CN112640107A - 摄像装置及电子设备 - Google Patents

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楠纮慈
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Abstract

提供一种包括光源的薄型摄像装置。一种包括发射红外光的发光器件的摄像装置，其中，像素电路所包括的光电转换器件接收由发光器件发射且由拍摄对象反射的红外光。因为作为发光器件使用EL元件，所以可以构成包括光源的薄型摄像装置。此外，通过采用利用具有关态电流小的特性的氧化物半导体晶体管的像素电路，可以以全局快门方式进行摄像，即使拍摄对象移动也可以得到没有应变的图像。

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程序(process)、机器(machine)、产品(manufacture)或者组合物(composition of matter)。因此，更具体而言，作为本说明书等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、它们的驱动方法或者它们的制造方法。
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、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结构的摄像装置。
[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
发明内容
发明所要解决的技术问题
摄像装置不但被用作使可见光图像化的手段，而且还被用于各种用途。例如，摄像装置被用于个人识别、缺陷分析、医疗诊断、安全领域等用途等。在这些用途中，除了可见光之外根据用途分别使用X射线等短波长的光、红外线等长波长的光等。
有时作为可见光及红外线利用自然光或室内光，而且目前专用光源的使用也在普及中。在很多情况下，作为光源使用电球型灯或LED等，但是当它们与摄像装置组合时在小型化、薄型化的方面有课题。
因此，本发明的一个方式的目的之一是提供一种包括光源的摄像装置。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种包括薄型光源的摄像装置。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种包括薄型光源，并摄像从该光源发射且来自拍摄对象的反射光的摄像装置。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种包括薄型红外光源的摄像装置。
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速摄像的摄像装置。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。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工作方法。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，这些课题的记载不妨碍其他课题的存在。注意，本发明的一个方式并不需要实现所有上述课题。上述课题以外的课题可以显而易见地从说明书、附图、权利要求书等的描述中看出，并且可以从该描述中抽取上述课题以外的课题。
解决技术问题的手段
本发明的一个方式涉及一种包括光源的薄型摄像装置。
本发明的一个方式是一种摄像装置，包括：第一层；以及第二层，其中，第一层及第二层包括彼此重叠的区域，第一层包括像素电路，第二层包括发光器件，像素电路包括光电转换器件及晶体管，发光器件包括第一电极、第二电极及发光层，发光层设置在第一电极和第二电极之间，并且，光电转换器件包括不与第一电极重叠的区域。
本发明的另一个方式是一种摄像装置，包括：第一层；以及第二层，其中，第一层及第二层包括彼此重叠的区域，第一层包括像素电路，第二层包括发光器件，发光器件包括第一电极、第二电极及发光层，发光层设置在第一电极和第二电极之间，像素电路包括光电转换器件、第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管及电容器，光电转换器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电容器的一个电极电连接，电容器的一个电极与第三晶体管的栅极电连接，第三晶体管的源极和漏极中的一个与第四晶体管的源极和漏极中的一个电连接，并且，光电转换器件包括不与第一电极重叠的区域。
光电转换器件也可以包括与第二电极及发光层重叠的区域。
此外，作为发光器件可以使用发射红外光的元件。此外，第二电极优选使用对红外光具有透光性的透光导电膜。
第二晶体管的源极和漏极中的另一个可以与第三晶体管的源极和漏极中的另一个电连接，且第三晶体管的源极和漏极中的另一个可以与发光器件的一个电极电连接。
作为与上述结构不同的结构，光电转换器件的另一个电极也可以与第三晶体管的源极和漏极中的另一个电连接，且第三晶体管的源极和漏极中的另一个也可以与发光器件的一个电极电连接。
在上述两个结构中，也可以还包括第五晶体管，第五晶体管的源极和漏极中的一个也可以与发光器件的一个电极电连接，且第五晶体管的源极和漏极中的另一个也可以与第三晶体管的源极和漏极中的另一个电连接。
优选的是，摄像装置所包括的晶体管中的至少一个在沟道形成区域包含金属氧化物，金属氧化物包含In、Zn、M(M为Al、Ti、Ga、Sn、Y、Zr、La、Ce、Nd或Hf)。
发明效果
因此，根据本发明的一个方式，可以提供一种包括光源的摄像装置。另外，根据本发明的一个方式，可以提供一种包括薄型光源的摄像装置。另外，根据本发明的一个方式，可以提供一种包括薄型光源，并摄像从该光源发射的光的来自拍摄对象的反射光的摄像装置。另外，根据本发明的一个方式，可以提供一种包括薄型红外光源的摄像装置。
