JP6967719B2 - 撮像装置 - Google Patents
撮像装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6967719B2 JP6967719B2 JP2020146792A JP2020146792A JP6967719B2 JP 6967719 B2 JP6967719 B2 JP 6967719B2 JP 2020146792 A JP2020146792 A JP 2020146792A JP 2020146792 A JP2020146792 A JP 2020146792A JP 6967719 B2 JP6967719 B2 JP 6967719B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- voltage
- period
- signal
- transistor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 title claims description 14
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 79
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims description 23
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 92
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 56
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 37
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 25
- 239000000463 material Substances 0.000 description 20
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 18
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 18
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 13
- -1 carbamoyloxy group Chemical group 0.000 description 11
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 8
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 6
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- RAXXELZNTBOGNW-UHFFFAOYSA-N imidazole Natural products C1=CNC=N1 RAXXELZNTBOGNW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 6
- 125000001424 substituent group Chemical group 0.000 description 6
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 5
- 125000000623 heterocyclic group Chemical group 0.000 description 5
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 5
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N C60 fullerene Chemical compound C12=C3C(C4=C56)=C7C8=C5C5=C9C%10=C6C6=C4C1=C1C4=C6C6=C%10C%10=C9C9=C%11C5=C8C5=C8C7=C3C3=C7C2=C1C1=C2C4=C6C4=C%10C6=C9C9=C%11C5=C5C8=C3C3=C7C1=C1C2=C4C6=C2C9=C5C3=C12 XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- 125000004431 deuterium atom Chemical group 0.000 description 3
- 150000002790 naphthalenes Chemical class 0.000 description 3
- XSCHRSMBECNVNS-UHFFFAOYSA-N quinoxaline Chemical compound N1=CC=NC2=CC=CC=C21 XSCHRSMBECNVNS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 3
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 3
- KDCGOANMDULRCW-UHFFFAOYSA-N 7H-purine Chemical compound N1=CNC2=NC=NC2=C1 KDCGOANMDULRCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UJOBWOGCFQCDNV-UHFFFAOYSA-N 9H-carbazole Chemical compound C1=CC=C2C3=CC=CC=C3NC2=C1 UJOBWOGCFQCDNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PCNDJXKNXGMECE-UHFFFAOYSA-N Phenazine Natural products C1=CC=CC2=NC3=CC=CC=C3N=C21 PCNDJXKNXGMECE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KYQCOXFCLRTKLS-UHFFFAOYSA-N Pyrazine Chemical compound C1=CN=CC=N1 KYQCOXFCLRTKLS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N Pyridine Chemical compound C1=CC=NC=C1 JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- SMWDFEZZVXVKRB-UHFFFAOYSA-N Quinoline Chemical compound N1=CC=CC2=CC=CC=C21 SMWDFEZZVXVKRB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000370 acceptor Substances 0.000 description 2
- 150000001454 anthracenes Chemical class 0.000 description 2
- 150000001601 aromatic carbocyclic compounds Chemical class 0.000 description 2
- DZBUGLKDJFMEHC-UHFFFAOYSA-N benzoquinolinylidene Natural products C1=CC=CC2=CC3=CC=CC=C3N=C21 DZBUGLKDJFMEHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IOJUPLGTWVMSFF-UHFFFAOYSA-N benzothiazole Chemical compound C1=CC=C2SC=NC2=C1 IOJUPLGTWVMSFF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 150000004696 coordination complex Chemical class 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 2
- 229910003472 fullerene Inorganic materials 0.000 description 2
- AWJUIBRHMBBTKR-UHFFFAOYSA-N isoquinoline Chemical compound C1=NC=CC2=CC=CC=C21 AWJUIBRHMBBTKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003446 ligand Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 2
- 125000002080 perylenyl group Chemical group C1(=CC=C2C=CC=C3C4=CC=CC5=CC=CC(C1=C23)=C45)* 0.000 description 2
- 150000002987 phenanthrenes Chemical class 0.000 description 2
- 229920000412 polyarylene Chemical class 0.000 description 2
- 150000003220 pyrenes Chemical class 0.000 description 2
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 2
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 2
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 2
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 150000003518 tetracenes Chemical class 0.000 description 2
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QGKMIGUHVLGJBR-UHFFFAOYSA-M (4z)-1-(3-methylbutyl)-4-[[1-(3-methylbutyl)quinolin-1-ium-4-yl]methylidene]quinoline;iodide Chemical class [I-].C12=CC=CC=C2N(CCC(C)C)C=CC1=CC1=CC=[N+](CCC(C)C)C2=CC=CC=C12 QGKMIGUHVLGJBR-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- UWRZIZXBOLBCON-VOTSOKGWSA-N (e)-2-phenylethenamine Chemical class N\C=C\C1=CC=CC=C1 UWRZIZXBOLBCON-VOTSOKGWSA-N 0.000 description 1
- JYEUMXHLPRZUAT-UHFFFAOYSA-N 1,2,3-triazine Chemical compound C1=CN=NN=C1 JYEUMXHLPRZUAT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BCMCBBGGLRIHSE-UHFFFAOYSA-N 1,3-benzoxazole Chemical compound C1=CC=C2OC=NC2=C1 BCMCBBGGLRIHSE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BAXOFTOLAUCFNW-UHFFFAOYSA-N 1H-indazole Chemical compound C1=CC=C2C=NNC2=C1 BAXOFTOLAUCFNW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XWIYUCRMWCHYJR-UHFFFAOYSA-N 1h-pyrrolo[3,2-b]pyridine Chemical compound C1=CC=C2NC=CC2=N1 XWIYUCRMWCHYJR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VEPOHXYIFQMVHW-XOZOLZJESA-N 2,3-dihydroxybutanedioic acid (2S,3S)-3,4-dimethyl-2-phenylmorpholine Chemical compound OC(C(O)C(O)=O)C(O)=O.C[C@H]1[C@@H](OCCN1C)c1ccccc1 VEPOHXYIFQMVHW-XOZOLZJESA-N 0.000 description 1
- CBHTTYDJRXOHHL-UHFFFAOYSA-N 2h-triazolo[4,5-c]pyridazine Chemical compound N1=NC=CC2=C1N=NN2 CBHTTYDJRXOHHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LCGTWRLJTMHIQZ-UHFFFAOYSA-N 5H-dibenzo[b,f]azepine Chemical compound C1=CC2=CC=CC=C2NC2=CC=CC=C21 LCGTWRLJTMHIQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-VVKOMZTBSA-N Dideuterium Chemical group [2H][2H] UFHFLCQGNIYNRP-VVKOMZTBSA-N 0.000 description 1
