DE112019004430T5

DE112019004430T5 - Bildgebungselement, gestapeltes bildgebungselement und festkörper-bildgebungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112019004430T5
Application number: DE112019004430.3T
Authority: DE
Inventors: Toshiki Moriwaki
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2018-09-04
Filing date: 2019-08-30
Publication date: 2021-06-02
Also published as: US20240057362A1; JP7428131B2; WO2020050170A1; JPWO2020050170A1; US20210327961A1; TWI835844B; US11800729B2; TW202025470A

Abstract

Ein Bildgebungselement (10) enthält eine erste Elektrode (21), eine Ladungsakkumulierungselektrode (24), die von der ersten Elektrode (21) getrennt angeordnet ist, eine fotoelektrische Umwandlungseinheit (23), die in Kontakt mit der ersten Elektrode (21) und oberhalb der Ladungsakkumulierungselektrode (24) mit einer zwischen der fotoelektrischen Umwandlungseinheit (23) und der Ladungsakkumulierungselektrode (24) angeordneten Isolierungsschicht (82) ausgebildet ist, und eine zweite Elektrode (22), die auf der fotoelektrischen Umwandlungseinheit (23) ausgebildet ist. Die fotoelektrische Umwandlungseinheit (23) enthält eine fotoelektrische Umwandlungsschicht (23A) und eine anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht (23B), die von der Seite der zweiten Elektrode aus in einer Reihenfolge der fotoelektrischen Umwandlungsschicht (23A) und der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht (23B) angeordnet sind. Die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht (23B) enthält Indium-(In-)Atome, Zinn-(Sn-)Atome, Titan-(Ti-)Atome und Zink-(Zn-)Atome.

Description

[Technisches Gebiet]
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Bildgebungselement, ein gestapeltes Bildgebungselement und eine Festkörper-Bildgebungsvorrichtung.
[Hintergrundtechnik]
In jüngster Zeit hat ein gestapeltes Bildgebungselement als Bildgebungselement, das einen Bildsensor oder dergleichen bildet, Aufmerksamkeit erregt. Das gestapelte Bildgebungselement hat eine Struktur, die eine zwischen zwei Elektroden sandwichartig angeordnete fotoelektrische Umwandlungsschicht (lichtempfangende Schicht) enthält. Das gestapelte Bildgebungselement muss ferner eine Struktur aufweisen, die mittels fotoelektrischer Umwandlung in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht erzeugte Signalladungen akkumuliert und überträgt. Eine herkömmliche Struktur muss eine Struktur aufweisen, die Signalladungen in einer FD (Floating-Diffusions-)Elektrode akkumuliert und zu ihr überträgt, und muss eine Hochgeschwindigkeitsübertragung von Signalladungen ohne Verzögerung durchführen.
Ein Bildgebungselement (fotoelektrisches Umwandlungselement), um diese Anforderungen zu erfüllen, wurde zum Beispiel in JP 2016-63165A vorgeschlagen. Dieses Bildgebungselement umfasst:

eine Akkumulierungselektrode, die auf einer ersten Isolierungsschicht ausgebildet ist;
eine zweite Isolierungsschicht, die auf der Akkumulierungselektrode ausgebildet ist;
eine Halbleiterschicht, die so ausgebildet ist, dass sie die Akkumulierungselektrode und die zweite Isolierungsschicht bedeckt;
eine Sammelelektrode, die so ausgebildet ist, dass sie mit der Halbleiterschicht in Kontakt kommt und von der Akkumulierungselektrode getrennt ist;
eine fotoelektrische Umwandlungsschicht, die auf der Halbleiterschicht ausgebildet ist; und
eine obere Elektrode, die auf der fotoelektrischen Umwandlungsschicht ausgebildet ist.

Ein Bildgebungselement, das eine fotoelektrische Umwandlungsschicht enthält, die aus einem organischen Halbleitermaterial besteht, ist imstande, eine spezifische Farbe (Wellenlängenband) fotoelektrisch umzuwandeln. Außerdem kann in einem Fall, in dem eine Festkörper-Bildgebungsvorrichtung Bildgebungselemente enthält, die jeweils von diesem wie oben gekennzeichneten Bildgebungselement gebildet werden, die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung eine gestapelte Struktur von Subpixeln (gestapeltes Bildgebungselement), die zweidimensional angeordnete und jeweils von einer Kombination einer On-Chip-Farbfilterschicht (OCCF) und des Bildgebungselements gebildete Subpixel enthält, als eine Struktur aufweisen, die für eine herkömmliche Bildgebungsvorrichtung nicht zulässig ist (z.B. JP 2011-138927A ). Ferner erzeugt der Umstand, dass keine Demosaicing-Verarbeitung notwendig ist, solch einen Vorteil, dass eine Erzeugung einer Falschfarbe eliminiert ist. In der folgenden Beschreibung wird in einigen Fällen auf ein Bildgebungselement, das eine auf einem oder oberhalb eines Halbleitersubstrats vorgesehene fotoelektrische Umwandlungseinheit enthält, der Zweckmäßigkeit halber als „Bildgebungselement des ersten Typs“ verwiesen, wird auf eine fotoelektrische Umwandlungseinheit, die das Bildgebungselement des ersten Typs bildet, der Zweckmäßigkeit halber als „fotoelektrische Umwandlungseinheit des ersten Typs“ verwiesen, wird auf ein Bildgebungselement, das innerhalb des Halbleitersubstrats vorgesehen ist, der Zweckmäßigkeit halber als „Bildgebungselement des zweiten Typs“ verwiesen und wird auf eine fotoelektrische Umwandlungseinheit, die das Bildgebungselement des zweiten Typs bildet, der Zweckmäßigkeit halber als „fotoelektrische Umwandlungseinheit des zweiten Typs“ verwiesen.
71 stellt ein Konfigurationsbeispiel eines herkömmlichen gestapelten Bildgebungselements (gestapelte Festkörper-Bildgebungsvorrichtung) dar. Gemäß einem in 71 dargestellten Beispiel sind innerhalb eines Halbleitersubstrats 370 eine dritte fotoelektrische Umwandlungseinheit 331 und eine zweite fotoelektrische Umwandlungseinheit 321 als die fotoelektrischen Umwandlungseinheiten des zweiten Typs, die ein drittes Bildgebungselement 330 bzw. ein zweites Bildgebungselement 320 als die Bildgebungselemente des zweiten Typs bilden, gestapelt und darin ausgebildet. Ferner ist eine erste fotoelektrische Umwandlungseinheit 310 als die fotoelektrische Umwandlungseinheit des ersten Typs oberhalb des Halbleitersubstrats 370 (konkret oberhalb des zweiten Bildgebungselements 320) angeordnet. Die erste fotoelektrische Umwandlungseinheit 310 enthält hier eine erste Elektrode 311, eine fotoelektrische Umwandlungsschicht 313, die aus einem organischen Material besteht, und eine zweite Elektrode 312 und bildet ein erstes Bildgebungselement, welches das Bildgebungselement des ersten Typs ist. Die zweite fotoelektrische Umwandlungseinheit 321 und die dritte fotoelektrische Umwandlungseinheit 331 wandeln beispielsweise blaues Licht bzw. rotes Licht mittels des Unterschieds im Absorptionskoeffizienten fotoelektrisch um. Außerdem wandelt beispielsweise die erste fotoelektrische Umwandlungseinheit 310 grünes Licht fotoelektrisch um.
Ladungen, die durch fotoelektrische Umwandlung der zweiten fotoelektrischen Umwandlungseinheit 321 und der dritten fotoelektrischen Umwandlungseinheit 331 erzeugt werden, werden in der zweiten fotoelektrischen Umwandlungseinheit 321 bzw. der dritten fotoelektrischen Umwandlungseinheit 331 vorübergehend akkumuliert und dann durch einen vertikalen Transistor (einen in der Figur dargestellten Gate-Bereich 322) und einen Übertragungstransistor (einen in der Figur dargestellten Gate-Bereich 332) zu einer zweiten Floating-Diffusionsschicht (Floating-Diffusion) FD₂ bzw. einer dritten Floating-Diffusionsschicht FD₃ übertragen und weiter an eine außerhalb angeordnete (nicht dargestellte) Ausleseschaltung ausgegeben. Diese Transistoren und die Floating-Diffusionsschichten FD₂ und FD₃ sind ebenfalls in dem Halbleitersubstrat 370 ausgebildet.
Durch fotoelektrische Umwandlung der ersten fotoelektrischen Umwandlungseinheit 310 erzeugte Ladungen werden über einen Kontaktlochbereich 361 und eine Verdrahtungsschicht 362 in einer im Halbleitersubstrat 370 ausgebildeten ersten Floating-Diffusionsschicht FD₁ akkumuliert. Ferner ist die erste fotoelektrische Umwandlungseinheit 310 über den Kontaktlochbereich 361 und die Verdrahtungsschicht 362 auch mit einem Gate-Bereich 318 eines Verstärkungstransistors, der eine Ladungsmenge in eine Spannung umwandelt, verbunden. Außerdem bildet die erste Floating-Diffusionsschicht FD₁ einen Teil eines Rücksetztransistors (einen in der Figur dargestellten Gate-Bereich 317). Bezugsziffer 371 bezeichnet ein Elementtrenngebiet, Bezugsziffer 372 bezeichnet einen auf einer Oberfläche des Halbleitersubstrats 370 ausgebildeten Oxidfilm, Bezugsziffern 376 und 381 bezeichnen jeweils eine Zwischenschicht-Isolierungsschicht, Bezugsziffer 383 bezeichnet eine Schutzschicht und Bezugsziffer 314 bezeichnet eine On-Chip-Mikrolinse.
[Zitatliste]
[Patentliteratur]

[PTL 1] JP 2016-63165A
[PTL 2] JP 2011-138927A

[Zusammenfassung]
[Technische Probleme]
Die in der oben bezeichneten JP 2016-63165A offenbarte Technologie erzwingt bzw. verlangt jedoch eine Beschränkung hinsichtlich einer Angleichung von Längen der Akkumulierungselektrode und der auf der Akkumulierungselektrode ausgebildeten zweiten Isolierungsschicht und detaillierte Vorgaben wie etwa einen Zwischenraum bzw. Abstand von der Sammelelektrode. Dementsprechend können Herstellungsschritte kompliziert sein und können eine Fertigungsausbeute verringern. Ferner werden einige Hinweise in Bezug auf ein Material der Halbleiterschicht gegeben; Hinweise hinsichtlich konkreterer Zusammensetzungen und Konfigurationen des Materials werden aber nicht präsentiert. Indes wird eine Korrelationsgleichung zwischen einer Beweglichkeit der Halbleiterschicht und akkumulierten Ladungen erwähnt. Jedoch wird kein Hinweis in Bezug auf eine Verbesserung der Ladungsübertragung als wichtiger Faktor für eine Übertragung erzeugter Ladungen wie etwa eine Frage der Beweglichkeit der Halbleiterschicht und eine Frage einer Beziehung von Energieniveaus zwischen der Halbleiterschicht und der fotoelektrischen Umwandlungsschicht an einem der Halbleiterschicht benachbarten Bereich gegeben.
Dementsprechend besteht eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung darin, ein Bildgebungselement, ein gestapeltes Bildgebungselement und eine Festkörper-Bildgebungsvorrichtung mit einer einfachen Konfiguration und einer einfachen Struktur bereitzustellen, die aber imstande sind, ausgezeichnete Charakteristiken bei der Übertragung von in einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht akkumulierten Ladungen zu erzielen.
[Lösungen für die Probleme]
Ein Bildgebungselement gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung, um die obige Aufgabe zu lösen, umfasst:

eine erste Elektrode;
eine Ladungsakkumulierungselektrode, die von der ersten Elektrode getrennt angeordnet ist;
eine fotoelektrische Umwandlungseinheit, die in Kontakt mit der ersten Elektrode und oberhalb der Ladungsakkumulierungselektrode mit einer zwischen der fotoelektrischen Umwandlungseinheit und der Ladungsakkumulierungselektrode angeordneten Isolierungsschicht ausgebildet ist; und
eine zweite Elektrode, die auf der fotoelektrischen Umwandlungsschicht ausgebildet ist, worin
die fotoelektrische Umwandlungseinheit eine fotoelektrische Umwandlungsschicht und eine anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht enthält, die von der Seite der zweiten Elektrode aus in einer Reihenfolge der fotoelektrischen Umwandlungsschicht und der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht angeordnet sind, und
die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht Indium-(In-)Atome, Zinn-(Sn-)Atome, Titan-(Ti-)Atome und Zink-(Zn-)Atome enthält.

Ein Bildgebungselement gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung, um die obige Aufgabe zu lösen, umfasst:

eine erste Elektrode;
eine Ladungsakkumulierungselektrode, die von der ersten Elektrode getrennt angeordnet ist;
eine fotoelektrische Umwandlungseinheit, die in Kontakt mit der ersten Elektrode und oberhalb der Ladungsakkumulierungselektrode mit einer zwischen der fotoelektrischen Umwandlungseinheit und der Ladungsakkumulierungselektrode angeordneten Isolierungsschicht ausgebildet ist; und
eine zweite Elektrode, die auf der fotoelektrischen Umwandlungseinheit ausgebildet ist, worin
die fotoelektrische Umwandlungseinheit eine fotoelektrische Umwandlungsschicht und eine anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht enthält, die von der Seite der zweiten Elektrode aus in einer Reihenfolge der fotoelektrischen Umwandlungsschicht und der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht angeordnet sind,
die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht Indiumatome, Zinnatome, Titanatome und Zinkatome enthält und
eine Energie zur Erzeugung eines Sauerstoffmangels von Metallatomen 4 eV oder höher ist.

Ein gestapeltes Bildgebungselement der vorliegenden Offenbarung, um die obige Aufgabe zu lösen, enthält zumindest das obige eine Bildgebungselement des ersten Aspekts oder des zweiten Aspekts der vorliegenden Offenbarung.
Eine Festkörper-Bildgebungsvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung, um die obige Aufgabe zu lösen, enthält eine Vielzahl der obigen Bildgebungselemente des ersten Aspekts oder des zweiten Aspekts der vorliegenden Offenbarung. Außerdem enthält eine Festkörper-Bildgebungsvorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung, um die obige Aufgabe zu lösen, eine Vielzahl der obigen gestapelten Bildgebungselemente der vorliegenden Offenbarung.
Figurenliste

[1] 1 ist eine schematische partielle Querschnittsdarstellung eines Bildgebungselements einer Ausführungsform 1. [2]
2 ist ein Ersatzschaltbild des Bildgebungselements der Ausführungsform 1.
[3] 3 ist ein anderes Ersatzschaltbild des Bildgebungselements der Ausführungsform 1.
[4] 4 ist eine schematische Anordnungsdarstellung einer ersten Elektrode, einer Ladungsakkumulierungselektrode und von eine Steuerungseinheit bildenden Transistoren, die in dem Bildgebungselement der Ausführungsform 1 enthalten sind.
[5] 5 ist ein Diagramm, das Potentialzustände jeweiliger Bereiche während eines Betriebs bzw. einer Operation des Bildgebungselements der Ausführungsform 1 schematisch darstellt.
[6] 6A, 6B und 6C sind Ersatzschaltbilder von Bildgebungselementen der Ausführungsform 1, einer Ausführungsform 4 und einer Ausführungsform 6, um jeweilige Bereiche von 5 (Ausführungsform 1), 20 und 21 (Ausführungsform 4) bzw. 32 und 33 (Ausführungsform 6) zu erläutern.
[7] 7 ist eine schematische Anordnungsdarstellung der ersten Elektrode und der Ladungsakkumulierungselektrode, die das Bildgebungselement der Ausführungsform 1 bilden.
[8] 8 ist eine schematische durchsichtige perspektivische Darstellung der ersten Elektrode, der Ladungsakkumulierungselektrode, einer zweiten Elektrode und eines Kontaktlochbereichs, die das Bildgebungselement der Ausführungsform 1 bilden.
[9] 9 ist ein Ersatzschaltbild einer Modifikation des Bildgebungselements der Ausführungsform 1.
[10] 10 ist eine schematische Anordnungsdarstellung einer ersten Elektrode, einer Ladungsakkumulierungselektrode und von eine Steuerungseinheit bildenden Transistoren, die in der Modifikation des in 9 dargestellten Bildgebungselements der Ausführungsform 1 enthalten sind.
[11] 11 ist eine schematische partielle Querschnittsdarstellung eines Bildgebungselements einer Ausführungsform 2.
[12] 12 ist eine schematische partielle Querschnittsdarstellung eines Bildgebungselements einer Ausführungsform 3.
[13] 13 ist eine schematische partielle Querschnittsdarstellung einer Modifikation des Bildgebungselements der Ausführungsform 3.
[14] 14 ist eine schematische partielle Querschnittsdarstellung einer anderen Modifikation des Bildgebungselements der Ausführungsform 3.
[15] 15 ist eine schematische partielle Querschnittsdarstellung einer weiteren Modifikation des Bildgebungselements der Ausführungsform 3.
[16] 16 ist eine schematische partielle Querschnittsdarstellung eines Teils eines Bildgebungselements einer Ausführungsform 4.
[17] 17 ist ein Ersatzschaltbild des Bildgebungselements der Ausführungsform 4.
[18] 18 ist ein anderes Ersatzschaltbild des Bildgebungselements der Ausführungsform 4.
[19] 19 ist eine schematische Anordnungsdarstellung einer ersten Elektrode, einer Übertragungs-Steuerungselektrode und von eine Steuerungseinheit bildenden Transistoren, die im Bildgebungselement der Ausführungsform 4 enthalten sind.
[20] 20 ist ein Diagramm, das Potentialzustände jeweiliger Bereiche während einer Operation des Bildgebungselements der Ausführungsform 4 schematisch darstellt.
[21] 21 ist ein Diagramm, das Potentialzustände jeweiliger Bereiche während einer anderen Operation des Bildgebungselements der Ausführungsform 4 schematisch darstellt.
[22] 22 ist eine schematische Anordnungsdarstellung einer ersten Elektrode, einer Übertragungs-Steuerungselektrode und einer Ladungsakkumulierungselektrode, die das Bildgebungselement der Ausführungsform 4 bilden.
[23] 23 ist eine schematische durchsichtige perspektivische Darstellung der ersten Elektrode, der Übertragungs-Steuerungselektrode, der Ladungsakkumulierungselektrode, einer zweiten Elektrode und eines Kontaktlochbereichs, die das Bildgebungselement der Ausführungsform 4 bilden.
[24] 24 ist eine schematische Anordnungsdarstellung einer ersten Elektrode, einer Übertragungs-Steuerungselektrode, einer Ladungsakkumulierungselektrode und von eine Steuerungseinheit bildenden Transistoren, die in einer Modifikation des Bildgebungselements der Ausführungsform 4 enthalten sind.
[25] 25 ist eine schematische partielle Querschnittsdarstellung eines Teils eines Bildgebungselements einer Ausführungsform 5.
[26] 26 ist eine schematische Anordnungsdarstellung einer ersten Elektrode, einer Ladungsakkumulierungselektrode und einer Ladungsentladungselektrode, die das Bildgebungselement der Ausführungsform 5 bilden.
[27] 27 ist eine schematische durchsichtige perspektivische Darstellung der ersten Elektrode, der Ladungsakkumulierungselektrode, der Ladungsentladungselektrode, einer zweiten Elektrode und eines Kontaktlochbereichs, die das Bildgebungselement der Ausführungsform 5 bilden.
[28] 28 ist eine schematische partielle Querschnittsdarstellung eines Bildgebungselements einer Ausführungsform 6.
[29] 29 ist ein Ersatzschaltbild des Bildgebungselements der Ausführungsform 6.
[30] 30 ist ein anderes Ersatzschaltbild des Bildgebungselements der Ausführungsform 6.
[31] 31 ist eine schematische Anordnungsdarstellung einer ersten Elektrode, einer Ladungsakkumulierungselektrode und von eine Steuerungseinheit bildenden Transistoren, die im Bildgebungselement der Ausführungsform 6 enthalten sind.
[32] 32 ist eine Darstellung, die Potentialzustände jeweiliger Bereiche während einer Operation des Bildgebungselements der Ausführungsform 6 schematisch darstellt.
[33] 33 ist eine Darstellung, die Potentialzustände jeweiliger Bereiche während einer anderen Operation (Übertragung) des Bildgebungselements der Ausführungsform 6 schematisch darstellt.
[34] 34 ist eine schematische Anordnungsdarstellung einer ersten Elektrode und einer Ladungsakkumulierungselektrode, die das Bildgebungselement der Ausführungsform 6 bilden.
[35] 35 ist eine schematische durchsichtige perspektivische Darstellung der ersten Elektrode, der Ladungsakkumulierungselektrode, einer zweiten Elektrode und eines Kontaktlochbereichs, die das Bildgebungselement der Ausführungsform 6 bilden.
[36] 36 ist eine schematische Anordnungsdarstellung einer ersten Elektrode und einer Ladungsakkumulierungselektrode, die eine Modifikation des Bildgebungselements der Ausführungsform 6 bilden.
[37] 37 ist eine schematische partielle Querschnittsdarstellung von Bildgebungselementen (zwei, nebeneinander angeordneten Bildgebungselementen) einer Ausführungsform 7.
[38] 38 ist eine schematische Anordnungsdarstellung einer ersten Elektrode, einer Ladungsakkumulierungselektrode und dergleichen und von eine Steuerungseinheit bildenden Transistoren, die im Bildgebungselement der Ausführungsform 7 enthalten sind.
[39] 39 ist eine schematische Anordnungsdarstellung der ersten Elektrode, der Ladungsakkumulierungselektrode und dergleichen, die das Bildgebungselement der Ausführungsform 7 bilden.
[40] 40 ist eine schematische Anordnungsdarstellung einer Modifikation der ersten Elektrode, der Ladungsakkumulierungselektrode und dergleichen, die das Bildgebungselement der Ausführungsform 7 bilden.
[41] 41 ist eine schematische Anordnungsdarstellung einer Modifikation der ersten Elektrode, der Ladungsakkumulierungselektrode und dergleichen, die das Bildgebungselement der Ausführungsform 7 bilden.
[42] 42A und 42B sind schematische Anordnungsdarstellungen einer Modifikation der ersten Elektrode, der Ladungsakkumulierungselektrode und dergleichen, die das Bildgebungselement der Ausführungsform 7 bilden.
[43] 43 ist eine schematische partielle Querschnittsdarstellung von Bildgebungselementen (zwei, nebeneinander angeordneten Bildgebungselemente) einer Ausführungsform 8.
[44] 44 ist eine schematische partielle Darstellung in Draufsicht von Bildgebungselementen (2×2 Bildgebungselemente, die nebeneinander angeordnet sind) der Ausführungsform 8.
[45] 45 ist eine schematische partielle Darstellung in Draufsicht einer Modifikation der Bildgebungselemente (2×2 Bildgebungselemente, die nebeneinander angeordnet sind) der Ausführungsform 8.
[46] 46A und 46B sind schematische partielle Querschnittsdarstellungen einer Modifikation der Bildgebungselemente (zwei, nebeneinander angeordneten Bildgebungselemente) der Ausführungsform 8.
[47] 47A und 47B sind schematische partielle Querschnittdarstellungen einer Modifikation der Bildgebungselemente (zwei, nebeneinander angeordneten Bildgebungselemente) der Ausführungsform 8.
[48] 48A und 48B sind schematische partielle Darstellungen in Draufsicht einer Modifikation der Bildgebungselemente der Ausführungsform 8.
[49] 49A und 49B sind schematische partielle Darstellungen in Draufsicht einer Modifikation der Bildgebungselemente der Ausführungsform 8.
[50] 50 ist eine schematische Darstellung in Draufsicht von ersten Elektroden und Segmenten von Ladungsakkumulierungselektroden, die in einer Festkörper-Bildgebungsvorrichtung einer Ausführungsform 9 enthalten sind.
[51] 51 ist eine schematische Darstellung in Draufsicht von ersten Elektroden und Segmenten von Ladungsakkumulierungselektroden, die in einer ersten Modifikation der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung der Ausführungsform 9 enthalten sind.
[52] 52 ist eine schematische Darstellung in Draufsicht von ersten Elektroden und Segmenten von Ladungsakkumulierungselektroden, die in einer zweiten Modifikation der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung der Ausführungsform 9 enthalten sind.
[53] 53 ist eine schematische Darstellung in Draufsicht von ersten Elektroden und Segmenten von Ladungsakkumulierungselektroden, die in einer dritten Modifikation der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung der Ausführungsform 9 enthalten sind.
[54] 54 ist eine schematische Darstellung in Draufsicht von ersten Elektroden und Segmenten von Ladungsakkumulierungselektroden, die in einer vierten Modifikation der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung der Ausführungsform 9 enthalten sind.
[55] 55 ist eine schematische Darstellung in Draufsicht von ersten Elektroden und Segmenten von Ladungsakkumulierungselektroden, die in einer fünften Modifikation der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung der Ausführungsform 9 enthalten sind.
[56] 56 ist eine schematische Darstellung in Draufsicht von ersten Elektroden und Segmenten von Ladungsakkumulierungselektroden, die in einer sechsten Modifikation der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung der Ausführungsform 9 enthalten sind.
[57] 57 ist eine schematische Darstellung in Draufsicht von ersten Elektroden und Segmenten von Ladungsakkumulierungselektroden, die in einer siebten Modifikation der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung der Ausführungsform 9 enthalten sind.
[58] 58A, 58B und 58C sind Diagramme, die Beispiele einer Auslese-Ansteuerung angeben, die in einem Bildgebungselementblock der Ausführungsform 9 durchgeführt werden.
[59] 59 ist eine schematische Darstellung in Draufsicht von ersten Elektroden und Segmenten von Ladungsakkumulierungselektroden, die in einer Festkörper-Bildgebungsvorrichtung einer Ausführungsform 10 enthalten sind.
[60] 60 ist eine schematische Darstellung in Draufsicht von ersten Elektroden und Segmenten von Ladungsakkumulierungselektroden, die in einer Modifikation der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung der Ausführungsform 10 enthalten sind.
[61] 61 ist eine andere schematische Darstellung in Draufsicht von ersten Elektroden und Segmenten von Ladungsakkumulierungselektroden, die in einer Modifikation der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung der Ausführungsform 10 enthalten sind.
[62] 62 ist noch eine andere schematische Darstellung in Draufsicht von ersten Elektroden und Segmenten von Ladungsakkumulierungselektroden, die in einer Modifikation der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung der Ausführungsform 10 enthalten sind.
[63] 63 ist eine schematische partielle Querschnittsdarstellung noch einer anderen Modifikation des Bildgebungselements und eines gestapelten Bildgebungselements der Ausführungsform 1.
[64] 64 ist eine schematische partielle Querschnittsdarstellung noch einer anderen Modifikation des Bildgebungselements und des gestapelten Bildgebungselements der Ausführungsform 1.
[65] 65 ist eine schematische partielle Querschnittsdarstellung einer weiteren Modifikation des Bildgebungselements und des gestapelten Bildgebungselements der Ausführungsform 1.
[66] 66 ist eine schematische partielle Querschnittsdarstellung einer andersgearteten Modifikation des Bildgebungselements und des gestapelten Bildgebungselements der Ausführungsform 1.
[67] 67 ist eine schematische partielle Querschnittsdarstellung einer weiteren Modifikation des Bildgebungselements der Ausführungsform 4.
[68] 68 ist eine konzeptionelle Darstellung einer Festkörper-Bildgebungsvorrichtung der Ausführungsform 1.
[69] 69 ist eine konzeptionelle Darstellung, die ein Beispiel einer elektronischen Einrichtung (Kamera) darstellt, die eine Festkörper-Bildgebungsvorrichtung enthält, die von einem Bildgebungselement und einem gestapelten Bildgebungselement der vorliegenden Offenbarung gebildet wird.
[70] 70A und 70B sind grafische Darstellungen, die jeweils eine Beziehung zwischen Vgs und I_d in einem TFT darstellen, der ein Kanalausbildungsgebiet aufweist, das aus In_aSn_b-Ti_cZn_dO_e und IGZO besteht, 70C präsentiert elektronenmikroskopische Aufnahmen, die ein Ergebnis einer Auswertung der Oberflächenrauigkeit einer Auswertungsprobe in der Ausführungsform 1 angeben, und 70D ist eine Darstellung, die eine Kristallstruktur von Titanoxid darstellt.
[71] 71 ist eine konzeptionelle Darstellung eines herkömmlichen gestapelten Bildgebungselements (einer gestapelten Festkörper-Bildgebungsvorrichtung).
[72] 72 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer schematischen Konfiguration eines Fahrzeugsteuerungssystems darstellt.
[73] 73 ist ein Diagramm zur Unterstützung beim Erläutern eines Beispiels von Installationspositionen einer Sektion zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs und einer Bildgebungssektion.
[74] 74 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer schematischen Konfiguration eines Systems für endoskopische Chirurgie darstellt.
[75] 75 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer funktionalen Konfiguration eines Kamerakopfes und einer Kamera-Steuerungseinheit (CCU) darstellt.

[Beschreibung von Ausführungsformen]
Die vorliegende Offenbarung wird hier im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen auf Basis von Ausführungsformen beschrieben. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht auf die Ausführungsformen beschränkt, und verschiedene numerische Werte und Materialien, die in den Ausführungsformen spezifiziert sind, werden beispielhaft präsentiert. Man beachte, dass die Beschreibung in der folgenden Reihenfolge gegeben wird.

1. Allgemeine Beschreibung von Bildgebungselementen gemäß einem ersten Aspekt und einem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung, eines gestapelten Bildgebungselements der vorliegenden Offenbarung und von Festkörper-Bildgebungsvorrichtungen gemäß dem ersten Aspekt und zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung
2. Ausführungsform 1 (Bildgebungselemente gemäß dem ersten Aspekt und zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung, ein gestapeltes Bildgebungselement der vorliegenden Offenbarung und eine Festkörper-Bildgebungsvorrichtung gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung)
3. Ausführungsform 2 (Modifikation der Ausführungsform 1)
4. Ausführungsform 3 (Modifikation der Ausführungsform 1 und Ausführungsform 2 und eine Festkörper-Bildgebungsvorrichtung gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung)
5. Ausführungsform 4 (Modifikation der Ausführungsform 1 bis zur Ausführungsform 3 und ein Bildgebungselement, das eine Übertragungs-Steuerungselektrode enthält)
6. Ausführungsform 5 (Modifikation der Ausführungsform 1 bis zur Ausführungsform 4 und ein Bildgebungselement, das eine Ladungsentladungselektrode enthält)
7. Ausführungsform 6 (Modifikation der Ausführungsform 1 bis zur Ausführungsform 5 und ein Bildgebungselement, das mehrere Segmente einer Ladungsakkumulierungselektrode enthält)
8. Ausführungsform 7 (Modifikation der Ausführungsform 1 bis zur Ausführungsform 6 und ein Bildgebungselement, das eine untere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode enthält)
9. Ausführungsform 8 (Modifikation der Ausführungsform 1 bis zur Ausführungsform 6 und ein Bildgebungselement, das eine obere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode enthält)
10. Ausführungsform 9 (Festkörper-Bildgebungsvorrichtung mit einer ersten Konfiguration und einer zweiten Konfiguration)
11. Ausführungsform 10 (Modifikation der Ausführungsform 9)
12. Sonstiges

<Allgemeine Beschreibung von Bildgebungselementen gemäß einem ersten Aspekt und zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung, eines gestapelten Bildgebungselements der vorliegenden Offenbarung und von Festkörper-Bildgebungsvorrichtungen gemäß dem ersten Aspekt und dem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung>
Eine anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht, die in einem Bildgebungselement gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung, einem Bildgebungselement gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung, das ein gestapeltes Bildgebungselement der vorliegenden Offenbarung bildet, und einem Bildgebungselement gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthalten ist, die jede von Festkörper-Bildgebungsvorrichtungen des ersten Aspekts und eines zweiten Aspekts der vorliegenden Offenbarung bildet, (auf diese Bildgebungselemente wird hier im Folgenden in einigen Fällen zusammenfassend als „Bildgebungselement und dergleichen gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung“ verwiesen) besteht aus einem Verbundoxid, das von einem Indiumoxid, einem Zinnoxid, einem Titanoxid und Zinkoxid gebildet wird. Jedoch ist das Material der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht nicht auf dieses Verbundoxid beschränkt. Titanoxid kann durch Aluminiumoxid, Hafniumoxid oder Zirkoniumoxid ersetzt werden. Konkret kann ein Modus übernommen werden, in dem die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht Indium-(In-)Atome, Zinn-(Sn-)Atome und Aluminium-(Al-) und Zink-(Zn-)Atome enthält, kann ein Modus übernommen werden, in dem die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht Indium-(In-)Atome, Zinn-(Sn-)Atome und Hafnium-(Hf-) und Zink-(Zn-)Atome enthält, oder kann ein Modus übernommen werden, in dem die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht Indium-(In-)Atome, Zinn-(Sn-)Atome, Zirkonium-(Zr-) und Zink-(Zn-)Atome enthält. Alternativ dazu kann die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht Indium-(In-)Atome, Zinn-(Sn-)Atome, Metallatome und Zink-(Zn-)Atome enthalten. Die Metallatome können zumindest eine Art von Atomen sein, die aus einer von Titan, Aluminium, Hafnium und Zirkonium gebildeten Gruppe ausgewählt werden.
In dem Bildgebungselement und dergleichen gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung, das den obigen bevorzugten Modus enthält, wird unter der Annahme, dass die Zusammensetzung der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht als In_aSn_bTi_cZn_dO_e ausgedrückt wird und a + b + c + d = 1,00 gilt, vorzugsweise $b > d > c > 0,09$
erfüllt. Alternativ dazu wird unter der Annahme, dass die Zusammensetzung der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht als In_aSn_bM_fZn_dO_e ausgedrückt wird und a + b + f + d = 1,00 gilt, vorzugsweise $b > d > f > 0,09$
erfüllt. In diesem Fall ist M irgendeines von Aluminium, Hafnium und Zirkonium. Jeder Wert a, b, c, d, e und f entspricht einem Wert eines atomaren Prozentanteils. Die Zusammensetzung der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht kann beispielsweise unter Ausnutzung einer ICP-Emissions-Spektralanalyse (Emissions-Spektralanalyse mit mittels Hochfrequenz induktiv gekoppeltem Plasma, ICP-AES) oder einer Röntgenfotoelektronenspektroskopie (Y-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS) erhalten werden.
Ferner wird in dem Bildgebungselement und dergleichen gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung, das den obigen bevorzugten Modus enthält, unter der Annahme, dass die Zusammensetzung der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht als In_aSn_bTi_cZn_dO_e ausgedrückt wird und a + b + c + d = 1,00 gilt, vorzugsweise $a < (b + c + d) \leq 0,6$
erfüllt ist. Ferner wird vorzugsweise $0,4 \leq a < (b + d) \leq 0,5$
erfüllt. Unter der Annahme, dass die Zusammensetzung der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht als In_aSn_bM_fZn_dO_e ausgedrückt wird und a + b + f + d = 1,00 gilt, wird alternativ dazu vorzugsweise $a < (b + f + d) \leq 0,6$
erfüllt. Außerdem wird vorzugsweise $0,4 \leq a < (b + d) \leq 0,5$
erfüllt. In diesem Fall ist ähnlich dem Obigen M irgendeines von Aluminium, Hafnium und Zirkonium.
Man beachte, dass je nach Fall während eines Filmbildungsprozesses der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht andere Verunreinigungen bzw. Störstellen wie etwa Wasserstoff, andere Metalle und Metallverbindungen gemischt werden können. Jedoch ist eine Vermeidung dieser Mischung nicht notwendig, wenn der Betrag der Mischung gering (z.B. 3% oder weniger eines molaren Bruchteils) ist.
In einer Definition, dass ein Absolutwert der Energie (mit einem Wert mit negativem Vorzeichen) mit Abstand von einem Vakuumniveau zunimmt, das eine Nullreferenz im Bildgebungselement und dergleichen der vorliegenden Offenbarung ist, das die oben beschriebenen bevorzugten Modi enthält, wird unter der Annahme, dass ein Energiedurchschnittswert maximaler Energiewerte in einem Leitungsband der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht E₂ ist und dass ein Energiedurchschnittswert von LUMO-Werten einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht E₁ ist, vorzugsweise $E_{1} - E_{2} \geq 0,1 (eV)$
erfüllt. Ferner wird vorzugsweise $E_{1} - E_{2} > 0,1 (eV)$
erfüllt. Man beachte, dass sich die „minimale Energie“ auf eine Energie mit einem minimalen Absolutwert eines Energiewerts bezieht, während sich die „maximale Energie“ auf eine Energie mit einem maximalen Absolutwert eines Energiewerts bezieht. Diese gelten auch in der folgenden Beschreibung.
Es wird angenommen, dass der Energiedurchschnittswert E₂ der maximalen Energiewerte im Leitungsband der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht ein Durchschnittswert der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht ist. Außerdem wird angenommen, dass der Energiedurchschnittswert E₁ von LUMO-Werten der fotoelektrischen Umwandlungsschicht ein Durchschnitt in einem Bereich ist, der in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht enthalten und nahe der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht gelegen ist. Der „Bereich, der in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht enthalten und nahe der fotoelektrischen Umwandlungsschicht gelegen ist“ bezieht sich hier auf einen Bereich, der in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht enthalten und in einem Gebiet, das in Bezug auf eine Grenzfläche zwischen der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht und der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 10% oder weniger einer Dicke der fotoelektrischen Umwandlungsschicht entspricht, (d.h. einem Gebiet, das von 0% bis 10% der Dicke der fotoelektrischen Umwandlungsschicht reicht) gelegen ist.
Energiewerte in einem Valenzband und HOMO können beispielsweise auf der Basis einer Ultraviolett-Fotoelektronenspektroskopie (UPS) berechnet werden. Außerdem können Werte in einem Leitungsband und LUMO aus {(Energiewert im Valenzband, HOMO) + E_b} berechnet werden. Eine Bandlückenenergie E_b kann ferner aus einer optisch absorbierten Wellenlänge λ (Wellenlänge einer optischen Absorptionskante, Einheit: nm) unter Verwendung der folgenden Gleichung berechnet werden. $E_{b} = h υ= h (c / λ) = 1239,8 / λ [eV]$
In dem Bildgebungselement und dergleichen der vorliegenden Offenbarung, das die oben beschriebenen, jeweiligen bevorzugten Modi enthält, ist ferner eine Beweglichkeit des Materials, das die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht bildet, vorzugsweise 10 cm²/V • s oder höher.
In dem Bildgebungselement und dergleichen der vorliegenden Offenbarung, das die oben beschriebenen jeweiligen bevorzugten Modi enthält, kann außerdem ein Modus übernommen werden, in dem die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht amorph (z.B. amorph und ohne lokale Kristallstruktur) ist. Ob die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht amorph ist oder nicht, kann auf der Basis einer Röntgenbeugungsanalyse bestimmt werden.
In dem Bildgebungselement und dergleichen der vorliegenden Offenbarung, das die oben beschriebenen jeweiligen bevorzugten Modi enthält, reicht ferner die Dicke der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht vorzugsweise von 1 × 10^-8 bis 1,5 × 10^-7 m, vorzugsweise von 2 × 10^-8 bis 1,0 × 10^-7 m und bevorzugter von 3 × 10^-8 bis 1,0 × 10^-7 m.
In dem Bildgebungselement und dergleichen der vorliegenden Offenbarung, das die oben beschriebenen jeweiligen bevorzugten Modi enthält, kann ferner ein Modus übernommen werden, in dem in der fotoelektrische Umwandlungsschicht erzeugte Ladungen über die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht zu einer ersten Elektrode übertragen werden. In diesem Fall sind Ladungen Elektronen.
In dem Bildgebungselement und dergleichen der vorliegenden Offenbarung, das die oben beschriebenen jeweiligen bevorzugten Modi enthält, wird vorzugsweise Folgendes angenommen.
Licht tritt von einer zweiten Elektrode aus ein.
Eine Oberflächenrauigkeit Ra einer Oberfläche der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht an der Grenzfläche zwischen der fotoelektrischen Umwandlungsschicht und der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht ist 1,5 nm oder geringer und ein Wert der mittleren quadratischen Rauigkeit Rq der Oberfläche der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht ist 2,5 nm oder geringer. Sowohl die Oberflächenrauigkeit Ra als auch die Oberflächenrauigkeit Rq genügen den Vorschriften von JIS B0601:2013. Diese Glattheit der Oberfläche der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht an der Grenzfläche zwischen der fotoelektrischen Umwandlungsschicht und der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht reduziert Streureflexionen auf der Oberfläche der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht, wodurch Charakteristiken des Lichtstroms in einer fotoelektrischen Umwandlung verbessert werden. Es ist vorzuziehen, dass die Oberflächenrauigkeit Ra einer Oberfläche einer Ladungsakkumulierungselektrode 1,5 nm oder geringer ist und dass die mittlere quadratische Rauigkeit Rq der Oberfläche der Ladungsakkumulierungselektrode 2,5 nm oder geringer ist.
In dem Bildgebungselement und dergleichen der vorliegenden Offenbarung, das die oben beschriebenen jeweiligen bevorzugten Modi enthält, ist ferner eine Trägerkonzentration der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht vorzugsweise geringer als 1 × 10¹⁶/cm³.
Die erste Elektrode, die zweite Elektrode, die Ladungsakkumulierungselektrode und die fotoelektrische Umwandlungsschicht werden im Folgenden im Detail beschrieben.
Gemäß dem in 71 dargestellten herkömmlichen Bildgebungselement werden Ladungen, die durch fotoelektrische Umwandlung der zweiten fotoelektrischen Umwandlungseinheit 321 und der dritten fotoelektrischen Umwandlungseinheit 331 erzeugt werden, in der zweiten fotoelektrischen Umwandlungseinheit 321 bzw. der dritten fotoelektrischen Umwandlungseinheit 331 vorübergehend akkumuliert und dann zu der zweiten Floating-Diffusionsschicht FD₂ und der dritten Floating-Diffusionsschicht FD₃ übertragen. Dementsprechend können die zweite fotoelektrische Umwandlungseinheit 321 und die dritte fotoelektrische Umwandlungseinheit 331 vollständig verarmt werden. Jedoch werden Ladungen, die durch fotoelektrische Umwandlung in der ersten fotoelektrischen Umwandlungseinheit 310 erzeugt werden, direkt in der ersten Floating-Diffusionsschicht FD₁ akkumuliert. Dementsprechend ist es schwierig, die erste fotoelektrische Umwandlungseinheit 310 vollständig zu verarmen. Außerdem nimmt als Konsequenz des Obigen kTC-Rauschen zu. In diesem Fall verschlechtert sich Zufallsrauschen und kann sich eine Bildqualität verringern.
Wie oben beschrieben wurde, enthält das Bildgebungselement und dergleichen der vorliegenden Offenbarung die Ladungsakkumulierungselektrode, die von der ersten Elektrode getrennt angeordnet und so angeordnet ist, dass sie über eine Isolierungsschicht der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht gegenüberliegt. In diesem Fall können Ladungen in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht (je nach Fall der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht und der fotoelektrischen Umwandlungsschicht) akkumuliert werden, wenn eine fotoelektrische Umwandlung in der fotoelektrischen Umwandlungseinheit durch Einstrahlung von Licht auf die fotoelektrische Umwandlungseinheit durchgeführt wird. Dementsprechend kann die Ladungsakkumulierungseinheit vollständig verarmt werden, um Ladungen zum Beginn einer Belichtung zu eliminieren. Infolgedessen kann ein Phänomen wie etwa eine Verringerung der Bildqualität, die durch eine Verschlechterung infolge von Zufallsrauschen entsprechend einer Zunahme von kTC-Rauschen verursacht wird, reduziert werden. Man beachte, dass in einigen Fällen in der folgenden Beschreibung auf die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht oder die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht und die fotoelektrische Umwandlungsschicht zusammen als die „anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht und dergleichen“ verwiesen wird.
Die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht kann entweder eine Einzelschicht-Konfiguration oder eine Mehrschicht-Konfiguration aufweisen. Außerdem kann das Material, das die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht bildet, die oberhalb der Ladungsakkumulierungselektrode gelegen ist, von dem Material verschieden sein, das die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht bildet, die oberhalb der ersten Elektrode gelegen ist.
Beispielsweise kann die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht mittels Sputtern gebildet werden. Konkret kann als Sputtervorrichtung zum Beispiel eine Sputtervorrichtung mit parallelen Platten, eine DC-Magnetron-Sputtervorrichtung oder eine HF-Sputtervorrichtung verwendet werden oder kann Argon-(Ar-)Gas als Prozessgas genutzt werden. Außerdem reicht es aus, dass ein gesinterter Körper aus In_aSn_b-Ti_cZn_dO_e oder ein gesinterter Körper aus In_aSn_bM_fZn_dO_e als Target genutzt wird.
Man beachte, dass das Energieniveau der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht gesteuert werden kann, indem ein Betrag einer Sauerstoffgaseinleitung (Sauerstoffgas-Partialdruck) in einem Fall gesteuert wird, in dem die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht mittels Sputtern gebildet wird. Konkret ist es vorzuziehen, dass der Sauerstoffgas-Partialdruck, der gleich (O₂-Gasdruck)/(Gesamtdruck des Ar-Gases und O₂-Gases) ist, zur Zeit einer Ausbildung mittels Sputtern zwischen 0,005 und 0,10 liegt. Ferner kann im Bildgebungselement und dergleichen der vorliegenden Offenbarung ein Modus übernommen werden, in dem ein Gehalt an Sauerstoff in dem anorganischen Oxid-Halbleitermaterial geringer als ein Sauerstoffgehalt einer stöchiometrischen Zusammensetzung ist. Das Energieniveau der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht hier kann auf der Basis des Gehalts an Sauerstoff gesteuert werden. Das Energieniveau darf zunehmen, wenn der Gehalt an Sauerstoff bezüglich des Sauerstoffgehalts der stöchiometrischen Zusammensetzung geringer wird, d.h. ein Sauerstoffmangel zunimmt.
Beispielsweise kann das Bildgebungselement und dergleichen der vorliegenden Offenbarung ein CCD-Element, ein CMOS-Bildsensor, ein Bildsensor mit Signalverstärkung vom CIS-(Kontaktbildsensor-) und CMD-(Ladungsmodulierungsvorrichtungs-)Typ sein. Beispielsweise können sowohl die Festkörper-Bildgebungsvorrichtungen gemäß dem ersten Aspekt und dem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung als auch eine Festkörper-Bildgebungsvorrichtung mit einer ersten Konfiguration und einer zweiten Konfiguration, die unten beschrieben werden, jeweils eine digitale Bildkamera oder eine Video-Kamera, einen Camcorder, eine Überwachungskamera, eine an einem Wagen montierte Kamera, eine Smartphone-Kamera, eine Kamera an einer Nutzerschnittstelle einer Spielekonsole oder eine Kamera zur biometrischen Authentifizierung bilden.
Ausführungsform 1
Die Ausführungsform 1 bezieht sich auf Bildgebungselemente gemäß dem ersten Aspekt und dem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung, das gestapelte Bildgebungselement der vorliegenden Offenbarung und die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung. 1 ist eine schematische partielle Querschnittsdarstellung des Bildgebungselements und des gestapelten Bildgebungselements (worauf hier im Folgenden einfach als das „Bildgebungselement“ verwiesen wird) der Ausführungsform 1. 2 und 3 sind Ersatzschaltbilder des Bildgebungselements der Ausführungsform 1. 4 ist eine schematische Anordnungsdarstellung einer ersten Elektrode und einer Ladungsakkumulierungselektrode und von eine Steuerungseinheit bildenden Transistoren, die in einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit des Bildgebungselements der Ausführungsform 1 enthalten sind, und von eine Steuerungseinheit bildenden Transistoren. 5 stellt Potentialzustände jeweiliger Bereiche während einer Operation des Bildgebungselements der Ausführungsform 1 schematisch dar. 6A ist ein Ersatzschaltbild, um jeweilige Bereiche des Bildgebungselements der Ausführungsform 1 zu erläutern. Ferner ist 7 eine schematische Anordnungsdarstellung der ersten Elektrode und der Ladungsakkumulierungselektrode, die die fotoelektrische Umwandlungseinheit des Bildgebungselements der Ausführungsform 1 bildet. 8 ist eine schematische durchsichtige perspektivische Darstellung der ersten Elektrode, der Ladungsakkumulierungselektrode, einer zweiten Elektrode und eines Kontaktlochbereichs. Ferner ist 68 eine konzeptionelle Darstellung der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung der Ausführungsform 1.
Das Bildgebungselement der Ausführungsform 1 umfasst:

eine erste Elektrode 21;
eine Ladungsakkumulierungselektrode 24, die von der ersten Elektrode 21 getrennt angeordnet ist;
eine fotoelektrische Umwandlungseinheit 23, die in Kontakt mit der ersten Elektrode 21 und oberhalb der Ladungsakkumulierungselektrode 24 mit einer zwischen der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 23 und der Ladungsakkumulierungselektrode 24 angeordneten Isolierungsschicht 82 ausgebildet ist; und
eine zweite Elektrode 22, die auf der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 23 ausgebildet ist.

Die fotoelektrische Umwandlungseinheit 23 umfasst eine fotoelektrische Umwandlungsschicht 23A und eine anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B, die von der Seite der zweiten Elektrode aus in dieser Reihenfolge angeordnet sind.
Nun wird entsprechend dem Bildgebungselement gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung eine Beschreibung gegeben. Die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B enthält Indium-(In-)Atome, Zinn-(Sn-)Atome, Titan-(Ti-)Atome und Zink-(Zn-)Atome. Die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B enthält nicht Gallium-(Ga-)Atome. Konkret besteht die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B aus einem Indium-(In-)Atome, Zinn-(Sn-)Atome, Titan-(Ti-)Atome und Zink-(Zn-)Atome enthaltenden Verbundoxid, besteht genauer gesagt aus einem Verbundoxid, das Indiumoxid, Zinnoxid, Titanoxid und Zinkoxid enthält. Unter der Annahme, dass die Zusammensetzung der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B als In_aSn_bTi_cZn_dO_e ausgedrückt wird und a + b + c + d = 1,00 gilt, wird $b > d > c > 0,09$
erfüllt und/oder wird $a < (b + c + d) \leq 0,6$
erfüllt. Unter der Annahme, dass die Zusammensetzung der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B als In_aSn_bM_fZn_dO_e ausgedrückt wird und a + b + f + d = 1,00 gilt, wird $b > d > f > 0,09$
erfüllt und/oder wird $a < (b + f + d) \leq 0,6$
vorzugsweise erfüllt. Außerdem wird vorzugsweise $0,4 \leq a < (b + d) \leq 0,5$
erfüllt.
Ferner wird das Bildgebungselement der Ausführungsform 1 entsprechend dem Bildgebungselement gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung angegeben.
Die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B enthält Indium-(In-)Atome, Zinn-(Sn-)Atome, Metallatome und Zink-(Zn-) Atome.
Die Energie zur Erzeugung eines Sauerstoffmangels (Energie, die erforderlich ist, um einen Sauerstoffmangel zu erzeugen) von Metallatomen ist 4 eV oder höher (oder 3,5 eV oder höher in einem anderen Ausdruck).
Ferner wird unter der Annahme, dass ein Energiedurchschnittswert maximaler Energiewerte in einem Leitungsband der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B E₂ ist und dass ein Energiedurchschnittswert von LUMO-Werten der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 23A E₁ ist, $E_{1} - E_{2} \geq 0,1 (eV)$
erfüllt und wird vorzugsweise $E_{1} - E_{2} > 0,1 (eV)$
erfüllt.
Ferner ist eine Beweglichkeit des die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B bildenden Materials 10 cm²/V • s oder höher, ist eine Trägerkonzentration der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B geringer als 1 × 10¹⁶/cm³ und ist die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B amorph. Außerdem reicht eine Dicke der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B von 1 × 10^-8 bis 1,5 × 10^-7 m. In der fotoelektrischen Umwandlungsschicht erzeugte Ladungen werden über die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B zur ersten Elektrode übertragen. Diese Ladungen sind Elektronen.
Das gestapelte Bildgebungselement der Ausführungsform 1 enthält zumindest das eine Bildgebungselement der Ausführungsform 1. Außerdem enthält die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung der Ausführungsform 1 eine Vielzahl der gestapelten Bildgebungselemente der Ausführungsform 1. Daneben bildet beispielsweise die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung der Ausführungsform 1 eine digitale Bildkamera oder eine Video-Kamera, einen Camcorder, eine Überwachungskamera, eine an einem Wagen montierte Kamera (eine Kamera im Fahrzeug), eine Smartphone-Kamera, eine Kamera einer Nutzerschnittstelle einer Spielekonsole, eine Kamera zur biometrischen Authentifizierung oder dergleichen.
Die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B umfasst hier ein Gebiet in Kontakt mit der ersten Elektrode 21, ein Gebiet in Kontakt mit der Isolierungsschicht 82 ohne Vorhandensein der Ladungsakkumulierungselektrode 24 auf der unteren Seite und ein Gebiet in Kontakt mit der Isolierungsschicht 82 mit Vorhandensein der Ladungsakkumulierungselektrode 24 auf der unteren Seite. Außerdem tritt Licht von der zweiten Elektrode 22 aus ein. Die Oberflächenrauhigkeit Ra einer Oberfläche der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B an einer Grenzfläche zwischen der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 23A und der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B ist 1,5 nm oder geringer, und ein Wert einer mittleren quadratischen Rauhigkeit der Oberfläche der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B ist 2,5 nm oder geringer.
Außerdem kann das Energieniveau der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B gesteuert werden, indem ein Betrag einer Sauerstoffgaseinleitung (Sauerstoffgas-Partialdruck) während einer Ausbildung der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B mittels Sputtern gesteuert wird. Es ist vorzuziehen, dass der Sauerstoffgas-Partialdruck von 0,005 (0,5 %) bis 0,10 (10 %) reicht.
Die folgende Tabelle 1 präsentiert ein Ergebnis einer Beziehung zwischen dem Sauerstoffgas-Partialdruck und dem Energieniveau, die durch inverse Fotoemissionsspektroskopie unter einer Annahme erhalten wird, dass eine Filmdicke der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B 50 nm beträgt und dass die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B aus In_aSn_bTi_cZn_dO_e (wobei a = 0,40, b = 0,30, c = 0,10, d = 0,20 gelten) besteht. Gemäß dem Bildgebungselement der Ausführungsform 1 kann das Energieniveau der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B gesteuert werden, indem der Betrag einer Sauerstoffgaseinleitung (Sauerstoffgas-Partialdruck) während einer Ausbildung der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B mittels Sputtern gesteuert wird.
[Tabelle 1]

Sauerstoffgas-Partialdruck Energieniveau

1,0% -4,58 eV

10, 0% -4,72 eV
Anschließend werden das Energieniveau der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B, die Energieniveaudifferenz zwischen der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 23A und der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B (E₁ - E₂) und eine Beweglichkeit des Materials, das die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B bildet, in Bezug auf die fotoelektrische Umwandlungsschicht 23A und die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B untersucht. Bedingungen werden wie in Tabelle 2 präsentiert in drei Bedingungen klassifiziert. Konkret wird unter einer ersten Bedingung IGZO als das Material verwendet, das die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B bildet, während unter einer zweiten Bedingung und einer dritten Bedingung In_aSn_bTi_cZn_dO_e mit in Tabelle 2 angegebenen Zusammensetzungen als das Material verwendet wird, das die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B bildet. In diesem Fall ist a + b + c + d = 1,00 festgelegt. Außerdem ist eine Filmdicke der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B auf 50 nm eingestellt. Ferner besteht die fotoelektrische Umwandlungsschicht 23A auch Chinacridon und hat eine Dicke von 0,1 µm. Der Energiedurchschnittswert E₁ von LUMO-Werten der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 23A an einem nahe der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B gelegenen Bereich ist hier auf (-4,5 eV) eingestellt. Man beachte, dass das Bildgebungselement und dergleichen, das auf sowohl der zweiten Bedingung als auch der dritten Bedingung basiert, erhalten werden kann, indem die Zusammensetzung des Targets während einer Ausbildung der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B mittels Sputtern variiert wird.
[Tabelle 2]

Zweite Bedingung Dritte Bedingung

a 0,43 0,44

b 0,34 0,31

c 0,12 0,13

d 0,11 0,12
Unter der ersten Bedingung beträgt die Energieniveaudifferenz (E₁ - E₂) 0 eV. Unter der zweiten Bedingung verbessert sich die Energieniveaudifferenz (E₁ - E₂) im Vergleich zu der ersten Bedingung. Außerdem verbessert sich unter der dritten Bedingung die Beweglichkeit im Vergleich zu der zweiten Bedingung, wie in Tabelle 3 angegeben ist.

[Tabelle 3]

	Erste Bedingung	Zweite Bedingung	Dritte Bedingung
Anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B	-4,5 eV	-4,58 eV	-4,72 eV
Energieniveaudifferenz (E₁ - E₂)	0,0 eV	0,8 eV	0,22 eV
Beweglichkeit (Einheit: cm²/V • s)	9	11	12

Übertragungscharakteristiken unter den vorhergehenden drei Bedingungen werden mittels einer Vorrichtungssimulation auf der Basis des Bildgebungselements ausgewertet, das wie in 1 dargestellt strukturiert ist. Man beachte, dass der Energiedurchschnittswert E₁ von LUMO-Werten der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 23A auf (-4,5 eV) eingestellt ist. Ein Relativbetrag von Elektronen in einem Zustand, in dem Elektronen in Richtung oberhalb der Ladungsakkumulierungselektrode 24 angezogen werden, ist auf 1 × 10° eingestellt. Außerdem ist ein Relativbetrag von Elektronen in einem Zustand, in dem alle Elektronen, die in Richtung oberhalb der Ladungsakkumulierungselektrode 24 angezogen werden, zur ersten Elektrode 21 übertragen werden, auf 1 × 10^-4 eingestellt. Ferner wird eine Zeit, die für eine Übertragung all der Elektronen, die oberhalb der Ladungsakkumulierungselektrode 24 in Richtung der ersten Elektrode 21 angezogen werden und sich dort befinden, erforderlich ist, (worauf als „Übertragungszeit“ verwiesen wird) als Index zum Bestimmen von Charakteristiken einer guten oder schlechten Übertragung bezeichnet. Die folgende Tabelle 4 präsentiert ein Ergebnis der erhaltenen Übertragungszeit. Die Übertragungszeit ist unter der zweiten Bedingung kürzer als unter der ersten Bedingung und unter der dritten Bedingung kürzer als unter der zweiten Bedingung. Mit anderen Worten zeigt sich ein erwünschteres Ergebnis einer Übertragungscharakteristik, wenn der Wert (E₁ - E₂) zunimmt. Dieses Ergebnis gibt an, dass ein eher vorzuziehender Faktor für eine weitere Verbesserung der Übertragungscharakteristiken solch eine Ausbildung ist, dass ein Absolutwert des Energiedurchschnittswerts E₂ der maximalen Energiewerte im Leitungsband der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B größer als ein Absolutwert des Energiedurchschnitts E₁ der LUMO-Werte der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 23A wird.
[Tabelle 4]

Übertragungszeit

Erste Bedingung 5,1 × 10^-6 s

Zweite Bedingung 1,2 × 10^-7 s

Dritte Bedingung 2,4 × 10^-8 s
Eine angemessene Übertragungszeit, wenn der Relativbetrag von Elektronen 1 × 10^-4 beträgt, ist 1 × 10^-7 s, um solch eine Charakteristik zu erreichen, dass keine Übertragungsladungen zurückbleiben, wie es für das Bildgebungselement erforderlich ist. Um diese Übertragungszeit zu erreichen, ist die zweite Bedingung vorzuziehen, und ist die dritte Bedingung mehr vorzuziehen. Konkret wird die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B von In_aSn_bTi_cZn_dO_e gebildet und wird $b > d > c > 0,09$
erfüllt und/oder wird vorzugsweise $a < (b + c + d) \leq 0,6$
erfüllt. Man beachte, dass eine Verarmung schwierig zu erreichen ist, falls diese Bereiche nicht eingehalten werden. Beispielsweise nimmt eine Trägerkonzentration zu, wenn ein Wert eines Atomverhältnisses „a“ von Indium übermäßig groß ist. Auf der anderen Seite ist die Trägerkonzentration schwer zu steuern, wenn dieser Wert übermäßig klein ist. Diese Bereiche müssen daher eingehalten werden. Wie oben beschrieben wurde, erfüllen ferner der Energiedurchschnittswert E₁ von LUMO-Werten in dem Bereich, der in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 23A enthalten und nahe der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B gelegen ist, und der Energiedurchschnittswert E₂ der maximalen Energiewerte im Leitungsband der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B folgende Beziehung. $E_{1} - E_{2} \geq 0,1 eV,$
und bevorzugter $E_{1} - E_{2} > 0,1 eV .$
Überdies ist die Beweglichkeit des die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B bildenden Materials 10 cm²/V • s oder höher.
Außerdem geben 70A und 70B jeweils ein Ergebnis einer Auswertung von TFT-Charakteristiken in einem Kanalausbildungsgebiet eines TFT an, das unter der ersten Bedingung, der zweiten Bedingung und der dritten Bedingung gebildet wurde. Konkret geben „A“ (dritte Bedingung) und „B“ (zweite Bedingung) in 70A grafische Darstellungen an, um jeweils eine Beziehung zwischen Vgs und I_d im TFT in einem Kanalausbildungsgebiet zu erhalten, das eine Dicke von 60 nm aufweist und von In_aSn_bTi_cZn_dO_e gebildet wird, während 70B als Vergleichsbeispiel eine grafische Darstellung angibt, um eine Beziehung zwischen Vgs und I_d im TFT in einem Kanalausbildungsgebiet zu erhalten, das eine Dicke von 60 nm aufweist und von IGZO gebildet wird. Wie aus diesen grafischen Darstellungen ersichtlich ist, sind TFT-Charakteristiken unter der zweiten Bedingung eher vorzuziehen als unter der ersten Bedingung und sind unter der dritten Bedingung eher vorzuziehen als unter der zweiten Bedingung.
Eine Auswertungsprobe ist so strukturiert, dass eine von ITO gebildete erste Elektrode auf einem Substrat ausgebildet ist und dass die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B, eine fotoelektrische Umwandlungsschicht, eine aus MoO_x bestehende Pufferschicht und eine zweite Elektrode auf der ersten Elektrode sequentiell gestapelt sind. Eine Dicke der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B ist hier auf 100 nm eingestellt. In Bezug auf Dunkelstrom-Charakteristiken (J_dk) zeigt sich ein vorzuziehendes Ergebnis von 1 × 10^-10/cm² oder niedriger, wenn eine positive Vorspannung von 2 Volt angelegt wird. Man beachte, dass ein Ergebnis von 1 × 10^-10/cm² oder niedriger auch erhalten wird, wenn eine positive Spannung von 2 Volt an eine (nicht dargestellte) Vergleichsprobe angelegt wird, die die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B nicht aufweist. Somit werden ähnliche Charakteristiken bestätigt. Außerdem werden Charakteristiken einer externen Quanteneffizienz (EQE) von 70 % von dem (nicht dargestellten) Vergleichsergebnis durch Anlegung einer positiven Vorspannung von 2 Volt erhalten, während ein vorzuziehendes Ergebnis einer externen Quanteneffizienz von 74 % oder höher durch Anlegung der gleichen Spannung von 2 V erhalten wird.
Außerdem erkennt man auf der Basis eines Röntgenbeugungsergebnisses der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B, dass die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B amorph (z. B. lokal amorph ohne Kristallstruktur) ist. Ferner beträgt die Oberflächenrauhigkeit Ra der Oberfläche der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B an der Grenzfläche zwischen der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 23A und der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B 1,5 nm oder weniger und beträgt der Wert der mittleren quadratischen Rauhigkeit Rq der Oberfläche der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B 2,5 nm oder weniger. Konkret werden vor einem Ausheilen folgende Werte erhalten. $Ra = 0,5 nm$
$Rq = 2,5 nm$
Nach einem Ausheilen werden folgende Werte erhalten. $Ra = 0,5 nm$
$Rq = 1,4 nm$
Außerdem beträgt die Oberflächenrauhigkeit Ra der Oberfläche der Ladungsakkumulierungselektrode 24 1,5 nm oder weniger und beträgt die mittlere quadratische Rauhigkeit Rq der Oberfläche der Ladungsakkumulierungselektrode 24 2,5 nm oder weniger. Konkret werden folgende Werte erhalten. $Ra = 0,5 nm$
$Rq = 2,4 nm$
70C stellt elektronenmikroskopische Aufnahmen dar, die jeweils ein Ergebnis einer Auswertung der Oberflächenrauhigkeit der Auswertungsprobe in der Ausführungsform 1 angeben. Eine elektronenmikroskopische Aufnahme in einem linken Teil von 70C ist unmittelbar nach einer Filmausbildung aufgenommen, während eine elektronenmikroskopische Aufnahme in einem rechten Teil von 70C nach einem Ausheilen bei 350°C für eine Dauer von 120 Minuten aufgenommen ist. Außerdem ist die Lichtdurchlässigkeit der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B für Licht mit einer Wellenlänge in einem Bereich von 400 bis 660 nm 65 % oder höher (konkret 79 %) und ist die Lichtdurchlässigkeit der Ladungsakkumulierungselektrode 24 für Licht mit einer Wellenlänge in einem Bereich von 400 bis 660 nm ebenfalls 65 % oder höher (konkret 70 %). Ein Schichtwiderstandswert der Ladungsakkumulierungselektrode reicht von 3 × 10 bis 1 × 10³ Ω/□ (konkret 68 Ω/□).
Die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht des Bildgebungselements der Ausführungsform 1 enthält Indium-(In-)Atome, Zinn-(Sn-)Atome, Titan-(Ti-)Atome und Zink-(Zn-)Atome. Dementsprechend sind eine Optimierung der Trägerkonzentration der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht (Optimierung des Grads einer Verarmung der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht), die Erzielung einer hohen Beweglichkeit des Materials, das die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht bildet, eine Kontrolle über den Energiedurchschnittswert E₂ der maximalen Energiewerte im Leitungsband der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht und eine Reduzierung des Sauerstoffmangels der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht in einer ausgeglichenen Art und Weise erzielbar. Infolgedessen können ein Bildgebungselement, ein gestapeltes Bildgebungselement und eine Festkörper-Bildgebungsvorrichtung bereitgestellt werden, die jeweils eine einfache Konfiguration und eine einfache Struktur aufweisen, aber ausgezeichnete Übertragungscharakteristiken von in einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht akkumulierten Ladungen erzielen. Mit anderen Worten können die Beweglichkeit der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht und die Leitfähigkeit gesteuert werden, indem ein Verhältnis von Indiumatomen in Atomen, die die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht bilden, gesteuert wird. Ferner wird geschätzt, dass eine Kontrolle über einen amorphen Zustand der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht, eine Kontrolle über die Glattheit der Oberfläche und eine Kontrolle über den Energiedurchschnittswert E₂ der maximalen Energiewerte im Leitungsband der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht gesteuert werden können, indem ein Verhältnis von Zinnatomen gesteuert wird. Überdies kann die Trägerkonzentration der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht (der Grad einer Verarmung der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht) gesteuert werden, indem ein Verhältnis von Zinkatomen gesteuert wird. Außerdem beträgt die Sauerstoffmangel-Energie von Titanoxid, die aus einer First-Principle-Berechnung erhalten wird, 5,1 eV, was ein Wert ist, der beträchtlich höher als beispielsweise eine Sauerstoffmangel-Energie von IGZO von 3,3 eV ist. Man beachte, dass 70D eine Kristallstruktur von Titanoxid darstellt. In 70D geben Punkte Sauerstoffatome an und ist die Energie zur Erzeugung eines Sauerstoffmangels eine Energie, um diese Sauerstoffatome von Titanatomen zu trennen. Es wird davon ausgegangen, dass Sauerstoffatome schwieriger zu trennen sind, wenn ein Wert der Energie zur Erzeugung eines Sauerstoffmangels zunimmt. In diesem Fall sind Sauerstoffatome oder Sauerstoffmoleküle und andere Atome oder Moleküle schwierig einzuführen und wird davon ausgegangen, dass die Stabilität zunimmt. Dementsprechend werden Sauerstoffatome und Sauerstoffmoleküle schwer in die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht einzuführen sein, wenn die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht Titanatome enthält, d. h. ein Teil der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht von Titanoxid gebildet wird. Auf diese Weise kann eine stabile anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht erhalten werden. Ferner hat die fotoelektrische Umwandlungseinheit eine Doppelschicht-Struktur, die von der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht und der fotoelektrischen Umwandlungsschicht gebildet wird. Dementsprechend ist eine Rekombination während einer Ladungsakkumulierung vermeidbar und kann eine Effizienz der Ladungsübertragung von in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht akkumulierten Ladungen zur ersten Elektrode weiter zunehmen. Eine Kontrolle über einen Übertragungszeitpunkt und dergleichen und eine Reduzierung von Dunkelstrom sind ferner erreichbar, indem in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht erzeugte Ladungen vorübergehend zurückgehalten werden.
Im Folgenden wird hierin eine allgemeine Beschreibung der Bildgebungselemente gemäß dem ersten Aspekt und dem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung, des gestapelten Bildgebungselements der vorliegenden Offenbarung und der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung präsentiert. Anschließend werden das Bildgebungselement und die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung der Ausführungsform 1 im Detail beschrieben. Die folgende Tabelle 5 präsentiert Bezugszeichen von Potentialen, die an verschiedene Elektroden in der folgenden Beschreibung angelegt werden.

[Tabelle 5]

	Ladungsakkumulierungsperiode	Ladungsübertragungsperiode
Erste Elektrode	V₁₁	V₁₂
Zweite Elektrode	V₂₁	V₂₂
Ladungsakkumulierungselektrode	V₃₁	V₃₂
Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode	V₄₁	V₄₂
Übertragungs-Steuerungselektrode	V₅₁	V₅₂
Ladungsentladungselektrode	V₆₁	V₆₂

Auf das Bildgebungselement und dergleichen der vorliegenden Offenbarung, das die oben beschriebenen bevorzugten Modi enthält und die Ladungsakkumulierungselektrode aufweist, wird hier im Folgenden in einigen Fällen der Zweckmäßigkeit halber als „Bildgebungselement und dergleichen, das die Ladungsakkumulierungselektrode enthält, der vorliegenden Offenbarung“ verwiesen.
In dem Bildgebungselement und dergleichen der vorliegenden Offenbarung ist die Lichtdurchlässigkeit der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht für Licht mit einer Wellenlänge in einem Bereich von 400 bis 660 nm vorzugsweise 65 % oder höher. Außerdem ist die Lichtdurchlässigkeit der Ladungsakkumulierungselektrode für Licht mit einer Wellenlänge in einem Bereich von 400 bis 660 nm ebenfalls vorzugsweise 65 % oder höher. Ein Schichtwiderstandswert der Ladungsakkumulierungselektrode liegt vorzugsweise in einem Bereich von 3 × 10 bis 1 × 10³ Ω/□.
Im Bildgebungselement und dergleichen der vorliegenden Offenbarung kann ein Modus übernommen werden, in dem ferner ein Halbleitersubstrat vorgesehen ist. In diesem Fall ist die fotoelektrische Umwandlungseinheit oberhalb des Halbleitersubstrats angeordnet. Man beachte, dass die erste Elektrode, die Ladungsakkumulierungselektrode, die zweite Elektrode und verschiedene Arten von Elektroden mit einer unten beschriebenen Ansteuerschaltung verbunden sind.
Die auf der Lichteintrittsseite gelegene zweite Elektrode kann für eine Vielzahl von Bildgebungselementen gemeinsam genutzt werden. Konkret kann die zweite Elektrode mit Ausnahme des Bildgebungselements und dergleichen mit einer oberen Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode der vorliegenden Offenbarung, die unten beschrieben wird, als eine durchgehende Elektrode für Bildgebungselemente vorgesehen werden. Die fotoelektrische Umwandlungsschicht kann für eine Vielzahl der Bildgebungselemente gemeinsam genutzt werden, d. h. eine fotoelektrische Umwandlungsschicht kann für eine Vielzahl der Bildgebungselemente ausgebildet werden oder kann für jedes der Bildgebungselemente vorgesehen werden. Die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht ist vorzugsweise für jedes der Bildgebungselemente vorgesehen, kann aber je nach Fall für eine Vielzahl der Bildgebungselemente gemeinsam genutzt werden. Konkret kann beispielsweise eine unten beschriebene Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode zwischen den Bildgebungselementen vorgesehen sein, um die eine anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht für eine Vielzahl der Bildgebungselemente zu bilden. Falls die eine anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht für eine Vielzahl der Bildgebungselemente gemeinsam genutzt wird, ist im Hinblick auf einen Schutz des Endes der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht eine Ende der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht vorzugsweise zumindest durch die fotoelektrische Umwandlungsschicht bedeckt.
In dem Bildgebungselement und dergleichen der vorliegenden Offenbarung, das die oben beschriebenen jeweiligen bevorzugten Modi enthält, kann ferner ein Modus übernommen werden, in dem die erste Elektrode in einem ersten Modus vorliegen kann, in dem sie sich innerhalb einer in einer Isolierungsschicht ausgebildeten Öffnung erstreckt und mit der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht verbindet. Alternativ dazu kann ein Modus übernommen werden, in dem sich die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht innerhalb der in der Isolierungsschicht ausgebildeten Öffnung erstreckt und mit der ersten Elektrode verbindet. In diesem Fall kann der folgende Modus übernommen werden.
Ein Rand einer oberen Oberfläche der ersten Elektrode ist mit der Isolierungsschicht bedeckt.
Die erste Elektrode ist auf einer Bodenfläche der Öffnung freigelegt.
Unter der Annahme, dass eine Oberfläche der Isolierungsschicht in Kontakt mit der oberen Oberfläche der ersten Elektrode eine erste Oberfläche ist und dass eine Oberfläche der Isolierungsschicht in Kontakt mit einem Bereich, der in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht enthalten ist und der Ladungsakkumulierungselektrode gegenüberliegt, eine zweite Oberfläche ist, weist eine seitliche Oberfläche der Öffnung eine sich von der ersten Oberfläche zur zweiten Oberfläche ausdehnende Neigung auf. Ferner liegt eine seitliche Oberfläche der Öffnung mit der sich von der ersten Oberfläche zur zweiten Oberfläche ausdehnenden Neigung auf der Seite der Ladungsakkumulierungselektrode.
Ferner kann in dem Bildgebungselement und dergleichen der vorliegenden Offenbarung, das die oben beschriebenen jeweiligen bevorzugten Modi enthält, folgende Konfiguration angenommen werden.
Eine Steuerungseinheit, die auf dem Halbleitersubstrat vorgesehen ist und eine Ansteuerschaltung enthält, ist ferner vorgesehen.
Die erste Elektrode und die Ladungsakkumulierungselektrode sind mit der Ansteuerschaltung verbunden.
Während einer Ladungsakkumulierungsperiode wird ein Potential V₁₁ von der Ansteuerschaltung an die erste Elektrode angelegt, wird ein Potential V₃₁ von der Ansteuerschaltung an die Ladungsakkumulierungselektrode angelegt und werden Ladungen in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht (oder der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht und der fotoelektrischen Umwandlungsschicht) akkumuliert.
Während einer Ladungsübertragungsperiode wird ein Potential V₁₂ von der Ansteuerschaltung an die erste Elektrode angelegt, wird ein Potential V₃₂ von der Ansteuerschaltung an die Ladungsakkumulierungselektrode angelegt und werden in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht (oder der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht und der fotoelektrischen Umwandlungsschicht) akkumulierte Ladungen über die erste Elektrode zur Steuerungseinheit ausgelesen. In diesem Fall ist das Potential der ersten Elektrode höher als das Potential der zweiten Elektrode.
Außerdem werden V₃₁ ≥ V₁₁ und V₃₂ < V₁₂ erfüllt.
In dem Bildgebungselement und dergleichen der vorliegenden Offenbarung, das die oben beschriebenen jeweiligen bevorzugten Modi enthält, kann ferner ein Modus übernommen werden, in dem eine Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode in einem Gebiet vorgesehen ist, das über die Isolierungsschicht einem Gebiet gegenüberliegt, das in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht enthalten und zwischen den benachbarten Bildgebungselementen gelegen ist. Man beachte, dass auf solch einen Modus hier im Folgenden in einigen Fällen der Zweckmäßigkeit halber als „Bildgebungselement und dergleichen, das eine untere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode enthält, der vorliegenden Offenbarung“ verwiesen wird. Alternativ dazu kann ein Modus übernommen werden, in dem anstelle der zweiten Elektrode die Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode auf dem Gebiet, das in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht enthalten und zwischen benachbarten Bildgebungselementen gelegen ist, vorgesehen ist. Man beachte, dass auf solch einen Modus in einigen Fällen der Zweckmäßigkeit halber hier im Folgenden als „Bildgebungselement und dergleichen, das eine obere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode enthält, der vorliegenden Offenbarung“ verwiesen wird.
In der folgenden Beschreibung wird auf das „Gebiet, das in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht enthalten und zwischen den benachbarten Bildgebungselementen gelegen ist“ der Zweckmäßigkeit halber als ein „Gebiet-A der fotoelektrischen Umwandlungsschicht“ verwiesen, während auf das „Gebiet, das in der Isolierungsschicht enthalten und zwischen den benachbarten Bildgebungselementen gelegen ist“ der Zweckmäßigkeit halber als „Gebiet-A der Isolierungsschicht“ verwiesen wird. Das Gebiet-A der fotoelektrischen Umwandlungsschicht entspricht dem Gebiet-A der Isolierungsschicht. Außerdem wird der Zweckmäßigkeit halber auf das „Gebiet zwischen den benachbarten Bildgebungselementen“ als „Gebiet-a“ verwiesen.
In dem Bildgebungselement und dergleichen, das die untere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode enthält, der vorliegenden Offenbarung (untere und Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode als Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode, die auf der bezüglich der fotoelektrischen Umwandlungsschicht der Lichteintrittsseite entgegengesetzten Seite gelegen ist) ist die untere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode in einem Gebiet vorgesehen, das dem Gebiet-A der fotoelektrischen Umwandlungsschicht über die Isolierungsschicht gegenüberliegt. Mit anderen Worten ist die untere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode unter einem Bereich (Gebiet-A der Isolierungsschicht) vorgesehen, der in der Isolierungsschicht enthalten und in einem Gebiet (Gebiet-a) gelegen ist, das jeweils zwischen Ladungsakkumulierungselektroden angeordnet ist, die die benachbarten Bildgebungselemente bilden. Die untere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode ist von den Ladungsakkumulierungselektroden getrennt vorgesehen. Alternativ dazu ist mit anderen Worten die untere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode von der Ladungsakkumulierungselektrode getrennt vorgesehen und umgibt die Ladungsakkumulierungselektrode. Die untere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode ist so angeordnet, dass sie über die Isolierungsschicht dem Gebiet-A der fotoelektrischen Umwandlungsschicht gegenüberliegt.
Außerdem kann in dem Bildgebungselement und dergleichen, das die untere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode enthält, der vorliegenden Offenbarung folgender Modus angenommen werden.
Eine auf dem Halbleitersubstrat angeordnete und eine Ansteuerschaltung enthaltende Steuerungseinheit ist ferner vorgesehen.
Die erste Elektrode, die zweite Elektrode, die Ladungsakkumulierungselektrode und die untere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode sind mit der Ansteuerschaltung verbunden.
Während einer Ladungsakkumulierungsperiode wird ein Potential V₁₁ von der Ansteuerschaltung an die erste Elektrode angelegt, wird ein Potential V₃₁ von der Ansteuerschaltung an die Ladungsakkumulierungselektrode angelegt, wird ein Potential V₄₁ von der Ansteuerschaltung an die untere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode angelegt und werden Ladungen in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht (oder der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht und der fotoelektrischen Umwandlungsschicht) akkumuliert.
Während einer Ladungsübertragungsperiode wird ein Potential V₁₂ von der Ansteuerschaltung an die erste Elektrode angelegt, wird ein Potential V₃₂ von der Ansteuerschaltung an die Ladungsakkumulierungselektrode angelegt, wird ein Potential V₄₂ von der Ansteuerschaltung an die untere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode angelegt und werden in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht (oder der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht und der fotoelektrischen Umwandlungsschicht) akkumulierte Ladungen über die erste Elektrode zur Steuerungseinheit ausgelesen. In diesem Fall werden $V_{31} \geq V_{11}, V_{31} > V_{41} {und V}_{12} > V_{32} > V_{42}$
erfüllt. Die untere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode kann entweder in der gleichen Ebene wie die Ebene der ersten Elektrode oder der Ladungsakkumulierungselektrode oder in einer unterschiedlichen Ebene liegen.
In dem Bildgebungselement und dergleichen, das die obere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode enthält, der vorliegenden Offenbarung (obere und Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode als Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode, die bezüglich der fotoelektrischen Umwandlungsschicht auf der Lichteintrittsseite gelegen ist) ist die obere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode anstelle der zweiten Elektrode auf dem Gebiet vorgesehen, das in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht enthalten und zwischen den benachbarten Bildgebungselementen gelegen ist. In diesem Fall ist die obere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode von der zweiten Elektrode getrennt vorgesehen. Mit anderen Worten kann folgender Modus angenommen werden.

[A] Die zweite Elektrode ist für jedes der Bildgebungselemente vorgesehen. Die obere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode ist von der zweiten Elektrode getrennt vorgesehen und auf dem Gebiet-A der fotoelektrischen Umwandlungsschicht angeordnet und umgibt zumindest einen Teil der zweiten Elektrode. Alternativ dazu kann der folgende Modus übernommen werden.
[B] Die zweite Elektrode ist für jedes der Bildgebungselemente vorgesehen. Die obere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode ist von der zweiten Elektrode getrennt vorgesehen und umgibt zumindest einen Teil der zweiten Elektrode. Ein Teil der Ladungsakkumulierungselektrode ist unterhalb der oberen Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode vorhanden. Alternativ dazu kann folgender Modus angenommen werden.
[C] Die zweite Elektrode ist für jedes der Bildgebungselemente vorgesehen. Die obere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode ist von der zweiten Elektrode getrennt vorgesehen und umgibt zumindest einen Teil der zweiten Elektrode. Ein Teil der Ladungsakkumulierungselektrode ist unterhalb der oberen Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode vorhanden. Ferner ist die untere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode unter der oberen Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode vorgesehen. Ein Potential, das durch Koppeln der oberen Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode und der zweiten Elektrode erzeugt wird, wird an das Gebiet, das in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht enthalten und unter dem Gebiet zwischen der oberen Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode und der zweiten Elektrode gelegen ist, in einigen Fällen angelegt.

Außerdem kann im Bildgebungselement und dergleichen, das die obere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode enthält, der vorliegenden Offenbarung folgender Modus angenommen werden. Ferner wird eine auf dem Halbleitersubstrat vorgesehene und eine Ansteuerschaltung enthaltende Steuerungseinheit vorgesehen.
Die erste Elektrode, die zweite Elektrode, die Ladungsakkumulierungselektrode und die obere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode sind mit der Ansteuerschaltung verbunden.
Während einer Ladungsakkumulierungsperiode wird ein Potential V₂₁ von der Ansteuerschaltung an die zweite Elektrode angelegt, wird ein Potential V₄₁ von der Ansteuerschaltung an die obere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode angelegt und werden Ladungen in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht (oder der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht und der fotoelektrischen Umwandlungsschicht) akkumuliert.
Während einer Ladungsübertragungsperiode wird ein Potential V₂₂ von der Ansteuerschaltung an die zweite Elektrode angelegt, wird ein Potential V₄₂ von der Ansteuerschaltung an die obere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode angelegt und werden die in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht (oder der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht und der fotoelektrischen Umwandlungsschicht) akkumulierten Ladungen über die erste Elektrode zur Steuerungseinheit ausgelesen. In diesem Fall sind $V_{21} \geq V_{41} {und V}_{22} \geq V_{42}$
erfüllt. Die obere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode ist in der gleichen Ebene wie die Ebene der zweiten Elektrode vorgesehen.
Ferner kann im Bildgebungselement und dergleichen der vorliegenden Offenbarung, das die oben beschriebenen jeweiligen bevorzugten Modi enthält, ein Modus übernommen werden, in dem eine Übertragungs-Steuerungselektrode (Ladungsübertragungselektrode) zwischen der ersten Elektrode und der Ladungsakkumulierungselektrode und von der ersten Elektrode und der Ladungsakkumulierungselektrode getrennt vorgesehen und so angeordnet ist, dass sie über die Isolierungsschicht der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht gegenüberliegt. Auf das Bildgebungselement und dergleichen der vorliegenden Offenbarung in solch einem Modus wird der Zweckmäßigkeit halber als ein „Bildgebungselement und dergleichen, das die Übertragungs-Steuerungselektrode enthält, der vorliegenden Offenbarung“ verwiesen.
Außerdem kann das Bildgebungselement und dergleichen, das die Übertragungs-Steuerungselektrode enthält, der vorliegenden Offenbarung folgende Konfiguration aufweisen.
Eine auf dem Halbleitersubstrat vorgesehene und eine Ansteuerschaltung enthaltende Steuerungseinheit ist ferner vorgesehen.
Die erste Elektrode, die Ladungsakkumulierungselektrode und die Übertragungs-Steuerungselektrode sind mit der Ansteuerschaltung verbunden.
Während einer Ladungsakkumulierungsperiode wird ein Potential V₁₁ von der Ansteuerschaltung an die erste Elektrode angelegt, wird ein Potential V₃₁ von der Ansteuerschaltung an die Ladungsakkumulierungselektrode angelegt, wird ein Potential V₅₁ von der Ansteuerschaltung an die Übertragungs-Steuerungselektrode angelegt und werden Ladungen in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht (oder der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht und der fotoelektrischen Umwandlungsschicht) akkumuliert.
Während einer Ladungsübertragungsperiode wird ein Potential V₁₂ von der Ansteuerschaltung an die erste Elektrode angelegt, wird ein Potential V₃₂ von der Ansteuerschaltung an die Ladungsakkumulierungselektrode angelegt, wird ein Potential V₃₂ von der Ansteuerschaltung an die Übertragungs-Steuerungselektrode angelegt und werden die in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht (oder der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht und der fotoelektrischen Umwandlungsschicht) akkumulierten Ladungen über die erste Elektrode zur Steuerungseinheit ausgelesen. In diesem Fall ist das Potential der ersten Elektrode höher als das Potential der zweiten Elektrode und sind $V_{31} > V_{51} {und V}_{32} \leq V_{52} \leq V_{12}$
erfüllt.
In dem Bildgebungselement und dergleichen der vorliegenden Offenbarung, das die oben beschriebenen jeweiligen bevorzugten Modi enthält, kann ferner ein Modus übernommen werden, in dem ferner eine Ladungsentladungselektrode vorgesehen, die mit der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht verbunden und von der ersten Elektrode und der Ladungsakkumulierungselektrode getrennt angeordnet ist. Auf das Bildgebungselement und dergleichen der vorliegenden Offenbarung in solch einem Modus wird hier im Folgenden in einigen Fällen der Zweckmäßigkeit halber als „Bildgebungselement und dergleichen, das die Ladungsentladungselektrode enthält, der vorliegenden Offenbarung“ verwiesen. Außerdem kann in dem Bildgebungselement und dergleichen, das die Ladungsentladungselektrode enthält, der vorliegenden Offenbarung ein Modus übernommen werden, in dem die Ladungsentladungselektrode so angeordnet ist, dass sie die erste Elektrode und die Ladungsakkumulierungselektrode (d. h. in einer Rahmenform) umgibt. Die Ladungsentladungselektrode kann von einer Vielzahl von Bildgebungselementen geteilt (gemeinsam genutzt) werden. Ferner kann in diesem Fall folgender Modus übernommen werden.
Die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht erstreckt sich in das Innere einer in der Isolierungsschicht ausgebildeten zweiten Öffnung und verbindet mit der Ladungsentladungselektrode.
Ein Rand einer oberen Oberfläche der Ladungsentladungselektrode ist mit der Isolierungsschicht bedeckt.
Die Ladungsentladungselektrode ist auf einer Bodenfläche der zweiten Öffnung freigelegt.
Unter der Annahme, dass eine Oberfläche der Isolierungsschicht in Kontakt mit der oberen Oberfläche der Ladungsentladungselektrode eine dritte Oberfläche ist und dass eine Oberfläche der Isolierungsschicht in Kontakt mit einem Gebiet, das in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht enthalten ist und der Ladungsentladungselektrode gegenüberliegt, eine zweite Oberfläche ist, weist eine seitliche Oberfläche der zweiten Öffnung eine Neigung auf, die sich von der dritten Oberfläche zur zweiten Oberfläche ausdehnt.
Außerdem kann in dem Bildgebungselement und dergleichen, das die Ladungsentladungselektrode enthält, der vorliegenden Offenbarung folgende Konfiguration angenommen werden.
Eine Steuerungseinheit, die auf dem Halbleitersubstrat vorgesehen ist und eine Ansteuerschaltung enthält, ist ferner vorgesehen.
Die erste Elektrode, die Ladungsakkumulierungselektrode und die Ladungsentladungselektrode sind mit der Ansteuerschaltung verbunden.
Während einer Ladungsakkumulierungsperiode wird ein Potential V₁₁ von der Ansteuerschaltung an die erste Elektrode angelegt, wird ein Potential V₃₁ von der Ansteuerschaltung an die Ladungsakkumulierungselektrode angelegt, wird ein Potential V₆₁ von der Ansteuerschaltung an die Ladungsentladungselektrode angelegt und werden Ladungen in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht (oder der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht und der fotoelektrischen Umwandlungsschicht) akkumuliert.
Während einer Ladungsübertragungsperiode wird ein Potential V₁₂ von der Ansteuerschaltung an die erste Elektrode angelegt, wird ein Potential V₃₂ von der Ansteuerschaltung an die Ladungsakkumulierungselektrode angelegt, wird ein Potential V₆₂ von der Ansteuerschaltung an die Ladungsentladungselektrode angelegt und werden die in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht (oder der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht und der fotoelektrischen Umwandlungsschicht) akkumulierten Ladungen über die erste Elektrode zur Steuerungseinheit ausgelesen. In diesem Fall ist das Potential der ersten Elektrode höher als das Potential der zweiten Elektrode und sind $V_{61} > V_{11} {und V}_{62} < V_{12}$
erfüllt.
In dem Bildgebungselement und dergleichen der vorliegenden Offenbarung, das die oben beschriebenen jeweiligen bevorzugten Modi enthält, kann ferner ein Modus übernommen werden, in dem die Ladungsakkumulierungselektrode eine Vielzahl von Segmenten einer Ladungsakkumulierungselektrode umfasst. Auf das Bildgebungselement und dergleichen der vorliegenden Offenbarung in solch einem Modus wird der Zweckmäßigkeit halber als „Bildgebungselement und dergleichen, das eine Vielzahl von Segmenten einer Ladungsakkumulierungselektrode enthält, der vorliegenden Offenbarung“ verwiesen. Es reicht aus, falls die Anzahl der Segmente einer Ladungsakkumulierungselektrode Zwei oder größer ist. Falls an jedes der N Segmente einer Ladungsakkumulierungselektrode in dem Bildgebungselement und dergleichen, das die Vielzahl von Segmenten einer Ladungsakkumulierungselektrode enthält, der vorliegenden Offenbarung ein unterschiedliches Potential angelegt wird, kann folgender Modus angenommen werden.
Falls das Potential der ersten Elektrode höher als das Potential der zweiten Elektrode ist, ist ein Potential, das an das Segment einer Ladungsakkumulierungselektrode, das der ersten Elektrode am Nächsten liegt, (erstes Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit) während einer Ladungsübertragungsperiode angelegt wird, höher als ein Potential, das an das Segment einer Ladungsakkumulierungselektrode, das von der ersten Elektrode am Entferntesten gelegen ist, (N-tes Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit, angelegt wird.
Falls das Potential der ersten Elektrode niedriger als das Potential der zweiten Elektrode ist, ist ein Potential, das an das Segment einer Ladungsakkumulierungselektrode, das der ersten Elektrode am Nächsten liegt, (erstes Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit) während der Ladungsübertragungsperiode angelegt wird, niedriger als ein Potential, das an das Segment einer Ladungsakkumulierungselektrode, das von der ersten Elektrode am Entferntesten liegt, (N-tes Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit) angelegt wird.
In dem Bildgebungselement und dergleichen der vorliegenden Offenbarung, das die oben beschriebenen jeweiligen bevorzugten Modi enthält, kann folgende Konfiguration angenommen werden.
Zumindest eine Floating-Diffusionsschicht oder ein Verstärkungstransistor, die die Steuerungseinheit bilden, ist auf dem Halbleitersubstrat vorgesehen.
Die erste Elektrode ist mit der Floating-Diffusionsschicht und einem Gate-Bereich des Verstärkungstransistors verbunden. Ferner kann in diesem Fall folgende Konfiguration übernommen werden.
Ein Rücksetztransistor und ein Auswahltransistor, die die Steuerungsschaltung bilden, sind ferner auf dem Halbleitersubstrat vorgesehen.
Die Floating-Diffusionsschicht ist mit einem Source-/Drain-Gebiet des Rücksetztransistors verbunden.
Ein Source-/Drain-Gebiet des Verstärkungstransistors ist mit einem Source-/Drain-Gebiet des Auswahltransistors verbunden, während das andere Source-/Drain-Gebiet des Auswahltransistors mit einer Signalleitung verbunden ist.
Ferner kann in dem Bildgebungselement und dergleichen der vorliegenden Offenbarung, das die oben beschriebenen jeweiligen bevorzugten Modi enthält, ein Modus übernommen werden, in dem die Ladungsakkumulierungselektrode der Größe nach größer als die erste Elektrode ist. Aufgrund der Annahme, dass eine Fläche der Ladungsakkumulierungselektrode s₁' ist und dass eine Fläche der ersten Elektrode s₁ ist, wird die folgende Beziehung vorzugsweise erfüllt, muss aber nicht erfüllt sein. $4 \leq s_{1}' / s_{1}$
Alternativ dazu können Bildgebungselemente mit einer ersten Konfiguration bis zu einer sechsten Konfiguration als Modifikationen des Bildgebungselements und dergleichen der vorliegenden Offenbarung präsentiert werden, die die oben beschriebenen jeweiligen bevorzugten Modi einschließen. Konkret weisen die Bildgebungselemente mit der ersten Konfiguration bis zur sechsten Konfiguration als das Bildgebungselement und dergleichen der vorliegenden Offenbarung, das die oben beschriebenen jeweiligen bevorzugten Modi einschließt, folgende Konfigurationen auf.
Die fotoelektrische Umwandlungseinheit umfasst N (N ≥ 2) Segmente einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit.
Jede der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht und der fotoelektrischen Umwandlungsschicht umfasst N Segmente einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht.
Die Isolierungsschicht umfasst N Segmente einer Isolierungsschicht.
In jedem der Bildgebungselemente mit der ersten Konfiguration bis zur dritten Konfiguration umfasst die Ladungsakkumulierungselektrode N Segmente einer Ladungsakkumulierungselektrode.
In jedem der Bildgebungselemente mit der vierten Konfiguration bis zur fünften Konfiguration umfasst die Ladungsakkumulierungselektrode N Segmente einer Ladungsakkumulierungselektrode, die voneinander getrennt angeordnet sind.
Das n-te (n = 1, 2, 3 und bis N) Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit enthält das n-te Segment einer Ladungsakkumulierungselektrode, das n-te Segment einer Isolierungsschicht und das n-te Segment einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht.
Das Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit ist mit zunehmendem Wert von n von der ersten Elektrode entfernter gelegen. Hier bezieht sich das „Segment einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht“ auf ein Segment, das von der fotoelektrischen Umwandlungsschicht und der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht gebildet wird, die aufeinander gestapelt sind.
Ferner ändert sich in dem Bildgebungselement mit der ersten Konfiguration eine Dicke des Segments einer Isolierungsschicht graduell von dem ersten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht zum N-ten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht. Außerdem ändert sich in dem Bildgebungselement mit der zweiten Konfiguration eine Dicke des Segments einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht graduell von dem ersten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit zum N-ten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit. Man beachte, dass die Dicke des Segments einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit geändert werden kann, indem die Dicke des Bereichs der fotoelektrischen Umwandlungsschicht in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht geändert und eine konstante Dicke des Bereichs der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht beibehalten wird, dass die Dicke des Segments einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht geändert werden kann, indem die konstante Dicke des Bereichs der fotoelektrischen Umwandlungsschicht beibehalten und die Dicke des Bereichs der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht geändert wird, oder dass die Dicke des Segments einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht geändert werden kann, indem die Dicke des Bereichs der fotoelektrischen Umwandlungsschicht geändert und die Dicke des Bereichs der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht geändert werden. Ferner unterscheiden sich in dem Bildgebungselement mit der dritten Konfiguration Materialien, die die Isolierungsschichten in den benachbarten Segmenten einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit bilden, voneinander. Ferner unterscheiden sich in dem Bildgebungselement mit der vierten Konfiguration Materialien, die die Segmente einer Ladungsakkumulierungselektrode in den benachbarten Segmenten einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit bilden, voneinander. Außerdem nimmt in dem Bildgebungselement mit der fünften Konfiguration eine Fläche des Segments einer Ladungsakkumulierungselektrode von dem ersten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit zum N-ten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit graduell ab. Die Fläche kann entweder kontinuierlich oder stufenweise abnehmen.
Alternativ dazu ändert sich in dem Bildgebungselement und dergleichen der vorliegenden Offenbarung, das die sechste Konfiguration aufweist und die oben beschriebenen jeweiligen bevorzugten Modi enthält, unter der Annahme, dass eine Stapelrichtung der Ladungsakkumulierungselektrode, der Isolierungsschicht, der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht und der fotoelektrischen Umwandlungsschicht eine Z-Richtung ist und dass eine Richtung weg von der ersten Elektrode eine X-Richtung ist, eine Querschnittsfläche, die an einem gestapelten Bereich, wo die Ladungsakkumulierungselektrode, die Isolierungsschicht, die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht und die fotoelektrische Umwandlungsschicht gestapelt sind, in einer virtuellen Y-Z-Ebene genommen wird, je nach Abstand von der ersten Elektrode. Die Änderung der Querschnittsfläche kann entweder kontinuierlich oder stufenweise sein.
In jedem der Bildgebungselemente mit der ersten Konfiguration und der zweiten Konfiguration sind die N Segmente einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht durchgehend vorgesehen, sind auch die N Segmente einer Isolierungsschicht durchgehend vorgesehen und sind auch die N Segmente einer Ladungsakkumulierungselektrode durchgehend vorgesehen. In jedem der Bildgebungselemente mit der dritten Konfiguration bis zur fünften Konfiguration sind die N Segmente einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht durchgehend vorgesehen. Außerdem sind in jedem der Bildgebungselemente mit der vierten Konfiguration und der fünften Konfiguration die N Segmente einer Isolierungsschicht durchgehend vorgesehen. In dem Bildgebungselement mit der dritten Konfiguration sind jedoch die N Segmente einer Isolierungsschicht entsprechend den jeweiligen Segmenten einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit vorgesehen. Ferner sind in jedem der Bildgebungselemente mit der vierten Konfiguration und der fünften Konfiguration und in dem Bildgebungselement mit der dritten Konfiguration je nach Fall die N Segmente einer Ladungsakkumulierungselektrode entsprechend den jeweiligen Segmenten einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit vorgesehen. In jedem der Bildgebungselemente mit der ersten Konfiguration bis zur sechsten Konfiguration wird ferner das gleiche Potential an all die Segmente einer Ladungsakkumulierungselektrode angelegt. Alternativ dazu kann in jedem der Bildgebungselemente mit der vierten Konfiguration und der fünften Konfiguration und in dem Bildgebungselement mit der dritten Konfiguration je nach Fall ein unterschiedliches Potential an jedes der N Segmente einer Ladungsakkumulierungselektrode angelegt werden.
Gemäß jedem des Bildgebungselements und dergleichen der vorliegenden Offenbarung mit der ersten bis zur sechsten Konfiguration ist die Dicke der Segmente einer Isolierungsschicht spezifiziert, ist die Dicke der Segmente einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht spezifiziert, ist das Material, das die Segmente einer Isolierungsschicht bildet, unterschiedlich, ist das Material, das die Segmente einer Ladungsakkumulierungselektrode bildet, unterschiedlich, ist die Fläche der Segmente einer Ladungsakkumulierungsschicht spezifiziert oder ist die Querschnittsfläche des gestapelten Bereichs spezifiziert. Dementsprechend wird eine Art von Ladungsübertragungsgradient gebildet und ermöglicht eine weitere einfachere und zuverlässige Übertragung von Ladungen, die durch fotoelektrische Umwandlung erzeugt werden, in Richtung der ersten Elektrode. Infolgedessen sind eine Erzeugung eines Nachtbildes und in Überbleibsel einer Ladungsübertragung somit vermeidbar.
In jedem der Bildgebungselemente mit der ersten Konfiguration bis zur fünften Konfiguration ist das Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit mit zunehmendem Wert von n von der ersten Elektrode entfernter gelegen. Ob die jeweiligen Segmente von der ersten Elektrode weg gelegen sind oder nicht, wird in diesem Fall auf der Basis der jeweiligen Positionen in der X-Richtung bestimmt. Während die Richtung weg von der ersten Elektrode die X-Richtung in dem Bildgebungselement mit der sechsten Konfiguration ist, ist hier außerdem die „X-Richtung“ wie folgt definiert. Konkret wird ein Pixelgebiet, wo eine Vielzahl von Bildgebungselementen oder gestapelten Bildgebungselementen angeordnet ist, von einer Vielzahl von Pixeln gebildet, die in einem zweidimensionalen Array, d. h. in der X-Richtung und der Y-Richtung, regelmäßig angeordnet sind. Falls eine planare Form jedes Pixels rechteckig ist, wird eine Richtung, in der sich die der ersten Elektrode am Nächsten gelegene Seite erstreckt, als die Y-Richtung bezeichnet, während eine Richtung senkrecht zur Y-Richtung als die X-Richtung bezeichnet wird. Alternativ dazu wird in einem Fall, in dem eine planare Form jedes Pixels eine beliebige Form ist, eine allgemeine Richtung, die ein der ersten Elektrode am Nächsten gelegenes Liniensegment und eine gekrümmte Linie enthält, als die Y-Richtung bezeichnet, während eine Richtung senkrecht zur Y-Richtung als die X-Richtung bezeichnet wird.
Im Folgenden wird hier ein Fall beschrieben, in dem in den Bildgebungselementen mit der ersten Konfiguration bis zur sechsten Konfiguration das Potential der ersten Elektrode höher ist als das Potential der zweiten Elektrode.
In dem Bildgebungselement mit der ersten Konfiguration ändert sich eine Dicke des Segments einer Isolierungsschicht graduell von dem ersten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit zum N-ten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit. Es ist vorzuziehen, dass sich die Dicke des Segments einer Isolierungsschicht graduell ändert. Auf diese Weise wird eine Art von Ladungsübertragungsgradient gebildet. Außerdem kann in einem Zustand V₃₁ ≥ V₁₁ während einer Ladungsakkumulierungsperiode das n-te Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit mehr Ladungen als das (n+1)-te Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit akkumulieren. Ferner wird ein intensiveres bzw. stärkeres elektrisches Feld angelegt und kann ein Fluss von Ladungen von dem ersten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit zur ersten Elektrode zuverlässig verhindert werden. In einem Zustand V₃₂ < V₁₂ während einer Ladungsübertragungsperiode können ferner ein Fluss von Ladungen von dem ersten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit zur ersten Elektrode und ein Fluss von Ladungen von dem (n+1)-ten einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit zum n-ten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit zuverlässig erzeugt werden.
In dem Bildgebungselement mit der zweiten Konfiguration ändert sich eine Dicke des Segments einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht graduell von dem ersten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit zum N-ten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit. Es ist vorzuziehen, dass sich die Dicke des Segments einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit graduell ändert. Auf diese Weise wird eine Art von Ladungsübertragungsgradient gebildet. Außerdem wird in einem Zustand V₃₁ ≥ V₁₁ während einer Ladungsakkumulierungsperiode ein stärkeres elektrisches Feld an das n-te Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit als an das (n+1)-te Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit angelegt und kann ein Fluss von Ladungen von dem ersten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit zur ersten Elektrode zuverlässig verhindert werden. Ferner können in einem Zustand V₃₂ < V₁₂ während einer Ladungsübertragungsperiode ein Fluss von Ladungen von dem ersten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit zur ersten Elektrode und ein Fluss von Ladungen von dem (n+1)-ten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit zum n-ten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit zuverlässig erzeugt werden.
In dem Bildgebungselement mit der dritten Konfiguration unterscheiden sich die Materialien, die die Segmente einer Isolierungsschicht in den benachbarten Segmenten einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit bilden, voneinander. Auf diese Weise wird eine Art von Ladungsübertragungsgradient gebildet. Es ist vorzuziehen, dass sich ein Wert einer Dielektrizitätskonstante des das Segment einer Isolierungsschicht bildenden Materials von dem ersten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit zum N-ten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit graduell verringert. Indem man solch eine Konfiguration in einem Zustand V₃₁ ≥ V₁₁ während einer Ladungsakkumulierungsperiode annimmt, kann ferner das n-te Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit mehr Ladungen als das (n+1)-te Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit akkumulieren. In einem Zustand V₃₂ < V₁₂ während einer Ladungsübertragungsperiode können ferner ein Fluss von Ladungen von dem ersten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit zur ersten Elektrode und ein Fluss von Ladungen von dem (n+1)-ten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit zum n-ten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit zuverlässig erzeugt werden.
In dem Bildgebungselement mit der vierten Konfiguration unterscheiden sich die Materialien, die die Segmente einer Ladungsakkumulierungselektrode in den benachbarten Segmenten einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit bilden, voneinander. Auf diese Weise wird eine Art von Ladungsübertragungsgradient ausgebildet. Es ist vorzuziehen, dass ein Wert einer Austrittsarbeit des das Segment einer Isolierungsschicht bildenden Materials vom ersten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit zum N-ten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit graduell zunimmt. Indem man solch eine Konfiguration übernimmt, kann außerdem ungeachtet eines positiven und negativen Vorzeichens der Spannung (Potential) ein für eine Signalladungsübertragung vorteilhafter Potentialgradient gebildet werden.
In dem Bildgebungselement mit der fünften Konfiguration nimmt eine Fläche des Segments einer Ladungsakkumulierungselektrode von dem ersten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit zum N-ten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit graduell ab. Auf diese Weise wird eine Art von Ladungsübertragungsgradient gebildet. Dementsprechend kann in einem Zustand V₃₁ ≥ V₁₁ während einer Ladungsakkumulierungsperiode das n-te Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit mehr Ladungen als das (n+1)-te Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit akkumulieren. Ferner können in einem Zustand V₃₂ < V₁₂ während einer Ladungsübertragungsperiode ein Fluss von Ladungen von dem ersten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit zur ersten Elektrode und ein Fluss von Ladungen von dem (n+1)-ten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit zum n-ten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit zuverlässig erzeugt werden.
In dem Bildgebungselement mit der sechsten Konfiguration ändert sich die Querschnittsfläche des gestapelten Bereichs in Abhängigkeit vom Abstand von der ersten Elektrode. Auf diese Weise wird eine Art von Ladungsübertragungsgradient gebildet. Konkret wird eine Dicke des Querschnitts des gestapelten Bereichs konstant gehalten, während eine Breite des Querschnitts des gestapelten Bereichs mit einer Entfernung von der ersten Elektrode abnimmt. Wenn diese Konfiguration in dem Zustand V₃₁ ≥ V₁₁ während einer Ladungsakkumulierungsperiode angenommen wird, kann ähnlich dem Bildgebungselement mit der fünften Konfiguration, das oben beschrieben wurde, das näher zur ersten Elektrode gelegene Gebiet mehr Ladungen als das von der ersten Elektrode entfernter gelegene Gebiet akkumulieren. Dementsprechend können in einem Zustand V₃₂ < V₁₂ während einer Ladungsübertragungsperiode ein Fluss von Ladungen von dem nahe der ersten Elektrode gelegenen Gebiet zur ersten Elektrode und ein Fluss von Ladungen von einem entfernten Gebiet zum nahegelegenen Gebiet zuverlässig erzeugt werden. Auf der anderen Seite wird die Breite des Querschnitts des gestapelten Bereichs konstant gehalten, während die Dicke des Querschnitts des gestapelten Bereichs, konkret die Dicke des Segments einer Isolierungsschicht, graduell zunimmt. Wenn diese Konfiguration im Zustand V₃₁ ≥ V₁₁ während einer Ladungsakkumulierungsperiode angenommen wird, kann ähnlich dem Bildgebungselement mit der ersten Konfiguration, das oben beschrieben wurde, das näher zur ersten Elektrode gelegene Gebiet mehr Ladungen als das von der ersten Elektrode entfernter gelegene Gebiet akkumulieren. Außerdem wird ein starkes elektrisches Feld angelegt, und ein Fluss von Ladungen von dem nahe der ersten Elektrode gelegenen Gebiet zur ersten Elektrode kann zuverlässig verhindert werden. Ferner können in einem Zustand V₃₂ < V₁₂ während einer Ladungsübertragungsperiode ein Fluss von Ladungen von dem nahe der ersten Elektrode gelegenen Gebiet zur ersten Elektrode und ein Fluss von Ladungen von dem entfernten Gebiet zum nahe gelegenen Gebiet zuverlässig erzeugt werden. Wenn eine Konfiguration, in der die Dicke des Segments einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht graduell zunimmt, in dem Zustand V₃₁ ≥ V₁₁ während der Ladungsakkumulierungsperiode angenommen wird, wird ferner ähnlich dem Bildgebungselement mit der zweiten Konfiguration, das oben beschrieben wurde, ein stärkeres elektrisches Feld an das näher zur ersten Elektrode gelegene Gebiet als an das von der ersten Elektrode entfernter gelegene Gebiet angelegt. Dementsprechend kann ein Fluss von Ladungen von dem nahe der ersten Elektrode gelegenen Gebiet zur ersten Elektrode zuverlässig verhindert werden. Ferner können in dem Zustand V₃₂ < V₁₂ während der Ladungsübertragungsperiode ein Fluss von Ladungen von dem nahe der ersten Elektrode gelegenen Gebiet zur ersten Elektrode und ein Fluss von Ladungen von dem entfernten Gebiet zum nahe gelegenen Gebiet zuverlässig erzeugt werden.
Zwei oder mehr der Bildgebungselemente mit der ersten Konfiguration bis zur sechsten Konfiguration, die die oben beschriebenen bevorzugten Modi enthalten, können nach Bedarf geeignet kombiniert werden.
In einer Modifikation der Festkörper-Bildgebungsvorrichtungen gemäß dem ersten Aspekt und dem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann die folgende Festkörper-Bildgebungsvorrichtung übernommen werden.
Mehrere Bildgebungselemente mit der ersten Konfiguration bis zur sechsten Konfiguration werden einbezogen.
Ein Bildgebungselementblock wird von der Vielzahl von Bildgebungselementen gebildet.
Die erste Elektrode wird von der Vielzahl von Bildgebungselementen, die den Bildgebungselementblock bilden, gemeinsam genutzt bzw. geteilt. Auf die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung mit solch einer Konfiguration wird der Zweckmäßigkeit halber als „Festkörper-Bildgebungsvorrichtung mit einer ersten Konfiguration“ verwiesen. Alternativ dazu kann in einer Modifikation der Festkörper-Bildgebungsvorrichtungen gemäß dem ersten Aspekt und dem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung folgende Festkörper-Bildgebungsvorrichtung angenommen werden.
Mehrere Bildgebungselemente mit der ersten Konfiguration bis zur sechsten Konfiguration oder mehrere gestapelte Bildgebungselemente, die jeweils zumindest eines der Bildgebungselemente mit der ersten Konfiguration bis zur sechsten Konfiguration enthalten, sind einbezogen.
Ein Bildgebungselementblock wird von der Vielzahl von Bildgebungselementen oder gestapelten Bildgebungselementen gebildet.
Die erste Elektrode wird von der Vielzahl von Bildgebungselementen oder gestapelten Bildgebungselementen, die den Bildgebungselementblock bilden, gemeinsam genutzt. Auf die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung mit solch einer Konfiguration wird der Zweckmäßigkeit halber als „Festkörper-Bildgebungsvorrichtung mit einer zweiten Konfiguration“ verwiesen. Außerdem können eine Konfiguration und eine Struktur eines Pixelgebiets, wo eine Vielzahl von Bildgebungselementen angeordnet ist, gemeinsam genutzt und miniaturisiert werden, wenn die erste Elektrode von der Vielzahl von Bildgebungselementen, die den Bildgebungselementblock bilden, wie oben beschrieben gemeinsam genutzt wird.
In jeder der Festkörper-Bildgebungsvorrichtungen mit der ersten Konfiguration und der zweiten Konfiguration ist eine Floating-Diffusionsschicht für die Vielzahl von Bildgebungselementen (einen Bildgebungselementblock) vorgesehen. Die Vielzahl von Bildgebungselementen, die für die eine Floating-Diffusionsschicht vorgesehen sind, kann von einer Vielzahl von unten beschriebenen Bildgebungselementen eines ersten Typs gebildet werden oder kann von zumindest dem einen Bildgebungselement eines ersten Typs oder einem, zwei oder mehr Bildgebungselementen eines zweiten Typs, die unten beschrieben werden, gebildet werden. Außerdem kann die eine Floating-Diffusionsschicht von der Vielzahl von Bildgebungselementen gemeinsam genutzt werden, indem ein Zeitpunkt bzw. eine Zeitsteuerung einer Ladungsübertragungsperiode geeignet gesteuert wird. Die Vielzahl von Bildgebungselementen wird im Zusammenspiel betrieben und ist mit der unten beschriebenen Ansteuerschaltung als Bildgebungselementblock verbunden. Mit anderen Worten ist die Vielzahl von Bildgebungselementen, die den Bildgebungselementblock bilden, mit der einen Ansteuerschaltung verbunden. Die Ladungsakkumulierungselektrode wird jedoch für jedes der Bildgebungselemente gesteuert. Ferner kann ein Kontaktlochbereich von der Vielzahl von Bildgebungselementen gemeinsam genutzt werden. Die Anordnungsbeziehung zwischen der von der Vielzahl von Bildgebungselementen gemeinsam genutzten ersten Elektrode und den Ladungsakkumulierungselektroden der jeweiligen Bildgebungselemente kann solch eine Beziehung sein, dass die erste Elektrode den Ladungsakkumulierungselektroden der jeweiligen Bildgebungselemente benachbart angeordnet ist. Alternativ dazu kann die erste Elektrode einem Teil der Ladungsakkumulierungselektroden der Vielzahl von Bildgebungselementen benachbart angeordnet sein und dem Rest der Ladungsakkumulierungselektroden nicht benachbart angeordnet sein. In diesem Fall werden Ladungen vom Rest der Vielzahl von Bildgebungselementen über den Teil der Vielzahl von Bildgebungselementen zur ersten Elektrode übertragen. Um eine Ladungsübertragung von den jeweiligen Bildgebungselementen zur ersten Elektrode zuverlässig zu erreichen, ist es vorzuziehen, dass ein Abstand zwischen den Ladungsakkumulierungselektroden, die die Bildgebungselemente bilden, (worauf der Zweckmäßigkeit halber als „Abstand A“ verwiesen wird) länger ist als ein Abstand zwischen der ersten Elektrode und der Ladungsakkumulierungselektrode in dem der ersten Elektrode benachbarten Bildgebungselement (worauf der Zweckmäßigkeit halber als „Abstand B“ verwiesen wird). Außerdem ist es vorzuziehen, den Abstand A zu vergrößern, wenn der Ort des Bildgebungselements von der ersten Elektrode entfernter liegt. Man beachte, dass die obige Beschreibung nicht nur für die Festkörper-Bildgebungsvorrichtungen mit der ersten Konfiguration und der zweiten Konfiguration, sondern auch für die Festkörper-Bildgebungsvorrichtungen des ersten Aspekts und des zweiten Aspekts der vorliegenden Offenbarung gilt.
In den Bildgebungselementen und dergleichen der vorliegenden Offenbarung, die die oben beschriebenen jeweiligen bevorzugten Modi enthalten, kann ferner ein Modus angenommen werden, in dem Licht von der Seite der zweiten Elektrode aus eintritt. In diesem Fall ist eine Lichtabschirmungsschicht auf der Lichteintrittsseite nahe der zweiten Elektrode ausgebildet. Alternativ dazu kann ein Modus angenommen werden, in dem Licht von der Seite der zweiten Elektrode aus eintritt, aber an einem Eintritt in die erste Elektrode (je nach Fall die erste Elektrode und die Übertragungs-Steuerungselektrode) gehindert wird. In diesem Fall kann eine Konfiguration übernommen werden, in der eine Lichtabschirmungsschicht auf der Lichteintrittsseite nahe der zweiten Elektrode und oberhalb der ersten Elektrode (je nach Fall der ersten Elektrode und der Übertragungs-Steuerungselektrode) ausgebildet ist. Alternativ dazu kann eine Konfiguration übernommen werden, in der eine On-Chip-Mikrolinse oberhalb der Ladungsakkumulierungselektrode und der zweiten Elektrode vorgesehen ist und Licht, das in die On-Chip-Mikrolinse eintritt, auf der Ladungsakkumulierungselektrode gesammelt wird. Die Lichtabschirmungsschicht kann hier entweder oberhalb einer Oberfläche der Lichteintrittsseite der zweiten Elektrode oder auf der Oberfläche der Lichteintrittsseite der zweiten Elektrode angeordnet sein. Je nach Fällen kann die Lichtabschirmungsschicht auf der zweiten Elektrode ausgebildet sein. Beispiele des die Lichtabschirmungsschicht bildenden Materials umfassen Chrom (Cr), Kupfer (Cu), Aluminium (Al), Wolfram (W) und ein Harz, das Licht nicht durchlässt (z. B. Polyimidharz).
Spezifische Beispiele des Bildgebungselements und dergleichen der vorliegenden Offenbarung umfassen ein Bildgebungselement (worauf der Zweckmäßigkeit halber als „Bildgebungselement für blaues Licht des ersten Typs“ verwiesen wird), das eine Empfindlichkeit für blaues Licht aufweist und eine fotoelektrische Umwandlungsschicht oder eine fotoelektrische Umwandlungseinheit enthält, die blaues Licht (von 425 bis 495 nm reichendes Licht) absorbiert (worauf der Zweckmäßigkeit halber als „fotoelektrische Umwandlungsschicht für blaues Licht des ersten Typs“ oder „fotoelektrische Umwandlungseinheit für blaues Licht des ersten Typs“ verwiesen wird), ein Bildgebungselement (worauf der Zweckmäßigkeit halber als „Bildgebungselement für grünes Licht des ersten Typs“ verwiesen wird), das eine Empfindlichkeit für grünes Licht aufweist und eine fotoelektrische Umwandlungsschicht oder eine fotoelektrische Umwandlungseinheit enthält, die grünes Licht (von 495 bis 570 nm reichendes Licht) absorbiert, (worauf der Zweckmäßigkeit halber als „fotoelektrische Umwandlungsschicht für grünes Licht des ersten Typs“ oder „fotoelektrische Umwandlungseinheit für grünes Licht des ersten Typs“ verwiesen wird) und ein Bildgebungselement (worauf der Zweckmäßigkeit halber als „Bildgebungselement für rotes Licht des ersten Typs“ verwiesen wird), das eine Empfindlichkeit für rotes Licht aufweist und eine fotoelektrische Umwandlungsschicht oder eine fotoelektrische Umwandlungseinheit enthält, die rotes Licht (von 620 bis 750 nm reichendes Licht) absorbiert (worauf der Zweckmäßigkeit halber als „fotoelektrische Umwandlungsschicht für rotes Licht des ersten Typs“ oder „fotoelektrische Umwandlungseinheit für rotes Licht des ersten Typs“ verwiesen wird). Außerdem wird auf ein herkömmliches Bildgebungselement, das die Ladungsakkumulierungselektrode nicht enthält und eine Empfindlichkeit für blaues Licht aufweist, der Zweckmäßigkeit halber als „Bildgebungselement für blaues Licht des zweiten Typs“ verwiesen, wird auf ein herkömmliches Bildgebungselement, das die Ladungsakkumulierungselektrode nicht enthält und eine Empfindlichkeit für grünes Licht aufweist, der Zweckmäßigkeit halber als „Bildgebungselement für grünes Licht des zweiten Typs“ verwiesen, wird auf ein herkömmliches Bildgebungselement, das die Ladungsakkumulierungselektrode nicht enthält und eine Empfindlichkeit für rotes Licht aufweist, der Zweckmäßigkeit halber als „Bildgebungselement für rotes Licht des zweiten Typs“ verwiesen, wird auf eine fotoelektrische Umwandlungsschicht oder eine fotoelektrische Umwandlungseinheit, die das Bildgebungselement für blaues Licht des zweiten Typs bildet, der Zweckmäßigkeit halber als „fotoelektrische Umwandlungsschicht für blaues Licht des zweiten Typs“ oder „fotoelektrische Umwandlungseinheit für blaues Licht des zweiten Typs“ verwiesen, wird auf eine fotoelektrische Umwandlungsschicht oder eine fotoelektrische Umwandlungseinheit, die das Bildgebungselement für grünes Licht des zweiten Typs bildet, der Zweckmäßigkeit halber als „fotoelektrische Umwandlungsschicht für grünes Licht des zweiten Typs“ oder „fotoelektrische Umwandlungseinheit für grünes Licht des zweiten Typs verwiesen und wird auf eine fotoelektrische Umwandlungsschicht oder eine fotoelektrische Umwandlungseinheit, die das Bildgebungselement für rotes Licht des zweiten Typs bildet, der Zweckmäßigkeit halber als „fotoelektrische Umwandlungsschicht für rotes Licht des zweiten Typs“ oder „fotoelektrische Umwandlungseinheit für rotes Licht des zweiten Typs verwiesen.
Das gestapelte Bildgebungselement der vorliegenden Offenbarung enthält zumindest das eine Bildgebungselement oder dergleichen (fotoelektrisches Umwandlungselement) der vorliegenden Offenbarung. Spezifische Strukturbeispiele umfassen folgende Strukturen.

[A] Die fotoelektrische Umwandlungseinheit für blaues Licht des ersten Typs, die fotoelektrische Umwandlungseinheit für grünes Licht des ersten Typs und die fotoelektrische Umwandlungseinheit für rotes Licht des ersten Typs sind in einer vertikalen Richtung gestapelt.

Jede der Steuerungseinheiten des Bildgebungselements für blaues Licht des ersten Typs, des Bildgebungselements für grünes Licht des ersten Typs und des Bildgebungselements für rotes Licht des ersten Typs ist auf dem Halbleitersubstrat vorgesehen.

[B] Die fotoelektrische Umwandlungseinheit für blaues Licht des ersten Typs und die fotoelektrische Umwandlungseinheit für grünes Licht des ersten Typs sind in einer vertikalen Richtung gestapelt.

Die fotoelektrische Umwandlungseinheit für rotes Licht des zweiten Typs ist unterhalb der beiden Schichten der fotoelektrischen Umwandlungseinheiten des ersten Typs angeordnet.
Jede der Steuerungseinheiten des Bildgebungselements für blaues Licht des ersten Typs, des Bildgebungselements für grünes Licht des ersten Typs und des Bildgebungselements für rotes Licht des ersten Typs ist auf dem Halbleitersubstrat vorgesehen.

[C] Die fotoelektrische Umwandlungseinheit für blaues Licht des zweiten Typs und die fotoelektrische Umwandlungseinheit für rotes Licht des zweiten Typs sind unter der fotoelektrischen Umwandlungseinheit für grünes Licht des ersten Typs angeordnet.

Jede der Steuerungseinheiten des Bildgebungselements für grünes Licht des ersten Typs, des Bildgebungselements für blaues Licht des zweiten Typs und des Bildgebungselements für rotes Licht des zweiten Typs ist auf dem Halbleitersubstrat vorgesehen.

[D] Die fotoelektrische Umwandlungseinheit für grünes Licht des zweiten Typs und die fotoelektrische Umwandlungseinheit für rotes Licht des zweiten Typs sind unter der fotoelektrischen Umwandlungseinheit für blaues Licht des ersten Typs angeordnet.

Jede der Steuerungseinheiten des Bildgebungselements für blaues Licht des ersten Typs, des Bildgebungselements für grünes Licht des zweiten Typs und des Bildgebungselements für rotes Licht des zweiten Typs ist auf dem Halbleitersubstrat vorgesehen.
Die fotoelektrischen Umwandlungseinheiten dieser Bildgebungselemente in der vertikalen Richtung sind vorzugsweise in einer Lichteinfallsrichtung in einer Reihenfolge der fotoelektrischen Umwandlungseinheit für blaues Licht, der fotoelektrischen Umwandlungseinheit für grünes Licht und der fotoelektrischen Umwandlungseinheit ein rotes Licht oder in der Lichteinfallsrichtung in einer Reihenfolge der fotoelektrischen Umwandlungseinheit für grünes Licht, der fotoelektrischen Umwandlungseinheit für blaues Licht und der fotoelektrischen Umwandlungseinheit für rotes Licht angeordnet. Diese Anordnungen werden im Hinblick auf einen Umstand, dass Licht mit einer kürzeren Wellenlänge auf der Seite der Lichteintrittsoberfläche effizienter absorbiert wird, bevorzugt. Rot hat die längste Wellenlänge unter den drei Farben. Dementsprechend wird bevorzugt, die fotoelektrische Umwandlungseinheit für rotes Licht von der Lichteintrittsoberfläche aus betrachtet in einer untersten Schicht zu positionieren. Ein Pixel wird von einer gestapelten Struktur dieser Bildgebungselemente gebildet. Außerdem kann eine fotoelektrische Umwandlungseinheit für Licht im nahen Infrarot (oder eine fotoelektrische Umwandlungseinheit für Infrarotlicht) des ersten Typs vorgesehen werden. Es ist hier vorzuziehen, dass die fotoelektrische Umwandlungsschicht der fotoelektrischen Umwandlungseinheit für Infrarotlicht des ersten Typs aus einem organischen Material beispielsweise besteht und in der untersten Schicht der gestapelten Struktur des Bildgebungselements des ersten Typs und oberhalb des Bildgebungselements des zweiten Typs angeordnet ist. Alternativ dazu kann eine fotoelektrische Umwandlungseinheit für Licht im nahen Infrarot (oder eine fotoelektrische Umwandlungseinheit für Infrarotlicht) des zweiten Typs unterhalb der fotoelektrischen Umwandlungseinheit des ersten Typs vorgesehen werden.
Beispielsweise ist die erste Elektrode auf einer Zwischenschicht-Isolierungsschicht ausgebildet, die auf dem Halbleitersubstrat im Bildgebungselement des ersten Typs ausgebildet. Das auf dem Halbleitersubstrat ausgebildete Bildgebungselement kann entweder von einem rückseitig beleuchteten Typ oder einem vorderseitig beleuchteten Typ sein.
Falls eine fotoelektrische Umwandlungsschicht aus einem organischen Material besteht, kann einer der folgenden vier Aspekte übernommen werden.

(1) Die fotoelektrische Umwandlungsschicht wird von einem organischem Halbleiter vom p-Typ gebildet.
(2) Die fotoelektrische Umwandlungsschicht wird von einem organischen Halbleiter vom n-Typ gebildet.
(3) Die fotoelektrische Umwandlungsschicht wird gebildet von: einer gestapelten Struktur einer organischen Halbleiterschicht vom p-Typ oder einer organischen Halbleiterschicht von n-Typ; einer gestapelten Struktur einer gemischten Schicht, die eine organische Halbleiterschicht vom p-Typ oder einen organischen Halbleiter vom p-Typ und einen organischen Halbleiter vom n-Typ (Bulk-Heterostruktur) oder eine organische Halbleiterschicht von n-Typ enthält; einer gestapelten Struktur einer gemischten Schicht einer organischen Halbleiterschicht vom p-Typ oder eines organischen Halbleiters vom p-Typ und eines organischen Halbleiters vom n-Typ (Bulk-Heterostruktur); oder einer gestapelten Struktur einer gemischten Schicht einer organischen Halbleiterschicht vom n-Typ oder eines organischen Halbleiters vom p-Typ und eines organischen Halbleiters vom n-Typ (Bulk-Heterostruktur).
(4) Die fotoelektrische Umwandlungsschicht wird gebildet von einer Mischung eines organischen Halbleiters vom p-Typ und eines organischen Halbleiters vom n-Typ (Bulk-Heterostruktur). Man beachte, dass die Stapelreihenfolge so eingerichtet wird, dass sie in beliebiger Reihenfolge geändert werden kann.

Beispiele des organischen Halbleiters vom p-Typ umfassen ein Naphthalen-Derivat, Anthracen-Derivat, Phenanthren-Derivat, Pyren-Derivat, Perylen-Derivat, Tetracen-Derivat, Pentacen-Derivat, Chinacridon-Derivat, Thiophen-Derivat, Thienothiophen-Derivat, Benzothiophen-Derivat, Benzothienobenzothiophen-Derivat, Triallylamin-Derivat, Carbazol-Derivat, Perylen-Derivat, Picen-Derivat, Chrysen-Derivat, Fluoranthen-Derivat, Phthalocyanin-Derivat, Subphthalocyanin-Derivat, Subporphyrazin-Derivat, einen Metallkomplex mit einer heterozyklischen Verbindung als Ligand, ein Polythiophen-Derivat, Polybenzothiadiazol-Derivat und Polyfluoren-Derivate. Beispiele des organischen Halbleiters vom n-Typ umfassen Fulleren und ein Fulleren-Derivate <z. B. Fulleren wie etwa C60, C70 und C74 (Fullerene höherer Ordnung) und ein endohedrales Fulleren> oder ein Fulleren-Derivat (z. B. Fulleren-Fluorid, eine PCBM-Fulleren-Verbindung und ein Fulleren-Multimer), einen organischen Halbleiter mit größerem (tieferem) HOMO und LUMO als jene eines organischen Halbleiters vom p-Typ und ein transparentes anorganisches Metalloxid. Spezifische Beispiele des organischen Halbleiters vom n-Typ umfassen eine heterozyklische Verbindung, die Stickstoffatome, Sauerstoffatome und Schwefelatome enthalten, wie etwa ein Pyridin-Derivat, Pyrazin-Derivat, PyrimidinDerivat, Triazin-Derivat, Chinolin-Derivat, Chinoxalin-Derivat, Isochinolin-Derivat, Acridin-Derivat, Phenazin-Derivat, Phenanthrolin-Derivat, Tetrazol-Derivat, Pyrazol-Derivat, Imidazol-Derivat, Thiazol-Derivat, Oxazol-Derivat, Benzoimidazol-Derivat, Benzotriazol-Derivat, Benzoxazol-Derivat, Carbazol-Derivat, Benzofuran-Derivat, Dibenzofuran-Derivat, Subporphyrazin-Derivat, Polyphenylenvinylen-Derivat, Polybenzothiadiazol-Derivat, ein organisches Molekül, das ein Polyfluoren-Derivat oder dergleichen als Teil des molekularen Gerüsts, einen organischen Metallkomplexe und ein Subphthalocyanin-Derivat. Beispiele einer Gruppe, die in einem Fulleren-Derivat enthalten ist, umfassen Halogenatome; eine lineare bzw. geradkettige, verzweigte oder zyklische Alkylgruppe oder Phenylgruppe; eine Gruppe, die eine lineare oder kondensierte aromatische Verbindung enthält; eine Gruppe die eine Halogenverbindung enthält; eine partielle Fluoralkylgruppe; eine Perfluoralkylgruppe; eine Silylalkylgruppe; eine Silylalkoxygruppe; eine Arylsilylgruppe; eine Arylsulfanylgruppe; eine Alkylsulfanylgruppe; eine Arylsulfonylgruppe; eine Alkylsulfonylgruppe; eine Arylsulfidgruppe; eine Alkylsulfidgruppe; eine Aminogruppe; eine Alkylaminogruppe; eine Arylaminogruppe; eine Hydroxygruppe; eine Alkoxygruppe; eine Acylaminogruppe; eine Acyloxygruppe; eine Carbonylgruppe; eine Carboxygruppe; eine Carboxoamidgruppe; eine Carboalkoxygruppe; eine Acylgruppe; eine Sulfonylgruppe; eine Cyanogruppe; eine Nitrogruppe; eine Gruppe, die ein Chalcogenid enthält; eine Phosphingruppe; eine Phosphonatgruppe; und Derivate dieser Materialien. Die Dicke der aus einem organischen Material bestehenden fotoelektrischen Umwandlungsschicht (worauf in einigen Fällen auch als „organische fotoelektrische Umwandlungsschicht“ verwiesen wird) ist nicht auf eine spezifische Dicke. Beispielsweise kann die Dicke ein meinem Bereich von 1 × 10^-8 m bis 5 × 10^-7 m, vorzugsweise 2,5 × 10^-8 m bis 3 × 10^-7 m, bevorzugter 2,5 × 10^-8 m bis 2 × 10^-7 m und noch bevorzugter 1 × 10^-7 m bis 1,8 × 10^-7 m liegen. Man beachte, dass der organische Halbleiter oft in einen p-Typ und einen n-Typ klassifiziert werden. In diesem Fall bezieht sich p-Typ auf einen Typ, der Löcher leicht transportiert, während der n-Typ sich auf einen Typ bezieht, der Elektronen leicht transportiert. Es wird daher nicht so interpretiert, dass der organische Halbleiter Löcher oder Elektronen als eine große Anzahl an Trägern einer thermischen Anregung wie ein anorganischer Halbleiter aufweist.
Alternativ dazu umfassen Beispiele eines Materials, das eine organische fotoelektrische Umwandlungsschicht bildet, die grünes Licht fotoelektrisch umwandelt, einen Rhodamin-Farbstoff, einen Merocyanin-Farbstoff und ein Chinacridon-Derivat, einen Subphthalocyanin-Farbstoff (Subphthalocyanin-Derivat). Beispiele eines Materials, das eine organische fotoelektrische Umwandlungsschicht bildet, die blaues Licht fotoelektrisch umwandelt, umfassen einen Cumarinsäure-Farbstoff, Tris-8-hydroxychinolyl-Aluminium (Alq3) und einen Merocyanin-Farbstoff. Beispiele eines Materials, das eine organische fotoelektrische Umwandlungsschicht bildet, die rotes Licht fotoelektrisch umwandelt, umfassen einen Phthalocyanin-Farbstoff und einen Subphthalocyanin-Farbstoff (ein Subphthalocyanin-Derivat).
Alternativ dazu umfassen Beispiele eines anorganischen Materials, das eine fotoelektrische Umwandlungsschicht bildet, kristallines Silizium, amorphes Silizium, mikrokristallines Silizium, kristallines Selen, amorphes Selen und Chalcopyrit-Verbindungen wie etwa CIGS (CuInGaSe), CIS (CuInSe₂), CuInS₂, CuAlS₂, CuAlSe₂, CuGaS₂, CuGaSe₂, AgAlS₂, AgAlSe₂, AgInS₂, AgIn-Se₂, und umfassen ferner Gruppe-III-V-Verbindungen wie etwa GaAs, InP, AlGaAs, InGaP, AlGaInP und InGaAsP und umfassen ferner noch Verbund-Halbleiter wie etwa CdSe, CdS, In₂Se₃, In₂S₃, Bi₂Se₃, Bi₂S₃, ZnSe, ZnS, PbSe und PbS. Außerdem können aus diesen Materialien bestehende Quantenpunkte verwendet werden, um die fotoelektrische Umwandlungsschicht zu bilden.
Jede der Festkörper-Bildgebungsvorrichtungen des ersten Aspekts und des zweiten Aspekts oder der Festkörper-Bildgebungsvorrichtungen mit der ersten Konfiguration und der zweiten Konfiguration kann eine Festkörper-Bildgebungsvorrichtung für Farbe mit einem Einzel-Panel (engl.: single-panel color) bilden.
Gemäß der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung des zweiten Aspekts der vorliegenden Offenbarung, die das gestapelte Bildgebungselement enthält, sind Bildgebungselemente mit einer Empfindlichkeit für eine Vielzahl von Wellenlängen in einer Lichteinfallsrichtung innerhalb des gleichen Pixels gestapelt, um ein Pixel zu bilden, im Gegensatz zu einer Festkörper-Bildgebungsvorrichtung, die Bildgebungselemente enthält, die in einem Bayer-Array angeordnet sind (d. h. keine spektrale Beugung von Blau, Grün und Rot unter Verwendung einer Farbfilterschicht durchführen). Dementsprechend können sich Empfindlichkeit und Pixeldichte pro Einheitsvolumen verbessern. Ferner weisen die organischen Materialien höhere Absorptionskoeffizienten auf. Dementsprechend kann die Filmdicke der organischen fotoelektrischen Umwandlungsschicht mehr reduziert werden als jene einer herkömmlichen fotoelektrischen Si-Umwandlungsschicht, und daher verringern sich eine Lichtleckage von benachbarten Pixeln und eine Beschränkung für einen Lichteinfallswinkel. Ferner werden Falschfarben durch das herkömmliche Si-Bildgebungselement erzeugt, das Farbsignale durch Interpolation zwischen Pixeln in drei Farben erzeugt. Die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung, die das gestapelte Bildgebungselement gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält, kann jedoch Falschfarben reduzieren. Die organische fotoelektrische Umwandlungsschicht selbst dient auch als Farbfilterschicht. Dementsprechend ist eine Farbtrennung ohne Verwendung einer Farbfilterschicht erreichbar.
Indes kann die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung durch Verwendung einer Farbfilterschicht eine Beschränkung für spektrale Charakteristiken für Blau, Grün und Rot reduzieren und auch eine hohe Massenproduktivität erreichen. Beispiele einer Anordnung der Bildgebungselemente der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfassen nicht nur ein Bayer-Array, sondern auch ein Zwischenzeilen-Array, ein Array mit G-Streifen und RB-Schachbrettmuster, ein Array mit G-Streifen und komplettem RB-Schachbrettmuster (engl.: G-stripe RB complete checkered array), ein Komplementärfarben-Array im Schachbrettmuster, ein Streifen-Array, ein Array mit Schrägstreifen, ein Array mit Primärfarben-Chrominanz, ein sequentielles Array mit Feld-Chrominanz, ein sequentielles Array mit Frame-Chrominanz, ein Array vom MOS-Typ, ein verbessertes Array vom MOS-Typ, ein Array mit Frame-Verschachtelung und ein Array mit Feldverschachtelung. Ein Bildgebungselement bildet hier ein Pixel (oder Subpixel) .
Die Farbfilterschicht (ein Mittel zur Auswahl von Wellenlängen) kann eine Filterschicht sein, die nicht nur Rot, Grün, Blau, sondern auch spezifische Wellenlängen wie etwa Cyan, Magenta und Gelb durchlässt. Die Farbfilterschicht kann nicht nur von einer Farbfilterschicht aus organischem Material, die organische Verbindungen wie etwa Pigmente und Farbstoffe enthält, sondern auch einem dünnen Film, der aus einem anorganischen Material wie etwa photonischen Kristallen besteht, einem Wellenlängen-Auswahlelement, das ein Plasmon nutzt (eine Farbfilterschicht mit einer leitenden Gitterstruktur, wo eine gitterförmige Lochstruktur in einem leitenden dünnen Film ausgebildet, z. B. siehe JP 2008-177191A ), und amorphem Silizium gebildet werden.
Ein Pixelgebiet, wo eine Vielzahl der Bildgebungselemente oder dergleichen der vorliegenden Offenbarung oder der gestapelten Bildelemente oder dergleichen der vorliegenden Offenbarung angeordnet ist, wird von einer Vielzahl von Pixeln gebildet, die in einem zweidimensionalen Array regelmäßig angeordnet sind. Das Pixelgebiet wird im Allgemeinen von einem effektiven Pixelgebiet, das Licht tatsächlich empfängt, eine durch fotoelektrische Umwandlung erzeugte Signalladung verstärkt und die Signalladung liest und zur Ansteuerschaltung ausgibt, und einem Referenz-Pixelgebiet für Schwarz (worauf auch als optisch schwarzes Pixelgebiet (OPB) verwiesen wird), um einer Referenz eines Schwarzpegels entsprechendes optisches Schwarz auszugeben, gebildet. Das Referenz-Pixelgebiet für Schwarz ist gewöhnlich in einem äußeren peripheren Bereich des effektiven Pixelgebiets angeordnet.
In dem Bildgebungselement und dergleichen der vorliegenden Offenbarung, das die oben beschriebenen jeweiligen bevorzugten Modi enthält, wird eine fotoelektrische Umwandlung in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht entsprechend einer Einstrahlung von Licht hervorgerufen und wird eine Trägertrennung von Löchern und Elektronen durchgeführt. Außerdem wird eine Elektrode, aus der Löcher extrahiert werden, als Anode bezeichnet und wird eine Elektrode, aus der Elektronen extrahiert werden, als Anode bezeichnet. Die erste Elektrode bezeichnet eine Kathode, während die zweite Elektrode eine Anode bildet.
Jede der ersten Elektrode, der Ladungsakkumulierungselektrode, der Übertragungs-Steuerungselektrode, der Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode, der Ladungsentladungselektrode und der zweiten Elektrode kann aus einem transparenten leitfähigen Material bestehen. Auf die erste Elektrode, die Ladungsakkumulierungselektrode, die Übertragungs-Steuerungselektrode und die Ladungsentladungselektrode kann in einigen Fällen zusammen als „erste Elektrode und dergleichen“ verwiesen werden. Alternativ dazu kann in einem Fall, in dem das Bildgebungselement und dergleichen der vorliegenden Offenbarung in einer flachen Ebene wie etwa einem Bayer-Array angeordnet ist, die zweite Elektrode zum Beispiel so konfiguriert sein, dass sie aus einem transparenten leitfähigen Material besteht, und kann jede der ersten Elektrode und dergleichen so konfiguriert sein, dass sie aus einem Metallmaterial besteht. In diesem Fall kann konkret die auf der Lichteintrittsseite angeordnete zweite Elektrode so konfiguriert sein, dass sie aus einem transparenten leitfähigen Material besteht, während jede der ersten Elektrode und dergleichen so konfiguriert sein kann, dass sie beispielsweise aus Al-Nd (einer Legierung aus Aluminium und Neodym) oder ASC (einer Legierung aus Aluminium, Samarium und Kupfer) besteht. Auf die aus einem transparenten leitfähigen Material bestehende Elektrode wird in einigen Fällen als „transparente Elektrode“ verwiesen. Eine Bandlückenenergie des transparenten leitfähigen Materials ist vorzugsweise 2,5 eV oder höher, vorzugsweise 3,1 eV oder höher. Das transparente leitfähige Material, das die transparente Elektrode bildet, kann zum Beispiel ein leitfähiges Metalloxid sein. Spezifische Beispiele des transparenten leitfähigen Materials umfassen Indiumoxid, Indiumzinnoxid (ITO, einschließlich Sndotiertes In₂O₃, kristallines ITO und amorphes ITO), Indiumzinkoxid (IZO, Indiumzinkoxid), das Zinkoxid enthält, dem Indium als Dotierstoff zugesetzt ist, Indiumgalliumoxid (IGO), das Galliumoxid enthält, dem Indium als Dotierstoff zugesetzt ist, Indiumgalliumzinkoxid (IGZO, In-GaZnO₄), das Zinkoxid enthält, dem Indium und Gallium als Dotierstoff zugesetzt sind, Indiumzinnzinkoxid (ITZO), das Zinkoxid enthält, dem Indium und Zinn als Dotierstoff zugesetzt sind, IFO (F-dotiertes In₂O₃), Zinnoxid (SnO₂), ATO (Sb-dotiertes SnO₂), FTO (F-dotiertes SnO₂), Zinkoxid (das ZnO enthält, in das ein anderes Element dotiert ist), Aluminiumzinkoxid (AZO), das Zinkoxid enthält, dem Aluminium als Dotierstoff zugesetzt ist, Galliumzinkoxid (GZO), das Zinkoxid enthält, dem Gallium als Dotierstoff zugesetzt ist, Titaniumoxid (TiO₂), Niobtitanoxid (TNO), das Titanoxid enthält, dem Niob als Dotierstoff zugesetzt ist, Antimonoxid, CuI, InSbO₄, ZnMgO, CuInO₂, MgIn₂O₄, CdO, ZnSnO₃, Spinell-Oxid und ein Oxid mit einer YbFe₂O₄-Struktur. Alternativ dazu umfassen Beispiele des transparenten leitfähigen Materials eine transparente Elektrode, die eine Basisschicht aufweist, die aus Galliumoxid, Titanoxid, Nioboxid, Nickeloxid oder anderen besteht. Die transparente Elektrode kann eine Dicke aufweisen, die von 2 × 10^-8 bis 2 × 10^-7 m, vorzugsweise von 3 × 10^-8 bis 1 × 10^-7 m, reicht. Falls die erste Elektrode Transparenz aufweisen muss, ist es im Hinblick auf eine Vereinfachung eines Herstellungsprozesses vorzuziehen, dass die Ladungsentladungselektrode ebenfalls aus einem transparenten leitfähigen Material geschaffen wird.
Alternativ dazu besteht, falls Transparenz unnötig ist, die Kathode mit einer Funktion als Elektrode, aus der Elektronen extrahiert werden, vorzugsweise aus einem leitfähigen Material mit einer niedrigen Austrittsarbeit (z. B. Φ = 3,5 bis 4,5 eV). Spezifische Beispiele des die Kathode bildenden leitfähigen Materials umfassen leitfähige Materialien wie etwa ein Alkalimetall (z. B. Li, Na, K und dergleichen) und ein Fluorid oder ein Oxid eines Alkalimetalls, ein Erdalkalimetall (z. B. Mg, Ca und dergleichen) und ein Fluorid oder ein Oxid eines Erdalkalimetalls, Aluminium (Al), Zink (Zn), Zinn (Sn), Thallium (TI), eine Natrium-Kalium-Legierung, ein Aluminium-Lithium-Legierung, eine Magnesium-Silber-Legierung, Indium, ein seltenes Erdmetall wie etwa Ytterbium und Legierungen von diesen. Alternativ dazu umfassen Beispiele des die Kathode bildenden Materials ein Metall wie etwa Platin (Pt), Gold (Au), Palladium (Pd), Chrom (Cr), Nickel (Ni), Aluminium (Al), Silber (Ag), Tantal (Ta), Wolfram (W), Kupfer (Cu), Titan (Ti), Indium (In), Zinn (Sn), Eisen (Fe), Kobalt (Co), Molybdän (Mo) oder Legierungen, die diese Metallelemente enthalten, leitfähige Teilchen, die von diesen Metallen gebildet werden, leitfähige Teilchen einer Legierung, die diese Metalle enthalten, Polysilizium, das Störstellen enthält, ein Kohlenstoffmaterial, ein Oxid-Halbleitermaterial, Kohlenstoff-Nanoröhrchen und Graphen oder umfassen eine gestapelte Struktur, die diese Elemente enthält. Ferner umfassen Beispiele des Materials, das die Kathode bildet, ein organisches Material (leitfähige Makromoleküle, wie etwa Poly-(3,4-ethylendioxythiophen)/Polystyrolsulfonsäure [PEDOT/PSS]. Ferner können diese leitfähigen Materialien mit Bindemitteln (Makromolekülen) in Form einer Paste oder Tinte gemischt und dann gehärtet werden, um als Elektrode genutzt zu werden.
Filme der ersten Elektrode und dergleichen und der zweiten Elektrode (Kathode und Anode) können mittels eines Trockenverfahrens oder Nassverfahrens gebildet werden. Beispiele des Trockenverfahrens umfassen eine physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) und chemische Gasphasenabscheidung (CVD). Beispiele eines Filmausbildungsverfahrens, das das Prinzip einer PVD nutzt, umfassen eine Vakuumabscheidung bzw. -verdampfung unter Verwendung einer Widerstandsheizung oder Hochfrequenzheizung, eine EB-(Elektronenstrahl-)Verdampfung, verschiedene Arten des Sputterns (Magnetron-Sputtern, Sputtern mit RF-DCgekoppelter Vorspannung, ECR-Sputtern, Sputtern mit gegenüberliegendem Target und Hochfrequenz-Sputtern), ein Ionen-Plattieren, einen Laserabtrag, eine Molekularstrahlepitaxie und eine Laserübertragung. Ferner umfassen Beispiele einer CVD eine Plasma-CVD, eine thermische CVD, eine CVD mit organischem Metall (MO) und eine optische CVD. Auf der anderen Seite umfassen Beispiele des Nassverfahrens ein Elektroplattieren, ein stromloses Plattieren, eine Schleuderbeschichtung, einen Tintenstrahl, eine Sprühbeschichtung, ein Stempeln, einen Mikrokontakt-Druck, einen flexografischen Druck, einen Offset-Druck, einen Tiefdruck und ein Tauchen. Beispiele einer Strukturierung umfassen chemisches Ätzen wie etwa eine Schattenmaskierung, eine Laserübertragung und Fotolithografie und eine physikalische Ätzung unter Verwendung von ultraviolettem Licht, Lasern und dergleichen. Beispiele einer Technik zum Ebnen für die erste Elektrode und dergleichen und die zweite Elektrode umfassen ein Ebnen mit einem Laser, ein Reflow bzw. Wiederaufschmelzen und CMP (chemisch-mechanisches Polieren).
Beispiele des Materials, das die Isolierungsschicht bildet, umfassen nicht nur anorganische Isolierungsmaterialien wie etwa: ein Siliziumoxidmaterial; Siliziumnitrid (SiN_y); ein Isolierungsmaterial mit hoher Dielektrizitätskonstante eines Metalloxids wie etwa Aluminiumoxid (Al₂O₃), sondern umfassen auch ein organisches Isolierungsmaterial (organisches Polymer) wie etwa: Polymethylmethacrylat (PMMA); Polyvinylphenol (PVP); Polyvinylalkohol (PVA); Polyimid; Polycarbonat (PC); Polyethylenterephthalat (PET); Polystyrol; ein Silanol-Derivat (Silankoppelndes Mittel) wie etwa N-2(Aminoethyl)3-aminopropyltrimethoxysilan (AEAPTMS), 3-Mercaptopropyltrimethoxysilan (MPTMS) und Octadecyltrichlorsilan (OTS); ein Novolac-Phenolharz; ein Harz auf Fluor-Basis; und einen geradkettigen Kohlenwasserstoff mit einer funktionalen Gruppe, die an einem Ende angeordnet ist und mit einer Steuerungselektrode gekoppelt werden kann, wie etwa Octadecanthiol, Dodecylisocyanat. Diese Materialien können zur Nutzung kombiniert werden. Beispiele des Siliziumoxidmaterials umfassen Siliziumoxid (SiO_x), BPSG, PSG, BSG, AsSG, PbSG, Siliziumoxinitrid (SiON), SOG (Spin-on-Glass), ein Isolierungsmaterial mit niedriger Dielektrizitätskonstante (z. B. Polyarylether, ein Cycloperfluorkohlenstoff-Polymer und Benzocyclobuten, zyklisches Fluorharz, Polytetrafluorethylen, Arylfluoridether, Polyimidfluorid, amorpher Kohlenstoff und organisches SOG). Die Isolierungsschicht kann entweder eine Einzelschicht-Konfiguration oder eine Konfiguration aufweisen, in der mehrere Schichten (z. B. zwei Schichten) gestapelt sind. Im letztgenannten Fall ist es ausreichend, falls Schichten in folgender Weise ausgebildet sind. Eine untere Schicht einer Isolierung ist zumindest auf der Ladungsakkumulierungselektrode oder in einem Gebiet zwischen der Ladungsakkumulierungselektrode und der ersten Elektrode ausgebildet. Die untere Schicht einer Isolierung wird, indem man die untere Isolierungsschicht ebnet, zumindest in dem Gebiet zwischen der Ladungsakkumulierungselektrode und der ersten Elektrode zurückgelassen. Eine obere Schicht einer Isolierung wird auf der verbliebenen unteren Schicht einer Isolierung und der Ladungsakkumulierungselektrode ausgebildet. Auf diese Weise kann eine ausreichende Ebenheit der Isolierungsschicht zuverlässig erreicht werden. Es reicht aus, falls Materialien, die eine Schutzschicht, jeweilige Zwischenschicht-Isolierungsschichten und einen Film aus einem Isolierungsmaterial bilden, aus den obigen Materialien geeignet ausgewählt werden.
Konfigurationen und Strukturen der Floating-Diffusionsschicht, des Verstärkungstransistors, des Rücksetztransistors und des Auswahltransistors, die die Steuerungseinheit bilden, können Konfigurationen und Strukturen einer herkömmlichen Floating-Diffusionsschicht, eines herkömmlichen Verstärkungstransistors, eines herkömmlichen Rücksetztransistors und eines herkömmlichen Auswahltransistors ähnlich sein. Die Ansteuerschaltung kann eine bekannte Konfiguration und eine bekannte Struktur aufweisen.
Die erste Elektrode ist mit der Floating-Diffusionsschicht und einem Gate-Bereich des Verstärkungstransistors verbunden. Es reicht aus, falls ein Kontaktlochbereich für eine Verbindung zwischen der ersten Elektrode, der Floating-Diffusionsschicht und dem Gate-Bereich des Verstärkungstransistors ausgebildet ist. Beispiele eines den Kontaktlochbereich bildenden Materials umfassen Polysilizium, in das Störstellen dotiert sind, ein Metall mit hohem Schmelzpunkt und ein Metallsilizid wie etwa Wolfram, Ti, Pt, Pd, Cu, TiW, TiN, TiNW, WSi₂ und MoSi₂ und eine gestapelte Struktur, die von aus diesen Materialien bestehenden Schichten gebildet wird (z. B. Ti/TiN/W).
Eine erste trägerblockierende Schicht kann zwischen der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht und der ersten Elektrode vorgesehen werden, und eine zweite trägerblockierende Schicht kann zwischen der organischen fotoelektrischen Umwandlungsschicht und der zweiten Elektrode vorgesehen werden. Ferner kann eine erste Ladungsinjektionsschicht zwischen der ersten trägerblockierenden Schicht und der ersten Elektrode vorgesehen werden, und eine zweite Ladungsinjektionsschicht kann zwischen der zweiten trägerblockierenden Schicht und der zweiten Elektrode vorgesehen werden. Beispiele eines die Elektroneninjektionsschicht bildenden Materials umfassen Alkalimetalle wie etwa Lithium (Li), Natrium (Na) und Kalium (K) und ein Fluorid und Oxid dieser Metalle und Erdalkalimetalle wie etwa Magnesium (Mg) und Kalizium (Ca) und ein Fluid und Oxid dieser Metalle.
Beispiele eines Filmausbildungsverfahrens der jeweiligen organischen Schicht umfassen ein Trocken-Filmausbildungsverfahren und ein Nass-Filmausbildungsverfahren. Beispiele des Trocken-Filmausbildungsverfahrens umfassen eine Vakuumabscheidung bzw. -verdampfung unter Verwendung einer Widerstandsheizung oder Hochfrequenzheizung und einer Elektronenstrahlheizung, eine Flash-Verdampfung, eine Plasma-Verdampfung, eine EB-Verdampfung, verschiedene Arten von Sputtern (bipolares Sputtern, DC-Sputtern, DC-Magnetron-Sputtern, Hochfrequenz-Sputtern, Magnetron-Sputtern, Sputtern mit RF-DCgekoppelter Vorspannung, ECR-Sputtern, Sputtern mit gegenüberliegendem Target, Hochfrequenz-Sputtern und Ionenstrahl-Sputtern), ein DC-(Gleichstrom-)Verfahren, ein RF-Verfahren, ein Mehrkathodenverfahren, ein Verfahren mit aktivierter Reaktion, eine Verdampfung unter einem elektrischen Feld, verschiedene Arten eines Ionen-Plattierens wie etwa Ionen-Plattieren mit Hochfrequenz und reaktives Ionen-Plattieren, einen Laserabtrag, eine Laserübertragung und eine Molekularstrahlepitaxie (MBE). Ferner umfassen Beispiele einer CVD, eine Plasma-CVD, eine thermische CVD, MOCVD und eine optische CVD. Auf der anderen Seite umfassen spezifische Beispiele des Trockenverfahrens: eine Schleuderbeschichtung, eine Immersion; einen Guss; einen Mikrokontakt-Druck, ein Drop-Casting; verschiedene Arten eines Drucks wie etwa einen Siebdruck, einen Tintenstrahl-Druck, einen Offset-Druck, einen Tiefdruck und einen flexografischen Druck; Stempeln; Sprühen und verschiedene Arten einer Beschichtung wie etwa mit einem Air-Doctor-Beschichter, einem Blade- bzw. Klingen-Beschichter, einem Rod- bzw. Stab-Beschichter, einem Knife- bzw. Messer-Beschichter, einem Squeeze- bzw. Quetsch-Beschichter, einem Reverse-Roll-Bschichter, einem Transfer-Roll-Beschichter, einem Gravur-Beschichter, einem Kiss-Beschichter, einem Cast-Beschichter, einem Sprühbeschichter, einem Beschichter mit Schlitzöffnung, einem Kalander-Beschichter. Beispiele eines Lösungsmittels, das für ein Aufbringungsverfahren verwendet wird, umfassen unpolare Lösungsmittel oder mit geringer Polarität wie etwa Toluol, Chloroform, Hexan und Ethanol. Beispiele einer Strukturierung umfassen ein chemisches Ätzen wie etwa eine Schattenmaskierung, eine Laserübertragung und Fotolithografie und eine physikalische Ätzung unter Verwendung von ultraviolettem Licht, Lasern und dergleichen. Beispiele einer Ebnungs- bzw. Planarisierungstechnik' für die jeweiligen organischen Schichten umfassen eine Planarisierung bzw. ein Ebnen mit einem Laser und ein Wiederaufschmelzen.
Wie oben beschrieben wurde, können eine On-Chip-Mikrolinse und eine Lichtabschirmungsschicht auf dem Bildgebungselement oder der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung nach Bedarf vorgesehen werden. Eine Ansteuerschaltung und Verdrahtung zum Ansteuern des Bildgebungselements sind vorgesehen. Eine Blende zum Steuern eines Lichteintritts in das Bildgebungselement kann bei Bedarf vorgesehen werden, oder ein optischer Abschneide- bzw. Cut-Filter kann je nach Anwendungszwecken der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung vorgesehen werden.
Ferner kann in jeder der Festkörper-Bildgebungsvorrichtungen mit der ersten Konfiguration und der zweiten Konfiguration ein Modus angenommen werden, in dem eine On-Chip-Mikrolinse oberhalb des einen Bildgebungselements oder dergleichen der vorliegenden Offenbarung in einem Modus vorgesehen ist, oder ein Modus, in dem eine On-Chip-Mikrolinse oberhalb eines Bildgebungselementblocks, der von den beiden Bildgebungselementen oder dergleichen der vorliegenden Offenbarung gebildet wird, vorgesehen ist.
Falls beispielsweise die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung in einer integrierten Schaltung zum Auslesen (ROIC) gestapelt ist, können diese Komponenten gestapelt werden, indem man ein Ansteuersubstrat, das einen von der integrierten Schaltung zum Auslesen und Kupfer (Cu) gebildeten Verbindungsbereich aufweist, und ein Bildgebungselement, das einen Verbindungsbereich aufweist, so überlappen lässt, dass die jeweiligen Verbindungsbereiche miteinander in Kontakt kommen, und man die jeweiligen Verbindungsbereiche verbindet. Alternativ dazu können die jeweiligen Verbindungsbereiche unter Verwendung eines Lötmetallhöckers oder dergleichen verbunden werden.
Außerdem kann ein Ansteuerverfahren zum Ansteuern jeder der Festkörper-Bildgebungsvorrichtungen gemäß dem ersten Aspekt und dem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung folgendes Ansteuerverfahren der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung sein.
In all den Bildgebungselementen werden Ladungen in der ersten Elektrode gleichzeitig aus dem System nach außen entladen bzw. abgeleitet, während Ladungen in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht (oder der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht und der fotoelektrischen Umwandlungsschicht) akkumuliert werden.
Anschließend werden in all den Bildgebungselementen die in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht (oder der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht und der fotoelektrischen Umwandlungsschicht) akkumulierten Ladungen gleichzeitig zur ersten Elektrode übertragen. Nach Abschluss einer Übertragung werden die zur ersten Elektrode übertragenen Ladungen in jedem der Bildgebungselemente sequentiell ausgelesen. Die jeweiligen Schritte werden wiederholt.
Gemäß dem Ansteuerverfahren der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung, das oben beschrieben wurde, hat jedes der Bildgebungselemente solch eine Struktur, in der Licht, das von der Seite der zweiten Elektrode aus eingetreten ist, nicht in die erste Elektrode eintritt. Außerdem werden in all den Bildgebungselementen Ladungen in der ersten Elektrode aus dem System nach außen gleichzeitig entladen, während Ladungen in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht und dergleichen akkumuliert werden. Dementsprechend können die ersten Elektroden all der Bildgebungselemente gleichzeitig und zuverlässig zurückgesetzt werden. Anschließend werden in all den Bildgebungselementen die in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht und dergleichen akkumulierten Ladungen gleichzeitig zur ersten Elektrode übertragen. Nach Abschluss einer Übertragung werden die zur ersten Elektrode übertragenen Ladungen in jedem der Bildgebungselemente sequentiell ausgelesen. Dementsprechend kann was man allgemein als globale Blendenfunktion bezeichnet leicht erreicht werden.
Das Bildgebungselement und die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung der Ausführungsform 1 wird hier im Folgenden im Detail beschrieben.
Ein Bildgebungselement 10 der Ausführungsform 1 enthält ferner ein Halbleitersubstrat (konkreter ein Silizium-Halbleitersubstrat) 70. In diesem Fall ist oberhalb des Halbleitersubstrats 70 eine fotoelektrische Umwandlungseinheit angeordnet. Außerdem enthält das Bildgebungselement 10 ferner eine Steuerungseinheit, die auf dem Halbleitersubstrat 70 vorgesehen ist und eine Ansteuerschaltung aufweist, mit der die erste Elektrode 21 und eine zweite Elektrode 22 verbunden sind. Es wird hier angenommen, dass eine Lichteintrittsoberfläche des Halbleitersubstrats 70 auf einer oberen Seite liegt und dass die dem Halbleitersubstrat 70 entgegengesetzte Seite eine untere Seite ist. Eine von einer Vielzahl von Leiterbahnen gebildete Verdrahtungsschicht 62 ist unter dem Halbleitersubstrat 70 vorgesehen.
Zumindest eine Floating-Diffusionsschicht FD₁ oder ein Verstärkungstransistor TR1_amp , die die Steuerungseinheit bilden, ist auf dem Halbleitersubstrat 70 vorgesehen. Die erste Elektrode 21 ist mit der Floating-Diffusionsschicht FD₁ und einem Gate-Bereich des Verstärkungstransistors TR1_amp verbunden. Ein Rücksetztransistor TR1_rst und ein Auswahltransistor TR1_sel , die die Steuerungseinheit bilden, sind ferner auf dem Halbleitersubstrat 70 vorgesehen. Die Floating-Diffusionsschicht FD₁ ist mit einem Source-/Drain-Gebiet des Rücksetztransistors TR1_rst verbunden. Das andere Source-/Drain-Gebiet des Verstärkungstransistors TR1_amp ist mit einem Source-/Drain-Gebiet des Auswahltransistors TR1_sel verbunden. Das andere Source-/Drain-Gebiet des Auswahltransistors TR1_sel ist mit einem Signal VSL₁ verbunden. Der Verstärkungstransistor TR1_amp , der Rücksetztransistor TR1_rst und der Auswahltransistor TR1_sel , die oben beschrieben wurden, bilden die Ansteuerschaltung.
Konkret sind das Bildgebungselement und das gestapelte Bildgebungselement der Ausführungsform 1 ein rückseitig beleuchtetes Bildgebungselement bzw. ein rückseitig beleuchtetes gestapeltes Bildgebungselement und haben eine Struktur, die drei gestapelte Bildgebungselemente umfasst, die von einem Bildgebungselement für grünes Licht des ersten Typs der Ausführungsform 1 (worauf hier im Folgenden als „erstes Bildgebungselement“ verwiesen wird), das eine Empfindlichkeit für grünes Licht aufweist und eine fotoelektrische Umwandlungsschicht für grünes Licht des ersten Typs zum Absorbieren von grünem Licht enthält, einem herkömmlichen Bildgebungselement für blaues Licht des zweiten Typs (worauf hier im Folgenden als „zweites Bildgebungselement“ verwiesen wird), das eine Empfindlichkeit für blaues Licht aufweist und eine fotoelektrische Umwandlungsschicht für blaues Licht des zweiten Typs zum Absorbieren von blauem Licht enthält, und einem herkömmlichen Bildgebungselement für rotes Licht des zweiten Typs (worauf hier im Folgenden als „drittes Bildgebungselement“ verwiesen wird) gebildet werden, das eine Empfindlichkeit für rotes Licht aufweist und eine fotoelektrische Umwandlungsschicht für rotes Licht des zweiten Typs zum Absorbieren von rotem Licht enthält. Ein Bildgebungselement für rotes Licht (drittes Bildgebungselement) 12 und ein Bildgebungselement für blaues Licht (zweites Bildgebungselement) 11 sind innerhalb des Halbleitersubstrats 70 vorgesehen. Das zweite Bildgebungselement 11 ist näher zur Lichteintrittsseite gelegen als das dritte Bildgebungselement 12. Außerdem ist das Bildgebungselement für grünes Licht (erstes Bildgebungselement 10) oberhalb des Bildgebungselements für blaues Licht (zweites Bildgebungselement 11) vorgesehen. Ein Pixel hat eine gestapelte Struktur, die von dem ersten Bildgebungselement 10, dem zweiten Bildgebungselement 11 und dem dritten Bildgebungselement 12 gebildet wird. Eine Farbfilterschicht ist nicht vorgesehen.
Im ersten Bildgebungselement 10 sind die erste Elektrode 21 und die Ladungsakkumulierungselektrode 24 auf einer Zwischenschicht-Isolierungsschicht 81 ausgebildet und an voneinander getrennten Positionen angeordnet. Die Zwischenschicht-Isolierungsschicht 81 und die Ladungsakkumulierungselektrode 24 sind durch die Isolierungsschicht 82 bedeckt. Die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und die fotoelektrische Umwandlungsschicht 23A sind auf der Isolierungsschicht 82 ausgebildet. Die zweite Elektrode 22 ist auf der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 23A ausgebildet. Eine Schutzschicht 83 ist auf einer gesamten Oberfläche, die die zweite Elektrode 22 umfasst, ausgebildet. Eine On-Chip-Mikrolinse 14 ist auf der Schutzschicht 83 vorgesehen. Eine Farbfilterschicht ist nicht vorgesehen. Beispielsweise wird jede der ersten Elektrode 21, der Ladungsakkumulierungselektrode 24 und der zweiten Elektrode 22 von einer transparenten Elektrode gebildet, die aus ITO (Austrittsarbeit: annähernd 4,4 eV) besteht. Die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B besteht aus In_aSn_b-Ti_cZn_dO_e. Die fotoelektrische Umwandlungsschicht 23A wird von einer Schicht gebildet, die ein bekanntes organisches fotoelektrisches Umwandlungsmaterial mit einer Empfindlichkeit für zumindest grünes Licht (z.B. einen Rhodamin-Farbstoff, einen Merocyanin-Farbstoff und ein organisches Material wie etwa Chinacridon) enthält. Jede der Zwischenschicht-Isolierungsschicht 81, der Isolierungsschicht 82 und der Schutzschicht 83 besteht aus einem bekannten Isolierungsmaterial (z. B. SiO₂ und SiN). Die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und die erste Elektrode 21 sind über einen in der Isolierungsschicht 82 ausgebildeten Verbindungsbereich 67 miteinander verbunden. Die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B erstreckt sich innerhalb des Verbindungsbereichs 67. Konkret erstreckt sich die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B innerhalb einer in der Isolierungsschicht 82 ausgebildeten Öffnung 85 und ist mit der ersten Elektrode 21 verbunden.
Die Ladungsakkumulierungselektrode 24 ist mit der Ansteuerschaltung verbunden. Konkret ist die Ladungsakkumulierungselektrode 24 über ein Verbindungsloch 66, einen Pad-Bereich 64 und eine Leiterbahn V_OA , die innerhalb der Zwischenschicht-Isolierungsschicht 81 ausgebildet sind, mit einer vertikalen Ansteuerschaltung 112 verbunden.
Die Ladungsakkumulierungselektrode 24 ist der Größe nach größer als die erste Elektrode 21. Unter der Annahme, dass eine Fläche der Ladungsakkumulierungselektrode 24 s₁' ist und dass eine Fläche der ersten Elektrode 21 s₁ ist, ist vorzugsweise folgende Beziehung erfüllt, muss aber nicht erfüllt sein. $4 \leq s_{1}' / s_{1}$
In der Ausführungsform 1 wird beispielsweise folgender Wert übernommen, muss aber nicht übernommen werden. $s_{1}' / s_{1} = 8$
Ein Elementtrenngebiet 71 ist auf einer Seite der ersten Oberfläche (vorderen Oberfläche) 70A des Halbleitersubstrats 70 ausgebildet. Ferner ist auf der ersten Oberfläche 70A des Halbleitersubstrats 70 ein Oxidfilm 72 ausgebildet. Der Rücksetztransistor TR1_rst , der Verstärkungstransistor TR1_amp und der Auswahltransistor TR1_sel , die die Steuerungseinheit des ersten Bildgebungselements 10 bilden, sind ferner auf der Seite der ersten Oberfläche des Halbleitersubstrats 70 vorgesehen. Die erste Floating-Diffusionsschicht FD₁ ist ferner auf der Seite der ersten Oberfläche des Halbleitersubstrats 70 ausgebildet.
Der Rücksetztransistor TR1_rst wird von einem Gate-Bereich 51, einem Kanalausbildungsgebiet 51A und Source-/Drain-Gebieten 51B und 51C gebildet. Der Gate-Bereich 51 des Rücksetztransistors TR1_rst ist mit einer Rücksetzleitung RST₁ verbunden. Das eine Source-/Drain-Gebiet 51C des Rücksetztransistors TR1_rst dient auch als die erste Floating-Diffusionsschicht FD₁ , während das andere Source-/Drain-Gebiet 51B mit einer Stromquelle V_DD verbunden ist.
Die erste Elektrode 21 ist über ein Verbindungsloch 65 und einen Pad-Bereich 63, die innerhalb der Zwischenschicht-Isolierungsschicht 81 ausgebildet sind, einen Kontaktlochbereich 61, der in dem Halbleitersubstrat 70 und der Zwischenschicht-Isolierungsschicht 76 ausgebildet ist, und die Verdrahtungsschicht 62, die in der Zwischenschicht-Isolierungsschicht 76 ausgebildet ist, mit dem einen Source-/Drain-Gebiet 51C (erste Floating-Diffusionsschicht FD₁ ) des Rücksetztransistors TR1_rst verbunden.
Der Verstärkungstransistor TR1_amp wird von einem Gate-Bereich 52, einem Kanalausbildungsgebiet 52A und Source-/Drain-Gebieten 52B und 52C gebildet. Der Gate-Bereich 52 ist mit der ersten Elektrode 21 und dem einen Source-/Drain-Gebiet 51C (erste Floating-Diffusionsschicht FD₁ ) des Rücksetztransistors TR1_rst über die Verdrahtungsschicht 62 verbunden. Außerdem ist das eine Source-/Drain-Gebiet 52B mit der Stromquelle V_DD verbunden.
Der Auswahltransistor TR1_sel wird von einem Gate-Bereich 53, einem Kanalausbildungsgebiet 53A und Source-/Drain-Gebieten 53B und 53C gebildet. Der Gate-Bereich 53 ist mit einer Auswahlleitung SEL₁ verbunden. Ferner weist das eine Source-/Drain-Gebiet 53B ein Gebiet auf, das mit dem anderen Source-/Drain-Gebiet 53C, das den Verstärkungstransistor TR1_amp bildet, geteilt bzw. gemeinsam genutzt wird. Das andere Source-/Drain-Gebiet 53C ist mit einer Signalleitung (Datenausgabeleitung) VSL₁ (117) verbunden.
Das zweite Bildgebungselement 11 enthält als fotoelektrische Umwandlungsschicht ein Halbleitergebiet 41 vom n-Typ, das im Halbleitersubstrat 70 ausgebildet ist. Ein Gate-Bereich 45 eines Übertragungstransistors TR2_trs , der von einem vertikalen Transistor gebildet wird, erstreckt sich bis zum Halbleitergebiet 41 vom n-Typ und verbindet auch mit einer Übertragungs-Gateleitung TG₂ . Ferner ist eine zweite Floating-Diffusionsschicht FD₂ in einem Gebiet 45C ausgebildet, das im Halbleitersubstrat 70 enthalten und nahe dem Gate-Bereich 45 des Übertragungstransistors TR2_trs gelegen ist. In dem Halbleitergebiet 41 vom n-Typ akkumulierte Ladungen werden über einen entlang dem Gate-Bereich 45 ausgebildeten Übertragungskanal zur zweiten Floating-Diffusionsschicht FD₂ ausgelesen.
Ferner sind in dem zweiten Bildgebungselement 11 ein Rücksetztransistor TR2_rst , ein Verstärkungstransistor TR2_amp und ein Auswahltransistor TR2_sel, die die Steuerungseinheit des zweiten Bildgebungselements 11 bilden, auf der Seite der ersten Oberfläche des Halbleitersubstrats 70 vorgesehen.
Der Rücksetztransistor TR2_rst wird von einem Gate-Bereich, einem Kanalausbildungsgebiet und Source-/Drain-Gebieten gebildet. Der Gate-Bereich des Rücksetztransistors TR2_rst ist mit einer Rücksetzleitung RST₂ verbunden. Das eine Source-/Drain-Gebiet des Rücksetztransistors TR2_rst ist mit der Stromquelle VDD verbunden, während das andere Source-/Drain-Gebiet als die zweite Floating-Diffusionsschicht FD₂ fungiert.
Der Verstärkungstransistor TR2_amp wird von einem Gate-Bereich, einem Kanalausbildungsgebiet und Source-/Drain-Gebieten gebildet. Der Gate-Bereich ist mit dem anderen Source-/Drain-Gebiet (zweite Floating-Diffusionsschicht FD₂ ) des Rücksetztransistors TR2_rst verbunden. Außerdem ist das eine Source-/Drain-Gebiet mit der Stromquelle VDD verbunden.
Der Auswahltransistor TR2_sel wird von einem Gate-Bereich, einem Kanalausbildungsgebiet und Source-/Drain-Gebieten gebildet. Der Gate-Bereich ist mit einer Auswahlleitung SEL₂ verbunden. Ferner weist das eine Source-/Drain-Gebiet ein Gebiet auf, das mit dem anderen Source-/Drain-Gebiet, das den Verstärkungstransistor TR2_amp bildet, geteilt wird. Das andere Source-/Drain-Gebiet ist mit einer Signalleitung (Datenausgabeleitung) VSL₂ verbunden.
Das dritte Bildgebungselement 12 enthält als fotoelektrische Umwandlungsschicht ein im Halbleitersubstrat 70 ausgebildetes Halbleitergebiet 43 vom n-Typ. Ein Gate-Bereich 46 eines Übertragungstransistors TR3_trs ist mit einer Übertragungs-Gateleitung TG₃ verbunden. Ferner ist eine dritte Floating-Diffusionsschicht FD₃ in einem Gebiet 46C ausgebildet, das im Halbleitersubstrat 70 enthalten und nahe dem Gate-Bereich 46 des Übertragungstransistors TR3_trs gelegen ist. In dem Halbleitergebiet 43 vom n-Typ akkumulierte Ladungen werden über einen entlang dem Gate-Bereich 46 ausgebildeten Übertragungskanal 46A zur dritten Floating-Diffusionsschicht FD₃ ausgelesen.
Ferner sind im dritten Bildgebungselement 12 ein Rücksetztransistor TR3_rst , ein Verstärkungstransistor TR3_amp und ein Auswahltransistor TR3_sel , die die Steuerungseinheit des dritten Bildgebungselements 12 bilden, auf der Seite der ersten Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats 70 vorgesehen.
Der Rücksetztransistor TR3_rst wird von einem Gate-Bereich, einem Kanalausbildungsgebiet und Source-/Drain-Gebieten gebildet. Der Gate-Bereich des Rücksetztransistors TR3_rst ist mit einer Rücksetzleitung RST₃ verbunden. Das eine Source-/Drain-Gebiet des Rücksetztransistors TR3_rst ist mit der Stromquelle VDD verbunden, während das andere Source-/Drain-Gebiet als die dritte Floating-Diffusionsschicht FD₃ dient.
Der Verstärkungstransistor TR3_amp wird von einem Gate-Bereich, einem Kanalausbildungsgebiet und Source-/Drain-Gebieten gebildet. Der Gate-Bereich ist mit dem anderen Source-/Drain-Gebiet (dritte Floating-Diffusionsschicht FD₃ ) des Rücksetztransistors TR3_rst verbunden. Außerdem ist das eine Source-/Drain-Gebiet mit der Stromquelle VDD verbunden.
Der Auswahltransistor TR3_sel wird von einem Gate-Bereich, einem Kanalausbildungsgebiet und Source-/Drain-Gebieten gebildet. Der Gate-Bereich ist mit einer Auswahlleitung SEL₃ verbunden. Ferner weist das eine Source-/Drain-Gebiet ein Gebiet auf, das mit dem den Verstärkungstransistor TR3_amp bildenden anderen Source-/Drain-Gebiet geteilt wird. Das andere Source-/Drain-Gebiet ist mit einer Signalleitung (Datenausgabeleitung) VSL₃ verbunden.
Die Rücksetzleitungen RST₁ , RST₂ und RST₃ , die Auswahlleitungen SEL₁ , SEL₂ und SEL₃ und die Übertragungs-Gateleitungen TG₂ und TG₃ sind mit der die Ansteuerschaltung bildenden vertikalen Ansteuerschaltung 112 verbunden, während die Signalleitungen (Datenausgabeleitungen) VSL₁ , VSL₂ und VSL₃ mit den die Ansteuerschaltung bildenden Spalten-Signalverarbeitungsschaltungen 113 verbunden sind.
Eine (p⁺)-Schicht 44 ist zwischen dem Halbleitergebiet 43 vom n-Typ und der Oberfläche 70A des Halbleitersubstrats 70 ausgebildet, um eine Erzeugung von Dunkelströmen zu reduzieren. Eine (p⁺)-Schicht 42 ist zwischen dem Halbleitergebiet 41 vom n-Typ und dem Halbleitergebiet 43 vom n-Typ ausgebildet. Außerdem ist ein Teil einer seitlichen Oberfläche des Halbleitergebiets 43 vom n-Typ von der (p⁺)-Schicht 42 umgeben. Eine (p⁺)-Schicht 73 ist auf einer Seite der rückseitigen Oberfläche 70B des Halbleitersubstrat 70 ausgebildet. Ein HfO₂-Film 74 und ein Film 75 aus einem Isolierungsmaterial sind auf einem Bereich ausgebildet, der sich von der (p⁺)-Schicht 73 zu einem Gebiet erstreckt, wo der Kontaktlochbereich 61 innerhalb des Halbleitersubstrats 70 ausgebildet werden soll. Eine Verdrahtung ist über eine Vielzahl von Schichten in der Zwischenschicht-Isolierungsschicht 76 ausgebildet, ist aber in den Figuren nicht dargestellt.
Der HfO₂-Film 74 ist ein Film mit einer negativen fixierten Ladung. Der so ausgebildete Film kann eine Erzeugung von Dunkelströmen reduzieren. Beispiele, die anstelle des HfO₂-Films übernommen werden können, umfassen einen Film aus Aluminiumoxid (Al₂O₃), einen Film aus Zirkonoxid (ZrO₂), einen Film aus Tantaloxid (Ta₂O₅), einen Film aus Titanoxid (TiO₂), einen Film aus Lanthanoxid (La₂O₃), einen Film aus Praseodymoxid (Pr₂O₃), einen Film aus Ceroxid (CeO₂), einen Film aus Neodymoxid (Nd₂O₃) , einen Film aus Promethiumoxid (Pm₂O₃) , einen Film aus Samariumoxid (SM₂O₃), einen Film aus Europiumoxid (EU₂O₃), einen Film aus Gadoliniumoxid (Gd₂O₃), einen Film aus Terbiumoxid (Tb₂O₃), einen Film aus Dysprosiumoxid (Dy₂O₃), einen Film aus Holmiumoxid (Ho₂O₃), einen Film aus Thuliumoxid (Tm₂O₃), einen Film aus Ytterbiumoxid (Yb₂O₃), einen Film aus Lutetiumoxid (Lu₂O₃), einen Film aus Yttriumoxid (Y₂O₃), einen Film aus Hafniumnitrid, einen Film aus Aluminiumnitrid, einen Film aus Hafniumoxynitrid und einen Film aus Aluminiumoxynitrid. Diese Filme können beispielsweise mittels CVD, PVD, ALD oder eines anderen Filmausbildungsverfahren gebildet werden.
Unter Bezugnahme auf 5 und 6A wird hier im Folgenden ein Betrieb bzw. eine Operation des gestapelten Bildgebungselements (erstes Bildgebungselement 10), das die Ladungsakkumulierungselektrode enthält, der Ausführungsform 1 beschrieben. Das Bildgebungselement der Ausführungsform 1 enthält ferner eine Steuerungseinheit, die auf dem Halbleitersubstrat 70 vorgesehen ist und eine Ansteuerschaltung aufweist. Die erste Elektrode 21, die zweite Elektrode 22 und die Ladungsakkumulierungselektrode 24 sind mit der Ansteuerschaltung verbunden. Das Potential der ersten Elektrode 21 ist hier auf ein höheres Potential als das Potential der zweiten Elektrode gesetzt. Konkret weist beispielsweise die erste Elektrode 21 ein positives Potential auf und weist die zweite Elektrode 22 ein negatives Potential auf. Durch fotoelektrische Umwandlung in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 23A erzeugte Elektronen werden zur Floating-Diffusionsschicht ausgelesen. Dies gilt auch für andere Ausführungsformen.
Bezugszeichen, die in 5, in 20 und 21 einer unten beschriebenen Ausführungsform 4 und in 32 und 33 einer Ausführungsform 6 verwendet werden, sind wie folgt definiert

P_A: ein Potential an einem Punkt P_A in einem Gebiet, das in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B enthalten ist und einem Gebiet gegenüberliegt, das an einer Zwischenposition zwischen der Ladungsakkumulierungselektrode 24 oder einer Übertragungs-Steuerungselektrode gungselektrode) (Ladungsübertra25 und der ersten Elektrode 21 gelegen ist
P_B: ein Potential an einem Punkt P_B in einem Gebiet, das in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B enthalten ist und der Ladungsakkumulierungselektrode 24 gegenüberliegt;
P_C1: ein Potential an einem Punkt P_C1 in einem Gebiet, das in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B enthalten ist und einem Segment 24A einer Ladungsakkumulierungselektrode gegenüberliegt
P_C2: ein Potential an einem Punkt P_C2 in einem Gebiet, das in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B enthalten ist und einem Segment 24B einer Ladungsakkumulierungselektrode gegenüberliegt
P_C3: ein Potential an einem Punkt P_C3, das in einem Gebiet der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B enthalten ist und einem Segment 24C einer Ladungsakkumulierungselektrode gegenüberliegt
P_D: ein Potential an einem Punkt P_D in einem Gebiet, das in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B enthalten ist und der Übertragungs-Steuerungselektrode (Ladungsübertragungselektrode) 25 gegenüberliegt
FD: ein Potential an der ersten Floating-Diffusionsschicht FD₁
V_OA: ein Potential an der Ladungsakkumulierungselektrode
24 V_OA-A: ein Potential an dem Segment 24A einer Ladungsakkumulierungselektrode
V_OA-B: ein Potential an dem Segment 24B einer Ladungsakkumulierungselektrode
V_OA-C: ein Potential an dem Segment 24C einer Ladungsakkumulierungselektrode
V_OT: ein Potential an der Übertragungs-Steuerungselektrode (Ladungsübertragungselektrode) 25
RST: ein Potential am Gate-Bereich 51 des Rücksetztransistors TR1_rst
V_DD: ein Potential an der Stromquelle
VSL₁: Signalleitung (Datenausgabeleitung) VSL₁
TR1_rst: Rücksetztransistor TR1_rst
TR1_amp: Verstärkungstransistor TR1_amp
TR1_sel: Auswahltransistor TR1_sel

Während einer Ladungsakkumulierungsperiode wird von der Ansteuerschaltung ein Potential V₁₁ an die erste Elektrode 21 angelegt und wird von der Ansteuerschaltung ein Potential V₃₁ an die Ladungsakkumulierungselektrode 24 angelegt. Eine fotoelektrische Umwandlung wird in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 23A durch Eintritt von Licht in die fotoelektrische Umwandlungsschicht 23A durchgeführt. Durch die fotoelektrische Umwandlung erzeugte Löcher werden von der zweiten Elektrode 22 über eine Leiterbahn V_OU zur Ansteuerschaltung gesendet. Währenddessen wird das Potential der ersten Elektrode 21 auf ein höheres Potential als das Potential der zweiten Elektrode 22 gesetzt, d. h. wird zum Beispiel ein positives Potential an die erste Elektrode 21 angelegt und wird ein negatives Potential an die zweite Elektrode 22 angelegt. Dementsprechend wird V₃₁ ≥ V₁₁, vorzugsweise V₃₁ > V₁₁ eingestellt. Auf diese Weise werden durch die fotoelektrische Umwandlung erzeugte Elektronen in Richtung der Ladungsakkumulierungselektrode 24 angezogen und verweilen in einem Gebiet, das in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B oder der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 23A (worauf hier im Folgenden zusammen als die „anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und dergleichen“ verwiesen wird) enthalten ist und der Ladungsakkumulierungselektrode 24 gegenüberliegt. Mit anderen Worten werden Ladungen in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und dergleichen akkumuliert. In einem Zustand V₃₁ > V₁₁ werden innerhalb der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 23A erzeugte Elektronen nicht in Richtung der ersten Elektrode 21 übertragen. Der Wert des Potentials an dem Gebiet, das in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und dergleichen enthalten ist und der Ladungsakkumulierungselektrode 24 gegenüberliegt, verschiebt sich im Verlauf der Zeit einer fotoelektrischen Umwandlung in Richtung der negativen Seite.
Eine Rücksetzoperation wird in einem späteren Teil der Ladungsakkumulierungsperiode durchgeführt. Infolgedessen wird das Potential der ersten Floating-Diffusionsschicht FD₁ zurückgesetzt und wird das Potential VDD der Stromquelle.
Nach Abschluss der Rücksetzoperation werden Ladungen ausgelesen. Konkret wird während einer Ladungsübertragungsperiode ein Potential V₁₂ von der Ansteuerschaltung an die erste Elektrode 21 angelegt und wird ein Potential V₃₂ von der Ansteuerschaltung an die Ladungsakkumulierungselektrode 24 angelegt.
Ein Zustand V₃₂ < V₁₂ wird hier eingestellt. Auf diese Weise werden Elektronen, die in dem Gebiet verweilen, das in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und dergleichen enthalten ist und der Ladungsakkumulierungselektrode 24 gegenüberliegt, zu der ersten Elektrode 21 und weiter zur ersten Floating-Diffusionsschicht FD₁ ausgelesen. Mit anderen Worten werden in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und dergleichen akkumulierte Ladungen zur Steuerungseinheit ausgelesen.
Eine Reihe von Operationen wie etwa eine Ladungsakkumulierung, eine Rücksetzoperation und eine Ladungsübertragung sind nun abgeschlossen.
Operationen des Verstärkungstransistors TR1_amp und des Auswahltransistors TR1_sel , nachdem die Elektronen zur ersten Floating-Diffusionsschicht FD₁ ausgelesen sind, sind ähnlich jenen Operationen herkömmlicher Transistoren. Ferner ist eine Reihe von Operationen wie etwa eine Ladungsakkumulierung, eine Rücksetzoperation und eine Ladungsübertragung, die von dem zweiten Bildgebungselement 11 und dem dritten Bildgebungselement 12 ausgeführt werden, ähnlich einer Reihe herkömmlicher Operationen wie etwa einer Ladungsakkumulierung, einer Rücksetzoperation und einer Ladungsübertragung. Ferner ist eine Entfernung bzw. Unterdrückung eines Rücksetzrauschens der ersten Floating-Diffusionsschicht FD₁ mittels einer korrelierten Doppelabtastung (CDS, Correlated Double Sampling) ähnlich einem herkömmlichen Prozess zur Entfernung dieses Rauschens erreichbar.
Wie oben beschrieben wurde, ist in der Ausführungsform 1 die Ladungsakkumulierungselektrode so vorgesehen, dass sie von der ersten Elektrode getrennt angeordnet und so angeordnet ist, dass sie über die Isolierungsschicht der fotoelektrischen Umwandlungsschicht gegenüberliegt. Dementsprechend wird während einer fotoelektrischen Umwandlung in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht als Antwort auf eine Einstrahlung von Licht auf die fotoelektrische Umwandlungsschicht durch die anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht und dergleichen, die Isolierungsschicht und die Ladungsakkumulierungselektrode eine Art von Kondensator gebildet und wird ermöglicht, dass Ladungen in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht und dergleichen akkumuliert werden. Dementsprechend kann die Ladungsakkumulierungseinheit vollständig verarmt werden, um Ladungen zu Beginn einer Belichtung zu eliminieren. Diese Verarmung der Ladungsakkumulierungseinheit reduziert folglich ein Phänomen wie etwa eine Reduzierung einer Abbildungsqualität, die durch eine Verschlechterung durch Zufallsrauschen entsprechend einer Zunahme von kTC-Rauschen verursacht wird. Ferner wird ermöglicht, dass alle Pixel gleichzeitig zurückgesetzt werden. Dementsprechend ist was man allgemein als globale Shutter- bzw. Blendenfunktion bezeichnet erreichbar.
68 ist eine konzeptionelle Darstellung der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung der Ausführungsform 1. Eine Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 100 der Ausführungsform 1 enthält ein Abbildungs- bzw. Bildgebungsgebiet 111, wo gestapelte Bildgebungselemente 101 in einem zweidimensionalen Array angeordnet sind, und enthält ferner eine vertikale Ansteuerschaltung 112, die Spalten-Signalverarbeitungsschaltungen 113, eine horizontale Ansteuerschaltung 114, eine Ausgabeschaltung 115, eine Steuerungsschaltung 116 zur Ansteuerung und dergleichen als Ansteuerschaltungen (periphere Schaltungen) des Bildgebungsgebiets 111. Selbstverständlich können diese Schaltungen von bekannten Schaltungen oder anderen Schaltungskonfigurationen (z.B. verschiedenen Arten von Schaltungen, die in einer herkömmlichen CCD-Bildgebungsvorrichtung und einer herkömmlichen CMOS-Bildgebungsvorrichtung enthalten sind) gebildet werden. In 68 ist nur einer Reihe eine Bezugsziffer „101“ zugeordnet, die das gestapelte Bildgebungselement 101 angibt.
Die Steuerungsschaltung 116 zur Ansteuerung erzeugt Taktsignale und Steuerungssignale als Referenz für Operationen der vertikalen Ansteuerschaltung 112, der Spalten-Signalverarbeitungsschaltungen 113 und der horizontalen Ansteuerschaltung 114 auf der Basis von vertikalen synchronisierten Signalen, horizontalen synchronisierten Signalen und Haupttaktsignalen. Danach werden die erzeugten Taktsignale und Steuerungssignale in die vertikale Ansteuerschaltung 112, die Spalten-Signalverarbeitungsschaltungen 113 und die horizontale Ansteuerschaltung 114 eingespeist.
Beispielsweise wird die vertikale Ansteuerschaltung 112 von einem Schieberegister gebildet und wählt sequentiell die jeweiligen gestapelten Bildgebungselemente 101 des Bildgebungsgebiets 111 in Einheiten einer Reihe bzw. reihenweise in der vertikalen Richtung aus und scannt diese. Außerdem wird ein Pixelsignal (Bildsignal), das auf einem Strom (Signal) basiert, der gemäß einer Lichtempfangsmenge an jedem der gestapelten Bildgebungselemente 101 erzeugt wird, über die Signalleitung (Datenausgabeleitung) 117 und VSL an die entsprechende Spalten-Signalverarbeitungsschaltung 113 gesendet.
Beispielsweise sind die Spalten-Signalverarbeitungsschaltungen 113 für jede Spalte der gestapelten Bildgebungselemente 101 einzeln vorgesehen und führen jeweils eine Signalverarbeitung zur Rauschentfernung und Signalverstärkung für Bildsignale, die von einer Reihe der gestapelten Bildgebungselemente 101 ausgegeben werden, für jedes Bildgebungselement gemäß einem Signal aus, das von einem Schwarz-Referenzpixel (nicht dargestellt, aber um das effektive Pixelgebiet herum ausgebildet) empfangen wird. Ein (nicht dargestellter) horizontaler Auswahlschalter ist vorgesehen und zwischen jede Ausgabestufe der Spalten-Signalverarbeitungsschaltung 113 und die horizontale Signalleitung 118 geschaltet.
Beispielsweise wird die horizontale Ansteuerschaltung 114 von einem Schieberegister gebildet und gibt sequentiell einen horizontalen Scan-Impuls aus, um die jeweiligen Spalten-Signalverarbeitungsschaltungen 113 sequentiell auszuwählen und ein von jeder der Spalten-Signalverarbeitungsschaltungen 113 empfangenes Signal an die horizontale Signalleitung 118 auszugeben.
Die Ausgabeschaltung 115 führt eine Signalverarbeitung für Signale durch, die von den jeweiligen Spalten-Signalverarbeitungsschaltungen 113 über die horizontale Signalleitung 118 sequentiell bereitgestellt werden, und gibt die verarbeiteten Signale aus.
9 ist ein Ersatzschaltbild einer Modifikation des Bildgebungselements und des gestapelten Bildgebungselements der Ausführungsform 1. Wie in einer schematischen Anordnungsdarstellung einer ersten Elektrode, einer Ladungsakkumulierungselektrode und von Transistoren, die eine Steuerungseinheit in 10 bilden, dargestellt ist, kann das andere Source-/Drain-Gebiet 51B des Rücksetztransistors TR1_rst geerdet statt mit der Stromquelle V_DD verbunden sein.
Beispielsweise können das Bildgebungselement und das gestapelte Bildgebungselement der Ausführungsform 1 durch das folgende Verfahren hergestellt werden. Konkret wird zunächst ein SOI-Substrat präpariert. Anschließend wird eine erste Siliziumschicht auf einer Oberfläche des SOI-Substrats mittels epitaktischen Wachstums gebildet. Die (p⁺)-Schicht 73 und das Halbleitergebiet 41 vom n-Typ werden auf der ersten Siliziumschicht ausgebildet. Danach wird mittels epitaktischen Wachstums eine zweite Siliziumschicht auf dem ersten Substrat gebildet. Das Elementtrenngebiet 71, der Oxidfilm 72, die (p⁺)-Schicht 42, das Halbleitergebiet 43 vom n-Typ und die (p⁺)-Schicht 44 werden auf der zweiten Siliziumschicht gebildet. Außerdem werden verschiedene Arten von Transistoren und dergleichen, die die Steuerungseinheit des Bildgebungselements bilden, auf der zweiten Siliziumschicht ausgebildet, und die Verdrahtungsschicht 62, die Zwischenschicht-Isolierungsschicht 76 und jeweilige Arten einer Verdrahtung werden ferner auf den Transistoren und dergleichen ausgebildet. Die Zwischenschicht-Isolierungsschicht 76 und ein (nicht dargestelltes) Trägersubstrat werden dann aneinander befestigt. Danach wird das SOI-Substrat entfernt, um eine Freilegung der ersten Siliziumschicht zu ermöglichen. Eine Oberfläche der zweiten Siliziumschicht entspricht der Oberfläche 70A des Halbleitersubstrats 70, während eine Oberfläche der ersten Siliziumschicht der rückseitigen Oberfläche 70B des Halbleitersubstrats 70 entspricht. Außerdem werden die erste Siliziumschicht und die zweite Siliziumschicht zusammen als das Halbleitersubstrat 70 bezeichnet bzw. ausgedrückt. Anschließend wird eine Öffnung auf der Seite der rückseitigen Oberfläche 70B des Halbleitersubstrats 70 ausgebildet, um den Kontaktlochbereich 61 zu bilden. Der HfO₂-Film 74, der Film 75 aus einem Isolierungsmaterial und der Kontaktlochbereich 61 werden gebildet. Ferner werden die Pad-Bereiche 63 und 64, die Zwischenschicht-Isolierungsschicht 81, die Verbindungslöcher 65 und 66, die erste Elektrode 21, die Ladungsakkumulierungselektrode 24 und die Isolierungsschicht 82 ausgebildet. Danach wird der Verbindungsbereich 67 geöffnet, und die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B, die fotoelektrische Umwandlungsschicht 23A, die zweite Elektrode 22, die Schutzschicht 83 und die On-Chip-Mikrolinse 14 werden gebildet. In der oben beschriebenen Art und Weise können das Bildgebungselement und das gestapelte Bildgebungselement der Ausführungsform 1 erhalten werden.
Obgleich in der Figur nicht dargestellt, kann außerdem die Isolierungsschicht 82 eine von einer unteren Schicht einer Isolierung und einer oberen Schicht einer Isolierung gebildete Doppelschicht-Konfiguration aufweisen. Konkret reicht es aus, falls die Isolierungsschicht 82 hergestellt wird, indem die untere Schicht einer Isolierung zumindest auf der Ladungsakkumulierungselektrode 24 oder in einem Gebiet zwischen der Ladungsakkumulierungselektrode 24 und der ersten Elektrode 21 gebildet wird (konkreter indem die untere Schicht einer Isolierung auf der Zwischenschicht-Isolierungsschicht 81 gebildet wird, die die Ladungsakkumulierungselektrode 24 enthält), die untere Schicht einer Isolierung geebnet und dann die obere Schicht einer Isolierung auf der unteren Schicht einer Isolierung und der Ladungsakkumulierungselektrode 24 gebildet wird. Auf diese Weise kann eine ausreichende Ebenheit der Isolierungsschicht 82 zuverlässig erhalten werden. Es reicht dann aus, falls in der so ausgebildeten Isolierungsschicht 82 der Verbindungsbereich 67 geöffnet wird.
Ausführungsform 2
Ausführungsform 2 ist eine Modifikation der Ausführungsform 1. Ein Bildgebungselement und ein gestapeltes Bildgebungselement der Ausführungsform 2, wie sie in einer schematischen partiellen Querschnittsdarstellung von 11 dargestellt sind, sind ein vorderseitig beleuchtetes Bildgebungselement bzw. ein vorderseitig beleuchtetes gestapeltes Bildgebungselement und haben eine Struktur aus drei gestapelten Bildgebungselementen, die von dem Bildgebungselement für grünes Licht des ersten Typs der Ausführungsform 1 (erstes Bildgebungselement 10), das eine Empfindlichkeit für grünes Licht aufweist und die fotoelektrische Umwandlungsschicht für grünes Licht des ersten Typs zum Absorbieren von grünem Licht enthält, dem herkömmlichen Bildgebungselement für blaues Licht des zweiten Typs (zweites Bildgebungselement 11), das eine Empfindlichkeit für blaues Licht aufweist und die fotoelektrische Umwandlungsschicht für blaues Licht des zweiten Typs zum Absorbieren von blauen Licht enthält, und dem herkömmlichen Bildgebungselement für rotes Licht des zweiten Typs (drittes Bildgebungselement 12) gebildet wird, das eine Empfindlichkeit für rotes Licht aufweist und die fotoelektrische Umwandlungsschicht für rotes Licht des zweiten Typs zum Absorbieren von rotem Licht enthält. Das Bildgebungselement für rotes Licht (drittes Bildgebungselement 12) und das Bildgebungselement für blaues Licht (zweites Bildgebungselement 11) sind innerhalb des Halbleitersubstrats 70 vorgesehen. Das zweite Bildgebungselement 11 ist näher zur Lichteintrittsseite als das dritte Bildgebungselement 12 gelegen. Außerdem ist das Bildgebungselement für grünes Licht (erstes Bildgebungselement 10) oberhalb des Bildgebungselements für blaues Licht (zweites Bildgebungselement 11) vorgesehen.
Verschiedene Arten von Transistoren, die eine Steuerungseinheit bilden, sind ähnlich der Ausführungsform 1 auf der Seite der vorderen Oberfläche 70A des Halbleitersubstrats 70 vorgesehen. Diese Transistoren haben Konfigurationen und Strukturen, die jenen der in der Ausführungsform 1 beschriebenen Transistoren im Wesentlichen ähnlich sind. Ferner sind das zweite Bildgebungselement 11 und das dritte Bildgebungselement 12 auf dem Halbleitersubstrat 70 vorgesehen. Diese Bildgebungselemente können auch Konfigurationen und Strukturen aufweisen, die jenen des zweiten Bildgebungselements 11 und des dritten Bildgebungselements 12, die in der Ausführungsform 1 beschrieben wurden, im Wesentlichen ähnlich sind.
Die Zwischenschicht-Isolierungsschicht 81 ist oberhalb der Oberfläche 70A des Halbleitersubstrats 70 ausgebildet. Die erste Elektrode 21, die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B, die fotoelektrische Umwandlungsschicht 23A und die zweite Elektrode 22 und ferner die Ladungsakkumulierungselektrode 24 und andere sind ähnlich dem Bildgebungselement der Ausführungsform 1 oberhalb der Zwischenschicht-Isolierungsschicht 81 vorgesehen.
Wie aus dem Obigen ersichtlich ist, können das Bildgebungselement und das gestapelte Bildgebungselement der Ausführungsform 2 mit Ausnahme eines Umstands, dass der vorderseitig beleuchtete Typ angenommen wird, Konfigurationen und Strukturen ähnlich den Konfigurationen und Strukturen des Bildgebungselements und des gestapelten Bildgebungselements der Ausführungsform 1 aufweisen. Dementsprechend wird eine detaillierte Beschreibung unterlassen.
Ausführungsform 3
Ausführungsform 3 ist eine Modifikation der Ausführungsform 1 und der Ausführungsform 2.
Ein Bildgebungselement und ein gestapeltes Bildgebungselement der Ausführungsform 3 wie in einer schematischen partiellen Querschnittsdarstellung von 12 dargestellt sind ein rückseitig beleuchtetes Bildgebungselement bzw. ein rückseitig beleuchtetes gestapeltes Bildgebungselement und weisen eine Struktur aus zwei gestapelten Bildgebungselementen auf, die von dem ersten Bildgebungselement 10 des ersten Typs der Ausführungsform 1 und dem dritten Bildgebungselement 12 des zweiten Typs gebildet wird. Außerdem sind ein Bildgebungselement und ein gestapeltes Bildgebungselement als eine Modifikation der Ausführungsform 3, wie in einer schematischen partiellen Querschnittsdarstellung von 13 dargestellt ist, ein vorderseitig beleuchtetes Bildgebungselement bzw. ein vorderseitig beleuchtetes gestapeltes Bildgebungselement und haben eine Struktur aus zwei gestapelten Bildgebungselementen, die von dem ersten Bildgebungselement 10 des ersten Typs der Ausführungsform 1 und dem dritten Bildgebungselement 12 des zweiten Typs gebildet wird. Das erste Bildgebungselement 10 absorbiert hier Licht in Primärfarben, während das dritte Bildgebungselement 12 Licht in Komplementärfarben absorbiert. Alternativ dazu absorbiert das erste Bildgebungselement 10 weißes Licht, während das dritte Bildgebungselement 12 Infrarotlicht absorbiert.
Ein Bildgebungselement als Modifikation der Ausführungsform 3, wie es in einer schematischen partiellen Querschnittsdarstellung von 14 dargestellt ist, ist ein rückseitig beleuchtetes Bildgebungselement und wird von dem ersten Bildgebungselement 10 des ersten Typs der Ausführungsform 1 gebildet. Ferner ist ein Bildgebungselement als eine Modifikation der Ausführungsform 3, wie es in einer schematischen partiellen Querschnittsdarstellung von 15 dargestellt ist, ein vorderseitig beleuchtetes Bildgebungselement und wird von dem ersten Bildgebungselement 10 des ersten Typs der Ausführungsform 1 gebildet. Das erste Bildgebungselement 10 umfasst hier drei Arten von Bildgebungselementen, die von einem rotes Licht absorbierenden Bildgebungselement, einem grünes Licht absorbierenden Bildgebungselement und einem blaues Licht absorbierenden Bildgebungselement gebildet werden. Ferner enthält die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung eine Vielzahl der oben beschriebenen Bildgebungselemente. Beispielsweise kann die Vielzahl von Bildgebungselementen in einem Bayer-Array angeordnet sein. Farbfilterschichten zum Zerlegen von Licht in blaues Licht, grünes Licht und rotes Licht sind auf der Lichteintrittsseite jedes der Bildgebungselemente nach Bedarf angeordnet.
Statt das eine Bildgebungselement des ersten Typs der Ausführungsform 1 vorzusehen, kann ein zweifach gestapelter Modus (konkret sind zwei fotoelektrische Umwandlungseinheiten gestapelt und sind Steuerungseinheiten der beiden fotoelektrischen Umwandlungseinheiten auf dem Halbleitersubstrat vorgesehen) oder ein dreifach gestapelter Modus (konkret sind drei fotoelektrische Umwandlungseinheiten gestapelt und sind Steuerungseinheiten der drei fotoelektrischen Umwandlungseinheiten auf dem Halbleitersubstrat vorgesehen) übernommen werden. Beispiele gestapelter Strukturen der Bildgebungselemente des ersten Typs und der Bildgebungselemente des zweiten Typs werden zum Beispiel in der folgenden Tabelle präsentiert.

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

Ausführungsform 4
Ausführungsform 4 ist eine Modifikation der Ausführungsform 1 bis zur Ausführungsform 3 und bezieht sich auf ein Bildgebungselement und dergleichen, das eine Übertragungs-Steuerungselektrode (Ladungsübertragungselektrode) der vorliegenden Offenbarung enthält. 16 ist eine schematische partielle Querschnittsdarstellung eines Teils des Bildgebungselements und des gestapelten Bildgebungselements der Ausführungsform 4. 17 und 18 sind Ersatzschaltbilder des Bildgebungselements und des gestapelten Bildgebungselements der Ausführungsform 4. 19 ist eine schematische Anordnungsdarstellung einer ersten Elektrode, einer Übertragungs-Steuerungselektrode, einer Ladungsakkumulierungselektrode und von eine Steuerungseinheit bildenden Transistoren, die im Bildgebungselement der Ausführungsform 4 enthalten sind, und Transistoren, die eine Steuerungseinheit bilden. 20 und 21 stellen Potentialzustände jeweiliger Bereiche des Bildgebungselements der Ausführungsform 4 während eines Betriebs schematisch dar, und 6B ist ein Ersatzschaltbild, um die jeweiligen Bereiche des Bildgebungselements der Ausführungsform 4 zu erläutern. Ferner ist 22 eine schematische Anordnungsdarstellung der ersten Elektrode, der Übertragungs-Steuerungselektrode und der Ladungsakkumulierungselektrode, die die fotoelektrische Umwandlungseinheit des Bildgebungselements der Ausführungsform 4 bilden. 23 ist eine schematische durchsichtige perspektivische Darstellung der ersten Elektrode, der Übertragungs-Steuerungselektrode, der Ladungsakkumulierungselektrode, einer zweiten Elektrode und eines Kontaktlochbereichs.
Gemäß dem Bildgebungselement und dem gestapelten Bildgebungselement der Ausführungsform 4 ist die Übertragungs-Steuerungselektrode (Ladungsübertragungselektrode) 25 ferner zwischen der ersten Elektrode 21 und der Ladungsakkumulierungselektrode 24 an von der ersten Elektrode 21 und der Ladungsakkumulierungselektrode 24 getrennten Positionen angeordnet und so angeordnet, dass sie über die Isolierungsschicht 82 der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B gegenüberliegt. Die Übertragungs-Steuerungselektrode 25 ist über ein Verbindungsloch 68B, einen Pad-Bereich 68A und eine Leiterbahn V_OT , die innerhalb der Zwischenschicht-Isolierungsschicht 81 ausgebildet sind, mit einer Pixel-Ansteuerschaltung verbunden, die eine Ansteuerschaltung bildet. Man beachte, dass verschiedene Arten von Bildgebungselementkomponenten, die unterhalb der Zwischenschicht-Isolierschicht 81 gelegen sind, in jeder der 16, 25, 28, 37, 43, 46A, 46B, 47A, 47B, 66 und 67 der Zweckmäßigkeit halber zur Vereinfachung der Zeichnungen zusammen mit Bezugsziffer 13 bezeichnet sind.
Unter Bezugnahme auf 20 und 21 wird hier im Folgenden eine Operation des Bildgebungselements (erstes Bildgebungselement 10) der Ausführungsform 4 beschrieben. Man beachte, dass sich 20 und 21 insbesondere in Werten eines an die Ladungsakkumulierungselektrode 24 angelegten Potentials und eines Potentials am Punkt P_D voneinander unterscheiden.
Während einer Ladungsakkumulierungsperiode wird von der Ansteuerschaltung ein Potential V₁₁ an die erste Elektrode 21 angelegt, wird von der Ansteuerschaltung ein Potential V₃₁ an die Ladungsakkumulierungselektrode 24 angelegt und wird von der Ansteuerschaltung ein Potential V₅₁ an die Übertragungs-Steuerungselektrode 25 angelegt. Eine fotoelektrische Umwandlung wird durch Eintritt von Licht in die fotoelektrische Umwandlungsschicht 23A in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 23A durchgeführt. Durch fotoelektrische Umwandlung erzeugte Löcher werden über die Leiterbahn V_OU von der zweiten Elektrode 22 zur Ansteuerschaltung gesendet. Währenddessen ist das Potential der ersten Elektrode 21 höher als das Potential der zweiten Elektrode 22, d. h. wird zum Beispiel ein positives Potential an die erste Elektrode 21 angelegt und wird ein negatives Potential an die zweite Elektrode 22 angelegt. Dementsprechend wird V₃₁ > V₅₁ (z. B. V₃₁ > V₁₁ > V₅₁ oder V₁₁ > V₃₁ > V₅₁) eingestellt. Auf diese Weise werden durch die fotoelektrische Umwandlung erzeugte Elektronen in Richtung der Ladungsakkumulierungselektrode angezogen und verweilen in einem Gebiet, das in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und dergleichen enthalten ist und der Ladungsakkumulierungselektrode 24 gegenüberliegt. Mit anderen Worten werden Ladungen in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und dergleichen akkumuliert. Im Zustand V₃₁ > V₅₁ kann eine Übertragung von innerhalb der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 23A erzeugten Elektronen in Richtung der ersten Elektrode 21 zuverlässig verhindert werden. Der Wert des Potentials bei dem Gebiet, das in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und dergleichen enthalten ist und der Ladungsakkumulierungselektrode 24 gegenüberliegt, verschiebt sich im Verlauf der Zeit einer fotoelektrischen Umwandlung in Richtung der negativen Seite.
In einem späteren Teil der Ladungsakkumulierungsperiode wird eine Rücksetzoperation durchgeführt. Als Folge wird das Potential der ersten Floating-Diffusionsschicht FD₁ zurückgesetzt und wird das Potential VDD der Stromquelle.
Nach Abschluss der Rücksetzoperation werden Ladungen ausgelesen. Konkret wird während einer Ladungsübertragungsperiode von der Ansteuerschaltung ein Potential V₁₂ an die erste Elektrode 21 angelegt, wird ein Potential V₃₂ von der Ansteuerschaltung an die Ladungsakkumulierungselektrode 24 angelegt und wird ein Potential V₅₂ von der Ansteuerschaltung an die Übertragungs-Steuerungselektrode 25 angelegt. In diesem Fall gilt V₃₂ ≤ V₅₂ ≤ V₁₂ (vorzugsweise V₃₂ < V₅₂ < V₁₂) . Auf diese Weise werden Elektronen, die in dem Gebiet verweilen, das in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und dergleichen enthalten ist und der Ladungsakkumulierungselektrode 24 gegenüberliegt, zuverlässig zur ersten Elektrode 21 und weiter zu der ersten Floating-Diffusionsschicht FD₁ ausgelesen. Mit anderen Worten werden in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und dergleichen akkumulierte Ladungen zur Steuerungseinheit ausgelesen.
Eine Reihe von Operationen wie etwa eine Ladungsakkumulierung, eine Rücksetzoperation und eine Ladungsübertragung sind nun abgeschlossen.
Operationen des Verstärkungstransistors TR1_amp und des Auswahltransistors TR1_sel , nachdem die Elektronen zur ersten Floating-Diffusionsschicht FD₁ ausgelesen sind, sind die gleichen wie jene Operationen herkömmlicher Transistoren. Ferner ist beispielsweise eine Reihe von Operationen wie etwa eine Ladungsakkumulierung, eine Rücksetzoperation und eine Ladungsübertragung, die von dem zweiten Bildgebungselement 11 und dem dritten Bildgebungselement 12 durchgeführt werden, ähnlich einer Reihe herkömmlicher Operationen wie etwa einer Ladungsakkumulierung, einer Rücksetzoperation und einer Ladungsübertragung.
Wie in einer schematischen Anordnungsdarstellung einer ersten Elektrode, einer Ladungsakkumulierungselektrode und von eine Steuerungseinheit bildenden Transistoren, die eine Modifikation des Bildgebungselements der Ausführungsform 4 bilden, in 24 dargestellt ist, kann das andere Source-/Drain-Gebiet 51B des Rücksetztransistors TR1_rst geerdet statt mit der Stromquelle V_DD verbunden sein.
Ausführungsform 5
Ausführungsform 5 ist eine Modifikation der Ausführungsform 1 bis zur Ausführungsform 4 und bezieht sich auf ein Bildgebungselement und dergleichen, das eine Ladungsentladungselektrode der vorliegenden Offenbarung enthält. 25 ist eine schematische partielle Querschnittsdarstellung des Bildgebungselements der Ausführungsform 5, 26 ist eine schematische Anordnungsdarstellung einer ersten Elektrode, einer Ladungsakkumulierungselektrode und einer Ladungsentladungselektrode, die eine fotoelektrische Umwandlungseinheit bilden, welche die Ladungsakkumulierungselektrode des Bildgebungselements der Ausführungsform 5 enthält, und 27 ist eine schematische durchsichtige perspektivische Darstellung der ersten Elektrode, der Ladungsakkumulierungselektrode, der Ladungsentladungselektrode, einer zweiten Elektrode und eines Kontaktlochbereichs.
Gemäß dem Bildgebungselement der Ausführungsform 5 ist ferner eine Ladungsentladungselektrode 26, die mit der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B über einen Verbindungsbereich 69 verbunden und von der ersten Elektrode 21 und der Ladungsakkumulierungselektrode 24 getrennt angeordnet ist, vorgesehen. Die Ladungsentladungselektrode 26 ist hier so angeordnet, dass sie die erste Elektrode 21 und die Ladungsakkumulierungselektrode 24 (d. h. in Form eines Rahmens) umgibt. Die Ladungsentladungselektrode 26 ist mit einer eine Ansteuerschaltung bildenden Pixel-Ansteuerschaltung verbunden. Die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B erstreckt sich innerhalb des Verbindungsbereichs 69. Konkret erstreckt sich die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B innerhalb einer in der Isolierungsschicht 82 ausgebildeten zweiten Öffnung 86 und ist mit der Ladungsentladungselektrode 26 verbunden. Die Ladungsentladungselektrode 26 wird von einer Vielzahl der Bildgebungselemente geteilt (gemeinsam genutzt). Eine seitliche Oberfläche der zweiten Öffnung 86 kann eine sich nach oben ausdehnende Neigung aufweisen. Beispielsweise kann die Ladungsentladungselektrode 26 als ein Floating-Diffusionsgebiet oder ein Überlauf-Drain der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 23 genutzt werden.
In der Ausführungsform 5 wird während einer Ladungsakkumulierungsperiode von der Ansteuerschaltung ein Potential V₁₁ an die erste Elektrode 21 angelegt, wird von der Ansteuerschaltung ein Potential V₃₁ an die Ladungsakkumulierungselektrode 24 angelegt und wird von der Ansteuerschaltung ein Potential V₆₁ an die Ladungsakkumulierungselektrode 26 angelegt und werden Ladungen in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und dergleichen akkumuliert. Eine fotoelektrische Umwandlung wird durch Eintritt von Licht in die fotoelektrische Umwandlungsschicht 23A in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 23A ausgeführt. Durch die fotoelektrische Umwandlung erzeugte Löcher werden über die Leiterbahn V_OU von der zweiten Elektrode 22 zur Ansteuerschaltung gesendet. Währenddessen ist das Potential der ersten Elektrode 21 höher als das Potential der zweiten Elektrode 22, d. h. wird zum Beispiel ein positives Potential an die erste Elektrode 21 angelegt und wird ein negatives Potential an die zweiten Elektrode 22 angelegt. Dementsprechend wird V₆₁ > V₁₁ (z. B. V₃₁ > V₆₁ > V₁₁) eingestellt. Auf diese Weise werden durch die fotoelektrische Umwandlung erzeugte Elektronen in Richtung der Ladungsakkumulierungselektrode 24 angezogen und verweilen in einem Gebiet, das in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und dergleichen enthalten ist und der Ladungsakkumulierungselektrode 24 gegenüberliegt. Dementsprechend kann eine Übertragung der Elektronen in Richtung der ersten Elektrode 21 zuverlässig verhindert werden. Ferner werden Elektronen, die von der Ladungsakkumulierungselektrode 24 nicht ausreichend angezogen wurden, oder Elektronen, die einen Grenzwert einer Akkumulierung in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B übersteigen, (was im Allgemeinen überlaufende Elektronen genannt wird) über die Ladungsentladungselektrode 26 an die Ansteuerschaltung abgegeben.
In einem späteren Teil der Ladungsakkumulierungsperiode wird eine Rücksetzoperation durchgeführt. Als Folge wird das Potential der ersten Floating-Diffusionsschicht FD₁ zurückgesetzt und wird das Potential VDD der Stromquelle.
Nach Abschluss der Rücksetzoperation werden Ladungen ausgelesen. Konkret wird während einer Ladungsübertragungsperiode ein Potential V₁₂ von der Ansteuerschaltung an die erste Elektrode 21 angelegt, wird ein Potential V₃₂ von der Ansteuerschaltung an die Ladungsakkumulierungselektrode 24 angelegt und wird ein Potential V₆₂ von der Ansteuerschaltung an die Ladungsentladungselektrode 26 angelegt. In diesem Fall wird V₆₂ < V₁₂ (z. B. V₆₂ < V₃₂ < V₁₂) eingestellt. Auf diese Weise werden Elektronen, die in dem Gebiet verweilen, das in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und dergleichen enthalten ist und der Ladungsakkumulierungselektrode 24 gegenüberliegt, zu der ersten Elektrode 21 und weiter zur ersten Floating-Diffusionsschicht FD₁ ausgelesen. Mit anderen Worten werden in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und dergleichen akkumulierte Ladungen zur Steuerungseinheit ausgelesen.
Eine Reihe von Operationen wie etwa eine Ladungsakkumulierung, eine Rücksetzoperation und eine Ladungsübertragung ist nun abgeschlossen.
Operationen des Verstärkungstransistors TR1_amp und des Auswahltransistors TR1_sel , nachdem die Elektronen zur ersten Floating-Diffusionsschicht FD₁ ausgelesen sind, sind die gleichen wie jene Operationen herkömmlicher Transistoren. Ferner ist beispielsweise eine Reihe von Operationen wie etwa eine Ladungsakkumulierung, eine Rücksetzoperation und eine Ladungsübertragung, die von dem zweiten Bildgebungselement und dem dritten Bildgebungselement durchgeführt werden, ähnlich einer Reihe herkömmlicher Operationen wie etwa einer Ladungsakkumulierung, einer Rücksetzoperation und einer Ladungsübertragung.
Gemäß der Ausführungsform 5 werden was man allgemein als überlaufende Elektronen bezeichnet über die Ladungsentladungselektrode 26 an die Ansteuerschaltung abgegeben. Dementsprechend kann eine Leckage des benachbarten Pixels in den Ladungsakkumulierungsbereich abnehmen und ist folglich eine Reduzierung des Blooming erreichbar. Ferner kann eine Bildgebungsleistung des Bildgebungselements somit verbessert werden.
Ausführungsform 6
Ausführungsform 6 ist eine Modifikation der Ausführungsform 1 bis zur Ausführungsform 5 und bezieht sich auf ein Bildgebungselement und dergleichen, das eine Vielzahl von Segmenten einer Ladungsakkumulierungselektrode enthält, der vorliegenden Offenbarung.
28 ist eine schematische partielle Querschnittsdarstellung eines Teils des Bildgebungselements der Ausführungsform 6. 29 und 30 sind Ersatzschaltbilder des Bildgebungselements der Ausführungsform 6. 31 ist eine schematische Anordnungsdarstellung einer ersten Elektrode, einer Ladungsakkumulierungselektrode und von eine Steuerungseinheit bildenden Transistoren, die in einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit enthalten sind, die die Ladungsakkumulierungselektrode des Bildgebungselements der Ausführungsform 6 enthält. 32 und 33 stellen Potentialzustände jeweiliger Bereiche des Bildgebungselements der Ausführungsform 6 während einer Operation schematisch dar. 6C ist ein Ersatzschaltbild, um die jeweiligen Bereiche des Bildgebungselements der Ausführungsform 6 zu erläutern. Ferner ist 34 eine schematische Anordnungsdarstellung der ersten Elektrode und der Ladungsakkumulierungselektrode, die die fotoelektrische Umwandlungseinheit bilden, welche die Ladungsakkumulierungselektrode des Bildgebungselements der Ausführungsform 6 enthält. 35 ist eine perspektivische Darstellung in Durchsicht der ersten Elektrode, der Ladungsakkumulierungselektrode, einer zweiten Elektrode und eines Kontaktlochbereichs.
In der Ausführungsform 6 umfasst die Ladungsakkumulierungselektrode 24 Segmente 24A, 24B und 24C einer Ladungsakkumulierungselektrode. Es reicht aus, falls die Anzahl der Segmente einer Ladungsakkumulierungselektrode Zwei oder größer ist. Diese Anzahl ist in der Ausführungsform 6 auf „3“ festgelegt. Außerdem wird im Bildgebungselement der Ausführungsform 6 das Potential der ersten Elektrode 21 auf ein höheres Potential als das Potential der zweiten Elektrode 22 gesetzt, d. h. beispielsweise wird ein positives Potential an die erste Elektrode 21 angelegt und wird ein negatives Potential an die zweite Elektrode 22 angelegt. Ferner ist ein Potential, das an das Segment 24A einer Ladungsakkumulierungselektrode, das der ersten Elektrode 21 am Nächsten gelegen ist, während der Ladungsübertragungsperiode höher als ein Potential, das an das Segment 24C einer Ladungsakkumulierungselektrode angelegt wird, das von der ersten Elektrode 21 am Entferntesten gelegen ist. Auf solch eine Weise werden Elektronen, die in dem Gebiet verweilen, das in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und dergleichen enthalten ist und der Ladungsakkumulierungselektrode 24 gegenüberliegt, ferner zuverlässig zur ersten Elektrode 21 und weiter zur ersten Floating-Diffusionsschicht FD₁ ausgelesen, indem ein Potentialgradient an die Ladungsakkumulierungselektrode 24 angelegt wird. Mit anderen Worten werden in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und dergleichen akkumulierte Ladungen zur Steuerungseinheit ausgelesen.
Gemäß einem in 32 dargestellten Beispiel wird während der Ladungsübertragungsperiode eine Beziehung „Potential des Segments 24C einer Ladungsakkumulierungselektrode“ < „Potential des Segments 24B einer Ladungsakkumulierungselektrode“ < „Potential des Segments 24A einer Ladungsakkumulierungselektrode“ eingestellt. Auf diese Weise werden Elektronen, die in Gebieten der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und dergleichen verweilen, gleichzeitig zur ersten Floating-Diffusionsschicht FD₁ ausgelesen. Währenddessen werden gemäß einem in 33 dargestellten Beispiel das Potential des Segments 24C einer Ladungsakkumulierungselektrode, das Potential des Segments 24B einer Ladungsakkumulierungselektrode und das Potential des Segments 24A einer Ladungsakkumulierungselektrode während der Ladungsübertragungsperiode graduell geändert (d. h. gestuft oder geneigt bzw. stetig geändert). Auf diese Weise werden Elektronen, die in Gebieten verweilen, die in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und dergleichen enthalten sind und dem Segment 24C einer Ladungsakkumulierungselektrode gegenüberliegen, zu Gebieten übertragen, die in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und dergleichen enthalten sind und dem Segment 24B einer Ladungsakkumulierungselektrode gegenüberliegen, und werden dann Elektronen, die in den Gebieten verweilen, die in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und dergleichen enthalten sind und dem Segment 24B einer Ladungsakkumulierungselektrode gegenüberliegen, zu Gebieten übertragen, die in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und dergleichen enthalten sind und dem Segment 24A einer Ladungsakkumulierungsperiode gegenüberliegen. Danach werden Elektronen, die in Gebieten verweilen, die in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und dergleichen enthalten sind und dem Segment 24A einer Ladungsakkumulierungselektrode gegenüberliegen, zuverlässig zur ersten Floating-Diffusionsschicht FD₁ ausgelesen.
Wie in einer schematischen Anordnungsdarstellung einer ersten Elektrode, einer Ladungsakkumulierungselektrode und von eine Steuerungseinheit bildenden Transistoren, die in einer Modifikation des Bildgebungselements der Ausführungsform 6 enthalten sind, in 36 dargestellt ist, kann das andere Source-/Drain-Gebiet 51B des Rücksetztransistors TR1_rst geerdet statt mit der Stromquelle V_DD verbunden sein.
Ausführungsform 7
Ausführungsform 7 ist eine Modifikation der Ausführungsform 1 bis zur Ausführungsform 6 und bezieht sich auf ein Bildgebungselement und dergleichen, das eine Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode enthält, der vorliegenden Offenbarung und konkret ein Bildgebungselement und dergleichen, das eine untere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode (untere und Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode) enthält, der vorliegenden Offenbarung. 37 ist eine schematische partielle Querschnittsdarstellung eines Bildgebungselements der Ausführungsform 7, 38 ist eine schematische Anordnungsdarstellung einer ersten Elektrode, einer Ladungsakkumulierungselektrode und von eine Steuerungseinheit bildenden Transistoren, die in dem Bildgebungselement der Ausführungsform 7 enthalten sind, und 39 und 40 sind schematische Anordnungsdarstellungen der ersten Elektrode, der Ladungsakkumulierungselektrode und einer unteren Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode, die eine fotoelektrische Umwandlungseinheit bilden, die die Ladungsakkumulierungselektrode des Bildgebungselements der Ausführungsform 7 enthält. Man beachte, dass der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 23A und der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B in den 37, 43, 46A, 46B, 47A und 47B zusammen eine Bezugsziffer 23 gegebene ist.
Gemäß dem Bildgebungselement der Ausführungsform 7 ist eine untere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode 27 in einem Gebiet ausgebildet, das über die Isolierungsschicht 82 einem Gebiet (einem Gebiet-A der fotoelektrischen Umwandlungsschicht) 23_A gegenüberliegt, das in der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 23 enthalten und zwischen dem Bildgebungselement und dem benachbarten Bildgebungselement gelegen ist. Mit anderen Worten ist die untere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode 27 unter einem Bereich (einem Gebiet-A der Isolierungsschicht 82) 82_A ausgebildet, der in der Isolierungsschicht 82 enthalten und in einem Gebiet (Gebiet-a) gelegen ist, das zwischen den die benachbarten Bildgebungselemente jeweils bildenden Ladungsakkumulierungselektroden 24 sandwichartig angeordnet ist. Die untere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode 27 ist von der Ladungsakkumulierungselektrode 24 getrennt vorgesehen. Alternativ dazu ist mit anderen Worten die untere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode 27 von der Ladungsakkumulierungselektrode 24 getrennt vorgesehen und umgibt die Ladungsakkumulierungselektrode 24. Die untere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode 27 ist so angeordnet, dass sie über die Isolierungsschicht 82 dem Gebiet-A (23_A) der fotoelektrischen Umwandlungsschicht gegenüberliegt. Die untere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode 27 wird für die Bildgebungselemente gemeinsam genutzt. Außerdem ist die untere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode 27 auch mit der Ansteuerschaltung verbunden. Konkret ist die untere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode 27 über ein Verbindungsloch 27A, einen Pad-Bereich 27B und eine Leiterbahn V_OB , die innerhalb der Zwischenschicht-Isolierungsschicht 81 ausgebildet sind, mit der die Ansteuerschaltung bildenden vertikalen Ansteuerschaltung 112 verbunden. Die untere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode 27 kann entweder in der gleichen Ebene wie die Ebene der ersten Elektrode 21 oder die Ladungsakkumulierungselektrode 24 oder in einer unterschiedlichen Ebene (konkret in einer tieferen Ebene als die erste Elektrode 21 oder die Ladungsakkumulierungselektrode 24) liegen. Im erstgenannten Fall kann ein Abstand zwischen der Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode 27 und der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 23A reduziert werden. Dementsprechend ist eine Potentialsteuerung leicht erreichbar. Auf der anderen Seite kann im letztgenannten Fall ein Abstand zwischen der Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode 27 und der Ladungsakkumulierungselektrode 24 reduziert werden. Dementsprechend ist der letztgenannte Fall für eine Miniaturisierung vorteilhaft.
Gemäß dem Bildgebungselement von Ausführungsform 7 ist ein Absolutwert eines Potentials, das an einen Bereich angelegt wird, der in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 23A enthalten ist und der Ladungsakkumulierungselektrode 24 gegenüberliegt, größer als ein Absolutwert eines Potentials, das an das Gebiet-A der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 23A angelegt wird während einer fotoelektrischen Umwandlung, die durch Eintritt von Licht in die fotoelektrische Umwandlungsschicht 23A in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 23A hervorgerufen wird. Dementsprechend wird eine durch die fotoelektrische Umwandlung erzeugte Ladung stark in Richtung des Bereichs angezogen, der in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B enthalten ist und der Ladungsakkumulierungselektrode 24 gegenüberliegt. Infolgedessen kann ein Fluss der durch die fotoelektrische Umwandlung erzeugten Ladung in das benachbarte Bildgebungselement reduziert werden und verschlechtert sich daher die Qualität eines aufgenommenen Bildes (Bild) nicht. Alternativ dazu ist die untere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode 27 in einem Gebiet ausgebildet, das über die Isolierungsschicht dem Gebiet-A der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 23A gegenüberliegt. Dementsprechend sind ein elektrisches Feld und ein Potential in dem Gebiet-A, das in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 23A enthalten und oberhalb der unteren Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode 27 gelegen ist, steuerbar. Infolgedessen kann ein Fluss der durch die fotoelektrische Umwandlung erzeugten Ladung in das benachbarte Bildgebungselement durch die untere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode 27 reduziert werden und verschlechtert sich daher die Qualität eines aufgenommenen Bildes (Bild) nicht.
Gemäß dem in 39 und 40 dargestellten Beispiel ist die untere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode 27 in einem Gebiet (Gebiet-a), das zwischen den Ladungsakkumulierungselektroden 24 sandwichartig angeordnet ist, und unterhalb des in der Isolierungsschicht 82 enthaltenen Bereichs 82_A ausgebildet. Indes ist gemäß den in 41, 42A und 42B dargestellten Beispielen die untere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode 27 in einem von den vier Ladungsakkumulierungselektroden 24 umgebenen Gebiet und unterhalb eines in der Isolierungsschicht 82 enthaltenen Bereichs ausgebildet. Man beachte, dass die in 41, 42A und 42B dargestellten Beispiele den Festkörper-Bildgebungsvorrichtungen mit der ersten Konfiguration und der zweiten Konfiguration entsprechen. Außerdem ist die gemeinsame eine erste Elektrode 21 entsprechend den vier Ladungsakkumulierungselektroden 24 in den vier Bildgebungselementen vorgesehen.
Gemäß dem in 42B dargestellten Beispiel ist die eine gemeinsame erste Elektrode 21 entsprechend den vier Ladungsakkumulierungselektroden 24 in den vier Bildgebungselementen vorgesehen. Die untere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode 27 ist in einem von den vier Ladungsakkumulierungselektroden 24 umgebenen Gebiet und unterhalb eines in der Isolierungsschicht 82 enthaltenen Bereichs ausgebildet, und die Ladungsentladungselektrode 26 ist ebenfalls in einem von den vier Ladungsakkumulierungselektroden 24 umgebenen Gebiet und unterhalb eines in der Isolierungsschicht 82 enthaltenen Bereichs ausgebildet. Wie oben beschrieben wurde, kann die Ladungsentladungselektrode 26 als Floating-Diffusionsbereich oder Überlauf-Drain der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 23 verwendet werden.
Ausführungsform 8
Ausführungsform 8 bezieht sich auf ein Bildgebungselement und dergleichen, das eine obere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode (eine obere und Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode) enthält, der vorliegenden Offenbarung. 43 ist eine schematische partielle Querschnittsdarstellung von Bildgebungselementen (zwei, nebeneinander angeordneten Bildgebungselementen) der Ausführungsform 8, während 44 und 45 schematische partielle Darstellungen in Draufsicht der Bildgebungselemente (2×2 Bildgebungselemente, die nebeneinander angeordnet sind) der Ausführungsform 8 sind. Gemäß dem Bildgebungselement der Ausführungsform 8 ist anstelle der zweiten Elektrode 22 eine obere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode 28 auf dem Gebiet 23_A ausgebildet, das in der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 23 enthalten und zwischen den benachbarten Bildgebungselementen gelegen ist. Die obere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode 28 ist von der zweiten Elektrode 22 getrennt vorgesehen. Mit anderen Worten ist die zweite Elektrode 22 für jedes der Bildgebungselemente vorgesehen, und die obere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode 28 ist auf dem Gebiet-A der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 23 vorgesehen und ist so angeordnet, dass sie zumindest einen Teil der zweiten Elektrode 22 an einer von der zweiten Elektrode getrennten Position umgibt. Die obere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode 28 ist in der gleichen Ebene wie die Ebene der zweiten Elektrode 22 ausgebildet.
Man beachte, dass die eine Ladungsakkumulierungselektrode 24 entsprechend der einen ersten Elektrode 21 in dem einen Bildgebungselement gemäß dem in 44 dargestellten Beispiel vorgesehen ist. Mit anderen Worten ist gemäß der in 45 dargestellten Modifikation die gemeinsame eine erste Elektrode 21 entsprechend den zwei Ladungsakkumulierungselektroden 24 in den beiden Bildgebungselementen vorgesehen. Eine schematische partielle Querschnittsdarstellung der Bildgebungselemente (zweier Bildgebungselemente, die nebeneinander angeordnet sind) der Ausführungsform 8, die in 43 dargestellt ist, entspricht 45.
Wie in einer schematischen partiellen Querschnittsdarstellung der Bildgebungselemente (zwei Bildgebungselemente, die nebeneinander angeordnet sind) der Ausführungsform 8 in 46A dargestellt ist, kann ferner die zweite Elektrode 22 in eine Vielzahl von Stücken unterteilt sein und können verschiedene Potentiale individuell an die jeweiligen, so unterteilten zweiten Elektroden 22 angelegt werden. Wie in 46B dargestellt ist, kann ferner die obere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode 28 zwischen den unterteilten zweiten Elektroden 22 vorgesehen sein.
Gemäß der Ausführungsform 8 wird die auf der Lichteintrittsseite gelegene zweite Elektrode 22 für die in der Links-Rechts-Richtung in der Blattebene von 44 angeordneten Bildgebungselemente gemeinsam genutzt und auch für ein Paar der Bildgebungselemente gemeinsam genutzt, die in der Auf-Ab-Richtung in der Papierebene von 44 angeordnet sind. Ferner wird die obere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode 28 auch für die Bildgebungselemente gemeinsam genutzt, die in der Links-Rechts-Richtung in der Papierebene von 44 angeordnet sind, und wird ebenfalls für ein Paar der Bildgebungselemente gemeinsam genutzt, die in der Auf-Ab-Richtung in der Papierebene von 44 angeordnet sind. Die zweite Elektrode 22 und die obere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode 28 können hergestellt werden, indem Filme von Materialschichten, die die zweite Elektrode 22 und die obere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode 28 bilden, auf der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 23 ausgebildet und dann diese Materialschichten strukturiert werden. Jede der zweiten Elektrode 22 und der oberen Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode 28 ist mit einer (nicht dargestellten) Leiterbahn individuell verbunden, und diese Leiterbahnen sind mit der Ansteuerschaltung verbunden. Die mit der zweiten Elektrode 22 verbundene Leiterbahn wird für eine Vielzahl der Bildgebungselemente gemeinsam genutzt. Die mit der oberen Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode 28 verbundene Leiterbahn wird ebenfalls für eine Vielzahl der Bildgebungselemente gemeinsam genutzt.
Gemäß dem Bildgebungselement der Ausführungsform 8 wird während einer Ladungsakkumulierungsperiode von der Ansteuerschaltung ein Potential V₂₁ an die zweite Elektrode 22 angelegt, wird von der Ansteuerschaltung ein Potential V₄₁ an die obere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode 28 angelegt und werden Ladungen in der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 23 akkumuliert. Während einer Ladungsübertragungsperiode wird von der Ansteuerschaltung ein Potential V₂₂ an die zweite Elektrode 22 angelegt, wird ein Potential V₄₂ von der Ansteuerschaltung an die obere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode 28 angelegt und werden die in der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 23 akkumulierten Ladungen über die erste Elektrode 21 zur Steuerungseinheit ausgelesen. Die erste Elektrode 21 weist hierin ein höheres Potential als das Potential der zweiten Elektrode auf.
Dementsprechend sind $V_{21} \geq V_{41} {und V}_{22} \geq V_{42}$
erfüllt.
Wie oben beschrieben wurde, ist gemäß dem Bildgebungselement der Ausführungsform 8 auf dem Gebiet, das in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht enthalten und zwischen den benachbarten Bildgebungselementen gelegen ist, anstelle der zweiten Elektrode die Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode ausgebildet. Dementsprechend kann ein Fluss von durch fotoelektrische Umwandlung erzeugten Ladungen in das benachbarte Bildgebungselement durch die Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode reduziert werden und verschlechtert sich daher die Qualität eines aufgenommenen Bildes (Bild) nicht.
47A ist eine schematische partielle Querschnittsdarstellung einer Modifikation der Bildgebungselemente (zwei Bildgebungselemente, die nebeneinander angeordnet sind) der Ausführungsform 8, während 48A und 48B schematische partielle Darstellungen in Draufsicht sind. Gemäß dieser Modifikation ist die zweite Elektrode 22 für jedes der Bildgebungselemente vorgesehen. Die obere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode 28 ist von der zweiten Elektrode 22 getrennt vorgesehen und umgibt zumindest einen Teil der zweiten Elektrode 22. Ein Teil der Ladungsakkumulierungselektrode 24 ist unterhalb der oberen Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode 28 vorhanden. Die zweite Elektrode 22 ist der Größe nach kleiner als die Ladungsakkumulierungselektrode 24 und oberhalb der Ladungsakkumulierungselektrode 24 vorgesehen.
47B ist eine schematische partielle Querschnittsdarstellung einer Modifikation der Bildgebungselemente (zwei Bildgebungselemente, die nebeneinander angeordnet sind) der Ausführungsform 8, während 49A und 49B schematische partielle Darstellung in Draufsicht sind. Gemäß dieser Modifikation ist die zweite Elektrode 22 für jedes der Bildgebungselemente vorgesehen. Die obere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode 28 ist von der zweiten Elektrode 22 getrennt vorgesehen und umgibt zumindest einen Teil der zweiten Elektrode 22. Ein Teil der Ladungsakkumulierungselektrode 24 ist unterhalb der oberen Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode 28 vorhanden. Ferner ist die untere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode (untere und Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode) 27 unterhalb der oberen Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode (obere und Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode) 28 vorgesehen. Die zweite Elektrode 22 ist der Größe nach kleiner als jene der Modifikation, die in 47A dargestellt ist. Konkret ist das Gebiet, das in der zweiten Elektrode 22 enthalten ist und der oberen Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode 28 gegenüberliegt, näher zu der Seite der ersten Elektrode 21 als das Gebiet, das in der zweiten Elektrode 22 enthalten ist und der oberen Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode 28 gegenüberliegt, der in 47A dargestellten Modifikation gelegen. Die Ladungsakkumulierungselektrode 24 ist von der unteren Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode 27 umgeben.
Ausführungsform 9
Ausführungsform 9 bezieht sich auf Festkörper-Bildgebungsvorrichtungen mit der ersten Konfiguration und der zweiten Konfiguration.
Die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung der Ausführungsform 9 enthält
die erste Elektrode 21, die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und eine fotoelektrische Umwandlungseinheit, die die fotoelektrische Umwandlungsschicht 23A und die zweite Elektrode 22 enthält, die aufeinandergestapelt sind.
Ferner enthält die fotoelektrische Umwandlungseinheit eine Vielzahl von Bildgebungselementen, die jeweils getrennt von der ersten Elektrode 21 angeordnet sind und die Ladungsakkumulierungselektrode 24 enthalten, die so angeordnet ist, dass sie der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B gegenüberliegt, wobei die Isolierungsschicht 82 zwischen der Ladungsakkumulierungselektrode 24 und der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B angeordnet ist.
Ein Bildgebungselementblock wird von der Vielzahl von Bildgebungselementen gebildet.
Die erste Elektrode 21 wird von der Vielzahl von den Bildgebungselementblock bildenden Bildgebungselementen geteilt bzw. gemeinsam genutzt.
Alternativ dazu enthält die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung der Ausführungsform 9 eine Vielzahl der in der Ausführungsform 1 bis zur Ausführungsform 8 beschriebenen Bildgebungselemente.
Gemäß der Ausführungsform 9 ist eine Floating-Diffusionsschicht für die Vielzahl von Bildgebungselementen vorgesehen. Außerdem kann die eine Floating-Diffusionsschicht von der Vielzahl von Bildgebungselementen gemeinsam genutzt bzw. geteilt werden, indem eine Zeitsteuerung bzw. ein Zeitpunkt der Ladungsübertragungsperiode geeignet gesteuert wird. In diesem Fall kann ferner ein Kontaktlochbereich von der Vielzahl von Bildgebungselementen gemeinsam genutzt werden.
Man beachte, dass die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung der Ausführungsform 9 eine Konfiguration und eine Struktur aufweist, die außer, dass die erste Elektrode 21 von der Vielzahl von den Bildgebungselementblock bildenden Bildgebungselementen gemeinsam genutzt wird, jenen der in der Ausführungsform 1 bis zur Ausführungsform 8 beschriebenen Festkörper-Bildgebungsvorrichtungen im Wesentlichen ähnlich sind.
50 (Ausführungsform 9), 51 (erste Modifikation der Ausführungsform 9), 52 (zweite Modifikation der Ausführungsform 9), 53 (dritte Modifikation der Ausführungsform 9) und 54 (vierte Modifikation der Ausführungsform 9) stellen jeweils Anordnungszustände der ersten Elektroden 21 und der Ladungsakkumulierungselektroden 24 der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung der Ausführungsform 9 schematisch dar. 50, 51, 54 und 55 stellen jeweils 16 Bildgebungselemente dar, während 52 und 53 jeweils 12 Bildgebungselemente darstellen. Ferner wird ein Bildgebungselementblock von zwei Bildgebungselementen gebildet. Der Bildgebungselementblock ist durch eine den Bildgebungselementblock umgebende gestrichelte Linie angegeben. Ein Suffix ist jeder der ersten Elektrode 21 und der Ladungsakkumulierungselektrode 24 zur Unterscheidung jeweiliger Stücke der ersten Elektrode 21 und der Ladungsakkumulierungselektrode 24 zugeordnet. Dies gilt auch in der folgenden Beschreibung. Ferner ist eine (in 50 bis 57 nicht dargestellte) On-Chip-Mikrolinse über dem einen Bildgebungselement angeordnet. Außerdem sind die beiden Ladungsakkumulierungselektroden 24 in dem einen Bildgebungselementblock mit der zwischen den Ladungsakkumulierungselektroden 24 angeordneten ersten Elektrode 21 vorgesehen (siehe 50 und 51). Alternativ dazu ist die eine erste Elektrode 21 so angeordnet, dass sie den beiden nebeneinander vorgesehenen Ladungsakkumulierungselektroden 24 gegenüberliegt (siehe 54 und 55). Konkret ist die erste Elektrode den Ladungsakkumulierungselektroden der jeweiligen Bildgebungselemente benachbart angeordnet. Alternativ dazu ist die erste Elektrode einem Teil der Ladungsakkumulierungselektroden der Vielzahl von Bildgebungselementen benachbart angeordnet und dem Rest der Ladungsakkumulierungselektroden nicht benachbart angeordnet (siehe 52 und 53). In diesem Fall werden Ladungen vom Rest der Vielzahl von Bildgebungselementen über den Teil der Vielzahl von Bildgebungselementen zur ersten Elektrode übertragen. Um eine Ladungsübertragung von den jeweiligen Bildgebungselementen zur ersten Elektrode zuverlässig zu erreichen, ist es vorzuziehen, dass ein Abstand A zwischen der das Bildgebungselement bildenden Ladungsakkumulierungselektrode und der das Bildgebungselement bildenden Ladungsakkumulierungselektrode länger ist als ein Abstand B zwischen der ersten Elektrode und der Ladungsakkumulierungselektrode in dem der ersten Elektrode benachbarten Bildgebungselement. Außerdem ist es vorzuziehen, den Abstand A zu vergrößern, wenn der Ort des Bildgebungselements von der ersten Elektrode entfernter liegt. Gemäß dem in 51, 53 und 55 dargestellten Beispiel ist ferner die Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode 27 zwischen der Vielzahl von den Bildgebungselementblock bildenden Bildgebungselementen angeordnet. Eine Ladungsübertragung zwischen den Bildgebungselementblöcken, die mit der dazwischen angeordneten Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode 27 angeordnet sind, kann zuverlässig reduziert werden, indem die Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode 27 vorgesehen wird. Unter der Annahme, dass ein an die Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode 27 angelegtes Potential V₁₇ ist, reicht es aus, falls V₃₁ > V₁₇ eingestellt wird.
Die Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode 27 kann auf der Seite der ersten Elektrode entweder in der gleichen Ebene wie die Ebene der ersten Elektrode 21 oder die Ladungsakkumulierungselektrode 24 oder in einer unterschiedlichen Ebene (konkret in einer Ebene, die tiefer als die erste Elektrode 21 oder die Ladungsakkumulierungselektrode 24 liegt) angeordnet sein. Im erstgenannten Fall kann ein Abstand zwischen der Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode 27 und der fotoelektrischen Umwandlungsschicht reduziert werden. Dementsprechend ist eine Potentialsteuerung leicht erreichbar. Auf der anderen Seite kann im letztgenannten Fall ein Abstand zwischen der Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode 27 und der Ladungsakkumulierungselektrode 24 reduziert werden. Dementsprechend ist der letztgenannte Fall für eine Miniaturisierung vorteilhaft.
Im Folgenden wird hier eine Operation des von der ersten Elektrode 21₂ und den zwei Ladungsakkumulierungselektroden 24₂₁ und 24₂₂ gebildeten Bildgebungselementblocks beschrieben.
Während einer Ladungsakkumulierungsperiode wird von der Ansteuerschaltung ein Potential V₁₁ an die erste Elektrode 21₂ angelegt und wird von der Ansteuerschaltung ein Potential V₃₁ an die Ladungsakkumulierungselektroden 24₂₁ und 24₂₂ angelegt. Eine fotoelektrische Umwandlung wird durch Eintritt von Licht in die fotoelektrische Umwandlungsschicht 23A in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 23A durchgeführt. Durch die fotoelektrische Umwandlung erzeugte Löcher werden über die Leiterbahn V_OU von der zweiten Elektrode 22 zur Ansteuerschaltung gesendet. Währenddessen wird das Potential V₁₁ der ersten Elektrode 21₂ auf ein höheres Potential als das Potential V₂₁ der zweiten Elektrode 22 gesetzt, d. h. beispielsweise wird ein positives Potential an die erste Elektrode 21₂ angelegt und wird ein negatives Potential an die zweite Elektrode 22 angelegt. Dementsprechend wird V₃₁ ≥ V₁₁, vorzugsweise V₃₁ > V₁₁, eingestellt. Auf diese Weise werden durch die fotoelektrische Umwandlung erzeugte Elektronen in Richtung der Ladungsakkumulierungselektroden 24₂₁ und 24₂₂ angezogen und verweilen in einem Gebiet, das in der anorganischen fotoelektrischen Umwandlungsschicht 23B und dergleichen enthalten ist und den Ladungsakkumulierungselektroden 24₂₁ und 24₂₂ gegenüberliegt. Konkret werden Ladungen in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und dergleichen akkumuliert. Im Zustand V₃₁ ≥ V₁₁ werden innerhalb der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 23A erzeugte Elektronen nicht in Richtung der ersten Elektrode 21₂ übertragen. Der Wert des Potentials in dem Gebiet, das in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und dergleichen enthalten ist und den Ladungsakkumulierungselektroden 24₂₁ und 24₂₂ gegenüberliegt, verschiebt sich im Verlauf der Zeit einer fotoelektrischen Umwandlung in Richtung der negativen Seite.
Eine Rücksetzoperation wird in einem späteren Teil der Ladungsakkumulierungsperiode durchgeführt. Als Folge wird das Potential der ersten Floating-Diffusionsschicht zurückgesetzt und wird das Potential VDD der Stromquelle.
Nach Abschluss der Rücksetzoperation werden Ladungen ausgelesen. Konkret wird während einer Ladungsübertragungsperiode von der Ansteuerschaltung ein Potential V₂₁ an die erste Elektrode 21₂ angelegt, wird von der Ansteuerschaltung ein Potential V_32-A an die Ladungsakkumulierungselektrode 24₂₁ angelegt und wird von der Ansteuerschaltung ein Potential V_32-B an die Ladungsakkumulierungselektrode 24₂₂ angelegt. In diesem Fall wird hierin V_32-A < V₂₁ < V_32-B eingestellt. Auf solch eine Weise werden Elektronen, die in dem Gebiet verweilen, das in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und dergleichen enthalten ist und der Ladungsakkumulierungselektrode 24₂₁ gegenüberliegt, zu der ersten Elektrode 21₂ und weiter zu der ersten Floating-Diffusionsschicht ausgelesen. Konkret werden Ladungen, die in den Gebieten akkumuliert werden, die in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und dergleichen enthalten sind und der Ladungsakkumulierungselektrode 24₂₁ gegenüberliegen, zur Steuerungseinheit ausgelesen. Nach Abschluss des Auslesens wird V_32-B ≤ V_32-A < V₂₁ eingestellt. Man beachte, dass in dem in 54 und 55 dargestellten Beispiel V_32-B < V₂₁ < V_32-A eingestellt werden kann. Auf diese Weise werden Elektronen, die in dem Gebiet verweilen, das in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und dergleichen enthalten ist und der Ladungsakkumulierungselektrode 24₂₂ gegenüberliegt, zu der ersten Elektrode 21₂ und weiter zu der ersten Floating-Diffusionsschicht ausgelesen. Außerdem können gemäß dem in 52 und 53 dargestellten Beispiel Elektronen, die in dem Gebiet verweilen, das in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und dergleichen enthalten ist und der Ladungsakkumulierungselektrode 24₂₂ gegenüberliegt, über die der Ladungsakkumulierungselektrode 24₂₂ benachbarte erste Elektrode 21₃ zur ersten Floating-Diffusionsschicht ausgelesen werden. Auf diese Weise werden Ladungen, die in dem Gebiet akkumuliert wurden, das in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und dergleichen enthalten ist und der Ladungsakkumulierungselektrode 24₂₂ und dergleichen gegenüberliegt, zur Steuerungseinheit ausgelesen. Man beachte, dass nach Abschluss des Auslesens von Ladungen, die in dem Gebiet akkumuliert wurden, das in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und dergleichen enthalten ist und der Ladungsakkumulierungselektrode 24₂₁ gegenüberliegt, zur Steuerungseinheit das Potential der ersten Floating-Diffusionsschicht zurückgesetzt werden kann.
58A stellt ein Beispiel einer Auslese-Ansteuerung dar, das im Bildgebungselementblock der Ausführungsform 9 durchgeführt wird.
[Schritt-A]
Einspeisung eines Signals für eine automatische Nullpunkteinstellung in einen Komparator
[Schritt-B]
Rücksetzoperation einer gemeinsam genutzten Floating-Diffusionsschicht
[Schritt-C]
P-Phase-Auslesen in dem Bildgebungselement entsprechend der Ladungsakkumulierungselektrode 24₂₁ und Ladungsübertragung zur ersten Elektrode 21₂
[Schritt-D]
D-Phase-Auslesen im Bildgebungselement entsprechend der Ladungsakkumulierungselektrode 24₂₁ und Ladungsübertragung zur ersten Elektrode 21₂
[Schritt-E]
Rücksetzoperation einer gemeinsam genutzten Floating-Diffusionsschicht
[Schritt-F]
Einspeisung eines Signals zur automatischen Nullpunkteinstellung in einen Komparator
[Schritt-G]
P-Phase-Auslesen im Bildgebungselement entsprechend der Ladungsakkumulierungselektrode 24₂₂ und Ladungsübertragung zur ersten Elektrode 21₂
[Schritt-H]
D-Phase-Auslesen im Bildgebungselement entsprechend der Ladungsakkumulierungselektrode 24₂₂ und Ladungsübertragung zur ersten Elektrode 21₂
Gemäß dem vorhergehenden Ablauf werden Signale von den beiden Bildgebungselementen, die der Ladungsakkumulierungselektrode 24₂₁ und der Ladungsakkumulierungselektrode 24₂₂ entsprechen, ausgelesen. Auf der Basis einer Verarbeitung der korrelierten Doppelabtastung (CDS) entspricht eine Differenz zwischen dem P-Phase-Auslesen in [Schritt-C] und dem D-Phase-Auslesen in [Schritt-D] einem Signal von dem der Ladungsakkumulierungselektrode 24₂₁ entsprechenden Bildgebungselement und entspricht eine Differenz zwischen dem P-Phase-Auslesen in [Schritt-G] und dem D-Phase-Auslesen in [Schritt-H] einem Signal von dem der Ladungsakkumulierungselektrode 24₂₂ entsprechenden Bildgebungselement.
Man beachte, dass die Operation von [Schritt-E] weggelassen werden kann (siehe 58B). Ferner kann die Operation von [Schritt-F] weggelassen werden. In diesem Fall kann ferner [Schritt-G] weggelassen werden (siehe 58C). Die Differenz zwischen dem P-Phase-Auslesen in [Schritt-C] und dem D-Phase-Auslesen in [Schritt-D] entspricht einem Signal von dem der Ladungsakkumulierungselektrode 24₂₁ entsprechenden Bildgebungselement, und eine Differenz zwischen dem D-Phase-Auslesen in [Schritt-D] und dem D-Phase-Auslesen in [Schritt-H] entspricht einem Signal von dem der Ladungsakkumulierungselektrode 24₂₂ entsprechenden Bildgebungselement.
Gemäß einer Modifikation, die in 56 (sechste Modifikation der Ausführungsform 9) und in 57 (siebte Modifikation der Ausführungsform 9) dargestellt ist, wo Anordnungszustände der ersten Elektrode 21 und der Ladungsakkumulierungselektrode 24 schematisch dargestellt sind, umfasst der Bildgebungselementblock vier Bildgebungselemente. Operationen dieser Festkörper-Bildgebungsvorrichtungen können im Wesentlichen ähnlich den Operationen der Festkörper-Bildgebungsvorrichtungen sein, die in 50 bis 55 dargestellt wurden.
Gemäß der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung der Ausführungsform 9 wird die erste Elektrode von der Vielzahl von den Bildgebungselementblock bildenden Bildgebungselementen gemeinsam genutzt bzw. geteilt. Dementsprechend können Konfiguration und Struktur eines Pixelgebiets, wo die Vielzahl von Bildgebungselementen angeordnet ist, vereinfacht und miniaturisiert werden. Man beachte, dass die Vielzahl von Bildgebungselementen, die für die eine Floating-Diffusionsschicht vorgesehen sind, von einer Vielzahl von Bildgebungselementen des ersten Typs gebildet werden kann oder von zumindest dem einen Bildgebungselement des ersten Typs oder dem einen, zwei oder mehr Bildgebungselementen des zweiten Typs gebildet werden kann.
Ausführungsform 10
Ausführungsform 10 ist eine Modifikation der Ausführungsform 9. Gemäß einer Festkörper-Bildgebungsvorrichtung der Ausführungsform 10, die in 59, 60, 61 und 62 dargestellt ist, worin Anordnungszustände der ersten Elektroden 21 und der Ladungsakkumulierungselektroden 24 schematisch dargestellt sind, wird der Bildgebungselementblock von zwei Bildgebungselementen gebildet. Ferner ist oberhalb des Bildgebungselementblocks die eine On-Chip-Mikrolinse 14 angeordnet. Entsprechend dem in 60 und 62 dargestellten Beispiel beachte man, dass die Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode 27 zwischen der Vielzahl von den Bildgebungselementblock bildenden Bildgebungselementen angeordnet ist.
Beispielsweise hat jede der fotoelektrischen Umwandlungsschichten entsprechend den Ladungsakkumulierungselektroden 24₁₁, 24₂₁, 24₃₁ und 24₄₁, die den Bildgebungselementblock bilden, eine hohe Empfindlichkeit für einfallendes Licht, das in der Figur von schräg oben rechts kommt. Auf der anderen Seite hat jede der fotoelektrischen Umwandlungsschichten entsprechend den den Bildgebungselementblock bildenden Ladungsakkumulierungselektroden 24₁₂, 24₂₂ 24₃₂ und 24₄₂ eine hohe Empfindlichkeit für einfallendes Licht, das in der Figur von schräg oben links kommt. Dementsprechend kann zum Beispiel ein Phasendifferenzsignal an der Bildoberfläche erfasst werden, indem das Bildgebungselement mit der Ladungsakkumulierungselektrode 24₁₁ und das Bildgebungselement mit der Ladungsakkumulierungselektrode 24₁₂ kombiniert werden. Ferner kann ein Bildgebungselement hergestellt werden, indem das Bildgebungselement mit der Ladungsakkumulierungselektrode 24₁₁ und das Bildgebungselement mit der Ladungsakkumulierungselektrode 24₁₂ auf der Basis einer Summe von von diesen Bildgebungselementen empfangenen Signalen kombiniert werden. Gemäß dem in 59 dargestellten Beispiel ist die erste Elektrode 21₁ zwischen der Ladungsakkumulierungselektrode 24₁₁ und der Ladungsakkumulierungselektrode 24₁₂ angeordnet. Wie in dem in 61 dargestellten Beispiel kann jedoch die eine erste Elektrode 21₁ so angeordnet sein, dass sie zwei, nebeneinander angeordneten Ladungsakkumulierungselektroden 24₁₁ und 24₁₂ gegenüberliegt, um die Empfindlichkeit weiter zu verbessern.
Während die vorliegende Offenbarung auf der Basis der bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurde, ist die vorliegende Offenbarung nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Die Strukturen und Konfigurationen, die Herstellungsbedingungen, das Herstellungsverfahren und die verwendeten Materialien des Bildgebungselements, des gestapelten Bildgebungselements und der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung, die in den Ausführungsformen beschrieben wurden, sind beispielhaft dargelegt und können geeignet geändert werden. Die Bildgebungselemente der jeweiligen Ausführungsformen können geeignet kombiniert werden. Beispielsweise sind die Konfigurationen und die Struktur des Bildgebungselements der vorliegenden Offenbarung für ein lichtemittierendes Element wie etwa ein organisches EL-Element oder für ein Kanalausbildungsgebiet eines Dünnfilmtransistors verwendbar.
Je nach Fällen kann jede der Floating-Diffusionsschichten FD₁ , FD₂ , FD₃ , 51C, 45C und 46C gemeinsam genutzt werden.
Wie in einer Modifikation des Bildgebungselements und des gestapelten Bildgebungselements, die in der Ausführungsform 1 in 63 beschrieben ist, kann zum Beispiel eine Konfiguration übernommen werden, in der Licht von der Seite der zweiten Elektrode 22 aus eintritt. In diesem Fall ist die Lichtabschirmungsschicht 15 auf der Lichteintrittsseite nahe der zweiten Elektrode 22 ausgebildet. Man beachte, dass verschiedene Arten von Leiterbahnen, die auf der Lichteintrittsseite der fotoelektrischen Umwandlungsschicht vorgesehen sind, als die Lichtabschirmungsschicht fungieren können.
Während in dem in 63 dargestellten Beispiel die Lichtabschirmungsschicht 15 oberhalb der zweiten Elektrode 22 ausgebildet ist, d. h. die Lichtabschirmungsschicht 15 auf der Lichteintrittsseite nahe der zweiten Elektrode 22 und oberhalb der ersten Elektrode 21 ausgebildet ist, kann die Lichtabschirmungsschicht 15 wie in 64 dargestellt auf der Oberfläche der Lichteintrittsseite der zweiten Elektrode 22 ausgebildet sein. Außerdem kann je nach Fall die Lichtabschirmungsschicht 15 wie in 65 dargestellt in der zweiten Elektrode 22 ausgebildet sein.
Alternativ dazu kann Licht von der Seite der zweiten Elektrode 22 aus eintreten, kann aber daran gehindert werden, in die erste Elektrode 21 einzutreten. Konkret ist, wie in 63 dargestellt ist, die Lichtabschirmungsschicht 15 auf der Lichteintrittsseite nahe der zweiten Elektrode 22 und oberhalb der ersten Elektrode 21 ausgebildet. Alternativ dazu kann, wie in 67 dargestellt ist, eine Struktur übernommen werden, in der die On-Chip-Mikrolinse 14 oberhalb der Ladungsakkumulierungselektrode 24 und der zweiten Elektrode 22 vorgesehen ist. In diesem Fall wird in die On-Chip-Mikrolinse 14 eintretendes Licht auf der Ladungsakkumulierungselektrode 24 konvergiert bzw. gesammelt und daran gehindert, die erste Elektrode 21 zu erreichen. Wie in der Ausführungsform 4 beschrieben wurde, kann in einem Fall, in dem die Übertragungs-Steuerungselektrode 25 vorgesehen ist, ein Modus angenommen werden, in dem Licht nicht in die erste Elektrode 21 und die Übertragungs-Steuerungselektrode 25 eintritt. Genauer gesagt kann, wie in 66 dargestellt ist, eine Struktur übernommen werden, in der die Lichtabschirmungsschicht 15 oberhalb der ersten Elektrode 21 und der Übertragungs-Steuerungselektrode 25 ausgebildet ist. Alternativ dazu kann eine Struktur angenommen werden, in der in die On-Chip-Mikrolinse 14 eintretendes Licht die erste Elektrode 21 oder die erste Elektrode 21 und die Übertragungs-Steuerungselektrode 25 nicht erreicht.
Ein Beitrag zu einer fotoelektrischen Umwandlung durch einen Bereich, der in der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 23 enthalten und oberhalb der ersten Elektrode 21 (oder oberhalb der ersten Elektrode 21 und der Übertragungs-Steuerungselektrode 25) gelegen ist, wird eliminiert, indem diese Konfigurationen und Strukturen angenommen werden, die Lichtabschirmungsschicht 15 so vorgesehen wird, dass Licht nur in den Bereich eintritt, der in der fotoelektrischen Umwandlungseinheit 23 enthalten und oberhalb der Ladungsakkumulierungselektrode 24 gelegen ist, oder die On-Chip-Mikrolinse 14 entworfen wird. Dementsprechend können alle Pixel zuverlässiger und gleichzeitig zurückgesetzt werden, und daher kann die globale Blendenfunktion leichter erreicht werden. Gemäß einem Ansteuerverfahren der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung, die eine Vielzahl von Bildgebungselementen mit den vorhergehenden Konfigurationen und Strukturen enthält, werden konkret folgende Schritte wiederholt.
In all den Bildgebungselementen werden Ladungen in der ersten Elektrode 21 aus dem System nach außen) entladen bzw. abgeleitet, während gleichzeitig Ladungen in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und dergleichen akkumuliert werden.
Anschließend werden in all den Bildgebungselementen die in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B und dergleichen akkumulierten Ladungen gleichzeitig zur ersten Elektrode 21 übertragen. Nach Abschluss einer Übertragung werden die zur ersten Elektrode 21 übertragenen Ladungen in jedem der Bildgebungselemente ausgelesen.
Gemäß dem Ansteuerverfahren der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung, das oben beschrieben wurde, hat jedes der Bildgebungselemente solch eine Struktur, bei der Licht, das von der Seite der zweiten Elektrode aus eingetreten ist, die erste Elektrode nicht erreicht. Außerdem werden in all den Bildgebungselementen Ladungen in der ersten Elektrode gleichzeitig aus dem System nach außen entladen, während Ladungen in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht und dergleichen akkumuliert werden. Dementsprechend können die ersten Elektroden all der Bildgebungselemente gleichzeitig und zuverlässig zurückgesetzt werden. Anschließend werden in all den Bildgebungselementen die in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht und dergleichen akkumulierten Ladungen gleichzeitig zur ersten Elektrode übertragen. Nach Abschluss einer Übertragung werden die zur ersten Elektrode übertragenen Ladungen in jedem der Bildgebungselemente sequentiell ausgelesen. Dementsprechend kann was man allgemein als globale Blendenfunktion bezeichnet einfach erreicht werden.
Falls die eine anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B für eine Vielzahl der Bildgebungselemente gemeinsam genutzt wird, ist im Hinblick auf einen Schutz des Endes der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B ein Ende der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B vorzugsweise zumindest durch die fotoelektrische Umwandlungsschicht 23A bedeckt. Es reicht aus, falls das Bildgebungselement in solch einem Fall eine Struktur aufweist, die in einer schematischen Querschnittsdarstellung in 1 am rechten Ende der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B dargestellt ist.
Ferner kann als Modifikation der Ausführungsform 4 eine Vielzahl von Übertragungs-Steuerungselektroden von einer der ersten Elektrode 21 am Nächsten gelegenen Position in Richtung der Ladungsakkumulierungselektrode 24 vorgesehen sein, wie in 67 dargestellt ist. Man beachte, dass 67 ein Beispiel darstellt, bei dem zwei Übertragungs-Steuerungselektroden 25A und 25B vorgesehen sind. Außerdem kann eine Struktur übernommen werden, in der die On-Chip-Mikrolinse 14 oberhalb der Ladungsakkumulierungselektrode 24 und der zweiten Elektrode 22 vorgesehen ist. In diesem Fall wird in die On-Chip-Mikrolinse 14 eintretendes Licht auf der Ladungsakkumulierungselektrode 24 gesammelt und daran gehindert, die erste Elektrode 21 und die Übertragungs-Steuerungselektroden 25A und 25B zu erreichen.
Die erste Elektrode 21 kann so konfiguriert sein, dass sie sich innerhalb einer in der Isolierungsschicht 82 ausgebildeten Öffnung 85 erstreckt und mit der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht 23B verbindet.
Während der Fall einer Anwendung für die CMOS-Festkörper-Bildgebungsvorrichtung, welche Einheitspixel enthält, die jeweils eine einer Einfallslichtmenge entsprechende Signalladung als eine physikalische Größe detektieren und in einer Matrix angeordnet sind, in den Ausführungsformen beispielhaft beschrieben wurden, ist ferner die Anwendung nicht auf eine Anwendung für die CMOS-Festkörper-Bildgebungsvorrichtung beschränkt, sondern kann eine Anwendung für eine CCD-Festkörper-Bildgebungsvorrichtung sein. Im letztgenannten Fall wird die Signalladung in der vertikalen Richtung durch ein vertikales Übertragungsregister mit einer CCD-Struktur übertragen, in der horizontalen Richtung durch ein horizontales Übertragungsregister übertragen und verstärkt, um ein Pixelsignal (Bildsignal) auszugeben. Ferner ist die Anwendung nicht auf eine Art einer Festkörper-Bildgebungsvorrichtung vom Spaltentyp beschränkt, die in einer zweidimensionalen Matrix angeordnete Pixel und Spalten-Signalverarbeitungsschaltungen enthält, von denen eine für jede Pixelspalte angeordnet ist. Weiterhin kann je nach Fall der Auswahltransistor weggelassen werden.
Darüber hinaus ist eine Anwendung des Bildgebungselements und des gestapelten Bildgebungselements der vorliegenden Offenbarung nicht auf eine Festkörper-Bildgebungsvorrichtung beschränkt, die eine Verteilung von Einfallslichtmengen sichtbaren Lichts detektiert und die Verteilung als Bild aufnimmt, sondern kann eine Festkörper-Bildgebungsvorrichtung sein, die eine Verteilung von Einfallslichtmengen von Infrarotlicht, Röntgenstrahlen, Teilchen oder dergleichen als Bild aufnimmt. In einem weiten Sinne können außerdem das Bildgebungselement und das gestapelte Bildgebungselement der vorliegenden Offenbarung für jede beliebige Art von Festkörper-Bildgebungsvorrichtung (Vorrichtung zur Detektion einer Verteilung einer physikalischen Größe) wie etwa einen Sensor zur Detektion eines Fingerabdrucks (Vorrichtung zur Detektion einer Verteilung einer physikalischen Größe) verwendet werden, der eine Verteilung anderer physikalischer Größen wie etwa Druck und elektrostatische Kapazität detektiert und die Verteilung als Bild aufnimmt.
Ferner ist die Anwendung nicht auf eine Festkörper-Bildgebungsvorrichtung beschränkt, die jeweilige Einheitspixel in einem Bildgebungsgebiet in Einheiten einer Reihe bzw. reihenweise scannt und ein Pixelsignal von jedem der Einheitspixel liest. Die Anwendung kann eine Festkörper-Bildgebungsvorrichtung vom X-Y-Adresstyp sein, die ein Pixel in Einheiten eines Pixels bzw. pixelweise auswählt und ein Pixelsignal von dem ausgewählten Pixel in Einheiten eines Pixels liest. Die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung kann eine von einem Chip gebildete Art oder eine andere Art sein, die modulförmig ist und eine mit einem Bildgebungsgebiet, einer Ansteuerschaltung oder einem optischen System integrierte Bildgebungsfunktion aufweist.
Außerdem ist die Anwendung nicht auf die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung beschränkt, sondern kann eine Bildgebungsvorrichtung sein. Die Bildgebungsvorrichtung bezieht sich hierin auf ein Kamerasystem wie etwa eine digitale Bildkamera und eine Video-Kamera und eine elektronische Einrichtung mit einer Bildgebungsfunktion wie etwa ein Mobiltelefon. Die Bildgebungsvorrichtung kann eine an einer elektronischen Einrichtung montierte Vorrichtung einer modulförmigen Art, d. h. ein Kameramodul, sein.
69 ist eine konzeptionelle Darstellung, die ein Beispiel einer elektronischen Einrichtung (Kamera) 200 darstellt, die eine Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 201 enthält, die von dem Bildgebungselement oder dem gestapelten Bildgebungselement der vorliegenden Offenbarung gebildet wird. Die elektronische Einrichtung 200 enthält die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 201, eine optische Linse 210, eine Blendenvorrichtung 211, eine Ansteuerschaltung 212 und eine Signalverarbeitungsschaltung 213. Die optische Linse 210 erzeugt ein Bild des von einem Objekt empfangenen Abbildungslichts (Einfallslichts) auf einer Bildgebungsoberfläche der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 201. Auf diese Weise werden Signalladungen innerhalb der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 201 während einer festgelegten Periode akkumuliert. Die Blendenvorrichtung 211 steuert eine Lichteinstrahlungsperiode und eine Lichtabschirmungsperiode für die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 201. Die Ansteuerschaltung 212 stellt ein Ansteuersignal zum Steuern einer Übertragungsoperation und dergleichen der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 201 und eines Blendenbetriebs der Blendenvorrichtung 211 bereit. Eine Signalübertragung wird durch die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 201 gemäß dem von der Ansteuerschaltung 212 bereitgestellten Ansteuersignal (Zeitsteuerungssignal) durchgeführt. Die Signalverarbeitungsschaltung 213 führt verschiedene Arten einer Signalverarbeitung durch. Ein einer Signalverarbeitung unterzogenes Videosignal wird in einem Speichermedium wie etwa einem Speicher gespeichert oder an einen Monitor ausgegeben. Die elektronische Einrichtung 200, die wie oben konfiguriert ist, kann eine Reduzierung einer Pixelgröße und eine Verbesserung einer Übertragungseffizienz der Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 201 erreichen. Dementsprechend kann die elektronische Einrichtung 200, die eine Verbesserung von Pixelcharakteristiken erreicht, erhalten werden. Die elektronische Einrichtung 200, für die die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung 201 verwendet werden kann, ist nicht auf eine Kamera beschränkt, sondern kann eine Bildgebungsvorrichtung wie etwa eine digitale Bildkamera, ein Kameramodul für eine mobile Vorrichtung wie etwa ein Mobiltelefon und dergleichen sein.
Die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung (vorliegende Technologie) kann für verschiedene Produkte verwendet werden. Beispielsweise kann die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung als eine an einem beweglichen Körper einer beliebigen Art wie etwa einem Fahrzeug, einem Elektrofahrzeug, einem Hybrid-Elektrofahrzeug, einem Automobil, einem Fahrrad, einer Vorrichtung für persönliche Mobilität, einem Flugzeug, einer Drohne, einem Schiff und einem Roboter montierte Vorrichtung realisiert werden.
72 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 72 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.
73 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Installationsposition der Bildgebungssektion 12031 veranschaulicht.
In 73 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 73 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.
Die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung kann ferner für ein System für endoskopische Chirurgie verwendet werden.
74 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 74 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.
75 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.
Ferner 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.
Ferner 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.
Während das System für endoskopische Chirurgie hierin beispielhaft beschrieben wurde, kann die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung auch für andere wie etwa ein System für mikroskopische Chirurgie verwendet werden.
Man beachte, dass die vorliegende Offenbarung folgende Konfigurationen aufweisen kann.
[A01] «Bildgebungselement: erster Aspekt»
Ein Bildgebungselement, umfassend:

eine erste Elektrode;
eine Ladungsakkumulierungselektrode, die von der ersten Elektrode getrennt angeordnet ist;
eine fotoelektrische Umwandlungseinheit, die in Kontakt mit der ersten Elektrode und oberhalb der Ladungsakkumulierungselektrode mit einer zwischen der fotoelektrischen Umwandlungseinheit und der Ladungsakkumulierungselektrode angeordneten Isolierungsschicht ausgebildet ist; und
eine zweite Elektrode, die auf der fotoelektrischen Umwandlungseinheit ausgebildet ist, worin
die fotoelektrische Umwandlungseinheit eine fotoelektrische Umwandlungsschicht und eine anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht enthält, die von der Seite der zweiten Elektrode aus in einer Reihenfolge der fotoelektrischen Umwandlungsschicht und der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht angeordnet sind, und
die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht Indiumatome, Zinnatome, Titanatome und Zinkatome enthält.

[A02]
Das Bildgebungselement gemäß [A01], worin unter der Annahme, dass eine Zusammensetzung der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht als In_aSn_bTi_cZn_dO_e ausgedrückt wird und dass a + b + c + d = 1,00 gilt, $b > d > c > 0,09$
erfüllt ist.
[A03]
Das Bildgebungselement gemäß [A01] oder [A02], worin unter der Annahme, dass eine Zusammensetzung der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht als In_aSn_bTi_cZn_dO_e ausgedrückt wird und dass a + b + c + d = 1,00 gilt, $a > (b + c + d) \leq 0,6$
erfüllt ist.
[A04] «Bildgebungselement: zweiter Aspekt»
Ein Bildgebungselement, umfassend:

[A05]
Das Bildgebungselement gemäß einem von [A01] bis [A04], worin
unter der Annahme, dass ein Energiedurchschnittswert maximaler Energiewerte in einem Leitungsband der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht E₂ ist und dass ein Energiedurchschnittswert von LUMO-Werten der fotoelektrischen Umwandlungsschicht E₁ ist, $E_{1} - E_{2} \geq 0,1 (eV)$
erfüllt ist.
[A06]
Das Bildgebungselement gemäß [A05], worin $E_{1} - E_{2} > 0,1 (eV)$
erfüllt ist.
[A07]
Das Bildgebungselement gemäß einem von [A01] bis [A06], worin
die Beweglichkeit des die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht bildenden Materials 10 cm²/V·s oder höher ist.
[A08]
Das Bildgebungselement gemäß einem von [A01] bis [A07], worin
die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht amorph ist.
[A09]
Das Bildgebungselement gemäß einem von [A01] bis [A08], worin
eine Dicke der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht von 1 × 10^-8 bis 1,5 × 10^-7 m reicht.
[A10]
Das Bildgebungselement gemäß einem von [A01] bis [A09], worin
eine in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht erzeugte Ladung über die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht zur ersten Elektrode übertragen wird.
[A11]
Das Bildgebungselement gemäß [A10], worin
die Ladung ein Elektron ist.
[B01]
Das Bildgebungselement gemäß einem von [A01] bis [A11], ferner umfassend:

ein Halbleitersubstrat, worin
die fotoelektrische Umwandlungseinheit oberhalb des Halbleitersubstrats angeordnet ist.

[B02]
Das Bildgebungselement gemäß einem von [A01] bis [B01], worin
sich die erste Elektrode innerhalb einer in der Isolierungsschicht vorgesehenen Öffnung erstreckt und mit der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht verbindet.
[B03]
Das Bildgebungselement gemäß einem von [A01] bis [B01], worin
sich die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht innerhalb einer in der Isolierungsschicht vorgesehenen Öffnung erstreckt und mit der ersten Elektrode verbindet.
[B04]
Das Bildgebungselement gemäß [B03], worin
ein Rand einer oberen Oberfläche der ersten Elektrode mit der Isolierungsschicht bedeckt ist;
die erste Elektrode auf einer Bodenfläche der Öffnung freigelegt ist;
unter der Annahme, dass eine Oberfläche der Isolierungsschicht in Kontakt mit der oberen Oberfläche der ersten Elektrode eine erste Oberfläche ist und dass eine Oberfläche der Isolierungsschicht in Kontakt mit einem Bereich, der in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht enthalten ist und der Ladungsakkumulierungselektrode gegenüberliegt, eine zweite Oberfläche ist, eine seitliche Oberfläche der Öffnung eine Neigung aufweist, die sich von der ersten Oberfläche zur zweiten Oberfläche ausdehnt.
[B05]
Das Bildgebungselement gemäß [B04], worin
eine seitliche Oberfläche der Öffnung mit der sich von der ersten Oberfläche zur zweiten Oberfläche ausdehnenden Neigung auf der Seite der Ladungsakkumulierungselektrode gelegen ist.
[B06] «Kontrolle über Potentiale einer ersten Elektrode und einer Ladungsakkumulierungselektrode»
Das Bildgebungselement gemäß einem von [A01] bis [B05], ferner umfassend:

eine Steuerungseinheit, die auf dem Halbleitersubstrat vorgesehen ist und eine Ansteuerschaltung enthält, worin
die erste Elektrode und die Ladungsakkumulierungselektrode mit der Ansteuerschaltung verbunden sind,
während einer Ladungsakkumulierungsperiode von der Ansteuerschaltung ein Potential V₁₁ an die erste Elektrode angelegt wird, von der Ansteuerschaltung ein Potential V₃₁ an die Ladungsakkumulierungselektrode angelegt wird und Ladungen in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht (oder der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht und der fotoelektrischen Umwandlungsschicht) akkumuliert werden,
während einer Ladungsübertragungsperiode von der Ansteuerschaltung ein Potential V₁₂ an die erste Elektrode angelegt wird, von der Ansteuerschaltung ein Potential V₃₂ an die Ladungsakkumulierungselektrode angelegt wird und die in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht (oder der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht und der fotoelektrischen Umwandlungsschicht) akkumulierten Ladungen über die erste Elektrode zur Steuerungseinheit ausgelesen werden.

In diesem Fall ist das Potential der ersten Elektrode höher als das Potential der zweiten Elektrode. Außerdem ist V₃₁ ≥ V₁₁ und V₃₂ < V₁₂ erfüllt.
[B07] «Untere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode»
Das Bildgebungselement gemäß einem von [A01] bis [B06], worin
eine Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode in einem Gebiet ausgebildet ist, das über die Isolierungsschicht einem Gebiet gegenüberliegt, das in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht enthalten und zwischen den benachbarten Bildgebungselementen gelegen ist.
[B08] «Kontrolle über Potentiale einer ersten Elektrode, einer Ladungsakkumulierungselektrode und einer unteren Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode»
Das Bildgebungselement gemäß [B07], ferner umfassend:

eine Steuerungseinheit, die auf dem Halbleitersubstrat angeordnet ist und eine Ansteuerschaltung enthält, worin
die erste Elektrode, die zweite Elektrode, die Ladungsakkumulierungselektrode und die untere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode mit der Ansteuerschaltung verbunden sind,
während einer Ladungsakkumulierungsperiode von der Ansteuerschaltung ein Potential V₁₁ an die erste Elektrode angelegt wird, von der Ansteuerschaltung ein Potential V₃₁ an die Ladungsakkumulierungselektrode angelegt wird, von der Ansteuerschaltung ein Potential V₄₁ an die untere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode angelegt wird und Ladungen in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht (oder der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht und der fotoelektrischen Umwandlungsschicht) akkumuliert werden,
während einer Ladungsübertragungsperiode von der Ansteuerschaltung ein Potential V₁₂ an die erste Elektrode angelegt wird, von der Ansteuerschaltung ein Potential V₃₂ an die Ladungsakkumulierungselektrode angelegt wird, von der Ansteuerschaltung ein Potential V₄₂ an die untere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode angelegt wird und die in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht (oder der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht und der fotoelektrischen Umwandlungsschicht) akkumulierten Ladungen über die erste Elektrode zur Steuerungseinheit ausgelesen werden.

In diesem Fall werden $V_{31} \geq V_{11}, V_{31} \geq V_{41} {und V}_{12} > V_{32} > V_{42}$
erfüllt.
[B09] «Untere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode»
Das Bildgebungselement gemäß einem von [A01] bis [B06], worin
eine Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode anstelle der zweiten Elektrode auf einem Gebiet ausgebildet ist, das in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht enthalten und zwischen den benachbarten Bildgebungselementen gelegen ist.
[B10]
Das Bildgebungselement gemäß [B09], worin
die zweite Elektrode für jedes der Bildgebungselemente vorgesehen ist; und
die obere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode zumindest einen Teil der zweiten Elektrode umgibt und von der zweiten Elektrode getrennt und auf einem Gebiet-A der fotoelektrischen Umwandlungsschicht angeordnet ist.
[B11]
Das Bildgebungselement gemäß [B09], worin
die zweite Elektrode für jedes der Bildgebungselemente vorgesehen ist;
die obere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode zumindest einen Teil der zweiten Elektrode umgibt und von der zweiten Elektrode getrennt angeordnet ist; und
ein Teil der Ladungsakkumulierungselektrode unterhalb der oberen Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode vorhanden ist.
[B12]
Das Bildgebungselement gemäß [B09], worin
die zweite Elektrode für jedes der Bildgebungselemente vorgesehen ist;
die obere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode zumindest einen Teil der zweiten Elektrode umgibt und von der zweiten Elektrode getrennt angeordnet ist;
ein Teil der Ladungsakkumulierungselektrode unterhalb der oberen Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode vorhanden ist; und
eine untere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode unterhalb der oberen Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode ausgebildet ist.
[B13] «Kontrolle über Potentiale einer ersten Elektrode, einer Ladungsakkumulierungselektrode und einer unteren Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode»
Das Bildgebungselement gemäß einem von [B09] bis [B12], ferner umfassend:

eine Steuerungseinheit, die auf dem Halbleitersubstrat angeordnet ist und eine Ansteuerschaltung enthält, worin
die erste Elektrode, die zweite Elektrode, die Ladungsakkumulierungselektrode und die obere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode mit der Ansteuerschaltung verbunden sind,
während einer Ladungsakkumulierungsperiode von der Ansteuerschaltung ein Potential V₂₁ an die zweite Elektrode angelegt wird, von der Ansteuerschaltung ein Potential V₄₁ an die obere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode angelegt wird und Ladungen in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht (oder der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht und der fotoelektrischen Umwandlungsschicht) akkumuliert werden,
während einer Ladungsübertragungsperiode von der Ansteuerschaltung ein Potential V₂₂ an die zweite Elektrode angelegt wird, von der Ansteuerschaltung ein Potential V₄₂ an die obere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode angelegt wird und die in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht (oder der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht und der fotoelektrischen Umwandlungsschicht) akkumulierten Ladungen über die erste Elektrode zur Steuerungseinheit ausgelesen werden.

In diesem Fall sind $V_{21} \geq V_{41} {und V}_{22} \geq V_{42}$
erfüllt.
[B14] «Übertragungs-Steuerungselektrode»
Das Bildgebungselement gemäß einem von [A01] bis [B13], ferner umfassend:

eine Übertragungs-Steuerungselektrode, die zwischen der ersten Elektrode und der Ladungsakkumulierungselektrode und von der ersten Elektrode und der Ladungsakkumulierungselektrode getrennt angeordnet ist und so angeordnet ist, dass sie über die Isolierungsschicht der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht gegenüberliegt.

[B15] «Kontrolle über Potentiale einer ersten Elektrode, einer Ladungsakkumulierungselektrode und einer Übertragungs-Steuerungselektrode»
Das Bildgebungselement gemäß [B14], ferner umfassend:

eine Steuerungseinheit, die auf dem Halbleitersubstrat vorgesehen ist und eine Ansteuerschaltung enthält, worin
die erste Elektrode, die Ladungsakkumulierungselektrode und die Übertragungs-Steuerungselektrode mit der Ansteuerschaltung verbunden sind,
während einer Ladungsakkumulierungsperiode von der Ansteuerschaltung ein Potential V₁₁ an die erste Elektrode angelegt wird, von der Ansteuerschaltung ein Potential V₃₁ an die Ladungsakkumulierungselektrode angelegt wird, von der Ansteuerschaltung ein Potential V₅₁ an die Übertragungs-Steuerungselektrode angelegt wird und Ladungen in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht (oder der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht und der fotoelektrischen Umwandlungsschicht) akkumuliert werden und
während einer Ladungsübertragungsperiode von der Ansteuerschaltung ein Potential V₁₂ an die erste Elektrode angelegt wird, von der Ansteuerschaltung ein Potential V₃₂ an die Ladungsakkumulierungselektrode angelegt wird, von der Ansteuerschaltung ein Potential V₅₂ an die Übertragungs-Steuerungselektrode angelegt wird und die in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht (oder der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht und der fotoelektrischen Umwandlungsschicht) akkumulierten Ladungen über die erste Elektrode zur Steuerungseinheit ausgelesen werden.

In diesem Fall ist das Potential der ersten Elektrode höher als das Potential der zweiten Elektrode und sind $V_{31} \geq V_{11} {und V}_{32} \leq V_{52} \leq V_{12}$
erfüllt.
[B16] «Ladungsentladungselektrode»
Das Bildgebungselement gemäß einem von [A01] bis [B15], ferner umfassend:

eine Ladungsentladungselektrode, die mit der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht verbunden und von der ersten Elektrode und der Ladungsakkumulierungselektrode getrennt angeordnet ist.

[B17]
Das Bildgebungselement gemäß [B16], worin
die Ladungsakkumulierungselektrode so angeordnet ist, dass sie die erste Elektrode und die Ladungsakkumulierungselektrode umgibt.
[B18]
Das Bildgebungselement gemäß [B16] oder [B17], worin
sich die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht innerhalb einer in der Isolierungsschicht vorgesehenen zweiten Öffnung erstreckt und mit der Ladungsentladungselektrode verbindet;
ein Rand einer oberen Oberfläche der Ladungsentladungselektrode mit der Isolierungsschicht bedeckt ist;
die Ladungsentladungselektrode auf einer Bodenfläche der zweiten Öffnung freigelegt ist;
unter der Annahme, dass eine Oberfläche der Isolierungsschicht in Kontakt mit der oberen Oberfläche der Ladungsentladungselektrode eine dritte Oberfläche ist und dass eine Oberfläche der Isolierungsschicht in Kontakt mit einem Gebiet, das in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht enthalten ist und der Ladungsakkumulierungselektrode gegenüberliegt, eine zweite Oberfläche ist, eine seitliche Oberfläche der zweiten Öffnung eine sich von der dritten Oberfläche zur zweiten Oberfläche ausdehnende Neigung aufweist.
[B19] «Kontrolle über Potentiale einer ersten Elektrode, einer Ladungsakkumulierungselektrode und einer Ladungsentladungselektrode»
Das Bildgebungselement gemäß einem von [B16] bis [B18], ferner umfassend:

eine Steuerungseinheit, die auf dem Halbleitersubstrat vorgesehen ist und eine Ansteuerschaltung enthält, worin
die erste Elektrode, die Ladungsakkumulierungselektrode und die Ladungsentladungselektrode mit der Ansteuerschaltung verbunden sind,
während einer Ladungsakkumulierungsperiode von der Ansteuerschaltung ein Potential V₁₁ an die erste Elektrode angelegt wird, von der Ansteuerschaltung ein Potential V₃₁ an die Ladungsakkumulierungselektrode angelegt wird, von der Ansteuerschaltung ein Potential V₆₁ an die Ladungsentladungselektrode angelegt wird und Ladungen in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht (oder der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht und der fotoelektrischen Umwandlungsschicht) akkumuliert werden,
während einer Ladungsübertragungsperiode von der Ansteuerschaltung ein Potential V₁₂ an die erste Elektrode angelegt wird, von der Ansteuerschaltung ein Potential V₃₂ an die Ladungsakkumulierungselektrode angelegt wird, von der Ansteuerschaltung ein Potential V₆₂ an die Ladungsentladungselektrode angelegt wird und die in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht (oder der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht und der fotoelektrischen Umwandlungsschicht) akkumulierten Ladungen über die erste Elektrode zur Steuerungseinheit ausgelesen werden.

In diesem Fall ist das Potential der ersten Elektrode höher als das Potential der zweiten Elektrode und sind $V_{61} \geq V_{11} {und V}_{62} \geq V_{12}$
erfüllt.
[B20] «Segment einer Ladungsakkumulierungselektrode»
Das Bildgebungselement gemäß einem von [A01] bis [B19], worin
die Ladungsakkumulierungselektrode eine Vielzahl von Segmenten einer Ladungsakkumulierungselektrode umfasst.
[B21]
Das Bildgebungselement gemäß [B20], worin
in einem Fall, in dem das Potential der ersten Elektrode höher als das Potential der zweiten Elektrode ist, ein Potential, das an das Segment einer Ladungsakkumulierungselektrode, das der ersten Elektrode am Nächsten gelegen ist, (erstes Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit) während einer Ladungsübertragungsperiode angelegt wird, höher ist als ein Potential, das an das Segment einer Ladungsakkumulierungselektrode angelegt wird, das von der ersten Elektrode am Entferntesten gelegen ist;
in einem Fall, in dem das Potential der ersten Elektrode niedriger als das Potential der zweiten Elektrode ist, ein Potential, das an das Segment einer Ladungsakkumulierungselektrode, das der ersten Elektrode am Nächsten gelegen ist, (erstes Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit) während der Ladungsübertragungsperiode angelegt wird, niedriger ist als ein Potential, das an das Segment einer Ladungsakkumulierungselektrode angelegt wird, das von der ersten Elektrode am Entferntesten liegt.
[B22]
Das Bildgebungselement gemäß einem von [A01] bis [B21], worin
zumindest eine Floating-Diffusionsschicht oder ein Verstärkungstransistor, die die Steuerungseinheit bilden, auf dem Halbleitersubstrat vorgesehen ist; und
die erste Elektrode mit der Floating-Diffusionsschicht und einem Gate-Bereich des Verstärkungstransistors verbunden ist.
[B23]
Das Bildgebungselement gemäß [B22], worin
ferner ein Rücksetztransistor und ein Auswahltransistor, die die Steuerungseinheit bilden, auf dem Halbleitersubstrat vorgesehen sind;
die Floating-Diffusionsschicht mit einem Source-/Drain-Gebiet des Rücksetztransistors verbunden ist; und
ein Source-/Drain-Gebiet des Verstärkungstransistors mit einen Source-/Drain-Gebiet des Auswahltransistors verbunden ist, während das andere Source-/Drain-Gebiet des Auswahltransistors mit einer Signalleitung verbunden ist.
[B24]
Das Bildgebungselement gemäß einem von [A01] bis [B23], worin
die Ladungsakkumulierungselektrode der Größe nach größer als die erste Elektrode ist.
[B25]
Das Bildgebungselement gemäß einem von [A01] bis [B24], worin
Licht von der Seite der zweiten Elektrode aus eintritt; und
eine Lichtabschirmungsschicht auf der Lichteintrittsseite nahe der zweiten Elektrode ausgebildet ist.
[B26]
Das Bildgebungselement gemäß einem von [A01] bis [B24], worin
Licht von der Seite der zweiten Elektrode aus eintritt, aber daran gehindert wird, in die erste Elektrode einzutreten.
[B27]
Das Bildgebungselement gemäß [B26], worin
eine Lichtabschirmungsschicht auf der Lichteintrittsseite nahe der zweiten Elektrode und oberhalb der ersten Elektrode ausgebildet ist.
[B28]
Das Bildgebungselement gemäß [B26], worin
eine On-Chip-Mikrolinse auf der Ladungsakkumulierungselektrode und der zweiten Elektrode vorgesehen ist; und
in die On-Chip-Mikrolinse eintretendes Licht auf der Ladungsakkumulierungselektrode gesammelt wird.
[B29] «Bildgebungselement: Erste Konfiguration»
Das Bildgebungselement gemäß einem von [A01] bis [B28], worin
die fotoelektrische Umwandlungseinheit N (N ≥ 2) Segmente einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit umfasst;
jede der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht und der fotoelektrischen Umwandlungsschicht N Segmente einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht umfasst;
die Isolierungsschicht N Segmente einer Isolierungsschicht umfasst;
die Ladungsakkumulierungselektrode N Segmente einer Ladungsakkumulierungselektrode umfasst;
das n-te (n = 1, 2, 3 und bis N) Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit das n-te Segment einer Ladungsakkumulierungselektrode, das n-te Segment einer Isolierungsschicht und das n-te fotoelektrischen Umwandlungsschicht enthält;
mit zunehmendem Wert von n das Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit von der ersten Elektrode entfernter gelegen ist; und
sich eine Dicke des Segments einer Isolierungsschicht von dem ersten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit zum N-ten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit graduell ändert.
[B30] «Bildgebungselement: Zweite Konfiguration»
Das Bildgebungselement gemäß einem von [A01] bis [B28], worin
die fotoelektrische Umwandlungseinheit N (N ≥ 2) Segmente einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit umfasst;
jede der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht und der fotoelektrischen Umwandlungsschicht N Segmente einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht umfasst;
die Isolierungsschicht N Segmente einer Isolierungsschicht umfasst;
die Ladungsakkumulierungselektrode N Segmente einer Ladungsakkumulierungselektrode umfasst;
das n-te (n = 1, 2, 3 und bis N) Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit das n-te Segment einer Ladungsakkumulierungselektrode, das n-te Segment einer Isolierungsschicht und das n-te Segment einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht enthält;
mit zunehmendem Wert von n das Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit von der ersten Elektrode entfernter gelegen ist; und
sich eine Dicke des Segments einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht von dem ersten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit zum N-ten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit graduell ändert.
[B31] «Bildgebungselement: Dritte Konfiguration»
Das Bildgebungselement gemäß einem [A01] bis [B28], worin
die fotoelektrische Umwandlungseinheit N (N ≥ 2) Segmente einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit umfasst;
jede der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht und der fotoelektrischen Umwandlungsschicht N Segmente einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht umfasst;
die Isolierungsschicht N Segmente einer Isolierungsschicht umfasst;
die Ladungsakkumulierungselektrode N Segmente einer Ladungsakkumulierungselektrode umfasst;
das n-te (n = 1, 2, 3 und bis N) Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit das n-te Segment einer Ladungsakkumulierungselektrode, das n-te Segment einer Isolierungsschicht und das n-te Segment einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht enthält;
mit zunehmendem Wert von n das Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit von der ersten Elektrode entfernter gelegen ist; und
sich Materialien, die die Segmente einer Isolierungsschicht in den benachbarten Segmenten einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit bilden, voneinander unterscheiden.
[B32] «Bildgebungselement: Vierte Konfiguration»
Das Bildgebungselement gemäß einem von [A01] bis [B28], worin
die fotoelektrische Umwandlungseinheit N (N ≥ 2) Segmente einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit umfasst;
jede der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht und der fotoelektrischen Umwandlungsschicht N Segmente einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht umfasst;
die Isolierungsschicht N Segmente einer Isolierungsschicht umfasst;
die Ladungsakkumulierungselektrode N Segmente einer Ladungsakkumulierungselektrode umfasst, die voneinander angeordnet getrennt sind;
das n-te (n = 1, 2, 3 und bis N) Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit das n-te Segment einer Ladungsakkumulierungselektrode, das n-te Segment einer Isolierungsschicht und das n-te Segment einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht enthält;
mit zunehmendem Wert von n das Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit von der ersten Elektrode entfernter gelegen ist; und
sich Materialien, die die Segmente einer Ladungsakkumulierungselektrode in den benachbarten Segmenten einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit bilden, voneinander unterscheiden.
[B33] «Bildgebungselement: Fünfte Konfiguration»
Das Bildgebungselement gemäß einem von [A01] bis [B28], worin
die fotoelektrische Umwandlungseinheit N (N ≥ 2) Segmente einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit umfasst;
jede der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht und der fotoelektrischen Umwandlungsschicht N Segmente einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht umfasst;
die Isolierungsschicht N Segmente einer Isolierungsschicht umfasst;
die Ladungsakkumulierungselektrode N Segmente einer Ladungsakkumulierungselektrode umfasst, die voneinander getrennt angeordnet sind;
das n-te (n = 1, 2, 3 und bis N) Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit das n-te Segment einer Ladungsakkumulierungselektrode, das n-te Segment einer Isolierungsschicht und das n-te Segment einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht enthält;
mit zunehmendem Wert von n das Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit von der ersten Elektrode entfernter gelegen ist; und
eine Fläche des Segments einer Ladungsakkumulierungselektrode von dem ersten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit zum N-ten Segment einer fotoelektrischen Umwandlungseinheit graduell abnimmt.
[B34] «Bildgebungselement: Sechste Konfiguration»
Das Bildgebungselement gemäß einem von [A01] bis [B28], worin
unter der Annahme, dass eine Stapelrichtung der Ladungsakkumulierungselektrode, der Isolierungsschicht, der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht und der fotoelektrischen Umwandlungsschicht eine Z-Richtung ist und dass eine Richtung weg von der ersten Elektrode eine X-Richtung ist, sich eine Querschnittsfläche, die an einem gestapelten Bereich, wo die Ladungsakkumulierungselektrode, die Isolierungsschicht, die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht und die fotoelektrische Umwandlungsschicht gestapelt sind, in einer virtuellen Y-Z-Ebene genommen wird, in Abhängigkeit von einem Abstand von der ersten Elektrode ändert.
[C01] «Gestapeltes Bildgebungselement»
Ein gestapeltes Bildgebungselement, umfassend:

zumindest das eine Bildgebungselement gemäß einem von [A01] bis [B34].

[D01] <<Festkörper-Bildgebungsvorrichtung: Erster Aspekt>>
Eine Festkörper-Bildgebungsvorrichtung, umfassend:

eine Vielzahl der Bildgebungselemente gemäß einem von [A01] bis [B34].

[D02] <<Festkörper-Bildgebungsvorrichtung: Zweiter Aspekt>>
Eine Festkörper-Bildgebungsvorrichtung, umfassend:

eine Vielzahl der gestapelten Bildgebungselemente gemäß [C01] .

[E01] <<Festkörper-Bildgebungsvorrichtung: Erste Konfiguration»
Eine Festkörper-Bildgebungsvorrichtung, umfassend:

eine fotoelektrische Umwandlungseinheit, die eine erste Elektrode, eine fotoelektrische Umwandlungsschicht und eine zweite Elektrode enthält, die aufeinander gestapelt sind, worin
die fotoelektrische Umwandlungseinheit eine Vielzahl der Bildgebungselemente gemäß einem von [A01] bis [B34] enthält,
ein Bildgebungselementblock von der Vielzahl von Bildgebungselementen gebildet wird und
die erste Elektrode von der Vielzahl von den Bildgebungselementblock bildenden Bildgebungselementen geteilt bzw. gemeinsam genutzt wird.

[E02] <<Festkörper-Bildgebungsvorrichtung: Zweite Konfiguration»
Eine Festkörper-Bildgebungsvorrichtung, umfassend:

eine Vielzahl der gestapelten Bildgebungselemente gemäß [C01], worin
ein Bildgebungselementblock von der Vielzahl von Bildgebungselementen gebildet wird und
die erste Elektrode von der Vielzahl von den Bildgebungselementblock bildenden Bildgebungselementen gemeinsam genutzt wird.

[E03]
Die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung gemäß [E01] oder [E02], worin
eine On-Chip-Mikrolinse oberhalb des einen Bildgebungselements angeordnet ist.
[E04]
Die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung gemäß [E01] oder [E02], worin
der Bildgebungselementblock von den zwei Bildgebungselementen gebildet wird und
eine On-Chip-Mikrolinse oberhalb des Bildgebungselementblocks angeordnet ist.
[E05]
Die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung gemäß einem von [E01] bis [E04], worin
eine Floating-Diffusionsschicht für die Vielzahl von Bildgebungselementen vorgesehen ist.
[E06]
Die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung gemäß einem von [E01] bis [E05], worin
die erste Elektrode den Ladungsakkumulierungselektroden der jeweiligen Bildgebungselemente benachbart angeordnet ist.
[E07]
Die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung gemäß einem von [E01] bis [E06], worin
die erste Elektrode einem Teil der Ladungsakkumulierungselektroden der Vielzahl von Bildgebungselementen benachbart angeordnet und dem Rest der Ladungsakkumulierungselektroden der Vielzahl von Bildgebungselementen nicht benachbart angeordnet ist.
[E08]
Die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung gemäß [E07], worin
ein Abstand zwischen den die Bildgebungselemente bildenden Ladungsakkumulierungselektroden länger ist als ein Abstand zwischen der ersten Elektrode und der Ladungsakkumulierungselektrode in dem der ersten Elektrode benachbarten Bildgebungselement.
[F01] «Ansteuerverfahren einer Festkörper-Bildgebungsvorrichtung»
Ein Ansteuerverfahren einer Festkörper-Bildgebungsvorrichtung, wobei die Festkörper-Bildgebungsvorrichtung
eine fotoelektrische Umwandlungseinheit, die eine erste Elektrode, eine fotoelektrische Umwandlungsschicht und eine zweite Elektrode enthält, die aufeinandergestapelt sind,
wobei die fotoelektrische Umwandlungseinheit ferner eine Ladungsakkumulierungselektrode enthält, die von der ersten Elektrode getrennt angeordnet und so angeordnet ist, dass sie über eine Isolierungsschicht der fotoelektrischen Umwandlungsschicht gegenüberliegt, und
eine Vielzahl von Bildgebungselementen enthält, die jeweils so strukturiert sind, dass Licht von der Seite der zweiten Elektrode aus eintritt und nicht in die erste Elektrode eintritt, wobei das Ansteuerverfahren die Schritte wiederholt:
gleichzeitiges Ableiten von Ladungen in der ersten Elektrode aus dem System nach außen, während Ladungen in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht in all den Bildgebungselementen akkumuliert werden; und
anschließend gleichzeitiges Übertragen der in der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht akkumulierten Ladungen zur ersten Elektrode in all den Bildgebungselementen und, nach Abschluss einer Übertragung, gleichzeitiges Auslesen der zur ersten Elektrode in jedem der Bildgebungselemente übertragenen Ladungen.
Bezugszeichenliste

10: Bildgebungselement (gestapeltes Bildgebungselement, erstes Bildgebungselement),
11: zweites Bildgebungselement,
12: drittes Bildgebungselement,
13: verschiedene Bildgebungsele- mentkomponenten, die unter einer Zwischenschicht- Isolierungsschicht gelegen sind,
14: On-Chip-Mikrolinse (OCL),
15: Lichtabschirmungsschicht,
21: erste Elektrode,
22: zweite Elektrode,
23: fotoelektrische Umwandlungseinheit,
23A: fotoelektrische Umwandlungsschicht,
23B: anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht,
24: Ladungsakkumulierungselektrode,
24A, 24B, 24C: Segment einer Ladungsakkumulierungselektrode,
25,25A, 25B: Übertragungs-Steuerungselektrode (Ladungsübertragungselektrode),
26: Ladungsentladungselektrode,
27: untere La-dungsübertragungs-Steuerungselektrode (untere und Ladungsüber-tragungs-Steuerungselektrode),
27A: Verbindungsloch,
27B: Pad-Bereich,
28: obere Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode (obere und Ladungsübertragungs-Steuerungselektrode),
41: Halbleitergebiet vom n-Typ, das das zweite Bildgebungselement bil-det,
43: Halbleitergebiet vom n-Typ, das das dritte Bildgebungselement bildet,
42, 44, 73: (p⁺)-Schicht,
45, 46: Gate-Bereich des Übertragungstransistors,
51: Gate-Bereich des Rücksetztransistors TR1_rst ,
51A: Kanalausbildungsgebiet des Rücksetztransistors TR1_rst ,
51B, 51C: Source-/Drain-Gebiet des Rücksetztransistors TR1_rst ,
52: Gate-Bereich des Verstärkungstransistors TR1_amp ,
52A: Kanalausbildungsgebiet des Verstärkungstransistors TR1_amp ,
52B, 52C: Source-/Drain-Gebiet des Verstärkungstransistors TR1_amp ,
53: Gate-Bereich des Auswahltransistors TR1_sel ,
53A: Kanalausbildungsgebiet des Auswahltransistors TR1_sel ,
53B, 53C: Source-/Drain-Gebiet des Auswahltransistors TR1_sel ,
61: Kontaktlochbereich,
62: Verdrahtungsschicht,
63, 64, 68A: Pad-Bereich,
65, 68B: Verbindungsloch,
66, 67, 69: Verbindungsbereich,
70: Halbleitersubstrat,
70A: erste Oberfläche (vordere Oberfläche) des Halbleitersubstrats,
70B: zweite Oberfläche (rückseitige Oberfläche) des Halbleitersubstrats,
71: Elementtrenngebiet,
72: Oxidfilm,
74: HfO₂-Film,
75: Film aus einem Isolierungsmaterial,
76, 81: Zwischenschicht-Isolierungsschicht,
82: Isolierungsschicht,
82A: Gebiet zwischen benachbarten Bildgebungselementen (Gebiet-a),
83: Schutzschicht,
84: Öffnung,
85: zweite Öffnung,
100: Festkörper-Bildgebungsvorrichtung,
101: gestapeltes Bildgebungselement,
111: Bildgebungsgebiet,
112: vertikale Ansteuerschaltung,
113: Spalten-Signalverarbeitungsschaltung,
114: horizontale Ansteuerschaltung,
115: Ausgabeschaltung,
116: Steuerungsschaltung zur An-steuerung,
117: Signalleitung (Datenausgabeleitung),
118: horizontale Signalleitung,
200: elektronische Einrichtung (Kamera),
201: Festkörper-Bildgebungsvorrichtung,
210: optische Linse,
211: Blendenvorrichtung,
212: Ansteuerschaltung,
213: Signalver- arbeitungsschaltung,
FD1, FD2, FD3, 45C, 46C: Floating- Diffusionsschicht,
TR1trs, TR2trs, TR3rst: Übertragungstransistor,
TR1rst, TR2rst, TR3rst: Rücksetztransistor,
TR1amp, TR2amp, TR3amp: Verstärkungstransistor,
TR1sel, TR3sel, TR3sel: Auswahltransistor,
VDD: Stromquelle,
RST1, RST2, RST3: Rücksetzleitung,
SEL1, SEL2, SEL3: Auswahlleitung,
117, VSL, VSL1, VSL2, VSL3: Signalleitung (Datenausgabeleitung) ,
TG2, TG3: Übertragungs-Gateleitung,
VOA,VOB, VOT, VOU: Leiterbahn

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 2016063165 A [0003, 0007, 0008]
JP 2011138927 A [0004, 0007]
JP 2008177191 A [0160]

Claims

Bildgebungselement, aufweisend: eine erste Elektrode; eine Ladungsakkumulierungselektrode, die von der ersten Elektrode getrennt angeordnet ist; eine fotoelektrische Umwandlungseinheit, die in Kontakt mit der ersten Elektrode und oberhalb der Ladungsakkumulierungselektrode mit einer zwischen der fotoelektrischen Umwandlungseinheit und der Ladungsakkumulierungselektrode angeordneten Isolierungsschicht ausgebildet ist; und eine zweite Elektrode, die auf der fotoelektrischen Umwandlungseinheit ausgebildet ist, wobei die fotoelektrische Umwandlungseinheit eine fotoelektrische Umwandlungsschicht und eine anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht enthält, die von der Seite der zweiten Elektrode aus in einer Reihenfolge der fotoelektrischen Umwandlungsschicht und der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht angeordnet sind, und die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht Indiumatome, Zinnatome, Titanatome und Zinkatome enthält.
Bildgebungselement nach Anspruch 1, wobei unter der Annahme, dass eine Zusammensetzung der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht als In_aSn_bTi_cZn_dO_e ausgedrückt wird und dass a + b + c + d = 1,00 gilt, $b > d > c > 0,09$
erfüllt ist.
Bildgebungselement nach Anspruch 1, wobei unter der Annahme, dass eine Zusammensetzung der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht als In_aSn_bTi_cZn_dO_e ausgedrückt wird und dass a + b + c + d = 1,00 gilt, $a < (b + c + d) \leq 0,6$
erfüllt ist.
Bildgebungselement, aufweisend: eine erste Elektrode; eine Ladungsakkumulierungselektrode, die von der ersten Elektrode getrennt angeordnet ist; eine fotoelektrische Umwandlungseinheit, die in Kontakt mit der ersten Elektrode und oberhalb der Ladungsakkumulierungselektrode mit einer zwischen der fotoelektrischen Umwandlungseinheit und der Ladungsakkumulierungselektrode angeordneten Isolierungsschicht ausgebildet ist; und eine zweite Elektrode, die auf der fotoelektrischen Umwandlungseinheit ausgebildet ist, wobei die fotoelektrische Umwandlungseinheit eine fotoelektrische Umwandlungsschicht und eine anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht enthält, die von der Seite der zweiten Elektrode aus in einer Reihenfolge der fotoelektrischen Umwandlungsschicht und der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht angeordnet sind, die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht Indiumatome, Zinnatome, Titanatome und Zinkatome enthält und eine Energie zur Erzeugung eines Sauerstoffmangels von Metallatomen 4 eV oder höher ist.
Bildgebungselement nach Anspruch 1 oder Anspruch 4, wobei unter der Annahme, dass ein Energiedurchschnittswert maximaler Energiewerte in einem Leitungsband der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht E₂ ist und dass ein Energiedurchschnittswert von LUMO-Werten der fotoelektrischen Umwandlungsschicht E₁ ist, $E_{1} - E_{2} \geq 0,1 (eV)$
erfüllt ist.
Bildgebungselement nach Anspruch 5, wobei $E_{1} - E_{2} \geq 0,1 (eV)$
erfüllt ist.
Bildgebungselement nach Anspruch 1 oder Anspruch 4, wobei die Beweglichkeit des die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht bildenden Materials 10 cm²/V·s oder höher ist.
Bildgebungselement nach Anspruch 1 oder Anspruch 4, wobei die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht amorph ist.
Bildgebungselement nach Anspruch 1 oder Anspruch 4, wobei eine Dicke der anorganischen Oxid-Halbleitermaterialschicht von 1 × 10^-8 bis 1,5 × 10^-7 m reicht.
Bildgebungselement nach Anspruch 1 oder Anspruch 4, wobei eine in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht erzeugte Ladung über die anorganische Oxid-Halbleitermaterialschicht zur ersten Elektrode übertragen wird.
Bildgebungselement nach Anspruch 10, wobei die Ladung ein Elektron ist.
Gestapeltes Bildgebungselement, aufweisend: zumindest das eine Bildgebungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
Festkörper-Bildgebungsvorrichtung, aufweisend: eine Vielzahl der Bildgebungselemente nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
Festkörper-Bildgebungsvorrichtung, aufweisend: eine Vielzahl der gestapelten Bildgebungselemente nach Anspruch 12.