另外，本发明的一个方式可以提供一种低功耗的摄像装置。另外，本发明的一个方式可以提供一种能够进行高速摄像的摄像装置。本发明的一个方式可以提供一种可靠性高的摄像装置。另外，本发明的一个方式可以提供一种新颖的摄像装置。另外，本发明的一个方式可以提供一种上述摄像装置的工作方法。另外，本发明的一个方式可以提供一种新颖的半导体装置等。
附图简要说明
图1是说明摄像装置的框图。
图2A、图2B、图2C是说明像素阵列的图。
图3A、图3B、图3C是说明像素电路的图。
图4A、图4B、图4C是说明像素电路的图。
图5A、图5B、图5C是说明像素电路的图。
图6A、图6B、图6C是说明像素电路的图。
图7A是说明卷帘快门方式的图。图7B是说明全局快门方式的图。
图8A、图8B是说明像素电路的工作的时序图。
图9A、图9B是说明像素电路的图。
图10A是说明摄像装置的像素结构的图。图10B、图10C是说明光电转换器件的结构的图。图10D是说明发光器件的图。
图11A、图11B是说明摄像装置的像素结构的图。
图12A、图12B、图12C、图12D是说明晶体管的图。
图13A、图13B、图13C是收纳摄像装置的封装的立体图。
图14A、图14B、图14C是说明电子设备的图。
实施发明的方式
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。另外，在下面所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，而省略其重复说明。另外，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。
另外，即使在电路图上为一个要素，如果在功能上没有问题，该要素也可以使用多个要素构成。例如，有时被用作开关的多个晶体管可以串联或并联连接。此外，有时也可以对电容器(也称为电容元件)进行分割并将其配置在多个位置上。
此外，有时一个导电体具有布线、电极及端子等多个功能，在本说明书中，有时对同一要素使用多个名称。另外，即使在电路图上示出要素之间直接连接的情况，有时实际上该要素之间通过一个或多个导电体连接，本说明书中这种结构也包括在直接连接的范畴内。
(实施方式1)
在本实施方式中，参照附图说明本发明的一个方式的摄像装置。
本发明的一个方式是一种包括发光器件(也称为发光元件)的摄像装置。光从发光器件照射到拍摄对象，并且像素电路所包括的光电转换器件(也称为光电转换元件)接收由拍摄对象反射的光。因为作为发光器件使用EL元件，所以可以构成包括光源的薄型摄像装置。
此外，通过作为发光器件使用发射红外光的元件，可以将摄像装置用于生物识别或工业产品的缺陷分析等的用途。此外，通过使用容易应用于全局快门方式的摄像的像素电路，即使拍摄对象移动也可以得到没有应变的图像。
图1是说明本发明的一个方式的摄像装置的框图。该摄像装置包括具有以矩阵状排列的像素电路10的像素阵列21、具有选择像素阵列21的行的功能的电路22(行驱动器)、具有从像素电路10读出数据的功能的电路23以及供应电源电位的电路28。像素电路10上层叠有发光器件11。
电路23包括具有选择像素阵列21的列的功能的电路24(列驱动器)、用来对像素电路10的输出数据进行相关双采样处理的电路25(CDS电路)、具有将从电路25输出的模拟数据转换为数字数据的功能的电路26(A/D转换电路等)等。
另外，在不重视分辨率时，也可以采用像素电路10和发光器件11不重叠的结构。例如，如图2A所示，也可以以一定间隔交替配置像素电路10和发光器件11。此外，如图2B所示，也可以按行交替配置像素电路10和发光器件11。另外，也可以按列交替配置像素电路10和发光器件11。
此外，如图2C所示，也可以采用相邻的两个像素电路10之间配置有发光器件11的结构。在此情况下，发光器件11以包括重叠于与像素电路10连接的布线的区域的方式配置。因此，广义上也可以说像素电路10和发光器件11重叠。此外，图2C中图示与像素电路10相同数量的发光器件11，但是发光器件11的数量也可以与像素电路10不同。
图3A是说明可以用于本发明的一个方式的摄像装置的像素电路10及发光器件11的电路图。像素电路10可以包括光电转换器件101、晶体管103、晶体管104、晶体管105、晶体管106及电容器108。另外，也可以不设置电容器108。
光电转换器件101的一个电极(阴极)与晶体管103的源极和漏极中的一个电连接。晶体管103的源极和漏极中的另一个与晶体管104的源极和漏极中的一个电连接。晶体管104的源极和漏极中的一个与电容器108的一个电极电连接。电容器108的一个电极与晶体管105的栅极电连接。晶体管105的源极和漏极中的一个与晶体管106的源极和漏极中的一个电连接。
在此，将使晶体管103的源极和漏极中的另一个、电容器108的一个电极与晶体管105的栅极连接的布线设为节点FD。节点FD可以被用作电荷存储部。
光电转换器件101的另一个电极(阳极)与布线121电连接。晶体管103的栅极与布线127电连接。晶体管104的源极和漏极中的另一个及晶体管105的源极和漏极中的另一个与布线122电连接。晶体管104的栅极与布线126电连接。晶体管106的栅极与布线128电连接。电容器108的另一个电极例如与GND布线等基准电位线电连接。晶体管106的源极和漏极中的另一个与布线129电连接。
图3A中发光器件11的一个电极与布线130电连接。发光器件11的另一个电极例如与GND布线等标准电位线电连接。在该结构中，像素电路10和发光器件11不电连接，因此可以独立地控制对发光器件11输入的电位及发光器件11发光的时机。
布线127、128可以被用作控制各晶体管的导通的信号线。布线129可以被用作输出线。
