DE112018002674T5 - Festkörper-Abbildungsvorrichtung und Abbildungsvorrichtung - Google Patents

Festkörper-Abbildungsvorrichtung und Abbildungsvorrichtung Download PDF

Info

Publication number
DE112018002674T5
DE112018002674T5 DE112018002674.4T DE112018002674T DE112018002674T5 DE 112018002674 T5 DE112018002674 T5 DE 112018002674T5 DE 112018002674 T DE112018002674 T DE 112018002674T DE 112018002674 T5 DE112018002674 T5 DE 112018002674T5
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
transistor
image sensor
avalanche photodiode
state image
electrode
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.)
Pending
Application number
DE112018002674.4T
Other languages
English (en)
Inventor
Shigetaka Kasuga
Manabu USUDA
Kentaro Nakanishi
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.)
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Original Assignee
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
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 Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd filed Critical Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Publication of DE112018002674T5 publication Critical patent/DE112018002674T5/de
Pending legal-status Critical Current

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
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H01L27/14654—Blooming suppression
    • 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
    • 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
    • H01L27/14609—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
    • H01L31/00—Semiconductor devices 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; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08—Semiconductor devices 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; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10—Semiconductor devices 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; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
    • H01L31/107—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiodes
    • 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
    • H04N25/771—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components comprising storage means other than floating diffusion

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

Ein Festkörper-Bildsensor (100) umfasst eine Pixelanordnung mit in einer Matrix angeordneten Pixelzellen (10). Jede der Pixelzellen (10) umfasst eine Lawinenphotodiode (1), eine Fließdiffusion (2), die Ladungen sammelt, einen Übertragungstransistor (3), der eine Kathode der Lawinenphotodiode (1) mit der Fließdiffusion (2) verbindet, einen ersten Reset-Transistor (4) zum Zurücksetzen von Ladungen, die in der Kathode der Lawinenphotodiode (1) gesammelt wurden, einen zweiten Rücksetztransistor (5) zum Zurücksetzen von in der Fließdiffusion (2) angesammelten Ladungen, einen Verstärkertransistor (6) zum Umwandeln einer Ladungsmenge von in der Fließdiffusion (2) angesammelten Ladungen in eine Spannung, einen Speicher (7), der Ladungen ansammelt, und einen Zähltransistor (8), der die Fließdiffusion (2) mit dem Speicher (7) verbindet.

