CN112534802B - 摄像装置的工作方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种包括微型化了的像素的摄像装置。像素设置有光电转换元件、第一及第二晶体管以及电容器。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栅极电连接，第二晶体管的栅极与电容器的一个电极电连接。在第一期间，向电容器的另一个电极供应第一电位且使第一晶体管成为开启状态，由此将对应于照射到光电转换元件的光的照度的摄像数据写入到像素中。另外，在第二期间，向电容器的另一个电极供应第二电位，由此从像素读出摄像数据。

Description

摄像装置的工作方法
技术领域
本发明的一个方式涉及一种摄像装置及其工作方法。
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、电子设备有时包含半导体装置。
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公开了将作为关态电流极低的晶体管的包括氧化物半导体的晶体管用于像素电路的摄像装置。
另外，专利文献2公开了使像素微型化的摄像装置。
[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]国际公开第2016/158439号
发明内容
发明所要解决的技术问题
通过摄像装置所包括的像素微型化，可以获取高分辨率的摄像数据。另一方面，尤其是在前照式摄像装置中，因像素所包括的光电转换元件的微型化而光电转换元件的受光面积缩小，由此有时降低像素的光检测灵敏度。另外，有时因像素的微型化而能够作为摄像数据保持在像素中的电荷量变小。由此，尤其是在低照度下的摄像中，摄像数据的S/N比有时下降。
因此，本发明的一个方式的目的之一是提供一种包括微型化了的像素的摄像装置的工作方法。此外，本发明的一个方式的目的之一是提供受光面积大的摄像装置的工作方法。此外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种光检测灵敏度高的摄像装置的工作方法。此外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种S/N比高的摄像装置的工作方法。此外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种能够获取高品质的摄像数据的摄像装置的工作方法。此外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种高动态范围的摄像装置的工作方法。此外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种抑制发生不正常工作的摄像装置的工作方法。此外，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的工作方法。此外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种新颖摄像装置的工作方法。此外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种新颖摄像装置等。此外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种新颖半导体装置等。
注意，这些目的的记载不妨碍其他目的的存在。本发明的一个方式并不需要实现所有上述目的。另外，这些目的之外的目的根据说明书、附图、权利要求书等的记载来看是自然明了的，可以从说明书、附图、权利要求书等的记载得出上述以外的目的。
解决技术问题的手段
本发明的一个方式是一种摄像装置的工作方法，该摄像装置包括像素，其中，像素包括光电转换元件、第一晶体管、第二晶体管以及电容器，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栅极电连接，第二晶体管的栅极与电容器的一个电极电连接，在第一期间，向电容器的另一个电极供应第一电位且使第一晶体管成为开启状态，由此将对应于照射到光电转换元件的光的照度的摄像数据写入到像素中，并且，在第二期间，向电容器的另一个电极供应第二电位，由此从像素读出摄像数据。
另外，在上述方式中，在第一期间，第二晶体管也可以处于关闭状态，在第二期间，第二晶体管也可以处于开启状态。
另外，在上述方式中，第二晶体管也可以为n沟道型晶体管，第二电位也可以高于第一电位。
另外，在上述方式中，第二晶体管也可以为p沟道型晶体管，第二电位也可以低于第一电位。
另外，本发明的一个方式是一种摄像装置的工作方法，该摄像装置包括像素，其中，像素包括光电转换元件、第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管以及电容器，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栅极电连接，第二晶体管的栅极与第三晶体管的源极和漏极中的一个电连接，第三晶体管的源极和漏极中的一个与电容器的一个电极与电连接，在第一期间，使第三晶体管成为开启状态，由此使第二晶体管的栅极的电位复位，在第二期间，向电容器的另一个电极供应第一电位且使第一晶体管成为开启状态且使第三晶体管成为关闭状态，由此将对应于照射到光电转换元件的光的照度的摄像数据写入到像素中，并且，在第三期间，向电容器的另一个电极供应第二电位，由此从像素读出摄像数据。
另外，在上述方式中，在第一及第二期间，第二晶体管也可以处于关闭状态，在第三期间，第二晶体管也可以处于开启状态。
另外，在上述方式中，第二晶体管也可以为n沟道型晶体管，第二电位也可以高于第一电位。
另外，在上述方式中，第二晶体管也可以为p沟道型晶体管，第二电位也可以低于第一电位。
另外，在上述方式中，第一晶体管也可以在沟道形成区域包括金属氧化物，金属氧化物也可以包含In、Zn及M(M为Al、Ti、Ga、Sn、Y、Zr、La、Ce、Nd或Hf)。
发明效果
通过使用本发明的一个方式，可以提供一种包括微型化了的像素的摄像装置的工作方法。此外，可以提供一种受光面积大的摄像装置的工作方法。此外，可以提供一种光检测灵敏度高的摄像装置的工作方法。此外，可以提供一种S/N比高的摄像装置的工作方法。此外，可以提供一种能够获取高品质的摄像数据的摄像装置的工作方法。此外，可以提供一种高动态范围的摄像装置的工作方法。此外，可以提供一种抑制发生不正常工作的摄像装置的工作方法。此外，可以提供一种可靠性高的摄像装置的工作方法。此外，可以提供一种新颖摄像装置的工作方法。此外，可以提供一种新颖摄像装置等。此外，可以提供一种新颖半导体装置等。
附图说明
[图1]图1A是说明像素的结构例子的图。图1B是说明像素的工作的一个例子的图。
[图2]图2A是说明像素的结构例子的图。图2B是说明像素的工作的一个例子的图。
[图3]图3是说明摄像装置的结构例子的图。
[图4]图4是说明摄像装置的结构例子的图。
[图5]图5是说明摄像装置的结构例子的图。
[图6]图6是说明摄像装置的结构例子的图。
[图7]图7是说明摄像装置的结构例子的图。
[图8]图8是说明摄像装置的工作的一个例子的图。
[图9]图9A至图9D是说明像素的结构例子的图。
[图10]图10A至图10C是说明摄像装置的结构例子的图。
[图11]图11A至图11E是说明摄像装置的结构例子的图。
[图12]图12A及图12B是说明摄像装置的结构例子的图。
[图13]图13A及图13B是说明摄像装置的结构例子的图。
[图14]图14A至图14C是说明摄像装置的结构例子的图。
[图15]图15A1至图15A3以及图15B1至图15B3是说明容纳摄像装置的封装及模块的结构例子的立体图。
[图16]图16A至图16F是说明电子设备的一个例子的图。
具体实施方式
下面，参照附图对实施方式进行说明。注意，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，就是实施方式可以以多个不同形式来实施，其方式和详细内容可以在不脱离本发明的宗旨及其范围的条件下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下面的实施方式所记载的内容中。
下面所示的多个实施方式可以适当地组合。另外，当在一个实施方式中示出多个结构例子时，可以适当地相互组合这些结构例子。
本说明书的方框图示出在独立的方框中根据其功能进行分类的构成要素，但是，实际的构成要素难以根据功能被清楚地划分，一个构成要素有时具有多个功能。
在附图等中，为了方便起见，有时夸大表示大小、层的厚度或区域。因此，本发明并不局限于附图中的尺寸。在附图中，示意性地示出理想的例子，因此本发明不局限于附图所示的形状或数值等。
在附图等中，有时使用同一附图标记表示同一构成要素、具有相同功能的构成要素、由同一材料形成的构成要素或者同时形成的构成要素等，并且有时省略重复说明。
在本说明书等中，“膜”和“层”可以互相调换。例如，有时可以将“导电层”调换为“导电膜”。此外，有时可以将“绝缘膜”调换为“绝缘层”。