布线121、122、130可以被用作电源线。图3A所示的结构是光电转换器件101的阴极一侧与晶体管103电连接且使节点FD复位到高电位而进行工作的结构，所以布线122处于高电位(高于布线121的电位)。此外，布线130具有供应用来对发光器件11供应正向偏压使其发光的电位的功能。
图3B是发光器件11的一个电极与布线122电连接的结构。在可以使节点FD的复位电位、供应到晶体管105的电源电位及发光器件11的输入电位共同化时，可以采用该结构。
此外，如图3C所示，也可以对图3B的结构追加晶体管107。晶体管107的源极和漏极中的一个与发光器件11的一个电极电连接。晶体管107的源极和漏极中的另一个与布线122电连接。晶体管107的栅极与布线127电连接。通过采用该结构，可以使发光期间限定于晶体管103的导通期间，从而可以减少功耗。晶体管103需要导通的期间只是对节点FD的复位工作期间及存储工作期间，因此可以抑制读出工作期间等中的不需要的发光。
此外，当与输入到发光器件11的适当的电位相比，节点FD的复位电位等高得多时，如图4A所示，也可以将电阻器109电连接到发光器件11的一个电极和布线122之间。电阻器109被用作限流电阻，它可以限制流过发光器件11的电流，从而可以提高发光器件11的可靠性。作为电阻器109的电阻值，可以根据发光器件11的电特性选择适当的值，即可。
此外，如图4B所示，也可以使图3C所示的晶体管107工作代替电阻器109。该结构中晶体管107的栅极与布线131电连接。因此，通过改变布线131的电位，可以任意控制发光器件11的照度及发光时机，从而可以抑制功耗。
此外，如图4C所示，也可以采用如下结构：设置有晶体管107，晶体管107的源极和漏极中的另一个与布线130电连接，晶体管107的栅极与布线127电连接。在该结构中，由布线130控制对发光器件11输入的电位，且由布线127控制发光时机。
另外，图3A至图3C及图4A至图4C示出光电转换器件101的阴极与节点FD电连接的结构，但是如图5A至图5C及图6A至图6C所示，也可以采用光电转换器件101的阳极与节点FD电连接的结构。
在图5A至图5C及图6A至图6C所示的结构中，光电转换器件101的一个电极与布线122电连接，光电转换器件101的另一个电极与晶体管103的源极和漏极中的一个电连接。此外，晶体管104的源极和漏极中的另一个与布线132电连接。
布线132可以具有电源线或复位电位的供应线的功能。图5A至图5C及图6A至图6C所示的结构是光电转换器件101的阴极一侧与晶体管103电连接且使节点FD复位到低电位而进行工作的结构，所以布线132处于低电位(低于布线122的电位)。
图5A至图5C及图6A至图6C所示的发光器件11和其周围的构成要素的连接方式的说明可以参照图3A至图3C及图4A至图4C的说明。
作为光电转换器件101，可以使用光电二极管。本发明的一个方式中进行使用红外线的摄像。因此，作为光电转换器件101使用可以对红外区域的光进行光电转换的光电二极管。例如，可以使用将单晶硅用于光电转换部的pn结型光电二极管、将多晶硅或微晶硅用于光电转换层的pin型光电二极管等。或者,也可以使用化合物半导体等的能够对红外区域的光进行光电转换的材料。
晶体管103具有控制节点FD的电位的功能。晶体管104具有使节点FD的电位复位的功能。晶体管105被用作源极跟随电路，可以将节点FD的电位作为图像数据输出到布线129。晶体管106具有选择输出图像数据的像素的功能。
晶体管103及晶体管104优选使用沟道形成区域中使用金属氧化物的晶体管(下面称为OS晶体管)。OS晶体管具有关态电流极低的特性。通过作为晶体管103、104使用OS晶体管，可以尽量延长能够在节点FD中保持电荷的期间。因此，可以采用在所有像素中同时进行电荷的存储工作的全局快门方式而不使电路结构、工作方法复杂。
图7A示意性地示出卷帘快门方式的工作方法，图7B示意性地示出全局快门方式。En表示第n列(n为自然数)的曝光(积累工作)、Rn表示第n列的读出工作。图7A、图7B示出第1行至第M行(M为自然数)的工作。
卷帘快门方式是依次进行曝光及数据读出的工作方法，其中一个行的读出期间与其他行的曝光期间重叠。曝光后立刻进行读出工作，所以即使使用数据的保持期间较短的电路结构也可以进行摄像。但是，由于由没有摄像的同时性的数据构成1个帧的图像，所以在拍摄动体时在图像中产生歪曲。
另一方面，全局快门方式是在所有像素中同时进行曝光而在各像素保持数据，按每个行读出数据的工作方法。因此，在动体的摄像中也可以得到没有歪曲的图像。
在作为像素电路采用沟道形成区域使用Si的晶体管(下面称为Si晶体管)等关态电流较高的晶体管时，数据电位容易从电荷存储部流出，所以采用卷帘快门方式。为了使用Si晶体管实现全局快门方式，需要另行设置存储电路等，而且还需要以高速进行复杂的工作。另一方面，在作为像素电路使用OS晶体管时，从电荷存储部几乎没有流出数据电位，所以容易实现全局快门方式。
此外，晶体管105、106也可以使用OS晶体管。另外，可以任意组合并使用OS晶体管和Si晶体管。另外，所有晶体管可以采用OS晶体管或Si晶体管。作为Si晶体管，可以举出含有非晶硅的晶体管、含有结晶性的硅(典型为低温多晶硅、单晶硅等)的晶体管等。
作为发光器件11也可以使用EL元件。作为该EL元件可以使用发射红外光的元件。尤其是，优选为发射在700nm以上且2500nm以下的波长中具有峰值的近红外光的EL元件。例如，波长为760nm及其附近的光容易被静脉中的还原血红蛋白吸收，因此通过接收来自手掌或指头的反射光等并进行图像化，可以检测静脉的位置。将该作用用作生物识别。此外，也可以将适当的波长的近红外光利用于食品内的异物检测或工业产品的缺陷分析等无损检测。另外，通过与全局快门方式组合，即使拍摄对象移动，也可以进行高精度的检测。
此外，通过作为发光器件11使用EL元件，可以实现包括光源的薄型摄像装置，容易将其安装于各种设备，而且可以提高便携性。
