KR102651629B1 - 광전변환 소자 및 고체 촬상 장치 - Google Patents

광전변환 소자 및 고체 촬상 장치 Download PDF

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소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤
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Abstract

본 개시의 한 실시 형태의 광전변환 소자는, 하나의 전극 및 다른 전극을 갖는 제1의 전극과, 제1의 전극과 대향 배치된 제2의 전극과, 제1의 전극과 제2의 전극의 사이에 배치됨과 함께, 하나의 전극과는 전기적으로 접속되고, 다른 전극과의 사이에 절연층이 마련되어 있는 유기 광전변환층을 갖는 유기 광전변환부와, 유기 광전변환부에 대해 제1의 전극을 사이로 배치된 무기 광전변환부와, 유기 광전변환부와 무기 광전변환부의 사이에 마련된 광학 필터를 구비한다.

Description

광전변환 소자 및 고체 촬상 장치
본 개시는, 예를 들면 유기 반도체 재료를 사용한 광전변환 소자 및 이것을 구비한 고체 촬상 장치에 관한 것이다.
근래, CCD(Charge Coupled Device) 이미지 센서, 또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서 등의 고체 촬상 장치의 개발이 진행되고 있다. 일반적인 고체 촬상 장치에서는, 색 분리를 행하는 경우, 병렬 배치된 광전변환부상에 적, 녹, 청의 원색 필터를 2차원 배열하여 이루어지는 광학 필터(컬러 필터)를 배치함으로써 필요한 광정보만이 각 광전변환부에 조사되는 구조로 되어 있다.
이에 대해, 적색, 녹색 및 청색의 파장대역의 광을 각각 광전변환하는 광전변환부가 적층된 고체 촬상 장치가 개발되어 있다. 그와 같은 고체 촬상 장치에서는, 적색 및 청색의 파장대역의 광은, 각각 반도체 기판(Si 기판) 내에 형성된 광전변환부(포토 다이오드(PD1, PD2))에서 광전변환되고, 녹색의 파장대역의 광은 반도체 기판의 이면측에 형성된 유기 광전변환막에서 광전변환된다. 예를 들면, 특허 문헌 1에서는, 광전변환층(유기 광전변환막)을 사이에 두고 대향 배치된 절연층을 통하여 광전변환층과 대향 배치된 전하 축적용 전극이 마련된 고체 촬상 장치가 개시되어 있다.
특허 문헌 1 : 일본 특개2017-157816호 공보
그런데, 상기한 바와 같이 반도체 기판(Si 기판) 내에 마련된 무기 광전변환부와, 반도체 기판의 이면측에 형성된 유기 광전변환막이 적층된 고체 촬상 장치에서는, 광성분을 혼색 없이 검출 가능한 분광 특성의 향상이 요구되어 있다.
분광 특성을 향상시키는 것이 가능한 광전변환 소자 및 이것을 구비한 고체 촬상 장치를 제공하는 것이 바람직하다.
본 개시의 한 실시 형태의 광전변환 소자는, 하나의 전극 및 다른 전극을 갖는 제1의 전극과, 제1의 전극과 대향 배치된 제2의 전극과, 제1의 전극과 제2의 전극의 사이에 배치됨과 함께, 하나의 전극과는 전기적으로 접속되고, 다른 전극과의 사이에 절연층이 마련되어 있는 유기 광전변환층을 갖는 유기 광전변환부와, 유기 광전변환부에 대해, 제1의 전극을 사이로 배치된 무기 광전변환부와, 유기 광전변환부와 무기 광전변환부의 사이에 마련된 광학 필터를 구비한 것이다.
본 개시의 한 실시 형태의 고체 촬상 장치는, 복수의 화소마다 하나 또는 복수의 상기 본 개시의 한 실시 형태의 광전변환 소자를 구비한 것이다.
본 개시의 한 실시 형태의 광전변환 소자 및 한 실시 형태의 고체 촬상 장치에서는, 한 쌍의 전극(제1의 전극 및 제2의 전극)의 사이에 유기 광전변환층을 갖는 유기 광전변환부에 대해, 제1의 전극을 사이로 배치된 무기 광전변환부와 제1의 전극의 사이에 광학 필터를 마련하도록 하였다. 이에 의해, 유기 광전변환부를 투과한 파장 중, 불필요한 파장 성분을 제거하는 것이 가능해진다.
본 개시의 한 실시 형태의 광전변환 소자 및 한 실시 형태의 고체 촬상 장치에 의하면, 유기 광전변환층을 사이로 대향 배치된 한 쌍의 전극 중의 일방(제1의 전극)이 복수의 전극으로 구성되어 있는 유기 광전변환부와 무기 광전변환부의 사이에 광학 필터를 마련하도록 하였기 때문에, 유기 광전변환부를 투과한 파장 중, 불필요한 파장 성분이 제거된다. 따라서, 분광 특성을 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 여기에 기재된 효과는 반드시 한정되는 것이 아니고, 본 개시 중에 기재된 어느 하나의 효과라도 좋다.
도 1은 본 개시의 실시의 형태에 관한 광전변환 소자의 개략 구성의 한 예를 도시하는 단면도.
도 2는 도 1에 도시한 광전변환 소자의 등가 회로도.
도 3은 도 1에 도시한 광전변환 소자의 하부 전극 및 제어부를 구성하는 트랜지스터의 배치를 도시하는 모식도.
도 4는 2행2열형상으로 배치된 화소(P1, P2, P3, P4)에서의 광전변환 소자의 주요부의 위치 관계를 도시하는 모식도.
도 5A는 도 4에 도시한 1화소 유닛 내에서의 광학 필터의 배치의 한 예.
도 5B는 도 5A에 도시한 화소 유닛을 4개 조합시킨 때의 광학 필터의 배치의 한 예.
도 6A는 도 4에 도시한 1화소 유닛 내에서의 광학 필터의 배치의 한 예.
도 6B는 도 6A에 도시한 화소 유닛을 4개 조합시킨 때의 광학 필터의 배치의 한 예.
도 7은 도 1에 도시한 광전변환 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도.
도 8은 도 7에 계속된 공정을 도시하는 단면도.
도 9는 도 1에 도시한 광전변환 소자의 한 동작례를 도시하는 타이밍도.
도 10A는 본 개시의 변형례 1에서의 광학 필터의 배치의 한 예.
도 10B는 본 개시의 변형례 1에서의 광학 필터의 배치의 다른 예.
도 11은 본 개시의 변형례 2에서의, 4개의 광전변환 소자가 2행2열형상으로 배치된 화소 유닛을 4개 조합시킨 때의 주요부의 위치 관계를 도시하는 모식도.
도 12A는 본 개시의 변형례 2에서의 광학 필터의 배치의 한 예.
도 12B는 본 개시의 변형례 2에서의 광학 필터의 배치의 다른 예.
도 13은 본 개시의 변형례 3에서의 광전변환 소자의 주요부의 적층 구성을 도시하는 모식도.
도 14A는 도 13에 도시한 광전변환 소자에서의 각 부분의 위치 관계를 도시하는 평면 모식도.
도 14B는 도 14A에 도시한 I-I선에서의 단면 모식도.
도 14C는 도 14A에 도시한 Ⅱ-Ⅱ선에서의 단면 모식도.
도 15A는 도 13에 도시한 광전변환 소자에서의 각 부분의 위치 관계를 도시하는 평면 모식도.
도 15B는 도 15A에 도시한 I-I선에서의 단면 모식도.
도 15C는 도 15A에 도시한 Ⅱ-Ⅱ선에서의 단면 모식도.
도 16A는 도 13에 도시한 광전변환 소자에서의 각 부분의 위치 관계를 도시하는 평면 모식도.
도 16B는 도 16A에 도시한 I-I선에서의 단면 모식도.
도 16C는 도 16A에 도시한 Ⅱ-Ⅱ선에서의 단면 모식도.
도 17A는 도 13에 도시한 광전변환 소자에서의 각 부분의 위치 관계를 도시하는 평면 모식도.
도 17B는 도 17A에 도시한 I-I선에서의 단면 모식도.
도 17C는 도 17A에 도시한 Ⅱ-Ⅱ선에서의 단면 모식도.
도 18A는 도 13에 도시한 광전변환 소자에서의 각 부분의 위치 관계를 도시하는 평면 모식도.
도 18B는 도 18A에 도시한 I-I선에서의 단면 모식도.
도 18C는 도 18A에 도시한 Ⅱ-Ⅱ선에서의 단면 모식도.
도 19A는 도 13에 도시한 광전변환 소자에서의 각 부분의 위치 관계를 도시하는 평면 모식도.
도 19B는 도 19A에 도시한 I-I선에서의 단면 모식도.
도 19C는 도 19A에 도시한 Ⅱ-Ⅱ선에서의 단면 모식도.
도 20A는 도 13에 도시한 광전변환 소자에서의 각 부분의 위치 관계를 도시하는 평면 모식도.
도 20B는 도 20A에 도시한 I-I선에서의 단면 모식도.
도 20C는 도 20A에 도시한 Ⅱ-Ⅱ선에서의 단면 모식도.
도 21A는 도 13에 도시한 광전변환 소자에서의 각 부분의 위치 관계를 도시하는 평면 모식도.
도 21B는 도 21A에 도시한 I-I선에서의 단면 모식도.
도 21C는 도 21A에 도시한 Ⅱ-Ⅱ선에서의 단면 모식도.
도 22A는 도 13에 도시한 광전변환 소자에서의 각 부분의 위치 관계를 도시하는 평면 모식도.
도 22B는 도 22A에 도시한 I-I선에서의 단면 모식도.
도 22C는 도 22A에 도시한 Ⅱ-Ⅱ선에서의 단면 모식도.
도 23A는 도 13에 도시한 광전변환 소자에서의 각 부분의 위치 관계를 도시하는 평면 모식도.
도 23B는 도 23A에 도시한 I-I선에서의 단면 모식도.
도 23C는 도 23A에 도시한 Ⅱ-Ⅱ선에서의 단면 모식도.
도 24A는 도 13에 도시한 광전변환 소자에서의 각 부분의 위치 관계를 도시하는 평면 모식도.
도 24B는 도 24A에 도시한 I-I선에서의 단면 모식도.
도 24C는 도 24A에 도시한 Ⅱ-Ⅱ선에서의 단면 모식도.
도 25A는 도 13에 도시한 광전변환 소자에서의 각 부분의 위치 관계를 도시하는 평면 모식도.
도 25B는 도 25A에 도시한 I-I선에서의 단면 모식도.
도 25C는 도 25A에 도시한 Ⅱ-Ⅱ선에서의 단면 모식도.
도 26은 도 1 등에 도시한 광전변환 소자를 화소로서 이용한 고체 촬상 장치의 구성을 도시하는 블록도.
도 27은 도 26에 도시한 고체 촬상 장치를 이용한 전자 기기(카메라)의 한 예를 도시하는 기능 블록도.
도 28은 체내 정보 취득 시스템의 개략적인 구성의 한 예를 도시하는 블록도.
도 29는 본 기술이 적용될 수 있는 내시경 수술 시스템의 개략적인 구성의 한 예를 도시하는 도면.
도 30은 도 29에 도시한 카메라 헤드 및 CCU의 기능 구성의 한 예를 도시하는 블록도.
도 31은 차량 제어 시스템의 개략적인 구성례를 도시하는 블록도.
도 32는 촬상부의 설치 위치의 한 예를 도시하는 설명도.
이하, 본 개시에서의 실시의 형태에 관해, 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 설명은 본 개시의 한 구체례로서, 본 개시는 이하의 상태로 한정되는 것이 아니다. 또한, 본 개시는, 각 도면에 도시하는 각 구성 요소의 배치나 치수, 치수비 등에 대해서도, 그들로 한정되는 것이 아니다. 또한, 설명하는 순서는 하기한 바와 같다.
1. 실시의 형태(유기 광전변환부와 무기 광전변환부의 사이에 광학 필터를 배치한 예)
1-1. 광전변환 소자의 구성
1-2. 광전변환 소자의 제조 방법
1-3. 작용·효과
2. 변형례
2-1. 변형례 1(가시광을 투과하는 광학 필터를 추가한 예)
2-2. 변형례 2(유기 광전변환부에서 IR을 흡수하는 광전변환 소자의 예)
2-3. 변형례 3(관통 전극에 차광성을 추가한 광전변환 소자의 예)
3. 적용례
<1. 실시의 형태>
도 1은 본 개시의 한 실시의 형태의 광전변환 소자(광전변환 소자(10))의 단면 구성을 도시하는 것이다. 도 2는 도 1에 도시한 광전변환 소자(10)의 등가 회로도이다. 도 3은 도 1에 도시한 광전변환 소자(10)의 하부 전극(21) 및 제어부를 구성하는 트랜지스터의 배치를 모식적으로 도시한 것이다. 광전변환 소자(10)는 예를 들면, 디지털 스틸 카메라, 비디오 카메라 등의 전자 기기에 사용되는 CMOS 이미지 센서 등의 고체 촬상 장치(고체 촬상 장치(1) ; 도 26 참조)에서 하나의 화소(단위화소(P))를 구성하는 것이다.
(1-1. 광전변환 소자의 구성)
도 1은 2개의 광전변환 소자(10)가 병렬 배치되고, 각각이, 화소(P)(화소(P1, P2))를 구성하고 있는 예를 도시하고 있다. 광전변환 소자(10)는 예를 들면, 유기 광전변환부(20)와 무기 광전변환부(32)가 종방향으로 적층된 이른바 종방향 분광형의 것이다. 유기 광전변환부(20)는 반도체 기판(30)의 제1면(이면)(30A)측에 마련되어 있다. 무기 광전변환부(32)는 반도체 기판(30) 내에 매입하여 형성되어 있고 반도체 기판(30) 내에서 예를 들면, 2종류의 무기 광전변환부(32B, 32R)가 평면 방향으로 배치되어 있다. 유기 광전변환부(20)는 대향 배치된 하부 전극(21)(제1 전극)과 상부 전극(23)(제2 전극)과의 사이에 유기 재료를 사용하여 형성된 유기 광전변환층(22)을 갖는다. 이 유기 광전변환층(22)은 p형 반도체 및 n형 반도체를 포함하여 구성되고, 층내에 벌크 헤테로 접합 구조를 갖는다. 벌크 헤테로 접합 구조는, p형 반도체 및 n형 반도체가 맞섞임으로써 형성된 p/n 접합면이다.
본 실시의 형태의 광전변환 소자(10)는 유기 광전변환부(20)를 구성하는 전극 중, 유기 광전변환층(22)에 대해 광 입사측(S1)과는 반대측에 배치된 하부 전극(21)이, 복수의 전극(판독 전극(21A) 및 축적 전극(21B))으로 구성되어 있다. 또한, 본 실시의 형태에서는, 유기 광전변환부(20)와 무기 광전변환부(32)의 사이에 광학 필터(51)가 마련된 구성을 갖는다. 보다 구체적으로는, 무기 광전변환부(32R, 32B)는 각 화소(P) 내에서 하부 전극(21) 중 축적 전극(21B)에 대향하는 위치에 각각 마련되어 있고 이 축적 전극(21B)과 무기 광전변환부(32B)와의 사이 및 축적 전극(21B)과 무기 광전변환부(32R)의 사이에 각각 광학 필터(51B, 51R)가 마련된 구성을 갖는다.
유기 광전변환부(20)와 무기 광전변환부(32B, 32R)는 서로 다른 파장대역의 광을 선택적으로 검출하여 광전변환을 행하는 것이다. 구체적으로는, 유기 광전변환부(20)에서는, 녹(G)의 색 신호를 취득한다. 무기 광전변환부(32B, 32R)에서는, 각각 청(B) 및 적(R)의 색 신호를 취득한다.
또한, 본 실시의 형태에서는, 광전변환에 의해 생기는 전자 및 정공의 쌍(전자-정공 쌍) 중, 전자를 신호 전하로서 판독하는 경우(n형 반도체 영역을 광전변환층으로 하는 경우)에 관해 설명한다. 또한, 도면 중에서, 「p」「n」에 붙인 「+(플러스)」는, p형 또는 n형의 불순물 농도가 높은 것을 나타내고, 「++」는 p형 또는 n형의 불순물 농도가 「+」보다도 더욱 높은 것을 나타내고 있다. 또한, 화소(P1) 및 화소(P2)에 마련되어 있는 광전변환 소자는, 각각 무기 광전변환부(32B) 및 무기 광전변환부(32R)에서 서로 다른 파장대역의 광을 선택적으로 검출하는 이외는 서로 같은 구성을 갖는다.
반도체 기판(30)의 제2면(표면)(30B)에는 예를 들면, 플로팅 디퓨전(부유 확산층)(FD1)(반도체 기판(30) 내의 영역(36B)), FD(3)(반도체 기판(30) 내의 영역(38C))과 전송 트랜지스터(Tr3)와 앰프 트랜지스터(변조 소자)(AMP)와 리셋 트랜지스터(RST)와 선택 트랜지스터(SEL)와 다층 배선(40)이, 각각 화소(P1) 및 화소(P2)마다 마련되어 있다. 다층 배선(40)은 예를 들면, 배선층(41, 42, 43)이 절연층(44) 내에 적층된 구성을 갖고 있다.
또한, 도면에서는, 반도체 기판(30)의 제1면(30A)측을 광 입사측(S1), 제2면(30B) 측을 배선층측(S2)으로 나타내고 있다.
유기 광전변환부(20)는 예를 들면, 하부 전극(21), 유기 광전변환층(22) 및 상부 전극(23)이, 반도체 기판(30)의 제1면(30A)의 측부터 이 순서로 적층된 구성을 갖고 있다. 또한, 하부 전극(21)과 유기 광전변환층(22)의 사이에는 절연층(27)이 마련되어 있다. 하부 전극(21)은 예를 들면, 화소(P1, P2)마다 분리 형성됨과 함께, 상세는 후술하지만, 층간 절연층(26)을 사이에 두고 서로 분리된 판독 전극(21A) 및 축적 전극(21B)으로 구성되어 있다. 하부 전극(21) 중, 판독 전극(21A)은 절연층(27)에 마련된 개공(27H)을 통하여 유기 광전변환층(22)과 전기적으로 접속되어 있다. 유기 광전변환층(22) 및 상부 전극(23)은 도 1에서는, 복수의 광전변환 소자(10)에 공통된 연속층으로서 마련된 예를 나타냈지만, 예를 들면, 광전변환 소자(10)마다 분리 형성되어 있어도 좋다. 예를 들면, 반도체 기판(30)의 제1면(30A)과 하부 전극(21)의 사이에는 예를 들면, 고정 전하를 갖는 층(고정 전하층(24))과 절연성을 갖는 유전체층(25)과 층간 절연층(26)이 마련되어 있다. 층간 절연층(26) 내에는 하부 전극(21)의 축적 전극(21B)과 전기적으로 접속되어 있는 배선(39B)과 상기 광학 필터(51)(화소(P1)에서는 광학 필터(51B), 화소(P2)에서는 광학 필터(51R))가, 화소(P1, P2)에 각각 마련되어 있다. 상부 전극(23)의 위에는 보호층(28)이 마련되어 있다. 보호층(28)의 상방에는 평탄화층(도시 생략)이나 온 칩 렌즈(52) 등의 광학 부재가 마련되어 있다.