Description

  • TECHNISCHER BEREICH
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Festkörper-Bildsensoren und insbesondere auf einen Festkörper-Bildsensor, der schwaches Licht erkennt.
  • HINTERGRUND
  • Festkörper-Bildsensoren, die schwaches Licht erkennen und eine Photo-Zählfunktion haben, sind in der entsprechenden Technik bekannt (siehe beispielsweise PTLs 1 und 2 und NPL 1).
  • Zitierliste
  • Patentliteratur
    • PTL 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung Veröffentlichungs-Nr. H7-67043
    • PTL 2: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung Veröffentlichungs-Nr. S61-152176
  • Nicht-Patentliteratur
  • NPL 1: ISSW 2013 9.8µm SPAD-based Analogue Single Photon Counting Pixel with Bias Controlled Sensitivity
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • TECHNISCHES PROBLEM
  • Leider sind die traditionellen Festkörper-Bildsensoren mit Photo-Zählfunktion nicht immer für eine hohe Integration geeignet, da ihre Pixelzellen eine relativ große Größe haben.
  • Ein Gegenstand der vorliegenden Offenbarung ist die Bereitstellung eines Festkörper-Bildsensors, der eine Photo-Zählfunktion aufweist und sich besser für eine hohe Integration eignet als die in der entsprechenden Kunst, und einer Abbildungsvorrichtung.
  • LÖSUNGEN DES PROBLEMS
  • Der Festkörper-Bildsensor gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Pixelanordnung mit in einer Matrix angeordneten Pixelzellen. Jede der Pixelzellen umfasst eine Lawinenphotodiode mit einem ersten Modus, in dem eine Ladungsmenge von Ladungen, die etwa proportional zur Anzahl der Photonen ist, die eine photoelektrische Umwandlung verursachen, in einer Kathode der Lawinenphotodiode gesammelt wird, wenn Photonen unter Anwendung einer ersten Vorspannung in die Lawinenphotodiode eintreten, und einen zweiten Modus, in dem eine gesättigte Menge von Ladungen in der Kathode gesammelt wird, wenn Photonen in die Lawinenphotodiode eintreten, unter Anwendung einer zweiten Vorspannung mit einer größeren Potentialdifferenz aus einer Potentialdifferenz der ersten Vorspannung und ein Photon eine photoelektrische Umwandlung bewirkt; eine Fließdiffusion, die Ladungen sammelt; einen Übertragungstransistor, der die Kathode der Lawinenphotodiode und die Fließdiffusion verbindet; einen ersten Rücksetztransistor zum Rücksetzen von Ladungen, die in der Kathode der Lawinenphotodiode gesammelt wurden; einen zweiten Rücksetztransistor zum Rücksetzen von Ladungen, die in der Fließdiffusion gesammelt wurden; einen Verstärkungstransistor zum Umwandeln einer Ladungsmenge der in der Fließdiffusion gesammelten Ladungen in eine Spannung; einen Speicher, der Ladungen sammelt; und einen Zähltransistor, der die Fließdiffusion und den Speicher verbindet.
  • Vorzugsweise hat der Speicher eine Kapazität, die wenigstens fünfmal so groß ist wie die Kapazität der Fließdiffusion.
  • Vorzugsweise ist der Speicher ein Kondensator mit einer Laminatstruktur.
  • Vorzugsweise ist der Speicher ein Kondensator mit einer Elektrode, einer Halbleiterschicht und einer Isolierschicht, die zwischen der Elektrode und der Halbleiterschicht angeordnet ist.
  • Vorzugsweise ist der Speicher ein Kondensator mit einer ersten Elektrode, einer zweiten Elektrode und einer Isolierschicht, die zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnet ist.
  • Vorzugsweise sind die Lawinenphotodiode, die Fließdiffusion, der Übertragungstransistor, der erste Reset-Transistor, der zweite Reset-Transistor und der Verstärkungstransistor in einem Halbleitersubstrat angeordnet. Der Kondensator umfasst die erste Elektrode und die zweite Elektrode, die einander zugewandt sind, und die Isolierschicht, die zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnet ist. Die erste Elektrode und die zweite Elektrode sind in einem Verdrahtungsschichtbereich angeordnet, der vertikal über einer ebenen Hauptfläche des Halbleitersubstrats angeordnet ist, und die ersten Elektroden in den Pixelzellen sind ohne einen Durchgang miteinander verbunden.
  • Vorzugsweise wird die erste Elektrode auf einem vorbestimmten Potential durch einen Durchgang außerhalb der Pixelanordnung geerdet.
  • Vorzugsweise hat der erste Reset-Transistor eine Schwellenspannung, die gleich oder niedriger ist als eine Schwellenspannung des Übertragungstransistors.
  • Vorzugsweise ist eine Potentialbarriere zwischen einer Quelle und einem Drain des ersten Reset-Transistors unter Anlegen einer ersten Spannung an ein Gate des ersten Reset-Transistors niedriger als eine Potentialbarriere zwischen einer Quelle und einem Drain des Übertragungstransistors unter Anlegen einer zweiten Spannung an ein Gate des Übe rtrag ungstransistors.
  • Vorzugsweise wird unter den in der Kathode der Lawinenphotodiode gesammelten Ladungen wenigstens ein Teil der Ladungen, die ein Potential haben, das höher ist als die Potentialbarriere zwischen der Quelle und dem Drain des ersten Reset-Transistors, auf den Drain des ersten Reset-Transistors übertragen.
  • Vorzugsweise ist in einem Betrieb im zweiten Modus die Potentialbarriere zwischen Quelle und Drain unter Anlegen einer dritten Spannung an das Gate des Übertragungstransistors höher als ein Potential der durch den zweiten Reset-Transistor initialisierten Fließdiffusion.
  • Vorzugsweise ist in einem Betrieb im ersten Modus die Potentialbarriere zwischen Quelle und Drain unter Anlegen einer vierten Spannung an das Gate des Übertragungstransistors gleich oder niedriger als das Potential der durch den zweiten Reset-Transistor initialisierten Fließdiffusion.
  • Die Abbildungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst den Festkörper-Bildsensor und eine Signalverarbeitungsschaltung, die eine Vorspannung einstellt, die auf die Lawinenphotodiode bei einer der ersten Vorspannung und der zweiten Vorspannung basierend auf einem Signalausgang des Festkörper-Bildsensors angewendet wird.
  • VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
  • Mit der obigen Konfiguration des Festkörper-Bildsensors kann ein Festkörper-Bildsensor mit einer Photo-Zählfunktion unter Verwendung einer Pixelzelle mit einer geringeren Anzahl von Elementen als in der zugehörigen Art. Aus diesem Grund kann die Pixelzelle eine kleinere Größe aufweisen als die von Pixelzellen in herkömmlichen Festkörper-Bildsensoren.
  • Dementsprechend kann die obige Konfiguration des Festkörper-Bildsensors einen Festkörper-Bildsensor bereitstellen, der eine Photo-Zählfunktion hat und sich besser für eine höhere Integration eignet als die in der entsprechenden Art.
  • Die Abbildungsvorrichtung mit der obigen Konfiguration umfasst einen Festkörper-Bildsensor mit der obigen Konfiguration.
  • Dementsprechend kann die obige Konfiguration der Abbildungsvorrichtung eine Abbildungsvorrichtung bereitstellen, das für eine höhere Integration besser geeignet ist als die in der entsprechenden Art.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein Schaltplan, der eine Pixelzelle gemäß einer Ausführungsform darstellt.
    • 2 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für das Umschalten einer Betriebsart darstellt.
    • 3 ist eine Schnittansicht, die ein erstes beispielhaftes Layout der Pixelzelle entsprechend der Ausführungsform veranschaulicht.
    • 4 ist eine Schnittansicht, die ein zweites beispielhaftes Layout der Pixelzelle entsprechend der Ausführungsform veranschaulicht.
    • 5 ist eine Schnittansicht, die ein drittes beispielhaftes Layout der Pixelzelle entsprechend der Ausführungsform veranschaulicht.
    • 6 ist eine Schnittansicht, die ein viertes beispielhaftes Layout der Pixelzelle gemäß der Ausführungsform veranschaulicht.
    • 7 ist ein Potentialdiagramm 1, das die Pixelschaltung gemäß der Ausführungsform in einem Geiger-Multiplikationsmodus darstellt.
    • 8A ist ein Potentialdiagramm 2, das die Pixelschaltung gemäß der Ausführungsform im Geiger-Multiplikationsmodus darstellt.
    • 8B ist ein Potentialdiagramm 2, das die Pixelschaltung gemäß der Ausführungsform im Geiger-Multiplikationsmodus darstellt.
    • 8C ist ein Potentialdiagramm 3, das die Pixelschaltung gemäß der Ausführungsform im Geiger-Multiplikationsmodus darstellt.
    • 8D ist ein Potentialdiagramm 4, das die Pixelschaltung gemäß der Ausführungsform im Geiger-Multiplikationsmodus darstellt.
    • 8E ist ein Potentialdiagramm 5, das die Pixelschaltung gemäß der Ausführungsform im Geiger-Multiplikationsmodus darstellt.
    • 8F ist ein Potentialdiagramm 6, das die Pixelschaltung gemäß der Ausführungsform im Geiger-Multiplikationsmodus darstellt.
    • 8G ist ein Potentialdiagramm 7, das die Pixelschaltung gemäß der Ausführungsform im Geiger-Multiplikationsmodus darstellt.
    • 8H ist ein Potentialdiagramm 8, das die Pixelschaltung gemäß der Ausführungsform im Geiger-Multiplikationsmodus darstellt.
    • 8I ist ein Potentialdiagramm 9, das die Pixelschaltung gemäß der Ausführungsform im Geiger-Multiplikationsmodus darstellt.
    • 8J ist ein Potentialdiagramm 10, das die Pixelschaltung gemäß der Ausführungsform im Geiger-Multiplikationsmodus darstellt.
    • 8K ist ein Potentialdiagramm 11, das die Pixelschaltung gemäß der Ausführungsform im Geiger-Multiplikationsmodus darstellt.
    • 8L ist ein Potentialdiagramm 12, das die Pixelschaltung gemäß der Ausführungsform im Geiger-Multiplikationsmodus darstellt.
    • 9H ist ein Potentialdiagramm 13, das die Pixelschaltung gemäß der Ausführungsform im Geiger-Multiplikationsmodus darstellt.
    • 9I ist ein Potentialdiagramm 14, das die Pixelschaltung gemäß der Ausführungsform im Geiger-Multiplikationsmodus darstellt.
    • 9J ist ein Potentialdiagramm 15, das die Pixelschaltung gemäß der Ausführungsform im Geiger-Multiplikationsmodus darstellt.
    • 9K ist ein Potentialdiagramm 16, das die Pixelschaltung gemäß der Ausführungsform im Geiger-Multiplikationsmodus darstellt.