接着，参照图8A的时序图说明图3A至图3C及图4A至图4C所示的像素电路10的工作的一个例子。在本说明书中的时序图的说明中，以“H”表示高电位，以“L”表示低电位。对布线121一直供应“L”且对布线122一直供应“H”。
此外，发光器件11处于用来至少在存储工作的期间中适当地发光的电源电位被供应的状态。
在期间T1，当布线126的电位设为“H”、布线127的电位设为“H”、布线128的电位设为“L”时，晶体管103、104导通而对节点FD供应布线122的电位“H”(复位工作)。
在期间T2，当布线126的电位设为“L”、布线127的电位设为“H”、布线128的电位设为“L”时，晶体管104不导通而停止复位电位的供应。另外，节点FD的电位对应光电转换器件101的工作下降(积累工作)。
在期间T3，当布线126的电位设为“L”、布线127的电位设为“L”、布线128的电位设为“L”时，晶体管103不导通，节点FD的电位确定而被保持(保持工作)。此时，通过作为连接到节点FD的晶体管103及晶体管104使用关态电流较低的OS晶体管，可以抑制从节点FD流出过量电荷，所以可以延长数据的保持时间。
在期间T4，当布线126的电位设为“L”、布线127的电位设为“L”、布线128的电位设为“H”时，晶体管106导通，节点FD的电位根据晶体管105的源极跟随工作被读出到布线129(读出工作)。
以上是图3A至图3C及图4A至图4C所示的像素电路10的工作的一个例子。
图5A至图5C及图6A至图6C所示的像素电路10可以根据图8B的时序图进行工作。注意，对布线122一直供应“H”且对布线132一直供应“L”。基本工作与上述图8A的时序图的说明相同。
另外，如图9A、图9B所示，也可以采用在晶体管中设置背栅极的结构。图9A示出背栅极与前栅极电连接的结构，具有提高通态电流的效果。图9B示出背栅极与能够供应恒电位的布线电连接的结构，该结构可以控制晶体管的阈值电压。
另外，也可以使各晶体管可以进行适当的工作，诸如组合图9A、图9B所示的结构等。另外，像素电路也可以包括不设置有背栅极的晶体管。此外，图3A至图3C、图4A至图4C、图5A至图5C及图6A至图6C所示的所有结构可以应用晶体管中设置有背栅极的结构。
本实施方式可以与其他实施方式的记载适当地组合而实施。
(实施方式2)
在本实施方式中对本发明的一个方式的摄像装置的结构例子等进行说明。
图10A示出摄像装置所包括的像素结构。像素可以具有包括像素电路10的层561和包括发光器件11的层562的叠层结构。
层561包括层563及层564。层563主要设置有像素电路10所包括的晶体管等构成要素。此外，层564主要设置有光电转换器件101。如图10B所示，光电转换器件101可以具有层565a和层565b的叠层。
图10B所示的光电转换器件101是pn结型光电二极管，例如，作为层565a可以使用p型半导体，作为层565b可以使用n型半导体。或者，作为层565a也可以使用n型半导体，作为层565b也可以使用p型半导体。
或者,如图10C所示,也可以是pin结型光电二极管。例如，作为层566a可以使用p型半导体,作为层566b可以使用i型半导体,作为层566c可以使用n型半导体,作为层566d可以使用透光导电膜。或者,作为层566a也可以使用n型半导体,作为层566c也可以使用p型半导体。
上述pn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单晶硅、微晶硅或多晶硅等的薄膜而形成。单晶硅、微晶硅、多晶硅对红外光具有灵敏度，适合用于红外光的检测。
图10A所示的层564例如可以使用硅衬底。该硅衬底除了pn结型光二极管之外还包括Si晶体管等。可以使用该Si晶体管形成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(像素电路10、电路22、23、28等)所包括的晶体管的一部分或全部设置在层564中。
或者，层564也可以采用玻璃衬底等的具有绝缘表面的支撑体及上述pin结型光电二极管的结构。
层563可以包括OS晶体管(例如，像素电路10所包括的晶体管103、104、105、106、107的一部分或全部)。此外，也可以包括实施方式1所说明的外围电路所包括的部分晶体管。
通过采用该结构，可以使构成像素电路的构成要素及外围电路分散到多个层，将该构成要素彼此重叠或者该构成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。
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。典型的有含有铟的氧化物半导体等，例如，可以使用后面提到的C-Axis Aligned Crystalline Oxide Semiconductor(CAAC-OS)或Cloud-AlignedComposite Oxide Semiconductor(CAC-OS)等。CAAC-OS中构成晶体的原子稳定，适用于重视可靠性的晶体管等。CAC-OS呈现高迁移率特性，适用于进行高速驱动的晶体管等。
由于OS晶体管的半导体层具有大能隙，所以呈现极低的关态电流特性，仅为几yA/μm(每沟道宽度1μm的电流值)。与Si晶体管不同，OS晶体管不会发生碰撞电离、雪崩击穿、短沟道效应等，因此能够形成具有高耐压性和高可靠性的电路。此外，Si晶体管所引起的起因于结晶性的不均匀的电特性不均匀不容易产生在OS晶体管中。
作为OS晶体管所包括的半导体层，例如可以采用包含铟、锌及M(选自铝、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。In-M-Zn类氧化物可以典型地通过溅射法形成。或者,也可以通过ALD(Atomic layer deposition)法形成。
