DE112019003626T5 - Bildgebungselement und bildgebungsvorrichtung - Google Patents

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Moe TAKEO
Sho Nishida
Junpei YAMAMOTO
Shinpei Fukuoka
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Abstract

Ein Bildgebungselement gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst: ein Halbleitersubstrat; einen ersten fotoelektrischen Wandler; eine Durchgangselektrode, einen ersten dielektrischen Film; und einen zweiten dielektrischen Film. Das Halbleitersubstrat weist eine Oberfläche und eine andere Oberfläche auf, die einander entgegengesetzt sind. Das Halbleitersubstrat weist ein zwischen der einen Oberfläche und der anderen Oberfläche hindurchgehendes Durchgangsloch auf. Der erste fotoelektrische Wandler ist oberhalb der einen Oberfläche des Halbleitersubstrats vorgesehen. Die Durchgangselektrode ist mit dem ersten fotoelektrischen Wandler elektrisch gekoppelt. Die Durchgangselektrode geht im Inneren des Durchgangslochs durch das Halbleitersubstrat hindurch. Der erste dielektrische Film ist auf der einen Oberfläche des Halbleitersubstrats vorgesehen. Der erste dielektrische Film weist eine erste Filmdicke auf. Der zweite dielektrische Film ist auf einer seitlichen Oberfläche des Durchgangslochs vorgesehen. Der zweite dielektrische Film weist eine zweite Filmdicke auf. Die zweite Filmdicke ist geringer als die erste Filmdicke.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Bildgebungselement, das beispielsweise ein organisches Material enthält, und eine dieses enthaltende Bildgebungsvorrichtung.
  • Hintergrundtechnik
  • In CCD- (Charge-Coupled-Device) Bildsensoren, CMOS-(Complementary-Metal-Oxid-Semiconductor) Bildsensoren oder dergleichen werden Festkörper-Bildgebungsvorrichtungen weithin verwendet, die jeweils eine Pixelanordnung aufweisen, in der Primärfarbfilter für Rot, Grün und Blau zweidimensional angeordnet sind. Jedoch führt eine Festkörper-Bildgebungsvorrichtung mit solch einer Pixelanordnung einen Interpolationsprozess zwischen Pixeln durch, wenn die jeweiligen Farbsignale erzeugt werden. Dies erzeugt sogenannte Falschfarben.
  • Ein Festkörper-Bildgebungselement, in welchem fotoelektrische Umwandlungsgebiete gestapelt sind, wurde dafür entwickelt. Die fotoelektrischen Umwandlungsgebiete werden verwendet, um die jeweiligen Anteile von Licht in den roten, grünen und blauen Wellenlängenbändern fotoelektrisch umzuwandeln. Außerdem wurde eine Struktur vorgeschlagen, um die fotoelektrischen Umwandlungsgebiete außerhalb des Halbleitersubstrats zu installieren. Beispielsweise wird ein Festkörper-Bildgebungselement entwickelt, das einen fotoelektrischen Wandler oberhalb des Halbleitersubstrats anordnet und durch den fotoelektrischen Wandler im Halbleitersubstrat erzeugte Signalladungen akkumuliert. Als ein rückseitig beleuchtetes Festkörper-Bildgebungselement, für das die oben beschriebene Struktur verwendet wird, offenbart beispielsweise PTL 1 eine Festkörper-Bildgebungsvorrichtung, die mit einer Durchgangselektrode auf dem Halbleitersubstrat versehen ist und durch einen organischen fotoelektrischen Wandler erzeugte Signalladungen über diese Durchgangselektrode zur Seite der vorderen Oberfläche des Halbleitersubstrats überträgt. Der organische fotoelektrische Wandler ist auf der Seite der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet.
  • Zitatliste
  • Patentliteratur
  • PTL 1: ungeprüfte japanische Patentanmeldung Veröffentlichungsnr. 2011-29337
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Im Übrigen wird verlangt, dass eine Bildgebungsvorrichtung Empfindlichkeitscharakteristiken erhöht.
  • Es ist wünschenswert, ein Bildgebungselement und eine Bildgebungsvorrichtung bereitzustellen, die es möglich machen, Empfindlichkeitscharakteristiken zu erhöhen.
  • Ein Bildgebungselement gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst: ein Halbleitersubstrat; einen ersten fotoelektrischen Wandler; eine Durchgangselektrode; einen ersten dielektrischen Film; und einen zweiten dielektrischen Film. Das Halbleitersubstrat weist eine Oberfläche und eine andere Oberfläche auf, die einander entgegengesetzt sind. Das Halbleitersubstrat weist ein Durchgangsloch auf, das zwischen der einen Oberfläche und der anderen Oberfläche hindurchgeht. Der erste fotoelektrische Wandler ist oberhalb der einen Oberfläche des Halbleitersubstrats vorgesehen. Die Durchgangselektrode ist mit dem ersten fotoelektrischen Wandler elektrisch gekoppelt. Die Durchgangselektrode durchdringt das Halbleitersubstrat innerhalb des Durchgangslochs. Der erste dielektrische Film ist auf der einen Oberfläche des Halbleitersubstrats vorgesehen. Der erste dielektrische Film weist eine erste Filmdicke auf. Der zweite dielektrische Film ist auf einer seitlichen Oberfläche des Durchgangslochs vorgesehen. Der zweite dielektrische Film weist eine zweite Filmdicke auf. Die zweite Filmdicke ist geringer als die erste Filmdicke.
  • Eine Bildgebungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthält für jedes einer Vielzahl von Pixeln ein oder mehr Bildgebungselemente gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
  • In dem Bildgebungselement gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung und der Bildgebungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform ist der erste dielektrische Film mit der ersten Filmdicke auf der einen Oberfläche des Halbleitersubstrats vorgesehen, oberhalb der der erste fotoelektrische Wandler angeordnet ist. Der zweite dielektrische Film mit der zweiten Filmdicke ist auf der seitlichen Oberfläche des Durchgangslochs vorgesehen, das zwischen der einen Oberfläche und der anderen Oberfläche des Halbleitersubstrats hindurchgeht. Die Filmdicke (zweite Filmdicke) des zweiten dielektrischen Films ist geringer als die Filmdicke (erste Filmdicke) des ersten dielektrischen Films. Die Durchgangselektrode ist innerhalb des Durchgangslochs vorgesehen. Die Durchgangselektrode ist mit dem ersten fotoelektrischen Wandler elektrisch gekoppelt und durchdringt das Halbleitersubstrat. Dies reduziert die Reflexion von einfallendem Licht auf der einen Oberfläche des Halbleitersubstrats, während eine Zunahme der Kapazität der Durchgangselektrode unterdrückt wird.
  • Das Bildgebungselement gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung und die Bildgebungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform sind jeweils mit dem ersten Isolierfilm mit der ersten Filmdicke auf der einen Oberfläche des Halbleitersubstrats und dem zweiten Isolierfilm mit einer Filmdicke (zweiten Filmdicke), die geringer als die Filmdicke des ersten Isolierfilms ist, auf der seitlichen Oberfläche des Durchgangslochs versehen. Dies reduziert die Reflexion von einfallendem Licht auf der einen Oberfläche des Halbleitersubstrats, während eine Zunahme der Kapazität der Durchgangselektrode unterdrückt wird. Das Durchgangsloch geht zwischen der einen Oberfläche und der anderen Oberfläche des Halbleitersubstrats hindurch und weist die darin ausgebildete Durchgangselektrode auf. Folglich ist es möglich, das Bildgebungselement mit hohen Empfindlichkeitscharakteristiken und die dieses enthaltende Bildgebungsvorrichtung bereitzustellen.
  • Es ist besonders zu erwähnen, dass die hier beschriebenen Effekte nicht notwendigerweise eingeschränkt sind, sondern beliebige der in der vorliegenden Offenbarung beschriebenen Effekte einbezogen sein können.
  • Figurenliste
    • [1] 1 ist ein schematisches Querschnittsdiagramm, das ein Beispiel einer Konfiguration eines Bildgebungselements gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
    • [2] 2 ist ein Diagramm, das eine Gesamtkonfiguration des in 1 veranschaulichten Bildgebungselements veranschaulicht. [3]
    • 3 ist ein Ersatzschaltbild des in 1 veranschaulichten Bildgebungselements.
    • [4] 4 ist ein schematisches Diagramm, das eine Anordnung einer unteren Elektrode und eines Transistors veranschaulicht, die in einer Steuerungssektion des in 1 veranschaulichten Bildgebungselements enthalten sind.
    • [5A] 5A ist ein schematisches Querschnittsdiagramm, das ein Beispiel einer Konfiguration eines dielektrischen Films um eine Durchgangselektrode in dem in 1 veranschaulichten Bildgebungselement veranschaulicht.
    • [5B] 5B ist ein schematisches Querschnittsdiagramm, das ein anderes Beispiel der Konfiguration des dielektrischen Films um die Durchgangselektrode in dem in 1 veranschaulichten Bildgebungselement veranschaulicht.
    • [5C] 5C ist ein schematisches Querschnittsdiagramm, das ein anderes Beispiel der Konfiguration des dielektrischen Films um die Durchgangselektrode in dem in 1 veranschaulichten Bildgebungselement veranschaulicht.
    • [5D] 5D ist ein schematisches Querschnittsdiagramm, das ein weiteres Beispiel der Konfiguration des dielektrischen Films um die Durchgangselektrode in dem in 1 veranschaulichten Bildgebungselement veranschaulicht.
    • [6] 6 ist eine Querschnittsansicht, um ein Verfahren zum Herstellen des in 1 veranschaulichten Bildgebungselements zu beschreiben.
    • [7] 7 ist eine Querschnittsansicht, die einen Schritt im Anschluss an 6 veranschaulicht.
    • [8] 8 ist eine Querschnittsansicht, die einen Schritt im Anschluss an 7 veranschaulicht.
    • [9] 9 ist eine Querschnittsansicht, die einen Schritt im Anschluss an 8 veranschaulicht.
    • [10] 10 ist eine Querschnittsansicht, die einen Schritt im Anschluss an 9 veranschaulicht.
    • [11] 11 ist eine Querschnittsansicht, die einen Schritt im Anschluss an 10 veranschaulicht.
    • [12] 12 ist ein Zeitsteuerungsdiagramm, das ein Betriebsbeispiel des in 1 veranschaulichten Bildgebungselements veranschaulicht.
    • [13] 13 ist ein schematisches Diagramm, um eine Kapazität der Durchgangselektrode zu beschreiben.
    • [14] 14 ist ein schematisches Querschnittsdiagramm, das ein Beispiel einer Konfiguration eines Bildgebungselements gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
    • [15] 15 ist ein schematisches Querschnittsdiagramm, das ein Beispiel einer Konfiguration eines Bildgebungselements gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
    • [16] 16 ist ein schematisches Querschnittsdiagramm, das ein Beispiel einer Konfiguration eines Bildgebungselements gemäß einem Modifikationsbeispiel 1 der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
    • [17] 17 ist ein schematisches Querschnittsdiagramm, das ein Beispiel einer schematischen Konfiguration einer Hauptsektion eines Bildgebungselements gemäß einem Modifikationsbeispiel 2 der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
    • [18] 18 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Bildgebungsvorrichtung veranschaulicht, die das in 1 veranschaulichte Bildgebungselement oder dergleichen als Pixel enthält.
    • [19] 19 ist ein funktionales Blockdiagramm, das ein Beispiel einer elektronischen Einrichtung (Kamera) veranschaulicht, die die in 18 veranschaulichte Bildgebungsvorrichtung enthält.
    • [20] 20 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer schematischen Konfiguration eines In-vivo-Informationserfassungssystems darstellt.
    • [21] 21 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer schematischen Konfiguration eines Systems für endoskopische Chirurgie darstellt.
    • [22] 22 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer funktionalen Konfiguration eines Kamerakopfes und einer Kamera-Steuerungseinheit (CCU) darstellt.
    • [23] 23 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer schematischen Konfiguration eines Fahrzeugsteuerungssystems darstellt.
    • [24] 24 ist ein Diagramm zur Unterstützung beim Erläutern eines Beispiels von Installationspositionen einer Sektion zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs und einer Bildgebungssektion.
  • Modi zum Ausführen der Erfindung
  • Das Folgende beschreibt unter Bezugnahme auf die Zeichnungen eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung im Detail. Die folgende Beschreibung ist ein spezifisches Beispiel der vorliegenden Offenbarung; die vorliegende Offenbarung ist aber nicht auf den folgenden Modus beschränkt. Außerdem beschränkt die vorliegende Offenbarung nicht die Anordnung, Abmessungen, Abmessungsverhältnisse und dergleichen jeweiliger Komponenten, die in den jeweiligen Diagrammen dazu veranschaulicht sind. Es ist besonders zu erwähnen, dass eine Beschreibung in der folgenden Reihenfolge gegeben wird.
    • 1. Erste Ausführungsform (ein Beispiel, in welchem eine seitliche Oberfläche eines Durchgangslochs mit einer Durchgangselektrode, die auf und in einer lichtempfangenden Oberfläche ausgebildet ist, mit einem dielektrischen Film mit einer größeren Filmdicke auf der lichtempfangenden Oberfläche als der seitlichen Oberfläche des Durchgangslochs versehen ist)
    • 1-1. Konfiguration eines Bildgebungselements
    • 1-2. Verfahren zum Herstellen eines Bildgebungselements
    • 1-3. Arbeitsweise und Effekte
    • 2. Zweite Ausführungsform (ein Beispiel, in welchem zwei organische fotoelektrische Wandler auf einem Halbleitersubstrat gestapelt sind)
    • 3. Dritte Ausführungsform (ein Beispiel, in welchem eine untere Elektrode einen organischen fotoelektrischen Wandler enthält, der unter Verwendung eines durchgehenden Films ausgebildet ist)
    • 4. Modifikationsbeispiele
    • 4-1. Modifikationsbeispiel 1 (ein Beispiel, in welchem eine Dicke eines dielektrischen Films in einem vorbestimmten Gebiet auf einer lichtempfangenden Oberfläche erhöht ist, indem auf einem Bereich der lichtempfangenden Oberfläche ein dielektrischer Film separat ausgebildet ist)
    • 4-2. Modifikationsbeispiel 2 (ein Beispiel, in welchem eine Durchgangselektrode in einem peripheren Gebiet vorgesehen ist)
    • 5. Anwendungsbeispiele
  • <Erste Ausführungsform>
  • 1 veranschaulicht eine Querschnittskonfiguration eines Bildgebungselements (Bildgebungselement 10A) gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. 2 veranschaulicht eine planare Konfiguration des in 1 veranschaulichten Bildgebungselements 10A. 3 ist ein Ersatzschaltbild des in 1 veranschaulichten Bildgebungselements 10A. Dieses entspricht einem in 2 veranschaulichten Gebiet 100. 4 veranschaulicht schematisch die Anordnung einer unteren Elektrode 21 und eines Transistors, die in einer Steuerungssektion des in 1 veranschaulichten Bildgebungselements enthalten sind. Das Bildgebungselement 10A ist beispielsweise in einem Pixel (Einheitspixel P) in einer Bildgebungsvorrichtung wie etwa einem CMOS- (Complementary-Metal-Oxide-Semiconductor) Bildsensor (Bildgebungsvorrichtung 1; siehe 18) enthalten, der in einer elektronischen Einrichtung wie etwa einer Digitalbildkamera oder einer Video-Kamera enthalten ist.
  • Das Bildgebungselement 10A gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist einen dielektrischen Film 26 auf, der auf einer lichtempfangenden Oberfläche (eine Oberfläche; erste Oberfläche (Oberfläche 30S1)) eines Halbleitersubstrats 30 und der seitlichen Oberfläche eines Durchgangslochs 30H ausgebildet ist. Das Durchgangsloch 30H geht zwischen der ersten Oberfläche (Oberfläche 30S1) und einer zweiten Oberfläche (Oberfläche 30S2) des Halbleitersubstrats hindurch. Im Innern des Durchgangslochs 30H ist eine Durchgangselektrode 34 ausgebildet. Die Filmdicke des dielektrischen Films 26 variiert zwischen der ersten Oberfläche (Oberfläche 30S1) des Halbleitersubstrats 30 und der seitlichen Oberfläche des Durchgangslochs 30H. Dieser dielektrische Film 26 ist auf der ersten Oberfläche (Oberfläche 30S1) des Halbleitersubstrats 30 vorgesehen. Der dielektrische Film 26 umfasst einen ersten dielektrischen Film 26a mit einer ersten Filmdicke und einen zweiten dielektrischen Film 26b, der auf der seitlichen Oberfläche des Durchgangslochs 30H vorgesehen ist. Die erste Filmdicke ist größer als die zweite Filmdicke. Das heißt, das Bildgebungselement 10A weist den dielektrischen Film 26 auf, der darin so ausgebildet ist, um zu bewirken, dass der dielektrische Film 26 auf der Seite der ersten Oberfläche (Oberfläche 30S1) des Halbleitersubstrats 30 dicker ist als auf der Seite der seitlichen Oberfläche des Durchgangslochs 30H. Der dielektrische Film 26 ist über der seitlichen Oberfläche des Durchgangslochs 30H mit der Durchgangselektrode 34 darin von der als lichtempfangende Oberfläche dienenden ersten Oberfläche (Oberfläche 30S1) aus vorgesehen.
  • (Konfiguration eines Bildgebungselements)
  • Das Bildgebungselement 10A ist beispielsweise ein sogenanntes vertikales spektroskopisches Bildgebungselement, in welchem ein organischer fotoelektrischer Wandler 20 und zwei anorganische fotoelektrische Wandler 32B und 32R in der vertikalen Richtung gestapelt sind. Der organische fotoelektrische Wandler 20 ist auf der Seite der ersten Oberfläche (rückseitigen Oberfläche; Oberfläche 30S1) des Halbleitersubstrats 30 vorgesehen. Die anorganischen fotoelektrischen Wandler 32B und 32R sind so ausgebildet, dass sie im Halbleitersubstrat 30 eingebettet und in Richtung der Dicke des Halbleitersubstrats 30 gestapelt sind. Der organische fotoelektrische Wandler 20 enthält eine fotoelektrische Umwandlungsschicht 24 zwischen der unteren Elektrode 21 (erste Elektrode) und einer oberen Elektrode 25 (zweite Elektrode). Die untere Elektrode 21 (erste Elektrode) und die obere Elektrode 25 (zweite Elektrode) sind so angeordnet, dass sie einander gegenüberliegen. Die fotoelektrische Umwandlungsschicht 24 ist unter Verwendung eines organischen Materials ausgebildet. Diese fotoelektrische Umwandlungsschicht 24 enthält einen Halbleiter vom p-Typ und einen Halbleiter vom n-Typ und weist eine Bulk-Heteroübergangs-Struktur in der Schicht auf. Die Bulk-Heteroübergangs-Struktur ist eine p/n-Übergangsfläche, die durch Mischen des Halbleiters vom p-Typ und des Halbleiters vom n-Typ gebildet wird.
  • Die untere Elektrode 21 des organischen fotoelektrischen Wandlers 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst eine Vielzahl von Elektroden (Ausleseelektrode 21A und Akkumulierungselektrode 21B). Der organische fotoelektrische Wandler 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform enthält der Reihe nach eine Isolierschicht 22 und eine Halbleiterschicht 23 zwischen dieser unteren Elektrode 21 und dieser fotoelektrischen Umwandlungsschicht 24. Die Isolierschicht 22 ist oberhalb der Ausleseelektrode 21A mit einer Öffnung 22H versehen, und die Ausleseelektrode 21A ist über diese Öffnung 22H mit der Halbleiterschicht 23 elektrisch gekoppelt.
  • Der organische fotoelektrische Wandler 20 und die anorganischen fotoelektrischen Wandler 32B und 32R führen eine fotoelektrische Umwandlung durch, indem die jeweiligen Anteile von Licht in verschiedenen Wellenlängenbereichen selektiv detektiert werden. Konkret erfasst der organische fotoelektrische Wandler 20 ein Farbsignal für Grün (G). Die anorganischen fotoelektrischen Wandler 32B und 32R erfassen ein Farbsignal für Blau (B) bzw. ein Farbsignal für Rot (R), indem unterschiedliche Absorptionskoeffizienten genutzt werden. Dies ermöglicht, dass das Bildgebungselement 10A ohne Verwendung von Farbfiltern eine Vielzahl von Arten von Farbsignalen in einem Pixel erfasst.
  • Es ist besonders zu erwähnen, dass in der vorliegenden Ausführungsform eine Beschreibung eines Falls gegeben wird, in dem das Elektron eines Paars (Elektron-Loch-Paar) des Elektrons und Lochs, die aus einer fotoelektrischen Umwandlung erzeugt werden, als Signalladung gelesen wird (ein Fall, in dem das Halbleitergebiet vom n-Typ als fotoelektrische Umwandlungsschicht verwendet wird). Außerdem gibt im Diagramm „+ (Plus)“, das an „p“ und an „n“ angefügt ist, eine hohe Störstellenkonzentration vom p-Typ oder n-Typ an.
  • Die zweite Oberfläche (vordere Oberfläche; 30S2) des Halbleitersubstrats 30 ist beispielsweise mit Floating-Diffusionsgebieten (Floating-Diffusionsschichten) FD1 (Gebiet 36B im Halbleitersubstrat 30), FD2 (Gebiet 37C im Halbleitersubstrat 30) und FD3 (Gebiet 38C im Halbleitersubstrat 30), Übertragungstransistoren Tr2 und Tr3, einem Verstärkertransistor (Modulationselement) AMP, einem Rücksetztransistor RST, einem Auswahltransistor SEL und einer Mehrschicht-Verdrahtungsleitung 40 versehen. Die Mehrschicht-Verdrahtungsleitung 40 weist eine Konfiguration auf, in der Verdrahtungsschichten 41, 42 und 43 beispielsweise in einer Isolierschicht 44 gestapelt sind.
  • Es ist besonders zu erwähnen, dass in den Diagrammen auf die Seite der ersten Oberfläche (Oberfläche 30S1) des Halbleitersubstrats 30 als Lichteinfallsseite S1 verwiesen wird und auf die Seite der zweiten Oberfläche (Oberfläche 30S2) als Verdrahtungsschichtseite S2 verwiesen wird.