- SIKJAQJRHWYJAI-UHFFFAOYSA-N Indole Chemical class C1=CC=C2NC=CC2=C1 SIKJAQJRHWYJAI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MURCDOXDAHPNRQ-ZJKZPDEISA-N L-685,458 Chemical compound C([C@@H]([C@H](O)C[C@H](C(=O)N[C@@H](CC(C)C)C(=O)N[C@@H](CC=1C=CC=CC=1)C(N)=O)CC=1C=CC=CC=1)NC(=O)OC(C)(C)C)C1=CC=CC=C1 MURCDOXDAHPNRQ-ZJKZPDEISA-N 0.000 description 1
- ZCQWOFVYLHDMMC-UHFFFAOYSA-N Oxazole Chemical compound C1=COC=N1 ZCQWOFVYLHDMMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WTKZEGDFNFYCGP-UHFFFAOYSA-N Pyrazole Chemical compound C=1C=NNC=1 WTKZEGDFNFYCGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CZPWVGJYEJSRLH-UHFFFAOYSA-N Pyrimidine Chemical compound C1=CN=CN=C1 CZPWVGJYEJSRLH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KAESVJOAVNADME-UHFFFAOYSA-N Pyrrole Chemical class C=1C=CNC=1 KAESVJOAVNADME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FZWLAAWBMGSTSO-UHFFFAOYSA-N Thiazole Chemical compound C1=CSC=N1 FZWLAAWBMGSTSO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DGEZNRSVGBDHLK-UHFFFAOYSA-N [1,10]phenanthroline Chemical compound C1=CN=C2C3=NC=CC=C3C=CC2=C1 DGEZNRSVGBDHLK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 125000002252 acyl group Chemical group 0.000 description 1
- 125000004442 acylamino group Chemical group 0.000 description 1
- 125000004423 acyloxy group Chemical group 0.000 description 1
- 125000003342 alkenyl group Chemical group 0.000 description 1
- 125000003545 alkoxy group Chemical group 0.000 description 1
- 125000004453 alkoxycarbonyl group Chemical group 0.000 description 1
- 125000004466 alkoxycarbonylamino group Chemical group 0.000 description 1
- 125000005194 alkoxycarbonyloxy group Chemical group 0.000 description 1
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 description 1
- 125000004644 alkyl sulfinyl group Chemical group 0.000 description 1
- 125000004390 alkyl sulfonyl group Chemical group 0.000 description 1
- 125000004656 alkyl sulfonylamino group Chemical group 0.000 description 1
- 125000004414 alkyl thio group Chemical group 0.000 description 1
- 125000000304 alkynyl group Chemical group 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000003277 amino group Chemical group 0.000 description 1
- 125000006598 aminocarbonylamino group Chemical group 0.000 description 1
- 125000004397 aminosulfonyl group Chemical group NS(=O)(=O)* 0.000 description 1
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000002490 anilino group Chemical group [H]N(*)C1=C([H])C([H])=C([H])C([H])=C1[H] 0.000 description 1
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 1
- 125000005162 aryl oxy carbonyl amino group Chemical group 0.000 description 1
- 125000005161 aryl oxy carbonyl group Chemical group 0.000 description 1
- 125000005135 aryl sulfinyl group Chemical group 0.000 description 1
- 125000004657 aryl sulfonyl amino group Chemical group 0.000 description 1
- 125000004391 aryl sulfonyl group Chemical group 0.000 description 1
- 125000005110 aryl thio group Chemical group 0.000 description 1
- 125000005200 aryloxy carbonyloxy group Chemical group 0.000 description 1
- 125000004104 aryloxy group Chemical group 0.000 description 1
- 125000000656 azaniumyl group Chemical group [H][N+]([H])([H])[*] 0.000 description 1
- 125000000751 azo group Chemical group [*]N=N[*] 0.000 description 1
- HFACYLZERDEVSX-UHFFFAOYSA-N benzidine Chemical class C1=CC(N)=CC=C1C1=CC=C(N)C=C1 HFACYLZERDEVSX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QRUDEWIWKLJBPS-UHFFFAOYSA-N benzotriazole Chemical compound C1=CC=C2N[N][N]C2=C1 QRUDEWIWKLJBPS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012964 benzotriazole Substances 0.000 description 1
- 150000001602 bicycloalkyls Chemical group 0.000 description 1
- ZADPBFCGQRWHPN-UHFFFAOYSA-N boronic acid Chemical compound OBO ZADPBFCGQRWHPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000003917 carbamoyl group Chemical group [H]N([H])C(*)=O 0.000 description 1
- 125000001951 carbamoylamino group Chemical group C(N)(=O)N* 0.000 description 1
- 150000001716 carbazoles Chemical class 0.000 description 1
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 1
- WCZVZNOTHYJIEI-UHFFFAOYSA-N cinnoline Chemical compound N1=NC=CC2=CC=CC=C21 WCZVZNOTHYJIEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 125000004093 cyano group Chemical group *C#N 0.000 description 1
- 125000000392 cycloalkenyl group Chemical group 0.000 description 1
- 125000000753 cycloalkyl group Chemical group 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- ZSWFCLXCOIISFI-UHFFFAOYSA-N endo-cyclopentadiene Natural products C1C=CC=C1 ZSWFCLXCOIISFI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000005843 halogen group Chemical group 0.000 description 1
- 150000002391 heterocyclic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000005525 hole transport Effects 0.000 description 1
- 125000000717 hydrazino group Chemical group [H]N([*])N([H])[H] 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 125000005462 imide group Chemical group 0.000 description 1
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- DZVCFNFOPIZQKX-LTHRDKTGSA-M merocyanine Chemical class [Na+].O=C1N(CCCC)C(=O)N(CCCC)C(=O)C1=C\C=C\C=C/1N(CCCS([O-])(=O)=O)C2=CC=CC=C2O\1 DZVCFNFOPIZQKX-LTHRDKTGSA-M 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 125000000449 nitro group Chemical group [O-][N+](*)=O 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004433 nitrogen atom Chemical group N* 0.000 description 1
- NIHNNTQXNPWCJQ-UHFFFAOYSA-N o-biphenylenemethane Natural products C1=CC=C2CC3=CC=CC=C3C2=C1 NIHNNTQXNPWCJQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- WCPAKWJPBJAGKN-UHFFFAOYSA-N oxadiazole Chemical compound C1=CON=N1 WCPAKWJPBJAGKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000001820 oxy group Chemical group [*:1]O[*:2] 0.000 description 1
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 125000002467 phosphate group Chemical group [H]OP(=O)(O[H])O[*] 0.000 description 1
- 125000005328 phosphinyl group Chemical group [PH2](=O)* 0.000 description 1