在本说明书等中，“上”及“下”等表达配置的词句不局限于构成要素的位置关系为“直接在…之上”或“直接在…之下”。例如，“栅极绝缘层上的栅电极”包括在栅极绝缘层和栅电极之间包含另一构成要素的情况。
另外，本说明书等中的“第一”、“第二”、“第三”等的序数词是为了避免构成要素的混淆而附记的，而不是用于在数目方面上进行限制。
在本说明书等中，“电连接”包括通过“具有某种电作用的元件”连接的情况。这里，“具有某种电作用的元件”只要可以进行连接对象间的电信号的授受，就对其没有特别的限制。例如，“具有某种电作用的元件”不仅包括电极和布线，而且还包括晶体管等的开关元件、电阻器、电感器、电容器、其他具有各种功能的元件等。
注意，在本说明书等中，“电压”大多是指某个电位与基准电位(例如接地电位)之间的电位差。因此，电压和电位差可以互相调换。此外，有时使用“电压”表示“电位”。此外，有时使用“电位”表示“与某个电位(基准电位、接地电位等)的电位差”。因此，“电位”和“电压”有时可以互相调换。
在本说明书等中，晶体管是指至少包括栅极、漏极以及源极这三个端子的组件。晶体管在漏极(漏极端子、漏区域或漏电极)与源极(源极端子、源区域或源电极)之间具有形成沟道的区域(以下也称为沟道形成区域)，并且通过沟道形成区域电流能够流过源极和漏极之间。注意，在本说明书等中，沟道形成区域是指电流主要流过的区域。
另外，在使用极性不同的晶体管的情况或电路工作中的电流方向变化的情况等下，源极的功能及漏极的功能有时互相调换。因此，在本说明书等中，“源极”和“漏极”可以互相调换。
此外，在本说明书等中，在没有特别的说明的情况下，关态电流(off-statecurrent)是指晶体管处于关闭状态(也称为非导通状态、遮断状态)时的漏极电流。在上述关态电流的说明中，可以将漏极换称为源极。也就是说，关态电流有时指晶体管处于关闭状态时的源极电流。另外，泄漏电流有时指与关态电流相同的意思。在本说明书等中，关态电流例如有时指在晶体管处于关闭状态时流在源极与漏极间的电流。
在本说明书等中，金属氧化物(metal oxide)是指广义上的金属的氧化物。金属氧化物被分类为氧化物绝缘体、氧化物导电体(包括透明氧化物导电体)和氧化物半导体(也称为Oxide Semiconductor)等。
例如，在将金属氧化物用于晶体管的沟道形成区域的情况下，有时将该金属氧化物称为氧化物半导体。换言之，在金属氧化物具有放大作用、整流作用和开关作用中的至少一个的情况下，可以将该金属氧化物称为金属氧化物半导体(metal oxidesemiconductor)。也就是说，可以将在沟道形成区域中包含金属氧化物的晶体管称为“氧化物半导体晶体管”、“OS晶体管”。
此外，在本说明书等中，有时将包含氮的金属氧化物也称为金属氧化物(metaloxide)。此外，也可以将包含氮的金属氧化物称为金属氧氮化物(metal oxynitride)。将在后面说明金属氧化物的详细内容。
(实施方式1)
在本实施方式中，说明本发明的一个方式的摄像装置及其工作方法。
本发明的一个方式是设置有不包括选择晶体管的像素的摄像装置的工作方法。该像素包括具有在读出被写入的摄像数据时放大该摄像数据的功能的放大晶体管、以及具有将被写入的摄像数据作为电荷保持的功能的电容器。放大晶体管的栅极与电容器的一个电极电连接。
在本发明的一个方式的摄像装置的工作方法中，使向电容器的另一个电极供应的电位在向像素写入摄像数据的期间与从像素读出摄像数据的期间不同。具体而言，以在向像素写入摄像数据的期间放大晶体管成为关闭状态且在从像素读出摄像数据的期间放大晶体管成为开启状态的方式调整向电容器的另一个电极供应的电位。由此，即使在像素中不设置选择晶体管也可以使摄像装置正常地工作。
在本说明书等中的n沟道型晶体管中，例如，关闭状态是指相对于源极的栅极的电压Vgs低于阈值电压的状态，开启状态是指相对于源极的栅极的电压Vgs为阈值电压以上的状态。另外，在p沟道型晶体管中，例如，关闭状态是指相对于源极的栅极的电压Vgs高于阈值电压的状态，开启状态是指相对于源极的栅极的电压Vgs为阈值电压以下的状态。
因为通过在像素中不设置选择晶体管而可以减少设置在像素中的晶体管个数，所以可以使像素微型化。另外，尤其在本发明的一个方式的摄像装置是前照式摄像装置的情况下，可以增加设置在像素中的光电转换元件的受光面积，而可以提高像素的光检测灵敏度。再者，因为可以增加设置在像素中的电容器及放大晶体管等的占有面积，可以增加作为摄像数据能够保持在像素中的电荷量。由此，可以在使像素微型化的同时提高S/N比。因此，本发明的一个方式的摄像装置可以获取高品质的摄像数据。
<像素的结构例子1>
图1A是说明可用于本发明的一个方式的摄像装置的像素10的结构例子的图。像素10包括光电转换元件11、晶体管12、晶体管13、电容器14以及晶体管15。在此，晶体管12、晶体管13及晶体管15都可以为n沟道型晶体管。另外，为了便于说明，在图1A中示出不包括在像素10中的电流源16。注意，在示出像素10的结构例子的其他附图中也示出不包括在像素10中的电流源16。
光电转换元件11的一个电极(在图1A中为阳极)与晶体管12的源极和漏极中的一个电连接。晶体管12的源极和漏极中的另一个与晶体管13的源极和漏极中的一个电连接。晶体管13的源极和漏极中的一个与电容器14的一个电极电连接。电容器14的一个电极与晶体管15的栅极电连接。
在此，将晶体管12的源极和漏极中的另一个、晶体管13的源极和漏极中的一个、电容器14的一个电极及晶体管15的栅极电连接的布线记为节点FD。
晶体管12的栅极与布线22电连接。晶体管13的栅极与布线23电连接。电容器14的另一个电极与布线24电连接。晶体管15的源极和漏极中的一个与布线25电连接。布线25与电流源16的一个电极电连接。
光电转换元件11的另一个电极(在图1A中为阴极)与布线31电连接。晶体管13的源极和漏极中的另一个与布线33电连接。晶体管15的源极和漏极中的另一个与布线35电连接。电流源16的另一个电极与布线36电连接。
布线22及布线23被用作栅极线，控制晶体管12的开启/关闭的信号通过布线22被供应到晶体管12，控制晶体管13的开启/关闭的信号通过布线23被供应到晶体管13。布线24被用作信号线，信号通过布线24被供应到电容器14的另一个电极。布线25被用作数据线，写入到像素10中的摄像数据通过布线25被输出到像素10的外部作为信号OUT。
布线31、布线35及布线36被用作电源线，向布线31、布线35及布线36例如可以供应固定电位。在此，将供应到布线31的电位记为电位VPD，将供应到布线35中的电位记为电位VPI，将供应到布线36的电位记为电位VPO。电位VPD例如可以为高电位。
在本说明书等中，低电位例如可以为接地电位或负电位。另外，高电位可以为高于低电位的电位，例如可以为正电位。此外，也可以将低电位为正电位且将高电位为高于低电位的正电位。
布线33被用作复位电源线，可以向布线33供应作为复位电位的电位VRS。电位VRS可以为低于电位VPD的电位，例如可以为负电位。
作为光电转换元件11可以使用光电二极管。当向光电转换元件11照射光时，对应于该光的照度的电荷被储存到光电转换元件11。
晶体管12被用作转移晶体管，该晶体管控制通过对光电转换元件11进行曝光而储存到光电转换元件11的电荷的向节点FD的转移。通过使晶体管12成为开启状态，储存在光电转换元件11中的电荷被转移到节点FD中。由此，节点FD的电位成为对应于照射到光电转换元件11的光的照度的电位，摄像数据被写入到像素10中。然后，使晶体管12成为关闭状态，由此在节点FD中保持电荷。因此，写入到像素10中的摄像数据被保持。
晶体管13被用作控制节点FD的电位的复位的复位晶体管。通过在向光电转换元件11开始进行曝光之前使晶体管12及晶体管13成为开启状态，可以使储存在光电转换元件11及节点FD中的电荷复位。由此，可以使节点FD的电位复位。具体而言，节点FD的电位例如可以为电位VRS。
电容器14具有将从光电转换元件11转移到节点FD中的电荷等保持的功能。晶体管15被用作放大保持在像素10中的摄像数据而将其读出到像素10的外部的放大晶体管。
电流源16具有使流在布线25中的电流设为固定值的功能。电流源16例如可以由晶体管构成。当电流源16为晶体管时，可以使该晶体管的源极和漏极中的一个与布线25电连接，而使该晶体管的源极和漏极中的另一个与布线36电连接。另外，可以向该晶体管的栅极供应偏置电位，该晶体管可以说被用作偏置晶体管。
如上所述，布线35及布线36被供应固定电位。因此，可以说，由晶体管15和电流源16构成源极接地放大电路或源极跟随电路。在此，在图1A所示的结构的像素10中，晶体管15为n沟道型晶体管。因此，可以说，在电位VPI低于电位VPO时构成源极接地放大电路，在电位VPI高于电位VPO时构成源极跟随电路。例如，在电位VPI为低电位且电位VPO为高电位时，可以说由晶体管15和电流源16构成源极接地放大电路。另外，在电位VPI为高电位且电位VPO为低电位时，可以说由晶体管15和电流源16构成源极跟随电路。