    • 9L ist ein Potentialdiagramm 17, das die Pixelschaltung gemäß der Ausführungsform im Geiger-Multiplikationsmodus darstellt.
    • 10A ist ein Zeitdiagramm 1, das eine Photo-Zähl-Antriebssequenz im Geiger-Multiplikationsmodus darstellt.
    • 10B ist ein Zeitdiagramm 2, das die Photo-Zähl-Antriebssequenz in einem Geiger-Multiplikationsmodus darstellt.
    • 11A ist ein Kennfeld 1, das die Photo-Zähl-Eigenschaften im Geiger-Multiplikationsmodus veranschaulicht.
    • 11B ist das Kennfeld 2, das die Photo-Zähl-Eigenschaften im Geiger-Multiplikationsmodus veranschaulicht.
    • 11C ist ein Kennfeld 1, das die Photo-Zähl-Merkmale nach dem Vergleichsbeispiel im Geiger-Multiplikationsmodus veranschaulicht.
    • 11D ist das Kennfeld 2, das die Photo-Zähl-Merkmale gemäß dem Vergleichsbeispiel im Geiger-Multiplikationsmodus veranschaulicht.
    • 12A ist ein Potentialdiagramm 1, das die Pixelschaltung gemäß der Ausführungsform in einem linearen Multiplikationsmodus darstellt.
    • 12B ist ein Potentialdiagramm 2, das die Pixelschaltung gemäß der Ausführungsform im linearen Multiplikationsmodus darstellt.
    • 12C ist ein Potentialdiagramm 3, das die Pixelschaltung gemäß der Ausführungsform im linearen Multiplikationsmodus darstellt.
    • 12D ist ein Potentialdiagramm 4, das die Pixelschaltung gemäß der Ausführungsform im linearen Multiplikationsmodus darstellt.
    • 13 ist ein Zeitdiagramm, das eine Antriebssequenz im linearen Verstärkungsmodus veranschaulicht.
    • 14 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Abbildungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform darstellt.
    • 15A ist ein konzeptionelles Diagramm, das einen Festkörper-Bildsensor in der entsprechenden Art.
    • 15B ist ein Zeitdiagramm, das einen Betrieb des Festkörper-Bildsensors in der entsprechenden Art.
    • 15C ist ein Blockdiagramm, das eine Gegenschaltung des Festkörper-Bildsensors in der entsprechenden Art.
    • 16 ist ein konzeptionelles Diagramm, das den Festkörper-Bildsensor in der zugehörigen Art.
    • 17A ist ein Schaltplan, der eine Pixelschaltung in der entsprechenden Art.
    • 17B ist ein Zeitdiagramm, das einen Betrieb der Pixelschaltung in der entsprechenden Art.
    • 17C ist ein Zeitdiagramm, das einen Vorgang zum Zählen der Anzahl der Photonen in der entsprechenden Art.
  • BESCHREIBUNG DER BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • (Wie ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung erreicht wurde)
  • In jüngster Zeit wurden in einer Vielzahl von Bereichen der medizinischen und biologischen Anwendungen und der Messung von Strahlen schwache Lichtsensoren zur genauen Messung von schwachem Licht entsprechend einem Photon benötigt. Zu den derzeit weit verbreiteten schwachen Lichtsensoren gehören Photomultiplierröhren (PMTs). Leider haben die PMTs, die Vakuumröhrengeräte sind, eine Abmessung von ca. 10mm x 10mm, was eine Erhöhung der Pixelzahl verhindert. Darüber hinaus erfordert die Bildgebung mit dem PMT die Verarbeitung von Informationen über Punkte eines Zielobjekts durch ein Verfahren zum Abtasten des Zielobjekts innerhalb einer XY-Ebene, beispielsweise, und die anschließende Umwandlung der Informationen in ein Bild. Eine solche Verarbeitung führt zu Schwierigkeiten bei der Echtzeit-Fotografie. Unter diesen Umständen besteht Bedarf an schwachen Lichtsensoren in Form eines Festkörper-Bildsensors, um einen schwachen Lichtsensor mit einer erhöhten Pixelanzahl und gleichzeitiger Hochgeschwindigkeitsleistung zu realisieren.
  • Als einer der Festkörper-Bildsensoren, die schwaches Licht erfassen, wurden Festkörper-Bildsensoren vorgeschlagen, die jeweils Photonen zählen, die eine photoelektrische Umwandlung in einer Fotodiode bewirken, und das Zählergebnis als Signal mit einem digitalen Wert nach außen übertragen.
  • Wenn beispielsweise bei Festkörper-Bildsensoren nach PTLs 1 und 2, wenn ein oder mehrere Photonen eine photoelektrische Umwandlung zwischen den Resets zu dem in 15B dargestellten Zeitpunkt bewirken, bestimmt eine Photodiode mit einer Schaltung nach 15A, dass ein Photon vorhanden ist, und erzeugt ein Pulssignal. Das Impulssignal erhöht dann den Zählwert der in 15C dargestellten digitalen Zählerschaltung um eins.
  • Leider, für den Fall, dass die digitale Zählschaltung als Zähler auf einem Pixel wie in den PTLs 1 und 2 beschrieben montiert ist, erhöht sogar eine Zählschaltung von einem Bit den Schaltplanmaßstab, wie in 16 dargestellt. Eine Erhöhung der Anzahl der Bits zur Erzielung der gewünschten Abstufung führt zu einer proportionalen Erhöhung der Anzahl der Schaltungselemente und der Anzahl der Signalleitungen entsprechend der Anzahl der Bits. Es ist offensichtlich, dass dies zu einer Vergrößerung der Pixelzellen führt, die eine Erhöhung der Pixelanzahl verhindert.
  • Wie in NPL 1 beschrieben, gibt es seit kurzem eine weitere Art von Festkörper-Bildsensor mit einer Struktur, die eine Anordnung von Lawinen-Photodioden (sogenannte Geiger-Modus-APDs) umfasst, an die ein Lastwiderstand angeschlossen ist und eine Hochspannung angelegt wird, die gleich oder höher als die Durchbruchspannung ist. In diesem Festkörper-Bildsensor ist eine analoge Schaltung als Zähler auf einer Pixelschaltung montiert, um die Probleme herkömmlicher digitaler Zählschaltungen in der oben beschriebenen Art zu lösen. Die Pixelschaltung ist in 17A dargestellt.
  • In dieser Pixelschaltung entlädt sich jedes Mal, wenn ein Photon zu dem in 17B veranschaulichten Zeitpunkt in ein Lichtempfangselement eintritt, ein Detektor von der Halterung MC, die eine Anfangsspannung hält. Tatsächlich führt jedoch eine Variation der Amplitude VIN, die durch die Intensität der Photonenenergie verursacht wird, und eine Variation der parasitären Kapazität CP des Steuertransistors M7 zu einer Variation der Menge der aus dem Halter abgegebenen Ladungen. Aus diesem Grund ist ΔV der Spannung VC des Halters MC nicht konstant. Wie in 17C dargestellt, wird die Anzahl der Photonen durch Vergleich der Rückstellspannung mit der Spannung VC des Halters MC nach Abzug der ΔV Integration gemessen. Eine Variation in ΔV führt zu Schwierigkeiten bei der genauen Zählung der Anzahl der Photonen.
  • In Anbetracht solcher Probleme hat der Erfinder einen Festkörper-Bildsensor mit einer Konfiguration konzipiert, die die folgende Zählschaltung umfasst. Mit einem Transistor und einem Speicherelement entspannt die Zählschaltung eine Amplitudenänderung eines Lichtempfangselements, wenn Photonen eine photoelektrische Umwandlung bewirken. Die Zählschaltung eliminiert somit einen Fehler in der Menge des analogen Integrationssignals pro Photon, um Fehler in der erfassten Anzahl von Photonen und dem Zählwert zu reduzieren. Darüber hinaus reduziert die Zählschaltung die Anzahl der Elemente im Vergleich zu einer herkömmlichen digitalen Zählschaltung deutlich und ermöglicht das Auslesen des Zählwertes nur mit einer analogen Signalleitung. Eine solche Konfiguration kann einen Multi-Pixel-Halbleiterbildsensor mit einer leistungsstarken Photo-Zählfunktion und einer reduzierten Pixelgröße implementieren.
  • AUSFÜHRUNGSFORM
  • Der Festkörper-Bildsensor gemäß einer Ausführungsform wird nun mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
  • [Konfiguration]
  • Der Festkörper-Bildsensor gemäß der Ausführungsform umfasst eine Pixelanordnung mit in einer Matrix angeordneten Pixelzellen.
  • 1 ist ein Schaltplan, der die Pixelzelle 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
  • Wie in der Zeichnung dargestellt, umfasst die Pixelzelle 10 eine Lawinenphotodiode 1, eine Fließdiffusion 2, die Ladungen sammelt, einen Übertragungstransistor 3, der eine Kathode der Lawinenphotodiode 1 und die Fließdiffusion 2 verbindet, einen ersten Rücksetztransistor 4 zum Zurücksetzen der in der Kathode der Lawinenphotodiode 1 gesammelten Ladungen, einen zweiten Rücksetztransistor 5 zum Zurücksetzen der in der Fließdiffusion 2 gesammelten Ladungen, einen Verstärkertransistor 6, der die Ladungsmenge der in der Fließdiffusion 2 gesammelten Ladungen in eine Spannung umwandelt, einen Speicher 7, der Ladungen sammelt, und einen Zähltransistor 8, der die Fließdiffusion 2 mit dem Speicher 7 verbindet. Die Pixelzelle 10 kann des Weiteren einen Auswahltransistor 9 umfassen, der den Verstärkertransistor 6 und die vertikale Signalleitung Vsig verbindet.
  • Hier hat die Lawinenphotodiode 1 einen ersten Modus, in dem eine Ladungsmenge, die etwa proportional zur Anzahl der Photonen ist, die eine photoelektrische Umwandlung bewirken, in einer Kathode gesammelt wird, wenn Photonen unter Anwendung einer ersten Vorspannung (beispielsweise -25V) in die Lawinenphotodiode 1 eintreten, und einen zweiten Modus, in dem eine gesättigte Menge an Ladungen in der Kathode gesammelt wird, wenn Photonen unter Anwendung einer zweiten Vorspannung (beispielsweise -27V) mit einer größeren Potentialdifferenz zu der der ersten Vorspannung in die Lawinenphotodiode 1 eintreten und ein Photon eine photoelektrische Umwandlung bewirkt.
  • Hier wird der erste Betriebsmodus der Lawinenphotodiode 1 zum Sammeln der Ladungen, die etwa proportional zur Anzahl der Photonen sind, die den photoelektrischen Effekt in der Kathode verursachen, auch als linearer Multiplikationsmodus bezeichnet. Der zweite Betriebsmodus der Lawinenphotodiode 1 zum Sammeln der gesättigten Ladungsmenge in der Kathode, wenn ein Photon den photoelektrischen Effekt verursacht, wird auch als Geiger-Multiplikationsmodus bezeichnet.
  • Im Folgenden wird die Lawinenphotodiode 1 als APD, Fließdiffusion 2 als FD, Übertragungstransistor 3 als TRN-TR, erster Rücksetztransistor 4 als ADPRST-TR, zweiter Rücksetztransistor 5 als FDRST-TR, Verstärkertransistor 6 als SF-TR und in einigen Fällen als MCT-TR bezeichnet.
