KR101944114B1 - 고체 촬상 소자 및 전자기기 - Google Patents

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토시유키 코바야시
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소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 촬상 소자는, 기판과, 상기 기판에 형성되고, 입사한 광의 광량에 응하여 신호 전하를 생성하는 광전 변환부와, 상기 기판 상부에 형성된 투명 전극으로서, 나노카본 재료로 이루어지는 제1 영역과, 상기 제1 영역에 접함과 함께 상기 제1 영역보다도 광 투과율이 높은 제2 영역을 포함하는 투명 전극을 구비하는 고체 것을 특징으로 한다.

Description

고체 촬상 소자 및 전자기기{SOLID-STATE IMAGING DEVICE AND ELECTRONIC APPARATUS}
본 개시는, 투명 전극을 갖는 고체 촬상 소자와, 그 고체 촬상 소자를 구비하는 전자기기, 또는, 투명 전극을 갖는 전자기기에 관한 것이다.
CCD(Charge Coupled Device) 이미지 센서, CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서로 대표되는 고체 촬상 소자는, 기판의 수광면측에 형성된 포토 다이오드로 이루어지는 광전 변환부와, 전하 전송부를 구비한다. 이와 같은 고체 촬상 소자에서는, 수광면측부터 입사한 광이 포토 다이오드에서 광전 변환되어, 광량에 응한 신호 전하를 생성한다. 그리고, 그 생성된 신호 전하는, 전하 전송부에 전송되어, 영상 신호로서 출력된다.
이와 같은 디바이스에서는, 일정 시간의 노광 시간에 입사하는 광을 광전 변환하고, 축적하는 구조로 되어 있기 때문에, 포토 다이오드는 수광면측에 개구되어 있을 필요가 있다. 이 때문에, 포토 다이오드의 수광면측을 덮는 영역에 전극이 형성되는 경우, 그들의 전극은, 일반적인 차광성을 갖는 전극 재료가 아니라 투명 전극 재료로 형성할 필요가 있다.
그런데, 일본국 특개평08-294059호 공보 및 일본국 특개평07-94699호 공보에 기재되어 있는 바와 같이, 종래, 일반적인 투명 전극의 재료로서는, 주로 산화 인듐주석(ITO)이 사용되고 있다. 또한, 일본국 특개2011-17819호 공보에 기재되어 있는 바와 같이, 카메라 등으로 대표되는 전자기기에 있어서, 개구 조리개나 셔터 장치 등의 촬상 광학계에, 일렉트로크로믹층 등의 조광 제어 소자를 이용하는 예가 있다. 이 경우도, 일렉트로크로믹층에 소망하는 전위를 인가하기 위한 투명 전극으로서는 ITO가 사용되고 있다. 그러나, 이와 같이 투명 전극으로서 사용되고 있는 현재의 상태의 ITO는, 투과율이 낮기 때문에, 감도가 저하된다는 문제나, 막두께가 두껍기 때문에 광학 특성이 변하여 버린다는 문제가 있다.
상술한 점을 감안하여, 본 개시는, 투명 전극이 형성된 고체 촬상 소자에 있어서, 투명 전극의 투과율 저하와 막두께에 의한 광학 특성의 변동의 문제를 해결하는 고체 촬상 소자를 제공한다. 또한, 그 고체 촬상 소자를 이용한 촬상 장치, 및 전자기기를 제공한다.
본 개시된 고체 촬상 소자는, 기판과, 기판에 형성되고, 입사한 광의 광량에 응하여 신호 전하를 생성하는 광전 변환부와, 광전 변환부가 형성된 기판의 상부에 형성된 투명 전극을 포함하는 구조로서, 투명 전극의 재질은 나노카본 재료이고, 복수의 개구를 갖는다.
본 개시된 고체 촬상 소자에서는, 투명 전극으로서, 복수의 개구를 갖는 나노카본 재료를 사용함에 의해, 투과율의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 나노카본 재료는 단층 또는 복수층 필름으로서 사용하기 때문에 그 막두께는 얇고, 투명 전극을 투과함에 의한 광학 특성의 변화를 저감할 수 있다.
본 개시된 전자기기는, 광학 렌즈와, 광학 렌즈에 집광된 광이 입사되는 고체 촬상 소자와, 고체 촬상 소자로부터 출력되는 출력 신호를 처리하는 신호 처리 회로를 구비한다. 그리고, 고체 촬상 소자는, 기판과, 기판에 형성되고, 입사한 광의 광량에 응하여 신호 전하를 생성하는 광전 변환부와, 기판 상부에 형성된 투명 전극으로서, 나노카본 재료로 이루어지고, 복수의 개구를 갖는 투명 전극을 구비한다.
본 개시된 전자기기에서는, 고체 촬상 소자를 구성하는 투명 전극이, 개구를 갖는 나노카본 재료로 구성되기 때문에, 투과율의 향상이 도모된다. 이에 의해, 화질의 향상이 도모된 전자기기를 얻을 수 있다.
또한, 본 개시된 전자기기는, 광학 렌즈와, 기판과, 기판에 형성되고, 입사한 광의 광량에 응하여 신호 전하를 생성하는 광전 변환부를 구비하는 고체 촬상 소자와, 개구 조리개와, 고체 촬상 소자로부터 출력되는 출력 신호를 처리하는 신호 처리 회로를 구비한다. 그리고, 개구 조리개는, 광학 렌즈와 고체 촬상 소자와의 사이의 광로상에 배치되고, 광학 렌즈로부터의 광속을 조정한다. 또한, 개구 조리개는, 인가 전압에 의거하여 투과율이 변화하는 조광 제어 반응 재료층과, 조광 제어 반응 재료층을 끼워 지지하는 제1 및 제2 투명 전극으로 구성되어 있다. 그리고, 제1 및 제2 투명 전극의 적어도 한쪽의 투명 전극은 복수의 개구를 갖는 나노카본 재료로 이루어지는 투명 전극으로 구성되어 있다.
또한, 본 개시된 전자기기는, 광학 렌즈와, 기판과, 기판에 형성되고, 입사한 광의 광량에 응하여 신호 전하를 생성하는 광전 변환부를 구비하는 고체 촬상 소자와, 셔터 장치와, 고체 촬상 소자로부터 출력되는 출력 신호를 처리하는 신호 처리 회로를 구비한다. 셔터 장치는, 광학 렌즈와 고체 촬상 소자와의 사이의 광로상에 배치되고, 광전 변환부에의 노광 시간을 제어한다. 또한, 셔터 장치는, 인가 전압에 의거하여 투과율이 변화하는 조광 제어 반응 재료층과, 조광 제어 반응 재료층을 끼워 지지하는 제1 및 제2 투명 전극으로 구성되어 있다. 그리고, 제1 및 제2 투명 전극의 적어도 한쪽의 투명 전극은 복수의 개구를 갖는 나노카본 재료로 이루어지는 투명 전극으로 구성되어 있다.
본 개시된 전자기기에서는, 개구 조리개나 셔터 장치가 조광 제어(dimming control) 적층막으로 구성되고, 그 조광 제어 적층막의 투과율을 변화시킴으로써, 개구 조리개나 셔터 장치의 동작이 행하여진다. 그리고, 조광 제어 적층막에서는, 제1 및 제2 투명 전극중 적어도 한쪽의 투명 전극이, 복수의 개구를 갖는 나노카본 재료로 구성되기 때문에, 조광 제어 적층막의 박막화가 도모되고, 또한, 광투과시에 있어서의 투과율을 향상할 수 있다.
본 개시에 의하면, 투명 전극으로서 투과율이 높은 나노카본에 복수의 개구를 갖기 때문에, 최대의 투과율을 얻을 수 있다. 이 결과, 광전 변환부 상부에 투명 전극이 형성된 경우에도 감도 저하를 방지할 수 있다.
도 1은 본 개시된 제1의 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자의 전체 구성.
도 2는 본 개시된 제1의 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자의 주요부의 개략 단면 구성도.
도 3은 본 개시된 제1의 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자에서 이용되는 투명 전극의 평면 구성도.
도 4는 개구지름을 고정하고 전극폭을 변화시킨 경우의 투명 전극의 투과율의 변화를 도시하는 도면.
도 5는 개구지름을 고정하고 전극폭을 변화시킨 경우의 투명 전극의 저항의 변화를 도시한 도면.
도 6은 개구율에 대한 투과율 및 저항의 실제 측정시에 이동되는 투명 전극의 개략 구성도.
도 7은 투명 전극의 개구율을 0 내지 87.5%의 범위에서 변화시킨 때의 투과율의 측정 결과(측정 결과 1).
도 8은 투명 전극의 개구율을 0 내지 87.5%의 범위에서 변화시킨 때의 투과율의 측정 결과(측정 결과 2).
도 9는 투명 전극의 개구율을 0 내지 87.5%의 범위에서 변화시킨 때의 저항(실측치)과, 식(3)을 이용하여 산출한 개구를 갖는 투명 전극의 저항(R)(이론치)을 도시하는 도면.
도 10은 투명 전극에 AuCl3를 첨가한 경우의 저항(실측치)과, AuCl3의 첨가를 고려한 경우의 투명 전극의 저항(이론치)을 도시하는 도면.
도 11A 내지 도 11D는, 개구를 갖는 투명 전극의 형성 방법을 도시하는 공정도.
도 12는 본 개시된 제2의 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자의 단면 구성도.
도 13은 도 12의 고체 촬상 소자 본체를 확대하여 도시한 단면 구성도.
도 14A 및 도 14B는, 인가 전압에 대한 조광 제어 적층막의 투과율의 변화를 도시하는 도면.
도 15는 고감도인 경우의 출력 신호와 저감도인 경우의 출력 신호의 신호 특성을 도시하는 도면.
도 16은 촬상 가능한 조도의 범위를 도시하는 도면.
도 17은 본 개시된 제3의 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자의 주요부의 단면 구성도.
도 18은 본 개시된 제4의 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자의 주요부의 단면 구성도.
도 19는 본 개시된 제4의 실시 형태의 광전 변환부(PD)에 대한 제1 투명 전극의 평면 구성.
도 20은 본 개시된 제4의 실시 형태에 관한 조광 제어 적층막의 제1 및 제2 투명 전극의 변형례에 관한 평면 구성도.
도 21은 본 개시된 제5의 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자의 주요부의 단면 구성도.
도 22는 본 개시된 제5의 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자에서의 제1 투명 전극과, 그것에 접속되는 축적전하 검출 회로와의 관계를 도시한 도면.
도 23은 변형례에 관한 고체 촬상 소자의, 제1 투명 전극과, 그것에 접속되는 축적전하 검출 회로와의 관계를 도시하는 도면.
도 24는 제1 투명 전극을, 화소 영역에 대해 불규칙하게 형성한 경우의 구성도.
도 25는 본 개시된 제6의 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자의 주요부의 단면 구성도.
도 26은 본 개시된 제6의 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자에서의 제1 투명 전극과, 그것에 접속되는 축적전하 검출 회로와의 관계를 도시한 도면.
도 27은 본 개시된 제7의 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자의 주요부의 단면 구성도.
도 28은 본 개시된 제8의 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자의 주요부의 단면 구성도.
도 29는 본 개시된 제9의 실시 형태에 관한 전자기기의 개략 구성도.
도 30은 본 개시된 제10의 실시 형태에 관한 전자기기의 개략 구성도.
도 31은 본 개시된 제11의 실시 형태에 관한 전자기기의 개략 구성도.
이하에, 본 개시된 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자와 그 제조 방법, 및 전자기기의 한 예를, 도 1 내지 도 31을 참조하면서 설명한다. 본 개시된 실시 형태는 이하의 순서로 설명한다. 또한, 본 개시는 이하의 예로 한정되는 것이 아니다.
1. 제1의 실시 형태 : 기판에 투명 전극이 직접 접촉하여 형성된 고체 촬상 소자의 예
2. 제2의 실시 형태 : 조광 제어 적층막이 고체 촬상 소자 상부에 형성된 예
3. 제3의 실시 형태 : 온 칩 렌즈의 바로 위에 일렉트로크로믹층으로 이루어지는 조광 제어 적층막이 형성된 고체 촬상 소자의 예
4. 제4의 실시 형태 : 컬러 필터의 하층에서, 전 화소 공통으로 일렉트로크로믹층으로 이루어지는 조광 제어 적층막이 형성된 고체 촬상 소자의 예
5. 제5의 실시 형태 : 컬러 필터의 하층에서, 화소마다/화소열마다 일렉트로크로믹층으로 이루어지는 조광 제어 적층막이 형성된 고체 촬상 소자의 예
6. 제6의 실시 형태 : 컬러 필터의 하층에서, 소정의 화소에만 일렉트로크로믹층으로 이루어지는 조광 제어 적층막이 형성된 고체 촬상 소자의 예
7. 제7의 실시 형태 : 컬러 필터의 하층에서, 액정층으로 이루어지는 조광 제어 적층막이 형성된 고체 촬상 소자의 예
8. 제8의 실시 형태 : 온 칩 렌즈의 바로 위에 유기 광전 변환막을 갖는 광전 변환층이 형성된 고체 촬상 소자의 예
9. 제9의 실시 형태 : 조광 제어 적층막이 형성된 고체 촬상 소자를 구비하는 전자기기
10. 제10의 실시 형태 : 조광 제어 적층막으로 이루어지는 개구 조리개를 구비하는 전자기기
11. 제11의 실시 형태 : 조광 제어 적층막으로 이루어지는 셔터를 구비하는 전자기기
<1. 제1의 실시 형태 : 고체 촬상 소자>
도 1에, 본 개시된 제1의 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자(1)의 전체 구성을 도시한다. 본 실시 형태에서는, 노이즈 저감을 위해 기판 표면에 투명 전극이 형성된 CCD형의 고체 촬상 소자를 예로 설명을 한다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태의 고체 촬상 소자(1)는, 기판(6)에 형성된 복수의 수광부(2)와, 수직 전송 레지스터(3)와, 수평 전송 레지스터(4)와, 출력 회로(5)를 갖고서 구성되어 있다. 그리고, 하나의 수광부(2)와 그 수광부(2)에 인접하는 수직 전송 레지스터(3)에 의해 단위 화소(7)가 구성되어 있다. 또한, 복수의 화소(7)가 형성되는 영역이 화소 영역(8)이 된다.
