JP6783839B2 - Photoelectric conversion device and imaging system - Google Patents

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Description

本発明は光電変換装置、および、撮像システムに関する。 The present invention relates to a photoelectric conversion device and an imaging system.

カメラのイメージセンサ等に用いられる光電変換装置として、MIS型(Metal Insulator Semiconductor)の光電変換装置が提案されている。特許文献1の図1に記載の光電変換装置では、光電変換膜の上には透明電極が配され、光電変換膜の下には画素電極が配される。光電変換膜と画素電極との間には、絶縁膜が配されている。特許文献1によれば、このような構成により相関二重サンプリング(Correlated Double Sampling)が可能となるため、ノイズを低減できると記載されている。 As a photoelectric conversion device used for an image sensor of a camera or the like, a MIS type (Metal Insulator Semiconductor) photoelectric conversion device has been proposed. In the photoelectric conversion device described in FIG. 1 of Patent Document 1, a transparent electrode is arranged above the photoelectric conversion film, and a pixel electrode is arranged below the photoelectric conversion film. An insulating film is arranged between the photoelectric conversion film and the pixel electrode. According to Patent Document 1, it is described that noise can be reduced because correlated double sampling (Correlated Double Sampling) is possible by such a configuration.

特許文献1には、光電変換膜に、化合物半導体、シリコン結晶、イオン結合系結晶などを用いることができるとされている。特許文献2には、光電変換膜にアモルファスシリコンや有機材料などの光吸収係数の大きな材料を用いることが記載されている。特許文献2によれば、これらの材料を用いることで高感度化が可能であるとされている。 Patent Document 1 states that a compound semiconductor, a silicon crystal, an ionic bond crystal, or the like can be used as the photoelectric conversion film. Patent Document 2 describes that a material having a large light absorption coefficient, such as amorphous silicon or an organic material, is used for the photoelectric conversion film. According to Patent Document 2, high sensitivity can be achieved by using these materials.

WO2012/004923号公報WO2012 / 004923 特開2011−228621号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-228621

特許文献1あるいは特許文献2に開示された光電変換装置は、ノイズの低減という観点で更に検討が必要である。特許文献1あるいは特許文献2に開示された光電変換膜は、多くの欠陥準位を含むためである。 The photoelectric conversion device disclosed in Patent Document 1 or Patent Document 2 needs further study from the viewpoint of noise reduction. This is because the photoelectric conversion film disclosed in Patent Document 1 or Patent Document 2 contains many defect levels.

例えば、欠陥準位によって発生する暗電流がノイズの原因となりうる。あるいは、欠陥準位が存在すると空乏化が困難になる。そのため、光電変換膜からの信号を読み出す時に光電変換膜が十分に空乏化されず、その結果、光電変換膜から排出されない電荷が光電変換膜に残る可能性がある。光電変換膜からの信号を読み出す時に光電変換膜に電荷が残ると、出力される信号にノイズが生じる可能性がある。 For example, the dark current generated by the defect level can cause noise. Alternatively, the presence of defect levels makes depletion difficult. Therefore, when the signal from the photoelectric conversion film is read out, the photoelectric conversion film is not sufficiently depleted, and as a result, the electric charge not discharged from the photoelectric conversion film may remain on the photoelectric conversion film. If charges remain on the photoelectric conversion film when reading a signal from the photoelectric conversion film, noise may occur in the output signal.

このような課題に鑑み、本発明は、光電変換装置においてノイズの低減を可能とすることを目的とする。 In view of such problems, it is an object of the present invention to make it possible to reduce noise in a photoelectric conversion device.

本発明の1つの側面に係る実施例の光電変換装置は、光電変換部と、前記光電変換部で生じた信号を出力する増幅部とを含む画素を備えた光電変換装置であって、前記光電変換部は、第1の電極と、第2の電極と、前記第1の電極および前記第2の電極の間に配された光電変換層と、前記光電変換層および前記第2の電極の間に配された絶縁層と、を含み、前記光電変換層が量子ドットを含む、ことを特徴とする。 The photoelectric conversion device of the embodiment according to one aspect of the present invention is a photoelectric conversion device including a pixel including a photoelectric conversion unit and an amplification unit that outputs a signal generated by the photoelectric conversion unit. The conversion unit is between the first electrode, the second electrode, the photoelectric conversion layer arranged between the first electrode and the second electrode, and the photoelectric conversion layer and the second electrode. It is characterized in that the photoelectric conversion layer contains quantum dots, including an insulating layer arranged in the above.

本発明の別の側面に係る実施例の光電変換装置は、光電変換部と、前記光電変換部で生じた信号を出力する増幅部とを含む画素を備えた光電変換装置であって、前記光電変換部は、第1の電極と、第2の電極と、前記第1の電極および前記第2の電極の間に配された光電変換層と、前記光電変換層および前記第2の電極の間に配された絶縁層と、を含み、前記光電変換層は、第1の部材と、前記第1の部材に配された1nmから20nmの範囲に含まれる粒径を有する複数の粒子とを含む、ことを特徴とする。 The photoelectric conversion device of the embodiment according to another aspect of the present invention is a photoelectric conversion device including a pixel including a photoelectric conversion unit and an amplification unit that outputs a signal generated by the photoelectric conversion unit. The conversion unit is between the first electrode, the second electrode, the photoelectric conversion layer arranged between the first electrode and the second electrode, and the photoelectric conversion layer and the second electrode. The photoelectric conversion layer includes a first member and a plurality of particles having a particle size in the range of 1 nm to 20 nm arranged in the first member. , Characterized by.

本発明によれば、ノイズを低減することができる。 According to the present invention, noise can be reduced.

光電変換装置の画素の構成を模式的に示す図。The figure which shows typically the structure of the pixel of the photoelectric conversion apparatus. 光電変換装置の全体の構成を模式的に示す図。The figure which shows typically the whole structure of the photoelectric conversion apparatus. 光電変換装置の列回路の等価回路を示す図。The figure which shows the equivalent circuit of the column circuit of a photoelectric conversion device. 光電変換装置の平面構造を模式的に示す図。The figure which shows typically the planar structure of the photoelectric conversion device. 光電変換装置の断面構造を模式的に示す図。The figure which shows typically the cross-sectional structure of a photoelectric conversion device. 光電変換装置の光電変換部のポテンシャルを模式的に示す図。The figure which shows typically the potential of the photoelectric conversion part of a photoelectric conversion device. 光電変換装置に用いられる駆動信号のタイミングチャートを示す図。The figure which shows the timing chart of the drive signal used for a photoelectric conversion device. 光電変換装置の画素の構成を模式的に示す図。The figure which shows typically the structure of the pixel of the photoelectric conversion apparatus. 光電変換装置の全体の構成を模式的に示す図。The figure which shows typically the whole structure of the photoelectric conversion apparatus. 光電変換装置の平面構造を模式的に示す図。The figure which shows typically the planar structure of the photoelectric conversion device. 光電変換装置の断面構造を模式的に示す図。The figure which shows typically the cross-sectional structure of a photoelectric conversion device. 光電変換装置の光電変換部のポテンシャルを模式的に示す図。The figure which shows typically the potential of the photoelectric conversion part of a photoelectric conversion device. 光電変換装置に用いられる駆動信号のタイミングチャートを示す図。The figure which shows the timing chart of the drive signal used for a photoelectric conversion device. 光電変換装置の画素の構成を模式的に示す図。The figure which shows typically the structure of the pixel of the photoelectric conversion apparatus. 光電変換装置に用いられる駆動信号のタイミングチャートを示す図。The figure which shows the timing chart of the drive signal used for a photoelectric conversion device. 光電変換装置の画素の構成を模式的に示す図。The figure which shows typically the structure of the pixel of the photoelectric conversion apparatus. 光電変換装置に用いられる駆動信号のタイミングチャートを示す図。The figure which shows the timing chart of the drive signal used for a photoelectric conversion device. 光電変換装置の画素の構成を模式的に示す図。The figure which shows typically the structure of the pixel of the photoelectric conversion apparatus. 光電変換装置に用いられる駆動信号のタイミングチャートを示す図。The figure which shows the timing chart of the drive signal used for a photoelectric conversion device. 光電変換装置の画素の構成を模式的に示す図。The figure which shows typically the structure of the pixel of the photoelectric conversion apparatus. 光電変換層の構造を模式的に示す図。The figure which shows typically the structure of the photoelectric conversion layer. 光電変換システムの実施例のブロック図。The block diagram of the Example of a photoelectric conversion system.

本発明に係る1つの実施形態は、光電変換装置である。光電変換装置に含まれる画素は、光電変換部と、光電変換部で生じた信号を増幅する増幅部とを含む。光電変換装置は複数の画素を含んでもよい。このような光電変換装置は、例えばイメージセンサである。あるいは、光電変換装置は画素を1つだけ含んでもよい。このような光電変換装置は、例えば光検知器である。図1に画素100、光電変換部101、および、増幅トランジスタ104が例示されている。 One embodiment of the present invention is a photoelectric conversion device. The pixels included in the photoelectric conversion device include a photoelectric conversion unit and an amplification unit that amplifies a signal generated by the photoelectric conversion unit. The photoelectric conversion device may include a plurality of pixels. Such a photoelectric conversion device is, for example, an image sensor. Alternatively, the photoelectric conversion device may include only one pixel. Such a photoelectric conversion device is, for example, a photodetector. FIG. 1 illustrates a pixel 100, a photoelectric conversion unit 101, and an amplification transistor 104.

光電変換部は、第1の電極と、第2の電極と、第1の電極および第2の電極の間に配された光電変換層と、光電変換層と第2の電極との間に配された絶縁層と、を含む。このような構成により、光電変換部は、入射光によって生じた電荷を、信号電荷として蓄積することができる。また、光電変換部を含む画素回路に供給される電圧を制御することによって、光電変換部からの信号を読み出すことができる。図1において、第1の電極201、光電変換層205、絶縁層207、および、第2の電極209が例示されている。 The photoelectric conversion unit is arranged between the first electrode, the second electrode, the photoelectric conversion layer arranged between the first electrode and the second electrode, and the photoelectric conversion layer and the second electrode. Including an insulating layer. With such a configuration, the photoelectric conversion unit can accumulate the electric charge generated by the incident light as a signal electric charge. Further, the signal from the photoelectric conversion unit can be read out by controlling the voltage supplied to the pixel circuit including the photoelectric conversion unit. In FIG. 1, the first electrode 201, the photoelectric conversion layer 205, the insulating layer 207, and the second electrode 209 are exemplified.

光電変換層は量子ドットを含む。図21に、量子ドット10が例示されている。量子ドットは、例えば、1nmから20nmの範囲に含まれる粒径を有する粒子である。いくつかの実施形態では、光電変換層が、量子ドットとは異なる材料で形成された部材を含む。そして、当該部材の中に量子ドットが分散している。他のいくつかの実施形態では、光電変換層が、量子ドットを被覆する被覆層を含む。他のいくつかの実施形態では、光電変換層が、量子ドットを埋め込むための埋め込み層を含む。図21に、量子ドットとは異なる材料で形成された部材11、被覆層12、および、埋め込み層14が例示されている。これらをまとめて量子ドットが配される部材と呼ぶ。 The photoelectric conversion layer contains quantum dots. FIG. 21 illustrates the quantum dot 10. Quantum dots are, for example, particles having a particle size in the range of 1 nm to 20 nm. In some embodiments, the photoelectric conversion layer comprises a member made of a material different from the quantum dots. Then, the quantum dots are dispersed in the member. In some other embodiments, the photoelectric conversion layer comprises a coating layer that covers the quantum dots. In some other embodiments, the photoelectric conversion layer includes an embedding layer for embedding quantum dots. FIG. 21 illustrates a member 11, a coating layer 12, and an embedded layer 14 made of a material different from the quantum dots. These are collectively called a member on which quantum dots are arranged.

このような構成によれば、光電変換によって生じた電荷が光電変換層に蓄積される。そして、信号を読み出すときには、複数の量子ドットを介して蓄積された電荷を第1の電極に排出することができる。 According to such a configuration, the electric charge generated by the photoelectric conversion is accumulated in the photoelectric conversion layer. Then, when reading the signal, the electric charge accumulated through the plurality of quantum dots can be discharged to the first electrode.

光電変換層が量子ドットを含む構成によれば、光電変換層の欠陥準位を低減することができる。量子ドットのサイズが小さいために、その内部の格子欠陥を少なくすることができるからである。結果として、ノイズを低減することができる。 According to the configuration in which the photoelectric conversion layer includes quantum dots, the defect level of the photoelectric conversion layer can be reduced. This is because the size of the quantum dot is small, so that the lattice defects inside the quantum dot can be reduced. As a result, noise can be reduced.

いくつかの実施形態では、量子ドットの材料は、スズ(Sn)、鉛(Pb)および銅(Cu)などのIV族の元素の少なくとも1つと、酸素(O)、硫黄(S)、セレン(Se)およびテルル(Te)などのVI族の元素の少なくとも1つと、を含む化合物である。例えば、量子ドットの材料は、PbS、PbSe、PbTe、あるいは、CuOであってもよい。本明細書では、これらの化合物をIV−VI族化合物と呼ぶ。 In some embodiments, the material of the quantum dots is at least one of the Group IV elements such as tin (Sn), lead (Pb) and copper (Cu), and oxygen (O), sulfur (S), selenium ( It is a compound containing at least one of the elements of Group VI, such as Se) and tellurium (Te). For example, the material of the quantum dots may be PbS, PbSe, PbTe, or CuO. In the present specification, these compounds are referred to as group IV-VI compounds.

いくつかの実施形態では、量子ドットの材料は、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)およびタリウム(Tl)などのIII族の元素の少なくとも1つと、窒素(N)、リン(P)、砒素およびアンチモン(Sb)などのV族の元素の少なくとも1つと、を含む化合物である。例えば、量子ドットの材料は、BN、GaAs、GaP、AlSb、InSb、InAs、あるいは、InGaAsであってもよい。本明細書では、これらの化合物をIII−V族化合物と呼ぶ。 In some embodiments, the material of the quantum dots is at least one of the group III elements such as boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In) and thallium (Tl), and nitrogen ( It is a compound containing at least one of the group V elements such as N), phosphorus (P), arsenic and antimony (Sb). For example, the material of the quantum dots may be BN, GaAs, GaP, AlSb, InSb, InAs, or InGaAs. In the present specification, these compounds are referred to as Group III-V compounds.

いくつかの実施形態では、量子ドットの材料は、亜鉛(Zn)、カドミウム(Cd)および水銀(Hg)などのII族の元素の少なくとも1つと、酸素(O)、硫黄(S)、セレン(Se)およびテルル(Te)などのVI族の元素の少なくとも1つと、を含む化合物である。例えば、量子ドットの材料は、CdSe、CdTe、ZnS、あるいは、HgTeであってもよい。これらの化合物をII−VI族化合物と呼ぶ。 In some embodiments, the material of the quantum dots is at least one of the Group II elements such as zinc (Zn), cadmium (Cd) and mercury (Hg), and oxygen (O), sulfur (S), selenium (S). A compound containing at least one of the VI group elements such as Se) and tellurium (Te). For example, the material of the quantum dots may be CdSe, CdTe, ZnS, or HgTe. These compounds are called II-VI group compounds.

いくつかの実施形態では、量子ドットの材料に、炭素(C)、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)などのIV族の元素が用いられる。 In some embodiments, Group IV elements such as carbon (C), silicon (Si), and germanium (Ge) are used as the material for the quantum dots.

量子ドットの材料としては、PbS、PbSe、PbTe、CdS、CdSe、CdTe、C、Si、Geなどが好適である。このような構成によれば、ノイズをより低減することができる。 As the material of the quantum dots, PbS, PbSe, PbTe, CdS, CdSe, CdTe, C, Si, Ge and the like are suitable. According to such a configuration, noise can be further reduced.

量子ドットが配される部材の材料は、半導体材料、絶縁体材料、または、導電材料である。具体的に、量子ドットが配される部材の材料は、PbSO4、PbO、PbSeO4、SiO、SiN、SiON、In2O3、硫黄(S)、硫黄(S)を含む化合物、炭素(C)、および、炭素(C)を含む化合物などから選択されうる。このような構成によれば、感度を向上させることができる。他にも、量子ドットが配される部材の材料は、AlAs、AlGaAs、AlGaAs、GaAs、GaSb、AlSbなどから選択されうる。もしくは、量子ドットが分散される部材に、真性のシリコン(Si)、あるいは、低濃度の不純物がドープされたシリコン(Si)を用いてもよい。もしくは、量子ドットが分散した有機樹脂を用いてもよい。 The material of the member on which the quantum dots are arranged is a semiconductor material, an insulator material, or a conductive material. Specifically, the materials of the members on which the quantum dots are arranged are PbSO4, PbO, PbSeO4, SiO, SiN, SiON, In2O3, sulfur (S), compounds containing sulfur (S), carbon (C), and carbon. It can be selected from compounds containing (C) and the like. According to such a configuration, the sensitivity can be improved. In addition, the material of the member on which the quantum dots are arranged can be selected from AlAs, AlGaAs, AlGaAs, GaAs, GaSb, AlSb and the like. Alternatively, intrinsic silicon (Si) or silicon (Si) doped with low-concentration impurities may be used for the member in which the quantum dots are dispersed. Alternatively, an organic resin in which quantum dots are dispersed may be used.

量子ドットが配される部材のバンドギャップは、量子ドットのバンドギャップと異なる。例えば、当該部材のバンドギャップが、量子ドットのバンドギャップよりも広い。このような構成によれば、光電変換により発生したキャリアを量子ドットに閉じ込めるためのポテンシャルが形成される。 The bandgap of the member on which the quantum dots are arranged is different from the bandgap of the quantum dots. For example, the bandgap of the member is wider than the bandgap of the quantum dots. According to such a configuration, a potential for confining the carriers generated by the photoelectric conversion in the quantum dots is formed.

また、量子ドットは、同じ材料で形成されたバルク構造のバンドギャップに比べて、大きなバンドギャップを有しうる。そのため、シリコン(Si)のバンドギャップと同程度か、もしくは、それよりも小さいバンドギャップを有する材料が、量子ドットに用いられることが好ましい。具体的には、バンドギャップが1.12eV(electron volt)以下であることが好ましい。例えば、PbS、PbSe、PbTe、C、Si、Geなどが好適である。このような構成によれば、赤色光などの長波長の光に対する感度を向上させることができる。 Also, quantum dots can have a larger bandgap than the bandgap of a bulk structure made of the same material. Therefore, it is preferable that a material having a bandgap equal to or smaller than the bandgap of silicon (Si) is used for the quantum dots. Specifically, it is preferable that the band gap is 1.12 eV (electron volt) or less. For example, PbS, PbSe, PbTe, C, Si, Ge and the like are suitable. According to such a configuration, the sensitivity to long wavelength light such as red light can be improved.

なお、本明細書において、ある材料のバンドギャップとは、当該材料を単体で用いてバルク構造を形成したときのバンドギャップを意味する。量子ドットに用いられる材料のバンドギャップを測定する方法の例を説明する。まず、量子ドットに用いられる材料を特定する。次に、特定した材料と同じ材料でサンプルを作製し、当該サンプルが吸収することができる光の波長を測定する。吸収した光のうち最も長い波長Lを、E=h/Lを用いてエネルギーEに換算する。hはプランク定数である。得られたエネルギーEがバンドギャップである。 In the present specification, the band gap of a certain material means the band gap when the bulk structure is formed by using the material alone. An example of a method for measuring the band gap of a material used for quantum dots will be described. First, the materials used for quantum dots are specified. Next, a sample is prepared from the same material as the specified material, and the wavelength of light that can be absorbed by the sample is measured. The longest wavelength L of the absorbed light is converted into energy E using E = h / L. h is Planck's constant. The obtained energy E is the band gap.

また、量子ドットの周囲にシェルが形成されてもよい。これにより、量子効率を向上させることができる。量子ドットのサイズは小さいため、量子ドットに含まれる半分以上の原子が量子ドットの表面に配置される場合がある。表面に配置された原子のダングリングボンドが、欠陥準位を形成する可能性がある。したがって、量子ドットの表面には、多くの欠陥準位が生じる可能性がある。欠陥準位が多いと、電子とホールの再結合が起きやすくなり、結果として、量子効率が低下する可能性がある。量子ドットの周囲にシェルを形成することにより、量子ドットの表面のダングリングボンドを低減することができる。したがって、量子効率を向上させることができる。 In addition, a shell may be formed around the quantum dots. Thereby, the quantum efficiency can be improved. Since the size of a quantum dot is small, more than half of the atoms contained in the quantum dot may be arranged on the surface of the quantum dot. Dangling bonds of atoms placed on the surface can form defect levels. Therefore, many defect levels can occur on the surface of quantum dots. If there are many defect levels, electron-hole recombination is likely to occur, and as a result, quantum efficiency may decrease. By forming a shell around the quantum dots, dangling bonds on the surface of the quantum dots can be reduced. Therefore, the quantum efficiency can be improved.

例えば、疎水性のCdSeの量子ドットの表面にZnSをコートすることで、CdSeコアとZnSシェルのコアシェル構造を形成してもよい。あるいは、親水性のCdTeの量子ドットの表面にチオール化合物をコートしてもよい。これらの方法により、光を吸収したときに出来る励起子中の電子はコアの中又はその近傍に閉じ込められ、表面の影響を受けにくくなる。 For example, a core-shell structure of a CdSe core and a ZnS shell may be formed by coating the surface of hydrophobic CdSe quantum dots with ZnS. Alternatively, the surface of the hydrophilic CdTe quantum dots may be coated with a thiol compound. By these methods, the electrons in the excitons generated when light is absorbed are confined in or near the core, and are less affected by the surface.

また、コアの格子定数と、シェルの格子定数とは近いほうが好ましい。具体的には、両者の格子定数の比が0.9から1.1の範囲に含まれることがよい。このような構成によれば、格子欠陥を低減することができ、結果として、ノイズを低減することができる。 Further, it is preferable that the lattice constant of the core and the lattice constant of the shell are close to each other. Specifically, the ratio of the lattice constants of the two may be included in the range of 0.9 to 1.1. According to such a configuration, lattice defects can be reduced, and as a result, noise can be reduced.

また、量子ドットは、配位サイトとなりうる表面原子を持つ場合がある。このような量子ドットは高い反応性を有するため、凝集が起こりやすくなる。量子ドットの表面を安定させるために、量子ドットの表面をキャッピング部材でキャッピングしてもよい。このような構成によれば、量子ドットの凝集を防ぐことができる。結果として、感度が向上する。 In addition, quantum dots may have surface atoms that can serve as coordination sites. Since such quantum dots have high reactivity, aggregation is likely to occur. In order to stabilize the surface of the quantum dot, the surface of the quantum dot may be capped with a capping member. According to such a configuration, it is possible to prevent the aggregation of quantum dots. As a result, sensitivity is improved.

キャッピング部材には、量子ドットの金属原子と共有結合する塩基や、有機ポリマーなどが用いられる。例えば、炭素数2〜炭素数30、好ましくは炭素数4〜炭素数20、更に好ましくは炭素数6〜炭素数18の直鎖構造、または、分岐構造を有する脂肪族炭化水素基を有する有機分子が用いられる。キャッピング部材が、カルボキシル基、アミノ基、アミド基、ニトリル基、水酸基、エーテル基、カルボニル基、スルフォニル基、ホスフォニル基またはメルカプト基等の官能基を有していてもよい。これらの官能基によれば、キャッピング部材の配位を容易に制御することができる。キャッピング部材は、配位のための官能基とは別の官能基を有していてもよい。 As the capping member, a base covalently bonded to a metal atom of a quantum dot, an organic polymer, or the like is used. For example, an organic molecule having an aliphatic hydrocarbon group having a linear structure or a branched structure having 2 to 30 carbon atoms, preferably 4 to 20 carbon atoms, and more preferably 6 to 18 carbon atoms. Is used. The capping member may have a functional group such as a carboxyl group, an amino group, an amide group, a nitrile group, a hydroxyl group, an ether group, a carbonyl group, a sulfonyl group, a phosphonyl group or a mercapto group. According to these functional groups, the coordination of the capping member can be easily controlled. The capping member may have a functional group different from the functional group for coordination.

また、1nmから20nmの範囲に含まれる粒径を有する量子ドットは、量子ドットの内部に電子を量子的にとじこめることができる。この量子閉じ込め効果により、量子ドットは粒径に依存したバンドギャップを有する。そのため、このような構成によれば、量子ドットのサイズに応じて、検出する光の波長を選択することができる。 Further, a quantum dot having a particle size in the range of 1 nm to 20 nm can quantumly confine an electron inside the quantum dot. Due to this quantum confinement effect, the quantum dots have a bandgap depending on the particle size. Therefore, according to such a configuration, the wavelength of the light to be detected can be selected according to the size of the quantum dots.

以下では、本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明する。本発明は以下に説明される実施例のみに限定されない。本発明の趣旨を超えない範囲で以下に説明される実施例の一部の構成が変更された変形例も、本発明の実施例である。また、以下のいずれかの実施例の一部の構成を、他の実施例に追加した例、あるいは他の実施例の一部の構成と置換した例も本発明の実施例である。 Hereinafter, examples of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to the examples described below. An embodiment of the present invention is also a modification in which a part of the configuration of the embodiment described below is modified without exceeding the gist of the present invention. Further, an example in which a part of the configuration of any of the following examples is added to another example or an example in which a part of the configuration of another example is replaced is also an example of the present invention.

