JP5116897B2 - 半導体装置 - Google Patents
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- H01L27/1225—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body comprising a plurality of TFTs formed on a non-semiconducting substrate, e.g. driving circuits for AMLCDs with a particular composition, shape or crystalline structure of the active layer with semiconductor materials not belonging to the group IV of the periodic table, e.g. InGaZnO
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Description
示装置及びその駆動方法に関する。また、フォトセンサを有する半導体装置及びその駆動
方法に関する。
れている。フォトセンサを表示装置に設けることにより、表示画面が入力領域を兼ねる。
一例として、画像取り込み機能を備えた表示装置が挙げられる(例えば、特許文献1を参
照)。
S方式のイメージセンサなどが挙げられる。これらのイメージセンサは、例えば、デジタ
ルスチルカメラや携帯電話などの電子機器に用いられている。
在する領域に入射した光は被検出物によって遮断され、一部の光が反射される。表示装置
内の画素に設けられたフォトセンサが、被検出物から反射された光を検出することで、当
該領域に被検出物が存在することを認識することができる。
検出物で外光などが反射した光を、フォトセンサで直接検出もしくは光学レンズなどを用
いて集光した後に検出する。
して生成した電気信号を収集するため、各画素にトランジスタを用いた回路が設けられて
いる。
るための読み取り制御トランジスタを有する。入射光に応じた出力信号は、フォトセンサ
に設けられたトランジスタ、及び読み取り制御トランジスタを抵抗と見なして抵抗分割す
ることにより電圧値の変換を行うことができる。
コン、または多結晶シリコンを具備するトランジスタで形成することができる。しかしな
がら、非晶質シリコン、または多結晶シリコンを用いたトランジスタでは、オフ状態のト
ランジスタにおいて流れる電流である、オフ電流が流れることとなる。そのため、フォト
センサを搭載した半導体装置において読み取りを行わない期間では、時間の累積とともに
、消費電力を増加させる一因となってしまう。
を提供することを課題の一とする。
有するフォトセンサと、読み出し制御トランジスタを有する読み出し制御回路と、を有し
、フォトダイオードは、入射光に応じた電荷を第1のトランジスタのゲートに供給する機
能を有し、第1のトランジスタは、ゲートに供給された電荷を蓄積する機能と、蓄積され
た電荷を出力信号に変換する機能とを有し、第2のトランジスタは、出力信号の読み出し
を制御する機能を有し、読み出し制御トランジスタは、出力信号を電圧値の信号に変換す
る抵抗素子としての機能を有し、第1のトランジスタ、第2のトランジスタ、及び読み出
し制御トランジスタの半導体層は、酸化物半導体を用いて形成されている半導体装置であ
る。
第3のトランジスタを有するフォトセンサと、読み出し制御トランジスタを有する読み出
し制御回路と、を有し、フォトダイオードは、入射光に応じた電荷を第1のトランジスタ
のゲートに供給する機能を有し、第1のトランジスタは、ゲートに供給された電荷を蓄積
する機能と、蓄積された電荷を出力信号に変換する機能とを有し、第2のトランジスタは
、第1のトランジスタのゲートに蓄積された電荷を保持する機能を有し、第3のトランジ
スタは、出力信号の読み出しを制御する機能を有し、読み出し制御トランジスタは、出力
信号を電圧値の信号に変換する抵抗素子としての機能を有し、第1のトランジスタ、第2
のトランジスタ、第3のトランジスタ、及び読み出し制御トランジスタの半導体層は、酸
化物半導体を用いて形成されている半導体装置である。
有するフォトセンサと、読み出し制御トランジスタを有する読み出し制御回路と、を有し
、フォトダイオードは、入射光に応じた電荷を第1のトランジスタのゲートに供給する機
能を有し、第1のトランジスタは、ゲートに供給された電荷を蓄積する機能と、蓄積され
た電荷を出力信号に変換する機能とを有し、第2のトランジスタは、出力信号の読み出し
を制御する機能を有し、読み出し制御トランジスタは、出力信号を電圧値の信号に変換す
る抵抗素子としての機能を有し、第1のトランジスタ、第2のトランジスタ、及び読み出
し制御トランジスタの半導体層は、酸化物半導体を用いて形成されており、読み出し制御
トランジスタのゲートに印加される電圧は、出力信号に応じて切り替えられることで、読
み出し制御トランジスタの抵抗値を切り替える半導体装置である。
第3のトランジスタを有するフォトセンサと、読み出し制御トランジスタを有する読み出
し制御回路と、を有し、フォトダイオードは、入射光に応じた電荷を第1のトランジスタ
のゲートに供給する機能を有し、第1のトランジスタは、ゲートに供給された電荷を蓄積
する機能と、蓄積された電荷を出力信号に変換する機能とを有し、第2のトランジスタは
、第1のトランジスタのゲートに蓄積された電荷を保持する機能を有し、第3のトランジ
スタは、出力信号の読み出しを制御する機能を有し、読み出し制御トランジスタは、出力
信号を電圧値の信号に変換する抵抗素子としての機能を有し、第1のトランジスタ、第2
のトランジスタ、第3のトランジスタ、及び読み出し制御トランジスタの半導体層は、酸
化物半導体を用いて形成されており、読み出し制御トランジスタのゲートに印加される電
圧は、出力信号に応じて切り替えられることで、読み出し制御トランジスタの抵抗値を切
り替える半導体装置である。
累積動作、及び読み出し動作を行う機能を有し、複数設けられたフォトセンサは、リセッ
ト動作を共通して行い、累積動作を共通して行い、読み出し動作を順次行う機能を有する
半導体装置でもよい。
トランジスタを有する表示装置を単に半導体装置と呼ぶこともある。
ることができる。
発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本発明の趣旨及びその範囲から逸
脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解さ
れる。従って本発明は本実施の形態及び実施例の記載内容に限定して解釈されるものでは
ない。なお、以下に説明する本発明の構成において、同じ物を指し示す符号は異なる図面
間において共通とする。
領域は、明瞭化のために誇張されて表記している場合がある。よって、必ずしもそのスケ
ールに限定されない。
要素の混同を避けるために付したものであり、数的に限定するものではないことを付記す
る。
本実施の形態では、開示する発明の一態様である半導体装置の一例について、図1、図2
を参照して説明する。
、フォトセンサ11に接続している読み出し制御回路12の構成の一例を示す。
もいう)、トランジスタ15(第2のトランジスタともいう)を有する。読み出し制御回
路12はトランジスタ18(読み出し制御トランジスタともいう)を有する。
セット信号線16に、他方の電極がトランジスタ14のゲートに接続されている。トラン
ジスタ14は、ソース又はドレインの一方がフォトセンサ基準高電位電源線20に、ソー
ス又はドレインの他方がトランジスタ15のソース又はドレインの一方に接続されている
。トランジスタ15は、ゲートがゲート信号線17に、ソース又はドレインの他方がフォ
トセンサ出力信号線22に接続されている。
トランジスタ15のソース又はドレインの他方及びフォトセンサ出力信号線22に、ソー
ス又はドレインの他方がフォトセンサ基準低電位電源線21に、ゲートがフォトセンサ選
択信号線19に接続されている。
