JP2017076797A - Image sensor having function of solar cell - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method by which a solar cell with an optical detector shares the same cell with a pixel of an image sensor, and each cell is selected, as needed, as an image sensor or as a solar cell that produces and stores a drive power.SOLUTION: A unit pixel element that can operate as an image sensor and a solar cell includes: a photodetector that generates an optical current on a channel between a source and a drain by light received at its gate; a first switch coupled between the source terminal of the photodetector and a first solar cell bus to perform an on/off operation; and a second switch coupled between the gate terminal of the photodetector and a second solar cell bus to perform an on/off operation. Simultaneously with performing a function as the image sensor, optical energy harvesting becomes possible, and thereby, an effective power can be generated and supplied with a high-efficiency photoelectric conversion capability.SELECTED DRAWING: Figure 7

Description

本発明は、ソーラーセルとして動作可能なイメージセンサーに関し、より詳細には、一般的にはイメージセンサーとして機能し、必要に応じて特定条件へのモード転換を通じてソーラーセルとして動作させる技術に関する。 The present invention relates to an image sensor that can operate as a solar cell, and more particularly to a technique that generally functions as an image sensor and operates as a solar cell through mode switching to specific conditions as necessary.

光エネルギーハーベスティング(Energy Harvesting)技術とは、モノのインタ−ネット(Internet of Things)やユビキタスセンサーネットワーク(Ubiquitous Sensor Network)、無線センサーネットワーク(Wireless Sensor Network)などに必ず必要な基盤技術であって、多様な電子装置において半永久的な電源として使用でき、既存のバッテリーに有線で電力を提供しないで、光エネルギーを電気的エネルギーに変換して充電できる技術のことである。 Optical energy harvesting technology is always necessary for the infrastructure of things (Internet of Things), ubiquitous sensor network, and wireless sensor network (Wireless Sensor Network). It is a technology that can be used as a semi-permanent power source in various electronic devices and can convert light energy into electrical energy and charge without providing wired power to an existing battery.

一方、このようなシステムは、超小型かつ集積化された形で具現することが望ましい。一部の研究で、光エネルギーの変換素子を、CMOS工程のPN接合フォトダイオ−ド(Photodiode)を用いてISC(Integrated Solar Cell)の形で製作することにより他の回路との集積化を試みる場合もあるが、このようなフォトダイオ−ドは光電変換能力において効率が低いため、チップ内の回路が動作するに十分な電力を供給することが難しい。なお、ソーラーセルの工程と標準CMOS工程の完全な一体化には依然として限界がある。 On the other hand, it is desirable to implement such a system in an ultra-small and integrated form. In some researches, light energy conversion elements are fabricated in the form of ISC (Integrated Solar Cell) using PN junction photodiodes in a CMOS process, and integration with other circuits is attempted. In some cases, such a photodiode has low efficiency in photoelectric conversion capability, and it is difficult to supply sufficient power for the operation of the circuit in the chip. There is still a limit to the complete integration of the solar cell process and the standard CMOS process.

本発明は、既に登録された特許である「Unit Pixel of Image Sensor and Photo Detector There of」(特許文献1、特許文献2、特許文献3)の技術に加えて、ピクセル化されたソーラーセルシステムオンチップを具現する方法及び概念を提示しようとするものである。まず、標準CMOS工程を介して製作されるフォトディテクターとピクセル形状のソーラーセルの構造及び動作原理について述べて、このように製作されたソーラーセルとイメージセンサーのピクセルが同一のセルを共有しながら必要に応じて各々を選択して使用できる方法を提案する。 The present invention is not limited to the already registered patent “Unit Pixel of Image Sensor and Photo Detector Ther of” (Patent Document 1, Patent Document 2, Patent Document 3), and is a pixelated solar cell system on. It is intended to present a method and concept for implementing a chip. First, the structure and operation principle of a photodetector and pixel-shaped solar cell manufactured through a standard CMOS process will be described, and the solar cell manufactured in this way and the pixel of the image sensor are required to share the same cell. We propose a method that can be selected and used according to each.

米国特許第8569806号明細書US Pat. No. 8,569,806 米国特許第8610234号明細書U.S. Pat. No. 8610234 米国特許第8669599号明細書US Pat. No. 8,669,599

本発明は前記のような従来技術の問題点を解決するために、高効率の光ディテクターを持つソーラーセルがイメージセンサーのピクセルと同一のセルを共有し、必要に応じて各々を選択して、イメージセンサーとして用いる、または、駆動電力を生産かつ貯蔵するソーラーセルとして使用できる方法を提供することを目的とする。 In order to solve the problems of the prior art as described above, the solar cell having a high-efficiency photodetector shares the same cell as the pixel of the image sensor, and selects each as necessary. It is an object of the present invention to provide a method that can be used as an image sensor or as a solar cell that produces and stores drive power.

前記目的を達成するための、イメージセンサーとソーラーセルとして動作可能な単位ピクセルエレメントは、ゲートに受光された光によりソースとドレーン間のチャンネルに光電流を発生させるフォトディテクター、前記フォトディテクターのソース端子及び第1ソーラーセルバス間に連結されてオン/オフ動作を行う第1スイッチ、及び前記フォトディテクターのゲート端子及び第2ソーラーセルバス間に連結されてオン/オフ動作を行う第2スイッチを含む。 In order to achieve the above object, a unit pixel element operable as an image sensor and a solar cell includes a photodetector that generates a photocurrent in a channel between a source and a drain by light received by a gate, and a source terminal of the photodetector And a first switch connected between the first solar cell buses to perform an on / off operation, and a second switch connected between the gate terminal of the photodetector and the second solar cell bus to perform an on / off operation.

前記目的を達成するためのイメージセンサーとソーラーセルとして動作可能な単位ピクセルエレメントは、ゲートに受光された光によりソースとドレーン間のチャンネルに光電流を発生させるフォトディテクター、前記フォトディテクターのゲート端子及び第1ソーラーセルバス間にされてオン/オフ動作を行う第1スイッチ、及び前記フォトディテクターのソース端子及び第2ソーラーセルバス間に連結され、前記光電流を画素出力端に出力させる選択素子を含む。 A unit pixel element operable as an image sensor and a solar cell for achieving the object includes a photodetector for generating a photocurrent in a channel between a source and a drain by light received by a gate, a gate terminal of the photodetector, and A first switch configured to perform an on / off operation between the first solar cell buses, and a selection element connected between a source terminal of the photodetector and the second solar cell bus and outputting the photocurrent to a pixel output terminal.

前記の目的を達成するためのイメージセンサーとソーラーセルとして動作可能な単位ピクセルエレメントは、ゲートに受光された光によりソースとドレーン間のチャンネルに光電流を発生させるフォトディテクター、前記フォトディテクターのゲート端子及び第1ソーラーセルバス間に連結されてオン/オフ動作を行う第1スイッチ、前記フォトディテクターのリセット端子及び前記第1ソーラーセルバス間に連結されてオン/オフ動作を行う第2スイッチ、及び前記フォトディテクターのソース端子及び第2ソーラーセルバス間に連結され、前記光電流を画素出力端に出力させる選択素子を含む。   A unit pixel element operable as an image sensor and a solar cell for achieving the above object includes a photodetector that generates a photocurrent in a channel between a source and a drain by light received by a gate, and a gate terminal of the photodetector And a first switch connected between the first solar cell buses for on / off operation, a second switch connected between the reset terminal of the photodetector and the first solar cell bus for on / off operations, and the photo A selection element is connected between the source terminal of the detector and the second solar cell bus and outputs the photocurrent to a pixel output terminal.