  • Obwohl die erste Vorspannung beispielsweise -25V und die zweite Vorspannung beispielsweise -27V in dieser Beschreibung ist, sind diese spezifischen Beispiele nur anschaulich. Mit anderen Worten, die erste Vorspannung kann einen beliebigen Wert haben, bei dem die Ladungsmenge der Ladungen, die etwa proportional zur Anzahl der Photonen ist, die eine photoelektrische Umwandlung bewirken, in der Kathode gesammelt werden kann. Die zweite Vorspannung kann einen beliebigen Wert haben, der eine größere Potentialdifferenz zu derjenigen der ersten Vorspannung aufweist und es ermöglicht, die gesättigte Menge an Ladungen in der Kathode zu sammeln, wenn ein Photon eine photoelektrische Umwandlung bewirkt.
  • Es werden nun die Signale beschrieben, die mit der Pixelzelle 10 verbunden werden sollen.
  • APDRST ist ein Signal zum Steuern des ersten Reset-Transistors 4 und ist ein APD-Rücksetzsignal zum Zurücksetzen der Ladungen der Kathode der Lawinenphotodiode 1.
  • TRN ist ein Signal zum Steuern des Übertragungstransistors 3 und ein Transfersignal zum Übertragen der Ladungen der Kathode der Lawinenphotodiode 1 auf die Fließdiffusion 2.
  • FDRST ist ein Signal zum Steuern des zweiten Reset-Transistors 5 und ist ein FD-Reset-Signal zum Zurücksetzen der Ladungen der Fließdiffusion 2.
  • MCT ist ein Signal zum Steuern des Zähltransistors 8 und ist ein Photo-Zählsignal zum Steuern des Verbindungszustands zwischen Fließdiffusion 2 und Speicher 7.
  • SEL ist ein Signal zum Steuern des Auswahltransistors 9 und ein Zeilenauswahlsignal.
  • APDBIAS ist ein Netzteil zum Anlegen von Spannung an die Anode der Lawinenphotodiode 1.
  • APDRSD ist ein Reset-Drain-Netzteil der Lawinenphotodiode 1.
  • FDRSD ist eine Reset-Drain-Stromversorgung der Fließdiffusion 2.
  • PIXVDDD ist eine Spannungsversorgung des Verstärkertransistors 6.
  • Pixelzelle 10 kann die Multiplikationsrate der Lawinenphotodiode 1 durch Änderung von APDBIAS ändern.
  • Wie beispielsweise in 2 dargestellt, kann APDBIAS bei einer Beleuchtungsstärke von mehr als 0,1Ix auf -25V eingestellt werden und der Betriebsmodus der Lawinenphotodiode 1 kann der lineare Multiplikationsmodus sein. Ähnlich wie bei einem Standardbildsensor wird bei der Lawinenphotodiode 1 in diesem linearen Multiplikationsmodus die Anzahl der in der Kathode zu sammelnden Ladungen etwa proportional zur Beleuchtungsstärke erhöht.
  • Für den Fall, dass das Zielobjekt eine Beleuchtungsstärke von weniger als 0,1Ix aufweist, kann APDBIAS auf -27V eingestellt werden und der Betriebsmodus der Lawinenphotodiode 1 kann der Geiger-Multiplikationsmodus sein. In der Lawinenphotodiode 1 in diesem Geiger-Multiplikationsmodus erfolgt der Lawinendurchbruch durch photoelektrische Umwandlung durch ein Photon, und die Menge der in der Kathode gesammelten Ladungen erreicht den gesättigten Pegel. Ein weißes Bild wird als Ergebnis der gesättigten Ausgabe aus einer Pixelzelle 10 erzeugt, wobei das Photon den photoelektrischen Effekt verursacht, und ein schwarzes Bild wird in einem Pixel erzeugt, bei dem das Photon den photoelektrischen Effekt nicht verursacht. Dementsprechend wird das Bild des Zielobjekts mit einer Punktdichte mit binären Werten von Schwarz-Weiß dargestellt. Um die Punktdichte in Form eines Bildes mit Abstufung auszudrücken, umfasst jede Pixelzelle 10 den Speicher 7.
  • Speicher 7 mit einer größeren Kapazität kann den Dynamikbereich der Ausgangsspannung erweitern, da ein solcher Speicher eine größere Ladungsmenge ansammeln und eine größere Anzahl von Photonen integrieren kann.
  • 3 veranschaulicht eine Schnittansicht eines ersten beispielhaften Layouts der Pixelzelle 10.
  • Wie in der Zeichnung dargestellt, ist der Speicher 7 im ersten beispielhaften Layout mit einem Kondensator mit einer Laminatstruktur implementiert, die eine Elektrode, eine Halbleiterschicht und eine Isolierschicht zwischen der Elektrode und der Halbleiterschicht umfasst.
  • 4 veranschaulicht eine Schnittansicht eines zweiten beispielhaften Layouts der Pixelzelle 10.
  • Wie in der Zeichnung dargestellt, wird der Speicher 7 im zweiten beispielhaften Layout mit einem Kondensator mit Laminatstruktur implementiert und in einem Verdrahtungsschichtbereich gebildet, der vertikal über einer ebenen Hauptfläche eines Halbleitersubstrats angeordnet ist. Der Kondensator kann eine Konfiguration aufweisen, die eine erste Elektrode 72, die aus einem TiN-Element besteht, eine zweite Elektrode 73, die aus einem TiN-Element besteht, und eine Isolierschicht 71, die zwischen der ersten Elektrode 72 und der zweiten Elektrode 73 angeordnet ist und beispielsweise aus einem SiN-Element besteht. Hier stehen sich die erste Elektrode 72 und die zweite Elektrode 73 gegenüber, zwischen denen eine Isolierschicht 71 angeordnet ist.
  • In der Pixelzelle 10 im zweiten beispielhaften Layout ist der Speicher 7 im Bereich der Verdrahtungsschicht angeordnet. Eine solche Konfiguration kann ein Pixel mit einer reduzierten Größe im Vergleich zu der von Pixelzelle 10 im ersten beispielhaften Layout bereitstellen.
  • Hier wird im zweiten beispielhaften Layout angenommen, dass Photonen senkrecht von oberhalb der ebenen Hauptfläche des Halbleitersubstrats (nämlich von oberhalb der Frontfläche) in die Lawinenphotodiode 1 eintreten. Aus diesem Grund sollte ein Teil des Bereichs der Leitungsschicht eine Öffnung aufweisen, aus der Photonen in die Lawinenphotodiode 1 eindringen.
  • 5 veranschaulicht eine Schnittansicht eines dritten beispielhaften Layouts der Pixelzelle 10.
  • In diesem dritten beispielhaften Layout wird davon ausgegangen, dass Photonen von der Rückseite des Halbleitersubstrats in die Lawinenphotodiode 1 eintreten.
  • Im dritten beispielhaften Layout gelangen Photonen von der Rückseite des Halbleitersubstrats in die Pixelzelle 10, so dass die Öffnung im Verdrahtungsbereich entfällt. Infolgedessen kann eine Pixelzelle 10 im dritten beispielhaften Layout einen Speicher 7 mit einer größeren Kapazität aufweisen als die Pixelzelle 10 im zweiten beispielhaften Layout. In der Pixelzelle 10 im dritten beispielhaften Layout kann die Öffnungsfläche der Lawinenphotodiode 1 bis auf etwa eine Zellgröße der Pixelzelle 10 vergrößert werden. Eine solche Konfiguration kann den photoelektrischen Umwandlungswirkungsgrad der Pixelzelle 10 im dritten beispielhaften Layout im Vergleich zu dem der Pixelzelle 10 im zweiten beispielhaften Layout erhöhen.
  • 6 veranschaulicht eine Schnittansicht eines vierten beispielhaften Layouts der Pixelzelle 10.
  • Wie in 3 bis 6 ist die erste Elektrode (im Folgenden „VSSA-Elektrode“ genannt), die ein Flachplattenelektroden-Bildspeicher 7 ist, mit einer Festspannung VSSA verbunden. Wie in 3 bis 5, in den ersten bis dritten beispielhaften Layouts ist die VSSA-Elektrode über einen Durchgang mit der festen Spannung VSSA innerhalb der Pixelzelle 10 verbunden. Im Gegensatz dazu, wie in 6 veranschaulicht, ist die VSSA-Elektrode in Pixelzelle 10 im vierten beispielhaften Layout ohne Durchgang mit VSSA-Elektroden in benachbarten Pixelzellen 10 verbunden und über Durchgänge mit VSSAs mit fester Spannung außerhalb der Pixelzelle 10, nämlich außerhalb der Pixelanordnung, verbunden. Aus diesem Grund muss die Verdrahtung für die Fixspannung VSSA und die Verbindung zwischen der VSSA-Elektrode und der Fixspannung , VSSA im vierten beispielhaften Layout nicht innerhalb der Pixelzelle 10 angeordnet werden. So kann in der Pixelzelle 10 im vierten beispielhaften Layout der Speicher 7 eine auf etwa eine Zellgröße der Pixelzelle 10 vergrößerte Größe aufweisen. Aus diesem Grund kann der Speicher 7 in der Pixelzelle 10 im vierten beispielhaften Layout eine größere Kapazität haben als der Speicher 7 in der Pixelzelle 10 im dritten beispielhaften Layout.
  • 7 ist ein Potentialdiagramm der Pixelzelle 10, wenn sich die Lawinenphotodiode 1 im Geiger-Multiplikationsmodus befindet.
  • Wie vorstehend beschrieben, führt in der Lawinenphotodiode 1 im Geiger-Multiplikationsmodus die photoelektrische Umwandlung durch ein Photon zu einem Lawinenausbruch, so dass die Menge der in der Kathode gesammelten Ladungen die maximale Akkumulationsmenge übersteigt. Wenn die Ladungen, die die maximale Akkumulationsmenge überschreiten, in die Fließdiffusion 2, den Speicher 7 und benachbarte Pixelzellen 10 gelangen, tritt ein Phänomen auf, das als Blooming bezeichnet wird.
  • Das Auftreten von Blooming führt zu Mischfarben zwischen den Pixeln, um die Auflösung von Bildern und damit die Erkennung von Bildern zu verhindern. Um dies zu verhindern, wie in 7 dargestellt, wird das Potenzial des ersten Reset-Transistors 4 (APDRST-TR) im ausgeschalteten Zustand niedriger eingestellt als das des Übertragungstransistors 3 (TRN-TR) im ausgeschalteten Zustand. Mit anderen Worten, die Potentialbarriere zwischen der Quelle und dem Drain des ersten Reset-Transistors 4 (APDRST-TR) in dem Zustand, in dem eine erste Spannung (Spannung zum Abschalten des ersten Reset-Transistors 4 (APDRST-TR)) an das Gate angelegt wird, ist niedriger als die Potentialbarriere zwischen der Quelle und dem Drain des Übertragungstransistors 3 (TRN-TR) in dem Zustand, in dem eine zweite Spannung (Spannung zum Abschalten des Übertragungstransistors 3 (TRN-TR)) an das Gate angelegt wird. Als Einstellverfahren wird der Schwellenwert Vt des ersten Reset-Transistors 4 (APDRST-TR) so eingestellt, dass er unter dem Schwellenwert Vt des Übertragungstransistors 3 (TRN-TR) liegt. Als weiteres zu berücksichtigendes Verfahren wird der Signalpegel (LOW-Pegel) von APDRST, wenn der erste Reset-Transistor 4 (APDRST-TR) ausgeschaltet ist, so eingestellt, dass er höher ist als der Signalpegel (LOW-Pegel) von TRN, wenn der Übertragungstransistor 3 (TRN-TR) ausgeschaltet ist. Durch Einstellen des Potentials des ersten Reset-Transistors 4 (APDRST-TR), wenn er ausgeschaltet ist, auf ein niedrigeres Niveau als das des Übertragungstransistors 3 (TRN-TR), wenn er ausgeschaltet ist, leitet der erste Reset-Transistor 4 überschüssige Ladungen, die mehr als erforderlich in der Lawinenphotodiode 1 erzeugt wurden, an ein APDRSD-Netzteil ab. Mit anderen Worten, unter den in der Kathode der Lawinenphotodiode 1 gesammelten Ladungen wird wenigstens ein Teil der Ladungen mit einem höheren Potential als die Potentialbarriere zwischen der Quelle und dem Drain des ersten Reset-Transistors 4 (APDRST-TR) auf den Drain des ersten Reset-Transistors 4 (APDRST-TR) übertragen. Durch die Verwendung des APDRSD-Netzteils als sogenannter Overflow-Drain kann ein Ausblühen verhindert werden.