- 125000001476 phosphono group Chemical group [H]OP(*)(=O)O[H] 0.000 description 1
- LFSXCDWNBUNEEM-UHFFFAOYSA-N phthalazine Chemical compound C1=NN=CC2=CC=CC=C21 LFSXCDWNBUNEEM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IEQIEDJGQAUEQZ-UHFFFAOYSA-N phthalocyanine Chemical class N1C(N=C2C3=CC=CC=C3C(N=C3C4=CC=CC=C4C(=N4)N3)=N2)=C(C=CC=C2)C2=C1N=C1C2=CC=CC=C2C4=N1 IEQIEDJGQAUEQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000548 poly(silane) polymer Chemical class 0.000 description 1
- 229920000768 polyamine Chemical class 0.000 description 1
- CPNGPNLZQNNVQM-UHFFFAOYSA-N pteridine Chemical compound N1=CN=CC2=NC=CN=C21 CPNGPNLZQNNVQM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000003217 pyrazoles Chemical class 0.000 description 1
- 150000003219 pyrazolines Chemical class 0.000 description 1
- PBMFSQRYOILNGV-UHFFFAOYSA-N pyridazine Chemical compound C1=CC=NN=C1 PBMFSQRYOILNGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UMJSCPRVCHMLSP-UHFFFAOYSA-N pyridine Natural products COC1=CC=CN=C1 UMJSCPRVCHMLSP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- JWVCLYRUEFBMGU-UHFFFAOYSA-N quinazoline Chemical compound N1=CN=CC2=CC=CC=C21 JWVCLYRUEFBMGU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 125000004469 siloxy group Chemical group [SiH3]O* 0.000 description 1
- 125000003808 silyl group Chemical group [H][Si]([H])([H])[*] 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 125000000020 sulfo group Chemical group O=S(=O)([*])O[H] 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004434 sulfur atom Chemical group 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 150000003536 tetrazoles Chemical class 0.000 description 1
- QKTRRACPJVYJNU-UHFFFAOYSA-N thiadiazolo[5,4-b]pyridine Chemical compound C1=CN=C2SN=NC2=C1 QKTRRACPJVYJNU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000004149 thio group Chemical group *S* 0.000 description 1
- 125000003396 thiol group Chemical group [H]S* 0.000 description 1
- 150000003577 thiophenes Chemical class 0.000 description 1
- 125000005259 triarylamine group Chemical class 0.000 description 1
- YWBFPKPWMSWWEA-UHFFFAOYSA-O triazolopyrimidine Chemical compound BrC1=CC=CC(C=2N=C3N=CN[N+]3=C(NCC=3C=CN=CC=3)C=2)=C1 YWBFPKPWMSWWEA-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- 150000004961 triphenylmethanes Chemical class 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14665—Imagers using a photoconductor layer
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/50—Control of the SSIS exposure
- H04N25/57—Control of the dynamic range
- H04N25/58—Control of the dynamic range involving two or more exposures
- H04N25/587—Control of the dynamic range involving two or more exposures acquired sequentially, e.g. using the combination of odd and even image fields
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/50—Control of the SSIS exposure
- H04N25/57—Control of the dynamic range
- H04N25/58—Control of the dynamic range involving two or more exposures
- H04N25/581—Control of the dynamic range involving two or more exposures acquired simultaneously
- H04N25/583—Control of the dynamic range involving two or more exposures acquired simultaneously with different integration times
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/50—Control of the SSIS exposure
- H04N25/57—Control of the dynamic range
- H04N25/571—Control of the dynamic range involving a non-linear response
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/50—Control of the SSIS exposure
- H04N25/57—Control of the dynamic range
- H04N25/58—Control of the dynamic range involving two or more exposures
- H04N25/587—Control of the dynamic range involving two or more exposures acquired sequentially, e.g. using the combination of odd and even image fields
- H04N25/589—Control of the dynamic range involving two or more exposures acquired sequentially, e.g. using the combination of odd and even image fields with different integration times, e.g. short and long exposures
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/50—Control of the SSIS exposure
- H04N25/57—Control of the dynamic range
- H04N25/59—Control of the dynamic range by controlling the amount of charge storable in the pixel, e.g. modification of the charge conversion ratio of the floating node capacitance
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
- H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
- H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
- H04N25/77—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
- H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
- H04N25/75—Circuitry for providing, modifying or processing image signals from the pixel array
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic radiation-sensitive element covered by group H10K30/00
- H10K39/30—Devices controlled by radiation
- H10K39/32—Organic image sensors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Description
本開示は、撮像装置に関する。
近年、種々の機能が付加された撮像装置が提案されている。例えば、特許文献1は、フォトダイオードと電源との間に接続された第1転送トランジスタと、フォトダイオードと電荷蓄積領域との間に接続された第2転送トランジスタとを含む撮像装置を開示している。この撮像装置の露光時間は非連続的であり、合計の露光時間よりも短い複数の露光時間を含む。またこの撮像装置は、露光開始前に第1転送トランジスタによってフォトダイオードをリセットし、露光完了後に第2転送トランジスタによってフォトダイオードから電荷蓄積領域に電荷を転送している。この撮像装置によれば、露光時間を複数の非連続な露光時間に分割することによって、露光量を確保しつつ動的なシーンの画像のブレを低減できると記載されている。
被写体像のブレ量を変化させずに露光量の調整が可能な撮像装置が求められている。
本開示の限定的ではないある例示的な撮像装置は、第1電極、第1電極に対向する第2電極、第1電極と第2電極との間の第1光電変換層、および第1電極に接続され、第1光電変換層で発生した第1信号電荷を検出する第1信号検出回路を含む単位画素セルと、第2電極に電圧を印加する電圧供給回路と、を備え、1フレーム期間内において、電圧供給回路は、第2電極に印加する電圧を変化させることにより、複数回の露光期間と前記複数回の露光期間のそれぞれの間の非露光期間とを形成し、1フレーム期間内における複数回の露光期間のそれぞれの開始および終了のタイミングは、第1フレーム期間と第1フレーム期間に続く第2フレーム期間との間で等しく、第2電極に印加する電圧の変化の度合いは、第1フレーム期間と第2フレーム期間との間で異なる。
本開示の実施形態によれば、被写体像のブレ量を変化させずに露光量の調整を実現しうる。
本願発明者の検討によれば、特許文献1に開示された撮像装置では、撮像装置に入射する光の強度が異なる場合、露光時間を変化させることによって露光量を一定にしている。そのため、被写体の明るさによって露光時間が異なり、被写体に不自然なブレの変化が発生し得る。
光電変換層を備えた撮像装置においては、光電変換層に入射した光によって正孔電子対を生成し、光電変換層にバイアス電圧を印加することによって正孔電子対を分離し一方のキャリアを信号電荷として検出している。本願発明者は、このような撮像装置において、光電変換層に印加するバイアス電圧を小さくすることにより、電荷蓄積部に蓄積した信号電荷に実質的に影響を与えることなく、光電変換層の感度を変更し得ることを見出した。つまり、バイアス電圧を大きくした状態と小さくした状態とを繰り返した場合でも、電荷蓄積部に蓄積された信号電荷は積分されることを見出した。これにより、露光時間を変化させることなく、露光量を調整することができる。本願発明者は、この知見に基づき、新規な撮像装置に想到した。本開示の一態様の概要は以下のとおりである。