判別できるように、酸化物半導体を用いるトランジスタの記号には「OS」と記載してい
る。例えば、図1(A)において、トランジスタ14、トランジスタ15、及びトランジ
スタ18は、半導体層に酸化物半導体を用いたトランジスタである。
体を有している。これらのトランジスタが半導体層に酸化物半導体を用いることで、オフ
状態(非導通状態ともいう)のトランジスタにおいて流れる電流であるオフ電流を極めて
小さくしたトランジスタとすることができる。
導体を用いる構成とすればよい。具体的には、図10(A)に示すようにトランジスタ1
4が酸化物半導体を用いたトランジスタとしてもよいし、図10(B)に示すようにトラ
ンジスタ15が半導体層に酸化物半導体を用いたトランジスタとしてもよい。なおトラン
ジスタ14、トランジスタ15の半導体層に用いる、酸化物半導体以外の半導体としては
、シリコンによる非晶質半導体、微結晶半導体、多結晶半導体、又は単結晶半導体などを
用いればよい。特に、フォトダイオード13から供給される電荷を出力信号に変換する機
能を有するトランジスタ14には、単結晶半導体を用い、移動度の高いトランジスタとす
ることが望ましい。
されている場合と、AとBとが機能的に接続されている場合と、AとBとが直接接続され
ている場合とを含むものとする。
り信号が供給される。フォトセンサ駆動回路は、特定の行に配置されたフォトセンサ11
に対して、後述するリセット動作と累積動作と読み出し動作(選択動作ともいう)とを行
うための信号を供給する。
電位電源線21、フォトセンサ出力信号線22は、フォトセンサ読み出し回路に接続され
る。フォトセンサ読み出し回路は、選択された行のフォトセンサ11の出力信号を読み出
すための各配線の信号の制御を行う機能を有する。
ペアンプを用いてアナログ信号のままフォトセンサ出力信号線22より外部に取り出す構
成や、A/D変換回路を用いてデジタル信号に変換してからフォトセンサ出力信号線22
より外部に取り出す構成を有することができる。
のダイオードを用いることができる。PN型またはPIN型のダイオードを用いる場合は
、それぞれの導電型(P型とN型またはP型とI型とN型)を有する半導体を積層した構
造を用いることができる。またはそれぞれの導電型を有する半導体を同一平面内に配置し
た構造を用いることができる。フォトダイオード13を構成する半導体には、非晶質半導
体、微結晶半導体、多結晶半導体、又は単結晶半導体などを用いることができる。フォト
ダイオードは光の強度に応じて電気信号を生成する機能を有する。フォトダイオードに照
射される光は被検出物で反射される光または被検出物から発せられる光である。被検出物
で反射される光の光源として、半導体装置が有する照明装置または外光を用いることがで
きる。
される電荷により、トランジスタ14のゲートとソースの間に印加される電圧値が変化し
、トランジスタ14のソースとドレインとの間の抵抗値が変化する。そして、フォトセン
サ基準高電位電源線20とフォトセンサ基準低電位電源線21との間で抵抗分割され、フ
ォトセンサ出力信号線22で入射光に応じた電圧値が得られる。
具体的には、フォトセンサ出力信号線22にフォトセンサ11の出力信号を転送する機能
を有する。そのため、トランジスタ15は端子間の電気的な接続である導通または非導通
を制御することで、出力信号の読み出しを高速で行うスイッチとしての機能が求められる
。
た他のフォトセンサの読み出し期間中には、フォトセンサ出力信号線22と、フォトセン
サ基準高電位電源線20との間に流れる電流を極力小さくし、フォトセンサ出力信号線2
2の電位の変動に影響のないようにすることが好適である。そのため、トランジスタ14
およびトランジスタ15には、オフ電流が小さいトランジスタを用いることが望ましい。
トランジスタの半導体層に酸化物半導体を用いることで、オフ電流を極端に小さくしたト
ランジスタを実現することができる。そして同じフォトセンサ出力信号線22に接続され
た他の画素の読み出し期間中に、フォトセンサ出力信号線22と、フォトセンサ基準高電
位電源線20との間に流れる電流を極力小さくすることができ、フォトセンサ出力信号線
22の電位の変動に影響のないようにすることができる。
は、フォトセンサ11の1列分に対応した回路である。フォトセンサ11の1列分の読み
出し制御回路12は、トランジスタ18を有する。
スとドレインとの間の抵抗値が変化するトランジスタ14と、フォトセンサ選択信号線1
9により定電圧が印加されることでソースとドレインとの間の抵抗値が設定されるトラン
ジスタ18と、の抵抗分割によりフォトセンサ出力信号線22に出力される信号の電圧値
の変換を行うことができる。すなわち、読み出し制御回路12は、フォトセンサ出力信号
線22への信号を電圧値の信号に変換する抵抗素子としての機能を有するものである。
電圧値の信号に変換する期間以外の期間では、フォトセンサ選択信号線19によりトラン
ジスタ18に印加する定電圧により、トランジスタ18を非導通状態とすることで、フォ
トセンサ出力信号線22とフォトセンサ基準低電位電源線21との間に流れる電流を極力
小さくし、低消費電力化を図る構成とすることが好適である。
タ18の半導体層に酸化物半導体を用いることで、オフ電流を極端に小さくしたトランジ
スタを実現することができる。そして読み出し制御回路12がフォトセンサ出力信号線2
2への信号を電圧値の信号に変換する期間以外の期間に、フォトセンサ選択信号線19か
らのトランジスタ18に印加する定電圧により、トランジスタ18を非導通状態とするこ
とで、フォトセンサ出力信号線22と、フォトセンサ基準低電位電源線21との間に流れ
る電流を極力小さくすることができ、フォトセンサ出力信号線22の電位の変動に影響の
ないようにすることができる。
とドレインとの間の抵抗値に応じて、トランジスタ18のソースとドレインとの間の抵抗
値が変わるように調整して印加する構成とする。例えば、フォトセンサ11への入射光が
大きいことでトランジスタ14のソースとドレインとの間の抵抗値が大きくなるように変
化する場合、フォトセンサ選択信号線19の電圧を小さくして、トランジスタ14とトラ
ンジスタ18との抵抗分割によるフォトセンサ出力信号線22に出力される信号の電圧値
が得られるようにする。逆に、フォトセンサ11への入射光が小さいことでトランジスタ
14の抵抗が小さくなるように変化する場合、フォトセンサ選択信号線19の電圧を大き
くして、トランジスタ14とトランジスタ18との抵抗分割によるフォトセンサ出力信号
線22に出力される信号の電圧値が得られるようにする。その結果、広範囲の光強度に対
して高分解能での撮像機能を実現できる安価な半導体装置を提供することができる。
体層に酸化物半導体を用いたトランジスタ14、トランジスタ15、及びトランジスタ1
8を有する。酸化物半導体を半導体層に用いたトランジスタは、オフ電流を極めて低減す
ることができる。そのためフォトセンサが動作しない期間において、フォトセンサ基準高
電位電源線20と、フォトセンサ基準低電位電源線21との間を流れる貫通電流を極めて
小さくすることができる。そのため、フォトセンサを搭載した半導体装置の低消費電力化
を図ることができる。
トを用いて説明する。図1(B)において、信号31〜信号35はそれぞれ、図1(A)
におけるフォトダイオードリセット信号線16、ゲート信号線17、トランジスタ14の
ゲート、フォトセンサ出力信号線22、フォトセンサ選択信号線19の電位に相当する。
累積動作を行う累積期間、読み出し動作を行う読み出し期間を有する。時刻Aから時刻B
までの期間がリセット期間に相当する。時刻Bから時刻Cまでの期間が累積期間に相当す
る。時刻Cから時刻Dまでの期間が読み出し期間に相当する。また時刻Aから時刻Eまで
の期間が読み取り動作期間に相当する。
お図1(B)では、トランジスタのゲートに、低電位の信号が供給された場合にトランジ
スタが非導通状態となる。また図1(B)では、トランジスタのゲートに、高電位の信号
が供給された場合に電位の大きさに応じてトランジスタのソースとドレインとの間の抵抗
値が変化する導通状態となる。