반도체 기판(30)의 제1면(30A)과 제2면(30B)의 사이에는 관통 전극(34)이 마련되어 있다. 유기 광전변환부(20)는 이 관통 전극(34)을 통하여, 앰프 트랜지스터(AMP)의 게이트(Gamp)와 플로팅 디퓨전(FD1)을 겸하는 리셋 트랜지스터(RST)(리셋 트랜지스터(Tr1rst))의 일방의 소스/드레인 영역(36B)에 접속되어 있다. 이에 의해, 광전변환 소자(10)에서는, 반도체 기판(30)의 제1면(30A)측의 유기 광전변환부(20)에서 생긴 전하(여기서는, 전자)를 관통 전극(34)을 통하여 반도체 기판(30)의 제2면(30B)측에 양호하게 전송하는 것이 가능하게 되어 있다.
관통 전극(34)의 하단은, 배선층(41) 내의 접속부(41A)에 접속되어 있고 접속부(41A)와 앰프 트랜지스터(AMP)의 게이트(Gamp)는 하부 제1 콘택트(45)를 통하여 접속되어 있다. 접속부(41A)와 플로팅 디퓨전(FD1)(영역(36B))은 예를 들면, 하부 제2 콘택트(46)를 통하여 접속되어 있다. 관통 전극(34)의 상단은, 예를 들면, 패드부(39A) 및 상부 제1 콘택트(29A)를 통하여 판독 전극(21A)에 접속되어 있다.
관통 전극(34)은 예를 들면, 광전변환 소자(10)의 각각에, 유기 광전변환부(20)마다 마련되어 있다. 관통 전극(34)은 유기 광전변환부(20)와 앰프 트랜지스터(AMP)의 게이트(Gamp) 및 플로팅 디퓨전(FD1)과의 커넥터로서의 기능을 가짐과 함께, 유기 광전변환부(20)에서 생긴 전하(여기서는, 전자)의 전송 경로가 되는 것이다.
플로팅 디퓨전(FD1)(리셋 트랜지스터(RST)의 일방의 소스/드레인 영역(36B))의 옆에는 리셋 트랜지스터(RST)의 리셋 게이트(Grst)가 배치되어 있다. 이에 의해, 플로팅 디퓨전(FD1)에 축적된 전하를 리셋 트랜지스터(RST)에 의해 리셋하는 것이 가능해진다.
광전변환 소자(10)에서는, 상부 전극(23)측부터 유기 광전변환부(20)에 입사한 광은, 유기 광전변환층(22)에서 흡수된다. 이에 의해 생긴 여기자는 유기 광전변환층(22)을 구성하는 전자 공여체와 전자 수용체와의 계면에 이동하고, 여기자 분리, 즉, 전자와 정공으로 해리한다. 여기서 발생한 전하(전자 및 정공)는 캐리어의 농도차에 의한 확산이나, 양극(여기서는, 하부 전극(21))과 음극(여기서는, 상부 전극(23))과의 일함수의 차에 의한 내부 전계에 의해, 각각 다른 전극에 운반되어, 광전류로서 검출된다. 또한, 하부 전극(21)과 상부 전극(23)의 사이에 전위를 인가함에 의해, 전자 및 정공의 수송 방향을 제어할 수 있다.
이하, 각 부분의 구성이나 재료 등에 관해 설명한다.
유기 광전변환부(20)는 선택적인 파장대역(예를 들면, 450㎚ 이상 650㎚ 이하)의 일부 또는 전부의 파장대역에 대응하는 녹색광을 흡수하고, 전자-정공쌍을 발생시키는 유기 광전변환 소자이다.
하부 전극(21)은 상기한 바와 같이, 분리 형성된 판독 전극(21A)과 축적 전극(21B)으로 구성되어 있다. 판독 전극(21A)은 유기 광전변환층(22) 내에서 발생한 전하(여기서는, 전자)를 플로팅 디퓨전(FD1)에 전송하기 위한 것이고, 예를 들면, 상부 제1 콘택트(29A), 패드부(39A), 관통 전극(34), 접속부(41A) 및 하부 제2 콘택트(46)를 통하여 플로팅 디퓨전(FD1)에 접속되어 있다. 축적 전극(21B)은 유기 광전변환층(22) 내에서 발생한 전하 중, 신호 전하로서 전자를 유기 광전변환층(22) 내에 축적하기 위한 것이다. 축적 전극(21B)은 반도체 기판(30) 내에 형성된 무기 광전변환부(32B, 32R)의 수광면과 정면으로 대하여, 예를 들면, 수광면을 덮는 영역에, 각각 마련되어 있다. 또한, 축적 전극(21B)은 판독 전극(21A)보다도 큰 것이 바람직하고, 이에 의해, 많은 전하를 축적할 수 있다. 또한, 축적 전극(21B)은 상기한 바와 같이, 무기 광전변환부(32B, 32R)와 정면으로 대하고 있으면 좋고, 반드시 무기 광전변환부(32, 32R)와 대향하는 수광면 영역 전체에 형성되지 않아도 좋다.
하부 전극(21)은 광투과성을 갖는 도전막에 의해 구성되고, 예를 들면, ITO(인듐주석산화물)에 의해 구성되어 있다. 단, 하부 전극(21)의 구성 재료로서는, 이 ITO외에도, 도펀트를 첨가한 산화주석(SnO2)계 재료, 또는 알루미늄아연산화물(ZnO)에 도펀트를 첨가하여 이루어지는 산화아연계 재료를 사용하여도 좋다. 산화아연계 재료로서는, 예를 들면, 도펀트로서 알루미늄(Al)을 첨가한 알루미늄아연산화물(AZO), 갈륨(Ga) 첨가의 갈륨아연산화물(GZO), 인듐(In) 첨가의 인듐아연산화물(IZO)을 들 수 있다. 또한, 이 밖에도, CuI, InSbO4, ZnMgO, CuInO2, MgIN2O4, CdO, ZnSnO3 등을 사용하여도 좋다.
유기 광전변환층(22)은 광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 것이다. 유기 광전변환층(22)은 예를 들면, 각각 p형 반도체 또는 n형 반도체로서 기능하는 유기 반도체 재료(p형 반도체 재료 또는 n형 반도체 재료)를 2종 이상 포함하여 구성되어 있다. 유기 광전변환층(22)은 층내에, 이 p형 반도체 재료와 n형 반도체 재료와의 접합면(p/n 접합면)을 갖는다. p형 반도체는, 상대적으로 전자 공여체(도너)로서 기능하는 것이고, n형 반도체는, 상대적으로 전자 수용체(억셉터)로서 기능하는 것이다. 유기 광전변환층(22)은 광을 흡수한 때에 생기는 여기자가 전자와 정공으로 분리하는 장(場)을 제공하는 것이고, 구체적으로는, 전자 공여체와 전자 수용체와의 계면(p/n 접합면)에서, 여기자가 전자와 정공으로 분리한다.
유기 광전변환층(22)은 p형 반도체 재료 및 n형 반도체 재료 외에, 소정의 파장대역의 광을 광전변환하는 한편, 다른 파장대역의 광을 투과시키는 유기 반도체 재료, 이른바 색소 재료를 포함하여 구성되어 있어도 좋다. 유기 광전변환층(22)을 p형 반도체 재료, n형 반도체 재료 및 색소 재료의 3종류의 유기 반도체 재료를 사용하여 형성하는 경우에는 p형 반도체 재료 및 n형 반도체 재료는, 가시 영역(예를 들면, 450㎚∼800㎚)에서의 광투과성을 갖는 재료인 것이 바람직하다. 유기 광전변환층(22)의 두께는 예를 들면, 50㎚∼500㎚이다.
유기 광전변환층(22)을 구성하는 유기 반도체 재료로서는, 예를 들면, 퀴나크리돈, 염소화붕소서브프탈로시아닌, 펜타센, 벤조티에노벤조티오펜, 풀러렌 및 그들의 유도체를 들 수 있다. 유기 광전변환층(22)은 상기 유기 반도체 재료를 2종 이상 조합시켜서 구성되어 있다. 상기 유기 반도체 재료는, 그 조합에 의해 p형 반도체 또는 n형 반도체로서 기능한다.
또한, 유기 광전변환층(22)을 구성하는 유기 반도체 재료는 특히 한정되지 않는다. 상기한 유기 반도체 재료 이외에는 예를 들면, 나프탈렌, 안트라센, 페난트렌, 테트라센, 피렌, 페릴렌 및 플루오란텐 또는 그들의 유도체 중의 어느 1종이 알맞게 사용된다. 또는, 페닐렌 비닐렌, 플루오렌, 카르바졸, 인돌, 피렌, 피롤, 피콜린, 티오펜, 아세틸렌, 디아세틸렌 등의 중합체나 그들의 유도체를 사용하여도 좋다. 더하여, 금속 착체 색소, 시아닌계 색소, 메로시아닌계 색소, 페닐크산텐계 색소, 트리페닐메탄계 색소, 로다시아닌계 색소, 크산텐계 색소, 대환상 아자아눌렌계 색소, 아즐렌계 색소, 나프토퀴논, 안트라퀴논계 색소, 안트라센 및 피렌 등의 축합다환 방향족 및 방향환 또는 복소환 화합물이 축합한 쇄상 화합물, 또는, 스쿠아릴륨기 및 크로코닉메틴기를 결합쇄로서 갖는 퀴놀린, 벤조티아졸, 벤조옥사졸 등의 2개의 함질소 복소환, 또는, 스쿠아릴륨기 및 크로코닉메틴기에 의해 결합한 시아닌계 유사한 색소 등을 바람직하게 사용할 수 있다. 또한, 상기 금속 착체 색소로서는, 디티올 금속 착체계 색소, 금속 프탈로시아닌 색소, 금속 포르피린 색소, 또는 루테늄 착체 색소가 바람직하지만, 이것으로 한정되는 것이 아니다.
유기 광전변환층(22)과 하부 전극(21)의 사이(구체적으로는, 유기 광전변환층(22)과 절연층(27)과의 사이) 및 유기 광전변환층(22)과 상부 전극(23)의 사이에는 다른 층이 마련되어 있어도 좋다. 구체적으로는, 예를 들면, 하부 전극(21)측부터 차례로, 하인막, 정공 수송층, 전자 블로킹막, 유기 광전변환층(22), 정공 블로킹막, 버퍼막, 전자 수송층 및 일함수 조정막 등이 적층되어 있어도 좋다.
상부 전극(23)은 하부 전극(21)과 마찬가지로 광투과성을 갖는 도전막에 의해 구성되어 있다. 광전변환 소자(10)를 1화소(P)로서 이용한 고체 촬상 장치(1)에서는, 상부 전극(23)은 화소(P)마다 분리되어 있어도 좋고, 각 화소(P)에 공통의 전극으로서 형성되어 있어도 좋다. 상부 전극(23)의 두께는 예를 들면, 10㎚∼200㎚이다.
고정 전하층(24)은 정의 고정 전하를 갖는 막이라도 좋고, 부의 고정 전하를 갖는 막이라도 좋다. 부의 고정 전하를 갖는 막의 재료로서는, 산화하프늄, 산화알루미늄, 산화지르코늄, 산화탄탈, 산화티탄 등을 들 수 있다. 또한 상기 이외의 재료로서는 산화란탄, 산화프라세오디뮴, 산화세륨, 산화네오디뮴, 산화프로메튬, 산화사마륨, 산화유로퓸, 산화가돌리늄, 산화테르븀, 산화디스프로슘, 산화홀뮴, 산화툴륨, 산화이테르븀, 산화루테튬, 산화이트륨, 질화알루미늄막, 산질화하프늄막 또는 산질화알루미늄막 등을 사용하여도 좋다.
고정 전하층(24)은 2종류 이상의 막을 적층한 구성을 갖고 있어도 좋다. 그에 의해, 예를 들면 부의 고정 전하를 갖는 막인 경우에는 정공 축적층으로서의 기능을 더욱 높이는 것이 가능하다.
유전체층(25)의 재료는 특히 한정되지 않지만, 예를 들면, 실리콘산화막, TEOS, 실리콘질화막, 실리콘산질화막 등에 의해 형성되어 있다.
층간 절연층(26)은 예를 들면, 산화실리콘, 질화실리콘 및 산질화실리콘(SiON) 등 중의 1종으로 이루어지는 단층막이나, 또는 이 중의 2종 이상으로 이루어지는 적층막에 의해 구성되어 있다. 층간 절연층(26) 내에는 하부 전극(21)이 판독 전극(21A)과 관통 전극(34)을 접속하는 패드부(39A)와 함께, 배선(39B)이 마련되어 있다. 이 배선(39B)은 축적 전극(21B)에 전압을 인가하는 구동용 배선이고, 축적 전극(21B)과 각각 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 축적 전극(21B)보다도 하층(반도체 기판(30)측)의 무기 광전변환부(32B, 32R)와 대향하는 위치에 각각 광학 필터(51B, 51R)가 마련되어 있다.
광학 필터(51B, 51R)는 각각 소정의 파장대역의 광을 선택적으로 투과하는 것이다. 구체적으로는, 광학 필터(51B)는 예를 들면 450㎚∼495㎚의 파장(청색광 ; 제1의 파장대역)을 선택적으로 투과하는 것이다. 광학 필터(51R)는 예를 들면 620㎚∼750㎚㎚ 이하의 파장(적색광 ; 제2의 파장대역)을 선택적으로 투과하는 것이다. 도 4는 광전변환 소자(10)의 각 부분(유기 광전변환층(22)과 광학 필터(51)와 무기 광전변환부(32B, 32R))의 위치 관계를 모식적으로 도시한 것이다. 도 4는, 화소(P1, P2, P3, P4)에서의 광전변환 소자의 주요부의 위치 관계를 모식적으로 도시한 것이다. 화소(P1, P2, P3, P4)는 XY 평면 방향으로 2행2열형상으로 배치되어 하나의 화소 유닛(Pu)을 구성하고 있다. 이와 같이, 화소(P1, P2, P3, P4)가 2행2열형상으로 배치된 경우, 광학 필터(51B, 51R)는 예를 들면, 도 5A에 도시한 바와 같이, 서로 대각선상에 배치할 수 있다. 도 5B는 도 4에 도시한 화소 유닛(Pu)을 4개 배치한 것이고, 광학 필터(51B, 51R)는 체크무늬형상, 즉, 인접하는 위치에 서로 다른 광학 필터(51B, 51R)가 배치되도록 되어 있다. 광학 필터(51B, 51R)의 배치는 이것으로 한하지 않고, 예를 들면 도 6A에 도시한 바와 같이, 예를 들면 Z축방향으로 같은 광학 필터를 배치하도록 하여 좋다. 도 6A에 도시한 화소 유닛(Pu)을 4개 배치하는 경우, 도 6B에 도시한 바와 같이, 광학 필터(51B, 51R)는 줄무늬형상으로 배치된다.
광학 필터(51)(51B, 51R)는 상기한 바와 같이, 소정의 파장대역의 광을 선택적으로 투과하는 것이면 어떤 것이라도 좋지만, 한 예로서, 유기 안료 분산형, 나노 홀형, 금속 이온 주입형, 양자 도트형 및 다층 간섭형의 광학 필터를 들 수 있다.
유기 안료 분산형의 광학 필터는, 일반적인 컬러 필터이다.
나노 홀형의 광학 필터는, 예를 들면, 금속 박막에 복수의 개공(開孔)이 주기적으로 배열된 것이고, 개공 사이의 거리를 제어하여 주기적으로 배치함으로써, 소정 파장의 광만이 금속 박막을 투과하게 된다. 예를 들면, 직경 150㎚의 개공을, 피치 260㎚로 주기적으로 배치함으로써, 파장 450㎚∼495㎚의 청색광을 투과하는 광학 필터(51B)가 구성된다. 예를 들면, 직경 150㎚의 개공을, 피치 420㎚로 주기적으로 배치함으로써, 파장 620㎚∼750㎚의 적색광을 투과하는 광학 필터(51R)가 구성된다.
금속 이온 주입형의 광학 필터는, 금속 나노 입자를 포함하는 것이고, 예를 들면, 산화실리콘막 등의 무기 재료막에, 이온 주입에 의해 금속 이온을 주입함으로써 형성할 수 있다.
양자 도트형의 광학 필터는, 층내에 양자 도트가 분산된 것이다. 양자 도트는, 양자 도트를 매입하는 층(광학 필터의 모재)보다도 굴절율이 높고, 지름이 정돈된 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 소정의 파장 범위의 광을 선택적으로 투과하는 광학 특성이 부여된다.
다층 간섭형의 광학 필터는, 굴절율이 다른 2종 이상의 막을 교대로 적층하여 이루어지는 다층막(다층 간섭막)에 의해 구성된 것이다. 굴절율이 다른 막으로서는, 예를 들면, 산화실리콘(SiO2)막과 질화실리콘(SiN)막, 산화실리콘(SiO2)막과 산화티탄(TiO2)막 등의 조합을 들 수 있다.
절연층(27)은 축적 전극(21B)과 유기 광전변환층(22)을 전기적으로 분리하기 위한 것이다. 절연층(27)은 하부 전극(21)을 덮도록, 예를 들면, 층간 절연층(26)상에 마련되어 있다. 또한, 절연층(27)에는 하부 전극(21) 중, 판독 전극(21A)상에 개공(27H)이 마련되어 있고 이 개공(27H)을 통하여, 판독 전극(21A)과 유기 광전변환층(22)이 전기적으로 접속되어 있다. 절연층(27)은 예를 들면, 층간 절연층(26)과 같은 재료를 사용하여 형성할 수 있고 예를 들면, 산화실리콘, 질화실리콘 및 산질화실리콘(SiON) 등 중의 1종으로 이루어지는 단층막이나, 또는 이 중의 2종 이상으로 이루어지는 적층막에 의해 구성되어 있다. 절연층(27)의 두께는 예를 들면, 20㎚∼500㎚이다.
보호층(28)은 광투과성을 갖는 재료에 의해 구성되고, 예를 들면, 산화실리콘, 질화실리콘 및 산질화실리콘 등 중의 어느 하나로 이루어지는 단층막, 또는 그들 중의 2종 이상으로 이루어지는 적층막에 의해 구성되어 있다. 이 보호층(28)의 두께는 예를 들면, 100㎚∼30000㎚이다.
또한, 보호층(28) 내에는 예를 들면, 판독 전극(21A)상에 차광막을 마련하도록 하여도 좋다. 그 경우, 차광막은 적어도 축적 전극(21B)에는 걸리지 않고, 적어도 유기 광전변환층(22)과 직접 접하여 있는 판독 전극(21A)의 영역을 덮도록 마련하는 것이 바람직하다.
반도체 기판(30)은 예를 들면, n형의 실리콘(Si) 기판에 의해 구성되고, 소정 영역에 p웰(31)을 갖고 있다. p웰(31)의 제2면(30B)에는 전송 트랜지스터(Tr3, Tr4)와 앰프 트랜지스터(AMP)와 리셋 트랜지스터(RST)와 선택 트랜지스터(SEL) 등이 마련되어 있다. 또한, 반도체 기판(30)의 주변부에는 로직 회로 등으로 되는 주변 회로(도시 생략)가 마련되어 있다.
리셋 트랜지스터(RST1)(리셋 트랜지스터(Tr1rst))는 유기 광전변환부(20)로부터 플로팅 디퓨전(FD1)에 전송된 전하를 리셋하는 것이고, 예를 들면 MOS 트랜지스터에 의해 구성되어 있다. 구체적으로는, 리셋 트랜지스터(Tr1rst)는 리셋 게이트(Grst1)와 채널 형성 영역(36A)과 소스/드레인 영역(36B, 36C)으로 구성되어 있다. 리셋 게이트(Grst1)는 리셋선(RST1)에 접속되고, 리셋 트랜지스터(Tr1rst)의 일방의 소스/드레인 영역(36B)은 플로팅 디퓨전(FD1)을 겸하고 있다. 리셋 트랜지스터(Tr1rst)를 구성하는 타방의 소스/드레인 영역(36C)은 전원(VDD)에 접속되어 있다.
