JP2011040917A - 光電変換回路及びそれに用いる光電変換素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 第1制御ラインL1と第2制御ラインL2との間に光電変換素子PDとダイオード素子Dとを互いに逆方向にかつ直列に接続する。ダイオード素子Dを順方向にバイアスすることで光電変換素子PDのカソード・アノード間に所定の電圧を与える。これによって、複数の光電変換素子PDには所定の電圧が与えられ、複数の光電変換素子のバイアス依存性を排除する。
【選択図】図1
Description
(a)所定の直流電圧が供給される第1制御ラインと、
(b)所定の直流電圧が供給される第2制御ラインと、
(c)ノードと、
(d)第1制御ラインとノードとの間に接続されアノード及びカソードを有する光電変換素子と、
(e)第2制御ラインとノードとの間に接続されアノード及びカソードを有するダイオード素子とを備える。これによれば、複数の光電変換素子のアノードとカソード間に加えられる電圧の大きさを第1制御ラインに供給する第1制御電圧と、ダイオード素子及び第2制御ラインに供給する第2制御電圧によって制御することができるので、各光電変換素子間に生じ得るバイアス依存性を排除することができる。
(a)第1制御ラインには光電変換素子のアノード及びカソードのいずれか一方が接続され、
(b)ノードには光電変換素子のカソード及びアノードのいずれか一方が接続され
(c)第2制御ラインにはダイオード素子のアノード及びカソードのいずれか一方が接続され、
(d)光電変換素子及びダイオード素子がノードを介して第1制御ライン及び第2制御ラインとの間に逆方向にかつ直列に接続される。
第1制御ラインには複数の光電変換素子の各カソードが接続されるものであるとき、ノードには光電変換素子のアノードおよびダイオード素子のアノードが接続され第2制御ラインにはダイオード素子のカソードが接続される。
第1制御ラインに光電変換素子のアノードが接続されるものであるとき、ノードには光電変換素子のカソードおよびダイオード素子のカソードが接続され第2制御ラインにはダイオード素子のアノードが接続される。
図1は本発明にかかる光電変換回路100を示す。図2は第1の実施形態にかかるタイミングチャートを示す。図1に示した光電変換回路100は、たとえばマトリックス状に配列され、たとえばCMOSイメージセンサを構成するために用意されている。複数の光電変換素子PDのカソード及びアノードは第1制御ラインL1及びノードNd1に各別に接続される。第1制御ラインL1には図示しない複数の光電変換素子PDのカソードが共通に接続されている。すなわち、図1はカソードコモン方式の光電変換回路を示す。光電変換素子PDとしてはシリコン系のフォトダイオードや後述する非シリコン系のフォトダイオードを用いることができる。
図3は本発明にかかる光電変換回路300を示す。図4は第2の実施形態にかかるタイミングチャートを示す。図3に示した光電変換回路300は、たとえばマトリックス状に配列され、たとえばCMOSイメージセンサを構成するために用意されている。複数の光電変換素子PDのアノード及びカソードは第1制御ラインL10及びノードNd10に各別に接続される。第1制御ラインL10には図示しない複数の光電変換素子PDのアノードが共通に接続されている。すなわち、図3はアノードコモン方式の光電変換回路を示す。光電変換素子PDとしてはシリコン系のフォトダイオードを用いる。
図5は本発明にかかる光電変換回路及び光電変換素子を示す。光電変換回路500は、光電変換素子としてCIGS系の光電変換素子を採用している。図1に示したカソードコモン方式の光電変換回路100は、シリコン系の光電変換素子を用いたが、図5に示した光電変換回路500は非シリコン系の光電変換素子PDCを用いている点で相違する。
52 開口領域
54 N型酸化亜鉛層
56 真性酸化亜鉛層
58 硫化カドミウム層
60 CIGS層
64 ビア
65 金属電極層(モリブデン電極)
66 絶縁膜
68 回路部
100、100a、300、500 光電変換回路
C1 第1キャパシタ
C2 第2キャパシタ