  • [2. Betrieb] Der Betrieb des Festkörper-Bildsensors gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit Pixelzelle 10 mit der obigen Konfiguration wird nun anhand der Zeichnungen beschrieben.
  • 8A bis 8L und 9H bis 9L sind Potentialdiagramme einer Photo-Zähl-Antriebssequenz („photocount drive sequence“), die mit einem Potential ausgedrückt werden, wenn der Betriebsmodus der Lawinenphotodiode 1 der Geiger-Multiplikationsmodus ist. 10A und 10B sind Zeitdiagramme, die die Photo-Zähl-Antriebssequenz veranschaulichen, die mit Timing ausgedrückt wird, wenn der Betriebsmodus der Lawinenphotodiode 1 der Geiger-Multiplikationsmodus ist. 11A und 11B sind Charakterdiagramme, die die Photo-Zähl-Eigenschaften veranschaulichen, wenn der Betriebsmodus der Lawinenphotodiode 1 der Geiger-Multiplikationsmodus ist.
  • Wenn die Photo-Zähl-Antriebssequenz gestartet wird, werden zunächst der erste Reset-Transistor 4 (APDRST-TR), der zweite Reset-Transistor 5 (FDRST-TR) und der Zähltransistor 8 (MCT-TR) eingeschaltet, um die Kathode der Lawinenphotodiode 1, der Fließdiffusion 2 und des Speichers 7 zu initialisieren (zurückzusetzen).
  • Wie in 8A dargestellt, werden die Potentiale der Kathode von Lawinenphotodiode 1, Fließdiffusion 2 und Speicher 7 durch die Initialisierung auf 3,3V eingestellt.
  • Im nächsten Schritt werden der erste Reset-Transistor 4 (APDRST-TR), der zweite Reset-Transistor 5 (FDRST-TR) und der Zähltransistor 8 (MCT-TR) ausgeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt wird das Potential auf der Abschaltstufe des ersten Reset-Transistors 4 (APDRST-TR) niedriger gehalten als auf der Abschaltstufe des Übertragungstransistors 3 (TRN-TR).
  • Wie in 8B dargestellt, wird der Potentialpegel des ersten Reset-Transistors 4 (APDRST-TR) auf 1,8V eingestellt. Das Einstellverfahren ist wie vorstehend beschrieben.
  • In diesem Zustand (dem Zustand, in dem der Potentialpegel des ersten Reset-Transistors 4 (APDRST-TR) auf 1,8V eingestellt ist) wird die Pixelzelle 10 dem Licht ausgesetzt.
  • Wie in 10A und 10B, ist die Belichtungszeit, die benötigt wird, um ein Photon zu zählen, 754µs. Pixelzelle 10 kann bis zu 20 Photonen für 16ms bei 60fps zählen. Wenn Photonen den photoelektrischen Effekt in der Lawinenphotodiode 1 in dieser Belichtungszeit von 754µs verursachen, erreicht die Menge der in der Kathode der Lawinenphotodiode 1 gesammelten Ladungen den gesättigten Pegel. Die vorstehend beschriebene Überbrückungsfunktion bewirkt, dass die Ladungen zur APDRSD-Stromversorgung durch die potenzialfreie Barriere des ersten Reset-Transistors 4 (APDRST-TR) überlaufen. Die Kathode der Lawinenphotodiode 1 hat eine Kapazität von 1,5fF, was 1,5V als Differenz zwischen 1,8V und einer Referenzspannung von 3,3V bei der Initialisierung der Kathode der Lawinenphotodiode 1 entspricht. Aus diesem Grund enthält die Kathode der Lawinenphotodiode 1, wie in 8B dargestellt, 14000 Elektronen. Durch diesen Vorgang (Betrieb zum Überlaufen der Ladungen zur APDRSD-Stromversorgung unter der Wirkung der Blooming-Verhinderungsfunktion) kann in der Kathode der Lawinenphotodiode 1 eine gleichmäßige Ladungsmenge angesammelt werden, wenn ein Photon den photoelektrischen Effekt verursacht.
  • Im nächsten Schritt wird, wie in 8C dargestellt, der Übertragungstransistor 3 (TRN-TR) eingeschaltet, um die Kathode der Lawinenphotodiode 1 und die Fließdiffusion 2 (FD) zu verbinden. Der Potentialpegel beim Einschalten des Übertragungstransistors 3 (TRN-TR) entspricht einem Pegel, um eine Potentialbarriere von 2,8V zu schaffen, anstatt die Kathode der Lawinenphotodiode 1 und die Fließdiffusion 2 (FD) vollständig zu verbinden. Mit anderen Worten, die Potentialbarriere zwischen der Quelle und dem Drain in dem Zustand, in dem eine dritte Spannung (Spannung zum Einschalten des Übertragungstransistors 3 (TRN-TR)) an das Gate des Übertragungstransistors 3 (TRN-TR) angelegt wird, wird durch den zweiten Reset-Transistor 5 (FDRST-TR) im Vergleich zum Potential der Fließdiffusion 2 im Initialisierungszustand erhöht. Dies dient der Vermeidung von Fehlfunktionen während der Fahrt, deren Details später beschrieben werden. Zu diesem Zeitpunkt wird der Übertragungstransistor 3 (TRN-TR) in einem linearen Zustand eingeschaltet.
  • Das Einschalten des Übertragungstransistors 3 (TRN-TR) verteilt die in der Kathode der Lawinenphotodiode 1 angesammelten Ladungen neu auf die Kathode der Lawinenphotodiode 1 und auf die Fließdiffusion 2 (FD). Die neu zu verteilenden Ladungsmengen sind proportional zur Kapazität der Kathode der Lawinenphotodiode 1 und der der Fließdiffusion 2 (FD). Die Kapazität der Kathode der Lawinenphotodiode 1 beträgt hier 1,5fF und die Kapazität der Fließdiffusion 2 beträgt 2,0 fF. Aus diesem Grund werden, wie in 8D veranschaulicht, 8000 Elektronen in der Fließdiffusion 2 (FD) angesammelt, auch nachdem der Übertragungstransistor 3 (TRN-TR) im nachfolgenden Schritt abgeschaltet wurde.
  • In der Fließdiffusion 2 (FD) werden leicht undichte Ladungen erzeugt. Dementsprechend wird, wie in 8E dargestellt, der Zähltransistor 8 (MCT-TR) sofort eingeschaltet, um die Ladungen in den Speicher 7 zu übertragen. Zu diesem Zeitpunkt werden die in der Fließdiffusion 2 (FD) angesammelten Ladungen auf die Fließdiffusion 2 (FD) und den Speicher 7 umgeleitet. Die neu zu verteilenden Ladungsmengen sind proportional zur Kapazität der Fließdiffusion 2 (FD) und zur Kapazität des Speichers 7. Die Kapazität von Speicher 7 beträgt 20fF. Aus diesem Grund werden, wie in 8F dargestellt, 7270 Elektronen im Speicher 7 gespeichert.
  • Die in 8A bis 8F entspricht einem Zyklus des Photo-Zähl-Betriebs.
  • Man beachte, dass selbst wenn zwei oder mehr Photonen den photoelektrischen Effekt in der Belichtungszeit von 754µs verursachen, der photoelektrische Effekt auch als der durch ein Photon verursachte photoelektrische Effekt erkannt wird.
  • Um das zweite Photon zu erfassen, muss die Kathode der Lawinenphotodiode 1 einmalig initialisiert werden, wie in 8G dargestellt. Aus diesem Grund wird der erste Reset-Transistor 4 (APDRST-TR) eingeschaltet. Ob die Fließdiffusion 2 (FD) zu diesem Zeitpunkt initialisiert wird oder nicht, hängt vom Verhältnis der Kapazität der Fließdiffusion 2 (FD) und der Kapazität des Speichers 7 ab. Es wird bevorzugt, dass die Fließdiffusion 2 (FD) initialisiert wird, wenn die Kapazität des Speichers 7 ausreichend größer ist als die Kapazität der Fließdiffusion 2 (FD). Die Initialisierung kann Einflüsse durch undichte Ladungen in der Fließdiffusion 2 (FD) reduzieren. Hier wird die Fließdiffusion 2 (FD) nicht initialisiert, da man nicht sagen kann, dass die Kapazität des Speichers 7 ausreichend größer ist als die Kapazität der Fließdiffusion 2 (FD). Dies liegt daran, dass die im Speicher 7 angesammelten Ladungen reduziert werden, wenn die Ladungen für ein im Speicher 7 angesammeltes Photon (7270 Elektronen, wie in 8G dargestellt) zwischen Speicher 7 und der initialisierten Fließdiffusion 2 (FD) neu verteilt werden. Insbesondere sind seine Einflüsse signifikant, wenn ein Photon den photoelektrischen Effekt verursacht und ein Photon im nächsten Zyklus den photoelektrischen Effekt nicht verursacht. Solche Einflüsse gibt es nicht, wenn das erste Photon den photoelektrischen Effekt verursacht, und nach dem ersten Photon das zweite Photon den photoelektrischen Effekt im nächsten Zyklus, da in der Kathode der Lawinenphotodiode 1 wieder 14000 Elektronen angesammelt werden.
  • Die in 8H bis 8L ist eine Sequenz, die der in 8B bis 8F. Durch 20-fache Wiederholung der Sequenz ähnlich der obigen Sequenz können die durch den photoelektrischen Effekt erzeugten Ladungen, die durch das Photon höchstens 20-fach verursacht werden, in den Speicher 7 integriert werden.
  • Die im Speicher 7 integrierten Ladungen werden entsprechend der Anzahl der Photonen, die den photoelektrischen Effekt verursachen, in eine Spannung im Verstärkertransistor 6 (SF-TR) in dem Zustand umgewandelt, in dem der Speicher 7 mit der Fließdiffusion 2 (FD) über den Zähltransistor 8 (MCT-TR) verbunden und die Spannung ausgegeben wird. 10A und 10B veranschaulichen das Ausgangstiming. 10A ist ein Zeitdiagramm für den Fall, dass die Umwandlung der in Speicher 7 integrierten Ladung in eine Spannung im Verstärkertransistor 6 (SF-TR) und deren Ausgang von der Umwandlung der initialisierten Ladung in Fließdiffusion 2 (FD) in eine Spannung im Verstärkertransistor 6 (SF-TR) und deren Ausgang gefolgt wird. 10B ist ein Zeitdiagramm für den Fall, dass die Umwandlung der initialisierten Ladung in Fließdiffusion 2 (FD) in eine Spannung im Verstärkertransistor 6 (SF-TR) und deren Ausgang gefolgt von der Umwandlung der im Speicher 7 integrierten Ladung in eine Spannung im Verstärkertransistor 6 (SF-TR) und deren Ausgang.