図1(a)は本実施例の光電変換装置の画素100の構成を模式的に示している。画素100は、光電変換部101、リセットトランジスタ102、第1の容量103、増幅トランジスタ104、選択トランジスタ105を含む。図1(a)は1つの画素100だけを示しているが、本実施例の光電変換装置は複数の画素100を含む。また、図1(a)において、光電変換部101の断面構造が模式的に示している。 FIG. 1A schematically shows the configuration of the pixel 100 of the photoelectric conversion device of this embodiment. The pixel 100 includes a photoelectric conversion unit 101, a reset transistor 102, a first capacitance 103, an amplification transistor 104, and a selection transistor 105. Although FIG. 1A shows only one pixel 100, the photoelectric conversion device of this embodiment includes a plurality of pixels 100. Further, in FIG. 1A, the cross-sectional structure of the photoelectric conversion unit 101 is schematically shown.

光電変換部101は、第1の電極201、ブロッキング層203、光電変換層205、絶縁層207、および、第2の電極209を含む。第1の電極201は、図1(a)のノードAに含まれる。第2の電極209は、図1(a)のノードBに含まれる。第1の電極201は、電圧供給部110に接続される。電圧供給部110は、光電変換部101の第1の電極209に複数の電圧Vsを供給する。このような構成により、光電変換部101での信号電荷の蓄積、および、光電変換部101からの信号電荷の排出を行うことができる。なお、信号電荷の排出は、光電変換部101で生じた信号を読み出すために行われる。 The photoelectric conversion unit 101 includes a first electrode 201, a blocking layer 203, a photoelectric conversion layer 205, an insulating layer 207, and a second electrode 209. The first electrode 201 is included in the node A of FIG. 1 (a). The second electrode 209 is included in the node B of FIG. 1 (a). The first electrode 201 is connected to the voltage supply unit 110. The voltage supply unit 110 supplies a plurality of voltages Vs to the first electrode 209 of the photoelectric conversion unit 101. With such a configuration, the signal charge can be accumulated in the photoelectric conversion unit 101 and the signal charge can be discharged from the photoelectric conversion unit 101. The signal charge is discharged in order to read the signal generated by the photoelectric conversion unit 101.

電圧供給部110は、少なくとも第1の電圧Vs1、および、第1の電圧Vs1とは異なる第2の電圧Vs2を光電変換部101の第1の電極201に供給する。信号電荷がホールの場合、第2の電圧Vs2は第1の電圧Vs1より低い電圧である。信号電荷がホールの場合、例えば、第1の電圧Vs1は5Vであり、第2の電圧Vs2は0Vである。信号電荷が電子の場合、第2の電圧Vs2は第1の電圧Vs1より高い電圧である。信号電荷が電子の場合、例えば、第1の電圧Vs1が0Vであり、第2の電圧Vs2が5Vである。なお、本明細書では、特に断りがない限り、接地されたノードの電圧を基準の0Vとしている。 The voltage supply unit 110 supplies at least a first voltage Vs1 and a second voltage Vs2 different from the first voltage Vs1 to the first electrode 201 of the photoelectric conversion unit 101. When the signal charge is Hall, the second voltage Vs2 is lower than the first voltage Vs1. When the signal charge is Hall, for example, the first voltage Vs1 is 5V and the second voltage Vs2 is 0V. When the signal charge is an electron, the second voltage Vs2 is higher than the first voltage Vs1. When the signal charge is an electron, for example, the first voltage Vs1 is 0V and the second voltage Vs2 is 5V. In this specification, unless otherwise specified, the voltage of the grounded node is set to 0V as a reference.

図1(a)のノードBには、増幅トランジスタ104のゲートが含まれる。増幅トランジスタ104は増幅部であり、そして、増幅トランジスタ104のゲートは増幅部の入力ノードである。つまり、光電変換部101の第2の電極209は、増幅部に電気的に接続されている。このような構成により、増幅部が光電変換部101で生じた信号を増幅して出力することができる。 Node B in FIG. 1A includes a gate for the amplification transistor 104. The amplification transistor 104 is an amplification unit, and the gate of the amplification transistor 104 is an input node of the amplification unit. That is, the second electrode 209 of the photoelectric conversion unit 101 is electrically connected to the amplification unit. With such a configuration, the amplification unit can amplify and output the signal generated by the photoelectric conversion unit 101.

第2の電極209は、第1の容量103の第1の端子に電気的に接続される。本実施例では、第1の容量103の第1の端子はノードBに含まれる。つまり、第2の電極209と第1の容量103の第1の端子とは短絡されている。第1の容量103の第2の端子はノードCに含まれる。第2の端子は第1の端子と容量結合している。別の観点で言えば、ノードCは第1の容量103を介してノードBと容量結合している。第1の容量103の第2の端子(ノードC)には、所定の電圧が供給される。本実施例では、第1の容量103の第2の端子(ノードC)は接地されている。つまり、第1の容量103の第2の端子には0Vの電圧が供給されている。 The second electrode 209 is electrically connected to the first terminal of the first capacitance 103. In this embodiment, the first terminal of the first capacitance 103 is included in the node B. That is, the second electrode 209 and the first terminal of the first capacitance 103 are short-circuited. The second terminal of the first capacitance 103 is included in the node C. The second terminal is capacitively coupled to the first terminal. From another point of view, the node C is capacitively coupled to the node B via the first capacitance 103. A predetermined voltage is supplied to the second terminal (node C) of the first capacitance 103. In this embodiment, the second terminal (node C) of the first capacitance 103 is grounded. That is, a voltage of 0 V is supplied to the second terminal of the first capacity 103.

リセットトランジスタ102のドレインは、リセット電圧Vresが供給されたノードに接続される。リセットトランジスタ102のソースは、光電変換部101の第2の電極209、および、増幅トランジスタ104のゲートに接続される。このような構成により、リセットトランジスタ102は、ノードBの電圧をリセット電圧Vresにリセットすることができる。つまり、リセットトランジスタ102が、第2の電極209にリセット電圧Vresを供給するリセット部である。リセットトランジスタ102がオフすることで、光電変換部101の第2の電極209を含んで構成されたノードBは、電気的にフローティングになる。 The drain of the reset transistor 102 is connected to the node to which the reset voltage Vres is supplied. The source of the reset transistor 102 is connected to the second electrode 209 of the photoelectric conversion unit 101 and the gate of the amplification transistor 104. With such a configuration, the reset transistor 102 can reset the voltage of the node B to the reset voltage Vres. That is, the reset transistor 102 is a reset unit that supplies the reset voltage Vres to the second electrode 209. When the reset transistor 102 is turned off, the node B including the second electrode 209 of the photoelectric conversion unit 101 becomes electrically floating.

本実施例では、光電変換部101の第1の電極201に供給される電圧Vsと、リセット電圧Vresとの大小関係を制御することで、光電変換部101における信号電荷の蓄積、および、光電変換部101からの信号電荷の排出を行う。リセット電圧Vresは、第1の電圧Vs1と第2の電圧Vs2との中間の値である。例えば、信号電荷がホールの場合、リセット電圧Vresは第1の電圧Vs1より低く、第2の電圧Vs2より高い電圧である。信号電荷が電子の場合、リセット電圧Vresは、第1の電圧Vs1より高く、第2の電圧Vs2より低い電圧である。本実施例のリセット電圧Vresは3.3Vである。このリセット電圧Vresは、電源電圧よりも低く、接地されたノードに供給される電圧よりも高い。 In this embodiment, by controlling the magnitude relationship between the voltage Vs supplied to the first electrode 201 of the photoelectric conversion unit 101 and the reset voltage Vres, the signal charge is accumulated in the photoelectric conversion unit 101 and the photoelectric conversion is performed. The signal charge from the unit 101 is discharged. The reset voltage Vres is an intermediate value between the first voltage Vs1 and the second voltage Vs2. For example, when the signal charge is Hall, the reset voltage Vres is lower than the first voltage Vs1 and higher than the second voltage Vs2. When the signal charge is electron, the reset voltage Vres is higher than the first voltage Vs1 and lower than the second voltage Vs2. The reset voltage Vres of this embodiment is 3.3V. This reset voltage Vres is lower than the power supply voltage and higher than the voltage supplied to the grounded node.

増幅トランジスタ104のドレインは、電源電圧が供給されたノードに接続される。増幅トランジスタ104のソースは、選択トランジスタ105を介して、出力線130に接続される。出力線130には、電流源160が接続される。増幅トランジスタ104および電流源160はソースフォロア回路を構成し、光電変換部101で生じた信号を出力線130に出力する。出力線130には、さらに列回路140が接続される。出力線130に出力された画素100からの信号は、列回路140に入力される。 The drain of the amplification transistor 104 is connected to the node to which the power supply voltage is supplied. The source of the amplification transistor 104 is connected to the output line 130 via the selection transistor 105. A current source 160 is connected to the output line 130. The amplification transistor 104 and the current source 160 form a source follower circuit, and output the signal generated by the photoelectric conversion unit 101 to the output line 130. A column circuit 140 is further connected to the output line 130. The signal from the pixel 100 output to the output line 130 is input to the column circuit 140.

図1(b)、(c)は、光電変換部101の等価回路図の例を示している。本実施例の光電変換部101は、信号電荷を蓄積するように構成された光電変換層と、絶縁層とを含む。したがって、光電変換部101は、第1の電極201および第2の電極209との間の容量成分を含む。図1(b)、(c)の等価回路は、この容量成分を光電変換部101の第1の電極201および第2の電極209の間に配された第2の容量111として示している。なお、図1(b)は、光電変換部101がブロッキング層を含む実施例を示している。そのため、ブロッキング層および光電変換層がダイオード112の回路記号で示されている。図1(c)は、光電変換層がブロッキング層を含まない実施例を示している。そのため、光電変換層が抵抗113の回路記号で示されている。光電変換部101の構造は後述する。 1 (b) and 1 (c) show an example of an equivalent circuit diagram of the photoelectric conversion unit 101. The photoelectric conversion unit 101 of this embodiment includes a photoelectric conversion layer configured to accumulate signal charges and an insulating layer. Therefore, the photoelectric conversion unit 101 includes a capacitance component between the first electrode 201 and the second electrode 209. The equivalent circuit of FIGS. 1B and 1C shows this capacitance component as a second capacitance 111 arranged between the first electrode 201 and the second electrode 209 of the photoelectric conversion unit 101. Note that FIG. 1B shows an example in which the photoelectric conversion unit 101 includes a blocking layer. Therefore, the blocking layer and the photoelectric conversion layer are indicated by the circuit symbol of the diode 112. FIG. 1C shows an example in which the photoelectric conversion layer does not include a blocking layer. Therefore, the photoelectric conversion layer is indicated by the circuit symbol of the resistor 113. The structure of the photoelectric conversion unit 101 will be described later.

図2は、本実施例の光電変換装置の全体の回路構成を模式的に示す図である。図1と同じ機能を有する部分には、同じ符号を付してある。 FIG. 2 is a diagram schematically showing the entire circuit configuration of the photoelectric conversion device of this embodiment. The parts having the same functions as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals.

図2は、4行4列の行列状に配された16個の画素100が示されている。1つの列に含まれる複数の画素100が、1つの出力線130に接続される。行駆動回路120は、画素100に駆動信号pRES、および、駆動信号pSELを供給する。リセットトランジスタ102のゲートに駆動信号pRESが供給される。選択トランジスタ105のゲートに駆動信号pSELが供給される。これらの駆動信号によって、リセットトランジスタ102、および、選択トランジスタ105が制御される。1つの行に含まれる複数の画素100は共通の駆動信号線に接続される。駆動信号線は、上述の駆動信号pRES、駆動信号pSELなどを伝達する配線である。なお、図2では、異なる行に供給される駆動信号を区別するために、(n)、(n+1)などの行を表す符号を付している。他の図面でも同様である。 FIG. 2 shows 16 pixels 100 arranged in a matrix of 4 rows and 4 columns. A plurality of pixels 100 included in one row are connected to one output line 130. The row drive circuit 120 supplies the drive signal pRES and the drive signal pSEL to the pixel 100. The drive signal pRES is supplied to the gate of the reset transistor 102. The drive signal pSEL is supplied to the gate of the selection transistor 105. The reset transistor 102 and the selection transistor 105 are controlled by these drive signals. A plurality of pixels 100 included in one line are connected to a common drive signal line. The drive signal line is a wiring for transmitting the above-mentioned drive signal pRES, drive signal pSEL, and the like. In FIG. 2, in order to distinguish the drive signals supplied to different lines, reference numerals representing the lines such as (n) and (n + 1) are added. The same applies to other drawings.

図2は、光電変換部101の第1の電極201の平面構造を模式的に示している。図2が示すように、1つの行に含まれる複数の画素100の光電変換部101は、共通の第1の電極201を含んで構成される。上述のとおり、電圧供給部110が電圧Vsを第1の電極201に供給する。本実施例では、それぞれの行ごとに第1の電極201が配される。そのため、行駆動回路120が電圧供給部110から電圧Vsの供給される行を選択する。なお、異なる行に供給される電圧Vsを区別するために、(n)、(n+1)などの行を表す符号を付している。 FIG. 2 schematically shows the planar structure of the first electrode 201 of the photoelectric conversion unit 101. As shown in FIG. 2, the photoelectric conversion unit 101 of the plurality of pixels 100 included in one row includes a common first electrode 201. As described above, the voltage supply unit 110 supplies the voltage Vs to the first electrode 201. In this embodiment, the first electrode 201 is arranged for each row. Therefore, the row drive circuit 120 selects the row to which the voltage Vs is supplied from the voltage supply unit 110. In addition, in order to distinguish the voltage Vs supplied to different rows, symbols representing the rows such as (n) and (n + 1) are added.

以上に説明した構成により、本実施例では、複数の画素100を行ごとに駆動することができる。 With the configuration described above, in this embodiment, a plurality of pixels 100 can be driven row by row.

それぞれの出力線130は、列回路140に接続される。列駆動回路150は、列回路140を列ごとに駆動する。具体的には、列駆動回路150は、駆動信号CSELを複数の列回路140に供給している。なお、異なる列に供給される駆動信号を区別するために、(m)、(m+1)などの列を表す符号を付している。他の図面でも同様である。このような構成により、行ごとに並列に読み出された信号を、順次、出力部170に出力することができる。 Each output line 130 is connected to a column circuit 140. The column drive circuit 150 drives the column circuit 140 for each row. Specifically, the column drive circuit 150 supplies the drive signal CSEL to the plurality of column circuits 140. In addition, in order to distinguish the drive signals supplied to different columns, reference numerals representing the columns such as (m) and (m + 1) are added. The same applies to other drawings. With such a configuration, the signals read in parallel for each row can be sequentially output to the output unit 170.

列回路140について詳細に説明する。図3は、m列目およびm+1列目の列回路140の等価回路を示している。他の列の列回路140は図示されていない。 The column circuit 140 will be described in detail. FIG. 3 shows an equivalent circuit of the column circuit 140 in the m-th column and the m + 1-th column. The row circuits 140 in the other rows are not shown.

出力線130の信号は、列アンプ301によって増幅される。列アンプ301の出力ノードは、S/Hスイッチ303を介して容量CTSに接続される。また、列アンプ301の出力ノードは、S/Hスイッチ305を介して容量CTNに接続される。S/Hスイッチ303およびS/Hスイッチ305は、それぞれ、駆動信号pTSおよび駆動信号pTNによって制御される。このような構成により、画素100からのリセットノイズを含むノイズ信号と、光信号とを保持することができる。したがって、本実施例の光電変換装置は相関二重サンプリングを行うことが可能である。 The signal of the output line 130 is amplified by the column amplifier 301. The output node of the column amplifier 301 is connected to the capacitive CTS via the S / H switch 303. Further, the output node of the column amplifier 301 is connected to the capacitance CTN via the S / H switch 305. The S / H switch 303 and the S / H switch 305 are controlled by the drive signal pTS and the drive signal pTN, respectively. With such a configuration, a noise signal including reset noise from the pixel 100 and an optical signal can be held. Therefore, the photoelectric conversion device of this embodiment can perform correlated double sampling.

容量CTSは、水平転送スイッチ307を介して水平出力線311に接続される。容量CTNは、水平転送スイッチ309を介して水平出力線313に接続される。水平転送スイッチ307および309は、列駆動回路150からの駆動信号CSELによって制御される。 The capacitance CTS is connected to the horizontal output line 311 via the horizontal transfer switch 307. The capacitance CTN is connected to the horizontal output line 313 via the horizontal transfer switch 309. The horizontal transfer switches 307 and 309 are controlled by the drive signal CSEL from the column drive circuit 150.

水平出力線311と水平出力線313とはいずれも出力部170に接続される。出力部170は、水平出力線311の信号と水平出力線313の信号との差分をアナログ−デジタル変換部180に出力する。アナログ−デジタル変換部180は、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。 Both the horizontal output line 311 and the horizontal output line 313 are connected to the output unit 170. The output unit 170 outputs the difference between the signal of the horizontal output line 311 and the signal of the horizontal output line 313 to the analog-digital conversion unit 180. The analog-to-digital conversion unit 180 converts the input analog signal into a digital signal.

なお、列回路140はアナログ−デジタル変換回路であってもよい。この場合、アナログ−デジタル変換回路は、メモリやカウンタなどのデジタル信号を保持する保持部を有する。保持部には、ノイズ信号および光信号がそれぞれデジタル信号に変換されて保持される。 The column circuit 140 may be an analog-to-digital conversion circuit. In this case, the analog-to-digital conversion circuit has a holding unit that holds a digital signal such as a memory or a counter. The noise signal and the optical signal are converted into digital signals and held in the holding unit.

次に、本実施例の光電変換装置の平面構造、および、断面構造について説明する。図4は、光電変換装置の平面構造を模式的に示している。図5は、光電変換装置の断面構造を模式的に示している。図4は、2行2列の行列状に配された4つの画素100を示している。図5(a)に示された断面は、図4における破線X1−X2に沿った断面に対応する。図5(b)に示された断面は、図4における破線Y1−Y2に沿った断面に対応する。なお、図1と同じ機能を有する部分には同じ符号を付してある。ただし、トランジスタについては対応するゲート電極に符号が付されている。また、駆動信号線を構成する導電部材には、当該駆動信号線に供給される駆動信号と同じ符号が付されている。例えば、pRESの符号が付された導電部材は、駆動信号pRESを供給するための駆動信号線を構成する。 Next, the planar structure and the cross-sectional structure of the photoelectric conversion device of this embodiment will be described. FIG. 4 schematically shows the planar structure of the photoelectric conversion device. FIG. 5 schematically shows the cross-sectional structure of the photoelectric conversion device. FIG. 4 shows four pixels 100 arranged in a matrix of 2 rows and 2 columns. The cross section shown in FIG. 5A corresponds to the cross section along the broken line X1-X2 in FIG. The cross section shown in FIG. 5B corresponds to the cross section along the broken line Y1-Y2 in FIG. The parts having the same functions as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals. However, for transistors, the corresponding gate electrodes are coded. Further, the conductive members constituting the drive signal line are given the same reference numerals as the drive signals supplied to the drive signal line. For example, the conductive member with the reference numeral of pRES constitutes a drive signal line for supplying the drive signal pRES.

光電変換装置は半導体基板200を含む。半導体基板200に、画素トランジスタのソース領域およびドレイン領域などの、各種の半導体領域が配される。画素トランジスタとは、例えば、リセットトランジスタ102、増幅トランジスタ104、選択トランジスタ105である。半導体基板200の上に、画素トランジスタのゲート電極、および、配線を構成する導電部材を含む複数の配線層202が配される。配線層202の上に、光電変換部101が配される。 The photoelectric conversion device includes a semiconductor substrate 200. Various semiconductor regions such as a source region and a drain region of a pixel transistor are arranged on the semiconductor substrate 200. The pixel transistor is, for example, a reset transistor 102, an amplification transistor 104, and a selection transistor 105. On the semiconductor substrate 200, a plurality of wiring layers 202 including a gate electrode of a pixel transistor and a conductive member constituting the wiring are arranged. The photoelectric conversion unit 101 is arranged on the wiring layer 202.

図5(a)、および、図5(b)に示されるとおり、各画素100の光電変換部101は、第1の電極201(共通電極)と、ブロッキング層203と、光電変換層205と、絶縁層207と、第2の電極209(画素電極)とを含む。光電変換層205は、第1の電極201と第2の電極209との間に配さる。ブロッキング層203は、第1の電極201と光電変換層205との間に配される。ブロッキング層203は、光電変換層205で蓄積される信号電荷と同じ導電型の電荷が、第1の電極201から光電変換層205へ注入されることを阻止するために設けられている。絶縁層207は、光電変換層205と第2の電極209との間に配される。 As shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b), the photoelectric conversion unit 101 of each pixel 100 includes a first electrode 201 (common electrode), a blocking layer 203, and a photoelectric conversion layer 205. It includes an insulating layer 207 and a second electrode 209 (pixel electrode). The photoelectric conversion layer 205 is arranged between the first electrode 201 and the second electrode 209. The blocking layer 203 is arranged between the first electrode 201 and the photoelectric conversion layer 205. The blocking layer 203 is provided to prevent the same conductive type charge as the signal charge accumulated in the photoelectric conversion layer 205 from being injected from the first electrode 201 into the photoelectric conversion layer 205. The insulating layer 207 is arranged between the photoelectric conversion layer 205 and the second electrode 209.

第1の電極201は、図2に示されるとおり、行ごとに電気的に絶縁されている。一方で、図5(a)に示されるとおり、1つの行に含まれる複数の画素100の第1の電極209は、共通の導電部材で構成される。そのため、第1の電極201は共通電極とも呼ばれる。第1の電極201の平面構造は図2に示されているので、図4において第1の電極201は図示されていない。 The first electrode 201 is electrically insulated row by row, as shown in FIG. On the other hand, as shown in FIG. 5A, the first electrode 209 of the plurality of pixels 100 included in one row is composed of a common conductive member. Therefore, the first electrode 201 is also called a common electrode. Since the planar structure of the first electrode 201 is shown in FIG. 2, the first electrode 201 is not shown in FIG.

図4および図5(a)に示されるとおり、各画素100の第2の電極209は、他の画素100の第2の電極209から電気的に絶縁されている。そのため、第2の電極209は個別電極とも呼ばれる。また、ブロッキング層203、光電変換層205、および、絶縁層207は、それぞれ、複数の画素100に渡って連続して配されている。そのため、図4において、ブロッキング層203、光電変換層205、および、絶縁層207は図示されていない。 As shown in FIGS. 4 and 5 (a), the second electrode 209 of each pixel 100 is electrically insulated from the second electrode 209 of the other pixel 100. Therefore, the second electrode 209 is also called an individual electrode. Further, the blocking layer 203, the photoelectric conversion layer 205, and the insulating layer 207 are each continuously arranged over the plurality of pixels 100. Therefore, in FIG. 4, the blocking layer 203, the photoelectric conversion layer 205, and the insulating layer 207 are not shown.

図4ならびに図5(a)および図5(b)に示されるとおり、第1の容量103は、上部電極211と下部電極213とを含む。上部電極211および下部電極213は、間に絶縁体を介して互いに対向している。このような構成により、第1の容量103の容量値の設計自由度を高くすることができる。リソグラフィーなどの半導体プロセスを用いることにより、簡単に上部電極211および下部電極213の平面形状を決めることができるからである。なお、これ以外の構造を第1の容量103に用いてもよい。他の例として、所定の値より大きな容量値を持つPN接合容量を用いてもよい。 As shown in FIGS. 4 and 5 (a) and 5 (b), the first capacitance 103 includes an upper electrode 211 and a lower electrode 213. The upper electrode 211 and the lower electrode 213 face each other with an insulator in between. With such a configuration, the degree of freedom in designing the capacity value of the first capacity 103 can be increased. This is because the planar shapes of the upper electrode 211 and the lower electrode 213 can be easily determined by using a semiconductor process such as lithography. A structure other than this may be used for the first capacity 103. As another example, a PN junction capacitance having a capacitance value larger than a predetermined value may be used.

また、第1の容量103の上部電極211および下部電極213は、光電変換部101の第2の電極209よりも下の配線層に配される。上部電極211および下部電極213は、平面視において、第1の電極201あるいは第2の電極209と少なくとも部分的に重なっている。このような構成によれば、画素100のサイズを小さくすることができる。また、上部電極211および下部電極213は、それぞれ、リセットトランジスタ102および増幅トランジスタ104のいずれとも重なっていない部分を含んでいる。 Further, the upper electrode 211 and the lower electrode 213 of the first capacitance 103 are arranged in the wiring layer below the second electrode 209 of the photoelectric conversion unit 101. The upper electrode 211 and the lower electrode 213 overlap with the first electrode 201 or the second electrode 209 at least partially in a plan view. According to such a configuration, the size of the pixel 100 can be reduced. Further, the upper electrode 211 and the lower electrode 213 each include a portion that does not overlap with either the reset transistor 102 or the amplification transistor 104.

本実施例の第1の容量103は、例えば、MIM(Metal Insulator Metal)容量である。具体的には、上部電極211と下部電極213は、それぞれ、金属などの導電部材によって構成される。あるいは、第1の容量103は、PIP(Poly−Si Insulator Poly−Si)容量であってもよい。具体的には、上部電極211と下部電極213は、それぞれ、ポリシリコンによって構成される。あるいは、第1の容量103は、MOS(Metal Oxide Semiconductor)容量であってもよい。具体的には、上部電極211が金属などの導電部材またはポリシリコンで構成され、下部電極213が半導体領域で構成される。 The first capacity 103 of this embodiment is, for example, a MIM (Metal Insulator Metal) capacity. Specifically, the upper electrode 211 and the lower electrode 213 are each composed of a conductive member such as metal. Alternatively, the first capacitance 103 may be a PIP (Poly-Si Insulator Poly-Si) capacitance. Specifically, the upper electrode 211 and the lower electrode 213 are each made of polysilicon. Alternatively, the first capacitance 103 may be a MOS (Metal Oxide Semiconductor) capacitance. Specifically, the upper electrode 211 is made of a conductive member such as metal or polysilicon, and the lower electrode 213 is made of a semiconductor region.

図5(a)および図5(b)に示されたとおり、光電変換部101の第2の電極209は、導電部材219を介して増幅トランジスタ104のゲートに接続される。また、光電変換部101の第2の電極209は、導電部材219および導電部材220を介して、リセットトランジスタ102のソース領域に接続される。さらに、第2の電極209は、導電部材219を介して第1の容量103の上部電極211に接続される。第1の容量103の下部電極213は、コンタクトプラグ215を介して半導体領域217に接続される。半導体領域217は接地されている。 As shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b), the second electrode 209 of the photoelectric conversion unit 101 is connected to the gate of the amplification transistor 104 via the conductive member 219. Further, the second electrode 209 of the photoelectric conversion unit 101 is connected to the source region of the reset transistor 102 via the conductive member 219 and the conductive member 220. Further, the second electrode 209 is connected to the upper electrode 211 of the first capacitance 103 via the conductive member 219. The lower electrode 213 of the first capacitance 103 is connected to the semiconductor region 217 via the contact plug 215. The semiconductor region 217 is grounded.

図5(b)には、リセットトランジスタ102、および、増幅トランジスタ104のゲート電極が、それぞれ示されている。ゲート電極と半導体基板200との間には、ゲート絶縁膜230が配される。画素トランジスタのソース領域、および、ドレイン領域は、半導体基板200に配されている。半導体領域217が接地されているため、半導体領域217と、上述のトランジスタのソース領域、および、ドレイン領域が配されるウェル240とが電気的に接続されていてもよい。 FIG. 5B shows the reset transistor 102 and the gate electrode of the amplification transistor 104, respectively. A gate insulating film 230 is arranged between the gate electrode and the semiconductor substrate 200. The source region and the drain region of the pixel transistor are arranged on the semiconductor substrate 200. Since the semiconductor region 217 is grounded, the semiconductor region 217 may be electrically connected to the source region of the above-mentioned transistor and the well 240 in which the drain region is arranged.

光電変換部101の構成について詳細に説明する。光電変換部101の第1の電極201は、光の透過率の高い導電部材で構成される。例えば、ITO(Indium TinOxide)などのインジウム、および/または、スズを含む化合物や、ZnOなどの化合物が、第1の電極201の材料として用いられる。このような構成によれば、多くの光を光電変換層205に入射させることができる。そのため、感度を向上させることができる。他の例として、所定の量の光が透過する程度の薄さを有するポリシリコンや金属を、第1の電極201として用いてもよい。金属は抵抗が低いため、金属を第1の電極201の材料に用いた実施例は、低消費電力化あるいは駆動の高速化に有利である。 The configuration of the photoelectric conversion unit 101 will be described in detail. The first electrode 201 of the photoelectric conversion unit 101 is composed of a conductive member having high light transmittance. For example, a compound containing indium and / or tin such as ITO (Indium TinOxide) and a compound such as ZnO are used as the material of the first electrode 201. According to such a configuration, a large amount of light can be incident on the photoelectric conversion layer 205. Therefore, the sensitivity can be improved. As another example, polysilicon or metal having a thickness such that a predetermined amount of light can be transmitted may be used as the first electrode 201. Since the metal has a low resistance, the embodiment in which the metal is used as the material of the first electrode 201 is advantageous for low power consumption or high speed of driving.

ブロッキング層203は、第1の電極201から光電変換層205へ信号電荷と同じ導電型の電荷が注入されることを阻止する。光電変換層205は、第1の電極201に印加される電圧Vsによって空乏化する。また第1の電極201に印加される電圧Vsと第2の電極209(ノードB)の電圧との関係に応じて、光電変換層205のポテンシャルの傾きが反転する。このような構成により、信号電荷の蓄積、および、蓄積された信号電荷の排出を行うことができる。光電変換部101の動作については後述する。 The blocking layer 203 prevents the electric charge of the same conductive type as the signal charge from being injected from the first electrode 201 into the photoelectric conversion layer 205. The photoelectric conversion layer 205 is depleted by the voltage Vs applied to the first electrode 201. Further, the inclination of the potential of the photoelectric conversion layer 205 is reversed according to the relationship between the voltage Vs applied to the first electrode 201 and the voltage of the second electrode 209 (node B). With such a configuration, the signal charge can be accumulated and the accumulated signal charge can be discharged. The operation of the photoelectric conversion unit 101 will be described later.

図21は、本実施例の光電変換層205の構造を模式的に示す図である。本実施例において、光電変換層205は量子ドット10を含む。量子ドット10の材料はPbSである。量子ドット10は、表面の欠陥準位が十分に補償されているため、結果として、量子ドット10の内部、および、量子ドット10の表面の欠陥準位が低減されている。量子ドット10の材料には、PbS以外に上述の様々な材料を用いることができる。 FIG. 21 is a diagram schematically showing the structure of the photoelectric conversion layer 205 of this embodiment. In this embodiment, the photoelectric conversion layer 205 includes quantum dots 10. The material of the quantum dots 10 is PbS. Since the defect level of the surface of the quantum dot 10 is sufficiently compensated, as a result, the defect level inside the quantum dot 10 and the surface of the quantum dot 10 are reduced. As the material of the quantum dot 10, various materials described above can be used in addition to PbS.

図21(a)に示された例では、複数の量子ドット10が、量子ドット10とは異なる材料の部材11に分散している。図21(b)に示された例では、光電変換層205が、複数の量子ドット10を被覆する被覆層12、および、被覆層12と不図示のブロッキング層203との間に配された中間層13を有している。図21(c)に示された例では、光電変換層205が、量子ドット10を埋め込むための埋め込み層14を有している。部材11、被覆層12、および、埋め込み層14には、Si、SiO、SiN、AlAs、AlGaAs、AlGaAs、GaAs、GaSb、AlSbなどが用いられる。 In the example shown in FIG. 21A, a plurality of quantum dots 10 are dispersed in a member 11 made of a material different from that of the quantum dots 10. In the example shown in FIG. 21B, the photoelectric conversion layer 205 is arranged between the coating layer 12 covering the plurality of quantum dots 10 and the coating layer 12 and the blocking layer 203 (not shown). It has a layer 13. In the example shown in FIG. 21 (c), the photoelectric conversion layer 205 has an embedded layer 14 for embedding the quantum dots 10. Si, SiO, SiN, AlAs, AlGaAs, AlGaAs, GaAs, GaSb, AlSb and the like are used for the member 11, the coating layer 12, and the embedded layer 14.

本実施例のブロッキング層203には、ZnOが用いられる。このほかに、ブロッキング層203には、光電変換層205に用いられる半導体と同じ種類であって、光電変換層205に用いられる半導体よりも不純物濃度の高いN型あるいはP型の半導体を用いることができる。不純物濃度の違いによりフェルミ準位の位置が異なるため、電子およびホールのうち一方に対してのみ、ポテンシャルバリアを形成することができる。ブロッキング層203の導電型は、信号電荷と反対の導電型の電荷が多数キャリアとなる導電型である。 ZnO is used for the blocking layer 203 of this embodiment. In addition, for the blocking layer 203, an N-type or P-type semiconductor of the same type as the semiconductor used for the photoelectric conversion layer 205 and having a higher impurity concentration than the semiconductor used for the photoelectric conversion layer 205 may be used. it can. Since the position of the Fermi level differs depending on the impurity concentration, a potential barrier can be formed only for one of the electron and the hole. The conductive type of the blocking layer 203 is a conductive type in which a large number of carriers are the conductive type charges opposite to the signal charges.

もしくは、光電変換層205とは異なる材料でブロッキング層203を構成することができる。このような構成によれば、ヘテロ接合が形成される。材料の違いによりバンドギャップが異なるため、電子およびホールのうち一方に対してのみ、ポテンシャルバリアを形成することができる。 Alternatively, the blocking layer 203 can be made of a material different from that of the photoelectric conversion layer 205. According to such a configuration, a heterojunction is formed. Since the band gap differs depending on the material, the potential barrier can be formed only for one of the electron and the hole.

光電変換層205と第2の電極209との間には、絶縁層207が配される。絶縁層207には、絶縁性の材料が用いられる。例えば絶縁層207の材料として、酸化シリコン、アモルファス酸化シリコン(以下、a−SiO)、窒化シリコン、アモルファス窒化シリコン(a−SiN)などの無機材料、あるいは、有機材料が用いられる。絶縁層207の厚さは、トンネル効果により電荷が透過しない程度の厚さとするとよい。このような構成にすることで、リーク電流を低減できるため、ノイズを低減することができる。具体的には、絶縁層207の厚さは50nm以上とするとよい。 An insulating layer 207 is arranged between the photoelectric conversion layer 205 and the second electrode 209. An insulating material is used for the insulating layer 207. For example, as the material of the insulating layer 207, an inorganic material such as silicon oxide, amorphous silicon oxide (hereinafter, a-SiO), silicon nitride, amorphous silicon nitride (a-SiN), or an organic material is used. The thickness of the insulating layer 207 is preferably such that the electric charge does not pass through due to the tunnel effect. With such a configuration, the leakage current can be reduced, so that noise can be reduced. Specifically, the thickness of the insulating layer 207 is preferably 50 nm or more.

ブロッキング層203、光電変換層205、および、絶縁層207にa−Si、a−SiO、a−SiNを用いる場合は、水素化処理を行い、水素でダングリングボンドを終端してもよい。このような構成により、ノイズを低減することができる。 When a-Si, a-SiO, and a-SiN are used for the blocking layer 203, the photoelectric conversion layer 205, and the insulating layer 207, hydrogenation treatment may be performed and the dangling bond may be terminated with hydrogen. With such a configuration, noise can be reduced.

第2の電極209は金属などの導電部材で構成される。第2の電極209には、配線を構成する導電部材、あるいは、外部と接続するためのパッド電極を構成する導電部材と同じ材料が用いられる。このような構成によれば、第2の電極209と、配線を構成する導電部材、あるいは、パッド電極とを同時に形成することができる。したがって、製造プロセスを簡略化することができる。 The second electrode 209 is made of a conductive member such as metal. For the second electrode 209, the same material as the conductive member constituting the wiring or the conductive member constituting the pad electrode for connecting to the outside is used. According to such a configuration, the second electrode 209 and the conductive member or pad electrode constituting the wiring can be formed at the same time. Therefore, the manufacturing process can be simplified.

次に、本実施例における光電変換部101の動作について説明する。図6は、光電変換部101におけるエネルギーバンドを模式的に示している。図6には、第1の電極201、ブロッキング層203、光電変換層205、絶縁層207、第2の電極209のエネルギーバンドが示されている。図6の縦軸は電子に対するポテンシャルを表している。図6の上に行くほど、電子に対するポテンシャルが高い。したがって、図6の上に行くほど、電圧は低くなる。第1の電極201、および、第2の電極209については、自由電子のエネルギー準位が示されている。ブロッキング層203、および、光電変換層205については、伝導帯のエネルギー準位と価電子帯のエネルギー準位との間のバンドギャップが示されている。なお、光電変換層205と絶縁層207との界面における光電変換層205のポテンシャルを、便宜的に、光電変換層205の表面ポテンシャル、あるいは、単に表面ポテンシャルと呼ぶ。 Next, the operation of the photoelectric conversion unit 101 in this embodiment will be described. FIG. 6 schematically shows an energy band in the photoelectric conversion unit 101. FIG. 6 shows the energy bands of the first electrode 201, the blocking layer 203, the photoelectric conversion layer 205, the insulating layer 207, and the second electrode 209. The vertical axis of FIG. 6 represents the potential for electrons. The higher the figure, the higher the potential for electrons. Therefore, the higher the upper part of FIG. 6, the lower the voltage. The energy levels of free electrons are shown for the first electrode 201 and the second electrode 209. For the blocking layer 203 and the photoelectric conversion layer 205, a band gap between the energy level of the conduction band and the energy level of the valence band is shown. For convenience, the potential of the photoelectric conversion layer 205 at the interface between the photoelectric conversion layer 205 and the insulating layer 207 is referred to as the surface potential of the photoelectric conversion layer 205, or simply the surface potential.

光電変換部101の動作としては、以下のステップ(1)〜(6)が繰り返し行われる。(1)増幅部の入力ノードのリセット、(2)ノイズ信号の読み出し、(3)光電変換部からの信号電荷の排出、(4)光信号の読み出し、(5)信号電荷の蓄積の開始前のリセット、(6)信号電荷の蓄積。以下、それぞれのステップについて説明する。 As the operation of the photoelectric conversion unit 101, the following steps (1) to (6) are repeated. (1) Reset the input node of the amplification unit, (2) Read the noise signal, (3) Discharge the signal charge from the photoelectric conversion unit, (4) Read the optical signal, (5) Before the start of signal charge accumulation Reset, (6) Accumulation of signal charge. Each step will be described below.

図6(a)は、ステップ(1)からステップ(2)における光電変換部101の状態を示している。第1の電極201には、電圧供給部110から第1の電圧Vs1が供給されている。第1の電圧Vs1は、例えば、5Vである。光電変換層205には、露光期間中に生じた信号電荷として、白丸で示されたホールが蓄積されている。蓄積されるホールの量に応じて、光電変換層205の表面ポテンシャルは低くなる方向(電圧が高くなる方向)へ変化する。なお、電子が蓄積される場合、蓄積される電子の量に応じて、表面ポテンシャルは高くなる方向(電圧が低くなる方向)へ変化する。 FIG. 6A shows the state of the photoelectric conversion unit 101 in steps (1) to (2). The first voltage Vs1 is supplied to the first electrode 201 from the voltage supply unit 110. The first voltage Vs1 is, for example, 5V. Holes indicated by white circles are accumulated in the photoelectric conversion layer 205 as signal charges generated during the exposure period. The surface potential of the photoelectric conversion layer 205 changes in the direction of decreasing (the direction of increasing the voltage) according to the amount of holes to be accumulated. When electrons are accumulated, the surface potential changes in the direction of increasing (the direction of decreasing the voltage) according to the amount of accumulated electrons.

この状態でリセットトランジスタ102をオンする。これにより、第2の電極209を含むノード、つまり、図1のノードBの電圧がリセット電圧Vresにリセットされる。本実施例では、ノードBに増幅トランジスタ104のゲートが含まれている。そのため、増幅トランジスタ104のゲートの電圧がリセットされる。リセット電圧Vresは、例えば、3.3Vである。 In this state, the reset transistor 102 is turned on. As a result, the voltage of the node including the second electrode 209, that is, the node B of FIG. 1, is reset to the reset voltage Vres. In this embodiment, the node B includes the gate of the amplification transistor 104. Therefore, the voltage at the gate of the amplification transistor 104 is reset. The reset voltage Vres is, for example, 3.3V.

その後、リセットトランジスタ102をオフする。これにより、ノードBが電気的にフローティングになる。このときリセットトランジスタ102によるリセットノイズ(図6のノイズkTC1)が発生しうる。 After that, the reset transistor 102 is turned off. As a result, the node B becomes electrically floating. At this time, reset noise (noise kTC1 in FIG. 6) due to the reset transistor 102 may occur.

リセット動作による2の電極209の電圧の変化に応じて、光電変換層205の表面ポテンシャルは変化しうる。この時の2の電極209の電圧の変化の方向は、信号電荷が蓄積することによって生じた2の電極209の電圧の変化とは反対の方向である。そのため、信号電荷のホールは、光電変換層205に蓄積されたままである。また、ブロッキング層によって第1の電極201からのホールの注入は阻止されるため、光電変換層205に蓄積された信号電荷の量は変わらない。 The surface potential of the photoelectric conversion layer 205 can change according to the change in the voltage of the electrode 209 of 2 due to the reset operation. The direction of change in the voltage of the electrode 2 209 at this time is opposite to the direction of the change in the voltage of the electrode 2 209 caused by the accumulation of the signal charge. Therefore, the holes of the signal charge remain accumulated in the photoelectric conversion layer 205. Further, since the blocking layer blocks the injection of holes from the first electrode 201, the amount of signal charge accumulated in the photoelectric conversion layer 205 does not change.

選択トランジスタ105がオンであれば、増幅トランジスタ104がリセットノイズを含むノイズ信号(Vres+kTC1)を画素100から出力する。ノイズ信号は、列回路140の容量CTNに保持される。 When the selection transistor 105 is on, the amplification transistor 104 outputs a noise signal (Vres + kTC1) including reset noise from the pixel 100. The noise signal is held in the capacitance CTN of the column circuit 140.

図6(b)および(c)は、ステップ(3)における光電変換部101の状態を示している。まず、第1の電極201に第2の電圧Vs2が供給される。信号電荷としてホールを用いているため、第2の電圧Vs2は第1の電圧Vs1より低い電圧である。第2の電圧Vs2は、例えば、0Vである。 6 (b) and 6 (c) show the state of the photoelectric conversion unit 101 in step (3). First, a second voltage Vs2 is supplied to the first electrode 201. Since the hole is used as the signal charge, the second voltage Vs2 is lower than the first voltage Vs1. The second voltage Vs2 is, for example, 0V.

このとき、第2の電極209(ノードB)の電圧は、第1の電極201の電圧の変化と同じ方向に向かって変化する。第2の電極209の電圧の変化量dVBは、第2の電極209に接続された第1の容量103の容量値C1と、光電変換部101が有する第2の容量111の容量値C2との比に応じて決まる。第1の電極201の電圧の変化量dVsに対して、第2の電極209の電圧の変化量dVBは、dVB=dVs×C2/(C1+C2)と表される。なお、第2の電極209を含むノードBは他の容量成分を含みうる。しかし、他の容量成分は第1の容量103の容量値C1にくらべて十分に小さい。そのため、ノードBの容量値は、第1の容量103の容量値C1と等しいとみなしてよい。 At this time, the voltage of the second electrode 209 (node B) changes in the same direction as the change of the voltage of the first electrode 201. The amount of change in the voltage of the second electrode 209, dVB, is the capacitance value C1 of the first capacitance 103 connected to the second electrode 209 and the capacitance value C2 of the second capacitance 111 of the photoelectric conversion unit 101. It depends on the ratio. The amount of change in voltage of the second electrode 209 dVB is expressed as dVB = dVs × C2 / (C1 + C2) with respect to the amount of change in voltage of the first electrode 201 dVs. Note that the node B including the second electrode 209 may contain other capacitive components. However, the other capacitance components are sufficiently smaller than the capacitance value C1 of the first capacitance 103. Therefore, the capacity value of the node B may be regarded as equal to the capacity value C1 of the first capacity 103.

本実施例では、第1の電極201の電圧の変化量dVsが、第2の電極209の電圧の変化量dVBよりも十分に大きい。そのため、第2の電極209のポテンシャルは、第1の電極201のポテンシャルよりも低くなり、光電変換層205のポテンシャルの傾きが反転する。これにより、黒丸で示された電子が第1の電極209から光電変換層205へ注入される。また、信号電荷として光電変換層205に蓄積されたホールの一部または全部が、ブロッキング層203の方へ移動する。移動したホールは、ブロッキング層203の多数キャリアと再結合して消滅する。その結果、光電変換層205のホールが光電変換層205から排出される。光電変換層205の全体が空乏化する場合には、信号電荷として蓄積されたホールの全部が排出される。 In this embodiment, the voltage change dVs of the first electrode 201 is sufficiently larger than the voltage change dVB of the second electrode 209. Therefore, the potential of the second electrode 209 is lower than the potential of the first electrode 201, and the inclination of the potential of the photoelectric conversion layer 205 is reversed. As a result, the electrons indicated by the black circles are injected from the first electrode 209 into the photoelectric conversion layer 205. Further, a part or all of the holes accumulated in the photoelectric conversion layer 205 as signal charges move toward the blocking layer 203. The moved holes are recombined with the majority carriers of the blocking layer 203 and disappear. As a result, the holes in the photoelectric conversion layer 205 are discharged from the photoelectric conversion layer 205. When the entire photoelectric conversion layer 205 is depleted, all the holes accumulated as signal charges are discharged.

次に、図6(c)に示される状態においては、第1の電極201に第1の電圧Vs1が供給される。これにより、光電変換層205のポテンシャルの傾きが再び反転する。そのため、図6(b)の状態の時に光電変換層205に注入されていた電子は、光電変換層205から排出される。一方、ブロッキング層203が、第1の電極201から光電変換層205へのホールの注入を阻止する。したがって、光電変換層205の表面ポテンシャルは、蓄積されていたホールの量に応じて変化する。表面ポテンシャルの変化に対応して、第2の電極209の電圧は、リセットされた状態から、消滅したホールの量に応じた電圧Vpだけ変化する。つまり、信号電荷として蓄積されたホールの量に応じた電圧VpがノードBに現れる。蓄積されたホールの量に応じた電圧Vpを、光信号成分と呼ぶ。 Next, in the state shown in FIG. 6C, the first voltage Vs1 is supplied to the first electrode 201. As a result, the inclination of the potential of the photoelectric conversion layer 205 is reversed again. Therefore, the electrons injected into the photoelectric conversion layer 205 in the state of FIG. 6B are discharged from the photoelectric conversion layer 205. On the other hand, the blocking layer 203 prevents the injection of holes from the first electrode 201 into the photoelectric conversion layer 205. Therefore, the surface potential of the photoelectric conversion layer 205 changes according to the amount of accumulated holes. In response to the change in the surface potential, the voltage of the second electrode 209 changes from the reset state by the voltage Vp according to the amount of the disappeared holes. That is, a voltage Vp corresponding to the amount of holes accumulated as a signal charge appears at the node B. The voltage Vp corresponding to the amount of accumulated holes is called an optical signal component.

ここで、図6(c)に示される状態の時に、選択トランジスタ105がオンする。これにより、増幅トランジスタ104が光信号(Vp+Vres+kTC1)を画素100から出力する。光信号は、列回路140の容量CTSに保持される。ステップ(2)で読み出されたリセット信号(Vres+kTC1)と、ステップ(4)で読み出された光信号(Vp+Vres+kTC1)との差分が、蓄積された信号電荷に応じた電圧Vpに基づく信号である。 Here, the selection transistor 105 is turned on in the state shown in FIG. 6C. As a result, the amplification transistor 104 outputs an optical signal (Vp + Vres + kTC1) from the pixel 100. The optical signal is held in the capacitive CTS of the column circuit 140. The difference between the reset signal (Vres + kTC1) read in step (2) and the optical signal (Vp + Vres + kTC1) read in step (4) is a signal based on the voltage Vp according to the accumulated signal charge. ..

図6(d)は、ステップ(5)における光電変換部101の状態を示している。リセットトランジスタ102をオンし、ノードBの電圧をリセット電圧Vresにリセットする。その後、リセットトランジスタ102をオフする。このように、信号電荷の蓄積を開始する前にノードBのリセットを行うことにより、ノードBに蓄積された前フレームの光信号成分を除去できる。したがって、ノードBに光信号が累積していき、ダイナミックレンジが狭くなっていくことを防止することができる。なおステップ(5)の信号電荷の蓄積の開始前のリセットは、行わなくてもよい。 FIG. 6D shows the state of the photoelectric conversion unit 101 in step (5). The reset transistor 102 is turned on, and the voltage of the node B is reset to the reset voltage Vres. After that, the reset transistor 102 is turned off. In this way, by resetting the node B before starting the accumulation of the signal charge, the optical signal component of the previous frame accumulated in the node B can be removed. Therefore, it is possible to prevent the optical signals from accumulating on the node B and narrowing the dynamic range. It is not necessary to perform the reset before the start of the accumulation of the signal charge in step (5).

このときにも、リセットトランジスタ102によるリセットノイズ(図6のノイズkTC2)が発生しうる。しかし、ここで発生するリセットノイズは、蓄積期間の終了後に、ステップ(1)のリセット動作を行うことで除去することができる。 At this time as well, reset noise (noise kTC2 in FIG. 6) due to the reset transistor 102 may occur. However, the reset noise generated here can be removed by performing the reset operation in step (1) after the end of the accumulation period.

図6(e)および(f)は、ステップ(6)における光電変換部101の状態を示している。第1の電極201に第1の電圧Vs1が供給され、ノードBにリセット電圧Vresが供給される。リセット電圧Vresは第1の電圧Vs1より低いため、光電変換層205の電子は第1の電極201に排出される。一方、光電変換層205のホールは、光電変換層205と絶縁層207との界面に向かって移動する。しかし、ホールは絶縁層207に移動できないため、光電変換層205に蓄積される。また、前述のとおり、ブロッキング層203が、ホールが光電変換層205に注入されることを阻止する。したがって、この状態で光電変換層205に光が入射すると、光電変換によって生じた電子ホール対のうち、ホールのみが信号電荷として光電変換層205に蓄積される。一定期間の蓄積を行った後、ステップ(1)〜(6)の動作が繰り返される。 6 (e) and 6 (f) show the state of the photoelectric conversion unit 101 in step (6). The first voltage Vs1 is supplied to the first electrode 201, and the reset voltage Vres is supplied to the node B. Since the reset voltage Vres is lower than the first voltage Vs1, the electrons of the photoelectric conversion layer 205 are discharged to the first electrode 201. On the other hand, the holes of the photoelectric conversion layer 205 move toward the interface between the photoelectric conversion layer 205 and the insulating layer 207. However, since the holes cannot move to the insulating layer 207, they are accumulated in the photoelectric conversion layer 205. Further, as described above, the blocking layer 203 prevents the holes from being injected into the photoelectric conversion layer 205. Therefore, when light is incident on the photoelectric conversion layer 205 in this state, only the holes among the electron hole pairs generated by the photoelectric conversion are accumulated in the photoelectric conversion layer 205 as signal charges. After accumulating for a certain period of time, the operations of steps (1) to (6) are repeated.