D ダイオード素子
EC コモン電極層
GND 接地電位
G1、G2、G3、G4、G10、G20、G30、G40 制御電極(ゲート)
L1、L10 第1制御ライン
L2、L20 第2制御ライン
L0 電源電圧供給ライン
Nd1、Nd2、Nd10、Nd20 ノード
PD、PDC 光電変換素子(フォトダイオード)
Tr1、Tr2、Tr3、Tr4、Tr10、Tr20、Tr30、Tr40 トランジスタ
Yn4、Yn40 信号出力ライン
Claims (29)
- 直流電圧である第1制御電圧が供給される第1制御ラインと、
直流電圧である第2制御電圧が供給される第2制御ラインと、
ノードと、
前記第1制御ラインと前記ノードとの間に接続されアノード及びカソードを有する光電変換素子と、
前記第2制御ラインと前記ノードとの間に接続されアノード及びカソードを有するダイオード素子と、
を備える光電変換回路。 - 前記光電変換素子及び前記ダイオード素子が逆方向にかつ直列に接続される請求項1に記載の光電変換回路。
- 前記第1制御ラインに前記光電変換素子のカソードが接続されるものであるとき、前記ノードには前記光電変換素子のアノードおよび前記ダイオード素子のアノードが接続され前記第2制御ラインには前記ダイオード素子のカソードが接続される請求項2に記載の光電変換回路。
- 前記第1制御ラインに供給される第1制御電圧は前記第2制御ラインに供給される第2制御電圧よりも大きく設定される請求項3に記載の光電変換回路。
- 前記ダイオード素子のカソードに加えられる電位はそのアノードに加えられる電位よりも低くなるように前記第1制御ライン及び第2制御ラインに供給される直流電圧の大きさが設定される請求項4に記載の光電変換回路。
- 前記第1制御ラインに前記光電変換素子のアノードが接続されるものであるとき、前記ノードには前記光電変換素子のカソードおよび前記ダイオード素子のカソードが接続され前記第2制御ラインには前記ダイオード素子のアノードが接続される請求項2に記載の光電変換回路。
- 前記第1制御ラインに供給される第1制御電圧は前記第2制御ラインに供給される第2制御電圧よりも小さく設定される請求項6に記載の光電変換回路。
- 前記ダイオード素子のアノードに加えられる電位はそのカソードに加えられる電位よりも高くなるように前記第1制御ライン及び第2制御ラインに供給される直流電圧の大きさが設定される請求項7に記載の光電変換回路。
- 前記光電変換素子及び前記ダイオード素子は共にシリコン系である請求項1又は2に記載の光電変換回路。
- 前記光電変換素子は非シリコン系であって、前記ダイオード素子はシリコン系である請求項1又は2に記載の光電変換回路。
- 前記光電変換素子は銅、インジウム、ガリウム、セレンからなる非シリコン系であって、前記ダイオード素子はシリコン系である請求項10に記載の光電変換回路。
- 前記ダイオード素子は前記光電変換素子と同一チップ上に形成される請求項1〜11のいずれか1項に記載の光電変換回路。
- 前記光電変換素子と前記ダイオード素子の共通接続点は共通接続されて第1ノードをなし、前記第1ノードには第1キャパシタの第1端子及び第1トランジスタの第1主電極が接続され、該第1トランジスタの第2主電極には第2キャパシタの第1端子が接続されて第2ノードをなしている請求項1又は2に記載の光電変換回路。
- 前記ダイオード素子は、前記第1トランジスタと同じ導電型からなるトランジスタを用いている請求項13に記載の光電変換回路。
- 前記ダイオード素子は、前記第1トランジスタと同じ大きさである請求項14に記載の光電変換回路。
- 前記第1ノードには光電変換素子のアノードとダイオード素子のアノードを共通接続して成り、前記第1トランジスタの制御電極には直流電圧からなる転送信号が供給され、さらに前記光電変換素子のカソードには直流電圧からなる第1制御電圧が供給され、前記ダイオード素子のカソードには直流電圧からなる第2制御電圧が供給される請求項13に記載の光電変換回路。