  • Wenn die Anzahl der im Speicher 7 integrierten und akkumulierten Ladungen durch den durch Photonen kontinuierlich verursachten photoelektrischen Effekt erhöht wird, wird die Anzahl der neu im Speicher 7 integrierten Ladungen reduziert (siehe 11A). Aus diesem Grund ist, wie in 11B dargestellt, mit zunehmender Anzahl der Photonenzählungen die Steigung der Ausgangsspannung tendenziell kleiner. Eine größere Kapazität des Speichers 7 kann diese Tendenz noch deutlicher verhindern. Zum Vergleich sind die Charakterdiagramme in 11C und 11D dargestellt, die die Photo-Zähl-Eigenschaften veranschaulichen, wenn die Kapazität von Speicher 7 gleich 6 fF beträgt und der Betriebsmodus der Lawinenphotodiode 1 der Geiger-Multiplikationsmodus ist. Wie in 11 D dargestellt, wird in dem Fall, in dem die Kapazität des Speichers 7 gleich 6 fF beträgt, d.h. das Verhältnis der Kapazität der Fließdiffusion 2 (FD) zur Kapazität des Speichers 7 gleich 1:3 beträgt, die Steigung der Ausgangsspannung um den Photo-Zähler 10 oder höher so klein, dass die Erkennung des Photo-Zählers schwierig ist. Der Erfinder, der wiederholte Tests und Untersuchungen durchgeführt hat, hat festgestellt, dass die Kapazität des Speichers 7 vorzugsweise wenigstens das Fünffache der Kapazität der Fließdiffusion 2 (FD) beträgt, um 20 Photonen im Photo-Zähler zu erfassen.
  • 9H bis 9L sind Potentialdiagramme einer Photo-Zähl-Antriebssequenz, die mit einem Potential dargestellt werden, wenn das erste Photon den photoelektrischen Effekt verursacht, und nach dem ersten Photon verursacht das zweite Photon den photoelektrischen Effekt im nächsten Zyklus nicht.
  • Wie in 9H dargestellt, verursacht das Photon auch nach der Belichtung der Pixelzelle 10 den photoelektrischen Effekt nicht. Aus diesem Grund werden beispielsweise in der Kathode der Lawinenphotodiode 1 nur 10 Elektronen durch Geräusche angesammelt. Aus diesem Grund werden, wie in 9I dargestellt, auch bei eingeschaltetem Übertragungstransistor 3 (TRN-TR) zur unvollständigen Verbindung der Kathode der Lawinenphotodiode 1 und der Fließdiffusion 2 (FD) die in der Kathode der Lawinenphotodiode 1 angesammelten Ladungen und die in Fließdiffusion 2 (FD) angesammelten Ladungen nicht neu verteilt.
  • Der Potentialpegel beim Einschalten des Übertragungstransistors 3 (TRN-TR) ist ein Pegel, um eine Potentialbarriere von 2,8V zu schaffen, und nicht der Pegel, um die Kathode der Lawinenphotodiode 1 und die Fließdiffusion 2 (FD) vollständig zu verbinden. Dies dient der Verhinderung der Umverteilung der in der Kathode der Lawinenphotodiode 1 angesammelten Ladungen und der in der Fließdiffusion 2 (FD) angesammelten Ladungen, wenn ein Photon den photoelektrischen Effekt nicht verursacht. Aus diesem Grund wird, wie in 9I dargestellt, die Umverteilung der Ladungen durch den Übertragungstransistor 3 (TRN-TR) nicht durchgeführt, und die Fließdiffusion 2 (FD) hält kontinuierlich die Menge der angesammelten Ladungen (hier 730 Elektronen).
  • Aus diesem Grund wird, wie in 9K dargestellt, die Menge der im Speicher 7 gespeicherten Ladungen durch Einschalten des Zähltransistors 8 (MCT-TR) nicht verändert.
  • 12A bis 12D sind Potentialdiagramme, die eine Antriebssequenz darstellen, die mit einem Potential ausgedrückt wird, wenn der Betriebsmodus der Lawinenphotodiode 1 der lineare Multiplikationsmodus ist. 13 ist ein Zeitdiagramm, das eine mit Timing ausgedrückte Antriebssequenz veranschaulicht, wenn der Betriebsmodus der Lawinenphotodiode 1 der lineare Multiplikationsmodus ist.
  • Ist der Betriebsmodus der Lawinenphotodiode 1 der lineare Multiplikationsmodus, arbeitet der Festkörper-Bildsensor gemäß der vorliegenden Ausführungsform einschließlich Pixelzelle 10 im Wesentlichen ähnlich wie ein Standardbildsensor.
  • Wenn die Antriebssequenz gestartet wird, werden zunächst der erste Reset-Transistor 4 (APDRST-TR), der zweite Reset-Transistor 5 (FDRST-TR) und der Zähltransistor 8 (MCT-TR) eingeschaltet, um die Kathode der Lawinenphotodiode 1, der Fließdiffusion 2 und des Speichers 7 zu initialisieren (zurückzusetzen).
  • Wie in 12A dargestellt, werden die Kathode der Lawinenphotodiode 1, der Fließdiffusion 2 und des Speichers 7 durch die Initialisierung auf ein Potential von 3,3V eingestellt.
  • Im nächsten Schritt werden der erste Reset-Transistor 4 (APDRST-TR), der zweite Reset-Transistor 5 (FDRST-TR) und der Zähltransistor 8 (MCT-TR) ausgeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt wird das Potential des Abschaltpegels des ersten Reset-Transistors 4 (APDRST-TR) niedriger gehalten (hier 1,8V als das des Abschaltpegels des Übertragungstransistors 3 (TRN-TR). Dabei funktioniert die oben beschriebene Blooming-Verhinderungsfunktion, wenn die Menge der in der Kathode der Lawinenphotodiode 1 gesammelten Ladungen den gesättigten Pegel erreicht und die Ladungen durch eine Off-Potentialbarriere des ersten Reset-Transistors 4 (APDRST-TR) zur APDRSD-Stromversorgung überlaufen.
  • In diesem Zustand (dem Zustand, in dem der Potentialpegel des ersten Reset-Transistors 4 (APDRST-TR) auf 1,8V eingestellt ist) wird die Pixelzelle 10 dem Licht ausgesetzt. Wie in 13 dargestellt, beträgt die maximale Belichtungszeit 16ms bei 60fps.
  • Die Belichtungszeit kann mit einem elektronischen Verschluss eingestellt werden. Der elektronische Verschluss kann durch Einschalten des ersten Reset-Transistors 4 (APDRST-TR) und des zweiten Reset-Transistors 5 (FDRST-TR) während der Belichtung realisiert werden.
  • Im nächsten Schritt wird der zweite Reset-Transistor 5 (FDRST-TR) eingeschaltet, um die Fließdiffusion 2 (FD) zu initialisieren, wie in 12C dargestellt. Nach der Initialisierung, wie in 12D dargestellt, wird der Potentialpegel des Übertragungstransistors 3 (TRN-TR) auf 3,3V geregelt, um die Kathode der Lawinenphotodiode 1 und die Fließdiffusion 2 (FD) vollständig zu verbinden. Zu diesem Zeitpunkt, in dem eine vierte Spannung (Spannung zum Einschalten des Übertragungstransistors 3 (TRN-TR)) an das Gate des Übertragungstransistors 3 (TRN-TR) angelegt wird, ist die Potentialbarriere zwischen Quelle und Drain gleich oder kleiner als das Potential der durch den zweiten Rücksetztransistor 5 (FDRST-TR) initialisierten Fließdiffusion 2. Die in der Fließdiffusion 2 (FD) angesammelten Ladungen werden im Verstärkertransistor 6 (SF-TR) in eine Spannung umgewandelt und die Spannung ausgegeben. 13 ist ein Zeitdiagramm, das den Fall veranschaulicht, in dem die Umwandlung der initialisierten Ladungen der Fließdiffusion 2 (FD) in eine Spannung im Verstärkertransistor 6 (SF-TR) und deren Ausgang von der Umwandlung der in der Fließdiffusion 2 (FD) angesammelten Ladungen in eine Spannung im Verstärkertransistor 6 (SF-TR) und deren Ausgang gefolgt wird.
  • [3. Anwendungsbeispiel] Die Abbildungsvorrichtung 200 mit einem Festkörper-Bildsensor mit der obigen Konfiguration wird nun beschrieben.
  • 14 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration der Abbildungsvorrichtung 200 veranschaulicht.
  • Wie in der Zeichnung dargestellt, umfasst die Abbildungsvorrichtung 200 einen Festkörper-Bildsensor 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit der obigen Konfiguration und eine Signalverarbeitungsschaltung 110, die eine Vorspannung für die Lawinenphotodiode 1 bei einer ersten Vorspannung (beispielsweise -25V und einer zweiten Vorspannung (beispielsweise -27V basierend auf einem Signalausgang des Festkörper-Bildsensors 100 einstellt.
  • Die Signalverarbeitungsschaltung 110 umfasst die Signalverarbeitung LSI 120 und die analoge Frontend-Schaltung 130.
  • Der Festkörper-Bildsensor 100 gibt das Pixelsignal SENS-OUT an die analoge Frontend-Schaltung 130 aus. Die analoge Frontend-Schaltung 130 erkennt dann eine Signalkomponente von SENS-OUT, legt eine Verstärkung an und gibt ein AFE-OUT-Signal aus. Die Signalverarbeitung LSI 120 vergleicht dann das AFE-OUT-Signal mit einem voreingestellten Schwellenwert, um zu bestimmen, ob das Zielobjekt eine niedrige Beleuchtungsstärke hat oder nicht. Wenn die Signalverarbeitung LSI 120 bestimmt, dass das Zielobjekt eine niedrige Beleuchtungsstärke aufweist, steuert die Signalverarbeitung LSI 120 den Spannungsschalter 140 unter Verwendung eines Steuersignals VOL-CNTL, um eine an die Lawinenphotodiode 1 anzulegende Vorspannung auf eine zweite Vorspannung (beispielsweise -27V einzustellen. Dadurch wird die Lawinenphotodiode 1 in den Geiger-Multiplikationsmodus geschaltet. Im Gegensatz dazu, wenn die Signalverarbeitung LSI 120 bestimmt, dass das Zielobjekt keine niedrige Beleuchtungsstärke hat, steuert die Signalverarbeitung LSI 120 den Spannungsschalter 140 unter Verwendung des Steuersignals VOL-CNTL, um die an die Lawinenphotodiode 1 anzulegende Vorspannung auf eine erste Vorspannung (beispielsweise -25V einzustellen. Dadurch wird die Lawinenphotodiode 1 in den linearen Multiplikationsmodus geschaltet.
  • Wie vorstehend beschrieben, kann die Abbildungsvorrichtung 200 Bilder aufnehmen, indem sie den Betriebsmodus der Lawinenphotodiode 1 zwischen dem Geiger-Multiplikationsmodus und dem linearen Multiplikationsmodus entsprechend der Beleuchtungsstärke des Zielobjekts umschaltet.
  • (Zusätzliche Bemerkungen)
  • Die Ausführungsform wurde wie oben beschrieben, als Beispiel für die in der vorliegenden Anwendung offenbarten Techniken. Die Techniken gemäß dieser Offenbarung beschränken sich jedoch nicht nur auf diese und gelten auch für Ausführungsformen, die entsprechend geändert, ersetzt, hinzugefügt oder weggelassen werden, ohne vom Kern dieser Offenbarung abzuweichen.
  • INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
  • Der Festkörper-Bildsensor und die Abbildungsvorrichtung gemäß dieser Offenbarung können in Geräten/Geräten, die Bilder fotografieren, weit verbreitet sein.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Lawinenphotodiode
    2
    Fließdiffusion
    3
    Übertragungstransistor
    4
    erster Reset-Transistor
    5
    zweiter Reset-Transistor
    6
    Verstärkungstransistor
    7
    Speicher
    8
    Zähltransistor
    9
    Auswahltransistor
    10
    Pixel-Zelle
    71
    Isolationsschicht
    72
    erste Elektrode
    73
    zweite Elektrode
    100
    Festkörper-Bildsensor
    110
    Signalverarbeitungsschaltung
    200
    Abbildungsvorrichtung