本発明の実施例によれば、イメージセンサーとして機能すると同時に光エネルギーのハーベスティングが可能になり、高効率の光電変換能力にて有効な電力を生成及び供給することができる。   According to the embodiment of the present invention, it can function as an image sensor and at the same time can harvest light energy, and can generate and supply effective power with high efficiency photoelectric conversion capability.

また、本発明の望ましい実施例によれば、製造工程において、周辺回路と完全な一体型で製作することができて、イメージセンサーのみならずCMOS工程で作られるあらゆる周辺回路との集積化が非常に容易である。 In addition, according to the preferred embodiment of the present invention, in the manufacturing process, it can be manufactured in a completely integrated form with the peripheral circuit, and it is highly integrated with not only the image sensor but also any peripheral circuit manufactured by the CMOS process. Easy to.

本発明に係る高効率の光電変換が可能なフォトディテクターを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the photodetector in which the highly efficient photoelectric conversion which concerns on this invention is possible. 本発明に係る前記フォトディテクターの高効率の光電変換メカニズムを示す図である。It is a figure which shows the highly efficient photoelectric conversion mechanism of the said photodetector based on this invention. 本発明に係るソーラーセルのためのフォトディテクターを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the photodetector for the solar cell which concerns on this invention. 本発明に係る前記フォトディテクターの電力生成メカニズムを示す図である。It is a figure which shows the electric power generation mechanism of the said photodetector which concerns on this invention. 本発明の第1実施例に係る前記フォトディテクターの開放回路電圧(VOC:Open circuit voltage)獲得メカニズムを示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an open circuit voltage (VOC) acquisition mechanism of the photodetector according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第2実施例に係る前記フォトディテクターの開放回路電圧獲得メカニズムを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the open circuit voltage acquisition mechanism of the said photodetector based on 2nd Example of this invention. 本発明に係るソーラーセルの単位ピクセルの構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the unit pixel of the solar cell which concerns on this invention. 本発明の第1実施例に係るイメージセンサーの単位ピクセルの構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the unit pixel of the image sensor which concerns on 1st Example of this invention. 本発明の第1実施例に係るソーラーセルの単位ピクセルの構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the unit pixel of the solar cell which concerns on 1st Example of this invention. 本発明の第2実施例に係るイメージセンサーの第2単位ピクセルを示す図である。It is a figure which shows the 2nd unit pixel of the image sensor which concerns on 2nd Example of this invention. 本発明の第2実施例に係るソーラーセルの第2単位ピクセル構造を示す図である。It is a figure which shows the 2nd unit pixel structure of the solar cell which concerns on 2nd Example of this invention.

本発明は多様な変更を加えることができ、様々な実施例を有することができるので、特定の実施例を図面に例示して、これを詳細な説明で詳細に説明しようとする。しかしながら、これは本発明を特定の実施形態に対して限定しようとするものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれるあらゆる変更、均等物乃至代替物を含むものと理解すべきである。 Since the invention is susceptible to various modifications and may have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and will be described in detail in the Detailed Description. However, this should not be construed as limiting the invention to the specific embodiments, but should be understood to include any modifications, equivalents or alternatives that fall within the spirit and scope of the invention.

本発明を説明するにおいて、関連した公知の技術に対する具体的な説明が本発明の要旨を無駄に乱すおそれがあると判断される場合、その詳細な説明を省略する。また、本明細書の説明過程において用いられる数字(例えば、第1、第2など)は一つの構成要素を他の構成要素と区分するための識別記号に過ぎない。 In the description of the present invention, when it is determined that there is a possibility that a specific description of a related known technique may unnecessarily disturb the gist of the present invention, a detailed description thereof will be omitted. Further, the numbers (for example, first, second, etc.) used in the description process of this specification are merely identification symbols for distinguishing one component from other components.

また、本明細書において、一構成要素が異なる構成要素と「連結される」または「接続される」などと言及された場合には、前記一構成要素が前記他の構成要素と直接連結されるかまたは直接接続されることもあるが、特に反対の記載がない限り、中間に他の構成要素を媒介して連結されるかまたは接続されることもあると理解すべきである。 Further, in this specification, when one component is referred to as “coupled” or “connected” to a different component, the one component is directly coupled to the other component. It is to be understood that they may be connected or connected directly, but unless stated to the contrary, they may be linked or connected via other components in between.

以下、添付した図面を参照して本発明の望ましい実施例について説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図1は本発明に係る高効率の光電変換可能なフォトディテクター(photo detector)を示した断面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing a photo detector capable of high efficiency photoelectric conversion according to the present invention.

図1において、前記フォトディテクターに該当する単位画素の受光素子は、従来のフォトダイオ−ドの代わりにトンネル接合素子(tunnel juncion device)を用いて具現される。ここで、トンネル接合素子は、二つの導体や半導体の間に薄い絶縁層が接合された構造であり、絶縁層で発生するトンネルリング効果(tunneling effect)を用いて動作する素子のことを指す。 ちなみに、トンネルリング効果とは、量子力学的現象であって、ポテンシャルを有する力の作用下で運動する粒子が、その粒子自体が有する運動エネルギーより大きい位置エネルギーを有する領域を通過する現象のことをいう。 In FIG. 1, a light receiving element of a unit pixel corresponding to the photodetector is implemented using a tunnel junction device instead of a conventional photodiode. Here, the tunnel junction element has a structure in which a thin insulating layer is bonded between two conductors or semiconductors, and refers to an element that operates using a tunneling effect generated in the insulating layer. Incidentally, the tunneling effect is a quantum mechanical phenomenon in which a particle moving under the action of a force having a potential passes through a region having a positional energy larger than that of the particle itself. Say.

本発明の一実施例では、このようなフォトディテクターを用いて単位画素の受光素子及びソーラーセル(solar cell)を生成することができ、本明細書及び特許請求範囲に使われる「フォトディテクター」とは、前記のトンネル接合素子を用いて具現された受光素子及びソーラーセルのことを指す。前記フォトディテクターは、多様な種類の構造により具現することができ、例えば、一般的なn−MOSFETまたはp−MOSFET構造を用いて具現することもできる。また、MOSFETの他にもJFET、HEMTなどのトンネルリング効果が得られる構造の電子素子を用いて単位素子を具現することができる。 In one embodiment of the present invention, a photo detector and a solar cell of a unit pixel can be generated using such a photo detector, and a “photo detector” used in the present specification and claims is referred to as “photo detector”. Denotes a light receiving element and a solar cell implemented using the tunnel junction element. The photodetector can be implemented by various types of structures, for example, using a general n-MOSFET or p-MOSFET structure. In addition to the MOSFET, the unit element can be implemented using an electronic element having a structure capable of obtaining a tunneling effect such as JFET or HEMT.

図1において、前記フォトディテクター100は、PMOS構造で具現される。前記フォトディテクター100は、P型基板110上に形成され、一般的なNMOS電子素子において、ソースに当たるP+拡散層120とドレーンに当たるP+拡散層130を含む。以下、P+拡散層120,130を各々フォトディテクターにおける「ソース」及び「ドレーン」と称することとする。 In FIG. 1, the photodetector 100 is implemented with a PMOS structure. The photodetector 100 is formed on a P-type substrate 110 and includes a P + diffusion layer 120 corresponding to a source and a P + diffusion layer 130 corresponding to a drain in a general NMOS electronic device. Hereinafter, the P + diffusion layers 120 and 130 are respectively referred to as “source” and “drain” in the photodetector.

前記ソース120とドレーン130の上部には外部ノ−ドと連結されるソース電極121及びドレーン電極131が各々形成される。 A source electrode 121 and a drain electrode 131 connected to an external node are formed on the source 120 and the drain 130, respectively.