なお、蓄積されたホールによって光電変換層205の表面ポテンシャルが変化する。この表面ポテンシャルの変化に応じて、第2の電極209の電圧は上がる。これが図6(f)ではVp0で示されている。図6(a)のリセット時には、上述のとおり、変化した電圧Vp0を打ち消すように、第2の電極209の電圧が変化する。つまり、第2の電極209の電圧が下がる。したがって、光電変換層205の表面ポテンシャルは高くなる方向に変化する。 The surface potential of the photoelectric conversion layer 205 changes depending on the accumulated holes. The voltage of the second electrode 209 rises in response to this change in surface potential. This is shown by Vp0 in FIG. 6 (f). At the time of resetting in FIG. 6A, the voltage of the second electrode 209 changes so as to cancel the changed voltage Vp0 as described above. That is, the voltage of the second electrode 209 drops. Therefore, the surface potential of the photoelectric conversion layer 205 changes in the increasing direction.

信号電荷が電子の場合、第2の電圧Vs2は第1の電圧Vs1より高い電圧である。そのため、図6(a)〜(f)でのポテンシャルの傾きが反転する。それ以外の動作は同じである。 When the signal charge is an electron, the second voltage Vs2 is higher than the first voltage Vs1. Therefore, the slope of the potential in FIGS. 6A to 6F is reversed. Other operations are the same.

図6を用いて説明した動作においては、図6(b)の状態で光電変換層205のポテンシャルの傾きが反転することで、蓄積した信号電荷の排出を行っている。光電変換層205のポテンシャルの傾きを反転させることができないと、排出されない電荷が生じるため、ノイズが生じる可能性がある。ここで、第1の電極201の電圧の変化量dVsが、第2の電極209(ノードB)の電圧の変化量dVBに比べて大きいほど、ポテンシャルの傾きを反転させやすい。つまり、第1の電極201の電圧の変化量dVsが、第2の電極209の電圧の変化量dVBに比べて大きいほど、ノイズを低減することができる。 In the operation described with reference to FIG. 6, the accumulated signal charge is discharged by reversing the inclination of the potential of the photoelectric conversion layer 205 in the state of FIG. 6B. If the slope of the potential of the photoelectric conversion layer 205 cannot be reversed, an electric charge that is not discharged is generated, which may cause noise. Here, the larger the change amount dVs of the voltage of the first electrode 201 than the change amount dVB of the voltage of the second electrode 209 (node B), the easier it is to reverse the slope of the potential. That is, the noise can be reduced as the amount of change in voltage of the first electrode 201 dVs is larger than the amount of change in voltage of the second electrode 209 dVB.

上述のとおり、第1の電極201の電圧の変化量dVsとノードBの電圧の変化量dVBとの間には、dVB=dVs×C2/(C1+C2)という関係がある。この式を変形すると、第1の電極201の電圧の変化量dVsは、dVs=dVB+(C1/C2)×dVBと表される。つまり、第1の電極201の電圧の変化量dVsは、第2の電極209の電圧の変化量dVBよりも、(C1/C2)×dVBだけ大きい。したがって、ノードBの容量値C1が大きいほど、第1の電極201の電圧の変化量dVsと第2の電極209の電圧の変化量dVBとの差が大きくなる。 As described above, there is a relationship of dVB = dVs × C2 / (C1 + C2) between the voltage change amount dVs of the first electrode 201 and the voltage change amount dVB of the node B. By modifying this equation, the amount of change in voltage of the first electrode 201, dVs, is expressed as dVs = dVB + (C1 / C2) × dVB. That is, the change amount dVs of the voltage of the first electrode 201 is larger than the change amount dVB of the voltage of the second electrode 209 by (C1 / C2) × dVB. Therefore, the larger the capacitance value C1 of the node B, the larger the difference between the voltage change amount dVs of the first electrode 201 and the voltage change amount dVB of the second electrode 209.

本実施例では、第2の電極209に第1の容量103が接続されている。そのため、ノードBの容量値C1を大きくすることができる。このような構成によれば、第1の電極201の電圧の変化量dVsを、第2の電極209の電圧の変化量dVBに比べて大きくすることができる。結果として、光電変換層205を空乏化しやすくなるため、排出されない電荷を低減できる。このように、本実施例によれば、ノイズを低減することができる。 In this embodiment, the first capacitance 103 is connected to the second electrode 209. Therefore, the capacity value C1 of the node B can be increased. According to such a configuration, the change amount dVs of the voltage of the first electrode 201 can be made larger than the change amount dVB of the voltage of the second electrode 209. As a result, the photoelectric conversion layer 205 is easily depleted, so that the charges that are not discharged can be reduced. As described above, according to this embodiment, noise can be reduced.

比較例として、ノードBに第1の容量103が接続されていない構成を説明する。この場合、ノードBの容量は、半導体領域のPN接合による容量成分や配線との寄生容量成分を含みうる。しかし、これらの容量成分は、光電変換部101の有する第2の容量111の容量値C2に比べて無視できるほど小さい。したがって、C1/C2がほとんどゼロになる。そのため、第1の電極201に第2の電圧Vs2が供給された時、第1の電極201の電圧の変化量dVsと、第2の電極209の電圧の変化量dVBとがほぼ等しくなる。そうすると、図6(b)の状態において、ポテンシャルの傾きが反転しない可能性がある。結果として信号電荷として蓄積されたホールの一部を排出できない可能性が生じる。比較例に対して、本実施例では排出されない信号電荷の量を低減できるので、ノイズを低減することができる。 As a comparative example, a configuration in which the first capacity 103 is not connected to the node B will be described. In this case, the capacitance of the node B may include a capacitance component due to the PN junction of the semiconductor region and a parasitic capacitance component with the wiring. However, these capacitance components are negligibly smaller than the capacitance value C2 of the second capacitance 111 of the photoelectric conversion unit 101. Therefore, C1 / C2 becomes almost zero. Therefore, when the second voltage Vs2 is supplied to the first electrode 201, the amount of change in the voltage of the first electrode 201 dVs and the amount of change in the voltage of the second electrode 209 dVB become substantially equal. Then, in the state of FIG. 6B, the slope of the potential may not be reversed. As a result, there is a possibility that a part of the holes accumulated as signal charges cannot be discharged. Compared to the comparative example, the amount of signal charge that is not emitted in this embodiment can be reduced, so that noise can be reduced.

続いて、第1の容量103の容量値C1と、光電変換部101に含まれる第2の容量111の容量値C2と、各部に供給される電圧との関係について説明する。 Subsequently, the relationship between the capacitance value C1 of the first capacitance 103, the capacitance value C2 of the second capacitance 111 included in the photoelectric conversion unit 101, and the voltage supplied to each unit will be described.

本実施例において光電変換部101は、ブロッキング層203、光電変換層205、絶縁層207を含んでいる。ブロッキング層203は、光電変換層205、および、絶縁層207に比べて導電率が高い。そのため、光電変換部101に含まれる第2の容量111の容量値C2は、光電変換層205による容量成分Ciと絶縁層207による容量成分Cinsの合成容量となる。具体的に、第2の容量111の容量値C2は、次の式(1)で表される。
C2=Ci×Cins/(Ci+Cins) ・・・(1)
In this embodiment, the photoelectric conversion unit 101 includes a blocking layer 203, a photoelectric conversion layer 205, and an insulating layer 207. The blocking layer 203 has a higher conductivity than the photoelectric conversion layer 205 and the insulating layer 207. Therefore, the capacitance value C2 of the second capacitance 111 included in the photoelectric conversion unit 101 is the combined capacitance of the capacitance component Ci by the photoelectric conversion layer 205 and the capacitance component Cins by the insulating layer 207. Specifically, the capacitance value C2 of the second capacitance 111 is represented by the following equation (1).
C2 = Ci × Cins / (Ci + Cins) ・ ・ ・ (1)

平面視における第2の電極209の面積Ss、光電変換層205の厚さdi、絶縁層207の厚さdins、光電変換層205の比誘電率Ei、絶縁層207の比誘電率Eins、および、真空の誘電率E0を用いて、容量成分Ciおよび容量成分Cinsは、それぞれ、次の式(2)および式(3)で表される。
Ci=E0×Ei×Ss/di ・・・(2)
Cins=E0×Eins×Ss/dins ・・・(3)
Area Ss of the second electrode 209 in plan view, thickness di of the photoelectric conversion layer 205, thickness dins of the insulating layer 207, relative permittivity Ei of the photoelectric conversion layer 205, relative permittivity Eins of the insulating layer 207, and Using the vacuum dielectric constant E0, the capacitive component Ci and the capacitive component Cins are represented by the following equations (2) and (3), respectively.
Ci = E0 x Ei x Ss / di ... (2)
Cins = E0 x Eins x Ss / dins ... (3)

第2の電極209のフリンジ電界はほとんど無視できるので、容量の計算に用いられる面積として、平面視における第2の電極209の面積Ssだけを考慮すればよい。平面視における第2の電極209の面積Ssは、例えば、図4における第2の電極209の面積である。また、図5において、光電変換層205の厚さdi、絶縁層207の厚さdinsが示されている。 Since the fringe electric field of the second electrode 209 can be almost ignored, only the area Ss of the second electrode 209 in a plan view needs to be considered as the area used for the calculation of the capacitance. The area Ss of the second electrode 209 in a plan view is, for example, the area of the second electrode 209 in FIG. Further, in FIG. 5, the thickness di of the photoelectric conversion layer 205 and the thickness dins of the insulating layer 207 are shown.

第1の容量103の容量値C1は、平面視における上部電極211または下部電極213の面積Sd、上部電極211と下部電極213との距離dd、および、上部電極211および下部電極213の間の絶縁層の誘電率Edを用いて、次の式(4)で表される。
C1=E0×Ed×Sd/dd ・・・(4)
The capacitance value C1 of the first capacitance 103 is the area Sd of the upper electrode 211 or the lower electrode 213 in a plan view, the distance dd between the upper electrode 211 and the lower electrode 213, and the insulation between the upper electrode 211 and the lower electrode 213. It is expressed by the following equation (4) using the dielectric constant Ed of the layer.
C1 = E0 × Ed × Sd / dd ・ ・ ・ (4)

本実施例においては第1の電極201(ノードA)の電圧Vsを、第1の電圧Vs1と第2の電圧Vs2とに制御することで、信号電荷の蓄積と、光電変換層205の空乏化による信号電荷の排出を行っている。第1の容量103の容量値C1と第2の容量111の容量値C2が以下に説明する関係を満たすと、上述の信号電荷の排出の際に、光電変換層205に残る電荷を低減することができる。最初に、信号電荷がホールの実施例を説明する。 In this embodiment, by controlling the voltage Vs of the first electrode 201 (node A) to the first voltage Vs1 and the second voltage Vs2, the signal charge is accumulated and the photoelectric conversion layer 205 is depleted. The signal charge is discharged by. When the capacitance value C1 of the first capacitance 103 and the capacitance value C2 of the second capacitance 111 satisfy the relationship described below, the charge remaining on the photoelectric conversion layer 205 at the time of discharging the signal charge described above is reduced. Can be done. First, an embodiment in which the signal charge is Hall will be described.

以下、簡単のために、第1の容量103の容量値C1が、第2の容量111の容量値C2のk倍であるとする。つまり、容量値C1と容量値C2が次の式(5)の関係を有する。
C1=k×C2 ・・・(5)
Hereinafter, for the sake of simplicity, it is assumed that the capacity value C1 of the first capacity 103 is k times the capacity value C2 of the second capacity 111. That is, the capacitance value C1 and the capacitance value C2 have the relationship of the following equation (5).
C1 = k × C2 ・ ・ ・ (5)

前述のとおり、第1の電極201の電圧の変化量dVsと、第2の電極209(ノードB)の電圧の変化量dVBとは、次の式(6)で表される関係を有する。
dVB=dVs×C2/(C1+C2) ・・・(6)
As described above, the amount of change in voltage of the first electrode 201 dVs and the amount of change in voltage of the second electrode 209 (node B) dVB have a relationship represented by the following equation (6).
dVB = dVs × C2 / (C1 + C2) ・ ・ ・ (6)

式(5)と式(6)から、次の式(7)が得られる。
dVB=dVs/(1+k) ・・・(7)
From the equations (5) and (6), the following equation (7) can be obtained.
dVB = dVs / (1 + k) ... (7)

ここで、信号電荷としてホールを蓄積するためには、第1の電圧Vs1とリセット電圧Vresが以下の式(8)の関係を満たすとよい。
Vs1>Vres ・・・(8)
Here, in order to accumulate holes as signal charges, it is preferable that the first voltage Vs1 and the reset voltage Vres satisfy the relationship of the following equation (8).
Vs1> Vres ・ ・ ・ (8)

信号電荷のホールを転送するためには、第1の電圧Vs1、リセット電圧Vres、第1の電極201の電圧の変化量dVs、および、第2の電極209の電圧の変化量dVBが、次の式(9)の関係を満たすとよい。
Vs1+dVs<Vres+dVB ・・・(9)
In order to transfer the hole of the signal charge, the first voltage Vs1, the reset voltage Vres, the voltage change amount dVs of the first electrode 201, and the voltage change amount dVB of the second electrode 209 are as follows. It is preferable to satisfy the relation of the equation (9).
Vs1 + dVs <Vres + dVB ... (9)

式(8)の関係が満たされると、ホールが絶縁層207に向かってドリフトするためのポテンシャルの傾きを光電変換層205に形成することができる。式(9)の関係が満たされると、光電変換層205のポテンシャルの傾きを逆転させることが容易になる。 When the relationship of the formula (8) is satisfied, a slope of the potential for the hole to drift toward the insulating layer 207 can be formed in the photoelectric conversion layer 205. When the relationship of the equation (9) is satisfied, it becomes easy to reverse the inclination of the potential of the photoelectric conversion layer 205.

式(7)と式(9)から、式(10)が得られる。
Vs1−Vres+dVs<dVs/(1+k) ・・・(10)
Equation (10) is obtained from Equation (7) and Equation (9).
Vs1-Vres + dVs <dVs / (1 + k) ... (10)

ここで、k>0なので、式(10)の両辺に(1+k)を乗じることで、式(10)は次の式(11)のように変形される。
(1+k)×(Vs1−Vres+dVs)<dVs ・・・(11)
Here, since k> 0, the equation (10) is transformed into the following equation (11) by multiplying both sides of the equation (10) by (1 + k).
(1 + k) × (Vs1-Vres + dVs) <dVs ... (11)

ここで、第1の電極201の電圧の変化量dVsは、dVs=Vs2−Vs1と表される。そのため、Vs1−Vres+dVs=Vs2−Vresである。信号電荷がホールの実施例においては、リセット電圧Vresが第2の電圧Vs2より高い。つまり、Vs2−Vres<0である。したがって、次の式(12)の関係が満たされる。
Vs1−Vres+dVs<0 ・・・(12)
Here, the amount of change in voltage of the first electrode 201, dVs, is expressed as dVs = Vs2-Vs1. Therefore, Vs1-Vres + dVs = Vs2-Vres. In the example where the signal charge is Hall, the reset voltage Vres is higher than the second voltage Vs2. That is, Vs2-Vres <0. Therefore, the relationship of the following equation (12) is satisfied.
Vs1-Vres + dVs <0 ... (12)

したがって、式(11)の両辺を(Vs1−Vres+dVs)で除すると、不等号の向きが変わり、次の式(13)の関係が得られる。
1+k>dVs/(Vs1−Vres+dVs) ・・・(13)
Therefore, if both sides of the equation (11) are divided by (Vs1-Vres + dVs), the direction of the inequality sign changes, and the relationship of the following equation (13) is obtained.
1 + k> dVs / (Vs1-Vres + dVs) ... (13)

式(13)から、容量値C1と容量値C2との容量比kに関して、次の式(14)で表される関係式が得られる。 From the formula (13), a relational expression represented by the following formula (14) can be obtained with respect to the capacity ratio k of the capacity value C1 and the capacity value C2.

この式(14)の関係が満たされると、排出されない電荷の量を低減することができる。したがって、ノイズを低減することができる。 When the relationship of the equation (14) is satisfied, the amount of electric charge that is not discharged can be reduced. Therefore, noise can be reduced.

本実施例では、第1の電圧Vs1が5Vであり、リセット電圧Vresが3.3Vである。第2の電圧Vs2は0Vなので、第1の電極201の電圧の変化量dVsは−5Vである。そのため、kの値は0.52よりも大きい値に設定される。具体的に、本実施例では第1の容量103の容量値C1は4fFであり、第2の容量111の容量値C2は1fFである。つまり、k=4となっている。このような構成によれば、よりノイズを低減することができる。 In this embodiment, the first voltage Vs1 is 5V and the reset voltage Vres is 3.3V. Since the second voltage Vs2 is 0V, the amount of change dVs in the voltage of the first electrode 201 is −5V. Therefore, the value of k is set to a value larger than 0.52. Specifically, in this embodiment, the capacity value C1 of the first capacity 103 is 4 fF, and the capacity value C2 of the second capacity 111 is 1 fF. That is, k = 4. According to such a configuration, noise can be further reduced.

本実施例では、平面視において、第1の容量103の上部電極211および下部電極213のいずれかの面積Sdと、第2の電極209の面積Ssが、Sd>0.5×Ssの関係を満たす。このような構成によれば、上述の容量比の関係を容易に得ることができる。 In this embodiment, in a plan view, the area Sd of either the upper electrode 211 or the lower electrode 213 of the first capacitance 103 and the area Ss of the second electrode 209 have a relationship of Sd> 0.5 × Ss. Fulfill. According to such a configuration, the above-mentioned capacity ratio relationship can be easily obtained.

また、kの値が大きいほど、ノイズ低減の効果は大きくなる。したがって、第1の容量103の容量値C1が、第2の容量111の容量値C2と等しいか、あるいはそれより大きいと、ノイズ低減の効果をさらに高くすることができる。 Further, the larger the value of k, the greater the effect of noise reduction. Therefore, when the capacitance value C1 of the first capacitance 103 is equal to or larger than the capacitance value C2 of the second capacitance 111, the effect of noise reduction can be further enhanced.

第1の電極209の電圧の変化量dVsは、第1の電圧Vs1と第2の電圧Vs2とを用いて、dVs=Vs2−Vs1と表される。したがって、式(14)は、式(15)のように変形される。 The amount of change in the voltage of the first electrode 209, dVs, is expressed as dVs = Vs2-Vs1 by using the first voltage Vs1 and the second voltage Vs2. Therefore, equation (14) is modified as in equation (15).

特に、第2の電圧Vs2が0Vの場合には、式(15)を式(16)のように簡略化することができる。 In particular, when the second voltage Vs2 is 0V, the equation (15) can be simplified as in the equation (16).

次に、信号電荷が電子の実施例を説明する。信号電荷が電子の場合、式(8)および式(9)の不等号の向きが変わる。したがって、式(10)乃至式(11)の不等号の向きも変わる。しかし、信号電荷が電子の場合、リセット電圧Vresが第2の電圧Vs2より低い。そのため、式(11)におけるVs1−Vres+dVs=Vs2−Vresが正の値である。つまり、(Vs1−Vres+dVs)>0という関係が成り立つ。そのため、式(11)の両辺を(Vs1−Vres+dVs)で除するときに、不等号の向きが変わらない。結果として、信号電荷がホールの場合と同じように、式(14)、ならびに、式(15)が得られる。 Next, an embodiment in which the signal charge is an electron will be described. When the signal charge is an electron, the direction of the inequality sign in equations (8) and (9) changes. Therefore, the direction of the inequality sign in equations (10) to (11) also changes. However, when the signal charge is an electron, the reset voltage Vres is lower than the second voltage Vs2. Therefore, Vs1-Vres + dVs = Vs2-Vres in the formula (11) is a positive value. That is, the relationship (Vs1-Vres + dVs)> 0 holds. Therefore, when both sides of the equation (11) are divided by (Vs1-Vres + dVs), the direction of the inequality sign does not change. As a result, the equation (14) and the equation (15) are obtained as in the case where the signal charge is Hall.

式(15)の左辺は、式(5)を用いてC1/C2に書き換えることができる。また、(Vs2−Vres)/(Vs2−Vres)=1であるから、式(15)の右辺を通分すると、次の式(17)が得られる。 The left side of equation (15) can be rewritten to C1 / C2 using equation (5). Further, since (Vs2-Vres) / (Vs2-Vres) = 1, the following equation (17) can be obtained by dividing the right side of the equation (15).

ここで、式(17)の表す関係について説明する。まず、リセット電圧Vresは第1の電圧Vs1と第2の電圧Vs2との中間の値である。 Here, the relationship represented by the equation (17) will be described. First, the reset voltage Vres is an intermediate value between the first voltage Vs1 and the second voltage Vs2.

リセット電圧Vresが第1の電圧Vs1に近いほど、右辺の値は小さくなる。つまり、第1の容量103の容量値C1が小さくても、光電変換層205のポテンシャルの傾きを反転することができるようになる。リセット電圧Vresと第1の電圧Vs1との差が小さいと、光電変換層205に蓄積できる電荷の量が小さくなる。 The closer the reset voltage Vres is to the first voltage Vs1, the smaller the value on the right side. That is, even if the capacitance value C1 of the first capacitance 103 is small, the inclination of the potential of the photoelectric conversion layer 205 can be reversed. When the difference between the reset voltage Vres and the first voltage Vs1 is small, the amount of electric charge that can be stored in the photoelectric conversion layer 205 becomes small.

一方で、リセット電圧Vresが第1の電圧Vs2に近いほど、右辺の値は大きくなる。つまり、第1の容量103の容量値C1に大きい値が用いられる。このときには、リセット電圧Vresと第1の電圧Vs1との差が大きいので、光電変換層205に蓄積できる電荷の量を増やすことができる。 On the other hand, the closer the reset voltage Vres is to the first voltage Vs2, the larger the value on the right side. That is, a large value is used for the capacity value C1 of the first capacity 103. At this time, since the difference between the reset voltage Vres and the first voltage Vs1 is large, the amount of electric charge that can be stored in the photoelectric conversion layer 205 can be increased.

飽和電荷量と第1の容量103の容量値C1とのバランスのために、リセット電圧Vresが、第1の電圧Vs1および第2の電圧Vs2をそれぞれ上限および下限(あるいは、下限および上限)とする範囲の、20%〜80%の範囲に含まれることが好ましい。例えば、第1の電圧Vs1が5Vであり、第2の電圧Vs2が0Vの場合、リセット電圧Vresは1V〜4Vの範囲に含まれるとよい。 In order to balance the saturated charge amount and the capacitance value C1 of the first capacitance 103, the reset voltage Vres sets the first voltage Vs1 and the second voltage Vs2 as the upper limit and the lower limit (or the lower limit and the upper limit), respectively. It is preferably contained in the range of 20% to 80% of the range. For example, when the first voltage Vs1 is 5V and the second voltage Vs2 is 0V, the reset voltage Vres may be included in the range of 1V to 4V.

光電変換装置がカメラなどのイメージセンサとして使われる場合には、低消費電力化のために低い電源電圧が用いられる。例えば、イメージセンサに供給される電源電圧は5V以下である場合が多い。したがって、式(14)乃至式(17)の各電圧にも5V以下の値が用いられる。このような場合、第1の容量103の容量値C1と第2の容量111の容量値C2とが上述の関係を満足することで、低い電圧で光電変換装置を駆動しつつ、ノイズを低減することができる。 When the photoelectric conversion device is used as an image sensor for a camera or the like, a low power supply voltage is used to reduce power consumption. For example, the power supply voltage supplied to the image sensor is often 5 V or less. Therefore, a value of 5 V or less is used for each voltage of the equations (14) to (17). In such a case, the capacitance value C1 of the first capacitance 103 and the capacitance value C2 of the second capacitance 111 satisfy the above-mentioned relationship, so that noise is reduced while driving the photoelectric conversion device with a low voltage. be able to.

以上に説明したとおり、第1の容量103の容量値C1と、光電変換部101に含まれる第2の容量111の容量値C2との関係によって、ノイズを低減することができる。 As described above, noise can be reduced by the relationship between the capacitance value C1 of the first capacitance 103 and the capacitance value C2 of the second capacitance 111 included in the photoelectric conversion unit 101.

なお、上で挙げた数値はあくまでも一例であり、これらの値に限定されるものではない。 The numerical values given above are merely examples, and are not limited to these values.

光電変換層205と絶縁層207との間の界面に欠陥準位などが存在する可能性がある。このような場合には、公知の技術に基づいてフラットバンド電圧を考慮すればよい。 Defect levels and the like may be present at the interface between the photoelectric conversion layer 205 and the insulating layer 207. In such a case, the flat band voltage may be considered based on a known technique.

次に本実施例の光電変換装置の駆動方法について説明する。図7は、本実施例の光電変換装置に用いられる駆動信号のタイミングチャートを示している。図7には、n行目とn+1行目の2行分の信号の読み出し動作に対応した駆動信号が示されている。 Next, a method of driving the photoelectric conversion device of this embodiment will be described. FIG. 7 shows a timing chart of the drive signal used in the photoelectric conversion device of this embodiment. FIG. 7 shows a drive signal corresponding to the signal reading operation for the two lines of the nth line and the n + 1th line.