앰프 트랜지스터(AMP1)는 유기 광전변환부(20)에서 생긴 전하량을 전압으로 변조하는 변조 소자이고, 예를 들면 MOS 트랜지스터에 의해 구성되어 있다. 구체적으로는, 앰프 트랜지스터(AMP)는 게이트(Gamp)와 채널 형성 영역(35A)과 소스/드레인 영역(35B, 35C)으로 구성되어 있다. 게이트(Gamp1)는 하부 제1 콘택트(45), 접속부(41A), 하부 제2 콘택트(46) 및 관통 전극(34) 등을 통하여, 판독 전극(21A) 및 리셋 트랜지스터(Tr1rst)의 일방의 소스/드레인 영역(36B)(플로팅 디퓨전(FD1))에 접속되어 있다. 또한, 일방의 소스/드레인 영역(35B)은 예를 들면, 리셋 트랜지스터(Tr1rst)를 구성하는 타방의 소스/드레인 영역(36C)과 영역을 공유하고 있고 전원(VDD)에 접속되어 있다.
선택 트랜지스터(SEL1)(선택 트랜지스터(TR1sel))는 게이트(Gsel1)와 채널 형성 영역(34A)과 소스/드레인 영역(34B, 34C)으로 구성되어 있다. 게이트(Gsel1)는 선택선(SEL1)에 접속되어 있다. 또한, 일방의 소스/드레인 영역(34B)은 앰프 트랜지스터(AMP)를 구성하는 타방의 소스/드레인 영역(35C)과 영역을 공유하고 있고 타방의 소스/드레인 영역(34C)은 신호선(데이터 출력선)(VSL1)에 접속되어 있다.
리셋 트랜지스터(RST2)(리셋 트랜지스터(Tr2rst))는 유기 광전변환부(20)로부터 플로팅 디퓨전(FD2)에 전송된 전하를 리셋하는 것이고, 예를 들면 MOS 트랜지스터에 의해 구성되어 있다. 구체적으로는, 리셋 트랜지스터(Tr2rst)는 리셋 게이트(Grst2)와 채널 형성 영역(36A)과 소스/드레인 영역(36B, 36C)으로 구성되어 있다. 리셋 게이트(Grst)는 리셋선(RST2)에 접속되고, 리셋 트랜지스터(Tr2rst)의 일방의 소스/드레인 영역(36B)은 플로팅 디퓨전(FD2)을 겸하고 있다. 리셋 트랜지스터(Tr2rst)를 구성하는 타방의 소스/드레인 영역(36C)은 전원(VDD)에 접속되어 있다.
앰프 트랜지스터(AMP2)는 유기 광전변환부(20)에서 생긴 전하량을 전압으로 변조하는 변조 소자이고, 예를 들면 MOS 트랜지스터에 의해 구성되어 있다. 구체적으로는, 앰프 트랜지스터(AMP2)는 게이트(Gamp2)와 채널 형성 영역(35A)과 소스/드레인 영역(35B, 35C)으로 구성되어 있다. 게이트(Gamp2)는 하부 제1 콘택트(45), 접속부(41A), 하부 제2 콘택트(46) 및 관통 전극(34) 등을 통하여, 판독 전극(21A) 및 리셋 트랜지스터(Tr2rst)의 일방의 소스/드레인 영역(36B)(플로팅 디퓨전(FD2))에 접속되어 있다. 또한, 일방의 소스/드레인 영역(35B)은 예를 들면, 리셋 트랜지스터(Tr2rst)를 구성하는 타방의 소스/드레인 영역(36C)과 영역을 공유하고 있고 전원(VDD)에 접속되어 있다.
선택 트랜지스터(SEL2)(선택 트랜지스터(TR2sel))는 게이트(Gsel2)와 채널 형성 영역(34A)과 소스/드레인 영역(34B, 34C)으로 구성되어 있다. 게이트(Gsel2)는 선택선(SEL2)에 접속되어 있다. 또한, 일방의 소스/드레인 영역(34B)은 앰프 트랜지스터(AMP2)를 구성하는 타방의 소스/드레인 영역(35C)과 영역을 공유하고 있고 타방의 소스/드레인 영역(34C)은 신호선(데이터 출력선)(VSL2)에 접속되어 있다.
무기 광전변환부(32B, 32R)는 각각 반도체 기판(30)의 소정 영역에 pn 접합을 갖는다. 무기 광전변환부(32B)는 광학 필터(51B)에 의해 선택적으로 투과된 청색광을 검출하여 청색에 대응하는 신호 전하로서 축적하는 것이다. 무기 광전변환부(32R)는 광학 필터(51R)에 의해 선택적으로 투과된 적색광을 검출하여 적색에 대응하는 신호 전하를 축적시키는 것이다. 또한, 청(B)은 예를 들면 450㎚∼495㎚의 파장대역, 적(R)은 예를 들면 620㎚∼750㎚의 파장대역에 각각 대응하는 색이다. 무기 광전변환부(32B, 32R)는 각각 각 파장대역 중의 일부 또는 전부의 파장대역의 광을 검출 가능하게 되어 있으면 좋다. 무기 광전변환부(32B) 및 무기 광전변환부(32R)는 각각 예를 들면, 정공 축적층이 되는 p+영역과, 전자 축적층이 되는 n영역을 포함하여 구성되어 있다. 또한, 2종류의 무기 광전변환부(32B, 32R)는 도 1에서는, 반도체 기판(30) 내의 막두께 방향(Y축방향)에서의 서로 같은 높이에 형성되고, 병렬로 배치되어 있는 예를 나타냈지만 이것으로 한하지 않는다. 예를 들면, 반도체 기판(30) 내에서 공간적으로 다른 위치(막두께 방향에서 다른 높이)에 마련되어 있어도 좋다.
전송 트랜지스터(Tr3)(전송 트랜지스터(TR3trs))는 무기 광전변환부(32B)에서 발생하고, 축적된 청색에 대응하는 신호 전하(여기서는, 전자)를 플로팅 디퓨전(FD3)에 전송하기 위한 것이다. 또한, 전송 트랜지스터(TR3trs)는 전송 게이트선(TG3)에 접속되어 있다. 또한, 전송 트랜지스터(TR3trs)의 게이트(Gtrs3)의 근방의 영역(37C)에는 플로팅 디퓨전(FD3)이 마련되어 있다. 무기 광전변환부(32B)에 축적된 전하는 게이트(Gtrs3)에 따라 형성되는 전송 채널을 통하여 플로팅 디퓨전(FD3)에 판독된다.
전송 트랜지스터(Tr4)(전송 트랜지스터(TR4trs))는 무기 광전변환부(32R)에서 발생하고, 축적된 적색에 대응하는 신호 전하(여기서는, 전자)를 플로팅 디퓨전(FD4)에 전송하는 것이고, 예를 들면 MOS 트랜지스터에 의해 구성되어 있다. 또한, 전송 트랜지스터(TR4trs)는 전송 게이트선(TG4)에 접속되어 있다. 또한, 전송 트랜지스터(TR4trs)의 게이트(Gtrs4)의 근방의 영역(38C)에는 플로팅 디퓨전(FD4)이 마련되어 있다. 무기 광전변환부(32R)에 축적된 전하는 게이트(Gtrs4)에 따라 형성되는 전송 채널을 통하여 플로팅 디퓨전(FD4)에 판독된다.
반도체 기판(30)의 제2면(30B)측에는 또한, 무기 광전변환부(32B)의 제어부를 구성하는 리셋 트랜지스터(TR3rst)와 앰프 트랜지스터(TR3amp)와 선택 트랜지스터(TR3sel)가 마련되어 있다. 또한, 무기 광전변환부(32R)의 제어부를 구성하는 리셋 트랜지스터(TR4rst)와 앰프 트랜지스터(TR4amp) 및 선택 트랜지스터(TR4sel)가 마련되어 있다.
리셋 트랜지스터(TR3rst)는 게이트, 채널 형성 영역 및 소스/드레인 영역으로 구성되어 있다. 리셋 트랜지스터(TR3rst)의 게이트는 리셋선(RST3)에 접속되고, 리셋 트랜지스터(TR3rst)의 일방의 소스/드레인 영역은 전원(VDD)에 접속되어 있다. 리셋 트랜지스터(TR3rst)의 타방의 소스/드레인 영역은 플로팅 디퓨전(FD3)을 겸하고 있다.
앰프 트랜지스터(TR3amp)는 게이트, 채널 형성 영역 및 소스/드레인 영역으로 구성되어 있다. 게이트는, 리셋 트랜지스터(TR3rst)의 타방의 소스/드레인 영역(플로팅 디퓨전(FD3))에 접속되어 있다. 또한, 앰프 트랜지스터(TR3amp)를 구성하는 일방의 소스/드레인 영역은 예를 들면, 리셋 트랜지스터(TR3rst)를 구성하는 일방의 소스/드레인 영역과 영역을 공유하고 있고 전원(VDD)에 접속되어 있다.
선택 트랜지스터(TR3sel)는 게이트, 채널 형성 영역 및 소스/드레인 영역으로 구성되어 있다. 게이트는, 선택선(SEL3)에 접속되어 있다. 또한, 선택 트랜지스터(TR3sel)를 구성하는 일방의 소스/드레인 영역은 앰프 트랜지스터(TR3amp)를 구성하는 타방의 소스/드레인 영역과 영역을 공유하고 있다. 선택 트랜지스터(TR3sel)를 구성하는 타방의 소스/드레인 영역은 신호선(데이터 출력선)(VSL3)에 접속되어 있다.
리셋 트랜지스터(TR4rst)는 게이트, 채널 형성 영역 및 소스/드레인 영역으로 구성되어 있다. 리셋 트랜지스터(TR4rst)의 게이트는 리셋선(RST4)에 접속되고, 리셋 트랜지스터(TR4rst)를 구성하는 일방의 소스/드레인 영역은 전원(VDD)에 접속되어 있다. 리셋 트랜지스터(TR4rst)를 구성하는 타방의 소스/드레인 영역은 플로팅 디퓨전(FD4)을 겸하고 있다.
앰프 트랜지스터(TR4amp)는 게이트, 채널 형성 영역 및 소스/드레인 영역으로 구성되어 있다. 게이트는, 리셋 트랜지스터(TR4rst)를 구성하는 타방의 소스/드레인 영역(플로팅 디퓨전(FD4))에 접속되어 있다. 또한, 앰프 트랜지스터(TR4amp)를 구성하는 일방의 소스/드레인 영역은 예를 들면, 리셋 트랜지스터(TR4rst)를 구성하는 일방의 소스/드레인 영역과, 영역을 공유하고 있고 전원(VDD)에 접속되어 있다.
선택 트랜지스터(TR4sel)는 게이트, 채널 형성 영역 및 소스/드레인 영역으로 구성되어 있다. 게이트는, 선택선(SEL4)에 접속되어 있다. 또한, 선택 트랜지스터(TR4sel)를 구성하는 일방의 소스/드레인 영역은 앰프 트랜지스터(TR4amp)를 구성하는 타방의 소스/드레인 영역과, 영역을 공유하고 있다. 선택 트랜지스터(TR4sel)를 구성하는 타방의 소스/드레인 영역은 신호선(데이터 출력선)(VSL4)에 접속되어 있다.
리셋선(RST1, RST2, RST3, RST4), 선택선(SEL1, SEL2, SEL3, SEL4), 전송 게이트선(TG3, TG4)은 각각 구동 회로를 구성하는 수직 구동 회로(112)에 접속되어 있다. 신호선(데이터 출력선)(VSL1, VSL2, VSL3, VSL4)은 구동 회로를 구성하는 칼럼 신호 처리 회로(113)에 접속되어 있다.
하부 제1 콘택트(45), 하부 제2 콘택트(46), 상부 제1 콘택트(29A) 및 상부 제2 콘택트(29B)는 예를 들면, PDAS(Phosphorus Doped Amorphous Silicon) 등의 도프된 실리콘 재료, 또는, 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 티탄(Ti), 코발트(Co), 하프늄(Hf), 탄탈(Ta) 등의 금속재료에 의해 구성되어 있다.
(1-2. 광전변환 소자의 제조 방법)
본 실시의 형태의 광전변환 소자(10)는 예를 들면, 다음과 같이 하여 제조할 수 있다. 또한, 여기서는, 화소(P1) 내의 광전변환 소자(10)를 들고 설명하지만, 화소(P2) 내의 광전변환 소자(10)도 같은 제조 공정 내에서 마찬가지로 형성할 수 있다.
도 7 및 도 8은 광전변환 소자(10)의 제조 방법을 공정 순서로 도시한 것이다. 우선, 도 7에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(30) 내에, 제1의 도전형의 웰로서 예를 들면 p웰(31)을 형성하고, 이 p웰(31) 내에 제2의 도전형(예를 들면 n형)의 무기 광전변환부(32B)를 형성한다. 반도체 기판(30)의 제1면(30A) 부근에는 p+영역을 형성한다.
반도체 기판(30)의 제2면(30B)에는 동일하게 도 7에 도시한 바와 같이, 예를 들면 플로팅 디퓨전(FD1∼FD4)이 되는 n+영역을 형성한 후, 게이트 절연층(33)과 전송 트랜지스터(Tr3), 전송 트랜지스터(Tr4), 선택 트랜지스터(SEL), 앰프 트랜지스터(AMP) 및 리셋 트랜지스터(RST)의 각 게이트를 포함하는 게이트 배선층(47)을 형성한다. 이에 의해, 전송 트랜지스터(Tr3), 전송 트랜지스터(Tr4), 선택 트랜지스터(SEL), 앰프 트랜지스터(AMP) 및 리셋 트랜지스터(RST)를 형성한다. 또한, 반도체 기판(30)의 제2면(30B)상에 하부 제1 콘택트(45), 하부 제2 콘택트(46) 및 접속부(41A)를 포함하는 배선층(41∼43) 및 절연층(44)으로 이루어지는 다층 배선(40)을 형성한다.
반도체 기판(30)의 기체로서는, 예를 들면, 반도체 기판(30)과 매입 산화막(도시 생략)과 지지 기판(도시 생략)을 적층한 SOI(Silicon on Insulator) 기판을 사용한다. 매입 산화막 및 지지 기판은, 도 7에는 도시하지 않지만, 반도체 기판(30)의 제1면(30A)에 접합되어 있다. 이온 주입 후 어닐 처리를 행한다.
뒤이어, 반도체 기판(30)의 제2면(30B)측(다층 배선(40)측)에 지지 기판(도시 생략) 또는 다른 반도체 기체 등을 접합하여, 상하 반전한다. 계속해서, 반도체 기판(30)을 SOI 기판의 매입 산화막 및 지지 기판부터 분리하여, 반도체 기판(30)의 제1면(30A)을 노출시킨다. 이상의 공정은, 이온 주입 및 CVD(Chemical Vapor Deposition) 등 통상의 CMOS 프로세스에서 사용되고 있는 기술로 행하는 것이 가능하다.
뒤이어, 도 8에 도시한 바와 같이, 예를 들면 드라이 에칭에 의해 반도체 기판(30)을 제1면(30A)측부터 가공하여, 예를 들면 환형상의 개공(34H)을 형성한다. 개공(34H)의 깊이는, 도 8에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(30)의 제1면(30A)부터 제2면(30B)까지 관통함과 함께, 예를 들면, 접속부(41A)까지 도달하는 것이다.
계속해서, 반도체 기판(30)의 제1면(30A) 및 개공(34H)의 측면에, 예를 들면 부의 고정 전하층(24)을 형성한다. 부의 고정 전하층(24)으로서, 2종류 이상의 막을 적층하여도 좋다. 그에 의해, 정공 축적층으로서의 기능을 보다 높이는 것이 가능해진다. 부의 고정 전하층(24)을 형성한 후, 유전체층(25)을 형성한다. 다음에, 유전체층(25)상의 소정의 위치에 패드부(39A)를 형성한 후, 유전체층(25) 및 패드부(39A)상에 절연층을 형성하고, 또한, 광학 필터(51)(52B, 51R)를 패턴 형성한다.
이 후, 유기 광전변환부(20) 및 온 칩 렌즈(52) 등을 순차적으로 형성한다. 구체적으로는, 예를 들면, 절연층(26A)상에 도전막을 성막한 후, 도전막의 소정의 위치에 포토레지스트(PR)를 형성한다. 그 후, 에칭 및 포토레지스트(PR)를 제거함으로써 배선(39B)이 패터닝된다.
뒤이어, 절연층(26A) 및 배선(39B)상에 절연층을 성막한 후, 예를 들면, CMP(Chemical Mechanical Polishing)법을 이용하여 절연층(26B)의 표면을 평탄화한다. 계속해서, 패드부(39A) 및 배선(39B)상에 각각 개공을 형성한 후, 그 개공에, 예를 들면 Al 등의 도전 재료를 매입하여, 상부 제1 콘택트(29A) 및 상부 제2 콘택트(29B)를 각각 형성한다.
계속해서, 상부 제1 콘택트(29A), 상부 제2 콘택트(29B) 및 층간 절연층(26)상에 도전막을 성막한 후, 도전막의 소정의 위치에 포토레지스트(PR)를 형성한다. 그 후, 에칭 및 포토레지스트(PR)를 제거함으로써, 판독 전극(21A) 및 축적 전극(21B)이 패터닝된다.
뒤이어, 층간 절연층(26), 판독 전극(21A) 및 축적 전극(21B)상에 절연층(27)을 성막한 후, 판독 전극(21A)상에 개공(27H)을 마련한다. 이 후, 층간 절연층(26)상에 유기 광전변환층(22), 상부 전극(23) 및 보호층(28)을 형성한다. 또한, 상기한 바와 같이, 유기 광전변환층(22)의 상층 또는 하층에, 다른 유기층(예를 들면, 전자 블로킹층 등)을 형성하는 경우에는 진공 공정에서 연속적으로(진공 일관 프로세스로) 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 유기 광전변환층(22)의 성막 방법으로서는, 반드시 진공 증착법을 이용한 수법으로 한하지 않고, 다른 수법, 예를 들면, 스핀 코트 기술이나 프린트 기술 등을 이용하여도 좋다. 최후에, 평탄화층 등의 광학 부재 및 온 칩 렌즈(52)를 마련한다. 이상에 의해, 도 1에 도시한 광전변환 소자(10)가 완성된다.
광전변환 소자(10)에서는, 유기 광전변환부(20)에, 온 칩 렌즈(52)를 통하여 광이 입사하면, 그 광은, 유기 광전변환부(20), 무기 광전변환부(또는, 무기 광전변환부(32R))의 순서로 통과하고, 그 통과 과정에서 녹, 청, 적의 색광마다 광전변환된다. 이하, 각 색의 신호 취득 동작에 관해 설명한다.
(유기 광전변환부(20)에 의한 녹색 신호의 취득)
광전변환 소자(10)에 입사한 광 중, 우선, 녹색광이, 유기 광전변환부(20)에서 선택적으로 검출(흡수)되고, 광전변환된다. 이하는, 화소(P1)에 관해 설명하는 것이지만, 화소(P2)에 관해서도 마찬가지이다.
