JP2013527597A5

JP2013527597A5 - 画像センサ及び画像センサから読み出しを行う方法

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Publication number: JP2013527597A5
Application number: JP2013501331A
Authority: JP
Filing date: 2011-03-18
Publication date: 2014-05-01
Anticipated expiration: 2031-03-18

Claims

画像センサであって、
半導体基板と、
光を受光するように位置付けられる感光材料を前記半導体基板上にそれぞれ備える複数の画素領域と、
前記半導体基板上に形成された電荷蓄積部と読み出し回路とを備える各画素領域の画素回路であって、前記電荷蓄積部は埋め込みダイオードからなり、前記埋め込みダイオードが前記半導体基板のｎ型領域上にｐ型の感光材料層を備えている、前記各画素領域の画素回路と、
前記各画素領域の前記電荷蓄積部と前記感光材料との間の非金属接触領域と、を備え、
前記電荷蓄積部は前記非金属接触領域を介して前記各画素領域の前記感光材料と電気的に導通されている、画像センサ。
前記電荷蓄積部は前記半導体基板のドープ領域からなる、請求項１に記載の画像センサ。
前記電荷蓄積部は前記半導体基板のｎ型領域からなる、請求項１に記載の画像センサ。
前記電荷蓄積部はダイオードからなる、請求項１に記載の画像センサ。
前記電荷蓄積部はｎ型シリコンダイオードからなる、請求項１に記載の画像センサ。
前記感光材料はｐ型半導体材料からなる、請求項１に記載の画像センサ。
前記非金属接触領域はｐｎ接合からなる、請求項１に記載の画像センサ。
前記非金属接触領域はヘテロ接合からなる、請求項１に記載の画像センサ。
前記感光材料は前記電荷蓄積部と直接的に電気的に導通されている、請求項１に記載の画像センサ。
前記感光材料は前記電荷蓄積部と直接接触している、請求項１に記載の画像センサ。
前記感光材料は前記電荷蓄積部上にパッシベーション層を形成している、請求項１に記載の画像センサ。
前記感光材料は前記電荷蓄積部上にホール蓄積層を形成している、請求項１に記載の画像センサ。
前記感光材料は画像化される波長光を吸収する、請求項１に記載の画像センサ。
前記感光材料は該感光材料の層に入射する光から前記電荷蓄積部を実質的に遮蔽する、請求項１に記載の画像センサ。
前記非金属接触領域は前記感光材料と前記電荷蓄積部との間に少なくとも１層の材料層を備えている、請求項１に記載の画像センサ。
前記材料層はｐ型半導体材料からなる、請求項１５に記載の画像センサ。
前記材料層はｐ型シリコン層からなる、請求項１５に記載の画像センサ。
前記材料層は、半導体材料、ポリマー材料、及び有機材料からなる群より選択された材料からなる、請求項１５に記載の画像センサ。
前記材料層は、電荷を流すための非金属導電路を前記感光材料と前記電荷蓄積部との間に提供する、請求項１５に記載の画像センサ。
前記電荷蓄積部上の少なくとも１層の材料層により、前記感光材料の層に入射する光から前記電荷蓄積部を実質的に遮蔽する、請求項１に記載の画像センサ。
前記画素回路は前記半導体基板の第１側部上に形成された少なくとも１つのトランジスタを備えている、請求項１に記載の画像センサ。
前記半導体基板は前記半導体基板の第１側部上に少なくとも１つの金属相互接続部を備えている、請求項１に記載の画像センサ。
前記電荷蓄積部は前記半導体基板の第１側部上に形成されている、請求項１に記載の画像センサ。
前記感光材料は前記半導体基板の第１側部上に位置している、請求項１に記載の画像センサ。
前記半導体基板の金属相互接続層に開口部が形成されて前記電荷蓄積部が露出されており、前記感光材料は前記開口部を介して前記電荷蓄積部と結合されている、請求項１に記載の画像センサ。
前記感光材料の少なくとも一部は前記開口部内に位置している、請求項２５に記載の画像センサ。
少なくとも１つの追加の非金属材料層が前記開口部内に含まれている、請求項２５に記載の画像センサ。