수광부(2)는, 포토 다이오드로 이루어지는 광전 변환부에 의해 구성되고, 기판(6)의 수평 방향 및 수직 방향으로 매트릭스 형상으로 복수개 형성되어 있다. 수광부(2)에서는, 광전 변환에 의해 입사광에 응하여 신호 전하가 생성되고, 축적된다.
수직 전송 레지스터(3)는, CCD 구조로 이루어지고, 수직 방향으로 배열되는 수광부(2)마다 수직 방향으로 복수 형성되어 있다. 이 수직 전송 레지스터(3)는, 수광부(2)에 축적된 신호 전하를 판독하여, 수직 방향으로 전송하는 것이다. 본 실시 형태의 수직 전송 레지스터(3)가 형성되어 있는 전송 스테이지는, 도시하지 않은 전송 구동 펄스 회로로부터 인가되는 전송 펄스에 의해, 예를 들면, 4상 구동되는 구성으로 되어 있다. 또한, 수직 전송 레지스터(3)의 최종단에서는, 전송 펄스가 인가됨에 의해 최종단에 유지되어 있던 신호 전하가 수평 전송 레지스터(4)에 전송되는 구성으로 되어 있다.
수평 전송 레지스터(4)는, CCD 구조로 이루어지고, 수직 전송 레지스터(3)의 최종단의 일단에 형성되어 있다. 이 수평 전송 레지스터(4)가 형성되어 있는 전송 스테이지는, 수직 전송 레지스터(3)에 의해 수직 전송되어 온 신호 전하를 한 수평 라인마다 수평 방향으로 전송한다.
출력 회로(5)는, 수평 전송 레지스터(4)의 최종단에 형성되어 있다. 출력 회로(5)에서는, 수평 전송 레지스터(4)에 의해 수평 전송된 신호 전하를 전하 전압 변환함에 의해 영상 신호로서 출력한다.
이상의 구성을 갖는 고체 촬상 소자(1)에 의해, 수광부(2)에 의해 생성·축적된 신호 전하는 수직 전송 레지스터(3)에 의해 수직 방향으로 전송되어, 수평 전송 레지스터(4) 내에 전송된다. 그리고, 수평 전송 레지스터(4) 내에 전송되어 온 신호 전하는 각각 수평 방향으로 전송되어, 출력 회로(5)를 통하여 영상 신호로서 출력된다.
다음에, 본 실시 형태의 고체 촬상 소자(1)의 화소 영역(8)의 단면 구성에 관해 설명한다. 도 2는, 본 실시 형태의 고체 촬상 소자(1)의 수평 방향으로 인접하는 화소(7)의 개략 단면 구성도이다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태의 고체 촬상 소자(1)는, 기판(11)과, 배선층(58)과, 컬러 필터층(18)과, 온 칩 렌즈(19)를 구비한다.
기판(11)은, 실리콘으로 이루어지는 반도체 기판에 의해 구성되고, 예를 들면 p형의 반도체층으로 구성되어 있다. 기판(11)의 광 입사측의 소망하는 영역에는 포토 다이오드로 이루어지는 광전 변환부(PD)가 형성되어 있다. 광전 변환부(PD)에서, 주된 포토 다이오드는, 기판(11)의 표면측에 형성된 고농도의 p형 반도체 영역(51)과 그 하부에 형성된 n형 반도체 영역(56)과의 pn 접합에 의해 구성된다. 이 광전 변환부(PD)에서는 입사한 광이 광전 변환됨에 의해 신호 전하가 생성되고, 축적된다.
또한, 광전 변환부(PD)에 인접하는 영역에는, 도 1에 도시한 CCD 구조의 수직 전송 레지스터(3)를 구성하는 전송 채널부(55)가 형성되어 있다. 전송 채널부(55)는, 수직 방향으로 연재되어 형성된 n형 반도체 영역으로 구성되어 있고, 열마다 1개씩 형성되어 있다. 또한, 전송 채널부(55)를 구성하는 n형 반도체 영역의 하부에는, p형 반도체 영역으로 구성된 p-웰층(54)이 형성되어 있다. 그리고, 전송 채널부(55)와 광전 변환부(PD) 사이의 영역은 판독 채널부(57)가 되어, 광전 변환부(PD)에서 생성·축적된 신호 전하는 판독 채널부(57)를 통하여 전송 채널부(55)에 판독되고, 전송 채널부(55) 내를 전송된다. 그리고, 하나의 광전 변환부(PD)와 그 광전 변환부(PD)에 인접하는 전송 채널부(55)를 둘러싸는 영역에는 고농도의 p형 반도체 영역으로 구성된 소자 분리 영역(53)이 형성되어 있다. 이 소자 분리 영역(53)으로 둘러싸였던 영역이 1화소를 구성한다.
배선층(58)은, 전송 전극(13), 투명 전극(14), 절연막(15), 차광막(16) 및 층간 절연막(17)으로 구성되어 있다. 전송 전극(13)은, 기판(11)의 전송 채널부(55) 및 판독 채널부 상부에 게이트 절연막(12)을 통하여 형성되고, 전송 채널부(55)에 의해 수직 방향으로 분리되어 복수 형성되어 있다.
투명 전극(14)은, 그라펜으로 구성되고, 전송 전극(13)이 형성되지 않은 광전 변환부(PD)상의 광 입사측의 기판 표면을 피복함과 함께, 전송 전극(13)을 절연막(15)을 통하여 피복하도록 기판(11)의 광 입사측 전면에 형성되어 있다. 이 투명 전극(14)에는, 도시하지 않은 배선을 이용하여 접지 전위가 공급되어 있다. 투명 전극(14)의 자세한 내용한 구성에 관해서는, 후술한다.
차광막(16)은, 투명 전극(14) 상부 전면에 형성된 층간 절연막(17)을 통하여 전송 전극(13)을 피복하도록 형성되고, 광전 변환부(PD)에 면하는 측의 단부는, 광전 변환부(PD) 상부로 일부 비어져 나오도록 형성되어 있다. 차광막(16)은, 차광 가능한 재료로 형성되고, 예를 들면, Al, W 등으로 형성되어 있다.
그리고, 배선층(58)에서는, 전송 전극(13)과 투명 전극(14)을 피복하고, 표면을 평탄화하는 층간 절연막(17)을 갖는다. 도 2에서는, 배선층(58)에서 전송 전극(13), 투명 전극(14), 차광막(16)만을 도시하였지만, 배선층(58)에는 그 밖에, 전송 전극(13)에 구동 펄스를 공급하기 위한 배선막이나 메탈 차광막 등, 소망하는 막이 형성되어 있다.
컬러 필터층(18)은, 평탄화된 배선층(58) 상부에 형성되고, R(적색), G(녹색), B(청색)의 각 컬러 필터층(18)이 화소마다 형성되어 있고, 예를 들면 베이어 배열이 되도록 배치되어 있다. 그 밖에, 컬러 필터층(18)으로서는, 모든 화소(7)에서 같은 색을 투과하는 컬러 필터층을 이용하여도 좋다. 컬러 필터층에서의 색의 조합은, 그 사양에 의해 여러 가지의 선택이 가능하다.
온 칩 렌즈(19)는, 컬러 필터층(18) 상부에 형성되어 있고, 표면이 화소(7)마다 볼록 형상으로 되어 있다. 입사하는 광은, 온 칩 렌즈(19)에 의해 집광되고, 각 화소(7)의 광전 변환부(PD)에 효율 좋게 입사된다.
이상과 같이, 본 실시 형태의 고체 촬상 소자(1)에서는, 온 칩 렌즈(19)에 의해, 입사광은 기판(11)의 광전 변환부(PD)에 입사하도록 집광된다. 그리고, 광전 변환부(PD)에서는, 입사광의 광량에 응한 신호 전하가 생성, 축적되고, 그 축적된 신호 전하는, 전송 채널부(55)를 통하여 수직 방향으로 전송된다. 그 후, 수평 전송 레지스터(4)에서 수평 전송된 후, 영상 신호로서 출력된다.
본 실시 형태의 고체 촬상 소자(1)에서는, 광전 변환부(PD) 상부의 기판(11) 표면에 투명 전극(14)이 직접 접하도록 형성되고, 나아가서는, 접지 전위가 공급된 구성으로 되어 있다. 이에 의해, 투명 전극(14)이 홀드 레인으로서 작용하기 때문에, 각 광전 변환부(PD)의 p형 반도체 영역에 축적된 홀(정공)은 투명 전극(14)을 통하여 소출된다. 이에 의해, 같은 광량을 받은 때의 각 광전 변환부(PD)에서의 신호 전하량(Qs)이 수직 방향의 상하의 광전 변환부(PD)에서 같은 정도가 되어, 신호 전하량(Qs) 얼룩을 저감할 수 있다.
종래의, 투명 전극(14)이 형성되지 않은 고체 촬상 소자(1)에서는, 차광막(16) 상부의 층간 절연막(17)을 구성하는 인-실리케이트-글라스막 내에 존재하는 불순물 이온에 의해, 광전 변환부(PD)를 구성하는 p형 반도체 영역의 계면에서의 공핍층이 확산된다. 이 결과, 암전류의 증가가 우려되고 있다. 한편, 본 실시 형태에서는, 광전 변환부(PD) 상부의 기판에 직접 접하도록 투명 전극(14)을 마련함으로써 계면의 공핍화가 방지되고, 암전류를 저감할 수 있다.
다음에, 본 실시 형태에서 이용되는 투명 전극(14)의 구성에 관해 상세히 기술한다.
도 3에, 본 실시 형태에서 이용되는 투명 전극(14)의 평면 구성도를 도시한다. 도 3에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 투명 전극(14)은 그라펜으로 이루어지는 제1 영역(이하, 전극부(31))과, 복수의 공극(이하 개구(20))으로 이루어지는 제2 영역을 가지며, 필름형상(시트형상)으로 구성되어 있다. 본 실시 형태에서 투명 전극(14)으로서 이용하는 그라펜은, 복수개의 탄소 원자가 결합하여 이루어지는 다환 방향족 분자로 형성되는 재료이고, 필름형상으로 되어 있다. 이 필름형상의 그라펜은, 탄소 원자가 서로 공유 결합하여 형성되어 있고, 단층으로 구성되어 있다고 생각되고, 1층분의 두께는 개략 0.3㎚이다.
그런데, 투명 전극(14)을 구성하는 그라펜의 재료 특성은, 개구(20)가 없는 경우의 투과율이 97.7%이고, 층의 두께는, 단층인 경우에는 0.3㎚이고, 저항치는, 100Ω 정도이다. 단층으로 구성되는 필름형상의 그라펜을 복수층 적층함으로써 투과율이나 저항치를 가변할 수 있다. 이 때문에, 투명 전극(14)의 투과율과 저항치에 관해서는, 그라펜의 적층수를 바꿈에 의해, 디바이스에 요구되는 특성에 의거하여 적절히 조정을 할 수가 있다.
예를 들면, 필름형상의 그라펜을 적층하면 1층마다 투과율은 2.3%씩 저하된다. 또한, 그라펜의 저항치는 2층에서 1층분의 저항치의 1/2이 되고, 3층에서 1층분의 저항치의 1/3이 된다. 또한, 투명 전극(14)을 구성하는 그라펜에 개구(20)를 형성함에 의해, 재료 그 자체의 투과율인 97.7%보다도 투과율을 올릴 수 있다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에서 이용되는 투명 전극(14)은, 복수의 개구(20)를 갖고서 구성되어 있다. 개구(20)의 평균 지름(이하, 개구지름)을 a, 인접하는 개구와 개구 사이의 평균 치수(이하, 전극폭)를 b로 한 경우, 개구지름(a)을 고정하고 전극폭(b)을 변화시킨 경우의 투과율의 변화를 도 4에 도시한다. 도 4의 횡축은 전극폭(b)이고, 종축은 투과율이다.
도 4에 도시하는 바와 같이, 그라펜의 투과율은, 개구지름(a)이 크고, 또한 전극폭(b)이 작을수록 크고, 개구지름(a)과 전극폭(b)의 치수에 의해 연속적으로 변화한 것을 알 수 있다. 이에 의해, 목적으로 하는 투과율(이하, 목적 투과율(Tm))을 결정함으로써, 개구지름(a)과 전극폭(b)의 치수를 설정할 수 있다. 이하에, 식을 이용하여, 개구지름(a)과 전극폭(b)의 치수의 설정 방법을 나타낸다.
우선, 목적 투과율(Tm)은, 그라펜에 개구(20)를 형성하지 않은 경우, 즉, 그라펜에 의한 피복율 100%시에 있어서의 투과율(이하, 통상 투과율(Ti)=2.3%)과, 개구율(A)(%)에 의해,
Tm=100-Ti×A … (1)
로 구할 수 있다. 이 때, 개구율(A)(%)은, 개구지름(a)과 전극폭(b)을 이용하여,
A={(a+b)2-a2}/(a+b)2 … (2)
로 표시할 수 있다.
따라서, 목적 투과율(Tm)을 결정함으로써, 식(1)으로부터 개구율(A)(%)을 구할 수 있고, 그 개구율(A)(%)을 식(2)에 대입하여, 개구지름(a) 또는 전극폭(b)의 어느 한쪽을 결정함으로써, 또한쪽의 값을 산출할 수 있다. 그리고, 그 개구지름(a)과 전극폭(b)을 적용하여, 그라펜에 개구를 형성함으로써, 목적 투과율(Tm)을 갖는 투명 전극(14)을 형성할 수 있다.
예를 들면, 목적 투과율(Tm)이 98%인 경우는, 식(1)로부터, 개구율(A)(%)은 86.95%(98=100-2.3A로부터 도출)이다. 개구지름(a)을 50㎚로 결정하면, 전극폭을 x로 하여 식(2)을 이용하면, 86.95={(50+b)2-a2}/(a+b)2로부터, x(즉, 전극폭(b))는 개략 100이 된다. 즉, 전극폭(b)이 100㎚로 구하여진다.
그런데, 그라펜으로 이루어지는 투명 전극(14)에 도전성의 성질을 갖기 때문에, 전극부(31)의 최협부의 폭은 10㎚보다도 크게 하는 것이 바람직하다. 따라서 본 실시 형태에서는, 전극폭(b)의 최협부가 10㎚ 이상의 범위 내에서, 투명 전극(14)의 개구(20)를 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 투명 전극(14)에 형성되는 개구지름(a), 전극폭(b)에 의해 투명 전극(14)의 저항도 변화한다. 도 5는, 개구지름(a)을 고정하고 전극폭(b)을 변화시킨 경우의 투명 전극의 저항의 변화를 도시한 도면이다. 도 5에 도시하는 바와 같이, 개구지름(a)이 클수록 저항은 크고, 전극폭(b)이 클수록 저항은 작음을 알 수 있다. 본 실시 형태에서는, 투명 전극(14)을 적층시키는 외에, 개구(20)의 형상에 의해서도 투명 전극(14)의 저항을 변화시킬 수 있다.
다음에, 투명 전극(14)의 개구율에 대한 투과율(%) 및 저항(Ω)의 측정 결과에 관해 설명한다. 도 6에, 개구율에 대한 투과율 및 저항의 실측에 즈음하여 이용한 투명 전극(14)의 개략 구성을 도시한다. 본 실험에서는, 도 6에 도시하는 바와 같이 정6각형의 개구(20)가 형성된 투명 전극(14)을 이용하였다. 이하의 평가에서는, 도 6의 전극폭(b)을 8㎛로 고정하고, 개구지름(a)을 변화시킴에 의해 개구율을 0 내지 87.5%의 범위에서 변화시키고, 각각의 투과율 및 저항을 측정하였다.
도 7 및 도 8에, 도 6에 도시하는 투명 전극(14)의 개구율을 0 내지 87.5%의 범위에서 변화시킨 때의 투과율의 측정 결과를 도시한다. 도 7에서는, 파장을 300㎚ 내지 1500㎚로 변화시킨 때의 투과율을 도시하고 있고, 횡축은 파장(㎚), 종축은 투과율(%)이다. 한편, 도 8에서는, 파장을 550㎚로 고정한 때의 개구율에 대한 투과율을 나타내고 있고, 횡축은 개구율(%), 종축은 투과율(%)이다.
도 7에 도시하는 바와 같이, 측정한 전파장 영역에 있어서, 개구율의 상승과 함께 투과율도 상승함을 알 수 있다. 또한, 개구율이 0%인 경우에는, 가시 영역(예를 들면 파장=550㎚)에서 투과율은 96.3%인 한편, 개구율을 87.5%로 하는 것으로, 투과율이 99% 이상을 달성할 수 있음을 알 수 있다. 또한, 도 8로부터 알 수 있는 바와 같이, 파장을 일정하게 한 경우에는, 투과율은, 개구율에 비례하여 커짐을 알 수 있다.
그런데, 동피사체를 촬상하는 모바일이나 캠 코더 등의 전자기기에 고체 촬상 소자를 적용하는 경우에는, 보다 높은 투과율을 갖는 투명 전극을 고체 촬상 소자에 적용할 것이 요구된다. 따라서 본 실시 형태의 고체 촬상 소자(1)에 이용하는 투명 전극(14)의 투과율은, 밝은 때에 있어서 100%에 가까운 것이 이상적이고, 적어도 99% 이상을 실현할 수 있는 것이 바람직하다. 이 때문에, 본 실시 형태의 고체 촬상 소자(1)에 이용하는 투명 전극(14)의 개구율은 87.5% 이상인 것이 바람직하다.
본 실시 형태의 고체 촬상 소자(1)에서, 99% 이상의 투과율을 실현할 수 있는 투명 전극(14)을 이용함에 의해, 모바일, 캠 코더 등의 일반 소비자용 전자기기 외에, 감시용 카메라나 의료 화상 촬상용 등의 특정 용도용 기기에 적용할 수 있다. 또한, 그들의 전자기기에 있어서, 정지화상뿐만 아니라, 움직이는 피사체 화상의 촬영이 가능해진다.
다음에, 도 9에, 도 6에 도시하는 투명 전극(14)의 개구율을 0 내지 87.5%의 범위에서 변화시킨 때의 저항(실측치)과, 하기한 식(3)을 이용하여 산출한 개구를 갖는 투명 전극의 저항(R)(이론치)을 나타낸다.
R={(2a+b)×R0}/{(a+b)×(1-p)} … (3)
여기서, a는 개구지름, b는 전극폭, p는 그라펜으로 이루어지는 투명 전극의 개구율, R0는 개구를 마련하지 않은 경우의 그라펜으로 이루어지는 투명 전극의 저항치이다.
도 9에 도시하는 바와 같이, 투명 전극(14)의 저항은 개구율이 커짐에 따라서 커지는 경향에 있다. 또한, 실측치는, 식(3)을 이용하여 산출한 이론치에 비교하여 낮은 저항치로 되었지만, 이론치와 같은 경향이 얻어졌다.
다음에, 도 10에, 투명 전극(14)에 AuCl3를 첨가하고, 투명 전극(14)에 표면 개질(surface modification)을 시행한 경우의 저항(실측치)과, AuCl3의 첨가를 고려한 경우의 투명 전극의 저항(이론치)을 도시한다. 도 10에 도시하는 평가에서는, 소망하는 개구율의 투명 전극에 대해, AuCl3를 5mmol 농도로 포함하는 니트로메탄 용액을 스핀 코트함에 의해 AuCl3가 첨가된 투명 전극을 작성하고, 그 저항치를 측정하였다. 또한, 도 10에서는, 도 9에 도시한 개구율에 대한 저항의 실측치 및 식(3)으로 구한 이론치를 아울러서 나타낸다. 도 10에어서, 횡축은 투과율이고, 종축은 저항치이다.
도 10에 도시하는 바와 같이, AuCl3를 첨가함에 의해 투명 전극(14)의 저항을 내릴 수 있음을 알 수 있다. 따라서 AuCl3를 첨가함에 의해, 투과율이 높고, 또한, 저항치가 낮은 투명 전극(14)을 얻을 수 있기 때문에, 전자기기의 스펙에 맞추어서, 투과율 및 저항치를 조정한 고체 촬상 소자를 얻는 것이 가능해진다. 도 10에 도시하는 평가에서는, AuCl3를 첨가하였지만, 투명 전극(14)의 저항치를 저하시키는 재료라면 좋고, AuCl3 외에, HAuCl4, HNO3 또는 HCl 등을 사용할 수 있다.
이와 같은 그라펜으로 이루어지는 투명 전극(14)은 일반적인 제법으로 형성할 수 있고, 예를 들면, 이하의 방법으로 형성할 수 있다. 우선, 실리콘 등의 기판상에 그래파이트화 촉매를 포함하는 막을 성막한다. 그 후, 그래파이트화 촉매의 막에 대해 기상 탄소 공급원을 공급하는 동시에 기상 탄소 공급원을 열처리하여 그라펜을 생성한다. 그리고, 그 그라펜을 소정의 냉각 속도로 냉각함으로써 필름형상의 그래파이트가 그래파이트화 촉매의 상부에 형성된다.
그래파이트화 촉매로서는, Ni, Co, Fe, Pt, Au, Al, Cr, Cu, Mg, Mn, Mo, Rh, Si, Ta, Ti, W, U, V, 및 Zr로부터 선택되는 적어도 하나의 금속 또는 이들의 금속을 조합시겨서 사용할 수 있다. 또한, 기상 탄소 공급원으로서는, 예를 들면, 일산화 탄소, 메탄, 에탄, 에틸렌, 에탄올, 아세틸렌, 프로판, 부탄, 부타디엔, 펜탄, 펜텐, 시클로펜타디엔, 헥산, 시클로헥산, 벤젠 및 톨루엔으로부터 선택되는 적어도 하나를 사용할 수 있다.
이상과 같이 하여 형성된 필름형상의 그래파이트는, 그래파이트화 촉매의 막으로부터 분리함에 의해, 투명 전극(14)으로서 이용할 수 있다. 그리고, 본 실시 형태의 투명 전극(14)은, 개구(20)를 갖는다. 이 개구(20)은, 필름형상으로 형성된 그래파이트를 에칭 처리함에 의해 형성할 수 있다. 도 11A 내지 도 11D에, 개구(20)를 갖는 투명 전극(14)의 형성 방법을 나타내는 공정도를 도시한다.
우선, 도 11A에 도시하는 바와 같이, 예를 들면, 실리콘으로 이루어지는 기판(400)의 상부에, 위에서 설명한 바와 같이 하여 생성된 그라펜막(14a)을 형성하고, 그 상부의 레지스트층(401)을 스핀 코트에 의해 형성한다. 다음에, 도 11B에 도시하는 바와 같이, 통상의 포토 리소그래피 법을 이용하여, 레지스트층(401)에 개구(401a)를 형성한다.
다음에, 도 11C에 도시하는 바와 같이, 개구(401a)를 갖는 레지스트층(401)을 마스크로 하여 RIE(Reactive Ion Etching)법에 의해 그라펜막(14a)을 에칭한다. 그 후, 도 11D에 도시하는 바와 같이, 레지스트층(401)을 제거함에 의해, 개구(20)를 갖는 투명 전극(14)이 형성된다.
그리고, 본 실시 형태에서는, 최종적으로 완성된 개구(20)를 갖는 필름형상의 그래파이트로 이루어지는 투명 전극(14)을 광전 변환부(PD)가 형성된 기판(11)상의 광입사면측에 적층한다. 또한, 여기서는, 개구(20)를 갖는 필름형상의 투명 전극(14)을 기판(11)의 상부에 적층하였지만, 개구되지 않은 투명 전극(14)을 기판(11)의 상부에 적층하고, 그 후 개구(20)를 형성하여도 좋다.
그런데, 투명 전극(14)에서 개구(20)의 개구지름(a)이 화소 사이즈에 대해 큰 경우, 그 개구(20)가 형상(shape)으로서 인식되어 버려 시인성이 뒤떨어진다는 문제가 있다. 투명 전극(14)에서의 개구(20)의 개구지름(a)이 화소 사이즈의 10% 미만이라면, 시인성에 주는 영향은 작기 때문에, 투명 전극(14)에서의 개구(20)의 개구지름(a)은, 화소 사이즈의 10% 미만인 것이 바람직하다. 예를 들면, 화소 사이즈를 1㎛로 한 경우에는, 예를 들면, 투명 전극(14)에서의 개구(20)의 개구지름(a)을 50㎚ 함으로써 시인성에의 영향을 저감할 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이 투명 전극(14)에의 개구(20)의 형성은 에칭에 의해 형성하기 때문에, 전극폭(b)의 세선화에 대해 제조 공정에서의 제한은 거의 없다. 이 때문에, 전극폭(b)을 세선화하는 것은 가능하다. 따라서 본 실시 형태에서는, 투명 전극(14)에서 개구(20)의 개구지름(a)을 화소 사이즈의 1% 이상 10% 미만으로 유지한 상태에서 전극폭(b)을 적절히 변경함으로써 투명 전극(14)의 개구율을 높게 하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 99% 이상의 투과율을 구비하고, 또한, 시인성에 영향을 주지 않는 투명 전극(14)을 얻을 수 있다.
종래에는, 투명 전극(14)으로서 ITO를 이용하는 것이 일반적이었다. ITO는 투과율이 90%이고, 일본국 특개평07-94699호 공보와 같이, ITO로 이루어지는 투명 전극(14)을 광전 변환부(PD) 상부에 형성하는 경우에는, 투과율이 10%나 로스하여 버린다. 또한, ITO막은 막두께가 두껍기 때문에, 광로(光路)가 변경하여, 광학 특성에 영향을 미칠 우려가 있다. 한편, 본 실시 형태와 같이, 투명 전극(14)으로서 개구(20)를 갖는 그라펜을 이용함에 의해, 투과율을 97.7%보다도 크게 설정할 수 있다. 또한, 필름형상의 그라펜은 1층이 0.3㎚로 얇기 때문에, 광로에 영향을 미치는 일이 없다. 이에 의해, 암전류 및 셰이딩의 억제의 효과와, 광학 특성의 향상을 동시에 실현할 수 있다.
이와 같이, 투명 전극(14)을, 개구(20)를 갖는 그라펜으로 구성함에 의해 광학 특성에 영향을 주는 일 없이, 전극으로서의 역할을 달성할 수 있다. 본 실시 형태의 고체 촬상 소자(1)에서 투명 전극(14)을 이용하는 예는 한 예에 지나지 않고, 투명 전극(14)의 위치는 디바이스 구조에 응하여 설정된 것이다. 따라서 종래의 고체 촬상 소자에서, 투명 전극으로서 사용하고 있는 ITO를, 소망하는 개구를 갖는 그라펜으로 바꿈으로써, 본 실시 형태와 같은 효과를 얻을 수 있고, 투과율이 향상함에 의해, 적용 가능한 어플리케이션을 넓힐 수 있다.
또한, 도 3에서는, 투명 전극(14)에 형성한 개구(20)의 형상을 타원형상으로 하였지만, 개구의 형상은, 타원형상으로 한정되는 것이 아니고, 원형상, 반원형상, 다각형형상 등, 여러 가지의 변경이 가능하다. 또한, 본 실시 형태에서는, 투명 전극(14)을 1층 형성하는 예로 하였지만, 복수층 적층시켜서 형성하여도 좋다.
또한, 본 실시 형태에서는, 투명 전극(14)의 재료로서 그라펜을 이용하는 예로 하였지만, 그라펜으로 한정되는 것이 아니고, 예를 들면 같은 나노카본 재료인 카본 나노 튜브를 이용하여도 좋다. 필름형상으로 형성한 카본 나노 튜브로 이루어지는 투명 전극에 개구를 마련함으로써 목적하는 투과율을 얻을 수 있으면, 본 실시 형태의 고체 촬상 소자(1)와 같은 효과를 얻을 수 있다.
<2. 제2의 실시 형태 : 고체 촬상 소자>
다음에, 본 개시된 제2의 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자에 관해 설명한다. 도 12는, 본 실시 형태의 고체 촬상 소자(21)의 단면 구성도이다. 본 실시 형태의 고체 촬상 소자(21)는, 수지 패키지(38) 내에 마련된 고체 촬상 소자 본체(29)의 광 입사측에 조광 제어 적층막(27)을 마련한 예이다.
본 실시 형태의 고체 촬상 소자(21)는, 기판에 복수의 광전 변환부를 갖고서 구성된 고체 촬상 소자 본체(29)와, 고체 촬상 소자 본체(29)를 밀봉하는 수지 패키지(38)와, 밀봉 유리(28a, 28b)와, 조광 제어 적층막(27)을 구비한다.
수지 패키지(38)는, 전기적으로 절연된 재료로 구성되고, 한쪽에 저부를 가지며, 다른쪽이 개구된 바닥이 얕은 몸체로 구성되어 있다. 수지 패키지(38)의 저면에는, 고체 촬상 소자 본체(29)가 마련되어 있고, 그 개구단측에는, 밀봉 유리(28a, 28b), 및 조광 제어 적층막(27)이 형성되어 있다.
도 13은, 고체 촬상 소자 본체(29)를 확대하여 도시한 단면 구성이다. 도 13에 도시하는 바와 같이, 고체 촬상 소자 본체(29)는, 복수의 광전 변환부(PD)가 형성된 기판(30)과, 배선층(36)과, 컬러 필터층(34)과, 온 칩 렌즈(35)를 포함하여 구성되어 있다.
기판(30)은, 반도체 기판으로 구성되어 있고, 화소 영역에서의 광 입사측에는 포토 다이오드로 이루어지는 광전 변환부(PD)가 화소마다 형성되어 있다.
배선층(36)은, 층간 절연막(33)을 통하여 복수층(도 13에서는 2층) 적층된 배선(32)을 갖고서 구성되고, 광전 변환부(PD)의 상부를 개구하도록 형성되어 있다.
컬러 필터층(34)은, 평탄화된 배선층(36) 상부에 형성되고, R(적색), G(녹색), B(청색)의 각 컬러 필터층(34)이 예를 들면 베이어 배열이 되도록 화소마다 형성되어 있다. 그 밖에, 컬러 필터층(34)로서는, 모든 화소에서 같은 색을 투과하는 컬러 필터층(34)을 이용하여도 좋다. 컬러 필터층(34)에서 색의 조합은, 그 사양에 의해 여러 가지의 선택이 가능하다.
온 칩 렌즈(35)는, 컬러 필터층(34) 상부에 형성되어 있고, 화소마다 볼록 형상으로 되어 있다. 입사하는 광은, 온 칩 렌즈(35)에 의해 집광되고, 각 화소의 광전 변환부(PD)에 효율 좋게 입사된다.
이와 같은 구성의 고체 촬상 소자 본체(29)에서는, 수지 패키지(38) 내에서 도시하지 않은 접속 배선이 접속되어 있고, 그 접속 배선을 통하여 수지 패키지(38)의 외측에 전기적으로 접속할 수 있는 구성으로 되어 있다.
밀봉 유리(28a, 28b)는, 투명 부재로 구성되고, 수지 패키지(38)의 개구부를 밀봉하여 수지 패키지(38) 내부를 기밀하게 유지 가능하게 형성되어 있다. 그리고, 2장의 밀봉 유리(28a, 28b)로 끼여지는 영역에는, 조광 제어 적층막(27)이 형성되어 있다.
조광 제어 적층막(27)은, 조광층(24), 고체 전해질층(25), 이온 저장층(26)으로 이루같은 적층막과, 그들을 끼워 지지하는 제1 투명 전극(22) 및 제2 투명 전극(23)으로 구성되고, 고체 촬상 소자 본체(29)의 윗면 전면에 형성되어 있다. 이 때, 제1 투명 전극(22), 조광층(24), 고체 전해질층(25), 이온 저장층(26), 제2 투명 전극(23)의 적층 방향은, 광(L)의 입사 방향이 되도록 구성되어 있다.
조광층(24)으로서는, Mg-Ni 등의 마그네슘 화합물을 사용할 수 있다.
고체 전해질층(25)으로서는, Ta계 산화물을 사용할 수 있다.
이온 저장층(26)은, 조광 제어 반응 재료층이고, 이른바 일렉트로크로믹 재료로 구성된다. 이온 저장층(26)에는, 대표적인 것으로서 산화 텅스텐을 사용할 수 있다.
그리고, 본 실시 형태에 사용되는 제1 및 제2 투명 전극(22, 23)은, 복수의 개구를 갖는 필름형상의 그라펜으로 구성되어 있고, 도 3에 도시한 제1의 실시 형태에 관한 투명 전극(14)과 같은 구성으로 되어 있다. 또한, 본 실시 형태의 제1 및 제2 투명 전극(22, 23)에 형성된 개구의 개구지름(a)은 약 100㎚, 전극폭은 약 50㎚로 되어 있고, 화소 면적보다도 충분히 작은 개구지름(a)으로 되어 있다. 이에 의해, 전자의 광전 변환률이나 이동도, 콘택트 저항 등에 주는 영향은 적다.
본 실시 형태에서는, 미리 필름형상으로 형성한 그라펜으로 이루어지는 제1 및 제2 투명 전극(22, 23)을, 조광층(24), 고체 전해질층(25), 이온 저장층(26)으로 이루어지는 적층막의 양측에 밀착시켜서 조광 제어 적층막(27)을 형성하였다. 그리고, 그 조광 제어 적층막(27)을 하층의 밀봉 유리(28a) 상부에 배치하고, 그 상부로부터 다시 밀봉 유리(28b)를 배치함으로써, 본 실시 형태의 고체 촬상 소자(21)를 얻을 수 있다.
그리고, 조광 제어 적층막(27)에서는, 도 12에 도시하는 바와 같이, 제1 및 제2 투명 전극(22, 23) 사이에 소망하는 전압(V)이 인가 가능한 구성으로 되어 있다. 도 12에서는, 전압(V)의 접속을 개략적으로 도시하고 있지만, 실제로는 수지 패키지(38) 내부에 형성된 도시하지 않은 배선으로부터 전압(V)이 인가되는 구성으로 되어 있다. 그리고, 조광 제어 적층막(27)에서는, 제1 및 제2 투명 전극(22, 23) 사이에 전압(V)을 인가함에 의해 이온 저장층(26)이 인가 전압에 대응하여 착색되어, 조광 제어 적층막(27)의 투과율이 변화한다.
도 14A 및 도 14B에, 인가 전압(V)에 대한 조광 제어 적층막(27)의 투과율의 변화를 도시한다. 도 14A에 도시하는 바와 같이, 어느 시각에 전압을 인가하면, 거의 0%였던 조광 제어 적층막(27)의 투과율이 순식간에 50% 미만까지 상승하고, 또한, 그 후, 어느 시각에 역 전압을 인가하면, 50% 미만으로 유지되어 있던 투과율이, 재차 거의 0%가 된다. 이와 같이, 이온 저장층(26)은, 전압에 대한 투과율의 변화 속도가 빠르고, 변화한 후는 그 투과율을 유지한다. 또한, 도 14B에 도시하는 바와 같이, 사양에 의해서는, 전압에 대한 투과율의 변화를 도 14A와는 반대가 되도록 구성할 수도 있. 도 14A 및 도 14B의 차이는, 재료의 구성의 방법에 의해 바꿀 수 있고, 소망하는 전압을 인가함으로써 투과율이 상승하는지, 역으로 하강하는지는, 그 재료로 결정할 수 있다.
본 실시 형태의 고체 촬상 소자(21)에서는, 제1 및 제2 투명 전극(22, 23) 사이에 소망하는 전압(V)을 인가함으로써, 조광 제어 적층막(27)의 투과율을 변화시킬 수 있기 때문에, 입사광이 강한 경우에 투과율을 내림에 의해, 화이트 아웃(白飛)을 막을 수 있다. 또한, 본 실시 형태의 고체 촬상 소자(21)에서는, 조광 제어 적층막(27)의 투과율을 변화시킴에 의해, 다이내믹 레인지의 확대를 도모할 수 있다. 도 15는, 고감도인 경우의 출력 신호(1)와 저감도인 경우의 출력 신호(2)의 신호 특성을 도시하는 도면이다. 도 15의 횡축은 조도이고, 종축은 고체 촬상 소자 본체의 포화 신호량이다.
도 15의 신호(1)로 도시하는 선은, 조광 제어 적층막(27)을 고(high) 투과로 설정한 경우의 포화 특성이고, 신호(2)로 도시하는 선은, 신호(1)를 취득한 경우와는 조광 제어 적층막(27)에 인가하는 전압(V)을 바꾸어서, 투과율을 내린 경우의 포화 특성이다. 영상 출력으로서 사용되는 신호는, 포화 신호량으로부터 노이즈를 공제한 것이다.
조광 제어 적층막(27)의 투과율이 높은 경우, 고감도이기 때문에, 곧바로 포화 전하량에 달하고, 도 15의 D1로 나타내는 범위에서 얻어진 신호량이 출력된다. 또한, 조광 제어 적층막(27)의 투과율을 낮게 한 경우, 저감도가 되기 때문에, 도 15의 D2(<D1)로 나타내는 범위에서 얻어지는 신호량을 출력할 수 있다. 즉, 저감도로 함에 의해, 고감도일 때에 비교하여 광범위한 밝기의 광을 취득할 수 있다. 이에 의해, 조광 제어 적층막(27)에 인가하는 전압을 촬상 신에 응하여 바꿈에 의해, 촬상 신에 응한 다이내믹 레인지를 얻을 수 있다.
이와 같이, 본 실시 형태의 고체 촬상 소자(21)는, 조광 제어 적층막(27)으로 투과율을 내림에 의해, 광범위한 밝기의 신호 전하를 취득할 수 있고, 다이내믹 레인지의 확대를 도모할 수 있다.
다이내믹 레인지는, 최대 신호량인 포화 신호량과 노이즈와의 비(比)로 정의된다. 통상의 고체 촬상 소자(21)에서는, 백색광부터 태양광까지를 해상도가 떨어지는 일 없이 촬영할 수 있다고 하면, 촬상 가능한 레인지는, 도 16에 도시하는 바와 같이, 102 내지 104록스(Lx)가 된다. 이에 대해, 도 16에 도시하는 바와 같이, 102 내지 105록스(Lx)가 촬상 가능하다고 하면, 다이내믹 레인지가 10배 확대한 것이 된다. 이것을 다이내믹 레인지의 확대율(Lb)로 표현하면, 확대율(Lb)=10log10A/B(dB)로, A/B=10이기 때문에, 확대율은 10데시벨(dB)이 된다. 여기서, 다이내믹 레인지의 확대율의 향상분(x)가 정해지면, 다이내믹 레인지의 도달(到達) 확대율(D)는,
D=(1+x)Lb(%) … (4)
로 표시할 수 있다.
다이내믹 레인지에 관해, 다이내믹 레인지의 확대율 향상분=조광 제어 적층막의 투과율 향상분이기 때문에, 도달 확대율까지의 향상분(x)이 정해지면, 도 3의 개구지름(a)을 정할 수 있다. 즉, 도달 확대율=목적 투과율이기 때문에, 식(2)와 마찬가지로 하여 개구지름(a)을 구할 수 있다. 그리고, 이에 의해, 각각의 고체 촬상 소자에 요구된 사양에 맞추어서, 제1 및 제2 투명 전극(22, 23)에, 다이내믹 레인지 확대에 필요한 개구(20)를 설정할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 개구지름(a)이 50㎚, 전극폭(b)이 100㎚가 되도록 복수의 개구(20)가 형성된 제1 및 제2 투명 전극(22, 23)을 이용함에 의해, 다이내믹 레인지 확대의 효과를 얻을 수 있다.
그런데, 종래, 투명 전극으로서 ITO를 이용하여 조광 제어 적층막을 구성하는 예가 있다. 그러나, ITO를 투명 전극에 이용하는 경우, 1층에서 투과율이 10% 로스하고, 양측에 2층의 ITO를 이용하는 경우에는, 20%의 투과율 손실이 된다. 투과율의 향상은, 감도의 향상에 다이렉트로 영향을 주기 때문에, 예를 들면, 고체 촬상 소자에서, 투과율의 로스는, 다이내믹 레인지 확대의 효과도 내리는 결과가 된다.
한편, 본 실시 형태의 고체 촬상 소자(21)에서는, 조광 제어 적층막(27)에 이용하는 제1 및 제2 투명 전극(22, 23)으로서 필름형상의 그라펜을 이용함에 의해, 감도를 내리는 일 없이 다이내믹 레인지의 확대를 도모할 수 있다. 나아가서는, 실현하고 싶은 특성이나 제약에 맞추어서 제1 및 제2 투명 전극(22, 23)의 개구(20)의 크기나 형성 위치 등, 여러 가지의 변경이 가능하다.
또한, 본 실시 형태에서는, 조광 제어 적층막(27)을 형성하는 제1 및 제2 투명 전극(22, 23)을 어느 쪽도 그라펜으로 구성하는 예로 하였지만, 적어도 한쪽을 그라펜으로 이루어지는 필름형상의 재료로 구성하는 예로 하여도 좋다. 그 경우에도, 종래와 같이, ITO막으로 이루어지는 투명 전극을 이용한 조광 제어 적층막에 비교하여 투과율을 올릴 수 있다.
<3. 제3의 실시 형태 : 고체 촬상 소자>
다음에, 본 개시된 제3의 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자에 관해 설명한다. 도 17은, 본 실시 형태의 고체 촬상 소자(40)의 주요부의 단면 구성도이다. 도 17에 도시하는 고체 촬상 소자(40)는, 도 12의 고체 촬상 소자 본체(29)에 상당하는 것이지만, 여기서는 고체 촬상 소자로서 설명한다(이후의 실시 형태에 관해서도 마찬가지). 본 실시 형태의 고체 촬상 소자(40)는, 온 칩 렌즈(35)의 바로 위에 조광 제어 적층막(27)을 갖는 예이다. 도 17에서, 도 12에 대응하는 부분에는 동일 부호를 붙이고 중복 설명을 생략한다.
도 17에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태의 고체 촬상 소자(40)는, 온 칩 렌즈(35) 상부에 평탄화막(37)을 통하여 조광 제어 적층막(27)이 형성되어 있다. 조광 제어 적층막(27)은, 조광층(24), 고체 전해질층(25), 이온 저장층(26)으로 되는 적층막과, 그들을 끼워 지지하는 제1 및 제2 투명 전극(22, 23)으로 구성되어 있다. 이 때, 제1 투명 전극(22), 조광층(24), 고체 전해질층(25), 이온 저장층(26) 및 제2 투명 전극(23)의 적층 방향은, 광의 입사 방향이 되도록 구성되어 있다. 조광 제어 적층막(27)의 구성은, 제2의 실시 형태에 관한 조광 제어 적층막(27)과 마찬가지이고, 같은 재료, 구성으로 할 수 있다.
본 실시 형태에서도, 제1 및 제2 투명 전극(22, 23) 사이에 소망하는 전압(V)을 인가함에 의해, 조광 제어 적층막(27)의 투과율을 변화할 수 있다. 이에 의해, 제2의 실시 형태와 마찬가지로, 다이내믹 레인지의 확대를 도모할 수 있다. 또한, 본 실시 형태의 고체 촬상 소자(40)에서는, 조광 제어 적층막(27)이 온 칩 렌즈(35)의 바로 위에 형성되기 때문에, 제2의 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자(21)와 비교하여, 저배화를 도모할 수 있고, 이에 의해, 소자의 소형화를 도모할 수 있다.
그 밖에, 제1 및 제2의 실시 형태와 같은 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 고체 촬상 소자(40)에서는, 광학성에 영향을 미치지 않도록 온 칩 렌즈(35)와 그 상부에 형성된 제1 투명 전극(22)의 굴절율 차를 작게 형성하든지, 또는 온 칩 렌즈(35)와 제1 투명 전극(22)과의 사이에 공기층을 마련할 필요가 있다. 도 17에서는 도시를 생략하지만, 실제로는, 온 칩 렌즈(35) 상부의 평탄화막(37) 상부에 공기층을 통하여 조광 제어 적층막(27)이 형성되어 있다. 그리고, 본 실시 형태의 고체 촬상 소자(40)는, 도 12에 도시한 바와 같이, 수지 패키지 내에 배치되고, 밀봉 유리에 의해 밀봉된다.
<4. 제4의 실시 형태 : 고체 촬상 소자>
다음에, 본 개시된 제4의 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자에 관해 설명한다. 도 18은, 본 실시 형태의 고체 촬상 소자(50)의 주요부의 단면 구성도이다. 본 실시 형태의 고체 촬상 소자(50)는, 컬러 필터층(34)의 하층에 조광 제어 적층막(27)이 형성된 예이다. 도 18에서, 도 17에 대응하는 부분에는 동일 부호를 붙이고, 중복 설명을 생략한다.
도 18에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태의 고체 촬상 소자(50)는, 기판(30)의 광조사측에 형성된 배선층(36)과 컬러 필터층(34)과의 사이에 조광 제어 적층막(27)이 형성되어 있다. 조광 제어 적층막(27)은, 조광층(24), 고체 전해질층(25), 이온 저장층(26)으로 된 적층막과, 그것들을 끼워 지지하는 제1 및 제2 투명 전극(22, 23)으로 구성되어 있다. 이 때, 제1 투명 전극(22), 조광층(24), 고체 전해질층(25), 이온 저장층(26) 및 제2 투명 전극(23)의 적층 방향은, 광의 입사 방향이 되도록 구성되어 있다. 조광 제어 적층막(27)의 구성은, 제2의 실시 형태에 관한 조광 제어 적층막(27)과 마찬가지이고, 같은 재료, 구성으로 할 수 있다.
도 19는, 본 실시 형태의 광전 변환부(PD)에 대한 제1 투명 전극(22)의 평면 구성이다. 도 19에 도시하는 바와 같이, 조광 제어 적층막(27)을 구성하는 제1 투명 전극(22)은, 화소 영역에서의 광전 변환부(PD)를 피복하도록 화소 영역 전면에 형성되어 있다.
그리고, 본 실시 형태의 조광 제어 적층막(27)에서는, 제1 투명 전극(22)는, 광전 변환부(PD)에서 생성, 축적된 신호 전하를 검출하는 축적전하 검출 회로(41)에 증폭 회로(42)를 통하여 접속되어 있다. 축적전하 검출 회로(41)에는, 각 화소의 광전 변환부(PD)에서 생성, 축적된 신호 전하가 전송되어 온다. 축적전하 검출 회로(41)에서는, 검출된 신호 전하량이 전위로 변환되고, 그 전위가, 출력 배선에 의해 증폭 회로(42)를 통하여 제1 투명 전극(22)에 인가된다. 본 실시 형태에서는, 모든 화소의 광전 변환부(PD)로부터 축적전하 검출 회로(41)에 전송된 신호 전하량에 의거한 전위가, 축적전하 검출 회로(41)로부터 제1 투명 전극(22)에 출력되는 구성으로 하고 있다. 또한, 증폭 회로(42)와 제1 투명 전극(22) 사이에는, 한쪽의 단자가 접지된 전압 지지 용량(C)이 접속되어 있다. 또한, 제2 투명 전극(23)은 접지되어 있다.
이와 같은 구성에 의해, 본 실시 형태의 고체 촬상 소자(50)에서는, 제1 투명 전극(22)에, 광전 변환부(PD)에서 생성, 축적된 신호 전하량에 의거한 전위가 공급된다. 그리고, 공급된 전위에 응하여, 조광 제어 적층막(27)의 투과율이 조정되는 구성으로 되어 있다. 예를 들면, 강한 광이 입사한 경우에는, 그 신호 출력에 의거하여 조광 제어 적층막(27)의 투과율이 저하되는 구성으로 되고, 이에 의해, 다이내믹 레인지의 확대가 도모된다. 그 밖에, 제1 내지 제3의 실시 형태와 같은 효과를 얻을 수 있다.
본 실시 형태의 고체 촬상 소자(50)에서는, 제1 및 제2 투명 전극(22, 23)의 구성을 도 17과 마찬가지로 하는 예로 하였지만, 개구(20)의 크기나 형성 위치는 여러 가지의 변경이 가능하다. 도 20에, 조광 제어 적층막(27)의 제1 및 제2 투명 전극(22, 23)의 변형례에 관한 평면 구성을 도시한다. 도 20에서는, 화소 영역(48)의 평면 레이아웃과, 그에 대응하는 제1 및 제2 투명 전극(22, 23)의 구성을 병렬로 도시하고 있다. 도 20에 도시하는 바와 같이, 변형례에 관한 제1 및 제2 투명 전극(22, 23)은, 화소마다 다른 개구지름의 개구(49)가 형성되고, 또한, 전극폭도 화소마다 다르다. 또한, 유효 화소 영역의 외측에 형성된 광학 블랙 화소 영역(OPB 화소 영역)에는, 개구가 형성되어 있지 않다.
이와 같이, 통상, 차광막으로 덮이여 차광됨에 의해 흑 기준의 신호를 출력하는 OPB 화소 영역에서는, 광을 투과할 필요가 없기 때문에 투명 전극에 개구를 형성하지 않아도 좋다. 이와 같이 OPB 화소 영역에서는 제1 및 제2 투명 전극(22, 23)에 개구를 마련하지 않음으로써, 흑 기준의 신호 출력의 정밀도를 높일 수 있다.
<5. 제5의 실시 형태 : 고체 촬상 소자>
다음에, 본 개시된 제5의 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자에 관해 설명한다. 도 21은, 본 실시 형태의 고체 촬상 소자(60)의 주요부의 단면 구성도이다. 본 실시 형태의 고체 촬상 소자(60)는, 제4의 실시 형태의 고체 촬상 소자(50)에서, 제1 투명 전극(22)을 패터닝하여, 화소마다 투과율을 가변할 수 있도록 한 예이다. 도 21에어서 도 18에 대응하는 부분에는 동일 부호를 붙이고, 중복 설명을 생략한다.
도 21에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태의 고체 촬상 소자(60)에서는, 조광 제어 적층막(67)의, 각 화소의 광전 변환부(PD)에 접속되는 축적전하 검출 회로(41)와 전기적으로 접속되는 측의 제1 투명 전극(62)이, 각 화소로 분리하여 형성되어 있다. 한편, 접지 전위로 되어 있는 제2 투명 전극(23)은, 전 화소 공통으로 형성되어 있다. 이와 같은 고체 촬상 소자(60)에서의 분리된 제1 투명 전극(62)은 패터닝에 의해 화소마다 분리함에 의해 형성할 수 있다. 분리하여 형성된 제1 투명 전극(62)과 인접하는 제1 투명 전극(62) 사이는 절연막(68)으로 매입되어 있다.
도 22는, 본 실시 형태의 고체 촬상 소자(60)에서 화소마다의 광전 변환부(PD)에 대응하여 형성된 제1 투명 전극(62)과, 그것에 접속되는 축적전하 검출 회로(41)와의 관계를 도시한 도면이다. 도 22에 도시하는 바와 같이, R, G, B에 배열된 광전 변환부(PD)마다, 제1 투명 전극(62)이 형성되어 있고, 각 제1 투명 전극(62)은, 대응하는 광전 변환부(PD) 상부를 완전히 피복하는 크기로 형성되어 있다. 그리고, 각 광전 변환부(PD)에 접속되어 있는 축적전하 검출 회로(41)는, 각 광전 변환부(PD)에 대응하는 각각의 제1 투명 전극(62)에 접속되어 있다.
본 실시 형태에서는, 광전 변환부(PD)에 축적된 신호 전하의 정보가 화소마다 제1 투명 전극(62)에 보내지고, 그 정보에 의거하여 제1 투명 전극(62)에 인가되는 전위가 정해진다. 이에 의해, 화소마다 조광 제어 적층막(67)의 투과율을 바꿀 수 있기 때문에, 보다 정밀도가 높은 화질을 얻을 수 있다. 그 밖에, 제1 내지 제4의 실시 형태와 같은 효과를 얻을 수 있다.
본 실시 형태에서는, 각 화소의 광전 변환부(PD)에 대응하여, 광전 변환부(PD)마다 제1 투명 전극(62)를 형성하는 예로 하였지만, 화소열마다 대응하여 제1 투명 전극을 형성하는 예로 하여도 좋다. 도 23에, 본 실시 형태의 고체 촬상 소자(60)에서의 변형례로서, 열마다의 광전 변환부(PD)에 대응하여 형성된 제1 투명 전극(63)과, 그에 접속되는 축적전하 검출 회로(41)와의 관계를 나타낸다.
도 23의 예에서는, R, G, B에 배열된 광전 변환부(PD)의 열마다, 제1 투명 전극(63)이 형성되어 있고, 각제1 투명 전극(63)은 각 열에서, 대응하는 광전 변환부(PD)를 완전히 피복하는 크기로 형성되어 있다. 그리고, 열마다 형성된 광전 변환부(PD)에 접속되어 있는 축적전하 검출 회로(41)는, 각 광전 변환부(PD)에 대응하는 제1 투명 전극(63)에 접속되어 있다.
본 실시 형태에서는, 열마다의 광전 변환부(PD)에 축적된 신호 전하의 정보가 화소열마다 제1 투명 전극(63)에 보내지고, 그 정보에 의거하여 제1 투명 전극(63)에 인가되는 전위가 정해진다. 이에 의해, 화소열마다 조광 제어 적층막(67)의 투과율을 바꿀 수 있다.
이와 같이, 제1 투명 전극의 패터닝례는, 화소마다, 또는 화소열마다 한정되는 것이 아니고, 여러 가지의 변경이 가능하다.
도 24는, 본 실시 형태에 있어서, 제1 투명 전극(64)을, 화소 영역(48)에 대해 불규칙하게 형성한 경우의 구성도이다. 도 24에서는, 제1 투명 전극(64)에 대해 개구부(64a)가 불규칙하게 형성되어 있고, 그 개구부(64a)의 부분에서는, 조광 제어 적층막은 구성되지 않는다. 이와 같이, 제1 투명 전극(64)에 불규칙한 개구부(64a)를 형성하고, 화소의 특성을 향상시키는 구성으로 하여도 좋다.
본 실시 형태에서는 제1 투명 전극(62)의 패터닝은 여러 가지의 변경이 가능하다. 또한, 본 실시 형태에서는, 제2 투명 전극(23)이 전 화소 공통으로 형성하는 예로 하였지만, 제2 투명 전극(23)측도 화소매나 화소열마다 분리하여 형성하도록 하여도 좋다.
<6. 제6의 실시 형태 : 고체 촬상 소자>
다음에, 본 개시된 제6의 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자에 관해 설명한다. 도 25는, 본 실시 형태의 고체 촬상 소자(70)의 주요부의 단면 구성도이다. 본 실시 형태의 고체 촬상 소자(70)는, 제4의 실시 형태에서, 조광 제어 적층막이 녹색 화소에만 형성된 예이다.
도 25에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태의 고체 촬상 소자(70)에서는, 조광 제어 적층막(77)은, 제1 투명 전극(72), 조광층(74), 고체 전해질층(75), 이온 저장층(76)으로 이루어지는 적층막 및 제2 투명 전극(73)으로 구성되어 있다. 이들의 조광 제어 적층막(77)은, 제4의 실시 형태에서의 조광 제어 적층막(27)과 같은 재료를 사용할 수 있다. 그리고, 본 실시 형태에서는, 조광 제어 적층막(77)은 녹색의 컬러 필터층(34)의 하층에만 형성되어 있다.
조광 제어 적층막(77)을 구성하는 제1 투명 전극(72)에는, 그 화소에 대응하는 광전 변환부(PD)의 축적전하 검출 회로(41)가 접속되어 있다.
그리고, 본 실시 형태에서는, 조광 제어 적층막(77)이 형성되지 않은 화소에서는, 배선층(36) 상부에, 조광 제어 적층막(77)과의 단차를 매입하도록, 광을 투과하는 수지층(71)이 매입되고 형성되어 있다. 수지층(71)으로서는, 폴리스티렌계 수지나, 아크릴 수지를 사용할 수 있다. 이에 의해, 조광 제어 적층막(77)이 형성된 부분과 되지 않은 부분과의 고저차가 저감되고, 컬러 필터층(34)이 형성된 면은 평탄하게 이루어진다.
도 26은, 본 실시 형태의 고체 촬상 소자(70)에서의 화소마다의 광전 변환부(PD)에 대응하여 형성된 제1 투명 전극(72)과, 그것에 접속되는 축적전하 검출 회로(41)와의 관계를 도시한 도면이다. 본 실시 형태의 고체 촬상 소자(70)에서는, RGB의 화소가 베이어 배열되어 있고, 녹색광을 광전 변환하는 2개의 광전 변환부(PD)(G1), PD(G2)중, 한쪽의 광전 변환부(PD)(G2) 상부에만 제1 투명 전극(72)이 형성되어 있다. 그리고, 그 밖의 화소에서는, 광전 변환부(PD)가 개구되어 있다. 또한, 광전 변환부(PD)(G2)만 피복하는 제1 투명 전극(72)은 화소 영역 전면에서 전기적으로 접속되어 있다.
제2 투명 전극(73)에 관해서는, 도시를 생략하지만, 제1 투명 전극(72)과 같은 형상으로 구성되어 있다. 또한, 제2 투명 전극에 관해서는, 화소 영역 전면을 피복하도록 형성하여도 좋고, 그 형상은 여러 가지의 변형이 가능하다.
본 실시 형태의 고체 촬상 소자(70)에서는, 한쪽의 녹색의 화소에서, 조광 제어 적층막(77)의 투과율이 변화하기 때문에, 고감도의 녹색 화소와, 저감도의 녹색 화소를 마련할 수 있고, 다이내믹 레인지의 확대가 도모된다. 본 실시 형태와 같이, 노광 시간을 바꾸는 것이 아니라, 감도를 바꿈으로써 다이내믹 레인지의 확대를 도모함에 의해, 동피사체를 촬영하여 얻을 때에 남겨지는 아티팩트를 방지할 수 있다. 그 밖에, 제1 내지 제5의 실시 형태와 같은 효과를 얻을 수 있다.
<7. 제7의 실시 형태 : 고체 촬상 소자>
다음에, 본 개시된 제7의 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자에 관해 설명한다. 도 27은, 본 실시 형태의 고체 촬상 소자(80)의 주요부의 단면 구성도이다. 본 실시 형태의 고체 촬상 소자(80)는, 제4의 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자(50)에서, 조광 제어 적층막(27)의 조광 반응 재료로서 액정층을 이용하는 예이다. 도 27에서, 도 18에 대응하는 부분에는 동일 부호를 붙이고 중복 설명을 생략한다.
본 실시 형태의 조광 제어 적층막(85)은, 제1 투명 전극(22)과 제2 투명 전극(23)의 사이에 액정층(84)이 형성되어 있다. 또한, 제1 투명 전극(22) 및 제2 투명 전극(23)의 액정층(84)에 면하는 측에는 액정의 배향을 정하는 배향막(81, 82)이 형성되어 있다. 액정층(84)을 구성하는 액정은, 통상 사용되는 액정을 이용할 수 있고, 제1 투명 전극(22)과 제2 투명 전극(23)의 사이에 인가된 전위에 의해 그 배향이 변화한다. 그리고, 액정층(84)의 배향이 변화함에 의해 투과율이 변화하기 때문에, 광전 변환부(PD)에 투과하는 광을 조정할 수 있다.
본 실시 형태에서도, 광전 변환부(PD)에 축적된 신호에 의거하여 조광 제어 적층막(85)의 투과율이 변화된다. 이에 의해, 다이내믹 레인지의 확대가 도모되는 외에, 제1 내지 제6의 실시 형태와 같은 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서도, 도 22, 도 23, 도 26에 도시한 바와 같이, 제1 투명 전극(22)을 화소마다, 화소 열마다 등에 분리하여 형성할 수도 있고. 여러 가지의 변경이 가능하다.
<8. 제8의 실시 형태 : 고체 촬상 소자>
다음에, 본 개시된 제8의 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자에 관해 설명한다. 도 28은, 본 실시 형태의 고체 촬상 소자(90)의 주요부의 단면 구성도이다. 본 실시 형태의 고체 촬상 소자(90)는, 온 칩 렌즈(35) 상부에, 유기 광전 변환막(91)을 구비하는 광전 변환층(94)이 형성된 예이다. 도 28에서, 도 17에 대응하는 부분에는 동일 부호를 붙이고 중복 설명을 생략한다.
도 28에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태의 고체 촬상 소자(90)는, 온 칩 렌즈(35) 상부에 평탄화막(37)을 통하여 광전 변환층(94)이 형성되어 있다. 광전 변환층(94)은, 녹색의 광을 광전 변환하는 유기 광전 변환막(91)과, 그들을 끼워 지지하는 제1 투명 전극(92) 및 제2 투명 전극(93)으로 구성되어 있다. 이 때, 제1 투명 전극(92), 유기 광전 변환막(91), 제2 투명 전극(93)의 적층 방향은, 광의 입사 방향이 되도록 구성되고, 고체 촬상 소자(90)의 화소 영역 전면에 형성되어 있다.
제1 및 제2 투명 전극(92, 93)은, 제2의 실시 형태의 투명 전극과 같은 구성으로 되어 있다. 그리고, 본 실시 형태에서는, 제1 투명 전극(92)은, 도 22와 마찬가지로, 화소마다 분리하여 형성되어 있고, 제2 투명 전극(93)은 화소 영역 전면에 공통으로 형성되어 있다.
또한, 유기 광전 변환막(91)은, 녹색의 광에 응하여 광전 변환 가능한 재료로 구성되어 있고, 예를 들면 로다민계 색소, 메라시아닌계 색소, 퀴나크리돈 등을 포함하는 유기 재료로 형성되어 있다.
그리고, 본 실시 형태에서는, 적색(R)의 광을 투과하는 컬러 필터층(34)과 청색(B)의 광을 투과한 컬러 필터층(34)이 교대로 배열되어 있다.
본 실시 형태의 고체 촬상 소자(90)에서는, 온 칩 렌즈(35) 상부에 녹색의 광을 광전 변환 가능한 광전 변환층(94)이 형성되어 있기 때문에, 녹색의 광은, 유기 광전 변환막(91)에서 광전 변환된다. 이에 의해, 녹색의 광에 대응하는 신호 전하는, 제1 및 제2 투명 전극(92, 93)으로부터 출력된다. 또한, 광전 변환층(94)을 투과한 적색, 및 청색의 광은 각 화소의 컬러 필터층(34)을 통하여 입사하고, 기판(30) 내의 포토 다이오드로 이루어지는 광전 변환부(PD)에서 광전 변환된다. 즉, 본 실시 형태의 고체 촬상 소자(90)에서는, 중파장의 녹색의 광은 유기 광전 변환막(91)에서 취득되고, 또한, 단파장의 청색의 광, 및 장파장의 적색의 광은 기판(30) 내의 광전 변환부(PD)에서 취득되는 구성으로 되어 있다.
그리고, 본 실시 형태의 고체 촬상 소자(90)에 의하면, 제1 및 제2 투명 전극(92, 93)은, 개구를 갖는 필름형상의 그라펜으로 구성되어 있기 때문에, ITO 등의 종래의 투명 전극을 이용하는 경우에 비교하여, 투과율을 높게 할 수 있다. 이에 의해, 감도의 향상이 도모된다. 또한, 본 실시 형태의 고체 촬상 소자(90)에서는, 기판(30) 상부의 광전 변환층(94)에서 녹색의 광의 신호를 취득할 수 있고, 기판(30)에서는, 그 밖의 색의 신호를 취득할 수 있기 때문에, 광의 이용 효율이 향상한다.
본 실시 형태에서는, 중파장인 녹색의 광을 유기 광전 변환막(91)에서 광전 변환하는 구성으로 하였기 때문에, 기판(30) 내에서 광전 변환되는 적색과 청색의 광은, 파장 영역이 떨어지고 있고, 분광되기 쉽기 때문에 혼색이 저감될 수 있다. 본 실시 형태에서는, 녹색의 광을 유기 광전 변환막(91)에서 광전 변환하는 예로 하였지만, 그 밖에, 적색의 광, 또는 청색의 광을 유기 광전 변환막(91)에서 광전 변환하는 구성으로 하여도 좋고, 그 경우에는, 유기 광전 변환막(91)의 재료를 바꿈으로써 실현할 수 있다.
또한, 유기 광전 변환막(91)의 재료로서는, 펜타센 및 그 유도체(TIPS-펜타센 등), 나프타센 및 그 유도체(루브렌, 헥사프로필나프타센), 티오펜 및 그 유도체(P3HT 등), 플러렌 및 그 유도체(PCBM 등), TCNQ, 페릴렌 및 그 유도체, 포르피린 및 그 포르피린 유도체, 아크리딘 및 그 유도체, 구마린 및 그 유도체, 퀴나크리돈 및 그 유도체, 시아닌 및 그 유도체, 스쿠아릴륨 및 그 유도체, 옥사진 및 그 유도체, 크산텐트리페닐아민 및 그 유도체, 벤지딘 및 그 유도체, 피라졸린 및 그 유도체, 스틸아민 및 그 유도체, 히드라존 및 그 유도체, 트리페닐메탄 및 그 유도체, 카르바졸 및 그 유도체, 폴리실란 및 그 유도체, 티오펜 및 그 유도체, 폴리아민 및 그 유도체, 옥사디아졸 및 그 유도체, 트리아졸 및 그 유도체, 트리아진 및 그 유도체, 퀴녹살린 및 그 유도체, 페난트롤린 및 그 유도체, 알루미늄퀴놀린 및 그 유도체, 폴리파라페닐렌비닐렌 및 그 유도체, 폴리플루오렌 및 그 유도체, 폴리비닐카르바졸 및 그 유도체, 폴리티올 및 그 유도체, 폴리피롤 및 그 유도체, 폴리티오펜 및 그 유도체를 예시할 수 있다. 이들로 대표되는 유기 재료는, 적(R), 녹(G), 청의 각각(B)의 파장역에 피크 감도를 갖는 재료를 각각 선택함으로써, R, G, B를 구성하는 광전 변환층을 구성할 수 있다. 또한, 이들로 대표되는 유기 재료를, 단독으로 사용함으로써 유기 광전 변환막(91)을 형성하여도 좋고, 또한, 이들로 대표되는 유기 재료를 2종류 이상 혼합 내지 적층하여 유기 광전 변환막(91)을 형성하여도 좋다.
이상 제1 내지 제8의 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자에서는, 가시광의 입사광량을 검지한 구성으에서 하였지만, 본 개시에서는, 가시광의 입사광량의 분포를 검지하여 화상으로서 촬상하는 고체 촬상 소자에의 적용으로 한정되는 것이 아니다. 그 밖에, 적외선이나 X선, 또는 입자 등의 입사량의 분포를 화상으로서 촬상하는 고체 촬상 소자에도 적용 가능하다. 광의의 의미로서, 압력이나 정전용량 등, 다른 물리량의 분포를 검지하여 화상으로서 촬상하는 지문 검출 센서 등의 고체 촬상 소자(물리량 분포 검지 장치) 전반에 대해 적용 가능하다.
상술한 실시 형태예에서는, 제2 영역은, 공극(개구)으로 구성되어 있다. 그러나, 예를 들면, 도 3에 도시한 투명 전극(14)에서, 제2 영역이 어떠한 광투과성 재료로 구성(예를 들면 충전)되어 있어도 좋다.
또한, 제2 영역을 광투과성 재료로 구성하는 경우에는, 제2 영역에 충전되어 있는 재료가, 제1 영역의 표면(그라펜 면)보다도 위로 튀여나와 있어도 좋다. 또한, 제2 영역에 충전되어 있는 재료와 동일한 재료가 제1 영역의 표면의 전체 또는 일부에 겹쳐져 있어도 좋다. 예를 들면, 그라펜에 개구를 마련한 후, 그 개구에, 표면이 반구상으로 됨과 함께 제1 영역에 조금 비어져 나온 상태가 되도록 수지를 충전하고, 그 상태에서 수지를 경화시킴에 의해, 볼록 형상의 제2 영역이나, 제1 영역의 표면에 비어져나온 제2 영역으로 하는 것이 가능하다.
여기서, 제2 영역은, 단층의 그라펜의 광 투과율보다도 높은 광 투과율을 갖는 재료로 구성되어 있는 것이 바람직하고, 예를 들면, 산화 그라펜이나, 투명 폴리머 재료 등으로 충전되어 있는 것이 바람직하다. 상기한 투명 폴리머 재료로서는, 예를 들면, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌텔레프탈레이트, 폴리스티렌, ABS 수지, 아크릴, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 불소 수지, 페놀 수지, 멜라민, 또는 에폭시 등을 들 수 있다.
상술한 바와 같이, 투명 전극(14)의 제2 영역이 단층의 그라펜의 광 투과율보다도 높은 광 투과율을 갖는 재료로 구성되어 있는 경우에는, 제2 영역의 광 투과율이, 제1 영역의 광 투과율보다도 높아진다. 그 때문에, 투명 전극(14) 전체의 광 투과율도, 단층의 그라펜의 광 투과율보다도 높아진다.
또한, 복수의 그라펜으로 이루어지는 시트를 적층하여 투명 전극을 구성하는 경우에는, 각 층의 제2 영역은, 서로 정면으로 맞서지 않도록 레이아웃되는 것이 바람직하다. 상하층의 그라펜에 있어서 제2 영역, 예를 들면 개구를 서로 비켜 놓음에 의해, 전체의 투과율에 균일성을 갖게 할 수 있다.
또한, 제1의 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자는, CCD형의 고체 촬상 소자를 예로 설명하였지만, CMOS형의 고체 촬상 소자에 적용할 수도 있다. 또한, 제2 내지 제8의 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자는, CCD형의 고체 촬상 소자로 하여도, CMOS형의 고체 촬상 소자로 하여도 좋다. 또한, 제1 내지 제8의 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자에서는, 기판의 광조사측에 배선층을 형성한 예로 하였지만, 배선층을 기판의 광조사측과는 반대측에 형성한 이면 조사형의 고체 촬상 소자에도 본 개시된 구성을 적용하는 것도 가능하다.
또한, 본 개시는, 화소 영역의 각 단위 화소를 행 단위로 차례로 주사하여 각 단위 화소으로부터 화소 신호를 판독하는 고체 촬상 소자로 한정되는 것이 아니다. 화소 단위로 임의의 화소를 선택하여, 당해 선택 화소로부터 화소 단위로 신호를 판독하는 X-Y 어드레스형의 고체 촬상 소자에 대해서도 적용 가능하다.
또한, 고체 촬상 소자는 원칩으로서 형성된 형태라도 좋고, 화소 영역과, 신호 처리부 또는 광학계가 통합하여 팩키징된 촬상 기능을 갖는 모듈형태의 형태라도 좋다.
또한, 본 개시는, 고체 촬상 소자에의 적용으로 한정되는 것이 아니고, 촬상 장치에도 적용 가능하다. 여기서, 촬상 장치란, 디지털 카메라나 비디오 카메라 등의 카메라 시스템이나, 휴대 전화기 등의 촬상 기능을 갖는 전자기기인 것을 말한다. 또한, 전자기기에 탑재된 상기 모듈상태의 형태, 즉 카메라 모듈을 촬상 장치로 하는 경우도 있다.
<9. 제9의 실시 형태 : 전자기기>
다음에, 본 개시된 제9의 실시 형태에 관한 전자기기에 관해 설명한다. 도 29는, 본 개시된 제9의 실시 형태에 관한 전자기기(100)의 개략 구성도이다.
본 실시 형태에 관한 전자기기(100)는, 고체 촬상 소자(103)와, 광학 렌즈(101)와, 개구 조리개(106)와 셔터 장치(102)와, 구동 회로(105)와, 신호 처리 회로(104)를 갖는다. 본 실시 형태의 전자기기(100)는, 고체 촬상 소자(103)로서 상술한 본 개시된 제1의 실시 형태에서의 고체 촬상 소자(1)를 전자기기(카메라)에 이용한 경우의 실시 형태를 나타낸다.
광학 렌즈(101)는, 피사체로부터의 상광(입사광)을 고체 촬상 소자(103)의 촬상면상에 결상시킨다. 이에 의해 고체 촬상 소자(103) 내에 일정 기간 당해 신호 전하가 축적된다. 개구 조리개(106)는 광속을 제어하고, 밝기를 조정한다. 셔터 장치(102)는, 고체 촬상 소자(103)에의 광조사 기간 및 차광 기간을 제어한다. 구동 회로(105)는, 고체 촬상 소자(103)의 전송 동작, 개구 조리개(106)의 동작, 및 셔터 장치(102)의 셔터 동작을 제어하는 구동 신호를 공급한다. 구동 회로(105)로부터 공급되는 구동 신호(타이밍 신호)에 의해, 고체 촬상 소자(103)의 신호 전송을 행한다. 신호 처리 회로(104)는, 각종의 신호 처리를 행한다. 신호 처리가 행하여진 영상 신호는, 메모리 등의 기억 매체에 기억되고, 또는 모니터에 출력된다.
본 실시 형태의 전자기기(100)에서는, 고체 촬상 소자(103)에서 다이내믹 레인지의 확대가 도모되기 때문에, 화질의 향상이 도모된다.
고체 촬상 소자(1)를 적용할 수 있는 전자기기(200)로서는, 카메라로 한정되는 것이 아니고, 디지털 스틸 카메라, 나아가서는 휴대 전화기 등의 모바일 기기용 카메라 모듈 등의 촬상 장치에 적용 가능하다.
본 실시 형태에서는, 고체 촬상 소자(103)로서, 제1의 실시 형태에서의 고체 촬상 소자(1)를 전자기기에 이용하는 구성으로 하였지만, 전술한 제2 내지 제8의 실시 형태로 제조한 고체 촬상 소자를 이용할 수도 있다.
그런데, 상술한 제2 내지 제8의 실시 형태에서 고체 촬상 소자에 조립된 조광 제어 적층막을, 전자기기의 셔터 장치나, 개구 조리개에 이용할 수도 있다. 이하에, 조광 제어 적층막을, 전자기기를 구성하는 각 부분에서 이용하는 예를 나타낸다.
<10. 제10의 실시 형태 : 전자기기>
다음에, 본 개시된 제10의 실시 형태에 관한 전자기기에 관해 설명한다. 도 30은, 본 실시 형태의 전자기기(200)의 개략 구성도이다. 본 실시 형태의 전자기기(200)는, 개구 조리개(203)로서 조광 제어 적층막(227)을 이용하는 예이다. 도 30에서, 도 29에 대응하는 부분에는 동일 부호를 붙이고 중복 설명을 생략한다.
본 실시 형태의 전자기기(200)에서는, 광학 렌즈(101)와 셔터 장치(102)의 사이의 항로상에 개구 조리개(203)를 구성하는 조광 제어 적층막(227)이 형성되어 있다. 조광 제어 적층막(227)은 조광층(224), 고체 전해질층(225), 이온 저장층(226)으로 이루어지는 적층막과, 그들을 끼워 지지하는 제1 투명 전극(222) 및 제2 투명 전극(223)으로 구성되어 있다. 이 때, 제1 투명 전극(222), 조광층(224), 고체 전해질층(225), 이온 저장층(226), 제2 투명 전극(223)의 적층 방향은, 광의 입사 방향이 되도록 구성되어 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 고체 촬상 소자(103)는, 제1 내지 제8의 실시 형태에 관한 고체 촬상 소자를 이용하여도 좋고, 또한, 일반적인 고체 촬상 소자를 이용하여도 좋은 것이고, 본 실시 형태에 있어서, 고체 촬상 소자(103)의 구성에 제한은 없다.
본 실시 형태에서도, 제1 투명 전극(222) 및 제2 투명 전극(223)은, 제1 및 제2의 실시 형태와 마찬가지로 개구를 갖는 필름형상의 그라펜으로 구성되어 있고, 제1의 실시 형태와 마찬가지로 하여 형성할 수 있다. 또한, 조광층(224), 고체 전해질층(225), 이온 저장층(226)은, 제2의 실시 형태와 같은 재료를 사용할 수 있다. 그리고, 본 실시 형태에서는, 조광 제어 적층막(227)은, 원형상으로 형성되어 있다.
제1 투명 전극(222) 및 제2 투명 전극(223)에는, 각각, 구동 회로(105)로부터의 신호에 의거하여, 소망하는 전위가 공급되는 구성으로 되어 있고, 그 전위는, 제1 투명 전극(222) 및 제2 투명 전극(223)에 원형상으로 인가된다. 제1 투명 전극(222), 제2 투명 전극(223) 사이에 원형상으로 전위를 공급함에 의해, 개구 조리개(203)는, 주연에서 차례로 투과율이 내려가고, 광이 투과한 조리개의 개구지름이 변화된다. 이에 의해, 개구 조리개(203)의 개구지름이 변화된다.
그런데, 제1 및 제2 투명 전극(222, 223) 사이에 원형상으로 전위를 공급하는데는, 적어도 한쪽의 투명 전극을 동심원상으로 복수로 분리하여 구성하고, 외측에 형성된 투명 전극부터 차례로 전위를 공급하는 구성으로 하면 좋다. 이에 의해, 조광 제어 적층막(227)은 전기적인 아이리스 시스템으로서 이용할 수 있고, 인가되는 전압에 응하여 투과율이 변화한다.
본 실시 형태에서는, 개구 조리개(203)가 조광 제어 적층막(227)으로 구성되기 때문에, 개구 조리개(203)의 에지(즉, 투과율이 높은 부분과 낮은 부분의 경계)가 소프트이기 때문에, 홍채는 개구 조리개의 회절에 의한 화상 아트펙트를 최소로 할 수 있다.
<11. 제11의 실시 형태 : 전자기기>
다음에, 본 개시된 제11의 실시 형태에 관한 전자기기에 관해 설명한다. 도 31은, 본 실시 형태의 전자기기의 개략 구성도이다. 본 실시 형태의 전자기기(300)는, 셔터 장치(302)로서, 조광 제어 적층막(327)을 이용하는 예이다. 도 31에서, 도 29에 대응하는 부분에는 동일 부호를 붙이고 중복 설명을 생략한다.
본 실시 형태의 전자기기(300)에서는, 셔터 장치(302)를 구성하는 조광 제어 적층막(327)은, 광학 렌즈(101), 개구 조리개(106)를 통하여 입사한 광의 광로에 배치되고, 입사한 광은 셔터 장치(302)를 통하여 고체 촬상 소자(103)에 입사하는 구성으로 되어 있다. 또한, 그 셔터 장치(302)는, 조광층(324), 고체 전해질층(325), 이온 저장층(326)으로 이루어지는 적층막과, 그들을 끼워 지지하는 제1 투명 전극(322) 및 제2 투명 전극(323)으로 구성되어 있다. 이 때, 제1 투명 전극(322), 조광층(324), 고체 전해질층(325), 이온 저장층(326) 및 제2 투명 전극(323)의 적층 방향은, 광의 입사 방향이 되도록 구성되어 있다.
본 실시 형태에서도, 제1 투명 전극(322) 및 제2 투명 전극(323)은, 개구를 갖는 필름형상의 그라펜으로 구성되어 있고, 이들의 투명 전극은, 제1의 실시 형태와 마찬가지로 하여 형성할 수 있다. 또한, 조광층(324), 고체 전해질층(325), 이온 저장층(326)은, 제2의 실시 형태와 같은 재료를 사용할 수 있다.
제1 투명 전극(322) 및 제2 투명 전극(323)에는, 각각, 구동 회로(105)로부터 셔터 속도에 의거한 타이밍으로 소망하는 전위가 공급되는 구성으로 되어 있다. 제1 투명 전극(322), 제2 투명 전극(323) 사이에 소망하는 전위를 공급함에 의해, 광의 투과율을 조정할 수 있다. 이에 의해, 노광시에는 높은 투과율로 광을 투과하고, 차광시에는, 높은 차광률로 차광할 수 있다. 본 실시 형태와 같이, 조광 제어 적층막(327)을 셔터 장치로서 이용함에 의해, 이동 기구 등의 대규모적인 기계가 필요 없기 때문에, 소형화를 도모할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 조광 제어 적층막(327)을 구성하는 제1 및 제2 투명 전극(322, 323)이, 개구를 갖는 필름형상의 그라펜으로 구성하기 때문에, 최대의 투과율이 ITO로 이루어지는 투명 전극보다도 높다. 또한, 투명 전극에서의 개구율을 변경함으로써, 투과 비율의 변경도 가능하다. 이에 의해, 노광시에 있어서의 충분한 투과율을 확보할 수 있다.
이상의 제10, 제11의 실시 형태에서는, 조광 제어 적층막에 이용한 제1 및 제2 투명 전극에 형성하는 개구는, 디바이스에서 찾아지는 성능에 맞추어서 설정한다. 또한, 이상의 제10, 제11의 실시 형태에서는, 조광 제어 적층막을 개구 조리개나 셔터 장치에 이용하는 구성으로 하였지만, 그라펜으로 이루어지는 투명 전극의 개구의 형상을 다양하게 설정함으로써, 아포다이징 마스크로서도 사용할 수 있다.
이상과 같이, 본 개시에서는, 개구를 갖는 그라펜을 투명 전극으로서 이용함에 의해, 각각의 구성을 적용할 수 있는 어플리케이션의 폭을 넓힐 수 있다. 전술한 바와 같이, 종래의 ITO로 이루어지는 투명 전극에서는 명시 투과율이 90%이기 때문에, 그 투명 전극을 센서, 셔터, 또는 개구 조리개 등에 이용하는 것 자체가 현실적이 아니다. 본 개시에서는, 상술한 디바이스에 사용된 투명 전극을, 개구를 갖는 그라펜막으로 형성함에 의해, 투과율을 99% 이상까지 상승시키을 수 있기 때문에, 상술한 센서, 셔터, 개구 조리개에 충분히 사용 가능하다.
이상, 제1 내지 제11의 실시 형태에 본 개시된 실시 형태를 나타냈지만, 본 개시는 상술한 예로 한정되는 것이 아니고, 취지를 일탈하지 않는 범위 내에서 여러 가지의 변경이 가능하다. 또한, 제1 내지 제11의 실시 형태에 관한 구성을 조합시켜서 구성한 것도 가능하다.
또한, 본 개시는, 이하의 구성을 취할 수도 있다.
(1) 기판과, 상기 기판에 형성되고, 입사한 광의 광량에 응하여 신호 전하를 생성하는 광전 변환부와, 상기 기판 상부에 형성된 투명 전극으로서, 나노카본 재료로 이루어지는 제1 영역과, 상기 제1 영역에 접함과 함께 상기 제1 영역보다도 광 투과율이 높은 제2 영역을 포함하는 투명 전극을 구비하는 고체 촬상 소자.
(2) 상기 제2 영역은, 공극, 산화 그라펜, 또는 투명 폴리머 재료로 이루어지는 (1)에 기재된 고체 촬상 소자.
(3) 상기 제2 영역은, 공극으로 이루어지고, 상기 공극의 개구지름은 단위 화소의 면적보다도 작은 (1) 또는 (2)에 기재된 고체 촬상 소자.
(4) 상기 제1 영역의 최협부의 폭이, 10㎚보다도 크게 되어 있는 (1) 내지 (3)의 어느 한쪽에 기재된 고체 촬상 소자.
(5) 상기 기판의 광 입사측에 입사하는 광의 광량을 조절하는 조광 제어 적층막이 형성되어 있고, 상기 조광 제어 적층막은, 인가 전압에 의거하여 투과율이 변화하는 조광 제어 반응 재료층과, 상기 조광 제어 반응 재료층을 끼워 지지하는 제1 및 제2 투명 전극으로 구성되고, 상기 제1 및 제2 투명 전극의 적어도 한쪽은, 나노카본 재료로 이루어지는 상기 투명 전극으로 구성되어 있는 (1) 내지 (4)의 어느 한쪽에 기재된 고체 촬상 소자.
(6) (5)에 기재된 고체 촬상 소자에 있어서, 상기 기판의 광 입사측에 차례로 형성된 컬러 필터층, 온 칩 렌즈를 구비하고, 상기 조광 제어 적층막은, 온 칩 렌즈보다도 광 입사측에 배치되어 있는 고체 촬상 소자.
(7) (5)에 기재된 고체 촬상 소자에 있어서, 상기 기판의 광 입사측에 차례로 형성된 컬러 필터층, 온 칩 렌즈를 구비하고, 상기 조광 제어 적층막은, 상기 기판과 상기 컬러 필터층의 사이에 형성되어 있는 고체 촬상 소자.
(8) 상기 제1 투명 전극에는, 상기 광전 변환부에서 생성된 신호 전하를 검출하는 축적전하 검출 회로가 접속되어 있고, 상기 제1 투명 전극에는, 상기 광전 변환부에서 생성된 신호 전하에 의거한 전압이 인가되는 (5)에 기재된 고체 촬상 소자.
(9) 상기 제1 투명 전극은, 소정의 화소마다 분리하여 형성되어 있는 (5) 내지 (8)의 어느 한쪽에 기재된 고체 촬상 소자.
(10) 상기 조광 제어 적층막은, 소정의 화소에 대응하는 광전 변환부 상부에만 형성되어 있는 (5) 내지 (8)의 어느 한쪽에 기재된 고체 촬상 소자.
(11) 상기 투명 전극은, 단층 또는 복수층의 필름형상의 나노카본 재료로 구성되어 있는 (1) 내지 (10)의 어느 한쪽에 기재된 고체 촬상 소자.
(12) 상기 투명 전극은, 복수층의 필름형상의 나노카본 재료로 구성되고, 각 층의 제2 영역은, 서로 정면으로 맞서지 않도록 레이아웃되어 있는 (1) 내지 (11)의 어느 한쪽에 기재된 고체 촬상 소자.
(13) 상기 투명 전극에 형성된 공극은, 유효 화소 영역에만 형성되고, 흑 기준 화소 영역에는 형성되지 않은 (1) 내지 (12)의 어느 한쪽에 기재된 고체 촬상 소자.
(14) 상기 조광 제어 반응 재료층은, 일렉트로크로믹 재료로 구성되는 (5) 내지 (13)의 어느 한쪽에 기재된 고체 촬상 소자.
(15) 상기 조광 제어 반응 재료층은, 액정층으로 구성되는 (5) 내지 (13)의 어느 한쪽에 기재된 고체 촬상 소자.
(16) 상기 기판의 광 입사측에 입사하는 광의 광량에 응한 신호 전하를 생성하는 광전 변환층이 형성되어 있고, 상기 광전 변환층은, 소정의 파장의 광을 흡수하는 유기 광전 변환막과, 상기 유기 광전 변환막을 끼워 지지하는 제1 및 제2 투명 전극으로 구성되고, 상기 제1 및 제2 투명 전극의 적어도 한쪽은, 나노카본 재료로 이루어지는 상기 투명 전극으로 구성되어 있는 (1) 내지 (15)의 어느 한쪽에 기재된 고체 촬상 소자.
(17) 상기 나노카본 재료는 그라펜인 (1) 내지 (16)의 어느 한쪽에 기재된 고체 촬상 소자.
(18) 상기 투명 전극에는, 소망하는 첨가물이 첨가되어 있는 (1) 내지 (17)의 어느 한쪽에 기재된 고체 촬상 소자.
(19) 광학 렌즈와, 기판과, 기판에 형성되고, 입사한 광의 광량에 응하여 신호 전하를 생성하는 광전 변환부와, 상기 기판 상부에 형성된 나노카본 재료로 이루어지는 투명 전극으로서, 복수의 개구를 갖는 투명 전극을 구비하는 고체 촬상 소자로서, 상기 광학 렌즈에 집광된 광이 입사되는 고체 촬상 소자와, 상기 고체 촬상 소자로부터 출력되는 출력 신호를 처리하는 신호 처리 회로를 포함하는 전자기기.
(20) 광학 렌즈와, 기판과, 기판에 형성되고, 입사한 광의 광량에 응하여 신호 전하를 생성하는 광전 변환부를 구비하는 고체 촬상 소자와, 상기 광학 렌즈와 상기 고체 촬상 소자와의 사이의 광로상에 형성되고, 상기 광학 렌즈로부터의 광속을 조정하는 개구 조리개로서, 인가 전압에 의거하여 투과율이 변화하는 조광 제어 반응 재료층과, 상기 조광 제어 반응 재료층을 끼워 지지하는 제1 및 제2 투명 전극으로 구성된 개구 조리개와, 상기 고체 촬상 소자로부터 출력되는 출력 신호를 처리하는 신호 처리 회로를 포함하고, 상기 제1 및 제2 투명 전극의 적어도 한쪽의 투명 전극은 복수의 개구를 갖는 나노카본 재료로 이루어지는 투명 전극으로 구성되어 있는 전자기기.
(21) 광학 렌즈와, 기판과, 기판에 형성되고, 입사한 광의 광량에 응하여 신호 전하를 생성하는 광전 변환부를 구비하는 고체 촬상 소자와, 상기 광학 렌즈와 상기 고체 촬상 소자 사이의 광로상에 형성되고, 상기 광전 변환부에의 노광 시간을 제어하는 셔터 장치로서, 인가 전압에 의거하여 투과율이 변화하는 조광 제어 반응 재료층과, 상기 조광 제어 반응 재료층을 끼워 지지하는 제1 및 제2 투명 전극으로 구성된 셔터 장치와, 상기 고체 촬상 소자로부터 출력되는 출력 신호를 처리하는 신호 처리 회로를 포함하고, 상기 제1 및 제2 투명 전극의 적어도 한쪽의 투명 전극은 복수의 개구를 갖는 나노카본 재료로 이루어지는 투명 전극으로 구성되어 있는 전자기기.

Claims (21)

  1. 기판과,
    상기 기판에 형성되고, 입사한 광의 광량에 응하여 신호 전하를 생성하는 광전 변환부와,
    상기 기판 상부에 형성된 투명 전극으로서, 나노카본 재료로 이루어지는 제1 영역과, 상기 제1 영역에 접함과 함께 상기 제1 영역보다도 광 투과율이 높은 제2 영역을 포함하는 투명 전극을 구비하고,
    상기 투명 전극은, 복수층의 필름형상의 나노카본 재료로 구성되고, 각 층의 제2 영역은, 서로 정면으로 맞서지 않도록 레이아웃 되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 영역은, 공극, 산화 그라펜, 또는 투명 폴리머 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 영역은, 공극으로 이루어지고, 상기 공극의 개구지름은 단위 화소의 면적보다도 작은 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 영역의 최협부의 폭이, 10㎚보다도 크게 되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 기판의 광 입사측에 입사하는 광의 광량을 조절하는 조광 제어(dimming control) 적층막이 형성되어 있고,
    상기 조광 제어 적층막은, 인가 전압에 의거하여 투과율이 변화하는 조광 제어 반응 재료층과, 상기 조광 제어 반응 재료층을 끼워 지지하는 제1 및 제2 투명 전극으로 구성되고, 상기 제1 및 제2 투명 전극의 적어도 한쪽은, 나노카본 재료로 이루어지는 상기 투명 전극으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 기판의 광 입사측에 차례로 형성된 컬러 필터층, 온 칩 렌즈를 더 구비하고,
    상기 조광 제어 적층막은, 온 칩 렌즈보다도 광 입사측에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 기판의 광 입사측에 차례로 형성된 컬러 필터층, 온 칩 렌즈를 더 구비하고,
    상기 조광 제어 적층막은, 상기 기판과 상기 컬러 필터층과의 사이에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제1 투명 전극에는, 상기 광전 변환부에서 생성된 신호 전하를 검출하는 축적전하 검출 회로가 접속되어 있고,
    상기 제1 투명 전극에는, 상기 광전 변환부에서 생성된 신호 전하에 의거한 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 제1 투명 전극은, 소정의 화소마다 분리되어 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 조광 제어 적층막은, 소정의 화소에 대응하는 광전 변환부 상부에만 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 투명 전극에 형성된 공극은, 유효 화소 영역에만 형성되고, 흑 기준 화소 영역에는 형성되지 않은 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  12. 제5항에 있어서,
    상기 조광 제어 반응 재료층은, 일렉트로크로믹 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  13. 제5항에 있어서,
    상기 조광 제어 반응 재료층은, 액정층으로 구성되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 광 입사측에 입사하는 광의 광량에 응한 신호 전하를 생성하는 광전 변환층이 형성되어 있고,
    상기 광전 변환층은, 소정의 파장의 광을 흡수하는 유기 광전 변환막과, 상기 유기 광전 변환막을 끼워 지지하는 제1 및 제2 투명 전극으로 구성되고, 상기 제1 및 제2 투명 전극의 적어도 한쪽은, 나노카본 재료로 이루어지는 상기 투명 전극으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 나노카본 재료는 그라펜인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 투명 전극은, 소망하는 첨가물이 첨가되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  17. 광학 렌즈와,
    기판과, 상기 기판에 형성되고, 입사한 광의 광량에 응하여 신호 전하를 생성하는 광전 변환부와, 상기 기판 상부에 형성된 나노카본 재료로 이루어지는 투명 전극으로서, 복수의 개구를 갖는 투명 전극을 구비하는 고체 촬상 소자로서, 상기 광학 렌즈에 집광된 광이 입사되는 고체 촬상 소자와,
    상기 고체 촬상 소자로부터 출력되는 출력 신호를 처리하는 신호 처리 회로를 포함하고,
    상기 투명 전극은, 복수층의 필름형상의 나노카본 재료로 구성되고, 각 층은 나노카본 재료로 이루어지는 제1 영역과, 상기 개구로 이루어지고 상기 제1 영역에 접함과 함께 상기 제1 영역보다도 광 투과율이 높은 제2 영역을 포함하고, 각 층의 제2 영역은, 서로 정면으로 맞서지 않도록 레이아웃 되어 있는 것을 특징으로 하는 전자기기.
  18. 광학 렌즈와,
    기판과, 상기 기판에 형성되고, 입사한 광의 광량에 응하여 신호 전하를 생성하는 광전 변환부를 구비하는 고체 촬상 소자와,
    상기 광학 렌즈와 상기 고체 촬상 소자와의 사이의 광로상에 형성되고, 상기 광학 렌즈로부터의 광속을 조정하는 개구 조리개로서, 인가 전압에 의거하여 투과율이 변화하는 조광 제어 반응 재료층과, 상기 조광 제어 반응 재료층을 끼워 지지하는 제1 및 제2 투명 전극으로 구성된 개구 조리개와,
    상기 고체 촬상 소자로부터 출력되는 출력 신호를 처리하는 신호 처리 회로를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 투명 전극의 적어도 한쪽의 투명 전극은 복수의 개구를 갖는 나노카본 재료로 이루어지는 투명 전극으로 구성되어 있고,
    상기 투명 전극은, 복수층의 필름형상의 나노카본 재료로 구성되고, 각 층은 나노카본 재료로 이루어지는 제1 영역과, 상기 개구로 이루어지고 상기 제1 영역에 접함과 함께 상기 제1 영역보다도 광 투과율이 높은 제2 영역을 포함하고, 각 층의 제2 영역은, 서로 정면으로 맞서지 않도록 레이아웃 되어 있는 것을 특징으로 하는 전자기기.
  19. 광학 렌즈와,
    기판과, 상기 기판에 형성되고, 입사한 광의 광량에 응하여 신호 전하를 생성하는 광전 변환부를 구비하는 고체 촬상 소자와,
    상기 광학 렌즈와 상기 고체 촬상 소자와의 사이의 광로상에 형성되고, 상기 광전 변환부에의 노광 시간을 제어하는 셔터 장치로서, 인가 전압에 의거하여 투과율이 변화하는 조광 제어 반응 재료층과, 상기 조광 제어 반응 재료층을 끼워 지지하는 제1 및 제2 투명 전극으로 구성된 셔터 장치와,
    상기 고체 촬상 소자로부터 출력되는 출력 신호를 처리하는 신호 처리 회로를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 투명 전극의 적어도 한쪽의 투명 전극은 복수의 개구를 갖는 나노카본 재료로 이루어지는 투명 전극으로 구성되어 있고,
    상기 투명 전극은, 복수층의 필름형상의 나노카본 재료로 구성되고, 각 층은 나노카본 재료로 이루어지는 제1 영역과, 상기 개구로 이루어지고 상기 제1 영역에 접함과 함께 상기 제1 영역보다도 광 투과율이 높은 제2 영역을 포함하고, 각 층의 제2 영역은, 서로 정면으로 맞서지 않도록 레이아웃 되어 있는 것을 특징으로 하는 전자기기.
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