  • Der organische fotoelektrische Wandler 20 hat eine Konfiguration, in der von der Seite der ersten Oberfläche (Oberfläche 30S1) des Halbleitersubstrats 30 aus beispielsweise die untere Elektrode 21, die Halbleiterschicht 23, die fotoelektrische Umwandlungsschicht 24 und die obere Elektrode 25 in dieser Reihenfolge gestapelt sind. Außerdem ist die Isolierschicht 22 zwischen der unteren Elektrode 21 und der Halbleiterschicht 23 vorgesehen. Beispielsweise sind die unteren Elektroden 21 für die jeweiligen Bildgebungselemente 10A getrennt ausgebildet. Die unteren Elektroden 21 umfassen jeweils die Ausleseelektrode 21A und die Akkumulierungselektrode 21B, die mit der dazwischen angeordneten Isolierschicht 22 voneinander getrennt sind, obgleich dies unten im Detail beschrieben wird. Die Ausleseelektrode 21A und die untere Elektrode 21 sind über die in der Isolierschicht 22 vorgesehene Öffnung 22H mit der Halbleiterschicht 23 elektrisch gekoppelt. 1 veranschaulicht ein Beispiel, in welchem die Halbleiterschicht 23, die fotoelektrische Umwandlungsschicht 24 und die obere Elektrode 25 als der Vielzahl von Bildgebungselementen 10A gemeinsame ununterbrochene Schichten vorgesehen sind; aber die Halbleiterschichten 23, die fotoelektrischen Umwandlungsschichten 24 und die oberen Elektroden 25 können für die jeweiligen Bildgebungselemente 10A getrennt ausgebildet sein. Beispielsweise sind der dielektrische Film 26, ein Isolierfilm 27 und eine Zwischenschicht-Isolierschicht 28 zwischen der ersten Oberfläche (Oberfläche 30S1) des Halbleitersubstrats 30 und der unteren Elektrode 21 vorgesehen. Auf der oberen Elektrode 25 ist eine Schutzschicht 51 vorgesehen. Oberhalb der Ausleseelektrode 21A ist beispielsweise ein lichtabschirmender Film 52 innerhalb der Schutzschicht 51 vorgesehen. Es reicht aus, falls dieser lichtabschirmende Film 52A so vorgesehen ist, dass er das Gebiet der Ausleseelektrode 21A in direktem Kontakt mit zumindest der Halbleiterschicht 23 ohne Überlappen mit zumindest der Akkumulierungselektrode 21B bedeckt. Optische Bauteile wie etwa eine (nicht veranschaulichte) Planarisierungsschicht und eine On-Chip-Linse 53 sind oberhalb der Schutzschicht 51 vorgesehen.
  • Die Durchgangselektrode 34 ist zwischen der ersten Oberfläche (Oberfläche 30S1) und der zweiten Oberfläche (Oberfläche 30S2) des Halbleitersubstrats 30 vorgesehen. Diese Durchgangselektrode 34 ist mit der Ausleseelektrode 21A des organischen fotoelektrischen Wandlers 30 elektrisch gekoppelt. Der organische fotoelektrische Wandler 20 ist mit einem Gate Gamp des Verstärkertransistors AMP und dem einen Source/Drain-Gebiet 36B des Recksetztransistors RST (Rücksetztransistor Tr1rst), das auch als das Floating-Diffusionsgebiet FD1 dient, über die Durchgangselektrode 34 gekoppelt. Dies ermöglicht, dass das Bildgebungselement 10A Ladungen (hier Elektronen), die im organischen fotoelektrischen Wandler 20 auf der Seite der ersten Oberfläche (Oberfläche 30S1) des Halbleitersubstrats 30 erzeugt werden, vorteilhafterweise zur Seite der zweiten Oberfläche (Oberfläche 30S2) des Halbleitersubstrats 30 überträgt, wodurch Charakteristiken erhöht werden.
  • Das untere Ende der Durchgangselektrode 34 ist mit einer Kopplungssektion 41A in der Verdrahtungsschicht 41 gekoppelt. Die Kopplungssektion 41A und das Gate Gamp sind über einen unteren ersten Kontakt 45 gekoppelt. Die Kopplungssektion 41A und das Floating-Diffusionsgebiet FD1 (Gebiet 36B) sind beispielsweise über einen unteren zweiten Kontakt 46 gekoppelt. Das obere Ende der Durchgangselektrode 34 ist zum Beispiel über einen oberen ersten Kontakt 29A, eine Pad-Sektion 39A und einen oberen zweiten Kontakt 29B mit der Ausleseelektrode 21A gekoppelt.
  • Die Durchgangselektrode 34 ist für jeden der organischen fotoelektrischen Wandler 20 in den jeweiligen Bildgebungselementen 10A vorgesehen. Die Durchgangselektrode 34 hat eine Funktion eines Verbinders für den organischen fotoelektrischen Wandler 20 und das Gate Gamp des Verstärkertransistors AMP und das Floating-Diffusionsgebiet FD1. Die Durchgangselektrode 34 dient als Übertragungspfad für im organischen fotoelektrischen Wandler 20 erzeugte Ladungen (hier Elektronen).
  • Ein Rücksetz-Gate Grst des Rücksetztransistors RST ist neben dem Floating-Diffusionsgebiet FD1 (einem Source/Drain-Gebiet 36B des Rücksetztransistors RST) angeordnet. Dies ermöglicht, dass der Rücksetztransistor RST die im Floating-Diffusionsgebiet FD1 akkumulierten Ladungen zurücksetzt.
  • Im Bildgebungselement 10A gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird Licht, das von der Seite der oberen Elektrode 25 aus in den organischen fotoelektrischen Wandler 20 eintritt, durch die fotoelektrische Umwandlungsschicht 24 absorbiert. Die dadurch erzeugten Exzitonen bewegen sich jeweils zur Grenzfläche zwischen einem Elektronen-Donator und einem Elektronen-Akzeptor, die in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 24 enthalten sind, und erfahren eine Exzitonen-Zerlegung. Mit anderen Worten wird das Exziton in ein Elektron und ein Loch getrennt. Die hier erzeugten Ladungen (Elektronen und Löcher) werden aufgrund eines Unterschieds in der Konzentration in den Trägern und eines internen elektrischen Feldes, das durch die unterschiedlichen Austrittsarbeiten an der Anode (hier die obere Elektrode 25) und der Kathode (hier die untere Elektrode 21) verursacht wird, mittels Diffusion zu verschiedenen Elektroden transportiert. Außerdem ermöglicht die Anlegung eines Potentials zwischen der unteren Elektrode 21 und der oberen Elektrode 25, die Transportrichtung von Elektronen und Löchern zu steuern.
  • Das Folgende beschreibt Konfigurationen, Materialien und dergleichen der jeweiligen Sektionen.
  • Der organische fotoelektrischen Wandler 20 ist ein organisches fotoelektrisches Umwandlungselement, das grünes Licht absorbiert, das einem Bereich eines selektiven Wellenlängenbereichs (z. B. 450 nm oder größer und 650 nm oder kleiner) oder dem Gesamten entspricht, und Elektron-Loch-Paare erzeugt.
  • Wie oben beschrieben wurde, umfasst die untere Elektrode 21 die Ausleseelektrode 21A und die Akkumulierungselektrode 21B, die getrennt ausgebildet sind. Die Ausleseelektrode 21A überträgt in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 24 erzeugte Ladungen (hier Elektronen) zum Floating-Diffusionsschicht FD1. Beispielsweise ist die Ausleseelektrode 21A über den oberen ersten Kontakt 29A, den oberen zweiten Kontakt 29B, die Pad-Sektion 39A, die Durchgangselektrode 34, die Kopplungssektion 41A und einen unteren zweiten Kontakt 46 mit dem Floating-Diffusionsgebiet FD1 gekoppelt. Die Akkumulierungselektrode 21B dient zum Akkumulieren der Elektronen der in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 24 erzeugten Ladungen in der Halbleiterschicht 23 als Signalladungen. Die Akkumulierungselektrode 21B ist in einem Gebiet vorgesehen, das den lichtempfangenden Oberflächen der anorganischen fotoelektrischen Wandler 32B und 32R, die im Halbleitersubstrat 30 ausgebildet sind, gegenüberliegt, und bedeckt diese lichtempfangenden Oberflächen. Es ist wünschenswert, dass die Akkumulierungselektrode 21B größer als die Ausleseelektrode 21A ist. Dies ermöglicht der Akkumulierungselektrode 21B eine große Anzahl an Ladungen zu akkumulieren. Wie in 4 veranschaulicht ist, ist eine Schaltung 60 zum Anlegen einer Spannung über eine Verdrahtungsleitung mit der Akkumulierungselektrode 21B gekoppelt.
  • Die untere Elektrode 21 enthält einen elektrisch leitfähigen Film mit Lichtdurchlässigkeit. Die untere Elektrode 21 enthält beispielsweise ITO (Indiumzinnoxid). Zusätzlich zu ITO kann jedoch ein Material auf Zinnoxid- (SnO2-) Basis, dem ein Dotierstoff zugesetzt ist, oder ein Material auf Zinkoxid-Basis, das durch Zusetzen eines Dotierstoffes zu einem Zinkoxid (ZnO) präpariert wird, als ein in der unteren Elektrode 21 enthaltenes Material verwendet werden. Beispiele der Materialien auf Zinkoxid-Basis umfassen Aluminiumzinkoxid (AZO), dem Aluminium (Al) als Dotierstoff zugesetzt ist, Galliumzinkoxid (GZO) mit zugesetztem Gallium (Ga) und Indiumzinkoxid (IZO) mit zugesetztem Indium (In). Zusätzlich zu diesen können auch CuI, InSbO4, ZnMgO, CuInO2, MglN2O4, CdO, ZnSnO3 und dergleichen verwendet werden.
  • Die Halbleiterschicht 23 ist in einer unteren Schicht der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 24, konkret zwischen der Isolierschicht 22 und der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 24 vorgesehen. Die Halbleiterschicht 23 dient zum Akkumulieren von in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 24 erzeugten Signalladungen (hier Elektronen). Es ist vorzuziehen, dass die Halbleiterschicht 23 gebildet wird, indem ein Material mit einer höheren Ladungsbeweglichkeit und mit einer größeren Bandlücke als diejenigen der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 24 verwendet wird. Beispielsweise ist es vorzuziehen, dass die Bandlücke eines in der Halbleiterschicht 23 enthaltenen Materials 3,0 eV oder mehr beträgt. Beispiele solch eines Materials umfassen ein Oxid-Halbleitermaterial wie etwa IGZO, ein organisches Halbleitermaterial und dergleichen. Beispiele des organischen Halbleitermaterials umfassen ein Übergangsmetall-Dichalcogenid, Siliziumcarbid, Diamant, Graphen, ein Kohlenstoff-Nanoröhrchen, eine kondensierte polyzyklische Kohlenwasserstoffverbindung, eine kondensierte heterozyklische Verbindung und dergleichen. Die Halbleiterschicht 23 hat zum Beispiel eine Dicke von 10 nm oder mehr und 300 nm oder weniger. Die die oben beschriebenen Materialien enthaltende Halbleiterschicht 23 ist in einer unteren Schicht der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 24 angeordnet. Dies macht es möglich, zu verhindern, dass Ladungen während der Ladungsakkumulierungsperiode rekombiniert werden, und die Übertragungseffizienz zu erhöhen.
  • Die fotoelektrischen Umwandlungsschicht 24 wandelt Lichtenergie in elektrische Energie um. Die fotoelektrischen Umwandlungsschicht 24 enthält zum Beispiel zwei oder mehr Arten organischer Halbleitermaterialien (ein Halbleitermaterial vom p-Typ oder ein Halbleitermaterial vom n-Typ), die jeweils als Halbleiter vom p-Typ oder Halbleiter vom n-Typ dienen. Die fotoelektrische Umwandlungsschicht 24 enthält in der Schicht die Übergangsfläche (p/n-Übergangsfläche) zwischen diesem Halbleitermaterial vom p-Typ und diesem Halbleitermaterial vom n-Typ. Der Halbleiter vom p-Typ dient relativ als Elektronen-Donator (Donator), und der Halbleiter vom n-Typ dient relativ als Elektronen-Akzeptor (Akzeptor). Die fotoelektrische Umwandlungsschicht 24 stellt ein Feld bereit, in welchem Exzitonen, die erzeugt werden, wenn Licht absorbiert wird, in Elektronen und Löcher getrennt werden. Konkret werden Exzitonen an der Grenzfläche (p/n-Übergangsfläche) zwischen dem Elektronen-Donator und dem Elektronen-Akzeptor in Elektronen und Löcher getrennt.
  • Die fotoelektrische Umwandlungsschicht 24 kann zusätzlich zu dem Halbleitermaterial vom p-Typ und dem Halbleitermaterial vom n-Typ ein organisches Material oder ein sogenanntes Farbstoffmaterial enthalten. Das organische Material oder Farbstoffmaterial wandelt Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich fotoelektrisch um und lässt Licht in einem anderen Wellenlängenbereich durch. Falls die fotoelektrische Umwandlungsschicht 24 gebildet wird, indem die drei Arten organischer Materialien eines Halbleitermaterials vom p-Typ, eines Halbleitermaterials vom n-Typ und eines Farbstoffmaterials verwendet werden, ist es vorzuziehen, dass das Halbleitermaterial vom p-Typ und das Halbleitermaterial vom n-Typ Materialien sind, die jeweils eine Lichtdurchlässigkeit in einem sichtbaren Bereich (z. B. 450 nm bis 800 nm) aufweisen. Die fotoelektrische Umwandlungsschicht 24 hat beispielsweise eine Dicke von 50 nm bis 500 nm.
  • Beispiele der in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 24 enthaltenen organischen Materialien umfassen Chinacridon, Borchloridsubphthalocyanin, Pentacen, Benzothienobenzothiophen, Fulleren und deren Derivate. Die fotoelektrische Umwandlungsschicht 24 enthält eine Kombination der oben beschriebenen, zwei oder mehr Arten organischer Materialien. Die oben beschriebenen organischen Materialien dienen je nach der Kombination als Halbleiter vom p-Typ und Halbleiter vom n-Typ.
  • Es ist besonders zu erwähnen, dass die in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 24 enthaltenen organischen Materialien nicht sonderlich beschränkt sind. Beispielsweise wird zusätzlich zu den oben aufgelisteten organischen Materialien vorzugsweise irgendeines von Naphthalen, Anthracen, Phenantheren, Tetracen, Pyren, Perylen und Fluoranthen oder deren Derivate verwendet. Alternativ dazu kann ein Polymer wie etwa Phenylenvinylen, Fluoren, Carbazol, Indol, Pyren, Pyrrol, Picolin, Thiophen, Acetylen und Diacetylen oder deren Derivate verwendet werden. Außerdem ist es möglich, vorteilhafterweise einen Metallkomplex-Farbstoff, einen Farbstoff auf Cyan-Basis, einen Farbstoff auf Merocyanin-Basis, einen Farbstoff auf Phenylxanthen-Basis, einen Farbstoff auf Triphenylmethan-Basis, einen Farbstoff auf Rhodacyanin-Basis, einen Farbstoff auf Xanthen-Basis, einen Farbstoff auf Basis makrozyklischer Azaannule, einen Farbstoff auf Azulen-Basis, Naphthachinon, einen Farbstoff auf Anthrachinon-Basis, eine Kettenverbindung, in der eine kondensierte polyzyklische aromatische Gruppe wie ezwa Anthracen und Pyren und ein aromatischer Ring oder eine heterozyklische Verbindung kondensiert sind, einen Cyanartigen Farbstoff, der durch zwei stickstoffhaltige Heteroringe wie etwa Chinolin, Benzothiazol und Benzoxazol, die eine Squarylium-Gruppe und Krokon-Methin-Gruppe als gebundene Kette aufweisen, oder durch eine Squarylium-Gruppe oder eine Krokon-Methin-Gruppe gebunden ist, etc. zu verwenden. Es ist besonders zu erwähnen, dass der oben beschriebene Metallkomplex-Farbstoff vorzugsweise, nicht aber darauf beschränkt, ein Farbstoff auf Basis eines Dithiol-Metall-Komplexes, ein Metallophthalocyanin-Farbstoff, ein Metalloporphyrin-Farbstoff oder ein Farbstoff eines Ruthenium-Komplexes ist.
  • Andere Schichten können zwischen der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 24 und der unteren Elektrode 21 (z. B. zwischen der Halbleiterschicht 23 und der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 24) und zwischen der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 24 und der oberen Elektrode 25 vorgesehen werden. Konkret können von der Seite der unteren Elektrode 21 aus der Reihe nach die Halbleiterschicht 23, ein Elektronen blockierender Film, die fotoelektrische Umwandlungsschicht 24, ein Löcher blockierender Film, ein Film zur Einstellung der Austrittsarbeit und dergleichen gestapelt werden. Ferner können zwischen der unteren Elektrode 21 und der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 24 eine darunterliegende Schicht und eine Lochübertragungsschicht vorgesehen werden, und eine Pufferschicht und eine Elektronenübertragungsschicht können zwischen der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 24 und der oberen Elektrode 25 vorgesehen werden.
  • Die obere Elektrode 25 enthält einen elektrisch leitfähigen Film mit Lichtdurchlässigkeit wie bei der unteren Elektrode 21. In der Bildgebungsvorrichtung 1, die das Bildgebungselement 10A als ein Pixel enthält, können die oberen Elektroden 25 für die jeweiligen Pixel getrennt sein oder als eine für die jeweiligen Pixel gemeinsame Elektrode ausgebildet sein. Die obere Elektrode 25 hat beispielsweise eine Dicke von 10 nm bis 200 nm.
  • Der dielektrische Film 26 dient dazu, die Lichtreflexion zu verhindern, die durch einen Brechungsindexunterschied zwischen dem Halbleitersubstrat 30 und dem Isolierfilm 27 verursacht wird. Es ist vorzuziehen, dass ein Material des dielektrischen Films 24 ein Material mit einem Brechungsindex zwischen dem Brechungsindex des Halbleitersubstrats 30 und dem Brechungsindex des Isolierfilms 27 ist. Ferner ist es vorzuziehen, dass ein Material, das ermöglicht, dass ein Film mit zum Beispiel einer negativen fixierten Ladung gebildet wird, als Material des dielektrischen Films 26 verwendet wird. Alternativ dazu ist es vorzuziehen, dass ein Halbleitermaterial oder ein elektrisch leitfähiges Material mit einer breiteren Bandlücke als diejenige des Halbleitersubstrats 30 als Material des dielektrischen Films 26 genutzt wird. Dies macht es möglich, die Erzeugung von Dunkelströmen an der Grenzfläche des Halbleitersubstrats 30 zu unterdrücken. Beispiele solcher Materialien umfassen Hafniumoxid (HfOx), Aluminiumoxid (AlOx), Zirkoniumoxid (ZrOx), Tantaloxid (TaOx), Titaniumoxid (TiOx), Lanthanoxid (LaOx), Praseodymiumoxid (PrOx), Ceroxid (CeOx), Neodymioxid (NdOx), Promethiumoxid (PmOx), Samariumoxid (SmOx), Europiumoxid (EuOx), Gadoliniumoxid (GdOx), Terbiumoxid (TbOx), Dysprosiumoxid (DyOx), Holmiumoxid (HoOx), Thuliumoxid (TmOx), Ytterbiumoxid (YbOx), Lutetiumoxid (LuOx), Yttriumoxid (YOx), Hafniumnitrid (HfNx), Aluminiumnitrid (AlNx), Hafniumoxinitrid (HfOxNy), Aluminiumoxinitrid (AlOxNy) und dergleichen.
  • Wie oben beschrieben wurde, umfasst der dielektrische Film 26 den ersten dielektrischen Film 26a und den zweiten dielektrischen Film 26b. Der erste dielektrische Film 26a ist auf der ersten Oberfläche (Oberfläche 30S1) des Halbleitersubstrats 30 vorgesehen und hat eine erste Filmdicke W1. Der zweite dielektrische Film 26b ist auf der seitlichen Oberfläche des Durchgangslochs 30H vorgesehen und hat eine zweite Filmdicke W2. Der erste dielektrische Film 26a auf der ersten Oberfläche (Oberfläche 30S1) des Halbleitersubstrats 30 hat eine Filmdicke (erste Filmdicke: W1), die größer als die Filmdicke (zweite Filmdicke: W2) des zweiten dielektrischen Films 26b ist, der auf der seitlichen Oberfläche des Durchgangslochs 30H ausgebildet ist. Konkret ist beispielsweise vorzuziehen, dass der erste dielektrische Film 26a eine Filmdicke von 10 nm oder mehr und 500 nm oder weniger aufweist, falls beispielsweise das Bildgebungselement 10A ein Bildgebungselement für sichtbares Licht ist. Es wird bevorzugt, dass der zweite dielektrische Film 26b zum Beispiel eine Filmdicke von 1 nm oder mehr und 200 nm oder weniger aufweist. Es ist vorzuziehen, dass der erste dielektrische Film 26a eine Filmdicke von 10 nm oder mehr und 1000 nm oder weniger beispielsweise in einem Fall aufweist, in dem das Bildgebungselement 10A ein Bildgebungselement für Infrarotlicht ist. Es ist vorzuziehen, dass der zweite dielektrische Film 26b beispielsweise eine Filmdicke von 1 nm oder mehr und 200 nm oder weniger aufweist. Dies macht es möglich, die Reflexion von einfallendem Licht auf der lichtempfangenden Oberfläche (erste Oberfläche (Oberfläche 30S1)) des Halbleitersubstrats 30 zu unterdrücken, während eine Zunahme der Kapazität der innerhalb des Durchgangslochs 30H vorgesehenen Durchgangselektrode 34 unterdrückt wird.
  • Wie in 5A veranschaulicht ist, können zum Beispiel der erste dielektrische Film 26a des dielektrischen Films 26 auf dem Halbleitersubstrat 30 und der zweite dielektrische Film 26b des dielektrischen Films 26, der auf der seitlichen Oberfläche des Durchgangslochs 30H ausgebildet ist, als Einschichtfilme ausgebildet sein; dies ist jedoch nicht einschränkend.
  • Wie in 5B veranschaulicht ist, kann beispielsweise der erste dielektrische Film 26a mit einer größeren Filmdicke als diejenige des zweiten dielektrischen Films 26b auf der seitlichen Oberfläche des Durchgangslochs 30H gebildet werden, indem der dielektrische Film 26 als teilweise gestapelter Film eines dielektrischen Films 26A und eines dielektrischen Films 26B ausgebildet wird. Der dielektrische Film 26A wird als ununterbrochener Film mit einer gleichmäßigen Filmdicke von der ersten Oberfläche (Oberfläche 30S1) des Halbleitersubstrats 30 bis zur seitlichen Oberfläche des Durchgangslochs 30H ausgebildet. Der dielektrische Film 26B ist nur auf dem dielektrischen Film 26A auf der ersten Oberfläche (Oberfläche 30S1) des Halbleitersubstrats 30 ausgebildet.
  • Wie in 5C veranschaulicht ist, kann beispielsweise der dielektrische Film 26 so ausgebildet werden, dass er auf der ersten Oberfläche (Oberfläche 30S1) des Halbleitersubstrats 30 eine größere Filmdicke als auf der seitlichen Oberfläche des Durchgangslochs 30H aufweist, indem der gesamte dielektrische Film 26 als gestapelter Film (dielektrische Filme 26A und 26B) gebildet wird und erste dielektrische Filme 26a1 und 26a2 auf dem Halbleitersubstrat 30 so ausgebildet werden, dass deren Filmdicke größer als die der zweiten dielektrischen Filme 26b1 und 26b2 ist, die auf der seitlichen Oberfläche des Durchgangslochs 30H ausgebildet sind.