駆動信号pSELは選択トランジスタ105のゲートに供給される。駆動信号pRESはリセットトランジスタ102のゲートに供給される。電圧信号Vsは光電変換部101の第1の電極201に供給される。駆動信号pTSはS/Hスイッチ303に供給される。駆動信号pTNはS/Hスイッチ305に供給される。駆動信号CSELは列駆動回路150に供給される。 The drive signal pSEL is supplied to the gate of the selection transistor 105. The drive signal pRES is supplied to the gate of the reset transistor 102. The voltage signal Vs is supplied to the first electrode 201 of the photoelectric conversion unit 101. The drive signal pTS is supplied to the S / H switch 303. The drive signal pTN is supplied to the S / H switch 305. The drive signal CSEL is supplied to the column drive circuit 150.

駆動信号pSEL、駆動信号pRES、駆動信号pTN、駆動信号pTSがハイレベルの時に、対応するトランジスタまたはスイッチがオンする。駆動信号pSEL、駆動信号pRES、駆動信号pTN、駆動信号pTSがローレベルの時に、対応するトランジスタまたはスイッチがオフする。電圧信号Vsは、第1の電圧Vs1と第2の電圧Vs2とを含む。 When the drive signal pSEL, drive signal pRES, drive signal pTN, and drive signal pTS are at a high level, the corresponding transistor or switch is turned on. When the drive signal pSEL, drive signal pRES, drive signal pTN, and drive signal pTS are at low level, the corresponding transistor or switch is turned off. The voltage signal Vs includes a first voltage Vs1 and a second voltage Vs2.

本実施例の光電変換装置は、いわゆるローリングシャッタ動作を行う。時刻t1より前には、n行目の画素100の光電変換部101、および、n+1行目の画素100の光電変換部101は信号電荷を蓄積している状態である。また、時刻t1より前は、n行目の電圧信号Vs(n)およびn+1行目の電圧信号Vs(n+1)はいずれも第1の電圧Vs1である。 The photoelectric conversion device of this embodiment performs a so-called rolling shutter operation. Before the time t1, the photoelectric conversion unit 101 of the pixel 100 on the nth row and the photoelectric conversion unit 101 of the pixel 100 on the n + 1th row are in a state of accumulating signal charges. Further, before the time t1, the voltage signal Vs (n) on the nth line and the voltage signal Vs (n + 1) on the n + 1th line are both the first voltage Vs1.

時刻t1において、駆動信号pSEL(n)がハイレベルになり、n行目の画素100の選択トランジスタ105がオンする。これにより、n行目の画素100の増幅トランジスタ104が信号を出力する。 At time t1, the drive signal pSEL (n) becomes high level, and the selection transistor 105 of the pixel 100 on the nth row is turned on. As a result, the amplification transistor 104 of the pixel 100 on the nth row outputs a signal.

時刻t1において、駆動信号pRES(n)がハイレベルになり、n行目の画素100のリセットトランジスタ102がオンする。これにより、n行目の画素100のノードBの電圧がリセット電圧Vresにリセットされる。その後、時刻t2において、駆動信号pRES(n)がローレベルになり、リセットトランジスタ102がオフする。この時の光電変換部101のエネルギーバンドの状態が、図6(a)に示されている。 At time t1, the drive signal pRES (n) becomes high level, and the reset transistor 102 of the pixel 100 on the nth row is turned on. As a result, the voltage of the node B of the pixel 100 in the nth row is reset to the reset voltage Vres. After that, at time t2, the drive signal pRES (n) becomes low level and the reset transistor 102 is turned off. The state of the energy band of the photoelectric conversion unit 101 at this time is shown in FIG. 6A.

次に、駆動信号pTN(n)が、時刻t3においてハイレベルになり、時刻t3においてローレベルになる。これにより、リセットノイズ(図6のkTC1)を含むノイズ信号が、列回路140の容量CTNに保持される。 Next, the drive signal pTN (n) becomes high level at time t3 and low level at time t3. As a result, the noise signal including the reset noise (kTC1 in FIG. 6) is held in the capacitance CTN of the column circuit 140.

時刻t5において、電圧信号Vs(n)が第1の電圧Vs1から第2の電圧Vs2に遷移する。この時の光電変換部101のエネルギーバンドの状態が、図6(b)に示されている。続いて、時刻t6において、電圧信号Vs(n)が第2の電圧Vs2から第1の電圧Vs1に遷移する。この時の光電変換部101のエネルギーバンドの状態が、図6(c)に示されている。時刻t5から時刻t6の動作によって、上述のとおり信号電荷の転送が行われる。したがって、ノードBには蓄積された信号電荷の量に応じた電圧Vpが生じる。 At time t5, the voltage signal Vs (n) transitions from the first voltage Vs1 to the second voltage Vs2. The state of the energy band of the photoelectric conversion unit 101 at this time is shown in FIG. 6 (b). Subsequently, at time t6, the voltage signal Vs (n) transitions from the second voltage Vs2 to the first voltage Vs1. The state of the energy band of the photoelectric conversion unit 101 at this time is shown in FIG. 6 (c). By the operation from time t5 to time t6, the signal charge is transferred as described above. Therefore, a voltage Vp is generated in the node B according to the amount of the stored signal charge.

駆動信号pTS(n)が、時刻t7においてハイレベルになり、時刻t8においてローレベルになる。これにより、電圧Vpとリセットノイズ(図6のkTC1)とを含む光信号が、列回路140の容量CTSに保持される。 The drive signal pTS (n) becomes high level at time t7 and low level at time t8. As a result, the optical signal including the voltage Vp and the reset noise (kTC1 in FIG. 6) is held in the capacitance CTS of the column circuit 140.

続いて、駆動信号pPRES(n)が、時刻t9においてハイレベルになり、時刻t10においてローレベルになる。これにより、n行目の画素100のノードBの電圧が、再びリセット電圧Vresにリセットされる。この時の光電変換部101のエネルギーバンドの状態が、図6(d)に示されている。 Subsequently, the drive signal pPRES (n) becomes high level at time t9 and low level at time t10. As a result, the voltage of the node B of the pixel 100 in the nth row is reset to the reset voltage Vres again. The state of the energy band of the photoelectric conversion unit 101 at this time is shown in FIG. 6 (d).

この後、n行目の画素100は、次のフレームの信号電荷の蓄積を開始する。信号電荷の蓄積中の、光電変換部101のエネルギーバンドの状態が、図6(e)、(f)に示されている。 After that, the pixel 100 in the nth row starts accumulating the signal charge of the next frame. The state of the energy band of the photoelectric conversion unit 101 during the accumulation of the signal charge is shown in FIGS. 6 (e) and 6 (f).

時刻t11において、駆動信号pSEL(n)がローレベルになり、n行目の画素100から列回路140への信号の読み出しが終了する。 At time t11, the drive signal pSEL (n) becomes low level, and the reading of the signal from the pixel 100 in the nth row to the column circuit 140 ends.

列回路140に読みだされたノイズ信号と光信号は、駆動信号CSELに基づいて、列ごとに出力部170に出力される。出力部170は光信号とノイズ信号の差分をアナログ−デジタル変換部180に出力する。 The noise signal and the optical signal read out to the column circuit 140 are output to the output unit 170 for each column based on the drive signal CSEL. The output unit 170 outputs the difference between the optical signal and the noise signal to the analog-digital conversion unit 180.

時刻t12において、駆動信号pSEL(n+1)がハイレベルになり、n+1行目の画素100の選択トランジスタ105がオンする。以降、n+1行目の画素100からの信号の読み出しが行われる。この動作は時刻t1から時刻t11と同様なので、説明を省略する。 At time t12, the drive signal pSEL (n + 1) becomes high level, and the selection transistor 105 of the pixel 100 on the n + 1th line is turned on. After that, the signal is read from the pixel 100 on the n + 1th line. Since this operation is the same as the time t1 to the time t11, the description thereof will be omitted.

以上に述べたとおり、本実施例の光電変換装置においては、光電変換層205が量子ドット10を含む。このような構成によれば、光電変換層の欠陥準位を低減することができる。量子ドットのサイズが小さいために、その内部の格子欠陥を少なくすることができるからである。結果として、ノイズを低減することができる。 As described above, in the photoelectric conversion device of this embodiment, the photoelectric conversion layer 205 includes the quantum dots 10. According to such a configuration, the defect level of the photoelectric conversion layer can be reduced. This is because the size of the quantum dot is small, so that the lattice defects inside the quantum dot can be reduced. As a result, noise can be reduced.

別の実施例を説明する。本実施例は、電圧供給部が電圧を供給するノードが実施例1と異なる。そこで、実施例1と異なる部分のみを説明する。実施例1と同じ部分については、説明を省略する。 Another embodiment will be described. In this embodiment, the node to which the voltage supply unit supplies the voltage is different from that in the first embodiment. Therefore, only the part different from the first embodiment will be described. The same parts as in the first embodiment will be omitted.

図8は、本実施例の光電変換装置の画素100の構成を模式的に示している。図1(a)と同じ機能を有する部分には、同じ符号を付してある。本実施例の光電変換部101の等価回路は実施例1と同じである。すなわち、図1(b)および(c)が、本実施例の光電変換部101の等価回路の例を示している。 FIG. 8 schematically shows the configuration of the pixel 100 of the photoelectric conversion device of this embodiment. The parts having the same functions as those in FIG. 1A are designated by the same reference numerals. The equivalent circuit of the photoelectric conversion unit 101 of this embodiment is the same as that of the first embodiment. That is, FIGS. 1 (b) and 1 (c) show an example of the equivalent circuit of the photoelectric conversion unit 101 of this embodiment.

本実施例では、第1の容量103の第2の端子に、電圧供給部410からの電圧Vdが供給される。電圧供給部410は、第1の容量103の第2の端子に、少なくとも第1の電圧Vd1と、第1の電圧Vd1とは異なる第2の電圧Vd2を供給する。 In this embodiment, the voltage Vd from the voltage supply unit 410 is supplied to the second terminal of the first capacity 103. The voltage supply unit 410 supplies at least the first voltage Vd1 and a second voltage Vd2 different from the first voltage Vd1 to the second terminal of the first capacitance 103.

信号電荷がホールの場合、第2の電圧Vd2は第1の電圧Vd1より高い電圧である。信号電荷がホールの場合、例えば、第1の電圧Vd1は0Vであり、第2の電圧Vd2は5Vである。信号電荷が電子の場合、第2の電圧Vd2は第1の電圧Vd1より低い電圧である。信号電荷が電子の場合、例えば、第1の電圧Vd1が5Vであり、第2の電圧Vd2が0Vである。 When the signal charge is Hall, the second voltage Vd2 is higher than the first voltage Vd1. When the signal charge is Hall, for example, the first voltage Vd1 is 0V and the second voltage Vd2 is 5V. When the signal charge is an electron, the second voltage Vd2 is lower than the first voltage Vd1. When the signal charge is an electron, for example, the first voltage Vd1 is 5V and the second voltage Vd2 is 0V.

一方、光電変換部101の第1の電極201には、所定の電圧Vsが供給される。本実施例では、光電変換部101の第1の電極201には3Vの電圧が供給されている。図1において、第1の電極201はノードAに含まれている。 On the other hand, a predetermined voltage Vs is supplied to the first electrode 201 of the photoelectric conversion unit 101. In this embodiment, a voltage of 3 V is supplied to the first electrode 201 of the photoelectric conversion unit 101. In FIG. 1, the first electrode 201 is included in the node A.

次に、リセットトランジスタ102の供給するリセット電圧Vresについて説明する。信号電荷がホールの場合、リセット電圧Vresは、光電変換部101の第1の電極201に供給される電圧Vsよりも低い電圧である。信号電荷が電子の場合、リセット電圧Vresは、光電変換部101の第1の電極201に供給される電圧Vsよりも高い電圧である。 Next, the reset voltage Vres supplied by the reset transistor 102 will be described. When the signal charge is Hall, the reset voltage Vres is a voltage lower than the voltage Vs supplied to the first electrode 201 of the photoelectric conversion unit 101. When the signal charge is an electron, the reset voltage Vres is a voltage higher than the voltage Vs supplied to the first electrode 201 of the photoelectric conversion unit 101.

本実施例では、ノードCの電圧Vdを制御することで、第1の容量103を介してノードCと結合しているノードBの電圧を制御している。そのため、ノードCに供給される電圧Vdと、リセット電圧VresあるいはノードAに供給されるVsとの直流的な大小関係は特に制限されない。 In this embodiment, the voltage Vd of the node C is controlled to control the voltage of the node B coupled to the node C via the first capacitance 103. Therefore, the DC magnitude relationship between the voltage Vd supplied to the node C and the reset voltage Vres or Vs supplied to the node A is not particularly limited.

図9は、本実施例の光電変換装置の全体の回路構成を模式的に示す図である。図2と同じ機能を有する部分には、同じ符号を付してある。 FIG. 9 is a diagram schematically showing the entire circuit configuration of the photoelectric conversion device of this embodiment. The parts having the same functions as those in FIG. 2 are designated by the same reference numerals.

図9は、光電変換部101の第1の電極201の平面構造を模式的に示している。第1の電極201は、図9のノードAに含まれる。図9が示すように、複数の行および複数の列に含まれる複数の画素100の光電変換部101は、共通の第1の電極201を含んで構成される。第1の電極201には、電圧Vsが供給される。 FIG. 9 schematically shows the planar structure of the first electrode 201 of the photoelectric conversion unit 101. The first electrode 201 is included in the node A of FIG. As shown in FIG. 9, the photoelectric conversion unit 101 of the plurality of pixels 100 included in the plurality of rows and the plurality of columns includes a common first electrode 201. A voltage Vs is supplied to the first electrode 201.

本実施例では、第1の容量103の第2の端子(ノードC)に供給される電圧Vdは、行ごとに独立して制御される。そのため、行駆動回路120が電圧供給部410から電圧Vdの供給される行を選択する。なお、異なる行に供給される電圧Vdを区別するために、(n)、(n+1)などの行を表す符号を付している。以上に説明した構成により、本実施例では、複数の画素100を行ごとに駆動することができる。 In this embodiment, the voltage Vd supplied to the second terminal (node C) of the first capacitance 103 is controlled independently for each row. Therefore, the row drive circuit 120 selects the row to which the voltage Vd is supplied from the voltage supply unit 410. In addition, in order to distinguish the voltage Vd supplied to different rows, reference numerals representing the rows such as (n) and (n + 1) are added. With the configuration described above, in this embodiment, a plurality of pixels 100 can be driven row by row.

本実施例の列回路140の構成は、実施例1と同じである。すなわち、図3が、本実施例の列回路140の等価回路を示している。また、実施例1と同様に、列回路140はアナログ−デジタル変換回路であってもよい。この場合、アナログ−デジタル変換回路は、メモリやカウンタなどのデジタル信号を保持する保持部を有する。保持部には、ノイズ信号および光信号がそれぞれデジタル信号に変換されて保持される。 The configuration of the column circuit 140 of this embodiment is the same as that of the first embodiment. That is, FIG. 3 shows an equivalent circuit of the column circuit 140 of this embodiment. Further, as in the first embodiment, the column circuit 140 may be an analog-to-digital conversion circuit. In this case, the analog-to-digital conversion circuit has a holding unit that holds a digital signal such as a memory or a counter. The noise signal and the optical signal are converted into digital signals and held in the holding unit.

次に、本実施例の光電変換装置の平面構造、および、断面構造について説明する。図10は、光電変換装置の平面構造を模式的に示している。図11は、光電変換装置の断面構造を模式的に示している。図11に示された断面は、図10における破線X1−X2に沿った断面に対応する。なお、図4あるいは図5と同じ部分には、同じ符号を付してある。 Next, the planar structure and the cross-sectional structure of the photoelectric conversion device of this embodiment will be described. FIG. 10 schematically shows the planar structure of the photoelectric conversion device. FIG. 11 schematically shows the cross-sectional structure of the photoelectric conversion device. The cross section shown in FIG. 11 corresponds to the cross section along the broken line X1-X2 in FIG. The same parts as those in FIG. 4 or 5 are designated by the same reference numerals.

図10および図11が示すように、第1の容量103の下部電極213は、導電部材420に接続される。導電部材420は、電圧供給部410からの電圧Vdを供給する配線を構成する。本実施例では、導電部材420が行ごとに配され、他の行の導電部材420とは電気的に絶縁される。このような構成により、行ごとに独立して第1の容量103の第2の端子(ノードC)の電圧Vdを制御することができる。 As shown in FIGS. 10 and 11, the lower electrode 213 of the first capacitance 103 is connected to the conductive member 420. The conductive member 420 constitutes a wiring for supplying the voltage Vd from the voltage supply unit 410. In this embodiment, the conductive members 420 are arranged row by row and are electrically insulated from the conductive members 420 in the other rows. With such a configuration, the voltage Vd of the second terminal (node C) of the first capacitance 103 can be controlled independently for each row.

上述の構造以外は、実施例1と同様であるため、説明を省略する。 Since the structure is the same as that of the first embodiment except for the above structure, the description thereof will be omitted.

次に、本実施例における光電変換部101の動作について説明する。図12は、光電変換部101におけるエネルギーバンドを模式的に示している。図12には、第1の電極201、ブロッキング層203、光電変換層205、絶縁層207、第2の電極209のエネルギーバンドが示されている。図12の縦軸は電子に対するポテンシャルを表している。図12の上に行くほど、電子に対するポテンシャルが高い。したがって、図12の上に行くほど、電圧は低くなる。第1の電極201、および、第2の電極209については、自由電子のエネルギー準位が示されている。ブロッキング層203、および、光電変換層205については、伝導帯のエネルギー準位と価電子帯のエネルギー準位との間のバンドギャップが示されている。なお、光電変換層205と絶縁層207との界面における光電変換層205のポテンシャルを、便宜的に、光電変換層205の表面ポテンシャル、あるいは、単に表面ポテンシャルと呼ぶ。 Next, the operation of the photoelectric conversion unit 101 in this embodiment will be described. FIG. 12 schematically shows the energy band in the photoelectric conversion unit 101. FIG. 12 shows the energy bands of the first electrode 201, the blocking layer 203, the photoelectric conversion layer 205, the insulating layer 207, and the second electrode 209. The vertical axis of FIG. 12 represents the potential for electrons. The higher the figure, the higher the potential for electrons. Therefore, the voltage becomes lower toward the upper part of FIG. The energy levels of free electrons are shown for the first electrode 201 and the second electrode 209. For the blocking layer 203 and the photoelectric conversion layer 205, a band gap between the energy level of the conduction band and the energy level of the valence band is shown. For convenience, the potential of the photoelectric conversion layer 205 at the interface between the photoelectric conversion layer 205 and the insulating layer 207 is referred to as the surface potential of the photoelectric conversion layer 205, or simply the surface potential.

光電変換部101の動作としては、以下のステップ(1)〜(6)が繰り返し行われる。(1)増幅部の入力ノードのリセット、(2)ノイズ信号の読み出し、(3)光電変換部からの信号電荷の排出、(4)光信号の読み出し、(5)信号電荷の蓄積の開始前のリセット、(6)信号電荷の蓄積。以下、それぞれのステップについて説明する。 As the operation of the photoelectric conversion unit 101, the following steps (1) to (6) are repeated. (1) Reset the input node of the amplification unit, (2) Read the noise signal, (3) Discharge the signal charge from the photoelectric conversion unit, (4) Read the optical signal, (5) Before the start of signal charge accumulation Reset, (6) Accumulation of signal charge. Each step will be described below.

図12(a)は、ステップ(1)からステップ(2)における光電変換部101の状態を示している。第1の電極201には、電圧Vsが供給されている。第1の電圧Vsは、例えば、3Vである。光電変換層205には、露光期間中に生じた信号電荷として、白丸で示されたホールが蓄積されている。蓄積されたホールの量に応じて、光電変換層205の表面ポテンシャルは低くなる方向(電圧が高くなる方向)へ変化する。電子が蓄積される場合、蓄積される電子の量に応じて、表面ポテンシャルは高くなる方向(電圧が低くなる方向)へ変化する。また、ノードCには第1の電圧Vd1が供給されている。第1の電圧Vd1は、例えば、0Vである。 FIG. 12A shows the state of the photoelectric conversion unit 101 in steps (1) to (2). A voltage Vs is supplied to the first electrode 201. The first voltage Vs is, for example, 3V. Holes indicated by white circles are accumulated in the photoelectric conversion layer 205 as signal charges generated during the exposure period. The surface potential of the photoelectric conversion layer 205 changes in the direction of decreasing (the direction of increasing the voltage) according to the amount of accumulated holes. When electrons are accumulated, the surface potential changes in the direction of increasing (the direction in which the voltage decreases) according to the amount of accumulated electrons. Further, a first voltage Vd1 is supplied to the node C. The first voltage Vd1 is, for example, 0V.

この状態でリセットトランジスタ102をオンする。これにより、第2の電極209を含むノード、つまり、図8のノードBの電圧がリセット電圧Vresにリセットされる。本実施例では、ノードBに増幅トランジスタ104のゲートが含まれている。そのため、増幅トランジスタ104のゲートの電圧がリセットされる。リセット電圧Vresは、例えば、1Vである。 In this state, the reset transistor 102 is turned on. As a result, the voltage of the node including the second electrode 209, that is, the node B in FIG. 8 is reset to the reset voltage Vres. In this embodiment, the node B includes the gate of the amplification transistor 104. Therefore, the voltage at the gate of the amplification transistor 104 is reset. The reset voltage Vres is, for example, 1V.

その後、リセットトランジスタ102をオフする。これにより、ノードBが電気的にフローティングになる。このときリセットトランジスタ102によるリセットノイズ(図12のノイズkTC1)が発生しうる。 After that, the reset transistor 102 is turned off. As a result, the node B becomes electrically floating. At this time, reset noise (noise kTC1 in FIG. 12) due to the reset transistor 102 may occur.

リセット動作による2の電極209の電圧の変化に応じて、光電変換層205の表面ポテンシャルは変化しうる。この時の2の電極209の電圧の変化の方向は、信号電荷が蓄積することによって生じた2の電極209の電圧の変化とは反対の方向である。そのため、信号電荷のホールは、光電変換層205に蓄積されたままである。また、ブロッキング層によって第1の電極201からのホールの注入は阻止されるため、光電変換層205に蓄積された信号電荷の量は変わらない。 The surface potential of the photoelectric conversion layer 205 can change according to the change in the voltage of the electrode 209 of 2 due to the reset operation. The direction of change in the voltage of the electrode 2 209 at this time is opposite to the direction of the change in the voltage of the electrode 2 209 caused by the accumulation of the signal charge. Therefore, the holes of the signal charge remain accumulated in the photoelectric conversion layer 205. Further, since the blocking layer blocks the injection of holes from the first electrode 201, the amount of signal charge accumulated in the photoelectric conversion layer 205 does not change.

選択トランジスタ105がオンであれば、増幅トランジスタ104がリセットノイズを含むノイズ信号(Vres+kTC1)を画素100から出力する。ノイズ信号は、列回路140の容量CTNに保持される。 When the selection transistor 105 is on, the amplification transistor 104 outputs a noise signal (Vres + kTC1) including reset noise from the pixel 100. The noise signal is held in the capacitance CTN of the column circuit 140.

図12(b)および(c)は、ステップ(3)における光電変換部101の状態を示している。まず、ノードCに第2の電圧Vd2が供給される。信号電荷としてホールを用いているため、第2の電圧Vd2は第1の電圧Vs1より高い電圧である。第2の電圧Vd2は、例えば、5Vである。 12 (b) and 12 (c) show the state of the photoelectric conversion unit 101 in step (3). First, a second voltage Vd2 is supplied to the node C. Since the hole is used as the signal charge, the second voltage Vd2 is higher than the first voltage Vs1. The second voltage Vd2 is, for example, 5V.

このとき、第2の電極209(ノードB)の電圧は、ノードCの電圧の変化と同じ方向に向かって変化する。第2の電極209の電圧の変化量dVBは、第2の電極209に接続された第1の容量103の容量値C1と、光電変換部101が有する第2の容量111の容量値C2との比に応じて決まる。ノードCの電圧の変化量dVdに対して、第2の電極209の電圧の変化量dVBは、dVB=dVd×C1/(C1+C2)と表される。なお、第2の電極209を含むノードBは他の容量成分を含みうる。しかし、他の容量成分は第1の容量103の容量値C1にくらべて十分に小さい。そのため、ノードBの容量値は、第1の容量103の容量値C1と等しいとみなしてよい。 At this time, the voltage of the second electrode 209 (node B) changes in the same direction as the change of the voltage of the node C. The amount of change in the voltage of the second electrode 209, dVB, is the capacitance value C1 of the first capacitance 103 connected to the second electrode 209 and the capacitance value C2 of the second capacitance 111 of the photoelectric conversion unit 101. It depends on the ratio. The amount of change in voltage of the second electrode 209 dVB is expressed as dVB = dVd × C1 / (C1 + C2) with respect to the amount of change in voltage of node C dVd. Note that the node B including the second electrode 209 may contain other capacitive components. However, the other capacitance components are sufficiently smaller than the capacitance value C1 of the first capacitance 103. Therefore, the capacity value of the node B may be regarded as equal to the capacity value C1 of the first capacity 103.

