JP7272969B2 - 固体撮像素子および撮像装置 - Google Patents
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Description
1.第1の実施の形態(リセットトランジスタに直列に接続された電位生成部を有する固体撮像素子の例)
2.第2の実施の形態(リセットトランジスタに並列に接続された電位生成部を有する固体撮像素子の例)
3.変形例1(容量切替用のトランジスタを有する例)
4.変形例2(グローバルシャッター機能を有する例)
5.第3の実施の形態(第1電荷蓄積部(FD)に直列に接続された電位生成部を有する固体撮像素子の例)
6.第4の実施の形態(転送トランジスタおよび第2電荷蓄積部を含む電位生成部を有する固体撮像素子の例)
7.変形例3(読出画素および非読出画素の配置例)
8.適用例(電子機器の例)
9.応用例
[撮像素子1の構成]
図1は、本開示の一実施の形態に係る固体撮像素子(撮像素子1)の機能構成の一例を模式的に表したものである。撮像素子1は、例えば赤外線イメージセンサであり、例えば波長800nm以上の光に対しても感度を有している。この撮像素子1には、例えば四角形状の画素領域10Pと、画素領域10Pの外側の画素外領域10Bとが設けられている。画素外領域10Bには、画素領域10Pを駆動するための周辺回路が設けられている。
図5を用いて撮像素子1の動作について説明する。撮像素子1では、第2電極15および第2半導体層14を介して、光電変換膜13へ光(例えば赤外領域の波長の光)が入射すると、この光は光電変換膜13において吸収される。これにより、各画素Pの光電変換膜13では正孔(ホール)および電子の対が発生する(光電変換される)。このとき、読出画素Prでは、例えば第1電極11に所定の電位(例えばリセット電位VRST)が印加されると、第1電極11と第2電極15との間に電位勾配が生じ、発生した電荷のうち一方の電荷(例えば正孔)が、信号電荷として拡散領域12Aに移動し、拡散領域12Aから画素P毎に第1電極11へ収集される。
本実施の形態の撮像素子1では、非読出画素Pnの画素回路20Pnに、電位生成部23が設けられているので、蓄積期間T10では、非読出画素Pnの第1電極11に、電位生成部23で生成された電位VPDが印加される。これにより、非読出画素Pnでは、第1電極11と第2電極15との間の電位差が小さくなり、この非読出画素Pnで発生した信号電荷は、近傍の読出画素Prの拡散領域12Aに移動する。したがって、読出画素Prの画素回路20Prからは、読出画素Prで発生した信号電荷と、非読出画素Pnで発生した信号電荷とが合算されて読み出される。
図7A,図7Bは、第2の実施の形態に係る撮像素子(撮像素子1A)の画素回路20Pr,20Pnの回路構成を表したものである。この画素回路20Pr,20Pnは、光電変換部10(第1電極11)とリセットトランジスタ22との間に、リセットトランジスタ22に並列に接続された電位生成部(電位生成部23A)を有している。この点を除き、第2の実施の形態に係る撮像素子1Aは、上記第1の実施の形態の撮像素子1と同様の構成を有し、その作用および効果も同様である。
上記第2の実施の形態では、読出画素Prの画素回路20Prと、非読出画素Pnの画素回路20Pnとが同じ構成を有している例について説明したが、これらは互いに異なる構成を有していてもよい。
図10は、上記第2の実施の形態の変形例(変形例2)に係る画素回路20Pr,20Pnの回路構成の一例を表している。この画素回路20Pr,20Pnは、光電変換部10に接続された電荷蓄積部31と、電荷蓄積部31とFD21との間に配置された転送トランジスタ32とを含むものである。このように、画素回路20Pr,20Pnに電荷蓄積部31および転送トランジスタ32を設けることにより、グローバルシャッター機能を有する撮像素子1Aを実現可能となる。
図11A,図11Bは、第3の実施の形態に係る撮像素子(撮像素子1B)の画素回路20Pr,20Pnの回路構成を表したものである。この画素回路20Pr,20Pnは、光電変換部10(第1電極11)とFD21との間に、光電変換部10に直列に接続された電位生成部(電位生成部23B)を有している。この点を除き、第3の実施の形態に係る撮像素子1Bは、上記第1の実施の形態の撮像素子1と同様の構成を有し、その作用および効果も同様である。
図14A,図14Bは、第4の実施の形態に係る撮像素子(撮像素子1C)の画素回路20Pr,20Pnの回路構成を表したものである。撮像素子1Cはグローバルシャッター機能を有する撮像素子であり、画素回路20Pr,20Pnの電位生成部(電位生成部23C)は、画素P毎に設けられた電荷蓄積部31(第2電荷蓄積部)と、電荷蓄積部31とFD21との間に設けられた転送トランジスタ32(第2トランジスタ)とを含んでいる。この点を除き、第4の実施の形態に係る撮像素子1Cは、上記第1の実施の形態の撮像素子1と同様の構成を有し、その作用および効果も同様である。
上述の図2では、読出画素Prおよび非読出画素Pnを画素P行毎に、交互に配置する例を示したが、読出画素Prおよび非読出画素Pnは自由に配置することが可能である。例えば、図示は省略するが、読出画素Prおよび非読出画素Pnを画素Pの列毎に、交互に配置するようにしてもよい。
上述の撮像素子1,1A,1B,1Cは、例えば赤外領域を撮像可能なカメラなど、様々なタイプの撮像装置(電子機器)に適用することができる。図22に、その一例として、電子機器3(カメラ)の概略構成を示す。この電子機器3は、例えば静止画または動画を撮影可能なカメラであり、撮像素子1,1A,1B,1Cと、光学系(光学レンズ)310と、シャッタ装置311と、撮像素子1,1A,1B,1Cおよびシャッタ装置311を駆動する駆動部313と、信号処理部312とを有する。
更に、本開示に係る技術(本技術)は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、内視鏡手術システムに適用されてもよい。
本開示に係る技術(本技術)は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、内視鏡手術システムに適用されてもよい。
本開示に係る技術は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット、建設機械、農業機械(トラクター)などのいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
(1)
複数の画素にわたって設けられた光電変換膜と、
前記光電変換膜に電気的に接続され、画素毎に設けられた第1電極と、
前記光電変換膜を間にして前記第1電極に対向する第2電極と、
前記光電変換膜で生成され、前記第1電極を介して移動した信号電荷を蓄積する第1電荷蓄積部と、
画素毎に設けられ、前記第1電荷蓄積部にリセット電位を印加するリセットトランジスタと、
前記第1電荷蓄積部に前記信号電荷が蓄積される期間、前記複数の画素の少なくとも一部の画素の前記第1電極に、前記リセット電位よりも前記第2電極との間の電位差を小さくする電位VPDを印加する電位生成部と
を備えた固体撮像素子。
(2)
前記電位生成部は、前記リセットトランジスタを介して前記第1電極に接続されている
前記(1)に記載の固体撮像素子。
(3)
前記電位生成部は、第1トランジスタを含む
前記(1)に記載の固体撮像素子。
(4)
前記第1トランジスタは、前記電位VPDに接続され、前記第1電極と前記リセットトランジスタとの間に、前記リセットトランジスタに並列に接続されている
前記(3)に記載の固体撮像素子。
(5)
前記第1トランジスタが、前記期間にオン状態になるように構成された
前記(4)に記載の固体撮像素子。
(6)
前記第1トランジスタは、前記第1電極と前記第1電荷蓄積部との間に、前記第1電荷蓄積部に直列に接続されている
前記(3)に記載の固体撮像素子。
(7)
前記第1トランジスタが、前記期間にオフ状態になるように構成された
前記(6)に記載の固体撮像素子。
(8)
前記電位生成部は、前記第1電極と前記第1電荷蓄積部との間に、画素毎に設けられた第2電荷蓄積部と、前記第2電荷蓄積部と前記第1電荷蓄積部との間に設けられた第2トランジスタとを含む
前記(1)に記載の固体撮像素子。
(9)
前記第2トランジスタが、前記期間にオフ状態になるように構成された
前記(8)に記載の固体撮像素子。
(10)
更に、前記第1電極に前記電位VPDが印加される前記画素を選択する制御線を含む
前記(1)ないし(9)のうちいずれか1つに記載の固体撮像素子。
(11)
前記複数の画素は、第1方向および前記第1方向に交差する第2方向に沿って配置され、
前記制御線は、前記第1方向および前記第2方向の少なくとも一方に沿って設けられている
前記(10)に記載の固体撮像素子。
(12)
更に、前記第1電極に前記電位VPDが印加される画素以外の画素の前記第1電荷蓄積部に接続された、容量切替用の第3トランジスタと、
前記第3トランジスタに接続された付加容量素子とを含む
前記(1)に記載の固体撮像素子。
(13)
前記光電変換膜は化合物半導体、有機半導体または量子ドットを含む
前記(1)ないし(12)のうちいずれか1つに記載の固体撮像素子。
(14)
前記第1電極に前記電位VPDが印加される画素の前記光電変換膜で生成された信号電荷は、それ以外の画素の前記第1電荷蓄積部に移動する
前記(1)ないし(13)のうちいずれか1つに記載の固体撮像素子。
(15)
複数の画素にわたって設けられた光電変換膜と、
前記光電変換膜に電気的に接続され、画素毎に設けられた第1電極と、
前記光電変換膜を間にして前記第1電極に対向する第2電極と、
前記光電変換膜で生成され、前記第1電極を介して移動した信号電荷を蓄積する第1電荷蓄積部と、
画素毎に設けられ、前記第1電荷蓄積部にリセット電位を印加するリセットトランジスタと、
前記第1電荷蓄積部に前記信号電荷が蓄積される期間、前記複数の画素の少なくとも一部の画素の前記第1電極に、前記リセット電位よりも前記第2電極との間の電位差を小さくする電位VPDを印加する電位生成部とを備えた
固体撮像素子を有する撮像装置。
Claims (15)
- 複数の画素にわたって設けられた光電変換膜と、
前記光電変換膜に電気的に接続され、画素毎に設けられた第1電極と、
前記光電変換膜を間にして前記第1電極に対向する第2電極と、
前記光電変換膜で生成され、前記第1電極を介して移動した信号電荷を蓄積する第1電荷蓄積部と、
画素毎に設けられ、前記第1電荷蓄積部にリセット電位を印加するリセットトランジスタと、
前記第1電荷蓄積部に前記信号電荷が蓄積される期間、前記複数の画素の少なくとも一部の画素の前記第1電極に、前記リセット電位よりも前記第2電極との間の電位差を小さくする電位VPDを印加する電位生成部と
を備えた固体撮像素子。 - 前記電位生成部は、前記リセットトランジスタを介して前記第1電極に接続されている
請求項1に記載の固体撮像素子。 - 前記電位生成部は、第1トランジスタを含む
請求項1に記載の固体撮像素子。 - 前記第1トランジスタは、前記電位VPDに接続され、前記第1電極と前記リセットトランジスタとの間に、前記リセットトランジスタに並列に接続されている
請求項3に記載の固体撮像素子。 - 前記第1トランジスタが、前記期間にオン状態になるように構成された
請求項4に記載の固体撮像素子。 - 前記第1トランジスタは、前記第1電極と前記第1電荷蓄積部との間に、前記第1電荷蓄積部に直列に接続されている
請求項3に記載の固体撮像素子。 - 前記第1トランジスタが、前記期間にオフ状態になるように構成された
請求項6に記載の固体撮像素子。 - 前記電位生成部は、前記第1電極と前記第1電荷蓄積部との間に、画素毎に設けられた第2電荷蓄積部と、前記第2電荷蓄積部と前記第1電荷蓄積部との間に設けられた第2トランジスタとを含む
請求項1に記載の固体撮像素子。 - 前記第2トランジスタが、前記期間にオフ状態になるように構成された
請求項8に記載の固体撮像素子。 - 更に、前記第1電極に前記電位VPDが印加される前記画素を選択する制御線を含む
請求項1に記載の固体撮像素子。 - 前記複数の画素は、第1方向および前記第1方向に交差する第2方向に沿って配置され、
前記制御線は、前記第1方向および前記第2方向の少なくとも一方に沿って設けられている
請求項10に記載の固体撮像素子。 - 更に、前記第1電極に前記電位VPDが印加される画素以外の画素の前記第1電荷蓄積部に接続された、容量切替用の第3トランジスタと、
前記第3トランジスタに接続された付加容量素子とを含む
請求項1に記載の固体撮像素子。 - 前記光電変換膜は化合物半導体、有機半導体または量子ドットを含む
請求項1に記載の固体撮像素子。 - 前記第1電極に前記電位VPDが印加される画素の前記光電変換膜で生成された信号電荷は、それ以外の画素の前記第1電荷蓄積部に移動する
請求項1に記載の固体撮像素子。 - 複数の画素にわたって設けられた光電変換膜と、
前記光電変換膜に電気的に接続され、画素毎に設けられた第1電極と、
前記光電変換膜を間にして前記第1電極に対向する第2電極と、
前記光電変換膜で生成され、前記第1電極を介して移動した信号電荷を蓄積する第1電荷蓄積部と、
画素毎に設けられ、前記第1電荷蓄積部にリセット電位を印加するリセットトランジスタと、
前記第1電荷蓄積部に前記信号電荷が蓄積される期間、前記複数の画素の少なくとも一部の画素の前記第1電極に、前記リセット電位よりも前記第2電極との間の電位差を小さくする電位VPDを印加する電位生成部とを備えた
固体撮像素子を有する撮像装置。
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