用来采用溅射法形成In-M-Zn类氧化物的溅射靶材的金属元素的原子数比优选满足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，所形成的半导体层的原子数比分别有可能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，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/cm3，1×10-9/cm3以上的氧化物半导体。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。该氧化物半导体的缺陷态密度低，因此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氧化物半导体。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，氧空位增加，会使该半导体层变为n型。因此，将半导体层中的硅或碳的浓度(通过二次离子质谱分析法(SIMS：Secondary Ion Mass Spectrometry)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，将半导体层的碱金属或碱土金属的浓度(通过SIMS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，使用含有氮的氧化物半导体的晶体管容易具有常开启特性。因此，半导体层的氮浓度(通过SIMS测得的浓度)优选为5×1018atoms/cm3以下。
另外，当构成半导体层的氧化物半导体包含氢时，氢与键合于金属原子的氧起反应生成水，因此有时在氧化物半导体中形成氧空位。在氧化物半导体中的沟道形成区域包含氧空位的情况下，晶体管有可能具有常开启特性。再者，有时氢进入氧空位中而成的缺陷被用作供体而生成作为载流子的电子。此外，氢的一部分键合到与金属原子键合的氧而生成作为载流子的电子。因此，使用包含较多的氢的氧化物半导体的晶体管容易具有常开启特性。
氢进入氧空位中而成的缺陷会被用作氧化物半导体的供体。然而，定量地评价该缺陷是困难的。于是，在氧化物半导体中，有时不是根据供体浓度而是根据载流子浓度进行评价。由此，在本说明书等中，有时作为氧化物半导体的参数，不采用供体浓度而采用假定为不被施加电场的状态的载流子浓度。也就是说，本说明书等所记载的“载流子浓度”有时可以称为“供体浓度”。
由此，优选尽可能减少氧化物半导体中的氢。具体而言，在氧化物半导体中，利用SIMS测得的氢浓度低于1×1020atoms/cm3，优选低于1×1019atoms/cm3，更优选低于5×1018atoms/cm3，进一步优选低于1×1018atoms/cm3。通过将氢等杂质被充分减少的氧化物半导体用于晶体管的沟道形成区域，可以赋予稳定的电特性。
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、多晶结构、微晶结构或非晶结构。在非单晶结构中，非晶结构的缺陷态密度最高，而CAAC-OS的缺陷态密度最低。
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-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的原子数比大于第二区域的In与元素M的原子数比时，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，作为沉积气体，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，成膜时的沉积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(EDX-mapping)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。
层562包括发光器件11。作为发光器件11，例如可以使用利用电致发光的发光器件(EL元件)。EL元件在一对电极之间具有包含发光化合物的层(EL层)。当使一对电极之间产生高于EL元件的阈值电压的电位差时，空穴从阳极一侧注入到EL层中，而电子从阴极一侧注入到EL层中。被注入的电子和空穴在EL层中复合，由此，包含在EL层中的发光物质发光。
作为EL元件，例如可以使用有机EL元件或无机EL元件。此外，作为发光材料也可以使用利用化合物半导体的LED(包括Mini LED、Micro-LED)。
在有机EL元件中，通过施加电压，电子从一个电极注入到EL层中，而空穴从另一个电极注入到EL层中。通过这些载流子(电子及空穴)重新结合，发光有机化合物形成激发态，当从该激发态回到基态时发光。由于这种机理，这种发光器件被称为电流激发型发光器件。
EL层可以通过蒸镀法(包括真空蒸镀法)、转印法、印刷法、喷墨法、涂敷法等的方法形成。
无机EL元件根据其元件结构而分类为分散型无机EL元件和薄膜型无机EL元件。分散型无机EL元件包括发光层，其中发光材料的粒子分散在粘合剂中，并且其发光机理是利用供体能级和受主能级的供体-受主重新结合型发光。薄膜型无机EL元件是其中发光层夹在电介质层之间，并且该夹着发光层的电介质层夹在电极之间的结构，其发光机理是利用金属离子的内壳层电子跃迁的局部型发光。
图10D示出发光器件11的结构。EL层300可以由层330、发光层320、层340等多个层构成。层330例如可以包括包含电子注入性高的物质的层(电子注入层)及包含电子传输性高的物质的层(电子传输层)等。发光层320例如包含发光化合物。层340例如可以包括包含空穴注入性高的物质的层(空穴注入层)及包含空穴传输性高的物质的层(空穴传输层)。
设置在电极311和电极312之间的EL层300也可以被用作单个发光单元。此外，层330和层340之间也可以设置有多个发光层。另外，在电极311和电极312中的任一个使用透光导电膜时决定光的射出方向。
