162A (ja) * 2007-09-05 2009-03-26 Fuji Heavy Ind Ltd 画像認識システム
CN102245078A (zh) * 2009-05-14 2011-11-16 奥林巴斯医疗株式会社 摄像装置
JP2016123087A (ja) * 2014-12-10 2016-07-07 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置および電子機器

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0519105B1 (en) 1991-06-20 1995-08-02 Hewlett-Packard GmbH Photodiode array
US6919551B2 (en) * 2002-08-29 2005-07-19 Micron Technology Inc. Differential column readout scheme for CMOS APS pixels
JP4743007B2 (ja) * 2006-06-16 2011-08-10 ソニー株式会社 画像処理装置および画像処理方法、記録媒体、並びに、プログラム
JP2009193429A (ja) * 2008-02-15 2009-08-27 Mitsubishi Electric Corp 画像読取装置
JP5642344B2 (ja) * 2008-11-21 2014-12-17 オリンパスイメージング株式会社 画像処理装置、画像処理方法、および、画像処理プログラム
CN104485341A (zh) 2009-11-06 2015-04-01 株式会社半导体能源研究所 半导体装置
JP5555864B2 (ja) * 2009-12-22 2014-07-23 株式会社ブルックマンテクノロジ 絶縁ゲート型半導体素子及び絶縁ゲート型半導体集積回路
JP5526840B2 (ja) * 2010-02-09 2014-06-18 ソニー株式会社 画像信号処理装置、撮像装置、画像信号処理方法、およびプログラム
KR101303868B1 (ko) 2011-10-13 2013-09-04 한국과학기술연구원 컬러 이미지 센서
JP2013258675A (ja) * 2012-05-16 2013-12-26 Canon Inc 画像処理装置、画像処理方法およびプログラム、並びに撮像装置
US9940533B2 (en) 2014-09-30 2018-04-10 Qualcomm Incorporated Scanning window for isolating pixel values in hardware for computer vision operations
WO2017009944A1 (ja) 2015-07-14 2017-01-19 オリンパス株式会社 固体撮像装置
DE112018002719T5 (de) * 2017-05-26 2020-02-13 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Abbildungsvorrichtung und elektronisches Gerät

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02242488A (ja) * 1989-03-16 1990-09-26 Masayoshi Umeno 画像処理装置
CN1711752A (zh) * 2002-11-07 2005-12-21 罗姆股份有限公司 平面图像传感器
EP1583356A1 (en) * 2002-12-27 2005-10-05 Nikon Corporation Image processing device and image processing program
JP2008160132A (ja) * 2006-12-22 2008-07-10 Magnachip Semiconductor Ltd フローティングベース読み取り概念を有するｃｍｏｓイメージセンサ
JP2009064162A (ja) * 2007-09-05 2009-03-26 Fuji Heavy Ind Ltd 画像認識システム
CN102245078A (zh) * 2009-05-14 2011-11-16 奥林巴斯医疗株式会社 摄像装置
JP2016123087A (ja) * 2014-12-10 2016-07-07 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置および電子機器

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11943554B2 (en) 2019-04-29 2024-03-26 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Imaging device operated by switching between product-sum operation
US11937007B2 (en) 2019-07-26 2024-03-19 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Imaging device, operation method thereof, and electronic device
US11849234B2 (en) 2019-08-09 2023-12-19 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Imaging device or imaging system
US11956570B2 (en) 2019-09-20 2024-04-09 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Imaging system and electronic device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2022105562A (ja) 2022-07-14
JP7322239B2 (ja) 2023-08-07
KR20200012917A (ko) 2020-02-05
JP2020156096A (ja) 2020-09-24
DE112018002719T5 (de) 2020-02-13
KR102554664B1 (ko) 2023-07-11
US20210134860A9 (en) 2021-05-06
JPWO2018215882A1 (ja) 2020-05-21
CN114628425A (zh) 2022-06-14
US20230387147A1 (en) 2023-11-30
US11101302B2 (en) 2021-08-24
WO2018215882A1 (ja) 2018-11-29
CN110651468B (zh) 2022-03-22
US20210384239A1 (en) 2021-12-09
US20200176493A1 (en) 2020-06-04
JP2023129625A (ja) 2023-09-14
US11728355B2 (en) 2023-08-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110651468B (zh) 摄像装置及电子设备
JP7467587B2 (ja) 撮像装置及び電子機器
JP7335990B2 (ja) 撮像装置
TWI758307B (zh) 攝像裝置及包括攝像裝置的晶片
WO2020222059A1 (ja) 撮像装置、その動作方法、および電子機器
WO2021191719A1 (ja) 撮像装置および電子機器
CN114207828A (zh) 摄像装置及电子设备
WO2020250095A1 (ja) 撮像装置および電子機器
WO2021214616A1 (ja) 撮像装置
WO2021053449A1 (ja) 撮像システムおよび電子機器
CN115428437A (zh) 摄像装置及电子设备
TW202209659A (zh) 攝像裝置及電子裝置
CN112425152A (zh) 摄像装置及电子设备
CN112534802A (zh) 摄像装置的工作方法
JP2018164139A (ja) 撮像装置および電子機器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant