JP2007141899A - 受光回路 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】開示される受光回路は、絶縁性基板上に形成された薄膜からなるフォトダイオード1と、光入力に応じてフォトダイオードに誘起された電荷を転送する転送用TFT2と、転送された電荷を蓄積する電荷蓄積用コンデンサ3と、電荷蓄積用コンデンサに蓄積された電荷を電荷読み出し用信号線7に転送する読み出し用TFT4とを備えた構成を有している。
【選択図】図1
Description
図5は、従来のCMOSセンサにおける、単位の画素に対応する受光回路の構成を例示したものであって、フォトダイオード100と、第1の蓄積容量101と、転送用Tr(Transistor)102と、第2の蓄積容量103と、リセット用Tr104と、増幅用Tr105と、読み出し用Tr106と、転送信号線107と、リセット信号線108と、読み出し信号線109と、垂直信号線110とからなる概略の構成が示されている(例えば特許文献1参照)。
また、図5に示された従来の受光回路では、受光量を電圧信号として取り出していたため、温度変化の影響が大きく、ダイナミックレンジも狭いという問題があった。
さらに従来のCMOSセンサは、LSI(Large Scale Integration )プロセスによってシリコンウェハ上に形成されていたが、これをガラス基板上に形成した場合には、TFT(Thin Film Transistor)は閾値のばらつきをはじめとして特性のばらつきが大きくなるため、LSIの回路構成をそのまま適用することが困難であるという問題があった。
また、ガラス基板上等に形成された、閾値のばらつきが大きい増幅用TFTを使用せずに、フォトダイオードの電荷を電荷蓄積用コンデンサに充電し、その電荷を直接読み出して電荷読み出し用信号線に出力するようにしたので、出力信号の温度依存性の増大を回避し、受光量のダイナミックレンジを拡大することができる。
さらに、電荷蓄積用コンデンサの電荷を電荷読み出し用信号線に読み出した後、電荷読み出し用TFTをオフにする動作を周期的に行うようにしたので、動作上、1ステップの余裕ができ、高速動作でも安定さを向上させることができる。
フォトダイオード1は薄膜からなり、転送用TFT2を介して電荷蓄積用コンデンサ3に接続されている。電荷蓄積用コンデンサ3は、読み出し用TFT4を介して垂直信号線7に接続されている。転送用TFT2のゲートは、転送信号線4に接続されている。読み出し用TFT4のゲートは、読み出し信号線6に接続されている。
フォトダイオード1及び転送用TFT2,読み出し用TFT4は、ガラス基板又はプラスチック基板等の絶縁性基板上に形成された、アモルファスシリコン,ポリシリコン、又は部分的に単結晶化されたポリシリコンからなっている。また、転送用TFT2,読み出し用TFT4の部分は遮光されている。
CMOSパスTr11は、リセット信号がハイレベル(H)のとき、垂直信号線7の電荷をGND線に放電して垂直信号線7の電位をGND電位にリセットし、リセット信号がロウレベル(L)のとき、垂直信号線7をGND線から開放して駆動回路側で垂直信号線7の電荷を検出できる状態にする。
転送期間に、転送用TFT2のゲートに、転送信号線5から転送用TFT2が十分にオンするようなパルス電圧φTXが転送用信号として印加されたとき、入力光によってフォトダイオード1に誘起された電荷は、転送用TFT2を経て電荷蓄積用コンデンサ3に充電される。電荷転送用コンデンサ3は、前の動作サイクルにおける電荷読み出し終了時に、CMOSパスTr11を経てGND電位にリセットされいている。転送用TFT2は、受光回路の露出時間を決定するためのシャッタとしても働くものであって、従ってこの例の受光回路では機械的なシャッタは必要がない。
駆動回路の動作が完了して、リセット期間に垂直信号線7の電位がGND電位に戻ったところで読み出し用信号をオフにして読み出し用TFT4をオフさせることによって、電荷蓄積用コンデンサ3のリセットが完了する。
ガラス基板20上にゲート電極21,遮光膜22となるクロム(Cr)を、約20nmの厚さにスパッタ法で成膜し、通常のフォトレジスト工程とエッチング工程とを経てパターニングする。次に、シリカ(SiO2)又は窒化シリコン(SiNX)等からなる絶縁膜23を、スパッタ又はプラズマCVD(Chemical Vapour Deposition)法によって、約40nmの厚さに成膜したのち、クロム(Cr)を約10nmの厚さにスパッタで成膜し、フォトレジスト工程とエッチング工程を経てパターニングして、フォトダイオードの下部電極24を形成する。
ガラス基板上に形成したTFTは閾値のばらつきが大きく、特性のばらつきも大きいので、この例では図5に示す従来回路のように増幅用TFTを使用せずに、直接、電荷蓄積用コンデンサの電荷を読み出すようにしている。
そのため、回路構成が簡単になるとともに、増幅用TFTを使用したことに基づく光起電力の温度依存性の増大が回避されるので受光精度が向上する。また、増幅用TFTを使用していないので、フォトダイオードにおける受光量のダイナミックレンジを拡大することができるようになる。
2 転送用TFT
3 電荷蓄積用コンデンサ
4 読み出し用TFT
5 転送信号線
6 読み出し信号線
7 垂直信号線(電荷読み出し用信号線)
Claims (11)
- 絶縁性基板上に形成された薄膜からなるフォトダイオードと、光入力に応じて前記フォトダイオードに誘起された電荷を転送する転送用TFT(Thin Film Transistor)と、前記転送された電荷を蓄積する電荷蓄積用コンデンサと、該電荷蓄積用コンデンサに蓄積された電荷を電荷読み出し用信号線に転送する読み出し用TFTとを備えてなることを特徴とする受光回路。
- 前記フォトダイオード及び前記各TFTが、前記絶縁性基板上に成膜されたアモルファスシリコン又はポリシリコン又は部分的に単結晶化されたポリシリコンから形成されていることを特徴とする請求項1記載の受光回路。
- 前記各TFT部が遮光されるように構成されていることを特徴とする請求項1又は2記載の受光回路。
- 前記電荷読み出し用信号線の出力側に撮像装置等に対する駆動回路を接続し、前記電荷蓄積用コンデンサに蓄積された電荷を、前記読み出し用TFTをオンにして前記電荷読み出し用信号線を経て前記駆動回路側に放電して、該駆動回路の動作が完了したとき、前記電荷読み出し用信号線の電位をGND電位に戻すとともに、前記読み出し用TFTをオフにする動作を周期的に繰り返すように構成されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一記載の受光回路。
- 前記絶縁性基板がガラス基板であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一記載の受光回路。
- 前記絶縁性基板がプラスチック基板であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一記載の受光回路。
- 前記フォトダイオードのアノード側を接地電位にしたことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一記載の受光回路。
- 前記フォトダイオードのカソード側を接地電位にしたことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一記載の受光回路。
- 前記各TFTがN型トランジスタであることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一記載の受光回路。
- 前記各TFTがP型トランジスタであることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一記載の受光回路。
- 前記各TFTがN型トランジスタとP型トランジスタとの混載からなることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一記載の受光回路。
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