する(リセット動作開始)と、フォトダイオード13が導通し、トランジスタ14のゲー
トの電位(信号33)が”H”となる。またゲート信号線17(信号32)を”L”とし
てトランジスタ15を非導通状態とする。また、フォトセンサ選択信号線19の電位(信
号35)を一定の電圧値とする(読み取り動作開始)と、トランジスタ18のゲートに印
加される電圧値に応じてトランジスタ18が抵抗素子として機能する。そしてトランジス
タ14、トランジスタ15、及びトランジスタ18をそれぞれ抵抗素子として機能させる
と、トランジスタ15が高抵抗状態となることで、フォトセンサ出力信号線22の電位(
信号34)はフォトセンサ基準低電位電源線21の電圧レベルと同程度の、低電圧の電圧
レベルとなる。
する(リセット動作終了、累積動作開始)と、フォトダイオード13は光の入射により光
電流が増大し、入射光の量に応じてトランジスタ14のゲートの電位(信号33)は低下
するように変化する。すなわち、フォトダイオード13は、入射光に応じてトランジスタ
14のゲートに電荷を供給する機能を有し、トランジスタ14のゲートの電位を低下させ
る。そして、トランジスタ14のソースとドレインの間の抵抗値が変化する。またゲート
信号線17(信号32)を”L”としてトランジスタ15を非導通状態とする。また、フ
ォトセンサ選択信号線19の電位(信号35)を一定の電圧値とすると、トランジスタ1
8のゲートに印加される電圧値に応じてトランジスタ18が抵抗素子として機能する。そ
してトランジスタ14、トランジスタ15、及びトランジスタ18をそれぞれ抵抗素子と
して機能させると、トランジスタ15が高抵抗状態となることで、フォトセンサ出力信号
線22の電位(信号34)はフォトセンサ基準低電位電源線21の電圧レベルと同程度の
、低電圧の電圧レベルとなる。
動作開始)と、トランジスタ15が導通状態となる。すると、フォトセンサ基準高電位電
源線20とフォトセンサ基準低電位電源線21との間に設けられた、入射光に応じてソー
スとドレインとの間の抵抗値が変化するトランジスタ14と、フォトセンサ選択信号線1
9により定電圧が印加されることで抵抗値が設定されるトランジスタ18との間で抵抗分
割された電圧値がフォトセンサ出力信号線22で得られることとなる。ここで、フォトセ
ンサ出力信号線22の電位(信号34)は、トランジスタ14のゲートの電位(信号33
)が低下する速さに依存する。すなわち、累積動作中にフォトダイオード13に照射され
る光の量に応じて変化する。したがって、フォトセンサ出力信号線22の電位を取得する
ことで、累積動作中におけるフォトダイオード13への入射光の量を知ることができる。
と、トランジスタ15が非導通状態となる。そして、フォトセンサ選択信号線19の電位
(信号35)を一定の電圧値とすると、トランジスタ18のゲートに印加される電圧値に
応じてトランジスタ18が抵抗素子として機能する。そしてトランジスタ14、トランジ
スタ15、及びトランジスタ18をそれぞれ抵抗素子として機能させると、トランジスタ
15が高抵抗状態となることで、フォトセンサ出力信号線22の電位(信号34)はフォ
トセンサ基準低電位電源線21の電圧レベルと同程度の、低電圧の電圧レベルとなる。
トランジスタ18を非導通状態とする電圧値にする(読み取り動作終了)。その結果、ト
ランジスタ15、及びトランジスタ18を共に非導通状態とすることで、非読み取り動作
時における、フォトセンサ基準高電位電源線20と、フォトセンサ基準低電位電源線21
との間に流れる貫通電流を小さくすることができる。
電位(信号32)が”H”の期間、すなわち選択動作の期間に”H”になっていればよく
、図1(B)でいえば、時刻Aから時刻Cの期間、”L”としてもよい。
、フォトセンサ基準低電位電源線21側からフォトセンサ基準高電位電源線20側にかえ
てもよい。
の間の抵抗値が大きくなる。そのため、フォトセンサ出力信号線22の電位(信号34)
は”H”から低下する割合が大きく、フォトセンサ基準低電位電源線21の電位とほとん
ど変わらない値になる。そのため、光の強度が大きい場合、出力信号に応じた電位の変動
を識別できないことになる。この場合には、フォトセンサ選択信号線19の電位(信号3
5)を下降することで、トランジスタ18のソースとドレインとの間の抵抗値を大きくす
ることにより、抵抗分割によるフォトセンサ出力信号線22で入射光に応じた電圧値を得
ることができる。
が、同様に、フォトダイオードに照射する光の強度が小さい場合についても応用すること
ができる。光が弱い場合には、ソースとドレインの間の抵抗値が小さくなる。そのため、
フォトセンサ出力信号線22の電位は、フォトセンサ基準高電位電源線20と概ね同一に
なり、出力信号に応じた電位の変動を識別できないことになる。この場合には、フォトセ
ンサ選択信号線19の電位(信号35)を上昇することで、トランジスタ18のソースと
ドレインとの間の抵抗値を大きくすることにより、抵抗分割によるフォトセンサ出力信号
線22で入射光に応じた電圧値を得ることができる。
たは下降することで、トランジスタ18のソースとドレインとの間の抵抗値を大きくする
こと、または小さくすることを容易に行うことができる。そのため、強い光や弱い光に対
しても光を正確に電気信号に変換するフォトセンサとすることができる。従って、広範囲
の光強度に応じた電気信号を出力することができるフォトセンサを具備する半導体装置1
0を提供することができる。
累積動作と選択動作とを繰り返すことで実現される。上述したように、トランジスタ14
、トランジスタ15、トランジスタ18は、酸化物半導体を用いることで、オフ電流を極
めて小さくすることが好ましい。そして半導体装置10は、非動作時における貫通電流を
低減することで、低消費電力化を図ることができる。
ルカメラなどの電子機器に用いることができる。また、タッチパネル機能を備えた表示装
置に用いることができる。
本実施の形態では、開示する発明の一態様である半導体装置の実施の形態1の構成とは異
なる構成の一例について、図3(A)、(B)を参照して説明する。なお本実施の形態に
おいて、上記実施の形態1で説明した図1(A)と同じ構成の箇所については、同じ符号
を付し説明を省略するものとする。
のゲートと、フォトダイオード13の他方の電極との間にゲートがゲート信号線42に接
続されたトランジスタ41(第3のトランジスタともいう)が設けられた点である。
トランジスタ41は、導通状態において、フォトダイオード13で生成された電気信号を
トランジスタ14のゲートに転送する機能を有する。また、トランジスタ41は、非導通
状態において、トランジスタ14のゲートに蓄積(累積)された電荷を保持する機能を有
する。そのため、オフ電流が極めて小さいトランジスタを用いることが望ましい。
タ14、トランジスタ15、及びトランジスタ18と同様に、オフ電流が非常に小さくか
つ比較的移動度が高い、酸化物半導体を用いることが望ましい。酸化物半導体を用いたト
ランジスタは、シリコン等を用いたトランジスタと比べてオフ電流が非常に小さいという
電気的特性を有する。
様に、いずれかの半導体層に酸化物半導体を用いる構成とすればよい。
トを用いて説明する。図3(B)において、信号51〜信号56はそれぞれ、図3(A)
におけるフォトダイオードリセット信号線16、ゲート信号線42、ゲート信号線17、
トランジスタ14のゲート、フォトセンサ出力信号線22、フォトセンサ選択信号線19
の電位に相当する。
累積動作を行う累積期間、読み出し動作を行う読み出し期間を有する。時刻Aから時刻B
までの期間がリセット期間に相当する。時刻Bから時刻Cまでの期間が累積期間に相当す
る。時刻Dから時刻Eまでの期間が読み出し期間に相当する。また時刻Aから時刻Fまで
の期間が読み取り動作期間に相当する。
お図3(B)では、トランジスタのゲートに、低電位の信号が供給された場合にトランジ
スタが非導通状態となる。また図3(B)では、トランジスタのゲートに、高電位の信号
が供給された場合に電位の大きさに応じてトランジスタのソースとドレインとの間の抵抗
値が変化する導通状態となる。
ゲート信号線42の電位(信号52)を”H”とする(リセット動作開始)と、フォトダ
イオード13及びトランジスタ41が導通し、トランジスタ14のゲートの電位(信号5
4)が”H”となる。またゲート信号線17(信号53)を”L”としてトランジスタ1
5を非導通状態とする。また、フォトセンサ選択信号線19の電位(信号56)を一定の
電圧値とする(読み取り動作開始)と、トランジスタ18のゲートに印加される電圧値に
応じてトランジスタ18が抵抗素子として機能する。そしてトランジスタ14、トランジ
スタ15、及びトランジスタ18をそれぞれ抵抗素子として機能させると、トランジスタ
15が高抵抗状態となることで、フォトセンサ出力信号線22の電位(信号55)はフォ
トセンサ基準低電位電源線21の電圧レベルと同程度の、低電圧の電圧レベルとなる。
ゲート信号線42の電位(信号52)を”H”のままとする(リセット動作終了、累積動
作開始)と、フォトダイオード13は光の入射により光電流が増大し、入射光の量に応じ
てトランジスタ14のゲートの電位(信号54)は低下するように変化する。すなわち、
フォトダイオード13は、入射光に応じてトランジスタ14のゲートに電荷を供給する機
能を有し、トランジスタ14のゲートの電位を低下させる。そして、トランジスタ14の
ソースとドレインの間の抵抗値が変化する。またゲート信号線17(信号53)を”L”
としてトランジスタ15を非導通状態とする。また、フォトセンサ選択信号線19の電位
(信号56)を一定の電圧値とすると、トランジスタ18のゲートに印加される電圧値に
応じてトランジスタ18が抵抗素子として機能する。そしてトランジスタ14、トランジ
スタ15、及びトランジスタ18をそれぞれ抵抗素子として機能させると、トランジスタ
15が高抵抗状態となることで、フォトセンサ出力信号線22の電位(信号55)はフォ
トセンサ基準低電位電源線21の電圧レベルと同程度の、低電圧の電圧レベルとなる。
ランジスタ41が非導通状態となる。すると、トランジスタ14のゲートの電位(信号5
4)は一定となる。すなわち、トランジスタ14のゲートに蓄積(累積)された電荷量が
一定となる。当該トランジスタ14のゲートの電位(電荷量)は、累積動作中にフォトダ
イオードから生成された光電流の大きさにより決まる。すなわち、当該トランジスタ14
のゲートの電位(電荷量)は、フォトダイオードに照射されていた光の強度に応じて変化
する。
ランジスタ14のゲートとの間における寄生容量により、トランジスタ14のゲートの電
位(電荷量)が変化する。上記寄生容量による電位(電荷量)の変化量が大きい場合は、
読み出しが正確に行えないことになる。上記寄生容量による電位(電荷量)の変化量を低
減するには、トランジスタ41のゲート−ソース(もしくはゲート−ドレイン)間容量を
低減する、トランジスタ14のゲート容量を増大する、ゲート信号線42に保持容量を設
ける、などの対策が有効である。なお、図3(A)、(B)では、これらの対策を施し、
上記寄生容量による電位(電荷量)の変化を無視できるとしている。
ランジスタ15が導通状態となる。すると、フォトセンサ基準高電位電源線20とフォト
センサ基準低電位電源線21との間に設けられた、入射光に応じてソースとドレインとの
間の抵抗値が変化するトランジスタ14と、フォトセンサ選択信号線19により定電圧が
印加されることで抵抗値が設定されるトランジスタ18との間で抵抗分割された電圧値が
フォトセンサ出力信号線22で得られることとなる。ここで、フォトセンサ出力信号線2
2の電位(信号55)は、トランジスタ14のゲートの電位(信号54)に依存する。す
なわち、累積動作中にフォトダイオード13に照射される光の量に応じて変化する。した
がって、フォトセンサ出力信号線22の電位を取得することで、累積動作中におけるフォ
トダイオード13への入射光の量を知ることができる。
と、トランジスタ15が非導通状態となる。そして、フォトセンサ選択信号線19の電位
(信号56)を一定の電圧値とすると、トランジスタ18のゲートに印加される電圧値に
応じてトランジスタ18が抵抗素子として機能する。そしてトランジスタ14、トランジ
スタ15、及びトランジスタ18をそれぞれ抵抗素子として機能させると、トランジスタ
15が高抵抗状態となることで、フォトセンサ出力信号線22の電位(信号55)はフォ
トセンサ基準低電位電源線21の電圧レベルと同程度の、低電圧の電圧レベルとなる。
トランジスタ18を非導通状態とする電圧値にする(読み取り動作終了)。その結果、ト
ランジスタ15、及びトランジスタ18を共に非導通状態とすることで、フォトセンサ基
準高電位電源線20と、フォトセンサ基準低電位電源線21との間に流れる貫通電流を小
さくすることができる。
電位(信号53)が”H”の期間、すなわち選択動作の期間に”H”になっていればよく
、図3(B)でいえば、時刻Aから時刻Dの期間、”L”としてもよい。
の間の抵抗値が大きくなる。そのため、フォトセンサ出力信号線22の電位(信号55)
は”H”から低下する割合が大きく、フォトセンサ基準低電位電源線21の電位とほとん
ど変わらない値になる。そのため、光の強度が大きい場合、出力信号に応じた電位の変動
を識別できないことになる。この場合には、フォトセンサ選択信号線19の電位(信号5
6)を下降させることで、トランジスタ18のソースとドレインとの間の抵抗値を大きく
することにより、抵抗分割によるフォトセンサ出力信号線22で入射光に応じた電圧値を
得ることができる。
が、同様に、フォトダイオードに照射する光の強度が小さい場合についても応用すること
ができる。光が強い場合には、ソースとドレインとの間の抵抗値が小さくなる。そのため
、フォトセンサ出力信号線22の電位は、フォトセンサ基準高電位電源線20と概ね同一
になり、出力信号に応じた電位の変動を識別できないことになる。この場合には、フォト
センサ選択信号線19の電位(信号56)を上昇させることで、トランジスタ18の抵抗
を小さくすることにより、抵抗分割によるフォトセンサ出力信号線22で入射光に応じた
電圧値を得ることができる。
の電位(信号56)を上昇または下降させることで、トランジスタ18のソースとドレイ
ンとの間の抵抗値を大きくすること、または小さくすることを容易に行うことができる。
そのため、強い光や弱い光による光の強度に対しても光を正確に電気信号に変換するフォ
トセンサをすることができる。従って広範囲の光強度に応じた電気信号を出力することが
できるフォトセンサを具備する半導体装置10を提供することができる。
フォトセンサにおけるトランジスタ14のゲートの電位を一定値に保つことができる。具
体的には、トランジスタ41の半導体層に酸化物半導体を用いて形成し、オフ電流が極め
て低いトランジスタとすることができる。そして、フォトセンサ11は、入射光を正確に
電気信号に変換することができる。
累積動作と選択動作とを繰り返すことで実現される。上述したように、トランジスタ14
、トランジスタ15、トランジスタ18は、酸化物半導体を用いることで、オフ電流を極
めて小さくすることが好ましい。そして半導体装置10は、非動作時における貫通電流を
低減することで、低消費電力化を図ることができる。
本実施の形態では、フォトセンサを具備する半導体装置である表示装置について図4乃
至図5を参照して説明する。
1、表示素子制御回路102及びフォトセンサ制御回路103を有する。
各々の画素104は、表示素子105とフォトセンサ106を有する。全ての画素104
にフォトセンサを設けず、複数の画素毎に設けてもよい。また、画素104の外にフォト
センサを設けてもよい。
ータ信号線」、「ソース信号線」ともいう)を介して表示素子105にビデオデータなど
の信号を入力する表示素子駆動回路107と、走査線(「ゲート信号線」ともいう)を介
して表示素子105に信号を入力する表示素子駆動回路108を有する。
フォトセンサ読み出し回路109と、走査線側のフォトセンサ駆動回路110を有する。
制御回路200の構成の一例を示す。なお図5に示す画素におけるフォトセンサ106の
一例として、図3(A)で説明したフォトセンサの構成を示している。読み出し制御回路
200は、図3(A)で説明したフォトセンサ読み出し回路の構成を示している。
トランジスタ201、保持容量202及び液晶素子203を有する。
ス又はドレインの一方がビデオデータ信号線212に、ソース又はドレインの他方が保持
容量202の一方の電極と液晶素子203の一方の電極に接続されている。保持容量20
2の他方の電極と液晶素子203の他方の電極は所定の電位が供給される共通の配線に接
続されている。液晶素子203は、一対の電極と、該一対の電極の間に液晶層を含む素子
である。
御する機能を有する。例えば、ゲート信号線208に高電位が与えられるとトランジスタ
201が導通状態となり、ビデオデータ信号線212の電位が液晶素子203と保持容量
202に与えられる。液晶素子203に電圧を印加して液晶素子203を透過する光の明
暗(階調)を作ることで、画像表示が実現される。保持容量202は、液晶素子203に
印加される電圧を保持する機能を有する。また、液晶素子203を有する表示装置100
は、透過型、反射型または半透過型の構造とすることができる。
子駆動回路107はビデオデータ信号線212を介して表示素子105に信号を供給する
回路である。ゲート信号線208は、図4に示す表示素子駆動回路108に接続される。
表示素子駆動回路108はゲート信号線208を介して表示素子105に信号を供給する
回路である。例えば、表示素子駆動回路108は、特定の行に配置された画素が有する表
示素子を選択する信号を供給する機能を有する。また、表示素子駆動回路107は、選択
された行の画素が有する表示素子に任意の電位を与える信号を供給する機能を有する。
ように、酸化物半導体を用いる。酸化物半導体を用い、オフ電流が極めて小さいトランジ
スタとすることで、液晶素子203に印加される電圧の保持特性を高めることができ、表
示品質を高めることができる。加えてオフ電流が極めて小さいトランジスタであることを
利用して、リフレッシュレートを大幅に低減することにより、低消費電力化を図ることが
できる。
などの他の素子を有していてもよい。発光素子は、電流または電圧によって輝度が制御さ
れる素子であり、具体的には発光ダイオード、OLED(Organic Light
Emitting Diode)等が挙げられる。
スタともいう)、トランジスタ206(第3のトランジスタともいう)、トランジスタ2
07(第2のトランジスタともいう)を有する。
ドリセット信号線210に、他方の電極がトランジスタ207のソース又はドレインの一
方に接続されている。トランジスタ205は、ソース又はドレインの一方がフォトセンサ
基準信号線213に、ソース又はドレインの他方がトランジスタ206のソース又はドレ
インの一方に接続されている。トランジスタ206は、ゲートがゲート信号線211に、
ソース又はドレインの他方がフォトセンサ出力信号線214に接続されている。トランジ
スタ207は、ゲートがゲート信号線209に接続されている。またトランジスタ207
は、ソース又はドレインの他方がトランジスタ205のゲート(ノード215)に接続さ
れている。
図4に示すフォトセンサ駆動回路110に接続される。フォトセンサ駆動回路110は、
特定の行に配置された画素が有するフォトセンサ106に対して、後述するリセット動作
と累積動作と読み出し動作とを行う機能を有する。
ンサ読み出し回路109に接続される。フォトセンサ読み出し回路109は、選択された
行の画素が有するフォトセンサ106の出力信号を読み出す機能を有する。
オペアンプを用いてアナログ信号のまま外部に取り出す構成や、A/D変換回路を用いて
デジタル信号に変換してから外部に取り出す構成を有することができる。
205、トランジスタ206、トランジスタ207については、上記実施の形態1及び2
で説明した、フォトダイオード13、トランジスタ14、トランジスタ15、トランジス
タ41と同様であり、上述の説明と同様である。また、本実施の形態の読み出し制御回路
200で示す、トランジスタ216については、上記実施の形態1及び2で説明した、ト
ランジスタ18と同様であり、上述の説明と同様である。
6を提供することができる。すなわち、強い光や弱い光に対しても光を正確に電気信号に
変換することが可能となる。
いることで、オフ電流を極めて小さくする。そして半導体装置10は、非動作時における
貫通電流を低減することで、低消費電力化を図ることができる。また上述したように、各
トランジスタに酸化物半導体を用い、オフ電流を極めて小さくすることで、トランジスタ
のゲートに蓄積された電荷を保持する機能を向上させることができる。そのため、フォト
センサは、入射光を正確に電気信号に変換することが可能となる。
したが、表示機能を有さないフォトセンサを有する半導体装置にも容易に応用できる。す
なわち、本実施の形態における表示装置100から、表示に要する回路、具体的には、表
示素子制御回路102、表示素子105を取り除いたものを用いて、半導体装置を構成す
ることができる。フォトセンサを有する半導体装置としては、例えば、スキャナ、或いは
デジタルスチルカメラなどの電子機器に用いられる撮像装置が挙げられる。
な表示装置もしくは半導体装置を提供することができる。
本実施の形態では、複数のフォトセンサを用いた場合の駆動方法について説明する。
ンサに適用して考える。図6は、第1行、第2行、第3行のフォトセンサにおけるフォト
ダイオードリセット信号線16に各々入力される信号601、信号602、信号603と
、第1行、第2行、第3行のフォトセンサにおけるゲート信号線42に各々入力される信
号604、信号605、信号606と、第1行、第2行、第3行のフォトセンサにおける
ゲート信号線17に各々入力される信号607、信号608、信号609と、フォトセン
サ選択信号線19に入力される信号621の信号波形を示すタイミングチャートである。
期間610は、1回の撮像に要する期間である。また、期間611、期間612、期間6
13は、第2行のフォトセンサが、各々リセット動作、累積動作、選択動作を行っている
期間である。このように、各行のフォトセンサを順に駆動していくことで、撮像が可能に
なる。
とがわかる。すなわち、各行のフォトセンサにおける撮像の同時性が損なわれる。そのた
め、撮像画像にブレが生じることになる。特に、第1行から第3行の方向に高速に移動す
る被検出物に対しては、尾を引くように、拡大されたような形状の撮像画像になり、逆方
向に移動する被検出物に対しては、縮小されたような形状の撮像画像になるなど、形状が
歪みやすい。
フォトセンサを順に駆動する周期を短くすることが有効である。しかしながら、この場合
、フォトセンサの出力信号をオペアンプもしくはA/D変換回路で非常に高速度で取得す
る必要がある。したがって、消費電力の増大を招く。特に、高解像度の画像を取得する場
合には、非常に困難となる。
、第2行、第3行のフォトセンサにおけるフォトダイオードリセット信号線16に各々入
力される信号701、信号702、信号703と、第1行、第2行、第3行のフォトセン
サにおけるゲート信号線42に各々入力される信号704、信号705、信号706と、
第1行、第2行、第3行のフォトセンサにおけるゲート信号線17に各々入力される信号
707、信号708、信号709と、フォトセンサ選択信号線19に入力される信号72
1の信号波形を示すタイミングチャートである。期間710は、1回の撮像に要する期間
である。また、期間711、期間712、期間713は、第2行のフォトセンサが、各々
リセット動作(他の行でも共通)、累積動作(他の行でも共通)、選択動作を行っている
期間である。
動作とが共通の時間に行われ、累積動作終了後に累積動作とは非同期に、各行で順に選択
動作を行う点である。累積動作を共通の期間にすることで、各行のフォトセンサにおける
撮像の同時性が確保され、高速に移動する被検出物に対しても、ブレが少ない画像を容易
に得ることができる。累積動作を共通にすることで、各フォトセンサのフォトダイオード
リセット信号線16の駆動回路を共通にすることができる。また、各フォトセンサのゲー
ト信号線42の駆動回路も共通にすることができる。このように駆動回路を共通にするこ
とは、周辺回路の削減や低消費電力化に有効である。さらに、選択動作を各行で順次行う
ことで、フォトセンサの出力信号を取得する際に、オペアンプもしくはA/D変換回路の
動作速度を遅くすることが可能である。その際、選択動作に要する合計の時間を、累積動
作に要する時間より長くすることが好ましい。特に、高解像度の画像を取得する場合には
、非常に有効である。
ャートを示したが、特定の領域における画像を取得するために、特定の行におけるフォト
センサのみを順次駆動する駆動方法も有効である。これにより、オペアンプもしくはA/
D変換回路の動作を軽減し、消費電力を低減しながら、必要な画像を取得することができ
る。また、数行おきにフォトセンサを駆動する駆動方法も有効である。すなわち、複数の
フォトセンサの一部を駆動させる。これにより、オペアンプもしくはA/D変換回路の動
作を軽減し、消費電力を低減しながら、必要な解像度の画像を取得することができる。
におけるトランジスタ14のゲートの電位を一定に保つ必要がある。したがって、図3(
A)で説明したように、トランジスタ41は、酸化物半導体を用いて形成され、オフ電流
が極めて小さいことが好ましい。
解像度の撮像が実現でき、且つ低消費電力の表示装置又は半導体装置を提供することがで
きる。
本実施の形態では、フォトセンサを有する半導体装置の構造及び作製方法について説明
する。図8に半導体装置の断面図を示す。なお、表示装置を構成する場合も、以下の半導
体装置を用いることができる。
を有する半導体装置では、絶縁表面を有する基板501(TFT基板)上に、フォトダイ
オード502、トランジスタ540、トランジスタ503、液晶素子505が設けられて
いる。
、層間絶縁層533、層間絶縁層534が設けられている。フォトダイオード502は、
層間絶縁層533上に設けられ、層間絶縁層533上に形成した電極層541と、層間絶
縁層534上に設けられた電極層542との間に、層間絶縁層533側から順に第1半導
体層506a、第2半導体層506b、及び第3半導体層506cを積層した構造を有し
ている。
542は電極層541を介してゲート電極層545と電気的に接続している。ゲート電極
層545は、トランジスタ540のゲート電極層と電気的に接続しており、フォトダイオ
ード502はトランジスタ540と電気的に接続している。
、トランジスタ540は、その電気的特性変動を抑止するため、変動要因となる水素、水
分、水酸基又は水素化物(水素化合物ともいう)などの不純物を酸化物半導体層より意図
的に排除し、かつ不純物の排除工程によって同時に減少してしまう酸化物半導体を構成す
る主成分材料である酸素を供給することによって、酸化物半導体層を高純度化及び電気的
にI型(真性)化する。
03、トランジスタ540は、酸化物半導体に含まれる水素が5×1019/cm3以下
、好ましくは5×1018/cm3以下、より好ましくは5×1017/cm3以下、ま
たは5×1016/cm3未満として、酸化物半導体に含まれる水素をゼロに近くなるよ
うに極力除去し、キャリア濃度を5×1014/cm3未満、好ましくは5×1012/
cm3以下とした酸化物半導体層でチャネル形成領域が形成される。
40では、オフ電流が少なければ少ないほど好ましい。オフ電流とは、−1V〜−10V
の間のいずれかのゲート電圧を印加した場合にトランジスタのソース、ドレイン間を流れ
る電流のことであり、本明細書に開示する酸化物半導体を用いたトランジスタは、チャネ
ル幅(w)が1μmあたりの電流値が100aA/μm以下、好ましくは10aA/μm
以下、さらに好ましくは1aA/μm以下である。さらに、pn接合がなく、ホットキャ
リア劣化がないため、トランジスタの電気的特性がこれらによる影響を受けない。
流が極めて小さく、安定な電気特性を有する信頼性の高いトランジスタである。
属酸化物であるIn−Sn−Ga−Zn−O膜や、三元系金属酸化物であるIn−Ga−
Zn−O膜、In−Sn−Zn−O膜、In−Al−Zn−O膜、Sn−Ga−Zn−O
膜、Al−Ga−Zn−O膜、Sn−Al−Zn−O系や、二元系金属酸化物であるIn
−Zn−O膜、Sn−Zn−O膜、Al−Zn−O膜、Zn−Mg−O膜、Sn−Mg−
O膜、In−Mg−O膜や、In−O膜、Sn−O膜、Zn−O膜などの酸化物半導体膜
を用いることができる。また、上記酸化物半導体膜にSiO2を含んでもよい。
ことができる。ここで、Mは、Ga、Al、MnおよびCoから選ばれた一または複数の
金属元素を示す。例えばMとして、Ga、Ga及びAl、Ga及びMn、またはGa及び
Coなどがある。InMO3(ZnO)m(m>0)で表記される構造の酸化物半導体膜
のうち、MとしてGaを含む構造の酸化物半導体を、上記したIn−Ga−Zn−O酸化
物半導体とよび、その薄膜をIn−Ga−Zn−O非単結晶膜ともよぶこととする。
06bとして高抵抗な半導体層(i型半導体層)、第3半導体層506cとしてn型の導
電型を有する半導体層を積層するpin型のフォトダイオードを例示している。
ァスシリコン膜により形成することができる。第1半導体層506aの形成には13族の
不純物元素(例えばボロン(B))を含む半導体材料ガスを用いて、プラズマCVD法に
より形成する。半導体材料ガスとしてはシラン(SiH4)を用いればよい。または、S
i2H6、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4、SiF4等を用いてもよい。ま
た、不純物元素を含まないアモルファスシリコン膜を形成した後に、拡散法やイオン注入
法を用いて該アモルファスシリコン膜に不純物元素を導入してもよい。イオン注入法等に
より不純物元素を導入した後に加熱等を行うことで、不純物元素を拡散させるとよい。こ
の場合にアモルファスシリコン膜を形成する方法としては、LPCVD法、気相成長法、
又はスパッタリング法等を用いればよい。第1半導体層506aの膜厚は10nm以上5
0nm以下となるよう形成することが好ましい。
膜により形成する。第2半導体層506bの形成には、半導体材料ガスを用いて、アモル
ファスシリコン膜をプラズマCVD法により形成する。半導体材料ガスとしては、シラン
(SiH4)を用いればよい。または、Si2H6、SiH2Cl2、SiHCl3、S
iCl4、SiF4等を用いてもよい。第2半導体層506bの形成は、LPCVD法、
気相成長法、スパッタリング法等により行っても良い。第2半導体層506bの膜厚は2
00nm以上1000nm以下となるように形成することが好ましい。
ファスシリコン膜により形成する。第3半導体層506cの形成には、15族の不純物元
素(例えばリン(P))を含む半導体材料ガスを用いて、プラズマCVD法により形成す
る。半導体材料ガスとしてはシラン(SiH4)を用いればよい。または、Si2H6、
SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4、SiF4等を用いてもよい。また、不純物
元素を含まないアモルファスシリコン膜を形成した後に、拡散法やイオン注入法を用いて
該アモルファスシリコン膜に不純物元素を導入してもよい。イオン注入法等により不純物
元素を導入した後に加熱等を行うことで、不純物元素を拡散させるとよい。この場合にア
モルファスシリコン膜を形成する方法としては、LPCVD法、気相成長法、又はスパッ
タリング法等を用いればよい。第3半導体層506cの膜厚は20nm以上200nm以
下となるよう形成することが好ましい。
モルファス半導体ではなく、多結晶半導体を用いて形成してもよいし、微結晶(セミアモ
ルファス(Semi Amorphous Semiconductor:SAS))半
導体を用いて形成してもよい。
状態に属するものである。すなわち、自由エネルギー的に安定な第3の状態を有する半導
体であって、短距離秩序を持ち格子歪みを有する。柱状または針状結晶が基板表面に対し
て法線方向に成長している。微結晶半導体の代表例である微結晶シリコンは、そのラマン