前記フォトディテクター100は、P型の基板(P−sub)110上にN型不純物を注入してNウェル115を形成する。前記形成されたNウェル115上に高濃度のP型不純物を注入して、ソース120とドレーン130を形成する。前記ソース120とドレーン130との間には薄い酸化膜140が形成され、前記酸化膜140の上部には一般的なMOSFET構造におけるゲートに該当するN型の不純物がドープされたポリシリコン(poly−silicon)が形成される。前記ポリシリコン150は、前記フォトディテクター100において光を吸収する部として機能する。以下、前記ポリシリコン150を「受光部」と称する。 The photodetector 100 forms an N well 115 by injecting an N type impurity onto a P type substrate (P-sub) 110. A source 120 and a drain 130 are formed by implanting a high-concentration P-type impurity on the formed N well 115. A thin oxide film 140 is formed between the source 120 and the drain 130, and polysilicon (poly-) doped with an N-type impurity corresponding to a gate in a general MOSFET structure is formed on the oxide film 140. silicon) is formed. The polysilicon 150 functions as a part that absorbs light in the photodetector 100. Hereinafter, the polysilicon 150 is referred to as a “light receiving portion”.

前記受光部150は、酸化膜140により前記ソース120及びドレーン130と離隔される。前記受光部150と前記ソース120またはドレーン130との間でトンネルリング(tunneling)が発生される。この時、トンネルリング現象の発生を容易にするために、酸化膜140の厚さを10nm以下で形成することが望ましい。 The light receiving unit 150 is separated from the source 120 and the drain 130 by the oxide film 140. Tunneling is generated between the light receiving unit 150 and the source 120 or the drain 130. At this time, in order to facilitate the occurrence of the tunneling phenomenon, it is desirable to form the oxide film 140 with a thickness of 10 nm or less.

一般的なMOSFET素子のゲートとは異なり、前記フォトディテクター100には、前記受光部150の上部を除いた残り領域の上部に金属性の遮光層が形成されるとよい。前記フォトディテクター100は、前記遮光層を通して光が入射される領域を受光部150に限定することにより、受光部150における光電変換を極大化させる。 Unlike a gate of a general MOSFET element, the photo-detector 100 may be formed with a metallic light-shielding layer in the upper part of the remaining area except for the upper part of the light receiving part 150. The photodetector 100 maximizes the photoelectric conversion in the light receiving unit 150 by limiting the region where light is incident through the light shielding layer to the light receiving unit 150.

前記フォトディテクター100の構造は、標準CMOS工程を解して容易に製作することができ、他の回路と同一の工程で製造できて、集積化されたシステムの一部として使用できるので、システムの集積化が容易で多様な応用範囲を有する。 The structure of the photodetector 100 can be easily manufactured through a standard CMOS process, can be manufactured in the same process as other circuits, and can be used as a part of an integrated system. It is easy to integrate and has a wide range of applications.

図2は、本発明に係るフォトディテクター100の高効率な光電変換メカニズムを示している。前記フォトディテクター100は、受光部150の上部を通じて光を受け入れる。受光部150に入射された光により電子−正孔対(electron−hole pair,EHP)が生成され、これにより、受光部150とソース120及びドレーン130との間に一定の電界が形成される。この時、ソース電極120とドレーン電極131に一定電圧が印加されると、光により励起された受光部150の電荷が受光部150から酸化膜140をトンネルリングしてソース120またはドレーン130へと移動する。トンネルリングにより受光部150でホールが失われて電子が流入されることにより、受光部150における電子の電荷量が相対的に増加することになり、このような電荷量の変化は前記ソース120とドレーン130間のチャンネル160のしきい電圧(threshold voltage)を下げて、前記チャンネル160に光電流が流れるようになる。このような技術は既に本発明の発明者により米国で出願されて登録された米国登録特許 US8,569,806B2、US8,610,234B2、US8,669,599B2及び米国特許出願US14/327,549などで詳細に紹介されたことがあるので、詳細な説明を省略する。 FIG. 2 shows a highly efficient photoelectric conversion mechanism of the photodetector 100 according to the present invention. The photodetector 100 receives light through the upper part of the light receiving unit 150. Electron-hole pairs (EHP) are generated by the light incident on the light receiving unit 150, and a constant electric field is formed between the light receiving unit 150, the source 120, and the drain 130. At this time, when a constant voltage is applied to the source electrode 120 and the drain electrode 131, the charge of the light receiving unit 150 excited by light tunnels through the oxide film 140 from the light receiving unit 150 and moves to the source 120 or the drain 130. To do. As holes are lost in the light receiving unit 150 due to tunneling and electrons flow in, the amount of charge of electrons in the light receiving unit 150 relatively increases. When the threshold voltage of the channel 160 between the drains 130 is lowered, a photocurrent flows through the channel 160. Such techniques have already been filed and registered in the United States by the inventors of the present invention, such as US Patents US8,569,806B2, US8,610,234B2, US8,669,599B2 and US Patent Application US14 / 327,549. The detailed description will be omitted.

フォトディテクター100は、光の入射領域が受光部150の上部領域のみに制限され、外部から開放された受光部150の上部を通して多様な波長帯の光が入射される。前記入射された多様な波長帯の光は、受光部150に吸収されるかまたは受光部150を透過して下部のNウェル115または基板110に到達されることとなる。例えば、受光部150の厚さが150nm以上の場合、青色系列の短波長は下部の基板110まで到達できず受光部150で大部分が吸収される。従来の一般的なフォトディテクターとは異なり、本発明のフォトディテクター100は、短波長帯の光が下部の基板に到達できずに受光部150に吸収されても、受光部150に吸収されたエネルギーにて受光部150の電荷量に変化を発生させ、これによりチャンネル160に電流を発生させるので、短波長帯の光を容易に検出することができる。また、それ以外の波長帯の光もすべて前記受光部150を透過するので、類似の現象が前記受光部150で発生して、電流チャンネルのしきい電圧の変化に影響を与えることになる。 In the photodetector 100, the light incident area is limited only to the upper area of the light receiving section 150, and light of various wavelength bands is incident through the upper section of the light receiving section 150 opened from the outside. The incident light of various wavelength bands is absorbed by the light receiving unit 150 or transmitted through the light receiving unit 150 and reaches the lower N well 115 or the substrate 110. For example, when the thickness of the light receiving unit 150 is 150 nm or more, the blue series of short wavelengths cannot reach the lower substrate 110 and are mostly absorbed by the light receiving unit 150. Unlike conventional general photodetectors, the photodetector 100 according to the present invention has the energy absorbed in the light receiving unit 150 even if light in the short wavelength band cannot be reached by the lower substrate and is absorbed by the light receiving unit 150. Since a change is generated in the charge amount of the light receiving unit 150 and a current is generated in the channel 160, light in the short wavelength band can be easily detected. In addition, since all light in other wavelength bands is transmitted through the light receiving unit 150, a similar phenomenon occurs in the light receiving unit 150 and affects the change in the threshold voltage of the current channel.

一方、前記受光部150を透過できる相対的に長い波長帯の光は、Nウェル115にも電子正孔対を発生させて、図2に示したように、電子をチャンネルの下部である前記Nウェル115に蓄積させてしきい電圧の変化に影響を及ぼすこともある。このように製造された前記フォトディテクター100は、単一フォトンも感知できる高感度の検出能力を持ち、少しの光でも非常に大きい光電流を流れさせられる能力も併せ持つことになる。このような本願発明のフォトディテクター100の特性は、イメージセンサー用のフォトディテクターだけでなく、ソーラーセルとしても使用可能である。 On the other hand, the light having a relatively long wavelength band that can pass through the light receiving unit 150 generates an electron-hole pair in the N well 115, and as shown in FIG. Accumulation in the well 115 may affect the change in threshold voltage. The photodetector 100 manufactured as described above has a high-sensitivity detection capability capable of sensing a single photon, and also has a capability of allowing a very large photocurrent to flow even with a small amount of light. Such characteristics of the photodetector 100 of the present invention can be used not only as a photodetector for an image sensor but also as a solar cell.

以下では、このようなフォトディテクターの原理に基づき、新しくソーラーセルとしての機能が追加されたシステムオンチップ(SOC:System On Chip)形態のソーラーセンサーチップを提案する。さらに、図1と図2ではPMOS型の構造に基づいて説明しているが、PMOS型の構造はもちろんNMOS型の構造及びこれと類似の他の構造によっても具現することができ、このような構造はすべて本発明の権利範囲に含まれると見なされる。 Below, based on the principle of such a photodetector, the solar sensor chip of the system on chip (SOC: System On Chip) form newly added the function as a solar cell is proposed. Furthermore, although FIGS. 1 and 2 are described based on a PMOS type structure, the PMOS type structure can be embodied by an NMOS type structure and other similar structures. All structures are considered to be within the scope of the present invention.

図3は、本発明に係るソーラーセルのためのフォトディテクターの断面図であり、図4は、前記フォトディテクター300の電力生成メカニズムを示した図である。前記フォトディテクター300は、ソーラーセルとして動作する場合に、光の吸収により光電流が生成されると共に光起電力(Photo Voltaic)が発生される。 FIG. 3 is a cross-sectional view of a photodetector for a solar cell according to the present invention, and FIG. 4 is a diagram illustrating a power generation mechanism of the photodetector 300. When the photodetector 300 operates as a solar cell, a photocurrent is generated by absorption of light and a photovoltaic voltage is generated.

図3を参照すると、前記フォトディテクター300は、光が受光部350に吸収されれば、電子が前記ソース120と前記ドレーン130間のチャンネルから前記酸化膜140をトンネルリングして受光部350に移動し、これにより、前記受光部350の全体電荷量が変化される。この時、前記受光部350とドレーン130間の電圧を測定すれば、光により発生した電荷の変化量を電圧の形態で測定することができる。また、前記Nウェル115に蓄積された電荷は、前記ドレーン130と前記W−RST360間の電極131,361により電圧で測定することができる。 Referring to FIG. 3, when the light is absorbed by the light receiving unit 350, the photo detector 300 tunnels the oxide film 140 from the channel between the source 120 and the drain 130 and moves to the light receiving unit 350. As a result, the total charge amount of the light receiving unit 350 is changed. At this time, if the voltage between the light receiving unit 350 and the drain 130 is measured, the amount of change in charge generated by light can be measured in the form of voltage. Further, the electric charge accumulated in the N well 115 can be measured by a voltage by the electrodes 131 and 361 between the drain 130 and the W-RST 360.

図4を参照すると、前記フォトディテクター300は、製造工程で初期に形成されたトランジスタ−のしきい電圧より大きい光エネルギーが入射されると、チャンネル160に光電流が流れることになる。 Referring to FIG. 4, when light energy larger than the threshold voltage of the transistor initially formed in the manufacturing process is incident on the photodetector 300, a photocurrent flows through the channel 160.

具体的に、ソース120とドレーン130の間には、最初の製造工程からチャンネル160が形成され得るシリコン界面のポテンシャル状態がサブ−スレッショルド(sub−threshold)直前の状態のしきい電圧を持つように形成されている。この状態では受光部350に光が入射されないと、チャンネル160に光電流が流れない。 Specifically, between the source 120 and the drain 130, the potential state of the silicon interface where the channel 160 can be formed from the first manufacturing process has a threshold voltage just before the sub-threshold. Is formed. In this state, if no light is incident on the light receiving unit 350, no photocurrent flows through the channel 160.

この状態で、受光部350にドープされた不純物が結合しているエネルギーより大きいエネルギーを有する光が入射されると、前記受光部350において、平衡状態で電荷の移動を遮断する酸化膜140を境にして不純物がドープされて形成された多数の電子及び正孔が自由な状態となる。この時、生成された電子−正孔対は再結合(recombination)されるまで一定時間だけ電子と正孔の状態で各々存在し、局地的に電界が集中する所へと電荷が移動することになる。 In this state, when light having an energy larger than the energy of the doped impurities is incident on the light receiving portion 350, the light receiving portion 350 has a boundary between the oxide film 140 that blocks charge movement in an equilibrium state. Thus, a large number of electrons and holes formed by doping impurities are in a free state. At this time, the generated electron-hole pairs exist in a state of electrons and holes for a certain period of time until recombination, and the charge moves to a place where the electric field is concentrated locally. become.

ソース120とドレーン130間のシリコン界面のポテンシャルがサブ−スレッショルド(sub−threshold)直前の状態なので、受光部350に入射された光により増加された電荷量と電界によって、ソース120及びドレーン130と受光部350との間で電子または正孔がトンネルリングされ、これにより、前記チャンネル160のしきい電圧が下げられてチャンネル160に光の量に比例して光電流が流れることとなる。 Since the potential of the silicon interface between the source 120 and the drain 130 is in a state immediately before the sub-threshold, the source 120 and the drain 130 are received by the charge amount and the electric field increased by the light incident on the light receiving unit 350. Electrons or holes are tunneled between the portion 350 and the threshold voltage of the channel 160 is lowered, and a photocurrent flows through the channel 160 in proportion to the amount of light.

前記光電流を発生させた電圧は、前記受光部350または前記Nウェル115を通して検出できる。検出される電圧は前記受光部350または前記Nウェル115を通して検出された光の量に応じて異なるが、数ナノから数マイクロアンペアの光電流が流れることがあり、これにより発生される電圧差は0.1〜1.0V程度になり得る。ちなみに、前記値は暗電流(dark current)を除外した測定値であり、このような出力は3um以内のピクセルサイズから得られる。したがって、複数のピクセルを直列または並列で連結してピクセルアレイを構成してこれを制御すれば、非常に大きい電力を獲得できる。 The voltage generating the photocurrent can be detected through the light receiving unit 350 or the N well 115. The detected voltage varies depending on the amount of light detected through the light receiving unit 350 or the N-well 115, but a photocurrent of several nanometers to several microamperes may flow. It can be about 0.1 to 1.0V. Incidentally, the value is a measurement value excluding dark current, and such output is obtained from a pixel size within 3 μm. Therefore, if a plurality of pixels are connected in series or in parallel to form a pixel array and controlled, a very large power can be obtained.

図5は、本発明の第1実施例に係る前記フォトディテクター300の開放回路電圧(Voc:open circuit voltage)の獲得メカニズムを示している。 FIG. 5 illustrates a mechanism for obtaining an open circuit voltage (Voc) of the photodetector 300 according to the first embodiment of the present invention.

図5を参照すれば、前記ソース120とドレーン130間に一定電圧を加えた状態で前記受光部350に光が入射されると、しきい電圧が変わって光電流が流れることになる。また、長波長帯の光は前記受光部350を通過してNウェル115に吸収されて、この時Nウェル115でも受光部150と同じ原理で一定量の電荷が生成されて、チャンネル界面の周囲に蓄積されることになる。 Referring to FIG. 5, when light is incident on the light receiving unit 350 with a constant voltage applied between the source 120 and the drain 130, the threshold voltage changes and a photocurrent flows. The light in the long wavelength band passes through the light receiving unit 350 and is absorbed by the N well 115. At this time, a constant amount of charge is generated in the N well 115 by the same principle as that of the light receiving unit 150, and around the channel interface. Will be accumulated.