前記電荷蓄積部は前記半導体基板の第２側部上に形成されている、請求項１に記載の画像センサ。
前記感光材料は前記半導体基板の前記第２側部上に位置している、請求項２８に記載の画像センサ。
前記各画素領域の前記感光材料に近接した少なくとも１つの電極をさらに備える請求項１に記載の画像センサ。
前記電極が前記各画素領域の前記感光材料上に位置する透明電極からなる、請求項３０に記載の画像センサ。
前記電極が前記各画素領域の前記感光材料に近接した側方電極である、請求項３０に記載の画像センサ。
前記電極が前記各画素領域の前記感光材料の周囲のグリッド電極である、請求項３０に記載の画像センサ。
前記電極が前記半導体基板の金属相互接続層と電気的に導通されている、請求項３０に記載の画像センサ。
前記電極が前記複数の画素領域に共通の電極である、請求項３０に記載の画像センサ。
前記電極が前記感光材料をバイアスするように構成されている、請求項３０に記載の画像センサ。
前記電極が接地されている、請求項３０に記載の画像センサ。
前記電極が、前記電荷蓄積部を形成している埋め込みダイオードの空乏電圧よりも低い電圧を印加するように構成されている、請求項３０に記載の画像センサ。
前記画素回路はさらにセンスノードを備えている、請求項１に記載の画像センサ。
前記センスノードは前記半導体基板のドープ領域からなる、請求項３９に記載の画像センサ。
電荷転送トランジスタをさらに備え、前記電荷転送トランジスタは、そのゲートに転送信号が供給されると、前記センスノードと前記電荷蓄積部との間で電荷を選択的に転送する、請求項３９に記載の画像センサ。
前記読み出し回路は、ソース・フォロワ・トランジスタと、該ソース・フォロワ・トランジスタを列読み出しラインに選択的に結合するための行選択トランジスタとを備えている、請求項１に記載の画像センサ。
前記画素回路は、前記センスノードと基準電位部との間にリセットトランジスタをさらに備え、前記リセットトランジスタは、そのゲートにリセット信号が供給されると、前記センスノードの電圧を選択的にリセットする、請求項３９に記載の画像センサ。
前記画素回路内には４個のトランジスタが含まれている、請求項１に記載の画像センサ。
前記画素回路が、結合期間中に前記感光材料からの電荷を前記電荷蓄積部に結合するように構成されており、前記電荷は前記非金属接触領域を介して前記感光材料から前記電荷蓄積部へ転送される、請求項１に記載の画像センサ。
結合期間中に前記各画素領域の前記感光材料によって吸収された光の強度に基づく電荷が前記電荷蓄積部へ転送される、請求項４５に記載の画像センサ。
前記画素回路が相関二重サンプリングを用いて読み出し信号を提供するように構成されている、請求項１に記載の画像センサ。
前記画素回路が、第１リセットを実行するように構成されており、前記第１リセットにおいて、前記センスノードが基準電位にリセットされ、前記電荷蓄積部は該電荷蓄積部を形成している前記埋め込みダイオードの空乏電圧にリセットされる、請求項３９に記載の画像センサ。
前記第１リセットの間においてリセットトランジスタと電荷転送トランジスタとがオフされる、請求項４８に記載の画像センサ。
前記電荷転送トランジスタは結合期間の間においてオンされる、請求項４９に記載の画像センサ。
前記結合期間中に電極から前記感光材料に電圧差が与えられる、請求項５０に記載の画像センサ。
前記画素回路は、読み出しの前に前記センスノードの第２リセットを実行するように構成されており、前記第２リセットの間、電荷転送トランジスタがオンされるとともにリセットトランジスタがオフされる、請求項４８に記載の画像センサ。
前記画素回路は、前記第２リセット後に前記電荷蓄積部からの電荷を読み出しのために前記センスノードへ転送するように構成されており、読み出しのために前記電荷蓄積部からの前記電荷が転送されている間、前記電荷転送トランジスタがオフされるとともに前記リセットトランジスタがオンされる、請求項５２に記載の画像センサ。
前記感光材料は単分散ナノ結晶を備えている、請求項１に記載の画像センサ。
