JP5948837B2 - 固体撮像素子及び電子機器 - Google Patents
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Description
1.第1の実施形態:基板に透明電極が直接接触して形成された固体撮像素子の例
2.第2の実施形態:調光用積層膜が固体撮像素子上部に形成された例
3.第3の実施形態:オンチップレンズの直上にエレクトロクロミック層からなる調光用積層膜が形成された固体撮像素子の例
4.第4の実施形態:カラーフィルタの下層において、全画素共通にエレクトロクロミック層からなる調光用積層膜が形成された固体撮像素子の例
5.第5の実施形態:カラーフィルタの下層において、画素毎/画素列毎にエレクトロクロミック層からなる調光用積層膜が形成された固体撮像素子の例
6.第6の実施形態:カラーフィルタの下層において、所定の画素にのみエレクトロクロミック層からなる調光用積層膜が形成された固体撮像素子の例
7.第7の実施形態:カラーフィルタの下層において、液晶層からなる調光用積層膜が形成された固体撮像素子の例
8.第8の実施形態:オンチップレンズの直上に有機光電変換膜を有する光電変換層が形成された固体撮像素子の例
9.第9の実施形態:調光用積層膜が形成された固体撮像素子を備える電子機器
10.第10の実施形態:調光用積層膜からなる開口絞りを備える電子機器
11.第11の実施形態:調光用積層膜からなるシャッターを備える電子機器
図1に、本開示の第1の実施形態に係る固体撮像素子1の全体構成を示す。本実施形態例では、ノイズ低減の為に基板表面に透明電極が形成されたCCD型の固体撮像素子を例に説明をする。
図3に、本実施形態例で用いられる透明電極14の平面構成図を示す。図3に示すように、本実施形態例では、透明電極14はグラフェンからなる第1領域(以下、電極部31)と、複数の空隙(以下開口20)からなる第2領域を有し、フィルム状(シート状)に構成されている。本実施形態例において透明電極14として用いるグラフェンは、複数個の炭素原子が結合してなる多環芳香族分子から形成される材料であり、フィルム状とされている。このフィルム状のグラフェンは、炭素原子が互いに共有結合して形成されており、単層で構成されていると考えられ、一層分の厚みはおよそ0.3nmである。
Tm=100−Ti×A・・・(1)
で求めることができる。このとき、開口率A(%)は、開口径aと電極幅bとを用いて、
A={(a+b)2−a2}/(a+b)2・・・(2)
で表すことができる。
R={(2a+b)×R0}/{(a+b)×(1−p)}・・・(3)
ここで、aは開口径、bは電極幅、pはグラフェンからなる透明電極の開口率、R0は開口を設けない場合のグラフェンからなる透明電極の抵抗値である。
次に、本開示の第2の実施形態に係る固体撮像素子について説明する。図12は、本実施形態例の固体撮像素子21の断面構成図である。本実施形態例の固体撮像素子21は、樹脂パッケージ38内に設置された固体撮像素子本体29の光入射側に調光用積層膜27を設ける例である。
基板30は、半導体基板で構成されており、画素領域における光入射側にはフォトダイオードからなる光電変換部PDが画素毎に形成されている。
配線層36は、層間絶縁膜33を介して複数層(図13では2層)積層された配線32を有して構成され、光電変換部PDの上部を開口するように形成されている。
固体電解質層25としては、Ta系酸化物を用いることができる。
イオン貯蔵層26は、調光反応材料層であり、いわゆるエレクトロクロミック材料で構成される。イオン貯蔵層26には、代表的なものとして酸化タングステンを用いることができる。
D=(1+x)Lb(%)・・・・(4)
で表すことができる。
次に、本開示の第3の実施形態に係る固体撮像素子について説明する。図17は、本実施形態例の固体撮像素子40の要部の断面構成図である。図17に示す固体撮像素子40は、図12の固体撮像素子本体29に相当するものであるが、ここでは固体撮像素子として説明する(以降の実施形態についても同様)。本実施形態例の固体撮像素子40は、オンチップレンズ35の直上に調光用積層膜27を有する例である。図17において、図12に対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。