유기 광전변환부(20)는 관통 전극(34)을 통하여, 앰프 트랜지스터(AMP)의 게이트(Gamp)와 플로팅 디퓨전(FD1)(화소(P2)에서는, FD2)에 접속되어 있다. 따라서, 유기 광전변환부(20)에서 발생한 전자-정공쌍 중의 전자가, 하부 전극(21)측부터 취출되고, 관통 전극(34)을 통하여 반도체 기판(30)의 제2면(30B)측에 전송되고, 플로팅 디퓨전(FD1)에 축적된다. 이와 함께, 앰프 트랜지스터(AMP)에 의해, 유기 광전변환부(20)에서 생긴 전하량이 전압으로 변조된다.
또한, 플로팅 디퓨전(FD1)의 옆에는 리셋 트랜지스터(RST)의 리셋 게이트(Grst)가 배치되어 있다. 이에 의해, 플로팅 디퓨전(FD1)에 축적된 전하는 리셋 트랜지스터(RST)에 의해 리셋된다.
여기서는, 유기 광전변환부(20)가, 관통 전극(34)을 통하여, 앰프 트랜지스터(AMP)뿐만 아니라 플로팅 디퓨전(FD1)에도 접속되어 있기 때문에, 플로팅 디퓨전(FD1)에 축적된 전하를 리셋 트랜지스터(RST)에 의해 용이하게 리셋하는 것이 가능해진다.
이에 대해, 관통 전극(34)과 플로팅 디퓨전(FD1)이 접속되지 않은 경우에는 플로팅 디퓨전(FD1)에 축적된 전하를 리셋하는 것이 곤란해저서, 큰 전압을 부가하여 상부 전극(23)측으로 인발하게 된다. 그 때문에, 유기 광전변환층(22)이 데미지를 받을 우려가 있다. 또한, 단시간에서의 리셋을 가능하게 하는 구조는 암흑시 노이즈의 증대를 초래하여, 트레이드 오프로 되기 때문에 이 구조는 곤란하다.
도 9는 광전변환 소자(10)의 한 동작례를 도시하는 것이다. (A)는 축적 전극(21B)에서의 전위를 도시하고, (B)는 플로팅 디퓨전(FD1)(판독 전극(21A))에서의 전위를 도시하고, (C)는 리셋 트랜지스터(TR1rst)의 게이트(Gsel)에서의 전위를 도시하는 것이다. 광전변환 소자(10)에서는, 판독 전극(21A) 및 축적 전극(21B)은 각각 개별적으로 전압이 인가되도록 되어 있다.
광전변환 소자(10)에서는, 축적 기간에서는, 구동 회로로부터 판독 전극(21A)에 전위(V1)가 인가되고, 축적 전극(21B)에 전위(V2)가 인가된다. 여기서, 전위(V1, V2)는 V2>V1라고 한다. 이에 의해, 광전변환에 의해 생긴 전하(여기서는, 전자)는 축적 전극(21B)으로 끌어당겨지고, 축적 전극(21B)과 대향하는 유기 광전변환층(22)의 영역에 축적된다(축적 기간). 그와 관련하여, 축적 전극(21B)과 대향하는 유기 광전변환층(22)의 영역의 전위는, 광전변환의 시간 경과에 수반하여, 보다 부측의 값이 된다. 또한, 정공은, 상부 전극(23)부터 구동 회로에 송출된다.
광전변환 소자(10)에서는, 축적 기간의 후기에서 리셋 동작이 이루어진다. 구체적으로는, 타이밍(t1)에서, 주사부는, 리셋 신호(RST)의 전압을 저레벨로부터 고레벨로 변화시킨다. 이에 의해, 단위화소(P)에서는, 리셋 트랜지스터(TR1rst)가 온 상태가 되고, 그 결과, 플로팅 디퓨전(FD1)의 전압이 전원 전압(VDD)으로 설정되고, 플로팅 디퓨전(FD1)의 전압이 리셋된다(리셋 기간).
리셋 동작의 완료 후, 전하의 판독이 행하여진다. 구체적으로는, 타이밍(t2)에서, 구동 회로로부터 판독 전극(21A)에는 전위(V3)가 인가되고, 축적 전극(21B)에는 전위(V4)가 인가된다. 여기서, 전위(V3, V4)는 V3<V4라고 한다. 이에 의해, 축적 전극(21B)에 대응하는 영역에 축적되어 있던 전하(여기서는, 전자)는 판독 전극(21A)로부터 플로팅 디퓨전(FD1)에 판독된다. 즉, 유기 광전변환층(22)에 축적된 전하가 제어부에 판독된다(전송 기간).
판독 동작 완료 후, 재차, 구동 회로로부터 판독 전극(21A)에 전위(V1)가 인가되고, 축적 전극(21B)에 전위(V2)가 인가된다. 이에 의해, 광전변환에 의해 생긴 전하(여기서는, 전자)는 축적 전극(21B)에 끌어당겨지고, 축적 전극(21B)과 대향하는 유기 광전변환층(22)의 영역에 축적된다(축적 기간).
(무기 광전변환부(32B, 32R)에 의한 청색 신호, 적색 신호의 취득)
계속해서, 유기 광전변환부(20)를 투과한 광 중, 청색광은 무기 광전변환부(32B), 적색광은 무기 광전변환부(32R)에서, 각각 흡수되고, 광전변환된다. 무기 광전변환부(32B)에서는, 입사한 청색광에 대응하는 전자가 무기 광전변환부(32B)의 n영역에 축적되고, 축적된 전자는, 전송 트랜지스터(Tr3)에 의해 플로팅 디퓨전(FD3)에 전송된다. 마찬가지로, 무기 광전변환부(32R)에서는, 입사한 적색광에 대응하는 전자가 무기 광전변환부(32R)의 n영역에 축적되고, 축적된 전자는, 전송 트랜지스터(Tr4)에 의해 플로팅 디퓨전(FD4)에 전송된다.
(1-3. 작용·효과)
전술한 반도체 기판(Si 기판) 내에 마련된 무기 광전변환부와, 반도체 기판의 이면측에 형성된 유기 광전변환막이 적층된 이른바 종방향 분광형의 고체 촬상 장치에서는, 유기 광전변환막에서 제1의 광성분을 흡수하고, 그 밖의 광성분은 Si 기판 내의 무기 광전변환부(포토 다이오드 ; PD)에서 흡수된다. Si 기판은, 광조사면측의 흡수율이 높다. 그 때문에, 유기 광전변환막을 투과한 광을, Si 기판 내의 깊이 방향에서 색 분리하고자 하면, 광성분을 혼색 없이 검출하는 것은 곤란하였다.
이에 대해, 본 실시의 형태에서는, 유기 광전변환부(20)와 무기 광전변환부(32)의 사이(32B, 32R)에, 광학 필터(51)(51B, 51R)를 배치하도록 하였다. 이에 의해, 유기 광전변환부(20)를 투과한 파장 중, 불필요한 파장 성분을 제거하는 것이 가능해진다. 환언하면, 소망하는 파장 성분을 선택적으로 무기 광전변환부(32)(32B, 32R)에 조사하는 것이 가능해진다.
이상, 본 실시의 형태의 광전변환 소자(10)에서는, 유기 광전변환부(20)와 무기 광전변환부(32)(32B, 32R)의 사이에 광학 필터(51)(51B, 51R)를 배치하도록 하였기 때문에, 불필요한 파장 성분을 제거하고, 소망하는 파장 성분을 선택적으로 무기 광전변환부(32)(32B, 32R)에 조사하는 것이 가능해진다. 따라서, 분광 특성을 향상시키는 것이 가능해진다.
다음에, 변형례 1∼3에 관해 설명한다. 이하에서는, 상기 실시의 형태와 같은 구성 요소에 관해서는 동일한 부호를 붙이고 적절히 그 설명을 생략한다.
<2. 변형례>
(2-1. 변형례 1)
도 10A 및 도 10B는 본 개시의 변형례(변형례 1)에 관한 광전변환 소자(10A)에서의 광학 필터(51)(51B, 51R, 51W)의 배치의 한 예를 도시하는 것이다. 이 광전변환 소자(10A)는 상기 실시의 형태의 광전변환 소자(10)와 마찬가지로, 예를 들면, 디지털 스틸 카메라, 비디오 카메라 등의 전자 기기에 사용되는 CMOS 이미지 센서 등의 고체 촬상 장치(고체 촬상 장치(1) ; 도 26 참조)에서 하나의 화소(단위화소(P))를 구성하는 것이다. 본 변형례의 광전변환 소자(10A)는 광학 필터(51)로서, 적어도 가시광을 투과하는 광학 필터(51W)를 추가한 점이, 상기 실시의 형태와는 다르다.
본 변형례에서는, 상기 실시의 형태와 마찬가지로, 4개의 광전변환 소자(10A)가 하나의 화소 유닛(Pu)을 구성하고 있고 4개의 광전변환 소자(10A)에는 3종류의 광학 필터(51B, 51R, 51W)가 사용되고 있다. 이와 같이, 4개의 광전변환 소자(10A)에 3종류의 광학 필터(51B, 51R, 51W)를 배치하는 경우에는 예를 들면, 도 10A에 도시한 바와 같이, 하나의 광학 필터(도 10A에서는, 광학 필터(51W))를 예를 들면 X축방향으로 병렬 배치하고, 나머지 2개의 광학 필터(도 10A에서는, 광학 필터(51B, 51R))를 예를 들면 X축방향으로 교대로 배치하도록 하여 좋다. 또는, 예를 들면, 도 10B에 도시한 바와 같이, 하나의 광학 필터(도 10B에서는, 광학 필터(51W))를 예를 들면 하나의 대각선상에 배치하고, 나머지 2개의 광학 필터(도 10B에서는, 광학 필터(51B, 51R))를 예를 들면 다른 대각선상에 배치하도록 하여 좋다.
이와 같이, 예를 들면, 화소 유닛(Pu) 내에, 무기 광전변환부(32B, 32R)상에 광학 필터(51B, 51R)를 갖는 화소에 더하여, 무기 광전변환부(32)상에 가시광을 투과하는 광학 필터(51W)가 배치된 화소를 추가함으로써, 보다 많은 광을 무기 광전변환부(32)에 조사시키는 것이 가능해진다. 이에 의해, 분광 특성을 향상시키면서, 저 조도 환경에서의 S(Signal)/N(Noise)비를 향상시키는 것이 가능해진다.
(2-2. 변형례 2)
도 11은 본 개시의 변형례(변형례 2)에 관한 광전변환 소자(60)가 2행2열형상으로 4개 배치된 화소 유닛(Pu)을 4개 조합시킨 때의 주요부의 위치 관계를 모식적으로 도시한 것이다. 광전변환 소자(60)는 상기 실시의 형태의 광전변환 소자(10)와 마찬가지로, 예를 들면, 디지털 스틸 카메라, 비디오 카메라 등의 전자 기기에 사용되는 CMOS 이미지 센서 등의 고체 촬상 장치(고체 촬상 장치(1) ; 도 26 참조)에서 하나의 화소(단위화소(P))를 구성하는 것이다. 본 변형례의 광전변환 소자(60)는 유기 광전변환층(62)를 예를 들면, 적외광(IR)을 흡수함과 함께, 가시광을 투과하는 광전변환층으로서 구성하고, 반도체 기판(30) 내에, 녹색광을 흡수하는 무기 광전변환부(32G) 및 청색광을 흡수하는 무기 광전변환부(32B)에 더하여 적색광을 흡수하는 무기 광전변환부(32R) 중의 어느 하나를 마련한 점이 상기 실시의 형태와는 다르다.
도 12A는 화소 유닛(Pu) 내에 배치된 광학 필터(51)(51R, 51G, 51B)의 배치의 한 예를 도시하는 것이다. 화소 유닛(Pu)에서는, 예를 들면 4개의 화소(P1, P2, P3, P4)로 구성되어 있다. 광학 필터(51R, 51G, 51B)는 상기 변형례 1과 마찬가지로, 예를 들면, 하나의 광학 필터(도 12A에서는, 광학 필터(51G))가, 예를 들면 1의 대각선상에 배치되고, 나머지 2개의 광학 필터(도 12B에서는, 광학 필터(51R, 51B))가, 예를 들면 다른 대각선상에 배치되어 있다. 이 화소(P)를 4개, 2행2열형상으로 배치함으로써, 광학 필터(51R, 51G, 51B)는 이른바 베이어형상으로 배치된다. 이 밖에, 도시하고 있지 않지만, 변형례 1과 마찬가지로, 하나의 광학 필터(예를 들면, 광학 필터(51G))를 예를 들면 X축방향으로 병렬 배치하고, 나머지 2개의 광학 필터(예를 들면, 광학 필터(51R), 51B)를 예를 들면 X축방향으로 교대로 배치하도록 하여 좋다.
도 12B는 화소 유닛(Pu) 내에 배치된 4종류의 광학 필터(51R, 51G, 51B, 51W)의 배치의 한 예를 도시하는 것이다. 도 12B에서는, RGB의 3종류의 광학 필터(51R, 51G, 51B)에 더하여, 가시광을 투과하는 광학 필터(51W)가 추가되어, 1화소 유닛(Pu) 내에 각 광학 필터가 하나씩 배치되어 있다.
(2-3. 변형례 3)
도 13은 본 개시의 변형례(변형례 3)에 관한 광전변환 소자(광전변환 소자(70))의 주요부의 적층 구성을 모식적으로 도시한 것이다. 광전변환 소자(70)는 상기 실시의 형태와 마찬가지로, 예를 들면, 디지털 스틸 카메라, 비디오 카메라 등의 전자 기기에 사용된 CMOS 이미지 센서 등의 고체 촬상 장치(고체 촬상 장치(1) ; 도 26 참조)에서 하나의 화소(단위화소(P))를 구성하는 것이다. 본 변형례에서는, 이웃하는 화소(Pb1, Pr1, Pb2, Pr2)에서의 서로 다른 파장대역의 광을 흡수하는 무기 광전변환부(32B)와 무기 광전변환부(32R)의 사이에 차광부를 마련한 점이 상기 실시의 형태 및 변형례 1, 2와는 다르다.
도 14A는 2행2열형상으로 배치된 각 화소(P)(Pb1, Pr1, Pb2, Pr2)에 마련된 4개의 광전변환 소자(70A)의 각 부분의 평면 구성을 모식적으로 도시한 것이다. 도 14B는 도 14A에 도시한 I-I선에서의 단면 구성을 모식적으로 도시한 것이고, 도 14C는 도 14A에 도시한 Ⅱ-Ⅱ선에서의 단면 구성을 모식적으로 도시한 것이다. 광전변환 소자(70A)는 도 13에 도시한 2개의 광전변환 소자(70)의 각 부분의 구체적인 구성의 한 예이고, 예를 들면, 1화소 유닛(Pu) 내에, 청색광을 흡수하는 화소(Pb1) 및 화소(Pb2)(청 화소) 및 적색광을 흡수하는 화소(Pr1) 예비 화소(Pr2)(적 화소)가 체크무늬형상으로 배치된 것이다. 이 화소 유닛(Pu)에서는, 판독 전극(71A)(71A1, 71A2, 71A3, 71A4) 및 이것에 접속되는 관통 전극(74)(74A, 74B, 74C, 74D)이, 예를 들면, 사각형 형상의 화소(Pb1, Pr1, Pb2, Pr2)의 한구석에 마련되고, 축적 전극(71B)(71B1, 71B2, 71B3, 71B4)과 접속되는 배선(39B1, 39B2)이, 각각 X축방향으로 이웃하는 화소(Pb1, Pr1) 및 화소(Pb2와 Pr2)의 공통 배선으로서 마련되어 있다. 이 광전변환 소자(70A)에서는, 예를 들면, 관통 전극(74A, 74B, 74C, 74D) 및 배선(39B1, 39B2)이 차광성을 갖는 재료를 사용하여 형성되어 있고 이들이 차광부를 구성하고 있다. 또한, 배선(39B1, 39B2)의 재료로서는, 텅스텐(W), 티탄나이트라이드(TiN), 티탄(Ti), 구리(Cu) 등의 금속재료를 들 수 있다.
도 15A는 2행2열형상으로 배치된 각 화소(P)(Pb1, Pr1, Pb2, Pr2)에 마련된 4개의 광전변환 소자(70B)의 평면 구성을 모식적으로 도시한 것이다. 도 15B는 도 15A에 도시한 I-I선에서의 단면 구성을 모식적으로 도시한 것이고, 도 15C는 도 15A에 도시한 Ⅱ-Ⅱ선에서의 단면 구성을 모식적으로 도시한 것이다. 광전변환 소자(70B)는 도 13에 도시한 광전변환 소자(70)의 각 부분의 구체적인 구성의 다른 예이고, 광전변환 소자(70A)와 마찬가지로, 예를 들면, 1화소 유닛(Pu) 내에, 청색광을 흡수하는 화소(Pb1) 및 화소(Pb2)(청 화소) 및 적색광을 흡수하는 화소(Pr1) 및 화소(Pr2)(적 화소)가 체크무늬형상으로 배치된 것이다. 이 화소 유닛(Pu)에서는, 판독 전극(71A)(71A1, 71A2, 71A3, 71A4) 및 이것에 접속되는 관통 전극(74)(74A, 74B, 74C, 74D)이, 예를 들면, 사각형 형상의 화소(Pb1, Pr1, Pb2, Pr2)의 한 변에 마련되어 있고 배선(39B1, 39B2)은 생략되어 있다. 이 광전변환 소자(70B)에서는, 예를 들면, 관통 전극(74A, 74B, 74C, 74D)이 차광성을 갖는 재료를 사용하여 형성되어 있고 이것이 차광부를 구성하고 있다.
도 16A는 2행2열형상으로 배치된 각 화소(P)(Pb1, Pr1, Pb2, Pr2)에 마련된 4개의 광전변환 소자(70C)의 평면 구성을 모식적으로 도시한 것이다. 도 16B는 도 16A에 도시한 I-I선에서의 단면 구성을 모식적으로 도시한 것이고, 도 16C는 도 16A에 도시한 Ⅱ-Ⅱ선에서의 단면 구성을 모식적으로 도시한 것이다. 광전변환 소자(70C)는 도 13에 도시한 광전변환 소자(70)의 각 부분의 구체적인 구성의 다른 예이고, 광전변환 소자(70A)와 마찬가지로, 예를 들면, 1화소 유닛(Pu) 내에, 청색광을 흡수하는 화소(Pb1) 및 화소(Pb2)(청 화소) 및 적색광을 흡수하는 화소(Pr1) 및 화소(Pr2)(적 화소)가 체크무늬형상으로 배치된 것이다. 이 화소 유닛(Pu)에서는, 판독 전극(71A)(71A1, 71A2, 71A3, 71A4) 및 이것에 접속되는 관통 전극(74)(74A, 74B, 74C, 74D)이, 예를 들면, 사각형 형상의 화소(Pb1, Pr1, Pb2, Pr2)의 한 변에 마련되고, 축적 전극(71B)(71B1, 71B2, 71B3, 71B4)과 접속되는 배선(39B1, 39B2)이, 각각 X축방향으로 이웃하는 화소(Pb1, Pr1) 및 화소(Pb2와 Pr2)의 공통 배선으로서 마련되어 있다. 이 광전변환 소자(70C)에서는, 예를 들면, 관통 전극(74A, 74B, 74C, 74D) 및 배선(39B1, 39B2)이 차광성을 갖는 재료를 사용하여 형성되어 있고 이들이 차광부를 구성하고 있다.