发光器件11可以根据构成EL层300的材料发射各种波长的光。本发明的一个方式中作为构成EL层300的材料使用发射在近红外光(波长720nm至2500nm)处具有峰值的光的材料。例如，根据用途使用发射720nm、760nm、850nm、900nm及该波长附近的光的材料，即可。
此外，在本发明的一个方式中，作为EL层300的发光材料(也称为客体材料或掺杂剂材料)，优选具有呈现近红外光的有机金属铱配合物。作为该有机金属铱配合物，优选具有二甲基苯基骨架及喹喔啉骨架。另外，作为上述有机金属铱配合物，典型地可以使用双{4，6-二甲基-2-[3-(3，5-二甲基苯基)-2-喹喔啉基-κN]苯基-κC}(2，2’，6，6’-四甲基-3，5-庚二酮-κ2O，O’)铱(III)(简称：Ir(dmdpq)2(dpm))等。通过使用上述有机金属铱配合物，可以提供量子效率或发光效率高的摄像元件。
作为用来使上述有机金属铱配合物处于分散状态的物质(即，主体材料)，例如，优选的是，除了具有芳基胺骨架的化合物诸如2，3-双(4-二苯基氨基苯基)喹喔啉(简称：TPAQn)、4，4’-双[N-(1-萘)-N-苯基氨基]联苯基(简称：NPB)之外，还使用：咔唑衍生物诸如4，4’-二(N-咔唑基)联苯基(简称：CBP)、4，4’，4”-三(咔唑-9-基)三苯胺(简称：TCTA)等；或者金属配合物诸如双[2-(2-羟基苯基)吡啶根合]锌(简称：Znpp2)、双[2-(2-羟基苯基)苯并噁唑]锌(简称：Zn(BOX)2)、双(2-甲基-8-羟基喹啉)(4-苯基苯酚)铝(简称：BAlq)或三(8-羟基喹啉)铝(简称：Alq3)等。此外，也可以使用高分子化合物诸如聚(N-乙烯基咔唑)(简称：PVK)。
另外，作为用来使上述有机金属铱配合物处于分散状态的材料(主体材料)，优选使用N-(1，1’-联苯基-4-基)-N-[4-(9-苯基-9H-咔唑-3-基)苯基]-9，9-二甲基-9H-芴-2-胺(简称：PCBBiF)。
另外，通过包含上述有机金属铱配合物(客体材料)和上述主体材料形成发光层320，可以从EL层300得到发光效率高的近红外的磷光发光。
图11A是说明图10A所示的像素的截面的一个例子的图。作为光电转换器件101，层564包括图10B所示的pn结型光电二极管。层563包括OS晶体管，图11A以图3C所示的结构为例而示出构成像素电路的晶体管103、107。
在光电转换器件101中，可以将层565a为p型区域，将层565b为n型区域。另外，层565b连接有被用作电源线的布线121。
图12A详细地示出OS晶体管。图12A所示的OS晶体管具有通过在氧化物半导体层及导电层的叠层上设置绝缘层而设置到达该半导体层的开口部来形成源电极205及漏电极206的自对准型结构。
除了形成在氧化物半导体层207的沟道形成区域、源区域203及漏区域204以外，OS晶体管还可以包括栅电极201、栅极绝缘膜202。在该开口部中至少设置栅极绝缘膜202及栅电极201。在该开口部中也可以还设置氧化物半导体层208。
如图12B所示，OS晶体管也可以采用使用栅电极201作为掩模在半导体层形成源区域203及漏区域204的自对准型结构。
或者，如图12C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。
晶体管103、107包括背栅极535，但也可以不包括背栅极。如图12D所示的晶体管的沟道宽度方向的截面图那样，背栅极535也可以与相对的晶体管的前栅极电连接。作为一个例子，图12D中以图12A所示的晶体管为例进行图示，其他结构的晶体管也是同样的。另外，也可以采用能够对背栅极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光电转换器件101等Si器件的区域之间设置具有防止氢的扩散的功能的绝缘层543。设置在光电转换器件101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103、107的晶体管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。
通过由绝缘层543将氢封闭在一个层中，可以提高Si器件的可靠性。同时，由于抑制氢从一个层扩散到另一个层，所以可以提高OS晶体管(晶体管103、107)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。
晶体管103、107上设置有平坦化膜541、542。由平坦化膜541、542使产生在晶体管或接触部中的凹凸部平坦化的面上设置有发光器件11(电极311、EL层300、电极312)。
作为电极311可以使用金属等低电阻的导电膜。例如，电极311可以使用钨(W)、钼(Mo)、锆(Zr)、铪(Hf)、钒(V)、铌(Nb)、钽(Ta)、铬(Cr)、钴(Co)、镍(Ni)、钛(Ti)、铂(Pt)、铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)等金属、或者、其合金或其金属氮化物中的一种以上形成。
作为电极312可以使用使近红外光透过的透光导电膜。作为电极312，例如可以使用具有透光性的导电材料诸如包含氧化钨的铟氧化物、包含氧化钨的铟锌氧化物、包含氧化钛的铟氧化物、铟锡氧化物、包含氧化钛的铟锡氧化物、铟锌氧化物、添加有氧化硅的铟锡氧化物等。
在此，虽然与电极311及电极312重叠的EL层300能够发光，但是与电极312重叠并不与电极311重叠的EL层300不能发光。此外，EL层300是极薄的薄膜，从而可以忽略近红外光的吸收。因此，可以在光电转换器件101上重叠设置EL层300及电极312。
此外，图11A图示光电转换器件101和晶体管103具有彼此重叠的区域的情况，该区域只是受光部整体的一部分，所以不会显著地降低受光能力。另外，光电转换器件101和晶体管103也可以不具有彼此重叠的区域。
在图11A所示的像素结构中，从层562所包括的发光器件11向外部射出光601，由层564所包括的光电转换器件101接收经过层562及层563的反射光602。