スペクトルが単結晶シリコンを示す520cm−1よりも低周波数側にシフトしている。
即ち、単結晶シリコンを示す520cm−1とアモルファスシリコンを示す480cm−
1の間に微結晶シリコンのラマンスペクトルのピークがある。また、未結合手(ダングリ
ングボンド)を終端するため水素またはハロゲンを1原子%またはそれ以上含ませている
。さらに、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、ネオンなどの希ガス元素を含ませて格子歪
みをさらに助長させることで、安定性が増し良好な微結晶半導体膜が得られる。
たは周波数が1GHz以上のマイクロ波プラズマCVD装置により形成することができる
。代表的には、SiH4、Si2H6、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4、S
iF4などの水素化珪素を水素で希釈して形成することができる。また、水素化珪素及び
水素に加え、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、ネオンから選ばれた一種または複数種の
希ガス元素で希釈して微結晶半導体膜を形成することができる。これらのときの水素化珪
素に対して水素の流量比を5倍以上200倍以下、好ましくは50倍以上150倍以下、
更に好ましくは100倍とする。さらには、シリコンを含む気体中に、CH4、C2H6
等の炭化物気体、GeH4、GeF4等のゲルマニウム化気体、F2等を混入させてもよ
い。
フォトダイオードはp型の半導体層側を受光面とする方がよい特性を示す。ここでは、p
in型のフォトダイオードが形成されている基板501の面からフォトダイオード502
が光を受け、その光を電気信号に変換する例を示す。また、受光面とした半導体層側とは
逆の導電型を有する半導体層側からの光は外乱光となるため、電極層は遮光性を有する導
電膜を用いるとよい。また、n型の半導体層側を受光面として用いることもできる。
電極507は、基板501上に形成されており、トランジスタ503とは導電膜510を
介して電気的に接続されている。また、対向電極509は、基板513(対向基板)上に
形成されており、画素電極507と対向電極509の間に、液晶508が挟まれている。
トランジスタ503は実施の形態1におけるトランジスタ201に対応する。
することが出来る。図8では、フォトリソグラフィーで選択的に形成された柱状のスペー
サー516を用いてセルギャップを制御しているが、球状のスペーサーを画素電極507
と対向電極509の間に分散させることで、セルギャップを制御することも出来る。
液晶508の注入は、ディスペンサ式(滴下式)を用いても良いし、ディップ式(汲み上
げ式)を用いていても良い。
、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物(ITSO)、有機インジウム、有機スズ、酸化亜
鉛(ZnO)、酸化亜鉛(ZnO)を含むインジウム亜鉛酸化物(IZO(Indium
Zinc Oxide))、ガリウム(Ga)を含む酸化亜鉛、酸化スズ(SnO2)
、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸
化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物などを
用いることができる。また、導電性高分子(導電性ポリマーともいう)を含む導電性組成
物を用いて形成することができる。導電性高分子としては、いわゆるπ電子共役系導電性
高分子が用いることができる。例えば、ポリアニリンまたはその誘導体、ポリピロールま
たはその誘導体、ポリチオフェンまたはその誘導体、若しくはアニリン、ピロールおよび
チオフェンの2種以上からなる共重合体若しくはその誘導体等が挙げられる。
7と同様に、対向電極509にも上述した透光性を有する導電性材料を用いることが出来
る。
には配向膜512が、それぞれ設けられている。配向膜511、配向膜512はポリイミ
ド、ポリビニルアルコールなどの有機樹脂を用いて形成することができ、その表面には、
ラビングなどの、液晶分子を一定方向に配列させるための配向処理が施されている。ラビ
ングは、配向膜に圧力をかけながら、ナイロンなどの布を巻いたローラーを回転させて、
上記配向膜の表面を一定方向に擦ることで、行うことが出来る。なお、酸化珪素などの無
機材料を用い、配向処理を施すことなく、蒸着法で配向特性を有する配向膜511、配向
膜512を直接形成することも可能である。
ィルタ514が、基板513上に形成されている。カラーフィルタ514は、顔料を分散
させたアクリル系樹脂などの有機樹脂を基板513上に塗布した後、フォトリソグラフィ
ーを用いて選択的に形成することができる。また、顔料を分散させたポリイミド系樹脂を
基板513上に塗布した後、エッチングを用いて選択的に形成することもできる。或いは
、インクジェットなどの液滴吐出法を用いることで、選択的にカラーフィルタ514を形
成することもできる。
が、基板513上に形成されている。遮蔽膜515を設けることで、基板513を透過し
てタッチパネル内に入射したバックライトからの光が、直接フォトダイオード502に当
たるのを防ぐことができる他、画素間における液晶508の配向の乱れに起因するディス
クリネーションが視認されるのを防ぐことができる。遮蔽膜515には、カーボンブラッ
ク、二酸化チタンよりも酸化数が小さい低次酸化チタンなどの黒色顔料を含む有機樹脂を
用いることができる。また、クロムを用いた膜で、遮蔽膜515を形成することも可能で
ある。
設け、基板513の対向電極509が形成されている面とは反対の面に、偏光板518を
設ける。
、絶縁性材料を用いて、その材料に応じて、スパッタリング法、SOG法、スピンコート
、ディップ、スプレー塗布、液滴吐出法(インクジェット法、スクリーン印刷、オフセッ
ト印刷等)等の方法や、ドクターナイフ、ロールコーター、カーテンコーター、ナイフコ
ーター等を用いて形成することができる。
層、又は酸化窒化アルミニウム層などの酸化物絶縁層の単層、又は積層を用いることがで
きる。
、窒化アルミニウム層、又は窒化酸化アルミニウム層などの窒化物絶縁層の単層、又は積
層を用いることができる。またμ波(2.45GHz)を用いた高密度プラズマCVDは
、緻密で絶縁耐圧の高い高品質な絶縁層を形成できるので好ましい。
る絶縁層が好ましい。層間絶縁層533、534としては、例えばポリイミド、アクリル
、ベンゾシクロブテン、ポリアミド、エポキシ等の、耐熱性を有する有機絶縁材料を用い
ることができる。また上記有機絶縁材料の他に、低誘電率材料(low−k材料)、シロ
キサン系樹脂、PSG(リンガラス)、BPSG(リンボロンガラス)等の単層、又は積
層を用いることができる。
、基板501側にある被検出物521に照射される。そして、被検出物521において反
射された光は、矢印522で示すように、フォトダイオード502に入射する。
Alignment)型、OCB(Optically Compensated B
irefringence)型、IPS(In−Plane Switching)型な
どであっても良い。また、配向膜を用いないブルー相を示す液晶を用いてもよい。
いる構造を有する液晶素子505を例に挙げて説明したが、本発明の一態様に係る半導体
装置はこの構成に限定されない。IPS型のように、一対の電極が、共に基板501側に
形成されている液晶素子であっても良い。
ができる。
本発明の一態様に係る半導体装置は、タッチパネルとして応用可能である。タッチパネル
は、表示装置、ノート型パーソナルコンピュータ、記録媒体を備えた画像再生装置(代表
的にはDVD:Digital Versatile Discなどの記録媒体を再生し
、その画像を表示しうるディスプレイを有する装置)に用いることができる。その他に、
本発明の一態様に係るタッチパネルを用いることができる電子機器として、携帯電話、携
帯型ゲーム機、携帯情報端末、電子書籍、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、ゴーグ