本実施例では、第2の電極209の電圧の変化量dVBが、第1の電極209の電圧Vsとリセット電圧Vresの差(Vs−Vres)よりも十分に大きい。そのため、第2の電極209のポテンシャルは、第1の電極201のポテンシャルよりも低くなり、光電変換層205のポテンシャルの傾きが反転する。これにより、黒丸で示された電子が第1の電極209から光電変換層205へ注入される。また、信号電荷として光電変換層205に蓄積されたホールの一部または全部が、ブロッキング層203の方へ移動する。移動したホールは、ブロッキング層203の多数キャリアと再結合して消滅する。その結果、光電変換層205のホールが光電変換層205から排出される。光電変換層205の全体が空乏化する場合には、信号電荷として蓄積されたホールの全部が排出される。 In this embodiment, the amount of change dVB in the voltage of the second electrode 209 is sufficiently larger than the difference (Vs-Vres) between the voltage Vs of the first electrode 209 and the reset voltage Vres. Therefore, the potential of the second electrode 209 is lower than the potential of the first electrode 201, and the inclination of the potential of the photoelectric conversion layer 205 is reversed. As a result, the electrons indicated by the black circles are injected from the first electrode 209 into the photoelectric conversion layer 205. Further, a part or all of the holes accumulated in the photoelectric conversion layer 205 as signal charges move toward the blocking layer 203. The moved holes are recombined with the majority carriers of the blocking layer 203 and disappear. As a result, the holes in the photoelectric conversion layer 205 are discharged from the photoelectric conversion layer 205. When the entire photoelectric conversion layer 205 is depleted, all the holes accumulated as signal charges are discharged.

次に、図12(c)に示される状態においては、ノードCに第1の電圧Vd1が供給される。これにより、光電変換層205のポテンシャルの傾きが再び反転する。そのため、図12(b)の状態の時に光電変換層205に注入されていた電子は、光電変換層205から排出される。一方、ブロッキング層203が、第1の電極201から光電変換層205へのホールの注入を阻止する。したがって、光電変換層205の表面ポテンシャルは、蓄積されていたホールの量に応じて変化する。表面ポテンシャルの変化に対応して、第2の電極209の電圧は、リセットされた状態から、消滅したホールの量に応じた電圧Vpだけ変化する。つまり、信号電荷として蓄積されたホールの量に応じた電圧VpがノードBに現れる。蓄積されたホールの量に応じた電圧Vpを、光信号成分と呼ぶ。 Next, in the state shown in FIG. 12 (c), the first voltage Vd1 is supplied to the node C. As a result, the inclination of the potential of the photoelectric conversion layer 205 is reversed again. Therefore, the electrons injected into the photoelectric conversion layer 205 in the state of FIG. 12B are discharged from the photoelectric conversion layer 205. On the other hand, the blocking layer 203 prevents the injection of holes from the first electrode 201 into the photoelectric conversion layer 205. Therefore, the surface potential of the photoelectric conversion layer 205 changes according to the amount of accumulated holes. In response to the change in the surface potential, the voltage of the second electrode 209 changes from the reset state by the voltage Vp according to the amount of the disappeared holes. That is, a voltage Vp corresponding to the amount of holes accumulated as a signal charge appears at the node B. The voltage Vp corresponding to the amount of accumulated holes is called an optical signal component.

ここで、図12(c)に示される状態の時に、選択トランジスタ105がオンする。これにより、増幅トランジスタ104が光信号(Vp+Vres+kTC1)を画素100から出力する。光信号は、列回路140の容量CTSに保持される。ステップ(2)で読み出されたリセット信号(Vres+kTC1)と、ステップ(4)で読み出された光信号(Vp+Vres+kTC1)との差分が、蓄積された信号電荷に応じた電圧Vpに基づく信号である。 Here, the selection transistor 105 is turned on in the state shown in FIG. 12 (c). As a result, the amplification transistor 104 outputs an optical signal (Vp + Vres + kTC1) from the pixel 100. The optical signal is held in the capacitive CTS of the column circuit 140. The difference between the reset signal (Vres + kTC1) read in step (2) and the optical signal (Vp + Vres + kTC1) read in step (4) is a signal based on the voltage Vp according to the accumulated signal charge. ..

図12(d)は、ステップ(5)における光電変換部101の状態を示している。リセットトランジスタ102をオンし、ノードBの電圧をリセット電圧Vresにリセットする。その後、リセットトランジスタ102をオフする。このように、信号電荷の蓄積を開始する前にノードBのリセットを行うことにより、ノードBに蓄積された前フレームの光信号成分を除去できる。したがって、ノードBに光信号が累積していき、ダイナミックレンジが狭くなっていくことを防止することができる。なおステップ(5)の信号電荷の蓄積の開始前のリセットは、行わなくてもよい。 FIG. 12D shows the state of the photoelectric conversion unit 101 in step (5). The reset transistor 102 is turned on, and the voltage of the node B is reset to the reset voltage Vres. After that, the reset transistor 102 is turned off. In this way, by resetting the node B before starting the accumulation of the signal charge, the optical signal component of the previous frame accumulated in the node B can be removed. Therefore, it is possible to prevent the optical signals from accumulating on the node B and narrowing the dynamic range. It is not necessary to perform the reset before the start of the accumulation of the signal charge in step (5).

このときにも、リセットトランジスタ102によるリセットノイズ(図12のノイズkTC2)が発生しうる。しかし、ここで発生するリセットノイズは、蓄積期間の終了後に、ステップ(1)のリセット動作を行うことで除去することができる。 At this time as well, reset noise (noise kTC2 in FIG. 12) due to the reset transistor 102 may occur. However, the reset noise generated here can be removed by performing the reset operation in step (1) after the end of the accumulation period.

図12(e)および(f)は、ステップ(6)における光電変換部101の状態を示している。第1の電極201に電圧Vsが供給され、ノードBにリセット電圧Vresが供給される。リセット電圧Vresは第1の電極201の電圧Vsより低いため、光電変換層205の電子は第1の電極201に排出される。一方、光電変換層205のホールは、光電変換層205と絶縁層207との界面に向かって移動する。しかし、ホールは絶縁層207に移動できないため、光電変換層205に蓄積される。また、前述のとおり、ブロッキング層203が、ホールが光電変換層205に注入されることを阻止する。したがって、この状態で光電変換層205に光が入射すると、光電変換によって生じた電子ホール対のうち、ホールのみが信号電荷として光電変換層205に蓄積される。一定期間の蓄積を行った後、ステップ(1)〜(6)の動作が繰り返される。 12 (e) and 12 (f) show the state of the photoelectric conversion unit 101 in step (6). The voltage Vs is supplied to the first electrode 201, and the reset voltage Vres is supplied to the node B. Since the reset voltage Vres is lower than the voltage Vs of the first electrode 201, the electrons of the photoelectric conversion layer 205 are discharged to the first electrode 201. On the other hand, the holes of the photoelectric conversion layer 205 move toward the interface between the photoelectric conversion layer 205 and the insulating layer 207. However, since the holes cannot move to the insulating layer 207, they are accumulated in the photoelectric conversion layer 205. Further, as described above, the blocking layer 203 prevents the holes from being injected into the photoelectric conversion layer 205. Therefore, when light is incident on the photoelectric conversion layer 205 in this state, only the holes among the electron hole pairs generated by the photoelectric conversion are accumulated in the photoelectric conversion layer 205 as signal charges. After accumulating for a certain period of time, the operations of steps (1) to (6) are repeated.

なお、蓄積されたホールによって光電変換層205の表面ポテンシャルが変化する。この表面ポテンシャルの変化に応じて、第2の電極209の電圧は上がる。これが図6(f)ではVp0で示されている。図6(a)のリセット時には、上述のとおり、変化した電圧Vp0を打ち消すように、第2の電極209の電圧が変化する。つまり、第2の電極209の電圧が下がる。したがって、光電変換層205の表面ポテンシャルは高くなる方向に変化する。 The surface potential of the photoelectric conversion layer 205 changes depending on the accumulated holes. The voltage of the second electrode 209 rises in response to this change in surface potential. This is shown by Vp0 in FIG. 6 (f). At the time of resetting in FIG. 6A, the voltage of the second electrode 209 changes so as to cancel the changed voltage Vp0 as described above. That is, the voltage of the second electrode 209 drops. Therefore, the surface potential of the photoelectric conversion layer 205 changes in the increasing direction.

信号電荷が電子の場合、第2の電圧Vd2は第1の電圧Vd1より低い電圧である。そのため、図12(a)〜(f)でのポテンシャルの傾きが反転する。それ以外の動作は同じである。 When the signal charge is an electron, the second voltage Vd2 is lower than the first voltage Vd1. Therefore, the slope of the potential in FIGS. 12 (a) to 12 (f) is reversed. Other operations are the same.

図12を用いて説明した動作においては、図12(b)の状態で光電変換層205のポテンシャルの傾きが反転することで、蓄積したホールの排出を行っている。光電変換層205のポテンシャルの傾きを反転させることができないと、排出されない電荷が生じるため、ノイズが生じる可能性がある。ここで、第2の電極209(ノードB)の電圧の変化量dVBが、第1の電極209の電圧Vsとリセット電圧Vresの差(Vs−Vres)に比べて大きいほど、ポテンシャル勾配を反転させやすい。つまり、第2の電極209の電圧の変化量dVBが、第1の電極209の電圧Vsとリセット電圧Vresの差(Vs−Vres)に比べて大きいほど、ノイズを低減することができる。 In the operation described with reference to FIG. 12, the accumulated holes are discharged by reversing the inclination of the potential of the photoelectric conversion layer 205 in the state of FIG. 12B. If the slope of the potential of the photoelectric conversion layer 205 cannot be reversed, an electric charge that is not discharged is generated, which may cause noise. Here, as the amount of change in voltage of the second electrode 209 (node B) dVB is larger than the difference (Vs-Vres) between the voltage Vs of the first electrode 209 and the reset voltage Vres, the potential gradient is inverted. Cheap. That is, the noise can be reduced as the amount of change in the voltage of the second electrode 209 dVB is larger than the difference (Vs-Vres) between the voltage Vs of the first electrode 209 and the reset voltage Vres.

上述のとおり、ノードCの電圧の変化量dVdとノードBの電圧の変化量dVBとの間には、dVB=dVd×C1/(C1+C2)という関係がある。つまり、ノードBの容量値C1が大きいほど、ノードBの電圧の変化量dVBが大きくなる。 As described above, there is a relationship of dVB = dVd × C1 / (C1 + C2) between the change amount dVd of the voltage of the node C and the change amount dVB of the voltage of the node B. That is, the larger the capacitance value C1 of the node B, the larger the amount of change dVB of the voltage of the node B.

本実施例では、第2の電極209に第1の容量103が接続されている。そのため、ノードBの容量値C1を大きくすることができる。このような構成によれば、第ノードBの電圧の変化量dVBを大きくすることができる。結果として、光電変換層205を空乏化しやすくなるため、排出されない電荷を低減できる。このように、本実施例によれば、ノイズを低減することができる。 In this embodiment, the first capacitance 103 is connected to the second electrode 209. Therefore, the capacity value C1 of the node B can be increased. According to such a configuration, the amount of change in the voltage of the node B, dVB, can be increased. As a result, the photoelectric conversion layer 205 is easily depleted, so that the charges that are not discharged can be reduced. As described above, according to this embodiment, noise can be reduced.

比較例として、ノードBに第1の容量103が接続されていない構成を説明する。この場合、ノードBの容量は、半導体領域のPN接合による容量成分や配線との寄生容量成分を含みうる。しかし、これらの容量成分は、光電変換部101の有する第2の容量111の容量値C2に比べて無視できるほど小さい。したがって、C1/(C1+C2)がほとんどゼロになる。そのため、ノードCの電圧Vdを変化させても、ノードBの電圧がほとんど変化しない。そうすると、図12(b)の状態において、ポテンシャルの傾きが反転しない可能性がある。結果として信号電荷として蓄積されたホールの一部を排出できない可能性が生じる。比較例に対して、本実施例では排出されない信号電荷の量を低減できるので、ノイズを低減することができる。 As a comparative example, a configuration in which the first capacity 103 is not connected to the node B will be described. In this case, the capacitance of the node B may include a capacitance component due to the PN junction of the semiconductor region and a parasitic capacitance component with the wiring. However, these capacitance components are negligibly smaller than the capacitance value C2 of the second capacitance 111 of the photoelectric conversion unit 101. Therefore, C1 / (C1 + C2) becomes almost zero. Therefore, even if the voltage Vd of the node C is changed, the voltage of the node B hardly changes. Then, in the state of FIG. 12B, the slope of the potential may not be reversed. As a result, there is a possibility that a part of the holes accumulated as signal charges cannot be discharged. Compared to the comparative example, the amount of signal charge that is not emitted in this embodiment can be reduced, so that noise can be reduced.

続いて、第1の容量103の容量値C1と、光電変換部101に含まれる第2の容量111の容量値C2と、各部に供給される電圧との関係について説明する。本実施例において、容量値C1および容量値C2は、それぞれ実施例1の式(4)および式(1)で表される。ここでは詳細な説明は省略する。 Subsequently, the relationship between the capacitance value C1 of the first capacitance 103, the capacitance value C2 of the second capacitance 111 included in the photoelectric conversion unit 101, and the voltage supplied to each unit will be described. In this embodiment, the capacitance value C1 and the capacitance value C2 are represented by the formulas (4) and (1) of the first embodiment, respectively. A detailed description will be omitted here.

本実施例においてはノードCの電圧Vdを、第1の電圧Vd1と第2の電圧Vd2とに制御することで、信号電荷の蓄積と、光電変換層205の空乏化による信号電荷の排出を行っている。第1の容量103の容量値C1と第2の容量111の容量値C2が以下に説明する関係を満たすと、上述の信号電荷の排出の際に、光電変換層205に残る電荷を低減することができる。最初に、信号電荷がホールの実施例を説明する。 In this embodiment, by controlling the voltage Vd of the node C to the first voltage Vd1 and the second voltage Vd2, the signal charge is accumulated and the signal charge is discharged due to the depletion of the photoelectric conversion layer 205. ing. When the capacitance value C1 of the first capacitance 103 and the capacitance value C2 of the second capacitance 111 satisfy the relationship described below, the charge remaining on the photoelectric conversion layer 205 at the time of discharging the signal charge described above is reduced. Can be done. First, an embodiment in which the signal charge is Hall will be described.

以下、簡単のために、第1の容量103の容量値C1が、第2の容量111の容量値C2のk倍であるとする。つまり、容量値C1と容量値C2が次の式(18)の関係を有する。
C1=k×C2 ・・・(18)
Hereinafter, for the sake of simplicity, it is assumed that the capacity value C1 of the first capacity 103 is k times the capacity value C2 of the second capacity 111. That is, the capacitance value C1 and the capacitance value C2 have the relationship of the following equation (18).
C1 = k × C2 ・ ・ ・ (18)

前述のとおり、ノードCの電圧の変化量dVdと、第2の電極209(ノードB)の電圧の変化量dVBとは、次の式(19)で表される関係を有する。
dVB=dVd×C1/(C1+C2) ・・・(19)
As described above, the change amount dVd of the voltage of the node C and the change amount dVB of the voltage of the second electrode 209 (node B) have a relationship represented by the following equation (19).
dVB = dVd × C1 / (C1 + C2) ... (19)

式(18)と式(19)から、次の式(20)が得られる。
dVB=dVd×k/(1+k) ・・・(20)
From the equation (18) and the equation (19), the following equation (20) is obtained.
dVB = dVd × k / (1 + k) ・ ・ ・ (20)

ここで、信号電荷としてホールを蓄積するためには、第1の電極201(ノードA)に供給される電圧Vsとリセット電圧Vresが以下の式(21)の関係を満たすとよい。Vs>Vres ・・・(21) Here, in order to accumulate holes as signal charges, it is preferable that the voltage Vs supplied to the first electrode 201 (node A) and the reset voltage Vres satisfy the relationship of the following equation (21). Vs> Vres ・ ・ ・ (21)

信号電荷のホールを転送するためには、第1の電極201(ノードA)の電圧Vs、リセット電圧Vres、および、第2の電極209の電圧の変化量dVBが、次の式(22)の関係を満たすとよい。
Vs<Vres+dVB ・・・(22)
In order to transfer the hole of the signal charge, the voltage Vs of the first electrode 201 (node A), the reset voltage Vres, and the change amount dBB of the voltage of the second electrode 209 are of the following equation (22). It is good to satisfy the relationship.
Vs <Vres + dBB ... (22)

式(21)の関係が満たされると、ホールが絶縁層207に向かってドリフトするためのポテンシャルの傾きを光電変換層205に形成することができる。式(22)の関係が満たされると、光電変換層205のポテンシャルの傾きを逆転させることが容易になる。 When the relationship of the formula (21) is satisfied, a slope of the potential for the hole to drift toward the insulating layer 207 can be formed in the photoelectric conversion layer 205. When the relationship of the equation (22) is satisfied, it becomes easy to reverse the inclination of the potential of the photoelectric conversion layer 205.

式(20)と式(22)から、式(23)が得られる。
Vs−Vres<dVd×k/(1+k) ・・・(23)
Equation (23) is obtained from Equation (20) and Equation (22).
Vs-Vres <dVd × k / (1 + k) ・ ・ ・ (23)

ここで、信号電荷がホールの実施例では、第2の電圧Vd2が第1の電圧Vd1よりも高い。つまり、ノードCの電圧の変化量dVd=Vd2−Vd1は、正の値である。したがって、式(23)の両辺をdVdで除しても、不等号の向きは変わらない。 Here, in the example in which the signal charge is Hall, the second voltage Vd2 is higher than the first voltage Vd1. That is, the amount of change in the voltage of the node C dVd = Vd2-Vd1 is a positive value. Therefore, even if both sides of the equation (23) are divided by dVd, the direction of the inequality sign does not change.

したがって、式(23)から、容量値C1と容量値C2との容量比kに関して、次の式(24)で表される関係式が得られる。 Therefore, from the equation (23), a relational expression represented by the following equation (24) can be obtained with respect to the capacitance ratio k between the capacitance value C1 and the capacitance value C2.

この式(24)の関係が満たされると、排出されない電荷の量を低減することができる。したがって、ノイズを低減することができる。 When the relationship of the equation (24) is satisfied, the amount of electric charge that is not discharged can be reduced. Therefore, noise can be reduced.

本実施例では、第1の電極201の電圧Vsが3Vであり、リセット電圧Vresが1Vである。第1の電圧Vd1が0Vであり、第2の電圧Vs2は5Vなので、ノードCの電圧の変化量dVdは5Vである。そのため、k>2/3に設定される。具体的に、本実施例では第1の容量103の容量値C1は4fFであり、第2の容量111の容量値C2は1fFである。つまり、k=4となっている。このような構成によれば、よりノイズを低減することができる。 In this embodiment, the voltage Vs of the first electrode 201 is 3V, and the reset voltage Vres is 1V. Since the first voltage Vd1 is 0V and the second voltage Vs2 is 5V, the amount of change dVd of the voltage of the node C is 5V. Therefore, k> 2/3 is set. Specifically, in this embodiment, the capacity value C1 of the first capacity 103 is 4 fF, and the capacity value C2 of the second capacity 111 is 1 fF. That is, k = 4. According to such a configuration, noise can be further reduced.

本実施例では、平面視において、第1の容量103の上部電極211および下部電極213のいずれかの面積Sdと、第2の電極209の面積Ssが、Sd>0.5×Ssの関係を満たす。このような構成によれば、上述の容量比の関係を容易に得ることができる。 In this embodiment, in a plan view, the area Sd of either the upper electrode 211 or the lower electrode 213 of the first capacitance 103 and the area Ss of the second electrode 209 have a relationship of Sd> 0.5 × Ss. Fulfill. According to such a configuration, the above-mentioned capacity ratio relationship can be easily obtained.

また、kの値が大きいほど、ノイズ低減の効果は大きくなる。したがって、第1の容量103の容量値C1が、第2の容量111の容量値C2と等しいか、あるいはそれより大きいと、ノイズ低減の効果をさらに高くすることができる。 Further, the larger the value of k, the greater the effect of noise reduction. Therefore, when the capacitance value C1 of the first capacitance 103 is equal to or larger than the capacitance value C2 of the second capacitance 111, the effect of noise reduction can be further enhanced.

ノードCの電圧の変化量dVdは、第1の電圧Vd1と第2の電圧Vd2とを用いて、dVd=Vd2−Vd1と表される。また、式(24)の左辺は、式(18)を用いてC1/(C1+C2)と書き換えることができる。したがって、式(24)は、式(25)のように変形される。 The amount of change in the voltage of the node C dVd is expressed as dVd = Vd2-Vd1 using the first voltage Vd1 and the second voltage Vd2. Further, the left side of the equation (24) can be rewritten as C1 / (C1 + C2) using the equation (18). Therefore, equation (24) is modified as in equation (25).

次に、信号電荷が電子の実施例を説明する。信号電荷が電子の場合、式(21)および式(22)の不等号の向きが変わる。したがって、次の式(23)の不等号の向きも変わる。すなわち、信号電荷が電子の場合には、次の式(26)が得られる。
Vs−Vres>dVd×k/(1+k) ・・・(26)
Next, an embodiment in which the signal charge is an electron will be described. When the signal charge is an electron, the direction of the inequality sign in equations (21) and (22) changes. Therefore, the direction of the inequality sign in the following equation (23) also changes. That is, when the signal charge is an electron, the following equation (26) is obtained.
Vs-Vres> dVd × k / (1 + k) ・ ・ ・ (26)

しかし、信号電荷が電子の実施例では、第2の電圧Vd2が第1の電圧Vd1よりも低い。つまり、ノードCの電圧の変化量dVd=Vd2−Vd1は、負の値である。したがって、式(26)の両辺をdVdで除すと、不等号の向きが変わる。その結果、信号電荷がホールの場合と同じように、式(24)、ならびに、式(25)が得られる。 However, in the embodiment where the signal charge is electron, the second voltage Vd2 is lower than the first voltage Vd1. That is, the amount of change in the voltage of the node C dVd = Vd2-Vd1 is a negative value. Therefore, dividing both sides of equation (26) by dVd changes the direction of the inequality sign. As a result, the equation (24) and the equation (25) are obtained as in the case where the signal charge is Hall.

ここで、式(15)の表す関係について説明する。リセット電圧Vresが光電変換部101の第1の電極201に供給される電圧Vsに近いほど、右辺の値は小さくなる。つまり、第1の容量103の容量値C1が小さくても、光電変換層205のポテンシャルの傾きを反転することができるようになる。リセット電圧Vresと第1の電極201に供給される電圧Vsとの差が小さいと、光電変換層205に蓄積できる電荷の量が小さくなる。 Here, the relationship represented by the equation (15) will be described. The closer the reset voltage Vres is to the voltage Vs supplied to the first electrode 201 of the photoelectric conversion unit 101, the smaller the value on the right side. That is, even if the capacitance value C1 of the first capacitance 103 is small, the inclination of the potential of the photoelectric conversion layer 205 can be reversed. When the difference between the reset voltage Vres and the voltage Vs supplied to the first electrode 201 is small, the amount of electric charge that can be stored in the photoelectric conversion layer 205 becomes small.

一方で、リセット電圧Vresと電圧Vsとの差が大きいほど、右辺の値は大きくなる。つまり、第1の容量103の容量値C1に大きい値が用いられる。このときには、リセット電圧Vresと第1の電圧Vs1との差が大きいので、光電変換層205に蓄積できる電荷の量を増やすことができる。 On the other hand, the larger the difference between the reset voltage Vres and the voltage Vs, the larger the value on the right side. That is, a large value is used for the capacity value C1 of the first capacity 103. At this time, since the difference between the reset voltage Vres and the first voltage Vs1 is large, the amount of electric charge that can be stored in the photoelectric conversion layer 205 can be increased.

飽和電荷量と第1の容量103の容量値C1とのバランスのために、リセット電圧Vresと電圧Vsとの差が、第1の電圧Vs1と第2の電圧Vs2との差の20%〜80%の範囲に含まれることが好ましい。例えば、第1の電圧Vs1が0Vであり、第2の電圧Vs2が5Vの場合、リセット電圧Vres電圧Vsとの差は1V〜4Vの範囲に含まれるとよい。 Due to the balance between the saturated charge amount and the capacitance value C1 of the first capacitance 103, the difference between the reset voltage Vres and the voltage Vs is 20% to 80% of the difference between the first voltage Vs1 and the second voltage Vs2. It is preferably contained in the range of%. For example, when the first voltage Vs1 is 0V and the second voltage Vs2 is 5V, the difference from the reset voltage Vres voltage Vs may be included in the range of 1V to 4V.

特に、第1の電圧Vd1と第2の電圧Vd2との差を大きくすれば、リセット電圧Vres電圧Vsとの差が大きくても、第1の容量103の容量値C1を小さくすることができる。しかし、光電変換装置がカメラなどのイメージセンサとして使われる場合には、低消費電力化のために低い電源電圧が用いられる。例えば、イメージセンサに供給される電源電圧は5V以下である場合が多い。したがって、式(24)乃至式(25)の各電圧にも5V以下の値が用いられる。そのため、第1の電圧Vd1と第2の電圧Vd2との差を大きくすることが困難である。このような場合、第1の容量103の容量値C1と第2の容量111の容量値C2とが上述の関係を満足することで、低い電圧で光電変換装置を駆動しつつ、ノイズを低減することができる。 In particular, if the difference between the first voltage Vd1 and the second voltage Vd2 is increased, the capacitance value C1 of the first capacitance 103 can be reduced even if the difference between the reset voltage Vres voltage Vs is large. However, when the photoelectric conversion device is used as an image sensor for a camera or the like, a low power supply voltage is used to reduce power consumption. For example, the power supply voltage supplied to the image sensor is often 5 V or less. Therefore, a value of 5 V or less is used for each voltage of the equations (24) to (25). Therefore, it is difficult to increase the difference between the first voltage Vd1 and the second voltage Vd2. In such a case, the capacitance value C1 of the first capacitance 103 and the capacitance value C2 of the second capacitance 111 satisfy the above-mentioned relationship, so that noise is reduced while driving the photoelectric conversion device with a low voltage. be able to.