在图1A所示的电流源16中，以箭头表示当由晶体管15和电流源16构成源极接地放大电路时流过电流源16的电流的方向。在其他附图中的电流源中也以箭头表示当由该电流源和放大晶体管构成源极接地放大电路时流过该电流源的电流的方向。
在如图1A所示那样晶体管15为n沟道型晶体管的情况下，当由晶体管15和电流源16构成源极接地放大电路且晶体管15的栅极电压，即节点FD的电位VFD成为电位“VPI+Vth”以上时，晶体管15成为开启状态，而布线25的电位成为电位“VFD+Vth”。另外，当由晶体管15和电流源16构成源极跟随电路且晶体管15的栅极电压成为电位“VPO+Vth+VCSN”以上时，晶体管15成为开启状态，而布线25的电位成为电位“VFD-Vth”。在此，电位Vth表示晶体管15的阈值电压。另外，在晶体管15为n沟道型晶体管的情况下，当由晶体管15和电流源16构成源极跟随电路时，电流在电流源16的一个电极的电位与电流源16的另一个电极的电位之差为电位VCSN以上时流过电流源16。
当由晶体管15和电流源16构成源极接地放大电路时，可以使像素10高速地工作。另一方面，当由晶体管15和电流源16构成源极跟随电路时，可以使信号OUT的电位的精度高。
如图1A所示，像素10不设置有选择晶体管，该选择晶体管具有选择读出摄像数据的像素10的功能，并且例如可以以源极和漏极中的一个与晶体管15的源极和漏极中的一个电极电连接且源极和漏极中的另一个与布线25电连接的方式设置。由此，被用作放大晶体管的晶体管15的源极和漏极中的一个与被用作数据线的布线25电连接，晶体管15的源极和漏极中的另一个与被用作电源线的布线35电连接。
在此，通过作为晶体管12及晶体管13使用关态电流极低的晶体管，可以使节点FD中保持电荷的期间极长。因此，可以极长期间保持写入到像素10中的摄像数据。由此，将在后面说明详细内容，可以在不使电路结构及/或工作方法复杂的情况下采用在所有像素中同时进行电荷储存工作的全局快门方式。作为关态电流极低的晶体管，例如可以举出OS晶体管。
晶体管15也可以使用OS晶体管。通过本发明的一个方式的摄像装置所包括的所有晶体管都使用OS晶体管，可以以简单方法制造摄像装置。
另外，也可以任意组合而使用OS晶体管和将硅用于沟道形成区域的晶体管(以下，Si晶体管)。另外，所有晶体管也都可以使用Si晶体管。作为Si晶体管，可以举出包含非晶硅的晶体管、包含结晶硅(典型的为低温多晶硅)的晶体管、包含单晶硅的晶体管等。
图1B是说明图1A所示的结构的像素10的工作的一个例子的时序图。在图1B等中，“H”表示高电位，“L”表示低电位。另外，如上所述那样，电位Vth表示晶体管15的阈值电压。
在此，由晶体管15和电流源16构成源极接地放大电路。另外，节点FD的电容耦合系数为k(k为大于0且1以下的实数)。在此，k从电容器14的电容、晶体管15的栅极电容以及寄生电容等算出。
再者，不考虑电位的分布、耦合或损耗等起因于电路的结构、工作时序等的电位的详细变化。图1B之外的时序图也是同样的。
在时刻T1至时刻T2，使布线22及布线23的电位成为高电位且布线24的电位为电位Vwrite，由此晶体管12及晶体管13成为开启状态而节点FD的电位成为复位电位的电位VRS。由此，储存在光电转换元件11及节点FD中的电荷复位。因此，时刻T1至时刻T2可以说是进行复位工作的期间。注意，将在后面说明电位Vwrite。
在此，电位VRS可以为电位“VPI+Vth”以下的电位，并且如上所述那样，晶体管15为n沟道型晶体管。因此，在时刻T1至时刻T2，晶体管15为关闭状态。
在时刻T2至时刻T3，使布线22的电位成为高电位且使布线23的电位成为低电位，由此晶体管12为开启状态且晶体管13成为关闭状态。由此，根据照射到光电转换元件11的光的照度储存到光电转换元件11的电荷被转移到节点FD中。在此，例如，由于可以为高电位的电位VPD高于电位VRS，因此根据照射到光电转换元件11的光的照度节点FD的电位上升。由此，向像素10写入摄像数据。因此，时刻T2至时刻T3可以说是进行写入工作的期间。注意，布线24的电位为电位Vwrite。
在时刻T3至时刻T4，使布线22及布线23的电位成为低电位，由此晶体管12及晶体管13成为关闭状态。由此，写入工作结束而节点FD的电位被保持。因此，在像素10中保持摄像数据。因此，时刻T3至时刻T4可以说是进行保持工作的期间。注意，布线24的电位为电位Vwrite。
在此，在时刻T2至时刻T4，优选的是，以不依赖于照射到光电转换元件11的光的照度晶体管15都处于关闭状态的方式设定电位VRS的大小。具体而言，优选的是，以即使在照射到光电转换元件11的光中可设想为最大照度的光被照射到光电转换元件11的情况下晶体管15的栅极的电位也低于电位“VPI+Vth”的方式设定电位VRS的高度。例如，当电位VPI为接地电位时，电位VRS优选为负电位。由此，可以抑制非意图性的电流通过晶体管15流过布线25。因此，可以抑制本发明的一个方式的摄像装置的不正常工作。
在时刻T4至时刻T5，布线22及布线23的电位为低电位。由此，晶体管12及晶体管13为关闭状态。另外，使布线24的电位成为电位Vread。在此，电位Vread为高于电位Vwrite的电位。由此，通过电容耦合节点FD的电位上升了电位“k(Vread-Vwrite)”，从而晶体管15成为开启状态。晶体管15成为开启状态，由此被用作数据线的布线25的电位成为对应于节点FD的电位的电位。也就是说，保持在像素10中的摄像数据被读出。因此，时刻T4至时刻T5可以说是进行读出工作的期间。
在此，电位“Vread-Vwrite”的高度优选为电位“{(VPI+Vth)-VRS}/k”以上。由此，可以使晶体管15成为开启状态而不依赖于照射到光电转换元件11的光的照度。具体而言，即使时刻T3至时刻T4的节点FD的电位为电位VRS也可以使晶体管15的栅极的电位成为电位“VPI+Vth”以上，所以可以使晶体管15成为开启状态。由此，即使照射到光电转换元件11的光的照度低的情况下也可以从像素10准确地读出摄像数据，所以可以提高本发明的一个方式的摄像装置的动态范围。
在时刻T5至时刻T6，布线22及布线23的电位为低电位且使布线24的电位成为电位Vwrite。由此，晶体管12、晶体管13及晶体管15成为关闭状态，读出工作结束。以上是像素10的工作的一个例子。如上所述那样，将布线24的电位在进行写入工作的期间设为电位Vwrite，而在进行读出工作的期间设为电位Vread。因此，电位Vwrite可以说是写入电位，电位Vread可以说是读出电位。
如上所述那样，虽然像素10不包括选择晶体管，但可以以图1B所示的方法使像素10工作。通过采用像素10不包括选择晶体管的结构，可以减少设置在像素10中的晶体管个数，所以可以使像素10微型化。另外，尤其在本发明的一个方式的摄像装置是前照式摄像装置的情况下，可以增加光电转换元件11的受光面积，而可以提高像素10的光检测灵敏度。再者，可以增加电容器14及晶体管15等的占有面积而增加能够保持在节点FD中的电荷量。由此，可以在使像素10微型化的同时提高S/N比。因此，本发明的一个方式的摄像装置可以获得高品质的摄像数据。
<像素的结构例子2>
图2A是说明像素10的结构例子的图，并是图1A所示的结构的变形例子。图2A所示的像素10的结构与图1A所示的像素10的结构不同之处在于：晶体管15为p沟道型晶体管。
在图2A所示的结构的像素10中，可以使光电转换元件11的阴极与晶体管12的源极和漏极中的一个电连接，而使光电转换元件11的阳极与布线31电连接。另外，电位VPD例如可以为低电位。再者，电位VRS可以为高于电位VPD的电位。
与图1A所示的结构的像素10同样，即使像素10具有图2A所示的结构，也可以说由晶体管15和电流源16构成源极接地放大电路或源极跟随电路。在此，在图2A所示的结构的像素10中，晶体管15为p沟道型晶体管。因此，可以说，在电位VPI高于电位VPO时构成源极接地放大电路，在电位VPI低于电位VPO时构成源极跟随电路。例如，在电位VPI为高电位且电位VPO为低电位时，可以说由晶体管15和电流源16构成源极接地放大电路。另外，在电位VPI为低电位且电位VPO为高电位时，可以说由晶体管15和电流源16构成源极跟随电路。
在如图2A所示那样晶体管15为p沟道型晶体管的情况下，当由晶体管15和电流源16构成源极接地放大电路时，晶体管15的栅极电压，即节点FD的电位VFD成为电位“VPI+Vth”以下，由此晶体管15成为开启状态，而布线25的电位成为电位“VFD-Vth”。另外，当由晶体管15和电流源16构成源极跟随电路时，晶体管15的栅极电压成为电位“VPO+Vth-VCSP”以下，由此晶体管15成为开启状态，而布线25的电位成为电位“VFD+Vth”。在此，在晶体管15为p沟道型晶体管的情况下，当由晶体管15和电流源16构成源极跟随电路时，电流在电流源16的一个电极的电位与电流源16的另一个电极的电位之差为电位VCSP以下(电流源16的另一个电极的电位与电流源16的一个电极的电位之差为电位VCSP以上)时流过电流源16。
图2B是说明图2A所示的结构的像素10的工作的一个例子的时序图。