- 前記第2ノードには、制御電極に初期化信号が供給される第2トランジスタの第1主電極と第3トランジスタの制御電極が接続され、前記第3トランジスタの第1主電極には制御電極に読み出し信号が供給される第4トランジスタの第1主電極が接続され、前記第4のトランジスタの第2主電極から出力信号を取り出す請求項13に記載の光電変換回路。
- 前記第2制御電圧は前記第1トランジスタの制御電極に供給される転送信号に比べて同電位か或いは高くなるよう設定される請求項16に記載の光電変換回路。
- 前記第1ノードには光電変換素子のカソードとダイオード素子のカソードを共通接続して成り、前記第1トランジスタの制御電極には直流電圧からなる転送信号が供給され、さらに前記光電変換素子のアノードには直流電圧からなる第1制御電圧が供給され、前記ダイオード素子のアノードには直流電圧からなる第2制御電圧が供給される請求項13に記載の光電変換回路。
- 前記第1制御電圧は前記第2制御電圧より小さく設定される請求項19に記載の光電変換回路。
- 前記第2制御電圧は前記第1トランジスタの制御電極に供給される転送信号の大きさに比べて同電位か或いは低くなるよう設定される請求項19に記載の光電変換回路。
- カソードに第1制御電圧が供給される光電変換素子と、カソードに第2制御電圧が供給されるダイオード素子とが、アノードを共通にしてなる第1ノードと、
該第1ノードに一端が接続される第1キャパシタと、
前記第1ノードに接続される第1主電極を有し、制御電極に転送信号が供給される第1トランジスタと、
前記第1トランジスタの第2主電極に第2キャパシタの第1端子が接続されてなる第2ノードと、
前記第2ノードに接続される第1主電極を有し、制御電極に初期化信号が供給される第2トランジスタと、
前記第2ノードに接続される制御電極を有する第3トランジスタと、前記第3トランジスタの第2主電極に接続される第1主電極を有し、制御電極に読み出し信号が供給される第4トランジスタと、
前記第4トランジスタの第2主電極に接続される信号出力ラインと、
を備える光電変換回路。 - 前記光電変換素子は銅、インジウム、ガリウム、セレンからなる非シリコン系のCIGS光電変換素子である請求項22に記載の光電変換回路。
- アノードに第1制御電圧が供給される光電変換素子と、アノードに第2制御電圧が供給されるダイオード素子とが、カソードを共通にしてなる第1ノードと、
該第1ノードに一端が接続される第1キャパシタと、
前記第1ノードに接続される第1主電極を有し、制御電極に転送信号が供給される第1トランジスタと、
前記第1トランジスタの第2主電極に第2キャパシタの第1端子が接続されてなる第2ノードと、
前記第2ノードに、接続される第1主電極を有し、制御電極に初期化信号が供給される第2トランジスタと、
前記第2ノードに接続される制御電極を有する第3トランジスタと、
前記第3トランジスタの第2主電極に接続される第1主電極を有し、制御電極に読み出し信号が供給される第4トランジスタと、
前記第4トランジスタの第2主電極に接続される信号出力ラインと、
を備える光電変換回路。 - 前記第1キャパシタ及び第2キャパシタの少なくとも1つは第1トランジスタの拡散容量で作り込まれる請求項13、22、及び24のいずれか1項に記載の光電変換回路。
- 前記光電変換素子はCIGS系からなる請求項22に記載の光電変換素子。
- 前記CIGS系の光電変換素子は、前記回路部と同一のチップ内に作り込まれ、前記CIGS系の光電変換素子のアノード及びカソードはそれぞれ前記回路部側及び前記第1制御ライン側に設けられる請求項26に記載の光電変換素子。
- 前記光電変換素子は、一部に開口領域を有するアルミニウム遮光膜、N型酸化亜鉛層及び真性酸化亜鉛層を有するコモン電極層、硫化カドミウム層、CIGS層、金属電極層、絶縁層、及びビア層を備え、前記金属電極層は前記ビア層を介して、前記第2制御ラインに接続され、前記コモン電極層は前記第1制御ラインに接続される請求項26に記載の光電変換素子。
- 前記光電変換素子は前記チップ内に作り込まれ、光電変換素子の前記コモン電極層と前記金属電極層には各別に所定の直流電圧が供給される請求項28に記載の光電変換素子。
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