以上に説明したとおり、第1の容量103の容量値C1と、光電変換部101に含まれる第2の容量111の容量値C2との関係によって、ノイズを低減することができる。 As described above, noise can be reduced by the relationship between the capacitance value C1 of the first capacitance 103 and the capacitance value C2 of the second capacitance 111 included in the photoelectric conversion unit 101.

なお、上で挙げた数値はあくまでも一例であり、これらの値に限定されるものではない。光電変換層205と絶縁層207との間の界面に欠陥準位などが存在する可能性がある。このような場合には、公知の技術に基づいてフラットバンド電圧を考慮すればよい。 The numerical values given above are merely examples, and are not limited to these values. Defect levels and the like may be present at the interface between the photoelectric conversion layer 205 and the insulating layer 207. In such a case, the flat band voltage may be considered based on a known technique.

次に本実施例の光電変換装置の駆動方法について説明する。図13は、本実施例の光電変換装置に用いられる駆動信号のタイミングチャートを示している。図13には、n行目とn+1行目の2行分の信号の読み出し動作に対応した駆動信号が示されている。 Next, a method of driving the photoelectric conversion device of this embodiment will be described. FIG. 13 shows a timing chart of the drive signal used in the photoelectric conversion device of this embodiment. FIG. 13 shows a drive signal corresponding to the signal reading operation for the two lines of the nth line and the n + 1th line.

実施例1の駆動方法と異なる点は、図8のノードCに電圧信号Vdが供給されることである。図13には、電圧信号Vdのタイミングチャートが示されている。電圧信号Vdは、第1の電圧Vd1と第2の電圧Vd2とを含む。実施例1において電圧信号Vsが第1の電圧Vs1である期間が、本実施例において電圧信号Vdが第1の電圧Vd1である期間に対応する。実施例1において電圧信号Vsが第2の電圧Vs2である期間が、本実施例において電圧信号Vdが第2の電圧Vd2である期間に対応する。 The difference from the driving method of the first embodiment is that the voltage signal Vd is supplied to the node C in FIG. FIG. 13 shows a timing chart of the voltage signal Vd. The voltage signal Vd includes a first voltage Vd1 and a second voltage Vd2. The period in which the voltage signal Vs is the first voltage Vs1 in the first embodiment corresponds to the period in which the voltage signal Vd is the first voltage Vd1 in the present embodiment. The period in which the voltage signal Vs is the second voltage Vs2 in the first embodiment corresponds to the period in which the voltage signal Vd is the second voltage Vd2 in the present embodiment.

それ以外の駆動信号のタイミングチャートは全て図7と同じである。したがって、詳細な説明は省略する。 The timing charts of the other drive signals are all the same as in FIG. Therefore, detailed description will be omitted.

以上に述べたとおり、本実施例の光電変換装置においては、光電変換層205が量子ドット10を含む。このような構成によれば、光電変換層の欠陥準位を低減することができる。量子ドットのサイズが小さいために、その内部の格子欠陥を少なくすることができるからである。結果として、ノイズを低減することができる。 As described above, in the photoelectric conversion device of this embodiment, the photoelectric conversion layer 205 includes the quantum dots 10. According to such a configuration, the defect level of the photoelectric conversion layer can be reduced. This is because the size of the quantum dot is small, so that the lattice defects inside the quantum dot can be reduced. As a result, noise can be reduced.

別の実施例を説明する。本実施例は、光電変換部と増幅部の入力ノードとの間にスイッチが配された点で、実施例1および実施例2と異なる。そこで、実施例1または実施例2と異なる部分のみを説明する。実施例1または実施例2のいずれかと同じ部分については、説明を省略する。 Another embodiment will be described. This embodiment is different from the first and second embodiments in that a switch is arranged between the photoelectric conversion unit and the input node of the amplification unit. Therefore, only the part different from the first or second embodiment will be described. The same parts as in either Example 1 or Example 2 will be omitted.

図14は、本実施例の光電変換装置の画素100の構成を模式的に示している。図14には2行2列の4つの画素100が示されている。図1(a)と同じ機能を有する部分には、同じ符号を付してある。光電変換部101の構造は、実施例1と同様である。そのため、図14において、光電変換部101の断面構造は示していない。 FIG. 14 schematically shows the configuration of the pixel 100 of the photoelectric conversion device of this embodiment. FIG. 14 shows four pixels 100 in 2 rows and 2 columns. The parts having the same functions as those in FIG. 1A are designated by the same reference numerals. The structure of the photoelectric conversion unit 101 is the same as that of the first embodiment. Therefore, FIG. 14 does not show the cross-sectional structure of the photoelectric conversion unit 101.

本実施例においては、光電変換部101と第1の容量103との間の電気経路にスイッチ501が配される。換言すると、第1の容量103はスイッチ501を介して光電変換部101に電気的に接続されている。また、光電変換部101と増幅トランジスタ104との間の電気経路にスイッチ501が配される。換言すると、増幅トランジスタ104はスイッチ501を介して光電変換部101に電気的に接続されている。なお、増幅トランジスタ104のゲートと、第1の容量の第1の端子とが、ノードBに含まれている。 In this embodiment, the switch 501 is arranged in the electric path between the photoelectric conversion unit 101 and the first capacitance 103. In other words, the first capacitance 103 is electrically connected to the photoelectric conversion unit 101 via the switch 501. Further, the switch 501 is arranged in the electric path between the photoelectric conversion unit 101 and the amplification transistor 104. In other words, the amplification transistor 104 is electrically connected to the photoelectric conversion unit 101 via the switch 501. The gate of the amplification transistor 104 and the first terminal of the first capacitance are included in the node B.

スイッチ501は、光電変換部101とノードBとの間の導通を制御する。そのため、スイッチ501およびリセットトランジスタ102の両方がオフになることで、ノードBは電気的にフローティングになる。 The switch 501 controls the conduction between the photoelectric conversion unit 101 and the node B. Therefore, when both the switch 501 and the reset transistor 102 are turned off, the node B becomes electrically floating.

スイッチ501には、駆動信号pGSが供給される。異なる行に供給される駆動信号pGSを区別するために、(n)、(n+1)などの行を示す符号を付してある。 A drive signal pGS is supplied to the switch 501. In order to distinguish the drive signal pGS supplied to different lines, a code indicating a line such as (n) or (n + 1) is added.

スイッチ501が配されたことを除き、本実施例の画素100の構成は実施例1と同じである。また、本実施例の光電変換装置の全体構成も、実施例1と同じである。 The configuration of the pixel 100 of this embodiment is the same as that of the first embodiment except that the switch 501 is arranged. Further, the overall configuration of the photoelectric conversion device of this embodiment is also the same as that of the first embodiment.

このような構成により、全ての行の露光期間を一致させることができる。いわゆるグローバル電子シャッタを実現することができる。また、駆動信号pGSが行ごとに独立して供給されるので、グローバル電子シャッタ用の動作モードと、ローリングシャッタ用の動作モードとを切り替えることもできる。 With such a configuration, the exposure periods of all rows can be matched. A so-called global electronic shutter can be realized. Further, since the drive signal pGS is independently supplied for each row, it is possible to switch between the operation mode for the global electronic shutter and the operation mode for the rolling shutter.

図14が示すように、本実施例では、光電変換部101の第1の端子が接続されたノードAに、電圧供給部110からの電圧Vsが供給される。実施例1と同様に、電圧供給部110は、ノードAの電圧を、少なくとも第1の電圧Vs1と、第2の電圧Vs2とに制御する。このような構成により、光電変換部101での電荷の蓄積、および、光電変換部101からの電荷の排出あるいは転送を行うことができる。 As shown in FIG. 14, in this embodiment, the voltage Vs from the voltage supply unit 110 is supplied to the node A to which the first terminal of the photoelectric conversion unit 101 is connected. Similar to the first embodiment, the voltage supply unit 110 controls the voltage of the node A to at least the first voltage Vs1 and the second voltage Vs2. With such a configuration, the electric charge can be accumulated in the photoelectric conversion unit 101, and the electric charge can be discharged or transferred from the photoelectric conversion unit 101.

次に本実施例の光電変換装置の駆動方法について説明する。図15は、本実施例の光電変換装置に用いられる駆動信号のタイミングチャートを示している。図15には、n行目とn+1行目の2行分の信号の読み出し動作に対応した駆動信号が示されている。 Next, a method of driving the photoelectric conversion device of this embodiment will be described. FIG. 15 shows a timing chart of the drive signal used in the photoelectric conversion device of this embodiment. FIG. 15 shows a drive signal corresponding to the signal reading operation for the two lines of the nth line and the n + 1th line.

実施例1の駆動方法と異なる点は、スイッチ501に駆動信号pGSが供給されることである。図15には、駆動信号pGSのタイミングチャートが示されている。駆動信号pGSがハイレベルの時に、スイッチ501がオンする。駆動信号pGSがローレベルの時に、スイッチ501がオフする。 The difference from the driving method of the first embodiment is that the driving signal pGS is supplied to the switch 501. FIG. 15 shows a timing chart of the drive signal pGS. The switch 501 is turned on when the drive signal pGS is at a high level. When the drive signal pGS is low level, the switch 501 turns off.

本実施例の光電変換装置は、グローバル電子シャッタ動作を行う。時刻t1より前には、n行目の画素100の光電変換部101、および、n+1行目の画素100の光電変換部101は信号電荷を蓄積している状態である。また、時刻t1より前は、n行目の電圧信号Vs(n)およびn+1行目の電圧信号Vs(n+1)はいずれも第1の電圧Vs1である。 The photoelectric conversion device of this embodiment performs a global electronic shutter operation. Before the time t1, the photoelectric conversion unit 101 of the pixel 100 on the nth row and the photoelectric conversion unit 101 of the pixel 100 on the n + 1th row are in a state of accumulating signal charges. Further, before the time t1, the voltage signal Vs (n) on the nth line and the voltage signal Vs (n + 1) on the n + 1th line are both the first voltage Vs1.

時刻t1において、駆動信号pRES(n)および駆動信号pRES(n+1)がハイレベルになり、n行目の画素100のリセットトランジスタ102がオンする。これにより、n行目の画素100のノードBの電圧、および、n+1行目の画素100のノードBの電圧が、それぞれリセット電圧Vresにリセットされる。その後、時刻t2において、駆動信号pRES(n)および駆動信号pRES(n+1)がローレベルになり、各画素100のリセットトランジスタ102がオフする。 At time t1, the drive signal pRES (n) and the drive signal pRES (n + 1) become high level, and the reset transistor 102 of the pixel 100 on the nth row is turned on. As a result, the voltage of the node B of the pixel 100 in the nth row and the voltage of the node B of the pixel 100 in the n + 1th row are reset to the reset voltage Vres, respectively. After that, at time t2, the drive signal pRES (n) and the drive signal pRES (n + 1) become low level, and the reset transistor 102 of each pixel 100 is turned off.

時刻t3において、駆動信号pGS(n)および駆動信号pGS(n+1)がハイレベルになる。これにより、スイッチ501がオンする。したがって、この時、本実施例の画素100は、図1に示される等価回路と同じ状態になる。 At time t3, the drive signal pGS (n) and the drive signal pGS (n + 1) become high level. As a result, the switch 501 is turned on. Therefore, at this time, the pixel 100 of this embodiment is in the same state as the equivalent circuit shown in FIG.

時刻t4において、電圧信号Vs(n)および電圧信号Vs(n+1)が第1の電圧Vs1から第2の電圧Vs2に遷移する。続いて、時刻t5において、電圧信号Vs(n)および電圧信号Vs(n+1)が第2の電圧Vs2から第1の電圧Vs1に遷移する。時刻t4から時刻t5の動作によって、信号電荷の転送が行われる。したがって、ノードBには蓄積された信号電荷の量に応じた電圧Vpが生じる。この時の動作は、実施例1の図6で説明したものと同じである。すなわち、この時の光電変換部101のエネルギーバンドの状態が、図6(b)および図6(c)に示されている。 At time t4, the voltage signal Vs (n) and the voltage signal Vs (n + 1) transition from the first voltage Vs1 to the second voltage Vs2. Subsequently, at time t5, the voltage signal Vs (n) and the voltage signal Vs (n + 1) transition from the second voltage Vs2 to the first voltage Vs1. The signal charge is transferred by the operation from the time t4 to the time t5. Therefore, a voltage Vp is generated in the node B according to the amount of the stored signal charge. The operation at this time is the same as that described with reference to FIG. 6 of the first embodiment. That is, the state of the energy band of the photoelectric conversion unit 101 at this time is shown in FIGS. 6 (b) and 6 (c).

時刻t6において、駆動信号pGS(n)および駆動信号pGS(n+1)がローレベルになる。これにより、スイッチ501がオフする。その結果、光電変換部101と、ノードBとの導通が切断される。そのため、ノードBが前フレームの信号電荷の量に応じた電圧Vpを保持したまま、光電変換部101が次のフレームの信号電荷の蓄積を行うことができる。本実施例においては、複数の行の画素100が上述の動作を並行して行うことができる。つまり、複数の行の画素100の光電変換部101が同時に信号電荷の蓄積を開始することができる。 At time t6, the drive signal pGS (n) and the drive signal pGS (n + 1) become low level. As a result, the switch 501 is turned off. As a result, the continuity between the photoelectric conversion unit 101 and the node B is cut off. Therefore, the photoelectric conversion unit 101 can accumulate the signal charge of the next frame while the node B holds the voltage Vp corresponding to the amount of the signal charge of the previous frame. In this embodiment, the pixels 100 in a plurality of rows can perform the above operations in parallel. That is, the photoelectric conversion unit 101 of the pixels 100 in a plurality of rows can start accumulating signal charges at the same time.

以降の動作では、行ごとに光信号を読み出す。時刻t7において、駆動信号pSEL(n)がハイレベルになる。また、時刻t7において、行動信号pTS(n)がハイレベルになる。これにより、n行目の画素100の増幅トランジスタ104が光信号を出力する。そして、n行目の画素100から出力された光信号が、容量CTSに保持される。容量CTSに保持された光信号は、時刻t9以降、列ごとに出力部170に出力される。 In the subsequent operations, the optical signal is read line by line. At time t7, the drive signal pSEL (n) becomes high level. Further, at time t7, the action signal pTS (n) becomes high level. As a result, the amplification transistor 104 of the pixel 100 in the nth row outputs an optical signal. Then, the optical signal output from the pixel 100 in the nth row is held in the capacitance CTS. The optical signal held in the capacitance CTS is output to the output unit 170 for each column after time t9.

時刻t10から、n+1行目の光信号の読み出しが行われる。この動作はn行目と同様なので、説明を省略する。 From time t10, the optical signal on the n + 1th line is read out. Since this operation is the same as the nth line, the description thereof will be omitted.

以上の動作により、グローバル電子シャッタ動作による信号の読み出しを行うことができる。なお、図15では、n行目とn+1行目の駆動信号のみが示されている。しかし、時刻t1から時刻t6までの動作をすべての行で同時に行うことができる。 By the above operation, the signal can be read by the global electronic shutter operation. In FIG. 15, only the drive signals on the nth row and the n + 1th row are shown. However, the operations from time t1 to time t6 can be performed simultaneously on all lines.

また、本実施例において、駆動信号pGSをハイレベルとしたまま、図7に示される駆動信号を供給してもよい。これにより、実施例1と同様にローリングシャッタ動作による信号の読み出しを行うことができる。 Further, in the present embodiment, the drive signal shown in FIG. 7 may be supplied while keeping the drive signal pGS at a high level. As a result, the signal can be read out by the rolling shutter operation as in the first embodiment.

本実施例においても、光電変換層205が量子ドット10を含むため、ノイズを低減する効果を得ることができる。 Also in this embodiment, since the photoelectric conversion layer 205 includes the quantum dots 10, the effect of reducing noise can be obtained.

別の実施例を説明する。本実施例は、光電変換部と増幅部の入力ノードとの間にスイッチが配された点で、実施例1および実施例2と異なる。また、本実施例と実施例3との違いは、実施例3ではノードAの電圧を制御しているのに対し、本実施例ではノードCの電圧を制御していることである。そこで、実施例1乃至実施例3と異なる部分のみを説明する。実施例1乃至実施例3のいずれかと同じ部分については、説明を省略する。 Another embodiment will be described. This embodiment is different from the first and second embodiments in that a switch is arranged between the photoelectric conversion unit and the input node of the amplification unit. Further, the difference between the present embodiment and the third embodiment is that the voltage of the node A is controlled in the third embodiment, whereas the voltage of the node C is controlled in the present embodiment. Therefore, only the parts different from the first to third embodiments will be described. The same part as any one of the first to third embodiments will be omitted.

図16は、本実施例の光電変換装置の画素100の構成を模式的に示している。図14には2行2列の4つの画素100が示されている。図8と同じ機能を有する部分には、同じ符号を付してある。光電変換部101の構造は、実施例2と同様である。そのため、図16において、光電変換部101の断面構造は示していない。 FIG. 16 schematically shows the configuration of the pixel 100 of the photoelectric conversion device of this embodiment. FIG. 14 shows four pixels 100 in 2 rows and 2 columns. The parts having the same functions as those in FIG. 8 are designated by the same reference numerals. The structure of the photoelectric conversion unit 101 is the same as that of the second embodiment. Therefore, FIG. 16 does not show the cross-sectional structure of the photoelectric conversion unit 101.

本実施例においては、光電変換部101と第1の容量103との間の電気経路にスイッチ501が配される。換言すると、第1の容量103はスイッチ501を介して光電変換部101に電気的に接続されている。また、光電変換部101と増幅トランジスタ104との間の電気経路にスイッチ501が配される。換言すると、増幅トランジスタ104はスイッチ501を介して光電変換部101に電気的に接続されている。なお、増幅トランジスタ104のゲートと、第1の容量の第1の端子とが、ノードBに含まれている。 In this embodiment, the switch 501 is arranged in the electric path between the photoelectric conversion unit 101 and the first capacitance 103. In other words, the first capacitance 103 is electrically connected to the photoelectric conversion unit 101 via the switch 501. Further, the switch 501 is arranged in the electric path between the photoelectric conversion unit 101 and the amplification transistor 104. In other words, the amplification transistor 104 is electrically connected to the photoelectric conversion unit 101 via the switch 501. The gate of the amplification transistor 104 and the first terminal of the first capacitance are included in the node B.

スイッチ501は、光電変換部101とノードBとの間の導通を制御する。そのため、スイッチ501およびリセットトランジスタ102の両方がオフになることで、ノードBは電気的にフローティングになる。 The switch 501 controls the conduction between the photoelectric conversion unit 101 and the node B. Therefore, when both the switch 501 and the reset transistor 102 are turned off, the node B becomes electrically floating.

スイッチ501には、駆動信号pGSが供給される。異なる行に供給される駆動信号pGSを区別するために、(n)、(n+1)などの行を示す符号を付してある。 A drive signal pGS is supplied to the switch 501. In order to distinguish the drive signal pGS supplied to different lines, a code indicating a line such as (n) or (n + 1) is added.

スイッチ501が配されたことを除き、本実施例の画素100の構成は実施例2と同じである。また、本実施例の光電変換装置の全体構成も、実施例2と同じである。 The configuration of the pixel 100 of this embodiment is the same as that of the second embodiment except that the switch 501 is arranged. Further, the overall configuration of the photoelectric conversion device of this embodiment is also the same as that of the second embodiment.

このような構成により、全ての行の露光期間を一致させることができる。いわゆるグローバル電子シャッタを実現することができる。また、駆動信号pGSが行ごとに独立して供給されるので、グローバル電子シャッタ用の動作モードと、ローリングシャッタ用の動作モードとを切り替えることもできる。 With such a configuration, the exposure periods of all rows can be matched. A so-called global electronic shutter can be realized. Further, since the drive signal pGS is independently supplied for each row, it is possible to switch between the operation mode for the global electronic shutter and the operation mode for the rolling shutter.

図16が示すように、本実施例では、第1の容量103を介してノードBと結合するノードCに、電圧供給部410からの電圧Vdが供給される。実施例2と同様に、電圧供給部410は、ノードCの電圧を、少なくとも第1の電圧Vd1と、第2の電圧Vd2とに制御する。このような構成により、光電変換部101での電荷の蓄積、および、光電変換部101からの電荷の排出あるいは転送を行うことができる。 As shown in FIG. 16, in this embodiment, the voltage Vd from the voltage supply unit 410 is supplied to the node C that is coupled to the node B via the first capacitance 103. Similar to the second embodiment, the voltage supply unit 410 controls the voltage of the node C to at least the first voltage Vd1 and the second voltage Vd2. With such a configuration, the electric charge can be accumulated in the photoelectric conversion unit 101, and the electric charge can be discharged or transferred from the photoelectric conversion unit 101.

次に本実施例の光電変換装置の駆動方法について説明する。図17は、本実施例の光電変換装置に用いられる駆動信号のタイミングチャートを示している。図17には、n行目とn+1行目の2行分の信号の読み出し動作に対応した駆動信号が示されている。 Next, a method of driving the photoelectric conversion device of this embodiment will be described. FIG. 17 shows a timing chart of the drive signal used in the photoelectric conversion device of this embodiment. FIG. 17 shows a drive signal corresponding to the signal reading operation for the two lines of the nth line and the n + 1th line.

実施例3の駆動方法と異なる点は、図16のノードCに電圧信号Vdが供給されることである。図17には、電圧信号Vdのタイミングチャートが示されている。電圧信号Vdは、第1の電圧Vd1と第2の電圧Vd2とを含む。実施例3において電圧信号Vsが第1の電圧Vs1である期間が、本実施例において電圧信号Vdが第1の電圧Vd1である期間に対応する。実施例3において電圧信号Vsが第2の電圧Vs2である期間が、本実施例において電圧信号Vdが第2の電圧Vd2である期間に対応する。 The difference from the driving method of the third embodiment is that the voltage signal Vd is supplied to the node C in FIG. FIG. 17 shows a timing chart of the voltage signal Vd. The voltage signal Vd includes a first voltage Vd1 and a second voltage Vd2. The period in which the voltage signal Vs is the first voltage Vs1 in the third embodiment corresponds to the period in which the voltage signal Vd is the first voltage Vd1 in the present embodiment. The period in which the voltage signal Vs is the second voltage Vs2 in the third embodiment corresponds to the period in which the voltage signal Vd is the second voltage Vd2 in the present embodiment.

それ以外の駆動信号のタイミングチャートは全て図15と同じである。したがって、詳細な説明は省略する。 The timing charts of the other drive signals are all the same as in FIG. Therefore, detailed description will be omitted.

このように、本実施例においては、グローバル電子シャッタ動作による信号の読み出しを行うことができる。また、本実施例において、駆動信号pGSをハイレベルとしたまま、図7に示される駆動信号を供給してもよい。これにより、実施例1と同様にローリングシャッタ動作による信号の読み出しを行うことができる。 As described above, in this embodiment, the signal can be read out by the global electronic shutter operation. Further, in the present embodiment, the drive signal shown in FIG. 7 may be supplied while keeping the drive signal pGS at a high level. As a result, the signal can be read out by the rolling shutter operation as in the first embodiment.

本実施例においても、光電変換層205が量子ドット10を含むため、ノイズを低減する効果を得ることができる。 Also in this embodiment, since the photoelectric conversion layer 205 includes the quantum dots 10, the effect of reducing noise can be obtained.

別の実施例を説明する。本実施例は、画素が増幅部の後段に接続されたクランプ回路を含む点で、実施例1乃至実施例4と異なる。そこで、実施例1乃至実施例4と異なる部分のみを説明する。実施例1乃至実施例4のいずれかと同じ部分については、説明を省略する。 Another embodiment will be described. The present embodiment is different from the first to fourth embodiments in that the pixels include a clamp circuit connected to the subsequent stage of the amplification unit. Therefore, only the parts different from those of Examples 1 to 4 will be described. The same part as any of Examples 1 to 4 will be omitted.

図18は、本実施例の光電変換装置の画素100の構成を模式的に示している。図18には2行2列の4つの画素100が示されている。図1(a)と同じ機能を有する部分には、同じ符号を付してある。光電変換部101の構造は、実施例1〜4のいずれかと同様である。そのため、図18において、光電変換部101の断面構造は示していない。 FIG. 18 schematically shows the configuration of the pixel 100 of the photoelectric conversion device of this embodiment. FIG. 18 shows four pixels 100 in 2 rows and 2 columns. The parts having the same functions as those in FIG. 1A are designated by the same reference numerals. The structure of the photoelectric conversion unit 101 is the same as that of any of Examples 1 to 4. Therefore, FIG. 18 does not show the cross-sectional structure of the photoelectric conversion unit 101.

本実施例において、画素100は2つの増幅部を有する。第1の増幅部は第1の増幅トランジスタ611と、電流源612を含むソースフォロア回路である。第2の増幅部は第2の増幅トランジスタ631を含む。第2の増幅トランジスタ631は、選択トランジスタ105を介して出力線130に接続される。第2の増幅トランジスタ631と、出力線130に接続された電流源160とがソースフォロア回路を構成する。 In this embodiment, the pixel 100 has two amplification units. The first amplification unit is a source follower circuit including a first amplification transistor 611 and a current source 612. The second amplification unit includes a second amplification transistor 631. The second amplification transistor 631 is connected to the output line 130 via the selection transistor 105. The second amplification transistor 631 and the current source 160 connected to the output line 130 form a source follower circuit.

