JP7145454B2 - フォトセンサ、イメージセンサ及びフォトセンサの駆動方法 - Google Patents
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Description
1002 増倍領域(光電変換部を含む)
1003 第1容量
1004 スイッチ
1005 読み出し回路
1006 第2容量
1007 第3容量
1008 第4容量
1009 第5容量
1101 APD容量
1102 寄生容量
1103 接合容量
1201 第1トランジスタ
1202 第2トランジスタ
1203 第3トランジスタ
1204、1204a 第4トランジスタ
1205 第5トランジスタ
1206 第6トランジスタ
1207 第7トランジスタ
1208 第8トランジスタ
1209 第9トランジスタ
1210 抵抗
1301 PN接合
2001 半導体基板
2002 配線層
2101 第1半導体層
2102 第2半導体層
2103 第3半導体層
2104 第4半導体層
2105 第5半導体層
2106 第6半導体層
2107 第7半導体層
2108 反射板
2109 第9半導体層
2201 光電変換部
2202 増倍領域
2301 第1電極
2302 第2電極
2303 第3電極
2304 第4電極
2305 第5電極
2306 第6電極
2307 第7電極
2308 第8電極
2401 第1ウェル
2402 第2ウェル
2403 第3ウェル
3000 垂直走査回路
3001 水平読出し回路
3002 アンプ
3003 水平走査回路
3100 距離測定システム
3101 測定対象物
3102 発光部
3103 受光部
3104 制御回路
3105 出力部
Claims (22)
- 光電変換部と、前記光電変換部と並列に接続される第1容量と、を有するアバランシェフォトダイオードと、
前記アバランシェフォトダイオードと第1電源との間に接続される第1リセットトランジスタと、
前記アバランシェフォトダイオードと第2電源との間に接続される第2リセットトランジスタとを備え、
前記第1リセットトランジスタは、
バイアス設定期間において、前記アバランシェフォトダイオードと前記第1電源とを接続することにより、前記アバランシェフォトダイオードのアノードとカソードとの間に前記アバランシェフォトダイオードのブレークダウン電圧より大きい電源電圧を逆バイアスで印加し、
露光期間において、前記アバランシェフォトダイオードと前記第1電源との接続を切り離すことにより、前記アバランシェフォトダイオードにおけるアバランシェ増倍現象によって発生した電荷を前記第1容量に蓄積させることで、前記アバランシェ増倍現象を停止させ、
前記第2リセットトランジスタは、
前記バイアス設定期間において、オフ状態となり、
前記露光期間において、オン状態となる
フォトセンサ。 - 光電変換部と、前記光電変換部と並列に接続される第1容量と、を有するアバランシェフォトダイオードと、
前記アバランシェフォトダイオードと第1電源との間に接続される第1リセットトランジスタと、
前記アバランシェフォトダイオードと前記第1電源との間に接続される第2リセットトランジスタとを備え、
前記第1リセットトランジスタは、
バイアス設定期間において、前記アバランシェフォトダイオードと前記第1電源とを接続することにより、前記アバランシェフォトダイオードのアノードとカソードとの間に前記アバランシェフォトダイオードのブレークダウン電圧より大きい電源電圧を逆バイアスで印加し、
露光期間において、前記アバランシェフォトダイオードと前記第1電源との接続を切り離すことにより、前記アバランシェフォトダイオードにおけるアバランシェ増倍現象によって発生した電荷を前記第1容量に蓄積させることで、前記アバランシェ増倍現象を停止させ、
前記第2リセットトランジスタは、
前記バイアス設定期間において、オフ状態となり、
前記露光期間において、オン状態となる
フォトセンサ。 - さらに、前記第1容量に蓄積された電荷を読み出す読み出し回路を備える
請求項1又は2に記載のフォトセンサ。 - 前記第1容量は、(1)前記アバランシェフォトダイオードの接合容量、(2)前記アバランシェフォトダイオードの寄生容量、(3)前記アバランシェフォトダイオードに接続される配線の配線容量、(4)前記第1リセットトランジスタのソース又はドレインの接合容量、及び、(5)前記読み出し回路の入力容量の少なくともいずれか一つを含む
請求項3に記載のフォトセンサ。 - 前記読み出し回路への入力信号の振幅は、前記電源電圧と前記ブレークダウン電圧との差であるオーバー電圧に依存する
請求項3に記載のフォトセンサ。 - 前記読み出し回路は、ウェル領域を備え、前記ウェル領域により前記電源電圧から電気的に絶縁されている
請求項3又は5に記載のフォトセンサ。 - 前記第1容量は、前記第2リセットトランジスタのソース又はドレインの接合容量を含む
請求項1又は2に記載のフォトセンサ。 - 前記アバランシェフォトダイオードと前記第1リセットトランジスタ及び前記読み出し回路との間に接続される転送トランジスタと、
前記アバランシェフォトダイオードから前記転送トランジスタを介して転送される電荷を蓄積する第2容量とを備える
請求項3、5又は6に記載のフォトセンサ。 - 前記第1容量は、前記転送トランジスタのソース又はドレインの接合容量を含む
請求項8記載のフォトセンサ。 - 前記転送トランジスタは、前記露光期間において、オン状態となる
請求項8又は9に記載のフォトセンサ。 - 前記転送トランジスタは、前記露光期間において、オフ状態となる
請求項8又は9に記載のフォトセンサ。 - さらに、前記アバランシェフォトダイオードと第3電源との間に接続される第2リセットトランジスタを備え、
前記バイアス設定期間において、前記第2リセットトランジスタはオン状態となり、前記転送トランジスタはオフ状態となり、
前記露光期間において、前記第2リセットトランジスタはオフ状態となり、前記転送トランジスタはオン状態となる
請求項8又は9に記載のフォトセンサ。 - さらに、
前記アバランシェフォトダイオードと接続され、前記読み出し回路と並列に接続されるカウントトランジスタと、
前記カウントトランジスタを介して前記アバランシェフォトダイオードと接続される第3容量とを備え、
前記第3容量は、前記第1容量に比べて容量値が大きい
請求項3、5、6、8~12のいずれか1項に記載のフォトセンサ。 - さらに、
前記第1電源と前記第1リセットトランジスタとの間に接続される第3リセットトランジスタと、
前記第1リセットトランジスタと前記第3リセットトランジスタとの接続点に接続される第4容量とを備え、
前記第4容量は、前記第1容量に比べて容量値が大きい
請求項1~6のいずれか1項に記載のフォトセンサ。 - 前記バイアス設定期間は、
前記第3リセットトランジスタがオン状態となり、前記第1リセットトランジスタがオフ状態となる第1の期間と、
前記第3リセットトランジスタがオフ状態となり、前記第1リセットトランジスタがオン状態となる第2の期間とを含む
請求項14に記載のフォトセンサ。 - さらに、
前記第1電源と前記第1リセットトランジスタとの間に接続される抵抗と、
前記第1リセットトランジスタと前記抵抗との接続点に接続される第5容量とを備え、
前記バイアス設定期間において、前記アバランシェフォトダイオードにおけるアバランシェ増倍現象によって発生した電荷を前記第1容量および前記第5容量に蓄積させることで、前記アバランシェ増倍現象を停止させる
請求項1~15のいずれか1項に記載のフォトセンサ。 - 前記抵抗は、第1リセットトランジスタと逆の極性の導電型のトランジスタである
請求項16に記載のフォトセンサ。 - 前記第1リセットトランジスタは、前記アバランシェフォトダイオードのアノードまたはカソードの内、前記第1リセットトランジスタに接続されたアノードまたはカソードとは逆の極性の導電型を有する
請求項8~13のいずれか1項に記載のフォトセンサ。 - アレイ状に配列された請求項1~18のいずれか1項に記載のフォトセンサを備える
イメージセンサ。 - 隣接する前記アバランシェフォトダイオードは、ポテンシャル障壁によって分離され、
前記ポテンシャル障壁は、前記電源電圧と前記ブレークダウン電圧との差であるオーバー電圧よりも大きい
請求項19に記載のイメージセンサ。 - 光電変換部と、前記光電変換部と並列に接続される第1容量と、を有するアバランシェフォトダイオードを備えるフォトセンサの駆動方法であって、
前記アバランシェフォトダイオードと第1電源との間に接続される第1リセットトランジスタは、
バイアス設定期間において、前記アバランシェフォトダイオードと前記第1電源とを接続することにより、前記アバランシェフォトダイオードのアノードとカソードとの間に前記アバランシェフォトダイオードのブレークダウン電圧より大きい電源電圧を逆バイアスで印加し、
露光期間において、前記アバランシェフォトダイオードと前記第1電源との接続を切り離すことにより、前記アバランシェフォトダイオードにおけるアバランシェ増倍現象によって発生した電荷を前記第1容量に蓄積させることで、前記アバランシェ増倍現象を停止させ、
前記アバランシェフォトダイオードと第2電源との間に接続される第2リセットトランジスタは、
前記バイアス設定期間において、オフ状態となり、
前記露光期間において、オン状態となる
フォトセンサの駆動方法。 - 光電変換部と、前記光電変換部と並列に接続される第1容量と、を有するアバランシェフォトダイオードを備えるフォトセンサの駆動方法であって、
前記アバランシェフォトダイオードと第1電源との間に接続される第1リセットトランジスタは、
バイアス設定期間において、前記アバランシェフォトダイオードと前記第1電源とを接続することにより、前記アバランシェフォトダイオードのアノードとカソードとの間に前記アバランシェフォトダイオードのブレークダウン電圧より大きい電源電圧を逆バイアスで印加し、
露光期間において、前記アバランシェフォトダイオードと前記第1電源との接続を切り離すことにより、前記アバランシェフォトダイオードにおけるアバランシェ増倍現象によって発生した電荷を前記第1容量に蓄積させることで、前記アバランシェ増倍現象を停止させ、
前記アバランシェフォトダイオードと第2電源との間に接続される第2リセットトランジスタは、
前記バイアス設定期間において、オフ状態となり、
前記露光期間において、オン状態となる
フォトセンサの駆動方法。
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