  • Es ist besonders zu erwähnen, dass 5B und 5C jeweils ein Beispiel veranschaulichen, in welchem die beiden dielektrischen Filme 26 als gestapelter Film gestapelt sind, aber auch drei oder mehr Filme gestapelt werden können. Beispielsweise können die drei ersten dielektrischen Filme 26a und der eine zweite dielektrische Film 26b gestapelt sein oder können die drei ersten dielektrischen Filme 26a und die zwei zweiten dielektrischen Filme 26b gestapelt sein. Wie oben beschrieben wurde, können außerdem in einem Fall, in dem die dielektrischen Filme 26 als gestapelter Film ausgebildet sind, die gleichen Materialien verwendet werden, um die dielektrischen Filme 26 auszubilden, oder können verschiedene Materialien verwendet werden, um die dielektrischen Filme 26 auszubilden. Der erste dielektrische Film 26a mit zwei oder mehr Arten gestapelter Filme wird auf diese Weise auf der ersten Oberfläche (Oberfläche 30S1) des Halbleitersubstrats 30 vorgesehen. Dies macht es möglich, die Leistung einer Lochakkumulierungsschicht hinzuzufügen. Wie oben beschrieben wurde, ist es ferner vorzuziehen, dass der dielektrische Film 26 einen Brechungsindex aufweist, der von der Seite des Isolierfilms 27 aus zur Seite des Halbleitersubstrats 30 dem Brechungsindex des Halbleitersubstrats 30 graduell näherkommt, falls der dielektrische Film 26 als gestapelter Film ausgebildet ist. Dies macht es möglich, die Reflexion von einfallendem Licht an der Grenzfläche des Halbleitersubstrats 30 zu unterdrücken, einen Eintritt von einfallendem Licht in das Halbleitersubstrat 30 zu erleichtern und die fotoelektrische Umwandlungseffizienz der anorganischen fotoelektrischen Wandler 32B und 32R, die eingebettet ausgebildet sind, zu erhöhen.
  • Obgleich im Folgenden im Detail beschrieben, wird außerdem beispielsweise eine Trockenätzung als Verfahren zum Ausbilden des Durchgangslochs 30H im Halbleitersubstrat 30 genutzt. In diesem Fall weist der obere Bereich des Durchgangslochs 30H oder der Bereich nahe der ersten Oberfläche (Oberfläche 30S1) des Halbleitersubstrats 30 eine große Beschädigung auf. Es ist daher vorzuziehen, dass der dielektrische Film 26A beim oberen Bereich des Durchgangslochs 30H wie in 5D veranschaulicht ausgebildet wird, dann der dielektrische Film 26B ausgebildet wird, der sich von oberhalb der ersten Oberfläche (Oberfläche 30S1) des Halbleitersubstrats 30 bis zum oberen Bereich der seitlichen Oberfläche des Durchgangslochs 30H erstreckt, und der zweite dielektrische Film 26b so ausgebildet wird, dass er eine erhöhte Filmdicke am oberen Bereich der seitlichen Oberfläche des Durchgangslochs 30H aufweist. Der dielektrische Film 26A ist ein ununterbrochener Film mit einer gleichmäßigen Filmdicke von der ersten Oberfläche (Oberfläche 30S1) des Halbleitersubstrats 30 bis zur seitlichen Oberfläche des Durchgangslochs 30H.
  • Es ist besonders zu erwähnen, dass zwischen dem Halbleitersubstrat 30 und dem dielektrischen Film 26 ein Isolierfilm wie etwa ein Oxidfilm ausgebildet werden kann.
  • Der Isolierfilm 27 ist auf dem ersten dielektrischen Film 26a, der auf der ersten Oberfläche (Oberfläche 30S1) des Halbleitersubstrats 30 ausgebildet ist, und zwischen dem auf der seitlichen Oberfläche des Durchgangslochs 30H ausgebildeten zweiten dielektrischen Film 26b und der Durchgangselektrode 34 vorgesehen. Der Isolierfilm 27 dient zum elektrischen Isolieren der Durchgangselektrode 34 und des Halbleitersubstrats 30. Ein Material des Isolierfilms ist nicht sonderlich beschränkt; der Isolierfilm 27 wird aber gebildet, indem zum Beispiel Siliziumoxid (SiOx), TEOS, Siliziumnitrid (SiNx), Siliziumoxinitrid (SiON) und dergleichen verwendet werden.
  • Die Zwischenschicht-Isolierschicht 28 umfasst zum Beispiel einen Einzelschichtfilm, der eines von Siliziumoxid (Si-Ox), TEOS, Siliziumnitrid (SiNx), Siliziumoxinitrid (SiON) und dergleichen enthält, oder einen gestapelten Film, der zwei oder mehr von ihnen umfasst.
  • Die Isolierschicht 22 dient zum elektrischen Trennen der Akkumulierungselektrode 21B und der Halbleiterschicht 23. Die Isolierschicht 22 ist beispielsweise auf der Zwischenschicht-Isolierschicht 28 vorgesehen, um die untere Elektrode 21 zu bedecken. Außerdem ist die Isolierschicht 22 mit einer Öffnung 22H auf der Ausleseelektrode 21A der unteren Elektrode 21 versehen. Die Ausleseelektrode 21A und die Halbleiterschicht 23 sind über diese Öffnung 22H elektrisch gekoppelt. Es ist möglich, die Isolierschicht 22 auszubilden, indem beispielsweise ein Material ähnlich demjenigen der Zwischenschicht-Isolierschicht 28 verwendet wird. Die Isolierschicht 22 umfasst zum Beispiel einen Einzelschichtfilm, der eines von Siliziumoxid (SiOx), Siliziumnitrid (SiNx), Siliziumoxinitrid (SiON) und dergleichen umfasst, oder einen gestapelten Film, der zwei oder mehr von ihnen umfasst. Die Isolierschicht 22 hat eine Dicke von beispielsweise 20 nm bis 500 nm.
  • Die Schutzschicht 51 enthält ein Material mit Lichtdurchlässigkeit. Die Schutzschicht 51 umfasst beispielsweise einen Einzelschichtfilm, der eines von Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid und dergleichen enthält, oder einen gestapelten Film, der zwei oder mehr von ihnen enthält. Diese Schutzschicht 51 weist beispielsweise eine Dicke von 100 nm bis 30000 nm auf.
  • Das Halbleitersubstrat 30 enthält beispielsweise ein Silizium- (Si) Substrat vom n-Typ und weist eine p-Wanne 31 in einem vorbestimmten Gebiet (z. B. der Pixelsektion 1a) auf. Die zweite Oberfläche (Oberfläche 30S2) der p-Wanne 31 ist mit den oben beschriebenen Übertragungstransistoren Tr2 und Tr3, dem Verstärkertransistor AMP, dem Rücksetztransistor RST, dem Auswahltransistor SEL und dergleichen versehen. Außerdem ist eine periphere Sektion (periphere Sektion 1b) des Halbleitersubstrats 30 wie in 2 veranschaulicht beispielsweise mit einer Pixel-Ausleseschaltung 110 und einer Pixel-Ansteuerungsschaltung 120 versehen, die jeweils eine Logikschaltung oder dergleichen enthalten.
  • Der Rücksetztransistor RST (Rücksetztransistor Tr1rst) setzt vom organischen fotoelektrischen Wandler 20 zum Floating-Diffusionsgebiet FD1 übertragene Ladungen zurück und enthält beispielsweise einen MOS-Transistor. Konkret enthält der Rücksetztransistor Tr1rst das Rücksetz-Gate Grst, ein Kanalausbildungsgebiet 36A und die Source/Drain-Gebiete 36B und 36C. Das Rücksetz-Gate Grst ist mit einer Rücksetzleitung RST1 gekoppelt. Das eine Source/Drain-Gebiet 36B des Rücksetztransistors Tr1rst dient auch als das Floating-Diffusionsgebiet FD1. Das andere, im Rücksetztransistor Tr1rst enthaltene Source/Drain-Gebiet 36C ist mit einer Stromversorgung VDD gekoppelt.
  • Der Verstärkertransistor AMP ist ein Modulationselement, das die Menge an im organischen fotoelektrischen Wandler 20 erzeugten Ladungen in eine Spannung moduliert. Der Verstärkertransistor AMP enthält beispielsweise einen MOS-Transistor. Konkret enthält der Verstärkertransistor AMP das Rücksetz-Gate Gamp, ein Kanalausbildungsgebiet 35A und Source/Drain-Gebiete 35B und 35C. Das Gate Gamp ist über den unteren ersten Kontakt 45, die Kopplungssektion 41A, den unteren zweiten Kontakt 46, die Durchgangselektrode 34 und dergleichen mit der Ausleseelektrode 21A und dem einen Source/Drain-Gebiet 36B (Floating-Diffusionsschicht FD1) des Rücksetztransistors Tr1rst gekoppelt. Außerdem teilt sich das eine Source/Drain-Gebiet 35B ein Gebiet mit dem anderen Source/Drain-Gebiet 36C, das im Rücksetztransistor Tr1rst enthalten ist, und ist mit der Stromversorgung VDD gekoppelt.
  • Der Auswahltransistor SEL (Auswahltransistor TR1sel) enthält ein Gate Gsel, ein Kanalausbildungsgebiet 34A und Source/Drain-Gebiete 34B und 34C. Das Gate Gsel ist mit einer Auswahlleitung SEL1 gekoppelt. Außerdem teilt sich das eine Source/Drain-Gebiet 34B ein Gebiet mit dem anderen Source/Drain-Gebiet 35C, das im Verstärkertransistor AMP enthalten ist, und das andere Source/Drain-Gebiet 34C ist mit einer Signalleitung (Datenausgabeleitung) VSL1 gekoppelt.
  • Die anorganischen fotoelektrischen Wandler 32B und 32R weisen jeweils einen pn-Übergang in einem vorbestimmten Gebiet des Halbleitersubstrats 30 auf. Die anorganischen fotoelektrischen Wandler 32B und 32R ermöglichen jeweils, dass Licht in der vertikalen Richtung dispergiert bzw. zerlegt wird, da Anteile von Licht mit unterschiedlicher Wellenlänge gemäß der Lichteinfallstiefe in einem Siliziumsubstrat absorbiert werden. Der anorganische fotoelektrische Wandler 32B detektiert selektiv blaues Licht, um Signalladungen entsprechend einer blauen Farbe zu akkumulieren. Der anorganische fotoelektrische Wandler 32B ist bei einer Tiefe installiert, bei der es möglich ist, blaues Licht effizient fotoelektrisch umzuwandeln. Der anorganische fotoelektrische Wandler 32R detektiert selektiv rotes Licht, um Signalladungen zu akkumulieren, die einer roten Farbe entsprechen. Der anorganische fotoelektrische Wandler 32R ist bei einer Tiefe installiert, bei der es möglich ist, rotes Licht effizient fotoelektrisch umzuwandeln. Es ist besonders zu erwähnen, dass Blau (B) eine Farbe ist, die einem Wellenlängenbereich von beispielsweise 450 nm bis 495 nm entspricht. Rot (R) ist eine Farbe, die einem Wellenlängenbereich von beispielsweise 620 nm bis 750 nm entspricht. Es reicht aus, falls die anorganischen fotoelektrischen Wandler 32B und 32R dafür konfiguriert sind, Licht in einem Teil der jeweiligen Wellenlängenbereiche oder dem Gesamten zu detektieren.
  • Der anorganische fotoelektrische Wandler 32B enthält beispielsweise ein (p+)-Gebiet, das als Lochakkumulierungsschicht dient, und ein n-Gebiet, das als Elektronenakkumulierungsschicht dient. Der anorganische fotoelektrische Wandler 32R enthält beispielsweise ein (p+)-Gebiet, das als Lochakkumulierungsschicht dient, und ein n-Gebiet, das als Elektronenakkumulierungsschicht dient (mit einer p-n-p gestapelten Struktur). Das n-Gebiet des anorganischen fotoelektrischen Wandlers 32B ist mit dem vertikalen Übertragungstransistor Tr2 gekoppelt. Das (p+)-Gebiet des anorganischen fotoelektrischen Wandlers 32B ist entlang dem Übertragungstransistor Tr2 gebogen und führt zum (p+)-Gebiet des anorganischen fotoelektrischen Wandlers 32R.
  • Der Übertragungstransistor Tr2 (Übertragungstransistor TR2trs) dient zum Übertragen von der blauen Farbe entsprechenden Signalladungen (hier Elektronen), die im anorganischen fotoelektrischen Wandler 32B erzeugt und akkumuliert wurden, zum Floating-Diffusionsgebiet FD2. Der anorganische fotoelektrische Wandler 32B ist von der zweiten Oberfläche (Oberfläche 30S2) des Halbleitersubstrats 30 aus bei einer tiefen Position ausgebildet, und es ist somit vorzuziehen, dass der Übertragungstransistor TR2trs des anorganischen fotoelektrischen Wandlers 32B einen vertikalen Transistor enthält. Außerdem ist der Übertragungstransistor TR2trs mit einer Übertragungs-Gateleitung TG2 gekoppelt. Überdies ist das Floating-Diffusionsgebiet FD2 in dem Gebiet 37C nahe einem Gate Gtrs2 des Übertragungstransistors TR2trs vorgesehen. Die im anorganischen fotoelektrischen Wandler 32B akkumulierten Ladungen werden über einen entlang dem Gate Gtrs2 ausgebildeten Übertragungskanal durch das Floating-Diffusionsgebiet FD2 ausgelesen.
  • Der Übertragungstransistor Tr3 (Übertragungstransistor TR3trs) überträgt der roten Farbe entsprechende Signalladungen (hier Elektronen), die im anorganischen fotoelektrischen Wandler 32R erzeugt und akkumuliert wurden, zum Floating-Diffusionsgebiet. Der Übertragungstransistor Tr3 (Übertragungstransistor TR3trs) enthält beispielsweise einen MOS-Transistor. Außerdem ist der Übertragungstransistor TR3trs mit einer Übertragungs-Gateleitung TG3 gekoppelt. Überdies ist das Floating-Diffusionsgebiet FD3 im Gebiet 38C nahe einem Gate Gtrs3 des Übertragungstransistors TR3trs vorgesehen. Die im anorganischen fotoelektrischen Wandler 32R akkumulierten Ladungen werden über einen entlang dem Gate Gtrs3 ausgebildeten Übertragungskanal durch das Floating-Diffusionsgebiet FD3 ausgelesen.
  • Ferner sind ein Rücksetztransistor TR2rst, ein Verstärkertransistor TR2amp und ein Auswahltransistor TR2sel auf der Seite der zweiten Oberfläche (Oberfläche 30S2) des Halbleitersubstrats 30 vorgesehen. Der Rücksetztransistor TR2rst, der Verstärkertransistor TR2amp und der Auswahltransistor TR2sel sind in der Steuerungssektion des anorganischen fotoelektrischen Wandlers 32B enthalten. Außerdem sind ein Rücksetztransistor TR3rst, ein Verstärkertransistor TR3amp und ein Auswahltransistor TR3sel vorgesehen, die in der Steuerungssektion des anorganischen fotoelektrischen Wandlers 32R enthalten sind.
  • Der Rücksetztransistor TR2rst enthält ein Gate, ein Kanalausbildungsgebiet und ein Source/Drain-Gebiet. Das Gate des Rücksetztransistors TR2rst ist mit einer Rücksetzleitung RST2 gekoppelt, und ein Source/Drain-Gebiet des Rücksetztransistors TR2rst ist mit der Stromversorgung VDD gekoppelt. Das andere Source/Drain-Gebiet des Rücksetztransistors TR2rst dient auch als das Floating-Diffusionsgebiet FD2.
  • Der Verstärkertransistor TR2amp enthält ein Gate, ein Kanalausbildungsgebiet und ein Source/Drain-Gebiet. Das Gate ist mit dem anderen Source/Drain-Gebiet (Floating-Diffusionsgebiet FD2) des Rücksetztransistors TR2rst gekoppelt. Außerdem teilt sich das eine, im Verstärkertransistor TR2amp enthaltene Source/Drain-Gebiet ein Gebiet mit dem einen, im Rücksetztransistor Tr2rst enthaltenen Source/Drain-Gebiet und ist mit der Stromversorgung VDD gekoppelt.
  • Der Auswahltransistor TR2sel enthält ein Gate, ein Kanalausbildungsgebiet und ein Source/Drain-Gebiet. Das Gate ist mit einer Auswahlleitung SEL2 gekoppelt. Außerdem teilt sich das eine, im Auswahltransistor TR2sel enthaltene Source/Drain-Gebiet ein Gebiet mit dem anderen, im Verstärkertransistor Tr2amp enthaltenen Source/Drain-Gebiet. Das andere, im Auswahltransistor TR2sel enthaltene Source/Drain-Gebiet ist mit einer Signalleitung (Datenausgabeleitung) VSL2 gekoppelt.
  • Der Rücksetztransistor TR3rst enthält ein Gate, ein Kanalausbildungsgebiet und ein Source/Drain-Gebiet. Das Gate des Rücksetztransistors TR3rst ist mit einer Rücksetzleitung RST3 gekoppelt, und das eine, im Rücksetztransistor TR3rst enthaltene Source/Drain-Gebiet ist mit der Stromversorgung VDD gekoppelt. Das andere, im Rücksetztransistor TR3rst enthaltene Source/Drain-Gebiet dient auch als das Floating-Diffusionsgebiet FD3.
  • Der Verstärkertransistor TR3amp enthält ein Gate, ein Kanalausbildungsgebiet und ein Source/Drain-Gebiet. Das Gate ist mit dem anderen, im Rücksetztransistor TR3rst enthaltenen Source/Drain-Gebiet (Floating-Diffusionsgebiet FD3) gekoppelt. Außerdem teilt sich das eine, im Verstärkertransistor TR3amp enthaltene Source/Drain-Gebiet ein Gebiet mit dem einen, im Rücksetztransistor Tr3rst enthaltenen Source/Drain-Gebiet und ist mit der Stromversorgung VDD gekoppelt.
  • Der Auswahltransistor TR3sel enthält ein Gate, ein Kanalausbildungsgebiet und ein Source/Drain-Gebiet. Das Gate ist mit einer Auswahlleitung SEL3 gekoppelt. Außerdem teilt sich das eine, im Auswahltransistor TR3sel enthaltene Source/Drain-Gebiet ein Gebiet mit dem anderen, im Verstärkertransistor Tr3amp enthaltenen Source/Drain-Gebiet. Das andere, im Auswahltransistor TR3sel enthaltene Source/Drain-Gebiet ist mit einer Signalleitung (Datenausgabeleitung) VSL3 gekoppelt.
  • Die Rücksetzleitungen RST1, RST2 und RST3, die Auswahlleitungen SEL1, SEL2 und SEL3 und die Übertragungs-Gateleitungen TG2 und TG3 sind jeweils mit einer in einer Ansteuerungsschaltung enthaltenen vertikalen Ansteuerungsschaltung 112 gekoppelt. Die Signalleitungen (Datenausgabeleitungen) VSL1, VSL2 und VSL3 sind mit einer in der Ansteuerungsschaltung enthaltenen Spalten-Signalverarbeitungsschaltung 113 gekoppelt.
  • Der untere erste Kontakt 45, der untere zweite Kontakt 46, der obere erste Kontakt 29A, der obere zweite Kontakt 29B und ein oberer dritter Kontakt 29C enthalten jeweils beispielsweise ein dotiertes Siliziummaterial wie etwa PDAS (mit Phosphor dotiertes amorphes Silizium) oder ein Metallmaterial wie etwa Aluminium (Al), Wolfram (W), Titan (Ti), Cobalt (Co), Hafnium (Hf) und Tantal (Ta).
  • (Verfahren zum Herstellen eines Bildgebungselements)
  • Es ist möglich, das Bildgebungselement 10A gemäß der vorliegenden Ausführungsform zum Beispiel wie folgt herzustellen.
  • 6 bis 11 veranschaulichen das Verfahren zum Herstellen des Bildgebungselements 10A in der Reihenfolge der Schritte. Zunächst wird, wie in 6 veranschaulicht ist, beispielsweise die p-Wanne 31 als Wanne eines ersten elektrischen Leitungstyps im Halbleitersubstrat 30 ausgebildet. Die anorganischen fotoelektrischen Wandler 32B und 32R eines zweiten elektrischen Leitungstyps (z. B. n-Typ) werden in dieser p-Wanne 31 ausgebildet. Ein (p+)-Gebiet wird in einem Gebiet nahe der ersten Oberfläche (Oberfläche 30S1) des Halbleitersubstrats 30 ausgebildet.
  • Wie ebenfalls in 6 veranschaulicht ist, werden beispielsweise (n+)-Gebiete, die als die Floating-Diffusionsgebiete FD1 bis FD3 dienen, auf der zweiten Oberfläche (Oberfläche 30S2) des Halbleitersubstrats 30 ausgebildet, und eine Gate-Isolierschicht 33 und eine Gate-Verdrahtungsschicht 47 werden dann gebildet. Die Gate-Verdrahtungsschicht 47 enthält die jeweiligen Gates des Übertragungstransistors Tr2, des Übertragungstransistors Tr3, des Auswahltransistors SEL, des Verstärkertransistors AMP und des Rücksetztransistors RST. Dies bildet den Übertragungstransistor Tr2, den Übertragungstransistor Tr3, den Auswahltransistor SEL, den Verstärkertransistor AMP und den Rücksetztransistor RST. Ferner wird die Mehrschicht-Verdrahtungsleitung 40 auf der zweiten Oberfläche (Oberfläche 30S2) des Halbleitersubstrats 30 ausgebildet. Die Mehrschicht-Verdrahtungsleitung 40 enthält die Verdrahtungsschichten 41 bis 43 und die Isolierschicht 44. Die Verdrahtungsschichten 41 bis 43 enthalten den unteren ersten Kontakt 45, den unteren zweiten Kontakt 46 und die Kopplungssektion 41A.
  • Als die Basis des Halbleitersubstrats 30 wird zum Beispiel ein SOI- (Silicon-on-Insulator) Substrat verwendet, in welchem das Halbleitersubstrat 30, ein (nicht veranschaulichter) eingebetteter Oxidfilm und ein (nicht veranschaulichtes) Halbleitersubstrat gestapelt sind. Obgleich in 6 nicht veranschaulicht sind der eingebettete Oxidfilm und das Halbleitersubstrat mit der ersten Oberfläche (Oberfläche 30S1) des Halbleitersubstrats 30 verbunden. Nach einer Ionenimplantation wird eine Behandlung zum Ausheilen durchgeführt.
  • Als Nächstes wird ein (nicht veranschaulichtes) Trägersubstrat, eine andere Halbleiterbasis oder dergleichen mit der Seite der zweiten Oberfläche (Oberfläche 30S2) (Seite der Mehrschicht-Verdrahtungsleitung 40) des Halbleitersubstrats 30 verbunden und vertikal umgedreht. Anschließend wird das Halbleitersubstrat 30 von dem eingebetteten Oxidfilm und dem Halbleitersubstrat des SOI-Substrats getrennt, um die erste Oberfläche (Oberfläche 30S1) des Halbleitersubstrats 30 freizulegen. Es ist möglich, die oben beschriebenen Schritte mit einer Technologie, die in einem normalen CMOS-Prozess verwendet wird, wie etwa einer Ionenimplantation und CVD (chemische Gasphasenabscheidung) durchzuführen.
  • Als Nächstes wird, wie in 7 veranschaulicht ist, das Halbleitersubstrat 30 von der Seite der ersten Oberfläche (Oberfläche 30S1) aus zum Beispiel mittels Trockenätzung prozessiert, um zum Beispiel das ringförmige Durchgangsloch 30H auszubilden. Die Tiefe des Durchgangslochs 30H erstreckt sich wie in 7 veranschaulicht von der ersten Oberfläche (Oberfläche 30S1) bis zur zweiten Oberfläche (Oberfläche 30S2) des Halbleitersubstrats 30.
  • Wie in 8 veranschaulicht ist, wird als Nächstes unter Verwendung beispielsweise einer Atomlagenabscheidung (Atomic Layer Deposition; ALD) der dielektrische Film 26A auf der ersten Oberfläche (Oberfläche 30S1) des Halbleitersubstrats 30 und der seitlichen Oberfläche des Durchgangslochs 30H gebildet. Dies bildet den dielektrischen Film 26A aus, der über der ersten Oberfläche (Oberfläche 30S1) des Halbleitersubstrats 30 und der seitlichen Oberfläche und der Bodenfläche des Durchgangslochs 30H ununterbrochen ist. Als Nächstes wird der dielektrische Film 26B auf dem dielektrischen Film 26A auf der ersten Oberfläche (Oberfläche 30S1) des Halbleitersubstrats 30 unter Verwendung beispielsweise eines Sputterns gebildet, und dann wird der Isolierfilm 27 über der ersten Oberfläche (Oberfläche 30S1) des Isolierfilms des Halbleitersubstrats 30 und innerhalb des Durchgangslochs 30H ausgebildet.
  • Wie in 9 veranschaulicht ist, wird als Nächstes beispielsweise durch Trockenätzung ein Durchgangsloch 27H in dem Isolierfilm 27 gebildet, der innerhalb des Durchgangslochs 30H ausgebildet ist. Das Durchgangsloch 27H erreicht die Kopplungssektion 41A durch den Isolierfilm 27, den ersten dielektrischen Film 26a und die Isolierschicht 44. Es ist besonders zu erwähnen, dass der Isolierfilm 27 über der ersten Oberfläche (Oberfläche 30S1) in diesem Fall in der Dicke ebenfalls verringert wird.
  • Wie in 10 veranschaulicht ist, wird als Nächstes ein elektrisch leitfähiger Film 34x auf dem Isolierfilm 27 und im Inneren des Durchgangslochs 27H ausgebildet, und danach wird ein Fotoresist bzw. Fotolack PR an einer vorbestimmten Position auf dem elektrisch leitfähigen Film 34x ausgebildet. Danach wird die in 11 veranschaulichte Durchgangselektrode 34, die eine vorstehende Sektion auf der ersten Oberfläche (Oberfläche 30S1) des Halbleitersubstrats 30 enthält, durch Ätzen und Entfernen des Fotoresists PR ausgebildet.
  • Danach wird ein in der Zwischenschicht-Isolierschicht 28 enthaltener Isolierfilm auf einem Isolierfilm 37 und der Durchgangselektrode 34 ausgebildet, werden der obere erste Kontakt 29A, die Pad-Sektionen 39A und 39B, der obere zweite Kontakt 29B und der obere dritte Kontakt 29C auf der Durchgangselektrode 34 und dergleichen ausgebildet und wird die Oberfläche der Zwischenschicht-Isolierschicht 28 unter Verwendung von CMP (chemisch-mechanischen Polieren) planarisiert. Anschließend wird ein elektrisch leitfähiger Film auf der Zwischenschicht-Isolierschicht 28 ausgebildet, und danach wird ein Fotoresist an einer vorbestimmten Position auf dem elektrisch leitfähigen Film ausgebildet. Die Ausleseelektrode 21A und die Akkumulierungselektrode 21B werden danach gebildet, indem das Fotoresist geätzt und entfernt wird. Als Nächstes wird die Isolierschicht 22 auf der Zwischenschicht-Isolierschicht 28 und der Ausleseelektrode 21A und der Akkumulierungselektrode 21B gebildet, und die Öffnung 22H wird dann auf der Ausleseelektrode 21A vorgesehen. Anschließend werden auf der Isolierschicht 22 die Halbleiterschicht 23, die fotoelektrische Umwandlungsschicht 24, die obere Elektrode 25, die Schutzschicht 51 und der lichtabschirmende Film 52 gebildet. Es ist besonders zu erwähnen, dass, falls die Halbleiterschicht 23 und die andere anorganische Schicht unter Verwendung organischer Materialien gebildet werden, es vorzuziehen ist, dass die Halbleiterschicht 23 und die andere organische Schicht in einem Vakuumschritt kontinuierlich (in einem Insitu-Vakuumprozess) gebildet werden. Außerdem ist das Verfahren zum Ausbilden der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 24 nicht notwendigerweise auf ein Verfahren beschränkt, in dem eine Vakuumverdampfung genutzt wird. Ein anderes Verfahren, zum Beispiel eine Technologie einer Schleuderbeschichtung, eine Drucktechnologie oder dergleichen, kann verwendet werden. Schließlich werden die Schutzschicht 51, der lichtabschirmende Film 52 und die On-Chip-Linse 53 angeordnet. Wie oben beschrieben wurde, wird das in 1 veranschaulichte Bildgebungselement 10A komplettiert.
  • Wenn im Bildgebungselement 10A Licht über die On-Chip-Linse 53 in den organischen fotoelektrischen Wandler 20 eintritt, gelangt Licht nacheinander durch den organischen fotoelektrischen Wandler 20 und die anorganischen fotoelektrischen Wandler 32B und 32R. Während das Licht durch den organischen fotoelektrischen Wandler 20 und die anorganischen fotoelektrischen Wandler 32B und 32R hindurchgeht, wird das Licht jeweils für grünes Licht, blaues Licht und rotes Licht fotoelektrisch umgewandelt. Das Folgende beschreibt einen Betrieb zum Erfassen von Signalen der jeweiligen Farben.
  • (Erfassung eines grünen Farbsignals mittels des organischen fotoelektrischen Wandlers 20)
  • Zunächst wird durch den organischen fotoelektrischen Wandler 20 grünes Licht der Anteile eines Lichts, das in das Bildgebungselement 10A eingetreten ist, selektiv detektiert (absorbiert), um einer fotoelektrischen Umwandlung unterzogen zu werden.
  • Der organische fotoelektrische Wandler 20 ist über die Durchgangselektrode 34 mit dem Gate Gamp des Verstärkertransistors AMP und dem Floating-Diffusionsgebiet FD1 gekoppelt. Somit werden die Elektronen der Elektron-Loch-Paare, die im organischen fotoelektrischen Wandler 20 erzeugt werden, von der Seite der unteren Elektrode 21 entnommen, über die Durchgangselektrode 34 zur Seite der zweiten Oberfläche (Oberfläche 30S2) des Halbleitersubstrats 30 übertragen und im Floating-Diffusionsgebiet FD1 akkumuliert. Zur gleichen Zeit moduliert der Verstärkertransistor AMP die Menge an im organischen fotoelektrischen Wandler erzeugten Ladungen in eine Spannung.
  • Außerdem ist das Rücksetz-Gate Grst des Rücksetztransistors RST neben dem Floating-Diffusionsgebiet FD1 angeordnet. Dies bewirkt, dass der Rücksetztransistor RST die im Floating-Diffusionsgebiet FD1 akkumulierten Ladungen zurücksetzt.
  • Der organische fotoelektrische Wandler 20 ist hier über die Durchgangselektrode 34 mit nicht nur dem Verstärkertransistor AMP, sondern auch dem Floating-Diffusionsgebiet FD1 gekoppelt, was ermöglicht, dass der Rücksetztransistor RST die im Floating-Diffusionsgebiet FD1 akkumulierten Ladungen einfach zurücksetzt.
  • Im Gegensatz dazu ist es, falls die Durchgangselektrode 34 und das Floating-Diffusionsgebiet FD1 nicht gekoppelt sind, schwierig, die im Floating-Diffusionsgebiet FD1 akkumulierten Ladungen zurückzusetzen, was eine Anlegung einer großen Spannung, um die Ladungen zur Seite der oberen Elektrode 25 herauszuziehen, zur Folge hat. Die fotoelektrische Umwandlungsschicht 24 kann so beschädigt werden. Außerdem führt eine Struktur, die ein Zurücksetzen in einer kurzen Zeitspanne ermöglicht, zu einem erhöhten Dunkelrauschen (engl.: dark-time noise) und läuft auf einen Kompromiss hinaus. Diese Struktur ist somit problematisch.
  • 12 veranschaulicht ein Betriebsbeispiel des Bildgebungselements 10A. (A) veranschaulicht ein Potential an der Akkumulierungselektrode 21B, (B) veranschaulicht ein Potential am Floating-Diffusionsgebiet FD1 (Ausleseelektrode 21A), und (C) veranschaulicht ein Potential am Gate (Grst) des Rücksetztransistors TR1rst. Im Bildgebungselement 10A werden Spannungen individuell an die Ausleseelektrode 21A und die Akkumulierungselektrode 21B angelegt.
  • Die Ansteuerungsschaltung legt im Bildgebungselement 10A in einer Akkumulierungsperiode ein Potential V1 an die Ausleseelektrode 21A an und legt ein Potential V2 an die Akkumulierungselektrode 21B an. Hier wird angenommen, dass die Potentiale V1 und V2 V2 > V1 erfüllen. Dies bewirkt, dass durch fotoelektrische Umwandlung erzeugte Ladungen (hier Elektronen) zur Akkumulierungselektrode 21B angezogen und in dem Gebiet der Halbleiterschicht 23 akkumuliert werden, das der Akkumulierungselektrode 21B gegenüberliegt (Akkumulierungsperiode). Im Übrigen hat das Potential des Gebiets der Halbleiterschicht 23, das der Akkumulierungselektrode 21B gegenüberliegt, einen Wert, der mit dem Verlauf der Zeit einer fotoelektrischen Umwandlung negativer ist. Es ist besonders zu erwähnen, dass Löcher von der oberen Elektrode 25 zur Ansteuerungsschaltung geschickt werden.
  • Im Bildgebungselement 10A wird eine Rücksetzoperation im zweiten Bereich der Akkumulierungsperiode durchgeführt. Konkret ändert zu einem Zeitpunkt t1 eine Scansektion die Spannung eines Rücksetzsignals RST von einem niedrigen Pegel auf einen hohen Pegel. Dies schaltet den Rücksetztransistor TR1rst im Einheitspixel P ein. Infolgedessen wird die Spannung des Floating-Diffusionsgebiets FD1 bei einer Stromversorgungsspannung VDD eingestellt und wird die Spannung des Floating-Diffusionsgebiets FD1 zurückgesetzt (Rücksetzperiode).
  • Nachdem die Rücksetzoperation abgeschlossen ist, werden die Ladungen ausgelesen. Die Ansteuerungsschaltung legt konkret zu einem Zeitpunkt t2 ein Potential V3 an die Ausleseelektrode 21A an und legt ein Potential V4 an die Akkumulierungselektrode 21B an. Hier wird angenommen, dass die Potentiale V3 und V4 V3 < V4 erfüllen. Dies bewirkt, dass die Ladungen (hier Elektronen), die in dem Gebiet akkumuliert sind, das der Akkumulierungselektrode 21B entspricht, von der Ausleseelektrode 21A zum Floating-Diffusionsgebiet FD1 ausgelesen werden. Das heißt, die in der Halbleiterschicht 23 akkumulierten Ladungen werden zur Steuerungssektion ausgelesen (Übertragungsperiode) .
  • Nachdem die Leseoperation abgeschlossen ist, legt die Ansteuerungsschaltung wieder das Potential V1 an die Ausleseelektrode 21A an und legt das Potential V2 an die Akkumulierungselektrode 21B an. Dies bewirkt, dass durch fotoelektrische Umwandlung erzeugte Ladungen (hier Elektronen) zu der Akkumulierungselektrode 21B angezogen und in dem Gebiet der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 24, das der Akkumulierungsperiode 21B gegenüberliegt, akkumuliert werden (Akkumulierungsperiode) .
  • (Erfassung eines blauen Farbsignals und roten Farbsignals durch die anorganischen fotoelektrischen Wandler 32B und 32R)
  • Als Nächstes werden blaues Licht und rotes Licht der Anteile eines Lichts, das durch den organischen fotoelektrischen Wandler 20 hindurchgegangen ist, durch den anorganischen fotoelektrischen Wandler 32B bzw. den anorganischen fotoelektrischen Wandler 32R der Reihe nach absorbiert und fotoelektrisch umgewandelt. Im anorganischen fotoelektrischen Wandler 32B werden dem einfallenden blauen Licht entsprechende Elektronen in einem n-Gebiet des anorganischen fotoelektrischen Wandlers 32B akkumuliert und werden die akkumulierten Elektronen durch den Übertragungstransistor Tr2 zum Floating-Diffusionsgebiet FD2 übertragen. Ähnlich werden im anorganischen fotoelektrischen Wandler 32R die dem einfallenden roten Licht entsprechenden Elektronen in einem n-Gebiet des anorganischen fotoelektrischen Wandlers 32R akkumuliert und werden die akkumulierten Elektronen durch den Übertragungstransistor Tr3 zum Floating-Diffusionsgebiet FD3 ausgelesen.
  • (Arbeitsweise und Effekte)
  • Wie oben beschrieben wurde, werden in CCD-Bildsensoren, CMOS-Bildsensoren oder dergleichen Festkörper-Bildgebungsvorrichtungen weithin verwendet, die jeweils eine Pixelanordnung aufweisen, in der Primärfarbfilter für Rot, Grün und Blau zweidimensional angeordnet sind, was jedoch Falschfarben erzeugt. Als Gegenmaßnahme wird eine Struktur vorgeschlagen, in der fotoelektrische Umwandlungsgebiete gestapelt sind, die die jeweiligen Lichtanteile in roten, grünen und blauen Wellenlängenbändern fotoelektrische umwandeln, und beispielsweise ist ein Bereich der fotoelektrischen Umwandlungsgebiete oberhalb des Halbleitersubstrats installiert.
  • In einem Fall, in dem die oben beschriebene Struktur für ein rückseitig beleuchtetes Bildgebungselement verwendet wird, ist es beispielsweise denkbar, Kontaktsektionen oberhalb der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats auszubilden, um Signalladungen, die durch fotoelektrische Wandler erzeugt werden, die oberhalb des Halbleitersubstrats angeordnet sind, zum Halbleitersubstrat zu führen. Es ist jedoch nicht möglich, einen Hochtemperaturprozess auf die Seite der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats anzuwenden. Dementsprechend ist es nicht möglich, auf der Seite einer rückseitigen Oberfläche einen Pixel-Transistor vorzusehen oder Signalladungen in eine Spannung umzuwandeln. Daher wird ein Bildgebungselement vorgeschlagen, das mit einer Durchgangselektrode auf dem Halbleitersubstrat versehen ist und eine Signalladung, die durch einen organischen fotoelektrischen Wandler, der auf der Seite der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet ist, erzeugt wird, über diese Durchgangselektrode zu einem Pixel-Transistor überträgt, der auf der Seite der vorderen Oberfläche des Halbleitersubstrats vorgesehen ist. Es ist möglich, die Durchgangselektrode unter einer Vielzahl von Pixeln gemeinsam zu nutzen; die Durchgangselektrode ist jedoch im Allgemeinen innerhalb eines Pixelgebiets vorgesehen. Dies erfordert, dass die Durchgangselektrode kleiner als die Größe einer Pixelzelle ausgebildet wird.
  • Im Übrigen hat der rückseitig beleuchtete CIS einen Ladung fixierenden Film, der auf der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats ausgebildet ist, um die Erzeugung von Dunkelströmen auf der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats zu unterdrücken. Außerdem hat dieser Ladung fixierende Film einen Brechungsindex, der näher an demjenigen von Si als demjenigen eines Oxidfilms liegt, der in der Zwischenschicht-Isolierschicht enthalten ist, die oberhalb der rückseitigen Oberfläche des Halbleitersubstrats ausgebildet ist. Dies macht es möglich, die Funktion eines Antireflexionsfilms hinzuzufügen.
  • Falls der Ladung fixierende Film (worauf im Folgenden als Antireflexionsfilm verwiesen wird), dem die oben beschriebene Antireflexionsfunktion hinzugefügt ist, für ein Bildgebungselement verwendet wird, das eine Durchgangselektrode enthält, wird der Antireflexionsfilm auf der Seite der Lichteinfallsoberfläche des Halbleitersubstrats und der Seitenwand der Durchgangselektrode ausgebildet. Der auf der Seite der Lichteinfallsoberfläche des Halbleitersubstrats vorgesehene Antireflexionsfilm dient dazu, eine Reflexion an der Grenzfläche des Halbleitersubstrats zu verhindern und Ladungen zu fixieren. Der Antireflexionsfilm muss unter dem Gesichtspunkt einer Reflexionsvermeidung eine Filmdicke von mehreren zehn nm aufweisen. Der auf der seitlichen Oberfläche der Durchgangselektrode vorgesehene Antireflexionsfilm dient zum Fixieren von Ladungen. Der Antireflexionsfilm muss eine Filmdicke von mehreren nm aufweisen, um Ladungen zu fixieren.
  • Im Übrigen kann der Antireflexionsfilm um die Durchgangselektrode herum die Kapazität der Durchgangselektrode erhöhen. Die Kapazität der Durchgangselektrode wird wie in den folgenden Ausdrücken (1) und (2) einfach ausgedrückt. Es wird hier angenommen, dass wie in 13 veranschaulicht zwei Arten von Isolierfilmen 1121 und 1122 zwischen einer Durchgangselektrode 1110 und einem (nicht veranschaulichten) Halbleitersubstrat eingebettet sind. Im Fall eines konstanten Außendurchmessers (r3) und eines konstanten Innendurchmessers (e1) nimmt die Kapazität der Durchgangselektrode 1110 zu, wenn die eingebetteten Isolierfilme 1121 und 1122 jeweils eine größere Dielektrizitätskonstante aufweisen. Die Durchgangselektrode ist eine Komponente eines Floating-Diffusionsgebiets FD. Dies verringert die Umwandlungseffizienz mit zunehmender Kapazität der Durchgangselektrode.
    [Ausdruck 1] V = ∫ r 1 r 2 Q 2 π ε 1 1 r = Q 2 π { 1 ε 1 log r 2 r 1 + 1 ε 2 log r 3 r 2 }
    Figure DE112019003626T5_0001
     C = 2 π ( 1 ε 1 log r 2 r 1 + 1 ε 2 log r 3 r 2 ) L
    Figure DE112019003626T5_0002
  • Im Gegensatz dazu ist in der vorliegenden Ausführungsform der erste dielektrische Film 26a mit der ersten Filmdicke auf der ersten Oberfläche (Oberfläche 30S1) des Halbleitersubstrats 30, die als lichtempfangende Oberfläche dient, ausgebildet und ist der zweite dielektrische Film 26b mit der zweiten Filmdicke, die geringer als die erste Filmdicke ist, auf der seitlichen Oberfläche des Durchgangslochs 30H ausgebildet. Das Durchgangsloch 30H geht von der ersten Oberfläche (Oberfläche 30S1) zur zweiten Oberfläche (Oberfläche 30S2) des Halbleitersubstrats 30 hindurch. Das Durchgangsloch 30H weist die darin ausgebildete Durchgangselektrode 34 auf. Dies macht es möglich, die Reflexion eines einfallenden Lichts auf der ersten Oberfläche (Oberfläche 30S1) des Halbleitersubstrats 30 zu reduzieren, wenn eine Zunahme der Kapazität auf der seitlichen Oberfläche der Durchgangselektrode 30H unterdrückt wird, ohne den Außendurchmesser der Durchgangselektrode 34 zu vergrößern.
  • Wie oben beschrieben wurde, ist im Bildgebungselement 10A gemäß der vorliegenden Ausführungsform der erste dielektrische Film 26a mit der ersten Filmdicke auf der ersten Oberfläche (Oberfläche 30S1) des Halbleitersubstrats 30 ausgebildet und ist der zweite dielektrische Film 26b mit der zweiten Filmdicke, die geringer als die erste Filmdicke ist, auf der seitlichen Oberfläche der Durchgangselektrode 30H mit der darin gebildeten Durchgangselektrode 34 ausgebildet. Dies ermöglicht, die Reflexion eines einfallenden Lichts auf der ersten Oberfläche (Oberfläche 30S1) des Halbleitersubstrats 30 zu reduzieren, während eine Zunahme der Kapazität auf der seitlichen Oberfläche des Durchgangslochs 30H unterdrückt wird. Dies macht es möglich, das Bildgebungselement 10A mit Charakteristiken einer hohen Empfindlichkeit bereitzustellen.
  • Als Nächstes werden zweite und dritte Ausführungsformen und Modifikationsbeispiele der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Das Folgende weist die gleichen Bezugszeichen Komponenten zu, die jenen in der oben beschriebenen ersten Ausführungsform ähnlich sind, und lässt gegebenenfalls deren Beschreibungen weg.
  • <Zweite Ausführungsform>
  • 14 veranschaulicht eine Querschnittskonfiguration eines Bildgebungselements (Bildgebungselement 10B) gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Das Bildgebungselement 10B ist in einem Pixel (Einheitspixel P) in einer Bildgebungsvorrichtung (Bildgebungsvorrichtung 1) wie etwa einem CMOS-Bildsensor enthalten, der für eine elektronische Einrichtung wie etwa beispielsweise eine Digitalbildkamera oder eine Video-Kamera genutzt wird. Im Bildgebungselement 10B gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind in der vertikalen Richtung die beiden organischen fotoelektrischen Wandler 20 und 70 und ein anorganischer fotoelektrischer Wandler 32 gestapelt.
  • Die organischen fotoelektrischen Wandler 20 und 70 und der anorganische fotoelektrische Wandler 32 führen jeweils eine fotoelektrische Umwandlung durch, indem Licht in einem Wellenlängenbereich selektiv detektiert wird. Konkret erfasst beispielsweise der organische fotoelektrische Wandler 20 ein Farbsignal für Grün (G) wie in der oben beschriebenen ersten Ausführungsform. Der organische fotoelektrische Wandler 70 erfasst beispielsweise ein Farbsignal für Rot (R). Der anorganische fotoelektrische Wandler 32 erfasst zum Beispiel ein Farbsignal für Blau (B). Dies ermöglicht dem Bildgebungselement 10A, eine Vielzahl von Arten von Farbsignalen in einem Pixel ohne Verwendung von Farbfiltern zu erfassen.
  • Der organische fotoelektrische Wandler 70 ist beispielsweise oberhalb des organischen fotoelektrischen Wandlers 20 gestapelt. Wie beim organischen fotoelektrischen Wandler 20 hat der organische fotoelektrische Wandler 70 eine Konfiguration, in der von der Seite der ersten Oberfläche (Oberfläche 30S1) des Halbleitersubstrats 30 aus eine untere Elektrode 71, eine Halbleiterschicht 73, eine fotoelektrische Umwandlungsschicht 74 und eine obere Elektrode 75 in dieser Reihenfolge gestapelt sind. Außerdem gibt es eine Isolierschicht 72 zwischen der unteren Elektrode 71 und der Halbleiterschicht 73. Die unteren Elektroden 71 sind beispielsweise separat für die jeweiligen Bildgebungselemente 10B ausgebildet. Die unteren Elektroden 71 umfassen jeweils eine Ausleseelektrode 71A und eine Akkumulierungselektrode 71B, die mit der dazwischen angeordneten Isolierschicht 72 voneinander getrennt sind, wenngleich dies unten im Detail beschrieben wird. Die Ausleseelektrode 71A der unteren Elektrode 71 ist über eine in der Isolierschicht 72 vorgesehene Öffnung 72H mit der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 74 elektrisch gekoppelt. 14 veranschaulicht ein Beispiel, in welchem die Halbleiterschichten 73, die fotoelektrischen Umwandlungsschichten 74 und die oberen Elektroden 75 für die jeweiligen Bildgebungselemente 10B getrennt ausgebildet sind; die Halbleiterschichten 73, die fotoelektrischen Umwandlungsschichten 74 und die oberen Elektroden 75 können aber beispielsweise als der Vielzahl von Bildgebungselementen 10B gemeinsame ununterbrochene Schichten ausgebildet sein.
  • Die fotoelektrische Umwandlungsschicht 74 wandelt Lichtenergie in elektrische Energie um. Wie bei der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 24 enthält die fotoelektrische Umwandlungsschicht 74 zwei oder mehr Arten organischer Materialien (ein Halbleitermaterial vom p-Typ oder ein Halbleitermaterial vom n-Typ), die jeweils als Halbleiter vom p-Typ oder Halbleiter vom n-Typ dienen. Die fotoelektrische Umwandlungsschicht 74 kann zusätzlich zu dem Halbleitermaterial vom p-Typ und dem Halbleitermaterial vom n-Typ ein organisches Material oder ein sogenanntes Farbstoff-Material enthalten. Das organische Material oder Farbstoff-Material wandelt Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich fotoelektrisch um und lässt Licht in einem anderen Wellenlängenbereich durch. Falls die fotoelektrische Umwandlungsschicht 74 unter Verwendung der drei Arten organischer Materialien eines Halbleitermaterials vom p-Typ, eines Halbleitermaterials vom n-Typ und eines Farbstoff-Materials ausgebildet wird, ist es vorzuziehen, dass das Halbleitermaterial vom p-Typ und das Halbleitermaterial vom n-Typ Materialien sind, die jeweils eine Lichtdurchlässigkeit in einem sichtbaren Bereich (z. B. 400 nm bis 700 nm) aufweisen. Die fotoelektrische Umwandlungsschicht 74 hat beispielsweise eine Dicke von 50 nm bis 500 nm. Beispiele von für die fotoelektrische Umwandlungsschicht 74 verwendeten Farbstoff-Materialien umfassen einen Farbstoff auf Rhodamin-Basis, einen Farbstoff auf Merocyanin-Basis und dergleichen.
  • Zwei Durchgangselektroden 34X und 34Y zwischen der ersten Oberfläche (Oberfläche 30S1) und der zweiten Oberfläche (Oberfläche 30S2) des Halbleitersubstrats 30 sind vorgesehen.
  • Wie in der oben beschriebenen ersten Ausführungsform ist die Durchgangselektrode 34X mit der Ausleseelektrode 21A des organischen fotoelektrischen Wandlers 20 elektrisch gekoppelt. Der organische fotoelektrische Wandler 20 ist über die Durchgangselektrode 34 mit dem Gate Gamp des Verstärkertransistors AMP und einem Source/Drain-Gebiet 36B1 des Rücksetztransistors RST (Rücksetztransistor Tr1rst), das auch als das Floating-Diffusionsgebiet FD1 dient, gekoppelt. Das obere Ende der Durchgangselektrode 34X ist beispielsweise über den oberen ersten Kontakt 29A, die Pad-Sektion 39A und den oberen zweiten Kontakt 29B mit der Ausleseelektrode 21A gekoppelt.
  • Die Durchgangselektrode 34Y ist mit der Ausleseelektrode 71A des organischen fotoelektrischen Wandlers 70 elektrisch gekoppelt. Der organische fotoelektrische Wandler 70 ist über die Durchgangselektrode 34Y mit dem Gate Gamp des Verstärkertransistors AMP und einem Source/Drain-Gebiet 36B2 des Rücksetztransistors RST (Rücksetztransistor Tr2rst), das auch als das Floating-Diffusionsgebiet FD2 dient, gekoppelt. Das obere Ende der Durchgangselektrode 34Y ist zum Beispiel über einen oberen vierten Kontakt 79A, eine Pad-Sektion 69A, einen oberen fünften Kontakt 79B, eine Pad-Sektion 69B und einen oberen sechsten Kontakt 79C mit der Ausleseelektrode 71A gekoppelt. Außerdem ist ein Pad 69C über einen oberen siebten Kontakt 79D mit der Akkumulierungselektrode 71B gekoppelt. Die untere Elektrode 71 ist im organischen fotoelektrischen Wandler 70 enthalten.
  • Der zweite dielektrische Film 26b mit einer geringeren Filmdicke als diejenige des ersten dielektrischen Films 26b ist wie beim Durchgangsloch 30H gemäß der oben beschriebenen ersten Ausführungsform auf den seitlichen Oberflächen der Durchgangslöcher 30H1 und 30H2 ausgebildet. Die Durchgangslöcher 30H1 und 30H2 weisen die Durchgangselektrode 34X und die Durchgangselektrode 34Y auf, die darin ausgebildet sind. Der erste dielektrische Film 26a ist auf der ersten Oberfläche (Oberfläche 30S1) des Halbleitersubstrats 30 ausgebildet.
  • Wie oben beschrieben wurde, hat das Bildgebungselement 10B gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Konfiguration, in der die beiden organischen fotoelektrischen Wandler 20 und 70 und der eine anorganische fotoelektrische Wandler 32 gestapelt sind. Als der dielektrische Film 26, der auf der ersten Oberfläche (Oberfläche 30S1) des Halbleitersubstrats 30 und den seitlichen Oberflächen der Durchgangslöcher 30H1 und 30H2 ausgebildet ist, ist der zweite dielektrische Film 26b, der auf den seitlichen Oberflächen der Durchgangslöcher 30H1 und 30H2 ausgebildet ist, so vorgesehen, dass er eine geringere Filmdicke als die Filmdicke des ersten dielektrischen Films 26a auf der ersten Oberfläche (Oberfläche 30S1) des Halbleitersubstrats 30 hat. Die Durchgangselektroden 34X und 34Y sind mit den organischen fotoelektrischen Wandlern 20 bzw. 70 elektrisch gekoppelt. Die Durchgangselektroden 34X und 34Y gehen durch die Durchgangslöcher 30H1 und 30H2 hindurch. Dies macht es möglich, Effekte ähnlich jenen der oben beschriebenen ersten Ausführungsform zu erhalten.
  • <Dritte Ausführungsform>
  • 15 veranschaulicht schematisch eine Querschnittskonfiguration eines fotoelektrischen Umwandlungselements (Bildgebungselement 10C) gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Das Bildgebungselement 10C ist einem Pixel (Einheitspixel P) in einer Bildgebungsvorrichtung (Bildgebungsvorrichtung 1) wie etwa einem CMOS-Bildsensor enthalten, der zum Beispiel für eine elektronische Einrichtung wie etwa eine Digitalbildkamera oder eine Video-Kamera verwendet wird. Ein organischer fotoelektrischer Wandler 80 gemäß der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich von jenen der oben beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsformen dadurch, dass der organische fotoelektrische Wandler 80 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Konfiguration hat, in der eine untere Elektrode 81, die fotoelektrische Umwandlungsschicht 24 und die obere Elektrode 25 in dieser Reihenfolge gestapelt sind und die untere Elektrode 81 als durchgehender Film in einem Pixel ausgebildet ist.
  • In dem Bildgebungselement 10C sind für jedes Einheitspixel P der eine organische fotoelektrische Wandler 80 und die beiden anorganischen fotoelektrischen Wandler 32B und 32R in der vertikalen Richtung gestapelt. Der organische fotoelektrische Wandler 80 und die anorganischen fotoelektrischen Wandler 32B und 32R führen eine fotoelektrische Umwandlung durch, indem die jeweiligen Lichtanteile in verschiedenen Wellenlängenbändern selektiv detektiert werden. Beispielsweise erfasst konkret der organische fotoelektrische Wandler 80 ein Farbsignal für Grün (G) wie in der oben beschriebenen ersten Ausführungsform. Auf der zweiten Oberfläche (Oberfläche 30S2) des Halbleitersubstrats 30 ist eine Mehrschicht-Verdrahtungsschicht 90 vorgesehen. Die Mehrschicht-Verdrahtungsschicht 90 hat eine Konfiguration, in der Verdrahtungsschichten 91, 92 und 93 zum Beispiel in einer Isolierschicht 94 gestapelt sind.
  • Der organische fotoelektrische Wandler 80 ist ein organisches fotoelektrisches Umwandlungselement, das ein einem Bereich eines selektiven Wellenlängenbandes (z. B. 45 nm oder größer und 650 nm oder kleiner) oder dem Ganzen entsprechendes Licht absorbiert und Elektron-Loch-Paare erzeugt. Wie oben beschrieben wurde, enthält der organische fotoelektrische Wandler 80 beispielsweise die untere Elektrode 81 und die obere Elektrode 25, die so angeordnet sind, dass sie einander gegenüberliegen, und die fotoelektrische Umwandlungsschicht 24, die zwischen der unteren Elektrode 81 und der oberen Elektrode 25 vorgesehen ist. Die untere Elektrode 81, die fotoelektrische Umwandlungsschicht 24 und die obere Elektrode 25 des organischen fotoelektrischen Wandlers 80 gemäß der vorliegenden Ausführungsform weisen jeweils eine Konfiguration auf, die derjenigen des organischen fotoelektrischen Wandlers 20 gemäß der oben beschriebenen ersten Ausführungsform ähnlich ist, außer dass die untere Elektrode 81 in jedem Pixel unter Verwendung eines durchgehenden Films wie in 15 veranschaulicht ausgebildet ist.
  • Beispielsweise sind auf der zweiten Oberfläche (Oberfläche 30S2) des Halbleitersubstrats 30 die Floating-Diffusionsgebiete (Floating-Diffusionsschichten) FD1, FD2 und FD3, ein vertikaler Transistor (Übertragungstransistor) Tr1, ein Übertragungstransistor Tr2, der Verstärkertransistor (Modulationselement) AMP und der Rücksetztransistor RST vorgesehen.
  • Der vertikale Transistor T1 ist ein Übertragungstransistor, der zum Floating-Diffusionsgebiet FD1 die in dem anorganischen fotoelektrischen Wandler 32B erzeugten und akkumulierten Signalladungen (hier Elektronen) überträgt. Die Signalladungen entsprechen Blau. Der anorganische fotoelektrischen Wandler 32B ist von der zweiten Oberfläche (Oberfläche 30S2) des Halbleitersubstrats 30 aus an einer tiefen Position ausgebildet, und es ist somit vorzuziehen, dass ein Übertragungstransistor des anorganischen fotoelektrischen Wandlers 32B den vertikalen Transistor Tr1 enthält. Der Übertragungstransistor Tr2 überträgt der roten Farbe entsprechende Signalladungen, die in dem anorganischen fotoelektrischen Wandler 32R erzeugt und akkumuliert werden, zum Floating-Diffusionsgebiet FD2. Der Übertragungstransistor TR2 enthält beispielsweise einen MOS-Transistor. Der Verstärkertransistor AMP ist ein Modulationselement, das die Menge an im organischen fotoelektrischen Wandler 80 erzeugten Ladungen in eine Spannung moduliert. Der Verstärkertransistor AMP enthält beispielsweise einen MOS-Transistor. Der Rücksetztransistor RST setzt vom organischen fotoelektrischen Wandler 80zum Floating-Diffusionsgebiet FD3 übertragene Ladungen zurück und enthält beispielsweise einen MOS-Transistor.
  • Ein unterer erster Kontakt 95 und ein unterer zweiter Kontakt 96 enthalten jeweils beispielsweise ein dotiertes Siliziummaterial wie etwa PDAS (mit Phosphor dotiertes amorphes Silizium) oder ein Metallmaterial wie Aluminium (Al), Wolfram (W), Titan (Ti), Kobalt (Co), Hafnium (Hf) und Tantal (Ta).
  • Das Bildgebungselement 10C erfasst Signale der jeweiligen Farben wie folgt.
  • (Erfassung eines grünen Farbsignals durch den organischen fotoelektrischen Wandler 80)
  • Zunächst wird grünes Licht der Anteile von Licht, das in das Bildgebungselement 10C eingetreten ist, durch den organischen fotoelektrischen Wandler 80 selektiv detektiert (absorbiert), um einer fotoelektrischen Umwandlung unterzogen zu werden.
  • Der organische fotoelektrische Wandler 80 ist über die Durchgangselektrode 34 mit dem Gate Gamp des Verstärkertransistors AMP und dem Floating-Diffusionsgebiet FD3 gekoppelt. Folglich werden die Elektronen der Elektron-Loch-Paare, die im organischen fotoelektrischen Wandler 80 erzeugt werden, von der Seite der unteren Elektrode 81 aus entnommen, über die Durchgangselektrode 34 zur Seite der zweiten Oberfläche (Oberfläche 30S2) des Halbleitersubstrats 30 übertragen und im Floating-Diffusionsgebiet FD3 akkumuliert. Zur gleichen Zeit moduliert der Verstärkertransistor AMP die Menge an im organischen fotoelektrischen Wandler 80 erzeugten Ladungen in eine Spannung.
  • Außerdem ist das Rücksetz-Gate Grst des Rücksetztransistors RST neben dem Floating-Diffusionsgebiet FD3 angeordnet. Dies bewirkt, dass der Rücksetztransistor RST die im Floating-Diffusionsgebiet FD3 akkumulierten Ladungen zurücksetzt.
  • Der organische fotoelektrischen Wandler 80 ist hier mit nicht nur dem Verstärkertransistor AMP, sondern auch dem Floating-Diffusionsgebiet FD3 über die Durchgangselektrode 34 gekoppelt, was ermöglicht, dass der Rücksetztransistor RST die im Floating-Diffusionsgebiet FD3 akkumulierten Ladungen leicht zurücksetzt.
  • Falls im Gegensatz dazu die Durchgangselektrode 34 und das Floating-Diffusionsgebiet FD3 nicht gekoppelt sind, ist es schwierig, die im Floating-Diffusionsgebiet FD3 akkumulierten Ladungen zurückzusetzen, was eine Anlegung einer großen Spannung, um die Ladungen herauszuziehen, an die Seite der oberen Elektrode 25 zur Folge hat. Die fotoelektrische Umwandlungsschicht 24 kann so beschädigt werden. Außerdem führt eine Struktur, die ein Zurücksetzen in einer kurzen Zeitspanne ermöglicht, zu einem erhöhten Dunkelrauschen und läuft auf einen Kompromiss hinaus. Diese Struktur ist somit problematisch.
  • (Erfassung eines blauen Farbsignals und roten Farbsignals durch die anorganischen fotoelektrischen Wandler 32B und 32R)
  • Als Nächstes werden blaues Licht und rotes Licht der Anteile von Licht, das durch den organischen fotoelektrischen Wandler 80 hindurchgegangen ist, der Reihe nach durch den anorganischen fotoelektrischen Wandler 32B bzw. den anorganischen fotoelektrischen Wandler 32R absorbiert und fotoelektrisch umgewandelt. Im anorganischen fotoelektrischen Wandler 32B werden dem einfallenden blauen Licht entsprechende Elektronen in einem n-Gebiet des anorganischen fotoelektrischen Wandlers 32B akkumuliert, und die akkumulierten Elektronen werden durch den vertikalen Transistor Tr1 zum Floating-Diffusionsgebiet FD1 übertragen. Ähnlich werden im anorganischen fotoelektrischen Wandler 32R die dem einfallenden roten Licht entsprechenden Elektronen in einem n-Gebiet des anorganischen fotoelektrischen Wandlers 32R akkumuliert, und die akkumulierten Elektronen werden durch den Übertragungstransistor Tr2 zum Floating-Diffusionsgebiet FD2 übertragen.
  • Wie oben beschrieben wurde, weist das Bildgebungselement 10C gemäß der vorliegenden Ausführungsform den als einen durchgehenden Film ausgebildeten organischen fotoelektrischen Wandler 80 auf. Als der dielektrische Film 26, der auf der ersten Oberfläche (Oberfläche 30S1) des Halbleitersubstrats 30 und der seitlichen Oberfläche des Durchgangslochs 30H ausgebildet ist, ist der auf der seitlichen Oberfläche des Durchgangslochs 30H gebildete zweite dielektrische Film 26b so ausgebildet, dass er eine geringere Filmdicke als die Filmdicke des ersten dielektrischen Films 26a auf der ersten Oberfläche (Oberfläche 30S1) des Halbleitersubstrats 30 aufweist. Die Durchgangselektrode 34 ist mit dem organischen fotoelektrischen Wandler 80 elektrisch gekoppelt. Die Durchgangselektrode 34 geht durch das Durchgangsloch 30H hindurch. Dies macht es möglich, Effekte ähnlich jenen der oben beschriebenen ersten Ausführungsform zu erhalten.
  • <Modifikationsbeispiele>
  • (Modifikationsbeispiel 1)
  • 16 veranschaulicht eine Querschnittskonfiguration eines Bildgebungselements (Bildgebungselement 10D) gemäß einem Modifikationsbeispiel 1 der vorliegenden Offenbarung. Das Bildgebungselement 10D ist in einem Pixel (Einheitspixel P) in einer Bildgebungsvorrichtung (Bildgebungsvorrichtung 1) wie etwa einem CMOS-Bildsensor enthalten, der zum Beispiel für eine elektronische Einrichtung wie etwa eine Digitalbildkamera oder eine Video-Kamera verwendet wird. Das Bildgebungselement 10D gemäß dem vorliegenden Modifikationsbeispiel ist so ausgebildet, dass es einen ersten dielektrischen Film 66a aufweist, der so vorgesehen ist, das er auf der ersten Oberfläche (Oberfläche 30S1) des Halbleitersubstrats 30, die als lichtempfangende Oberfläche dient, teilweise dick ist. Konkret ist der erste dielektrische Film 66a so konfiguriert, dass er zum Beispiel in den Gebieten, die den im Halbleitersubstrat 30 eingebettet ausgebildeten anorganischen fotoelektrischen Wandlern 32B und 32R entsprechen, dick ist.
  • Der erste dielektrische Film 66a gemäß dem vorliegendem Modifikationsbeispiel kann als einlagiger Film ausgebildet sein und so ausgebildet sein, dass er in den Gebieten, die den anorganischen fotoelektrischen Wandlern 32B und 32R entsprechen, dicker ist als in den anderen Gebieten, kann aber auch wie in 16 veranschaulicht als ein gestapelter Film aus einem dielektrischen Film 66A und einem dielektrischen Film 66B ausgebildet sein. Es ist besonders zu erwähnen, dass der dielektrische Film 66A und der dielektrische Film 66B unter Verwendung der gleichen Materialien gebildet oder unter Verwendung verschiedener Materialien gebildet werden können.
  • Wie oben beschrieben wurde, ist im Bildgebungselement 10D gemäß dem vorliegenden Modifikationsbeispiel der erste dielektrische Film 66a, der auf der ersten Oberfläche (Oberfläche 30S1) des Halbleitersubstrats 30 ausgebildet ist, so ausgebildet, dass er nur in den Gebieten dick ist, die den anorganischen fotoelektrischen Wandlern 32B und 32R entsprechen. Selbst wenn der erste dielektrische Film 66a auf der ersten Oberfläche (Oberfläche 30S1) des Halbleitersubstrats 30 auf diese Weise teilweise dick gemacht ist, ist es möglich, Effekte ähnlich jenen der oben beschriebenen ersten Ausführungsform zu erhalten.
  • (Modifikationsbeispiel 2)
  • 17 veranschaulicht schematisch eine Konfiguration einer Hauptsektion eines Bildgebungselements (Bildgebungselement 10E) gemäß einem Modifikationsbeispiel 2 der vorliegenden Offenbarung. In den oben beschriebenen ersten bis dritten Ausführungsform und dem Modifikationsbeispiel 1 wurden Beispiele dargestellt, in denen die Durchgangselektrode 34 für jedes Pixel vorgesehen ist; aber die Position, an der die Durchgangselektrode 34 ausgebildet ist, ist nicht darauf beschränkt. Beispielsweise können zwei oder mehr Pixel mit jeder Durchgangselektrode 34 vorgesehen sein oder kann die Durchgangselektrode 34 zum Beispiel in der peripheren Sektion 1b (peripheres Gebiet) ausgebildet sein, das um die Pixelsektion 1a (Pixelgebiet) vorgesehen ist, wie in 17 veranschaulicht ist.
  • <Anwendungsbeispiele>
  • (Anwendungsbeispiel 1)
  • 18 veranschaulicht eine Gesamtkonfiguration einer Bildgebungsvorrichtung (Bildgebungsvorrichtung 1), die für jedes der Pixel das Bildgebungselement 10A (oder die Bildgebungselemente 10B bis 10E) enthält, die in den oben beschriebenen ersten bis dritten Ausführungsformen (oder den Modifikationsbeispielen) beschrieben sind. Die Bildgebungsvorrichtung 1 ist ein CMOS-Bildsensor und enthält eine Pixelsektion 1a als Bildgebungsfläche und eine periphere Schaltungssektion 130 in einem peripheren Gebiet dieser Pixelsektion 1a auf dem Halbleitersubstrat 30. Die periphere Schaltungssektion 130 enthält beispielsweise einen Reihen-Scanner 131, einen horizontalen Selektor 133, einen Spalten-Scanner 134 und einen System-Controller 132.
  • Die Pixelsektion 1a enthält beispielsweise die Vielzahl von Einheitspixeln P (wobei jedes dem Bildgebungselement 10 entspricht), die in einer Matrix zweidimensional angeordnet sind. In diesen Einheitspixeln P sind Pixel-Ansteuerungsleitungen Lread (konkret Reihen-Auswahlleitungen und Rücksetz-Steuerungsleitungen) zum Beispiel in jeder von Pixelreihen angeordnet und sind vertikale Signalleitungen Lsig in jeder von Pixelspalten angeordnet. Die Pixel-Ansteuerungsleitungen Lread dienen jeweils zum Übertragen von Ansteuerungssignalen, um Signale aus Pixeln auszulesen. Ein Ende von jeder der Pixel-Ansteuerungsleitungen Lread ist mit dem Ausgangsende des Reihen-Scanners 131 entsprechend jeder Reihe gekoppelt.
  • Der Reihen-Scanner 131 ist ein Pixel-Treiber, der ein Schieberegister, einen Adressdecodierer und dergleichen enthält, und die jeweiligen Einheitspixel P der Pixelsektion 1a beispielsweise Reihe für Reihe ansteuert. Signale, die von den jeweiligen Einheitspixeln P in den Pixelreihen ausgegeben werden, die durch den Reihen-Scanner 131 selektiv gescannt werden, werden über die jeweiligen vertikalen Signalleitungen Lsig dem horizontalen Selektor 133 bereitgestellt. Der horizontale Selektor 133 enthält einen Verstärker, einen horizontalen Auswahlschalter und dergleichen, die für jede der vertikalen Signalleitungen Lsig vorgesehen sind.
  • Der Spalten-Scanner 134 enthält ein Schieberegister, einen Adressdecodierer und dergleichen und steuert jeden der horizontalen Auswahlschalter des horizontalen Selektors 133 der Reihe nach an, während die horizontalen Auswahlschalter gescannt werden. Das selektive Scannen durch diesen Spalten-Scanner 134 bewirkt, dass die Signale der jeweiligen Pixel, die über die jeweiligen vertikalen Signalleitungen Lsig übertragen werden, der Reihe nach an eine horizontale Signalleitung 135 ausgegeben und über die horizontale Signalleitung 135 nach außerhalb des Halbleitersubstrats 30 übertragen werden.
  • Schaltungsbereiche, die den Reihen-Scanner 131, den horizontalen Selektor 133, den Spalten-Scanner 134 und die horizontale Signalleitung 135 enthalten, können direkt auf dem Halbleitersubstrat 30 ausgebildet oder in einer externen Steuerungs-IC angeordnet sein. Außerdem können diese Schaltungsbereiche auf einem mittels eines Kabels oder dergleichen gekoppelten anderen Substrat ausgebildet sein.
  • Der System-Controller 132 empfängt einen von außerhalb des Halbleitersubstrats 30 bereitgestellten Takt, Daten für eine Anweisung über einen Betriebsmodus und dergleichen und gibt Daten wie etwa eine interne Information der Bildgebungsvorrichtung 1 aus. Der System-Controller 132 enthält ferner einen Zeitsteuerungsgenerator, der verschiedene Zeitsteuerungssignale erzeugt und das Ansteuern der peripheren Schaltungen wie etwa des Reihen-Scanners 131, des horizontalen Selektors 133, des Spalten-Scanners 134 und dergleichen auf der Basis der verschiedenen, mittels des Zeitsteuerungsgenerators erzeugten Zeitsteuerungssignale steuert.
  • (Anwendungsbeispiel 2)
  • Die oben beschriebene Bildgebungsvorrichtung 1 ist zum Beispiel für jede beliebige Art von elektronischer Einrichtung mit einer Bildgebungsfunktion verwendbar, die ein Kamerasystem wie etwa eine Digitalbildkamera oder eine Video-Kamera, ein Mobiltelefon mit einer Bildgebungsfunktion und dergleichen einschließt. 19 veranschaulicht eine schematische Konfiguration einer elektronischen Einrichtung 2 (Kamera) als ein Beispiel davon. Diese elektronische Einrichtung 2 ist beispielsweise eine Video-Kamera, die ein Standbild oder ein Bewegtbild aufnehmen kann. Die elektronische Einrichtung 2 enthält die Bildgebungsvorrichtung 1, ein optisches System (optische Linse) 310, eine Blendenvorrichtung 311, einen Treiber 313, der die Bildgebungsvorrichtung 1 und die Blendenvorrichtung 311 ansteuert, und einen Signalprozessor 312.
  • Das optische System 310 führt Abbildungslicht (einfallendes Licht) von einem Objekt zur Pixelsektion 1a der Bildgebungsvorrichtung 1. Dieses optische System 310 kann eine Vielzahl optischer Linsen enthalten. Die Blendenvorrichtung 311 steuert eine Periode, in der die Bildgebungsvorrichtung 1 mit Licht bestrahlt wird, und eine Periode, in der Licht blockiert wird. Der Treiber 313 steuert einen Übertragungsbetrieb der Bildgebungsvorrichtung 1 und einen Blendenbetrieb der Blendenvorrichtung 311. Der Signalprozessor 312 führt an einem von der Bildgebungsvorrichtung 1 ausgegebenen Signal verschiedene Arten einer Signalverarbeitung durch. Ein der Signalverarbeitung unterzogenes Bildsignal Dout wird in einem Speichermedium wie etwa einem Speicher gespeichert oder an eine Überwachungseinrichtung oder dergleichen ausgegeben.
  • Ferner ist die oben beschriebene Bildgebungsvorrichtung 1 auch für die folgenden elektronischen Einrichtungen (ein Endoskop 10100 vom Kapseltyp und einen mobilen Körper wie etwa ein Fahrzeug) verwendbar.
  • (Anwendungsbeispiel 3)
  • <Beispiel einer Anwendung für ein In-Vivo-Informationserfassungssystem>
  • Die Technologie (die vorliegende Technologie) gemäß der vorliegenden Offenbarung ist ferner für eine Vielzahl von Produkten verwendbar. Beispielsweise kann die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung für ein System für endoskopische Chirurgie verwendet werden.
  • 20 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer schematischen Konfiguration eines In-vivo-Informationserfassungssystems für einen Patienten unter Verwendung eines Endoskops vom Kapseltyp darstellt, für das die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung (vorliegende Technologie) verwendet werden kann.
  • Das In-vivo-Informationserfassungssystem 10001 umfasst ein Endoskop 10100 vom Kapseltyp und eine externe Steuerungseinrichtung 10200.
  • Das Endoskop 10100 vom Kapseltyp wird zur Untersuchungszeit von einem Patienten geschluckt. Das Endoskop 10100 vom Kapseltyp hat eine Bildaufnahmefunktion und eine Funktion zur drahtlosen Kommunikation und nimmt nacheinander ein Bild aus dem Inneren eines Organs wie etwa des Magens oder eines Darms (worauf im Folgenden auch als In-vivo-Bild verwiesen wird) in vorbestimmten Intervallen auf, während es sich mittels peristaltischer Bewegung innerhalb des Organs während eines Zeitraums bewegt, bis es vom Patienten auf natürlichem Wege ausgeschieden wird. Das Endoskop 10100 vom Kapseltyp überträgt dann drahtlos sukzessiv eine Information des In-vivo-Bilds zu der externen Steuerungseinrichtung 10200 außerhalb des Körpers.
  • Die externe Steuerungseinrichtung 10200 steuert integral einen Betrieb des In-vivo-Informationserfassungssystems 10001. Darüber hinaus empfängt die externe Steuerungseinrichtung 10200 eine Information eines vom Endoskop 10100 vom Kapseltyp dorthin übertragenen In-vivo-Bilds und erzeugt Bilddaten zum Anzeigen des In-vivo-Bilds auf einer (nicht dargestellten) Anzeigeeinrichtung auf der Grundlage der empfangenen Information des In-vivo-Bilds.
  • Im In-Vivo-Informationserfassungssystem 10001 kann ein In-vivo-Bild, das einen Zustand des Inneren des Körpers eines Patienten aufgenommen hat, auf diese Weise zu jeder beliebigen Zeit während eines Zeitraums erfasst werden, bis das Endoskop 10100 vom Kapseltyp ausgeschieden wird, nachdem es geschluckt wird.
  • Eine Konfiguration und Funktionen des Endoskops 10100 vom Kapseltyp und der externen Steuerungseinrichtung 10200 werden im Folgenden detaillierter beschrieben.
  • Das Endoskop 10100 vom Kapseltyp weist ein Gehäuse 10101 vom Kapseltyp auf, worin eine Lichtquelleneinheit 10111, eine Bildaufnahmeeinheit 10112, eine Bildverarbeitungseinheit 10113, eine Einheit 10114 zur drahtlosen Kommunikation, eine Stromzuführungseinheit 10115, eine Stromversorgungseinheit 10116 und eine Steuerungseinheit 10117 untergebracht sind.
  • Die Lichtquelleneinheit 10111 enthält eine Lichtquelle wie etwa beispielsweise eine lichtemittierende Diode (LED) und strahlt Licht auf ein Bildaufnahme-Sichtfeld der Bildaufnahmeeinheit 10112.
  • Die Bildaufnahmeeinheit 10112 enthält ein Bildaufnahmeelement und ein optisches System, das eine Vielzahl Linsen umfasst, die bei einer dem Bildaufnahmeelement vorhergehenden Stufe vorgesehen sind. Reflektiertes Licht (worauf im Folgenden als Beobachtungslicht verwiesen wird) von Licht, das auf ein Körpergewebe gestrahlt wird, das ein Beobachtungsziel ist, wird durch das optische System gesammelt und wird in das Bildaufnahmeelement eingeführt. In der Bildaufnahmeeinheit 10112 wird das einfallende Beobachtungslicht durch das Bildaufnahmeelement fotoelektrisch umgewandelt, wodurch ein dem Beobachtungslicht entsprechendes Bildsignal erzeugt wird. Das durch die Bildaufnahmeeinheit 10112 erzeugte Bildsignal wird der Bildverarbeitungseinheit 10113 bereitgestellt.
  • Die Bildverarbeitungseinheit 10113 enthält einen Prozessor wie etwa eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) oder eine Graphikverarbeitungseinheit (GPU) und führt verschiedene Signalprozesse für ein durch die Bildaufnahmeeinheit 10112 erzeugtes Bildsignal durch. Die Bildverarbeitungseinheit 10113 stellt das Bildsignal, für das die Signalprozesse durchgeführt worden sind, damit der Einheit 10114 zur drahtlosen Kommunikation als Rohdaten bereit.
  • Die Einheit 10114 zur drahtlosen Kommunikation führt einen vorbestimmten Prozess wie etwa einen Modulationsprozess für das Bildsignal durch, für das die Signalprozesse durch die Bildverarbeitungseinheit 10113 durchgeführt wurden, und überträgt das resultierende Bildsignal über eine Antenne 10114A zur externen Steuerungseinrichtung 10200. Darüber hinaus empfängt die Einheit 10114 zur drahtlosen Kommunikation ein auf eine Antriebssteuerung des Endoskops 10100 vom Kapseltyp bezogenes Steuersignal von der externen Steuerungseinrichtung 10200 über die Antenne 10114A. Die Einheit 10114 zur drahtlosen Kommunikation liefert das von der externen Steuerungseinrichtung 10200 empfangene Steuersignal an die Steuerungseinheit 10117.
  • Die Stromzuführungseinheit 10115 enthält eine Antennenspule zur Leistungsaufnahme, eine Leistungsrückgewinnungsschaltung zum Rückgewinnen elektrischer Leistung von in der Antennenspule erzeugtem Strom, eine Spannungsverstärkerschaltung und dergleichen. Die Stromzuführungseinheit 10115 erzeugt elektrische Leistung unter Verwendung eines Prinzips einer sogenannten kontaktfreien Aufladung.
  • Die Stromversorgungseinheit 10116 enthält eine Sekundärbatterie und speichert die durch die Stromzuführungseinheit 10115 erzeugte elektrische Leistung. In 34 sind, um eine komplizierte Veranschaulichung zu vermeiden, eine Pfeilmarkierung, die ein Versorgungsziel der elektrischen Energie von der Stromversorgungseinheit 10116 angibt, usw. weggelassen. Die in der Stromversorgungseinheit 10116 gespeicherte elektrische Leistung wird jedoch der Lichtquelleneinheit 10111, der Bildaufnahmeeinheit 10112, der Bildverarbeitungseinheit 10113, der Einheit 10114 zur drahtlosen Kommunikation und der Steuerungseinheit 10117 bereitgestellt und kann genutzt werden, um diese anzusteuern.
  • Die Steuerungseinheit 10117 enthält einen Prozessor wie etwa eine CPU und steuert geeignet eine Ansteuerung der Lichtquelleneinheit 10111, der Bildaufnahmeeinheit 10112, der Bildverarbeitungseinheit 10113, der Einheit 10114 zur drahtlosen Kommunikation und der Stromzuführungseinheit 10115 gemäß einem von der externen Steuerungseinrichtung 10200 dorthin übertragenen Steuersignal.
  • Die externe Steuerungseinrichtung 10200 enthält einen Prozessor wie etwa eine CPU oder eine GPU, einen Mikrocomputer, eine Steuerungsplatine oder dergleichen, worin ein Prozessor und ein Speicherelement wie etwa ein Speicher gemischt integriert sind. Die externe Steuerungseinrichtung 10200 überträgt über eine Antenne 10200A ein Steuersignal zur Steuerungseinheit 10117 des Endoskops 10100 vom Kapseltyp, um den Betrieb des Endoskops 10100 vom Kapseltyp zu steuern. Im Endoskop 10100 vom Kapseltyp kann beispielsweise eine Bestrahlungsbedingung von Licht auf ein Beobachtungsziel der Lichtquelleneinheit 10111 zum Beispiel gemäß einem Steuerungssignal von der externen Steuerungseinrichtung 10200 geändert werden. Darüber hinaus kann eine Bildaufnahmebedingung (zum Beispiel eine Frame-Rate, ein Belichtungswert oder dergleichen in der Bildaufnahmeeinheit 10112) gemäß einem Steuerungssignal von der externen Steuerungseinrichtung 10200 geändert werden. Ferner kann der Gehalt einer Verarbeitung durch die Bildverarbeitungseinheit 10113 oder eine Bedingung zum Übertragen eines Bildsignals von der Einheit 10114 zur drahtlosen Kommunikation (zum Beispiel ein Übertragungsintervall, die Anzahl an Übertragungsbildern und dergleichen) gemäß einem Steuerungssignal von der externen Steuerungseinrichtung 10200 geändert werden.
  • Darüber hinaus führt die externe Steuerungseinrichtung 10200 verschiedene Bildprozesse für ein Bildsignal aus, das von dem Endoskop 10100 vom Kapseltyp dorthin übertragen wurde, um Bilddaten zum Anzeigen eines aufgenommenen In-vivo-Bilds auf der Anzeigeeinrichtung zu erzeugen. Als die Bildprozesse können verschiedene Signalprozesse ausgeführt werden, wie etwa beispielsweise ein Entwicklungsprozess (Prozess zum Demosaicing), ein eine Bildqualität verbessernder Prozess (ein Prozess zur Bandbreitenerweiterung, ein Superauflösungsprozess, ein Prozess zur Rauschunterdrückung (NR) und/oder ein Bildstabilisierungsprozess) und/oder ein Vergrößerungsprozess (Prozess eines elektronischen Zoom). Die externe Steuerungseinrichtung 10200 steuert eine Ansteuerung der Anzeigeeinrichtung, um die Anzeigeeinrichtung zu veranlassen, auf der Basis erzeugter Bilddaten aufgenommene In-vivo-Bilder anzuzeigen. Alternativ dazu kann die externe Steuerungseinrichtung 10200 auch eine (nicht veranschaulichte) Aufzeichnungseinrichtung steuern, um erzeugte Bilddaten aufzuzeichnen, oder eine (nicht veranschaulichte) Druckeinrichtung steuern, um erzeugte Bilddaten auszudrucken.
  • Oben wurde das Beispiel des In-vivo-Informationserfassungssystems beschrieben, für das die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann. Die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung kann für zum Beispiel die Bildaufnahmeeinheit 10112 unter den oben beschriebenen Komponenten verwendet werden. Dies erhöht die Detektionsgenauigkeit.
  • (Anwendungsbeispiel 4)
  • <Beispiel einer Anwendung für ein System für endoskopische Chirurgie>
  • 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 für ein System für endoskopische Chirurgie verwendet werden.
  • 21 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer schematischen Konfiguration eines Systems für endoskopische Chirurgie darstellt, für das die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung (vorliegende Technologie) verwendet werden kann.
  • In 21 ist ein Zustand veranschaulicht, in welchem ein Chirurg (Arzt) 11131 gerade ein System 11000 für endoskopische Chirurgie verwendet, um einen chirurgischen Eingriff an einem Patienten 11132 auf einem Patientenbett 11133 durchzuführen. Wie dargestellt umfasst das System 11000 für endoskopische Chirurgie ein Endoskop 11100, andere chirurgische Instrumente 11110 wie etwa ein Pneumoperitoneum-Rohr 11111 und eine Energiebehandlungsvorrichtung 11112, eine Trägerarmeinrichtung 11120, die das Endoskop 11100 darauf trägt, und einen Rollwagen 11200, auf welchem verschiedene Einrichtungen für endoskopische Chirurgie montiert sind.
  • Das Endoskop 11100 umfasst einen Linsentubus 11101, mit einem Bereich vorbestimmter Länge von dessen Distalende, um in einen Körperhohlraum des Patienten 11132 eingeführt zu werden, und einen Kamerakopf 11102, der mit einem Proximalende des Linsentubus 11101 verbunden ist. In dem dargestellten Beispiel ist das Endoskop 11100 dargestellt, das ein steifes Endoskop mit dem Linsentubus 11101 vom harten Typ umfasst. Das Endoskop 11100 kann jedoch ansonsten als flexibles bzw. biegsames Endoskop mit dem Linsentubus 11101 vom biegsamen Typ einbezogen sein.
  • An seinem Distalende weist der Linsentubus 11101 eine Öffnung auf, in welche eine Objektlinse eingepasst ist. Eine Lichtquelleneinrichtung 11203 ist mit dem Endoskop 11100 so verbunden, dass von der Lichtquelleneinrichtung 11203 erzeugtes Licht in ein Distalende des Linsentubus 11101 durch eine Lichtführung eingeführt wird, die sich innerhalb des Linsentubus 11101 erstreckt, und in Richtung eines Beobachtungsziels in einem Körperhohlraum des Patienten 11132 durch die Objektlinse gestrahlt wird. Es ist besonders zu erwähnen, dass das Endoskop 11100 ein Endoskop für Geradeaussicht sein kann oder ein Endoskop für Schrägsicht oder ein Endoskop für eine Seitensicht sein kann.
  • Ein optisches System und ein Bildaufnahmeelement sind innerhalb des Kamerakopfes 11102 so vorgesehen, dass reflektiertes Licht (Beobachtungslicht) vom Beobachtungsziel durch das optische System auf dem Bildaufnahmeelement zusammengeführt bzw. gesammelt wird. Das Beobachtungslicht wird durch das Bildaufnahmeelement photoelektrisch umgewandelt, um ein dem Beobachtungslicht entsprechendes elektrisches Signal, nämlich ein einem Beobachtungsbild entsprechendes Bildsignal, zu erzeugen. Das Bildsignal wird als Rohdaten zu einer CCU 11201 übertragen.
  • Die CCU 11201 enthält eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), eine Graphikverarbeitungseinheit (GPU) oder dergleichen und steuert übergreifend bzw. integral eine Operation des Endoskops 11100 und einer Anzeigeeinrichtung 11202. Ferner empfängt die CCU 11201 ein Bildsignal vom Kamerakopf 11102 und führt für das Bildsignal verschiedene Bildprozesse zum Anzeigen eines auf dem Bildsignal basierenden Bildes wie etwa beispielsweise einen Entwicklungsprozess (Demosaicing-Prozess) durch.
  • Die Anzeigeeinrichtung 11202 zeigt darauf ein Bild, das auf einem Bildsignal basiert, für das von der CCU 11201 die Bildprozesse durchgeführt wurden, unter einer Steuerung der CCU 11201 an.
  • Die Lichtquelleneinrichtung 11203 enthält eine Lichtquelle, wie etwa beispielsweise eine lichtemittierende Diode (LED), und führt Bestrahlungslicht bei einer Abbildung eines Bereichs eines chirurgischen Eingriffs dem Endoskop 11100 zu.
  • Eine Eingabeeinrichtung 11204 ist eine Eingabeschnittstelle für das System 11000 für endoskopische Chirurgie. Ein Nutzer kann über die Eingabeeinrichtung 11204 Eingaben verschiedener Arten einer Information oder Anweisung durchführen, die in das System 11000 für endoskopische Chirurgie eingegeben werden. Beispielsweise gibt der Nutzer eine Anweisung oder dergleichen, um eine Bildaufnahmebedingung (eine Art von Bestrahlungslicht, eine Vergrößerung, eine Brennweite oder dergleichen) durch das Endoskop 11100 zu ändern, ein.
  • Eine Einrichtung 11205 zur Steuerung eines Behandlungsinstruments steuert eine Ansteuerung der Energiebehandlungsvorrichtung 11112 für eine Kauterisierung bzw. Verätzung oder einen Schnitt eines Gewebes, ein Verschließen eines Blutgefäßes oder dergleichen. Um das Sichtfeld des Endoskops 11100 sicherzustellen und den Arbeitsraum für den Chirurgen sicherzustellen, führt eine Pneumoperitoneum-Einrichtung 11206 durch das Pneumoperitoneum-Rohr 11111 Gas in einen Körperhohlraum des Patienten 11132 ein, um den Körperhohlraum auszudehnen. Eine Aufzeichnungseinrichtung 11207 ist eine Einrichtung, die verschiedene Arten einer Information in Bezug auf einen chirurgischen Eingriff aufzeichnen kann. Ein Drucker 11208 ist eine Einrichtung, die verschiedene Arten von Information in Bezug auf einen chirurgischen Eingriff in verschiedenen Formen wie etwa als Text, Bild oder grafische Darstellung drucken kann.