在时刻T1至时刻T2，使布线22及布线23的电位成为高电位，由此晶体管12及晶体管13成为开启状态而节点FD的电位成为复位电位的电位VRS。由此，储存在光电转换元件11及节点FD中的电荷复位。在此，电位VRS可以为电位“VPI+Vth”以上的电位，并且如上所述那样，晶体管15为p沟道型晶体管。因此，在时刻T1至时刻T2，晶体管15成为关闭状态。注意，布线24的电位为电位Vwrite。
在时刻T2至时刻T3，布线22的电位为高电位且使布线23的电位成为低电位，由此晶体管12为开启状态且晶体管13成为关闭状态。由此，根据照射到光电转换元件11的光的照度储存到光电转换元件11的电荷被转移到节点FD中。在此，例如，由于可以为低电位的电位VPD低于电位VRS，因此根据照射到光电转换元件11的光照度而节点FD的电位下降。由此，向像素10写入摄像数据。注意，布线24的电位为电位Vwrite。
在时刻T3至时刻T4，使布线22及布线23的电位成为低电位，由此晶体管12及晶体管13成为关闭状态。由此，写入工作结束而节点FD的电位被保持。因此，在像素10中保持摄像数据。注意，布线24的电位为电位Vwrite。
在此，在时刻T2至时刻T4，优选的是，以不依赖于照射到光电转换元件11的光的照度晶体管15都处于关闭状态的方式设定电位VRS的高度。具体而言，优选的是，以即使在照射到光电转换元件11的光中可设想为最大照度的光被照射到光电转换元件11的情况下晶体管15的栅极的电位也高于电位“VPI+Vth”的方式设定电位VRS的高度。由此，可以抑制非意图性的电流通过晶体管15流过布线25。因此，可以抑制本发明的一个方式的摄像装置的不正常工作。
在时刻T4至时刻T5，布线22及布线23的电位为低电位。由此，晶体管12及晶体管13为关闭状态。另外，使布线24的电位成为电位Vread。在此，电位Vread为低于电位Vwrite的电位。由此，通过电容耦合节点FD的电位下降了电位“k(Vwrite-Vread)”，从而晶体管15成为开启状态。晶体管15成为开启状态，由此被用作数据线的布线25的电位成为对应于节点FD的电位的电位。也就是说，保持在像素10中的摄像数据被读出。
在此，电位“Vwrite-Vread”的高度优选为电位“{VRS-(VPI+Vth)}/k”以上。由此，可以使晶体管15成为开启状态而不依赖于照射到光电转换元件11的光的照度。具体而言，即使时刻T3至时刻T4的节点FD的电位为电位VRS也可以使晶体管15的栅极的电位成为电位“VPI+Vth”以下，所以可以使晶体管15成为开启状态。由此，即使照射到光电转换元件11的光的照度低的情况下也可以从像素10准确地读出摄像数据，所以可以提高本发明的一个方式的摄像装置的动态范围。
在时刻T5至时刻T6，布线22及布线23的电位为低电位且使布线24的电位成为电位Vwrite。由此，晶体管12、晶体管13及晶体管15成为关闭状态，读出工作结束。以上是图2A所示的结构的像素10的工作的一个例子。
在图1A所示的结构的像素10及图2A所示的结构的像素10中，晶体管12和晶体管13中的一方或双方可以为p沟道型晶体管。另外，在之后的附图所示的结构的像素10中，晶体管12和晶体管13中的一方或双方也可以为p沟道型晶体管。在此情况下，通过根据需要调换电位的大小关系，像素10的工作也可以参照图1B、图2B等。
<摄像装置的结构例子1>
图3是说明本发明的一个方式的摄像装置的结构例子的方框图。该摄像装置包括摄像部41、信号生成电路44、栅极驱动电路42、CDS电路45、数据驱动电路46、A/D转换电路47以及电源电路48。另外，在摄像部41中像素10排列为矩阵状。
如上所述那样，布线25与电流源16的一个电极电连接。例如，可以采用一个布线25与一个电流源16电连接的结构。注意，当像素10具有图2A所示的结构时，流过电流源16的电流的方向与图3中的箭头所示的方向反转。
信号生成电路44通过被用作信号线的布线24与像素10电连接。例如，可以采用1行像素10通过1个布线24与信号生成电路44电连接的结构。
栅极驱动电路42通过被用作栅极线的布线22及布线23与像素10电连接。例如，可以采用1行像素10通过1个布线22及1个布线23与栅极驱动电路42电连接的结构。
CDS电路45通过被用作数据线的布线25与像素10电连接。例如，可以采用1列像素10通过1个布线25与CDS电路45电连接的结构。
数据驱动电路46与CDS电路45电连接，A/D转换电路47与数据驱动电路46电连接。
电源电路48通过被用作电源线的布线31及布线35、以及被用作复位电源线的布线33与像素10电连接。例如，可以采用所有像素10通过1个布线31、1个布线33及1个布线35与电源电路48电连接的结构。
信号生成电路44具有生成电位Vwrite及电位Vread的功能。也就是说，信号生成电路44具有生成在像素10进行写入工作时向像素10供应的信号的写入信号、以及在像素10进行读出工作时向像素10供应的信号的读出信号的功能。
栅极驱动电路42具有生成控制晶体管12的开启/关闭的信号以及控制晶体管13的开启/关闭的信号的功能。例如，当晶体管12为n沟道型晶体管时，在使晶体管12成为开启状态的情况下，栅极驱动电路42可以生成高电位的信号且将该信号供应给晶体管12中。
在图3所示的结构的摄像装置中，具有生成电位Vwrite及电位Vread的功能的电路与具有生成控制晶体管12及晶体管13的开启/关闭的信号的功能的电路不同。由此，可以使电位Vwrite及电位Vread的电位与控制晶体管12及晶体管13的开启/关闭的信号不同。例如，即使在栅极驱动电路42不具有生成负电位的情况下，也可以使电位Vwrite或电位Vread成为负电位。由此，与具有生成电位Vwrite及电位Vread的功能的电路和具有生成控制晶体管12及晶体管13的开启/关闭的信号的功能的电路相同时相比，例如可以扩大电位Vwrite和电位Vread之差。因此，可以提高本发明的一个方式的摄像装置的动态范围。
CDS电路45具有通过对从像素10输出的摄像数据的信号OUT进行相关双采样等来减少摄像数据的噪声的功能。数据驱动电路46具有选择读出所保持的摄像数据的像素10的列的功能。A/D转换电路47具有将模拟数据的摄像数据转换为数字数据的功能。电源电路48具有生成电位VPD、电位VRS及电位VPI的功能。
<摄像装置的结构例子2>
图4是说明本发明的一个方式的摄像装置的结构例子的方框图，并是图3所示的结构的变形例子。图4所示的摄像装置的结构与图3所示的摄像装置的结构不同之处在于：设置有光传感器49。
光传感器49与电源电路48电连接。光传感器49具有检测外部光照度的功能。光传感器49可以包括具有相同于光电转换元件11的结构的元件。
通过使摄像装置具有图4所示的结构，可以根据外光照度使作为复位电位的电位VRS产生变化。例如，当像素10具有图1A所示的结构时，在外光照度低，即昏暗的环境下可以使电位VRS高，在外光照度高，即明亮的环境下可以使电位VRS低。另外，例如，当像素10具有图2A所示的结构时，在昏暗的环境下可以使电位VRS低，在明亮的环境下可以使电位VRS高。由此抑制阴影过黑及高光过白，而可以提高本发明的一个方式的摄像装置的动态范围。
图5是说明本发明的一个方式的摄像装置的结构例子的方框图，并是图4所示的结构的变形例子。图5所示的摄像装置的结构与图4所示的摄像装置的结构不同之处在于：光传感器49与信号生成电路44电连接。
通过使摄像装置具有图5所示的结构，可以根据外光照度使电位Vwrite及/或电位Vread产生变化。例如，在昏暗的环境下可以使电位Vread与电位Vwrite之差大，在明亮的环境下可以使电位Vread与电位Vwrite之差小。由此抑制阴影过黑及高光过白，而可以提高本发明的一个方式的摄像装置的动态范围。
<摄像装置的结构例子3>
图6是说明本发明的一个方式的摄像装置的结构例子的方框图，并是图3所示的结构的变形例子。图6所示的摄像装置的结构与图3所示的摄像装置的结构不同之处在于：设置有检测电路50。
检测电路50与布线25电连接。检测电路50具有检测布线25的电位且根据所检测出的电位控制栅极驱动电路42、信号生成电路44及电源电路48的工作的功能。包括检测电路50的摄像装置例如可以根据进行读出工作时的布线25的电位的高度调整电位VRS、电位Vread或电位Vwrite的高度。例如，当像素10具有图1A所示的结构时，在进行读出工作时的布线25的电位高的情况下可以使电位VRS低。或者，可以使电位Vread与电位Vwrite之差小。由此，因为可以降低节点FD的电位，所以可以抑制发生高光过白。
另外，例如，当像素10具有图1A所示的结构时，在进行读出工作时的布线25的电位低的情况下可以使电位VRS高。或者，可以使电位Vread与电位Vwrite之差大。由此，因为可以提高节点FD的电位，所以可以抑制发生阴影过黑。
另外，例如，当像素10具有图2A所示的结构时，在进行读出工作时的布线25的电位低的情况下可以使电位VRS高。或者，可以使电位Vwrite与电位Vread之差小。由此，因为可以提高节点FD的电位，所以可以抑制发生高光过白。
另外，例如，当像素10具有图2A所示的结构时，在进行读出工作时的布线25的电位高的情况下可以使电位VRS低。或者，可以使电位Vwrite与电位Vread之差大。由此，因为可以降低节点FD的电位，所以可以抑制发生阴影过黑。