도 17A는 2행2열형상으로 배치된 각 화소(P)(Pb1, Pr1, Pb2, Pr2)에 마련된 4개의 광전변환 소자(70D)의 평면 구성을 모식적으로 도시한 것이다. 도 17B는 도 17A에 도시한 I-I선에서의 단면 구성을 모식적으로 도시한 것이고, 도 17C는 도 17A에 도시한 Ⅱ-Ⅱ선에서의 단면 구성을 모식적으로 도시한 것이다. 광전변환 소자(70D)는 도 13에 도시한 광전변환 소자(70)의 각 부분의 구체적인 구성의 다른 예이고, 광전변환 소자(70A)와 마찬가지로, 예를 들면, 1화소 유닛(Pu) 내에, 청색광을 흡수하는 화소(Pr1) 및 화소(Pr2)(청 화소) 및 적색광을 흡수하는 화소(Pr1) 및 화소(Pr2)(적 화소)가 체크무늬형상으로 배치된 것이다. 이 화소 유닛(Pu)에서는, 판독 전극(71A)(71A1, 71A2, 71A3, 71A4) 및 이것에 접속되는 관통 전극(74)(74A, 74B, 74C, 74D)이, 예를 들면, 사각형 형상의 화소(Pb1, Pr1, Pb2, Pr2)의 한 변에 마련되어 있다. 축적 전극(71B)(71B1, 71B2, 71B3, 71B4)과 접속되는 배선(39B1, 39B2)은 각각 X축방향으로 이웃하는 화소(Pb1, Pr1) 및 화소(Pb2, Pr2)의 공통 배선으로서 마련됨과 함께, 적층 구조(예를 들면, 3층 구조)를 갖는다. 이 광전변환 소자(70D)에서는, 예를 들면, 관통 전극(74A, 74B, 74C, 74D) 및 배선(39B1, 39B2)이 차광성을 갖는 재료를 사용하여 형성되어 있고 이들이 차광부를 구성하고 있다.
도 18A는 2행2열형상으로 배치된 각 화소(P)(Pb1, Pr1, Pb2, Pr2)에 마련된 4개의 광전변환 소자(70E)의 평면 구성을 모식적으로 도시한 것이다. 도 18B는 도 18A에 도시한 I-I선에서의 단면 구성을 모식적으로 도시한 것이고, 도 18C는 도 18A에 도시한 Ⅱ-Ⅱ선에서의 단면 구성을 모식적으로 도시한 것이다. 광전변환 소자(70E)는 도 13에 도시한 광전변환 소자(70)의 각 부분의 구체적인 구성의 다른 예이고, 광전변환 소자(70A)와 마찬가지로, 예를 들면, 1화소 유닛(Pu) 내에, 청색광을 흡수하는 화소(Pr1) 및 화소(Pr2)(청 화소) 및 적색광을 흡수하는 화소(Pr1) 및 화소(Pr2)(적 화소)가 체크무늬형상으로 배치된 것이다. 이 화소 유닛(Pu)에서는, 판독 전극(71A)(71A1, 71A2, 71A3, 71A4) 및 이것에 접속되는 관통 전극(74)(74A, 74B, 74C, 74D)이, 예를 들면, 사각형 형상의 화소(Pb1, Pr1, Pb2, Pr2)의 한구석에, 예를 들면, 인접하는 화소의 중앙 부분에 모아서 마련되어 있다. 축적 전극(71B)(71B1, 71B2, 71B3, 71B4)과 접속되는 배선(39B1, 39B2)은 각각 X축방향으로 이웃하는 화소(Pb1, Pr1) 및 화소(Pb2, Pr2)의 공통 배선으로서, 예를 들면, 4개의 화소(Pb1, Pr1, Pb2, Pr2)에 의해 구성되는 1화소의 대향하는 한 쌍의 변에 각각 마련되어 있다. 이 광전변환 소자(70E)에서는, 예를 들면, 관통 전극(74A, 74B, 74C, 74D) 및 배선(39B1, 39B2)이 차광성을 갖는 재료를 사용하여 형성되어 있고 이들이 차광부를 구성하고 있다.
도 19A는 2행2열형상으로 배치된 각 화소(P)(Pb1, Pr1, Pb2, Pr2)에 마련된 4개의 광전변환 소자(70F)의 평면 구성을 모식적으로 도시한 것이다. 도 19B는 도 19A에 도시한 I-I선에서의 단면 구성을 모식적으로 도시한 것이고, 도 19C는 도 19A에 도시한 Ⅱ-Ⅱ선에서의 단면 구성을 모식적으로 도시한 것이다. 광전변환 소자(70F)는 도 13에 도시한 광전변환 소자(70)의 각 부분의 구체적인 구성의 다른 예이고, 예를 들면, 1화소 유닛(Pu) 내에, 청색광을 흡수하는 화소(Pr1) 및 화소(Pr2)(청 화소) 및 적색광을 흡수하는 화소(Pr1) 및 화소(Pr2)(적 화소)가 체크무늬형상으로 배치된 것이다. 이 화소 유닛(Pu)에서는, 판독 전극(71A)(71B1, 71B2, 71B3, 71B4)이, 광전변환 소자(70E)와 마찬가지로, 예를 들면, 사각형 형상의 화소(Pb1, Pr1, Pb2, Pr2)의 한구석에, 예를 들면, 인접하는 화소의 중앙 부분에 모아서 마련되어 있다. 축적 전극(71B)(71B1, 71B2, 71B3, 71B4)과 접속되는 배선(39B1, 39B2)은 각각 X축방향으로 이웃하는 화소(Pb1, Pr1) 및 화소(Pb2, Pr2)의 공통 배선으로서 마련됨과 함께, 적층 구조(예를 들면, 3층 구조)를 갖는다. 이 광전변환 소자(70F)에서는, 예를 들면, 관통 전극(74A, 74B, 74C, 74D) 및 배선(39B1, 39B2)이 차광성을 갖는 재료를 사용하여 형성되어 있고 이들이 차광부를 구성하고 있다.
도 20A는 2행2열형상으로 배치된 각 화소(P)(Pb1, Pr1, Pb2, Pr2)에 마련된 4개의 광전변환 소자(70G)의 평면 구성을 모식적으로 도시한 것이다. 도 20B는 도 20A에 도시한 I-I선에서의 단면 구성을 모식적으로 도시한 것이고, 도 20C는 도 20A에 도시한 Ⅱ-Ⅱ선에서의 단면 구성을 모식적으로 도시한 것이다. 광전변환 소자(70G)는 도 13에 도시한 광전변환 소자(70)의 각 부분의 구체적인 구성의 다른 예이고, 예를 들면, 1화소 유닛(Pu) 내에, 청색광을 흡수하는 화소(Pr1) 및 화소(Pr2)(청 화소) 및 적색광을 흡수하는 화소(Pr1) 및 화소(Pr2)(적 화소)가 체크무늬형상으로 배치된 것이다. 이 화소 유닛(Pu)에서는, 광전변환 소자(70E)와 마찬가지로, 판독 전극(71A)(71B1, 71B2, 71B3, 71B4) 및 이것에 접속되는 관통 전극(74)(74A, 74B, 74C, 74D)이, 예를 들면, 사각형 형상의 화소(Pb1, Pr1, Pb2, Pr2)의 한구석에, 예를 들면, 1화소 유닛(Pu)의 중앙 부분에 집합하여 마련되어 있다.
도 20A 등에 도시한 화소 유닛(Pu)에서는, 배선(39B1, 39B2)이 각 화소(P)(Pb1, Pr1, Pb2, Pr2)를 둘러싸도록 주연(周緣)에 마련되어 있다. 배선(39B1, 39B2)은 도 18A에 도시한 광전변환 소자(70E)와 마찬가지로, 축적 전극(71B)(71B1, 71B2, 71B3, 71B4)에 접속됨과 함께, 예를 들면, X축방향으로 이웃하는 화소(Pb1, Pr1) 및 화소(Pb2, Pr2) 사이에서 공통 배선으로서 형성되어 있다. 배선(39B1, 39B2)에는 각각 X축방향으로 인접하는 화소 사이에서, Z축방향으로 연신하는 확장부(39b1, 39b2)가 마련되어 있다. 또한, 배선(39B1, 39B2)부터 서로를 향하여 연신하는 확장부(39b1)와 확장부(39b2)는 서로 분리되어 있고 전기적으로 절연되어 있다. 또한, 예를 들면, 배선(39B2)의 확장부(39b2)에는 예를 들면 선단부에서, Z축방향으로 인접하는 화소(Pr1)와 화소(Pb2)의 사이 및 화소(Pb1)와 화소(Pr2)의 사이를 화소 유닛(Pu)의 중앙부, 예를 들면, 관통 전극(74A, 74B, 74C, 74D) 부근까지 연신하는 확장부(39b3)가 마련되어 있다. 광전변환 소자(70G)에서는, 예를 들면, 관통 전극(74A, 74B, 74C, 74D) 및, 각각의 확장부(39b1, 39b2, 39b3)를 포함하는 배선(39B1, 39B2)은 차광성을 갖는 재료를 사용하여 형성되어 있고 이들이 차광부를 구성하고 있다. 이에 의해, 광전변환 소자(70G)에서는, X축방향으로부터의 광의 누입뿐만 아니라, Y축방향으로부터의 광의 누입을 막는 것이 가능해진다. 즉, 상술한 광전변환 소자(70A∼70F)보다도 분광 특성을 향상시키는 것이 가능해진다.
도 21A는 2행2열형상으로 배치된 각 화소(P)(Pb1, Pr1, Pb2, Pr2)에 마련된 4개의 광전변환 소자(70H)의 평면 구성을 모식적으로 도시한 것이다. 도 21B는 도 21A에 도시한 I-I선에서의 단면 구성을 모식적으로 도시한 것이고, 도 21C는 도 21A에 도시한 Ⅱ-Ⅱ선에서의 단면 구성을 모식적으로 도시한 것이다. 광전변환 소자(70H)는 도 13에 도시한 광전변환 소자(70)의 각 부분의 구체적인 구성의 다른 예이고, 예를 들면, 1화소 유닛(Pu) 내에, 청색광을 흡수하는 화소(Pb1) 및 화소(Pb2)(청 화소) 및 적색광을 흡수하는 화소(Pr1) 및 화소(Pr2)(적 화소)가 체크무늬형상으로 배치된 것이다. 이 화소 유닛(Pu)에서는, 광전변환 소자(70E)와 마찬가지로, 판독 전극(71A)(71A1, 71A2, 71A3, 71A4) 및 이것에 접속되는 관통 전극(74)(74A, 74B, 74C, 74D)이, 예를 들면, 화소(Pb1, Pr1, Pb2, Pr2)의 한구석에, 예를 들면, 1화소 유닛(Pu)의 중앙 부분에 집합하여 마련되어 있다.
도 21A 등에 도시한 화소 유닛(Pu)에서는, 광전변환 소자(70G)와 마찬가지로, 배선(39B1, 39B2)이 각 화소(P)(Pb1, Pr1, Pb2, Pr2)를 둘러싸도록 주연에 마련되어 있다. 배선(39B1, 39B2)은 각각 예를 들면, X축방향으로 이웃하는 화소(Pb1, Pr1) 및 화소(Pb2, Pr2) 사이에서의 공통 배선으로서 형성되어 있다. 또한, 배선(39B1, 39B2)에는 각각 X축방향으로 인접하는 화소 사이에서, Z축방향으로 연신하는 확장부(39b1, 39b2)가 마련되어 있다. 확장부(39b1)와 확장부(39b2)는 서로 분리되어 있고 전기적으로 절연되어 있다. 또한, 배선(39B2)의 확장부(39b2)에는 예를 들면 선단부에서, Z축방향으로 인접하는 화소(Pr1)와 화소(Pb2)의 사이 및 화소(Pb1)와 화소(Pr2)의 사이를 화소 유닛(Pu)의 중앙부, 예를 들면, 관통 전극(74A, 74B, 74C, 74D) 근방까지 연신하는 확장부(39b3)가 마련되어 있다. 광전변환 소자(70H)에서는, 예를 들면, 관통 전극(74A, 74B, 74C, 74D) 및, 각각의 확장부(39b1, 39b2, 39b3)를 포함하는 배선(39B1, 39B2)은 각각 차광성을 갖는 재료를 사용하여 형성됨과 함께, 적층 구조(예를 들면, 3층 구조)를 갖는다. 이에 의해, 상기 광전변환 소자(70G)보다도 인접 화소로부터의 광이 누입을 더욱 막는 것이 가능해진다.
도 22A는 2행2열형상으로 배치된 각 화소(P)(Pb1, Pr1, Pb2, Pr2)에 마련된 4개의 광전변환 소자(70I)의 평면 구성을 모식적으로 도시한 것이다. 도 22B는 도 22A에 도시한 I-I선에서의 단면 구성을 모식적으로 도시한 것이고, 도 22C는 도 22A에 도시한 Ⅱ-Ⅱ선에서의 단면 구성을 모식적으로 도시한 것이다. 광전변환 소자(70I)는 도 13에 도시한 광전변환 소자(70)의 각 부분의 구체적인 구성의 다른 예이고, 광전변환 소자(70A)와 마찬가지로, 예를 들면, 1화소 유닛(Pu) 내에, 청색광을 흡수하는 화소(Pb1) 및 화소(Pb2)(청 화소) 및 적색광을 흡수하는 화소(Pb1) 및 화소(Pb2)(적 화소)가 체크무늬형상으로 배치된 것이다. 이 화소 유닛(Pu)에서는, 판독 전극(71A) 및 이것에 접속되는 관통 전극(74)이, 예를 들면, 화소(Pb1, Pr1, Pb2, Pr2)의 한구석에, 예를 들면, 인접하는 화소의 공유 전극으로서, 화소(P)의 중앙 부분에 하나 마련되어 있다.
도 22A 등에 도시한 화소 유닛(Pu)에서는, 축적 전극(71B)(71B1, 71B2, 71B3, 71B4)과 접속되는 배선으로서, 서로 독립함과 함께, X축방향으로 인접하는 화소(Pb1, Pr1) 및 화소(Pb2, Pr2)를 연신하는 배선(39B1, 39B2, 39B3, 39B4)이 형성되어 있다. 구체적으로는, 예를 들면, 배선(39B1) 및 배선(39B3)은 인접하는 화소(Pb1, Pr1)에서 병렬하여 형성되어 있고 예를 들면, 축적 전극(71B1)은 배선(39B1)과 축적 전극(71B2)은 배선(39B3)과 접속되어 있다. 배선(39B2) 및 배선(39B4)은 인접하는 화소(Pb2, Pr2)에서 병렬하여 형성되어 있고 예를 들면, 축적 전극(71B3)은 배선(39B2)에, 축적 전극(71B4)은 배선(39B4)에 접속되어 있다. 광전변환 소자(70I)에서는, 예를 들면, 관통 전극(74) 및 배선(39B1, 39B2, 39B3, 39B4)이 차광성을 갖는 재료를 사용하여 형성되어 있고 이들이 차광부를 구성하고 있다.
도 23A는 2행2열형상으로 배치된 각 화소(P)(Pb1, Pr1, Pb2, Pr2)에 마련된 4개의 광전변환 소자(70J)의 평면 구성을 모식적으로 도시한 것이다. 도 23B는 도 23A에 도시한 I-I선에서의 단면 구성을 모식적으로 도시한 것이고, 도 23C는 도 23A에 도시한 Ⅱ-Ⅱ선에서의 단면 구성을 모식적으로 도시한 것이다. 광전변환 소자(70J)는 도 13에 도시한 광전변환 소자(70)의 각 부분의 구체적인 구성의 다른 예이고, 광전변환 소자(70E)와 마찬가지로, 예를 들면, 1화소 유닛(Pu) 내에, 청색광을 흡수하는 화소(Pb1) 및 화소(Pb2)(청 화소) 및 적색광을 흡수하는 화소(Pb1) 및 화소(Pb2)(적 화소)가 체크무늬형상으로 배치된 것이다. 판독 전극(71A) 및 이것에 접속되는 관통 전극(74)이, 예를 들면, 화소(Pb1, Pr1, Pb2, Pr2)의 한구석에, 예를 들면, 인접하는 화소의 공유 전극으로서, 화소(P)의 중앙 부분에 하나 마련되어 있다.
도 23A 등에 도시한 화소 유닛(Pu)에서는, 광전변환 소자(70I)와 마찬가지로, 축적 전극(71B)(71B1, 71B2, 71B3, 71B4)과 접속되는 배선으로서, 서로 독립함과 함께, X축방향으로 인접하는 화소(Pb1, Pr1) 및 화소(Pb2, Pr2)를 연신하는 배선(39B1, 39B2, 39B3, 39B4)이 형성되어 있다. 구체적으로는, 예를 들면, 배선(39B1) 및 배선(39B3)은 인접하는 화소(Pb1, Pr1)에서 병렬하여 형성되어 있고 예를 들면, 축적 전극(71B1)은 배선(39B1)과 축적 전극(71B2)은 배선(39B3)과 접속되어 있다. 배선(39B2) 및 배선(39B4)은 인접하는 화소(Pb2, Pr2)에서 병렬하여 형성되어 있고 예를 들면, 축적 전극(71B3)은 배선(39B2)과 축적 전극(71B4)은 배선(39B4)과 접속되어 있다. 광전변환 소자(70J)에서는, 관통 전극 및 배선(39B1, 39B2, 39B3, 39B4)이 차광부를 구성하고 있고 또한, 배선(39B1, 39B2, 39B3, 39B4)은 각각 적층 구조(예를 들면, 3층 구조)를 갖고 있다. 이에 의해, 상기 광전변환 소자(70I)보다도 인접 화소로부터의 광이 누입을 더욱 막는 것이 가능해진다.
도 24A는 2행2열형상으로 배치된 각 화소(P)(Pb1, Pr1, Pb2, Pr2)에 마련된 4개의 광전변환 소자(70K)의 평면 구성을 모식적으로 도시한 것이다. 도 24B는 도 24A에 도시한 I-I선에서의 단면 구성을 모식적으로 도시한 것이고, 도 24C는 도 24A에 도시한 Ⅱ-Ⅱ선에서의 단면 구성을 모식적으로 도시한 것이다. 광전변환 소자(70K)는 도 13에 도시한 광전변환 소자(70)의 각 부분의 구체적인 구성의 다른 예이고, 광전변환 소자(70E)와 마찬가지로, 예를 들면, 1화소 유닛(Pu) 내에, 청색광을 흡수하는 화소(Pb1) 및 화소(Pb2)(청 화소) 및 적색광을 흡수하는 화소(Pb1) 및 화소(Pb2)(적 화소)가 체크무늬형상으로 배치된 것이다. 판독 전극(71A) 및 이것에 접속되는 관통 전극(74)이, 예를 들면, 화소(Pb1, Pr1, Pb2, Pr2)의 한구석에, 예를 들면, 인접하는 화소의 공유 전극으로서, 화소(P)의 중앙 부분에 하나 마련되어 있다.
도 24A 등에 도시한 화소 유닛(Pu)에서는, 광전변환 소자(70I)와 마찬가지로, 축적 전극(71B)(71B1, 71B2, 71B3, 71B4)과 접속되는 배선으로서, 서로 독립함과 함께, X축방향으로 인접하는 화소(Pb1, Pr1) 및 화소(Pb2, Pr2)를 연신하는 배선(39B1, 39B2, 39B3, 39B4)이 형성되어 있다. 구체적으로는, 예를 들면, 배선(39B1) 및 배선(39B3)은 인접하는 화소(Pb1, Pr1)에서 병렬하여 형성되어 있고 예를 들면, 축적 전극(71B1)은 배선(39B1)과 축적 전극(71B2)은 배선(39B3)과 접속되어 있다. 배선(39B2) 및 배선(39B4)은 인접하는 화소(Pb2, Pr2)에서 병렬하여 형성되어 있고 예를 들면, 축적 전극(71B3)은 배선(39B2)과 축적 전극(71B4)은 배선(39B4)과 접속되어 있다. 또한, 광전변환 소자(70K)에서는, 광전변환 소자(70G)와 마찬가지로, 각 화소(P)(Pb1, Pr1, Pb2, Pr2)를 둘러싸도록 주연에 확장부(39b1, 39b2, 39b3)가 마련되어 있다. 광전변환 소자(70K)에서는, 확장부(39b1)는 병렬로 형성된 배선(39B1) 및 배선(39B3) 중, 예를 들면 내측에 마련된 배선(39B3)부터 인출하는 형태로 형성되어 있다. 확장부(39b2, 39b3)는 병렬로 형성된 배선(39B2) 및 배선(39B4) 중, 예를 들면 내측에 마련된 배선(39B4)부터 인출하는 형태로 형성되어 있다.