  • Es ist besonders zu erwähnen, dass die Lichtquelleneinrichtung 11203, die Bestrahlungslicht, wenn ein Bereich eines chirurgischen Eingriffs abgebildet werden soll, dem Endoskop 11100 zugeführt, eine Weißlichtquelle enthalten kann, die zum Beispiel eine LED, eine Laserlichtquelle oder eine Kombination von ihnen umfasst. Wenn eine Weißlichtquelle eine Kombination von roten, grünen und blauen (RGB-) Laserlichtquellen enthält, kann, da die Ausgabeintensität und der Ausgabezeitpunkt für jede Farbe (jede Wellenlänge) mit einem hohen Grad an Genauigkeit gesteuert werden kann, eine Einstellung des Weißabgleichs eines aufgenommenen Bildes von der Lichtquelleneinrichtung 11203 durchgeführt werden. Ferner wird in diesem Fall, falls Laserstrahlen von den jeweiligen RGB-Laserlichtquellen in Zeitmultiplex-Weise auf ein Beobachtungsziel gestrahlt werden, eine Ansteuerung der Bildaufnahmeelemente des Kamerakopfes 11102 synchron mit den Bestrahlungszeitpunkten gesteuert. Dann können den R-, G- und B-Farben individuell entsprechende Bilder ebenfalls in Zeitmultiplex-Weise aufgenommen werden. Gemäß diesem Verfahren ist es möglich, ein Farbbild zu erhalten, selbst wenn keine Farbfilter für das Bildaufnahmeelement vorgesehen sind.
  • Ferner kann die Lichtquelleneinrichtung 11203 so gesteuert werden, dass die Intensität eines abzugebenden Lichts für jede vorbestimmte Zeit geändert wird. Indem man eine Ansteuerung des Bildaufnahmeelements des Kamerakopfes 11102 synchron mit dem Zeitpunkt der Änderung der Lichtintensität steuert, um Bilder in Zeitmultiplex-Weise zu erfassen, und die Bilder kombiniert bzw. synthetisiert, kann ein Bild mit einem hohen Dynamikbereich ohne unterentwickelte blockierte Abschattungen und überbelichtete Hervorhebungen erzeugt werden.
  • Außerdem kann die Lichtquelleneinrichtung 11203 dafür konfiguriert sein, Licht eines vorbestimmten Wellenlängenbands, das für eine Beobachtung mit speziellem Licht geeignet ist, bereitzustellen. Bei einer Beobachtung mit speziellem Licht wird beispielsweise unter Ausnutzung der Wellenlängenabhängigkeit einer Lichtabsorption in Körpergewebe, um Licht eines schmalen Bandes zu strahlen, im Vergleich mit Bestrahlungslicht bei einer gewöhnlichen Beobachtung (nämlich weißes Licht), eine schmalbandige Beobachtung (schmalbandige Abbildung) zum Abbilden eines vorbestimmten Gewebes wie etwa eines Blutgefäßes eines Oberflächenbereichs der mukosalen Membran in einem hohen Kontrast durchgeführt. Alternativ dazu kann bei einer Beobachtung mit speziellem Licht eine Fluoreszenzbeobachtung durchgeführt werden, um ein Bild aus Fluoreszenzlicht zu erhalten, das mittels Bestrahlung mit Anregungslicht erzeugt wird. Bei einer Fluoreszenzbeobachtung ist es möglich, eine Beobachtung von Fluoreszenzlicht von einem Körpergewebe durchzuführen, indem Anregungslicht auf das Körpergewebe gestrahlt wird (Eigenfluoreszenz-Beobachtung), oder ein Fluoreszenzlichtbild zu erhalten, indem ein Reagenzmittel wie etwa Indocyaningrün (ICG) lokal in ein Körpergewebe injiziert und Anregungslicht entsprechend einer Fluoreszenzwellenlänge des Reagenzmittels auf das Körpergewebe gestrahlt wird. Die Lichtquelleneinrichtung 11203 kann dafür konfiguriert sein, derartiges schmalbandiges Licht und/oder Anregungslicht, das für eine Beobachtung mit speziellem Licht wie oben beschrieben geeignet ist, bereitzustellen.
  • 22 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer funktionalen Konfiguration des Kamerakopfes 11102 und der CCU 11201 zeigt, die in 35 dargestellt sind.
  • Der Kamerakopf 11102 enthält eine Linseneinheit 11401, eine Bildaufnahmeeinheit 11402, eine Ansteuereinheit 11403, eine Kommunikationseinheit 11404 und eine Kamerakopf-Steuereinheit 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 an einer Verbindungsstelle mit dem Linsentubus 11101 vorgesehen ist. Von einem Distalende des Linsentubus 11101 empfangenes Beobachtungslicht wird zum Kamerakopf 11102 geführt und in die Linseneinheit 11401 eingeführt. Die Linseneinheit 11401 enthält eine Kombination einer Vielzahl von Linsen, einschließlich einer Zoomlinse und einer Fokuslinse.
  • Die Anzahl an Bildaufnahmeeinheiten, die in der Bildaufnahmeeinheit 11402 enthalten sind, kann Eins (Einzelplattentyp) oder eine Mehrzahl (Mehrplattentyp) sein. Wenn die Bildaufnahmeeinheit 11402 beispielsweise wie diejenige des Mehrplattentyps konfiguriert ist, werden jeweiligen R, G und B entsprechende Bildsignale durch die Bildaufnahmeelemente erzeugt, und die Bildsignale können synthetisiert werden, um ein Farbbild zu erhalten. Die Bildaufnahmeeinheit 11402 kann auch so konfiguriert sein, dass sie ein Paar Bildaufnahmeelemente enthält, um jeweilige Bildsignale für das rechte Auge und das linke Auge zu erlangen, die für eine dreidimensionale (3D) Anzeige geeignet sind. Falls eine 3D-Anzeige ausgeführt wird, kann dann die Tiefe eines Gewebes eines lebenden Körpers in einem Bereich eines chirurgischen Eingriffs vom Chirurgen 11131 genauer erkannt werden. Es ist besonders zu erwähnen, dass, wenn die Bildaufnahmeeinheit 11402 wie diejenige eines stereoskopischen Typs konfiguriert ist, eine Vielzahl von Systemen von Linseneinheiten 11401 entsprechend den einzelnen Bildaufnahmeelementen vorgesehen ist.
  • Außerdem muss die Bildaufnahmeeinheit 11402 nicht notwendigerweise auf dem Kamerakopf 11102 vorgesehen sein. Beispielsweise kann die Bildaufnahmeeinheit 11402 unmittelbar hinter der Objektivlinse innerhalb des Linsentubus 11101 vorgesehen sein.
  • Die Ansteuereinheit 11403 enthält einen Aktuator und bewegt unter der Steuerung der Kamerakopf-Steuereinheit 11405 die Zoomlinse und die Fokuslinse der Linseneinheit 11401 um einen vorbestimmten Abstand entlang einer optischen Achse. Folglich können die Vergrößerung und der Fokus eines aufgenommenen Bildes durch die Bildaufnahmeeinheit 11402 geeignet eingestellt werden.
  • Die Kommunikationseinheit 11404 enthält eine Kommunikationseinrichtung zum Übertragen und Empfangen verschiedener Arten von Information zu und von der CCU 11201. Die Kommunikationseinheit 11404 überträgt ein von der Bildaufnahmeeinheit 11402 erlangtes Bildsignal über das Übertragungskabel 11400 als Rohdaten zur CCU 11201.
  • Außerdem empfängt die Kommunikationseinheit 11404 ein Steuerungssignal zum Steuern einer Ansteuerung des Kamerakopfes 11102 von der CCU 11201 und stellt das Steuerungssignal der Kamerakopf-Steuereinheit 11405 bereit. Das Steuerungssignal enthält Information in Bezug auf Bildaufnahmebedingungen, wie etwa zum Beispiel eine Information, dass eine Frame-Rate eines aufgenommenen Bildes bestimmt ist, eine Information, dass ein Belichtungswert bei einer Bildaufnahme bestimmt ist, und/oder eine Information, dass eine Vergrößerung und ein Fokus eines aufgenommenen Bildes bestimmt sind.
  • Es ist besonders zu erwähnen, dass die Bildaufnahmebedingungen wie etwa die Frame-Rate, der Belichtungswert, die Vergrößerung oder der Fokus durch den Nutzer bestimmt werden können oder durch die Steuerungseinheit 11413 der CCU 11201 auf der Basis des erfassten Bildsignals automatisch eingestellt werden können. Im letztgenannten Fall sind im Endoskop 11100 eine Funktion einer automatischen Belichtung (AE), eine Funktion eines Autofokus (AF) und eine Funktion eines automatischen Weißabgleichs (AWB) integriert.
  • Die Kamerakopf-Steuereinheit 11405 steuert eine Ansteuerung des Kamerakopfes 11102 auf der Basis eines über die Kommunikationseinheit 11404 von der CCU 11201 empfangenen Steuerungssignals.
  • Die Kommunikationseinheit 11411 enthält eine Kommunikationseinrichtung, um verschiedene Arten von Information zum Kamerakopf 11102 zu übertragen und von ihm zu empfangen. Die Kommunikationseinheit 11411 empfängt ein über das Übertragungskabel 11400 vom Kamerakopf 11102 dorthin übertragenes Bildsignal.
  • Außerdem überträgt die Kommunikationseinheit 11411 ein Steuerungssignal zum Steuern einer Ansteuerung des Kamerakopfes 11102 zum Kamerakopf 11102. Das Bildsignal und das Steuerungssignal können mittels elektrischer Kommunikation, optischer Kommunikation oder dergleichen übertragen werden.
  • Die Bildverarbeitungseinheit 11412 führt verschiedene Bildprozesse für ein Bildsignal in der Form vom Kamerakopf 11102 dorthin übertragener Rohdaten durch.
  • Die Steuerungseinheit 11413 führt verschiedene Arten einer Steuerung bezüglich einer Bildaufnahme eines Bereiches eines chirurgischen Eingriffs oder dergleichen durch das Endoskop 11100 und einer Anzeige eines aufgenommenen Bildes durch, das mittels einer Bildaufnahme des Bereichs eines chirurgischen Eingriffs oder dergleichen erhalten wurde. Beispielsweise erzeugt die Steuerungseinheit 11413 ein Steuerungssignal, um eine Ansteuerung des Kamerakopfes 11102 zu steuern.
  • Außerdem steuert die Steuerungseinheit 11413 auf der Basis eines Bildsignals, für das Bildprozesse mittels der Bildverarbeitungseinheit 11412 durchgeführt wurden, die Anzeigeeinrichtung 11202, um ein aufgenommenes Bild anzuzeigen, in welchem der Bereich eines chirurgischen Eingriffs oder dergleichen abgebildet ist. Daraufhin kann die Steuerungseinheit 11413 unter Verwendung verschiedener Bilderkennungstechnologien verschiedene Objekte in dem aufgenommenen Bild erkennen. Beispielsweise kann die Steuerungseinheit 11413 ein chirurgisches Instrument wie etwa eine Pinzette bzw. Zange, einen bestimmten Bereich eines lebenden Körpers, eine Blutung, Dunst, wenn die Energiebehandlungsvorrichtung 11112 verwendet wird, und so weiter erkennen, indem die Form, Farbe und so weiter von Rändern von Objekten detektiert werden, die in einem aufgenommenen Bild enthalten sind. Die Steuerungseinheit 11413 kann, wenn sie die Anzeigeeinrichtung 11202 steuert, um ein aufgenommenes Bild anzuzeigen, veranlassen, dass verschiedene Arten einer einen chirurgischen Eingriff unterstützenden Information überlappend mit einem Bild des Bereichs eines chirurgischen Eingriffs unter Verwendung eines Erkennungsergebnisses angezeigt werden. Wenn die einen chirurgischen Eingriff unterstützende Information überlappend angezeigt und dem Chirurgen 11131 präsentiert wird, kann die Belastung für den Chirurgen 11131 reduziert werden, und der Chirurg 11131 kann den chirurgischen Eingriff sicher fortführen.
  • Das Übertragungskabel 11400, das den Kamerakopf 11102 und die CCU 11201 miteinander verbindet, ist ein elektrisches Signalkabel, das eine Kommunikation elektrischer Signale geeignet ist, eine Lichtleitfaser, die für eine optische Kommunikation geeignet ist, oder ein Verbundkabel, das für sowohl elektrische als auch optische Kommunikation geeignet ist.
  • Während im dargestellten Beispiel unter Verwendung des Übertragungskabels 11400 eine Kommunikation mittels einer drahtgebundenen Kommunikation durchgeführt wird, kann hier die Kommunikation zwischen dem Kamerakopf 11102 und der CCU 11201 mittels einer drahtlosen Kommunikation durchgeführt werden.
  • Das Obige hat das Beispiel des Systems für endoskopische Chirurgie beschrieben, für das die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann. Die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung kann für die Bildaufnahmeeinheit 11402 unter den oben beschriebenen Komponenten verwendet werden. Eine Anwendung der Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung für die Bildaufnahmeeinheit 11402 erhöht die Detektionsgenauigkeit.
  • Es ist besonders zu erwähnen, dass das System für endoskopische Chirurgie hier als ein Beispiel beschrieben wurde, die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung aber außerdem für beispielsweise ein System für mikroskopische Chirurgie oder dergleichen verwendet werden kann.
  • (Anwendungsbeispiel 5)
  • <Beispiel einer Anwendung für einen beweglichen Körper>
  • Die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung kann für eine Vielzahl von Produkten verwendet werden. Beispielsweise kann die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung als eine Vorrichtung realisiert werden, die an einer beliebigen Art eines beweglichen Körpers wie etwa einem Fahrzeug, einem Elektrofahrzeug, einem Hybrid-Elektrofahrzeug, einem Motorrad, einem Fahrrad, einer Vorrichtung für persönliche Mobilität, einem Flugzeug, einer Drohne, einem Schiff, einem Roboter, einer Baumaschine oder einer landwirtschaftlichen Maschine (Traktor) montiert werden soll.
  • 23 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer schematischen Konfiguration eines Fahrzeugsteuerungssystems als ein Beispiel eines Systems zur Steuerung beweglicher Körper veranschaulicht, für das die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann.
  • Das Fahrzeugsteuerungssystem 12000 umfasst eine Vielzahl elektronischer Steuereinheiten, die über ein Kommunikationsnetzwerk 12001 miteinander verbunden sind. In dem in 23 dargestellten Beispiel umfasst das Fahrzeugsteuerungssystem 12000 eine Antriebssystem-Steuerungseinheit 12010, eine Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020, eine Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs, eine Einheit 12040 zur Detektion von Information im Fahrzeug und eine integrierte Steuereinheit 12050. Außerdem sind als eine funktionale Konfiguration der integrierten Steuereinheit 12050 ein Mikrocomputer 12051, eine Ton/Bild-Ausgabesektion 12052 und eine Schnittstelle (I/F) 12053 des im Fahrzeug montierten Netzwerks veranschaulicht.
  • Die Antriebssystem-Steuerungseinheit 12010 steuert gemäß verschiedenen Arten von Programmen die Operation von Vorrichtungen in Bezug auf das Antriebssystem des Fahrzeugs. Beispielsweise dient die Antriebssystem-Steuerungseinheit 12010 als Steuerungsvorrichtung für eine Antriebskraft-Erzeugungsvorrichtung zum Erzeugen einer Antriebskraft des Fahrzeugs wie etwa einen Verbrennungsmotor, einen Antriebsmotor oder dergleichen, einen Antriebskraft-Übertragungsmechanismus, um die Antriebskraft auf Räder zu übertragen, einen Lenkmechanismus, um den Lenkwinkel des Fahrzeugs einzustellen, eine Bremsvorrichtung, um die Bremskraft des Fahrzeugs zu erzeugen, und dergleichen.
  • Die Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020 steuert die Operation verschiedener Arten von Vorrichtungen, die an einer Fahrzeugkarosserie vorgesehen sind, gemäß verschiedenen Arten von Programmen. Beispielsweise dient die Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020 als Steuerungsvorrichtung für ein schlüsselloses Zugangssystem, ein System für intelligente Schlüssel, eine automatische Fenstervorrichtung oder verschiedene Arten von Leuchten wie etwa einen Frontscheinwerfer, einen Heckscheinwerfer, eine Bremsleuchte, ein Fahrtrichtungssignal, eine Nebelleuchte oder dergleichen. In diesem Fall können Funkwellen, die von einer mobilen Vorrichtung als Alternative zu einem Schlüssel gesendet werden, oder Signale verschiedener Arten von Schaltern in die Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020 eingespeist werden. Die Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020 empfängt diese eingespeisten Funkwellen oder Signale und steuert eine Türverriegelungsvorrichtung, die automatische Fenstervorrichtung, die Leuchten oder dergleichen des Fahrzeugs.
  • Die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs detektiert Information über die äußere Umgebung des das Fahrzeugsteuerungssystem 12000 enthaltenden Fahrzeugs. Beispielsweise ist die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs mit einer Bildgebungssektion 12031 verbunden. Die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs veranlasst die Bildgebungssektion 12031, ein Bild der äußeren Umgebung des Fahrzeugs aufzunehmen, und empfängt das aufgenommene Bild. Die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs kann auf der Basis des empfangenen Bildes eine Verarbeitung zum Detektieren eines Objekts wie etwa einer Person, eines Wagens, eines Hindernisses, eines Verkehrsschilds, eines Zeichens auf einer Straßenoberfläche oder dergleichen oder eine Verarbeitung zum Detektieren eines Abstands dazu ausführen.
  • Die Bildgebungssektion 12031 ist ein optischer Sensor, der Licht empfängt und der entsprechend einer empfangenen Lichtmenge des Lichts ein elektrisches Signal abgibt. Die Bildgebungssektion 12031 kann auch das elektrische Signal als Bild ausgeben oder kann das elektrische Signal als Information über einen gemessenen Abstand abgeben. Außerdem kann das von der Bildgebungssektion 12031 empfangene Licht sichtbares Licht sein oder kann unsichtbares Licht wie etwa Infrarotstrahlen oder dergleichen sein.
  • Die Einheit 12040 zur Detektion von Information im Fahrzeug detektiert Information über das Innere bzw. aus dem Inneren des Fahrzeugs. Die Einheit 12040 zur Detektion von Information im Fahrzeug ist zum Beispiel mit einer Sektion 12041 zur Detektion eines Fahrerzustands verbunden, die den Zustand eines Fahrers detektiert. Die Sektion 12041 zur Detektion eines Fahrerzustands umfasst zum Beispiel eine Kamera, die den Fahrer aufnimmt. Die Einheit 12040 zur Detektion von Information im Fahrzeug kann auf der Basis einer von der Sektion 12041 zur Detektion eines Fahrerzustands eingegebenen Detektionsinformation einen Ermüdungsgrad des Fahrers oder einen Konzentrationsgrad des Fahrers berechnen oder kann bestimmen, ob der Fahrer eindöst.
  • Der Mikrocomputer 12051 kann einen Steuerungszielwert für die Antriebskraft-Erzeugungsvorrichtung, den Lenkmechanismus oder die Bremsvorrichtung auf der Basis der Information über das Innere oder die äußere Umgebung des Fahrzeugs berechnen, welche Information durch die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs oder die Einheit 12040 zur Detektion von Information im Fahrzeug erhalten wird, und kann einen Steuerungsbefehl an die Antriebssystem-Steuerungseinheit 12010 ausgeben. Beispielsweise kann der Mikrocomputer 12051 eine kooperative Steuerung durchführen, die dazu gedacht ist, Funktionen eines fortgeschrittenen Fahrerassistenzsystems (ADAS) zu realisieren, dessen Funktionen eine Vermeidung einer Kollision oder Aufprallabschwächung für das Fahrzeug, eine Nachfolgefahrt basierend auf einem Folgeabstand, eine Fahrt bei konstanter Geschwindigkeit, eine Warnung vor einer Kollision des Fahrzeugs, eine Warnung vor einer Spurabweichung des Fahrzeugs oder dergleichen einschließen.
  • Außerdem kann der Mikrocomputer 12051 eine kooperative Steuerung ausführen, die für automatisches Fahren gedacht ist, die das Fahrzeug, ohne von einem Eingriff des Fahrers oder dergleichen abhängig zu sein, autonom fahren lässt, indem die Antriebskraft-Erzeugungsvorrichtung, der Lenkmechanismus, die Bremsvorrichtung oder dergleichen auf der Basis der Information über die äußere Umgebung oder das Innere des Fahrzeugs gesteuert werden, welche Information durch die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs oder die Einheit 12040 zur Detektion von Information im Fahrzeug erhalten wird.
  • Der Mikrocomputer 12051 kann außerdem einen Steuerungsbefehl an die Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020 auf der Basis der Information über die äußere Umgebung des Fahrzeugs ausgeben, welche Information durch die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs erhalten wird. Beispielsweise kann der Mikrocomputer 12051 eine kooperative Steuerung ausführen, die dazu gedacht ist, eine Blendung zu verhindern, indem die Frontleuchte gemäß der Position eines vorausfahrenden Fahrzeugs oder eines entgegenkommenden Fahrzeugs, das durch die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs detektiert wird, gesteuert wird, um von Fernlicht auf Abblendlicht umzuschalten.
  • Die Ton/Bild-Ausgabesektion 12052 überträgt ein Ausgangssignal eines Tons und/oder eines Bildes an eine Ausgabevorrichtung, die eine Information einem Insassen des Fahrzeugs oder der äußeren Umgebung des Fahrzeugs optisch oder akustisch übermitteln kann. Im Beispiel von 13 sind als die Ausgabevorrichtung ein Lautsprecher 12061, eine Anzeigesektion 12062 und ein Armaturenbrett 12063 angegeben. Die Anzeigesektion 12062 kann beispielsweise eine bordeigene Anzeige und/oder ein Head-Up-Display umfassen.
  • 24 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Installationsposition der Bildgebungssektion 12031 veranschaulicht.
  • In 24 umfasst die Bildgebungssektion 12031 Bildgebungssektionen 12101, 12102, 12103, 12104 und 12105.
  • Die Bildgebungssektionen 12101, 12102, 12103, 12104 und 12105 sind beispielsweise an Positionen an einer Frontpartie, von Seitenspiegeln, einer hinteren Stoßstange und einer Hecktür, des Fahrzeugs 12100 sowie einer Position an einem oberen Teil einer Windschutzscheibe im Inneren des Fahrzeugs angeordnet. Die an der Frontpartie vorgesehene Bildgebungssektion 12101 und die am oberen Teil der Windschutzscheibe im Inneren des Fahrzeugs vorgesehene Bildgebungssektion 12105 erhalten vorwiegend ein Bild von vor dem Fahrzeug 12100. Die an den Seitenspiegeln vorgesehenen Bildgebungssektionen 12102 und 12103 erhalten vorwiegend ein Bild von den Seiten des Fahrzeugs 12100. Die an der hinteren Stoßstange oder der Hecktür vorgesehene Bildgebungssektion 12104 erhält vorwiegend ein Bild von hinter dem Fahrzeug 12100. Die am oberen Teil der Windschutzscheibe im Inneren vorgesehene Bildgebungssektion 12105 wird vorwiegend genutzt, um ein vorausfahrendes Fahrzeug, einen Fußgänger, ein Hindernis, eine Verkehrsampel, ein Verkehrszeichen, eine Fahrspur oder dergleichen zu detektieren.