Claims (13)

  1. Festkörper-Bildsensor, umfassend: eine Pixelanordnung mit Pixelzellen, die in einer Matrix angeordnet sind, wobei jede der Pixelzellen Folgendes umfasst: eine Lawinenphotodiode mit einem ersten Modus, in dem eine Ladungsmenge, die etwa proportional zur Anzahl der Photonen ist, die eine photoelektrische Umwandlung bewirken, in einer Kathode der Lawinenphotodiode gesammelt wird, wenn Photonen in die Lawinenphotodiode eintreten, unter Anwendung einer ersten Vorspannung, und mit einem zweiten Modus, in dem eine gesättigte Menge an Ladungen in der Kathode gesammelt wird, wenn Photonen in die Lawinenphotodiode eintreten, unter Anwendung einer zweiten Vorspannung mit einer größeren Potentialdifferenz aus einer Potentialdifferenz der ersten Vorspannung und zu der ein Photon eine photoelektrische Umwandlung bewirkt; eine Fließdiffusion, die Ladungen ansammelt; einen Übertragungstransistor, der die Kathode der Lawinenphotodiode und die Fließdiffusion verbindet; einen ersten Reset-Transistor zum Zurücksetzen von Ladungen, die in der Kathode der Lawinenphotodiode gesammelt wurden; einen zweiten Reset-Transistor zum Zurücksetzen von Ladungen, die sich in der Fließdiffusion angesammelt haben; einen Verstärkertransistor zum Umwandeln einer Ladungsmenge der in der Fließdiffusion angesammelten Ladungen in eine Spannung; einen Speicher, der Ladungen ansammelt; und einen Zähltransistor, der die Fließdiffusion und den Speicher verbindet.
  2. Festkörper-Bildsensor nach Anspruch 1, wobei der Speicher eine Kapazität aufweist, die wenigstens das Fünffache der Kapazität der Fließdiffusion beträgt.
  3. Festkörper-Bildsensor nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Speicher ein Kondensator mit einer Laminatstruktur ist.
  4. Festkörper-Bildsensor nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Speicher ein Kondensator ist, der eine Elektrode, eine Halbleiterschicht und eine Isolierschicht umfasst, die zwischen der Elektrode und der Halbleiterschicht angeordnet ist.
  5. Festkörper-Bildsensor nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Speicher ein Kondensator ist, der eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode und eine Isolierschicht umfasst, die zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnet ist.
  6. Festkörper-Bildsensor nach Anspruch 5, wobei die Lawinenphotodiode, die Fließdiffusion, der Übertragungstransistor, der erste Rücksetztransistor, der zweite Rücksetztransistor und der Verstärkungstransistor in einem Halbleitersubstrat angeordnet sind, der Kondensator die erste Elektrode und die zweite Elektrode aufweist, die einander zugewandt sind, und die Isolierschicht, die zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnet ist, die erste Elektrode und die zweite Elektrode in einem Verdrahtungsschichtbereich angeordnet sind, der vertikal über einer flachen Hauptfläche des Halbleitersubstrats angeordnet ist, und erste Elektroden in den Pixelzellen ohne einen Durchgang miteinander verbunden sind.
  7. Festkörper-Bildsensor nach Anspruch 6, wobei die erste Elektrode an einem vorbestimmten Potential durch einen Durchgang außerhalb der Pixelanordnung geerdet ist.
  8. Festkörper-Bildsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der erste Rücksetztransistor eine Schwellenspannung aufweist, die gleich oder niedriger als eine Schwellenspannung des Übertragungstransistors ist.
  9. Festkörper-Bildsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei eine Potentialbarriere zwischen einer Quelle und einem Drain des ersten Reset-Transistors unter Anlegen einer ersten Spannung an ein Gate des ersten Reset-Transistors niedriger ist als eine Potentialbarriere zwischen einer Quelle und einem Drain des Übertragungstransistors unter Anlegen einer zweiten Spannung an ein Gate des Übertragungstransistors.
  10. Festkörper-Bildsensor nach Anspruch 8 oder 9, wobei unter den in der Kathode der Lawinenphotodiode gesammelten Ladungen wenigstens ein Teil der Ladungen, die ein Potential aufweisen, das höher ist als die Potentialbarriere zwischen der Quelle und dem Drain des ersten Reset-Transistors, auf den Drain des ersten Reset-Transistors übertragen wird.
  11. Festkörper-Bildsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei in einem Betrieb im zweiten Modus die Potentialbarriere zwischen der Quelle und dem Drain unter Anlegen einer dritten Spannung an das Gate des Übertragungstransistors höher ist als ein Potential der durch den zweiten Reset-Transistor initialisierten Fließdiffusion.
  12. Festkörper-Bildsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei in einem Betrieb im ersten Modus die Potentialbarriere zwischen der Quelle und dem Drain unter Anlegen einer vierten Spannung an das Gate des Übertragungstransistors gleich oder niedriger ist als das Potential der durch den zweiten Reset-Transistor initialisierten Fließdiffusion.
  13. Abbildungsvorrichtung, umfassend: den Festkörper-Bildsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 12; und eine Signalverarbeitungsschaltung, die eine Vorspannung einstellt, die auf die Lawinenphotodiode bei einer der ersten Vorspannung und der zweiten Vorspannung basierend auf einem Signalausgang des Festkörper-Bildsensors angewendet wird.
DE112018002674.4T 2017-05-25 2018-04-17 Festkörper-Abbildungsvorrichtung und Abbildungsvorrichtung Pending DE112018002674T5 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017-103703 2017-05-25
JP2017103703 2017-05-25
PCT/JP2018/015784 WO2018216400A1 (ja) 2017-05-25 2018-04-17 固体撮像素子、及び撮像装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE112018002674T5 true DE112018002674T5 (de) 2020-03-12