도 25A는 2행2열형상으로 배치된 각 화소(P)(Pb1, Pr1, Pb2, Pr2)에 마련된 4개의 광전변환 소자(70L)의 평면 구성을 모식적으로 도시한 것이다. 도 25B는 도 25A에 도시한 I-I선에서의 단면 구성을 모식적으로 도시한 것이고, 도 25C는 도 25A에 도시한 Ⅱ-Ⅱ선에서의 단면 구성을 모식적으로 도시한 것이다. 광전변환 소자(70L)는 도 13에 도시한 광전변환 소자(70)의 각 부분의 구체적인 구성의 다른 예이고, 광전변환 소자(70E)와 마찬가지로, 예를 들면, 1화소 유닛(Pu) 내에, 청색광을 흡수하는 화소(Pb1) 및 화소(Pb2)(청 화소) 및 적색광을 흡수하는 화소(Pb1) 및 화소(Pb2)(적 화소)가 체크무늬형상으로 배치된 것이다. 판독 전극(71A) 및 이것에 접속되는 관통 전극(74)이, 예를 들면, 화소(Pb1, Pr1, Pb2, Pr2)의 한구석에, 예를 들면, 인접하는 화소의 공유 전극으로서, 화소(P)의 중앙 부분에 하나 마련되어 있다.
도 25A 등에 도시한 화소 유닛(Pu)에서는, 광전변환 소자(70I)와 마찬가지로, 축적 전극(71B)(71B1, 71B2, 71B3, 71B4)과 접속되는 배선으로서, 서로 독립함과 함께, X축방향으로 인접하는 화소(Pb1, Pr1) 및 화소(Pb2, Pr2)를 연신하는 배선(39B1, 39B2, 39B3, 39B4)이 형성되어 있다. 구체적으로는, 예를 들면, 배선(39B1) 및 배선(39B3)은 인접하는 화소(Pb1, Pr1)에서 병렬하여 형성되어 있고 예를 들면, 축적 전극(71B1)은 배선(39B1)과 축적 전극(71B2)은 배선(39B3)과 접속되어 있다. 배선(39B2) 및 배선(39B4)은 인접하는 화소(Pb2, Pr2)에서 병렬하여 형성되어 있고 예를 들면, 축적 전극(71B3)은 배선(39B2)과 축적 전극(71B4)은 배선(39B4)과 접속되어 있다. 또한, 광전변환 소자(70K)에서는, 광전변환 소자(70G)와 마찬가지로, 각 화소(P)(Pb1, Pr1, Pb2, Pr2)를 둘러싸도록 주연에 확장부(39b1, 39b2, 39b3)가 마련되어 있다. 광전변환 소자(70K)에서는, 확장부(39b1)는 병렬로 형성된 배선(39B1) 및 배선(39B3) 중, 예를 들면 내측에 마련된 배선(39B3)부터 인출하는 형태로 형성되어 있다. 확장부(39b2, 39b3)는 병렬로 형성된 배선(39B2) 및 배선(39B4) 중, 예를 들면 내측에 마련된 배선(39B4)부터 인출하는 형태로 형성되어 있다. 또한, 이들 배선(39B1, 39B2, 39B3, 39B4) 및 확장부(39b1, 39b2, 39b3)는 광전변환 소자(70H, 70J)와 마찬가지로, 각각 적층 구조(예를 들면, 3층 구조)를 갖는다.
상기한 바와 같이, 본 변형례의 광전변환 소자(70)는 적어도, 이웃하는 서로에 다른 파장대역의 광을 흡수하는 무기 광전변환부(32)(예를 들면, 무기 광전변환부(32B, 32R))의 관통 전극(74)(74A, 74B, 74C, 74D)이나, 반도체 기판(30)의 광입사면(S1)측에 마련된 층간 절연층(26) 내의 배선(39B1, 39B2) 등을, 차광성을 갖는 재료를 사용하여 형성하도록 하였다. 이에 의해, 인접 화소 사이에서의 혼색이 억제되어, 보다 분광 특성을 향상시키는 것이 가능해진다.
<3. 적용례>
(적용례 1)
도 26은 예를 들면, 상기 실시의 형태에서 설명한 광전변환 소자(10)를 각 화소에 이용한 고체 촬상 장치(1)의 전체 구성을 도시하는 것이다. 이 고체 촬상 장치(1)는 CMOS 이미지 센서이고, 반도체 기판(11)상에 촬상 에어리어로서의 화소부(1a)를 가짐과 함께, 이 화소부(1a)의 주변 영역에, 예를 들면, 행 주사부(131), 수평 선택부(133), 열 주사부(134) 및 시스템 제어부(132)로 이루어지는 주변 회로부(130)를 갖고 있다.
화소부(1a)는 예를 들면, 행렬형상으로 2차원 배치된 복수의 단위화소(P)(예를 들면, 광전변환 소자(10)에 상당)를 갖고 있다. 이 단위화소(P)에는 예를 들면, 화소행마다 화소 구동선(Lread)(구체적으로는 행 선택선 및 리셋 제어선)이 배선되고, 화소열마다 수직 신호선(Lsig)이 배선되어 있다. 화소 구동선(Lread)은 화소로부터의 신호 판독을 위한 구동 신호를 전송하는 것이다. 화소 구동선(Lread)의 일단은, 행 주사부(131)의 각 행에 대응한 출력단에 접속되어 있다.
행 주사부(131)는 시프트 레지스터나 어드레스 디코더 등에 의해 구성되고, 화소부(1a)의 각 단위화소(P)를 예를 들면, 행 단위로 구동하는 화소 구동부이다. 행 주사부(131)에 의해 선택 주사된 화소행의 각 단위화소(P)로부터 출력되는 신호는, 수직 신호선(Lsig)의 각각을 통하여 수평 선택부(133)에 공급된다. 수평 선택부(133)는 수직 신호선(Lsig)마다 마련된 앰프나 수평 선택 스위치 등에 의해 구성되어 있다.
열 주사부(134)는 시프트 레지스터나 어드레스 디코더 등에 의해 구성되고, 수평 선택부(133)의 각 수평 선택 스위치를 주사하면서 순번대로 구동하는 것이다. 이 열 주사부(134)에 의한 선택 주사에 의해, 수직 신호선(Lsig)의 각각을 통하여 전송되는 각 화소의 신호가 순번대로 수평 신호선(135)에 출력되고, 당해 수평 신호선(135)을 통하여 반도체 기판(11)의 외부에 전송된다.
행 주사부(131), 수평 선택부(133), 열 주사부(134) 및 수평 신호선(135)으로 이루어지는 회로부분은 반도체 기판(11)상에 직접적으로 형성되어 있어도 좋고, 또는 외부 제어 IC에 마련된 것이라도 좋다. 또한, 그들의 회로부분은 케이블 등에 의해 접속된 다른 기판에 형성되어 있어도 좋다.
시스템 제어부(132)는 반도체 기판(11)의 외부로부터 주어지는 클록이나, 동작 모드를 지령하는 데이터 등을 수취하고, 또한, 고체 촬상 장치(1)의 내부 정보 등의 데이터를 출력하는 것이다. 시스템 제어부(132)는 또한, 각종의 타이밍 신호를 생성하는 타이밍 제너레이터를 가지며, 당해 타이밍 제너레이터에서 생성된 각종의 타이밍 신호를 기초로 행 주사부(131), 수평 선택부(133) 및 열 주사부(134) 등의 주변 회로의 구동 제어를 행한다.
(적용례 2)
상술한 고체 촬상 장치(1)는 예를 들면, 디지털 스틸 카메라나 비디오 카메라 등의 카메라 시스템이나, 촬상 기능을 갖는 휴대 전화 등 촬상 기능을 구비한 모든 타입의 전자 기기(고체 촬상 장치)에 적용할 수 있다. 도 27에 그 한 예로서, 카메라(2)의 개략 구성을 도시한다. 이 카메라(2)는 예를 들면, 정지화 또는 동화를 촬영 가능한 비디오 카메라이고, 고체 촬상 장치(1)와 광학계(광학 렌즈)(310)와 셔터 장치(311)와 고체 촬상 장치(1) 및 셔터 장치(311)를 구동하는 구동부(313)와 신호 처리부(312)를 갖는다.
광학계(310)는 피사체로부터의 상광(입사광)을 고체 촬상 장치(1)의 화소부(1a)에 유도하는 것이다. 이 광학계(310)는 복수의 광학 렌즈로 구성되어 있어도 좋다. 셔터 장치(311)는 고체 촬상 장치(1)에의 광조사 기간 및 차광 기간을 제어하는 것이다. 구동부(313)는 고체 촬상 장치(1)의 전송 동작 및 셔터 장치(311)의 셔터 동작을 제어하는 것이다. 신호 처리부(312)는 고체 촬상 장치(1)로부터 출력된 신호에 대해, 각종의 신호 처리를 행하는 것이다. 신호 처리 후의 영상 신호(Dout)는 메모리 등의 기억 매체에 기억되든지, 또는, 모니터 등에 출력된다.
(적용례 3)
<체내 정보 취득 시스템에의 응용례>
또한, 본 개시에 관한 기술(본 기술)은 다양한 제품에 응용할 수 있다. 예를 들면, 본 개시에 관한 기술은, 내시경 수술 시스템에 적용되어도 좋다.
도 28은 본 개시에 관한 기술(본 기술)이 적용될 수 있는, 캡슐형상 내시경을 이용한 환자의 체내 정보 취득 시스템의 개략적인 구성의 한 예를 도시하는 블록도이다.
체내 정보 취득 시스템(10001)은 캡슐형상 내시경(10100)과 외부 제어 장치(10200)로 구성된다.
캡슐형상 내시경(10100)은 검사시에, 환자에 의해 삼켜진다. 캡슐형상 내시경(10100)은 촬상 기능 및 무선 통신 기능을 가지며, 환자로부터 자연 배출될 때까지의 사이, 위나 장 등의 장기의 내부를 연동 운동 등에 의해 이동하면서, 당해 장기의 내부의 화상(이하, 체내 화상이라고도 한다)을 소정의 간격으로 순차적으로 촬상하고, 그 체내 화상에 관한 정보를 체외의 외부 제어 장치(10200)에 순차적으로 무선 송신한다.
외부 제어 장치(10200)는 체내 정보 취득 시스템(10001)의 동작을 통괄적으로 제어한다. 또한, 외부 제어 장치(10200)는 캡슐형상 내시경(10100)부터 송신되어 오는 체내 화상에 관한 정보를 수신하고, 수신한 체내 화상에 관한 정보에 의거하여, 표시 장치(도시 생략)에 당해 체내 화상을 표시하기 위한 화상 데이터를 생성한다.
체내 정보 취득 시스템(10001)에서는, 이와 같이 하여, 캡슐형상 내시경(10100)이 삼켜지고나서 배출될 때까지의 사이, 환자의 체내의 양상을 촬상한 체내 화상을 수시로 얻을 수 있다.
캡슐형상 내시경(10100)과 외부 제어 장치(10200)의 구성 및 기능에 관해 보다 상세히 설명한다.
캡슐형상 내시경(10100)은 캡슐형의 몸체(10101)를 가지며, 그 몸체(10101) 내에는 광원부(10111), 촬상부(10112), 화상 처리부(10113), 무선 통신부(10114), 급전부(10115), 전원부(10116) 및 제어부(10117)가 수납되어 있다.
광원부(10111)는 예를 들면 LED(light emitting diode) 등의 광원으로 구성되고, 촬상부(10112)의 촬상 시야에 대해 광을 조사한다.
촬상부(10112)는 촬상 소자 및 당해 촬상 소자의 전단에 마련된 복수의 렌즈로 이루어지는 광학계로 구성된다. 관찰 대상인 체조직에 조사된 광의 반사광(이하, 관찰광이라고도 한다)은 당해 광학계에 의해 집광되고, 당해 촬상 소자에 입사한다. 촬상부(10112)에서는, 촬상 소자에서, 그곳에 입사한 관찰광이 광전변환되고, 그 관찰광에 대응하는 화상 신호가 생성된다. 촬상부(10112)에 의해 생성된 화상 신호는, 화상 처리부(10113)에 제공된다.
화상 처리부(10113)는 CPU(Central Processing Unit)나 GPU(Graphics Processing Unit) 등의 프로세서에 의해 구성되고, 촬상부(10112)에 의해 생성된 화상 신호에 대해 각종의 신호 처리를 행한다. 화상 처리부(10113)는 신호 처리를 시행한 화상 신호를 RAW 데이터로서 무선 통신부(10114)에 제공한다.
무선 통신부(10114)는 화상 처리부(10113)에 의해 신호 처리가 시행된 화상 신호에 대해 변조 처리 등의 소정의 처리를 행하고, 그 화상 신호를 안테나(10114A)를 통하여 외부 제어 장치(10200)에 송신한다. 또한, 무선 통신부(10114)는 외부 제어 장치(10200)로부터, 캡슐형상 내시경(10100)의 구동 제어에 관한 제어 신호를 안테나(10114A)를 이용하여 수신한다. 무선 통신부(10114)는 외부 제어 장치(10200)로부터 수신한 제어 신호를 제어부(10117)에 제공한다.
급전부(10115)는 수전용의 안테나 코일, 당해 안테나 코일에 발생한 전류로부터 전력을 재생하는 전력 재생 회로 및 승압 회로 등으로 구성된다. 급전부(10115)에서는, 이른바 비접촉 충전의 원리를 이용하여 전력이 생성된다.
전원부(10116)는 2차 전지에 의해 구성되고, 급전부(10115)에 의해 생성된 전력을 축전한다. 도 28에서는 도면이 복잡해지는 것을 피하기 위해 전원부(10116)로부터의 전력의 공급처를 나타내는 화살표 등의 도시를 생략하고 있지만, 전원부(10116)에 축전된 전력은, 광원부(10111), 촬상부(10112), 화상 처리부(10113), 무선 통신부(10114) 및 제어부(10117)에 공급되어, 이들의 구동에 이용될 수 있다.
제어부(10117)는 CPU 등의 프로세서에 의해 구성되고, 광원부(10111), 촬상부(10112), 화상 처리부(10113), 무선 통신부(10114) 및, 급전부(10115)의 구동을, 외부 제어 장치(10200)로부터 송신된 제어 신호에 따라 적절히 제어한다.
외부 제어 장치(10200)는 CPU, GPU 등의 프로세서, 또는 프로세서와 메모리 등의 기억 소자가 혼재된 마이크로 컴퓨터 또는 제어 기판 등으로 구성된다. 외부 제어 장치(10200)는 캡슐형상 내시경(10100)의 제어부(10117)에 대해 제어 신호를 안테나(10200A)를 통하여 송신함에 의해, 캡슐형상 내시경(10100)의 동작을 제어한다. 캡슐형상 내시경(10100)에서는, 예를 들면, 외부 제어 장치(10200)로부터의 제어 신호에 의해, 광원부(10111)에서의 관찰 대상에 대한 광의 조사 조건이 변경될 수 있다. 또한, 외부 제어 장치(10200)로부터의 제어 신호에 의해, 촬상 조건(예를 들면, 촬상부(10112)에서의 프레임 레이트, 노출치 등)이 변경될 수 있다. 또한, 외부 제어 장치(10200)로부터의 제어 신호에 의해, 화상 처리부(10113)에서의 처리의 내용이나, 무선 통신부(10114)가 화상 신호를 송신하는 조건(예를 들면, 송신 간격, 송신 화상수 등)이 변경되어도 좋다.
또한, 외부 제어 장치(10200)는 캡슐형상 내시경(10100)부터 송신되는 화상 신호에 대해, 각종의 화상 처리를 시행하여, 촬상된 체내 화상을 표시 장치에 표시하기 위한 화상 데이터를 생성한다. 당해 화상 처리로서는, 예를 들면 현상 처리(디모자이크 처리), 고화질화처리(대역 강조 처리, 초해상 처리, NR(Noise reduction) 처리 및/또는 손떨림 보정 처리 등) 및/또는 확대 처리(전자 줌 처리) 등 각종의 신호 처리를 행할 수가 있다. 외부 제어 장치(10200)는 표시 장치의 구동을 제어하고, 생성한 화상 데이터에 의거하여 촬상된 체내 화상을 표시시킨다. 또는, 외부 제어 장치(10200)는 생성한 화상 데이터를 기록 장치(도시 생략)에 기록시키거나, 인쇄 장치(도시 생략)에 인쇄 출력시켜도 좋다.
이상, 본 개시에 관한 기술이 적용될 수 있는 체내 정보 취득 시스템의 한 예에 관해 설명하였다. 본 개시에 관한 기술은, 이상 설명한 구성 중, 예를 들면, 촬상부(10112)에 적용될 수 있다. 이에 의해, 검출 정밀도가 향상한다.
(적용례 4)
<4. 내시경 수술 시스템에의 응용례>
본 개시에 관한 기술(본 기술)은 다양한 제품에 응용할 수 있다. 예를 들면, 본 개시에 관한 기술은, 내시경 수술 시스템에 적용되어도 좋다.
도 29는 본 개시에 관한 기술(본 기술)이 적용될 수 있는 내시경 수술 시스템의 개략적인 구성의 한 예를 도시하는 도면이다.
도 29에서는 수술자(의사)(11131)가, 내시경 수술 시스템(11000)을 이용하여, 환자 베드(11133)상의 환자(11132)에게 수술을 행하고 있는 양상이 도시되어 있다. 도시하는 바와 같이, 내시경 수술 시스템(11000)은 내시경(11100)과 기복 튜브(11111)나 에너지 처치구(11112) 등의, 그 밖의 수술구(11110)와 내시경(11100)을 지지하는 지지 암 장치(11120)와 내시경하 수술을 위한 각종의 장치가 탑재된 카트(11200)로 구성된다.
내시경(11100)은 선단부터 소정 길이의 영역이 환자(11132)의 체강 내에 삽입되는 경통(11101)과 경통(11101)의 기단에 접속되는 카메라 헤드(11102)로 구성된다. 도시한 예에서는, 경성의 경통(11101)을 갖는 이른바 경성경으로서 구성되는 내시경(11100)을 도시하고 있지만, 내시경(11100)은 연성의 경통을 갖는 이른바 연성경으로서 구성되어도 좋다.
경통(11101)의 선단에는 대물 렌즈가 감입된 개공부(開孔部)가 마련되어 있다. 내시경(11100)에는 광원 장치(11203)가 접속되어 있고 당해 광원 장치(11203)에 의해 생성된 광이, 경통(11101)의 내부에 연설되는 라이트 가이드에 의해 당해 경통의 선단까지 도광되고, 대물 렌즈를 통하여 환자(11132)의 체강 내의 관찰 대상을 향하여 조사된다. 또한, 내시경(11100)은 직시경이라도 좋고, 사시경 또는 측시경이라도 좋다.