[項目1]
第1電極、
第1電極に対向する第2電極、
第1電極と第2電極との間の第1光電変換層、および
第1電極に接続され、第1光電変換層で発生した第1信号電荷を検出する第1信号検出回路
を含む単位画素セルと、
第2電極に電圧を印加する電圧供給回路と、
を備え、
1フレーム期間内において、電圧供給回路は、第2電極に印加する電圧を変化させることにより、複数回の露光期間と前記複数回の露光期間のそれぞれの間の非露光期間とを形成し、
1フレーム期間内における複数回の露光期間のそれぞれの開始および終了のタイミングは、第1フレーム期間と第1フレーム期間に続く第2フレーム期間との間で等しく、
第2電極に印加する電圧の変化の度合いは、第1フレーム期間と第2フレーム期間との間で異なる。
第1電極、
第1電極に対向する第2電極、
第1電極と第2電極との間の第1光電変換層、および
第1電極に接続され、第1光電変換層で発生した第1信号電荷を検出する第1信号検出回路
を含む単位画素セルと、
第2電極に電圧を印加する電圧供給回路と、
を備え、
1フレーム期間内において、電圧供給回路は、第2電極に印加する電圧を変化させることにより、複数回の露光期間と前記複数回の露光期間のそれぞれの間の非露光期間とを形成し、
1フレーム期間内における複数回の露光期間のそれぞれの開始および終了のタイミングは、第1フレーム期間と第1フレーム期間に続く第2フレーム期間との間で等しく、
第2電極に印加する電圧の変化の度合いは、第1フレーム期間と第2フレーム期間との間で異なる。
[項目2]
複数回の露光期間において取得された複数の撮像データは、合成されて1フレームに対応する撮像データとして出力される、項目1に記載の撮像装置。
複数回の露光期間において取得された複数の撮像データは、合成されて1フレームに対応する撮像データとして出力される、項目1に記載の撮像装置。
[項目3]
1フレーム内の複数回の露光期間において、第2電極に印加する電圧は等しい、項目1または2に記載の撮像装置。
1フレーム内の複数回の露光期間において、第2電極に印加する電圧は等しい、項目1または2に記載の撮像装置。
[項目4]
第1フレーム期間の複数回の露光期間において第2電極に印加する電圧は、第2フレーム期間の複数回の露光期間において第2電極に印加する電圧と異なる、項目1から3のいずれか1項に記載の撮像装置。
第1フレーム期間の複数回の露光期間において第2電極に印加する電圧は、第2フレーム期間の複数回の露光期間において第2電極に印加する電圧と異なる、項目1から3のいずれか1項に記載の撮像装置。
[項目5]
第1フレーム期間の複数回の露光期間における単位画素セルの単位時間当たりの感度は、第2フレーム期間の複数回の露光期間における単位画素セルの単位時間当たりの感度と異なる、項目1から4のいずれか1項に記載の撮像装置。
第1フレーム期間の複数回の露光期間における単位画素セルの単位時間当たりの感度は、第2フレーム期間の複数回の露光期間における単位画素セルの単位時間当たりの感度と異なる、項目1から4のいずれか1項に記載の撮像装置。
[項目6]
単位画素セルは、行および列に沿って2次元に配置される複数の単位画素セルの中の1つであり、
複数の単位画素セルは、行ごとに異なるタイミングで信号が読み出される、項目1に記載の撮像装置。
単位画素セルは、行および列に沿って2次元に配置される複数の単位画素セルの中の1つであり、
複数の単位画素セルは、行ごとに異なるタイミングで信号が読み出される、項目1に記載の撮像装置。
[項目7]
第1フレーム期間と第2フレーム期間とが交互に繰り返される、項目1から6のいずれか1項に記載の撮像装置。
第1フレーム期間と第2フレーム期間とが交互に繰り返される、項目1から6のいずれか1項に記載の撮像装置。
[項目8]
1次元または2次元に配列された複数の単位画素セルと、前記複数の単位画素セルを駆動し、複数のタイミングで画像を取得する駆動部とを備え、
前記複数の単位画素セルのそれぞれは、
第1面と、前記第1面の反対側の第2面とを有する光電変換層と、
前記第1面に接する第1電極と、
前記第2面に接する第2電極と、
前記第1電極に接続され、前記光電変換層で発生した信号電荷を検出する信号検出回路と、
を含み、
前記駆動部は、前記第1および第2電極の間の電位差を変化させて、1フレーム期間において多重露光によって複数の撮像データを複数のタイミングで取得し、
前記電位差の変化の度合いはnフレームとn+1フレームとで異なる、撮像装置。
1次元または2次元に配列された複数の単位画素セルと、前記複数の単位画素セルを駆動し、複数のタイミングで画像を取得する駆動部とを備え、
前記複数の単位画素セルのそれぞれは、
第1面と、前記第1面の反対側の第2面とを有する光電変換層と、
前記第1面に接する第1電極と、
前記第2面に接する第2電極と、
前記第1電極に接続され、前記光電変換層で発生した信号電荷を検出する信号検出回路と、
を含み、
前記駆動部は、前記第1および第2電極の間の電位差を変化させて、1フレーム期間において多重露光によって複数の撮像データを複数のタイミングで取得し、
前記電位差の変化の度合いはnフレームとn+1フレームとで異なる、撮像装置。
項目8の構成によれば、露光時間を変化させることなく、被写体像のブレ量を維持しながらも露光量の調整を実現しうる。
[項目9]
前記駆動部は、1フレーム期間において取得した前記複数の撮像データを多重化し、多重化された撮像データを出力する、項目1に記載の撮像装置。
前記駆動部は、1フレーム期間において取得した前記複数の撮像データを多重化し、多重化された撮像データを出力する、項目1に記載の撮像装置。
[項目10]
前記電位差の変化の度合いは前記1フレーム内で等しい、項目8または9に記載の撮像装置。
前記電位差の変化の度合いは前記1フレーム内で等しい、項目8または9に記載の撮像装置。
[項目11]
前記nフレームと前記n+1フレームの間で、前記単位画素セルの単位時間当たりの感度が変化する、項目8から10のいずれか1項に記載の撮像装置。
前記nフレームと前記n+1フレームの間で、前記単位画素セルの単位時間当たりの感度が変化する、項目8から10のいずれか1項に記載の撮像装置。
以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を詳細に説明する。なお、以下で説明する実施形態は、いずれも包括的または具体的な例を示す。以下の実施形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置および接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。本明細書において説明される種々の態様は、矛盾が生じない限り互いに組み合わせることが可能である。また、以下の実施形
態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。以下の説明において、実質的に同じ機能を有する構成要素は共通の参照符号で示し、説明を省略することがある。
態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。以下の説明において、実質的に同じ機能を有する構成要素は共通の参照符号で示し、説明を省略することがある。
(撮像装置の回路構成)
図1は、本開示の実施形態に係る撮像装置の例示的な回路構成を示す。図1に示す撮像装置100は、2次元に配列された複数の単位画素セル10を含む画素アレイPAを有する。図1は、単位画素セル10が2行2列のマトリクス状に配置された例を模式的に示している。言うまでもないが、撮像装置100における単位画素セル10の数および配置は、図1に示す例に限定されない。単位画素セル10は2次元に配列されていてもよいし、1次元に配列されていてもよい。
図1は、本開示の実施形態に係る撮像装置の例示的な回路構成を示す。図1に示す撮像装置100は、2次元に配列された複数の単位画素セル10を含む画素アレイPAを有する。図1は、単位画素セル10が2行2列のマトリクス状に配置された例を模式的に示している。言うまでもないが、撮像装置100における単位画素セル10の数および配置は、図1に示す例に限定されない。単位画素セル10は2次元に配列されていてもよいし、1次元に配列されていてもよい。
各単位画素セル10は、光電変換部13および信号検出回路14を有する。後に図面を参照して説明するように、光電変換部13は、互いに対向する2つの電極の間に挟まれた光電変換層を有し、入射した光を受けて信号を生成する。光電変換部13は、その全体が、単位画素セル10ごとに独立した素子である必要はなく、光電変換部13の例えば一部分が複数の単位画素セル10にまたがっていてもよい。信号検出回路14は、光電変換部13によって生成された信号を検出する回路である。この例では、信号検出回路14は、信号検出トランジスタ24およびアドレストランジスタ26を含んでいる。信号検出トランジスタ24およびアドレストランジスタ26は、典型的には、電界効果トランジスタ(FET)であり、ここでは、信号検出トランジスタ24およびアドレストランジスタ26としてNチャンネルMOSを例示する。
図1において模式的に示すように、信号検出トランジスタ24の制御端子(ここではゲート)は、光電変換部13との電気的な接続を有する。光電変換部13によって生成される信号電荷(正孔または電子)は、信号検出トランジスタ24のゲートと光電変換部13との間の電荷蓄積ノード(「フローティングディフュージョンノード」とも呼ばれる。)41に蓄積される。光電変換部13の構造の詳細は、後述する。
撮像装置100は、画素アレイPAを駆動し、複数のタイミングで画像を取得する駆動部を備えている。駆動部は、電圧供給回路32、リセット電圧源34、垂直走査回路36、カラム信号処理回路37および水平信号読み出し回路38を含む。
各単位画素セル10の光電変換部13は、さらに、感度制御線42との接続を有している。図1に例示する構成において、感度制御線42は、電圧供給回路32に接続されている。以下において詳述するように、電圧供給回路32は、高感度露光期間と低感度露光期間との間で互いに異なる電圧を対向電極12に供給する。また、フレーム間で異なる電圧を対向電極12に供給してもよい。本明細書において「高感度露光期間」とは、光電変換により生成される正および負の電荷の一方(信号電荷)を相対的に高い感度で電荷蓄積領域に蓄積するための期間を意味する。また、本明細書において「低感度露光期間」とは、光電変換により生成される正および負の電荷の一方(信号電荷)を相対的に低い感度で電荷蓄積領域に蓄積するための期間を意味する。低い感度とは、実質的に感度が0である場合を含む。
画素電極11の電位に対する対向電極12の電位を制御することにより、光電変換によって光電変換層15内に生じた正孔−電子対のうち、正孔および電子のいずれか一方を、画素電極11によって収集することができる。例えば信号電荷として正孔を利用する場合には、画素電極11よりも対向電極12の電位を高くすることにより、画素電極11によって正孔を選択的に収集することが可能である。また、単位時間当たりに収集される信号電荷量は画素電極11と対向電極12との電位差に応じて変化する。以下では、信号電荷
として正孔を利用する場合を例示する。もちろん、信号電荷として電子を利用することも可能である。電圧供給回路32は、特定の電源回路に限定されず、所定の電圧を生成する回路であってもよいし、他の電源から供給された電圧を所定の電圧に変換する回路であってもよい。
として正孔を利用する場合を例示する。もちろん、信号電荷として電子を利用することも可能である。電圧供給回路32は、特定の電源回路に限定されず、所定の電圧を生成する回路であってもよいし、他の電源から供給された電圧を所定の電圧に変換する回路であってもよい。
各単位画素セル10は、電源電圧VDDを供給する電源線40との接続を有する。図示するように、電源線40には、信号検出トランジスタ24の入力端子(典型的にはドレイン)が接続されている。電源線40がソースフォロア電源として機能することにより、信号検出トランジスタ24は、光電変換部13によって生成された信号を増幅して出力する。
信号検出トランジスタ24の出力端子(ここではソース)には、アドレストランジスタ26の入力端子(ここではドレイン)が接続されている。アドレストランジスタ26の出力端子(ここではソース)は、画素アレイPAの列ごとに配置された複数の垂直信号線47のうちの1つに接続されている。アドレストランジスタ26の制御端子(ここではゲート)は、アドレス制御線46に接続されており、アドレス制御線46の電位を制御することにより、信号検出トランジスタ24の出力を、対応する垂直信号線47に選択的に読み出すことができる。
図示する例では、アドレス制御線46は、垂直走査回路(「行走査回路」とも呼ばれる)36に接続されている。垂直走査回路36は、アドレス制御線46に所定の電圧を印加することにより、各行に配置された複数の単位画素セル10を行単位で選択する。これにより、選択された単位画素セル10の信号の読み出しと、後述する、画素電極のリセットとが実行される。
垂直信号線47は、画素アレイPAからの画素信号を周辺回路へ伝達する主信号線である。垂直信号線47には、カラム信号処理回路(「行信号蓄積回路」とも呼ばれる)37が接続される。カラム信号処理回路37は、相関二重サンプリングに代表される雑音抑制信号処理およびアナログ−デジタル変換(AD変換)などを行う。図示するように、カラム信号処理回路37は、画素アレイPAにおける単位画素セル10の各列に対応して設けられる。これらのカラム信号処理回路37には、水平信号読み出し回路(「列走査回路」とも呼ばれる)38が接続される。水平信号読み出し回路38は、複数のカラム信号処理回路37から水平共通信号線49に信号を順次読み出す。