接着，在如上所述那样调整电位VRS、电位Vread或电位Vwrite的高度之后，可以再进行复位工作、写入工作及读出工作。如上所述，在本发明的一个方式的摄像装置中，可以抑制发生阴影过白及高光过黑，而可以提高动态范围。
检测电路50并不需要具有控制栅极驱动电路42、信号生成电路44和电源电路48的全部的功能。例如，当对电位VRS不进行根据布线25的电位的调整时，检测电路50并不需要具有控制电源电路48的功能。
<摄像装置的结构例子4>
图7是说明本发明的一个方式的摄像装置的结构例子的方框图，并是图3所示的结构的变形例子。图7所示的摄像装置的结构与图3所示的摄像装置的结构不同之处在于：所有像素10通过1个布线22及1个布线23与栅极驱动电路42电连接。在图7所示的结构的摄像装置中，摄像部41设置有n行(n为2以上的整数)像素10。
在本说明书等中，例如，将第1行像素10记为像素10[1]，将第2行像素10记为像素10[2]，将第n行像素10记为像素10[n]。另外，例如，将与像素10[1]电连接的布线24记为布线24[1]，将与像素10[2]电连接的布线24记为布线24[2]，将与像素10[n]电连接的布线24记为布线24[n]。
在图7所示的结构的摄像装置中，以全局快门方式进行向像素10的摄像数据的写入。由此，可以确保摄像的同时性，即使在拍摄对象快速移动的情况下也可以易于获得畸变较小的图像。因此，图7所示的摄像装置可以获得高品质的摄像数据。
图8是说明图7所示的结构的摄像装置所包括的n行像素10的工作的一个例子的时序图。在此，像素10具有图1A所示的结构。另外，电位Vread高于电位Vwrite。
在本说明书等中，例如将像素10[1]所包括的节点FD记为节点FD[1]，将像素10[2]所包括的节点FD记为节点FD[2]，像素10[n]所包括的节点FD记为节点FD[n]。另外，例如将节点FD[1]的电容耦合系数k记为电容耦合系数k1，将节点FD[2]的电容耦合系数k记为电容耦合系数k2，将节点FD[n]的电容耦合系数k记为电容耦合系数kn。
在时刻T1至时刻T2，使布线22及布线23的电位成为高电位，由此所有晶体管12以及所有晶体管13成为开启状态，节点FD[1]至节点FD[n]的电位成为复位电位的电位VRS。由此，储存在所有光电转换元件11以及节点FD[1]至节点FD[n]中的电荷复位。注意，布线24[1]至布线24[n]的电位为电位Vwrite。
在此，电位VRS可以为电位“VPI+Vth”以下的电位，并且如上所述那样，晶体管15为n沟道型晶体管。因此，在时刻T1至时刻T2，所有晶体管15成为关闭状态。
在时刻T2至时刻T3，使布线22的电位成为高电位且使布线23的电位成为低电位，由此所有晶体管12成为开启状态且所有晶体管13成为关闭状态。由此，根据照射到光电转换元件11的光的照度储存到光电转换元件11的电荷被转移到节点FD中。在此，例如，由于可以为高电位的电位VPD高于电位VRS，因此根据照射到光电转换元件11的光的照度而节点FD[1]至节点FD[n]的电位上升。由此，以全局快门方式向像素10[1]至像素10[n]写入摄像数据。注意，布线24[1]至布线24[n]的电位为电位Vwrite。
在时刻T3至时刻T4，使布线22及布线23的电位成为低电位，由此所有晶体管12以及所有晶体管13成为关闭状态。由此，写入工作结束而节点FD[1]至节点FD[n]的电位被保持。因此，在像素10[1]至像素10[n]中保持摄像数据。在此，如上所述那样，在时刻T2至时刻T4，优选的是，以不依赖于照射到光电转换元件11的光的照度晶体管15都处于关闭状态的方式设定电位VRS的高度。注意，布线24[1]至布线24[n]的电位为电位Vwrite。
在时刻T4至时刻T5，使布线22及布线23的电位成为低电位。由此，所有晶体管12及所有晶体管13成为关闭状态。另外，使布线24[1]的电位成为电位Vread，使布线24[2]至布线24[n]的电位成为电位Vwrite。由此，通过电容耦合节点FD[1]的电位上升了电位“k1(Vread-Vwrite)”，从而设置在像素10[1]中的晶体管15成为开启状态。晶体管15成为开启状态，由此被用作数据线的布线25的电位成为对应于节点FD[1]的电位的电位。也就是说，保持在像素10[1]中的摄像数据被读出。
在时刻T5至时刻T6，使布线22及布线23的电位成为低电位且使布线24[1]至布线24[n]的电位成为电位Vwrite。由此，所有晶体管12、所有晶体管13以及所有晶体管15成为关闭状态，保持在像素10[1]中的摄像数据的读出结束。
在时刻T6至时刻T7，使布线22及布线23的电位成为低电位。由此，所有晶体管12及所有晶体管13成为关闭状态。另外，使布线24[2]的电位成为电位Vread，使布线24[1]及布线24[3]至布线24[n]的电位成为电位Vwrite。由此，通过电容耦合节点FD[2]的电位上升了电位“k2(Vread-Vwrite)”，从而设置在像素10[2]中的晶体管15成为开启状态。晶体管15成为开启状态，由此被用作数据线的布线25的电位成为对应于节点FD[2]的电位的电位。也就是说，保持在像素10[2]中的摄像数据被读出。
在时刻T7至时刻T8，使布线22及布线23的电位成为低电位且使布线24[1]至布线24[n]的电位成为电位Vwrite。由此，所有晶体管12、所有晶体管13及所有晶体管15成为关闭状态，保持在像素10[2]中的摄像数据的读出结束。
另外，在保持在像素10[2]中的摄像数据的读出结束之后使布线24[3]至布线24[n-1]的电位依次成为电位Vread，由此保持在像素10[3]至像素10[n-1]中的摄像数据依次被读出。
在时刻T8至时刻T9，使布线22及布线23的电位成为低电位。由此，所有晶体管12及所有晶体管13成为关闭状态。另外，使布线24[n]的电位成为电位Vread且使布线24[1]至布线24[n-1]的电位成为电位Vwrite。由此，通过电容耦合节点FD[n]的电位上升了电位“kn(Vread-Vwrite)”，从而设置在像素10[n]中的晶体管15成为开启状态。晶体管15成为开启状态，由此被用作数据线的布线25的电位成为对应于节点FD[n]的电位的电位。也就是说，保持在像素10[n]中的摄像数据被读出。
在时刻T9至时刻T10，使布线22及布线23的电位成为低电位且使布线24[1]至布线24[n]的电位成为电位Vwrite。由此，所有晶体管12、所有晶体管13以及所有晶体管15成为关闭状态，保持在像素10[n]中的摄像数据的读出结束。
如上所述，对保持在所有像素10中的摄像数据进行读出。在此，如图8所示，在写入工作结束后，例如需要在节点FD[n]中长期间地保持电荷。因此，如上所述那样，晶体管12及晶体管13优选使用OS晶体管等关态电流极低的晶体管。
<像素的结构例子3>
图9A、图9B、图9C以及图9D是说明像素10的结构例子的图，并是图1A所示的结构的变形例子。图9A所示的像素10的结构与图1A所示的像素10的结构不同之处在于：晶体管13的源极和漏极中的一个与光电转换元件11的一个电极电连接。
另外，图9B所示的像素10的结构与图1A所示的像素10的结构不同之处在于：不设置有晶体管13。在图9B所示的结构的像素10中，通过使晶体管12成为开启状态且以相对于光电转换元件11顺向偏置的方式设定电位VPD与节点FD的电位的关系，可以使节点FD的电位复位。例如，通过与图1A所示的电位VRS同样地使电位VPD成为负电位，可以使节点FD的电位复位。
另外，图9C及图9D所示的像素10的结构与图1A所示的像素10的结构不同之处在于：晶体管12、晶体管13及晶体管15设置有背栅极。在图9C所示的结构的像素10中，通过向晶体管12、晶体管13及晶体管15的背栅极例如供应正电位可以提高该晶体管的通态电流，通过向它们供应负电位可以降低该晶体管的关态电流。
在图9D所示的结构的像素10中，背栅极与前栅极电连接。由此，可以容易控制背栅极的电位的同时提高晶体管的通态电流并降低其关态电流。
另外，也可以采用各晶体管能够进行适当的工作的结构，诸如组合图9C和图9D的结构。另外，像素10也可以包括不设置有背栅极的晶体管。
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10A是说明本发明的一个方式的摄像装置的结构例子的截面图。图10A示出设置在衬底101中的光电转换元件11、在衬底101中设置沟道形成区域的晶体管12及晶体管15、设置在晶体管12及晶体管15上的电容器14。
作为衬底101例如可以使用硅衬底。例如，可以使用单晶硅、非晶硅、微晶硅、多晶硅等。当作为衬底101使用硅衬底时，晶体管12及晶体管15等为Si晶体管。
在光电转换元件11中，层103a可以为p+型区域，层103b可以为p型区域，层103c可以为n+型区域。另外，层103b中设置有用来使层103c与构成布线31的导电层107电连接的区域105。例如，区域105可以为p+型区域。图10A所示的结构的摄像装置可以为前照式摄像装置。
图10B是沿着点划线A1-A2的截断面的截面图，并是晶体管12的沟道宽度方向上的截面图。注意，晶体管15等设置在衬底101中的其他晶体管的沟道宽度方向上的截面也可以为与图10B所示的结构同样的结构。
