DE112019002867T5

DE112019002867T5 - Bildgebungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112019002867T5
Application number: DE112019002867.7T
Authority: DE
Inventors: Tetsuro Takada; Taiichiro Watanabe
Original assignee: Sony Semiconductor Solutions Corp
Current assignee: Sony Semiconductor Solutions Corp
Priority date: 2018-06-05
Filing date: 2019-05-17
Publication date: 2021-04-22
Also published as: US20230076380A1; JPWO2019235179A1; WO2019235179A1; US11792542B2; US20230388672A1; TW202401812A; EP3806153A1; US11477404B2; EP3806153A4; TWI816802B; TW202005074A; KR20210015785A; KR102653049B1; US20210257414A1; CN112136214A

Abstract

Eine Bildgebungsvorrichtung umfasst: ein effektives Pixelgebiet, das eine Vielzahl von Bildgebungselementen-A enthält, Signalladungen, die durch fotoelektrische Umwandlung erzeugt werden, verstärkt und die Signalladungen in eine Ansteuerungsschaltung liest; und ein optisches schwarzes Gebiet, das eine Vielzahl von Bildgebungselementen-B enthält, das effektive Pixelgebiet umgibt und optisches Schwarz ausgibt, das als die Referenz für einen Schwarzpegel dient. In der Bildgebungsvorrichtung ist die fotoelektrische Umwandlungsschicht 23, die die Vielzahl von Bildgebungselementen-A und die Vielzahl von Bildgebungselementen-B bildet, eine gemeinsame fotoelektrische Umwandlungsschicht, ist die gemeinsame fotoelektrische Umwandlungsschicht 23 auf einer äußeren Seite des optischen schwarzen Gebiets gelegen und erstreckt sich in Richtung eines das optische schwarze Gebiet umgebenden äußeren Randgebiets und ist eine äußere Randelektrode 201 im äußeren Randgebiet angeordnet.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Bildgebungsvorrichtung.
HINTERGRUNDTECHNIK
Eine Bildgebungsvorrichtung enthält normalerweise ein effektives Pixelgebiet, das durch fotoelektrische Umwandlung erzeugte Signalladungen verstärkt und Signalladungen in eine Ansteuerungsschaltung liest, und ein optisch schwarzes Gebiet, das das effektive Pixelgebiet umgibt und optisches Schwarz erzeugt, das als Referenz für einen Schwarzpegel dient. Man beachte, dass der Zweckmäßigkeit halber auf die im effektiven Pixelgebiet einer herkömmlichen Bildgebungsvorrichtung enthaltenen Bildgebungselemente als „Bildgebungselemente-a“ verwiesen wird und auf die im optischen schwarzen Gebiet enthaltenen Bildgebungselemente als „Bildgebungselemente-b“ verwiesen wird. Um zu verhindern, dass Blooming in den Bildgebungselementen-a die Bildgebungselemente-b beeinflusst, ist ferner zwischen einem Bildgebungselement-b und einem Bildgebungselement-a im optischen schwarzen Gebiet ein Blind- bzw. ein Dummy-Bildgebungselement vorgesehen.
Die Bildgebungselemente-a und die Bildgebungselemente-b enthalten jeweils eine fotoelektrische Umwandlungseinheit, in der eine erste Elektrode, eine fotoelektrische Umwandlungsschicht und eine zweite Elektrode gestapelt sind. Falls die fotoelektrische Umwandlungsschicht mit einem organischen Halbleitermaterial ausgebildet ist, sind hier ein lichtblockierender Film und ein Pufferfilm auf der Lichteinfallsseite jedes Bildgebungselements-b ausgebildet, sodass die fotoelektrische Umwandlungsschicht nicht beschädigt wird und die Bildqualität nicht verschlechtert wird. Diese Technologie ist aus WO 2014/007132 A1 bekannt.
ZITATLISTE
PATENTDOKUMENT
Patentdokument 1: WO 2014/007132 A1
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
Die in WO 2014/007132 A1 offenbarte Technologie ist dabei effektiv, eine Filmbeanspruchung auf verschiedenen Filmen abzuschwächen, die auf der Lichteinfallsseite eines Bildgebungselements vorgesehen sind. Falls die fotoelektrische Umwandlungsschicht mit einem organischen Halbleitermaterial ausgebildet ist, wird indes der Randbereich der fotoelektrischen Umwandlungsschicht oft während einer Bearbeitung der fotoelektrischen Umwandlungsschicht oder konkret während einer Strukturierung beschädigt. Infolgedessen treten dann die elektrischen Ladungen, die beim Randbereich der fotoelektrischen Umwandlungsschicht erzeugt werden, in die Bildgebungselemente-b ein und könnten die Funktionen des optischen schwarzen Gebiets beeinträchtigen.
Daher besteht eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung darin, eine Bildgebungsvorrichtung mit einer Konfiguration und einer Struktur bereitzustellen, in der die Funktionen des optischen schwarzen Gebiets nicht leicht beeinträchtigt werden.
LÖSUNGEN FÜR DIE PROBLEME
Eine Bildgebungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zum Lösen der obigen Aufgabe umfasst:

ein effektives Pixelgebiet, das eine Vielzahl von Bildgebungselementen-A enthält, Signalladungen, die durch fotoelektrische Umwandlung erzeugt werden, verstärkt und die Signalladungen in eine Ansteuerungsschaltung liest; und
ein optisches schwarzes Gebiet, das eine Vielzahl von Bildgebungselementen-B enthält, das effektive Pixelgebiet umgibt und optisches Schwarz ausgibt, das als Referenz für einen Schwarzpegel dient.

In der Bildgebungsvorrichtung ist

die fotoelektrische Umwandlungsschicht, die die Vielzahl von Bildgebungselementen-A und die Vielzahl von Bildgebungselementen-B bildet, eine gemeinsame fotoelektrische Umwandlungsschicht,
ist die gemeinsame fotoelektrische Umwandlungsschicht auf einer äußeren Seite des optischen schwarzen Gebiets gelegen und erstreckt sich in Richtung eines äußeren Randgebiets, das das optische schwarze Gebiet umgibt, und
ist eine äußere Randelektrode im äußeren Randgebiet angeordnet.

Ein Bildgebungselement gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Lösen der obigen Aufgabe umfasst:

ein effektives Pixelgebiet, das eine Vielzahl von Bildgebungselementen-A enthält, Signalladungen, die durch fotoelektrische Umwandlung erzeugt werden, verstärkt und die Signalladungen in eine Ansteuerungsschaltung liest;
ein optisches schwarzes Gebiet, das eine Vielzahl von Bildgebungselementen-B enthält, das effektive Pixelgebiet umgibt und optisches Schwarz ausgibt, das als Referenz für einen Schwarzpegel dient; und
ein äußeres Randgebiet, das eine Vielzahl von Bildgebungselementen-C enthält und das optische schwarze Gebiet umgibt.

In der Bildgebungsvorrichtung ist

die fotoelektrische Umwandlungsschicht, die die Vielzahl von Bildgebungselementen-A, die Vielzahl von Bildgebungselementen-B und die Vielzahl von Bildgebungselementen-C bildet, eine gemeinsame fotoelektrische Umwandlungsschicht und
sind die Bildgebungselemente-C während eines Betriebs der Bildgebungsvorrichtung immer in einem Betriebszustand.

Figurenliste

1 ist eine schematische partielle Querschnittsansicht einer Bildgebungsvorrichtung eines Beispiels 1.
2 ist eine schematische partielle Querschnittsansicht einer Bildgebungsvorrichtung eines Beispiels 2.
3 ist eine schematische partielle Querschnittsansicht einer Bildgebungsvorrichtung eines Beispiels 3.
4 ist eine schematische partielle Querschnittsansicht einer Bildgebungsvorrichtung eines Beispiels 4.
5 ist eine schematische partielle Querschnittsansicht einer Bildgebungsvorrichtung eines Beispiels 5.
6 ist eine schematische partielle Querschnittsansicht einer Modifikation der Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 5.
7 ist eine schematische partielle Querschnittsansicht einer Bildgebungsvorrichtung eines Beispiels 6.
8 ist eine schematische partielle Querschnittsansicht einer Modifikation der Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 6.
9 ist eine schematische partielle Querschnittsansicht einer Bildgebungsvorrichtung eines Beispiels 7.
10 ist eine schematische partielle Querschnittsansicht einer Modifikation der Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 7.
11A und 11B sind Diagramme, die die Anordnung der Komponenten der Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 1 und einer Modifikation davon schematisch darstellen.
12A und 12B sind Diagramme, die die Anordnung der Komponenten der Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 2 und der Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 3 schematisch darstellen.
13 ist eine schematische partielle Querschnittsansicht eines Bildgebungselements-A, das in der Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 1 enthalten ist.
14 ist eine schematische partielle Querschnittsansicht einer Modifikation eines Bildgebungselements-A, das in der Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 1 enthalten ist.
15 ist eine schematische Draufsicht der Anordnung von ersten Elektroden, Ladungsspeicherelektroden und dergleichen in der Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 1.
16A, 16B und 16C sind Ersatzschaltbilder von Bildgebungselementen-A des Beispiels 1, des Beispiels 11 und des Beispiels 13, um jeweilige Bereiche zu erläutern, die in 17 (Beispiel 1), 33 und 34 (Beispiel 11) und 45 und 46 (Beispiel 13) dargestellt sind.
17 ist ein Diagramm, das die Zustände der Potentiale an jeweiligen Bereichen während eines Betriebs eines Bildgebungselements-A schematisch darstellt, das in der Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 1 enthalten ist.
18 ist eine schematische partielle Querschnittsansicht eines Bildgebungselements-A, das in einer Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 8 enthalten ist.
19 ist ein Ersatzschaltbild eines Bildgebungselements-A, das in der Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 8 enthalten ist.
20 ist ein Ersatzschaltbild eines Bildgebungselements-A, das in der Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 8 enthalten ist.
21 ist ein schematisches Layout-Diagramm einer ersten Elektrode, einer Ladungsspeicherelektrode und der Transistoren, die eine Steuerungseinheit in einem Bildgebungselement-A bilden, das in der Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 8 enthalten ist.
22 ist ein schematisches Layout-Diagramm von ersten Elektroden und Ladungsspeicherelektroden in den Bildgebungselementen-A, die die Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 8 bilden.
23 ist eine schematische perspektivische Ansicht von ersten Elektroden, Ladungsspeicherelektroden, zweiten Elektroden und Kontaktlochbereichen in den Bildgebungselementen-A, die die Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 8 bilden.
24 ist ein Ersatzschaltbild einer Modifikation eines Bildgebungselements-A, das in der Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 8 enthalten ist.
25 ist ein schematisches Layout-Diagramm einer ersten Elektrode, einer Ladungsspeicherelektrode und der Transistoren, die eine Steuerungseinheit in der Modifikation eines Bildgebungselements-A bilden, das in der Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 8 enthalten ist, das in 24 dargestellt ist.
26 ist eine schematische partielle Querschnittsansicht eines Bildgebungselements-A, das in einer Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 9 enthalten ist.
27 ist eine schematische partielle Querschnittsansicht eines Bildgebungselements-A, das in einer Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 10 enthalten ist.
28 ist eine schematische partielle Querschnittsansicht einer Modifikation eines Bildgebungselements-A, das in der Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 10 enthalten ist.
29 ist eine schematische partielle Querschnittsansicht eines Teils eines Bildgebungselements-A, das in einer Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 11 enthalten ist.
30 ist ein Ersatzschaltbild eines Bildgebungselements-A, das in der Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 11 enthalten ist.
31 ist ein Ersatzschaltbild eines Bildgebungselements-A, das in der Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 11 enthalten ist.
32 ist ein schematisches Layout-Diagramm einer ersten Elektrode, einer Übertragungs-Steuerelektrode, einer Ladungsspeicherelektrode und der Transistoren, die eine Steuerungseinheit in einem Bildgebungselement-A bilden, das in der Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 11 enthalten ist.
33 ist ein Diagramm, das die Zustände der Potentiale an jeweiligen Bereichen während eines Betriebs eines Bildgebungselements-A, das in der Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 11 enthalten ist, schematisch darstellt.
34 ist ein Diagramm, das die Zustände der Potentiale an jeweiligen Bereichen während eines anderen Betriebs eines Bildgebungselements-A, das in der Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 11 enthalten ist, schematisch darstellt.
35 ist ein schematisches Layout-Diagramm von ersten Elektroden, Übertragungs-Steuerelektroden und Ladungsspeicherelektroden in den Bildgebungselementen-A, die die Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 11 bilden.
36 ist eine schematische perspektivische Ansicht von ersten Elektroden, Übertragungs-Steuerelektroden, Ladungsspeicherelektroden, zweiten Elektroden und Kontaktlochbereichen in den Bildgebungselementen-A, die die Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 11 bilden.
37 ist ein schematisches Layout-Diagramm einer ersten Elektrode, einer Übertragungs-Steuerelektrode, einer Ladungsspeicherelektrode und der Transistoren, die eine Steuerungseinheit bilden, in einer Modifikation eines Bildgebungselements-A, das in der Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 11 enthalten ist.
38 ist eine schematische partielle Querschnittsansicht eines Teils eines Bildgebungselements-A, das in einer Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 12 enthalten ist.
39 ist ein schematisches Layout-Diagramm von ersten Elektroden, Ladungsspeicherelektroden und Ladungsemissionselektroden in den Bildgebungselementen-A, die die Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 12 bilden.
40 ist eine schematische perspektivische Ansicht von ersten Elektroden, Ladungsspeicherelektroden, Ladungsemissionselektroden, zweiten Elektroden und Kontaktlochbereichen in den Bildgebungselementen-A, die die Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 12 bilden.
41 ist eine schematische partielle Querschnittsansicht einer Bildgebungselements-A, das in einer Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 13 enthalten ist.
42 ist ein Ersatzschaltbild eines Bildgebungselements-A, das in der Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 13 enthalten ist.
43 ist ein Ersatzschaltbild eines Bildgebungselements-A, das in der Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 13 enthalten ist.
44 ist ein schematisches Layout-Diagramm von einer ersten Elektrode, Ladungsspeicherelektroden und den Transistoren, die eine Steuerungseinheit bilden, in einem Bildgebungselement-A, das in der Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 13 enthalten ist.
45 ist ein Diagramm, das die Zustände der Potentiale an jeweiligen Bereichen während eines Betriebs eines Bildgebungselements-A, das in der Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 13 enthalten ist, schematisch darstellt.
46 ist ein Diagramm, das die Zustände der Potentiale an jeweiligen Bereichen während eines anderen Betriebs (während eines Übertragungsbetriebs) eines Bildgebungselements-A, das in der Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 13 enthalten ist, schematisch darstellt.
47 ist ein schematisches Layout-Diagramm von ersten Elektroden und Ladungsspeicherelektroden in den Bildgebungselementen-A, die die Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 13 bilden.
48 ist eine schematische perspektivische Ansicht von ersten Elektroden, Ladungsspeicherelektroden, zweiten Elektroden und Kontaktlochbereichen in den Bildgebungselementen-A, die die Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 13 bilden.
49 ist ein schematisches Layout-Diagramm von einer ersten Elektrode und Ladungsspeicherelektroden in einer Modifikation eines Bildgebungselements-A, das in der Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 13 enthalten ist.
50 ist eine schematische partielle Querschnittsansicht eines Bildgebungselements-A, das in einer Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 14 enthalten ist.
51 ist eine schematische partielle Querschnittsansicht, die eine vergrößerte Ansicht des Bereichs darstellt, in dem eine Ladungsspeicherelektrode, eine fotoelektrische Umwandlungsschicht und eine zweite Elektrode in einem Bildgebungselement-A gestapelt sind, das in der Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 14 enthalten ist.
52 ist ein schematisches Layout-Diagramm von einer ersten Elektrode, Ladungsspeicherelektroden und den Transistoren, die eine Steuerungseinheit bilden, in einer Modifikation eines Bildgebungselements-A, das in der Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 14 enthalten ist.
53 ist eine schematische partielle Querschnittsansicht, die eine vergrößerte Ansicht des Bereichs darstellt, in dem eine Ladungsspeicherelektrode, eine fotoelektrische Umwandlungsschicht und eine zweite Elektrode in einem Bildgebungselement-A gestapelt sind, das in einer Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 15 enthalten ist.
54 ist eine schematische partielle Querschnittsansicht eines Bildgebungselements-A, das in einer Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 16 enthalten ist.
55 ist eine schematische partielle Querschnittsansicht eines Bildgebungselements-A, das in Bildgebungsvorrichtungen des Beispiels 17 und Beispiels 18 enthalten ist.
56A und 56B sind schematische Draufsichten von Segmenten einer Ladungsspeicherelektrode in einem Bildgebungselement-A, das in der Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 18 enthalten ist.
57A und 57B sind schematische Draufsichten von Segmenten einer Ladungsspeicherelektrode in einem Bildgebungselement-A, das in der Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 18 enthalten ist.
58 ist ein schematisches Layout-Diagramm von einer ersten Elektrode, Ladungsspeicherelektroden und den Transistoren, die eine Steuerungseinheit bilden, in einem Bildgebungselement-A, das in der Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 18 enthalten ist.
59 ist ein schematisches Layout-Diagramm von einer ersten Elektrode und Ladungsspeicherelektroden in einer Modifikation eines Bildgebungselements-A, das in der Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 18 enthalten ist.
60 ist eine schematische partielle Querschnittsansicht eines Bildgebungselements-A, das in Bildgebungsvorrichtungen des Beispiels 19 und Beispiels 18 enthalten ist.
61A und 61B sind schematische Draufsichten von Segmenten einer Ladungsspeicherelektrode in einem Bildgebungselement-A, das in der Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 19 enthalten ist.
62 ist eine schematische partielle Querschnittsansicht einer anderen Modifikation eines Bildgebungselements-A, das in der Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 8 enthalten ist.
63 ist ein Konzeptdiagramm der Bildgebungsvorrichtung (einer Festkörper-Bildgebungsvorrichtung) des Beispiels 1.
64 ist ein Konzeptdiagramm eines Beispiels, das eine Festkörper-Bildgebungsvorrichtung, die mit einer Bildgebungsvorrichtung oder dergleichen der vorliegenden Offenbarung ausgebildet ist, in einer elektronischen Einrichtung (einer Kamera) nutzt.
65 ist ein Konzeptdiagramm eines herkömmlichen gestapelten Bildgebungselements (einer gestapelten Bildgebungsvorrichtung).
66 ist ein Blockdiagramm, das eine Beispielkonfiguration eines Fahrzeugsteuerungssystems schematisch darstellt.
67 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Beispiel von Installationspositionen von Detektoren für externe Informationen und Bildgebungseinheiten darstellt.
68 ist ein Diagramm, das eine Beispielkonfiguration eines Systems für endoskopische Chirurgie schematisch darstellt.
69 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel der funktionalen Konfigurationen eines Kamerakopfes und einer CCU darstellt.

MODI ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Das Folgende ist eine Beschreibung der vorliegenden Offenbarung, die auf Ausführungsformen basiert, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht auf die Ausführungsformen beschränkt, und verschiedene numerische Werte und Materialien, die in den Ausführungsformen erwähnt werden, sind nur Beispiele. Man beachte, dass eine Erläuterung in der folgenden Reihenfolge vorgenommen wird.

1. Allgemeine Beschreibung von Bildgebungsvorrichtungen gemäß ersten und zweiten Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung
2. Beispiel 1 (eine Bildgebungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung)
3. Beispiel 2 (eine Modifikation des Beispiels 1)
4. Beispiel 3 (Modifikationen der Beispiele 1 und 2)
5. Beispiel 4 (Modifikationen der Beispiele 1 bis 3)
6. Beispiel 5 (Modifikationen der Beispiele 1 bis 4)
7. Beispiel 6 (Modifikationen der Beispiele 1 bis 5)
8. Beispiel 7 (eine Bildgebungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung)
9. Beispiel 8 (Modifikationen der Beispiele 1 bis 7)
10. Beispiel 9 (eine Modifikation des Beispiels 8)
11. Beispiel 10 (Modifikationen der Beispiele 8 und 9)
12. Beispiel 11 (Modifikationen der Beispiele 8 bis 10)
13. Beispiel 12 (Modifikationen der Beispiele 8 bis 11)
14. Beispiel 13 (Modifikationen der Beispiele 8 bis 12)
15. Beispiel 14 (Modifikationen der Beispiele 8 bis 13 und Bildgebungselemente der ersten und sechsten Konfigurationen)
16. Beispiel 15 (Bildgebungselemente der zweiten und sechsten Konfigurationen)
17. Beispiel 16 (ein Bildgebungselement einer dritten Konfiguration)
18. Beispiel 17 (ein Bildgebungselement einer vierten Konfiguration)
19. Beispiel 18 (ein Bildgebungselement einer fünften Konfiguration)
20. Beispiel 19 (ein Bildgebungselement der sechsten Konfiguration)
21. Andere Aspekte

<Allgemeine Beschreibung von Bildgebungsvorrichtungen gemäß ersten und zweiten Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung>
In einer Bildgebungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann eine äußere Randelektrode so positioniert sein, dass sie über eine Isolierschicht einer gemeinsamen fotoelektrischen Umwandlungsschicht gegenüberliegt. Ferner kann in diesem Fall ein Potential mit dem gleichen Vorzeichen wie demjenigen von Signalladungen an die äußere Randelektrode angelegt werden und kann ein Potential mit dem gleichen Vorzeichen wie demjenigen der Signalladungen während eines Betriebs der Bildgebungsvorrichtung konstant an die äußere Randelektrode angelegt werden.
Alternativ dazu kann in der Bildgebungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung die äußere Randelektrode mit der gemeinsamen fotoelektrischen Umwandlungsschicht verbunden sein. In diesem Fall kann ein Potential mit einem unterschiedlichen Vorzeichen gegenüber demjenigen von Signalladungen an die äußere Randelektrode angelegt werden und kann ferner ein Potential mit einem unterschiedlichen Vorzeichen gegenüber demjenigen der Signalladungen während eines Betriebs der Bildgebungsvorrichtung konstant an die äußere Randelektrode angelegt werden.
Alternativ dazu kann in der Bildgebungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung die äußere Randelektrode eine erste äußere Randelektrode, die so positioniert ist, dass sie über eine Isolierschicht der gemeinsamen fotoelektrischen Umwandlungsschicht gegenüberliegt, und eine zweite äußere Randelektrode umfassen, die an einer äußeren Seite der ersten äußeren Randelektrode angeordnet und mit der gemeinsamen fotoelektrischen Umwandlungsschicht verbunden ist.
In der Bildgebungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, die verschiedene bevorzugte Modi, die oben beschrieben wurden, einschließt, kann die äußere Randelektrode so entworfen sein, dass sie das optische schwarze Gebiet umgibt. In diesem Fall kann die das optische schwarze Gebiet umgebende äußere Randelektrode eine ununterbrochene Form aufweisen oder kann die das optische schwarze Gebiet umgebende äußere Randelektrode eine unterbrochene Form aufweisen.
In der Bildgebungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die die verschiedenen bevorzugten Modi und Konfigurationen einschließt, die oben beschrieben wurden,

enthalten ein Bildgebungselement-A und ein Bildgebungselement-B jeweils
eine fotoelektrische Umwandlungseinheit, in der eine erste Elektrode, eine fotoelektrische Umwandlungsschicht und eine zweite Elektrode gestapelt sind,
enthält ferner die fotoelektrische Umwandlungseinheit eine Ladungsspeicherelektrode, die in einem Abstand von der ersten Elektrode angeordnet und so positioniert ist, dass sie über eine Isolierschicht der fotoelektrischen Umwandlungsschicht gegenüberliegt,
sind die fotoelektrische Umwandlungsschicht, die Bildgebungselemente-A bildet, und die fotoelektrische Umwandlungsschicht, die Bildgebungselemente-B bildet, mit einer gemeinsamen fotoelektrischen Umwandlungsschicht ausgebildet,
sind die zweite Elektrode, die die Bildgebungselemente-A bildet, und die zweite Elektrode, die die Bildgebungselemente-B bildet, mit einer gemeinsamen zweiten Elektrode ausgebildet und
tritt Licht von der Seite der gemeinsamen zweiten Elektrode aus ein. In diesem Fall kann ferner die äußere Randelektrode in Bezug auf die gemeinsame fotoelektrische Umwandlungsschicht auf der Seite der ersten Elektrode angeordnet sein oder kann die äußere Randelektrode in Bezug auf die gemeinsame fotoelektrische Umwandlungsschicht auf der Seite der zweiten Elektrode angeordnet sein.

In einer Bildgebungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung

enthalten ein Bildgebungselement-A, ein Bildgebungselement-B und ein Bildgebungselement-C jeweils
eine fotoelektrische Umwandlungseinheit, in der eine erste Elektrode, eine fotoelektrische Umwandlungsschicht und eine zweite Elektrode gestapelt sind,
enthält die fotoelektrische Umwandlungseinheit ferner eine Ladungsspeicherelektrode, die in einem Abstand von der ersten Elektrode angeordnet und so positioniert ist, dass sie über eine Isolierschicht der fotoelektrischen Umwandlungsschicht gegenüberliegt,
sind die fotoelektrische Umwandlungsschicht, die Bildgebungselemente-A bildet, die fotoelektrische Umwandlungsschicht, die Bildgebungselemente-B bildet, und die fotoelektrische Umwandlungsschicht, die Bildgebungselemente-C bildet, mit einer gemeinsamen fotoelektrischen Umwandlungsschicht ausgebildet,
sind die zweite Elektrode, die die Bildgebungselemente-A bildet, die zweite Elektrode, die die Bildgebungselemente-B bildet, und die zweite Elektrode, die die Bildgebungselemente-C bildet, mit einer gemeinsamen zweiten Elektrode ausgebildet,
wird während eines Betriebs der Bildgebungsvorrichtung ein Potential mit einem Vorzeichen, das das entgegengesetzte des Vorzeichens von Signalladungen ist, konstant an die ersten Elektroden angelegt, die die Bildgebungselemente-C bilden, und
wird während eines Betriebs der Bildgebungsvorrichtung ein Potential mit dem gleichen Vorzeichen wie dem Vorzeichen der Signalladungen an die Ladungsspeicherelektroden angelegt, die die Bildgebungselemente-C bilden.