図1に例示する構成において、単位画素セル10は、リセットトランジスタ28を有する。リセットトランジスタ28は、例えば、信号検出トランジスタ24およびアドレストランジスタ26と同様に、電界効果トランジスタであり得る。以下では、特に断りの無い限り、リセットトランジスタ28としてNチャンネルMOSを適用した例を説明する。図示するように、このリセットトランジスタ28は、リセット電圧Vrを供給するリセット電圧線44と、電荷蓄積ノード41との間に接続される。リセットトランジスタ28の制御端子(ここではゲート)は、リセット制御線48に接続されており、リセット制御線48の電位を制御することによって、電荷蓄積ノード41の電位をリセット電圧Vrにリセットすることができる。この例では、リセット制御線48が、垂直走査回路36に接続されている。したがって、垂直走査回路36がリセット制御線48に所定の電圧を印加することにより、各行に配置された複数の単位画素セル10を行単位でリセットすることが可能である。
この例では、リセットトランジスタ28にリセット電圧Vrを供給するリセット電圧線44が、リセット電圧供給回路34(以下、単に「リセット電圧源34」と呼ぶ。)に接続されている。リセット電圧源34は、撮像装置100の動作時にリセット電圧線44に
所定のリセット電圧Vrを供給可能な構成を有していればよく、上述の電圧供給回路32と同様に、特定の電源回路に限定されない。電圧供給回路32およびリセット電圧源34の各々は、単一の電圧供給回路の一部分であってもよいし、独立した別個の電圧供給回路であってもよい。なお、電圧供給回路32およびリセット電圧源34の一方または両方が、垂直走査回路36の一部分であってもよい。あるいは、電圧供給回路32からの感度制御電圧および/またはリセット電圧源34からのリセット電圧Vrが、垂直走査回路36を介して各単位画素セル10に供給されてもよい。
所定のリセット電圧Vrを供給可能な構成を有していればよく、上述の電圧供給回路32と同様に、特定の電源回路に限定されない。電圧供給回路32およびリセット電圧源34の各々は、単一の電圧供給回路の一部分であってもよいし、独立した別個の電圧供給回路であってもよい。なお、電圧供給回路32およびリセット電圧源34の一方または両方が、垂直走査回路36の一部分であってもよい。あるいは、電圧供給回路32からの感度制御電圧および/またはリセット電圧源34からのリセット電圧Vrが、垂直走査回路36を介して各単位画素セル10に供給されてもよい。
リセット電圧Vrとして、信号検出回路14の電源電圧VDDを用いることも可能である。この場合、各単位画素セル10に電源電圧を供給する電圧供給回路(図1において不図示)と、リセット電圧源34とを共通化し得る。また、電源線40と、リセット電圧線44を共通化できるので、画素アレイPAにおける配線を単純化し得る。ただし、リセット電圧Vrを、信号検出回路14の電源電圧VDDと異なる電圧とすることにより、撮像装置100のより柔軟な制御を可能にする。
(単位画素セルのデバイス構造)
図2は、単位画素セル10の例示的なデバイス構造を模式的に示す。図2に例示する構成では、上述の信号検出トランジスタ24、アドレストランジスタ26およびリセットトランジスタ28が、半導体基板20に形成されている。半導体基板20は、その全体が半導体である基板に限定されない。半導体基板20は、感光領域が形成される側の表面に半導体層が設けられた絶縁性基板などであってもよい。ここでは、半導体基板20としてP型シリコン(Si)基板を用いる例を説明する。
図2は、単位画素セル10の例示的なデバイス構造を模式的に示す。図2に例示する構成では、上述の信号検出トランジスタ24、アドレストランジスタ26およびリセットトランジスタ28が、半導体基板20に形成されている。半導体基板20は、その全体が半導体である基板に限定されない。半導体基板20は、感光領域が形成される側の表面に半導体層が設けられた絶縁性基板などであってもよい。ここでは、半導体基板20としてP型シリコン(Si)基板を用いる例を説明する。
半導体基板20は、不純物領域(ここではN型領域)26s、24s、24d、28dおよび28sと、単位画素セル10間の電気的な分離のための素子分離領域20tとを有する。ここでは、素子分離領域20tは、不純物領域24dと不純物領域28dとの間にも設けられている。素子分離領域20tは、例えば所定の注入条件のもとでアクセプタのイオン注入を行うことによって形成される。
不純物領域26s、24s、24d、28dおよび28sは、典型的には、半導体基板20内に形成された拡散層である。図2に模式的に示すように、信号検出トランジスタ24は、不純物領域24sおよび不純物領域24dと、ゲート電極24g(典型的にはポリシリコン電極)とを含む。不純物領域24sは、信号検出トランジスタ24の例えばソース領域として機能する。不純物領域24dは、信号検出トランジスタ24の例えばドレイン領域として機能する。不純物領域24sと不純物領域24dとの間に、信号検出トランジスタ24のチャネル領域が形成される。
同様に、アドレストランジスタ26は、不純物領域26sおよび不純物領域24sと、アドレス制御線46(図1参照)に接続されたゲート電極26g(典型的にはポリシリコン電極)とを含む。この例では、信号検出トランジスタ24およびアドレストランジスタ26は、不純物領域24sを共有することによって互いに電気的に接続されている。不純物領域26sは、アドレストランジスタ26の例えばソース領域として機能する。不純物領域26sは、図2において不図示の垂直信号線47(図1参照)との接続を有する。
リセットトランジスタ28は、不純物領域28dおよび28sと、リセット制御線48(図1参照)に接続されたゲート電極28g(典型的にはポリシリコン電極)とを含む。不純物領域28sは、リセットトランジスタ28の例えばソース領域として機能する。不純物領域28sは、図2において不図示のリセット電圧線44(図1参照)との接続を有する。
半導体基板20上には、信号検出トランジスタ24、アドレストランジスタ26およびリセットトランジスタ28を覆うように層間絶縁層50(典型的には二酸化シリコン層)が配置されている。図示するように、層間絶縁層50中には、配線層56が配置され得る。配線層56は、典型的には、銅などの金属から形成され、例えば、上述の垂直信号線47などの配線をその一部に含み得る。層間絶縁層50中の絶縁層の層数、および、層間絶縁層50中に配置される配線層56に含まれる層数は、任意に設定可能であり、図2に示す例に限定されない。
層間絶縁層50上には、上述の光電変換部13が配置される。別の言い方をすれば、本開示の実施形態では、画素アレイPA(図1参照)を構成する複数の単位画素セル10が、半導体基板20上に形成されている。半導体基板20上に2次元に配列された複数の単位画素セル10は、感光領域(画素領域)を形成する。隣接する2つの単位画素セル10間の距離(画素ピッチ)は、例えば2μm程度であり得る。
光電変換部13は、画素電極11と、対向電極12と、これらの間に配置された光電変換層15とを含む。この例では、対向電極12および光電変換層15は、複数の単位画素セル10にまたがって形成されている。他方、画素電極11は、単位画素セル10ごとに設けられており、隣接する他の単位画素セル10の画素電極11と空間的に分離されることによって、他の単位画素セル10の画素電極11から電気的に分離されている。
対向電極12は、典型的には、透明な導電性材料から形成される透明電極である。対向電極12は、光電変換層15において光が入射される側に配置される。したがって、光電変換層15には、対向電極12を透過した光が入射する。なお、撮像装置100によって検出される光は、可視光の波長範囲(例えば、380nm以上780nm以下)内の光に限定されない。本明細書における「透明」は、検出しようとする波長範囲の光の少なくとも一部を透過することを意味し、可視光の波長範囲全体にわたって光を透過することは必須ではない。本明細書では、赤外線および紫外線を含めた電磁波全般を、便宜上「光」と表現する。対向電極12には、例えば、ITO、IZO、AZO、FTO、SnO2、TiO2、ZnO2などの透明導電性酸化物(Transparent Conducting Oxide(TCO))を用いることができる。
光電変換層15は、入射する光を受けて正孔−電子対を発生させる。光電変換層15は、典型的には、有機半導体材料から形成される。光電変換層15を構成する材料の具体例は、後述する。
図1を参照して説明したように、対向電極12は、電圧供給回路32に接続された感度制御線42との接続を有する。また、ここでは、対向電極12は、複数の単位画素セル10にまたがって形成されている。したがって、感度制御線42を介して、電圧供給回路32から所望の大きさの感度制御電圧を複数の単位画素セル10の間に一括して印加することが可能である。なお、電圧供給回路32から所望の大きさの感度制御電圧を印加することができれば、対向電極12は、単位画素セル10ごとに分離して設けられていてもよい。同様に、光電変換層15が単位画素セル10ごとに分離して設けられていてもよい。
画素電極11の電位に対する対向電極12の電位を制御することにより、光電変換によって光電変換層15内に生じた正孔−電子対のうち、正孔および電子のいずれか一方を、画素電極11によって収集することができる。例えば信号電荷として正孔を利用する場合、画素電極11よりも対向電極12の電位を高くすることにより、画素電極11によって正孔を選択的に収集することが可能である。また、単位時間当たりに収集される信号電荷量は画素電極11と対向電極12との間の電位差に応じて変化する。以下では、信号電荷として正孔を利用する場合を例示する。もちろん、信号電荷として電子を利用することも
可能である。
可能である。
対向電極12に対向する画素電極11は、対向電極12と画素電極11との間に適切なバイアス電圧が与えられることにより、光電変換層15において光電変換によって発生した正および負の電荷のうちの一方を収集する。画素電極11は、アルミニウム、銅などの金属、金属窒化物、または、不純物がドープされることにより導電性が付与されたポリシリコンなどから形成される。
画素電極11を遮光性の電極としてもよい。例えば、画素電極11として、厚さが100nmのTaN電極を形成することにより、十分な遮光性を実現し得る。画素電極11を遮光性の電極とすることにより、半導体基板20に形成されたトランジスタ(この例では信号検出トランジスタ24、アドレストランジスタ26およびリセットトランジスタ28の少なくともいずれか)のチャネル領域または不純物領域への、光電変換層15を通過した光の入射を抑制し得る。上述の配線層56を利用して層間絶縁層50内に遮光膜を形成してもよい。半導体基板20に形成されたトランジスタのチャネル領域への光の入射を抑制することにより、トランジスタの特性のシフト(例えば閾値電圧の変動)などを抑制し得る。また、半導体基板20に形成された不純物領域への光の入射を抑制することにより、不純物領域における意図しない光電変換によるノイズの混入を抑制し得る。このように、半導体基板20への光の入射の抑制は、撮像装置100の信頼性の向上に貢献する。
図2に模式的に示すように、画素電極11は、プラグ52、配線53およびコンタクトプラグ54を介して、信号検出トランジスタ24のゲート電極24gに接続されている。言い換えれば、信号検出トランジスタ24のゲートは、画素電極11との電気的な接続を有する。プラグ52、配線53は、例えば銅などの金属から形成され得る。プラグ52、配線53およびコンタクトプラグ54は、信号検出トランジスタ24と光電変換部13との間の電荷蓄積ノード41(図1参照)の少なくとも一部を構成する。配線53は、配線層56の一部であり得る。また、画素電極11は、プラグ52、配線53およびコンタクトプラグ55を介して、不純物領域28dにも接続されている。図2に例示する構成において、信号検出トランジスタ24のゲート電極24g、プラグ52、配線53、コンタクトプラグ54および55、ならびに、リセットトランジスタ28のソース領域およびドレイン領域の一方である不純物領域28dは、画素電極11によって収集された信号電荷を蓄積する電荷蓄積領域として機能する。
画素電極11によって信号電荷が収集されることにより、電荷蓄積領域に蓄積された信号電荷の量に応じた電圧が、信号検出トランジスタ24のゲートに印加される。信号検出トランジスタ24は、この電圧を増幅する。信号検出トランジスタ24によって増幅された電圧が、信号電圧としてアドレストランジスタ26を介して選択的に読み出される。
(光電変換層)
以下、光電変換層15の構成の例を説明する。
以下、光電変換層15の構成の例を説明する。
光電変換層15は、典型的には、半導体材料を含む。ここでは、半導体材料として、有機半導体材料を用いる。
光電変換層15は、例えば、下記一般式(1)で表されるスズナフタロシアニン(以下、単に「スズナフタロシアニン」と呼ぶことがある)を含む。
一般式(1)中、R1〜R24は、独立して、水素原子または置換基を表す。置換基は、
特定の置換基に限定されない。置換基は、重水素原子、ハロゲン原子、アルキル基(シクロアルキル基、ビシクロアルキル基、トリシクロアルキル基を含む)、アルケニル基(シクロアルケニル基、ビシクロアルケニル基を含む)、アルキニル基、アリール基、複素環基(ヘテロ環基といってもよい)、シアノ基、ヒドロキシ基、ニトロ基、カルボキシ基、アルコキシ基、アリールオキシ基、シリルオキシ基、ヘテロ環オキシ基、アシルオキシ基、カルバモイルオキシ基、アルコキシカルボニルオキシ基、アリールオキシカルボニルオキシ基、アミノ基(アニリノ基を含む)、アンモニオ基、アシルアミノ基、アミノカルボニルアミノ基、アルコキシカルボニルアミノ基、アリールオキシカルボニルアミノ基、スルファモイルアミノ基、アルキルスルホニルアミノ基、アリールスルホニルアミノ基、メルカプト基、アルキルチオ基、アリールチオ基、ヘテロ環チオ基、スルファモイル基、スルホ基、アルキルスルフィニル基、アリールスルフィニル基、アルキルスルホニル基、アリールスルホニル基、アシル基、アリールオキシカルボニル基、アルコキシカルボニル基、カルバモイル基、アリールアゾ基、ヘテロ環アゾ基、イミド基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスフィニルオキシ基、ホスフィニルアミノ基、ホスホノ基、シリル基、ヒドラジノ基、ウレイド基、ボロン酸基(−B(OH)2)、ホスファト基(−OPO(OH