如图10B所示，晶体管12的沟道形成区域设置在衬底101的凸部上，以覆盖该凸部的方式设置有栅电极。就是说，可以说图10A及图10B所示的结构的晶体管12为鳍型晶体管。
图10C是说明本发明的一个方式的摄像装置的结构例子的截面图，晶体管12及晶体管15的结构与图10A所示的结构的摄像装置不同。在图10C中，平坦的衬底101设置有晶体管12及晶体管15。因此，可以说图10C所示的结构的晶体管12及晶体管15等为平面型晶体管。
图11A是说明本发明的一个方式的摄像装置的结构例子的截面图，设置在衬底101中的晶体管15的上方设置有晶体管12。就是说，层叠地设置有构成本发明的一个方式的摄像装置的晶体管。通过采用上述结构，可以使本发明的一个方式的摄像装置所包括的像素微型化。由此，可以增加光电转换元件11的受光面积，而可以提高本发明的一个方式的摄像装置所包括的像素的光检测灵敏度。另外，可以提高S/N比。如上所述，本发明的一个方式的摄像装置可以获得高品质的摄像数据。晶体管13等也可以具有与晶体管12相同的结构。
这里，在图11A所示的结构的摄像装置中，晶体管12可以为OS晶体管。由此，如实施方式1所说明，因为可以在电容器14中长期间地保持电荷，可以以全局快门方式进行向本发明的一个方式的摄像装置所包括的像素的摄像数据的写入。
图11B示出详细的OS晶体管。图11B所示的OS晶体管具有通过在金属氧化物层及导电层的叠层上设置绝缘层而在该绝缘层中设置到达该金属氧化物层的槽来形成源电极205及漏电极206的自对准型的结构。
除了形成在金属氧化物层207的沟道形成区域113、源极区域203及漏极区域204以外，OS晶体管还可以包括栅电极201及栅极绝缘膜202。在该槽中至少设置栅极绝缘膜202及栅电极201。在图11B所示的结构的OS晶体管中，金属氧化物层207a上设置有金属氧化物层207b，金属氧化物层207b上设置有金属氧化物层207c、源电极205及漏电极206。另外，在图11B等中，例如可以将金属氧化物层207a、金属氧化物层207b及金属氧化物层207c一并记为金属氧化物层207。
如图11C所示，OS晶体管也可以采用使用栅电极201作为掩模在金属氧化物层207中形成源极区域203及漏极区域204的自对准型的结构。
或者，如图11D所示，可以采用具有源电极205或漏电极206与栅电极201重叠的区域的非自对准型的顶栅极型晶体管。
图11A、图11B、图11C及图11D示出晶体管12包括背栅电极111的结构。通过向背栅电极111例如供应正电位可以提高晶体管12的通态电流，通过向其供应负电位可以降低晶体管12的关态电流。
图11E是沿着图11B所示的点划线B1-B2的截断面的截面图，并是晶体管12的沟道宽度方向上的截面图。如图11E所示，背栅电极111也可以与以隔着栅极绝缘膜202等彼此对置的方式设置的栅电极201电连接。由此，可以在使背栅电极111的电位的控制简化的同时提高晶体管12的通态电流并降低其关态电流。另外，晶体管12也可以不包括背栅电极111。
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109。也就是说，例如，可以在晶体管15与晶体管12之间设置绝缘层109。设置在Si晶体管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OS晶体管的沟道形成区域附近的绝缘层中的氢有可能成为金属氧化物层中生成载流子的原因之一。
通过使用绝缘层109在设置有Si晶体管的层中封闭氢，可以提高Si晶体管的可靠性。另外，由于抑制从设置有Si晶体管的层向设置有OS晶体管的层扩散氢，因此还可以提高OS晶体管的可靠性。
绝缘层109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12A是说明本发明的一个方式的摄像装置的结构例子的截面图，并是图10A所示的结构的变形例子。图12A所示的摄像装置的结构与图10A所示的结构不同之处在于：以具有与晶体管12、电容器14及晶体管15等重叠的区域的方式设置有光电转换元件11。在此，将设置有晶体管12、电容器14及晶体管15等的层作为层131，将设置有光电转换元件11的层作为层133。
在此，图12A示出通过贴合技术使层131的构成要素与层133的构成要素电连接的例子。
层131设置有绝缘层123，并且以具有嵌入在绝缘层123中的区域的方式设置有导电层115及导电层117。导电层115与晶体管12的源极和漏极中的一个电连接。导电层117与导电层107电连接。另外，以其高度都一致的方式绝缘层123、导电层115以及导电层117的表面被平坦化。
层133设置有绝缘层125，并且以具有嵌入在绝缘层125中的区域的方式设置有导电层119及导电层121。绝缘层125具有与绝缘层123接触的区域，导电层115具有与导电层119接触的区域，导电层117具有与导电层121接触的区域。由此，晶体管12的源极和漏极中的一个通过导电层115及导电层119与层103a电连接，导电层107通过导电层117、导电层121及区域105与层103c电连接。另外，以其高度都一致的方式绝缘层125、导电层119以及导电层121的表面被平坦化。
在此，导电层115及导电层119的主要成分优选为相同的金属元素。另外，导电层117及导电层121的主要成分优选为相同的金属元素。另外，绝缘层123及绝缘层125优选由相同的成分构成。
例如，作为导电层115、导电层117、导电层119及导电层121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123及绝缘层125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115和导电层119的组合以及导电层117和导电层121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123及绝缘层125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131和层133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115与导电层119的组合及导电层117与导电层121的组合的各电连接。另外，可以获得绝缘层123与绝缘层125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131与层133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，也可以使用上述以外的接合方法。
可以从箭头的方向将光照射到图12A所示的结构的摄像装置。也就是说，图12A所示的结构的摄像装置可以为背照式摄像装置。由此，可以抑制入射到摄像装置中的光被设置在摄像装置中的布线等遮挡。由此，可以增加光电转换元件11的受光面积，而可以提高本发明的一个方式的摄像装置所包括的像素的光检测灵敏度。另外，可以提高S/N比。如上所述，本发明的一个方式的摄像装置可以获得高品质的摄像数据。
图12B是说明本发明的一个方式的摄像装置的结构例子的截面图，并是图12A所示的结构的变形例子。图12B所示的摄像装置的结构与图12A所示的摄像装置的结构不同之处在于：光电转换元件11具有层104a、层104b、层104c及层104d的叠层结构。层104a及层104d被用作电极，层104b及层104c被用作光电转换部。
在图12B所示的结构的摄像装置中，层133可以直接形成在层131上。层104a与晶体管12的源极和漏极中的一个电连接。层104d通过导电层127与导电层107电连接。
层104a优选使用低电阻的金属层等。例如，可以使用铝、钛、钨、钽、银的层或它们的叠层。
层104d优选使用对可见光具有高透过性的导电层。例如，作为层104d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，也可以省略层104d。
光电转换部的层104b及层104c例如可以具有以硒类材料为光电转换层的pn结合型光电二极管的结构。当采用该结构时，优选的是，作为层104b使用p型半导体的硒类材料，作为层104c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。该光电转换元件通过利用雪崩倍增可以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，所以具有生产上的优点，诸如可以以薄膜制造光电转换层。硒类材料的薄膜可以通过真空蒸镀法或溅射法等形成。
作为硒类材料例如可以使用单晶硒及多晶硒等结晶性硒。另外，可以使用非晶硒。另外，可以使用铜铟硒的化合物(CIS)。另外，可以使用铜铟镓硒的化合物(CIGS)等。
n型半导体优选由带隙宽且对可见光具有透过性的材料形成。例如，可以使用锌氧化物、镓氧化物、铟氧化物、锡氧化物或者混有上述物质的氧化物等。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。