この時、チャンネルに流れる光電流は、前記受光部350と前記Nウェル115内の電荷量が変化して生じた電圧に起因するものである。すなわち、生成された光電流により前記ドレーン130と前記受光部350間の電圧(VDrain−Gate)及び前記ドレーン350と前記Nウェル115間の電圧(VDrain−Wrst)が発生される。したがって、前記ドレーン130に連結された端子131と前記受光部350に連結された端子351間の電圧(VDrain−Gate)または前記ドレーン350に連結された端子131と前記Nウェル115に連結された端子361間の電圧(VDrain−Wrst)のうちいずれか一つを選択して、Vocを獲得することができる。 At this time, the photocurrent flowing in the channel is caused by a voltage generated by changing the charge amount in the light receiving unit 350 and the N well 115. That is, the generated photocurrent generates a voltage (V Drain-Gate ) between the drain 130 and the light receiving unit 350 and a voltage (V Drain-Wrst ) between the drain 350 and the N well 115. Therefore, the voltage (V Drain-Gate ) between the terminal 131 connected to the drain 130 and the terminal 351 connected to the light receiving unit 350 or the terminal 131 connected to the drain 350 and the N well 115 is connected. Voc can be obtained by selecting any one of the voltages (V Drain−Wrst ) between the terminals 361.

図6は、本発明の第2実施例に係る前記フォトディテクター300の開放回路電圧の獲得メカニズムを示している。 FIG. 6 illustrates an open circuit voltage acquisition mechanism of the photodetector 300 according to the second embodiment of the present invention.

希望する大きな電力を得るために、前記フォトディテクター300から大きい光電流を獲得する方法以外に、より大きいVoc値を獲得することが必要である。図6において、受光部350に連結された端子351とNウェル115上に形成されたN+拡散層360に連結された端子361とを連結して、チャンネルのしきい電圧の変化をより大きくすると、受光部350とNウェル115が連結された端子352と、ドレーン130に連結された端子132間により大きい電圧(VDrain−(gate−wrst))が獲得できる。これは前記Nウェル115の下部に存在する電子がN+拡散層360へ移動することによって追加的に増加した電荷量による効果である。 In order to obtain a desired large electric power, it is necessary to obtain a larger Voc value in addition to a method of obtaining a large photocurrent from the photodetector 300. In FIG. 6, when the terminal 351 connected to the light receiving unit 350 and the terminal 361 connected to the N + diffusion layer 360 formed on the N well 115 are connected, the change in the threshold voltage of the channel is further increased. A larger voltage (V Drain− (gate−wrst) ) can be obtained between the terminal 352 connected to the light receiving unit 350 and the N well 115 and the terminal 132 connected to the drain 130. This is an effect due to the amount of charge additionally increased by electrons existing under the N well 115 moving to the N + diffusion layer 360.

図7は、本発明に係るソーラーセルの単位ピクセル(unit pixel)の構造を示している。図7を参照すれば、前記ソーラーセルはピクセルソーラーセル(Pixelated solar cell)として構成される単位ピクセル700の構造を有する。 FIG. 7 shows the structure of a unit pixel of a solar cell according to the present invention. Referring to FIG. 7, the solar cell has a unit pixel 700 structure configured as a pixel solar cell.

前記単位ピクセル700は、前記フォトディテクター300、第1スイッチ(Ms)、第2スイッチ(Mg)、第3スイッチ(Mwr)、第4スイッチ(Mv)、第1ソーラーセルバス(SCB1)及び第2ソーラーセルバス(SCB 2)を含む。前記フォトディテクター300は、受光部(ゲート)に受光された光(hv)により、ソースとドレーン間のチャンネルに光電流を発生させる。前記第1スイッチ(Ms)は、前記フォトディテクター300のソース端子と第1ソーラーセルバス(SCB1)間に連結されてオン/オフ動作を行う。前記第2スイッチ(Mg)は、前記フォトディテクター300の受光部(ゲート)端子と第2ソーラーセルバス(SCB 2)間に連結されてオン/オフ動作を行う。前記第3スイッチ(Mwr)は、前記フォトディテクター300のNウェルまたは基板に連結されたリセット端子と前記第2ソーラーセルバス間に連結されてオン/オフ動作を行う。ここで、前記リセット端子は、前記ソース及び前記ドレーンにドープされた不純物と異なる不純物でドープされる。図3ないし図6を参照すれば、前記リセット端子(Wrst)は、前記ソース及び前記ドレーンにドープされたP型不純物と異なるN型不純物でドープされ、NMOSの場合には前記リセット端子が前記ソース及び前記ドレーンにドープされたN型不純物と異なるP型不純物でドープされることがある。ここで、VDDは前記フォトディテクター300を駆動するために、別途の外部システムの電源と連結して固定しておく。この時、前記VDDは、第4スイッチ(Mv)を通して前記フォトディテクター300のドレーンに連結されるとよい。この時、最小の暗電流が流れるように最小のVDD電圧を印加し、ピクセルの外部に暗電流を別途に除去する回路を追加してもよい。 The unit pixel 700 includes the photodetector 300, a first switch (Ms), a second switch (Mg), a third switch (Mwr), a fourth switch (Mv), a first solar cell bus (SCB1), and a second solar. Includes cell bus (SCB 2). The photodetector 300 generates a photocurrent in the channel between the source and the drain by the light (hv) received by the light receiving unit (gate). The first switch Ms is connected between the source terminal of the photodetector 300 and the first solar cell bus SCB1 to perform an on / off operation. The second switch (Mg) is connected between the light receiving unit (gate) terminal of the photodetector 300 and the second solar cell bus (SCB 2) to perform an on / off operation. The third switch (Mwr) is connected between the reset terminal connected to the N well or the substrate of the photodetector 300 and the second solar cell bus to perform an on / off operation. Here, the reset terminal is doped with an impurity different from the impurity doped in the source and the drain. 3 to 6, the reset terminal (Wrst) is doped with an N-type impurity different from the P-type impurity doped in the source and the drain. In the case of NMOS, the reset terminal is connected to the source. In addition, the drain may be doped with a P-type impurity different from the N-type impurity doped. Here, in order to drive the photodetector 300, VDD is connected and fixed to a power supply of a separate external system. At this time, the VDD may be connected to the drain of the photodetector 300 through a fourth switch (Mv). At this time, a circuit for removing the dark current separately from the pixel by applying the minimum VDD voltage so that the minimum dark current flows may be added.

一方、前記フォトディテクラー300は、周辺回路と同一の工程で製造されるので、周辺回路と同一の電源を用いることができる。この場合、従来のフォトディテクターとは異なり、本発明のフォトディテクター300は、別途の外部電源を必要とすることなく、周辺回路の電源をそのまま使用するように構成することができる。 Meanwhile, since the photo detector 300 is manufactured in the same process as the peripheral circuit, the same power source as the peripheral circuit can be used. In this case, unlike the conventional photodetector, the photodetector 300 of the present invention can be configured to use the power supply of the peripheral circuit as it is without requiring a separate external power supply.

前記フォトディテクター300に光が入射されると、前記第1ソーラーセルバス(SCB 1)と第2ソーラーセルバス(SCB 2)間に光電流が流れて、これと同時に、前記第2スイッチ(Mg)と前記第3スイッチ(Mwr)を制御して、前記第1ソーラーセルバス(SCB 1)と前記第2ソーラーセルバス(SCB 2)との間で光起電力Vocを獲得することができる。 When light is incident on the photodetector 300, a photocurrent flows between the first solar cell bus (SCB 1) and the second solar cell bus (SCB 2). At the same time, the second switch (Mg) By controlling the third switch (Mwr), the photovoltaic power Voc can be obtained between the first solar cell bus (SCB 1) and the second solar cell bus (SCB 2).

前記第2スイッチ(Mg)と 前記第3 スイッチ(Mwr)は、スイッチオン動作により行デコーダ(Row decoder)のような外部マトリックスと選択的に連結されることがある。この時、前記第2スイッチ(Mg)と第3スイッチ(Mwr)は、別途にスイッチオンされて第2ソーラーセルバス(SCB 2)と連結されるか、または、同時にスイッチオンされて第2ソーラーセルバス(SCB 2)と連結されるかを選択することができる。前記第2スイッチ(Mg)と前記第3スイッチ(Mwr)が、同時にスイッチオンされて外部のマトリックスと連結されると、図6で示したように、前記フォトディテクター300の受光部とNウェルが第2ソーラーセルバス(SCB 2)と別途に連結された場合よりさらに大きいVocを獲得することができる。 The second switch (Mg) and the third switch (Mwr) may be selectively connected to an external matrix such as a row decoder by a switch-on operation. At this time, the second switch (Mg) and the third switch (Mwr) are separately switched on and connected to the second solar cell bus (SCB 2), or are switched on at the same time and switched to the second solar cell bus. It is possible to select whether to be connected to (SCB 2). When the second switch (Mg) and the third switch (Mwr) are simultaneously switched on and connected to an external matrix, as shown in FIG. 6, the light receiving unit and the N well of the photodetector 300 are connected. A larger Voc can be obtained than when separately connected to the second solar cell bus (SCB 2).

図8は、本発明の第1実施例に係るイメージセンサーの単位ピクセル構造を示している。前記単位ピクセル1000は、前記フォトディテクター300と連結された選択素子(SEL)を備えて、前記単位ピクセル1000は、電流電圧変換回路であるIVC回路1010から構成されたイメージセンサーとカラムバス(Column bus)により連結されるとよい。ここで、前記選択素子(SEL)は、多様な素子により具現することができ、例えば、MOSFET構造を用いて形成されてもよい。この場合、前記フォトディテクター300と前記選択素子(SEL)をMOSFET製造工程を用いて同時に具現できるので、簡単かつ低コストで製造することができる。 FIG. 8 shows a unit pixel structure of the image sensor according to the first embodiment of the present invention. The unit pixel 1000 includes a selection element (SEL) connected to the photodetector 300, and the unit pixel 1000 includes an image sensor and a column bus formed of an IVC circuit 1010 that is a current-voltage conversion circuit. It is good to be connected by. Here, the selection element (SEL) may be realized by various elements, and may be formed using a MOSFET structure, for example. In this case, since the photodetector 300 and the selection element (SEL) can be simultaneously implemented using a MOSFET manufacturing process, it can be manufactured easily and at low cost.

前記単位ピクセル1000の前記フォトディテクター300で光電変換された光電流が、前記SELのスイッチオンにより、前記IVC回路1010のキャパシタ1015に充電される。前記キャパシタ1015に充電された光電流は、IVC_OUT値を持つ電圧として出力されて、CDS(Co−Double Sampling)などの回路に信号が伝送される。前記SELがオン状態で、BUS_RSTをオンさせれば、前記IVC回路1010の前記キャパシタ1015及び前記カラムバス(CB)と前記フォトディテクター300とがGNDを介して直接連結されるので、充電された電荷が除去されて、信号のリセットが行われる。前記動作により、イメージセンサーに必要な蓄積時間(Integration Time)を定義することができ、連続的な画像を獲得することができる。 The photoelectric current photoelectrically converted by the photodetector 300 of the unit pixel 1000 is charged in the capacitor 1015 of the IVC circuit 1010 when the SEL is switched on. The photocurrent charged in the capacitor 1015 is output as a voltage having an IVC_OUT value, and a signal is transmitted to a circuit such as CDS (Co-Double Sampling). If BUS_RST is turned on while the SEL is on, the capacitor 1015 and the column bus (CB) of the IVC circuit 1010 and the photodetector 300 are directly connected to each other through the GND. The signal is reset after being removed. With the above operation, it is possible to define the integration time required for the image sensor and acquire a continuous image.

図9は、本発明の第1実施例に係るソーラーセルに対する単位ピクセルの構造を示している。前記単位ピクセル1100は、図8に示された1Tタイプのイメージセンサーの単位ピクセル1000をソーラーセルとして具現したのである。このために、前記単位ピクセル1100は、第1及び第2ソーラーセルバス(SCB 1,SCB 2)とS1、S2スイッチを追加することにより、図8におけるイメージセンサーをソーラーセルとしても使用することができる。 FIG. 9 illustrates a unit pixel structure for the solar cell according to the first embodiment of the present invention. As the unit pixel 1100, the unit pixel 1000 of the 1T type image sensor shown in FIG. 8 is implemented as a solar cell. For this, the unit pixel 1100 can use the image sensor in FIG. 8 as a solar cell by adding first and second solar cell buses (SCB 1, SCB 2) and S1, S2 switches. .

具体的に、前記単位ピクセル1100は、ゲートに受光された光によりソースとドレーン間のチャンネルに光電流を発生させる前記フォトディテクター300、前記フォトディテクター300のゲート端子と前記第1ソーラーセルバス(SCB1)間に連結されてオン/オフ動作を行う第1スイッチ(S1)及び、前記フォトディテクター300のソース端子と前記第2ソーラーセルバス(SCB 2)間に連結されて前記光電流を画素出力端1010に出力させる選択素子(SEL)を含む。ここで、前記画素出力端1010は、図8及び図9における前記IVC回路1010に該当する。また、前記単位ピクセル1100は前記選択素子(SEL)及び前記画素出力端1010間に連結されてオン/オフ動作を行う第2スイッチ(S2)をさらに含むことができる。前記第1スイッチ(S1)を介して前記第1ソーラーセルバス(SCB1)と前記フォトディテクター300のゲートを連結し、前記第2スイッチ(S2)を介して図8における前記カラムバス(CB)を前記第2ソーラーセルバス(SCB 2)として用いれば、前記第1及び第2ソーラーセルバス(SCB 1,SCB 2)間に光電流とVocを獲得して、電力を生成することができる。このように、前記第1及び第2スイッチ(S1,S2)を用いて、前記イメージセンサーと前記ソーラーセルを選択的に具現することができる。すなわち、前記第1スイッチ(S1)がオンであり前記選択素子(SEL)または第2スイッチ(S2)がオフであれば、前記単位ピクセル1100は後段の信号処理回路と遮断されてソーラーセルとして動作し、前記 S1スイッチ(S1)がオフであり前記第2スイッチ(S2)がオンであれば、前記単位ピクセル1100は後段の信号処理回路にと連結されてイメージセンサーとして動作する。 Specifically, the unit pixel 1100 includes the photodetector 300 that generates a photocurrent in a channel between a source and a drain by light received by a gate, the gate terminal of the photodetector 300, and the first solar cell bus (SCB1). A first switch (S1) connected between the photo detector 300 and a source terminal of the photodetector 300 and the second solar cell bus (SCB 2) to connect the photocurrent to the pixel output terminal 1010; A selection element (SEL) to be output is included. Here, the pixel output terminal 1010 corresponds to the IVC circuit 1010 in FIGS. In addition, the unit pixel 1100 may further include a second switch S2 connected between the selection element SEL and the pixel output terminal 1010 to perform an on / off operation. The first solar cell bus (SCB1) is connected to the gate of the photodetector 300 through the first switch (S1), and the column bus (CB) in FIG. 8 is connected to the first switch through the second switch (S2). When used as a two solar cell bus (SCB 2), a photocurrent and Voc can be obtained between the first and second solar cell buses (SCB 1, SCB 2) to generate electric power. In this manner, the image sensor and the solar cell can be selectively implemented using the first and second switches (S1, S2). That is, if the first switch (S1) is on and the selection element (SEL) or the second switch (S2) is off, the unit pixel 1100 is cut off from the signal processing circuit at the subsequent stage and operates as a solar cell. If the S1 switch (S1) is off and the second switch (S2) is on, the unit pixel 1100 is connected to a subsequent signal processing circuit and operates as an image sensor.

また、前記画素出力端1010は、前記第2ソーラーセルバス(SCB 2)及び接地(GND)間に連結されて前記光電流による充電を行うキャパシタ1015と、前記第2ソーラーセルバス(SCB 2)及び前記接地(GND)間に連結されて前記キャパシタ1015と並列で連結されたリセット素子(BUS_RST)とを含む。 In addition, the pixel output terminal 1010 is connected between the second solar cell bus (SCB 2) and the ground (GND) and charged by the photocurrent, the second solar cell bus (SCB 2), and the A reset element (BUS_RST) is connected between the ground (GND) and connected in parallel with the capacitor 1015.

図10は、本発明の第2実施例に係るイメージセンサーの第2単位ピクセルを示している。前記第2単位ピクセル1200は、図8に示すように、前記フォトディテクター300及び前記選を択素子(SEL)の他に、前記フォトディテクター300のウェル(well)に連結されたリセット素子(RST)をさらに含む。前記第2単位ピクセル1200のような単位ピクセルの各カラムに前記IVC回路1010が連結されることにより、イメージセンサーを具現することができる。前記選択素子(SEL)がオンである場合、前記フォトディテクター300で光電変換された光電流は、前記IVC回路1010の前記キャパシタ1015に光電荷を充電させる。前記キャパシタ1015に充電された光電荷は、IVC_OUT値を持つ電圧として出力されて、CDSなどの回路にその信号が伝えられる。 FIG. 10 shows a second unit pixel of the image sensor according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 8, the second unit pixel 1200 includes a reset element (RST) connected to a well of the photodetector 300 in addition to the photodetector 300 and the selection element (SEL). Further included. An image sensor can be implemented by connecting the IVC circuit 1010 to each column of unit pixels such as the second unit pixel 1200. When the selection element (SEL) is on, the photoelectric current photoelectrically converted by the photodetector 300 charges the capacitor 1015 of the IVC circuit 1010 with a photoelectric charge. The photoelectric charge charged in the capacitor 1015 is output as a voltage having an IVC_OUT value, and the signal is transmitted to a circuit such as a CDS.

前記選択素子(SEL)がオンの状態で、BUS_STをオンさせると、前記IVC回路1010の前記キャパシタ1015及びカラムバス(CB)と前記フォトディテクター300がGNDを介して直接連結されるので、充電された電荷が除去されて、信号のリセットが行われる。 When BUS_ST is turned on while the selection element (SEL) is on, the capacitor 1015 and the column bus (CB) of the IVC circuit 1010 and the photodetector 300 are directly connected via GND, so that they are charged. The charge is removed and the signal is reset.

一方、前記リセット素子(RST)は、前記フォトディテクター300による信号のリセットが円滑に行われなかったり、または電流チャンネルのしきい電圧を手動で調節するために使用されてよく、高速フレ−ムの動作時において、映像遅延現象等が無い特殊撮影の時に使用されてよい。 Meanwhile, the reset element (RST) may be used to smoothly reset the signal by the photodetector 300 or to manually adjust the threshold voltage of the current channel. In operation, it may be used at the time of special shooting without a video delay phenomenon or the like.

図11は、本発明の第2実施例に係るソーラーセルの第2単位ピクセル構造を示している。 FIG. 11 illustrates a second unit pixel structure of a solar cell according to a second embodiment of the present invention.

前記第2単位ピクセル1300は、図10に示された2Tタイプのイメージセンサーの単位ピクセル1200をソーラーセルとして具現したものである。前記第2単位ピクセル1300は、ゲートに受光された光によりソースとドレーン間のチャンネルに光電流を発生させるフォトディテクター300と、前記フォトディテクター300のゲート端子及び第1ソーラーセルバス(SCB1)間に連結されてオン/オフ動作を行う第1スイッチ(S1)と、前記フォトディテクター300のリセット端子及び前記第1ソーラーセルバス(SCB1)間に連結されてオン/オフ動作を行う第2スイッチ(S2)と、前記フォトディテクター300のソース端子及び第2ソーラーセルバス(SCB 2)間に連結されて前記光電流を前記画素出力端1010に出力させる選択素子(SEL)の他に前記フォトディテクター300のウェル(well)に連結されたリセット素子(RST)とをさらに含む。ここで、前記リセット端子(RST)は、前記ソース及び前記ドレーンにドープされた不純物と異なる不純物でドープされる。 The second unit pixel 1300 is obtained by implementing the unit pixel 1200 of the 2T type image sensor shown in FIG. 10 as a solar cell. The second unit pixel 1300 is connected between a photodetector 300 that generates a photocurrent in a channel between a source and a drain by light received by a gate, and a gate terminal of the photodetector 300 and a first solar cell bus (SCB1). A first switch (S1) for performing an on / off operation, and a second switch (S2) for performing an on / off operation connected between a reset terminal of the photodetector 300 and the first solar cell bus (SCB1). In addition to a selection element (SEL) connected between a source terminal of the photodetector 300 and a second solar cell bus (SCB 2) to output the photocurrent to the pixel output terminal 1010, a well (well) of the photodetector 300 is provided. And a reset element (RST) coupled toHere, the reset terminal (RST) is doped with an impurity different from the impurity doped in the source and the drain.

また、前記第2単位ピクセル1300は、前記選択素子(SEL)及び前記画素出力端1010間に連結されてオン/オフ動作を行う第3スイッチ(S3)をさらに含むことができる。ここで、前記第1スイッチ(S1)または前記第2スイッチ(S2)がオンであり、前記第3スイッチ(S3)がオフである場合に、前記単位ピクセルはソーラーセルとして動作し、前記第1スイッチ(S1)及び前記第2スイッチ(S2)がオフであり、前記第3スイッチ(S3)がオンである場合に、前記単位ピクセルはイメージセンサーとして動作する。ここで、より大きいVocを得るために、前記第1スイッチ(S1)及び第2スイッチ(S2)を同時にオンさせてもよい。 In addition, the second unit pixel 1300 may further include a third switch S3 connected between the selection element SEL and the pixel output terminal 1010 to perform an on / off operation. Here, when the first switch (S1) or the second switch (S2) is on and the third switch (S3) is off, the unit pixel operates as a solar cell, When the switch (S1) and the second switch (S2) are off and the third switch (S3) is on, the unit pixel operates as an image sensor. Here, in order to obtain a larger Voc, the first switch (S1) and the second switch (S2) may be simultaneously turned on.

前記画素出力端1010は、前記第2ソーラーセルバス(SCB 2)及び接地(GND)間に連結されて前記光電流による充電を行うキャパシタ1015と、前記第2ソーラーセルバス(SCB 2)及び前記接地(GND)間に連結されて前記キャパシタ1015と並列で連結されたリセット素子(BUS_RST)とを含む。かかる構成により、前記第1及び第2ソーラーセルバス(SCB 1,SCB 2)ライン間に光電流とVocを獲得して電力を生成することができる。 The pixel output terminal 1010 includes a capacitor 1015 connected between the second solar cell bus (SCB 2) and the ground (GND) for charging by the photocurrent, the second solar cell bus (SCB 2), and the ground ( GND) and a reset element (BUS_RST) connected in parallel with the capacitor 1015. With such a configuration, electric current and Voc can be acquired between the first and second solar cell bus (SCB 1 and SCB 2) lines to generate electric power.

前述した本発明の説明は例示のためのものであり、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者は、本発明の技術的思想や必須的な特徴を変更せずに他の具体的な形態に容易に変形が可能であるということを理解できるだろう。 The above description of the present invention is given for the purpose of illustration, and those having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains will not be able to change the technical idea or essential features of the present invention. It will be understood that various modifications can be easily made.