)2)、スルファト基(−OSO3H)、または、その他の公知の置換基であり得る。
特定の置換基に限定されない。置換基は、重水素原子、ハロゲン原子、アルキル基(シクロアルキル基、ビシクロアルキル基、トリシクロアルキル基を含む)、アルケニル基(シクロアルケニル基、ビシクロアルケニル基を含む)、アルキニル基、アリール基、複素環基(ヘテロ環基といってもよい)、シアノ基、ヒドロキシ基、ニトロ基、カルボキシ基、アルコキシ基、アリールオキシ基、シリルオキシ基、ヘテロ環オキシ基、アシルオキシ基、カルバモイルオキシ基、アルコキシカルボニルオキシ基、アリールオキシカルボニルオキシ基、アミノ基(アニリノ基を含む)、アンモニオ基、アシルアミノ基、アミノカルボニルアミノ基、アルコキシカルボニルアミノ基、アリールオキシカルボニルアミノ基、スルファモイルアミノ基、アルキルスルホニルアミノ基、アリールスルホニルアミノ基、メルカプト基、アルキルチオ基、アリールチオ基、ヘテロ環チオ基、スルファモイル基、スルホ基、アルキルスルフィニル基、アリールスルフィニル基、アルキルスルホニル基、アリールスルホニル基、アシル基、アリールオキシカルボニル基、アルコキシカルボニル基、カルバモイル基、アリールアゾ基、ヘテロ環アゾ基、イミド基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスフィニルオキシ基、ホスフィニルアミノ基、ホスホノ基、シリル基、ヒドラジノ基、ウレイド基、ボロン酸基(−B(OH)2)、ホスファト基(−OPO(OH
)2)、スルファト基(−OSO3H)、または、その他の公知の置換基であり得る。
上述の一般式(1)で表されるスズナフタロシアニンとしては、市販されている製品を用いることができる。あるいは、上述の一般式(1)で表されるスズナフタロシアニンは、例えば特開2010−232410号公報に示されているように、下記の一般式(2)で表されるナフタレン誘導体を出発原料として合成することができる。一般式(2)中のR25〜R30は、一般式(1)におけるR1〜R24と同様の置換基であり得る。
上述の一般式(1)で表されるスズナフタロシアニンにおいて、分子の凝集状態の制御
のし易さの観点から、R1〜R24のうち、8個以上が水素原子または重水素原子であると
有益であり、R1〜R24のうち、16個以上が水素原子または重水素原子であるとより有
益であり、全てが水素原子または重水素原子であるとさらに有益である。さらに、以下の式(3)で表されるスズナフタロシアニンは、合成の容易さの観点で有利である。
のし易さの観点から、R1〜R24のうち、8個以上が水素原子または重水素原子であると
有益であり、R1〜R24のうち、16個以上が水素原子または重水素原子であるとより有
益であり、全てが水素原子または重水素原子であるとさらに有益である。さらに、以下の式(3)で表されるスズナフタロシアニンは、合成の容易さの観点で有利である。
上述の一般式(1)で表されるスズナフタロシアニンは、概ね200nm以上1100nm以下の波長帯域に吸収を有する。例えば、上述の式(3)で表されるスズナフタロシアニンは、図3に示すように、波長が概ね870nmの位置に吸収ピークを有する。図3は、上述の式(3)で表されるスズナフタロシアニンを含む光電変換層における吸収スペクトルの一例である。なお、吸収スペクトルの測定においては、石英基板上に光電変換層(厚さ:30nm)が積層されたサンプルを用いている。
図3からわかるように、スズナフタロシアニンを含む材料から形成された光電変換層は、近赤外領域に吸収を有する。すなわち、光電変換層15を構成する材料として、スズナフタロシアニンを含む材料を選択することにより、例えば、近赤外線を検出可能な光センサを実現し得る。
図4は、光電変換層15の構成の一例を模式的に示す。図4に例示する構成において、光電変換層15は、正孔ブロッキング層15hと、上述の一般式(1)で表されるスズナフタロシアニンを含む有機半導体材料を用いて形成された光電変換構造15Aと、電子ブロッキング層15eとを有する。正孔ブロッキング層15hは、光電変換構造15Aおよび対向電極12の間に配置されており、電子ブロッキング層15eは、光電変換構造15Aおよび画素電極11の間に配置されている。
図4に示す光電変換構造15Aは、p型半導体およびn型半導体の少なくとも一方を含む。図4に例示する構成では、光電変換構造15Aは、p型半導体層150pと、n型半導体層150nと、p型半導体層150pおよびn型半導体層150nの間に挟まれた混合層150mとを有する。p型半導体層150pは、電子ブロッキング層15eと混合層150mとの間に配置されており、光電変換および/または正孔輸送の機能を有する。n型半導体層150nは、正孔ブロッキング層15hと混合層150mとの間に配置されており、光電変換および/または電子輸送の機能を有する。後述するように、混合層150mがp型半導体およびn型半導体の少なくとも一方を含んでいてもよい。
p型半導体層150pおよびn型半導体層150nは、それぞれ、有機p型半導体および有機n型半導体を含む。すなわち、光電変換構造15Aは、上述の一般式(1)で表されるスズナフタロシアニンを含む有機光電変換材料と、有機p型半導体および有機n型半導体の少なくとも一方とを含む。
有機p型半導体(化合物)は、ドナー性有機半導体(化合物)であり、主に正孔輸送性有機化合物に代表され、電子を供与しやすい性質がある有機化合物をいう。さらに詳しくは、有機p型半導体(化合物)は、2つの有機材料を接触させて用いたときにイオン化ポテンシャルの小さい方の有機化合物をいう。したがって、ドナー性有機化合物としては、電子供与性のある有機化合物であればいずれの有機化合物も使用可能である。例えば、トリアリールアミン化合物、ベンジジン化合物、ピラゾリン化合物、スチリルアミン化合物、ヒドラゾン化合物、トリフェニルメタン化合物、カルバゾール化合物、ポリシラン化合物、チオフェン化合物、フタロシアニン化合物、シアニン化合物、メロシアニン化合物、オキソノール化合物、ポリアミン化合物、インドール化合物、ピロール化合物、ピラゾール化合物、ポリアリーレン化合物、縮合芳香族炭素環化合物(ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、フェナントレン誘導体、テトラセン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体、フルオランテン誘導体)、含窒素ヘテロ環化合物を配位子として有する金属錯体などを用いることができる。なお、ドナー性有機半導体は、これらに限らず、上述したように、n型(アクセプター性)化合物として用いた有機化合物よりもイオン化ポテンシャルの小さい有機化合物であればドナー性有機半導体として用い得る。上述のスズナフタロシアニンは、有機p型半導体材料の一例である。
有機n型半導体(化合物)は、アクセプタ性有機半導体(化合物)であり、主に電子輸送性有機化合物に代表され、電子を受容しやすい性質がある有機化合物をいう。さらに詳しくは、有機n型半導体(化合物)は、2つの有機化合物を接触させて用いたときに電子親和力の大きい方の有機化合物をいう。したがって、アクセプタ性有機化合物としては、電子受容性のある有機化合物であればいずれの有機化合物も使用可能である。例えば、フラーレン、フラーレン誘導体、縮合芳香族炭素環化合物(ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、フェナントレン誘導体、テトラセン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体、フルオランテン誘導体)、窒素原子、酸素原子、硫黄原子を含有する5ないし7員のヘテロ環化合物(例えばピリジン、ピラジン、ピリミジン、ピリダジン、トリアジン、キノリン、キノキサリン、キナゾリン、フタラジン、シンノリン、イソキノリン、プテリジン、アクリジン、フェナジン、フェナントロリン、テトラゾール、ピラゾール、イミダゾール、チアゾール、オキサゾール、インダゾール、ベンズイミダゾール、ベンゾトリアゾール、ベンゾオキサゾール、ベンゾチアゾール、カルバゾール、プリン、トリアゾロピリダジン、トリアゾロピリミジン、テトラザインデン、オキサジアゾール、イミダゾピリジン、ピラリジン、ピロロピリジン、チアジアゾロピリジン、ジベンズアゼピン、トリベンズアゼピンなど)、ポリアリーレン化合物、フルオレン化合物、シクロペンタジエン化合物、シリル化合物、含窒素ヘテロ環化合物を配位子として有する金属錯体などを用いることができる。なお、これらに限らず、上述したように、p型(ドナー性)有機化合物として用いた有機化合物よりも電子親和力の大きな有機化合物であればアクセプタ性有機半導体として用い得る。
混合層150mは、例えば、p型半導体およびn型半導体を含むバルクヘテロ接合構造層であり得る。バルクへテロ接合構造を有する層として混合層150mを形成する場合、上述の一般式(1)で表されるスズナフタロシアニンをp型半導体材料として用い得る。n型半導体材料としては、例えば、フラーレンおよび/またはフラーレン誘導体を用いることができる。p型半導体層150pを構成する材料が、混合層150mに含まれるp型半導体材料と同じであると有益である。同様に、n型半導体層150nを構成する材料が、混合層150mに含まれるn型半導体材料と同じであると有益である。バルクへテロ接合構造は、特許第5553727号公報において詳細に説明されている。参考のため、特許第5553727号公報の開示内容の全てを本明細書に援用する。
検出を行いたい波長域に応じて適切な材料を用いることにより、所望の波長域に感度を
有する撮像装置を実現し得る。光電変換層15は、アモルファスシリコンなどの無機半導体材料を含んでいてもよい。光電変換層15は、有機材料から構成される層と無機材料から構成される層とを含んでいてもよい。以下では、スズナフタロシアニンとC60とを共蒸着することによって得られたバルクヘテロ接合構造を光電変換層15に適用した例を説明する。
有する撮像装置を実現し得る。光電変換層15は、アモルファスシリコンなどの無機半導体材料を含んでいてもよい。光電変換層15は、有機材料から構成される層と無機材料から構成される層とを含んでいてもよい。以下では、スズナフタロシアニンとC60とを共蒸着することによって得られたバルクヘテロ接合構造を光電変換層15に適用した例を説明する。
(撮像装置の動作)
まず、図5を参照しながら、高感度露光期間および低感度露光期間を用いた画像の取得について説明する。図5は、本開示の実施形態に係る撮像装置における動作の一例を示すタイミングチャートである。図5中のグラフ(a)は、垂直同期信号Vssの立ち下がり(または立ち上がり)のタイミングを示す。グラフ(b)は、水平同期信号Hssの立ち下がり(または立ち上がり)のタイミングを示す。また、グラフ(c)は、感度制御線42を介して電圧供給回路32から対向電極12に印加される電圧Vbの時間的変化の一例を示す。グラフ(d)は、画素アレイPAの各行におけるリセットおよび高感度露光、低感度露光のタイミングを模式的に示す。
まず、図5を参照しながら、高感度露光期間および低感度露光期間を用いた画像の取得について説明する。図5は、本開示の実施形態に係る撮像装置における動作の一例を示すタイミングチャートである。図5中のグラフ(a)は、垂直同期信号Vssの立ち下がり(または立ち上がり)のタイミングを示す。グラフ(b)は、水平同期信号Hssの立ち下がり(または立ち上がり)のタイミングを示す。また、グラフ(c)は、感度制御線42を介して電圧供給回路32から対向電極12に印加される電圧Vbの時間的変化の一例を示す。グラフ(d)は、画素アレイPAの各行におけるリセットおよび高感度露光、低感度露光のタイミングを模式的に示す。
以下、図1、図2および図5を参照しながら、撮像装置100における動作の一例を説明する。簡単のため、ここでは、画素アレイPAに含まれる画素の行数が、第R0行〜第R7行の合計8行である場合における動作の例を説明する。
画像の取得においては、まず、画素アレイPA中の各単位画素セル10の電荷蓄積領域のリセットと、リセット後の画素信号の読み出しとが実行される。例えば、図5に示すように、垂直同期信号Vssに基づき、第R0行に属する複数の画素のリセットを開始する(時刻t0)。図5中の網点の矩形は、信号の読み出し期間を模式的に表している。この読み出し期間は、単位画素セル10の電荷蓄積領域の電位をリセットするためのリセット期間をその一部に含み得る。
第R0行に属する画素のリセットにおいては、第R0行のアドレス制御線46の電位の制御により、そのアドレス制御線46にゲートが接続されているアドレストランジスタ26をONとする。さらに、第R0行のリセット制御線48の電位の制御により、そのリセット制御線48にゲートが接続されているリセットトランジスタ28をONとする。これにより、電荷蓄積ノード41とリセット電圧線44とが接続され、電荷蓄積領域にリセット電圧Vrが供給される。すなわち、信号検出トランジスタ24のゲート電極24gおよび光電変換部13の画素電極11の電位が、リセット電圧Vrにリセットされる。その後、垂直信号線47を介して、第R0行の単位画素セル10からリセット後の画素信号を読み出す。このときに得られる画素信号は、リセット電圧Vrの大きさに対応した画素信号である。画素信号の読み出し後、リセットトランジスタ28およびアドレストランジスタ26をOFFとする。
この例では、図5に模式的に示すように、水平同期信号Hssにあわせて、第R0行〜第R7行の各行に属する画素のリセットを行単位で順次に実行する。つまり、画素アレイPAはローリングシャッタ方式で駆動される。以下では、水平同期信号Hssのパルスの間隔、換言すれば、ある行が選択されてから次の行が選択されるまでの期間を「1H期間」と呼ぶことがある。この例では、例えば時刻t0から時刻t1までの期間が1H期間に相当する。