另外，光电转换元件11也可以包括有机光导电膜。此时，层104b可以采用层叠空穴传输层、光电转换层以及电子传输层的结构。在此，作为空穴传输层，例如可以使用氧化钼等。另外，作为电子传输层，例如可以使用C60、C70等的富勒烯或其衍生物等。并且，作为光电转换层，可以使用n型有机半导体和p型有机半导体的混合层(本体异质结结构)。
图13A是说明本发明的一个方式的摄像装置的结构例子的截面图，并是图11A所示的结构的变形例子。图13A所示的摄像装置的结构与图11A所示的结构不同之处在于：以具有与晶体管12、电容器14及晶体管15等重叠的区域的方式设置有光电转换元件11。换言之，与图11A所示的结构不同之处在于：层叠地设置有电容器14和晶体管15等、晶体管12等和光电转换元件11。在此，将设置有电容器14和晶体管15等的层作为层131，将设置有晶体管12等的层作为层132，将设置有光电转换元件11的层作为层133。
图13A示出通过贴合技术使层132的构成要素与层133的构成要素电连接的例子。另外，与图12A所示的结构的摄像装置同样，可以从箭头的方向将光照射到图13A所示的结构的摄像装置。也就是说，可以为背面照射型摄像装置。
图13B是说明本发明的一个方式的摄像装置的结构例子的截面图，并是图13A所示的结构的变形例子。图13B所示的摄像装置的结构与图13A所示的摄像装置的结构不同之处在于：与图12B同样，光电转换元件11具有层104a、层104b、层104c与层104d的叠层结构。
在图13B所示的结构的摄像装置中，层133可以直接形成在层132上。另外，与图12B所示的结构的摄像装置同样，层104a与晶体管12的源极和漏极中的一个电连接，层104d通过导电层127与导电层107电连接。
图14A是示出对本发明的一个方式的摄像装置的像素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。在光电转换元件11上形成绝缘层180。绝缘层180可以使用对可见光具有高透过性的氧化硅膜等。此外，也可以作为钝化膜层叠氮化硅膜。另外，也可以作为抗反射膜层叠氧化铪等的介电膜。
在绝缘层180上也可以形成有遮光层181。遮光层181具有防止透过上部的滤色片的光的颜色混合的功能。作为遮光层181，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180及遮光层181上也可以作为平坦化膜设置有机树脂层182。另外，在每个像素中形成滤色片183(滤色片183a、滤色片183b、滤色片183c)。例如，使滤色片183a、滤色片183b及滤色片183c具有R(红色)、G(绿色)、B(蓝色)、Y(黄色)、C(青色)、M(品红色)等的颜色，由此可以获得彩色图像。
在滤色片183上也可以设置对可见光具有透过性的绝缘层186等。
此外，如图14B所示，也可以使用光学转换层185代替滤色片183。通过采用这种结构，可以实现能够获得各种各样的波长区域的图像的摄像装置。
例如，当作为光学转换层185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185使用阻挡近红外线的波长以下的光的滤光片时，可以获得远红外线摄像装置。另外，当作为光学转换层185使用阻挡可见光线的波长以上的光的滤光片时，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185，可以实现用于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11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。
闪烁体含有如下物质：当被照射X射线或伽马射线等辐射时吸收辐射的能量而发射可见光或紫外线的物质。例如，可以使用Gd2O2S：Tb、Gd2O2S：Pr、Gd2O2S：Eu、BaFCl：Eu、NaI、CsI、CaF2、BaF2、CeF3、LiF、LiI、ZnO等分散在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11中，由于可以将X射线等辐射直接转换为电荷，因此可以不使用闪烁体。
另外，如图14C所示，也可以在滤色片183上设置微透镜阵列184。透过微透镜阵列184所具有的各透镜的光经由设置在其下的滤色片183而照射到光电转换元件11。此外，也可以在图14B所示的光学转换层185上设置微透镜阵列184。
以下，说明安装有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15A1是安装有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固定的封装衬底410、玻璃盖板420及贴合两者的粘合剂430等。
图15A2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)或PGA(Pin Grid Array：针栅阵列)等。
图15A3是省略玻璃盖板420的一部分及粘合剂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与凸块440通过通孔442电连接。电极焊盘460通过导线470与图像传感器芯片450电连接。
另外，图15B1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固定的封装衬底411、透镜盖421及透镜435等。
图15B2是该相机模块的底面一侧的外观立体图。封装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15B3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。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。虽然图15B3未图示，但连接盘441与电极焊盘461电连接。另外，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容纳于上述方式的封装中，可以容易实现安装于印刷电路板等，将图像传感器芯片安装在各种半导体装置及电子设备中。
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)
在本实施方式中，对可用于在本发明的一个方式中公开的晶体管的CAC(Cloud-Aligned Composite)-OS的构成进行说明。
CAC-OS例如是指包含在金属氧化物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，下面也将在金属氧化物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。
金属氧化物优选至少包含铟。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))等以及镓氧化物(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金属氧化物。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(C-Axis Aligned Crystal)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与金属氧化物的材料构成有关。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以及一部分中观察到以In为主要成分的纳米粒子状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金属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，将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)测定法之一的Out-of-plane法利用θ/2θ扫描进行测定时，观察不到明确的峰值。也就是说，根据X射线衍射测定，可知在测定区域中没有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(环状区域)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，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，呈现金属氧化物的导电性。因此，当以InX2ZnY2OZ2或InOX1为主要成分的区域在金属氧化物中以云状分布时，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金属氧化物中分布时，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适用于显示器等各种半导体装置。