  • Im Übrigen stellt 24 ein Beispiel von Fotografierbereichen der Bildgebungssektionen 12101 bis 12104 dar. Ein Abbildungsbereich 12111 repräsentiert den Abbildungsbereich der an der Frontpartie vorgesehenen Bildgebungssektion 12101. Abbildungsbereiche 12112 und 12113 repräsentieren die Abbildungsbereiche der an den Seitenspiegeln vorgesehenen Bildgebungssektionen 12102 bzw. 12103. Ein Abbildungsbereich 12114 repräsentiert den Abbildungsbereich der an der hinteren Stoßstange oder der Hecktür vorgesehenen Bildgebungssektion 12104. Beispielsweise wird ein Bild aus der Vogelperspektive des Fahrzeugs 12100, wie es von oben gesehen wird, erhalten, indem beispielsweise durch die Bildgebungssektionen 12101 bis 12104 abgebildete Bilddaten aufeinander gelegt werden.
  • Zumindest eine der Bildgebungssektionen 12101 bis 12104 kann eine Funktion zum Erhalten einer Abstandsinformation aufweisen. Beispielsweise kann zumindest eine der Bildgebungssektionen 12101 bis 12104 eine Stereokamera sein, die aus einer Vielzahl von Bildgebungselementen aufgebaut ist, oder kann ein Bildgebungselement sein, das Pixel für eine Detektion von Phasendifferenzen enthält.
  • Der Mikrocomputer 12051 kann beispielsweise einen Abstand zu jedem dreidimensionalen Objekt innerhalb der Abbildungsbereiche 12111 bis 12114 und eine zeitliche Änderung des Abstands (Relativgeschwindigkeit in Bezug auf das Fahrzeug 12100) auf der Basis der von den Bildgebungssektionen 12101 bis 12104 erhaltenen Abstandsinformation bestimmen und dadurch insbesondere als ein vorausfahrendes Fahrzeug ein nächstgelegenes dreidimensionales Objekt extrahieren, das sich auf einem Fahrweg des Fahrzeugs 12100 befindet und das mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit (zum Beispiel gleich 0 km/h oder höher) in im Wesentlichen der gleichen Richtung wie das Fahrzeug 12100 fährt. Ferner kann der Mikrocomputer 12051 einen beizubehaltenden Folgeabstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug vorher festlegen und eine automatische Bremssteuerung (einschließlich einer Nachfolge-Stopp-Steuerung), eine automatische Beschleunigungssteuerung (einschließlich einer Nachfolge-Start-Steuerung) oder dergleichen durchführen. Folglich ist es möglich, eine kooperative Steuerung auszuführen, die für automatisches Fahren gedacht ist, was das Fahrzeug, ohne vom Eingriff des Fahrers oder dergleichen abhängig zu sein, autonom fahren lässt.
  • Der Mikrocomputer 12051 kann zum Beispiel dreidimensionale Objektdaten über dreidimensionale Objekte in dreidimensionale Objektdaten eines zweirädrigen Fahrzeugs, eines Fahrzeugs üblicher Größe, eines großen Fahrzeugs, eines Fußgängers, eines Telefonmasten und andere dreidimensionale Objekte auf der Basis der Abstandsinformation klassifizieren, die von den Bildgebungssektionen 12101 bis 12104 erhalten werden, die klassifizierten dreidimensionalen Objektdaten extrahieren und die extrahierten dreidimensionalen Objekten zum automatischen Ausweichen eines Hindernisses nutzen. Beispielsweise identifiziert der Mikrocomputer 12051 Hindernisse um das Fahrzeug 12100 als Hindernisse, die der Fahrer des Fahrzeugs 12100 optisch erkennen kann, und Hindernisse, die für den Fahrer des Fahrzeugs 12100 optisch schwer zu erkennen sind. Der Mikrocomputer 12051 bestimmt dann ein Kollisionsrisiko, das ein Risiko einer Kollision mit jedem Hindernis angibt. In einer Situation, in der das Kollisionsrisiko gleich einem eingestellten Wert oder höher ist und somit eine Möglichkeit einer Kollision besteht, gibt der Mikrocomputer 12051 über den Lautsprecher 12061 oder die Anzeigesektion 12062 eine Warnung an den Fahrer aus und führt über die Antriebssystem-Steuerungseinheit 12010 eine erzwungene Abbremsung oder Ausweichlenkbewegung durch. Der Mikrocomputer 12051 kann dadurch beim Fahren unterstützen, um eine Kollision zu vermeiden.
  • Zumindest eine der Bildgebungssektionen 12101 bis 12104 kann eine Infrarotkamera sein, die Infrarotstrahlen detektiert. Beispielsweise kann der Mikrocomputer 12051 einen Fußgänger erkennen, indem bestimmt wird, ob sich in aufgenommenen Bildern der Bildgebungssektionen 12101 bis 12104 ein Fußgänger befindet oder nicht. Eine solche Erkennung eines Fußgängers wird beispielsweise mittels einer Prozedur zum Extrahieren charakteristischer Punkte in den aufgenommenen Bildern der Bildgebungssektionen 12101 bis 12104 als Infrarotkameras und einer Prozedur, um zu bestimmen, ob es der Fußgänger ist oder nicht, indem eine Verarbeitung zum Musterabgleich an einer Reihe charakteristischer Punkte durchgeführt wird, die die Kontur des Objekts angeben. Wenn der Mikrocomputer 12051 bestimmt, dass es in den aufgenommenen Bildern der Bildgebungssektionen 12101 bis 12104 einen Fußgänger gibt, und somit den Fußgänger erkennt, steuert die Ton/Bild-Ausgabesektion 12052 die Anzeigesektion 12062, so dass eine viereckige Konturlinie zur Hervorhebung so angezeigt wird, dass sie dem erkannten Fußgänger überlagert wird. Die Ton/Bild-Ausgabesektion 12052 kann auch die Anzeigesektion 12062 so steuern, dass ein Symbol oder dergleichen, das den Fußgänger repräsentiert, an einer gewünschten Position angezeigt wird.
  • Obgleich die Beschreibung unter Bezugnahme auf die ersten bis dritten Ausführungsformen, die Modifikationsbeispiele 1 und 2 und die Anwendungsbeispiele gegeben wurde, sind die Inhalte der vorliegenden Offenbarung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen und dergleichen beschränkt. Die vorliegende Offenbarung kann auf eine Vielzahl von Arten modifiziert werden. Beispielsweise hat in den oben beschriebenen Ausführungsformen ein Bildgebungselement eine Konfiguration, in der der organische fotoelektrische Wandler 20, der grünes Licht detektiert, und die anorganischen fotoelektrischen Wandler 32B und 32R, die blaues Licht bzw. rotes Licht detektieren, gestapelt sind. Die Inhalte der vorliegenden Offenbarung sind jedoch nicht auf solch eine Struktur beschränkt. Das heißt, der organische fotoelektrische Wandler kann das rote Licht oder das blaue Licht detektieren, oder die anorganischen fotoelektrischen Wandler können jeweils das grüne Licht detektieren.
  • Außerdem ist die Anzahl dieser organischen fotoelektrischen Wandler und anorganischen fotoelektrischen Wandler oder das Verhältnis unter diesen nicht beschränkt. Farbsignale einer Vielzahl von Farben können allein mit dem organischen fotoelektrischen Wandler erhalten werden.
  • Ferner wurden in den oben beschriebenen Ausführungsformen und dergleichen die Beispiele dargestellt, in denen eine Vielzahl von in der unteren Elektrode 21 enthaltenen Elektroden die beiden Elektroden der Ausleseelektrode 21A und der Akkumulierungselektrode 21B umfasst. Jedoch können zusätzlich drei oder vier oder mehr Elektroden einschließlich einer Übertragungselektrode, einer Entladungselektrode oder dergleichen vorgesehen sein.
  • Es ist besonders zu erwähnen, dass die hierin beschriebenen Effekte nur Beispiele, nicht aber einschränkend sind. Außerdem können andere Effekte auftreten.
  • Es ist besonders zu erwähnen, dass die vorliegende Offenbarung die folgenden Konfigurationen aufweisen kann.
    1. (1) Ein Bildgebungselement, umfassend:
      • ein Halbleitersubstrat, das eine Oberfläche und eine andere Oberfläche aufweist, die einander entgegengesetzt sind, wobei das Halbleitersubstrat ein Durchgangsloch aufweist, das zwischen der einen Oberfläche und der anderen Oberfläche hindurchgeht;
      • einen ersten fotoelektrischen Wandler, der oberhalb der einen Oberfläche des Halbleitersubstrats vorgesehen ist;
      • eine Durchgangselektrode, die mit dem ersten fotoelektrischen Wandler elektrisch gekoppelt ist, wobei die Durchgangselektrode das Halbleitersubstrat im Inneren des Durchgangslochs durchdringt;
      • einen ersten dielektrischen Film, der auf der einen Oberfläche des Halbleitersubstrats vorgesehen ist, wobei der erste dielektrische Film eine erste Filmdicke aufweist; und
      • einen zweiten dielektrischen Film, der auf einer seitlichen Oberfläche des Durchgangslochs vorgesehen ist, wobei der zweite dielektrische Film eine zweite Filmdicke aufweist, wobei die zweite Filmdicke geringer als die erste Filmdicke ist.
    2. (2) Das Bildgebungselement gemäß (1), worin das Halbleitersubstrat ferner einen Verstärkertransistor und eine Floating-Diffusionsschicht auf der Seite der anderen Oberfläche enthält und die Durchgangselektrode mit zumindest einem des Verstärkertransistors oder der Floating-Diffusionsschicht elektrisch gekoppelt ist.
    3. (3) Das Bildgebungselement gemäß (1) oder (2), worin zumindest einer des ersten dielektrischen Films oder des zweiten dielektrischen Films einen gestapelten Film enthält.
    4. (4) Das Bildgebungselement gemäß einem von (1) bis (3), worin die erste Filmdicke des ersten dielektrischen Films 10 nm oder mehr und 1000 nm oder weniger beträgt und die zweite Filmdicke des zweiten dielektrischen Films 1 nm oder mehr und 200 nm oder weniger beträgt.
    5. (5) Das Bildgebungselement gemäß einem von (1) bis (4), worin der erste dielektrische Film eine Filmdicke aufweist, die zwischen Gebieten auf dem Halbleitersubstrat variiert.
    6. (6) Das Bildgebungselement gemäß einem (1) bis (5), worin ein zweiter fotoelektrischer Wandler so ausgebildet ist, dass er im Halbleitersubstrat eingebettet ist, und eine Filmdicke des ersten dielektrischen Films oberhalb des zweiten fotoelektrischen Wandlers größer als eine Filmdicke in einem Gebiet um die Durchgangselektrode herum ist.
    7. (7) Das Bildgebungselement gemäß einem von (1) bis (6), worin der erste dielektrische Film unter Verwendung von Materialien ausgebildet ist, die zwischen Gebieten auf dem Halbleitersubstrat verschieden sind.
    8. (8) Das Bildgebungselement gemäß einem von (1) bis (7), worin der erste dielektrische Film und der zweite dielektrische Film jeweils zumindest eines eines Materials mit einer negativen fixierten Ladung oder eines Halbleitermaterials oder eines elektrisch leitfähigen Materials mit einer breiteren Bandlücke als eine Bandlücke des Halbleitersubstrats enthalten.
    9. (9) Das Bildgebungselement gemäß einem von (1) bis (8), worin der zweite dielektrische Film eine Filmdicke aufweist, die zwischen einem Gebiet nahe der einen Oberfläche und einem Gebiet nahe der anderen Oberfläche variiert, und eine Filmdicke im Gebiet nahe der einen Oberfläche größer als eine Filmdicke im Gebiet nahe der anderen Oberfläche ist.
    10. (10) Das Bildgebungselement gemäß einem von (1) bis (9), worin die Durchgangselektrode im Inneren des Durchgangslochs einen Isolierfilm um die Durchgangselektrode herum enthält.
    11. (11) Das Bildgebungselement gemäß einem von (1) bis (10), worin das Halbleitersubstrat eine Vielzahl von Pixeln in einer planaren Richtung enthält und die Durchgangselektrode für jedes der Pixel vorgesehen ist.
    12. (12) Das Bildgebungselement gemäß einem von (1) bis (11), worin das Halbleitersubstrat eine Vielzahl von Pixeln in einer planaren Richtung enthält und zwei oder mehr der Pixel mit je einer Durchgangselektrode versehen sind.
    13. (13) Das Bildgebungselement gemäß einem von (1) bis (12), umfassend ein Pixelgebiet und ein peripheres Gebiet in einer planaren Richtung des Halbleitersubstrats, wobei das periphere Gebiet das Pixelgebiet umgibt, worin die Durchgangselektrode im peripheren Gebiet vorgesehen ist.
    14. (14) Das Bildgebungselement gemäß einem von (1) bis (13), worin der erste fotoelektrische Wandler eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode und eine organische fotoelektrische Umwandlungsschicht enthält und die erste Elektrode eine Vielzahl von Elektroden umfasst, wobei die erste Elektrode und die zweite Elektrode so angeordnet sind, dass sie einander gegenüberliegen, wobei die organische fotoelektrische Umwandlungsschicht zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode vorgesehen ist.
    15. (15) Das Bildgebungselement gemäß einem von (6) bis (14), ferner umfassend einen dritten fotoelektrischen Wandler im Inneren des Halbleitersubstrats, wobei der dritte fotoelektrische Wandler auf dem zweiten fotoelektrischen Wandler gestapelt ist.
    16. (16) Das Bildgebungselement gemäß einem von (6) bis (14), ferner umfassend einen dritten fotoelektrischen Wandler oberhalb der einen Oberfläche des Halbleitersubstrats, wobei der dritte fotoelektrische Wandler auf dem ersten fotoelektrischen Wandler gestapelt ist.
    17. (17) Das Bildgebungselement gemäß einem von (1) bis (16), worin eine Mehrschicht-Verdrahtungsschicht auf der anderen Oberfläche des Halbleitersubstrats ausgebildet ist.
    18. (18) Eine Bildgebungsvorrichtung, umfassend:
      • eine Vielzahl von Pixeln, die jeweils mit einem oder mehr Bildgebungselementen versehen sind,
      • wobei die Bildgebungselemente jeweils umfassen
      • ein Halbleitersubstrat, das eine Oberfläche und eine andere Oberfläche aufweist, die einander entgegengesetzt sind, wobei das Halbleitersubstrat ein Durchgangsloch aufweist, das zwischen der einen Oberfläche und der anderen Oberfläche hindurchgeht,
      • einen ersten fotoelektrischen Wandler, der oberhalb der einen Oberfläche des Halbleitersubstrats vorgesehen ist,
      • eine Durchgangselektrode, die mit dem ersten fotoelektrischen Wandler elektrisch gekoppelt ist, wobei die Durchgangselektrode das Halbleitersubstrat im Inneren des Durchgangslochs durchdringt,
      • einen ersten dielektrischen Film, der auf der einen Oberfläche des Halbleitersubstrats vorgesehen ist, wobei der erste dielektrische Film eine erste Filmdicke aufweist, und
      • einen zweiten dielektrischen Film, der auf einer seitlichen Oberfläche des Durchgangslochs vorgesehen ist, wobei der zweite dielektrische Film eine zweite Filmdicke aufweist, wobei die zweite Filmdicke geringer als die erste Filmdicke ist.
  • Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität auf der Basis der am 17. Juli 2018 beim Japanischen Patentamt eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2018-134286 , deren gesamte Inhalte in der vorliegenden Anmeldung durch Verweis einbezogen sind.
  • Es sollte sich für den Fachmann verstehen, dass verschiedene Modifikationen, Kombinationen, Teilkombinationen und Änderungen je nach Entwurfsanforderungen und anderen Faktoren erfolgen können, sofern sie innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche oder deren Äquivalente liegen.
  • 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
    • JP 201129337 [0004]
    • JP 2018134286 [0209]

Claims (18)

  1. Bildgebungselement, aufweisend: ein Halbleitersubstrat, das eine Oberfläche und eine andere Oberfläche aufweist, die einander entgegengesetzt sind, wobei das Halbleitersubstrat ein Durchgangsloch aufweist, das zwischen der einen Oberfläche und der anderen Oberfläche hindurchgeht; einen ersten fotoelektrischen Wandler, der oberhalb der einen Oberfläche des Halbleitersubstrats vorgesehen ist; eine Durchgangselektrode, die mit dem ersten fotoelektrischen Wandler elektrisch gekoppelt ist, wobei die Durchgangselektrode das Halbleitersubstrat im Inneren des Durchgangslochs durchdringt; einen ersten dielektrischen Film, der auf der einen Oberfläche des Halbleitersubstrats vorgesehen ist, wobei der erste dielektrische Film eine erste Filmdicke aufweist; und einen zweiten dielektrischen Film, der auf einer seitlichen Oberfläche des Durchgangslochs vorgesehen ist, wobei der zweite dielektrische Film eine zweite Filmdicke aufweist, wobei die zweite Filmdicke geringer als die erste Filmdicke ist.
  2. Bildgebungselement nach Anspruch 1, wobei das Halbleitersubstrat ferner einen Verstärkertransistor und eine Floating-Diffusionsschicht auf der Seite der anderen Oberfläche enthält, und die Durchgangselektrode mit zumindest einem des Verstärkertransistors oder der Floating-Diffusionsschicht elektrisch gekoppelt ist.
  3. Bildgebungselement nach Anspruch 1, wobei zumindest einer des ersten dielektrischen Films oder des zweiten dielektrischen Films einen gestapelten Film enthält.
  4. Bildgebungselement nach Anspruch 1, wobei die erste Filmdicke des ersten dielektrischen Films 10 nm oder mehr und 1000 nm oder weniger beträgt und die zweite Filmdicke des zweiten dielektrischen Films 1 nm oder mehr und 200 nm oder weniger beträgt.
  5. Bildgebungselement nach Anspruch 1, wobei der erste dielektrische Film eine Filmdicke aufweist, die zwischen Gebieten auf dem Halbleitersubstrat variiert.
  6. Bildgebungselement nach Anspruch 1, wobei ein zweiter fotoelektrischer Wandler so ausgebildet ist, dass er im Halbleitersubstrat eingebettet ist, und eine Filmdicke des ersten dielektrischen Films oberhalb des zweiten fotoelektrischen Wandlers größer als eine Filmdicke in einem Gebiet um die Durchgangselektrode herum ist.
  7. Bildgebungselement nach Anspruch 1, wobei der erste dielektrische Film unter Verwendung von Materialien ausgebildet ist, die zwischen Gebieten auf dem Halbleitersubstrat verschieden sind.
  8. Bildgebungselement nach Anspruch 1, wobei der erste dielektrische Film und der zweite dielektrische Film jeweils zumindest eines eines Materials mit einer negativen fixierten Ladung oder eines Halbleitermaterials oder eines elektrisch leitfähigen Materials mit einer breiteren Bandlücke als eine Bandlücke des Halbleitersubstrats enthalten.
  9. Bildgebungselement nach Anspruch 1, wobei der zweite dielektrische Film eine Filmdicke aufweist, die zwischen einem Gebiet nahe der einen Oberfläche und einem Gebiet nahe der anderen Oberfläche variiert, und eine Filmdicke im Gebiet nahe der einen Oberfläche größer als eine Filmdicke im Gebiet nahe der anderen Oberfläche ist.
  10. Bildgebungselement nach Anspruch 1, wobei die Durchgangselektrode im Inneren des Durchgangslochs einen Isolierfilm um die Durchgangselektrode herum enthält.
  11. Bildgebungselement nach Anspruch 1, wobei das Halbleitersubstrat eine Vielzahl von Pixeln in einer planaren Richtung enthält und die Durchgangselektrode für jedes der Pixel vorgesehen ist.
  12. Bildgebungselement nach Anspruch 1, wobei das Halbleitersubstrat eine Vielzahl von Pixeln in einer planaren Richtung enthält und zwei oder mehr der Pixel mit jeder Durchgangselektrode versehen sind.
  13. Bildgebungselement nach Anspruch 1, aufweisend ein Pixelgebiet und ein peripheres Gebiet in einer planaren Richtung des Halbleitersubstrats, wobei das periphere Gebiet das Pixelgebiet umgibt, wobei die Durchgangselektrode im peripheren Gebiet vorgesehen ist.
  14. Bildgebungselement nach Anspruch 1, wobei der erste fotoelektrische Wandler eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode und eine organische fotoelektrische Umwandlungsschicht enthält und die erste Elektrode eine Vielzahl von Elektroden umfasst, wobei die erste Elektrode und die zweite Elektrode so angeordnet sind, dass sie einander gegenüberliegen, wobei die organische fotoelektrische Umwandlungsschicht zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode vorgesehen ist.
  15. Bildgebungselement nach Anspruch 6, ferner aufweisend einen dritten fotoelektrischen Wandler im Inneren des Halbleitersubstrats, wobei der dritte fotoelektrische Wandler auf dem zweiten fotoelektrischen Wandler gestapelt ist.
  16. Bildgebungselement nach Anspruch 6, ferner aufweisend einen dritten fotoelektrischen Wandler oberhalb der einen Oberfläche des Halbleitersubstrats, wobei der dritte fotoelektrische Wandler auf dem ersten fotoelektrischen Wandler gestapelt ist.
  17. Bildgebungselement nach Anspruch 1, wobei eine Mehrschicht-Verdrahtungsschicht auf der anderen Oberfläche des Halbleitersubstrats ausgebildet ist.
  18. Bildgebungsvorrichtung, aufweisend: eine Vielzahl von Pixeln, die jeweils mit einem oder mehr Bildgebungselementen versehen sind, wobei die Bildgebungselemente jeweils umfassen ein Halbleitersubstrat, das eine Oberfläche und eine andere Oberfläche aufweist, die einander entgegengesetzt sind, wobei das Halbleitersubstrat ein Durchgangsloch aufweist, das zwischen der einen Oberfläche und der anderen Oberfläche hindurchgeht, einen ersten fotoelektrischen Wandler, der oberhalb der einen Oberfläche des Halbleitersubstrats vorgesehen ist, eine Durchgangselektrode, die mit dem ersten fotoelektrischen Wandler elektrisch gekoppelt ist, wobei die Durchgangselektrode das Halbleitersubstrat im Inneren des Durchgangslochs durchdringt, einen ersten dielektrischen Film, der auf der einen Oberfläche des Halbleitersubstrats vorgesehen ist, wobei der erste dielektrische Film eine erste Filmdicke aufweist, und einen zweiten dielektrischen Film, der auf einer seitlichen Oberfläche des Durchgangslochs vorgesehen ist, wobei der zweite dielektrische Film eine zweite Filmdicke aufweist, wobei die zweite Filmdicke geringer als die erste Filmdicke ist.
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