KR101352495B1 - 엑스레이 디텍터 장치 - Google Patents

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KR101352495B1
KR101352495B1 KR1020120087148A KR20120087148A KR101352495B1 KR 101352495 B1 KR101352495 B1 KR 101352495B1 KR 1020120087148 A KR1020120087148 A KR 1020120087148A KR 20120087148 A KR20120087148 A KR 20120087148A KR 101352495 B1 KR101352495 B1 KR 101352495B1
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류하영
김동근
임성훈
정필성
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아스텔 주식회사
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Abstract

빠른 속도의 동영상 구현이 가능한 엑스레이 디텍터 장치가 개시된다. 이러한 엑스레이 디텍터 장치는 엑스레이를 전하로 변환하는 광변환층, 및 광변환층에서 생성된 전하를 전기신호로 변환하여 출력하는 복수의 화소회로들을 포함하는 구동회로층을 포함한다. 화소회로들 각각은 저장 노드에 광변환층에서 생성된 전하를 저장하는 전하 저장부, 저장 노드에 저장된 전하량에 대응하여 전압을 변화하여 출력하는 전압독출 트랜지스터; 및 전압독출 트랜지스터에서 출력된 전압에 응답하여 출력신호를 출력하는 신호 출력부를 포함한다. 이와 같이, 전압독출 트랜지스터가 저장 노드에 저장된 전하량에 대응하여 전압을 변경하여 출력하고, 이를 통해 실시간으로 이미지가 구현됨에 따라, 보다 빠른 속도의 동영상 구현이 가능해질 수 있다.

Description

엑스레이 디텍터 장치{X-RAY DETECTOR APPARATUS}
본 발명은 엑스레이 디텍터 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 엑스레이를 전기신호로 변환하여 이미지를 생성하는 엑스레이 디텍터 장치에 관한 것이다.
엑스레이 디텍터 장치는 임의의 물체를 투과한 엑스레이를 센싱하여 전기신호로 변환하고 이를 통해 상기 물체의 내부 이미지를 촬영하는 전자장치를 말한다. 이러한 엑스레이 디텍터 장치는 엑스레이를 직접 센싱하는 직접 방식(direct type)과, 엑스레이를 일차적으로 가시광선으로 변환하여 센싱하는 간접 방식(indirect type)으로 구분할 수 있다.
상기 직접 방식의 엑스레이 디텍터 장치는 엑스레이를 센싱하여 전하를 발생시키는 광변환부, 및 상기 광변환부에서 생성된 전하를 저장하고 이를 전기신호로 변환하여 출력하는 구동회로부를 포함한다. 이때, 상기 구동회로부는 상기 광변환부에서 발생되어 저장 노드에 저장된 전하량을 출력 회로(ROIC)를 통해 읽고 이를 전기신호로 변환하여 출력한다.
한편, 상기 구동회로부의 내부에 저장된 전하량을 읽어 전기신호를 출력할 경우, 일정 시간에 다수의 이미지들을 생성해야하는 동영상 촬영 시에는 다소 문제점이 발생될 수 있다. 왜냐하면, 상기 저장 노드에 저장된 전하가 상기 출력 회로로 이동하여야 하기 때문이다. 이와 같이, 상기 저장 노드에 저장된 전하가 상기 출력 회로로 이동하는데 일정 시간이 소요됨에 따라 빠른 속도의 동영상을 구현하는데 한계가 있다.
따라서, 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 보다 빠른 속도로 동영상을 구현할 수 있는 엑스레이 디텍터 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 엑스레이 디텍터 장치는 엑스레이를 전하로 변환하는 광변환층, 및 상기 광변환층에서 생성된 전하를 전기신호로 변환하여 출력하는 복수의 화소회로들을 포함하는 구동회로층을 포함한다.
상기 화소회로들 각각은 저장 노드에 상기 광변환층에서 생성된 전하를 저장하는 전하 저장부, 상기 저장 노드에 저장된 전하량에 대응하여 전압을 변화하여 출력하는 전압독출 트랜지스터, 및 상기 전압독출 트랜지스터에서 출력된 전압에 응답하여 출력신호를 출력하는 신호 출력부를 포함한다.
상기 화소회로들 각각은 상기 저장 노드에 저장된 전하를 상기 신호 출력부로 흐르도록 선택적으로 턴온(turn-on)시키는 전류독출 트랜지스터를 더 포함할 수 있고, 상기 신호 출력부는 상기 전류독출 트랜지스터을 통해 흐르는 전류에 응답하여 출력신호를 출력할 수 있다.
상기 전류독출 트랜지스터는 드레인 단자가 상기 저장 노드와 전기적으로 연결되고, 소스 단자가 상기 신호 출력부와 전기적으로 연결되며, 게이트 단자로 전압독출 신호가 인가되면, 턴온(turn-on)되어 상기 저장 노드에 저장된 전하가 상기 신호 출력부로 흐를 수 있다.