In der Bildgebungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, die die oben beschriebenen bevorzugten Modi einschließt, kann die Dicke der Isolierschicht, die die Bildgebungselemente-C bildet, kleiner als die Dicke der Isolierschicht sein, die die Bildgebungselemente-A und die Bildgebungselemente-B bildet.
In der Beschreibung unten gibt es Fälle, in denen auf die äußere Randelektrode, die so positioniert ist, dass sie über die Isolierschicht der gemeinsamen fotoelektrischen Umwandlungsschicht gegenüberliegt, als „erste äußere Randelektrode“ verwiesen wird und auf die mit der gemeinsamen fotoelektrischen Umwandlungsschicht verbundene äußere Randelektrode als „zweite äußere Randelektrode“ verwiesen wird. Auch gibt es Fälle, in denen auf die Bildgebungsvorrichtungen gemäß den ersten und zweiten Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, die die verschiedenen bevorzugten Modi und Konfigurationen enthalten, die oben beschrieben sind, gemeinsam als „Bildgebungsvorrichtungen oder dergleichen der vorliegenden Offenbarung“ verwiesen wird.
Die Bildgebungselemente-A und die Bildgebungselemente-B, die eine Bildgebungsvorrichtung oder dergleichen der vorliegenden Offenbarung bilden, können (später im Detail beschriebene) gestapelte Bildgebungselemente sein.
Indes kann in einem Fall, in dem ein organisches Halbleitermaterial für die fotoelektrische Umwandlungsschicht verwendet wird, ein Bildgebungselement eine spezifische Farbe (Wellenlängenband) fotoelektrisch umwandeln. In einem Fall, in dem solche Bildgebungselemente in einer Bildgebungsvorrichtung verwendet werden, wird es dann wegen solcher Charakteristiken möglich, eine Struktur (ein gestapeltes Bildgebungselement) zu erhalten, in der Subpixel gestapelt sind, was in einer herkömmlichen Bildgebungsvorrichtung nicht möglich ist, in der eine On-Chip-Farbfilterschicht (OCCF) und ein Bildgebungselement ein Subpixel bilden und Subpixel zweidimensional angeordnet sind (siehe zum Beispiel die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2011-138927). Überdies gibt es einen Vorteil, dass keine Falschfarbe auftritt, da ein Demosaicing-Prozess nicht erforderlich ist. In der Beschreibung unten kann in einigen Fällen auf ein Bildgebungselement, das auf oder oberhalb eines Halbleitersubstrats angeordnet ist und eine fotoelektrische Umwandlungseinheit enthält, der Zweckmäßigkeit halber als „Bildgebungselement eines ersten Typs“ verwiesen werden, kann auf die fotoelektrischen Umwandlungseinheiten, die ein Bildgebungselement eines ersten Typs bilden, der Zweckmäßigkeit halber als „fotoelektrische Umwandlungseinheiten eines ersten Typs“ verwiesen werden, kann auf Bildgebungselemente, die in dem Halbleitersubstrat angeordnet sind, der Zweckmäßigkeit halber als „Bildgebungselemente eines zweiten Typs“ verwiesen werden und kann auf fotoelektrische Umwandlungseinheiten, die ein Bildgebungselement des zweiten Typs bilden, der Zweckmä-ßigkeit halber als „fotoelektrische Umwandlungseinheiten eines zweiten Typs“ verwiesen werden.
In einigen Fällen kann sich das Material, das die fotoelektrische Umwandlungsschicht bildet, die oberhalb der Ladungsspeicherelektrode gelegen ist, von dem Material unterscheiden, das die fotoelektrische Umwandlungsschicht bildet, die oberhalb der ersten Elektrode gelegen ist.
65 stellt eine Beispielkonfiguration eines herkömmlichen gestapelten Bildgebungselements (einer gestapelten Bildgebungsvorrichtung) dar. In dem in 65 dargestellten Beispiel sind eine dritte fotoelektrische Umwandlungseinheit 543A und eine zweite fotoelektrische Umwandlungseinheit 541A, die die fotoelektrischen Umwandlungseinheiten des zweiten Typs sind, die ein drittes Bildgebungselement 543 und ein zweites Bildgebungselement 541 bilden, die Bildgebungselemente des zweiten Typs sind, in einem Halbleitersubstrat 570 gestapelt und ausgebildet. Ferner ist eine erste fotoelektrische Umwandlungseinheit 510A, die eine fotoelektrische Umwandlungseinheit des ersten Typs ist, oberhalb des Halbleitersubstrats 570 (konkret oberhalb des zweiten Bildgebungselements 541) angeordnet. Die erste fotoelektrische Umwandlungseinheit 510 enthält hier eine erste Elektrode 521, eine fotoelektrische Umwandlungsschicht 523, die mit einem organischen Material ausgebildet ist, und eine zweite Elektrode 522 und bildet ein erstes Bildgebungselement 510, das ein Bildgebungselement des ersten Typs ist. Die zweite fotoelektrische Umwandlungseinheit 541A und die dritte fotoelektrische Umwandlungseinheit 543A wandeln beispielsweise in Abhängigkeit von einem Unterschied im Absorptionskoeffizienten blaues Licht bzw. rotes Licht fotoelektrisch um. Indes wandelt beispielsweise die erste fotoelektrische Umwandlungseinheit 510A grünes Licht fotoelektrisch um.
Nachdem sie in der zweiten fotoelektrischen Umwandlungseinheit 541A und der dritten fotoelektrischen Umwandlungseinheit 543A vorübergehend gespeichert sind, werden die elektrischen Ladungen, die durch die fotoelektrische Umwandlung in der zweiten fotoelektrischen Umwandlungseinheit 541A und der dritten fotoelektrischen Umwandlungseinheit 543A erzeugt wurden, durch einen (als Gate-Bereich 545 dargestellten) vertikalen Transistor und einen (als Gate-Bereich 546) dargestellten Übertragungstransistor zu einer zweiten Floating-Diffusionsschicht FD₂ bzw. einer dritten Floating-Diffusionsschicht FD₃ übertragen und werden ferner an eine (nicht dargestellte) externe Ausleseschaltung ausgegeben. Diese Transistoren und die Floating-Diffusionsschichten FD₂ und FD₃ sind ebenfalls im Halbleitersubstrat 570 ausgebildet.
Die durch die fotoelektrische Umwandlung in der ersten fotoelektrischen Umwandlungseinheit 510A erzeugten elektrischen Ladungen werden über einen Kontaktlochbereich 561 und eine Verdrahtungsschicht 562 in einer im Halbleitersubstrat 570 ausgebildeten ersten Floating-Diffusionsschicht FD₁ gespeichert. Die erste fotoelektrische Umwandlungseinheit 510A ist über den Kontaktlochbereich 561 und die Verdrahtungsschicht 562 auch mit einem Gate-Bereich 552 eines Verstärkungstransistors verbunden, der eine Ladungsmenge in eine Spannung umwandelt. Ferner bildet die erste Floating-Diffusionsschicht FD₁ einen Teil eines (als Gate-Bereich 551 dargestellten) Rücksetztransistors. Bezugsziffer 571 gibt ein Vorrichtungstrenngebiet an, Bezugsziffer 572 gibt einen Oxidfilm an, der auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats 570 ausgebildet ist, Bezugsziffern 576 und 581 geben Zwischenschicht-Isolierschichten an, Bzeugsziffer 583 gibt eine Isolierschicht an und Bezugsziffer 514 gibt eine On-Chip-Mikrolinse an.
In dem in 65 dargestellten herkömmlichen Bildgebungselement werden die elektrischen Ladungen, die durch fotoelektrische Umwandlung in der zweiten fotoelektrischen Umwandlungseinheit 541A und der dritten fotoelektrischen Umwandlungseinheit 543A erzeugt werden, in der zweiten fotoelektrischen Umwandlungseinheit 541A und der dritten fotoelektrischen Umwandlungseinheit 543A vorübergehend gespeichert und werden dann zu der zweiten Floating-Diffusionsschicht FD₂ und der dritten Floating-Diffusionsschicht FD₃ übertragen. Somit können die zweite fotoelektrische Umwandlungseinheit 541A und die dritte fotoelektrische Umwandlungseinheit 543A vollständig verarmt werden. Die durch fotoelektrische Umwandlung in der ersten fotoelektrischen Umwandlungseinheit 510A erzeugten elektrischen Ladungen werden direkt in die erste Floating-Diffusionsschicht FD₁ gespeichert. Daher ist es schwierig, die erste fotoelektrische Umwandlungseinheit 510A vollständig zu verarmen. Als Folge des Obigen könnte dann kTC-Rauschen größer werden, könnte Zufallsrauschen verschlimmert werden und könnte eine Bildqualität verschlechtert werden.
In einer Bildgebungsvorrichtung oder dergleichen der vorliegenden Offenbarung enthält die fotoelektrische Umwandlungseinheit die Ladungsspeicherelektrode, die in einem Abstand von der ersten Elektrode angeordnet und so positioniert ist, dass sie über die Isolierschicht der fotoelektrischen Umwandlungsschicht gegenüberliegt, wie oben beschrieben wurde. Mit dieser Anordnung können elektrische Ladungen in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht akkumuliert werden, wenn Licht auf die fotoelektrische Umwandlungseinheit emittiert und bei der fotoelektrischen Umwandlungseinheit fotoelektrisch umgewandelt wird. Beim Beginn einer Belichtung kann dementsprechend der Ladungsspeicherbereich vollständig verarmt werden und können die elektrischen Ladungen gelöscht werden. Infolgedessen ist es möglich, das Auftreten eines Phänomens, bei dem das kTC-Rauschen größer wird, das Zufallsrauschen verschlimmert wird und die Bildqualität verringert wird, zu reduzieren oder zu verhindern.
Ein effektives Pixelgebiet ist mit einer Vielzahl von Pixeln ausgebildet, die in einem zweidimensionalen Array regelmäßig angeordnet sind.
Die Bildgebungsvorrichtung oder dergleichen der vorliegenden Offenbarung wird in einem später beschriebenen Beispiel 1 im Detail beschrieben.
Bildgebungselemente in der vorliegenden Offenbarung können CCD-Elemente, CMOS-Bildsensoren, Kontaktbildsensoren (CIS) oder signalverstärkende Bildsensoren eines Typs einer Ladungsmodulationsvorrichtung (CMD) sein. Eine Bildgebungsvorrichtung gemäß der ersten oder zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung oder eine Bildgebungsvorrichtung einer ersten oder zweiten Konfiguration, die später beschrieben werden, können eine Digitalbildkamera, eine digitale Videokamera, einen Camcorder, eine Überwachungskamera, eine in einem Fahrzeug zu montierende Kamera, eine Smartphone-Kamera, eine Schnittstellenkamera eines Spiele-Nutzers oder eine Kamera zur geometrischen Authentifizierung beispielsweise bilden.
[Beispiel 1]
Beispiel 1 bezieht sich auf eine Bildgebungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. 1 ist eine schematische partielle Querschnittsansicht einer Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 1. 11A stellt schematisch die Anordnung der Komponenten der Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 1 dar. 13 und 14 stellen jeweils eine schematische partielle Querschnittsansicht eines Bildgebungselements-A dar, das die Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 1 bildet. 15 ist eine schematische Draufsicht der Anordnung der ersten Elektroden und der Ladungsspeicherelektroden in der Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 1. Man beachte, dass in 1 bis 9 zur Vereinfachung der Zeichnungen schraffierte Linien nicht verwendet sind, um die Zwischenschicht-Isolierschicht 81 zu bezeichnen. Ferner wird in 11A, 11B und 12B das Gebiet des äußeren Randgebiets, in dem eine äußere Randelektrode (eine dritte Elektrode) 201 als eine in einem äußeren Randgebiet gelegene Elektrode angeordnet ist, mit Bezugsziffer 201A bezeichnet und ist der Deutlichkeit halber mit schraffierten Linien versehen. In 12A und 12B ist das Gebiet eines äußeren Randgebiets, in dem eine äußere Randelektrode 211 angeordnet ist, mit Bezugsziffer 211A bezeichnet und ist der Klarheit halber mit schraffierten Linien versehen.
Die Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 1 umfasst: ein effektives Pixelgebiet, das eine Vielzahl von Bildgebungselementen-A enthält, Licht empfängt, Signalladungen verstärkt, die durch fotoelektrische Umwandlung erzeugt werden, und die Signalladungen in eine Ansteuerungsschaltung liest; und ein optisch schwarzes Gebiet (auch als ein schwarzes Referenz-Pixelgebiet, ein optisch schwarzes Pixelgebiet oder ein OPB bezeichnet), das eine Vielzahl von Bildgebungselementen-A enthält, das effektive Pixelgebiet umgibt und optisches Schwarz ausgibt, das als Referenz für einen Schwarzpegel dient. Ferner ist die fotoelektrische Umwandlungsschicht 23, die die Vielzahl von Bildgebungselementen-A und der Bildgebungselemente-B bildet, zwischen den Bildgebungselementen-A und den Bildgebungselementen-B gemeinsam, und die gemeinsame fotoelektrische Umwandlungsschicht 23 erstreckt sich zu einem äußeren Randgebiet, das auf einer äußeren Seite des optischen schwarzen Gebiets gelegen ist und das optische schwarze Gebiet umgibt. Die äußere Randelektrode (dritte Elektrode) 201 ist im äußeren Randgebiet angeordnet.
Ferner bildet die Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 1 beispielsweise eine Digitalbildkamera, eine digitale Videokamera, einen Camcorder, eine Überwachungskamera, eine in einem Fahrzeug zu montierende Kamera (eine bordeigene Kamera), eine Smartphone-Kamera, eine Schnittstellenkamera für einen Spiele-Nutzer, eine Kamera zur biometrischen Authentifizierung oder dergleichen.
Jedes Bildgebungselement-A, das im effektiven Pixelgebiet angeordnet ist, enthält eine fotoelektrische Umwandlungseinheit, in der eine erste Elektrode 21, die mit einem leitfähigen Material ausgebildet ist, die fotoelektrische Umwandlungsschicht 23, die mit einem organischen Material (konkret einem organischen Halbleitermaterial) ausgebildet ist, und eine zweite Elektrode 22, die mit einem transparenten leitfähigen Material ausgebildet ist, gestapelt sind. Jedes Bildgebungselement-B, das in dem optischen schwarzen Gebiet angeordnet ist, enthält eine fotoelektrische Umwandlungseinheit, in der eine erste Elektrode 121, die fotoelektrische Umwandlungsschicht 23 und die zweite Elektrode 22 angeordnet sind. Die fotoelektrische Umwandlungsschicht 23, die die Vielzahl von Bildgebungselementen-A und die Vielzahl von Bildgebungselementen-B bildet, ist zwischen den Bildgebungselementen-A und den Bildgebungselementen-B wie oben beschrieben gemeinsam, und die zweite Elektrode 22, die die Vielzahl von Bildgebungselementen-A und die Vielzahl von Bildgebungselementen-B bildet, ist ebenfalls zwischen den Bildgebungselementen-A und den Bildgebungselementen-B gemeinsam.
In jedem Bildgebungselement-A enthält die fotoelektrische Umwandlungseinheit ferner eine Isolierschicht 82 und eine Ladungsspeicherelektrode 24, die mit einem leitfähigen Material ausgebildet ist. Die Ladungsspeicherelektrode 24 ist in einem Abstand von der ersten Elektrode 21 angeordnet und so positioniert, dass sie über die Isolierschicht 82 der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 23 gegenüberliegt. Die fotoelektrische Umwandlungsschicht 23 enthält: ein Gebiet in Kontakt mit der ersten Elektrode 21; ein Gebiet, das mit der Isolierschicht 82 in Kontakt ist und die unter der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 23 vorhandene Ladungsspeicherelektrode 24 nicht aufweist; und ein Gebiet, das mit der Isolierschicht 82 in Kontakt ist und die unter der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 23 vorhandene Ladungsspeicherelektrode 24 aufweist. Licht tritt dann von der zweiten Elektrode 22 aus ein. Im Beispiel 1 fließen Löcher, die durch Lichtbestrahlung in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 23 erzeugt werden, in die zweite Elektrode 22, und letztendlich fließen Elektronen in die ersten Elektroden 21. In jedem Bildgebungselement-A ist eine On-Chip-Mikrolinse 14 oberhalb der zweiten Elektrode 22 vorgesehen. In 1 bis 9 sind die Grenzen zwischen den Bildgebungselementen durch gestrichelte Linien angegeben.
In jedem Bildgebungselement-B enthält die fotoelektrische Umwandlungseinheit ferner die Isolierschicht 82 und eine Ladungsspeicherelektrode 124, die in einem Abstand von der ersten Elektrode 121 angeordnet und so positioniert ist, dass sie über die Isolierschicht 82 der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 23 gegenüberliegt. Die fotoelektrische Umwandlungsschicht 23 umfasst: ein Gebiet in Kontakt mit der ersten Elektrode 121; ein Gebiet, das mit der Isolierschicht 82 in Kontakt ist und die unter der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 23 vorhandene Ladungsspeicherelektrode 124 nicht aufweist; und ein Gebiet, das mit der Isolierschicht 82 in Kontakt ist und die unter der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 23 vorhandene Ladungsspeicherelektrode 124 aufweist. Eine lichtblockierende Schicht 15 ist oberhalb der zweiten Elektrode 22 auf der Lichteinfallsseite näher zur zweiten Elektrode 22 ausgebildet. Ferner ist in jeden Bildgebungselement-B eine On-Chip-Mikrolinse 14 oberhalb der zweiten Elektrode 22 vorgesehen. In der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 23 erzeugte Löcher fließen in die zweite Elektrode 22, und Elektronen fließen letztendlich in die ersten Elektroden 121.
Im Beispiel 1 ist ein Bildgebungselementblock mit vier Bildgebungselementen-A ausgebildet. Das heißt, wie in 15 dargestellt ist, wird eine erste Elektrode 21 von vier Bildgebungselementen-A gemeinsam genutzt. Konkret wird eine erste Elektrode 21₁ unter vier Bildgebungselementen-A, die Ladungsspeicherelektroden 24₁₁, 24₁₂, 24₁₃ bzw. 24₁₄ enthalten, gemeinsam genutzt. Eine erste Elektrode 21₂ wird unter vier Bildgebungselementen-A, die Ladungsspeicherelektroden 24₂₁, 24₂₂, 24₂₃ bzw. 24₂₄ enthalten, gemeinsam genutzt. Eine erste Elektrode 21₃ wird unter vier Bildgebungselementen-A, die Ladungsspeicherelektroden 24₃₁, 24₃₂, 24₃₃ bzw. 24₃₄ enthalten, gemeinsam genutzt. Eine erste Elektrode 21₄ wird unter vier Bildgebungselementen-A, die Ladungsspeicherelektroden 24₄₁, 24₄₂, 24₄₃ bzw. 24₄₄ enthalten, gemeinsam genutzt. Die Konfiguration eines Bildgebungselements-A ist jedoch nicht auf solch eine Konfiguration beschränkt, und ein Bildgebungselement-A kann eine erste Elektrode 21 enthalten, oder eine Vielzahl von Bildgebungselementen-A kann eine erste Elektrode 21 gemeinsam nutzen.
Ferner ist eine Ladungsübertragungs-Steuerelektrode 27 zwischen einem Bildgebungselement-A und einem Bildgebungselement-A angeordnet. Desgleichen ist eine Ladungsübertragungs-Steuerelektrode 27 zwischen einem Bildgebungselement-B und einem Bildgebungselement-B angeordnet. Da die Ladungsübertragungs-Steuerelektroden 27 vorgesehen sind, ist es möglich, eine Übertragung elektrischer Ladungen zwischen Bildgebungselementen-A, die eine Ladungsübertragungs-Steuerelektrode 27 sandwichartig umgeben, eine Übertragung elektrischer Ladungen zwischen Bildgebungselementen-B, die eine Ladungsübertragungs-Steuerelektrode 27 sandwichartig umgeben, und eine Übertragung elektrischer Ladungen zwischen einem Bildgebungselement-A und einem Bildgebungselement-B, die eine Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode 27 sandwichartig umgeben, auf jeden Fall zu reduzieren oder zu verhindern. Man beachte, dass, wenn das an eine Ladungsübertragung-Steuerelektrode 27 anzulegende Potential durch V₁₇ repräsentiert wird, es nur erforderlich ist, V₁₂ > V₁₇ zu erfüllen. V₁₂ wird später beschrieben.
Im Beispiel 1 dient die äußere Randelektrode 201 als eine Potentialbarriere bildende Elektrode. Ferner ist die äußere Randelektrode 201 so angeordnet, dass sie über die Isolierschicht 82 der gemeinsamen fotoelektrischen Umwandlungsschicht 23 gegenüberliegt. In diesem Fall wird ein Potential (ein negatives Potential in Beispiel 1) mit dem gleichen Vorzeichen wie Signalladungen (Elektronen in Beispiel 1) an die äußere Randelektrode 201 angelegt. Während eines Betriebs der Bildgebungsvorrichtung wird ferner weiter ein Potential mit dem gleichen Vorzeichen wie Signalladungen konstant an die äußere Randelektrode 201 angelegt. Die äußere Randelektrode 201 umgibt das optische schwarze Gebiet rahmenartig (siehe 11A). Darüber hinaus ist die äußere Randelektrode 201 bezüglich der gemeinsamen fotoelektrischen Umwandlungsschicht 23 auf der Seite der ersten Elektrode angeordnet. Konkret ist die äußere Randelektrode 201 bei dem gleichen Niveau wie die ersten Elektroden 21 auf der Zwischenschicht-Isolierschicht 81 angeordnet.
In dem effektiven Pixelgebiet, dem optischen schwarzen Gebiet und dem äußeren Randgebiet sind obere Isolierschichten 83 (83A und 83B) auf der zweiten Elektrode 22 ausgebildet und ist die lichtblockierende Schicht 15 zwischen der oberen Isolierschicht 83A und der oberen Isolierschicht 83B in dem optischen schwarzen Gebiet und dem äußerem Randgebiet ausgebildet. Die ersten Elektroden 21 und 121, die Ladungsspeicherelektroden 24 und 124, die Ladungsübertragungs-Steuerelektroden 27 und die äußere Randelektrode 201 sind auf der Zwischenschicht-Isolierschicht 81 ausgebildet, und die Ladungsspeicherelektroden 24 und 124, die Ladungsübertragungs-Steuerelektroden 27 und die äußere Randelektrode 23 sind mit der Isolierschicht 82 bedeckt.
In der Beschreibung unten werden unter Bezugnahme auf 13 oder 14 Bildgebungselemente-A erläutert. Indes weisen die Bildgebungselemente-B Konfigurationen und Strukturen auf, die jenen der Bildgebungselemente-A im Wesentlichen ähnlich sind, und daher werden die Konfigurationen und Strukturen der Bildgebungselemente-B unten nicht erläutert.
Wie in 13 dargestellt ist, ist ein Bildgebungselement-A des Beispiels 1 ein rückseitig beleuchtetes Bildgebungselement und ist mit einem Bildgebungselement eines ersten Typs ausgebildet. Alternativ dazu ist, wie in einer schematischen partiellen Querschnittsansicht in 14 dargestellt ist, eine Modifikation eine Bildgebungselements des Beispiels 1 ein vorderseitig beleuchtetes Bildgebungselement und ist mit einem Bildgebungselement des ersten Typs ausgebildet. Die Bildgebungselemente-A sind hier mit drei Arten von Bildgebungselementen ausgebildet: Bildgebungselemente, die rotes Licht absorbieren, Bildgebungselemente, die grünes Licht absorbieren, und Bildgebungselemente, die blaues Licht absorbieren. Darüber hinaus bildet eine Vielzahl dieser Bildgebungselemente eine Bildgebungsvorrichtung. Die Vielzahl dieser Bildgebungselemente kann in einem Bayer-Array angeordnet sein. Auf der Lichteinfallsseite jedes Bildgebungselements kann nach Bedarf eine Farbfilterschicht, um eine blaue, grüne oder rote spektrale Trennung vorzunehmen, angeordnet sein.
Jedes Bildgebungselement-A enthält ferner ein Halbleitersubstrat (konkreter eine Silizium-Halbleiterschicht) 70, und die fotoelektrische Umwandlungseinheit ist oberhalb des Halbleitersubstrats 70 angeordnet. Außerdem ist ferner eine Steuerungseinheit im Halbleitersubstrat 70 vorgesehen, und die Steuerungseinheit enthält eine Ansteuerungsschaltung, mit der die erste Elektrode 21, die zweite Elektrode 22 und die äußere Randelektrode 201 oder 211 verbunden sind. Die Lichteinfallsfläche des Halbleitersubstrats 70 ist hier die obere Seite, und die entgegengesetzte Seite des Halbleitersubstrats 70 ist die untere Seite. Eine mit einer Vielzahl von Verdrahtungsleitungen ausgebildete Verdrahtungsschicht 62 ist unter dem Halbleitersubstrat 70 vorgesehen.
In jedem Bildgebungselement-A sind die erste Elektrode 21 und die Ladungsspeicherelektrode 24 in einem Abstand voneinander auf der Zwischenschicht-Isolierschicht 81 ausgebildet. Die Zwischenschicht-Isolierschicht 81 und die Ladungsspeicherelektrode 24 sind mit der Isolierschicht 82 bedeckt. Die fotoelektrische Umwandlungsschicht 23 ist auf der Isolierschicht 82 vorgesehen, und die zweite Elektrode 22 ist auf der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 23 ausgebildet. Die oberen Isolierschichten 83 (83A und 83B) sind auf der gesamten Oberfläche, die die zweite Elektrode 22 enthält, ausgebildet, und die On-Chip-Mikrolinse 14 ist auf den oberen Isolierschichten 83 vorgesehen. Keine Farbfilterschicht ist vorgesehen. Die Zwischenschicht-Isolierschicht 81, die Isolierschicht 82 und die oberen Isolierschichten 83 sind mit einem bekannten Isoliermaterial (zum Beispiel SiO₂ oder SiN) ausgebildet. Die fotoelektrische Umwandlungsschicht 23 und die erste Elektrode 21 sind durch einen in der Isolierschicht 82 ausgebildeten Verbindungsbereich 67 verbunden. Die fotoelektrische Umwandlungsschicht 23 erstreckt sich in dem Verbindungsbereich 67. Mit anderen Worten erstreckt sich die fotoelektrische Umwandlungsschicht 23 in einer in der Isolierschicht 82 ausgebildeten Öffnung 85 und ist mit der ersten Elektrode 21 verbunden.
Die Größe der Ladungsspeicherelektrode 24 ist größer als diejenige der ersten Elektrode 21. Wenn die Fläche der Ladungsspeicherelektrode 24 durch S₁' repräsentiert wird und die Fläche der ersten Elektrode 21 durch S₁ repräsentiert wird,
ist es vorzuziehen,
4 ≤ S₁'/S₁ zu erfüllen, was jedoch nicht einschränkend ist.
In Beispiel 1 gilt beispielsweise
S1'/S1 = 8,
was jedoch nicht einschränkend ist. Man beachte, dass in den später beschriebenen Beispielen 13 bis 17 drei Segmente 10'₁ , 10'₂ und 10'₃ einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit die gleiche Größe haben und auch die gleiche planare Form aufweisen.
Die Ladungsspeicherelektrode 24 ist mit der Ansteuerungsschaltung verbunden. Konkret ist die Ladungsspeicherelektrode 24 über ein Verbindungsloch 66, einen Pad-Bereich 64 und eine Verdrahtungsleitung V_OA , die in der Zwischenschicht-Isolierschicht 81 vorgesehen sind, mit einer (später beschriebenen) vertikalen Ansteuerungsschaltung 312 verbunden, die die Ansteuerungsschaltung bildet. Desgleichen ist auch die äußere Randelektrode 201 mit der Ansteuerungsschaltung verbunden.
Im Halbleitersubstrat 70 sind zumindest eine Floating-Diffusionsschicht FD₁ und ein Verstärkungstransistor TR1_amp , die die Steuerungseinheit bilden, vorgesehen, und die erste Elektrode 21 ist mit der Floating-Diffusionsschicht FD₁ und dem Gate-Bereich des Verstärkungstransistors TR1_amp verbunden. Im Halbleitersubstrat 70 sind ferner ein Rücksetztransistor TR1_rst und ein Auswahltransistor TR1_sel , die die Steuerungseinheit bilden, vorgesehen. Die Floating-Diffusionsschicht FD₁ ist mit einem der Source/Drain-Gebiete des Rücksetztransistors TR1_rst verbunden, eines der Source/Drain-Gebiete des Verstärkungstransistors TR1_amp ist mit einem der Source/Drain-Gebiete des Auswahltransistors TR1_sel , verbunden, und das andere der Source/Drain-Gebiete des Auswahltransistors TR1_sel ist mit einer Signalleitung VSL₁ verbunden. Der Verstärkungstransistor TR1_amp , der Rücksetztransistor TR1_rst und der Auswahltransistor TR1_sel bilden die Ansteuerungsschaltung.
Konkreter ist ein Vorrichtungstrenngebiet 71 auf der Seite der ersten Oberfläche (vorderen Oberfläche) 70A des Halbleitersubstrats 70 ausgebildet, und ein Oxidfilm 72 ist ebenfalls auf der ersten Oberfläche 70A des Halbleitersubstrats 70 ausgebildet. Auf der Seite der ersten Oberfläche des Halbleitersubstrats 70 sind ferner der Rücksetztransistor TR1_rst , der Verstärkungstransistor TR1_amp und der Auswahltransistor TR1_sel , die die Steuerungseinheit des Bildgebungselements-A bilden, vorgesehen und ist auch die erste Floating-Diffusionsschicht FD₁ vorgesehen.
Der Rücksetztransistor TR1_rst enthält einen Gate-Bereich 51, ein Kanalausbildungsgebiet 51A und Source/Drain-Gebiete 51B und 51C. Der Gate-Bereich 51 des Rücksetztransistors TR1_rst ist mit einer Rücksetzleitung RST₁ verbunden, ein Source/Drain-Gebiet 51C des Rücksetztransistors TR1_rst dient auch als die erste Floating-Diffusionsschicht FD₁ und das andere Source/Drain-Gebiet 51B ist mit einer Stromversorgung V_DD verbunden.
Die erste Elektrode 21 ist mit einem Source/Drain-Gebiet 51C (der ersten Floating-Diffusionsschicht FD₁ ) des Rücksetztransistors TR1_rst über ein Verbindungsloch 65 und einen Pad-Bereich 63, die in der Zwischenschicht-Isolierschicht 81 vorgesehen sind, einen Kontaktlochbereich 61, der im Halbleitersubstrat 70 und der Zwischenschicht-Isolierschicht 76 ausgebildet ist, und der Verdrahtungsschicht 62, die in der Zwischenschicht-Isolierschicht 76 ausgebildet ist, verbunden.
Der Verstärkungstransistor TR1_amp enthält einen Gate-Bereich 52, ein Kanalausbildungsgebiet 52A und Source/Drain-Gebiete 52B und 52C. Der Gate-Bereich 52 ist über die Verdrahtungsschicht 62 mit der ersten Elektrode 21 und einem Source/Drain-Gebiet 51C (der ersten Floating-Diffusionsschicht FD₁ ) des Rücksetztransistors TR1_rst verbunden. Ferner ist ein Source/Drain-Gebiet 52B mit der Stromversorgung VDD verbunden.
Der Auswahltransistor TR1_sel enthält einen Gate-Bereich 53, ein Kanalausbildungsgebiet 53A und Source/Drain-Gebiete 53B und 53C. Der Gate-Bereich 53 ist mit einer Auswahlleitung SEL₁ verbunden. Ferner teilt sich ein Source/Drain-Gebiet 53B ein Gebiet mit einem anderen Source/Drain-Gebiet 52C, das den Verstärkungstransistor TR1_amp bildet, und das andere Source/Drain-Gebiet 53C ist mit einer Signalleitung (einer Datenausgabeleitung) VSL₁ (317) verbunden.
Die Rücksetzleitung RST₁ und die Auswahlleitung SEL₁ sind mit einer vertikalen Ansteuerungsschaltung 312 verbunden, die die Ansteuerungsschaltung bildet, und die Signalleitung (Datenausgabeleitung) VSL₁ ist mit einer Spalten-Signalverarbeitungsschaltung 313, die die Ansteuerungsschaltung bildet, verbunden.
In der Zwischenschicht-Isolierschicht 76 sind Verdrahtungsleitungen über eine Vielzahl von Leitungen ausgebildet, sind aber in den Zeichnungen nicht dargestellt. Ein HfO₂-Film 74 ist auf der rückseitigen Oberfläche 70B des Halbleitersubstrats 70 und in einem Ausbildungsbereich des Kontaktlochbereichs 61 im Halbleitersubstrat 70 ausgebildet.
Der HfO₂-Film 74 ist ein Film mit einer negativen fixierten elektrischen Ladung. Da solch ein Film enthalten ist, kann eine Erzeugung eines Dunkelstroms reduziert werden. Anstelle eines HfO₂-Films ist es möglich, einen Film aus Aluminiumoxid (Al₂O₃) , einen Film aus Zirkonoxid (ZrO₂), einen Film aus Tantaloxid (Ta₂O₅), einen Film aus Titanoxid (TiO₂), einen Film aus Lanthanoxid (La₂O₃), einen Film aus Praseodymoxid (Pr₂O₃), einen Film aus Ceroxid (CeO₂) , einen Film aus Neodymoxid (Nd₂O₃), einen Film aus Promethiumoxid (Pm₂O₃), einen Film aus Samariumoxid (Sm₂O₃) , einen Film aus Europiumoxid (EU₂O₃) , einen Film aus Gadoliniumoxid (Gd₂O₃), einen Film aus Terbiumoxid (Tb₂O₃), einen Film aus Dysprosiumoxid O(Dy₂O₃), einen Film aus Holmiumoxid (Ho₂O₃) , einen Film aus Thuliumoxid (Tm₂O₃), einen Film aus Ytterbiumoxid (Yb₂O₃), einem Film aus Lutetiumoxid (Lu₂O₃) , einen Film aus Yttriumoxid (Y₂O₃) , einen Film aus Hafniumnitrid, einen Film aus Aluminiumnitrid, einen Film aus Hafniumoxynitrid oder einen Film aus Aluminiumoxynitrid zu verwenden. Diese Filme können beispielsweise mittels eines CVD-Verfahrens, eines PVD-Verfahrens oder eines ALD-Verfahrens gebildet werden.
In der Beschreibung unten wird unter Bezugnahme auf 16A und 17 ein Betrieb eines Bildgebungselements, das die Ladungsspeicherelektrode des Beispiels 1 enthält, beschrieben. Das Potential der ersten Elektrode 21 ist hier höher als das Potential der zweiten Elektrode 22. Konkret weist die erste Elektrode 21 ein positives Potential auf, weist die zweite Elektrode 22 ein negatives Potential auf und werden Elektronen, die durch fotoelektrische Umwandlung in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 23 erzeugt werden, beispielsweise in die Floating-Diffusionsschicht gelesen. Das Gleiche gilt für die anderen Beispiele. In der Beschreibung unten wird auch ein Betrieb eines Bildgebungselements-A beschrieben; aber ein Betrieb eines Bildgebungselements-B kann dem Betrieb des Bildgebungselements-A im Wesentlichen ähnlich sein, außer dass keine Lichtbestrahlung vorliegt. Daher wird im Folgenden eine Erläuterung dem Betrieb Bildgebungselements-B nicht vorgenommen.
Die Symbole, die in 17, in 33 und 34 für das später beschriebene Beispiel 11 und in 45 und 46 für das später beschriebene Beispiel 13 verwendet werden, lauten wie folgt.

P_A Das Potential an einem Punkt P_A in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 23, der einem Gebiet gegenüberliegt, das zwischen der Ladungsspeicherelektrode 24 oder einer Übertragungs-Steuerelektrode (Ladungsübertragungselektrode) 25 und der ersten Elektrode 21 gelegen ist
P_B Das Potential an einem Punkt P_B in einem Gebiet der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 23, das der Ladungsspeicherelektrode 24 gegenüberliegt
P_C1 Das Potential an einem Punkt P_C1 in einem Gebiet der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 23, das einem Segment 24A einer Ladungsspeicherelektrode gegenüberliegt
P_C2 Das Potential an einem Punkt P_C2 in einem Gebiet der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 23, das einem Segment 24B einer Ladungsspeicherelektrode gegenüberliegt
P_C3 Das Potential an einem Punkt P_C3 in einem Gebiet des fotoelektrischen Umwandlungsschicht 23, das einem Segment 24C einer Ladungsspeicherelektrode gegenüberliegt
P_D Das Potential an einem Punkt P_D in einem Gebiet der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 23, das der Übertragungs-Steuerelektrode (Ladungsübertragungselektrode) 25 gegenüberliegt
FD Das Potential in der ersten Floating-Diffusionsschicht FD₁
V_OA Das Potential an der Ladungsspeicherelektrode 24
V_OA-A Das Potential an dem Segment 24A einer Ladungsspeicherelektrode
V_OA-B Das Potential an dem Segment 24B einer Ladungsspeicherelektrode
V_OA-C Das Potential an dem Segment 24C einer Ladungsspeicherelektrode
V_OT Das Potential an der Übertragungs-Steuerelektrode (Ladungsübertragungselektrode) 25
RST Das Potential am Gate-Bereich 51 des Rücksetztransistors TR1_rst
VDD Das Potential an der Stromversorgung
VSL₁ Die Signalleitung (Datenausgabeleitung) VSL₁
TR1_rst Rücksetztransistor TR1_rst
TR1_amp Verstärkungstransistor TR1_amp
TR1_sel Auswahltransistor TR1_sel

In einer Ladungsakkumulierungsperiode legt die Ansteuerungsschaltung ein Potential V₁₁ an die erste Elektrode 21 und ein Potential V₁₂ an die Ladungsspeicherelektrode 24 an. Licht, das in die fotoelektrische Umwandlungsschicht 23 eingetreten ist, bewirkt eine fotoelektrische Umwandlung in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 23. Löcher, die durch die fotoelektrische Umwandlung erzeugt werden, werden über eine Verdrahtungsleitung V_OU von der zweiten Elektrode 22 zur Ansteuerungsschaltung gesendet. Da das Potential der ersten Elektrode 21 höher als das Potential der zweiten Elektrode 22 ist oder ein positives Potential an die erste Elektrode 21 angelegt wird, während ein negatives Potential an die zweite Elektrode 22 beispielsweise angelegt wird, gelten indes V₁₂ ≥ V₁₁ oder vorzugsweise V₁₂ > V₁₁. Infolgedessen werden durch die fotoelektrische Umwandlung erzeugte Elektronen zur Ladungsspeicherelektrode 24 angezogen und bleiben in dem Gebiet der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 23, das der Ladungsspeicherelektrode 24 gegenüberliegt. Mit anderen Worten werden elektrische Ladungen in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 23 akkumuliert. Da V₁₂ > V₁₁ gilt, werden sich in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 23 erzeugte Elektronen nicht in Richtung der ersten Elektrode 21 bewegen. Im Verlauf der Zeit für eine fotoelektrische Umwandlung wird das Potential in dem Gebiet der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 23, das der Ladungsspeicherelektrode 24 gegenüberliegt, ein negativerer Wert.
Ein Rücksetzbetriebsvorgang wird in der späteren Periode in der Ladungsakkumulierungsperiode durchgeführt. Infolgedessen wird das Potential der ersten Floating-Diffusionsschicht FD₁ zurückgesetzt und wird das Potential der ersten Floating-Diffusionsschicht FD₁ gleich dem Potential V_DD der Stromversorgung.
Nach Abschluss des Rücksetzbetriebsvorgangs werden die elektrischen Ladungen ausgelesen. Mit anderen Worten legt in einer Ladungsübertragungsperiode die Ansteuerungsschaltung ein Potential V₂₁ an die erste Elektrode 21 und ein Potential V₂₂ an die Ladungsspeicherelektrode 24 an. Hier gilt V₂₂ < V₂₁. Infolgedessen werden die Elektronen, die in dem Gebiet der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 23 verbleiben, das der Ladungsspeicherelektrode 24 gegenüberliegt, in die erste Elektrode 21 und weiter in die erste Floating-Diffusionsschicht FD₁ gelesen. Mit anderen Worten werden die in der fotoelektrischen Schicht 23 akkumulierten elektrischen Ladungen in die Steuerungseinheit gelesen.
In der obigen Art und Weise wird eine Reihe von Betriebsvorgängen, welche eine Ladungsakkumulierung, einen Rücksetzbetriebsvorgang und eine Ladungsübertragung umfassen, abgeschlossen.
Die äußere Randelektrode 201 ist auch mit der Ansteuerungsschaltung verbunden. Wie oben beschrieben wurde, wird ein Potential (ein negatives Potential im Beispiel 1) mit dem gleichen Vorzeichen wie die Signalladungen (Elektronen in Beispiel 1) an die äußere Randelektrode 201 angelegt. Während eines Betriebs der Bildgebungsvorrichtung wird ferner ein Potential mit dem gleichen Vorzeichen ständig konstant an die äußere Randelektrode 201 angelegt. Wenn das an die äußere Randelektrode 201 anzulegende Potential durch V₂₀₁ repräsentiert wird, ist es konkret nur erforderlich, dass der Wert von V₂₀₁ immer niedriger als V₁₂ ist. Infolgedessen können während einer Reihe von Betriebsvorgängen wie etwa einer Ladungsakkumulierung, einem Rücksetzbetriebsvorgang und einer Ladungsübertragung die im äußeren Randgebiet erzeugten Elektronen nicht über die durch die äußere Randelektrode 201 erzeugte Potentialbarriere hinaus gehen und fließen die im äußeren Randgebiet erzeugten Elektronen nicht in das optische schwarze Gebiet.
Der Betrieb des Verstärkungstransistors TR1_amp und des Auswahltransistors TR1",_l, nachdem die Elektronen in die erste Floating-Diffusionsschicht FD₁ gelesen sind, ist der gleiche wie der Betrieb herkömmlicher Verstärkungs- und Auswahltransistoren. Ferner ist eine Reihe von Betriebsvorgängen, die eine Ladungsakkumulierung, einen Rücksetzbetriebsvorgang und die Ladungsübertragung umfassen, die in dem zweiten Bildgebungselement und dem dritten Bildgebungselement durchgeführt werden sollen, die später beschrieben werden, ebenfalls ähnlich der Reihe herkömmlicher Betriebsvorgänge, die eine Ladungsakkumulierung, einen Rücksetzbetriebsvorgang und eine Ladungsübertragung umfassen. Das Rücksetzrauschen in der ersten Floating-Diffusionsschicht FD₁ kann ferner durch einen Prozess einer korrelierten Doppelabtastung (CDS) wie in herkömmlichen Betriebsvorgängen eliminiert werden.
63 ist ein Konzeptdiagramm einer Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 1. Eine Bildgebungsvorrichtung 300 des Beispiels 1 enthält ein Bildgebungsgebiet (das effektive Pixelgebiet) 311, in welchem Bildgebungsvorrichtungen 301 in einem zweidimensionalen Array angeordnet sind, die vertikale Ansteuerungsschaltung 312 als die Ansteuerungsschaltung (eine periphere Schaltung) für die Bildgebungselemente 301, die Spalten-Signalverarbeitungsschaltungen 313, eine horizontale Ansteuerungsschaltung 314, eine Ausgabeschaltung 315, eine Steuerungsschaltung 316 für eine Ansteuerung und dergleichen. Diese Schaltungen können mit bekannten Schaltungen gebildet werden oder können natürlich mit anderen Schaltungskonfigurationen (verschiedenen Schaltungen, die beispielsweise in herkömmlichen CCD-Bildgebungsvorrichtungen oder CMOS-Bildgebungsvorrichtungen verwendet werden) gebildet werden. In 63 ist Bezugsziffer „301“ für die Bildgebungselemente 301 nur in einer Reihe dargestellt.
Auf der Basis eines vertikalen Synchronisierungssignals, eines horizontalen Synchronisierungssignals und eines Haupttakts erzeugt die Steuerungsschaltung 316 für eine Ansteuerung ein Taktsignal und ein Steuerungssignal, die als die Referenzen für Betriebsvorgänge der vertikalen Ansteuerungsschaltung 312, der Spalten-Signalverarbeitungsschaltungen 313 und der horizontalen Ansteuerungsschaltung 314 dienen. Das erzeugte Taktsignal und das Steuerungssignal werden dann in die vertikale Ansteuerungsschaltung 312, die Spalten-Signalverarbeitungsschaltungen 313 und die horizontale Ansteuerungsschaltung 314 eingespeist.
Die vertikale Ansteuerungsschaltung 312 ist beispielsweise mit einem Schieberegister ausgebildet und scannt selektiv die jeweiligen Bildgebungselemente 301 in dem Bildgebungsgebiet 311 sequentiell in der vertikalen Richtung Reihe für Reihe. Ein Pixelsignal (ein Bildsignal), das auf dem Strom (Signal) basiert, der gemäß der Menge an in jedem Bildgebungselement 301 empfangenem Licht erzeugt wird, wird dann über eine Signalleitung (Datenausgabeleitung) 317 und eine VSL an die Spalten-Signalverarbeitungsschaltung 313 gesendet.
Die Spalten-Signalverarbeitungsschaltungen 313 sind beispielsweise für die jeweiligen Spalten der Bildgebungselemente 301 vorgesehen und führen eine Signalverarbeitung wie etwa eine Rauschunterdrückung und Signalverstärkung an den von den Bildgebungselementen 301 einer Reihe abgegebenen Bildsignalen gemäß einem Signal von einem Schwarz-Referenzpixel (das obgleich nicht dargestellt um ein effektives Pixelgebiet herum ausgebildet ist) für jedes Bildgebungselement durch. Horizontale Auswahlschalter (nicht dargestellt) sind zwischen den Ausgabestufen der Spalten-Signalverarbeitungsschaltungen 313 und einer horizontalen Signalleitung 318 vorgesehen und mit diesen verbunden.
Die horizontale Ansteuerungsschaltung 314 ist beispielsweise mit einem Schieberegister ausgebildet. Die horizontale Ansteuerungsschaltung 314 wählt sequentiell die jeweiligen Spalten-Signalverarbeitungsschaltungen 313 durch sequentielles Ausgeben horizontaler Scan-Impulse aus und veranlasst, dass die jeweiligen Spalten-Signalverarbeitungsschaltungen 313 Signale an die horizontale Signalleitung 318 abgeben.
Die Ausgabeschaltung 315 führt eine Signalverarbeitung an Signalen durch, die von den jeweiligen Spalten-Signalverarbeitungsschaltungen 313 über die horizontale Signalleitung 318 sequentiell bereitgestellt werden, und gibt die verarbeiteten Signale ab.
Wie oben beschreiben wurde, ist in der Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 1 die äußere Randelektrode im äußeren Randgebiet angeordnet. Dementsprechend wird verhindert, dass sich am Rand der fotoelektrischen Umwandlungsschicht erzeugte elektrische Ladungen in Richtung der Bildgebungselemente-B bewegen und in die Bildgebungselemente-B eintreten. Folglich tritt kein Problem, das die Funktionen des optischen schwarzen Gebiets beeinträchtigt, auf. Wie oben beschrieben wurde, ist im Beispiel 1 die Ladungsspeicherelektrode in einem Abstand von der ersten Elektrode angeordnet und so positioniert, dass sie über die Isolierschicht der fotoelektrischen Umwandlungsschicht gegenüberliegt. Wenn Licht auf die fotoelektrische Umwandlungsschicht emittiert und eine fotoelektrische Umwandlung in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht durchgeführt wird, wird dementsprechend durch die fotoelektrische Umwandlungsschicht, die Isolierschicht und die Ladungsspeicherelektrode eine Art von Kondensator gebildet und können elektrische Ladungen in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht gespeichert werden. Dementsprechend kann beim Beginn einer Belichtung der Ladungsspeicherbereich vollständig verarmt werden und können die elektrischen Ladungen gelöscht werden. Infolgedessen ist es möglich, das Auftreten eines Phänomens, bei dem das kTC-Rauschen größer wird, das Zufallsrauschen verschlimmert wird und die Bildqualität verringert wird, zu reduzieren oder zu verhindern. All die Pixel können ferner gleichzeitig zurückgesetzt werden, und eine sogenannte globale Blendenfunktion kann erreicht werden.
Wie in einem schematischen Layout-Diagramm der Komponenten einer Modifikation der Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 1 in 11B dargestellt ist, kann die äußere Randelektrode 201 (oder die äußere Randelektrode 211, die später beschrieben wird), die das äußere schwarze Gebiet umgibt, durchgehend bzw. ununterbrochen ausgebildet sein. Obgleich in der Zeichnung nicht dargestellt kann ferner die äußere Randelektrode 201 (oder die später beschriebene äußere Randelektrode 211) entlang einem Teilgebiet im optischen schwarzen Gebiet ausgebildet sein (oder kann zum Beispiel entlang einer Seite, zwei Seiten oder drei Seiten des optischen schwarzen Gebiets mit einer rechteckigen planaren äußeren Form ausgebildet sein).
Die Bildgebungselemente-A und Bildgebungselemente-B, die die Bildgebungsvorrichtung oder dergleichen der vorliegenden Offenbarung bilden, werden in Beispiel 7 und Beispiel 8 im Detail umfassend erläutert.
[Beispiel 2]
Beispiel 2 ist eine Modifikation des Beispiels 1. 2 eine schematische partielle Querschnittsansicht einer Bildgebungsvorrichtung, und 12A zeigt schematisch die Anordnung der Komponenten der Bildgebungsvorrichtung. Wie in 2 und 12A dargestellt ist, ist in einer Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 2 die äußere Randelektrode (eine vierte Elektrode) 211, die eine im äußeren Randgebiet gelegene Elektrode ist, mit der gemeinsamen fotoelektrischen Umwandlungsschicht 23 verbunden. Die äußere Randelektrode 211 dient als Ladungsemissionselektrode. Ein Potential (konkret ein positives Potential) mit einem unterschiedlichen Vorzeichen gegenüber Signalladungen wird an die äußere Randelektrode 211 angelegt, und ferner wird ein Potential (konkret ein positives Potential) mit einem unterschiedlichen Vorzeichen gegenüber Signalladungen weiter ständig an die äußere Randelektrode 211 während eines Betriebs der Bildgebungsvorrichtung angelegt. Wenn das an die äußere Randelektrode 211 anzulegende Potential durch V₂₁₁ repräsentiert wird, muss konkret nur der Wert von V₂₁₁ immer höher als V₁₂ sein.
Infolgedessen fließen während einer Reihe von Betriebsvorgängen wie etwa einer Ladungsakkumulierung, eines Rücksetzbetriebsvorgangs und einer Ladungsübertragung die im äußeren Randgebiet erzeugten Elektronen in die äußere Randelektrode und fließen die im äußeren Randgebiet erzeugten Elektronen nicht in das optische schwarze Gebiet. Darüber hinaus ist es, da die Ladungsübertragungs-Steuerelektrode in dem optischen schwarzen Gebiet vorgesehen ist, möglich, zuverlässiger zu verhindern, dass im äußeren Randgebiet erzeugte Elektronen in das optische schwarze Gebiet fließen.
Mit Ausnahme der obigen Aspekte können die Konfiguration und die Struktur der Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 2 ähnlich der Konfiguration der Struktur der Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 1 sein, und daher wird deren detaillierte Erläuterung hierin nicht vorgenommen.
[Beispiel 3]
Beispiel 3 ist eine Modifikation der Beispiele 1 und 2. 3 zeigt eine schematische partielle Querschnittsansicht der Bildgebungsvorrichtung, und 12B zeigt schematisch die Anordnung der Komponenten der Bildgebungsvorrichtung. Wie in 3 und 12B dargestellt ist, ist in einer Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 3 die äußere Randelektrode mit einer ersten äußeren Randelektrode (der dritten Elektrode) 201 (der äußeren Randelektrode 201 in Beispiel 1), die so angeordnet ist, dass sie über die Isolierschicht 82 der gemeinsamen fotoelektrischen Umwandlungsschicht gegenüberliegt, und einer zweiten äußeren Randelektrode (der vierten Elektrode) 211 (der äußeren Randelektrode 211 im Beispiel 2) ausgebildet, die auf der äußeren Seite der ersten äußeren Randelektrode 201 angeordnet und mit der gemeinsamen fotoelektrischen Umwandlungsschicht 23 verbunden ist.
Mit Ausnahme der obigen Aspekte können die Konfiguration und die Struktur der Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 3 der Konfiguration und der Struktur der Bildgebungsvorrichtungen der Beispiele 1 und 2 ähnlich sein, und daher wird deren detaillierte Erläuterung hierin nicht vorgenommen.
[Beispiel 4]
Beispiel 4 ist eine Modifikation der Beispiele 1 bis 3. Wie in 4, die eine schematische partielle Querschnittsansicht einer Modifikation der Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 3 ist, dargestellt ist, bilden in einer Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 4 eine erste äußere Randelektrode (die dritte Elektrode) 201 (die äußere Randelektrode 201 im Beispiel 1), die so angeordnet ist, dass sie über die Isolierschicht 82 der gemeinsamen fotoelektrischen Umwandlungsschicht gegenüberliegt, und eine zweite äußere Randelektrode (die vierte Elektrode) 211 (die äußere Randelektrode 211 im Beispiel 2), die auf der äußeren Seite der ersten äußeren Randelektrode 201 angeordnet und mit der gemeinsamen fotoelektrischen Umwandlungsschicht 23 verbunden ist, ein Paar und sind zwei solche Paare vorgesehen. Jedoch ist die Anzahl dieser Paare nicht notwendigerweise auf zwei beschränkt, sondern kann drei oder mehr betragen, oder kann die gleiche Anzahl wie die Anzahl der ersten äußeren Randelektroden 201 und die Anzahl der zweiten äußeren Randelektroden 211 oder eine davon verschiedene Anzahl sein. Alternativ dazu kann keine oder eine erste äußere Randelektrode 201 vorgesehen sein und können zwei oder mehr zweite äußere Randelektroden 211 vorgesehen sein. Keine oder eine zweite äußere Randelektrode 211 kann vorgesehen sein, und zwei oder mehr erste äußere Randelektroden 201 können vorgesehen sein.
Ferner kann die Breite der Vielzahl erster äußerer Randelektroden 201 variiert werden, kann der Raum zwischen den ersten äußeren Randelektroden 201 variiert werden, kann die Breite der Vielzahl zweiter äußerer Randelektroden 211 variiert werden, kann der Raum zwischen den zweiten äußeren Randelektroden 211 variiert werden oder kann der Raum zwischen einer ersten äußeren Randelektrode 201 und einer zweiten äußeren Randelektrode 211 variiert werden. Das an jede der ersten äußeren Randelektroden 201 anzulegende Potential kann für jede erste äußere Randelektrode 201 variiert werden, und das an jede der zweiten äußeren Randelektroden 211 anzulegende Potential kann für jede zweite äußere Randelektrode 211 variiert werden.
Mit Ausnahme der obigen Aspekte können die Konfiguration und die Struktur der Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 4 ähnlich der Konfiguration und der Struktur der Bildgebungsvorrichtungen der Beispiele 1 und 2 sein, und daher wird hierin deren detaillierte Erläuterung nicht vorgenommen.
[Beispiel 5]
Beispiel 5 ist eine Modifikation der Beispiele 1 bis 4. Wie in einer schematischen partiellen Querschnittsansicht einer Bildgebungsvorrichtung in 5 dargestellt ist, hat in einer Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 5 die fotoelektrische Umwandlungsschicht 23 eine Zweischichtkonfiguration, die eine organische Halbleitermaterialschicht 23A und eine Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B, die mit IGZO oder dergleichen ausgebildet ist, umfasst. Die Austrittsarbeit der Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B unterscheidet sich von der Austrittsarbeit der ersten Elektroden 21. Ferner erfüllen der LUMO-Wert E₁ des Materials, das einen Bereich der organischen Halbleitermaterialschicht 23A bildet, der in der Nähe der Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B gelegen ist, und der LUMO-Wert E₂ des Materials, das die Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B bildet, vorzugsweise den folgenden Ausdruck: $E_{2} - E_{1} \geq 0,1 eV,$
oder erfüllen bevorzugter den folgenden Ausdruck: $E_{2} - E_{1} > 0,1 eV .$
Da die fotoelektrische Umwandlungsschicht so geschaffen ist, dass sie wie oben beschrieben eine Zweischichtstruktur aufweist, kann eine erneute Kopplung bzw. Rückkopplung zur Zeit einer Ladungsakkumulierung verhindert werden, kann die Effizienz einer Übertragung der in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht gespeicherten elektrischen Ladungen zu den ersten Elektroden erhöht werden und kann eine Erzeugung eines Dunkelstroms reduziert werden.
Wie in 6, die eine schematische partielle Querschnittsansicht einer Bildgebungsvorrichtung ist, dargestellt ist, weist in einer Modifikation der Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 5 die fotoelektrische Umwandlungsschicht 23 in dem effektiven Pixelgebiet und dem optischen schwarzen Gebiet eine Zweischichtkonfiguration auf, die die organische Halbleitermaterialschicht 23A und die Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B umfasst, und weist die fotoelektrische Umwandlungsschicht 23 im äußeren Randgebiet eine Einschichtkonfiguration auf, die mit der organischen Halbleitermaterialschicht 23A ausgebildet ist. Mit dieser Anordnung kann eine Bewegung von Elektronen in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 23 im äußeren Randgebiet zu der ersten äußeren Randelektrode 201 und der zweiten äußeren Randelektrode 211 langsamer als eine Bewegung von Elektronen in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 23 in dem effektiven Pixelgebiet und dem optischen schwarzen Gebiet zu den ersten Elektroden 22 und 122 eingerichtet werden. Folglich kann eine Bewegung von Elektronen aus dem äußeren Randgebiet zum optischen schwarzen Gebiet effektiver reduziert oder verhindert werden.
Mit Ausnahme der obigen Aspekte können die Konfiguration und die Struktur der Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 5 ähnlich der Konfiguration und der Struktur der Bildgebungsvorrichtungen der Beispiele 1 bis 4 sein, und daher wird deren detaillierte Erläuterung hierin nicht vorgenommen.
[Beispiel 6]
Beispiel 6 ist eine Modifikation der Beispiele 1 bis 5. Wie in 7, die eine schematische partielle Querschnittsansicht einer Modifikation der Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 1 ist, dargestellt ist, ist in einer Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 6 als eine Modifikation des Beispiels 1 die äußere Randelektrode (die dritte Elektrode) 201 in Bezug auf die gemeinsame fotoelektrische Umwandlungsschicht 23 auf der Seite der zweiten Elektrode angeordnet. Wie in 8, die eine schematische partielle Querschnittsansicht einer Bildgebungsvorrichtung ist, dargestellt ist, ist ferner in einer Modifikation der Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 6 als eine Modifikation des Beispiels 3 die äußere Randelektrode 201 in Bezug auf die gemeinsame fotoelektrische Umwandlungsschicht 23 auf der Seite der zweiten Elektrode angeordnet. Die äußere Randelektrode (die vierte Elektrode) 211 ist in Bezug auf die gemeinsame fotoelektrische Umwandlungsschicht 23 auf der Seite der ersten Elektrode angeordnet. Obgleich in keiner Zeichnung dargestellt kann alternativ dazu in einer Modifikation der Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 6 als eine Modifikation des Beispiels 2 die äußere Randelektrode 211 in Bezug auf die gemeinsame fotoelektrische Umwandlungsschicht 23 auf der Seite der zweiten Elektrode angeordnet werden. Alternativ dazu kann die äußere Randelektrode 201 in Bezug auf die gemeinsame fotoelektrische Umwandlungsschicht 23 auf der Seite der zweiten Elektrode angeordnet werden, kann die äußere Randelektrode 211 in Bezug auf die gemeinsame fotoelektrische Umwandlungsschicht 23 auf der Seite der zweiten Elektrode angeordnet werden, kann die äußere Randelektrode 201 in Bezug auf die gemeinsame fotoelektrische Umwandlungsschicht 23 auf der Seite der ersten Elektrode angeordnet werden und kann die äußere Randelektrode 211 in Bezug auf die gemeinsame fotoelektrische Umwandlungsschicht 23 auf der Seite der zweiten Elektrode angeordnet werden.
Mit Ausnahme der obigen Aspekte können die Konfiguration und die Struktur der Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 6 der Konfiguration und der Struktur der Bildgebungsvorrichtungen der Beispiele 1 bis 5 ähnlich sein, und daher wird deren detaillierte Erläuterung hierin nicht vorgenommen.
[Beispiel 7]
Beispiel 7 bezieht sich auf eine Bildgebungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
Wie in einer schematischen partiellen Querschnittsansicht in 9 dargestellt ist, umfasst eine Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 7: ein effektives Pixelgebiet, das eine Vielzahl von Bildgebungselementen-A enthält, Signalladungen, die durch fotoelektrische Umwandlung erzeugt werden, verstärkt und die Signalladungen in eine Ansteuerungsschaltung liest; ein optisch schwarzes Gebiet, das eine Vielzahl von Bildgebungselementen-B enthält, das effektive Pixelgebiet umgibt und optisches Schwarz ausgibt, das als die Referenz für einen Schwarzpegel dient; und ein äußeres Randgebiet, das eine Vielzahl von Bildgebungselementen-C enthält und das optische schwarze Gebiet umgibt. Ferner ist die fotoelektrische Umwandlungsschicht 23, die die Vielzahl von Bildgebungselementen-A, die Vielzahl von Bildgebungselementen-B und die Vielzahl von Bildgebungselementen-C bildet, eine gemeinsame fotoelektrische Umwandlungsschicht, und die Bildgebungselemente-C sind während eines Betriebs der Bildgebungsvorrichtung immer in einem Betriebszustand.
In der Bildgebungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthält jedes Bildgebungselement-A eine fotoelektrische Umwandlungseinheit, die gebildet wird, indem eine erste Elektrode 21, die fotoelektrische Umwandlungsschicht 23 und die zweite Elektrode 22 gestapelt werden, und ferner enthält die fotoelektrische Umwandlungseinheit eine Ladungsspeicherelektrode 24, die in einem Abstand von der ersten Elektrode 21 angeordnet und so positioniert ist, dass sie über die Isolierschicht 82 der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 23 gegenüberliegt. Jedes Bildgebungselement-B enthält eine fotoelektrische Umwandlungseinheit, die gebildet wird, indem eine erste Elektrode 121, die fotoelektrische Umwandlungsschicht 23 und die zweite Elektrode 22 gestapelt werden, und ferner enthält die fotoelektrische Umwandlungseinheit eine Ladungsspeicherelektrode 124, die in einem Abstand von der ersten Elektrode 121 angeordnet und so positioniert ist, dass sie über die Isolierschicht 82 der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 23 gegenüberliegt. Jedes Bildgebungselement-C enthält eine fotoelektrische Umwandlungseinheit, die gebildet wird, indem eine erste Elektrode 221, die fotoelektrische Umwandlungsschicht 23 und die zweite Elektrode 22 gestapelt werden, und die fotoelektrische Umwandlungseinheit enthält ferner eine Ladungsspeicherelektrode 224, die in einem Abstand von der ersten Elektrode 221 angeordnet und so positioniert ist, dass sie über die Isolierschicht 82 der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 23 gegenüberliegt.
Eine Ladungsübertragungs-Steuerelektrode 27 ist ferner zwischen einem Bildgebungselement-A und einem Bildgebungselement-A angeordnet. Desgleichen ist eine Ladungsübertragungs-Steuerelektrode 27 zwischen einem Bildgebungselement-B und einem Bildgebungselement-B vorgesehen und ist eine Ladungsübertragungs-Steuerelektrode 27 zwischen einem Bildgebungselement-C und einem Bildgebungselement-B vorgesehen. Eine Ladungsübertragungs-Steuerelektrode 227 ist ferner auch zwischen einem Bildgebungselement-C und einem Bildgebungselement-C vorgesehen. Da die Ladungsübertragungs-Steuerelektroden 22 und 227 vorgesehen sind, ist es möglich, eine Übertragung elektrischer Ladungen zwischen Bildgebungselementen-A, die eine Ladungsübertragungs-Steuerelektrode 27 sandwichartig umgeben, eine Übertragung elektrischer Ladungen zwischen Bildgebungselementen-B, die eine Ladungsübertragungs-Steuerelektrode 27 sandwichartig umgeben, eine Übertragung elektrischer Ladungen zwischen einem Bildgebungselement-A und einem Bildgebungselement-B, die eine Ladungsübertragungs-Steuerelektrode 27 sandwichartig umgeben, eine Übertragung elektrischer Ladungen zwischen einem Bildgebungselement-B und einem Bildgebungselement-C, die eine Ladungsübertragungs-Steuerelektrode 27 sandwichartig umgeben, eine Übertragung elektrischer Ladungen zwischen Bildgebungselementen-C, die eine Ladungsübertragungs-Steuerelektrode 227 sandwichartig umgeben, und dergleichen auf alle Fälle zu reduzieren oder zu verhindern. Man beachte, dass, wenn das an eine Ladungsübertragungs-Steuerelektrode 27 oder 227 anzulegende Potential durch V₁₇ repräsentiert wird, es nur erforderlich ist, V₁₂ > V₁₇ zu erfüllen. V₁₂ wird später beschrieben.
Die fotoelektrische Umwandlungsschicht, die die Bildgebungselemente-A bildet, die fotoelektrische Umwandlungsschicht, die die Bildgebungselemente-B bildet, und die fotoelektrische Umwandlungsschicht, die die Bildgebungselemente-C bildet, sind ferner mit der gemeinsamen fotoelektrischen Umwandlungsschicht 23 ausgebildet, und die die Bildgebungselemente-A bildende zweite Elektrode, die die Bildgebungselemente-B bildende zweite Elektrode und die die Bildgebungselemente-C bildende zweite Elektrode sind mit der gemeinsamen zweiten Elektrode 22 ausgebildet.
Ein Potential (konkret ein positives Potential) mit einem Vorzeichen, das das entgegengesetzte des Vorzeichens von Signalladungen ist, wird während eines Betriebs der Bildgebungsvorrichtung konstant an die die Bildgebungselemente-C bildende erste Elektrode 221 angelegt, und ferner wird ein Potential (konkret ein negatives Potential) mit dem gleichen Vorzeichen wie Signalladungen während eines Betriebs der Bildgebungsvorrichtung konstant an die die Bildgebungselemente-C bildenden Ladungsspeicherelektroden 224 angelegt. Wenn das an die erste Elektrode 221 anzulegende Potential durch V₂₂₁ repräsentiert wird, ist es konkret beispielsweise nur erforderlich, dass der Wert von V₂₂₁ immer höher als V₂₁ ist. Wenn das an die Ladungsspeicherelektroden 224 anzulegende Potential durch V₂₂₄ repräsentiert wird, ist es beispielsweise nur erforderlich, dass der Wert von V₂₂₄ immer niedriger als V₂₂ ist. Man beachte, dass Betriebsvorgänge der Bildgebungselemente-A und der Bildgebungselemente-B den Betriebsvorgängen der Bildgebungselemente-A und der Bildgebungselemente-B, die im Beispiel 1 beschrieben wurden, ähnlich sein können. Ferner können die Konfigurationen und Strukturen der Bildgebungselemente-A und der Bildgebungselemente-B den Konfigurationen und den Strukturen der Bildgebungselemente-A und der Bildgebungselemente-B, die im Beispiel 1 beschrieben wurden, ähnlich sein und können die Konfiguration und die Struktur der Bildgebungselemente-C der Konfiguration und der Struktur der Bildgebungselemente-A oder der Bildgebungselemente-B im Wesentlichen ähnlich sein, die im Beispiel 1 beschrieben wurden. Daher wird deren detaillierte Erläuterung hier nicht vorgenommen.
Wie in einer schematischen partiellen Querschnittsansicht in 10 dargestellt ist, kann in einer Modifikation der Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 7 die Dicke der Isolierschicht 82, die die Bildgebungselemente-C bildet, kleiner als die Dicke der die Bildgebungselemente-A und die Bildgebungselemente-B bildenden Isolierschicht 82 sein. Auf diese Weise kann sich das in den Bildgebungselementen-C zu erzeugende elektrische Feld von dem in den Bildgebungselementen-A und den Bildgebungselementen-B zu erzeugenden elektrischen Feld unterscheiden.
Der Abstand zwischen dem Bildgebungselement-B und dem Bildgebungselement-C wird ferner geeignet ausgewählt, sodass eine Übertragung elektrischer Ladungen optimiert werden kann. Konkret ist es beispielsweise nur erforderlich, dass der Abstand zwischen dem Bildgebungselement-B und dem Bildgebungselement-C länger als der Abstand zwischen dem Bildgebungselement-A und dem Bildgebungselement-B ist. Alternativ dazu kann sich die Größe der Bildgebungselemente-B von der Größe der Bildgebungselemente-C unterscheiden.
In der Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 7 sind die Bildgebungselemente-C im äußeren Randgebiet vorgesehen, das das optische schwarze Gebiet umgibt, und diese Bildgebungselemente-C sind während eines Betriebs der Bildgebungsvorrichtung immer in einem Betriebszustand. Dementsprechend bewegen sich am Rand der fotoelektrischen Umwandlungsschicht erzeugte elektrische Ladungen zu den Bildgebungselementen-C, treten aber nicht in die Bildgebungselemente-B ein. Folglich tritt kein Problem, das die Funktionen des optischen schwarzen Gebiets beeinträchtigt, auf.
In der Beschreibung unten werden die Bildgebungselemente-A, die Bildgebungselemente-B und die Bildgebungselemente-C (Bildgebungselemente), die die Bildgebungsvorrichtung oder dergleichen der vorliegenden Offenbarung bilden, im Detail umfassend beschrieben. Man beachte, dass in einigen Fällen auf die Bildgebungselemente-A, die Bildgebungselemente-B und die Bildgebungselemente-C zusammen einfach als „Bildgebungselemente“ verwiesen werden kann.
Eine Bildgebungsvorrichtung oder dergleichen der vorliegenden Offenbarung kann ferner
ein Halbleitersubstrat enthalten, und
eine fotoelektrische Umwandlungseinheit kann oberhalb des Halbleitersubstrats angeordnet sein. Man beachte, dass eine erste Elektrode, eine Ladungsspeicherelektrode und eine zweite Elektrode mit einer Ansteuerungsschaltung verbunden sind.
In einer Bildgebungsvorrichtung oder dergleichen der vorliegenden Offenbarung, die die verschiedenen Modi und Konfigurationen, die oben beschrieben wurden, einschließt, kann sich ferner die erste Elektrode in einer Öffnung erstrecken, die in einer Isolierschicht ausgebildet ist, und mit der fotoelektrischen Umwandlungsschicht verbunden sein. Alternativ dazu kann sich die fotoelektrische Umwandlungsschicht in einer in der Isolierschicht ausgebildeten Öffnung erstrecken und mit der ersten Elektrode verbunden sein.
In diesem Fall