図5に示すように、1H期間の後半においては、電圧供給回路32から供給される電圧V1が、対向電極12に印加されている。電圧V1は、撮影時の電圧、すなわち電荷蓄積時の電圧であり、例えば10V程度である。(時刻t0〜t15)。
図5中、白の矩形は、各行における高感度露光期間を模式的に表している。高感度露光期間は、電圧供給回路32が、対向電極12に印加する電圧を電圧V2よりも大きい電圧V1に切り替えることによって開始される。また、図5中の網点の矩形および斜線の付された矩形で示される期間が低感度露光期間を模式的にあらわしている。低感度露光期間は、電圧供給回路32が、対向電極12に印加する電圧を電圧V2に切り替えることによって開始される。電圧V2は電圧V1よりも小さく、典型的には、画素電極11と対向電極12との間の電位差が0V以下となるような電圧である。電圧V2は、例えば電荷蓄積部のリセット電圧と同程度の電圧であってもよい。
光電変換層15に印加されるバイアス電圧が0Vとなる状態において、光電変換層15で発生した電荷はほとんど消失する。その理由は、光の照射によって生じた正および負の電荷のほとんどが速やかに再結合し、消滅してしまうためであると推測される。
その一方で、高感度露光時に電荷蓄積部に蓄積された信号電荷は、画素のリセット動作が行われるまで失われることなく保持される。
次の1H期間では、電圧供給回路32が対向電極12に印加する電圧を再び電圧V2に切り替えることにより、再び低感度露光が開始される。このように、1H期間を単位として、低感度露光期間と高感度露光期間とが繰り返される(時刻t0〜15)。本開示の実施形態では、対向電極12に印加される電圧が電圧V2と電圧V1との間で切り替えられることによって、1H期間中に高感度露光期間と低感度露光期間とが切り替えられる。
上述したように、低感度露光期間中、電荷蓄積部に蓄積された信号電荷はそのまま保持される。その結果、高感度露光期間と低感度露光期間とが繰り返されたとしても、各高感度露光時に蓄積された信号電荷は積分される。このことは、本発明者らによってはじめて見出された知見である。なお、低感度露光時に光電変換層に正のバイアス電圧が印加される場合は、低感度露光時にも信号電荷が蓄積される。このような場合には、高感度露光時に加え、低感度露光時に蓄積された信号電荷についても積分される。
また、1H期間において、高感度露光期間と低感度露光期間との長さの割合、つまり、対向電極12に印加する電圧のデューティー比を異ならせることによって、露光時間を異ならせることができる。
次に、水平同期信号Hssに基づき、画素アレイPAの各行に属する画素からの信号電荷の読み出しを行う。この例では、時刻t15から、第R0行〜第R7行の各行に属する画素からの信号電荷の読み出しが行単位で順次に実行されている。以下では、ある行に属する画素が選択されてからその行に属する画素が再び選択されるまでの期間を「1V期間」と呼ぶことがある。この例では、時刻t0から時刻t15までの期間が第R0行についての1V期間に相当する。1V期間は各行についての1フレーム期間でもある。したがって、各行についてみれば、1フレーム期間中、高感度露光期間を複数回繰り返すことによって、多重露光が行われる。
高感度露光期間と低感度露光期間とを繰り返した1V期間の終了後の時刻t15において、第R0行に属する画素からの信号電荷の読み出しを行う。このとき、第R0行のアドレストランジスタ26をONとする。これにより、複数回の高感度露光期間において電荷蓄積領域に蓄積された電荷量に対応した画素信号が垂直信号線47に出力される。画素信号の読み出しに続けて、リセットトランジスタ28をONとして画素のリセットを行ってもよい。画素信号の読み出し後、アドレストランジスタ26(およびリセットトランジスタ28)をOFFとする。信号電荷の読み出し後、時刻t0において読み出された信号と、時刻t15において読み出された信号との差分をとる。これにより固定ノイズを除去し
た信号が得られる。これに続いて、各行において次の1V期間が開始される。各行から読み出された信号を合成することによって1フレームの画像が得られる。ローリングシャッタ動作により、各行における露光期間の開始及び終了、信号の読出しおよび画素のリセットのタイミングは異なるものの、画像全体でみた場合、1フレーム期間中に、高感度露光期間と低感度露光期間とが繰り返されることによって多重露光が行われ、高感度露光期間における撮像データが複数のタイミングで得られている。この多重露光による信号電荷の合成は、各画素セル内の電荷蓄積部において行われる。
た信号が得られる。これに続いて、各行において次の1V期間が開始される。各行から読み出された信号を合成することによって1フレームの画像が得られる。ローリングシャッタ動作により、各行における露光期間の開始及び終了、信号の読出しおよび画素のリセットのタイミングは異なるものの、画像全体でみた場合、1フレーム期間中に、高感度露光期間と低感度露光期間とが繰り返されることによって多重露光が行われ、高感度露光期間における撮像データが複数のタイミングで得られている。この多重露光による信号電荷の合成は、各画素セル内の電荷蓄積部において行われる。
次にこのような駆動を用いて、フレーム間で露光量を変化させる形態を説明する。図6は、本開示の実施形態に係る撮像装置における動作の一例を説明するための図である。図5と同様、グラフ(a)は、垂直同期信号Vssの立ち下がり(または立ち上がり)のタイミングを示す。グラフ(b)は、水平同期信号Hssの立ち下がり(または立ち上がり)のタイミングを示す。グラフ(c)は、感度制御線42を介して電圧供給回路32から対向電極12に印加される電圧Vbの時間的変化の一例を示す。グラフ(d)は、画素アレイPAの各行におけるリセットおよび高感度露光、低感度露光のタイミングを模式的に示す。図5のグラフ(d)とは異なり、最初の1V期間(フレームf1)に続く次の1V期間(フレームf2)において、高感度露光期間の電圧供給回路32が対向電極12に印加する電圧が、電圧V1よりも大きい電圧V3に設定されている。グラフ(d)において、電圧V3が印加される高感度露光期間は、縦線の付された矩形で示されている。フレームf1における、対向電極12に印加される電圧Vbの変化は(V1−V2)であるが、フレームf2では、(V1−V3)である。このように、フレームf1とフレームf2とでは、高感度露光期間および低感度露光期間の、対向電極12に印加される電圧Vbの変化の度合いが異なる。ただし、フレームf1において、対向電極12に印加される電圧Vbの変化の度合いは、(V1−V2)で一定である。また、フレームf2において、対向電極12に印加される電圧Vbの変化の度合いは、(V1−V3)で一定である。
フレームf2の高感度露光期間では、より高い電圧V3が対向電極12に印加されるため、各単位画素セルの感度がより高くなっている。つまり、t0〜t15までの1フレームに対し、t15以降のフレームでは、高感度露光期間における単位画素セルの単位時間当たりの感度が変化している。一方、図6に示すように、t0〜t15までの1フレームとt15以降のフレームとで、高感度露光期間および低感度露光期間の長さは同じである。したがって、図6に示す駆動によれば、単位画素セルの感度を変更することによって、露光時間を変更することなく、露光量を制御することができる。したがって、本開示の実施形態によれば、フレーム間において、被写体像のブレ量を変化させずに露光量の調整を実現しうる。
図7は、上述の動作を繰り返すタイミングチャートの一例を示す。グラフ(a)は、垂直同期信号Vssの立ち下がり(または立ち上がり)のタイミングを示す。グラフ(b)は、電圧供給回路32から対向電極12に印加される電圧Vbの時間的変化の一例を示す。グラフ(c)は、画素アレイPAの各行におけるリセットおよび高感度露光、低感度露光のタイミングを模式的に示す。
図7に示すように、高感度露光期間において対向電極12に印加される電圧Vbが、1フレームごとにV1とV3とで切り替えられている。このような制御で撮像装置を駆動することによって、1フレームごとに、高感度画像と、低感度画像とを交互に得ることができる。したがって、N番目のフレームの画像とN+1番目のフレームの画像とを加算することによって、ダイナミックレンジが拡大した、ハイダイナミックレンジ画像を得ることが可能である。
このように、本開示の実施形態では、高感度露光期間の開始および終了および低感度露
光期間の開始および終了が、対向電極12に印加される電圧Vbによって制御される。そして、高感度露光時において対向電極12に印加される電圧V1の電位によって、露光量が制御される。すなわち、本開示の実施形態によれば、露光時間が変化しないため、被写体像のブレ量を変化させることなく露光量の調整を実現しうる。また、各単位画素セル10に転送ゲートなどの素子を追加する必要がないため、画素の微細化にも有利である。
光期間の開始および終了が、対向電極12に印加される電圧Vbによって制御される。そして、高感度露光時において対向電極12に印加される電圧V1の電位によって、露光量が制御される。すなわち、本開示の実施形態によれば、露光時間が変化しないため、被写体像のブレ量を変化させることなく露光量の調整を実現しうる。また、各単位画素セル10に転送ゲートなどの素子を追加する必要がないため、画素の微細化にも有利である。
本開示の撮像装置は、例えばイメージセンサなどに適用可能である。本開示の撮像装置は、医療用カメラ、ロボット用カメラ、セキュリティカメラ、車両に搭載されて使用されるカメラなどに用いることができる。車両搭載用カメラとしては、例えば、車両が安全に走行するための制御を行う制御装置に対する入力装置として利用され得る。あるいは、オペレータが車両を安全に走行させるための支援に利用され得る。
10 単位画素セル
11 画素電極
12 対向電極
13 光電変換部
14 信号検出回路
15 光電変換層
15A 光電変換構造
15e 電子ブロッキング層
15h 正孔ブロッキング層
20 半導体基板
20t 素子分離領域
24d、24s、26s、28d、28s 不純物領域
24 信号検出トランジスタ
26 アドレストランジスタ
28 リセットトランジスタ
24g、26g、28g ゲート電極
32 電圧供給回路
34 リセット電圧源
35 基板電圧供給回路
36 垂直走査回路
40 電源線
41 電荷蓄積ノード
42 感度制御線
50 層間絶縁層
44 リセット電圧線
46 アドレス制御線
47 垂直信号線
48 リセット制御線
11 画素電極
12 対向電極
13 光電変換部
14 信号検出回路
15 光電変換層
15A 光電変換構造
15e 電子ブロッキング層
15h 正孔ブロッキング層
20 半導体基板
20t 素子分離領域
24d、24s、26s、28d、28s 不純物領域
24 信号検出トランジスタ
26 アドレストランジスタ
28 リセットトランジスタ
24g、26g、28g ゲート電極
32 電圧供給回路
34 リセット電圧源
35 基板電圧供給回路
36 垂直走査回路
40 電源線
41 電荷蓄積ノード
42 感度制御線
50 層間絶縁層
44 リセット電圧線
46 アドレス制御線
47 垂直信号線
48 リセット制御線
Claims (6)
- 第1電極、第2電極、前記第1電極と前記第2電極と間に位置し、信号電荷を生成する光電変換層、前記第1電極に電気的に接続され、前記信号電荷を蓄積する電荷蓄積部、および、前記電荷蓄積部に電気的に接続されるゲートを有するトランジスタを含む第1単位画素セルと、
前記第2電極に電圧を供給する電圧供給回路と、
を備え、
前記電圧供給回路は、
第1フレーム期間内に、前記第2電極に第1電圧を2回以上供給することにより、前記信号電荷が前記電荷蓄積部に蓄積される期間である複数回の露光期間を形成し、
前記第1フレーム期間に、前記第2電極に第2電圧を1回以上供給することにより、前記複数回の露光期間のそれぞれの間の非露光期間を形成し、
前記トランジスタは、前記電圧供給回路が前記第2電極に前記第2電圧を供給している第1期間において、前記電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷の量に対応する信号を出力する、撮像装置。 - 前記トランジスタは、前記第1期間において、前記複数回の露光期間に前記電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷の積分量に対応する前記信号を出力する、請求項1に記載の撮像装置。
- 前記第1単位画素セルは、行および列に沿って2次元に配置される複数の単位画素セルの中の1つであり、
前記複数の単位画素セルの前記トランジスタは、前記行ごとに異なるタイミングで前記信号を出力する、請求項1または2に記載の撮像装置。 - 第1電極、第2電極、前記第1電極と前記第2電極と間に位置し、信号電荷を生成する光電変換層、前記第1電極に電気的に接続され、前記信号電荷を蓄積する電荷蓄積部、および、前記電荷蓄積部に電気的に接続されるゲートを有するトランジスタを含む第1単位画素セルと、
前記第2電極に電圧を供給する電圧供給回路と、
を備え、
前記電圧供給回路は、
第1フレーム期間内に、前記第2電極に第1電圧を2回以上供給することにより、前記信号電荷が前記電荷蓄積部に蓄積される期間である複数回の高感度露光期間を形成し、
前記第1フレーム期間に、前記第2電極に第2電圧を1回以上供給することにより、前記複数回の高感度露光期間のそれぞれの間に、前記高感度露光期間よりも低い感度で前記信号電荷が前記電荷蓄積部に蓄積される期間である低感度露光期間を形成し、
前記トランジスタは、前記電圧供給回路が前記第2電極に前記第2電圧を供給している第1期間において、前記電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷の量に対応する信号を出力する、撮像装置。 - 前記トランジスタは、前記第1期間において、前記複数回の高感度露光期間および前記低感度露光期間に前記電荷蓄積部に蓄積された前記信号電荷の積分量に対応する前記信号を出力する、請求項4に記載の撮像装置。
