JP2018093297A - 光電変換装置、撮像システム - Google Patents
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Abstract
Description
(光電変換装置の構成)
図1は、本実施例の光電変換装置の全体の回路構成と、上部電極101の配置レイアウトとを合わせて示した図である。
図2は、m列目およびm+1列目の列回路140の等価回路を示した図である。図2の列回路140は、図1に示した列回路140のうちの2列に対応する。
図3(a)は、光電変換装置の画素100の等価回路と、光電変換部120の模式図とを合わせて示した図である。図3(b)は、光電変換部120の等価回路を示した図である。
図4は、2行2列の行列状に配された4個の画素100の平面構造を模式的に示している。図4に示した画素100のそれぞれは、図3に示した画素100と対応する。図4では、半導体基板から画素電極105までの部材を表している。画素電極105より上部に積層される部材は表示されていない。
次に、本実施例における画素100の動作、ならびに、第1のブロッキング層104、光電変換層103、第2のブロッキング層102の機能について詳しく説明する。
次に、本実施例における光電変換装置の駆動方法について説明する。
特許文献1に記載の光電変換装置では、光電変換部をリセットするためのトランジスタを、第2の電荷蓄積部をリセットするトランジスタとは別に設ける必要があった。本実施例の光電変換装置は、ダイオード特性を備える光電変換部120を備える。これにより、光電変換部120をリセットするトランジスタを備えずとも、第1の電荷蓄積部の信号電荷をリセットすることができる。これにより、本実施例の光電変換装置は、従来の光電変換装置に対し、第1の電荷蓄積部をリセットするトランジスタを省略することができる分、画素100の回路面積を低減することができる効果を有する。
本実施例の第1のブロッキング層104と、光電変換層103と、第2のブロッキング層102は、ホモ接合を構成するようにすることができる。つまり、第1のブロッキング層104と、光電変換層103と、第2のブロッキング層102のそれぞれが、同じ半導体材料で形成されるようにすることができる。この「同じ半導体材料」とは、第1のブロッキング層104と、光電変換層103と、第2のブロッキング層102のそれぞれにおいて、最も多く含まれる元素が同じであることを指している。例えば、ケイ素に対して不純物を添加することによって形成された半導体によって第1のブロッキング層104と、光電変換層103と、第2のブロッキング層102のそれぞれが形成されたとする。この場合、第1のブロッキング層104と、光電変換層103と、第2のブロッキング層102のそれぞれが最も多く含む元素はケイ素である。したがって、第1のブロッキング層104と、光電変換層103と、第2のブロッキング層102のそれぞれが「同じ半導体材料」で形成されたと言える。
図9(a)〜図9(e)のそれぞれを用いて、本実施例の効果を説明する。図9(b)、図9(c)は参考例であって、光電変換部120が第1のブロッキング層104を有しない例を示している。図9(d)、図9(e)は、これまでに述べてきた、光電変換部120が第1のブロッキング層104を有する例を示している。
本実施例の光電変換装置について、図面を参照しながら、実施例1と異なる点を中心に説明する。
本実施例の光電変換装置について、図面を参照しながら、実施例1と異なる点を中心に説明する。
本実施例の光電変換装置について、図面を参照しながら、実施例1と異なる点を中心に説明する。
本実施例について、図面を参照しながら、実施例1と異なる点を中心に説明する。
本発明に係る撮像システムの実施例について説明する。撮像システムとして、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダ、カメラヘッド、複写機、ファックス、携帯電話、車載カメラ、観測衛星などがあげられる。図15に、撮像システムの例としてデジタルスチルカメラのブロック図を示す。
101 上部電極(第1の電極部)
102 第2のブロッキング層
103 光電変換層
104 第1のブロッキング層(ブロッキング層)
105 画素電極(第2の電極部)
106 増幅トランジスタ
107 選択トランジスタ
110 基準電圧供給部
120 光電変換部
130 出力線
140 列回路
150 電流源
201 行駆動回路(電圧供給部)
202 列駆動回路
203 出力アンプ部
204 AD変換部
Claims (20)
- 半導体基板と、画素とを備える光電変換装置であって、
前記画素は、
第1の電極部と、
前記第1の電極部および前記半導体基板の間に配された第2の電極部と、
前記第1の電極部および前記第2の電極部の間に配された光電変換層とを備え、
前記光電変換装置は、前記第1の電極部と前記第2の電極部の少なくとも一方に、値の異なる複数の電圧を供給することによって、前記光電変換層のバイアス状態を、逆バイアス状態と順バイアス状態とのそれぞれに設定する電圧供給部をさらに有し、
前記順バイアス状態において、前記第1の電極部と前記第2の電極部との間に電流が流れることを特徴とする光電変換装置。 - 前記電圧供給部は、前記第1の極性の電荷が前記光電変換層から前記第2の電極部に注入されるように、前記第1の電極部と前記第2の電極部の一方に第1の電圧を供給し、
前記電圧供給部は、前記第2の極性の電荷が前記光電変換層から前記第2の電極部に注入されるように、前記第1の電極部と前記第2の電極部の前記一方に前記第1の電圧とは異なる電圧の第2の電圧を供給することを特徴とする請求項1に記載の光電変換装置。 - 前記電圧供給部は、前記第1の極性の電荷の前記光電変換層から前記第2の電極部への注入を抑制するように、前記第1の電極部と前記第2の電極部の前記一方に前記第1の電圧および前記第2の電圧とは異なる電圧の第3の電圧を供給することを特徴とする請求項2に記載の光電変換装置。
- 前記画素は、第1の電荷蓄積部を備え、
前記光電変換層は、逆バイアス状態となることによって、入射光に対応して生成する第1の極性の信号電荷を前記第2の電極部を介して前記第1の電荷蓄積部に出力し、
前記光電変換層は、順バイアス状態となることによって、前記第1の極性とは反対の極性である第2の極性の電荷を前記第2の電極部を介して前記第1の電荷蓄積部に出力することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の光電変換装置。 - 複数の前記画素を有し、前記複数の画素の各々は、転送部と、第2の電荷蓄積部とをさらに備え、
前記転送部は、前記第1の電荷蓄積部に出力された前記信号電荷を、前記第2の電荷蓄積部に転送し、
前記光電変換層から前記第1の電荷蓄積部への前記信号電荷の出力の開始を、前記複数の画素で同時とし、
前記転送部による、前記第1の電荷蓄積部から前記第2の電荷蓄積部への前記信号電荷の転送の終了を、前記複数の画素で同時とすることを特徴とする請求項4に記載の光電変換装置。 - 前記複数の画素の各々は、画素増幅部をさらに備え、
前記画素増幅部は、前記第2の電荷蓄積部の電位に基づく信号を、前記画素の外部に出力することを特徴とする請求項5に記載の光電変換装置。 - 前記画素は、画素増幅部をさらに備え、
前記画素増幅部は、前記第1の電荷蓄積部の電位に基づく信号を、前記画素の外部に出力することを特徴とする請求項4に記載の光電変換装置。 - 前記画素は、前記光電変換層と前記第2の電極部との間に配されるとともに、前記光電変換層から前記第1の極性の信号電荷を前記第2の電極部に注入させ、前記第2の極性の電荷の前記光電変換層から前記第2の電極部への注入を抑制するブロッキング部をさらに備えることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の光電変換装置。
- 前記逆バイアス状態のうち、前記第1の電極部と前記第2の電極部との間の電位差が所定の値よりも小さい場合には、前記ブロッキング部が、前記第2の極性の電荷の前記光電変換層から前記第2の電極部への注入を抑制し、
前記逆バイアス状態のうち、前記第1の電極部と前記第2の電極部との間の電位差が前記所定の値よりも大きい場合には、前記ブロッキング部が、前記第2の極性の電荷の前記光電変換層から前記第2の電極部への注入を行うことを特徴とする請求項8に記載の光電変換装置。 - 前記ブロッキング部のエネルギーバンドが、前記光電変換層のエネルギーバンドに対して、前記第1の極性の電荷に対するポテンシャルが低く、前記第2の極性の電荷に対するポテンシャルが高いことを特徴とする請求項8または9に記載の光電変換装置。
- 前記光電変換層と前記第1の電極部との間に配され、前記第1の電極部から前記光電変換層への前記第1の極性の電荷の注入を抑制する第2のブロッキング部をさらに有することを特徴とする請求項8〜10のいずれか1項に記載の光電変換装置。
- 前記ブロッキング部と前記光電変換層とを形成する主たる元素が同じであることを特徴とする請求項8〜11のいずれか1項に記載の光電変換装置。
- 前記ブロッキング部と前記光電変換層との各々の不純物濃度が異なることを特徴とする請求項12に記載の光電変換装置。
- 前記ブロッキング部と前記光電変換層の導電型が異なることを特徴とする請求項12または13に記載の光電変換装置。
- 前記ブロッキング部が、第1の半導体材料で形成され、
前記光電変換層が、前記第1の半導体材料を形成する主たる元素とは異なる元素を主として含む第2の半導体材料で形成されることを特徴とする請求項8〜11のいずれか1項に記載の光電変換装置。 - 前記ブロッキング部と前記光電変換層とがヘテロ接合を形成することを特徴とする請求項15に記載の光電変換装置。
- 請求項1〜16のいずれか1項に記載の光電変換装置と、
前記光電変換装置が出力する信号を処理することによって画像を生成する信号処理部とを有することを特徴とする撮像システム。 - 請求項3に記載の光電変換装置と、
前記光電変換装置が出力する信号を処理することによって画像を生成する信号処理部と、
前記光電変換装置が出力する信号の信号レベルに基づいて、前記第3の電圧を変更する制御部とを有することを特徴とする撮像システム。 - 前記光電変換装置が設けられた半導体基板と、前記信号処理部が設けられた半導体基板とが積層されていることを特徴とする請求項17または18に記載の撮像システム。
- 前記画素が、前記第1の電極部と、前記第2の電極部と、前記光電変換層とを各々が備える複数の光電変換部と、前記複数の光電変換部に対応して設けられた1つのマイクロレンズとを有し、
前記信号処理部が、前記複数の光電変換部の一部の光電変換部の前記第1の極性の電荷に基づく信号と、前記複数の光電変換部の他の一部の光電変換部の前記第1の極性の電荷に基づく信号とを用いて、被写体の距離情報を取得することを特徴とする請求項17〜19のいずれか1項に記載の撮像システム。
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