Family

ID=64396665

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE112018002674.4T Pending DE112018002674T5 (de) 2017-05-25 2018-04-17 Festkörper-Abbildungsvorrichtung und Abbildungsvorrichtung

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11153521B2 (de)
JP (1) JP6796777B2 (de)
CN (1) CN110651366B (de)
DE (1) DE112018002674T5 (de)
WO (1) WO2018216400A1 (de)

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7285454B2 (ja) * 2019-03-27 2023-06-02 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 距離測定装置、距離測定システム、距離測定方法、及び、プログラム
JP7178597B2 (ja) * 2019-03-28 2022-11-28 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 固体撮像素子
JP7422451B2 (ja) * 2019-07-19 2024-01-26 キヤノン株式会社 光電変換装置、光電変換システム、および移動体
JPWO2021044771A1 (de) * 2019-09-06 2021-03-11
CN114342355B (zh) * 2019-09-06 2024-03-08 松下知识产权经营株式会社 摄像装置
CN114616671A (zh) * 2019-10-30 2022-06-10 松下知识产权经营株式会社 光检测器
WO2021106521A1 (ja) * 2019-11-29 2021-06-03 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 光検出器、固体撮像装置、及び、距離測定装置
WO2021125155A1 (ja) * 2019-12-20 2021-06-24 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 固体撮像素子
CN114830632A (zh) * 2019-12-26 2022-07-29 浜松光子学株式会社 光检测装置和光传感器的驱动方法
CN111223883B (zh) * 2020-01-17 2022-10-11 南昌大学 一种双时步光电倍增器件
TWI759213B (zh) * 2020-07-10 2022-03-21 大陸商廣州印芯半導體技術有限公司 光感測器及其感測方法
WO2022024710A1 (ja) * 2020-07-30 2022-02-03 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 固体撮像装置および測距装置
CN115989395A (zh) * 2020-09-29 2023-04-18 松下知识产权经营株式会社 光电探测器、光电探测器阵列以及驱动方法
JP2022148028A (ja) * 2021-03-24 2022-10-06 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 センサ素子および測距システム
WO2022210070A1 (ja) * 2021-03-29 2022-10-06 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 固体撮像素子
CN113341604B (zh) * 2021-06-24 2023-06-16 北京京东方传感技术有限公司 调光玻璃

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0799868B2 (ja) 1984-12-26 1995-10-25 日本放送協会 固体撮像装置
JPH0637555A (ja) * 1992-07-15 1994-02-10 Toshiba Corp 固体撮像素子の出力装置
JP3029363B2 (ja) 1993-08-23 2000-04-04 株式会社東芝 固体撮像装置
JPH098249A (ja) * 1995-06-20 1997-01-10 Nippon Steel Corp 半導体記憶装置の製造方法
US6246043B1 (en) * 1998-09-22 2001-06-12 Foveon, Inc. Method and apparatus for biasing a CMOS active pixel sensor above the nominal voltage maximums for an IC process
JP2001345434A (ja) * 2000-03-27 2001-12-14 Toshiba Corp 半導体装置
US6611017B2 (en) 2000-03-27 2003-08-26 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device provided with capacitor having cavity-provided electrode
JP4117540B2 (ja) * 2002-10-17 2008-07-16 ソニー株式会社 固体撮像素子の制御方法
WO2005083790A1 (ja) * 2004-02-27 2005-09-09 Texas Instruments Japan Limited 固体撮像装置、ラインセンサ、光センサおよび固体撮像装置の動作方法
JP4340660B2 (ja) * 2005-04-14 2009-10-07 シャープ株式会社 増幅型固体撮像装置
JP2006303768A (ja) * 2005-04-19 2006-11-02 Sharp Corp 固体撮像装置
JP4807014B2 (ja) * 2005-09-02 2011-11-02 ソニー株式会社 固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法および撮像装置
US8008741B2 (en) * 2006-07-03 2011-08-30 Hamamatsu Photonics K.K. Photodiode array
JP4413940B2 (ja) * 2007-03-22 2010-02-10 株式会社東芝 固体撮像素子、単板カラー固体撮像素子及び電子機器
JP2010109902A (ja) * 2008-10-31 2010-05-13 Panasonic Corp 固体撮像装置及びその駆動方法
JP2010124418A (ja) * 2008-11-21 2010-06-03 Toshiba Corp 固体撮像装置
JP5458582B2 (ja) * 2009-01-28 2014-04-02 ソニー株式会社 固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法および電子機器
FR2968399B1 (fr) * 2010-12-07 2013-04-26 Soc Fr Detecteurs Infrarouges Sofradir Dispositif de détection comportant un circuit de test robuste
GB2487958A (en) * 2011-02-10 2012-08-15 St Microelectronics Res & Dev A multi-mode photodetector pixel
WO2013128998A1 (ja) * 2012-02-27 2013-09-06 ソニー株式会社 撮像素子および電子機器
US9723233B2 (en) * 2012-04-18 2017-08-01 Brightway Vision Ltd. Controllable gated sensor
JP6172608B2 (ja) * 2012-05-30 2017-08-02 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 固体撮像装置、その駆動方法及び撮影装置
WO2014097519A1 (ja) * 2012-12-18 2014-06-26 パナソニック株式会社 半導体光検出器
JP2014139564A (ja) * 2012-12-20 2014-07-31 Sony Corp 撮像装置および電子機器
JP6090060B2 (ja) * 2013-08-23 2017-03-08 株式会社豊田中央研究所 シングルフォトンアバランシェダイオード
US9843750B2 (en) * 2014-03-25 2017-12-12 Samsung Electronics Co., Ltd. Methods of calibrating linear-logarithmic image sensors
US9847441B2 (en) * 2015-07-30 2017-12-19 Voxtel, Inc. Doped multiplier avalanche photodiode
EP3389259B1 (de) 2015-12-07 2020-09-02 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Festkörperbildgebungsvorrichtung und verfahren zur ansteuerung einer festkörperbildgebungsvorrichtung
US9854184B2 (en) * 2016-03-01 2017-12-26 Semiconductor Components Industries, Llc Imaging pixels with a fully depleted charge transfer path

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2018216400A1 (ja) 2019-11-07
CN110651366A (zh) 2020-01-03
US11153521B2 (en) 2021-10-19
WO2018216400A1 (ja) 2018-11-29
JP6796777B2 (ja) 2020-12-09
US20200106982A1 (en) 2020-04-02
CN110651366B (zh) 2023-06-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112018002674T5 (de) Festkörper-Abbildungsvorrichtung und Abbildungsvorrichtung
DE19836356C2 (de) Aktiver Pixelsensor mit einstellbarer Verstärkung
DE19737330C2 (de) Abbildungssystem und Verfahren zum Betreiben desselben
DE19832791B4 (de) Aktiver Pixelsensor mit einem ausgeprägten Integrationsmodus
DE69729648T2 (de) Aktivpixelsensormatrix mit mehrfachauflösungsausgabe
DE69838026T2 (de) Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung und Verfahren zum Erfassen eines optischen Signals mit Hilfe einer solchen Vorrichtung
DE4209536C2 (de) Bildzelle für einen Bildaufnehmer-Chip
DE69835989T2 (de) Aktiver Pixelbildsensor mit gemeinsam genutztem Verstärker-Auslesesystem
DE102006026662B4 (de) Bildsensor mit Anti-Sättigungsfunktion auf Pixelebene
DE69433993T2 (de) Photoelektrischer Umwandler, sein Steuerverfahren und System mit diesem photoelektrischen Umwandler
DE69528386T2 (de) Abbildungssystem
DE102020004050A1 (de) Verfahren und schaltungsanordnungen zur verbesserung der global-shutter-effizienz bei rückseitig beleuchteten bildsensorpixeln mit hohem dynamikumfang
DE112017002137T5 (de) Festkörper-bildgebungselement, treiberverfahren und elektronische vorrichtung
DE19707928A1 (de) Pixelsensorzelle
DE202008018642U1 (de) Festkörper-Bilderzeugungsvorrichtung und Kamera
DE102014207782A1 (de) Bildgebungsvorrichtung und bildgebungssystem
DE10356850A1 (de) Vertikaler Farbfotodetektor mit erhöhter Empfindlichkeit und kompatibler Videoschnittstelle
DE102016114416A1 (de) Fotoelektrisches wandlungselement, fotoelektrische wandlungsvorrichtung unter verwendung desselben, abstandsdetektionssensor und informationsverarbeitungssystem
DE112017007227T5 (de) Halbleiter-bilderzeugungsvorrichtung, ansteuerverfahren für die halbleiter-bilderzeugungsvorrichtung und elektronische vorrichtung
DE112020001804T5 (de) Sensorchip und elektronische vorrichtung
DE202020003795U1 (de) Silicium-Photomultiplier mit geteilten Mikrozellen
DE112019004886T5 (de) Festkörper-bildgebungselement, steuerungsverfahren für ein festkörper-bildgebungselement und elektronische einrichtung
DE60120099T2 (de) Aktiver pixelbildsensor mit verbesserter linearität
DE112014004420T5 (de) Pixelarchitektur für Bildgebungsvorrichtungen
DE60032283T2 (de) Festkörperbildaufnahmevorrichtung

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R409 Internal rectification of the legal status completed
R016 Response to examination communication