その他、第1及び第2の実施形態と同様の効果を得ることができる。
次に、本開示の第4の実施形態に係る固体撮像素子について説明する。図18は、本実施形態例の固体撮像素子50の要部の断面構成図である。本実施形態例の固体撮像素子50は、カラーフィルタ層34の下層に調光用積層膜27が形成される例である。図18において、図17に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。
次に、本開示の第5の実施形態に係る固体撮像素子について説明する。図21は、本実施形態例の固体撮像素子60の要部の断面構成図である。本実施形態例の固体撮像素子60は、第4の実施形態の固体撮像素子50において、第1透明電極22をパターニングし、画素毎に透過率を可変できるようにした例である。図21において図18に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。
その他、第1〜第4の実施形態と同様の効果を得ることができる。
このように、第1透明電極のパターニング例は、画素毎、又は画素列ごとに限られるものではなく、種々の変更が可能である。
次に、本開示の第6の実施形態に係る固体撮像素子について説明する。図25は、本実施形態例の固体撮像素子70の要部の断面構成図である。本実施形態例の固体撮像素子70は、第4の実施形態において、調光用積層膜が緑色画素にのみ形成される例である。
そして、本実施形態例では、調光用積層膜が77形成されない画素においては、配線層36上部に、調光用積層膜77との段差を埋め込むように、光を透過する樹脂層71が埋め込まれて形成されている。樹脂層71としては、ポリスチレン系樹脂や、アクリル樹脂を用いることができる。これにより、調光用積層膜77が形成された部分とされない部分との高低差が低減され、カラーフィルタ層34が形成される面は平坦になされる。
その他、第1〜第5の実施形態と同様の効果を得ることができる。
次に、本開示の第7の実施形態に係る固体撮像素子について説明する。図27は、本実施形態例の固体撮像素子80の要部の断面構成図である。本実施形態例の固体撮像素子80は、第4の実施形態に係る固体撮像素子50において、調光用積層膜27の調光反応材料として液晶層を用いる例である。図27において、図18に対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。
液晶層84を構成する液晶は、通常用いられる液晶を用いることができ、第1透明電極22と第2透明電極23との間に印加される電位によりその配向が変化する。そして、液晶層84の配向が変化することにより透過率が変化するので、光電変換部PDに透過する光を調整することができる。
なお、本実施形態例においても、図22、図23、図26に示したように、第1透明電極22を画素毎、画素列毎等に分離して形成することもでき、種々の変更が可能である。
次に、本開示の第8の実施形態に係る固体撮像素子について説明する。図28は、本実施形態例の固体撮像素子90の要部の断面構成図である。本実施形態例の固体撮像素子90は、オンチップレンズ35上部に、有機光電変換膜91を備える光電変換層94が形成される例である。図28において、図17に対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。
また、有機光電変換膜91は、緑色の光に応じて光電変換可能な材料で構成されており、例えばローダーミン系色素、メラシアニン系色素、キナクリドン等を含む有機材料をで形成されている。
なお、固体撮像素子はワンチップとして形成された形態であってもよいし、画素領域と、信号処理部または光学系とがまとめてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態であってもよい。
次に、本開示の第9の実施形態に係る電子機器について説明する。図29は、本開示の第9の実施形態に係る電子機器100の概略構成図である。
次に、本開示の第10の実施形態に係る電子機器について説明する。図30は、本実施形態例の電子機器200の概略構成図である。本実施形態例の電子機器200は、開口絞り203として調光用積層膜227を用いる例である。図30において、図29に対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。
なお、本実施形態例では、固体撮像素子103は、第1〜第8の実施形態に係る固体撮像素子を用いても良く、また、一般的な固体撮像素子を用いても良いものであり、本実施形態例において、固体撮像素子103の構成に制限はない。
次に、本開示の第11の実施形態に係る電子機器について説明する。図31は、本実施形態例の電子機器の概略構成図である。本実施形態例の電子機器300は、シャッタ装置302として、調光用積層膜327を用いる例である。図31において、図29に対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。
(1)
基板と、
前記基板に形成され、入射した光の光量に応じて信号電荷を生成する光電変換部と、
前記基板上部に形成された透明電極であって、ナノカーボン材料からなる第1領域と、前記第1領域に接するとともに前記第1領域よりも光透過率の高い第2領域とを含む透明電極と
を備える固体撮像素子。
(2)
前記第2領域は、空隙、酸化グラフェン、または透明ポリマー材料からなる
(1)に記載の固体撮像素子。
(3)
前記第2領域は、空隙からなり、前記空隙の開口径は単位画素の面積よりも小さい
(1)又は(2)に記載の固体撮像素子。
(4)
前記第1領域の最狭部の幅が、10nmよりも大きくなっている
(1)〜(3)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(5)
前記基板の光入射側に入射する光の光量を調節する調光用積層膜が形成されており、
前記調光用積層膜は、印加電圧に基づいて透過率が変化する調光反応材料層と、前記調光反応材料層を挟時する第1及び第2透明電極で構成され、前記第1及び第2透明電極の少なくとも一方は、ナノカーボン材料からなる前記透明電極で構成されている
(1)〜(4)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(6)
(5)に記載の固体撮像素子において、
前記基板の光入射側に順に形成されたカラーフィルタ層、オンチップレンズとを備え、
前記調光用積層膜は、オンチップレンズよりも光入射側に配置されている
固体撮像素子。
(7)
(5)に記載の固体撮像素子において、
前記基板の光入射側に順に形成されたカラーフィルタ層、オンチップレンズとを備え、
前記調光用積層膜は、前記基板と前記カラーフィルタ層との間に形成されている
固体撮像素子。
(8)
前記第1透明電極には、前記光電変換部で生成された信号電荷を検出する蓄積電荷検出回路が接続されており、前記第1透明電極には、前記光電変換部で生成された信号電荷に基づく電圧が印加される
(5)に記載の固体撮像素子。
(9)
前記第1透明電極は、所定の画素毎に分離して形成されている
(5)〜(8)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(10)
前記調光用積層膜は、所定の画素に対応する光電変換部上部にのみ形成されている
(5)〜(8)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(11)
前記透明電極は、単層又は複数層のフィルム状のナノカーボン材料で構成されている
(1)〜(10)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(12)
前記透明電極は、複数層のフィルム状のナノカーボン材料で構成され、各層の第2領域は、互いに正対しないようにレイアウトされている
(1)〜(11)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(13)
前記透明電極に形成された空隙は、有効画素領域にのみ形成され、黒基準画素領域には形成されていない
(1)〜(12)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(14)
前記調光反応材料層は、エレクトロクロミック材料で構成される
(5)〜(13)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(15)
前記調光反応材料層は、液晶層で構成される
(5)〜(13)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(16)
前記基板の光入射側に入射する光の光量に応じた信号電荷を生成する光電変換層が形成されており、
前記光電変換層は、所定の波長の光を吸収する有機光電変換膜と、前記有機光電変換膜を挟持する第1及び第2透明電極で構成され、前記第1及び第2透明電極の少なくとも一方は、ナノカーボン材料からなる前記透明電極で構成されている
(1)〜(15)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(17)
前記ナノカーボン材料はグラフェンである
(1)〜(16)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(18)
前記透明電極には、所望の添加物が添加されている
(1)〜(17)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(19)
光学レンズと、
基板と、基板に形成され、入射した光の光量に応じて信号電荷を生成する光電変換部と、前記基板上部に形成されたナノカーボン材料からなる透明電極であって、複数の開口を有する透明電極とを備える固体撮像素子であって、前記光学レンズに集光された光が入射される固体撮像素子と、
前記固体撮像素子から出力される出力信号を処理する信号処理回路と
を含む電子機器。
(20)
光学レンズと、
基板と、基板に形成され、入射した光の光量に応じて信号電荷を生成する光電変換部とを備える固体撮像素子と、
前記光学レンズと前記固体撮像素子との間の光路上に形成され、前記光学レンズからの光束を調整する開口絞りであって、印加電圧に基づいて透過率が変化する調光反応材料層と、前記調光反応材料層を挟時する第1及び第2透明電極とで構成された開口絞りと、
前記固体撮像素子から出力される出力信号を処理する信号処理回路と、
を含み、
前記第1及び第2透明電極の少なくとも一方の透明電極は複数の開口を有するナノカーボン材料からなる透明電極で構成されている
電子機器。
(21)
光学レンズと、
基板と、基板に形成され、入射した光の光量に応じて信号電荷を生成する光電変換部とを備える固体撮像素子と、
前記光学レンズと前記固体撮像素子との間の光路上に形成され、前記光電変換部への露光時間を制御するシャッタ装置であって、印加電圧に基づいて透過率が変化する調光反応材料層と、前記調光反応材料層を挟時する第1及び第2透明電極とで構成されたシャッタ装置と、
前記固体撮像素子から出力される出力信号を処理する信号処理回路と、
を含み、
前記第1及び第2透明電極の少なくとも一方の透明電極は複数の開口を有するナノカーボン材料からなる透明電極で構成されている
電子機器。
Claims (19)
- 基板と、
前記基板に形成され、入射した光の光量に応じて信号電荷を生成する光電変換部と、
前記基板上部に形成された透明電極であって、ナノカーボン材料からなる第1領域と、前記第1領域に接するとともに前記第1領域よりも光透過率の高い第2領域とを含む透明電極とを備え、
前記透明電極は、複数層のフィルム状のナノカーボン材料で構成され、各層の前記第2領域は、互いに正対しないようにレイアウトされている
を備える固体撮像素子。 - 前記第2領域は、空隙、酸化グラフェン、または透明ポリマー材料からなる
請求項1に記載の固体撮像素子。 - 前記第2領域は、空隙からなり、前記空隙の開口径は単位画素の面積よりも小さい
請求項1または2に記載の固体撮像素子。 - 前記第1領域の最狭部の幅が、10nmよりも大きくなっている
請求項1〜3の何れか1項に記載の固体撮像素子。 - 前記基板の光入射側に入射する光の光量を調節する調光用積層膜が形成されており、
前記調光用積層膜は、印加電圧に基づいて透過率が変化する調光反応材料層と、前記調光反応材料層を挟時する第1及び第2透明電極で構成され、前記第1及び第2透明電極の少なくとも一方は、ナノカーボン材料からなる前記透明電極で構成されている
請求項1〜4の何れか1項に記載の固体撮像素子。 - 請求項5に記載の固体撮像素子において、
前記基板の光入射側に順に形成されたカラーフィルタ層、オンチップレンズとを備え、
前記調光用積層膜は、オンチップレンズよりも光入射側に配置されている
固体撮像素子。 - 請求項5に記載の固体撮像素子において、
前記基板の光入射側に順に形成されたカラーフィルタ層、オンチップレンズとを備え、
前記調光用積層膜は、前記基板と前記カラーフィルタ層との間に形成されている