本实施方式可以与其他实施方式的记载适当地组合。
(实施方式4)
在本实施方式中，说明可以使用本发明的一个方式的摄像装置的电子设备。
作为可以使用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或图像再现装置、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16A至图16F示出这些电子设备的具体例子。
图16A示出移动电话机910的一个例子，包括外壳911、显示部912、操作按钮913、外部连接端口914、扬声器915、插槽916、摄像头917、耳机插孔918等。移动电话机910中可以在显示部912中设置触摸传感器。通过用手指或触屏笔等触摸显示部912可以进行打电话或输入文字等所有操作。另外，可以将SD卡等存储卡、USB存储器、SSD(Solid State Drive：固态硬盘)等各种可移动存储装置插入到插槽916中。
本发明的一个方式的摄像装置及其工作方法可以用于用来使用移动电话机910获取摄像数据的构成要素。由此，移动电话机910可以获取高品质的摄像数据。
图16B示出便携式数据终端920的一个例子，包括外壳921、显示部922、扬声器923、摄像头924等。通过显示部922所具有的触摸面板功能可以输入且输出信息。另外，可以从由摄像头924获取的图像中识别出文字等，并可以使用扬声器923以语音输出该文字。
本发明的一个方式的摄像装置及其工作方法可以用于用来使用便携式数据终端920获取摄像数据的构成要素。由此，便携式数据终端920可以获取高品质的摄像数据。
图16C示出手表型信息终端930的一个例子，包括外壳兼腕带931、显示部932、操作按钮933、外部连接端口934、摄像头935等。显示部932设置有用来进行信息终端930的操作的触摸面板。外壳兼腕带931及显示部932具有柔性，并且适于佩戴于身体。
本发明的一个方式的摄像装置及其工作方法可以用于用来使用信息终端930获取摄像数据的构成要素。由此，信息终端930可以获取高品质的摄像数据。
图16D示出视频摄像机940的一个例子，包括第一外壳941、第二外壳942、显示部943、操作键944、镜头945、连接部946、扬声器947、麦克风948等。操作键944及镜头945可以设置在第一外壳941上，显示部943可以设置在第二外壳942中。
本发明的一个方式的摄像装置及其工作方法可以用于用来使用视频摄像机940获取摄像数据的构成要素。由此，视频摄像机940可以获取高品质的摄像数据。
图16E示出数码相机950的一个例子，包括外壳951、快门按钮952、发光部953、镜头954等。本发明的一个方式的摄像装置及其工作方法可以用于用来使用数码相机950获取摄像数据的构成要素。由此，数码相机950可以获取高品质的摄像数据。
图16F示出监控摄像机960的一个例子，包括固定部件961、外壳962、镜头963等。监控摄像机960可以使用固定部件961安装于墙壁或者天花板等。注意，“监控摄像机”是一般名称，该名称不限制其用途。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。
本发明的一个方式的摄像装置及其工作方法可以用于用来使用监控摄像机960获取摄像数据的构成要素。由此，监控摄像机960可以获取高品质的摄像数据。
本实施方式可以与其他实施方式的记载适当地组合。
[符号说明]
10：像素、11：光电转换元件、12：晶体管、13：晶体管、14：电容器、15：晶体管、16：电流源、22：布线、23：布线、24：布线、25：布线、31：布线、33：布线、35：布线、36：布线、41：摄像部、42：栅极驱动电路、44：信号生成电路、45：CDS电路、46：数据驱动电路、47：A/D转换电路、48：电源电路、49：光传感器、50：检测电路、101：衬底、103a：层、103b：层、103c：层、104a：层、104b：层、104c：层、104d：层、105：区域、107：导电层、109：绝缘层、111：背栅电极、113：沟道形成区域、115：导电层、117：导电层、119：导电层、121：导电层、123：绝缘层、125：绝缘层、127：导电层、131：层、132：层、133：层、180：绝缘层、181：遮光层、182：有机樹脂层、183：滤色片、183a：滤色片、183b：滤色片、183c：滤色片、184：微透镜阵列、185：光学转换层、186：绝缘层、201：栅电极、202：栅极绝缘膜、203：源极区域、204：漏极区域、205：源电极、206：漏电极、207：金属氧化物层、207a：金属氧化物层、207b：金属氧化物层、207c：金属氧化物层、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、442：通孔、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、910：移动电话机、911：外壳、912：显示部、913：操作按钮、914：外部连接端口、915：扬声器、916：插槽、917：摄像头、918：耳机插孔、920：便携式数据终端、921：外壳、922：显示部、923：扬声器、924：摄像头、930：信息终端、931：外壳兼腕带、932：显示部、933：操作按钮、934：外部连接端口、935：摄像头、940：视频摄像机、941：外壳、942：外壳、943：显示部、944：操作键、945：镜头、946：连接部、947：扬声器、948：麦克风、950：数码相机、951：外壳、952：快门按钮、953：发光部、954：镜头、960：监控摄像机、961：固定部件、962：外壳、963：镜头

Claims (10)

1.一种摄像装置的工作方法，所述摄像装置包括像素，
其中，所述像素包括光电转换元件、第一晶体管、第二晶体管以及电容器，
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，
所述第一晶体管的所述源极和所述漏极中的另一个与所述第二晶体管的栅极电连接，
所述第二晶体管的所述栅极与所述电容器的一个电极电连接，
并且，所述摄像装置的工作方法包括如下步骤：
在第一期间，向所述电容器的另一个电极供应第一电位且使所述第一晶体管成为开启状态，由此将对应于照射到所述光电转换元件的光的照度的摄像数据写入到所述像素中；以及
在第二期间，向所述电容器的所述另一个电极供应第二电位，由此从所述像素读出所述摄像数据。
2.根据权利要求1所述的摄像装置的工作方法，
其中在所述第一期间，所述第二晶体管处于关闭状态，
并且在所述第二期间，所述第二晶体管处于开启状态。
3.根据权利要求1或2所述的摄像装置的工作方法，
其中所述第二晶体管为n沟道型晶体管，
并且所述第二电位高于所述第一电位。
4.根据权利要求1或2所述的摄像装置的工作方法，
其中所述第二晶体管为p沟道型晶体管，
并且所述第二电位低于所述第一电位。
5.根据权利要求1或2所述的摄像装置的工作方法，
其中所述第一晶体管在沟道形成区域中包括金属氧化物，
并且所述金属氧化物包含In、Zn及M，其中M为Al、Ti、Ga、Sn、Y、Zr、La、Ce、Nd或Hf。
6.一种摄像装置的工作方法，所述摄像装置包括像素，
其中，所述像素包括光电转换元件、第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管以及电容器，
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，
所述第一晶体管的所述源极和所述漏极中的另一个与所述第二晶体管的栅极电连接，
所述第二晶体管的所述栅极与所述第三晶体管的源极和漏极中的一个电连接，
所述第三晶体管的所述源极和所述漏极中的所述一个与所述电容器的一个电极电连接，
并且，所述摄像装置的工作方法包括如下步骤：
在第一期间，使所述第三晶体管成为开启状态，由此使所述第二晶体管的栅极的电位复位；
在第二期间，向所述电容器的另一个电极供应第一电位，并且使所述第一晶体管成为开启状态且使所述第三晶体管成为关闭状态，由此将对应于照射到所述光电转换元件的光的照度的摄像数据写入到所述像素中；以及
在第三期间，向所述电容器的所述另一个电极供应第二电位，由此从所述像素读出所述摄像数据。
7.根据权利要求6所述的摄像装置的工作方法，
其中在所述第一及第二期间，所述第二晶体管处于关闭状态，
并且在所述第三期间，所述第二晶体管处于开启状态。
8.根据权利要求6或7所述的摄像装置的工作方法，
其中所述第二晶体管为n沟道型晶体管，
并且所述第二电位高于所述第一电位。
9.根据权利要求6或7所述的摄像装置的工作方法，
其中所述第二晶体管为p沟道型晶体管，
并且所述第二电位低于所述第一电位。
10.根据权利要求6或7所述的摄像装置的工作方法，
其中所述第一晶体管在沟道形成区域中包括金属氧化物，
并且所述金属氧化物包含In、Zn及M，其中M为Al、Ti、Ga、Sn、Y、Zr、La、Ce、Nd或Hf。
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