为了不使氧、氢、水分、二氧化碳等侵入发光器件11，优选在发光器件11和衬底580之间设置密封层590来进行密封。作为密封层590，除了氮或氩等的惰性气体之外，还可以使用紫外线固化树脂或热固化树脂。可以使用PVC(聚氯乙烯)、丙烯酸树脂、聚酰亚胺、环氧类树脂、硅酮类树脂、PVB(聚乙烯醇缩丁醛)或EVA(乙烯-醋酸乙烯酯)等。此外，密封层590也可以包含干燥剂。
此外，作为密封层的一部分也可以设置氮化硅、氮氧化硅、氧化铝、氮化铝、氧氮化铝、氮氧化铝、DLC(Diamond Like Carbon)等保护层。
图11B是说明作为光电转换器件101使用图10C所示的pin结型光电二极管时的像素的截面的一个例子的图。在光电转换器件101中，可以将层566a为p型区域，可以将层566b为i型区域，可以将层566c为n型区域。此外，层566a连接有被用作电源线的布线121。
光电转换器件101及布线121设置在衬底570上。作为衬底570，可以使用玻璃衬底、陶瓷衬底、树脂衬底等的具有绝缘表面的衬底。另外，在表面受到绝缘处理时，也可以使用金属衬底或半导体衬底。
以下，说明收纳图像传感器芯片的封装。作为该图像传感器芯片可以使用上述包括光源的摄像装置的结构。
图13A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13B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 grid array：地栅阵列)、PGA(Pin Grid Array：针栅阵列)等。
图13C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。
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)
在本实施方式中，说明可以使用根据本发明的一个方式的摄像装置的电子设备的一个例子。
图14A是生物识别设备，包括薄型的框体911、操作按钮912、检测部913等。通过将手掌或手指放在检测部913上或者紧密接触于检测部913上，可以识别静脉的形状。通过由无线通信单元914将所取得的数据发送到服务器并与数据库核对，可以识别个人。此外，也可以用操作按钮输入密码等。本发明的一个方式的摄像装置915配置于检测部正下，从而不需要设有另外的光源并可以形成薄型识别设备。薄型识别设备容易安装于各种设备中。此外，便携性也得到提高。
图14B是无损检测设备，包括框体921、操作面板922、传送机构923、显示器924、检测单元925等。由传送机构923将被检测构件926传送到检测单元925正下。由设置于检测单元925内的本发明的一个方式的摄像装置927对被检测构件926进行摄像，显示器924显示被摄像的图像。然后，被检测构件926被传送到框体921的出口，并且对次品进行分类及回收。通过利用近红外光进行拍摄，可以以无损的方式高速地检测出被检测构件中的缺陷或异物等不良要素。由于本发明的一个方式的摄像装置915中不需要设有另外的光源，因此可以廉价地形成检测单元925。
图14C是食品分选设备，包括框体931、操作按钮932、显示部933、遮光盖934等。通过以将设置于受光部周围的遮光盖934紧密接触于水果等被检测食品的方式进行摄像，可以检测出混入食品中的异物、虫、食品内部的空洞或腐败等。此外，也可以根据检测出的近红外光的强度检测出食品的含糖量或水分量等。食品分选设备可以进行次品分类、分级或收获期的判断。由于设置于受光部的本发明的一个方式的摄像装置935不需要设有另外的光源，因此可以廉价地形成薄型、轻量且便携性高的食品分选设备。此外，可以将图14B所示的结构用作食品分选设备。或者，可以将图14C所示的结构用作无损检测设备。
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：像素电路、11：发光器件、21：像素阵列、22：电路、23：电路、24：电路、25：电路、26：电路、28：电路、101：光电转换器件、103：晶体管、104：晶体管、105：晶体管、106：晶体管、107：晶体管、108：电容器、109：电阻器、121：布线、122：布线、126：布线、127：布线、128：布线、129：布线、130：布线、131：布线、132：布线、201：栅电极、202：栅极绝缘膜、203：源区域、204：漏区域、205：源电极、206：漏电极、207：氧化物半导体层、208：氧化物半导体层、300：EL层、311：电极、312：电极、320：发光层、330：层、340：层、410：封装衬底、420：玻璃盖板、430：粘合剂、440：凸块、450：图像传感器芯片、460：电极焊盘、470：引线、535：背栅极、541：平坦化膜、542：平坦化膜、543：绝缘层、561：层、562：层、563：层、564：层、565a：层、565b：层、566a：层、566b：层、566c：层、570：衬底、580：衬底、590：密封层、601：光、602：反射光、911：框体、912：操作按钮、913：检测部、914：无线通信单元、915：摄像装置、921：框体、922：操作面板、923：传送机构、924：显示器、925：检测单元、926：被检测构件、927：摄像装置、931：框体、932：操作按钮、933：显示部、934：遮光盖、935：摄像装置

Claims (10)

1.一种摄像装置，包括：
第一层；以及
第二层，
其中，所述第一层及所述第二层包括彼此重叠的区域，
所述第一层包括像素电路，
所述第二层包括发光器件，
所述像素电路包括光电转换器件及晶体管，
所述发光器件包括第一电极、第二电极及发光层，
所述发光层设置在所述第一电极和所述第二电极之间，
并且，所述光电转换器件包括不与所述第一电极重叠的区域。
2.一种摄像装置，包括：
第一层；以及
第二层，
其中，所述第一层及所述第二层包括彼此重叠的区域，
所述第一层包括像素电路，