kann der Randbereich der oberen Oberfläche der ersten Elektrode mit der Isolierschicht bedeckt sein,
kann sich die erste Elektrode durch die Bodenfläche der Öffnung erstrecken und,
wenn die Oberfläche der Isolierschicht in Kontakt mit der oberen Oberfläche der ersten Elektrode eine erste Oberfläche ist und die Oberfläche der Isolierschicht in Kontakt mit dem Bereich der fotoelektrischen Umwandlungsschicht, der der Ladungsspeicherelektrode gegenüberliegt, eine zweite Oberfläche ist, kann eine seitliche Oberfläche der Öffnung eine Schräge sein, die sich von der ersten Oberfläche in Richtung der zweiten Oberfläche ausdehnt, und kann ferner die seitliche Oberfläche der Öffnung mit der sich von der ersten Oberfläche in Richtung der zweiten Oberfläche ausdehnenden Schräge auf der Seite der Ladungsspeicherelektrode gelegen sein. Man beachte, dass dies eine Ausführungsform einschließt, in der eine andere Schicht zwischen der fotoelektrischen Umwandlungsschicht und der ersten Elektrode ausgebildet ist (zum Beispiel eine Ausführungsform, in der eine für eine Ladungsakkumulierung geeignete Materialschicht zwischen der fotoelektrischen Umwandlungsschicht und der ersten Elektrode ausgebildet ist).

In einer Bildgebungsvorrichtung oder dergleichen der vorliegenden Offenbarung, die die verschiedenen bevorzugten Modi und Konfigurationen einschließt, die oben beschrieben wurden,

kann ferner eine Steuerungseinheit, die im Halbleitersubstrat angeordnet ist und eine Ansteuerungsschaltung enthält, vorgesehen sein,
können die erste Elektrode und die Ladungsspeicherelektrode mit der Ansteuerungsschaltung verbunden sein,
kann in einer Ladungsakkumulierungsperiode die Ansteuerungsschaltung ein Potential V₁₁ an die erste Elektrode und ein Potential V₁₂ an die Ladungsspeicherelektrode anlegen, um elektrische Ladungen in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht zu akkumulieren, und
kann in einer Ladungsübertragungsperiode die Ansteuerungsschaltung ein Potential V₂₁ an die erste Elektrode und ein Potential V₂₂ an die Ladungsspeicherelektrode anlegen, um die in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht akkumulierten elektrischen Ladungen über die erste Elektrode in die Steuerungseinheit zu lesen. Falls das Potential der ersten Elektrode höher als das Potential der zweiten Elektrode ist, gelten jedoch $V_{12} \geq V_{11} {und V}_{22} < V_{21}$
und,
falls das Potential der ersten Elektrode niedriger als das Potential der zweiten Elektrode ist, gelten $V_{12} \leq V_{11} {und V}_{22} > V_{21} .$

Eine Bildgebungsvorrichtung oder dergleichen der vorliegenden Offenbarung, die die oben beschriebenen verschiedenen bevorzugten Modi und Konfigurationen einschließt, kann außerdem ferner eine Übertragungs-Steuerelektrode (eine Ladungsübertragungselektrode) enthalten, die zwischen der ersten Elektrode und der Ladungsspeicherelektrode vorgesehen ist, in einem Abstand von der ersten Elektrode und der Ladungsspeicherelektrode angeordnet und so positioniert ist, dass sie über die Isolierschicht der fotoelektrischen Umwandlungsschicht gegenüberliegt. Auf eine Bildgebungsvorrichtung oder dergleichen der vorliegenden Offenbarung solch eines Modus wird der Zweckmäßigkeit halber auch als eine „Bildgebungsvorrichtung oder dergleichen der vorliegenden Offenbarung, die eine Übertragungs-Steuerelektrode enthält“ verwiesen.
In einer Bildgebungsvorrichtung oder dergleichen der vorliegenden Offenbarung, die eine Übertragungs-Steuerelektrode enthält,

kann ferner eine Steuerungseinheit, die in dem Halbleitersubstrat angeordnet ist und eine Ansteuerungsschaltung enthält, vorgesehen sein,
können die erste Elektrode, die Ladungsspeicherelektrode und die Übertragungs-Steuerelektrode mit der Ansteuerungsschaltung verbunden sein,
kann in einer Ladungsakkumulierungsperiode die Ansteuerungsschaltung ein Potential V₁₁ an die erste Elektrode, ein Potential V₁₂ an die Ladungsspeicherelektrode und ein Potential V₁₃ an die Übertragungs-Steuerelektrode anlegen, um elektrische Ladungen in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht zu akkumulieren, und
kann in einer Ladungsübertragungsperiode die Ansteuerungsschaltung ein Potential V₂₁ an die erste Elektrode, ein Potential V₂₂ an die Ladungsspeicherelektrode und ein Potential V₂₃ an die Übertragungs-Steuerelektrode anlegen, um die in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht akkumulierten elektrischen Ladungen über die erste Elektrode an die Steuerungseinheit zu lesen. Falls das Potential der ersten Elektrode höher als das Potential der zweiten Elektrode ist, gelten jedoch $V_{12} > V_{13} {und V}_{22} \leq V_{23} \leq V_{21}$
und,
falls das Potential der ersten Elektrode niedriger als das Potential der zweiten Elektrode ist, gelten $V_{12} < V_{13} {und V}_{22} \geq V_{23} \geq V_{21} .$

Außerdem kann eine Bildgebungsvorrichtung oder dergleichen der vorliegenden Offenbarung, die die oben beschriebenen verschiedenen bevorzugten Modi und Konfigurationen einschließt, eine Ladungsemissionselektrode enthalten, die mit der fotoelektrischen Umwandlungsschicht verbunden ist und in einem Abstand von der ersten Elektrode und der Ladungsspeicherelektrode angeordnet ist. Auf eine Bildgebungsvorrichtung oder dergleichen der vorliegenden Offenbarung solch eines Modus wird der Zweckmäßigkeit halber auch als „Bildgebungsvorrichtung oder dergleichen der vorliegenden Offenbarung, die eine Ladungsemissionselektrode enthält“ verwiesen. In einer Bildgebungsvorrichtung oder dergleichen der vorliegenden Offenbarung, die eine Ladungsemissionselektrode enthält, kann ferner die Ladungsemissionselektrode so positioniert sein, dass sie die erste Elektrode und die Ladungsspeicherelektrode (mit anderen Worten wie ein Rahmen) umgibt. Die Ladungsemissionselektrode kann von einer Vielzahl von Bildgebungselementen gemeinsam genutzt (gemeinsam gesbildet) werden. In diesem Fall kann sich ferner
die fotoelektrische Umwandlungsschicht in einer in der Isolierschicht ausgebildeten zweiten Öffnung erstrecken und mit der Ladungsemissionselektrode verbunden sein,
kann der Randbereich der oberen Oberfläche der Ladungsemissionselektrode mit der Isolierschicht bedeckt sein,
kann die Ladungsemissionselektrode durch die Bodenfläche der zweiten Öffnung freigelegt sein und
kann eine seitliche Oberfläche der zweiten Öffnung eine Schräge sein, die sich von einer dritten Oberfläche in Richtung einer zweiten Oberfläche ausdehnt, wobei die dritte Oberfläche die Oberfläche der Isolierschicht in Kontakt mit der oberen Oberfläche der Ladungsemissionselektrode ist, wobei die zweite Oberfläche die Oberfläche der Isolierschicht in Kontakt mit dem Bereich der fotoelektrischen Umwandlungsschicht ist, der der Ladungsspeicherelektrode gegenüberliegt.
Darüber hinaus kann in einer Bildgebungsvorrichtung oder dergleichen der vorliegenden Offenbarung, die eine Ladungsemissionselektrode enthält,
eine Steuerungseinheit, die in dem Halbleitersubstrat angeordnet ist und eine Ansteuerungsschaltung enthält, ferner vorgesehen sein,
können die erste Elektrode, die Ladungsspeicherelektrode und die Ladungsemissionselektrode mit der Ansteuerungsschaltung verbunden sein,
kann in einer Ladungsakkumulierungsperiode die Ansteuerungsschaltung ein Potential V₁₁ an die erste Elektrode, ein Potential V₁₂ an die Ladungsspeicherelektrode und ein Potential V₁₄ an die Ladungsemissionselektrode anlegen, um elektrische Ladungen in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht zu akkumulieren, und
kann in einer Ladungsübertragungsperiode die Ansteuerungsschaltung ein Potential V₂₁ an die erste Elektrode, ein Potential V₂₂ an die Ladungsspeicherelektrode und ein Potential V₂₄ an die Ladungsemissionselektrode anlegen, um die in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht akkumulierten elektrischen Ladungen über die erste Elektrode in die Steuerungseinheit zu lesen. Falls das Potential der ersten Elektrode höher als das Potential der zweiten Elektrode ist, gelten jedoch
V₁₄ > V₁₁ und V₂₄ < V₂₁ und,
falls das Potential der ersten Elektrode niedriger als das Potential der zweiten Elektrode ist, gelten
V₁₄ < V₁₁ und V₂₄ > V₂₁.
In den verschiedenen bevorzugten Modi und Konfigurationen, die oben beschrieben wurden, kann ferner in einer Bildgebungsvorrichtung oder dergleichen der vorliegenden Offenbarung die Ladungsspeicherelektrode mit einer Vielzahl von Segmenten einer Ladungsspeicherelektrode ausgebildet sein. Auf eine Bildgebungsvorrichtung oder dergleichen der vorliegenden Offenbarung solch eines Modus wird der Zweckmäßigkeit halber auch als eine „Bildgebungsvorrichtung oder dergleichen der vorliegenden Offenbarung, die eine Vielzahl von Segmenten einer Ladungsspeicherelektrode enthält“ verwiesen. Die Anzahl an Segmenten einer Ladungsspeicherelektrode muss nur zwei oder größer sein. In einer Bildgebungsvorrichtung oder dergleichen, die eine Vielzahl von Segmenten einer Ladungsspeicherelektrode enthält, der vorliegenden Offenbarung kann in einem Fall, in dem ein unterschiedliches Potential an jedes Segment einer Ladungsspeicherelektrode in der Vielzahl (N) an Segmenten einer Ladungsspeicherelektrode angelegt wird,
in einem Fall, in dem das Potential der ersten Elektrode höher als das Potential der zweiten Elektrode ist, das Potential, das an das Segment einer Ladungsspeicherelektrode (das erste Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit) angelegt werden soll, das der ersten Elektrode am nächsten liegt, während einer Ladungsübertragungsperiode höher sein als das Potential, das an das Segment einer Ladungsspeicherelektrode (das N-te Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit) angelegt werden soll, das von der ersten Elektrode am weitesten entfernt gelegen ist, und,
kann in einem Fall, in dem das Potential der ersten Elektrode niedriger als das Potential der zweiten Elektrode ist, das Potential, das an das Segment einer Ladungsspeicherelektrode (das erste Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit) angelegt werden soll, das der ersten Elektrode am nächsten gelegen ist, während einer Ladungsübertragungsperiode niedriger als das Potential sein, das an das Segment einer Ladungsspeicherelektrode (das N-te Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit) angelegt werden soll, das von der ersten Elektrode am weitesten entfernt gelegen ist.
In einer Bildgebungsvorrichtung oder dergleichen der vorliegenden Offenbarung, die die oben beschriebenen verschiedenen bevorzugten Modi und Konfigurationen enthält,
können zumindest eine Floating-Diffusionsschicht und ein Verstärkungstransistor, die die Steuerungseinheit bilden, in dem Halbleitersubstrat angeordnet sein und
kann die erste Elektrode mit der Floating-Diffusionsschicht und dem Gate-Bereich des Verstärkungstransistors verbunden sein. Darüber hinaus können in diesem Fall
ferner ein Rücksetztransistor und ein Auswahltransistor, die die Steuerungsschaltung bilden, in dem Halbleitersubstrat angeordnet sein,
kann die Floating-Diffusionsschicht mit einem Source/Drain-Gebiet des Rücksetztransistors verbunden sein und
kann ein Source/Drain-Gebiet des Verstärkungstransistors mit einem Source/Drain-Gebiet des Auswahltransistors verbunden sein und kann das andere Source/Drain-Gebiet des Auswahltransistors mit einer Signalleitung verbunden sein.
In einer Bildgebungsvorrichtung oder dergleichen der vorliegenden Offenbarung, die die oben beschriebenen verschiedenen Modi und Konfigurationen einschließt, kann ferner die Größe der Ladungsspeicherelektrode größer als diejenige der ersten Elektrode sein. Wenn die Fläche der Ladungsspeicherelektrode durch S₁' repräsentiert wird und die Fläche der ersten Elektrode durch S₁ repräsentiert wird,
ist es vorzuziehen, nicht aber notwendig, $4 \leq S_{1} {'/S}_{1}$
zu erfüllen.
Alternativ dazu können Modifikationen einer Bildgebungsvorrichtung oder dergleichen der vorliegenden Offenbarung, die die oben beschriebenen verschiedenen bevorzugten Modi einschließt, Bildgebungselemente erster bis sechster Konfigurationen enthalten, die im Folgenden beschrieben werden. Konkret ist in Bildgebungselementen der ersten bis sechsten Konfigurationen in Bildgebungsvorrichtungen oder dergleichen der vorliegenden Offenbarung, die die oben beschriebenen verschiedenen bevorzugten Modi einschließen,
die fotoelektrische Umwandlungseinheit mit N (N ≥ 2) Segmenten einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit ausgebildet,
ist die fotoelektrische Umwandlungsschicht mit N Segmenten einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht ausgebildet,
ist die Isolierschicht mit N Segmenten einer Isolierschicht ausgebildet,
ist die Ladungsspeicherelektrode mit N Segmenten einer Ladungsspeicherelektrode in Bildgebungselementen der ersten bis dritten Konfigurationen ausgebildet,
ist die Ladungsspeicherelektrode mit N Segmenten einer Ladungsspeicherelektrode ausgebildet, die in einem Abstand voneinander in Bildgebungselementen der vierten und fünften Konfigurationen angeordnet sind,
enthält ein n-tes (n = 1, 2, 3, ..., N) Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit das n-te Segment einer Ladungsspeicherelektrode, das n-te Segment einer Isolierschicht und das n-te Segment einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht und
ist ein Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit mit einem größeren Wert als n von der ersten Elektrode weiter entfernt gelegen.
In einem Bildgebungselement der ersten Konfiguration variieren ferner die Dicken der Segmente einer Isolierschicht graduell von dem ersten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit bis zum N-ten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit. Indes variieren in einem Bildgebungselement der zweiten Konfiguration die Dicken der Segmente einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht graduell von dem ersten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht bis zum N-ten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht. Man beachte, dass in den Segmenten einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht die Dicke eines Bereichs der fotoelektrischen Umwandlungsschicht variiert werden kann und die Dicke eines anderen Bereichs der fotoelektrischen Umwandlungsschicht konstant geschaffen sein kann, sodass die Dicken der Segmente einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht variieren. Die Dicke eines Bereichs der fotoelektrischen Umwandlungsschicht kann variiert werden, und die Dicke eines anderen Bereichs der fotoelektrischen Umwandlungsschicht kann variiert werden, sodass die Dicken der Segmente einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht variieren. In einem Bildgebungselement der dritten Konfiguration unterscheidet sich ferner das das Segment einer Isolierschicht bildende Material zwischen benachbarten Segmenten einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit. In einem Bildgebungselement der vierten Konfiguration unterscheidet sich ferner das das Segment einer Ladungsspeicherelektrode bildende Material zwischen benachbarten Segmenten einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit. In einem Bildgebungselement der fünften Konfiguration werden ferner die Flächen der Segmente einer Ladungsspeicherelektrode von dem ersten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit bis zum N-ten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit allmählich kleiner. Die Flächen können kontinuierlich oder stufenweise kleiner werden.
In einem Bildgebungselement der sechsten Konfiguration in einer Bildgebungsvorrichtung oder dergleichen der vorliegenden Offenbarung, die die oben beschriebenen verschiedenen Modi einschließt, variiert alternativ dazu die Querschnittsfläche des gestapelten Bereichs der Ladungsspeicherelektrode, der Isolierschicht und der fotoelektrischen Umwandlungsschicht, genommen entlang einer virtuellen Y-Z-Ebene, in Abhängigkeit vom Abstand von der ersten Elektrode, wenn die Stapelrichtung der Ladungsspeicherelektrode, der Isolierschicht und der fotoelektrischen Umwandlungsschicht die Z-Richtung ist und die Richtung weg von der ersten Elektrode die X-Richtung ist. Die Änderung in der Querschnittsfläche kann kontinuierlich oder stufenweise sein.
In den Bildgebungselementen der ersten und zweiten Konfigurationen sind die N Segmente einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht kontinuierlich angeordnet, sind auch die N Segmente einer Isolierschicht kontinuierlich angeordnet und sind die N Segmente einer Ladungsspeicherelektrode ebenfalls kontinuierlich angeordnet. In den Bildgebungselementen der dritten bis fünften Konfigurationen sind die N Segmente einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht kontinuierlich angeordnet. Ferner sind in den Bildgebungselementen der vierten und fünften Konfigurationen die N Segmente einer Isolierschicht kontinuierlich angeordnet. In dem Bildgebungselement der dritten Konfiguration sind auf der anderen Seite die N Segmente einer Isolierschicht für die jeweiligen Segmente einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit in einer Eins-zu-Eins-Entsprechung vorgesehen. Ferner sind in den Bildgebungselementen der vierten und fünften Konfigurationen und im Bildgebungselement der dritten Konfiguration in einigen Fällen N Segmente einer Ladungsspeicherelektrode für die jeweiligen Segmente einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit in einer Eins-zu-Eins-Entsprechung vorgesehen. In den Bildgebungselementen der ersten bis sechsten Konfigurationen wird ferner das gleiche Potential an all die Segmente einer Ladungsspeicherelektrode angelegt. Alternativ dazu kann in den Bildgebungselementen der vierten und fünften Konfigurationen und im Bildgebungselement der dritten Konfiguration in einigen Fällen ein unterschiedliches Potential an jedes der N Segmente einer Ladungsspeicherelektrode angelegt werden.
In Bildgebungsvorrichtungen oder dergleichen der vorliegenden Offenbarung, die mit Bildgebungselementen der ersten bis sechsten Konfigurationen ausgebildet sind, ist die Dicke jedes Segments einer Isolierschicht spezifiziert, ist die Dicke jedes Segments einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht spezifiziert, variieren die die Segmente einer Isolierschicht bildenden Materialien, variieren die die Segmente einer Ladungsspeicherelektrode bildenden Materialien, ist die Fläche jedes Segments einer Ladungsspeicherelektrode spezifiziert oder ist die Querschnittsfläche jedes gestapelten Bereichs spezifiziert. Dementsprechend wird eine Art von Ladungsübertragungsgradient gebildet, und somit können die durch fotoelektrische Umwandlung erzeugten elektrischen Ladungen leichter und zuverlässiger zur ersten Elektrode übertragen werden. Infolgedessen werden dann eine Erzeugung eines Restbildes und eine Erzeugung eines Übertragungsrestes verhindert.
In den Bildgebungselementen der ersten bis fünften Konfigurationen ist ein Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit mit einem größeren Wert als n von der ersten Elektrode weiter entfernt gelegen, und, ob ein Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit von der ersten Elektrode entfernt gelegen ist oder nicht, wird auf der Basis der X-Richtung bestimmt. In dem Bildgebungselement der sechsten Konfiguration ist ferner die Richtung weg von der ersten Elektrode die X-Richtung. Die „X-Richtung“ ist jedoch wie folgt definiert. Ein Pixelgebiet, in welchem eine Vielzahl von Bildgebungselementen oder gestapelten Bildgebungselementen angeordnet ist, ist konkret mit einer Vielzahl von Pixeln ausgebildet, die in einem zweidimensionalen Array oder in der X-Richtung und der Y-Richtung regelmäßig angeordnet sind. Falls die planare Form jedes Pixels eine rechteckige Form ist, wird die Richtung, in der sich die der ersten Elektrode am nächsten gelegene Seite erstreckt, als die Y-Richtung festgelegt und wird eine zur Y-Richtung orthogonale Richtung als die X-Richtung festgelegt. Alternativ dazu wird in einem Fall, in dem die planare Form jedes Pixels eine gewünschte Form ist, eine allgemeine Richtung, die das Liniensegment oder die gekrümmte Linie enthält, die der ersten Elektrode am Nächsten liegt, als die Y-Richtung festgelegt und wird eine zur Y-Richtung orthogonale Richtung als die X-Richtung festgelegt.
In der Beschreibung unten werden Bildgebungselemente der ersten bis sechsten Konfigurationen in Fällen beschrieben, in denen das Potential der ersten Elektrode höher als das Potential der zweiten Elektrode ist.
In einem Bildgebungselement der ersten Konfiguration variieren die Dicken der Segmente einer Isolierschicht graduell vom ersten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit bis zum N-ten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit. Die Dicken der Segmente einer Isolierschicht werden jedoch vorzugsweise allmählich größer, und eine Art von Ladungsübertragungsgradient wird durch diese Variation gebildet. Wenn |V₁₂| ≥ |V₁₁| in einer Ladungsakkumulationsperiode gilt, kann ferner das n-te Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit mehr Ladungen als das (n+1)-te Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit speichern, und ein starkes elektrisches Feld wird angelegt, so dass zuverlässig verhindert werden kann, dass elektrische Ladungen vom ersten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit zur ersten Elektrode fließen. Wenn |V₂₂| < |V₂₁| in einer Ladungsübertragungsperiode gilt, ist es überdies möglich, den Fluss elektrischer Ladungen vom ersten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit zur ersten Elektrode und den Fluss elektrischer Ladungen von dem (n+1)-ten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit in Richtung des n-ten Segments einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit zuverlässig sicherzustellen.
In einem Bildgebungselement der zweiten Konfiguration variieren die Dicken der Segmente einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht graduell vom ersten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit zum N-ten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit. Die Dicken der Segmente einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht werden jedoch vorzugsweise allmählich größer, und durch diese Variation wird eine Art von Ladungsübertragungsgradient gebildet. Wenn V₁₂ ≥ V₁₁ in einer Ladungsakkumulationsperiode gilt, wird ferner ein stärkeres elektrisches Feld an das n-te Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit als an das (n+1)-te Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit angelegt, so dass zuverlässig verhindert werden kann, dass elektrische Ladungen vom ersten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit zur ersten Elektrode fließen. Wenn V₂₂ < V₂₁ in einer Ladungsübertragungsperiode gilt, ist es überdies möglich, den Fluss elektrischer Ladungen vom ersten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit zur ersten Elektrode und den Fluss elektrischer Ladungen vom (n+1)-ten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit zum n-ten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit zuverlässig sicherzustellen.
In einem Bildgebungselement der dritten Konfiguration unterscheidet sich das das Segment einer Isolierschicht bildende Material zwischen benachbarten Segmenten einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit, und deswegen wird eine Art von Ladungsübertragungsgradient gebildet. Die Werte der relativen Dielektrizitätskonstanten der Materialien, die die Segmente einer Isolierschicht bilden, werden jedoch vom ersten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit zum N-ten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit allmählich kleiner. Da solch eine Konfiguration übernommen wird, kann, wenn V₁₂ ≥ V₁₁ in einer Ladungsakkumulationsperiode gilt, das n-te Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit dann mehr elektrische Ladungen als das (n+1)-te Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit speichern. Wenn V₂₂ < V₂₁ in einer Ladungsübertragungsperiode gilt, ist es überdies möglich, den Fluss elektrischer Ladungen vom ersten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit zur ersten Elektrode und den Fluss elektrischer Ladungen vom (n+1)-ten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit zum n-ten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit zuverlässig sicherzustellen.
In einem Bildgebungselement der vierten Konfiguration unterscheidet sich das Material, das das Segment einer Ladungsspeicherelektrode bildet, zwischen benachbarten Segmenten einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit, und infolgedessen wird eine Art von Ladungsübertragungsgradient gebildet. Die Werte der Austrittsarbeiten der die Segmente einer Isolierschicht bildenden Materialien werden jedoch vom ersten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit bis zum N-ten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit vorzugsweise allmählich größer. Da solch eine Konfiguration übernommen wird, wird es dann möglich, einen Potentialgradienten, der für eine Signalladungsübertragung vorteilhaft ist, ungeachtet davon auszubilden, ob die Spannung positiv oder negativ ist.
In einem Bildgebungselement der fünften Konfiguration werden die Flächen der Segmente einer Ladungsspeicherelektrode vom ersten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit bis zum N-ten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit allmählich kleiner, und infolgedessen wird eine Art von Ladungsübertragungsgradient gebildet. Wenn in einer Ladungsakkumulationsperiode V₁₂ ≥ V₁₁ gilt, kann dementsprechend das n-te Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit mehr elektrische Ladungen als das (n+1)-te Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit speichern. Wenn V₂₂ < V₂₁ in einer Ladungsübertragungsperiode gilt, ist es überdies möglich, den Fluss elektrischer Ladungen vom ersten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit zur ersten Elektrode und den Fluss elektrischer Ladungen vom (n+1)-ten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit zum n-ten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit zuverlässig sicherzustellen.
In einem Bildgebungselement der sechsten Konfiguration variiert die Querschnittsfläche des gestapelten Bereichs in Abhängigkeit vom Abstand von der ersten Elektrode, und infolgedessen wird eine Art von Ladungsübertragungsgradient gebildet. Konkret kann in einer Konfiguration, in der die Dicken von Querschnitten des gestapelten Bereichs einheitlich geschaffen sind, während die Breite eines Querschnitts des gestapelten Bereichs an einer von der ersten Elektrode weiter entfernt gelegenen Position kleiner ist, wenn V₁₂ ≥ V₁₁ in einer Ladungsakkumulationsperiode gilt, wie in dem oben beschriebenen Bildgebungselement der fünften Konfiguration ein näher zur ersten Elektrode gelegenes Gebiet mehr elektrische Ladungen als ein von der ersten Elektrode weiter entfernt gelegenes Gebiet akkumulieren. Wenn V₂₂ < V₂₁ in einer Ladungsübertragungsperiode gilt, ist es dementsprechend möglich, den Fluss elektrischer Ladungen von einem näher zur ersten Elektrode gelegenen Gebiet zur ersten Elektrode und den Fluss elektrischer Ladungen von einem entfernter gelegenen Gebiet zu einem näher gelegenen Gebiet zuverlässig sicherzustellen. Auf der anderen Seite kann in einer Konfiguration, in der die Breiten von Querschnitten des gestapelten Bereichs einheitlich geschaffen sind, während die Dicken von Querschnitten des gestapelten Bereichs oder konkret die Dicken der Segmente einer Isolierschicht allmählich vergrößert sind, wenn V₁₂ ≥ V₁₁ in einer Ladungsakkumulationsperiode gilt, ein näher zur ersten Elektrode gelegenes Gebiet mehr elektrische Ladungen als ein von der ersten Elektrode weiter entfernt gelegenes Gebiet akkumulieren, und ein stärkeres elektrisches Feld wird an das näher gelegene Gebiet angelegt. Somit ist es wie im oben beschriebenen Bildgebungselement der ersten Konfiguration möglich, den Fluss elektrischer Ladungen vom näher zur ersten Elektrode gelegenen Gebiet zur ersten Elektrode zuverlässig zu verhindern. Wenn V₂₂ < V₂₁ in einer Ladungsübertragungsperiode gilt, wird es dann möglich, den Fluss elektrischer Ladungen von einem näher zur ersten Elektrode gelegenen Gebiet zur ersten Elektrode und den Fluss elektrischer Ladungen von einem weiter entfernt gelegenen Gebiet zu einem näher gelegenen Gebiet zuverlässig sicherzustellen. In einer Konfiguration, in der die Dicken der Segmente einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht allmählich vergrößert sind, wird ferner, wenn V₁₂ ≥ V₁₁ in einer Ladungsakkumulationsperiode gilt, ein stärkeres elektrisches Feld an ein näher zur ersten Elektrode gelegenes Gebiet als an ein von der ersten Elektrode weiter entfernt gelegenes Gebiet angelegt, und ist es wie im oben beschriebenen Bildgebungselement der zweiten Konfiguration möglich, den Fluss elektrischer Ladungen vom näher zur ersten Elektrode gelegenen Gebiet zur ersten Elektrode zuverlässig zu verhindern. Wenn V₂₂ < V₂₁ in einer Ladungsübertragungsperiode gilt, wird es dann möglich, den Fluss elektrischer Ladungen von einem näher zur ersten Elektrode gelegenen Gebiet in Richtung der ersten Elektrode und den Fluss elektrischer Ladungen von einem entfernter gelegenen Gebiet in Richtung eines näher gelegenen Gebiets zuverlässig sicherzustellen.
Eine Modifikation einer Bildgebungsvorrichtung gemäß der ersten oder zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann eine Bildgebungsvorrichtung sein, die umfasst
eine Vielzahl von Bildgebungselementen einer beliebigen der ersten bis sechsten Konfigurationen,
wobei ein Bildgebungselementblock mit einer Vielzahl von Bildgebungselementen ausgebildet ist und
eine erste Elektrode von der Vielzahl von Bildgebungselementen, die den Bildgebungselementblock bilden, gemeinsam genutzt wird. Auf eine Bildgebungsvorrichtung mit solch einer Konfiguration wird der Zweckmäßigkeit halber als „Bildgebungsvorrichtung der ersten Konfiguration“ verwiesen. Alternativ dazu kann eine Modifikation einer Bildgebungsvorrichtung gemäß der ersten oder zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung eine Bildgebungsvorrichtung sein, die
eine Vielzahl von Bildgebungselementen einer beliebigen der ersten bis sechsten Konfigurationen oder eine Vielzahl gestapelter Bildgebungselemente enthält, die zumindest ein Bildgebungselement einer beliebigen der ersten bis sechsten Konfigurationen enthält,
wobei ein Bildgebungselementblock mit einer Vielzahl von Bildgebungselementen oder gestapelten Bildgebungselementen ausgebildet ist und
eine erste Elektrode von der Vielzahl von Bildgebungselementen oder gestapelter Bildgebungselemente, die den Bildgebungselementblock bilden, gemeinsam genutzt wird. Auf eine Bildgebungsvorrichtung mit solch einer Konfiguration wird der Zweckmäßigkeit halber als „Bildgebungsvorrichtung der zweiten Konfiguration“ verwiesen. In einem Fall, in dem eine erste Elektrode von der Vielzahl von Bildgebungselementen, die einen Bildgebungselementblock wie oben bilden, gemeinsam genutzt wird, können ferner die Konfiguration und die Struktur im Pixelgebiet, in dem eine Vielzahl von Bildgebungselementen angeordnet ist, vereinfacht und miniaturisiert werden.
In Bildgebungsvorrichtungen der ersten und zweiten Konfigurationen ist für eine Vielzahl von Bildgebungselementen (oder einen Bildgebungselementblock) eine Floating-Diffusionsschicht vorgesehen. Die Vielzahl von Bildgebungselementen, die für eine Floating-Diffusionsschicht vorgesehen sind, kann hier mit einer Vielzahl von Bildgebungselementen des ersten Typs ausgebildet sein oder kann mit zumindest einem Bildgebungselement des ersten Typs und einem oder mehr Bildgebungselementen des zweiten Typs ausgebildet sein. Die Zeitsteuerung einer Ladungsübertragungsperiode wird dann geeignet gesteuert, so dass die Vielzahl von Bildgebungselementen die eine Floating-Diffusionsschicht gemeinsam nutzen kann. Die Vielzahl von Bildgebungselementen wird in Verbindung miteinander betrieben und ist als ein Bildgebungselementblock mit der Ansteuerungsschaltung verbunden. Mit anderen Worten ist eine Vielzahl von Bildgebungselementen, die einen Bildgebungselementblock bilden, mit einer Ansteuerungsschaltung verbunden. Eine Steuerung einer Ladungsspeicherelektrode wird jedoch für jedes Bildgebungselement durchgeführt. Ferner kann eine Vielzahl von Bildgebungselementen einen Kontaktlochbereich gemeinsam nutzen. Im Hinblick auf die Layout-Beziehung zwischen der ersten Elektrode, die von einer Vielzahl von Bildgebungselementen gemeinsam genutzt wird, und den Ladungsspeicherelektroden der jeweiligen Bildgebungselemente kann in einigen Fällen die erste Elektrode den Ladungsspeicherelektroden der jeweiligen Bildgebungselemente benachbart angeordnet sein. Alternativ dazu ist die erste Elektrode der Ladungsspeicherelektrode eines Bildgebungselements der Vielzahl von Bildgebungselementen benachbart angeordnet und ist den Ladungsspeicherelektroden der Vielzahl verbleibender Bildgebungselemente nicht benachbart. In solch einem Fall werden elektrische Ladungen von der Vielzahl verbleibender Bildgebungselemente über das eine Bildgebungselement der Vielzahl von Bildgebungselementen zur ersten Elektrode übertragen. Um eine Übertragung elektrischer Ladungen von jedem Bildgebungselement zur ersten Elektrode sicherzustellen, ist der Abstand (der Zweckmäßigkeit halber als der „Abstand A“ bezeichnet) zwischen einer Ladungsspeicherelektrode eines Bildgebungselements und einer Ladungsspeicherelektrode eines anderen Bildgebungselements vorzugsweise länger als der Abstand (der Zweckmäßigkeit halber „Abstand B“ bezeichnet) zwischen der ersten Elektrode und der Ladungsspeicherelektrode in dem in der ersten Elektrode benachbarten Bildgebungselement. Der Wert des Abstands A ist ferner für ein von der ersten Elektrode weiter entfernt gelegenes Bildgebungselement vorzugsweise größer.
Zwei oder mehr Arten der Bildgebungselemente der ersten bis sechsten Konfigurationen, die oben beschrieben wurden, können nach Wunsch kombiniert werden.
In einer Bildgebungsvorrichtung oder dergleichen der vorliegenden Offenbarung, die die oben beschriebenen verschiedenen bevorzugten Modi und Konfigurationen einschließt, kann überdies Licht von der Seite der zweiten Elektrode aus eintreten und kann ein lichtblockierender Film auf einer Lichteinfallsseite näher zur zweiten Elektrode ausgebildet sein. Alternativ dazu kann Licht von der Seite der zweiten Elektrode aus eintreten, während Licht nicht in die erste Elektrode (oder in einigen Fällen die erste Elektrode und die Übertragungs-Steuerelektrode) eintritt. In diesem Fall kann ferner ein lichtblockierender Film auf einer Lichteinfallsseite näher zur zweiten Elektrode und oberhalb der ersten Elektrode (oder in einigen Fällen der ersten Elektrode und der Übertragungs-Steuerelektrode) ausgebildet sein. Alternativ dazu kann eine On-Chip-Mikrolinse oberhalb der Ladungsspeicherelektrode und der zweiten Elektrode vorgesehen sein, und Licht, das in die On-Chip-Mikrolinse eintritt, kann zur Ladungsspeicherelektrode gesammelt werden. Der lichtblockierende Film kann hier oberhalb der Oberfläche der zweiten Elektrode auf der Lichteinfallsseite angeordnet sein oder kann auf der Oberfläche der zweiten Elektrode auf der Lichteinfallsseite angeordnet sein. In einigen Fällen kann der lichtblockierende Film in der zweiten Elektrode ausgebildet sein. Beispiele des Materials, das den lichtblockierenden Film bildet, umfassen Chrom (Cr), Kupfer (Cu), Aluminium (Al), Wolfram (W) und Harz (zum Beispiel Polyimidharz), das Licht nicht durchlässt. Die im optischen schwarzen Gebiet ausgebildete lichtblockierende Schicht kann die Konfiguration und Struktur ähnlich jener des lichtblockierenden Films aufweisen.
In Bildgebungsvorrichtung der ersten und zweiten Konfigurationen kann ferner eine On-Chip-Mikrolinse oberhalb einer Bildgebungsvorrichtung oder dergleichen der vorliegenden Offenbarung angeordnet sein. Alternativ dazu kann ein Bildgebungselementblock mit zwei Bildgebungsvorrichtungen oder dergleichen der vorliegenden Offenbarung ausgebildet sein, und eine On-Chip-Mikrolinse kann oberhalb des Bildgebungselementblocks angeordnet sein.
Spezifische Beispiele von Bildgebungsvorrichtungen oder dergleichen der vorliegenden Offenbarung umfassen: ein Bildgebungselement (worauf der Zweckmäßigkeit halber als „Bildgebungselement des ersten Typs für blaues Licht“ verwiesen wird), das eine fotoelektrische Umwandlungsschicht oder eine fotoelektrische Umwandlungseinheit enthält (worauf der Zweckmäßigkeit halber als „fotoelektrische Umwandlungsschicht des ersten Typs für blaues Licht“ oder „fotoelektrische Umwandlungseinheit des ersten Typs für blaues Licht“ verwiesen wird), die blaues Licht (Licht von 425 nm bis 495 nm) absorbiert und eine Empfindlichkeit für blaues Licht aufweist; ein Bildgebungselement (worauf der Zweckmäßigkeit halber als „Bildgebungselement des ersten Typs für grünes Licht“ verwiesen wird), das eine fotoelektrische Umwandlungsschicht oder eine fotoelektrische Umwandlungseinheit enthält (worauf der Zweckmäßigkeit halber als „fotoelektrische Umwandlungsschicht des ersten Typs für grünes Licht“ oder „fotoelektrische Umwandlungseinheit des ersten Typs für grünes Licht“ verwiesen wird), die grünes Licht (Licht von 495 nm bis 570 nm) absorbiert und eine Empfindlichkeit für grünes Licht aufweist; und ein Bildgebungselement (auf das der Zweckmäßigkeit halber als „Bildgebungselement des ersten Typs für rotes Licht“ verwiesen wird), das eine fotoelektrische Umwandlungsschicht oder fotoelektrische Umwandlungseinheit enthält (worauf der Zweckmäßigkeit halber als „fotoelektrische Umwandlungsschicht des ersten Typs für rotes Licht“ oder „fotoelektrische Umwandlungseinheit des ersten Typs für rotes Licht“ verwiesen wird), die rotes Licht (Licht von 620 nm bis 750 nm) absorbiert und eine Empfindlichkeit für rotes Licht aufweist. Ferner wird unter herkömmlichen Bildgebungselementen, die keine Ladungsspeicherelektrode enthalten, auf ein Bildgebungselement mit einer Empfindlichkeit für blaues Licht der Zweckmäßigkeit halber als „Bildgebungselement des zweiten Typs für blaues Licht“ verwiesen, wird auf ein Bildgebungselement mit einer Empfindlichkeit für grünes Licht der Zweckmäßigkeit halber als „Bildgebungselement des zweiten Typs für grünes Licht“ verwiesen, wird auf ein Bildgebungselement mit einer Empfindlichkeit für rotes Licht der Zweckmäßigkeit halber als „Bildgebungselement des zweiten Typs für rotes Licht“ verwiesen, wird auf eine fotoelektrische Umwandlungsschicht oder eine fotoelektrische Umwandlungseinheit, die ein Bildgebungselement des zweiten Typs für blaues Licht bildet, der Zweckmäßigkeit als „fotoelektrische Umwandlungsschicht des zweiten Typs für blaues Licht“ oder „fotoelektrische Umwandlungseinheit des zweiten Typs für blaues Licht“ halber verwiesen, wird auf eine fotoelektrische Umwandlungsschicht oder eine fotoelektrische Umwandlungseinheit, die ein Bildgebungselement des zweiten Typs für grünes Licht bildet, der Zweckmäßigkeit halber als „fotoelektrische Umwandlungsschicht des zweiten Typs für grünes Licht“ oder „fotoelektrische Umwandlungseinheit des zweiten Typs für grünes Licht“ verwiesen und wird auf eine fotoelektrische Umwandlungsschicht oder eine fotoelektrische Umwandlungseinheit, die ein Bildgebungselement des zweiten Typs für rotes Licht bildet, der Zweckmäßigkeit halber als „fotoelektrische Umwandlungsschicht des zweiten Typs für rotes Licht“ oder „fotoelektrische Umwandlungseinheit des zweiten Typs für rotes Licht“ verwiesen.
Ein gestapeltes Bildgebungselement gemäß der vorliegenden Offenbarung enthält zumindest ein Bildgebungselement (ein fotoelektrisches Umwandlungselement) gemäß der vorliegenden Offenbarung und hat konkret