固体撮像素子。 - 前記第1透明電極には、前記光電変換部で生成された信号電荷を検出する蓄積電荷検出回路が接続されており、前記第1透明電極には、前記光電変換部で生成された信号電荷に基づく電圧が印加される
請求項5に記載の固体撮像素子。 - 前記第1透明電極は、所定の画素毎に分離して形成されている
請求項5〜8の何れか1項に記載の固体撮像素子。 - 前記調光用積層膜は、所定の画素に対応する光電変換部上部にのみ形成されている
請求項5〜8の何れか1項に記載の固体撮像素子。 - 前記透明電極に形成された空隙は、有効画素領域にのみ形成され、黒基準画素領域には形成されていない
請求項2または3に記載の固体撮像素子。 - 前記調光反応材料層は、エレクトロクロミック材料で構成される
請求項5〜10の何れか1項に記載の固体撮像素子。 - 前記調光反応材料層は、液晶層で構成される
請求項5〜10の何れか1項に記載の固体撮像素子。 - 前記基板の光入射側に入射する光の光量に応じた信号電荷を生成する光電変換層が形成されており、
前記光電変換層は、所定の波長の光を吸収する有機光電変換膜と、前記有機光電変換膜を挟持する第1及び第2透明電極で構成され、前記第1及び第2透明電極の少なくとも一方は、ナノカーボン材料からなる前記透明電極で構成されている
請求項1〜13の何れか1項に記載の固体撮像素子。 - 前記ナノカーボン材料はグラフェンである
請求項1〜14の何れか1項に記載の固体撮像素子。 - 前記透明電極は、所望の添加物が添加されている
請求項1〜15の何れか1項に記載の固体撮像素子。 - 光学レンズと、
基板と、基板に形成され、入射した光の光量に応じて信号電荷を生成する光電変換部と、前記基板上部に形成されたナノカーボン材料からなる透明電極であって、複数の開口を有する透明電極とを備える固体撮像素子であって、前記光学レンズに集光された光が入射される固体撮像素子と、
前記固体撮像素子から出力される出力信号を処理する信号処理回路とを含み、
前記透明電極は、複数層のフィルム状のナノカーボン材料で構成され、各層はナノカーボン材料からなる第1領域と、前記開口からなり前記第1領域に接するとともに前記第1領域よりも光透過率の高い第2領域とを含み、各層の前記第2領域は、互いに正対しないようにレイアウトされている
電子機器。 - 光学レンズと、
基板と、基板に形成され、入射した光の光量に応じて信号電荷を生成する光電変換部とを備える固体撮像素子と、
前記光学レンズと前記固体撮像素子との間の光路上に形成され、前記光学レンズからの光束を調整する開口絞りであって、印加電圧に基づいて透過率が変化する調光反応材料層と、前記調光反応材料層を挟時する第1及び第2透明電極とで構成された開口絞りと、
前記固体撮像素子から出力される出力信号を処理する信号処理回路とを含み、
前記第1及び第2透明電極の少なくとも一方の透明電極は複数の開口を有するナノカーボン材料からなる透明電極で構成され、
前記透明電極は、複数層のフィルム状のナノカーボン材料で構成され、各層はナノカーボン材料からなる第1領域と、前記開口からなり前記第1領域に接するとともに前記第1領域よりも光透過率の高い第2領域とを含み、各層の前記第2領域は、互いに正対しないようにレイアウトされている
電子機器。 - 光学レンズと、
基板と、基板に形成され、入射した光の光量に応じて信号電荷を生成する光電変換部とを備える固体撮像素子と、
前記光学レンズと前記固体撮像素子との間の光路上に形成され、前記光電変換部への露光時間を制御するシャッタ装置であって、印加電圧に基づいて透過率が変化する調光反応材料層と、前記調光反応材料層を挟時する第1及び第2透明電極とで構成されたシャッタ装置と、
前記固体撮像素子から出力される出力信号を処理する信号処理回路とを含み、
前記第1及び第2透明電極の少なくとも一方の透明電極は複数の開口を有するナノカーボン材料からなる透明電極で構成され、
前記透明電極は、複数層のフィルム状のナノカーボン材料で構成され、各層はナノカーボン材料からなる第1領域と、前記開口からなり前記第1領域に接するとともに前記第1領域よりも光透過率の高い第2領域とを含み、各層の前記第2領域は、互いに正対しないようにレイアウトされている
電子機器。
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