画素100は、グローバル電子シャッタを行うためのクランプ回路を有する。クランプ回路は、クランプスイッチ621、クランプ容量622、クランプ電圧供給スイッチ623を含む。クランプスイッチ621は、第1の容量103が接続されたノードBと、画素100の第2の増幅部の入力ノードとの間の電気経路に配されている。クランプスイッチ621には、駆動信号pGSが供給される。クランプ電圧供給スイッチ623には、駆動信号pCLが供給される。 Pixel 100 has a clamp circuit for performing a global electronic shutter. The clamp circuit includes a clamp switch 621, a clamp capacitance 622, and a clamp voltage supply switch 623. The clamp switch 621 is arranged in an electric path between the node B to which the first capacitance 103 is connected and the input node of the second amplification unit of the pixel 100. The drive signal pGS is supplied to the clamp switch 621. The drive signal pCL is supplied to the clamp voltage supply switch 623.

クランプ回路は、第1の増幅部が出力するノイズ信号をクランプする。その後、第1の増幅部が光信号を出力することで、クランプ回路は光信号に含まれるリセットノイズなどのノイズを除去することができる。このような構成により、リセットノイズなどのランダムノイズを除去しつつ、グローバル電子シャッタ動作を実現することができる。 The clamp circuit clamps the noise signal output by the first amplification unit. After that, the first amplification unit outputs an optical signal, so that the clamp circuit can remove noise such as reset noise included in the optical signal. With such a configuration, it is possible to realize the global electronic shutter operation while removing random noise such as reset noise.

次に本実施例の光電変換装置の駆動方法について説明する。図19は、本実施例の光電変換装置に用いられる駆動信号のタイミングチャートを示している。図19には、n行目とn+1行目の2行分の信号の読み出し動作に対応した駆動信号が示されている。 Next, a method of driving the photoelectric conversion device of this embodiment will be described. FIG. 19 shows a timing chart of the drive signal used in the photoelectric conversion device of this embodiment. FIG. 19 shows a drive signal corresponding to the signal reading operation for the two lines of the nth line and the n + 1th line.

実施例1の駆動方法と異なる点は、スイッチ501に駆動信号pGSが供給されることである。図19には、電圧信号Vdのタイミングチャートが示されている。駆動信号がハイレベルの時に、対応するスイッチがオンする。駆動信号がローレベルの時に、対応するスイッチがオフする。 The difference from the driving method of the first embodiment is that the driving signal pGS is supplied to the switch 501. FIG. 19 shows a timing chart of the voltage signal Vd. When the drive signal is at a high level, the corresponding switch is turned on. When the drive signal is low level, the corresponding switch turns off.

時刻t1において、駆動信号pGS(n)および駆動信号pGS(n+1)がハイレベルになる。時刻t2において、駆動信号pRES(n)および駆動信号pRES(n+1)がハイレベルになる。また、時刻t2において、駆動信号pCL(n)および駆動信号pCL(n+1)がハイレベルになる。その後、時刻t3において、駆動信号pRES(n)および駆動信号pRES(n+1)がローレベルになる。時刻t4において、駆動信号pCL(n)および駆動信号pCL(n+1)がローレベルになる。これにより、n行目およびn+1行目の画素100のクランプ回路がノイズ信号をクランプする。 At time t1, the drive signal pGS (n) and the drive signal pGS (n + 1) become high level. At time t2, the drive signal pRES (n) and the drive signal pRES (n + 1) become high level. Further, at time t2, the drive signal pCL (n) and the drive signal pCL (n + 1) become high levels. After that, at time t3, the drive signal pRES (n) and the drive signal pRES (n + 1) become low level. At time t4, the drive signal pCL (n) and the drive signal pCL (n + 1) become low level. As a result, the clamp circuit of the pixel 100 on the nth row and the n + 1st row clamps the noise signal.

続いて、時刻t5から時刻t6において、電圧信号Vd(n)および電圧信号Vd(n+1)が第2の電圧Vd2になる。これにより、蓄積された信号電荷が転送される。クランプスイッチ621がオンなので、信号電荷の量に応じた電圧Vpがクランプ容量622に生じる。 Subsequently, from time t5 to time t6, the voltage signal Vd (n) and the voltage signal Vd (n + 1) become the second voltage Vd2. As a result, the accumulated signal charge is transferred. Since the clamp switch 621 is on, a voltage Vp corresponding to the amount of signal charge is generated in the clamp capacitance 622.

その後、時刻t7において、駆動信号pGS(n)および駆動信号pGS(n+1)がローレベルになる。これにより、画素100のクランプ回路が、光電変換部101から電気的に分離される。 After that, at time t7, the drive signal pGS (n) and the drive signal pGS (n + 1) become low level. As a result, the clamp circuit of the pixel 100 is electrically separated from the photoelectric conversion unit 101.

以降の動作では、行ごとに光信号を読み出す。この動作は実施例3あるいは実施例4と同じなので説明を省略する。 In the subsequent operations, the optical signal is read line by line. Since this operation is the same as that of the third or fourth embodiment, the description thereof will be omitted.

以上の動作により、グローバル電子シャッタ動作を実現することができる。また、本実施例では、画素100がクランプ回路を有する。このような構成によれば、リセットノイズなどのランダムノイズを低減することができる。 By the above operation, the global electronic shutter operation can be realized. Further, in this embodiment, the pixel 100 has a clamp circuit. According to such a configuration, random noise such as reset noise can be reduced.

別の実施例を説明する。本実施例は、画素が増幅部の後段に接続されたサンプルホールド回路を含む点で、実施例1乃至実施例5と異なる。そこで、実施例1乃至実施例5と異なる部分のみを説明する。実施例1乃至実施例5のいずれかと同じ部分については、説明を省略する。 Another embodiment will be described. The present embodiment is different from the first to fifth embodiments in that the pixel includes a sample hold circuit connected to the subsequent stage of the amplification unit. Therefore, only the parts different from those of Examples 1 to 5 will be described. The same part as any one of Examples 1 to 5 will be omitted.

図20は、本実施例の光電変換装置の画素100の構成を模式的に示している。図20には2行2列の4つの画素100が示されている。図1(a)または図18と同じ機能を有する部分には、同じ符号を付してある。光電変換部101の構造は、実施例1〜5のいずれかと同様である。そのため、図20において、光電変換部101の断面構造は示していない。 FIG. 20 schematically shows the configuration of the pixel 100 of the photoelectric conversion device of this embodiment. FIG. 20 shows four pixels 100 in 2 rows and 2 columns. The parts having the same functions as those in FIG. 1A or FIG. 18 are designated by the same reference numerals. The structure of the photoelectric conversion unit 101 is the same as that of any of Examples 1 to 5. Therefore, in FIG. 20, the cross-sectional structure of the photoelectric conversion unit 101 is not shown.

本実施例において、画素100は2つの増幅部を有する。第1の増幅部は第1の増幅トランジスタ611と、電流源612を含むソースフォロア回路である。第2の増幅部は第2の増幅トランジスタ631を含む。第2の増幅トランジスタ631は、選択トランジスタ105を介して出力線130に接続される。第2の増幅トランジスタ631と、出力線130に接続された電流源160とがソースフォロア回路を構成する。 In this embodiment, the pixel 100 has two amplification units. The first amplification unit is a source follower circuit including a first amplification transistor 611 and a current source 612. The second amplification unit includes a second amplification transistor 631. The second amplification transistor 631 is connected to the output line 130 via the selection transistor 105. The second amplification transistor 631 and the current source 160 connected to the output line 130 form a source follower circuit.

画素100は、グローバル電子シャッタを行うためのサンプルホールド回路(以下、S/H回路)を有する。画素100は、ノイズ信号用のS/H回路、および、光信号用のS/H回路を有する。ノイズ信号用のS/H回路は、第1の増幅部が出力するノイズ信号を保持する。光信号用のS/H回路は、第1の増幅部出力する光信号を保持する。ノイズ信号用のS/H回路は、容量701、第1のスイッチ711、および、第2のスイッチ721を含む。光信号用のS/H回路は、容量702、第1のスイッチ712、および、第2のスイッチ722を含む。 The pixel 100 has a sample hold circuit (hereinafter, S / H circuit) for performing a global electronic shutter. The pixel 100 has an S / H circuit for a noise signal and an S / H circuit for an optical signal. The S / H circuit for the noise signal holds the noise signal output by the first amplification unit. The S / H circuit for the optical signal holds the optical signal output by the first amplification unit. The S / H circuit for the noise signal includes a capacitance 701, a first switch 711, and a second switch 721. The S / H circuit for optical signals includes a capacitance 702, a first switch 712, and a second switch 722.

このような構成により、リセットノイズなどのランダムノイズを除去しつつ、グローバル電子シャッタ動作を実現することができる。 With such a configuration, it is possible to realize the global electronic shutter operation while removing random noise such as reset noise.

続いて本実施例の駆動方法について説明する。ここではグローバル電子シャッタ動作を行うためのS/H回路の駆動についてのみ説明する。 Subsequently, the driving method of this embodiment will be described. Here, only the driving of the S / H circuit for performing the global electronic shutter operation will be described.

まず、第1の増幅部の入力ノードがリセットされた状態で、全ての行の画素100のノイズ信号用のS/H回路の第1のスイッチ711をオンする。これにより、ノイズ信号が容量701に保持される。続いて、信号電荷の転送動作を行う。これは実施例1乃至実施例4のいずれかと同様である。次に、全ての画素100の光信号用のS/H回路の第1のスイッチ712をオンする。これにより、光信号が容量702に保持される。その後、行ごとに、第2のスイッチ721、および、722をオンする。これにより、行ごとに画素100からの信号が読み出される。画素から出力される信号は、実施例1と同様に列回路140において保持され、ノイズを除去するための差分処理が行われる。 First, with the input node of the first amplification unit reset, the first switch 711 of the S / H circuit for the noise signal of the pixel 100 in all rows is turned on. As a result, the noise signal is held in the capacitance 701. Subsequently, the signal charge transfer operation is performed. This is the same as any one of Examples 1 to 4. Next, the first switch 712 of the S / H circuit for the optical signal of all the pixels 100 is turned on. As a result, the optical signal is held in the capacitance 702. Then, row by row, the second switches 721 and 722 are turned on. As a result, the signal from the pixel 100 is read out row by row. The signal output from the pixel is held in the column circuit 140 as in the first embodiment, and the difference processing for removing noise is performed.

以上の動作により、グローバル電子シャッタ動作を実現することができる。また、本実施例では、画素100がサンプルホールド回路を有する。このような構成によれば、リセットノイズなどのランダムノイズを低減することができる。 By the above operation, the global electronic shutter operation can be realized. Further, in this embodiment, the pixel 100 has a sample hold circuit. According to such a configuration, random noise such as reset noise can be reduced.

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22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。 Examples of the imaging system according to the present invention will be described. Examples of the imaging system include digital still cameras, digital camcorders, camera heads, copiers, fax machines, mobile phones, in-vehicle cameras, and observation satellites. FIG. 22 shows a block diagram of a digital still camera as an example of an imaging system.

図22において、1001はレンズの保護のためのバリア、1002は被写体の光学像を光電変換装置1004に結像させるレンズ、1003はレンズ1002を通った光量を可変するための絞りである。1004は上述の各実施例で説明した光電変換装置であって、レンズ1002により結像された光学像を画像データとして変換する。ここで、光電変換装置1004の半導体基板にはAD変換部が形成されているものとする。1007は光電変換装置1004より出力された撮像データに各種の補正やデータを圧縮する信号処理部である。そして、図22において、1008は光電変換装置1004および信号処理部1007に、各種タイミング信号を出力するタイミング発生部、1009はデジタルスチルカメラ全体を制御する全体制御部である。1010は画像データを一時的に記憶する為のフレームメモリ部、1011は記録媒体に記録または読み出しを行うためのインターフェース部、1012は撮像データの記録または読み出しを行う為の半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体である。そして、1013は外部コンピュータ等と通信する為のインターフェース部である。ここで、タイミング信号などは撮像システムの外部から入力されてもよく、撮像システムは少なくとも光電変換装置1004と、光電変換装置1004から出力された撮像信号を処理する信号処理部1007とを有すればよい。 In FIG. 22, 1001 is a barrier for protecting the lens, 1002 is a lens for forming an optical image of a subject on a photoelectric conversion device 1004, and 1003 is a diaphragm for changing the amount of light passing through the lens 1002. Reference numeral 1004 is a photoelectric conversion device described in each of the above-described embodiments, and converts an optical image formed by the lens 1002 as image data. Here, it is assumed that an AD conversion unit is formed on the semiconductor substrate of the photoelectric conversion device 1004. Reference numeral 1007 is a signal processing unit that compresses various corrections and data into the imaging data output from the photoelectric conversion device 1004. In FIG. 22, 1008 is a timing generation unit that outputs various timing signals to the photoelectric conversion device 1004 and the signal processing unit 1007, and 1009 is an overall control unit that controls the entire digital still camera. 1010 is a frame memory unit for temporarily storing image data, 1011 is an interface unit for recording or reading on a recording medium, and 1012 is a detachable semiconductor memory or the like for recording or reading imaging data. It is a recording medium. Reference numeral 1013 is an interface unit for communicating with an external computer or the like. Here, the timing signal or the like may be input from the outside of the imaging system, and if the imaging system has at least a photoelectric conversion device 1004 and a signal processing unit 1007 that processes the imaging signal output from the photoelectric conversion device 1004. Good.

本実施例では、光電変換装置1004とAD変換部とが別の半導体基板に設けられた構成を説明した。しかし、光電変換装置1004とAD変換部とが同一の半導体基板に形成されていてもよい。また、光電変換装置1004と信号処理部1007とが同一の半導体基板に形成されていてもよい。 In this embodiment, the configuration in which the photoelectric conversion device 1004 and the AD conversion unit are provided on different semiconductor substrates has been described. However, the photoelectric conversion device 1004 and the AD conversion unit may be formed on the same semiconductor substrate. Further, the photoelectric conversion device 1004 and the signal processing unit 1007 may be formed on the same semiconductor substrate.

また、それぞれの画素100が第1の光電変換部101Aと、第2の光電変換部101Bを含むように構成されてもよい。信号処理部1007は、第1の光電変換部101Aで生じた電荷に基づく信号と、第2の光電変換部101Bで生じた電荷に基づく信号とを処理し、光電変換装置1004から被写体までの距離情報を取得するように構成されてもよい。 Further, each pixel 100 may be configured to include a first photoelectric conversion unit 101A and a second photoelectric conversion unit 101B. The signal processing unit 1007 processes the electric charge-based signal generated by the first photoelectric conversion unit 101A and the charge-based signal generated by the second photoelectric conversion unit 101B, and the distance from the photoelectric conversion device 1004 to the subject. It may be configured to retrieve information.

撮像システムの実施例において、光電変換装置1004には、実施例1乃至実施例6の光電変換装置が用いられる。このように、撮像システムにおいて本発明に係る実施例を適用することにより、ノイズの低減された画像を取得することができる。 In the embodiment of the imaging system, the photoelectric conversion device 1004 uses the photoelectric conversion devices of Examples 1 to 6. In this way, by applying the embodiment of the present invention to the imaging system, it is possible to acquire an image with reduced noise.

101 光電変換部
102 リセットトランジスタ
103 第1の容量
104 増幅トランジスタ
105 選択トランジスタ
111 第2の容量
201 第1の電極
203 ブロッキング層
205 光電変換層
207 絶縁層
209 第2の電極
101 Photoelectric conversion unit 102 Reset transistor 103 First capacity 104 Amplification transistor 105 Selective transistor 111 Second capacity 201 First electrode 203 Blocking layer 205 Photoelectric conversion layer 207 Insulation layer 209 Second electrode

Claims (18)

光電変換部と、ゲートを含む増幅トランジスタとを含む画素を備えた光電変換装置であって、
前記増幅トランジスタのソースおよびドレインが内部に形成された半導体基板と、
前記半導体基板と前記光電変換部との間に配された配線層と、を含み、
前記光電変換部は、第1の電極と、第2の電極と、前記第1の電極および前記第2の電極の間に配された量子ドットを含む層と、前記量子ドットを含む層および前記第2の電極の間に配され、厚さが50nm以上の絶縁層と、を含み、
前記第2の電極と前記ゲートとは電気的に接続されており、
前記増幅トランジスタおよび電流源によりソースフォロア回路が構成されており、
前記配線層は、前記第2の電極と接続されており、平面視において前記第1の電極または前記第2の電極と少なくとも一部が重なる容量を含み、
前記容量は、上部電極と前記上部電極と前記半導体基板との間に配された下部電極とを含み、
平面視において、前記上部電極と前記下部電極とは、前記第1の電極または前記第2の電極と少なくとも部分的に重なる
ことを特徴とする光電変換装置。
A photoelectric conversion device having a pixel including a photoelectric conversion unit and an amplification transistor including a gate.
A semiconductor substrate in which the source and drain of the amplification transistor are formed, and
A wiring layer arranged between the semiconductor substrate and the photoelectric conversion unit is included.
The photoelectric conversion unit includes a first electrode, a second electrode, a layer containing quantum dots arranged between the first electrode and the second electrode, a layer containing the quantum dots, and the above. Including an insulating layer arranged between the second electrodes and having a thickness of 50 nm or more,
The second electrode and the gate are electrically connected to each other.
The source follower circuit is composed of the amplification transistor and the current source.
The wiring layer, the is connected to the second electrode, viewed contains at least partially overlap capacitance between the first electrode or the second electrode in plan view,
The capacitance includes an upper electrode and a lower electrode arranged between the upper electrode and the semiconductor substrate.
A photoelectric conversion device, characterized in that, in a plan view, the upper electrode and the lower electrode overlap at least partially with the first electrode or the second electrode .
光電変換部と、ゲートを含む増幅トランジスタとを含む画素を備えた光電変換装置であって、
前記増幅トランジスタのソースおよびドレインが内部に形成された半導体基板と、
前記半導体基板と前記光電変換部との間に配された配線層と、を含み、
前記光電変換部は、第1の電極と、第2の電極と、前記第1の電極および前記第2の電極の間に配された量子ドットを含む層と、前記量子ドットを含む層および前記第2の電極の間に配され、前記量子ドットを含む層と前記第2の電極との間の電流経路を遮断するように設けられた絶縁層と、を含み、
前記第2の電極と前記ゲートとは電気的に接続されており、
前記増幅トランジスタおよび電流源によりソースフォロア回路は構成されており、
前記配線層は、前記第2の電極と接続されており、平面視において前記第1の電極または前記第2の電極と少なくとも一部が重なる容量を含み、
前記容量は、上部電極と前記上部電極と前記半導体基板との間に配された下部電極とを含み、
平面視において、前記上部電極と前記下部電極とは、前記第1の電極または前記第2の電極と少なくとも部分的に重なる
ことを特徴とする光電変換装置。
A photoelectric conversion device having a pixel including a photoelectric conversion unit and an amplification transistor including a gate.
A semiconductor substrate in which the source and drain of the amplification transistor are formed, and
A wiring layer arranged between the semiconductor substrate and the photoelectric conversion unit is included.
The photoelectric conversion unit includes a first electrode, a second electrode, a layer containing quantum dots arranged between the first electrode and the second electrode, a layer containing the quantum dots, and the above. Includes an insulating layer arranged between the second electrodes and provided to block the current path between the layer containing the quantum dots and the second electrode.
The second electrode and the gate are electrically connected to each other.
The source follower circuit is composed of the amplification transistor and the current source.
The wiring layer, the is connected to the second electrode, viewed contains at least partially overlap capacitance between the first electrode or the second electrode in plan view,
The capacitance includes an upper electrode and a lower electrode arranged between the upper electrode and the semiconductor substrate.
A photoelectric conversion device, characterized in that, in a plan view, the upper electrode and the lower electrode overlap at least partially with the first electrode or the second electrode .
前記光電変換部は、前記第1の電極と前記量子ドットを含む層との間に配され、ZnO又は前記量子ドットを含む層で生成される信号電荷と反対の導電型の電荷が多数キャリアとなる半導体を含む層を含む
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の光電変換装置。
The photoelectric conversion unit is arranged between the first electrode and the layer containing the quantum dots, and has a large number of conductive charges opposite to the signal charges generated by ZnO or the layer containing the quantum dots. The photoelectric conversion device according to claim 1 or 2, further comprising a layer containing a semiconductor.
前記量子ドットを含む層は、前記量子ドットを構成する材料とは異なる材料の部材を含み、
前記量子ドットが前記部材の中に分散している、
ことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の光電変換装置。
The layer containing the quantum dots contains a member of a material different from the material constituting the quantum dots.
The quantum dots are dispersed in the member,
The photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 3, wherein the photoelectric conversion device is characterized in that.
前記異なる材料のバンドギャップは、前記量子ドットを構成する材料のバンドギャップよりも大きい、
ことを特徴とする請求項4に記載の光電変換装置。
The bandgap of the different materials is larger than the bandgap of the materials that make up the quantum dots.
The photoelectric conversion device according to claim 4.
前記量子ドットを構成する材料は、前記異なる材料が吸収する最も長い波長の光よりも長い波長を有する光を吸収する、
ことを特徴とする請求項4または請求項5に記載の光電変換装置。
The material constituting the quantum dot absorbs light having a wavelength longer than that of the longest wavelength light absorbed by the different materials.
The photoelectric conversion device according to claim 4 or 5.
前記量子ドットを含む層は、前記量子ドットを被覆する被覆層を含み、
前記被覆層を構成する材料のバンドギャップは、前記量子ドットを構成する材料のバンドギャップよりも大きい、
ことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の光電変換装置。
The layer containing the quantum dots includes a coating layer that covers the quantum dots.
The bandgap of the material constituting the coating layer is larger than the bandgap of the material constituting the quantum dot.
The photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 3, wherein the photoelectric conversion device is characterized in that.
前記量子ドットを含む層は、前記量子ドットを被覆する被覆層を含み、
前記量子ドットを構成する材料は、前記被覆層を構成する材料が吸収する最も長い波長の光よりも長い波長を有する光を吸収する、
ことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の光電変換装置。
The layer containing the quantum dots includes a coating layer that covers the quantum dots.
The material constituting the quantum dot absorbs light having a wavelength longer than the light having the longest wavelength absorbed by the material constituting the coating layer.
The photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 3, wherein the photoelectric conversion device is characterized in that.
前記量子ドットを含む層は、前記量子ドットを埋め込むための埋め込み層を含み、
前記埋め込み層を構成する材料のバンドギャップは、前記量子ドットを構成する材料のバンドギャップよりも大きい、
ことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の光電変換装置。
The layer containing the quantum dots includes an embedded layer for embedding the quantum dots.
The bandgap of the material constituting the embedded layer is larger than the bandgap of the material constituting the quantum dot.
The photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 3, wherein the photoelectric conversion device is characterized in that.
前記量子ドットを含む層は、前記量子ドットを埋め込むための埋め込み層を含み、
前記量子ドットを構成する材料は、前記埋め込み層を構成する材料が吸収する最も長い波長の光よりも長い波長を有する光を吸収する、
ことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の光電変換装置。
The layer containing the quantum dots includes an embedded layer for embedding the quantum dots.
The material constituting the quantum dot absorbs light having a wavelength longer than the light having the longest wavelength absorbed by the material constituting the embedded layer.
The photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 3, wherein the photoelectric conversion device is characterized in that.
前記量子ドットは、1nmから20nmの範囲に含まれる粒径を有する量子ドットを含む、
ことを特徴とする請求項1乃至請求項10のいずれか一項に記載の光電変換装置。
The quantum dots include quantum dots having a particle size in the range of 1 nm to 20 nm.
The photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 10, characterized in that.
前記量子ドットを含む層は、前記量子ドットを包むシェルを含み、
前記量子ドットを構成する材料の格子定数と、前記シェルを構成する材料の格子定数との比が0.9から1.1の範囲に含まれる、
ことを特徴とする請求項1乃至請求項11のいずれか一項に記載の光電変換装置。
The layer containing the quantum dots includes a shell that encloses the quantum dots.
The ratio of the lattice constants of the materials constituting the quantum dots to the lattice constants of the materials constituting the shell is included in the range of 0.9 to 1.1.
The photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 11.
前記量子ドットを構成する材料は、PbS、PbSe、PbTe、CdS、CdSe、CdTe、C、Si、Geを含む群から選ばれる、
ことを特徴とする請求項1乃至請求項12のいずれか一項に記載の光電変換装置。
The material constituting the quantum dot is selected from the group including PbS, PbSe, PbTe, CdS, CdSe, CdTe, C, Si and Ge.
The photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 12, characterized in that.
前記上部電極および前記下部電極は金属により構成されることを特徴とする請求項1乃至請求項13のいずれか一項に記載の光電変換装置。 The photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 13, wherein the upper electrode and the lower electrode are made of metal. 前記容量は、MIM(Metal Insulator Metal)容量であることを特徴とする請求項1乃至請求項13のいずれか一項に記載の光電変換装置。The photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 13, wherein the capacity is a MIM (Metal Insulator Metal) capacity. 前記第2の電極は、前記容量を介して前記ゲートと電気的に接続されることを特徴とする請求項1乃至請求項15のいずれか一項に記載の光電変換装置。 The photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 15, wherein the second electrode is electrically connected to the gate via the capacitance. 請求項1乃至請求項1のいずれか一項に記載の光電変換装置と、
前記光電変換装置からの信号を処理する信号処理装置と、を備えた撮像システム。
The photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 16 .
An imaging system including a signal processing device that processes a signal from the photoelectric conversion device.
画素ごとに2つの前記光電変換部を含み、
前記信号処理装置が、前記2つの光電変換部で生じた電荷に基づく信号を処理し、前記光電変換装置から被写体までの距離情報を取得する、
ことを特徴とする請求項17に記載の撮像システム。
Includes two photoelectric conversion units for each pixel.
The signal processing device processes a signal based on the electric charge generated by the two photoelectric conversion units, and acquires distance information from the photoelectric conversion device to the subject.
The imaging system according to claim 17.
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