카메라 헤드(11102)의 내부에는 광학계 및 촬상 소자가 마련되어 있고 관찰 대상으로부터의 반사광(관찰광)은 당해 광학계에 의해 당해 촬상 소자에 집광된다. 당해 촬상 소자에 의해 관찰광이 광전변환되고, 관찰광에 대응하는 전기 신호, 즉 관찰상에 대응하는 화상 신호가 생성된다. 당해 화상 신호는, RAW 데이터로서 카메라 컨트롤 유닛(CCU: Camera Control Unit1)(1201)에 송신된다.
CCU(11201)는 CPU(Central Processing Unit)나 GPU(Graphics Processing Unit) 등에 의해 구성되고, 내시경(11100) 및 표시 장치(11202)의 동작을 통괄적으로 제어한다. 또한, CCU(11201)는 카메라 헤드(11102)로부터 화상 신호를 수취하고, 그 화상 신호에 대해, 예를 들면 현상 처리(디모자이크 처리) 등의, 당해 화상 신호에 의거한 화상을 표시하기 위한 각종의 화상 처리를 시행한다.
표시 장치(11202)는 CCU(11201)로부터의 제어에 의해, 당해 CCU(11201)에 의해 화상 처리가 시행된 화상 신호에 의거한 화상을 표시한다.
광원 장치(11203)는 예를 들면 LED(light emitting diode) 등의 광원으로 구성되고, 수술부 등을 촬영할 때의 조사광을 내시경(11100)에 공급한다.
입력 장치(11204)는 내시경 수술 시스템(11000)에 대한 입력 인터페이스이다. 유저는, 입력 장치(11204)를 통하여, 내시경 수술 시스템(11000)에 대해 각종의 정보의 입력이나 지시 입력을 행할 수가 있다. 예를 들면, 유저는, 내시경(11100)에 의한 촬상 조건(조사광의 종류, 배율 및 초점 거리 등)을 변경하는 취지의 지시 등을 입력한다.
처치구 제어 장치(11205)는 조직의 소작(燒灼), 절개 또는 혈관의 봉지 등을 위한 에너지 처치구(11112)의 구동을 제어한다. 기복 장치(11206)는 내시경(11100)에 의한 시야의 확보 및 수술자의 작업 공간의 확보의 목적으로, 환자(11132)의 체강을 팽창시키기 위해, 기복 튜브(11111)를 통하여 당해 체강 내에 가스를 보낸다. 레코더(11207)는 수술에 관한 각종의 정보를 기록 가능한 장치이다. 프린터(11208)는 수술에 관한 각종의 정보를 텍스트, 화상 또는 그래프 등 각종의 형식으로 인쇄 가능한 장치이다.
또한, 내시경(11100)으로 수술부를 촬영할 때의 조사광을 공급하는 광원 장치(11203)는 예를 들면 LED, 레이저광원 또는 이들의 조합에 의해 구성되는 백색광원으로 구성할 수 있다. RGB 레이저광원의 조합에 의해 백색광원이 구성되는 경우에는 각 색(각 파장)의 출력 강도 및 출력 타이밍을 고정밀도로 제어할 수 있기 때문에, 광원 장치(11203)에서의 촬상 화상의 화이트 밸런스의 조정을 행할 수가 있다. 또한, 이 경우에는 RGB 레이저광원 각각으로부터의 레이저광을 시분할로 관찰 대상에 조사하고, 그 조사 타이밍에 동기하여 카메라 헤드(11102)의 촬상 소자의 구동을 제어함에 의해, RGB 각각에 대응하는 화상을 시분할로 촬상하는 것도 가능하다. 당해 방법에 의하면, 당해 촬상 소자에 컬러 필터를 마련하지 않아도, 컬러 화상을 얻을 수 있다.
또한, 광원 장치(11203)는 출력하는 광의 강도를 소정의 시간마다 변경하도록 그 구동이 제어되어도 좋다. 그 광의 강도의 변경의 타이밍에 동기하여 카메라 헤드(11102)의 촬상 소자의 구동을 제어하여 시분할로 화상을 취득하고, 그 화상을 합성함에 의해, 이른바 흑바램 및 백바램이 없는 고다이내믹 레인지의 화상을 생성할 수 있다.
또한, 광원 장치(11203)는 특수광 관찰에 대응하는 소정의 파장대역의 광을 공급 가능하게 구성되어도 좋다. 특수광 관찰에서는, 예를 들면, 체조직에서의 광의 흡수의 파장 의존성을 이용하여, 통상의 관찰시에 있어서의 조사광(즉, 백색광)과 비교하여 협대역의 광을 조사함에 의해, 점막 표층의 혈관 등의 소정의 조직을 고콘트라스트로 촬영하는, 이른바 협대역 광관찰(Narrow Band Imaging)이 행하여진다. 또는, 특수광 관찰에서는, 여기광을 조사함에 의해 발생하는 형광에 의해 화상을 얻는 형광 관찰이 행하여져도 좋다. 형광 관찰에서는, 체조직에 여기광을 조사하고 당해 체조직으로부터의 형광을 관찰하는 것(자가(自家) 형광 관찰), 또는 인도시아닌그린(ICG) 등의 시약을 체조직에 국주함과 함께 당해체조직에 그 시약의 형광 파장에 대응하는 여기광을 조사하여 형광상을 얻는 것 등을 행할 수가 있다. 광원 장치(11203)는 이와 같은 특수광 관찰에 대응하는 협대역광 및/또는 여기광을 공급 가능하게 구성될 수 있다.
도 30은 도 29에 도시하는 카메라 헤드(11102) 및 CCU(11201)의 기능 구성의 한 예를 도시하는 블록도이다.
카메라 헤드(11102)는 렌즈 유닛(11401)과 촬상부(11402)와 구동부(11403)와 통신부(11404)와 카메라 헤드 제어부(11405)를 갖는다. CCU(11201)는 통신부(11411)와 화상 처리부(11412)와 제어부(11413)를 갖는다. 카메라 헤드(11102)와 CCU(11201)는 전송 케이블(11400)에 의해 서로 통신 가능하게 접속되어 있다.
렌즈 유닛(11401)은 경통(11101)과의 접속부에 마련되는 광학계이다. 경통(11101)의 선단부터 받아들여진 관찰광은, 카메라 헤드(11102)까지 도광되고, 당해 렌즈 유닛(11401)에 입사한다. 렌즈 유닛(11401)은 줌렌즈 및 포커스 렌즈를 포함하는 복수의 렌즈가 조합되어 구성된다.
촬상부(11402)를 구성하는 촬상 소자는, 하나(이른바 단판식)라도 좋고, 복수(이른바 다판식)라도 좋다. 촬상부(11402)가 다판식으로 구성되는 경우에는 예를 들면 각 촬상 소자에 의해 RGB 각각에 대응하는 화상 신호가 생성되고, 그들이 합성됨에 의해 컬러 화상이 얻어져도 좋다. 또는, 촬상부(11402)는 3D(dimensional) 표시에 대응하는 우안용 및 좌안용의 화상 신호를 각각 취득하기 위한 1쌍의 촬상 소자를 갖도록 구성되어도 좋다. 3D 표시가 행하여짐에 의해, 수술자(11131)는 수술부에서의 생체조직의 깊이를 보다 정확하게 파악하는 것이 가능해진다. 또한, 촬상부(11402)가 다판식으로 구성된 경우에는 각 촬상 소자에 대응하고, 렌즈 유닛(11401)도 복수 계통 마련될 수 있다.
또한, 촬상부(11402)는 반드시 카메라 헤드(11102)에 마련되지 않아도 좋다. 예를 들면, 촬상부(11402)는 경통(11101)의 내부에, 대물 렌즈의 직후에 마련되어도 좋다.
구동부(11403)는 액추에이터에 의해 구성되고, 카메라 헤드 제어부(11405)로부터의 제어에 의해, 렌즈 유닛(11401)의 줌렌즈 및 포커스 렌즈를 광축에 따라 소정의 거리만큼 이동시킨다. 이에 의해, 촬상부(11402)에 의한 촬상 화상의 배율 및 초점이 적절히 조정될 수 있다.
통신부(11404)는 CCU(11201)와의 사이에서 각종의 정보를 송수신하기 위한 통신 장치에 의해 구성된다. 통신부(11404)는 촬상부(11402)로부터 얻은 화상 신호를 RAW 데이터로서 전송 케이블(11400)을 통하여 CCU(11201)에 송신한다.
또한, 통신부(11404)는 CCU(11201)로부터, 카메라 헤드(11102)의 구동을 제어하기 위한 제어 신호를 수신하고, 카메라 헤드 제어부(11405)에 공급한다. 당해 제어 신호에는 예를 들면, 촬상 화상의 프레임 레이트를 지정하는 취지의 정보, 촬상시의 노출치를 지정하는 취지의 정보 및/또는 촬상 화상의 배율 및 초점을 지정하는 취지의 정보 등 촬상 조건에 관한 정보가 포함된다.
또한, 상기한 프레임 레이트나 노출치, 배율, 초점 등의 촬상 조건은, 유저에 의해 적절히 지정되어도 좋고, 취득된 화상 신호에 의거하여 CCU(11201)의 제어부(11413)에 의해 자동적으로 설정되어도 좋다. 후자인 경우에는 이른바 AE(Auto Exposure) 기능, AF(Auto Focus) 기능 및 AWB(Auto White Balance) 기능이 내시경(11100)에 탑재되어 있는 것으로 된다.
카메라 헤드 제어부(11405)는 통신부(11404)를 통하여 수신한 CCU(11201)로부터의 제어 신호에 의거하여, 카메라 헤드(11102)의 구동을 제어한다.
통신부(11411)는 카메라 헤드(11102)와의 사이에서 각종의 정보를 송수신하기 위한 통신 장치에 의해 구성된다. 통신부(11411)는 카메라 헤드(11102)로부터, 전송 케이블(11400)을 통하여 송신되는 화상 신호를 수신한다.
또한, 통신부(11411)는 카메라 헤드(11102)에 대해, 카메라 헤드(11102)의 구동을 제어하기 위한 제어 신호를 송신한다. 화상 신호나 제어 신호는, 전기통신이나 광통신 등에 의해 송신할 수 있다.
화상 처리부(11412)는 카메라 헤드(11102)로부터 송신된 RAW 데이터인 화상 신호에 대해 각종의 화상 처리를 시행한다.
제어부(11413)는 내시경(11100)에 의한 수술부 등의 촬상 및, 수술부 등의 촬상에 의해 얻어지는 촬상 화상의 표시에 관한 각종의 제어를 행한다. 예를 들면, 제어부(11413)는 카메라 헤드(11102)의 구동을 제어하기 위한 제어 신호를 생성한다.
또한, 제어부(11413)는 화상 처리부(11412)에 의해 화상 처리가 시행된 화상 신호에 의거하여, 수술부 등이 찍혀진 촬상 화상을 표시 장치(11202)에 표시시킨다. 이때, 제어부(11413)는 각종의 화상 인식 기술을 이용하여 촬상 화상 내에서의 각종의 물체를 인식하여도 좋다. 예를 들면, 제어부(11413)는 촬상 화상에 포함되는 물체의 에지의 형상이나 색 등을 검출함에 의해, 겸자(鉗子) 등의 수술구, 특정한 생체 부위, 출혈, 에너지 처치구(11112)의 사용시의 미스트 등을 인식할 수 있다. 제어부(11413)는 표시 장치(11202)에 촬상 화상을 표시시킬 때에, 그 인식 결과를 이용하여, 각종의 수술 지원 정보를 당해 수술부의 화상에 중첩 표시시켜도 좋다. 수술 지원 정보가 중첩 표시되고, 수술자(11131)에게 제시됨에 의해, 수술자(11131)의 부담을 경감하는 것이나, 수술자(11131)가 확실하게 수술을 진행하는 것이 가능해진다.
카메라 헤드(11102) 및 CCU(11201)를 접속하는 전송 케이블(11400)은 전기 신호의 통신에 대응하는 전기 신호 케이블, 광통신에 대응하는 광파이버, 또는 이들의 복합 케이블이다.
여기서, 도시하는 예에서는, 전송 케이블(11400)을 이용하여 유선으로 통신이 행하여지고 있지만, 카메라 헤드(11102)와 CCU(11201)와의 사이의 통신은 무선으로 행하여져도 좋다.
이상, 본 개시에 관한 기술이 적용될 수 있는 내시경 수술 시스템의 한 예에 관해 설명하였다. 본 개시에 관한 기술은, 이상 설명한 구성 중, 촬상부(11402)에 적용될 수 있다. 촬상부(11402)에 본 개시에 관한 기술을 적용함에 의해, 검출 정밀도가 향상한다.
또한, 여기서는, 한 예로서 내시경 수술 시스템에 관해 설명하였지만, 본 개시에 관한 기술은, 그 밖에, 예를 들면, 현미경 수술 시스템 등에 적용되어도 좋다.
(적용례 5)
<이동체에의 응용례>
본 개시에 관한 기술은, 다양한 제품에 응용할 수 있다. 예를 들면, 본 개시에 관한 기술은, 자동차, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차, 자동 이륜차, 자전거, 퍼스널모빌리티, 비행기, 드론, 선박, 로봇, 건설 기계, 농업 기계(트랙터) 등의 어느 한 종류의 이동체에 탑재되는 장치로서 실현되어도 좋다.
도 31은 본 개시에 관한 기술이 적용될 수 있는 이동체 제어 시스템의 한 예인 차량 제어 시스템의 개략적인 구성례를 도시하는 블록도이다.
차량 제어 시스템(12000)은 통신 네트워크(12001)를 통하여 접속된 복수의 전자 제어 유닛을 구비한다. 도 31에 도시한 예에서는, 차량 제어 시스템(12000)은 구동계 제어 유닛(12010), 바디계 제어 유닛(12020), 차외 정보 검출 유닛(12030), 차내 정보 검출 유닛(12040) 및 통합 제어 유닛(12050)을 구비한다. 또한, 통합 제어 유닛(12050)의 기능 구성으로서, 마이크로 컴퓨터(12051), 음성 화상 출력부(12052) 및 차량탑재 네트워크 I/F(interface)(12053)가 도시되어 있다.
구동계 제어 유닛(12010)은 각종 프로그램에 따라 차량의 구동계에 관련되는 장치의 동작을 제어한다. 예를 들면, 구동계 제어 유닛(12010)은 내연 기관 또는 구동용 모터 등의 차량의 구동력을 발생시키기 위한 구동력 발생 장치, 구동력을 차륜에 전달하기 위한 구동력 전달 기구, 차량의 타각을 조절하는 스티어링 기구 및, 차량의 제동력을 발생시키는 제동 장치 등의 제어 장치로서 기능한다.
바디계 제어 유닛(12020)은 각종 프로그램에 따라 차체에 장비된 각종 장치의 동작을 제어한다. 예를 들면, 바디계 제어 유닛(12020)은 키레스 엔트리 시스템, 스마트 키 시스템, 파워 윈도우 장치, 또는, 헤드 램프, 백 램프, 브레이크 램프, 윙커 또는 포그램프 등의 각종 램프의 제어 장치로서 기능한다. 이 경우, 바디계 제어 유닛(12020)에는 키를 대체하는 휴대기로부터 발신되는 전파 또는 각종 스위치의 신호가 입력될 수 있다. 바디계 제어 유닛(12020)은 이들의 전파 또는 신호의 입력을 접수하고, 차량의 도어 로크 장치, 파워 윈도우 장치, 램프 등을 제어한다.
차외 정보 검출 유닛(12030)은 차량 제어 시스템(12000)을 탑재한 차량의 외부의 정보를 검출한다. 예를 들면, 차외 정보 검출 유닛(12030)에는 촬상부(12031)가 접속된다. 차외 정보 검출 유닛(12030)은 촬상부(12031)에 차외의 화상을 촬상시킴과 함께, 촬상된 화상을 수신한다. 차외 정보 검출 유닛(12030)은 수신한 화상에 의거하여, 사람, 차, 장애물, 표지 또는 노면상의 문자 등의 물체 검출 처리 또는 거리 검출 처리를 행하여도 좋다.
촬상부(12031)는 광을 수광하고, 그 광의 수광량에 응한 전기 신호를 출력하는 광센서이다. 촬상부(12031)는 전기 신호를 화상으로서 출력할 수도 있고 거리측정의 정보로서 출력할 수도 있다. 또한, 촬상부(12031)가 수광하는 광은, 가시광이라도 좋고, 적외선 등의 비가시광이라도 좋다.
차내 정보 검출 유닛(12040)은 차내의 정보를 검출한다. 차내 정보 검출 유닛(12040)에는 예를 들면, 운전자의 상태를 검출하는 운전자 상태 검출부(12041)가 접속된다. 운전자 상태 검출부(12041)는 예를 들면 운전자를 촬상하는 카메라를 포함하고, 차내 정보 검출 유닛(12040)은 운전자 상태 검출부(12041)로부터 입력된 검출 정보에 의거하여, 운전자의 피로 정도 또는 집중 정도를 산출하여도 좋고, 운전자가 앉아서 졸고 있지 않는지를 판별하여도 좋다.
마이크로 컴퓨터(12051)는 차외 정보 검출 유닛(12030) 또는 차내 정보 검출 유닛(12040)에서 취득된 차내외의 정보에 의거하여, 구동력 발생 장치, 스티어링 기구 또는 제동 장치의 제어 목표치를 연산하고, 구동계 제어 유닛(12010)에 대해 제어 지령을 출력할 수 있다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는 차량의 충돌 회피 또는 충격 완화, 차간 거리에 의거한 추종 주행, 차속 유지 주행, 차량의 충돌 경고, 또는 차량의 레인 일탈 경고 등을 포함하는 ADAS(Advanced Driver Assistance System)의 기능 실현을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수가 있다.
또한, 마이크로 컴퓨터(12051)는 차외 정보 검출 유닛(12030) 또는 차내 정보 검출 유닛(12040)에서 취득된 차량의 주위의 정보에 의거하여 구동력 발생 장치, 스티어링 기구 또는 제동 장치 등을 제어함에 의해, 운전자의 조작에 근거하지 않고 자율적으로 주행한 자동 운전 등을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수가 있다.
또한, 마이크로 컴퓨터(12051)는 차외 정보 검출 유닛(12030)에서 취득된 차외의 정보에 의거하여, 바디계 제어 유닛(12020)에 대해 제어 지령을 출력할 수 있다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는 차외 정보 검출 유닛(12030)에서 검지한 선행차 또는 대향차의 위치에 응하여 헤드 램프를 제어하여, 하이 빔을 로우 빔으로 전환하는 등의 방현(防眩)을 도모하는 것을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수가 있다.
음성 화상 출력부(12052)는 차량의 탑승자 또는 차외에 대해, 시각적 또는 청각적으로 정보를 통지하는 것이 가능한 출력 장치에 음성 및 화상 중의 적어도 일방의 출력 신호를 송신한다. 도 31의 예에서는, 출력 장치로서, 오디오 스피커(12061), 표시부(12062) 및 인스트루먼트 패널(12063)이 예시되어 있다. 표시부(12062)는 예를 들면, 온 보드 디스플레이 및 헤드 업 디스플레이의 적어도 하나를 포함하고 있어도 좋다.
도 32는 촬상부(12031)의 설치 위치의 예를 도시하는 도면이다.
도 32에서는 촬상부(12031)로서, 촬상부(12101, 12102, 12103, 12104, 12105)를 갖는다.
촬상부(12101, 12102, 12103, 12104, 12105)는 예를 들면, 차량(12100)의 프런트 노우즈, 사이드 미러, 리어 범퍼, 백 도어 및 차실내의 프론트글라스의 상부 등의 위치에 마련된다. 프런트 노우즈에 구비되는 촬상부(12101) 및 차실내의 프론트글라스의 상부에 구비되는 촬상부(12105)는 주로 차량(12100)의 전방의 화상을 취득한다. 사이드 미러에 구비되는 촬상부(12102, 121030은, 주로 차량(12100)의 측방의 화상을 취득한다. 리어 범퍼 또는 백 도어에 구비되는 촬상부(12104)는 주로 차량(12100)의 후방의 화상을 취득한다. 차실내의 프론트글라스의 상부에 구비되는 촬상부(12105)는 주로 선행 차량 또는, 보행자, 장애물, 신호기, 교통 표지 또는 차선 등의 검출에 이용된다.
또한, 도 32에는 촬상부(12101 내지 12104)의 촬영 범위의 한 예가 도시되어 있다. 촬상 범위(12111)는 프런트 노우즈에 마련된 촬상부(12101)의 촬상 범위를 나타내고, 촬상 범위(12112, 12113)는 각각 사이드 미러에 마련된 촬상부(12102, 121030의 촬상 범위를 나타내고, 촬상 범위(12114)는 리어 범퍼 또는 백 도어에 마련된 촬상부(12104)의 촬상 범위를 나타낸다. 예를 들면, 촬상부(12101 내지 12104)에서 촬상된 화상 데이터가 중합시켜짐에 의해, 차량(12100)을 상방에서 본 부감(俯瞰) 화상을 얻을 수 있다.
촬상부(12101 내지 12104)의 적어도 하나는, 거리 정보를 취득하는 기능을 갖고 있어도 좋다. 예를 들면, 촬상부(12101 내지 12104)의 적어도 하나는, 복수의 촬상 소자로 이루어지는 스테레오 카메라라도 좋고, 위상차 검출용의 화소를 갖는 촬상 소자라도 좋다.
예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는 촬상부(12101 내지 12104)로부터 얻어진 거리 정보를 기초로, 촬상 범위(12111 내지 12114) 내에서의 각 입체물까지의 거리와, 이 거리의 시간적 변화(차량(12100)에 대한 상대 속도)를 구함에 의해, 특히 차량(12100)의 진행 노상에 있는 가장 가까운 입체물로, 차량(12100)과 거의 동일 방향에 소정의 속도(예를 들면, 0㎞/h 이상)로 주행하는 입체물을 선행차로서 추출할 수 있다. 또한, 마이크로 컴퓨터(12051)는 선행차와 내차와의 사이에 미리 확보하여야 할 차간 거리를 설정하고, 자동 브레이크 제어(추종 정지 제어도 포함한다)나 자동 가속 제어(추종 발진 제어도 포함한다) 등을 행할 수가 있다. 이와 같이 운전자의 조작에 근거하지 않고 자율적으로 주행하는 자동 운전 등을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수가 있다.
예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는 촬상부(12101 내지 12104)로부터 얻어진 거리 정보를 기초로, 입체물에 관한 입체물 데이터를 2륜차, 보통 차량, 대형 차량, 보행자, 전신주 등 그 밖의 입체물로 분류하여 추출하고, 장애물의 자동 회피에 이용할 수 있다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는 차량(12100)의 주변의 장애물을, 차량(12100)의 드라이버가 시인 가능한 장애물과 시인 곤란한 장애물로 식별한다. 그리고, 마이크로 컴퓨터(12051)는 각 장애물과의 충돌의 위험도를 나타내는 충돌 리스크를 판단하고, 충돌 리스크가 설정치 이상으로 충돌 가능성이 있는 상황인 때에는 오디오 스피커(12061)나 표시부(12062)를 통하여 드라이버에게 경보를 출력하는 것이나, 구동계 제어 유닛(12010)을 통하여 강제 감속이나 회피 조타를 행함으로써, 충돌 회피를 위한 운전 지원을 행할 수가 있다.
촬상부(12101 내지 12104)의 적어도 하나는, 적외선을 검출하는 적외선 카메라라도 좋다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는 촬상부(12101 내지 12104)의 촬상 화상 중에 보행자가 존재하는지의 여부를 판정함으로써 보행자를 인식할 수 있다. 이러한 보행자의 인식은, 예를 들면 적외선 카메라로서의 촬상부(12101 내지 12104)의 촬상 화상에서의 특징점을 추출하는 순서와, 물체의 윤곽을 나타내는 일련의 특징점에 패턴 매칭 처리를 행하여 보행자인지의 여부를 판별하는 순서에 의해 행하여진다. 마이크로 컴퓨터(12051)가, 촬상부(12101 내지 12104)의 촬상 화상 중에 보행자가 존재한다고 판정하고, 보행자를 인식하면, 음성 화상 출력부(12052)는 당해 인식된 보행자에게 강조를 위한 사각형 윤곽선을 중첩 표시하도록, 표시부(12062)를 제어한다. 또한, 음성 화상 출력부(12052)는 보행자를 나타내는 아이콘 등을 소망하는 위치에 표시하도록 표시부(12062)를 제어하여도 좋다.
이상, 실시의 형태 및 변형례 1∼3 내지 적용례를 들어 설명하였지만, 본 개시 내용은 상기 실시의 형태 등으로 한정되는 것이 아니고, 여러가지 변형이 가능하다. 예를 들면, 상기 실시의 형태에서는, 광전변환 소자(10)로서, 녹색광을 검출하는 유기 광전변환부(20)와 청색광, 적색광을 각각 검출하는 무기 광전변환부(32B, 32R)를 적층시킨 구성으로 하였지만, 본 개시 내용은 이와 같은 구조로 한정되는 것이 아니다. 즉, 유기 광전변환부에서 적색광 또는 청색광을 검출하도록 하여도 좋고, 무기 광전변환부에서 녹색광을 검출하도록 하여도 좋다.
또한, 이들의 유기 광전변환부 및 무기 광전변환부의 수나 그 비율도 한정되는 것이 아니고, 2 이상의 유기 광전변환부를 마련하여도 좋고, 유기 광전변환부만으로 복수색의 색 신호가 얻어지도록 하여도 좋다. 또한, 본 개시의 광전변환 소자 및 고체 촬상 장치에서는, 상기 실시의 형태 등에서 설명한 각 구성 요소를 전부 구비하고 있을 필요는 없고, 또한 역으로 다른 층을 구비하고 있어도 좋다.
또한, 본 명세서 중에 기재된 효과는 어디까지나 예시이고 한정되는 것이 아니고, 또한, 다른 효과가 있어도 좋다.
또한, 본 개시는, 이하와 같은 구성이라도 좋다.
(1) 하나의 전극 및 다른 전극을 갖는 제1의 전극과, 상기 제1의 전극과 대향 배치된 제2의 전극과, 상기 제1의 전극과 상기 제2의 전극의 사이에 배치됨과 함께, 상기 하나의 전극과는 전기적으로 접속되고, 상기 다른 전극의 사이에 절연층이 마련되어 있는 유기 광전변환층을 갖는 유기 광전변환부와,
상기 유기 광전변환부에 대해, 상기 제1의 전극을 사이로 배치된 무기 광전변환부와,
상기 유기 광전변환부와 상기 무기 광전변환부의 사이에 마련된 광학 필터를 구비한 광전변환 소자.
(2) 상기 광학 필터는, 상기 다른 전극과 상기 무기 광전변환부의 사이에 마련되어 있는 상기 (1)에 기재된 광전변환 소자.
(3) 유기 광전변환부 및 상기 무기 광전변환부는 서로 다른 파장대역의 광을 흡수하고,
상기 광학 필터는, 상기 무기 광전변환부에서 흡수되는 파장대역의 광을 선택적으로 투과하는 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 광전변환 소자.
(4) 상기 무기 광전변환부는, 반도체 기판 내에 마련되고, 복수의 광전변환부가 상기 반도체 기판의 평면 방향으로 배치되어 있는 상기 (1) 내지 (3) 중의 어느 하나에 기재된 광전변환 소자.
(5) 상기 광학 필터는, 제1의 파장대역의 광을 선택적으로 투과하는 제1의 광학 필터와, 제2의 파장대역의 광을 선택적으로 투과하는 제2의 광학 필터를 가지며,
상기 제1의 전극과 상기 복수의 광전변환부의 사이에는 각각 상기 제1의 광학 필터 또는 상기 제2의 광학 필터가 배치되어 있는 상기 (4)에 기재된 광전변환 소자.
(6) 상기 제1의 광학 필터 및 상기 제2의 광학 필터는, 체크무늬형상 또는 줄무늬형상으로 배치되어 있는 상기 (5)에 기재된 광전변환 소자.
(7) 상기 광학 필터는, 또한, 제3의 파장대역의 광을 선택적으로 투과하는 제3의 광학 필터를 가지며,
상기 제1의 광학 필터, 상기 제2의 광학 필터 및 상기 제3의 광학 필터는 베이어형상으로 배치되어 있는 상기 (5) 또는 (6)에 기재된 광전변환 소자.
(8) 상기 광학 필터는, 또한, 제4의 파장대역의 광을 선택적으로 투과하는 제4의 광학 필터를 갖는 상기 (7)에 기재된 광전변환 소자.
(9) 상기 제1의 광학 필터, 상기 제2의 광학 필터, 상기 제3의 광학 필터 및 상기 제4의 광학 필터는 서로 다르고,
상기 제1의 광학 필터, 상기 제2의 광학 필터, 상기 제3의 광학 필터 및 상기 제4의 광학 필터는, 적색 영역, 녹색 영역, 청색 영역 또는 가시 영역의 어느 하나의 광을 선택적으로 투과하는 상기 (8)에 기재된 광전변환 소자.
(10) 상기 제1의 광학 필터, 상기 제2의 광학 필터 및 상기 제3의 광학 필터는, 2×2 배열에서, 2개의 상기 제1의 광학 필터가 하나의 대각선상에 배치되고, 상기 제2의 광학 필터 및 상기 제3의 광학 필터가 다른 대각선상에 배치되어 있는 상기 (9)에 기재된 광전변환 소자.
(11) 상기 제1의 광학 필터, 상기 제2의 광학 필터 및 상기 제3의 광학 필터는, 2×2 배열에서, 2개의 상기 제1의 광학 필터가 하나의 열에 인접 배치되고, 상기 제2의 광학 필터 및 상기 제3의 광학 필터가 다른 열에 인접 배치되어 있는 상기 (9) 또는 (10)에 기재된 광전변환 소자.
(12) 상기 광학 필터는, 이웃하는 서로에게 다른 파장대역의 광을 선택적으로 투과시키는 상기 광학 필터의 사이의 적어도 일부에 차광부가 마련되어 있는 상기 (1) 내지 (11) 중의 어느 하나에 기재된 광전변환 소자.
(13) 상기 차광부는, 상기 하나의 전극과 전기적으로 접속되고, 상기 무기 광전변환부를 갖는 반도체 기판을 관통하는 관통 전극에 의해 구성되어 있는 상기 (12)에 기재된 광전변환 소자.
(14) 상기 차광부는, 상기 다른 전극과 전기적으로 접속된 구동용 배선에 의해 구성되어 있는 상기 (12) 또는 (13)에 기재된 광전변환 소자.
(15) 상기 광학 필터는 유기 안료를 포함하는 상기 (1) 내지 (14) 중 어느 하나에 기재된 광전변환 소자.
(16) 상기 광학 필터는 복수의 개공에 의해 형성되어 있는 상기 (1) 내지 (15) 중 어느 하나에 기재된 광전변환 소자.
(17) 상기 광학 필터는 금속 나노 입자를 포함하는 상기 (1) 내지 (16) 중 어느 하나에 기재된 광전변환 소자.
(18) 상기 광학 필터는 다층 간섭막에 의해 구성되어 있는 상기 (1) 내지 (17) 중 어느 하나에 기재된 광전변환 소자.
(19) 하나 또는 복수의 광전변환 소자가 각각 마련되어 있는 복수의 화소를 구비하고,
상기 광전변환 소자는,
하나의 전극 및 다른 전극을 갖는 제1의 전극과, 상기 제1의 전극과 대향 배치된 제2의 전극과, 상기 제1의 전극과 상기 제2의 전극의 사이에 배치됨과 함께, 상기 하나의 전극과는 전기적으로 접속되고, 상기 다른 전극의 사이에 절연층이 마련되어 있는 유기 광전변환층을 갖는 유기 광전변환부와,
상기 유기 광전변환부에 대해, 상기 제1의 전극을 사이로 배치된 무기 광전변환부와,
상기 유기 광전변환부와 상기 무기 광전변환부의 사이에 마련된 광학 필터를 갖는 고체 촬상 장치.
본 출원은, 일본 특허청에서 2017년 12월 20일에 출원된 일본 특허출원 번호 2017-244346호를 기초로서 우선권을 주장하는 것이고, 이 출원의 모든 내용을 참조에 의해 본 출원에 원용한다.
당업자라면, 설계상의 요건이나 다른 요인에 따라서 여러가지의 수정, 콤비네이션, 서브콤비네이션 및 변경을 상도할 수 있는데 그것들은 첨부한 청구의 범위나 그 균등물의 범위에 포함되는 것으로 이해된다.

Claims (19)

  1. 하나의 전극 및 다른 전극을 갖는 제1의 전극과, 상기 제1의 전극과 대향 배치된 제2의 전극과, 상기 제1의 전극과 상기 제2의 전극의 사이에 배치됨과 함께, 상기 하나의 전극과는 전기적으로 접속되고, 상기 다른 전극과의 사이에 절연층이 마련되어 있는 유기 광전변환층을 갖는 유기 광전변환부와,
    상기 유기 광전변환부와의 사이에, 상기 제1의 전극이 배치된 무기 광전변환부와,
    상기 유기 광전변환부와 상기 무기 광전변환부의 사이에 마련된 광학 필터와,
    차광부를 구비하고,
    상기 차광부는,
    상기 하나의 전극과 전기적으로 접속되고, 상기 무기 광전변환부를 포함하는 반도체 기판을 관통하고, 평면으로 보아 상기 다른 전극의 제1면에 있고 제1 방향으로 연장하는 가늘고 긴 형상을 갖는 관통 전극과,
    전압을 인가받고 상기 다른 전극, 및 인접한 유기 광전 변환부의 적어도 하나의 다른 전극에 전기적으로 접속되고, 상기 평면으로 보아 상기 제1 방향과 수직인 제2 방향으로 복수의 화소를 가로질러 연장하여 상기 복수의 화소에 대해 공통 배선으로 기능하는 구동 배선을 포함하는 것을 특징으로 하는 광전변환 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광학 필터는, 상기 다른 전극과 상기 무기 광전변환부의 사이에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 광전변환 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    유기 광전변환부 및 상기 무기 광전변환부는 서로 다른 파장대역의 광을 흡수하고,
    상기 광학 필터는, 상기 무기 광전변환부에서 흡수되는 파장대역의 광을 선택적으로 투과하는 것을 특징으로 하는 광전변환 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    복수의 무기 광전변환부가 상기 반도체 기판의 평면 방향으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광전변환 소자.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 광학 필터는, 제1의 파장대역의 광을 선택적으로 투과하는 제1의 광학 필터와, 제2의 파장대역의 광을 선택적으로 투과하는 제2의 광학 필터를 가지며,
    상기 복수의 무기 광전변환부 각각은 각각의 제1 전극을 포함하고,
    상기 제1의 전극 각각과 상기 복수의 무기 광전변환부 각각의 사이에는 상기 제1의 광학 필터 또는 상기 제2의 광학 필터가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광전변환 소자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1의 광학 필터 및 상기 제2의 광학 필터는, 체크무늬형상 또는 줄무늬형상으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광전변환 소자.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 광학 필터는, 상기 복수의 무기 광전변환부 각각에 대해 제3의 파장대역의 광을 선택적으로 투과하는 제3의 광학 필터를 가지며,
    상기 제1의 광학 필터, 상기 제2의 광학 필터 및 상기 제3의 광학 필터는 베이어형상으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광전변환 소자.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 광학 필터는, 상기 복수의 무기 광전변환부 각각에 대해 제4의 파장대역의 광을 선택적으로 투과하는 제4의 광학 필터를 갖는 것을 특징으로 하는 광전변환 소자.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1의 광학 필터, 상기 제2의 광학 필터, 상기 제3의 광학 필터 및 상기 제4의 광학 필터는 서로 다르고,
    상기 제1의 광학 필터, 상기 제2의 광학 필터, 상기 제3의 광학 필터 및 상기 제4의 광학 필터는, 적색 영역, 녹색 영역, 청색 영역 또는 가시 영역 중 하나의 광을 선택적으로 투과하는 것을 특징으로 하는 광전변환 소자.
  10. 제9항에 있어서,
    2×2 배열에서, 2개의 상기 제1의 광학 필터가 하나의 대각선상에 배치되고, 상기 제2의 광학 필터 및 상기 제3의 광학 필터가 다른 대각선상에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광전변환 소자.
  11. 제9항에 있어서,
    2×2 배열에서, 2개의 상기 제1의 광학 필터가 하나의 열에 서로 인접 배치되고, 상기 제2의 광학 필터 및 상기 제3의 광학 필터가 다른 열에 서로 인접 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광전변환 소자.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 관통 전극은 상기 광학 필터와, 서로 다른 파장대역의 광을 선택적으로 투과시키는 인접 광학 필터의 사이의 적어도 일부에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 광전변환 소자.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 구동 배선은 상기 평면으로 보아 상기 광학 필터의 에지 위에 배치되는 것을 특징으로 하는 광전변환 소자.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 구동 배선은 상기 평면으로 보아 상기 하나의 전극의 에지 위에 배치되는 것을 특징으로 하는 광전변환 소자.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 광학 필터는 유기 안료를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전변환 소자.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 광학 필터는 복수의 개공에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광전변환 소자.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 광학 필터는 금속 나노 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전변환 소자.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 광학 필터는 다층 간섭막에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 광전변환 소자.
  19. 하나 이상의 광전변환 소자가 각각 마련되어 있는 복수의 화소를 구비하고,
    상기 하나 이상의 광전변환 소자는,
    하나의 전극 및 다른 전극을 갖는 제1의 전극과, 상기 제1의 전극과 대향 배치된 제2의 전극과, 상기 제1의 전극과 상기 제2의 전극의 사이에 배치됨과 함께, 상기 하나의 전극과는 전기적으로 접속되고, 상기 다른 전극과의 사이에 절연층이 마련되어 있는 유기 광전변환층을 갖는 유기 광전변환부와,
    상기 유기 광전변환부와의 사이에, 상기 제1의 전극이 배치된 무기 광전변환부와,
    상기 유기 광전변환부와 상기 무기 광전변환부의 사이에 마련된 광학 필터와,
    차광부를 각각 구비하고,
    상기 차광부는,
    상기 하나의 전극과 전기적으로 접속되고, 상기 무기 광전변환부를 포함하는 반도체 기판을 관통하고, 평면으로 보아 상기 다른 전극의 제1면에 있고 제1 방향으로 연장하는 가늘고 긴 형상을 갖는 관통 전극과,
    전압을 인가받고 상기 다른 전극, 및 인접한 유기 광전 변환부의 적어도 하나의 다른 전극에 전기적으로 접속되고, 상기 평면으로 보아 상기 제1 방향과 수직인 제2 방향으로 복수의 화소를 가로질러 연장하여 상기 복수의 화소에 대해 공통 배선으로 기능하는 구동 배선을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
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