所述第二层包括发光器件，
所述发光器件包括第一电极、第二电极及发光层，
所述发光层设置在所述第一电极和所述第二电极之间，
所述像素电路包括光电转换器件、第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管及电容器，
所述光电转换器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电容器的一个电极电连接，
所述电容器的一个电极与所述第三晶体管的栅极电连接，
所述第三晶体管的源极和漏极中的一个与所述第四晶体管的源极和漏极中的一个电连接，
并且，所述光电转换器件包括不与所述第一电极重叠的区域。
3.根据权利要求2所述的摄像装置，
其中所述第二晶体管的源极和漏极中的另一个与所述第三晶体管的源极和漏极中的另一个电连接，
并且所述第三晶体管的源极和漏极中的另一个与所述发光器件的一个电极电连接。
4.一种摄像装置，包括：
第一层；以及
第二层，
其中，所述第一层及所述第二层包括彼此重叠的区域，
所述第一层包括像素电路，
所述第二层包括发光器件，
所述发光器件包括第一电极、第二电极及发光层，
所述发光层设置在所述第一电极和所述第二电极之间，
所述像素电路包括光电转换器件、第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管及电容器，
所述光电转换器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电容器的一个电极电连接，
所述电容器的一个电极与所述第三晶体管的栅极电连接，
所述第三晶体管的源极和漏极中的一个与所述第四晶体管的源极和漏极中的一个电连接，
所述光电转换器件的另一个电极与所述第三晶体管的源极和漏极中的另一个电连接，
所述第三晶体管的源极和漏极中的另一个与所述发光器件的一个电极电连接，
并且，所述光电转换器件包括不与所述第一电极重叠的区域。
5.权利要求2至4中任一项所述的摄像装置，还包括第五晶体管，
其中所述第五晶体管的源极和漏极中的一个与所述发光器件的一个电极电连接，
并且所述第五晶体管的源极和漏极中的另一个与所述第三晶体管的源极和漏极中的另一个电连接。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的摄像装置，
其中所述光电转换器件包括与所述第二电极及所述发光层重叠的区域。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的摄像装置，
其中所述发光器件发射红外光。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的摄像装置，
其中所述第二电极由对红外光具有透光性的透光导电膜形成。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的摄像装置，
其中所述摄像装置所包括的晶体管的至少一个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(M是Al、Ti、Ga、Sn、Y、Zr、La、Ce、Nd或Hf)。
10.一种包括权利要求1至4中任一项所述的摄像装置及显示装置的电子设备。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102011614B1 (ko) * 2009-07-10 2019-08-16 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 반도체 장치 및 그 제조 방법
WO2021024070A1 (ja) 2019-08-02 2021-02-11 株式会社半導体エネルギー研究所 機能パネル、表示装置、入出力装置、情報処理装置

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4302346B2 (ja) 2000-12-14 2009-07-22 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置、電子機器
JP3948433B2 (ja) * 2003-05-21 2007-07-25 コニカミノルタホールディングス株式会社 固体撮像装置
JP4911446B2 (ja) 2005-09-15 2012-04-04 富士フイルム株式会社 エリアセンサ、画像入力装置、およびそれを組み込んだ電子写真装置等
JP2010153449A (ja) 2008-12-24 2010-07-08 Seiko Epson Corp 光源一体型光電変換装置
JP2012256020A (ja) 2010-12-15 2012-12-27 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 半導体装置及びその駆動方法
JP5558446B2 (ja) 2011-09-26 2014-07-23 株式会社東芝 光電変換装置及びその製造方法
US9817520B2 (en) * 2013-05-20 2017-11-14 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Imaging panel and imaging device
US9379138B2 (en) 2013-07-19 2016-06-28 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Imaging device with drive voltage dependent on external light intensity

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