ル型ディスプレイ(ヘッドマウントディスプレイ)、ナビゲーションシステム、音響再生
装置(カーオーディオ、デジタルオーディオプレイヤーなど)、複写機、ファクシミリ、
プリンター、プリンター複合機、現金自動預け入れ払い機(ATM)、自動販売機などが
挙げられる。
を参照して説明する。
する。本発明の一態様に係るタッチパネルは、表示部5002に用いることができる。表
示部5002に本発明の一態様に係るタッチパネルを用いることで、高分解能である撮像
データの取得を行うことができ、より高機能のアプリケーションが搭載された表示装置を
提供することができる。なお、表示装置には、パーソナルコンピュータ用、TV放送受信
用、広告表示用などの全ての情報表示用表示装置が含まれる。
操作キー5104、赤外線ポート5105などを有する。本発明の一態様に係るタッチパ
ネルは、表示部5102に用いることができる。表示部5102に本発明の一態様に係る
タッチパネルを用いることで、高分解能である撮像データの取得を行うことができ、より
高機能のアプリケーションが搭載された携帯情報端末を提供することができる。
口5203、紙幣投入口5204、カード投入口5205、通帳投入口5206などを有
する。本発明の一態様に係るタッチパネルは、表示部5202に用いることができる。表
示部5202に本発明の一態様に係るタッチパネルを用いることで、高分解能である撮像
データの取得を行うことができ、より高機能のアプリケーションが搭載された現金自動預
け入れ払い機を提供することができる。そして、本発明の一態様に係るタッチパネルを用
いた現金自動預け入れ払い機は、指紋、顔、手形、掌紋及び手の静脈の形状、虹彩などの
、生体認証に用いられる生体情報の読み取りを、より高精度で行うことが出来る。よって
、生体認証における、本人であるにもかかわらず本人ではないと誤認識してしまう本人拒
否率と、他人であるにもかかわらず本人と誤認識してしまう他人受入率とを、低く抑える
ことができる。
示部5304、マイクロホン5305、スピーカー5306、操作キー5307、スタイ
ラス5308などを有する。本発明の一態様に係るタッチパネルは、表示部5303また
は表示部5304に用いることができる。表示部5303または表示部5304に本発明
の一態様に係るタッチパネルを用いることで、高分解能である撮像データの取得を行うこ
とができ、より高機能のアプリケーションが搭載された携帯型ゲーム機を提供することが
できる。なお、図9(D)に示した携帯型ゲーム機は、2つの表示部5303、表示部5
304を有しているが、携帯型ゲーム機が有する表示部の数は、これに限定されない。
11 フォトセンサ
12 読み出し制御回路
13 フォトダイオード
14 トランジスタ
15 トランジスタ
16 フォトダイオードリセット信号線
17 ゲート信号線
18 トランジスタ
19 フォトセンサ選択信号線
20 フォトセンサ基準高電位電源線
21 フォトセンサ基準低電位電源線
22 フォトセンサ出力信号線
31 信号
32 信号
33 信号
34 信号
35 信号
41 トランジスタ
42 ゲート信号線
51 信号
51 信号
52 信号
53 信号
54 信号
55 信号
56 信号
100 表示装置
101 画素回路
102 表示素子制御回路
103 フォトセンサ制御回路
104 画素
105 表示素子
106 フォトセンサ
107 表示素子駆動回路
108 表示素子駆動回路
109 フォトセンサ読み出し回路
110 フォトセンサ駆動回路
200 読み出し制御回路
201 トランジスタ
202 保持容量
203 液晶素子
204 フォトダイオード
205 トランジスタ
206 トランジスタ
207 トランジスタ
208 ゲート信号線
209 ゲート信号線
210 フォトダイオードリセット信号線
211 ゲート信号線
212 ビデオデータ信号線
213 フォトセンサ基準信号線
214 フォトセンサ出力信号線
215 ノード
216 トランジスタ
501 基板
502 フォトダイオード
503 トランジスタ
505 液晶素子
506a 半導体層
506b 半導体層
506c 半導体層
507 画素電極
508 液晶
509 対向電極
510 導電膜
511 配向膜
512 配向膜
513 基板
514 カラーフィルタ
515 遮蔽膜
516 スペーサー
517 偏光板
518 偏光板
520 矢印
521 被検出物
522 矢印
531 酸化物絶縁層
532 保護絶縁層
533 層間絶縁層
534 層間絶縁層
540 トランジスタ
541 電極層
542 電極層
543 電極層
545 ゲート電極層
601 信号
602 信号
603 信号
604 信号
605 信号
606 信号
607 信号
608 信号
609 信号
610 期間
611 期間
612 期間
613 期間
621 信号
701 信号
702 信号
703 信号
704 信号
705 信号
706 信号
707 信号
708 信号
709 信号
710 期間
711 期間
712 期間
713 期間
721 信号
5001 筐体
5002 表示部
5003 支持台
5101 筐体
5102 表示部
5103 スイッチ
5104 操作キー
5105 赤外線ポート
5201 筐体
5202 表示部
5203 硬貨投入口
5204 紙幣投入口
5205 カード投入口
5206 通帳投入口
5301 筐体
5302 筐体
5303 表示部
5304 表示部
5305 マイクロホン
5306 スピーカー
5307 操作キー
5308 スタイラス
Claims (2)
- フォトセンサと、読み出し制御回路と、を有し、
前記フォトセンサは、フォトダイオードと、第1のトランジスタと、第2のトランジスタと、を有し、
前記読み出し制御回路は、第3のトランジスタを有し、
前記第1のトランジスタのゲートは、前記フォトダイオードの一方の電極と電気的に接続され、
前記第1のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第2のトランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続され、
前記第2のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第3のトランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続され、
前記第1のトランジスタと前記第2のトランジスタとの少なくとも一方、及び前記第3のトランジスタは、酸化物半導体層を有し、
前記第3のトランジスタのゲートに印加される電位を入射光に応じて変更し、前記第3のトランジスタの抵抗値を変更することを特徴とする半導体装置。 - フォトセンサと、読み出し制御回路と、を有し、
前記フォトセンサは、フォトダイオードと、第1のトランジスタと、第2のトランジスタと、を有し、
前記読み出し制御回路は、第3のトランジスタを有し、
前記第1のトランジスタのゲートは、前記フォトダイオードの一方の電極と電気的に接続され、
前記第1のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第2のトランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続され、
前記第1のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第3のトランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続され、
前記第1のトランジスタと前記第2のトランジスタとの少なくとも一方、及び前記第3のトランジスタは、酸化物半導体層を有し、
前記第3のトランジスタのゲートに印加される電位を入射光に応じて変更し、前記第3のトランジスタの抵抗値を変更することを特徴とする半導体装置。
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