よって、以上説明した実施例はすべての面で例示的なものであり、限定的なものではないことを理解しなければならない。例えば、単一型として説明されている各構成要素は分散して実施してもよく、これと同様に、分散したものと説明されている各構成要素も結合して実施してもよい。 Thus, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all aspects and not limiting. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, each component described as being distributed may be combined and implemented.

本発明の範囲は前記詳細な説明よりは後述する特許請求範囲により示され、特許請求範囲の意味及び範囲、そしてその均等概念から導出されるすべての変更または変形された形態が本発明の範囲に含まれるものと解釈されるべきである。 The scope of the present invention is defined by the following claims rather than the above detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are within the scope of the present invention. Should be interpreted as included.

Claims (16)

イメージセンサーとソーラーセルとして動作可能な単位ピクセルエレメントにおいて、
ゲートに受光された光によりソースとドレーン間のチャンネルに光電流を発生させるフォトディテクター、
前記フォトディテクターのソース端子及び第1ソーラーセルバス間に連結されてオン/オフ動作を行う第1スイッチ、及び、
前記フォトディテクターのゲート端子及び第2ソーラーセルバス間に連結されてオン/オフ動作を行う第2スイッチを含む、単位ピクセルエレメント。
In unit pixel elements that can operate as image sensors and solar cells,
A photodetector that generates photocurrent in the channel between the source and drain by the light received by the gate;
A first switch connected between a source terminal of the photodetector and a first solar cell bus to perform an on / off operation; and
A unit pixel element including a second switch connected between a gate terminal of the photodetector and a second solar cell bus to perform an on / off operation.
前記フォトディテクターのリセット端子及び前記第2ソーラーセルバス間に連結された第3スイッチをさらに含む、請求項1に記載の単位ピクセルエレメント。 The unit pixel element of claim 1, further comprising a third switch connected between a reset terminal of the photodetector and the second solar cell bus. 前記リセット端子は、前記ソース及び前記ドレーンにドープされた不純物と異なる不純物でドープされた、請求項1に記載の単位ピクセルエレメント。 The unit pixel element according to claim 1, wherein the reset terminal is doped with an impurity different from an impurity doped in the source and the drain. イメージセンサーおよびソーラーセルとして動作可能な単位ピクセルエレメントにおいて、
ゲートに受光された光によりソースとドレーン間のチャンネルに光電流を発生させるフォトディテクター、
前記フォトディテクターのゲート端子及び第1ソーラーセルバス間に連結されてオン/オフ動作を行う第1スイッチ、及び、
前記フォトディテクターのソース端子及び第2ソーラーセルバス間に連結されて前記光電流を画素出力端に出力させる選択素子を含む、単位ピクセルエレメント。
In unit pixel elements that can operate as image sensors and solar cells,
A photodetector that generates photocurrent in the channel between the source and drain by the light received by the gate;
A first switch connected between the gate terminal of the photodetector and the first solar cell bus to perform an on / off operation; and
A unit pixel element including a selection element connected between a source terminal of the photodetector and a second solar cell bus to output the photocurrent to a pixel output terminal.
前記選択素子及び前記画素出力端間に連結されてオン/オフ動作を行う第2スイッチをさらに含む、請求項4に記載の単位ピクセルエレメント。 The unit pixel element according to claim 4, further comprising a second switch connected between the selection element and the pixel output terminal to perform an on / off operation. 前記第1スイッチがオンであり、前記選択素子または前記第2スイッチがオフである場合、前記単位ピクセルはソーラーセルとして動作する、請求項5に記載の単位ピクセルエレメント。 The unit pixel element according to claim 5, wherein the unit pixel operates as a solar cell when the first switch is on and the selection element or the second switch is off. 前記第1スイッチがオフであり、前記第2スイッチがオンである場合、前記単位ピクセルはイメージセンサーとして動作する、請求項5に記載の単位ピクセルエレメント。 The unit pixel element according to claim 5, wherein the unit pixel operates as an image sensor when the first switch is off and the second switch is on. 前記画素出力端は、前記第2ソーラーセルバス及び接地間に連結されて、前記光電流による充電を行うキャパシタを含む、請求項4に記載の単位ピクセルエレメント。 5. The unit pixel element according to claim 4, wherein the pixel output terminal includes a capacitor that is connected between the second solar cell bus and the ground and performs charging by the photocurrent. 6. 前記画素出力端は、前記第2ソーラーセルバス及び接地間に連結され、前記キャパシタと並列で連結されたリセット素子をさらに含む、請求項8に記載の単位ピクセルエレメント。 9. The unit pixel element according to claim 8, wherein the pixel output terminal further includes a reset element connected between the second solar cell bus and the ground and connected in parallel with the capacitor. イメージセンサーとソーラーセルとして動作可能な単位ピクセルエレメントにおいて、
ゲートに受光された光によりソースとドレーン間のチャンネルに光電流を発生させるフォトディテクター、
前記フォトディテクターのゲート端子及び第1ソーラーセルバス間に連結されてオン/オフ動作を行う第1スイッチ、
前記フォトディテクターのリセット端子及び前記第1ソーラーセルバス間に連結されてオン/オフ動作を行う第2スイッチ、及び
前記フォトディテクターのソース端子及び第2ソーラーセルバスとの間に連結され、前記 光電流を画素出力端に出力させる選択素子を含む、単位ピクセルエレメント。
In unit pixel elements that can operate as image sensors and solar cells,
A photodetector that generates photocurrent in the channel between the source and drain by the light received by the gate;
A first switch connected between the gate terminal of the photodetector and the first solar cell bus to perform an on / off operation;
A second switch connected between a reset terminal of the photodetector and the first solar cell bus and performing an on / off operation; and a source switch of the photodetector and a second solar cell bus; A unit pixel element including a selection element to be output to the pixel output terminal.
前記リセット端子は、前記ソース及び前記ドレーンにドープされた不純物と異なる不純物でドープされた、請求項10に記載の単位ピクセルエレメント。 The unit pixel element according to claim 10, wherein the reset terminal is doped with an impurity different from an impurity doped in the source and the drain. 前記選択素子及び前記画素出力端間に連結されてオン/オフ動作を行う第3スイッチをさらに含む、請求項10に記載の単位ピクセルエレメント。 The unit pixel element of claim 10, further comprising a third switch connected between the selection element and the pixel output terminal to perform an on / off operation. 前記第1スイッチまたは前記第2スイッチがオンであり、前記第3スイッチがオフである場合、前記単位ピクセルはソーラーセルとして動作する、請求項10に記載の単位ピクセルエレメント。 The unit pixel element according to claim 10, wherein the unit pixel operates as a solar cell when the first switch or the second switch is on and the third switch is off. 前記第1スイッチ及び前記第2スイッチがオフであり、前記第3スイッチがオンである場合、前記単位ピクセルはイメージセンサーとして動作する、請求項10に記載の単位ピクセルエレメント。 The unit pixel element according to claim 10, wherein when the first switch and the second switch are off and the third switch is on, the unit pixel operates as an image sensor. 前記画素出力端は、前記第2ソーラーセルバス及び接地間に連結され、前記光電流による充電を行うキャパシタを含む、請求項10に記載の単位ピクセルエレメント。 11. The unit pixel element according to claim 10, wherein the pixel output terminal includes a capacitor that is connected between the second solar cell bus and the ground and performs charging by the photocurrent. 前記画素出力端は、前記第2ソーラーセルバス及び接地部間に連結され、前記キャパシタと並列で連結されたリセット素子をさらに含む、請求項15に記載の単位ピクセルエレメント。 The unit pixel element according to claim 15, wherein the pixel output terminal further includes a reset element connected between the second solar cell bus and a ground unit and connected in parallel with the capacitor.
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