상기 전압독출 트랜지스터는 게이트 단자가 상기 저장 노드와 전기적으로 연결되고, 드레인 단자가 구동전압을 발생시키는 구동전원부와 전기적으로 연결되며, 소스 단자가 상기 신호 출력부와 전기적으로 연결되고, 상기 저장 노드에 저장된 전하량에 대응하여, 상기 구동전압 이하의 값을 갖는 범위 내에서 전압을 변경하여 출력할 수 있다.
상기 신호 출력부는 음의 입력단자가 상기 전압독출 트랜지스터의 소스 단자와 전기적으로 연결되고 양의 입력단자가 기준전압을 발생하는 기준 전원부과 전기적으로 연결된 차동 증폭기, 및 일단이 상기 차동 증폭기의 음의 입력단자와 전기적으로 연결되고 타단이 상기 차동 증폭기의 출력단자와 전기적으로 연결된 피드백 회로를 포함할 수 있다.
상기 화소회로들 각각은 드레인 단자가 상기 전압독출 트랜지스터의 소스 전극과 전기적으로 연결되고, 소스 단자가 상기 차동 증폭기의 음의 입력단자와 전기적으로 연결되며, 게이트 단자로 인가되는 선택신호에 따라 턴온되는 선택 트랜지스터를 더 포함할 수 있다.
상기 전하 저장부는 애노드(anode)가 그라운드부와 전기적으로 연결되고 캐소드(cathode)가 상기 저장 노드와 전기적으로 연결된 저장 다이오드를 포함하거나, 일단이 그라운드부와 전기적으로 연결되고 타단이 상기 저장 노드와 전기적으로 연결된 저장 커패시터를 포함하거나, 게이트 단자와 드레인 단자는 상기 저장 노드와 전기적으로 연결되고 소스 단자가 그라운드부와 전기적으로 연결된 저장 트랜지스터를 포함할 수 있다.
상기 화소회로들 각각은 상기 저장 노드에 저장된 전하에 따른 전압이 상한전압을 초과하는 것을 방지하는 과전압 보호부를 더 포함할 수 있다. 상기 과전압 보호부의 일단은 상기 저장 노드와 전기적으로 연결되고, 상기 과전압 보호부의 타단은 상기 상한전압을 발생시키는 상한전원부와 전기적으로 연결되며, 상기 저장 노드에 저장된 전하에 따른 전압이 상기 상한전압을 초과할 경우, 상기 과전압 보호부가 도통되어 상기 저장 노드에서의 전압이 상기 상한전압으로 유지될 수 있다.
상기 과전압 보호부는 게이트 단자와 소스 단자는 상기 저장 노드와 전기적으로 연결되고 드레인 단자가 상기 상한전원부와 전기적으로 연결된 보호 트랜지스터를 포함하거나, 애노드(anode)가 상기 저장 노드와 전기적으로 연결되고 캐소드(cathode)가 상기 상한전원부와 전기적으로 연결된 보호 다이오드를 포함할 수 있다.
상기 화소회로들 각각은 상기 저장 노드에 저장된 전하를 선택적으로 방출시켜 리셋시키는 리셋부를 더 포함할 수 있다.
상기 광변환층은 상기 엑스레이를 전하로 변환하는 광변환부, 상기 광변환부의 하부에 형성되고 상기 광변환부에서 생성된 전하를 수집하여 상기 화소회로들에 각각 제공하는 화소전극들, 및 상기 광변환부의 상부에 형성되고 동작전압을 발생시키는 동작전원부와 전기적으로 연결된 상부전극을 포함할 수 있다.
상기 광변환부는 상기 동작전압을 통해 상기 엑스레이에 의해 생성된 전하를 증폭시키는 전하증폭 광변환부일 수 있다.
상기 광변환층은 상기 광변환부 및 상기 화소전극들 사이에 각각 형성되고 제1 전하의 이동을 차단하는 제1 전하 차단부들, 및 상기 광변환부 및 상기 상부전극 사이에 형성되고 상기 제1 전하와 다른 극성의 제2 전하의 이동을 차단하는 제2 전하 차단부를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 광변환층에서 생성된 상기 제1 전하는 상기 제2 전하 차단부를 투과하여 상기 상부전극으로 이동하고, 상기 광변환층에서 생성된 상기 제2 전하는 상기 제1 전하 차단부를 투과하여 상기 화소전극들로 이동한다. 상기 제1 전하는 정공이고, 상기 제2 전하는 전자일 수 있다.
상기 광변환부는 아몰퍼스 셀레니움(a-Se)을 포함할 수 있다. 상기 화소전극들 각각은 알루미늄 산화물(Al2O3)을 포함하고, 상기 제1 전하 차단부는 황화안티몬(Sb2S3)을 포함할 수 있다. 상기 상부전극은 인듐 주석 산화물(Indium tin oxide; ITO)을 포함하고, 상기 제2 전하 차단부는 아몰퍼스 셀레니움-플루오르화리튬(a-Se:LiF)을 포함할 수 있다.
이와 같이 엑스레이 디텍터 장치에 따르면, 전압독출 트랜지스터가 저장 노드에 저장된 전하량에 대응하여 전압을 변경하여 출력하고, 이를 통해 실시간으로 이미지가 구현됨에 따라, 보다 빠른 속도의 동영상 구현이 가능해질 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 엑스레이 디텍터 장치를 도시한 개념도이다.
도 2는 도 1의 엑스레이 디텍터 장치 중 화소회로들 중 하나를 설명하기 위한 회로도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 엑스레이 디텍터 장치를 설명하기 위한 회로도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 엑스레이 디텍터 장치를 설명하기 위한 회로도이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 엑스레이 디텍터 장치를 설명하기 위한 회로도이다.
도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 엑스레이 디텍터 장치를 설명하기 위한 회로도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도면들에 있어서, 각 장치 또는 막(층) 및 영역들의 두께는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 과장되게 도시되었으며, 또한 각 장치는 본 명세서에서 설명되지 아니한 다양한 부가 장치들을 구비할 수 있으며, 막(층)이 다른 막(층) 또는 기판 상에 위치하는 것으로 언급되는 경우, 다른 막(층) 또는 기판 상에 직접 형성되거나 그들 사이에 추가적인 막(층)이 개재될 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명한다.
<실시예 1>
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 엑스레이 디텍터 장치를 도시한 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 의한 엑스레이 디텍터 장치는 광변환층(100), 구동회로층(200) 및 베이스 기판(300)을 포함한다.
상기 광변환층(100)은 외부로부터 인가되는 엑스레이를 전하로 변환한다. 구체적으로, 상기 광변환층(100)은 광변환부(110), 화소전극들(120) 및 상부전극(130)을 포함한다.
상기 광변환부(110)는 상기 엑스레이를 전하, 즉 정공 및 전자로 변환한다. 상기 화소전극들(120)은 상기 광변환부(110)의 하부에 매트릭스 형태로 서로 이격되어 형성되고, 상기 광변환부(110)에서 생성된 전하, 즉 정공 및 전자 중 어느 하나를 수집한다. 상기 상부전극(130)은 상기 광변환부(110)의 상부에 형성되고, 동작전압, 예를 들어 약 5kV을 발생시키는 동작전원부(10)와 전기적으로 연결된다. 그 결과, 상기 상부전극(130) 및 상기 화소전극들(120) 사이에는 상기 동작전압에 의해 전기장이 형성될 수 있다.
한편, 도면과 같이 상기 상부전극(130)이 상기 동작전원부(10)의 양극과 전기적으로 연결되면, 상기 광변환부(110)에서 생성된 정공은 상기 화소전극들(120)로 이동하고, 상기 광변환부(110)에서 생성된 전자는 상기 상부전극(130)으로 이동한다. 반면, 도면과 다르게 상기 상부전극(130)이 상기 동작전원부(10)의 음극과 전기적으로 연결되면, 상기 광변환부(110)에서 생성된 정공은 상기 상부전극(130)으로, 상기 광변환부(110)에서 생성된 전자는 상기 화소전극들(120)로 이동할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 광변환부(110)는 상기 동작전원부(10)에서 발생된 동작전압에 의해 형성된 전기장을 통해 상기 엑스레이에 의해 생성된 전하를 증폭시키는 전하증폭 광변환부일 수 있다. 즉, 엑스레이가 인가되어 상기 광변화부(110)에서 최초로 생성된 정공이 상기 화소전극들(120)로 이동하면서 증폭되어 증가될 수 있다. 예를 들어, 상기 광변환부(110)는 아몰퍼스 셀레니움(a-Se)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 화소전극들(120) 각각은 알루미늄 산화물(Al2O3)을 포함할 수 있고, 상기 상부전극(130)은 인듐 주석 산화물(Indium tin oxide; ITO)을 포함할 수 있다.
한편, 상기 광변환층(100)은 제1 전하 차단부들(140) 및 제2 전하 차단부(150)를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 전하 차단부들(140)은 상기 광변환부(110) 및 상기 화소전극들(120) 사이에 각각 형성되고, 상기 광변화부(110)에서 생성된 정공 및 전자 중 어느 하나의 이동을 차단한다. 상기 제2 전하 차단부(150)은 상기 광변환부(110) 및 상기 상부전극(130) 사이에 형성되고, 상기 광변화부(110)에서 생성된 정공 및 전자 중 다른 하나의 이동을 차단한다.
도면에서는, 상기 제1 전하 차단부들(140) 각각은 전자의 이동을 차단하고, 상기 제2 전하 차단부(150)는 정공의 이동을 차단하는 것을 일례로 도시하였다. 예를 들어, 상기 제1 전하 차단부(140)들 각각은 황화안티몬(Sb2S3)을 포함할 수 있고, 상기 제2 전하 차단부(150)는 아몰퍼스 셀레니움-플루오르화리튬(a-Se:LiF)을 포함할 수 있다. 그에 따라, 상기 광변환층(110)에서 생성된 정공은 상기 제1 전하 차단부(140)를 투과하여 상기 화소전극들(120)로만 이동할 수 있고, 상기 광변환층(110)에서 생성된 전자는 상기 제2 전하 차단부(150)를 투과하여 상기 상부전극으로만 이동할 수 있다. 즉, 상기 화소전극들(120) 각각에서의 정공 수집 효율이 증가될 수 있다.
상기 구동회로층(200)은 상기 광변환층(100)의 하부에 형성되고, 상기 광변환층(100)에서 생성된 전하를 전기신호로 변환하여 출력하는 복수의 화소회로들(200a)을 포함한다. 이때, 상기 화소회로들(200a)은 상기 화소전극들(120)과 각각 전기적으로 연결되어 상기 화소전극들(120)에서 수집된 전하, 예를 들어 정공을 인가받고, 이를 전기신호로 변환하여 출력한다.
상기 베이스 기판(300)은 상기 구동회로층(200)의 하부에 배치된다. 상기 베이스 기판(300)은 예를 들어 웨이퍼(wafer)이고, 상기 구동회로층(200)이 형성되는 기반을 제공할 수 있다.
도 2는 도 1의 엑스레이 디텍터 장치 중 화소회로들 중 하나를 설명하기 위한 회로도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 화소회로들(200a) 각각은 전하 저장부(210), 과전압 보호부(220), 리셋부(230), 전압독출 트랜지스터(240), 선택 트랜지스터(250) 및 신호 출력부(260)를 포함할 수 있다.
상기 전하 저장부(210)는 상기 화소전극들(120) 중 하나와 전기적으로 연결되는 저장 노드(SN)에 상기 화소전극들(120) 중 하나에서 수집된 전하, 예를 들어 정공을 저장한다. 본 실시예에서, 상기 전하 저장부(210)는 상기 저장 노드(SN)에 정공을 저장할 수 있는 저장 다이오드(212)를 포함한다. 이때, 상기 저장 다이오드(212)의 애노드(anode)는 그라운드부와 전기적으로 연결되고, 상기 저장 다이오드(212)의 캐소드(cathode)는 상기 저장 노드(SN)와 전기적으로 연결된다.
상기 과전압 보호부(220)는 상기 저장 노드(SN)와 전기적으로 연결되어, 상기 저장 노드(SN)에 저장된 전하량에 따른 전압이 상한전압을 초과하는 것을 방지한다. 구체적으로, 상기 과전압 보호부(220)의 일단은 상기 저장 노드(SN)와 전기적으로 연결되고, 상기 과전압 보호부(220)의 타단은 상기 상한전압, 예를 들어 5V를 발생시키는 상한전원부와 전기적으로 연결된다. 이때, 상기 저장 노드(SN)에 저장된 전하량에 따른 전압이 상기 상한전압을 초과할 경우, 상기 과전압 보호부(220)가 도통되어 상기 저장 노드(SN)에서의 전압이 상기 상한전압으로 유지될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 과전압 보호부(220)는 상기 저장 노드(SN)에서의 전압이 상기 상한전압을 초과하는 것을 방지하는 보호 트랜지스터(222)를 포함한다. 이때, 상기 보호 트랜지스터(222)의 게이트 단자와 소스 단자는 상기 저장 노드(SN)와 전기적으로 연결되고, 상기 보호 트랜지스터(222)의 드레인 단자가 상기 상한전원부와 전기적으로 연결된다.
상기 리셋부(230)는 상기 저장 노드(SN)와 전기적으로 연결되고, 상기 저장 노드(SN)에 저장된 전하, 예를 들어 정공을 선택적으로 방출시켜 리셋시킨다. 본 실시예에서, 상기 리셋부(230)는 상기 저장 노드(SN)에 저장된 정공을 선택적으로 방출시킬 수 있는 리셋 트랜지스터(232)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 리셋 트랜지스터(232)의 드레인 단자는 상기 저장 노드(SN)와 전기적으로 연결되고, 상기 리셋 트랜지스터(232)의 소스 단자는 상기 그라운드부와 전기적으로 연결된다. 상기 리셋 트랜지스터(232)의 게이트 단자로 리셋신호(Rset)가 인가되면, 상기 리셋 트랜지스터(232)는 턴온(turn-on)되어 상기 저장 노드(SN)에 저장된 정공을 상기 그라운드부로 방출시켜 리셋시킨다.
상기 전압독출 트랜지스터(240)는 상기 저장 노드(SN)에서 저장된 전하량, 예를 들어 정공의 양에 대응하여 전압를 변환하여 출력한다. 구체적으로, 상기 전압독출 트랜지스터(240)의 게이트 단자는 상기 저장 노드(SN)와 전기적으로 연결되고, 상기 전압독출 트랜지스터(240)의 드레인 단자는 구동전압을 발생시키는 구동전원부(Vdd)와 전기적으로 연결되며, 상기 전압독출 트랜지스터(240)의 소스 단자는 상기 선택 트랜지스터(250)의 드레인 단자와 전기적으로 연결된다. 따라서, 상기 전압독출 트랜지스터(240)는 상기 저장 노드(SN)에서 저장된 전하량에 대응하여, 상기 구동전압 이하의 값을 갖는 범위 내에서 전압을 변경시켜 출력시킬 수 있다.
한편, 상기 구동전원부(Vdd)에서 출력되는 구동전압은 도면에서와 같이 상기 상한전원부에서 출력되는 상한전압과 서로 동일한 전압, 예를 들어 5V 일 수 있다. 그러나, 상기 구동전압과 상기 상한전압은 서로 다른 전압일 수도 있다.
상기 선택 트랜지스터(250)는 상기 전류독출 트랜지스터(240)에서 출력되는 전류를 선택적으로 상기 신호 출력부(260)로 제공한다. 구체적으로, 상기 선택 트랜지스터(250)의 드레인 단자는 상기 전압독출 트랜지스터(240)의 소스 전극과 전기적으로 연결되고, 상기 선택 트랜지스터(250)의 소스 단자는 상기 신호 출력부(260)와 전기적으로 연결된다. 상기 선택 트랜지스터(250)의 게이트 단자로 선택신호(Sel)가 인가되면, 상기 선택 트랜지스터(250)는 턴온(turn-on)되어 상기 전압독출 트랜지스터(240)에서 출력되는 전압을 상기 신호 출력부(260)로 제공한다.
상기 신호 출력부(260)는 상기 전압독출 트랜지스터(240)에서 출력되고 상기 선택 트랜지스터(250)를 통과한 전압에 응답하여 출력신호(OUT)를 출력한다. 구체적으로, 상기 신호 출력부(260)는 차동 증폭기(262) 및 피드백 회로(264)를 포함할 수 있다.
상기 차동 증폭기(262)의 음의 입력단자가 상기 선택 트랜지스터(250)의 소스 단자와 전기적으로 연결되고, 상기 차동 증폭기(262)의 양의 입력단자가 기준전압을 발생하는 기준 전원부(Vref)와 전기적으로 연결된다.
상기 피드백 회로(262)의 일단이 상기 차동 증폭기(262)의 음의 입력단자와 전기적으로 연결되고, 상기 피드백 회로(262)의 타단이 상기 차동 증폭기(262)의 출력단자와 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 상기 피드백 회로(262)는 상기 차동 증폭기(262)의 음의 입력단자와 상기 차동 증폭기(262)의 출력단자 사이를 병렬로 연결하는 피드백 커패시터(262a) 및 피드백 리셋스위치(262b)를 포함할 수 있다.
이와 같이 본 실시예에 따르면, 상기 저장 노드(SN)에 저장된 전하량에 따라 상기 전압독출 트랜지스터(240)를 통해 출력되는 전압이 변경되고, 이러한 전압에 응답하여 상기 신호 출력부(260)에서 상기 출력신호(OUT)가 출력된다. 그에 따라, 상기 출력신호(OUT)는 상기 저장 노드(SN)에 저장되는 전하가 실제로 흘러 이동하여 생성되는 것이 아니라, 상기 저장 노드(SN)에 저장된 전하량에 따른 전압의 변동에 따라 실시간으로 변경되어 출력되어 보다 빠른 속도의 동영상 구현이 가능해질 수 있다.
한편, 본 실시예에서, 상기 과전압 보호부(220), 상기 리셋부(230), 상기 선택 트랜지스터(250) 중 적어도 하나는 생략되거나 동일 기능을 하는 다른 구성요소로 변경될 수도 있다.
<실시예 2>
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 엑스레이 디텍터 장치를 설명하기 위한 회로도이다.
도 3에 도시된 엑스레이 디텍터 장치는 전하 저장부(210)를 제외하면, 도 1 및 도 2를 통해 설명한 엑스레이 디텍터 장치와 실질적으로 동일하므로, 제1 실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하고, 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 3을 참조하면, 상기 전하 저장부(210)는 상기 화소전극들(120) 중 하나와 전기적으로 연결되는 저장 노드(SN)에 상기 화소전극들(120) 중 하나에서 수집된 전하, 예를 들어 정공을 저장한다. 본 실시예에서, 상기 전하 저장부(210)는 상기 저장 노드(SN)에 정공을 저장할 수 있는 저장 커패시터(214)를 포함한다. 이때, 상기 저장 커패시터(214)의 일단은 그라운드부와 전기적으로 연결되고, 상기 저장 커패시터(214)의 타단은 상기 저장 노드(SN)와 전기적으로 연결된다.
<실시예 3>
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 엑스레이 디텍터 장치를 설명하기 위한 회로도이다.
도 4에 도시된 엑스레이 디텍터 장치는 전하 저장부(210)를 제외하면, 도 1 및 도 2를 통해 설명한 엑스레이 디텍터 장치와 실질적으로 동일하므로, 제1 실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하고, 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 4를 참조하면, 상기 전하 저장부(210)는 상기 화소전극들(120) 중 하나와 전기적으로 연결되는 저장 노드(SN)에 상기 화소전극들(120) 중 하나에서 수집된 전하, 예를 들어 정공을 저장한다. 본 실시예에서, 상기 전하 저장부(210)는 상기 저장 노드(SN)에 정공을 저장할 수 있는 저장 트랜지스터(216)를 포함한다. 이때, 상기 저장 트랜지스터(216)의 게이트 단자와 드레인 단자는 상기 저장 노드(SN)와 전기적으로 연결되고, 상기 저장 트랜지스터(216)의 소스 단자는 그라운드부와 전기적으로 연결된다.
<실시예 4>
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 엑스레이 디텍터 장치를 설명하기 위한 회로도이다.
도 5에 도시된 엑스레이 디텍터 장치는 과전압 보호부(220)를 제외하면, 도 1 및 도 2를 통해 설명한 엑스레이 디텍터 장치와 실질적으로 동일하므로, 제1 실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하고, 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 5를 참조하면, 상기 과전압 보호부(220)는 상기 저장 노드(SN)와 전기적으로 연결되어, 상기 저장 노드(SN)에 저장된 전하에 따른 전압이 상한전압을 초과하는 것을 방지한다. 구체적으로, 상기 과전압 보호부(220)의 일단은 상기 저장 노드(SN)와 전기적으로 연결되고, 상기 과전압 보호부(220)의 타단은 상기 상한전압, 예를 들어 5V를 발생시키는 상한전원부와 전기적으로 연결된다. 이때, 상기 저장 노드(SN)에 저장된 전하에 따른 전압이 상기 상한전압을 초과할 경우, 상기 과전압 보호부(220)가 도통되어 상기 저장 노드(SN)에서의 전압이 상기 상한전압으로 유지될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 과전압 보호부(220)는 상기 저장 노드(SN)에서의 전압이 상기 상한전압을 초과하는 것을 방지하는 보호 다이오드(224)를 포함한다. 이때, 상기 보호 다이오드(224)의 애노드(anode)는 상기 저장 노드(SN)와 전기적으로 연결되고, 상기 보호 다이오드(224)의 캐소드(cathode)는 상기 상한전원부와 전기적으로 연결된다.
한편, 상기 전하 저장부(210)은 도 2와 같은 저장 다이오드(212)를 포함할 수 있지만, 이와 다르게 도 3의 저장 커패시터(214) 및 도 4의 저장 트랜지스터(216) 중 어느 하나를 포함할 수도 있다.
<실시예 5>
도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 엑스레이 디텍터 장치를 설명하기 위한 회로도이다.
도 6에 도시된 엑스레이 디텍터 장치는 전류독출 트랜지스터(270)를 더 포함하는 것을 제외하면, 도 1 및 도 2를 통해 설명한 엑스레이 디텍터 장치와 실질적으로 동일하므로, 제1 실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하고, 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 6을 참조하면, 상기 화소회로들(200a) 각각은 상기 저장 노드(SN)에 저장된 전하를 상기 신호 출력부(260)로 흐르도록 선택적으로 턴온(turn-on)시키는 전류독출 트랜지스터(270)를 더 포함한다. 이때, 상기 신호 출력부(260)는 상기 전류독출 트랜지스터(270)를 통해 흐르는 전류에 응답하여 출력신호(OUT)를 출력할 수 있다.
구체적으로, 상기 전류독출 트랜지스터(270)의 드레인 단자는 상기 저장 노드(SN)와 전기적으로 연결되고, 상기 전류독출 트랜지스터(270)의 소스 단자는 상기 선택 트랜지스터(250)의 드레인 단자와 전기적으로 연결된다. 상기 전류독출 트랜지스터(270)의 게이트 단자로 전류독출 신호(Vrd)가 인가되면, 상기 전류독출 트랜지스터(270)는 턴온(turn-on)되어 상기 저장 노드(SN)에 저장된 전하가 상기 선택 트랜지스터(250)를 경유하여 상기 신호 출력부(260)로 전송될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 전압독출 트랜지스터(240)에서의 전압 및 상기 전류독출 트랜지스터(270)에서의 전류는 서로 동일한 상기 선택 트랜지스터(250) 및 상기 신호 출력부(260)를 통해 출력되는 것으로 설명하였으나, 이와 다르게 서로 다른 선택 트랜지스터 및 신호 출력부를 통해 출력될 수도 있다. 예를 들어, 상기 전압독출 트랜지스터(240)에서의 전압은 제1 선택 트랜지스터 및 제1 신호 출력부를 통해 출력되고, 상기 전류독출 트랜지스터(270)에서의 전류는 제2 선택 트랜지스터 및 제2 신호 출력부를 통해 출력될 수도 있다.
이와 같이 본 실시예에 따르면, 상기 전류독출 트랜지스터(270)의 게이트 단자로 상기 전류독출 신호(Vrd)가 인가되면, 상기 신호 출력부(260)는 상기 전류독출 트랜지스터(270)를 통해 출력된 전류에 대응하여 상기 출력신호(OUT)를 출력할 수 있다. 반면, 상기 전류독출 트랜지스터(270)의 게이트 단자로 전류독출 신호(Vrd)가 인가되지 않으면, 상기 전압독출 트랜지스터(240)에서 출력되는 전압에 대응하여 상기 출력신호(OUT)를 출력할 수 있다. 즉, 상기 엑스레이 디텍터 장치는 상기 전류독출 신호(Vrd)의 인가 유무에 따라, 상기 저장 노드(SN)에서의 전하를 그대로 읽어 출력하거나, 상기 저장 노드(SN)에서의 전하량에 따른 전압의 변화를 실시간으로 읽어 출력할 수 있다.
한편, 상기 전하 저장부(210)는 도 2와 같은 저장 다이오드(212)를 포함할 수 있지만, 이와 다르게 도 3의 저장 커패시터(214) 및 도 4의 저장 트랜지스터(216) 중 어느 하나를 포함할 수도 있다.
또한, 상기 과전압 보호부(220)는 도 2와 같은 보호 트랜지스터(222)를 포함할 수 있지만, 이와 다르게 도 5의 보호 다이오드(224)를 포함할 수도 있다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변환시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 동작전원부 100 : 광변환층
110 : 광변환부 120 : 화소전극
130 : 상부전극 140 : 제1 전하 차단부
150 : 제2 전하 차단부 200 : 구동회로층
200a : 화소회로 210 : 전하 저장부
212 : 저장 다이오드 214 : 저장 커패시터
216 : 저장 트랜지스터 220 : 과전압 보호부
222 : 보호 트랜지스터 224 : 보호 다이오드
230 : 리셋부 240 : 전압독출 트랜지스터
250 : 선택 트랜지스터 260 : 신호 출력부
262 : 차동 증폭기 264 : 피드백 회로
270 : 전류독출 트랜지스터

Claims (21)

  1. 엑스레이를 전하로 변환하는 광변환층; 및
    상기 광변환층에서 생성된 전하를 전기신호로 변환하여 출력하는 복수의 화소회로들을 포함하는 구동회로층을 포함하고,
    상기 화소회로들 각각은
    저장 노드에 상기 광변환층에서 생성된 전하를 저장하는 전하 저장부;
    상기 저장 노드에 저장된 전하량에 대응하여 전압을 변화하여 출력하는 전압독출 트랜지스터; 및
    상기 전압독출 트랜지스터에서 출력된 전압에 응답하여 출력신호를 출력하는 신호 출력부를 포함하고,
    상기 전압독출 트랜지스터는
    게이트 단자가 상기 저장 노드와 전기적으로 연결되고, 드레인 단자가 구동전압을 발생시키는 구동전원부와 전기적으로 연결되며, 소스 단자가 상기 신호 출력부와 전기적으로 연결되고,
    상기 저장 노드에 저장된 전하량에 대응하여, 상기 구동전압 이하의 값을 갖는 범위 내에서 전압을 변경하여 출력하는 것을 특징으로 하는 엑스레이 디텍터 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 화소회로들 각각은
    상기 저장 노드에 저장된 전하를 상기 신호 출력부로 흐르도록 선택적으로 턴온(turn-on)시키는 전류독출 트랜지스터를 더 포함하고,
    상기 신호 출력부는 상기 전류독출 트랜지스터을 통해 흐르는 전류에 응답하여 출력신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 엑스레이 디텍터 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 전류독출 트랜지스터는
    드레인 단자가 상기 저장 노드와 전기적으로 연결되고, 소스 단자가 상기 신호 출력부와 전기적으로 연결되며,
    게이트 단자로 전압독출 신호가 인가되면, 턴온(turn-on)되어 상기 저장 노드에 저장된 전하가 상기 신호 출력부로 흐르는 것을 특징으로 하는 엑스레이 디텍터 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 신호 출력부는
    음의 입력단자가 상기 전압독출 트랜지스터의 소스 단자와 전기적으로 연결되고, 양의 입력단자가 기준전압을 발생하는 기준 전원부과 전기적으로 연결된 차동 증폭기; 및
    일단이 상기 차동 증폭기의 음의 입력단자와 전기적으로 연결되고, 타단이 상기 차동 증폭기의 출력단자와 전기적으로 연결된 피드백 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스레이 디텍터 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 화소회로들 각각은
    드레인 단자가 상기 전압독출 트랜지스터의 소스 전극과 전기적으로 연결되고, 소스 단자가 상기 차동 증폭기의 음의 입력단자와 전기적으로 연결되며, 게이트 단자로 인가되는 선택신호에 따라 턴온되는 선택 트랜지스터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스레이 디텍터 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 전하 저장부는
    애노드(anode)가 그라운드부와 전기적으로 연결되고, 캐소드(cathode)가 상기 저장 노드와 전기적으로 연결된 저장 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스레이 디텍터 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 전하 저장부는
    일단이 그라운드부와 전기적으로 연결되고, 타단이 상기 저장 노드와 전기적으로 연결된 저장 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스레이 디텍터 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 전하 저장부는
    게이트 단자와 드레인 단자는 상기 저장 노드와 전기적으로 연결되고, 소스 단자가 그라운드부와 전기적으로 연결된 저장 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스레이 디텍터 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 화소회로들 각각은
    상기 저장 노드에 저장된 전하에 따른 전압이 상한전압을 초과하는 것을 방지하는 과전압 보호부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스레이 디텍터 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 과전압 보호부의 일단은 상기 저장 노드와 전기적으로 연결되고,
    상기 과전압 보호부의 타단은 상기 상한전압을 발생시키는 상한전원부와 전기적으로 연결되며,
    상기 저장 노드에 저장된 전하에 따른 전압이 상기 상한전압을 초과할 경우, 상기 과전압 보호부가 도통되어 상기 저장 노드에서의 전압이 상기 상한전압으로 유지되는 것을 특징으로 하는 엑스레이 디텍터 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 과전압 보호부는
    게이트 단자와 소스 단자는 상기 저장 노드와 전기적으로 연결되고, 드레인 단자가 상기 상한전원부와 전기적으로 연결된 보호 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스레이 디텍터 장치.
  13. 제11항에 있어서, 상기 과전압 보호부는
    애노드(anode)가 상기 저장 노드와 전기적으로 연결되고, 캐소드(cathode)가 상기 상한전원부와 전기적으로 연결된 보호 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스레이 디텍터 장치.
  14. 제1항에 있어서, 상기 화소회로들 각각은
    상기 저장 노드에 저장된 전하를 선택적으로 방출시켜 리셋시키는 리셋부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스레이 디텍터 장치.
  15. 제1항에 있어서, 상기 광변환층은
    상기 엑스레이를 전하로 변환하는 광변환부;
    상기 광변환부의 하부에 형성되고, 상기 광변환부에서 생성된 전하를 수집하여 상기 화소회로들에 각각 제공하는 화소전극들; 및
    상기 광변환부의 상부에 형성되고, 동작전압을 발생시키는 동작전원부와 전기적으로 연결된 상부전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스레이 디텍터 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 광변환부는
    상기 동작전압을 통해 상기 엑스레이에 의해 생성된 전하를 증폭시키는 전하증폭 광변환부인 것을 특징으로 하는 엑스레이 디텍터 장치.
  17. 제15항에 있어서, 상기 광변환층은
    상기 광변환부 및 상기 화소전극들 사이에 각각 형성되고, 제1 전하의 이동을 차단하는 제1 전하 차단부들; 및
    상기 광변환부 및 상기 상부전극 사이에 형성되고, 상기 제1 전하와 다른 극성의 제2 전하의 이동을 차단하는 제2 전하 차단부를 더 포함하고,
    상기 광변환층에서 생성된 상기 제1 전하는 상기 제2 전하 차단부를 투과하여 상기 상부전극으로 이동하고,
    상기 광변환층에서 생성된 상기 제2 전하는 상기 제1 전하 차단부를 투과하여 상기 화소전극들로 이동하는 것을 특징으로 하는 엑스레이 디텍터 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제1 전하는 정공이고, 상기 제2 전하는 전자인 것을 특징으로 하는 엑스레이 디텍터 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 광변환부는 아몰퍼스 셀레니움(a-Se)을 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스레이 디텍터 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 화소전극들 각각은 알루미늄 산화물(Al2O3)을 포함하고,
    상기 제1 전하 차단부는 황화안티몬(Sb2S3)을 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스레이 디텍터 장치.
  21. 제19항에 있어서, 상기 상부전극은 인듐 주석 산화물(Indium tin oxide; ITO)을 포함하고,
    상기 제2 전하 차단부는 아몰퍼스 셀레니움-플루오르화리튬(a-Se:LiF)을 포함하는 것을 특징으로 하는 엑스레이 디텍터 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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