前記感光材料は、前記各画素領域の電極と前記電荷蓄積部とに接触した、相互接続されるナノ結晶粒子の連続膜を備えている、請求項３０に記載の画像センサ。
前記ナノ結晶粒子は、複数のナノ結晶コアと、前記複数のナノ結晶コア上のシェルとを備えている、請求項５５に記載の画像センサ。
前記複数のナノ結晶コア同士は融合されている、請求項５６に記載の画像センサ。
前記複数のナノ結晶コアはリンカー分子と電気的に相互接続している、請求項５６に記載の画像センサ。
前記画素領域間の略境界における水平面に配置された遮光層を用いて、前記画素領域間の光アイソレーションが達成される、請求項１に記載の画像センサ。
前記遮光層が、Ａｌ、ＴｉＮ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｏ、ＴｉＯｘＮｙ、Ｗの群から選択された材料から成る、請求項５９に記載の画像センサ。
前記遮光層は、５ｎｍ〜１００ｎｍの範囲の幅を持つ材料から成る、請求項５９に記載の画像センサ。
前記遮光層は、５ｎｍ〜１００ｎｍの範囲の幅を持つ材料から成る、請求項５９に記載の画像センサ。
画像センサであって、
半導体基板と、
光を受光するように位置付けられる感光材料を前記半導体基板上にそれぞれ備える複数の画素領域と、
前記半導体基板のドープ領域と該ドープ領域上における前記感光材料の一部とを備える埋め込みダイオードと、
を備える画像センサ。
前記感光材料と前記ドープ領域との間の界面はｐｎ接合を形成している、請求項６３に記載の画像センサ。
前記感光材料と前記ドープ領域との間の界面はヘテロ接合を形成している、請求項６３に記載の画像センサ。
画像センサであって、
半導体基板と、
光を受光するように位置付けられる感光材料を前記半導体基板上にそれぞれ備える複数の画素領域と、
前記半導体基板上に形成されたダイオードと、を備え、
前記感光材料が前記ダイオードに直接接触して前記感光材料と前記ダイオードとの間が電気的に導通されている、画像センサ。
前記感光材料とドープ領域との間の界面はｐｎ接合を形成している、請求項６６に記載の画像センサ。
前記感光材料とドープ領域との間の界面はヘテロ接合を形成している、請求項６６に記載の画像センサ。
画像センサから読み出しを行う方法であって、
半導体基板上に感光材料を提供すること、
前記感光材料を光に曝すこと、
前記半導体基板上に形成された電荷蓄積部に、前記感光材料と前記電荷蓄積部との間の非金属接触領域を介して前記感光材料からの電荷を結合すること、を備え、前記電荷蓄積部は埋め込みダイオードからなり、前記埋め込みダイオードが前記半導体基板のｎ型領域上に形成されたｐ型の感光材料層を備えている、方法。
前記埋め込みダイオードは前記感光材料に入射する光から実質的に遮蔽される、請求項６９に記載の方法。
前記感光材料は、画像化される光が吸収される最初の場所である、請求項６９に記載の方法。
画像センサから読み出しを行う方法であって、
半導体基板上に感光材料を提供すること、
前記感光材料を光に曝すこと、
センスノードを基準電位にリセットするとともに埋め込みダイオードを空乏電圧レベルにリセットするための第１リセットを実行すること、
結合期間中に前記埋め込みダイオードを前記センスノードからアイソレートすること、
前記結合期間中に前記感光材料からの電荷を前記埋め込みダイオードに結合することであって、前記結合期間中に結合される電荷の量は、前記感光材料に入射する光の強度に依存する、前記結合すること、
前記埋め込みダイオードを前記センスノードからアイソレートしている間、読み出しに先立って前記センスノードをリセットするための第２リセットを実行すること、
前記第２リセット後に、前記埋め込みダイオードからの電荷を前記センスノードへ転送すること、
前記センスノードから信号を読み出すこと、
を備える方法。
前記感光材料と前記埋め込みダイオードとの間で金属相互接続部が存在していない直接界面を介して前記感光材料から前記埋め込みダイオードに電荷が結合される、請求項７２に記載の方法。
前記感光材料は前記ダイオードと界面を接してｐｎ接合を形成しており、その界面を介して前記感光材料から前記ダイオードに電荷が結合される、請求項７２に記載の方法。