[A] eine Konfiguration und eine Struktur, in der eine fotoelektrische Umwandlungseinheit des ersten Typs für blaues Licht, eine fotoelektrische Umwandlungseinheit des ersten Typs für grünes Licht und eine fotoelektrische Umwandlungseinheit des ersten Typs für rotes Licht in einer vertikalen Richtung gestapelt sind, und
- die jeweiligen Steuerungseinheiten eines Bildgebungselements des ersten Typs für blaues Licht, eines Bildgebungselements des ersten Typs für grünes Licht und eines Bildgebungselements des ersten Typs für rotes Licht sind in einem Halbleitersubstrat angeordnet sind;
[B] eine Konfiguration und eine Struktur, in der eine fotoelektrische Umwandlungseinheit des ersten Typs für blaues Licht und eine fotoelektrische Umwandlungseinheit des ersten Typs für grünes Licht in einer vertikalen Richtung gestapelt sind,
- eine fotoelektrische Umwandlungseinheit des zweiten Typs für rotes Licht unterhalb dieser zwei fotoelektrischer Umwandlungseinheiten des ersten Typs angeordnet ist und
- die jeweiligen Steuerungseinheiten eines Bildgebungselements des ersten Typs für blaues Licht, eines Bildgebungselements des ersten Typs für grünes Licht und eines Bildgebungselements des zweiten Typs für rotes Licht in einem Halbleitersubstrat angeordnet sind;
[C] eine Konfiguration und eine Struktur, in der eine fotoelektrische Umwandlungseinheit des zweiten Typs für blaues Licht und eine fotoelektrische Umwandlungseinheit des zweiten Typs für rotes Licht unter einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit des ersten Typs für grünes Licht angeordnet sind und
- die jeweiligen Steuerungseinheiten eines Bildgebungselements des ersten Typs für grünes Licht, eines Bildgebungselements des zweiten Typs für blaues Licht und eines Bildgebungselements des zweiten Typs für rotes Licht in einem Halbleitersubstrat angeordnet sind; oder
[D] eine Konfiguration und eine Struktur, in der eine fotoelektrische Umwandlungseinheit des zweiten Typs für grünes Licht und eine fotoelektrische Umwandlungseinheit des zweiten Typs für rotes Licht unter einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit des ersten Typs für blaues Licht angeordnet sind und
- die jeweiligen Steuerungseinheiten eines Bildgebungselements des ersten Typs für blaues Licht, eines Bildgebungselements des zweiten Typs für grünes Licht und eines Bildgebungselements des zweiten Typs für rotes Licht in einem Halbleitersubstrat beispielsweise angeordnet sind. Die Anordnungssequenz der fotoelektrischen Umwandlungseinheiten dieser Bildgebungselement in einer vertikalen Richtung ist vorzugsweise wie folgt: eine fotoelektrische Umwandlungseinheit für blaues Licht, eine fotoelektrische Umwandlungseinheit für grünes Licht und eine fotoelektrische Umwandlungseinheit für rotes Licht von der Lichteinfallsseite aus oder eine fotoelektrische Umwandlungseinheit für grünes Licht, eine fotoelektrische Umwandlungseinheit für blaues Licht und eine fotoelektrische Umwandlungseinheit für rotes von der Lichteinfallsrichtung aus. Dies verhält sich so, da Licht einer kürzeren Wellenlänge auf der Seite der Einfallsoberfläche effizienter absorbiert wird. Da Rot unter den drei Farben die längste Wellenlänge hat, ist es vorzuziehen, von der Lichteinfallsfläche aus betrachtet eine fotoelektrische Umwandlungseinheit für rotes Licht in der untersten Schicht anzuordnen. Eine mit diesen Bildgebungselementen ausgebildete Stapelstruktur bildet ein Pixel. Ferner kann eine fotoelektrische Umwandlungseinheit des ersten Typs für Licht im nahen Infrarot (oder eine fotoelektrische Umwandlungseinheit des ersten Typs für Infrarotlicht) einbezogen sein. Die fotoelektrische Umwandlungsschicht der fotoelektrischen Umwandlungseinheit des ersten Typs für Infrarotlicht enthält hier beispielsweise ein organisches Material und ist vorzugsweise in der untersten Schicht einer Stapelstruktur der Bildgebungselemente des ersten Typs und oberhalb von Bildgebungselementen des zweiten Typs angeordnet. Alternativ dazu kann eine fotoelektrische Umwandlungseinheit des zweiten Typs für Licht im nahen Infrarot (oder eine fotoelektrischen Umwandlungseinheit des zweiten Typs für Infrarotlicht) unterhalb einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit des ersten Typs angeordnet sein.

In einem Bildgebungselement des ersten Typs ist die erste Elektrode zum Beispiel auf einer auf dem Halbleitersubstrat vorgesehenen Zwischenschicht-Isolierschicht ausgebildet. Ein auf dem Halbleitersubstrat ausgebildetes Bildgebungselement kann von einem rückseitig beleuchteten Typ oder einem vorderseitig beleuchteten Typ sein.
Falls eine fotoelektrische Umwandlungsschicht ein organisches Material enthält, kann die fotoelektrische Umwandlungsschicht einen der vier folgenden Modi aufweisen:

(1) mit einem organischen Halbleiter vom p-Typ ausgebildet,
(2) mit einem organischen Halbleiter vom n-Typ ausgebildet,
(3) mit einer Stapelstruktur einer organischen Halbleiterschicht vom p-Typ und einer organischen Halbleiterschicht vom n-Typ ausgebildet,
- mit einer Stapelstruktur einer organischen Halbleiterschicht vom p-Typ, einer gemischten Schicht (einer Bulk-Heterostruktur) eines organischen Halbleiters vom p-Typ und eines organischen Halbleiters vom n-Typ und einer organischen Halbleiterschicht vom n-Typ ausgebildet,
- mit einer Stapelstruktur einer organischen Halbleiterschicht vom p-Typ und einer gemischten Schicht (einer Bulk-Heterostruktur) eines organischen Halbleiters vom p-Typ und eines organischen Halbleiters vom n-Typ ausgebildet oder
- mit einer Stapelstruktur einer organischen Halbleiterschicht vom n-Typ und einer gemischten Schicht (einer Bulk-Heterostruktur) eines organischen Halbleiters vom p-Typ und eines organischen Halbleiters vom n-Typ ausgebildet, und
(4) mit einer gemischten Schicht (einer Bulk-Heterostruktur) eines organischen Halbleiters vom p-Typ und eines organischen Halbleiters vom n-Typ ausgebildet. Die Stapelreihenfolge kann jedoch in jeder Konfiguration gegebenenfalls geändert sein.

Beispiele organischer Halbleiter vom p-Typ umfassen Naphthalen-Derivate, Anthracen-Derivate, Phenanthren-Derivate, Pyren-Derivate, Perylen-Derivate, Tetracen-Derivate, Pentacen-Derivate, Chinacridon-Derivate, Thiophen-Derivate, Thienothiophen-Derivate, Benzothiophen-Derivate, Benzothienobenzothiophen-Derivate, Triallylamin-Derivate, Carbazol-Derivate, Perylen-Derivate, Picen-Derivate, Chrysen-Derivate, Fluoranthen-Derivate, Phthalocyanin-Derivate, Subphthalocyanin-Derivate, Subporphyrazin-Derivate, Metallkomplexe mit einer heterozyklischen Verbindung als Liganden, Polythiophen-Derivate, Polybenzothiadiazol-Derivate, Polyfluoren-Derivate und dergleichen. Beispiele organischer Halbleiter vom n-Typ umfassen Fullerene, Fulleren-Derivate (Fullerene (Fullerene höherer Ordnung) wie etwa C60, C70 und C74 und endohedrale Fullerene beispielsweise) oder Fulleren-Derivate (Fulleren-Fluoride, PCBM-Fulleren-Verbindungen und Fulleren-Multimere beispielsweise), organische Halbleiter mit größerem (tieferem) HOMO und LUMO als organische Halbleiter vom p-Typ und transparente anorganische Metalloxide. Spezifische Beispiele organischer Halbleiter vom n-Typ umfassen heterozyklische Verbindungen, die ein Stickstoffatom, Sauerstoffatom und Schwefelatom enthalten, wie etwa Pyridin-Derivate, Pyrazin-Derivate, Pyrimidin-Derivate, Triazin-Derivate, Chinolin-Derivate, Chinoxalin-Derivate, Isochinolin-Derivate, Acridin-Derivate, Phenazin-Derivate, Phenanthrolin-Derivate, Tetrazol-Derivate, Pyrazol-Derivate, Imidazol-Derivate, Thiazol-Derivate, Oxazol-Derivate, Benzoimidazol-Derivate, Benzotriazol-Derivate, Benzoxazol-Derivate, Carbazol-Derivate, Benzofuran-Derivate, Dibenzofuran-Derivate, Subporphyrazin-Derivate, Polyphenylenvinylen-Derivate, Polybenzothiadiazol-Derivate, organische Moleküle, die Polyfluoren-Derivate oder dergleichen als Teil des molekularen Gerüsts, organometallische Komplexe und Subphthalocyanin-Derivate. Beispiele von Gruppen, die in Fulleren-Derivaten enthalten sind, umfassen: ein Halogenatom; eine lineare, verzweigte oder zyklische Alkylgruppe oder Phenylgruppe; eine Gruppe, die eine lineare oder kondensierte aromatische Verbindung enthält; eine Gruppe die ein Halogenid enthält; eine partielle Fluoralkylgruppe; eine Silylalkylgruppe; eine Silylalkoxygruppe; eine Arylsilylgruppe; eine Arylsulfanylgruppe; eine Alkylsulfanylgruppe; eine Arylsulfonylgruppe; eine Alkylsulfonylgruppe; eine Arylsulfidgruppe: eine Alkylsulfidgruppe; eine Aminogruppe; eine Alkylaminogruppe; eine Arylaminogruppe; eine Hydroxygruppe; eine Alkoxygruppe; eine Acylaminogruppe; eine Acyloxygruppe; eine Carbonylgruppe; eine Carboxygruppe; eine Carboxoamidgruppe; eine Carboalkoxygruppe; eine Acylgruppe; eine Sulfonylgruppe; eine Cyanogruppe; eine Nitrogruppe; eine Gruppe, die ein Chalcogenid enthält; eine Phosphingruppe; eine Phosphonatgruppe; und Derivate dieser Materialien. Die Dicke einer mit einem organischen Material ausgebildeten fotoelektrischen Umwandlungsschicht (worauf in einigen Fällen auch als „organische fotoelektrische Umwandlungsschicht“ verwiesen wird) ist nicht auf irgendeinen besonderen Wert beschränkt, sondern kann beispielsweise 1 × 10^-8 m bis 5 × 10^-7 m, vorzugsweise 2,5 × 10^-8 m bis 3 × 10^-7 m, bevorzugter 2,5 × 10^-8 m bis 2 × 10^-7 m oder noch bevorzugter 1 × 10^-7 m bis 1,8 × 10^-7 m betragen. Man beachte, dass organische Halbleiter oft in den p-Typ und den n-Typ klassifiziert werden. Der p-Typ bedeutet, dass Löcher leicht transportiert werden können, und der n-Typ bedeutet, dass Elektronen leicht transportiert werden können. Im Gegensatz zu einem anorganischen Halbleiter wird ein organischer Halbleiter nicht dahingehend interpretiert, dass der Löcher oder Elektronen als Hauptträger für eine thermische Anregung enthält.
Alternativ dazu umfassen Beispiele des Materials, das eine organische fotoelektrische Umwandlungsschicht bildet, die grünes Licht fotoelektrisch umwandelt, Rhodamin-Farbstoffe, Merocyanin-Farbstoffe, Chinacridon-Derivate, Subphthalocyanin-Farbstoffe (Subphthalocyanin-Derivate) und dergleichen. Beispiele des Materials, das eine organische fotoelektrische Umwandlungsschicht bildet, die blaues Licht fotoelektrisch umwandelt, umfassen Cumarinsäure-Farbstoffe, Tris-8-hydroxychinolyl-Aluminium (Alq3), Merocyanin-Farbstoffe und dergleichen. Beispiele des Materials, das eine organische fotoelektrische Umwandlungsschicht bildet, die rotes Licht fotoelektrisch umwandelt, umfassen Phthalocyanin-Farbstoffe und Subphthalocyanin-Pigmente (Subphthalocyanin-Derivate).
Alternativ dazu umfassen Beispiele eines anorganischen Materials, das eine fotoelektrische Umwandlungsschicht bildet, kristallines Silizium, amorphes Silizium, mikrokristallines Silizium, kristallines Selen, amorphes Selen und Verbund-Halbleiter wie etwa CIGS (CuInGaSe), CIS (CuInSe₂), CuInS₂, Cu-AlS₂, CuAlSe₂, CuGaS₂, CuGaSe₂, AgAlS₂, AgAlSe₂, AgInS₂ und AgIn-Se₂, die Chalcopyrit-Verbindungen sind, GaAs, InP, AlGaAs, In-GaP, AlGaInP und InGaAsP, die III-V-Verbindungen sind, und ferner CdSe, CdS, In₂Se₃, In₂S₃, Bi₂Se₃, Bi₂S₃, ZnSe, ZnS, PbSe und PbS. Zusätzlich dazu ist es auch möglich, für eine fotoelektrische Umwandlungsschicht diese Materialien enthaltende Quanten-Punkte zu nutzen.
Alternativ dazu kann eine fotoelektrische Umwandlungsschicht eine Stapelstruktur aufweisen, die mit einer unteren Halbleiterschicht und einer oberen fotoelektrischen Umwandlungsschicht ausgebildet ist. Da die untere Halbleiterschicht vorgesehen ist, kann eine erneute Kopplung bzw. Rückkopplung (engl.: recoupling) zur Zeit einer Ladungsakkumulierung verhindert werden, kann die Effizienz einer Übertragung der in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht gespeicherten elektrischen Ladungen zur ersten Elektrode erhöht werden und kann eine Erzeugung des Dunkelstroms reduziert werden. Das die obere fotoelektrische Umwandlungsschicht bildende Material muss nur aus den obigen verschiedenen Materialien, die eine fotoelektrische Umwandlungsschicht bilden können, geeignet ausgewählt werden. Auf der anderen Seite ist das die untere Halbleiterschicht bildende Material vorzugsweise ein Material, das einen großen Wert einer Bandlücke (ein Bandlückenwert von zum Beispiel 3,0 eV ode größer) aufweist und auch eine höhere Beweglichkeit als das die fotoelektrische Umwandlungsschicht bildende Material aufweist. Spezifische Beispiele davon umfassen Oxid-Halbleitermaterialien wie etwa IGZO; Übergangsmetall-Dichalcogenide; Siliziumcarbid; Diamant; Graphen; Kohlenstoff-Nanoröhrchen; und organische Halbleitermaterialien wie etwa kondensierte polyzyklische Kohlenwasserstoffverbindungen und kondensierte heterozyklische Verbindungen. Alternativ dazu kann, falls die zu akkumulierenden elektrischen Ladungen Elektronen sind, das die untere Halbleiterschicht bildende Material ein Material mit einem höheren Ionisierungspotential als das Ionisierungspotential des die fotoelektrische Umwandlungsschicht bildenden Materials sein. Falls die zu akkumulierenden elektrischen Ladungen Löcher sind, kann das die untere Halbleiterschicht bildende Material ein Material mit einer geringeren Elektronenaffinität als die Elektronenaffinität des die fotoelektrische Umwandlungsschicht bildenden Materials sein. Alternativ dazu kann die Störstellenkonzentration in dem die untere Halbleiterschicht bildenden Material vorzugsweise gleiche 1 × 10¹⁸ cm^-3 oder geringer sein. Die untere Halbleiterschicht kann eine Einschicht-Konfiguration oder eine Mehrschicht-Konfiguration aufweisen. Ferner kann sich das Material, das eine untere Halbleiterschicht bildet, die oberhalb einer Ladungsspeicherelektrode gelegen ist, von dem Material unterscheiden, das eine untere Halbleiterschicht bildet, die oberhalb einer ersten Elektrode gelegen ist.
Eine Einzelfeld-Farbbildgebungsvorrichtung kann mit einer Bildgebungsvorrichtung gemäß der ersten oder zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung gebildet werden.
Eine Bildgebungsvorrichtung oder dergleichen der vorliegenden Offenbarung, die gestapelte Bildgebungselemente enthält, unterscheidet sich von einer Bildgebungsvorrichtung, die Bildgebungselemente eines Bayer-Arrays enthält (mit anderen Worten wird eine Trennung einer blauen, grünen und roten Farbe nicht mit Farbfilterschichten vorgenommen). In solch einer Bildgebungsvorrichtung sind im gleichen Pixel Bildgebungselemente mit einer Empfindlichkeit für Licht einer Vielzahl von Arten von Wellenlängen in der Lichteinfallsrichtung gestapelt, um ein Pixel zu bilden. Somit kann die Empfindlichkeit erhöht werden, und die Pixeldichte pro Einheitsvolumen kann ebenfalls erhöht werden. Ein organisches Material hat beispielsweise einen hohen Absorptionskoeffizienten. Dementsprechend kann die Dicke einer organischen fotoelektrischen Umwandlungsschicht kleiner als diejenige einer herkömmlichen Si-basierten fotoelektrischen Umwandlungsschicht gemacht werden. Somit werden eine Lichtleckage von benachbarten Pixeln und Einschränkungen des Lichteinfallswinkels reduziert. Darüber hinaus tritt in einem herkömmlichen Si-basierten Bildgebungselement eine Falschfarbe auf, da ein Interpolationsprozess unter Pixeln von drei Farben durchgeführt wird, um Farbsignale zu erzeugen. In einer Bildgebungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, die gestapelte Bildgebungselemente enthält, wird auf der anderen Seite eine Falschfarbenerzeugung reduziert. Da eine organische fotoelektrische Umwandlungsschicht auch als Farbfilterschicht dient, ist eine Farbtrennung ohne jegliche Farbfilterschicht möglich.
Indes kann in einer Bildgebungsvorrichtung oder dergleichen der vorliegenden Offenbarung, die Bildgebungselemente enthält, die nicht gestapelte Bildgebungselemente sind, die Verwendung einer Farbfilterschicht die Anforderung an die spektralen Charakteristiken von Rot, Grün und Blau abschwächen und erreicht eine hohe Massenproduktivität. Beispiele des Arrays von Bildgebungselementen umfassen nicht nur ein Bayer-Array, sondern auch ein Zwischenzeilen-Array, ein Array mit G-Streifen und RB-Schachbrettmuster, ein Array mit G-Streifen und komplettem RB-Schachbrettmuster (engl.: G-striped RBcompletely-checkered array), ein Komplementärfarben-Array im Schachbrettmuster, ein gestreiftes Array, ein Array mit Schrägstreifen, ein Array mit Primärfarbendifferenz, ein sequentielles Array mit Feldfarbendifferenz, ein sequentielles Array mit Rahmenfarbendifferenz, ein Array vom MOS-Typ, ein verbessertes Array vom MOS-Typ, ein rahmen-verschachteltes Array und ein feld-verschachteltes Array. Hier wird ein Pixel (oder Subpixel) mit einem Bildgebungselement gebildet.
Die Farbfilterschicht (ein Wellenlängen auswählendes Mittel) kann eine Filterschicht sein, die nicht nur Rot, Grün und Blau, sondern in einigen Fällen beispielsweise auch spezifische Wellenlängen von Cyan, Magenta, Gelb und dergleichen durchlässt. Die Farbfilterschicht ist nicht notwendigerweise mit einer Farbfilterschicht auf Basis eines organischen Materials unter Verwendung einer organischen Verbindung wie etwa eines Pigments oder eines Farbstoffs gebildet, sondern kann mit einem photonischen Kristall, einem Wellenlängen-Auswahlelement, das ein Plasmon nutzt (eine Farbfilterschicht mit einer Leiter-Gitterstruktur, die mit einer gitterartigen Lochstruktur in einem leitfähigen dünnen Film versehen ist; siehe zum Beispiel die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2008-177191 ) oder einem dünnen Film, der ein anorganisches Material wie etwa amorphes Silizium enthält, geschaffen sein.
In einer Bildgebungsvorrichtung oder dergleichen der vorliegenden Offenbarung, die die oben beschriebenen verschiedenen bevorzugten Ausführungsformen und Konfigurationen einschließt, wird Licht empfangen, tritt eine fotoelektrische Umwandlung in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht auf und werden Träger in Löcher und Elektronen getrennt. Die Elektrode, aus der Löcher extrahiert werden, wird dann als die Anode eingerichtet, und die Elektrode, aus der Elektronen extrahiert werden, wird als die Kathode eingerichtet. Die erste Elektrode kann die Anode bilden, während in einigen Ausführungsformen die zweite Elektrode die Kathode bildet, und umgekehrt kann die erste Elektrode die Kathode bilden, während die zweite Elektrode die Anode in einigen Ausführungsformen bildet.
In einem Fall, in dem ein gestapeltes Bildgebungselement ausgebildet ist, können die erste Elektrode, die Ladungsspeicherelektrode, die Übertragungs-Steuerelektrode, die Ladungsemissionselektrode und die zweite Elektrode mit einem transparenten leitfähigen Material gebildet sein. In einigen Fällen wird auf die erste Elektrode, die Ladungsspeicherelektrode, die Übertragungs-Steuerelektrode und die Ladungsemissionselektrode zusammen als „die erste Elektrode und dergleichen“ verwiesen. Alternativ dazu kann in einem Fall, in dem eine Bildgebungsvorrichtung oder dergleichen der vorliegenden Offenbarung eine planare Anordnung wie etwa ein Bayer-Array aufweist, beispielsweise die zweite Elektrode mit einem transparenten leitfähigen Material gebildet sein und kann die erste Elektrode und dergleichen mit einem metallischen Material ausgebildet sein. In diesem Fall kann konkret die auf der Lichteinfallsseite gelegene zweite Elektrode mit einem transparenten leitfähigen Material ausgebildet sein und kann die erste Elektrode und dergleichen beispielsweise mit Al-Nd (einer Legierung aus Aluminium und Neodym) oder ASC (einer Legierung aus Aluminium, Samarium und Kupfer) ausgebildet sein. In einigen Fällen wird auf eine mit einem transparenten leitfähigen Material ausgebildete Elektrode als „transparente Elektrode“ verwiesen. Die Bandlückenenergie des transparenten leitfähigen Materials ist hier vorzugsweise 2,5 eV oder höher oder bevorzugter 3,1 eV oder höher. Beispiele des transparenten leitfähigen Materials, das die transparente Elektrode bildet, umfassen leitfähige metallische Oxide. Konkret umfassen diese Beispiele Indiumoxid, Indiumzinnoxide (einschließlich ITO, Indiumzinnoxid, Sn-dotiertes In₂O₃, kristallines ITO und amorphes ITO), Indiumzinkoxide (IZO, Indiumzinkoxid), worin Indium als Dotierstoff Zinkoxid zugesetzt ist, Indiumgalliumoxide (IGO), worin Indium als Dotierstoff Galliumoxid zugesetzt ist, Indium-Gallium-Zinkoxid (IGZO, In-GaZnO₄), worin Indium und Gallium als Dotierstoff Zinkoxid zugesetzt sind, Indium-Zinn-Zinkoxid (ITZO), worin Indium und Zinn als Dotierstoff Zinkoxid zugesetzt sind, IFO (F-dotiertes In₂O₃), Zinnoxid (SnO₂), ATO (Sbdotiertes SnO₂), FTO (F-dotiertes SnO₂), Zinkoxide (einschließlich ZnO, das mit anderen Elementen dotiert ist), Aluminium-Zink-Oxide (AZO), worin Aluminium als Dotierstoff Zinkoxid zugesetzt ist, Gallium-Zink-Oxide (GZO), worin Gallium als Dotierstoff Zinkoxid zugesetzt ist, Titanoxid (TiO₂), Niob-TitanOxid (TNO), worin Niob als Dotierstoff Titanoxid zugesetzt ist, Antimonoxid, Oxide vom Spinell-Typ und Oxide, die jeweils eine YbFe₂O₄-Struktur aufweisen. Alternativ dazu kann die transparente Elektrode eine Basisschicht aufweisen, die Galliumoxid, Titanoxid, Nioboxid, Nickeloxid oder dergleichen enthält. Die Dicke der transparenten Elektrode kann 2 × 10^-8 m bis 2 × 10^-7 m oder vorzugsweise 3 × 10^-8 m bis 1 × 10^-7 m betragen. Falls es erforderlich ist, dass die erste Elektrode transparent ist, wird unter dem Gesichtspunkt einer Vereinfachung des Herstellungsprozesses auch die Ladungsemissionselektrode vorzugsweise mit einem transparenten leitfähigen Material ausgebildet.
Alternativ dazu ist in einem Fall, in dem Transparenz nicht erforderlich ist, das leitfähige Material, das die Anode mit einer Funktion als die Elektrode zum Extrahieren von Löchern bildet, vorzugsweise ein leitfähiges Material mit einer hohen Austrittsarbeit (zum Beispiel φ = 4,5 eV bis 5,5 eV), und spezifische Beispiele des leitfähigen Materials umfassen Gold (Au), Silber (Ag), Chrom (Cr), Nickel (Ni), Palladium (Pd), Platin (Pt), Eisen (Fe), Iridium (Ir), Germanium (Ge), Osmium (Os), Rhenium (Re) und Tellur (Te). Auf der anderen Seite ist das leitfähige Material, das die Kathode mit einer Funktion als die Elektrode zum Extrahieren von Elektronen bildet, vorzugsweise ein leitfähiges Material mit einer geringen Austrittsarbeit (zum Beispiel φ = 3,5 eV bis 4,5 eV), und spezifische Beispiele des leitfähigen Materials umfassen Alkalimetalle (wie etwa beispielsweise Li, Na und K) und Fluoride oder Oxide davon, Erdalkalimetalle (wie etwa beispielsweise Mg und Ca) und Fluoride oder Oxide davon, Aluminium (Al), Zink (Zn), Zinn (Sn), Thallium (Tl), Natriumkaliumlegierungen, Aluminiumlithiumlegierung, Magnesiumsilberlegierung und seltene Erdmetalle wie etwa Indium und Ytterbium und deren Legierungen. Alternativ dazu umfassen Beispiele des Materials, das die Anode oder die Kathode bildet, Metalle wie etwa Platin (Pt), Gold (Au), Palladium (Pd), Chrom (Cr), Nickel (Ni), Aluminium (Al), Silber (Ag), Tantal (Ta), Wolfram (W), Kupfer (Cu), Titan (Ti), Indium (In), Zinn (Sn), Eisen (Fe), Cobalt (Co), Molybdän (Mo), Legierungen, die diese metallischen Elemente enthalten, leitfähige Partikel, die diese Metalle enthalten, leitfähige Partikel, die eine Legierung dieser Metalle enthalten, Störstellen enthaltendes Polysilizium, kohlenstoffbasierte Materialien, Oxid-Halbleitermaterialien, Kohlenstoff-Nanoröhrchen und leitfähige Materialien wie etwa Graphen. Die Kathode kann auch mit einer diese Elemente enthaltenden Stapelstruktur gebildet werden. Ferner kann das Material, das die Anode oder die Kathode bildet, ein organisches Material (leitfähiges Polymer) wie etwa Poly(3,4-Ethylendioxythiophen)/Polystyrolsulfonat (PE-DOT/PSS) sein. Alternativ dazu können beliebige dieser leitfähigen Materialien mit einem Bindemittel (Polymer) gemischt werden, um eine Paste oder Tinte zu bilden, und die Paste oder Tinte kann dann gehärtet werden, um als Elektrode genutzt zu werden.
Das Filmausbildungsverfahren zum Ausbilden der ersten Elektrode und dergleichen und der zweiten Elektrode (der Anode oder der Kathode) kann ein Trockenverfahren oder ein Nassverfahren sein. Beispiele von Trockenverfahren umfassen Verfahren einer physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD-Verfahren) und Verfahren einer chemischen Gasphasenabscheidung (CVD-Verfahren). Beispiele von Filmausbildungsverfahren, die die Prinzipien von PVD-Verfahren nutzen, umfassen ein Verfahren einer Gasphasenabscheidung unter Vakuum unter Verwendung einer Widerstandsheizung oder Hochfrequenzheizung, ein EB- (Elektronstrahl-) Gasphasenabscheidungsverfahren, verschiedene Sputterverfahren (ein Magnetron-Sputterverfahren, ein Sputterverfahren mit RF-DC-gekoppelter Vorspannung, ein ECR-Sputterverfahren, ein Sputterverfahren mit gegenüberliegendem Target und ein Hochfrequenz-Sputterverfahren), ein Ionen-Plattierungsverfahren, ein Laserablationsverfahren, ein Verfahren einer Molekularstrahlepitaxie und ein Laserübertragungsverfahren. Ferner umfassen Beispiele von CVD-Verfahren einen Plasma-CVD-Verfahren, ein thermisches CVD-Verfahren, ein metallorganisches (MO-) CVD-Verfahren und ein optisches CVD-Verfahren. Indes umfassen Beispiele von Nassverfahren ein Galvanisierungs- bzw. elektrolytisches Plattierungsverfahren, ein stromloses Plattierungsverfahren, ein Schleuderbeschichtungsverfahren, ein Tintenstrahlverfahren, ein Sprühbeschichtungsverfahren, ein Stempelverfahren, ein Mikrokontakt-Druckverfahren, ein flexografisches Druckverfahren, ein Offsetdruck-Verfahren, ein Tiefdruckverfahren, ein Tauchverfahren und dergleichen. Beispiele von Strukturierungsverfahren umfassen eine Technik mit Schattenmaske, eine Laserübertragung, chemisches Ätzen wie etwa Fotolithografie und physikalisches Ätzen unter Verwendung von ultraviolettem Licht, Laser und dergleichen. Die Planarisierungstechnik für die erste Elektrode und dergleichen und die zweite Elektrode kann ein Laser-Planarisierungsverfahren, ein Reflow- bzw. Wiederaufschmelzverfahren, ein chemisch-mechanisches Polier- (CMP-) Verfahren oder dergleichen sein.
Beispiele von Materialien, die die Isolierschicht bilden, umfassen nicht nur anorganische Materialien, die typischerweise Isoliermaterialien mit hoher Dielektrizitätskonstante aus einem Metalloxid wie etwa Siliziumoxid-Materialien; Siliziumnitrid (SiN_y); und Aluminiumoxid (Al₂O₃) sind, sondern auch organische Isoliermaterialien (organische Polymere), die typischerweise geradkettige Kohlenwasserstoffe mit einer funktionalen Gruppe sind, die imstande ist, an eine Steuerelektrode an einem Ende zu binden, wie etwa: Polymethylmethacrylat (PMMA); Polyvinylphenol (PVP); Polyvinylalkohol (PVA); Polyimid; Polycarbonat (PC); Polyethylenterephthalat (PET); Polystyrol, Silanol-Derivate (silankoppelnde Mittel) wie etwa N-2-(Aminoethyl)-3-Aminopropyltrimethoxysilan (AEAPTMS), 3-Mercaptopropyltrimethoxysilan (MPTMS) und Octadecyltrichlorsilan (OTS); Phenolharze eines Novolac-Typs; Fluorkohlenstoffharze; Octadecanthiol; und Dodecylisocyanat. Kombinationen dieser Materialien können ebenfalls verwendet werden. Beispiele von Siliziumoxid-Materialien umfassen Siliziumoxid (Si-O_x), BPSG, PSG, BSG, AsSG, PbSG, Siliziumoxynitrid (SiON), Spin-On-Glas (SOG) und Isoliermaterialien mit niedriger Dielektrizitätskonstante (beispielsweise Polyarylether, Cycloperfluorkohlenstoff-Polymere, Benzocyclobuten, zyklisches Fluorharz, Polytetrafluorethylen, fluorierter Arylether, fluoriertes Polyimid, amorpher Kohlenstoff und organisches SOG). Die Isolierschicht kann mit einer einzigen Schicht oder einer Vielzahl von Schichten (zum Beispiel zwei Schichten), die gestapelt sind, ausgebildet sein. Im letztgenannten Fall wird eine Isolier/Unterschicht zumindest auf der Ladungsspeicherelektrode und in einem Gebiet zwischen der Ladungsspeicherelektrode und der ersten Elektrode ausgebildet und wird ein Planarisierungsprozess auf der Isolier/Unterschicht durchgeführt. Auf diese Weise wird die Isolier/Unterschicht im Gebiet zwischen der Ladungsspeicherelektrode und der ersten Elektrode zurückgelassen, und eine Isolier/Oberschicht wird über der verbleibenden Isolier/Unterschicht und der Ladungsspeicherelektrode ausgebildet. Somit kann die Isolierschicht auf jeden Fall planarisiert werden. Materialien, die die verschiedenen Zwischenschicht-Isolierschichten, oberen Isolierschichten und Isoliermaterialfilme bilden, müssen nur gegebenenfalls aus diesen Materialen ausgewählt werden.
Die Konfigurationen und die Strukturen der Floating-Diffusionsschicht, des Verstärkungstransistors, des Rücksetztransistors und des Auswahltransistors, die die Steuerungseinheit bilden, können den Konfigurationen und den Strukturen einer herkömmlichen Floating-Diffusionsschicht, eines herkömmlichen Verstärkungstransistors, eines herkömmlichen Rücksetztransistors und eines herkömmlichen Auswahltransistors ähnlich sein. Die Ansteuerungsschaltung kann ebenfalls eine bekannte Konfiguration und Struktur aufweisen.
Die erste Elektrode ist mit der Floating-Diffusionsschicht und dem Gate-Bereich des Verstärkungstransistors verbunden; aber es muss nur ein Kontaktlochbereich ausgebildet werden, um die erste Elektrode mit der Floating-Diffusionsschicht und dem Gate-Bereich des Verstärkungstransistors zu verbinden. Beispiele des Materials, das den Kontaktlochbereich bildet, umfassen mit Störstellen dotiertes Polysilizium, Metalle mit hohem Schmelzpunkt wie etwa Wolfram, Ti, Pt, Pd, Cu, TiW, TiN, TiNW, WSi₂, MoSi₂, Metallsilizide und mit diesen Materialien ausgebildete Stapelstrukturen (zum Beispiel Ti/TiN/W).
Eine erste trägerblockierende Schicht kann zwischen der organischen fotoelektrischen Umwandlungsschicht und der ersten Elektrode vorgesehen werden, oder eine zweite trägerblockierende Schicht kann zwischen der organischen fotoelektrischen Umwandlungsschicht und der zweiten Elektrode vorgesehen werden. Ferner kann eine erste Ladungsinjektionsschicht zwischen der ersten trägerblockierenden Schicht und der ersten Elektrode vorgesehen werden, oder eine zweite Ladungsinjektionsschicht kann zwischen der zweiten trägerblockierenden Schicht und der zweiten Elektrode vorgesehen werden. Beispielsweise kann das eine Elektroneninjektionsschicht bildende Material ein Alkalimetall wie etwa Lithium (Li), Natrium (Na), oder Kalium (K), ein Fluorid oder Oxid solch eines Alkalimetalls, ein Erdalkalimetall wie etwa Magnesium (Mg) oder Kalzium (Ca) oder ein Fluorid oder Oxid solch eines Erdalkalimetalls sein.
Beispiele von Filmausbildungsverfahren zum Ausbilden der verschiedenen organischen Schichten umfassen Trocken-Filmausbildungsverfahren und Nass-Filmausbildungsverfahren. Beispiele von Trocken-Filmausbildungsverfahren umfassen eine Widerstandsheizung oder Hochfrequenzheizung, ein Verfahren zur Gasphasenabscheidung unter Vakuum unter Ausnutzung einer Elektronenstrahlheizung, ein Flash-Gasphasenabscheidungsverfahren, ein Plasma-Gasphasenabscheidungsverfahren, ein EB-Gasphasenabscheidungsverfahren, verschiedene Sputterverfahren (ein bipolares Sputterverfahren, ein Gleichstrom-Sputterverfahren, ein Gleichstrom-Magnetron-Sputterverfahren, ein Hochfrequenz-Sputterverfahren, ein Magnetron-Sputterverfahren, ein Sputterverfahren mit RF-DC-gekoppelter Vorspannung, ein ECR-Sputterverfahren, ein Sputterverfahren mit gegenüberliegendem Target, ein Hochfrequenz-Sputterverfahren und ein Ionenstrahl-Sputterverfahren), ein Gleichstrom- (DC-) Verfahren, ein RF-Verfahren, ein Mehrkathodenverfahren, ein Aktivierungsreaktionsverfahren, ein Abscheidungsverfahren unter elektrischem Feld, verschiedene Ionen-Plattierungsverfahren wie etwa ein Ionen-Plattierungsverfahren mit Hochfrequenz und ein reaktives Ionen-Plattierungsverfahren, ein Laserablationsverfahren, ein Laserübertragungsverfahren, und ein Verfahren einer Molekularstrahlepitaxie (MBE-Verfahren). Ferner umfassen Beispiele von CVD-Verfahren ein Plasma-CVD-Verfahren, ein thermisches CVD-Verfahren, ein MOCVD-Verfahren und ein optisches CVD-Verfahren. Indes umfassen spezifische Beispiele von Nassverfahren verschiedenen Druckverfahren wie etwa: ein Schleuderbeschichtungsverfahren; ein Immersionsverfahren; ein Gussverfahren; ein Mikrokontakt-Druckverfahren; ein Drop-Casting-Verfahren; ein Siebdruckverfahren; ein Tintenstrahl-Druckverfahren; ein Offset-Druckverfahren; ein Tiefdruckverfahren; und ein flexografisches Druckverfahren und verschiedene Beschichtungsverfahren wie etwa: ein Stempelverfahren; ein Sprühverfahren; ein Air-Doctor-Beschichtungsverfahren; ein Blade- bzw. Klingen-Beschichtungsverfahren; ein Rod- bzw. Stab-Beschichtungsverfahren; ein Knife- bzw. Messer-Beschichtungsverfahren; ein Squeeze- bzw. Quetsch-Beschichtungsverfahren; ein Reverse-Roll-Beschichtungsverfahren; ein Transfer-Roll-Beschichtungsverfahren; ein Gravur-Beschichtungsverfahren; ein Kiss-Beschichtungsverfahren; ein Cast-Beschichtungsverfahren; ein Sprühbeschichtungsverfahren; ein Schlitzöffnungs-Beschichtungsverfahren und ein Kalander-Beschichtungsverfahren. In einem Beschichtungsverfahren kann zum Beispiel ein unpolares oder ein niedrigpolares organisches Lösungsmittel wie etwa Toluol, Chloroform, Hexan oder Ethanol als das Lösungsmittel verwendet werden. Beispiele von Strukturierungsverfahren umfassen eine Schattenmasken-Technik, eine Laserübertragung, chemisches Ätzen wie etwa Fotolithografie und physikalisches Ätzen unter Verwendung von ultraviolettem Licht, Laser und dergleichen. Die Planarisierungstechnik für die verschiedenen organischen Schichten kann ein Laser-Planarisierungsverfahren, ein Wiederaufschmelzverfahren oder dergleichen sein.
Wie oben beschrieben wurde, können in Bildgebungselementen oder einer Bildgebungsvorrichtung On-Chip-Mikrolinsen und lichtblockierende Schichten nach Bedarf vorgesehen werden und sind eine Ansteuerungsschaltung und Verdrahtungsleitungen zum Ansteuern der Bildgebungselemente vorgesehen. Nötigenfalls kann eine Blende zum Steuern des in die Bildgebungselemente eintretenden Lichts vorgesehen werden, und die Bildgebungsvorrichtung kann einen optischen Cut-Filter je nach deren Zweck enthalten.
Falls beispielsweise eine Bildgebungsvorrichtung und eine integrierte Ausleseschaltung (ROIC) gestapelt sind, werden ein Ansteuerungssubstrat, auf dem die integrierte Ausleseschaltung und ein Kupfer (Cu) enthaltender Verbindungsbereich ausgebildet sind, und ein Bildgebungselement, auf dem ein Verbindungsbereich ausgebildet ist, so gestapelt, dass die Verbindungsbereiche miteinander in Kontakt gebracht werden und die Verbindungsbereiche miteinander verbunden werden. Auf diese Weise können die Bildgebungsvorrichtung und die integrierte Ausleseschaltung gestapelt werden, und die Verbindungsbereiche können mit Lötmetallhöckern oder dergleichen miteinander verbunden werden.
Indes kann ein Verfahren zum Ansteuern einer Bildgebungsvorrichtung gemäß der ersten oder zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ein Verfahren zum Ansteuern einer Bildgebungsvorrichtung sein, indem jeder der folgenden Schritte wiederholt wird:

in all den Bildgebungselementen werden die elektrischen Ladungen in den ersten Elektroden gleichzeitig aus dem System freigesetzt, während elektrische Ladungen in den fotoelektrischen Umwandlungsschichten akkumuliert werden;
danach werden in all den Bildgebungselementen die in den fotoelektrischen Umwandlungsschichten akkumulierten elektrischen Ladungen gleichzeitig zu den ersten Elektroden übertragen und, nachdem die Übertragung abgeschlossen ist, werden die zur ersten Elektrode übertragenen elektrischen Ladungen in jedem der Bildgebungselemente sequentiell ausgelesen.

In solch einem Verfahren zum Ansteuern einer Bildgebungsvorrichtung hat jedes Bildgebungselement eine Struktur, in der Licht, das von der Seite der zweiten Elektrode aus eingetreten ist, nicht in die erste Elektrode eintritt und die elektrischen Ladungen in den ersten Elektroden aus dem System freigesetzt werden, während elektrische Ladungen in den fotoelektrischen Umwandlungsschichten in all den Bildgebungselementen akkumuliert werden. Somit können die ersten Elektroden in all den Bildgebungselementen zur gleichen Zeit zuverlässig zurückgesetzt werden. Danach werden die in den fotoelektrischen Umwandlungsschichten akkumulierten elektrischen Ladungen in all den Bildgebungselementen gleichzeitig zu den ersten Elektroden übertragen, und, nachdem die Übertragung abgeschlossen ist, werden in jedem Bildgebungselement die zur ersten Elektrode übertragenen elektrischen Ladungen sequentiell ausgelesen. Somit kann eine sogenannte globale Blendenfunktion leicht erreicht werden.
[Beispiel 8]
Beispiel 8 ist eine Modifikation der Beispiele 1 bis 7. 18 zeigt eine schematische partielle Querschnittsansicht eines Bildgebungselements-A, das in einer Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 8 enthalten ist. 19 und 20 zeigen Ersatzschaltbilder von Bildgebungselementen-A, die in der Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 8 enthalten sind. 21 zeigt ein schematisches Layout-Diagramm der ersten Elektrode, der Ladungsspeicherelektrode und der Transistoren, die eine Steuerungseinheit in dem Bildgebungselement-A bilden, das in der Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 8 enthalten ist. Ferner zeigt 22 ein schematisches Layout-Diagramm der ersten Elektroden und der Ladungsspeicherelektroden in Bildgebungselementen-A, die in der Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 8 enthalten sind. 23 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht der ersten Elektroden, der Ladungsspeicherelektroden, der zweiten Elektrode und der Kontaktlochbereiche in Bildgebungselementen-A, die in der Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 8 enthalten sind. Man beachte, dass Bildgebungselemente-B und Bildgebungselemente-C Konfigurationen und Strukturen ähnlich jenen der Bildgebungselemente-A aufweisen. In der Beschreibung unten wird auf die Bildgebungselemente-A, die Bildgebungselemente-B und die Bildgebungselemente-C zusammen als „Bildgebungselemente“ verwiesen.
Konkret ist ein Bildgebungselement des Beispiels 8 ein rückseitig beleuchtetes Bildgebungselement und hat eine Struktur, in der drei Bildgebungselemente gestapelt sind. Die drei Bildgebungselemente sind: ein Bildgebungselement des Beispiels 1 eines ersten Typs für grünes Licht, das eine fotoelektrische Umwandlungsschicht des ersten Typs für grünes Licht enthält, die grünes Licht absorbiert und eine Empfindlichkeit für grünes Licht hat (auf dieses Bildgebungselement wird hierin im Folgenden als „erstes Bildgebungselement“ verwiesen); ein herkömmliches Bildgebungselement eines zweiten Typs für blaues Licht, das eine fotoelektrische Umwandlungsschicht des zweiten Typs für blaues Licht enthält, die blaues Licht absorbiert und eine Empfindlichkeit für blaues Licht hat (auf dieses Bildgebungselement wird hier im Folgenden als das „zweite Bildgebungselement“ verwiesen); und ein herkömmliches Bildgebungselement des zweiten Typs für rotes Licht, das eine fotoelektrische Umwandlungsschicht des zweiten Typs für rotes Licht enthält, das rotes Licht absorbiert und eine Empfindlichkeit für rotes Licht hat (auf dieses Bildgebungselement wird hier im Folgenden als das „dritte Bildgebungselement“ verwiesen). Das Bildgebungselement für rotes Licht (das dritte Bildgebungselement) und das Bildgebungselement für blaues Licht (das zweite Bildgebungselement) sind im Halbleitersubstrat 70 angeordnet, und das zweite Bildgebungselement ist näher zur Lichteinfallsseite als das dritte Bildgebungselement gelegen. Ferner ist das Bildgebungselement für grünes Licht (das erste Bildgebungselement) oberhalb des Bildgebungselements für blaues Licht (des zweiten Bildgebungselements) angeordnet. Ein Pixel wird mit der Stapelstruktur des ersten Bildgebungselements, des zweiten Bildgebungselements und des dritten Bildgebungselements ausgebildet. Es ist keine Farbfilterschicht vorgesehen.
Im Beispiel 8 oder Beispiel 9 und den Beispielen, die folgen, hat die fotoelektrische Umwandlungsschicht 23 in dem effektiven Pixelgebiet und dem optischen schwarzen Gebiet eine Zweischichtkonfiguration, die mit der anorganischen Halbleitermaterialschicht 23A und der Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B wie im Beispiel 5 ausgebildet ist. Die fotoelektrische Umwandlungsschicht 23 in dem effektiven Pixelgebiet und dem optischen schwarzen Gebiet muss jedoch nicht notwendigerweise solch eine Konfiguration aufweisen, sondern kann eine mit einer organischen Halbleitermaterialschicht gebildete Einschichtkonfiguration aufweisen. Die Konfiguration und die Struktur des ersten Bildgebungselements sind im Wesentlichen ähnlich der Konfiguration und der Struktur jedes in Beispiel 1 beschriebenen Bildgebungselements-A, und daher wird hier eine Erläuterung der Konfiguration und der Struktur des ersten Bildgebungselements nicht vorgenommen. Die fotoelektrische Umwandlungsschicht 23 ist mit einer Schicht ausgebildet, die ein bekanntes organisches fotoelektrisches Umwandlungsmaterial (ein organisches Material wie etwa beispielsweise einen Rhodamin-Farbstoff, einen Merocyanin-Farbstoff oder Chinacridon) mit einer Empfindlichkeit für zumindest grünes Licht enthält.
Im Beispiel 8 ist das erste Bildgebungselement mit einem im Beispiel 1 erläuterten Bildgebungselement ausgebildet, wie oben beschrieben ist. Ferner ist eine p⁺-Schicht 44 zwischen einem Halbleitergebiet 43 vom n-Typ und der vorderen Oberfläche 70A des Halbleitersubstrats 70 vorgesehen, um eine Erzeugung von Dunkelstrom zu reduzieren. Eine p⁺-Schicht 42 ist zwischen einem Halbleitergebiet 41 vom n-Typ und dem Halbleitergebiet 43 vom n-Typ ausgebildet, und ferner ist ein Teil einer seitlichen Oberfläche des Halbleitergebiets 43 vom n-Typ von der p⁺-Schicht 42 umgeben. Eine p⁺-Schicht 73 ist auf der Seite der rückseitigen Oberfläche 70B des Halbleitersubstrats 70 ausgebildet, und ein HfO₂-Film 74 und ein Isoliermaterialfilm 75 sind in dem Teilbereich ausgebildet, der sich von der p⁺-Schicht 73 zum Ausbildungsgebiet des Kontaktlochbereichs 61 im Halbleitersubstrat 70 erstreckt.
Das zweite Bildgebungselement enthält eine fotoelektrische Umwandlungsschicht, die das Halbleitergebiet 41 vom n-Typ ist, das im Halbleitersubstrat 70 vorgesehen ist. Der Gate-Bereich 45 eines Übertragungstransistors TR2_trs , der mit einem vertikalen Transistor ausgebildet ist, erstreckt sich zum Halbleitergebiet 41 vom n-Typ und ist mit einer Übertragungs-Gateleitung TG₂ verbunden. Ferner ist eine zweite Floating-Diffusionsschicht FD₂ in einem Gebiet 45C nahe dem Gate-Bereich 45 des Übertragungstransistors TR2_trs im Halbleitersubstrat 70 angeordnet. Die im Halbleitergebiet 41 vom n-Typ gespeicherten elektrischen Ladungen werden über einen entlang dem Gate-Bereich 45 ausgebildeten Übertragungskanal in die zweite Floating-Diffusionsschicht FD₂ gelesen.
Im zweiten Bildgebungselement sind ferner ein Rücksetztransistor TR2_rst , ein Verstärkungstransistor TR2_amp und ein Auswahltransistor TR2_se1 , die die Steuerungseinheit des zweiten Bildgebungselements bilden, auf der Seite der ersten Oberfläche des Halbleitersubstrats 70 angeordnet.
Der Rücksetztransistor TR2_rst enthält einen Gate-Bereich, einen Kanalausbildungsbereich und Source/Drain-Gebiete. Der Gate-Bereich des Rücksetztransistors TR2_rst ist mit einer Rücksetzleitung RST₂ verbunden, eines der Source/Drain-Gebiete des Rücksetztransistors TR2_rst ist mit der Stromversorgung V_DD verbunden, und das andere der Source/Drain-Gebiete dient auch als die zweite Floating-Diffusionsschicht FD₂ .
Der Verstärkungstransistor TR2_amp enthält einen Gate-Bereich, einen Kanalausbildungsbereich und Source/Drain-Gebiete. Der Gate-Bereich ist mit dem anderen der Source/Drain-Gebiete (der zweiten Floating-Diffusionsschicht FD₂ ) des Rücksetztransistors TR2_rst verbunden. Ferner ist eines der Source/Drain-Gebiete mit der Stromversorgung V_DD verbunden.
Der Auswahltransistor TR2_sel enthält einen Gate-Bereich, ein Kanalausbildungsgebiet und Source/Drain-Gebiete. Der Gate-Bereich ist mit einer Auswahlleitung SEL₂ verbunden. Ferner nutzt eines der Source/Drain-Gebiete ein Gebiet gemeinsam mit dem anderen der Source/Drain-Gebiete, das den Verstärkungstransistor TR2_amp bildet, und das andere der Source/Drain-Gebiete ist mit einer Signalleitung (Datenausgabeleitung) VSL₂ verbunden.
Das dritte Bildgebungselement enthält eine fotoelektrische Umwandlungsschicht, die das im Halbleitersubstrat 70 vorgesehene Halbleitergebiet 43 vom n-Typ ist. Der Gate-Bereich 46 des Übertragungstransistors TR3_trs ist mit einer Übertragungs-Gateleitung TG₃ verbunden. Ferner ist eine dritte Floating-Diffusionsschicht FD₃ in dem Gebiet 46C nahe dem Gate-Bereich 46 des Übertragungstransistors TR3_trs im Halbleitersubstrat 70 angeordnet. Die im Halbleitergebiet 43 vom n-Typ gespeicherten elektrischen Ladungen werden über einen entlang dem Gate-Bereich 46 ausgebildeten Übertragungskanal 46A in die dritte Floating-Diffusionsschicht FD₃ gelesen.
Im dritten Bildgebungselement sind ferner ein Rücksetztransistor TR3_rst , ein Verstärkungstransistor TR3_amp und ein Auswahltransistor TR3_sel , die die Steuerungseinheit des dritten Bildgebungselements bilden, auf der Seite der ersten Oberfläche des Halbleitersubstrats 70 vorgesehen.
Der Rücksetztransistor TR3_rst enthält einen Gate-Bereich, ein Kanalausbildungsgebiet und Source/Drain-Gebiete. Der Gate-Bereich des Rücksetztransistors TR3_rst ist mit einer Rücksetzleitung RST₃ verbunden, eines der Source/Drain-Gebiete des Rücksetztransistors TR3_rst ist mit der Stromversorgung V_DD verbunden, und das andere der Source/Drain-Gebiete dient auch als die dritte Floating-Diffusionsschicht FD₃ .
Der Verstärkungstransistor TR3_amp enthält einen Gate-Bereich, ein Kanalausbildungsgebiet und Source/Drain-Gebiete. Der Gate-Bereich ist mit dem anderen der Source/Drain-Gebiete (der dritten Floating-Diffusionsschicht FD₃ ) des Rücksetztransistors TR3_rst verbunden. Ferner ist eines der Source/Drain-Gebiete mit der Stromversorgung V_DD verbunden.
Der Auswahltransistor TR3_sel enthält einen Gate-Bereich, ein Kanalausbildungsgebiet und Source/Drain-Gebiete. Der Gate-Bereich ist mit einer Auswahlleitung SEL₃ verbunden. Ferner teilt sich eines der Source/Drain-Gebiete ein Gebiet mit dem anderen der Source/Drain-Gebiete, das den Verstärkungstransistor TR3_amp bildet, und das andere der Source/Drain-Gebiete ist mit einer Signalleitung (einer Datenausgabeleitung) VSL₃ verbunden.
Die Rücksetzleitungen RST₁ , RST₂ und RST₃ , die Auswahlleitungen SEL₁ , SEL₂ und SEL₃ und die Übertragungs-Gateleitungen TG₂ und TG₃ sind mit der vertikalen Ansteuerungsschaltung 312 verbunden, die die Ansteuerungsschaltung bildet, und die Signalleitungen (Datenausgabeleitungen) VSL₁ , VSL₂ und VSL₃ sind mit einer Spalten-Signalverarbeitungsschaltung 313 verbunden, die die Ansteuerungsschaltung bildet.
24 zeigt ein Ersatzschaltbild einer Modifikation eines in der Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 8 enthaltenen Bildgebungselements-A, und 25 zeigt ein schematisches Layout-Diagramm der ersten Elektrode, der Ladungsspeicherelektrode und der Transistoren, die die Steuerungseinheit bilden. Wie in 24 und 25 dargestellt ist, kann das andere Source/Drain-Gebiet 51B des Rücksetztransistors TR1_rst geerdet sein, statt mit der Stromversorgung V_DD verbunden zu sein.
Bildgebungselemente des Beispiels 8 können beispielsweise durch das unten beschriebene Verfahren hergestellt werden. Konkret wird zuerst ein SOI-Substrat präpariert. Eine erste Siliziumschicht wird dann auf der Oberfläche des SOI-Substrats mittels eines Verfahrens für epitaktisches Wachstum ausgebildet, und die p⁺-Schicht 73 und das Halbleitergebiet 41 vom n-Typ werden in der ersten Siliziumschicht ausgebildet. Eine zweite Siliziumschicht wird dann auf der ersten Siliziumschicht mittels eines Verfahrens für epitaktisches Wachstum ausgebildet, und das Vorrichtungstrenngebiet 71, der Oxidfilm 72, die p⁺-Schicht 42, das Halbleitergebiet 43 vom n-Typ und die p⁺-Schicht 44 werden in der zweiten Siliziumschicht ausgebildet. Ferner werden in der zweiten Siliziumschicht verschiedene Transistoren und dergleichen, die die Steuerungseinheiten des Bildgebungselements bilden, ausgebildet, und die Verdrahtungsschicht 62, die Zwischenschicht-Isolierschicht 76 und verschiedene Verdrahtungsleitungen werden darauf gebildet. Danach werden die Zwischenschicht-Isolierschicht 76 und ein (nicht dargestelltes) Trägersubstrat aneinander gebondet. Dann wird das SOI-Substrat entfernt, um die erste Siliziumschicht freizulegen. Die Oberfläche der zweiten Siliziumschicht entspricht der vorderen Oberfläche 70A des Halbleitersubstrats 70, und die Oberfläche der ersten Siliziumschicht entspricht der rückseitigen Oberfläche 70B des Halbleitersubstrats 70. Auf die erste Siliziumschicht und die zweite Siliziumschicht wird auch zusammen als das Halbleitersubstrat 70 verwiesen. Die Öffnung zum Ausbilden des Kontaktlochbereichs 61 wird dann auf der Seite der rückseitigen Oberfläche 70B des Halbleitersubstrats 70 ausgebildet, und der HfO₂-Film 74, der Isoliermaterialfilm 75 und der Kontaktlochbereich 61 werden gebildet. Ferner werden die Pad-Bereiche 63 und 64, die Zwischenschicht-Isolierschicht 81, die Verbindungslöcher 65 und 66, die ersten Elektroden 21, die Ladungsspeicherelektroden 24 und die Isolierschicht 82 gebildet. Eine Öffnung wird dann im Verbindungsbereich 67 gebildet, und die Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B, die organische Halbleitermaterialschicht 23A, die zweite Elektrode 22, die oberen Isolierschichten 83 (83A und 83B), die lichtblockierende Schicht 15 und die On-Chip-Mikrolinsen 14 werden gebildet. Auf diese Weise können Bildgebungselemente des Beispiels 8 erhalten werden.
Obgleich in keiner der Zeichnungen dargestellt kann ferner die Isolierschicht 82 eine Zweischichtkonfiguration aufweisen, die eine Isolier/Unterschicht und eine Isolier/Oberschicht umfasst. Das heißt, die Isolier/Unterschicht ist auf zumindest der Ladungsspeicherelektrode 24 und in einem Gebiet zwischen der Ladungsspeicherelektrode 24 und der ersten Elektrode 21 ausgebildet (genauer gesagt ist die Isolier/Unterschicht auf der Zwischenschicht-Isolierschicht 81 ausgebildet, die die Ladungsspeicherelektrode 24 enthält), und ein Planarisierungsprozess wird auf der Isolier/Unterschicht durchgeführt. Danach wird die Isolier/Oberschicht über der Isolier/Unterschicht und der Ladungsspeicherelektrode 24 ausgebildet. Somit kann die Isolierschicht 82 auf jeden Fall planarisiert werden. Eine Öffnung wird dann in der so erhaltenen Isolierschicht 82 ausgebildet, sodass der Verbindungsbereich 67 geschaffen wird.
[Beispiel 9]
Beispiel 9 ist eine Modifikation des Beispiels 8. 26 zeigt eine schematische partielle Querschnittsansicht eines in einer Bildgebungsvorrichtung des Beispiels 9 enthaltenen Bildgebungselements-A. Ein Bildgebungselement des Beispiels 9 ist ein vorderseitig beleuchtetes Bildgebungselement und hat eine Struktur, in der drei Bildgebungselemente gestapelt sind. Die drei Bildgebungselemente sind: ein Bildgebungselement des Beispiels 8 eines ersten Typs für grünes Licht (ein erstes Bildgebungselement), das eine fotoelektrische Umwandlungsschicht des ersten Typs für grünes Licht enthält, die grünes Licht absorbiert und eine Empfindlichkeit für grünes Licht hat; ein herkömmliches Bildgebungselement eines zweiten Typs für blaues Licht (ein zweites Bildgebungselement), das eine fotoelektrische Umwandlungsschicht des zweiten Typs für blaues Licht enthält, die blaues Licht absorbiert und eine Empfindlichkeit für blaues Licht hat; und ein herkömmliches Bildgebungselement des zweiten Typs für rotes Licht (ein drittes Bildgebungselement), das eine fotoelektrische Umwandlungsschicht des zweiten Typs für rotes Licht enthält, die rotes Licht absorbiert und eine Empfindlichkeit für rotes Licht hat. Das Bildgebungselement für rotes Licht (das dritte Bildgebungselement) und das Bildgebungselement für blaues Licht (das zweite Bildgebungselement) sind hier im Halbleitersubstrat 70 angeordnet, und das zweite Bildgebungselement ist näher zur Lichteinfallsseite als das dritte Bildgebungselement gelegen. Ferner ist das Bildgebungselement für grünes Licht (das erste Bildgebungselement) oberhalb des Bildgebungselements für blaues Licht (des zweiten Bildgebungselements) angeordnet.
Auf der Seite der vorderen Oberfläche 70A des Halbleitersubstrats 70 sind verschiedene Transistoren, die die Steuerungseinheit bilden, wie im Beispiel 8 vorgesehen. Diese Transistoren können Konfigurationen und Strukturen aufweisen, die jenen der im Beispiel 8 beschriebenen Transistoren im Wesentlichen ähnlich sind. Ferner sind das zweite Bildgebungselement und das dritte Bildgebungselement im Halbleitersubstrat 70 vorgesehen, und diese Bildgebungselemente können Konfigurationen und Strukturen aufweisen, die jenen des zweiten Bildgebungselements und des dritten Bildgebungselements, die im Beispiel 8 beschrieben wurden, im Wesentlichen ähnlich sind.
Die Zwischenschicht-Isolierschicht 81 ist oberhalb der vorderen Oberfläche 70A des Halbleitersubstrats 70 ausgebildet, und die fotoelektrische Umwandlungseinheit (die erste Elektrode 21, die Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B, die organische Halbleitermaterialschicht 23A, die zweite Elektrode 22, die Ladungsspeicherelektrode 24 und dergleichen) einschließlich der Ladungsspeicherelektrode, die das Bildgebungselement des Beispiels 8 bildet, ist oberhalb der Zwischenschicht-Isolierschicht 81 vorgesehen.
Wie oben beschrieben wurde, können die Konfiguration und die Struktur eines Bildgebungselements des Beispiels 9, außer dass es der vorderseitig beleuchtete Typ ist, der Konfiguration und der Struktur eines Bildgebungselements des Beispiels 8 ähnlich sein, und daher wird deren detaillierte Erläuterung hier nicht vorgenommen.
[Beispiel 10]
Beispiel 10 ist eine Modifikation der Beispiele 8 und 9.
27 zeigt eine schematische partielle Querschnittsansicht eines rückseitig beleuchteten Bildgebungselements des Beispiels 10. Dieses Bildgebungselement hat eine Struktur, in der die beiden Bildgebungselemente, die das erste Bildgebungselement des ersten Typs des Beispiels 8 und das zweite Bildgebungselement des zweiten Typs sind, gestapelt sind. Ferner stellt 28 eine schematische partielle Querschnittsansicht einer Modifikation des Bildgebungselements des Beispiels 10 dar. Diese Modifikation ist ein vorderseitig beleuchtetes Bildgebungselement und hat eine Struktur, in der die beiden Bildgebungselemente, die das erste Bildgebungselement des ersten Typs des Beispiels 8 und das zweite Bildgebungselement des zweiten Typs sind, gestapelt sind. Hier absorbiert das erste Bildgebungselement Primärfarbenlicht, und das zweite Bildgebungselement absorbiert Komplementärfarbenlicht. Alternativ dazu absorbiert das erste Bildgebungselement weißes Licht und absorbiert das zweite Bildgebungselement Infrarotstrahlen.

Statt einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit, die eine Ladungsspeicherelektrode des ersten Typs des Beispiels 8 enthält, können zwei fotoelektrische Umwandlungseinheiten gestapelt sein (mit anderen Worten können zwei fotoelektrische Umwandlungseinheiten, die jeweils eine Ladungsspeicherelektrode enthalten, gestapelt sein und können die Steuerungseinheiten für die beiden fotoelektrischen Umwandlungseinheiten im Halbleitersubstrat vorgesehen sein). Alternativ dazu können drei fotoelektrische Umwandlungseinheiten gestapelt sein (mit anderen Worten können drei fotoelektrische Umwandlungseinheiten, die jeweils eine Ladungsspeicherelektrode enthalten, gestapelt sein und können die Steuerungseinheiten für die drei fotoelektrischen Umwandlungseinheiten im Halbleitersubstrat vorgesehen sein). Beispiele von Stapelstrukturen, die mit Bildgebungselementen des ersten Typs und Bildgebungselementen des zweiten Typs gebildet werden, sind in der Tabelle unten dargestellt.

	Erster Typ	Zweiter Typ
Rückseitig beleuchteter Typ und vorderseitig beleuchteter Typ	1 Grün	2 Blau + Rot
	1 Primärfarbe	1 Komplementärfarbe
	1 Weiß	1 Infrarotstrahlung
	1 Blau, Grün oder Rot	0
	2 Grün + Infrarotlicht	2 Blau + Rot
	2 Grün + Blau	1 Rot
	2 Weiß + Infrarotlicht	0
	3 Grün + Blau + Rot	2 Blau-Grün (Emerald) + Infrarotlicht
	3 Grün + Blau + Rot	1 Infrarotlicht
	3 Blau + Grün + Rot	0

[Beispiel 11]
Beispiel 11 ist eine Modifikation der Beispiele 8 bis 10 und bezieht auf eine Bildgebungsvorrichtung oder dergleichen, die eine Übertragungs-Steuerelektrode (eine Ladungsübertragungselektrode) enthält. 29 stellt eine schematische partielle Querschnittsansicht eines Teils eines Bildgebungselements des Beispiels 11 dar. 30 und 31 zeigen Ersatzschaltbilder von Bildgebungselementen des Beispiels 11. 32 stellt ein schematisches Layout-Diagramm einer ersten Elektrode, einer Übertragungs-Steuerelektrode und einer Ladungsspeicherelektrode, die eine fotoelektrische Umwandlungseinheit des Bildgebungselements des Beispiels 11 bilden, und der Transistoren dar, die eine Steuerungseinheit bilden. 33 und 34 stellen schematisch die Zustände der Potentiale bei jeweiligen Bereichen während eines Betriebs des Bildgebungselements von Beispiel 11 dar. 16B zeigt ein Ersatzschaltbild, um die jeweiligen Bereiche des Bildgebungselements des Beispiels 11 zu erläutern. Ferner zeigt 35 ein schematisches Layout-Diagramm der ersten Elektrode, der Übertragungs-Steuerelektrode und der Ladungsspeicherelektrode, die die fotoelektrische Umwandlungseinheit des Bildgebungselements des Beispiels 11 bilden. 36 stellt eine schematische perspektivische Ansicht der ersten Elektrode, der Übertragungs-Steuerelektrode, der Ladungsspeicherelektrode, einer zweiten Elektrode und eines Kontaktlochbereichs dar.
Im Bildgebungselement des Beispiels 11 ist ferner eine Übertragungs-Steuerelektrode (eine Ladungsübertragungselektrode) 25 zwischen der ersten Elektrode 21 und der Ladungsspeicherelektrode 24 vorgesehen. Die Übertragungs-Steuerelektrode 25 ist in einem Abstand von der ersten Elektrode 21 und der Ladungsspeicherelektrode 24 angeordnet und so positioniert, dass sie über die Isolierschicht 82 der Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B gegenüberliegt. Die Übertragungs-Steuerelektrode 25 ist mit der Pixel-Ansteuerungsschaltung, die eine Ansteuerungsschaltung bildet, über ein Verbindungsloch 68B, einen Pad-Bereich 68A und eine Verdrahtungsleitung V_OT verbunden, die in der Zwischenschicht-Isolierschicht 81 ausgebildet sind. Man beachte, dass, um die Zeichnungen zu vereinfachen, die verschiedenen Komponenten des Bildgebungselements, die unter der Zwischenschicht-Isolierschicht 81 gelegen sind, der Zweckmäßigkeit halber zusammen mit Bezugsziffer 13 bezeichnet sind.
In der Beschreibung unten wird ein Betrieb des Bildgebungselements (eines ersten Bildgebungselements) des Beispiels 11 unter Bezugnahme auf 33 und 34 beschrieben. Man beachte, dass der Wert des Potentials, das an die Ladungsspeicherelektrode 24 angelegt werden soll, und der Wert des Potentials am Punkt P_D zwischen 33 und 34 verschieden sind.
In einer Ladungsakkumulierungsperiode legt die Ansteuerungsschaltung ein Potential V₁₁ an die erste Elektrode 21, ein Potential V₁₂ an die Ladungsspeicherelektrode 24 und ein Potential V₁₃ an die Übertragungs-Steuerelektrode 25 an. Licht, das in die organische Halbleitermaterialschicht 23A eingetreten ist, bewirkt eine fotoelektrische Umwandlung in der organischen Halbleitermaterialschicht 23A. Durch die fotoelektrische Umwandlung erzeugte Löcher werden von der zweiten Elektrode 22 über eine Verdrahtungsleitung V_OU an die Ansteuerungsschaltung gesendet. Da das Potential der ersten Elektrode 21 höher als das Potential der zweiten Elektrode 22 ist oder ein positives Potential an die erste Elektrode 21 angelegt wird, während ein negatives Potential an die zweite Elektrode 22 beispielsweise angelegt wird, gilt indes V₁₂ > V₁₃ (zum Beispiel V₁₂ > V₁₁ > V₁₃ oder V₁₁ > V₁₂ > V₁₃). Infolgedessen werden durch die fotoelektrische Umwandlung erzeugte Elektronen zur Ladungsspeicherelektrode 24 angezogen und bleiben in dem Gebiet der Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und dergleichen, das der Ladungsspeicherelektrode 24 gegenüberliegt. Das heißt, elektrische Ladungen werden in der Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und dergleichen akkumuliert. Da V₁₂ > V₁₃ gilt, kann zuverlässig verhindert werden, dass sich in der organischen Halbleitermaterialschicht 23A erzeugte Elektronen in Richtung der ersten Elektrode 21 bewegen. Im Laufe der Zeit für eine fotoelektrische Umwandlung wird das Potential in dem Gebiet der Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und dergleichen, das der Ladungsspeicherelektrode 24 gegenüberliegt, ein negativerer Wert.
Ein Rücksetzbetriebsvorgang wird in der letzteren Periode in der Ladungsakkumulierungsschicht durchgeführt. Infolgedessen wird das Potential der ersten Floating-Diffusionsschicht FD₁ zurückgesetzt und wird das Potential der ersten Floating-Diffusionsschicht FD₁ gleich dem Potential V_DD der Stromversorgung.
Nach Abschluss des Rücksetzbetriebsvorgangs werden die elektrischen Ladungen ausgelesen. Mit anderen Worten legt in einer Ladungsübertragungsperiode die Ansteuerungsschaltung ein Potential V₂₁ an die erste Elektrode 21, ein Potential V₂₂ an die Ladungsspeicherelektrode 24 und ein Potential V₂₃ an die Übertragungs-Steuerelektrode 25 an. Hier gilt V₂₂ ≤ V₂₃ ≤ V₂₁ (vorzugsweise V₂₂ < V₂₃ < V₂₁). Falls das Potential V₁₃ an die Übertragungs-Steuerelektrode 25 angelegt wird, ist es nur erforderlich, V₂₂ ≤ V₁₃ ≤ V₂₁ (vorzugsweise V₂₂ < V₁₃ < V₂₁) zu erfüllen. Infolgedessen werden die Elektronen, die in dem Gebiet der Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und dergleichen verbleiben, das der Ladungsspeicherelektrode 24 gegenüberliegt, auf jeden Fall in die erste Elektrode 21 und weiter in die erste Floating-Diffusionsschicht FD₁ gelesen. Mit anderen Worten werden die in der Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und dergleichen akkumulierten elektrischen Ladungen in die Steuerungseinheit gelesen.
Auf die obige Art und Weise wird eine Reihe von Betriebsvorgängen, welche eine Ladungsakkumulierung, einen Rücksetzbetriebsvorgang und eine Ladungsübertragung umfassen, abgeschlossen.
Die Betriebsvorgänge des Verstärkungstransistors TR1_amp und des Auswahltransistors TR1_sel , nachdem die Elektronen in die erste Floating-Diffusionsschicht FD₁ gelesen sind, sind die gleichen wie die Betriebsvorgänge herkömmlicher Verstärkungs- und Auswahltransistoren. Ferner ist eine Reihe von Betriebsvorgängen, welche eine Ladungsakkumulierung, einen Rücksetzbetriebsvorgang und eine Ladungsübertragung umfassen, die in einem zweiten Bildgebungselement und einem dritten Bildgebungselement durchgeführt werden sollen, ähnlich beispielsweise einer Reihe herkömmlicher Betriebsvorgänge, die eine Ladungsakkumulierung, einen Rücksetzbetriebsvorgang und eine Ladungsübertragung umfassen.
37 zeigt ein schematisches Layout-Diagramm der ersten Elektrode, der Ladungsspeicherelektrode und der Transistoren, die die Steuerungseinheit bilden, einer Modifikation des Bildgebungselements des Beispiels 11. Wie in 37 dargestellt ist, kann das andere Source/Drain-Gebiet 51B des Rücksetztransistors TR1_rst geerdet sein, statt mit der Stromversorgung VDD verbunden zu sein.
[Beispiel 12]
Beispiel 12 ist eine Modifikation der Beispiele 8 bis 11 und bezieht sich auf eine Bildgebungsvorrichtung oder dergleichen, die eine Ladungsemissionselektrode enthält. 38 zeigt eine schematische partielle Querschnittsansicht eines Teils eines Bildgebungselements des Beispiels 12. 39 zeigt ein schematisches Layout-Diagramm der ersten Elektrode, der Ladungsspeicherelektrode und der Ladungsemissionselektrode, die die fotoelektrische Umwandlungseinheit bilden, die die Ladungsspeicherelektrode des Bildgebungselements des Beispiels 12 enthält. 40 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht der ersten Elektrode, der Ladungsspeicherelektrode, der Ladungsemissionselektrode, der zweiten Elektrode und des Kontaktlochbereichs.
Im Bildgebungselement des Beispiels 12 ist ferner eine Ladungsemissionselektrode 26 vorgesehen. Die Ladungsemissionselektrode 26 ist über einen Verbindungsbereich 69 mit der Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B verbunden und ist in einem Abstand von der ersten Elektrode 21 und der Ladungsspeicherelektrode 24 angeordnet. Die Ladungsemissionselektrode 26 ist hier so angeordnet, dass sie die erste Elektrode 21 und die Ladungsspeicherelektrode 24 umgibt (oder wie ein Rahmen). Die Ladungsemissionselektrode 26 ist mit einer Pixel-Ansteuerungsschaltung verbunden, die eine Ansteuerungsschaltung bildet. Die Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B erstreckt sich im Verbindungsbereich 69. Mit anderen Worten erstreckt sich die Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B in einer in der Isolierschicht 82 ausgebildeten zweiten Öffnung 86 und ist mit der Ladungsemissionselektrode 26 verbunden. Die Ladungsemissionselektrode 26 wird von einer Vielzahl von Bildgebungselementen gemeinsam genutzt (ist gemeinsam geschaffen).
In Beispiel 12 legt in einer Ladungsakkumulierungsperiode die Ansteuerungsschaltung ein Potential V₁₁ an die erste Elektrode 21, ein Potential V₁₂ an die Ladungsspeicherelektrode 24 und ein Potential V₁₄ an die Ladungsemissionselektrode 26 an und werden elektrische Ladungen in der Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und dergleichen akkumuliert. Licht, das in die organische Halbleitermaterialschicht 23A eingetreten ist, bewirkt eine fotoelektrische Umwandlung in der organischen Halbleitermaterialschicht 23A. Durch die fotoelektrische Umwandlung erzeugte Löcher werden von der zweiten Elektrode 22 über eine Verdrahtungsleitung V_OU an die Ansteuerungsschaltung gesendet. Da das Potential der ersten Elektrode 21 höher als das Potential der zweiten Elektrode 22 ist oder ein positives Potential an die erste Elektrode 21 angelegt wird, während ein negatives Potential an die zweite Elektrode 22 beispielsweise angelegt wird, gilt indes V₁₄ > V₁₁ (zum Beispiel V₁₂ > V₁₄ > V₁₁). Infolgedessen werden durch die fotoelektrische Umwandlung erzeugte Elektronen zur Ladungsspeicherelektrode 24 angezogen und bleiben in dem Gebiet der Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und dergleichen, das der Ladungsspeicherelektrode 24 gegenüberliegt. Somit kann zuverlässig verhindert werden, dass sich die Elektronen in Richtung der ersten Elektrode 21 bewegen. Elektronen, die durch die Ladungsspeicherelektrode 24 nicht ausreichend angezogen werden, oder Elektronen, die in der Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und dergleichen nicht akkumuliert werden, (sogenannte übergelaufene Elektronen) werden jedoch über die Ladungsemissionselektrode 26 zur Ansteuerungsschaltung gesendet.
Ein Rücksetzbetriebsvorgang wird in der letzten Periode in der Ladungsakkumulierungsperiode durchgeführt. Infolgedessen wird das Potential der ersten Floating-Diffusionsschicht FD₁ zurückgesetzt und wird das Potential der ersten Floating-Diffusionsschicht FD₁ gleich dem Potential V_DD der Stromversorgung.
Nach Abschluss des Rücksetzbetriebsvorgangs werden die elektrischen Ladungen ausgelesen. Mit anderen Worten legt in einer Ladungsübertragungsperiode die Ansteuerungsschaltung ein Potential V₂₁ an die erste Elektrode 21, ein Potential V₂₂ an die Ladungsspeicherelektrode 24 und ein Potential V₂₄ an die Ladungsemissionselektrode 26 an. Hier gilt V₂₄ < V₂₁ (zum Beispiel V₂₄ < V₂₂ < V₂₁). Infolgedessen werden die Elektronen, die in dem Gebiet der Oxid-Halbleitermaterialschicht 23 und dergleichen verbleiben, das der Ladungsspeicherelektrode 24 gegenüberliegt, auf jeden Fall in die erste Elektrode 21 und weiter in die erste Floating-Diffusionsschicht FD₁ gelesen. Mit anderen Worten werden die in der Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und dergleichen akkumulierten elektrischen Ladungen in die Steuerungseinheit gelesen.
Auf die obige Weise wird eine Reihe von Betriebsvorgängen, die eine Ladungsakkumulierung, einen Rücksetzbetriebsvorgang und eine Ladungsübertragung umfassen, abgeschlossen.
Die Betriebsvorgänge des Verstärkungstransistors TR1_amp und des Auswahltransistors TR1_sel , nachdem die Elektronen in die erste Floating-Diffusionsschicht FD₁ gelesen sind, sind die gleichen wie die Betriebsvorgänge herkömmlicher Verstärkungs- und Auswahltransistoren. Ferner ist beispielsweise eine Reihe von eine Ladungsakkumulierung, einen Rücksetzbetriebsvorgang und eine Ladungsübertragung umfassenden Betriebsvorgängen, die in einem zweiten Bildgebungselement und einem dritten Bildgebungselement durchzuführen sind, ähnlich einer Reihe herkömmlicher Betriebsvorgänge, die eine Ladungsakkumulierung, einen Rücksetzbetriebsvorgang und eine Ladungsübertragung umfassen.
Im Beispiel 12 werden sogenannte übergelaufene Elektronen über die Ladungsemissionselektrode 26 zur Ansteuerungsschaltung gesendet, sodass eine Leckage in die Ladungsspeicherbereiche der benachbarten Pixel reduziert werden kann und Blooming verhindert werden kann. Infolgedessen kann die Bildgebungsleistung des Bildgebungselements verbessert werden.
[Beispiel 13]
Beispiel 13 ist eine Modifikation der Beispiele 8 bis 12 und bezieht sich auf eine Bildgebungsvorrichtung oder dergleichen, die eine Vielzahl von Segmenten einer Ladungsspeicherelektrode enthält.
41 zeigt eine schematische partielle Querschnittsansicht eines Teils eines Bildgebungselements des Beispiels 13. 42 und 43 zeigen Ersatzschaltbilder von Bildgebungselementen des Beispiels 13. 44 zeigt ein schematisches Layout-Diagramm einer ersten Elektrode und einer Ladungsspeicherelektrode, die eine fotoelektrische Umwandlungseinheit bilden, die die Ladungsspeicherelektrode des Bildgebungselements des Beispiels 13 enthält, und der Transistoren, die eine Steuerungseinheit bilden. 45 und 46 zeigen schematisch die Zustände der Potentiale an jeweiligen Bereichen während eines Betriebs des Bildgebungselements des Beispiels 13. 16C zeigt ein Ersatzschaltbild, um die jeweiligen Bereiche des Bildgebungselements des Beispiels 13 zu erläutern. Ferner stellt 47 ein schematisches Layout-Diagramm der ersten Elektrode und der Ladungsspeicherelektrode dar, die die fotoelektrische Umwandlungseinheit bilden, die die Ladungsspeicherelektrode des Bildgebungselements des Beispiels 13 enthält. 48 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht der ersten Elektrode, der Ladungsspeicherelektrode, der zweiten Elektrode und des Kontaktlochbereichs.
In Beispiel 13 ist die Ladungsspeicherelektrode 24 mit einer Vielzahl von Segmenten 24A, 24B und 24C einer Ladungsspeicherelektrode ausgebildet. Die Anzahl an Segmenten einer Ladungsspeicherelektrode muss nur zwei oder größer sein und beträgt im Beispiel 13 „drei“. In dem Bildgebungselement des Beispiels 13 ist ferner beispielsweise das Potential der ersten Elektrode 21 höher als das Potential der zweiten Elektrode 22 oder wird ein positives Potential an die erste Elektrode 21 angelegt, während ein negatives Potential an die zweite Elektrode 22 angelegt wird. In einer Ladungsübertragungsperiode ist ferner das Potential, das an das Segment 24A einer Ladungsspeicherelektrode angelegt werden soll, das der ersten Elektrode 21 am nächsten gelegen ist, höher als das Potential, das an das Segment 24C einer Ladungsspeicherelektrode angelegt werden soll, das von der ersten Elektrode 21 am weitesten entfernt gelegen ist. Da solch ein Potentialgradient in der Ladungsspeicherelektrode 24 ausgebildet wird, werden Elektronen, die in dem Gebiet der Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und dergleichen verbleiben, das der Ladungsspeicherelektrode 24 gegenüberliegt, mit höherer Zuverlässigkeit in die erste Elektrode 21 und weiter in die erste Floating-Diffusionsschicht FD₁ gelesen. Mit anderen Worten werden die in der Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und dergleichen akkumulierten elektrischen Ladungen in die Steuerungseinheit gelesen.
In einem in 45 dargestellten Beispiel gilt das Potential des Segments 24C einer Ladungsspeicherelektrode < das Potential des Segments 24B einer Ladungsspeicherelektrode < das Potential des Segments 24A einer Ladungsspeicherelektrode. Mit dieser Anordnung werden die Elektronen, die in dem Gebiet der Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und dergleichen verbleiben, gleichzeitig in die erste Floating-Diffusionsschicht FD₁ gelesen. In einem in 46 dargestellten Beispiel werden auf der anderen Seite in einer Ladungsübertragungsperiode das Potential des Segments 24C einer Ladungsspeicherelektrode, das Potential des Segments 24B einer Ladungsspeicherelektrode und das Potential des Segments 24A einer Ladungsspeicherelektrode allmählich variiert (mit anderen Worten stufenweise oder in Art einer Schräge variiert). Mit dieser Anordnung werden die Elektronen, die in dem Gebiet der Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und dergleichen verbleiben, das dem Segment 24C einer Ladungsspeicherelektrode gegenüberliegt, zu dem Gebiet der Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und dergleichen, das dem Segment 24B einer Ladungsspeicherelektrode gegenüberliegt, bewegt, werden die Elektronen, die in dem Gebiet der Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und dergleichen, das dem Segment 24B einer Ladungsspeicherelektrode gegenüberliegt, dann zu dem Gebiet der Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und dergleichen, das dem Segment 24A einer Ladungsspeicherelektrode gegenüberliegt, bewegt und werden die Elektronen, die in dem Gebiet der Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und dergleichen, das dem Segment 24A einer Ladungsspeicherelektrode gegenüberliegt, dann auf jeden Fall in die erste Floating-Diffusionsschicht FD₁ gelesen.
49 zeigt ein schematisches Layout-Diagramm der ersten Elektrode, der Ladungsspeicherelektrode und der Transistoren, die die Steuerungseinheit einer Modifikation des Bildgebungselements des Beispiels 13 bilden. Wie in 49 dargestellt ist, kann das andere Source/Drain-Gebiet 51B des Rücksetztransistors TR1_rst geerdet sein, statt mit der Stromversorgung VDD verbunden zu sein.
[Beispiel 14]
Beispiel 14 ist eine Modifikation der Beispiele 8 bis 13 und bezieht sich auf Bildgebungselemente der ersten Konfiguration und der sechsten Konfiguration.
50 zeigt eine schematische partielle Querschnittsansicht eines Bildgebungselements des Beispiels 14. 51 zeigt eine schematische partielle vergrößerte Querschnittsansicht eines Bereichs, in dem eine Ladungsspeicherelektrode, eine anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht, eine organische Halbleitermaterialschicht und eine zweite Elektrode gestapelt sind. Ein Ersatzschaltbild eines Bildgebungselements des Beispiels 14 ist dem Ersatzschaltbild eines Bildgebungselements des Beispiels 8 ähnlich, das unter Bezugnahme auf 19 und 20 beschrieben wurde. Ein schematisches Layout-Diagramm der ersten Elektrode und der Ladungsspeicherelektrode, die die fotoelektrische Umwandlungseinheit einschließlich der Ladungsspeicherelektrode bilden, und der Transistoren, die die Steuerungseinheit eines Bildgebungselements des Beispiels 14 bilden, ist demjenigen eines Bildgebungselements des Beispiels 8, das oben unter Bezugnahme auf 21 beschrieben wurde, ähnlich. Ferner ist ein Betrieb eines Bildgebungselements (eines ersten Bildgebungselements) des Beispiels 14 im Wesentlichen ähnlich eines Betriebs eines Bildgebungselements des Beispiels 8.
In einem Bildgebungselement des Beispiels 14 oder in jedem Bildgebungselement der Beispiele 15 bis 19, die später beschrieben werden, ist hier
eine fotoelektrische Umwandlungseinheit mit N (N ≥ 2) Segmenten einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit (konkret drei Segmenten 10'₁ , 10'₂ und 10'₃ einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit) ausgebildet,
sind die Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und die organische Halbleitermaterialschicht 23A mit N Segmenten einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht (konkret drei Segmenten 23'₁ , 23'₂ und 23'₃ einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht) ausgebildet und
ist die Isolierschicht 82 mit N Segmenten einer Isolierschicht (konkret drei Segmenten 82'₁ , 82'₂ und 82'₃ einer Isolierschicht) ausgebildet.
In den Beispielen 14 bis 16 ist die Ladungsspeicherelektrode 24 mit N Segmenten einer Ladungsspeicherelektrode (konkret drei Segmenten 24'₁ , 24'₂ und 24'₃ einer Ladungsspeicherelektrode in jedem dieser Beispiele) ausgebildet.
In den Beispielen 17 und 18 und in Beispiel 16 in einigen Fällen ist die Ladungsspeicherelektrode 24 mit N Segmenten einer Ladungsspeicherelektrode (konkret drei Segmenten 24'₁ , 24'₂ und 24'₃ einer Ladungsspeicherelektrode) ausgebildet, die in einem Abstand voneinander angeordnet sind,
ist das n-te (n = 1, 2, 3, ... N) Segment 10'_n einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit mit dem n-ten Segment 24'_n einer Ladungsspeicherelektrode, dem n-ten Segment 82'_n einer Isolierschicht und dem n-ten Segment 23'_n einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht ausgebildet und
ist ein Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit mit einem größeren Wert für n von der ersten Elektrode 21 weiter entfernt gelegen. Die Segmente 23'₁ , 23'₂ und 23'₃ einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht beziehen sich hier auf Segmente, die gebildet werden, indem eine organische Halbleitermaterialschicht und eine anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht gestapelt werden, sind aber der Einfachheit halber in den Zeichnungen als eine Schicht dargestellt. Das Gleiche gilt für die Beschreibung unten.
Man beachte, dass in den Segmenten einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht die Dicke des Bereichs der fotoelektrischen Umwandlungsschicht variiert werden kann und die Dicke des Bereichs der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht konstant geschaffen werden kann, sodass die Dicken der Segmente einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht variieren. Die Dicke des Bereichs der fotoelektrischen Umwandlungsschicht kann konstant geschaffen werden, und die Dicke des Bereichs der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht kann variiert werden, sodass die Dicken der Segmente einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht variieren. Die Dicke des Bereichs der fotoelektrischen Umwandlungsschicht kann variiert werden, und die Dicke des Bereichs der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht kann variiert werden, sodass die Dicken der Segmente einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht variieren.
Alternativ dazu enthält ein Bildgebungselement des Beispiels 14 oder ein Bildgebungselement des Beispiels 15 oder Beispiels 18, die später beschrieben werden, ferner
eine fotoelektrische Umwandlungseinheit, in der die erste Elektrode 21, die Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B, die organische Halbleitermaterialschicht 23A und die zweite Elektrode 22 gestapelt sind.
Die fotoelektrische Umwandlungseinheit enthält ferner die Ladungsspeicherelektrode 24, die in einem Abstand von der ersten Elektrode 21 angeordnet und so positioniert ist, dass sie über die Isolierschicht 82 der Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B gegenüberliegt.
Wenn die Stapelrichtung der Ladungsspeicherelektrode 24, der Isolierschicht 82, der Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und der organischen Halbleitermaterialschicht 23A die Z-Richtung ist und die Richtung weg von der ersten Elektrode 21 die X-Richtung ist, variieren die Querschnittsflächen der gestapelten Bereiche der Ladungsspeicherelektrode 24, der Isolierschicht 82, der Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und der organischen Halbleitermaterialschicht 23A, die entlang einer virtuellen Y-Z-Ebene genommen werden, in Abhängigkeit vom Abstand von der ersten Elektrode.
In einem Bildgebungselement des Beispiels 14 variieren ferner die Dicken der Segmente einer Isolierschicht allmählich von dem ersten Segment 10'₁ einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit bis zum N-ten Segment 10'_N einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit. Konkret sind die Dicken der Segmente einer Isolierschicht graduell größer geschaffen. Alternativ dazu sind in einem Bildgebungselement des Beispiels 14 die Breiten von Querschnitten der gestapelten Bereiche konstant und nimmt die Dicke eines Querschnitts eines gestapelten Bereichs oder konkret die Dicke eines Segment einer Isolierschicht in Abhängigkeit vom Abstand von der ersten Elektrode 21 graduell zu. Man beachte, dass die Dicken der Segmente einer Isolierschicht stufenweise erhöht sind. Die Dicken des Segments 82'_n einer Isolierschicht in dem n-ten Segment 10'_n einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit ist konstant. Wenn die Dicke des Segments 82'_n einer Isolierschicht in dem n-ten Segment 10'_n einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit „1“ ist, kann die Dicke des Segments 82'_(n+1) einer Isolierschicht in dem (n+1) ten Segment 10' _(n+1) einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit beispielsweise bis 2 bis 10 betragen, ist aber nicht auf solche Werte beschränkt. Im Beispiel 14 lässt man die Dicken der Segmente 24'₁ , 24'₂ und 24'₃ einer Ladungsspeicherelektrode allmählich kleiner werden, so dass die Dicken der Segmente 82'₁ , 82'₂ und 82'₃ einer Isolierschicht allmählich größer werden. Die Dicken der Segmente 23'₁ , 23'₂ und 23'₃ einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht sind einheitlich.
In der Beschreibung unten wird ein Betrieb des Bildgebungselements des Beispiels 14 beschrieben.
In einer Ladungsakkumulierungsperiode legt die Ansteuerungsschaltung ein Potential V₁₁ an die erste Elektrode 21 und ein Potential V₁₂ an die Ladungsspeicherelektrode 24 an. Licht, das in die organische Halbleitermaterialschicht 23A eingetreten ist, bewirkt eine fotoelektrische Umwandlung in der organischen Halbleitermaterialschicht 23A. Durch die fotoelektrische Umwandlung erzeugte Löcher werden von der zweiten Elektrode 22 über eine Verdrahtungsleitung V_OU zur Ansteuerungsschaltung gesendet. Da das Potential der ersten Elektrode 21 höher als das Potential der zweiten Elektrode 22 ist oder ein positives Potential an die erste Elektrode 21 angelegt wird, während ein negatives Potential an die zweite Elektrode 22 beispielsweise angelegt wird, gilt indes V₁₂ ≥ V₁₁ oder vorzugsweise V₁₂ > V₁₁. Infolgedessen werden durch die fotoelektrische Umwandlung erzeugte Elektronen zur Ladungsspeicherelektrode 24 angezogen und bleiben in dem Gebiet der Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und dergleichen, das der Ladungsspeicherelektrode 24 gegenüberliegt. Das heißt, elektrische Ladungen werden in der Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und dergleichen akkumuliert. Da V₁₂ > V₁₁ gilt, werden sich in der organischen Halbleitermaterialschicht 23A erzeugte Elektronen nicht in Richtung der ersten Elektrode 21 bewegen. Im Laufe der Zeit für eine fotoelektrische Umwandlung wird das Potential in dem Gebiet der Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und dergleichen, das der Ladungsspeicherelektrode 24 gegenüberliegt, ein negativerer Wert.
Das Bildgebungselement des Beispiels 14 hat eine Konfiguration, in der die Dicken der Segmente einer Isolierschicht allmählich zunehmen. Dementsprechend kann in einer Ladungsakkumulierungsperiode, wenn V₁₂ ≥ V₁₁ gilt, das n-te Segment 10'_n einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit mehr elektrische Ladungen als das (n+1) -te Segment 10' _(n+1) einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit speichern und wird ein starkes elektrisches Feld angelegt, so dass zuverlässig verhindert werden kann, dass elektrische Ladungen von dem ersten Segment 10'₁ einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit in Richtung der ersten Elektrode 21 fließen.
Ein Rücksetzbetriebsvorgang wird in der letzten Periode in der Ladungsakkumulierungsperiode durchgeführt. Infolgedessen wird das Potential der ersten Floating-Diffusionsschicht FD₁ zurückgesetzt und wird das Potential der ersten Floating-Diffusionsschicht FD₁ gleich dem Potential V_DD der Stromversorgung.
Nach Abschluss des Rücksetzbetriebsvorgangs werden die elektrischen Ladungen ausgelesen. Mit anderen Worten legt in einer Ladungsübertragungsperiode die Ansteuerungsschaltung ein Potential V₂₁ an die erste Elektrode 21 und ein Potential V₂₂ an die Ladungsspeicherelektrode 24 an. Hier gilt V₂₁ > V₂₂. Infolgedessen werden die Elektronen, die in dem Gebiet der Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und dergleichen verbleiben, das der Ladungsspeicherelektrode 24 gegenüberliegt, in die erste Elektrode 21 und weiter in die erste Floating-Diffusionsschicht FD₁ gelesen. Mit anderen Worten werden die in der Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und dergleichen akkumulierten elektrischen Ladungen in die Steuerungseinheit gelesen.
Konkreter ist es möglich, wenn in einer Ladungsübertragungsperiode V₂₁ > V₂₂ gilt, den Fluss elektrischer Ladungen von dem ersten Segment 10'₁ einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit zur ersten Elektrode 21 und den Fluss elektrischer Ladungen von dem (n+1) -ten Segment 10' _(n+1) einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit in Richtung des n-ten Segments 10'_n einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit zuverlässig sicherzustellen.
Auf die obige Weise wird eine Reihe von Betriebsvorgängen, die eine Ladungsakkumulierung, einen Rücksetzbetriebsvorgang und eine Ladungsübertragung umfassen, abgeschlossen.
In dem Bildgebungselement des Beispiels 14 wird eine Art von Ladungsübertragungsgradient gebildet, und die durch fotoelektrische Umwandlung erzeugten elektrischen Ladungen können leichter und zuverlässiger übertragen werden, da die Dicken der Segmente einer Isolierschicht von dem ersten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit zum N-ten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit allmählich variieren oder weil die Querschnittsflächen der gestapelten Bereiche der Ladungsspeicherelektrode, der Isolierschicht, der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht und der organischen Halbleitermaterialschicht, genommen entlang der virtuellen Y-Z-Ebene, in Abhängigkeit vom Abstand von der ersten Elektrode variieren.
Bildgebungselemente des Beispiels 14 können mittels eines Verfahrens hergestellt werden, das dem Verfahren zum Herstellen von Bildgebungselementen des Beispiels 8 im Wesentlichen ähnlich ist, und daher wird dessen detaillierte Beschreibung hier nicht vorgenommen.
Man beachte, dass in einem Bildgebungselement des Beispiels 14, um die erste Elektrode 21, die Ladungsspeicherelektrode 24 und die Isolierschicht 82 auszubilden, zuerst eine Schicht eines leitfähigen Materials zum Ausbilden der Ladungsspeicherelektrode 24'₃ auf der Zwischenschicht-Isolierschicht 81 ausgebildet wird und eine Strukturierung auf der Schicht eines leitfähigen Materials durchgeführt wird, um die Schicht eines leitfähigen Materials in den Gebieten zurückzulassen, in denen die Segmente 10'₁ , 10'₂ und 10'₃ einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit und die erste Elektrode 21 ausgebildet werden sollen. Auf diese Weise können ein Teil der ersten Elektrode 21 und die Ladungsspeicherelektrode 24'₃ erhalten werden. Eine Isolierschicht zum Ausbilden des Segments 82'₃ einer Isolierschicht wird dann auf der gesamten Oberfläche ausgebildet, eine Strukturierung wird auf der Isolierschicht durchgeführt, und ein Planarisierungsprozess wird durchgeführt, um das Segment 82'₃ einer Isolierschicht zu erhalten. Eine Schicht eines leitfähigen Materials zum Ausbilden der Ladungsspeicherelektrode 24'₂ wird dann auf der gesamten Oberfläche ausgebildet, und eine Strukturierung wird auf der Schicht eines leitfähigen Materials durchgeführt, um die Schicht eines leitfähigen Materials in den Gebieten zurückzulassen, in denen die Segmente 10'₁ und 10'₂ einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit und die erste Elektrode 21 ausgebildet werden sollen. Auf diese Weise können ein Teil der ersten Elektrode 21 und die Ladungsspeicherelektrode 24'₂ erhalten werden. Eine Isolierschicht zum Ausbilden des Segments 82'₂ einer Isolierschicht wird dann auf der gesamten Oberfläche ausgebildet, eine Strukturierung wird auf der Isolierschicht durchgeführt, und ein Planarisierungsprozess wird durchgeführt, um das Segment 82'₂ einer Isolierschicht zu erhalten. Eine Schicht eines leitfähigen Materials zum Ausbilden der Ladungsspeicherelektrode 24'₁ wird dann auf der gesamten Oberfläche ausgebildet, und eine Strukturierung wird auf der Schicht eines leitfähigen Materials durchgeführt, um die Schicht eines leitfähigen Materials in den Gebieten zurückzulassen, in denen das Segment 10'₁ einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit und die erste Elektrode 21 ausgebildet werden sollen. Auf diese Weise können die erste Elektrode 21 und die Ladungsspeicherelektrode 24'₁ erhalten werden. Eine Isolierschicht wird dann auf der gesamten Oberfläche ausgebildet, und ein Planarisierungsprozess wird durchgeführt, um das Segment 82'₁ einer Isolierschicht (die Isolierschicht 82) zu erhalten. Die Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und die organische Halbleitermaterialschicht 23A werden dann auf der Isolierschicht 82 ausgebildet. Folglich können die Segmente 10'₁ , 10'₂ und 10'₃ einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit erhalten werden.
52 zeigt ein schematisches Layout-Diagramm der ersten Elektrode, der Ladungsspeicherelektrode und der Transistoren, die die Steuerungseinheit einer Modifikation des Bildgebungselements des Beispiels 14 bilden. Wie in 52 dargestellt ist, kann das andere Source/Drain-Gebiet 51B des Rücksetztransistors TR1_rst geerdet sein, statt mit der Stromversorgung VDD verbunden zu sein.
[Beispiel 15]
Ein Bildgebungselement des Beispiels 15 bezieht sich auf Bildgebungselemente der zweiten Konfiguration und der sechsten Konfiguration gemäß der vorliegenden Offenbarung. 53 ist eine schematische partielle Querschnittsansicht, die eine vergrößerte Ansicht des Bereichs darstellt, in dem die Ladungsspeicherelektrode, die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht, die organische Halbleitermaterialschicht und die zweite Elektrode gestapelt sind. Wie in 53 dargestellt ist, variieren in einem Bildgebungselement des Beispiels 15 die Dicken der Segmente einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht allmählich von dem ersten Segment 10'₁ einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit zum N-ten Segment 10'_N einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit. Alternativ dazu sind in einem Bildgebungselement des Beispiels 15 die Breiten von Querschnitten gestapelter Bereiche konstant, und die Dicke eines Querschnitts eines gestapelten Bereichs oder konkret die Dicke eines Segments einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht nimmt in Abhängigkeit vom Abstand von der ersten Elektrode 21 allmählich zu. Konkreter sind die Dicken der Segmente einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht allmählich erhöht. Man beachte, dass die Dicken der Segmente einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht stufenweise erhöht sind. Die Dicke des Segments 23'_n einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht in dem n-ten Segment 10'_n einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit ist konstant. Wenn die Dicke des Segments 23'_n einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht in dem n-ten Segment 10'_n einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit „1“ ist, kann die Dicke des Segments 23' _(n+1) einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht in dem (n+1) -ten Segment 10' _(n+1) einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit zum Beispiel 2 bis 10 betragen, ist aber nicht auf solche Werte beschränkt. In Beispiel 15 lässt man die Dicken der Segmente 24'₁ , 24'₂ und 24'₃ einer Ladungsspeicherelektrode allmählich kleiner werden, so dass die Dicken der Segmente 23' ₁ , 23'₂ und 23'₃ einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht allmählich größer werden. Die Dicken der Segmente 82'₁ , 82'₂ und 82'₃ einer Isolierschicht sind einheitlich. In den Segmenten einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht können ferner die Dicken der Bereiche einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht variiert werden, während die Dicken der Bereiche einer anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht beispielsweise konstant sind. Auf diese Weise können die Dicken der Segmente einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht variiert werden.
In dem Bildgebungselement des Beispiels 15 nehmen die Dicken der Segmente einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht allmählich zu. Dementsprechend wird in einer Ladungsakkumulierungsperiode, wenn V₁₂ ≥ V₁₁ gilt, ein stärkeres elektrisches Feld an das n-te Segment 10'_n einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit als an das (n+1) -te Segment 10' _(n+1) einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit angelegt, und es kann zuverlässig verhindert werden, dass elektrische Ladungen von dem ersten Segment 10'₁ einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit in Richtung der ersten Elektrode 21 fließen. Wenn V₂₂ < V₂₁ in einer Ladungsübertragungsperiode gilt, ist es ferner möglich, den Fluss elektrischer Ladungen von dem ersten Segment 10'₁ einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit zur ersten Elektrode 21 und den Fluss elektrischer Ladungen von dem (n+1) -ten Segment 10' _(n+1) einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit zum n-ten Segment 10'_n einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit zuverlässig sicherzustellen.
Wie oben beschrieben wurde, wird in einem Bildgebungselement des Beispiels 15 eine Art von Ladungsübertragungsgradient gebildet, und die durch fotoelektrische Umwandlung erzeugten elektrischen Ladungen können leichter und zuverlässiger übertragen werden, da die Dicken der Segmente einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht von dem ersten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit zum N-ten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit allmählich variieren oder weil Querschnittsflächen der gestapelten Bereiche der Ladungsspeicherelektrode, der Isolierschicht, der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht und der organischen Halbleitermaterialschicht, genommen entlang der virtuellen Y-Z-Ebene, in Abhängigkeit vom Abstand von der ersten Elektrode variieren.
In einem Bildgebungselement des Beispiels 15 wird, um die erste Elektrode 21, die Ladungsspeicherelektrode 24, die Isolierschicht 82, die Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und die organische Halbleitermaterialschicht 23A zu bilden, eine Schicht eines leitfähigen Materials zum Ausbilden der Ladungsspeicherelektrode 24'₃ zuerst auf der Zwischenschicht-Isolierschicht 81 ausgebildet, und eine Strukturierung wird auf der Schicht eines leitfähigen Materials durchgeführt, um die Schicht eines leitfähigen Materials in den Gebieten zurückzulassen, in denen die Segmente 10'₁ , 10'₂ und 10'₃ einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit und die erste Elektrode 21 ausgebildet werden sollen. Auf diese Weise können ein Teil der ersten Elektrode 21 und die Ladungsspeicherelektrode 24'₃ erhalten werden. Eine Schicht eines leitfähigen Materials zum Ausbilden der Ladungsspeicherelektrode 24'₂ wird dann auf der gesamten Oberfläche ausgebildet, und eine Strukturierung wird auf der Schicht eines leitfähigen Materials durchgeführt, um die Schicht eines leitfähigen Materials in den Gebieten zurückzulassen, in denen die Segmente 10'₁ und 10'₂ einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit und die erste Elektrode 21 ausgebildet werden sollen. Auf diese Weise können ein Teil der ersten Elektrode 21 und die Ladungsspeicherelektrode 24'₂ erhalten werden. Eine Schicht eines leitfähigen Materials zum Ausbilden der Ladungsspeicherelektrode 24'₁ wird dann auf der gesamten Oberfläche ausgebildet, und eine Strukturierung wird auf der Schicht eines leitfähigen Materials durchgeführt, um die Schicht eines leitfähigen Materials in den Gebieten zurückzulassen, in denen das Segment 10'₁ einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit und die erste Elektrode 21 ausgebildet werden sollen. Auf diese Weise können die erste Elektrode 21 und die Ladungsspeicherelektrode 24'₁ erhalten werden. Die Isolierschicht 82 wird dann konform auf der gesamten Oberfläche ausgebildet. Die Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und die organische Halbleitermaterialschicht 23A werden dann auf der Isolierschicht 82 ausgebildet, und ein Planarisierungsprozess wird auf der organischen Halbleitermaterialschicht 23A ausgeführt. Somit können die Segmente 10'₁ , 10'₂ und 10'₃ einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit erhalten werden.
[Beispiel 16]
Beispiel 16 bezieht sich auf ein Bildgebungselement der dritten Konfiguration. 54 zeigt eine schematische partielle Querschnittsansicht eines Bildgebungselements des Beispiels 16. In einem Bildgebungselement des Beispiels 16 ist das Material, das das Segment einer Isolierschicht bildet, zwischen benachbarten Segmenten einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit verschieden. Hier sind die Werte der relativen Dielektrizitätskonstanten der Materialien, die die Segmente einer Isolierschicht bilden, von dem ersten Segment 10'₁ einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit bis zum N-ten Segment 10'_N einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit allmählich reduziert. In einem Bildgebungselement des Beispiels 16 kann das gleiche Potential an alle der N Segmente einer Ladungsspeicherelektrode angelegt werden oder können verschiedene Potentiale an die jeweiligen N Segmente einer Ladungsspeicherelektrode angelegt werden. Im letztgenannten Fall müssen die Segmente 24'₁ , 24'₂ und 24'₃ einer Ladungsspeicherelektrode, die in einem Abstand voneinander angeordnet sind, nur mit der vertikalen Ansteuerungsschaltung 312, die die Ansteuerungsschaltung bildet, über Pad-Bereiche 64₁, 64₂ und 64₃ in einer Weise verbunden sein, die der später im Beispiel 17 beschriebenen ähnlich ist.
Da solch eine Konfiguration übernommen wird, wird dann eine Art von Ladungsübertragungsgradient gebildet, und, wenn V₁₂ ≥ V₁₁ in einer Ladungsakkumulierungsperiode gilt, kann das n-te Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit mehr elektrische Ladungen speichern als das (n+1) -te Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit. Wenn V₂₂ < V₂₁ in einer Ladungsübertragungsperiode gilt, ist es ferner möglich, den Fluss elektrischer Ladungen von dem ersten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit in Richtung der ersten Elektrode und den Fluss elektrischer Ladungen von dem (n+1) -ten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit in Richtung des n-ten Segments einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit zuverlässig sicherzustellen.
[Beispiel 17]
Beispiel 17 bezieht sich auf ein Bildgebungselement der vierten Konfiguration. 55 zeigt eine schematische partielle Querschnittsansicht eines Bildgebungselements des Beispiels 17. In einem Bildgebungselement des Beispiels 17 ist das Material, das das Segment einer Ladungsspeicherelektrode bildet, zwischen benachbarten Segmenten einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit verschieden. Die Werte der Austrittsarbeiten der Materialien, die die Segmente einer Isolierschicht bilden, sind hier von dem ersten Segment 10'₁ einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit zum N-ten Segment 10'N einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit allmählich erhöht. In einem Bildgebungselement des Beispiels 17 kann das gleiche Potential an alle der N Segmente einer Ladungsspeicherelektrode angelegt werden oder können verschiedene Potentiale an die jeweiligen N Segmente einer Ladungsspeicherelektrode angelegt werden. Im letztgenannten Fall sind die Segmente 24'₁ , 24'₂ und 24'₃ einer Ladungsspeicherelektrode über Pad-Bereiche 64₁, 64₂ und 64₃ mit der die Ansteuerungsschaltung bildenden vertikalen Ansteuerungsschaltung 312 verbunden.
[Beispiel 18]
Ein Bildgebungselement des Beispiels 18 bezieht sich auf ein Bildgebungselement der fünften Konfiguration. 56A, 56B, 57A und 57B zeigen schematische Draufsichten von Segmenten einer Ladungsspeicherelektrode in Beispiel 18. 58 zeigt ein schematisches Layout-Diagramm der ersten Elektrode und der Ladungsspeicherelektrode, die die fotoelektrische Umwandlungseinheit bilden, die die Ladungsspeicherelektrode eines Bildgebungselements des Beispiels 18 enthält, und der Transistoren, die die Steuerungseinheit bilden. Eine schematische partielle Querschnittsansicht eines Bildgebungselements des Beispiels 18 ist ähnlich derjenigen, die in 55 oder 60 dargestellt ist. In einem Bildgebungselement des Beispiels 18 sind die Flächen der Segmente einer Ladungsspeicherelektrode von dem ersten Segment 10'₁ einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit bis zum N-ten Segment 10'_N einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit allmählich reduziert. In einem Bildgebungselement des Beispiels 18 kann das gleiche Potential an alle der N Segmente einer Ladungsspeicherelektrode angelegt werden oder können verschiedene Potentiale an die jeweiligen N Segmente einer Ladungsspeicherelektrode angelegt werden. Konkret müssen die Segmente 24'₁ , 24'₂ und 24'₃ einer Ladungsspeicherelektrode, die in einem Abstand voneinander angeordnet sind, nur über Pad-Bereiche 64₁, 64₂ und 64₃ mit der die Ansteuerungsschaltung bildenden vertikalen Ansteuerungsschaltung 312 in einer Weise ähnlich der im Beispiel 17 beschriebenen verbunden sein.
Im Beispiel 18 ist die Ladungsspeicherelektrode 24 mit einer Vielzahl von Segmenten 24'₁ und 24'₂ und 24'₃ einer Ladungsspeicherelektrode ausgebildet. Die Anzahl an Segmenten einer Ladungsspeicherelektrode muss nur zwei oder größer sein und ist in Beispiel 18 „drei“. In einem Bildgebungselement des Beispiels 18 ist ferner das Potential der ersten Elektrode 21 höher als das Potential der zweiten Elektrode 22 oder wird ein positives Potential an die erste Elektrode 21 angelegt, während ein negatives Potential beispielsweise an die zweite Elektrode 22 angelegt wird. In einer Ladungsübertragungsperiode ist daher das Potential, das an das Segment 24'₁ einer Ladungsspeicherelektrode angelegt werden soll, das der ersten Elektrode am nächsten gelegen ist, höher als das Potential, das an das Segment 24'₃ einer Ladungsspeicherelektrode angelegt werden soll, das von der ersten Elektrode 21 am weitesten entfernt gelegen ist. Da solch ein Potentialgradient in der Ladungsspeicherelektrode 24 ausgebildet ist, werden Elektronen, die in dem Gebiet der Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und dergleichen verbleiben, das der Ladungsspeicherelektrode 24 gegenüberliegt, mit höherer Zuverlässigkeit in die erste Elektrode 21 und weiter in die erste Floating-Diffusionsschicht FD₁ gelesen. Mit anderen Worten werden die in der Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und dergleichen akkumulierten elektrischen Ladungen in die Steuerungseinheit gelesen.
In einer Ladungsübertragungsperiode gilt ferner das Potential des Segments 24'₃ einer Ladungsspeicherelektrode < das Potential des Segments 24'₂ einer Ladungsspeicherelektrode < das Potential des Segments 24'₁ einer Ladungsspeicherelektrode. Mit dieser Anordnung werden die Elektronen, die in dem Gebiet der Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und dergleichen verbleiben, gleichzeitig in die erste Floating-Diffusionsschicht FD₁ gelesen. Alternativ dazu werden in einer Ladungsübertragungsperiode das Potential des Segments 24'₃ einer Ladungsspeicherelektrode, das Potential des Segments 24'₂ einer Ladungsspeicherelektrode und das Potential des Segments 24'₁ einer Ladungsspeicherelektrode allmählich variiert (mit anderen Worten stufenweise oder in der Art einer Schräge variiert). Mit dieser Anordnung werden die Elektronen, die in dem Gebiet der Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und dergleichen verbleiben, das dem Segment 24'₃ einer Ladungsspeicherelektrode gegenüberliegt, zu dem Gebiet der Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und dergleichen bewegt, das dem Segment 24'₂ einer Ladungsspeicherelektrode gegenüberliegt, werden die Elektronen, die in dem Gebiet der Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und dergleichen verbleiben, das dem Segment 24'₂ einer Ladungsspeicherelektrode gegenüberliegt, dann zu dem Gebiet der Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und dergleichen bewegt, das dem Segment 24'₁ einer Ladungsspeicherelektrode gegenüberliegt, und danach können die Elektronen, die in dem Gebiet der Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und dergleichen verbleiben, das dem Segment 24'₁ einer Ladungsspeicherelektrode gegenüberliegt, auf jeden Fall in die erste Floating-Diffusionsschicht FD₁ gelesen werden.
59 zeigt ein schematisches Layout-Diagramm der ersten Elektrode, der Ladungsspeicherelektrode und der Transistoren, die die Steuerungseinheit einer Modifikation des Bildgebungselements des Beispiels 18 bilden. Wie in 59 dargestellt ist, kann das andere Source/Drain-Gebiet 51B des Rücksetztransistors TR3_rst geerdet sein, statt mit der Stromversorgung VDD verbunden zu sein.
In einem Bildgebungselement des Beispiels 18 wird solch eine Konfiguration übernommen, so dass ebenfalls eine Art von Ladungsübertragungsgradient ausgebildet wird. Mit anderen Worten nehmen die Flächen der Segmente einer Ladungsspeicherelektrode vom ersten Segment 10'₁ einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit zum N-ten Segment 10'_N einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit allmählich ab. Wenn V₁₂ ≥ V₁₁ in einer Ladungsakkumulierungsperiode gilt, kann dementsprechend das n-te Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit mehr elektrische Ladungen speichern als das (n+1) -te Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit. Wenn V₂₂ < V₂₁ in einer Ladungsübertragungsperiode gilt, ist es ferner möglich, den Fluss elektrischer Ladungen vom ersten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit zur ersten Elektrode und den Fluss elektrischer Ladungen vom (n+1) -ten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit zum n-ten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit zuverlässig sicherzustellen.
[Beispiel 19]
Beispiel 19 bezieht sich auf ein Bildgebungselement der sechsten Konfiguration. 60 zeigt eine schematische partielle Querschnittsansicht eines Bildgebungselements des Beispiels 19. Ferner sind 61A und 61B schematische Draufsichten von Segmenten einer Ladungsspeicherelektrode im Beispiel 19. Ein Bildgebungselement des Beispiels 19 enthält eine fotoelektrischen Umwandlungseinheit, die gebildet wird, indem die erste Elektrode 21, die Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B, die organische Halbleitermaterialschicht 23A und die zweite Elektrode 22 gestapelt werden, und ferner enthält die fotoelektrische Umwandlungseinheit die Ladungsspeicherelektrode 24 (24''₁ , 24''₂ und 24''₃ ), die in einem Abstand von der ersten Elektrode 21 angeordnet und so positioniert ist, dass sie über die Isolierschicht 82 der Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B gegenüberliegt. Wenn ferner die Stapelrichtung der Ladungsspeicherelektrode 24 (24''₁ , 24''₂ und 24''₃ ), der Isolierschicht 82, der Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und der organischen Halbleitermaterialschicht 23A die Z-Richtung ist und die Richtung weg von der ersten Elektrode 21 die X-Richtung ist, variiert die Querschnittsfläche eines gestapelten Bereichs der Ladungsspeicherelektrode 24 (24''₁ , 24''₂ und 24''₃ ), der Isolierschicht 82, der Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und der organischen Halbleitermaterialschicht 23A, genommen entlang der virtuellen Y-Z-Ebene, in Abhängigkeit vom Abstand von der ersten Elektrode 21.
Konkret sind in einem Bildgebungselement des Beispiels 19 die Dicken von Querschnitten der gestapelten Bereiche konstant und ist die Breite eines Querschnitts eines gestapelten Bereichs mit größerem Abstand von der ersten Elektrode 21 schmaler. Man beachte, dass die Breiten kontinuierlich bzw. stetig verringert sein können (siehe 61A) oder stufenweise verringert sein können (siehe 61B).
Wie oben beschrieben wurde, wird in einem Bildgebungselement des Beispiels 19 eine Art von Ladungsübertragungsgradient gebildet, und die durch fotoelektrische Umwandlung erzeugten elektrischen Ladungen können leichter und zuverlässiger übertragen werden, da Querschnittsflächen der gestapelten Bereiche, der Ladungsspeicherelektrode 24 (24''₁ , 24''₂ und 24''₃ ), der Isolierschicht 82 und der organischen Halbleitermaterialschicht 23A, genommen entlang einer virtuellen Y-Z-Ebene, in Abhängigkeit vom Abstand von der ersten Elektrode variieren.
Obgleich die vorliegende Offenbarung bisher auf der Basis bevorzugter Beispiele beschrieben worden ist, ist die vorliegende Offenbarung nicht auf jene Beispiele beschränkt. Die Strukturen, die Konfigurationen, die Herstellungsbedingungen, die Herstellungsverfahren und die Materialien, die für die gestapelten Bildgebungselemente, die Bildgebungselemente und die Bildgebungsvorrichtungen genutzt werden, die in den Beispielen beschrieben wurden, sind nur Beispiele und können gegebenenfalls modifiziert werden. Die Bildgebungselemente der jeweiligen Beispiele können gegebenenfalls kombiniert werden. Zum Beispiel ist es möglich, ein Bildgebungselement des Beispiels 14, ein Bildgebungselement des Beispiels 15, ein Bildgebungselement des Beispiels 16, ein Bildgebungselement des Beispiels 17 und ein Bildgebungselement des Beispiels 18 in einer gewünschten Art und Weise zu kombinieren. Es ist auch möglich, ein Bildgebungselement des Beispiels 14, ein Bildgebungselement des Beispiels 15, ein Bildgebungselement des Beispiels 16, ein Bildgebungselement des Beispiels 17 und ein Bildgebungselement des Beispiels 19 in einer gewünschten Art und Weise zu kombinieren. Die Konfiguration und die Struktur eines Bildgebungselements der vorliegenden Offenbarung können für ein lichtemittierendes Element wie etwa beispielsweise ein organisches EL-Element verwendet werden. In dem optischen schwarzen Gebiet kann wie in herkömmlichen Fällen ein Blind- bzw. Dummy-Bildgebungselement zwischen einem Bildgebungselement-B und einem Bildgebungselement-A angeordnet werden.
In einigen Fällen können Floating-Diffusionsschichten FD₁ , FD₂ , FD₃ , 51C, 45C und 46C gemeinsam genutzt werden.
Wie in 62, die eine Modifikation eines in Beispiel 8 beschriebenen Bildgebungselements darstellt, gezeigt ist, kann sich die erste Elektrode 21 in einer in der Isolierschicht 82 ausgebildeten Öffnung 85A erstrecken und beispielsweise mit der Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B verbunden sein.
64 ist ein Konzeptdiagramm, das ein Beispiel darstellt, in welchem eine Bildgebungsvorrichtung der vorliegenden Offenbarung für eine elektronische Einrichtung (eine Kamera) 400 verwendet wird. Die elektronische Einrichtung 400 enthält eine Bildgebungsvorrichtung 401, eine optische Linse 410, eine Blendenvorrichtung 411, eine Ansteuerungsschaltung 412 und eine Signalverarbeitungsschaltung 413. Die optische Linse 410 sammelt Bildlicht (einfallendes Licht) von einem Objekt und erzeugt ein Bild auf der Bildgebungsoberfläche der Bildgebungsvorrichtung 401. Infolgedessen werden Signalladungen in der Bildgebungsvorrichtung 401 für eine bestimmte Zeitspanne gespeichert. Die Blendenvorrichtung 411 steuert die Periode einer Lichtexposition und die Periode einer Lichtblockierung für die Bildgebungsvorrichtung 401. Die Ansteuerungsschaltung 412 stellt Ansteuerungssignale zum Steuern eines Übertragungsbetriebsvorgangs und dergleichen der Bildgebungsvorrichtung 401 und eines Blendenbetriebsvorgangs der Blendenvorrichtung 411 bereit. Gemäß einem Ansteuerungssignal (einem Zeitsteuerungssignal), das von der Ansteuerungsschaltung 412 bereitgestellt wird, führt die Bildgebungsvorrichtung 401 eine Signalübertragung durch. Die Signalverarbeitungsschaltung 413 führt verschiedene Arten einer Signalverarbeitung durch. Der Signalverarbeitung unterzogene Videosignale werden in ein Speichermedium wie etwa einen Speicher gespeichert oder an eine Überwachungseinrichtung bzw. einen Monitor abgegeben. In solch einer elektronischen Einrichtung 400 ist es möglich, eine Miniaturisierung der Pixelgröße und eine Verbesserung der Übertragungseffizienz in der Bildgebungsvorrichtung 401 zu erzielen. Somit kann die elektronische Einrichtung 400 mit deren verbesserten Pixel-Charakteristiken erhalten werden. Die elektronische Einrichtung 400, für die die Bildgebungsvorrichtung 401 verwendet werden kann, ist nicht notwendigerweise eine Kamera, sondern kann eine Bildgebungsvorrichtung wie etwa ein Kameramodul für mobile Vorrichtungen wie etwa eine digitale Bildkamera und ein tragbares Telefongerät sein.
In den beispielhaften Fällen, die in den Beispielen beschrieben wurden, wird die vorliegende Offenbarung für CMOS-Bildgebungsvorrichtungen verwendet, in denen jeweils Einheitspixel, die Signalladungen entsprechend Mengen an einfallendem Licht als physikalische Größen detektieren, in einer Matrix angeordnet sind. Die vorliegende Offenbarung wird jedoch nicht notwendigerweise für solche CMOS-Bildgebungsvorrichtungen verwendet und kann auch für CCD-Bildgebungsvorrichtungen verwendet werden. Im letztgenannten Fall werden Signalladungen mittels eines vertikalen Übertragungsregisters einer CCD-Struktur in einer vertikalen Richtung übertragen, werden mittels eines horizontalen Übertragungsregisters in einer horizontalen Richtung übertragen und werden verstärkt, sodass Pixelsignale (Bildsignale) abgegeben werden. Ferner wird die vorliegende Offenbarung nicht notwendigerweise für allgemeine Bildgebungsvorrichtungen eines Spaltentyps verwendet, in denen Pixel in einer zweidimensionalen Matrix angeordnet sind und eine Spalten-Signalverarbeitungsschaltung für jede Pixelreihe vorgesehen ist. Überdies kann in einigen Fällen der Auswahltransistor auch weggelassen werden.
Bildgebungselemente in der vorliegenden Offenbarung werden ferner nicht notwendigerweise in einer Bildgebungsvorrichtung verwendet, die eine Verteilung sichtbaren einfallenden Lichts erfasst und die Verteilung als Bild aufnimmt, sondern können auch in einer Bildgebungsvorrichtung verwendet werden, die eine Verteilung einer einfallenden Menge an Infrarotstrahlen, Röntgenstrahlen, Teilchen oder dergleichen als Bild aufnimmt. In einem weiten Sinne kann die vorliegende Offenbarung auch für jede beliebige Bildgebungsvorrichtung (Vorrichtung zur Detektion einer Verteilung einer physikalischen Größe) wie etwa einen Sensor zur Detektion von Fingerabdrücken verwendet werden, der eine Verteilung anderer physikalischer Größen wie etwa Druck und Kapazität detektiert und solch eine Verteilung als Bild aufnimmt.
Die vorliegende Offenbarung ist ferner nicht auf Bildgebungsvorrichtungen beschränkt, die jeweilige Einheitspixel in dem Bildgebungsgebiet der Reihe nach sequentiell scannen und Pixelsignale von den jeweiligen Einheitspixeln lesen. Die vorliegende Offenbarung kann auch für eine Bildgebungsvorrichtung eines X-Y-Adresstyps verwendet werden, die gewünschte Pixel nacheinander auswählt und Pixelsignale von den ausgewählten Pixeln nacheinander liest. Eine Bildgebungsvorrichtung kann in der Form eines einzelnen Chips vorliegen oder kann in der Form eines Moduls vorliegen, das gebildet wird, indem ein Bildgebungsgebiet mit einer Ansteuerungsschaltung oder einem optischen System zusammengepackt wird, und eine Bildgebungsfunktion aufweist.
Eine Bildgebungsvorrichtung kann auch in ein Kamerasystem wie etwa eine digitale Bildkamera oder eine Videokamera oder eine elektronische Einrichtung, die eine Bildgebungsfunktion aufweist, wie etwa ein tragbares Telefongerät eingebaut werden.
Die Technologie (die vorliegende Technologie) gemäß der vorliegenden Offenbarung kann für eine Vielzahl von Produkten verwendet werden. Beispielsweise kann die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung als eine Vorrichtung, die an jedem beliebigen Typ eines mobilen Objekts wie etwa einem Automobil, einem Elektrofahrzeug, einem Hybrid-Elektrofahrzeug, einem Motorrad, einem Fahrrad, einer Vorrichtung zur persönlichen Mobilität, einem Flugzeug, einer Drohne, einem Schiff oder einem Roboter montiert werden, implementiert werden.
66 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines Fahrzeugsteuerungssystems schematisch darstellt, das ein Beispiel eines Systems zur Steuerung mobiler Strukturen ist, für das die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann.
Ein Fahrzeugsteuerungssystem 12000 umfasst eine Vielzahl elektronischer Steuerungseinheiten, die über ein Kommunikationsnetzwerk 12001 verbunden sind. In dem in 66 dargestellten Beispiel umfasst das Fahrzeugsteuerungssystem 12000 eine Antriebssystem-Steuerungseinheit 12010, eine Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020, eine Einheit 12030 zur Detektion von externer Information, eine Einheit 12040 zur Detektion von Information aus dem Inneren des Fahrzeugs und eine Gesamt-Steuerungseinheit 12050. Ferner sind als die funktionalen Komponenten der Gesamt-Steuerungseinheit 12050 ein Mikrocomputer 12051, eine Ton/Bild-Ausgabeeinheit 12052 und eine Schnittstelle (I/F) 12053 des im Fahrzeug montierten Netzwerks veranschaulicht.
Die Antriebssystem-Steuerungseinheit 12010 steuert gemäß verschiedenen Programmen Betriebsvorgänge der Vorrichtungen in Bezug auf das Antriebssystem des Fahrzeugs. Beispielsweise dient die Antriebssystem-Steuerungseinheit 12010 als Steuerungsvorrichtungen wie etwa eine Antriebskraft-Erzeugungsvorrichtung zum Erzeugen einer Antriebskraft des Fahrzeugs wie etwa ein Verbrennungsmotor oder ein Antriebsmotor, ein Antriebskraft-Übertragungsmechanismus zum Übertragen der Antriebskraft auf die Räder, ein Lenkmechanismus zum Einstellen des Lenkwinkels des Fahrzeugs und eine Bremsvorrichtung zum Erzeugen einer Bremskraft des Fahrzeugs.
Die Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020 steuert Betriebsvorgänge der verschiedenen Vorrichtungen, die an der Fahrzeugkarosserie angebracht sind, gemäß verschiedenen Programmen. Beispielsweise fungiert die Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020 als schlüsselloses Zugangssystem, System für intelligente Schlüssel, automatische Fenstervorrichtung oder Steuerungsvorrichtung für verschiedene Leuchten wie etwa einen Frontscheinwerfer, einen Heckscheinwerfer, eine Bremsleuchte, ein Fahrtrichtungssignal, eine Nebelleuchte oder dergleichen. In diesem Fall kann die Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020 Funkwellen, die von einer tragbaren Vorrichtung, der einen Schlüssel ersetzt, übertragen werden, oder Signale von verschiedenen Schaltern empfangen. Die Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020 empfängt eine Einspeisung dieser Funkwellen oder Signale und steuert die Türverriegelungsvorrichtung, die automatische Fenstervorrichtung, die Leuchten und dergleichen des Fahrzeugs.
Die Einheit 12030 zur Detektion von externer Information detektiert Information über die äußere Umgebung des mit dem Fahrzeugsteuerungssystem 12000 ausgestatteten Fahrzeugs. Beispielsweise ist die Bildgebungseinheit 12031 mit der Einheit 12030 zur Detektion von externer Information verbunden. Die Einheit 12030 zur Detektion von externer Information veranlasst die Bildgebungseinheit 12031, ein Bild der äußeren Umgebung des Fahrzeugs aufzunehmen, und empfängt das aufgenommene Bild. Die Einheit 12030 zur Detektion von externer Information kann auf der Basis des empfangenen Bildes eine Verarbeitung zur Detektion eines Objekts wie etwa zum Detektieren einer Person, eines Fahrzeugs, eines Hindernisses, eines Verkehrsschilds, eines Zeichens auf einer Straßenoberfläche oder dergleichen ausführen oder eine Verarbeitung zur Abstandsdetektion ausführen.
Die Bildgebungseinheit 12031 ist ein optischer Sensor, der Licht empfängt und ein der Menge an empfangenem Licht entsprechendes elektrisches Signal abgibt. Die Bildgebungseinheit 12031 kann ein elektrisches Signal als ein Bild abgeben oder kann ein elektrisches Signal als Information einer Abstandsmessung abgeben. Ferner kann das Licht, das mittels der Bildgebungseinheit 12031 empfangen werden soll, sichtbares Licht sein oder kann unsichtbares Licht wie etwa Infrarotstrahlen sein.
Die Einheit 12040 zur Detektion von Information aus dem Inneren des Fahrzeugs detektiert Information über das Innere des Fahrzeugs. Mit der Einheit 12040 zur Detektion von Information aus dem Inneren des Fahrzeugs ist zum Beispiel ein Detektor 12041 für den Fahrerzustand verbunden, der den Zustand des Fahrers detektiert. Der Detektor 12041 für den Fahrerzustand umfasst zum Beispiel eine Kamera, die ein Bild des Fahrers aufnimmt, und auf der Basis einer vom Detektor 12041 für den Fahrerzustand eingegebenen detektierten Information kann die Einheit 12040 zur Detektion von Information aus dem Inneren des Fahrzeugs den Ermüdungsgrad oder den Konzentrationsgrad des Fahrers berechnen oder bestimmen, ob der Fahrer eindöst.
Auf der Basis einer durch die Einheit 12030 zur Detektion von externer Information oder die Einheit 12040 zur Detektion von Information aus dem Inneren des Fahrzeugs ermittelten externen/internen Information kann der Mikrocomputer 12051 einen Steuerungszielwert der Antriebskraft-Erzeugungsvorrichtung, des Lenkmechanismus oder der Bremsvorrichtung berechnen und einen Steuerungsbefehl an die Antriebssystem-Steuerungseinheit 12010 ausgeben. Beispielsweise kann der Mikrocomputer 12051 eine kooperative Steuerung durchführen, um die Funktionen eines fortgeschrittenen Fahrerassistenzsystems (ADAS) auszuführen, die eine Vermeidung einer Fahrzeugkollision oder Aufprallabschwächung, eine Nachfolgefahrt basierend auf dem Abstand zwischen Fahrzeugen, eine Fahrt bei konstanter Geschwindigkeit des Fahrzeugs, eine Warnung vor einer Kollision des Fahrzeugs, eine Warnung vor einer Spurabweichung des Fahrzeugs oder dergleichen einschließen.
Ferner kann der Mikrocomputer 12051 auch eine kooperative Steuerung ausführen, um einen automatischen Antrieb oder dergleichen zum autonomen Fahren unabhängig von einem Eingriff des Fahrers zu leiten, indem die Antriebskraft-Erzeugungsvorrichtung, der Lenkmechanismus, die Bremsvorrichtung oder dergleichen auf der Basis einer Information über die äußere Umgebung des Fahrzeugs gesteuert wird, wobei die Information mittels der Einheit 12030 zur Detektion von externer Information oder der Einheit 12040 zur Detektion von Information aus dem Inneren des Fahrzeugs erlangt wird.
Der Mikrocomputer 12051 kann auch einen Steuerungsbefehl an die Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020 auf der Basis der externen Information ausgeben, die mittels der Einheit 12030 zur Detektion von externer Information erlangt wird. Beispielsweise steuert der Mikrocomputer 12051 die Frontleuchten entsprechend der Position des vorausfahrenden Fahrzeugs oder des entgegenkommenden Fahrzeugs steuern, die durch die Einheit 12030 zur Detektion von externer Information detektiert wird, und führt eine kooperative Steuerung, um eine blendfreie Wirkung zu erzielen, indem von Fernlicht auf Abblendlicht umgeschaltet wird, oder dergleichen aus.
Die Ton/Bild-Ausgabeeinheit 12052 überträgt ein Audio-Ausgangssignal und/oder ein Bild-Ausgangssignal an eine Ausgabevorrichtung, die eine Information dem (den) Insassen des Fahrzeugs oder der äußeren Umgebung des Fahrzeugs optisch oder akustisch mitteilen kann. Im Beispiel von 66 sind als Ausgabevorrichtungen ein Lautsprecher 12061, eine Anzeigeeinheit 12062 und ein Armaturenbrett 12063 dargestellt. Die Anzeigeeinheit 12062 kann beispielsweise eine bordeigene Anzeige und/oder ein Head-Up-Display umfassen.
67 ist ein Diagramm, das ein Beispiel von Installationspositionen der Bildgebungseinheiten 12031 veranschaulicht.
In 67 enthält ein Fahrzeug 12100 Bildgebungseinheiten 12101, 12102, 12103, 12104 und 12105 als die Bildgebungseinheiten 12031.
Die Bildgebungseinheiten 12101, 12102, 12103, 12104 und 12105 sind beispielsweise an den folgenden Positionen vorgesehen: der Frontpartie eines Fahrzeugs 12100, einem Seitenspiegel, der hinteren Stoßstange, einer Hecktür, einem oberen Teil der Windschutzscheibe im Inneren des Fahrzeugs und dergleichen. Die an der Frontpartie vorgesehene Bildgebungseinheit 12101 und die am oberen Teil der Windschutzscheibe innerhalb des Fahrzeugs vorgesehen Bildgebungseinheit 12105 nehmen Bilder vor dem Fahrzeug 12100 auf. Die an den Seitenspiegeln vorgesehenen Bildgebungseinheiten 12102 und 12103 nehmen vorwiegend Bilder an den Seiten des Fahrzeugs 12100 auf. Die an der hinteren Stoßstange oder einer Hecktür vorgesehene Bildgebungseinheit 12104 nimmt vorwiegend Bilder hinter dem Fahrzeug 12100 auf. Die von den Bildgebungseinheiten 12101 und 12105 erfassten Bilder von vorne werden vorwiegend zur Detektion eines vor dem Fahrzeug 12100 fahrenden Fahrzeugs, eines Fußgängers, eines Hindernisses, einer Verkehrsampel, eines Verkehrszeichens, einer Fahrspur und dergleichen genutzt.
Man beachte, dass 67 ein Beispiel der Abbildungsbereiche der Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104 zeigt. Ein Abbildungsbereich 12111 gibt den Abbildungsbereich der an der Frontpartie vorgesehen Bildgebungseinheit 12101 an. Abbildungsbereiche 12112 und 12113 geben die Abbildungsbereiche der an den jeweiligen Seitenspiegeln vorgesehenen Bildgebungseinheiten 12102 und 12103 an, und ein Abbildungsbereich 12114 gibt den Abbildungsbereich der an der hinteren Stoßstange oder einer Hecktür vorgesehenen Bildgebungseinheit 12104 an. Beispielsweise werden Bilddaten, die durch die Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104 aufgenommen werden, aufeinander überlagert, so dass ein Bild aus der Vogelperspektive des Fahrzeugs 12100, das von oben betrachtet wird, erhalten wird.
Zumindest eine der Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104 kann eine Funktion, um eine Abstandsinformation zu erlangen, aufweisen. Beispielsweise kann zumindest eine der Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104 eine Stereokamera sein, die eine Vielzahl von Bildgebungselementen enthält, oder kann Bildgebungselemente mit Pixeln für eine Detektion von Phasendifferenzen sein.
Beispielsweise berechnet auf der Basis einer von den Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104 erhaltenen Abstandsinformation der Mikrocomputer 12051 die Abstände zu den jeweiligen dreidimensionalen Objekten innerhalb der Abbildungsbereiche 12111 bis 12114 und zeitliche Änderungen in den Abständen (die Geschwindigkeiten relativ zum Fahrzeug 12100). Auf diese Weise kann das dreidimensionale Objekt, das das nächste dreidimensionale Objekt auf dem Fahrweg des Fahrzeugs 12100 ist und mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit (zum Beispiel 0 km/h oder höher) in im Wesentlichen der gleichen Richtung wie das Fahrzeug 12100 fährt, als das Fahrzeug extrahiert werden, das vor dem Fahrzeug 12100 fährt. Ferner kann der Mikrocomputer 12051 einen einzuhaltenden Abstand zwischen Fahrzeugen zum vor dem Fahrzeug 12100 fahrenden Fahrzeug vorher festlegen und kann eine automatische Bremssteuerung (einschließlich einer Nachfolge-Stopp-Steuerung), eine automatische Beschleunigungssteuerung (einschließlich einer Nachfolge-Start-Steuerung) und dergleichen durchführen. Auf diese Weise ist es möglich, eine kooperative Steuerung auszuführen, um einen automatischen Antrieb oder dergleichen zu realisieren, um, ohne vom Eingriff des Fahrers abhängig zu sein, autonom zu fahren.
Beispielsweise kann der Mikrocomputer 12051 auf der Basis der Abstandsinformation, die von den Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104 erhalten wird, dreidimensionale Objektdaten, die dreidimensionale Objekte unter den Kategorien zweirädriger Fahrzeuge, regulärer Fahrzeuge, großer Fahrzeuge, Fußgänger, Strommasten und dergleichen betreffen extrahieren und die dreidimensionalen Objektdaten nutzen, um Hindernissen automatisch auszuweichen. Beispielsweise klassifiziert der Mikrocomputer 12051 die Hindernisse in der Nähe des Fahrzeugs 12100 in Hindernisse, die für den Fahrer des Fahrzeugs 12100 sichtbar sind, und Hindernisse, die optisch schwer zu erkennen ist. Der Mikrocomputer 12051 bestimmt dann Kollisionsrisiken, die die Risiken einer Kollision mit den jeweiligen Hindernissen angeben. Falls ein Kollisionsrisiko gleich einem eingestellten Wert oder höher ist und eine Möglichkeit einer Kollision besteht, kann der Mikrocomputer 12051 über den Lautsprecher 12061 und die Anzeigeeinheit 12062 eine Warnung an den Fahrer ausgeben oder kann eine Fahrassistenz ausführen, um eine Kollision zu vermeiden, indem über die Antriebssystem-Steuerungseinheit 12010 eine erzwungene Abbremsung oder Ausweichlenkbewegung durchgeführt wird.
Zumindest eine der Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104 kann eine Infrarotkamera sein, die Infrarotstrahlen detektiert. Beispielsweise kann der Mikrocomputer 12051 einen Fußgänger erkennen, indem bestimmt wird, ob in den mittels der Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104 aufgenommenen Bildern ein Fußgänger vorhanden ist oder nicht. Eine solche Erkennung eines Fußgängers wird beispielsweise mittels eines Prozesses zum Extrahieren von Merkmalspunkten aus den Bildern, die mittels der als Infrarotkameras dienenden Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104 aufgenommen wurden, und eines Prozesses zum Durchführen eines Musterabgleichs an der Reihe von Merkmalspunkten, die die Konturen von Objekten angeben, und zum Bestimmen, ob es einen Fußgänger gibt oder nicht, ausgeführt. Falls der Mikrocomputer 12051 bestimmt, dass es in den mittels der Bildgebungseinheiten 12101 bis 12104 aufgenommenen Bildern einen Fußgänger gibt, und einen Fußgänger erkennt, steuert die Ton/Bild-Ausgabeeinheit 12052 die Anzeigeeinheit 12062, um eine viereckige Konturlinie zum Hervorheben des erkannten Fußgängers überlagert anzuzeigen. Die Ton/Bild-Ausgabeeinheit 12052 kann ferner die Anzeigeeinheit 12062 auch steuern, um ein Symbol oder dergleichen, das den Fußgänger angibt, an einer gewünschten Position anzuzeigen.
Die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung auch für ein System für endoskopische Chirurgie verwendet.
68 ist ein Diagramm, das eine Beispielkonfiguration eines Systems für endoskopische Chirurgie schematisch darstellt, für das die Technologie (die vorliegende Technologie) gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann.
68 zeigt eine Situation, in der ein Chirurg (Arzt) 11131 gerade einen chirurgischen Eingriff an einem Patienten 11132 auf einem Patientenbett 11133 unter Verwendung eines Systems 11000 für endoskopische Chirurgie durchführt. Wie in der Zeichnung dargestellt ist, umfasst das System 11000 für endoskopische Chirurgie ein Endoskop 11100, andere chirurgische Instrumente 11110 wie ein Pneumoperitoneum-Rohr 11111 und ein Instrument 11112 zur Energiebehandlung, eine Trägerarmvorrichtung 11120, die das Endoskop 11100 trägt, und einen Rollwagen 11200, auf dem verschiedene Arten von Vorrichtungen für endoskopische Chirurgie montiert sind.
Das Endoskop 11100 umfasst einen Tubus 11101, der einen Bereich mit einer vorbestimmten Länge vom vorderen Ende aufweist, das in einen Körperhohlraum des Patienten 11132 eingeführt wird, und einen Kamerakopf 11102, der mit dem Basisende des Tubus 11101 verbunden ist. In dem in der Zeichnung veranschaulichten Beispiel ist das Endoskop 11100 als sogenanntes starres Endoskop bzw. starrer Rahmen mit einem starren Tubus 11101 entworfen bzw. ausgelegt. Das Endoskop 11100 kann jedoch als sogenanntes flexibles Endoskop bzw. flexibler Rahmen mit einem flexiblen Tubus entworfen sein.
Am vorderen Ende des Tubus 11101 ist eine Öffnung vorgesehen, in die eine Objektivlinse eingesetzt ist. Eine Lichtquellenvorrichtung 11203 ist mit dem Endoskop 11100 verbunden, und von der Lichtquellenvorrichtung 11203 erzeugtes Licht wird zum vorderen Ende des Tubus durch einen Lichtleiter geführt, der sich innerhalb des Tubus 11101 erstreckt, und wird über die Objektivlinse in Richtung des aktuellen Betrachtungsziels im Körperhohlraum des Patienten 11132 emittiert. Man beachte, dass das Endoskop 11100 ein Endoskop für Geradeaussicht, ein Endoskop für Schrägsicht oder ein Endoskop für eine Seitensicht sein kann.
Innerhalb des Kamerakopfes 11102 sind ein optisches System und Bildgebungselemente vorgesehen, und reflektiertes Licht (Beobachtungslicht) vom aktuellen Betrachtungsziel wird durch das optische System auf den Bildgebungselementen zusammengeführt bzw. gebündelt. Das Beobachtungslicht wird durch das Bildgebungselement fotoelektrisch umgewandelt, und ein dem Beobachtungslicht entsprechendes elektrisches Signal, oder einem Betrachtungsbild entsprechendes Bildsignal wird erzeugt. Das Bildsignal wird als Rohdaten zu einer Kamera-Steuerungseinheit (CCU) 11201 übertragen.
Die CCU 11201 ist aus einer zentralen Verarbeitungseinheit (CPU), einer Graphikverarbeitungseinheit (GPU) oder dergleichen geschaffen und steuert zusammen die Betriebsvorgänge des Endoskops 11100 und der Anzeigevorrichtung 11202. Ferner empfängt die CCU 11201 ein Bildsignal vom Kamerakopf 11102 und unterzieht das Bildsignal verschiedenen Arten einer Bildverarbeitung wie etwa beispielsweise einem Entwicklungsprozess (einem Demosaicing-Prozess), um ein auf dem Bildsignal basierendes Bild anzuzeigen.
Unter der Steuerung der CCU 11201 zeigt die Anzeigevorrichtung 11202 ein auf dem Bildsignal basierendes Bild, das von der CCU 11201 der Bildverarbeitung unterzogen wurde, an.
Die Lichtquellenvorrichtung 11203 ist aus einer Lichtquelle wie etwa beispielsweise einer lichtemittierende Diode (LED) geschaffen und stellt dem Endoskop 11100 Bestrahlungslicht zum Abbilden der Stelle des chirurgischen Eingriffs bereit.
Eine Eingabevorrichtung 11204 ist eine Eingabeschnittstelle für das System 11000 für endoskopische Chirurgie. Der Nutzer kann über die Eingabevorrichtung 11204 verschiedene Arten einer Information und Anweisungen in das System 11000 für endoskopische Chirurgie eingeben. Beispielsweise gibt der Nutzer eine Anweisung oder dergleichen ein, um Bedingungen zur Abbildung bzw. Bildgebung (wie etwa die Art eines Bestrahlungslichts, die Vergrößerung und die Brennweite) für das Endoskop 11100 zu ändern.
Die Vorrichtung 11205 zur Steuerung eines Behandlungsinstruments steuert eine Ansteuerung des Energiebehandlungsinstruments 11112 für die Kauterisierung bzw. Verätzung von Gewebe, den Schnitt, die Versiegelung von Blutgefäßen oder dergleichen. Um ein Sichtfeld des Endoskops 11100 und den Arbeitsraum für den Chirurg sicherzustellen, injiziert eine Pneumoperitoneum-Vorrichtung 11206 über das Pneumoperitoneum-Rohr 11111 Gas in einen Körperhohlraum des Patienten 11132, um den Körperhohlraum des Patienten 11132 aufzublähen. Eine Aufzeichnungsvorrichtung 11207 ist eine Vorrichtung, die verschiedene Arten von Information über den chirurgischen Eingriff aufzeichnen kann. Ein Drucker 11208 ist eine Vorrichtung, die verschiedene Arten von Information in Bezug auf den chirurgischen Eingriff in verschiedenen Formaten wie etwa als Text, Bild oder grafische Darstellung drucken kann.
Man beachte, dass die Lichtquellenvorrichtung 11203, die dem Endoskop 11100 das Bestrahlungslicht zum Abbilden der Stelle des chirurgischen Eingriffs bereitstellt, zum Beispiel von einer LED, einer Laserlichtquelle oder einer Weißlichtquelle gebildet werden kann, die eine Kombination einer LED und einer Laserlichtquelle ist. Falls eine Weißlichtquelle von einer Kombination von RGB-Laserlichtquellen gebildet wird, können die Ausgabeintensität und der Ausgabezeitpunkt jeder Farbe (jeder Wellenlänge) mit hoher Genauigkeit gesteuert werden. Dementsprechend kann der Weißabgleich eines mit der Lichtquellenvorrichtung 11203 aufgenommenen Bildes eingestellt werden. Alternativ dazu kann in diesem Fall Laserlicht von jeder der RGB-Laserlichtquellen auf das aktuelle Betrachtungsziel in Zeitmultiplex-Weise emittiert werden, und eine Ansteuerung der Bildgebungselemente des Kamerakopfes 11102 kann synchron mit dem Zeitpunkt der Lichtemission gesteuert werden. Somit können den jeweiligen RGB-Farben entsprechende Bilder in Zeitmultiplex-Weise aufgenommen werden. Gemäß solch einem Verfahren kann ein Farbbild ohne einen in den Bildgebungselementen vorgesehenen Farbfilter aufgenommen werden.
Ferner kann die Ansteuerung der Lichtquellenvorrichtung 11203 auch so gesteuert werden, dass die Intensität des abzugebenden Lichts in vorbestimmten Zeitintervallen geändert wird. Die Ansteuerung der Bildgebungselemente des Kamerakopfes 11102 wird synchron mit dem Zeitpunkt der Änderung der Intensität des Lichts gesteuert, und Bilder werden in Zeitmultiplex-Weise erfasst werden und dann kombiniert. Somit kann ein Bild mit einem hohen Dynamikbereich ohne schwarze Bereiche und ohne weiße Punkte bzw. Flecken erzeugt werden.
Ferner kann die Lichtquellenvorrichtung 11203 auch so ausgelegt sein, dass sie Licht eines vorbestimmten Wellenlängenbands, das mit einer Betrachtung mit speziellem Licht kompatibel ist, bereitstellen kann. Bei der Betrachtung mit speziellem Licht wird beispielsweise Licht eines schmaleren Bandes als des Bestrahlungslichts (oder Weißlichts) zur Zeit einer gewöhnlichen Betrachtung emittiert, wobei die Wellenlängenabhängigkeit einer Lichtabsorption im Körpergewebe ausgenutzt wird. Infolgedessen wird eine sogenannte Betrachtung mit schmalbandigem Licht (schmalbandige Bildgebung) durchgeführt, um ein vorbestimmtes Gewebe wie etwa ein Blutgefäß in einem mukosalen Oberflächenbereich mit einem hohen Kontrast abzubilden. Alternativ dazu kann bei einer Betrachtung mit speziellem Licht eine Fluoreszenzbetrachtung vorgenommen werden, um ein Bild mit durch Emission eines Anregungslichts erzeugter Fluoreszenz zu erhalten. Bei der Fluoreszenzbetrachtung wird Anregungslicht zum Körpergewebe emittiert, so dass die Fluoreszenz vom Körpergewebe beobachtet werden kann (Autofluoreszenz-Betrachtung. Alternativ dazu wird beispielsweise ein Reagenzmittel wie etwa Indocyaningrün (ICG) lokal in Körpergewebe injiziert und wird Anregungslicht, das der Fluoreszenzwellenlänge des Reagenzmittels entspricht, zum Körpergewebe emittiert, so dass ein Fluoreszenzbild erhalten werden kann. Die Lichtquellenvorrichtung 11203 kann dafür ausgelegt sein, das schmalbandige Licht und/oder Anregungslicht, das mit solcher einer Betrachtung mit speziellem Licht kompatibel ist, bereitzustellen.
69 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel der funktionalen Konfigurationen des Kamerakopfes 11102 und der CCU 11201 zeigt, die in 68 dargestellt sind.
Der Kamerakopf 11102 enthält eine Linseneinheit 11401, eine Bildgebungseinheit 11402, eine Ansteuerungseinheit 11403, eine Kommunikationseinheit 11404 und eine Kamerakopf-Steuerungseinheit 11405. Die CCU 11201 enthält eine Kommunikationseinheit 11411, eine Bildverarbeitungseinheit 11412 und eine Steuerungseinheit 11413. Der Kamerakopf 11102 und die CCU 11201 sind für eine Kommunikation miteinander durch ein Übertragungskabel 11400 verbunden.
Die Linseneinheit 11401 ist ein optisches System, das am Verbindungsbereich mit dem Tubus 11101 vorgesehen ist. Vom vorderen Ende des Tubus 11101 aufgenommenes Beobachtungslicht wird zum Kamerakopf 11102 geführt und tritt in die Linseneinheit 11401 ein. Die Linseneinheit 11401 wird von einer Kombination einer Vielzahl von Linsen, einschließlich einer Zoomlinse und einer Fokuslinse, gebildet.
Die Bildgebungseinheit 11402 wird von Bildgebungselementen. Die Bildgebungseinheit 11402 kann von einem Bildgebungselement gebildet werden (sogenannter Einzelplattentyp) oder kann von einer Vielzahl von Bildgebungselementen gebildet werden (sogenannter Mehrfach-Plattentyp). Falls die Bildgebungseinheit 11402 beispielsweise vom Mehrfach-Plattentyp ist, können Bildsignale entsprechend den jeweiligen RGB-Farben durch die jeweiligen Bildgebungselemente erzeugt werden und dann kombiniert werden, um ein Farbbild zu erhalten. Alternativ dazu kann die Bildgebungseinheit 11402 so ausgelegt sein, dass sie ein Paar Bildgebungselemente enthält, um Bildsignale für das rechte Auge und das linke Auge zu erlangen, die einer dreidimensionalen (3D) Anzeige kompatibel sind. Wenn die 3D-Anzeige ausgeführt wird, kann der Chirurg 11131 die Tiefe des Körpergewebes an der Stelle des chirurgischen Eingriffs genauer erfassen. Man beachte, dass, falls die Bildgebungseinheit 11402 vom Mehrfach-Plattentyp ist, eine Vielzahl von Linseneinheiten 11401 für die jeweiligen Bildgebungselemente vorgesehen ist.
Ferner ist die Bildgebungseinheit 11402 nicht notwendigerweise im Kamerakopf 11102 vorgesehen. Beispielsweise kann die Bildgebungseinheit 11402 unmittelbar hinter der Objektivlinse im Tubus 11101 vorgesehen sein.
Die Ansteuerungseinheit 11403 wird von einem Aktuator gebildet und bewegt unter der Steuerung der Kamerakopf-Steuerungseinheit 11405 die Zoomlinse und die Fokuslinse der Linseneinheit 11401 um einen vorbestimmten Abstand entlang einer optischen Achse. Mit dieser Anordnung können die Vergrößerung und der Brennpunkt des durch die Bildgebungseinheit 11402 aufgenommenen Bildes geeignet eingestellt werden.
Die Kommunikationseinheit 11404 wird von einer Kommunikationsvorrichtung zum Übertragen und Empfangen verschiedener Arten von Information zu und von der CCU 11201 gebildet. Die Kommunikationseinheit 11404 überträgt das von der Bildgebungseinheit 11402 als RAW- bzw. Rohdaten erhaltene Bildsignal über das Übertragungskabel 11400 zur CCU 11201.
Die Kommunikationseinheit 11404 empfängt auch ein Steuerungssignal zum Steuern der Ansteuerung des Kamerakopfes 11102 von der CCU 11201 und stellt das Steuerungssignal der Kamerakopf-Steuerungseinheit 11405 bereit. Das Steuerungssignal enthält Information über mit der Abbildungs- bzw. Bildgebungsbedingungen wie etwa zum Beispiel eine Information, um eine Frame-Rate aufgenommener Bilder zu bestimmen, eine Information, um einen Belichtungswert zur Zeit einer Abbildung zu bestimmen, und/oder eine Information, um die Vergrößerung und den Brennpunkt aufgenommener Bilder zu bestimmen.
Man beachte, dass die obigen Bildgebungsbedingungen wie etwa die Frame-Rate, der Belichtungswert, die Vergrößerung und der Brennpunkt durch den Nutzer geeignet bestimmt werden können oder durch die Steuerungseinheit 11413 der CCU 11201 auf der Basis eines erfassten Bildsignals automatisch eingestellt werden können. Im letztgenannten Fall hat das Endoskop 11100 eine sogenannte Funktion einer automatischen Belichtung (AE), Funktion eines Autofokus (AF) und Funktion eines automatischen Weißabgleichs (AWB).
Die Kamerakopf-Steuerungseinheit 11405 steuert die Ansteuerung des Kamerakopfes 11102 auf der Basis eines über die Kommunikationseinheit 11404 von der CCU 11201 empfangenen Steuerungssignals.
Die Kommunikationseinheit 11411 wird von einer Kommunikationsvorrichtung, um verschiedene Arten von Information zu Kamerakopf 11102 zu übertragen und von ihm zu empfangen, gebildet. Die Kommunikationseinheit 11411 empfängt über das Übertragungskabel 11400 ein vom Kamerakopf 11102 übertragenes Bildsignal.
Ferner überträgt die Kommunikationseinheit 11411 auch ein Steuerungssignal zum Steuern der Ansteuerung des Kamerakopfes 11102 zum Kamerakopf 11102. Das Bildsignal und das Steuerungssignal können über eine elektrische Kommunikation, optische Kommunikation oder dergleichen übertragen werden.
Die Bildverarbeitungseinheit 11412 führt verschiedene Arten einer Bildverarbeitung an einem Bildsignal durch, das vom Kamerakopf 11102 übertragene RAW- bzw. Rohdaten ist.
Die Steuerungseinheit 11413 führt verschiedene Arten einer Steuerung bezüglich einer Anzeige eines mittels des Endoskops 11100 aufgenommenen Bildes des Teils eines chirurgischen Eingriffs oder dergleichen und eines aufgenommenen Bildes, das durch eine Abbildung der Stelle eines chirurgischen Eingriffs erhalten wurde, der dergleichen durch. Beispielsweise erzeugt die Steuerungseinheit 11413 ein Steuerungssignal, um die Ansteuerung des Kamerakopfes 11102 zu steuern.
Ferner veranlasst die Steuerungseinheit 11413 auch, dass die Anzeigevorrichtung 11202 ein aufgenommenes Bild der Stelle eines chirurgischen Eingriffs oder dergleichen anzeigt, auf der Basis des Bildsignals, das der Bildverarbeitung durch die Bildverarbeitungseinheit 11412 unterzogen wurde. Dabei kann die Steuerungseinheit 11413 unter Verwendung verschiedener Bilderkennungstechniken die jeweiligen Objekte im aufgenommenen Bild erkennen. Beispielsweise kann die Steuerungseinheit 11413 die Form, die Farbe und dergleichen der Ränder eines Objekts, das im aufgenommenen Bild dargestellt ist, detektieren, um das chirurgische Instrument wie etwa eine Pinzette bzw. Zange, eine bestimmte Körperstelle, eine Blutung, Dunst zu der Zeit, zu der das Energiebehandlungsinstrument 11112 verwendet wird, und dergleichen zu erkennen. Wenn veranlasst wird, dass die Anzeigevorrichtung 11202 das aufgenommene Bild anzeigt, kann die Steuerungseinheit 11413 unter Verwendung des Erkennungsergebnisses veranlassen, dass die Anzeigevorrichtung 11202 dem Bild der Stelle eines chirurgischen Eingriffs verschiedene Arten einer Information zur Unterstützung eines chirurgischen Eingriffs überlagert. Wenn die Information zur Unterstützung eines chirurgischen Eingriffs überlagert und angezeigt und somit dem Chirurgen 11131 präsentiert wird, wird es möglich, die Belastung für den Chirurgen 11131 zu reduzieren und dem Chirurgen 11131 zu ermöglichen, den chirurgischen Eingriff sicher fortzuführen.
Das Übertragungskabel 11400, das den Kamerakopf 11102 und die CCU 11201 verbindet, ist ein elektrisches Signalkabel, das mit einer Kommunikation elektrischer Signale kompatibel ist, eine Lichtleitfaser, die mit einer optischen Kommunikation kompatibel ist, oder ein Verbundkabel davon.
In dem in der Zeichnung dargestellten Beispiel wird eine Kommunikation unter Verwendung des Übertragungskabels 11400 drahtgebunden durchgeführt. Jedoch kann eine die Kommunikation zwischen dem Kamerakopf 11102 und der CCU 11201 drahtlos durchgeführt werden.
Man beachte, dass das System für endoskopische Chirurgie hierin als ein Beispiel beschrieben wurde, die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung aber beispielsweise für ein System für mikroskopische Chirurgie oder dergleichen verwendet werden kann.
Man beachte, dass die vorliegende Offenbarung auch in den unten beschriebenen Konfigurationen verkörpert werden kann.
[A01] «Bildgebungsvorrichtung: Erste Ausführungsform»
Eine Bildgebungsvorrichtung, umfassend:

ein effektives Pixelgebiet, das eine Vielzahl von Bildgebungselementen-A enthält, Signalladungen, die durch fotoelektrische Umwandlung erzeugt werden, verstärkt und die Signalladungen in eine Ansteuerungsschaltung liest; und
ein optisches schwarzes Gebiet, das eine Vielzahl von Bildgebungselementen-B enthält, das effektive Pixelgebiet umgibt und optisches Schwarz ausgibt, das als Referenz für einen Schwarzpegel dient, worin
die fotoelektrische Umwandlungsschicht, die die Vielzahl von Bildgebungselementen-A und die Vielzahl von Bildgebungselementen-B bildet, eine gemeinsame fotoelektrische Umwandlungsschicht ist,
die gemeinsame fotoelektrische Umwandlungsschicht auf einer äußeren Seite des optischen schwarzen Gebiets gelegen ist und sich in Richtung eines äußeren Randgebiets erstreckt, das das optische schwarze Gebiet umgibt, und
eine äußere Randelektrode in dem äußeren Randgebiet angeordnet ist.

[A02] Die Bildgebungsvorrichtung gemäß [A01], worin die äußere Randelektrode so positioniert ist, dass sie über eine Isolierschicht der gemeinsamen fotoelektrischen Umwandlungsschicht gegenüberliegt.
[A03] Die Bildgebungsvorrichtung gemäß [A02], worin ein Potential mit dem gleichen Vorzeichen wie die Signalladungen an die äußere Randelektrode angelegt wird.
[A04] Die Bildgebungsvorrichtung gemäß [A03], worin ein Potential mit dem gleichen Vorzeichen wie die Signalladungen während eines Betriebs der Bildgebungsvorrichtung konstant an die äußere Randelektrode angelegt wird.
[A05] Die Bildgebungsvorrichtung gemäß [A01], worin die äußere Randelektrode mit der gemeinsamen fotoelektrischen Umwandlungsschicht verbunden ist.
[A06] Die Bildgebungsvorrichtung gemäß [A01], worin die äußere Randelektrode eine erste äußere Randelektrode, die so positioniert ist, dass sie über eine Isolierschicht der gemeinsamen fotoelektrischen Umwandlungsschicht gegenüberliegt, und eine zweite äußere Randelektrode umfasst, die auf einer äußeren Seite der ersten äußeren Randelektrode angeordnet und mit der gemeinsamen fotoelektrischen Umwandlungsschicht verbunden ist.
[A07] Die Bildgebungsvorrichtung gemäß einem von [A01] bis [A06], worin die äußere Randelektrode das optische schwarze Gebiet umgibt.
[A08] Die Bildgebungsvorrichtung gemäß [A07], worin die äußere Randelektrode, die das optische schwarze Gebiet umgibt, eine ununterbrochene Form hat.
[A09] Die Bildgebungsvorrichtung gemäß [A07], worin die äußere Randelektrode, die das optische schwarze Gebiet umgibt, eine unterbrochene Form hat.
[A10] Die Bildgebungsvorrichtung gemäß einem von [A01] bis [A09], worin
jedes der Bildgebungselemente-A und der Bildgebungselemente-B
eine fotoelektrische Umwandlungseinheit enthält, in der eine erste Elektrode, die fotoelektrische Umwandlungsschicht und eine zweite Elektrode gestapelt sind,
die fotoelektrische Umwandlungseinheit ferner eine Ladungsspeicherelektrode enthält, die in einem Abstand von der ersten Elektrode angeordnet und so positioniert ist, dass sie über eine Isolierschicht der fotoelektrischen Umwandlungsschicht gegenüberliegt,
die fotoelektrische Umwandlungsschicht, die die Bildgebungselemente-A bildet, und die fotoelektrische Umwandlungsschicht, die die Bildgebungselemente-B bildet, mit der gemeinsamen fotoelektrischen Umwandlungsschicht ausgebildet sind,
die zweite Elektrode, die die Bildgebungselemente-A bildet, und die zweite Elektrode, die die Bildgebungselemente-B bildet, mit einer gemeinsamen zweiten Elektrode ausgebildet sind und
Licht von der Seite der gemeinsamen zweiten Elektrode aus eintritt.
[A11] Die Bildgebungsvorrichtung gemäß [A10], worin die äußere Randelektrode in Bezug auf die gemeinsame fotoelektrische Umwandlungsschicht auf der Seite der ersten Elektrode angeordnet ist.
[A12] Die Bildgebungsvorrichtung gemäß [A10], worin die äußere Randelektrode in Bezug auf die gemeinsame fotoelektrische Umwandlungsschicht auf der Seite der zweiten Elektrode angeordnet ist.
[A13] «Bildgebungsvorrichtung: Zweite Ausführungsform»
Eine Bildgebungsvorrichtung, umfassend:

ein effektives Pixelgebiet, das eine Vielzahl von Bildgebungselementen-A enthält, Signalladungen, die durch fotoelektrische Umwandlung erzeugt werden, verstärkt und die Signalladungen in eine Ansteuerungsschaltung liest;
ein optisches schwarzes Gebiet, das eine Vielzahl von Bildgebungselementen-B enthält, das effektive Pixelgebiet umgibt und optisches Schwarz ausgibt, das als eine Referenz für einen Schwarzpegel dient; und
ein äußeres Randgebiet, das eine Vielzahl von Bildgebungselementen-C enthält und das optische schwarze Gebiet umgibt, worin
eine fotoelektrische Umwandlungsschicht, die die Vielzahl von Bildgebungselementen-A, die Vielzahl von Bildgebungselementen-B und die von Bildgebungselementen-C bildet, eine gemeinsame fotoelektrische Umwandlungsschicht ist und
die Bildgebungselemente-C während eines Betriebs der Bildgebungsvorrichtung immer in einem Betriebszustand sind.

[A14] Die Bildgebungsvorrichtung gemäß [A13], worin
jedes der Bildgebungselemente-A, der Bildgebungselemente-B und der Bildgebungselemente-C
eine fotoelektrische Umwandlungseinheit enthält, in der eine erste Elektrode, die fotoelektrische Umwandlungsschicht und eine zweite Elektrode gestapelt sind,
die fotoelektrische Umwandlungseinheit ferner eine Ladungsspeicherelektrode enthält, die in einem Abstand von der ersten Elektrode angeordnet und so positioniert ist, dass sie über eine Isolierschicht der fotoelektrischen Umwandlungsschicht gegenüberliegt,
die fotoelektrische Umwandlungsschicht, die die Bildgebungselemente-A bildet, die fotoelektrische Umwandlungsschicht, die die Bildgebungselemente-B bildet, und die fotoelektrische Umwandlungsschicht, die die Bildgebungselemente-C bildet, mit der gemeinsamen fotoelektrischen Umwandlungsschicht ausgebildet sind,
die zweite Elektrode, die die Bildgebungselemente-A bildet, die zweite Elektrode, die die Bildgebungselemente-B bildet, und die zweite Elektrode, die die Bildgebungselemente-C bildet, mit einer gemeinsamen zweiten Elektrode ausgebildet sind,
während eines Betriebs der Bildgebungsvorrichtung ein Potential mit einem Vorzeichen, das das entgegengesetzte des Vorzeichens der Signalladungen ist, konstant an die die Bildgebungselemente-C bildenden ersten Elektroden angelegt wird und
während eines Betriebs der Bildgebungsvorrichtung ein Potential mit dem gleichen Vorzeichen wie das Vorzeichen der Signalladungen an die die Bildgebungselemente-C bildenden Ladungsspeicherelektroden angelegt wird.
[A15] Die Bildgebungsvorrichtung gemäß [A13] oder [A14], worin die Dicke einer die Bildgebungselemente-C bildenden Isolierschicht kleiner als die Dicke einer die Bildgebungselemente-A und die Bildgebungselemente-B bildenden Isolierschicht ist.
[A16] Die Bildgebungsvorrichtung gemäß [A10] oder [A14], worin die fotoelektrische Umwandlungseinheit ferner eine Isolierschicht und eine Ladungsspeicherelektrode enthält, die in einem Abstand von der ersten Elektrode angeordnet und so positioniert ist, dass sie über die Isolierschicht der fotoelektrischen Umwandlungsschicht gegenüberliegt.
[B01] Die Bildgebungsvorrichtung gemäß [A10] oder [A14], ferner umfassend
ein Halbleitersubstrat,
worin die fotoelektrische Umwandlungseinheit oberhalb des Halbleitersubstrats angeordnet ist.
[B02] Die Bildgebungsvorrichtung gemäß [B01], worin sich die erste Elektrode in einer in der Isolierschicht ausgebildeten Öffnung erstreckt und mit der fotoelektrischen Umwandlungsschicht verbunden ist.
[B03] Die Bildgebungsvorrichtung gemäß [B01], worin sich die fotoelektrische Umwandlungsschicht in einer in der Isolierschicht ausgebildeten Öffnung erstreckt und mit der ersten Elektrode verbunden ist.
[B04] «Steuerung der Potentiale der ersten Elektrode und der Ladungsspeicherelektrode»
Die Bildgebungsvorrichtung gemäß einem von [B01] bis [B03], ferner umfassend
eine Steuerungseinheit, die in dem Halbleitersubstrat angeordnet ist und eine Ansteuerungsschaltung enthält, worin
die erste Elektrode und die Ladungsspeicherelektrode mit der Ansteuerungsschaltung verbunden sind,
in einer Ladungsakkumulierungsperiode die Ansteuerungsschaltung ein Potential V₁₁ an die erste Elektrode und ein Potential V₁₂ an die Ladungsspeicherelektrode anlegt, um elektrische Ladungen in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht zu akkumulieren, und
in einer Ladungsübertragungsperiode die Ansteuerungsschaltung ein Potential V₂₁ an die erste Elektrode und ein Potential V₂₂ an die Ladungsspeicherelektrode anlegt, um die in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht akkumulierten elektrischen Ladungen über die erste Elektrode in die Steuerungseinheit zu lesen.
Hier ist das Potential der ersten Elektrode höher als das Potential der zweiten Elektrode, so dass sie dem Folgenden genügen:
V₁₂ ≥ V₁₁ und V₂₂ < V₂₁
[B05] «Übertragungs-Steuerelektrode»
Die Bildgebungsvorrichtung gemäß einem von [B01] bis [B04], ferner umfassend
eine Übertragungs-Steuerelektrode, die zwischen der ersten Elektrode und der Ladungsspeicherelektrode angeordnet ist, in einem Abstand von der ersten Elektrode und der Ladungsspeicherelektrode angeordnet und so positioniert ist, dass sie über die Isolierschicht der fotoelektrischen Umwandlungsschicht gegenüberliegt.
[B06] «Steuerung der Potentiale der ersten Elektrode, der Ladungsspeicherelektrode und der Übertragungs-Steuerelektrode»
Die Bildgebungsvorrichtung gemäß [B05], ferner umfassend
eine Steuerungseinheit, die in dem Halbleitersubstrat angeordnet ist und die Ansteuerungsschaltung enthält, worin
die erste Elektrode, die Ladungsspeicherelektrode und die Übertragungs-Steuerelektrode mit der Ansteuerungsschaltung verbunden sind,
in einer Ladungsakkumulierungsperiode die Ansteuerungsschaltung ein Potential V₁₁ an die erste Elektrode, ein Potential V₁₂ an die Ladungsspeicherelektrode und ein Potential V₁₃ an die Übertragungs-Steuerelektrode anlegt, um elektrische Ladungen in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht zu akkumulieren, und
in einer Ladungsübertragungsperiode die Ansteuerungsschaltung ein Potential V₂₁ an die erste Elektrode, ein Potential V₂₂ an die Ladungsspeicherelektrode und ein Potential V₂₃ an die Übertragungs-Steuerelektrode anlegt, um die in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht akkumulierten elektrischen Ladungen über die erste Elektrode in die Steuerungseinheit zu lesen.
Hier ist das Potential der ersten Elektrode höher als das Potential der zweiten Elektrode, so dass sie dem Folgenden genügen: $V_{12} > V_{13}$
und $V_{22} \leq V_{23} \leq V_{21}$
[B07] «Ladungsemissionselektrode»
Die Bildgebungsvorrichtung gemäß einem von [B01] bis [B06], ferner umfassend
eine Ladungsemissionselektrode, die mit der fotoelektrischen Umwandlungsschicht verbunden und in einem Abstand von der ersten Elektrode und der Ladungsspeicherelektrode angeordnet ist.
[B08] Die Bildgebungsvorrichtung gemäß [B07], worin die Ladungsemissionselektrode so positioniert ist, dass sie die erste Elektrode und die Ladungsspeicherelektrode umgibt.
[B09] «Steuerung der Potentiale der ersten Elektrode, der Ladungsspeicherelektrode und der Ladungsemissionselektrode»
Die Bildgebungsvorrichtung gemäß einem von [B01] bis [B08], ferner umfassend
eine Steuerungseinheit, die in dem Halbleitersubstrat angeordnet ist und eine Ansteuerungsschaltung enthält, worin
die erste Elektrode, die Ladungsspeicherelektrode und die Ladungsemissionselektrode mit der Ansteuerungsschaltung verbunden sind,
in einer Ladungsakkumulierungsperiode die Ansteuerungsschaltung ein Potential V₁₁ an die erste Elektrode, ein Potential V₁₂ an die Ladungsspeicherelektrode und ein Potential V₁₄ an die Ladungsemissionselektrode anlegt, um elektrische Ladungen in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht zu akkumulieren, und
in einer Ladungsübertragungsperiode die Ansteuerungsschaltung ein Potential V₂₁ an die erste Elektrode, ein Potential V₂₂ an die Ladungsspeicherelektrode und ein Potential V₂₄ an die Ladungsemissionselektrode anlegt, um die in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht akkumulierten elektrischen Ladungen über die erste Elektrode in die Steuerungseinheit zu lesen.
Hier ist das Potential der ersten Elektrode höher als das Potential der zweiten Elektrode, so dass sie dem Folgenden genügen: $V_{14} > V_{11}$
und $V_{24} < V_{21}$
[B10] «Segmente einer Ladungsspeicherelektrode»
Die Bildgebungsvorrichtung gemäß einem von [B01] bis [B09], worin die Ladungsspeicherelektrode mit einer Vielzahl von Segmenten einer Ladungsspeicherelektrode ausgebildet ist.
[B11] Die Bildgebungsvorrichtung gemäß [B10], worin,
wenn das Potential der ersten Elektrode höher als das Potential der zweiten Elektrode ist, das Potential, das an das Segment einer Ladungsspeicherelektrode angelegt werden soll, das der ersten Elektrode am nächsten gelegen ist, in einer Ladungsübertragungsperiode höher ist als das Potential, das an das Segment einer Ladungsspeicherelektrode angelegt werden soll, das von der ersten Elektrode am weitesten entfernt gelegen ist, und,
wenn das Potential der ersten Elektrode niedriger als das Potential der zweiten Elektrode ist, das Potential, das an das Segment einer Ladungsspeicherelektrode angelegt werden soll, das der ersten Elektrode am nächsten gelegen ist, in einer Ladungsübertragungsperiode niedriger ist als das Potential, das an das Segment einer Ladungsspeicherelektrode angelegt werden soll, das von der ersten Elektrode am weitesten entfernt gelegen ist.
[B12] Die Bildgebungsvorrichtung gemäß einem von [B01] bis [B11], worin
zumindest eine Floating-Diffusionsschicht und ein Verstärkungstransistor, die die Steuerungseinheit bilden, im Halbleitersubstrat angeordnet sind und
die erste Elektrode mit der Floating-Diffusionsschicht und dem Gate-Bereich des Verstärkungstransistors verbunden ist.
[B13] Die Bildgebungsvorrichtung gemäß [B12], worin
ein Rücksetztransistor und ein Auswahltransistor, die die Steuerungseinheit bilden, ferner im Halbleitersubstrat angeordnet sind,
die Floating-Diffusionsschicht mit einem Source/Drain-Gebiet des Rücksetztransistors verbunden ist und
ein Source/Drain-Gebiet des Verstärkungstransistors mit einem Source/Drain-Gebiet des Auswahltransistors verbunden ist und das andere Source/Drain-Gebiet des Auswahltransistors mit einer Signalleitung verbunden ist.
[B14] Die Bildgebungsvorrichtung gemäß einem von [B01] bis [B13], worin die Größe der Ladungsspeicherelektrode größer als diejenige der ersten Elektrode ist.
[B15] «Bildgebungselement: Erste Konfiguration»
Die Bildgebungsvorrichtung gemäß einem von [B01] bis [B14], worin
die fotoelektrische Umwandlungseinheit mit N (N ≥ 2) Segmenten einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit ausgebildet ist,
die fotoelektrische Umwandlungsschicht und die fotoelektrische Umwandlungsschicht mit N Segmenten einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht ausgebildet sind,
die Isolierschicht mit N Segmenten einer Isolierschicht ausgebildet ist,
die Ladungsspeicherelektrode mit N Segmenten einer Ladungsspeicherelektrode ausgebildet ist,
das n-te (n = 1, 2, 3, ..., N) Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit das n-te Segment einer Ladungsspeicherelektrode, das n-te Segment einer Isolierschicht und das n-te Segment einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht enthält,
ein Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit mit einem größeren Wert als n von der ersten Elektrode weiter entfernt gelegen ist und
die Dicken der Segmente einer Isolierschicht vom ersten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit zum N-ten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit allmählich variieren.
[B16] «Bildgebungselement: Zweite Konfiguration»
Die Bildgebungsvorrichtung gemäß einem von [B01] bis [B14], worin
die fotoelektrische Umwandlungseinheit mit N (N ≥ 2) Segmenten einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit ausgebildet ist,
die fotoelektrische Umwandlungsschicht und die fotoelektrische Umwandlungsschicht mit N Segmenten einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht ausgebildet sind,
die Isolierschicht mit N Segmenten einer Isolierschicht ausgebildet ist,
die Ladungsspeicherelektrode mit N Segmenten einer Ladungsspeicherelektrode ausgebildet ist,
das n-te (n = 1, 2, 3, ..., N) Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit das n-te Segment einer Ladungsspeicherelektrode, das n-te Segment einer Isolierschicht und das n-te Segment einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht enthält,
ein Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit mit einem größeren Wert als n von der ersten Elektrode weiter entfernt gelegen ist und
die Dicken der Segmente einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht vom ersten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit zum N-ten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit allmählich variieren.
[B17] «Bildgebungselement: Dritte Konfiguration»
Die Bildgebungsvorrichtung gemäß einem von [B01] bis [B14], worin
die fotoelektrische Umwandlungseinheit mit N (N ≥ 2) Segmenten einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit ausgebildet ist,
die fotoelektrische Umwandlungsschicht und die fotoelektrische Umwandlungsschicht mit N Segmenten einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht ausgebildet sind,
die Isolierschicht mit N Segmenten einer Isolierschicht ausgebildet ist,
die Ladungsspeicherelektrode mit N Segmenten einer Ladungsspeicherelektrode ausgebildet ist,
das n-te (n = 1, 2, 3, ..., N) Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit das n-te Segment einer Ladungsspeicherelektrode, das n-te Segment einer Isolierschicht und das n-te Segment einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht enthält,
ein Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit mit einem größeren Wert als n von der ersten Elektrode weiter entfernt gelegen ist und
das Material, das das Segment einer Isolierschicht bildet, sich zwischen benachbarten Segmenten einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit unterscheidet.
[B18] «Bildgebungselement: Vierte Konfiguration»
Die Bildgebungsvorrichtung gemäß einem von [B01] bis [B14], worin
die fotoelektrische Umwandlungseinheit mit N (N ≥ 2) Segmenten einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit ausgebildet ist,
die fotoelektrische Umwandlungsschicht und die fotoelektrische Umwandlungsschicht mit N Segmenten einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht ausgebildet sind,
die Isolierschicht mit N Segmenten einer Isolierschicht ausgebildet ist,
die Ladungsspeicherelektrode mit N Segmenten einer Ladungsspeicherelektrode ausgebildet ist, die in einem Abstand voneinander angeordnet sind,
das n-te (n = 1, 2, 3, ..., N) Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit das n-te Segment einer Ladungsspeicherelektrode, das n-te Segment einer Isolierschicht und das n-te Segment einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht enthält,
ein Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit mit einem größeren Wert als n von der ersten Elektrode weiter entfernt gelegen ist und
das Material, das das Segment einer Ladungsspeicherelektrode bildet, sich zwischen benachbarten Segmenten einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit unterscheidet.
[B19] «Bildgebungselement: Fünfte Konfiguration»
Die Bildgebungsvorrichtung gemäß einem von [B01] bis [B14], worin
die fotoelektrische Umwandlungseinheit mit N (N ≥ 2) Segmenten einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit ausgebildet ist,
die fotoelektrische Umwandlungsschicht und die fotoelektrische Umwandlungsschicht mit N Segmenten einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht ausgebildet sind,
die Isolierschicht mit N Segmenten einer Isolierschicht ausgebildet ist,
die Ladungsspeicherelektrode mit N Segmenten einer Ladungsspeicherelektrode ausgebildet ist, die in einem Abstand voneinander angeordnet sind,
das n-te (n = 1, 2, 3, ..., N) Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit das n-te Segment einer Ladungsspeicherelektrode, das n-te Segment einer Isolierschicht und das n-te Segment einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht enthält,
ein Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit mit einem größeren Wert als n von der ersten Elektrode weiter entfernt gelegen ist und
die Flächen der Segmente einer Ladungsspeicherelektrode vom ersten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit zum N-ten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit allmählich kleiner werden.
[B20] «Bildgebungselement: Sechste Konfiguration»
Die Bildgebungsvorrichtung gemäß einem von [B01] bis [B14], worin, wenn die Stapelrichtung der Ladungsspeicherelektrode, der Isolierschicht, der fotoelektrischen Umwandlungsschicht und der fotoelektrischen Umwandlungsschicht die Z-Richtung ist und die Richtung weg von der ersten Elektrode die X-Richtung ist, die Querschnittsfläche eines gestapelten Bereichs der Ladungsspeicherelektrode, der Isolierschicht, der fotoelektrischen Umwandlungsschicht und der fotoelektrischen Umwandlungsschicht, genommen entlang einer virtuellen Y-Z-Ebene, in Abhängigkeit vom Abstand von der ersten Elektrode variiert.
Bezugszeichenliste

10'1, 10'2, 10'3: Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit
13: Verschiedene Bildgebungselementkomponenten, die unter einer Zwischenschicht-Isolierschicht gelegen sind
14: On-Chip-Mikrolinse (OCL)
15: lichtblockierende Schicht
21, 121, 221: erste Elektrode
22: zweite Elektrode
23: fotoelektrische Umwandlungsschicht
23A: organische Halbleitermaterialschicht
23B: Oxid-Halbleitermaterialschicht
23'1, 23'2, 23'3: Segment einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht
24, 124, 224, 24''1, 24''2, 24''3: Ladungsspeicherelektrode
24A, 24B, 24C, 24'1, 24'2, 24'3: Segment einer Ladungsspeicherelektrode
25: Übertragungs-Steuerelektrode (Ladungsübertragungselektrode)
26: Ladungsemissionselektrode
27, 227: Ladungsübertragungs-Steuerelektrode
201: äußere Randelektrode (dritte Elektrode, Potentialbarriere bildende Elektrode)
211: äußere Randelektrode (vierte Elektrode, Ladungsemissionselektrode)
201A, 211A: Gebiet, in dem eine äußere Randelektrode in einem äußeren Randgebiet angeordnet ist
31, 33, 41, 43: Halbleitergebiet vom n-Typ
32, 34, 42, 44, 73: p⁺-Schicht
35, 36, 45, 46: Gate-Bereich eines Übertragungstransistors
51: Gate-Bereich eines Rücksetztransistors TR1_rst
51A: Kanalausbildungsgebiet eines Rücksetztransistors TR1_rst
51B,: 51C Source/Drain-Gebiet eines Rücksetztransistors TR1_rst
52: Gate-Bereich eines Verstärkungstransistors TR1_amp
52A: Kanalausbildungsgebiet eines Verstärkungstransistors TR1_amp
52B,: 52C Source/Drain-Gebiet eines Verstärkungstransistors TR1_amp
53: Gate-Bereich eines Auswahltransistors TR1_sel
53A: Kanalausbildungsgebiet eines Auswahltransistors TR1_sel
53B, 53C: Source/Drain-Gebiet eines Auswahltransistors TR1_sel
61: Kontaktlochbereich
62: Verdrahtungsschicht
63, 64, 68A: Pad-Bereich
65, 68B: Verbindungsloch
66, 67, 69: Verbindungsbereich
70: Halbleitersubstrat
70A: erste Oberfläche (vordere Oberfläche) eines Halbleitersubstrats
70B: zweite Oberfläche (rückseitige Oberfläche) eines Halbleitersubstrats
71: Vorrichtungstrenngebiet
72: Oxidfilm
74: HfO₂-Film
75: Film aus einem Isoliermaterial
76, 81: Zwischenschicht-Isolierschicht
82: Isolierschicht
82'1, 82'2, 82'3: Segment einer Isolierschicht
83, 83A, 83B: Isolierschicht
85, 85A: Öffnung
86 zweite: Öffnung
300: Bildgebungsvorrichtung (Festkörper-Bildgebungsvorrichtung)
301: gestapeltes Bildgebungselement
311: Bildgebungsgebiet
312: vertikale Ansteuerungsschaltung
313: Spalten-Signalverarbeitungsschaltung
314: horizontale Ansteuerungsschaltung
315: Ausgabeschaltung
316: Steuerungsschaltung für eine Ansteuerung
317: Signalleitung (Datenausgabeleitung)
318: horizontale Signalleitung
400: elektronische Einrichtung (Kamera)
401: Bildgebungsvorrichtung (Festkörper-Bildgebungsvorrichtung)
410: optische Linse
411: Blendenvorrichtung
412: Ansteuerungsschaltung
413: Signalverarbeitungsschaltung
FD1, FD2, FD3, 45C, 46C: Floating-Diffusionsschicht
TR1trs, TR2trs, TR3trs: Übertragungstransistor
TR1rst, TR2rst, TR3rst: Rücksetztransistor
TR1amp TR2amp, TR3amp: Verstärkungstransistor
TR1sel, TR2sel, TR3sel: Auswahltransistor
VDD: Stromversorgung
TG1, TG2, TG3: Übertragungs-Gateleitung
RST1, RST2, RST3: Rücksetzleitung
SEL1, SEL2, SEL3: Auswahlleitung
VSL, VSL1, VSL2, VSL3: Signalleitung (Datenausgabeleitung)
VOA, VOT, VOU: Verdrahtungsleitung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2014/007132 A1 [0003, 0004, 0005]
JP 2008177191 [0137]

Claims

Bildgebungsvorrichtung, aufweisend: ein effektives Pixelgebiet, das eine Vielzahl von Bildgebungselementen-A enthält, Signalladungen, die durch fotoelektrische Umwandlung erzeugt werden, verstärkt und die Signalladungen in eine Ansteuerungsschaltung liest; und ein optisches schwarzes Gebiet, das eine Vielzahl von Bildgebungselementen-B enthält, das effektive Pixelgebiet umgibt und optisches Schwarz ausgibt, das als Referenz für einen Schwarzpegel dient, wobei die fotoelektrische Umwandlungsschicht, die die Vielzahl von Bildgebungselementen-A und die Vielzahl von Bildgebungselementen-B bildet, eine gemeinsame fotoelektrische Umwandlungsschicht ist, die gemeinsame fotoelektrische Umwandlungsschicht auf einer äußeren Seite des optischen schwarzen Gebiets gelegen ist und sich in Richtung eines äußeren Randgebiets erstreckt, das das optische schwarze Gebiet umgibt, und eine äußere Randelektrode in dem äußeren Randgebiet angeordnet ist.
Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die äußere Randelektrode so positioniert ist, dass sie über eine Isolierschicht der gemeinsamen fotoelektrischen Umwandlungsschicht gegenüberliegt.
Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei ein Potential mit dem gleichen Vorzeichen wie die Signalladung an die äußere Randelektrode angelegt wird.
Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei ein Potential mit dem gleichen Vorzeichen wie die Signalladung während eines Betriebs der Bildgebungsvorrichtung konstant an die äußere Randelektrode angelegt wird.
Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die äußere Randelektrode mit der gemeinsamen fotoelektrischen Umwandlungsschicht verbunden ist.
Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die äußere Randelektrode eine erste äußere Randelektrode, die so positioniert ist, dass sie über eine Isolierschicht der gemeinsamen fotoelektrischen Umwandlungsschicht gegenüberliegt, und eine zweite äußere Randelektrode umfasst, die auf einer äußeren Seite der ersten äußeren Randelektrode angeordnet und mit der gemeinsamen fotoelektrischen Umwandlungsschicht verbunden ist.
Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die äußere Randelektrode das optische schwarze Gebiet umgibt.
Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die äußere Randelektrode, die das optische schwarze Gebiet umgibt, eine ununterbrochene Form hat.
Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die äußere Randelektrode, die das optische schwarze Gebiet umgibt, eine unterbrochene Form hat.
Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei jedes der Bildgebungselemente-A und der Bildgebungselemente-B eine fotoelektrische Umwandlungseinheit enthält, in der eine erste Elektrode, die fotoelektrische Umwandlungsschicht und eine zweite Elektrode gestapelt sind, die fotoelektrische Umwandlungseinheit ferner eine Ladungsspeicherelektrode enthält, die in einem Abstand von der ersten Elektrode angeordnet und so positioniert ist, dass sie über eine Isolierschicht der fotoelektrischen Umwandlungsschicht gegenüberliegt, die fotoelektrische Umwandlungsschicht, die die Bildgebungselemente-A bildet, und die fotoelektrische Umwandlungsschicht, die die Bildgebungselemente-B bildet, mit der gemeinsamen fotoelektrischen Umwandlungsschicht ausgebildet sind, die zweite Elektrode, die die Bildgebungselemente-A bildet, und die zweite Elektrode, die die Bildgebungselemente-B bildet, mit einer gemeinsamen zweiten Elektrode ausgebildet sind und Licht von der Seite der gemeinsamen zweiten Elektrode aus eintritt.
Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei die äußere Randelektrode in Bezug auf die gemeinsame fotoelektrische Umwandlungsschicht auf einer Seite der ersten Elektrode angeordnet ist.
Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei die äußere Randelektrode in Bezug auf die gemeinsame fotoelektrische Umwandlungsschicht auf einer Seite der zweiten Elektrode angeordnet ist.
Bildgebungsvorrichtung, aufweisend: ein effektives Pixelgebiet, das eine Vielzahl von Bildgebungselementen-A enthält, Signalladungen, die durch fotoelektrische Umwandlung erzeugt werden, verstärkt und die Signalladungen in eine Ansteuerungsschaltung liest; ein optisches schwarzes Gebiet, das eine Vielzahl von Bildgebungselementen-B enthält, das effektive Pixelgebiet umgibt und optisches Schwarz ausgibt, das als eine Referenz für einen Schwarzpegel dient; und ein äußeres Randgebiet, das eine Vielzahl von Bildgebungselementen-C enthält und das optische schwarze Gebiet umgibt, wobei eine fotoelektrische Umwandlungsschicht, die die Vielzahl von Bildgebungselementen-A, die Vielzahl von Bildgebungselementen-B und die von Bildgebungselementen-C bildet, eine gemeinsame fotoelektrische Umwandlungsschicht ist und die Bildgebungselemente-C während eines Betriebs der Bildgebungsvorrichtung immer in einem Betriebszustand sind.
Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 13, wobei jedes der Bildgebungselemente-A, der Bildgebungselemente-B und der Bildgebungselemente-C eine fotoelektrische Umwandlungseinheit enthält, in der eine erste Elektrode, die fotoelektrische Umwandlungsschicht und eine zweite Elektrode gestapelt sind, die fotoelektrische Umwandlungseinheit ferner eine Ladungsspeicherelektrode enthält, die in einem Abstand von der ersten Elektrode angeordnet und so positioniert ist, dass sie über eine Isolierschicht der fotoelektrischen Umwandlungsschicht gegenüberliegt, die fotoelektrische Umwandlungsschicht, die die Bildgebungselemente-A bildet, die fotoelektrische Umwandlungsschicht, die die Bildgebungselemente-B bildet, und die fotoelektrische Umwandlungsschicht, die die Bildgebungselemente-C bildet, mit der gemeinsamen fotoelektrischen Umwandlungsschicht ausgebildet sind, die zweite Elektrode, die die Bildgebungselemente-A bildet, die zweite Elektrode, die die Bildgebungselemente-B bildet, und die zweite Elektrode, die die Bildgebungselemente-C bildet, mit einer gemeinsamen zweiten Elektrode ausgebildet sind, während eines Betriebs der Bildgebungsvorrichtung ein Potential mit einem Vorzeichen, das das entgegengesetzte eines Vorzeichens der Signalladung ist, konstant an die die Bildgebungselemente-C bildenden ersten Elektroden angelegt wird und während eines Betriebs der Bildgebungsvorrichtung ein Potential mit dem gleichen Vorzeichen wie das Vorzeichen der Signalladung an die die Bildgebungselemente-C bildenden Ladungsspeicherelektroden angelegt wird.
Bildgebungsvorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Dicke einer die Bildgebungselemente-C bildenden Isolierschicht kleiner ist als die Dicke einer die Bildgebungselemente-A und die Bildgebungselemente-B bildenden Isolierschicht.