- 前記第1単位画素セルは、行および列に沿って2次元に配置される複数の単位画素セルの中の1つであり、
前記複数の単位画素セルの前記トランジスタは、前記行ごとに異なるタイミングで前記信号を出力する、請求項4または5に記載の撮像装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021164865A JP7178612B2 (ja) | 2016-01-22 | 2021-10-06 | 撮像装置 |
JP2022175376A JP7357307B2 (ja) | 2016-01-22 | 2022-11-01 | 撮像装置 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016010611 | 2016-01-22 | ||
JP2016010611 | 2016-01-22 | ||
JP2017003125A JP6767678B2 (ja) | 2016-01-22 | 2017-01-12 | 撮像装置 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017003125A Division JP6767678B2 (ja) | 2016-01-22 | 2017-01-12 | 撮像装置 |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021164865A Division JP7178612B2 (ja) | 2016-01-22 | 2021-10-06 | 撮像装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2021002836A JP2021002836A (ja) | 2021-01-07 |
JP6967719B2 true JP6967719B2 (ja) | 2021-11-17 |
Family
ID=59359319
Family Applications (4)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017003125A Active JP6767678B2 (ja) | 2016-01-22 | 2017-01-12 | 撮像装置 |
JP2020146792A Active JP6967719B2 (ja) | 2016-01-22 | 2020-09-01 | 撮像装置 |
JP2021164865A Active JP7178612B2 (ja) | 2016-01-22 | 2021-10-06 | 撮像装置 |
JP2022175376A Active JP7357307B2 (ja) | 2016-01-22 | 2022-11-01 | 撮像装置 |
Family Applications Before (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017003125A Active JP6767678B2 (ja) | 2016-01-22 | 2017-01-12 | 撮像装置 |
Family Applications After (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021164865A Active JP7178612B2 (ja) | 2016-01-22 | 2021-10-06 | 撮像装置 |
JP2022175376A Active JP7357307B2 (ja) | 2016-01-22 | 2022-11-01 | 撮像装置 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (3) | US10498981B2 (ja) |
JP (4) | JP6767678B2 (ja) |
CN (1) | CN107018338B (ja) |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107018338B (zh) | 2016-01-22 | 2021-01-29 | 松下知识产权经营株式会社 | 摄像装置 |
CN108389870A (zh) * | 2017-02-03 | 2018-08-10 | 松下知识产权经营株式会社 | 摄像装置 |
CN110914172A (zh) | 2017-07-11 | 2020-03-24 | 三菱化学株式会社 | 二氧化硅粉体收纳组件、及使用该收纳组件的检测试剂盒 |
JP7308440B2 (ja) * | 2017-09-28 | 2023-07-14 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 撮像装置、およびカメラシステム |
CN110139047B (zh) * | 2018-02-08 | 2023-06-20 | 松下知识产权经营株式会社 | 摄像装置及相机系统、以及摄像装置的驱动方法 |
JP7445899B2 (ja) | 2018-09-14 | 2024-03-08 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 撮像装置および撮像方法 |
JP7357297B2 (ja) * | 2018-09-14 | 2023-10-06 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 撮像装置および撮像方法 |
US11671720B2 (en) * | 2019-08-08 | 2023-06-06 | Microsoft Technology Licensing, Llc | HDR visible light imaging using TOF pixel |
Family Cites Families (22)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2922912B2 (ja) | 1989-01-23 | 1999-07-26 | 株式会社日立製作所 | 撮像装置 |
JPH10257382A (ja) | 1997-03-13 | 1998-09-25 | Hitachi Ltd | 電子カメラ |
JP4212070B2 (ja) | 1998-09-18 | 2009-01-21 | 富士フイルム株式会社 | 固体撮像素子及びその制御方法 |
JP2002152602A (ja) * | 2000-11-15 | 2002-05-24 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | デジタルスチルカメラ |
JP4975227B2 (ja) | 2001-08-02 | 2012-07-11 | 株式会社東芝 | 放射線検出器および放射線撮影装置 |
JP4452199B2 (ja) * | 2005-02-25 | 2010-04-21 | パナソニック株式会社 | 固体撮像装置およびその駆動方法 |
JP4487944B2 (ja) * | 2006-02-09 | 2010-06-23 | ソニー株式会社 | 固体撮像装置 |
JP2008004899A (ja) * | 2006-06-26 | 2008-01-10 | Fujifilm Corp | 固体撮像装置 |
JP2008277921A (ja) * | 2007-04-25 | 2008-11-13 | Sharp Corp | 撮像装置およびこれを備えた移動体 |
WO2011058684A1 (ja) * | 2009-11-12 | 2011-05-19 | パナソニック株式会社 | 固体撮像装置 |
JP4887452B2 (ja) * | 2010-03-19 | 2012-02-29 | 富士フイルム株式会社 | 光電変換層積層型固体撮像素子及び撮像装置 |
JP5530839B2 (ja) * | 2010-07-09 | 2014-06-25 | パナソニック株式会社 | 固体撮像装置 |
WO2012086123A1 (ja) * | 2010-12-22 | 2012-06-28 | パナソニック株式会社 | 撮像装置 |
JP5447430B2 (ja) * | 2011-04-27 | 2014-03-19 | 株式会社ニコン | 撮像装置 |
JP5935287B2 (ja) | 2011-10-21 | 2016-06-15 | ソニー株式会社 | 撮像装置および撮像表示システム |
JP2014143498A (ja) * | 2013-01-22 | 2014-08-07 | Toshiba Corp | 固体撮像装置 |
US9344647B2 (en) | 2013-07-08 | 2016-05-17 | Semiconductor Components Industries, Llc | Imaging systems with dynamic shutter operation |
JP2015109590A (ja) * | 2013-12-05 | 2015-06-11 | 株式会社東芝 | 固体撮像装置 |
JP6065185B2 (ja) * | 2014-03-07 | 2017-01-25 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 撮像装置及び暗電荷測定方法 |
US10141354B2 (en) * | 2014-10-23 | 2018-11-27 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Imaging device and image acquisition device |
JP2017098815A (ja) | 2015-11-26 | 2017-06-01 | キヤノン株式会社 | 光電変換装置、および、撮像システム |
CN107018338B (zh) * | 2016-01-22 | 2021-01-29 | 松下知识产权经营株式会社 | 摄像装置 |
-
2016
- 2016-12-29 CN CN201611242739.9A patent/CN107018338B/zh active Active
-
2017
- 2017-01-12 JP JP2017003125A patent/JP6767678B2/ja active Active
- 2017-01-12 US US15/404,876 patent/US10498981B2/en active Active
-
2019
- 2019-10-31 US US16/670,767 patent/US11006057B2/en active Active
-
2020
- 2020-09-01 JP JP2020146792A patent/JP6967719B2/ja active Active
-
2021
- 2021-04-14 US US17/230,870 patent/US11743609B2/en active Active
- 2021-10-06 JP JP2021164865A patent/JP7178612B2/ja active Active
-
2022
- 2022-11-01 JP JP2022175376A patent/JP7357307B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN107018338A (zh) | 2017-08-04 |
JP2022008907A (ja) | 2022-01-14 |
US10498981B2 (en) | 2019-12-03 |
US20170214870A1 (en) | 2017-07-27 |
JP7178612B2 (ja) | 2022-11-28 |
US11006057B2 (en) | 2021-05-11 |
JP6767678B2 (ja) | 2020-10-14 |
JP2022190004A (ja) | 2022-12-22 |
JP7357307B2 (ja) | 2023-10-06 |
CN107018338B (zh) | 2021-01-29 |
US20200068150A1 (en) | 2020-02-27 |
US20210235030A1 (en) | 2021-07-29 |
JP2017135704A (ja) | 2017-08-03 |
JP2021002836A (ja) | 2021-01-07 |
US11743609B2 (en) | 2023-08-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6967719B2 (ja) | 撮像装置 | |
JP7178616B2 (ja) | 撮像装置 | |
JP6899527B2 (ja) | 撮像装置 | |
JP6920652B2 (ja) | 撮像装置 | |
WO2023100612A1 (ja) | 撮像装置およびカメラシステム | |
WO2023100613A1 (ja) | 撮像装置およびカメラシステム |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20200901 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20210907 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20211006 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 6967719 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |