KR20130028910A - 반도체 장치 - Google Patents

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요시유키 쿠로카와
타카유키 이케다
히카루 타무라
무네히로 코주마
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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

본 발명은 포토센서에 있어서, 트랜지스터의 오프 전류를 저감함으로써 저소비 전력화를 도모하는 것을 목적 중 하나로 한다. 포토다이오드, 제 1 트랜지스터, 및 제 2 트랜지스터를 갖는 포토센서와, 읽기 제어 트랜지스터를 갖는 읽기 제어 회로를 포함한다. 포토다이오드는 입사광에 따른 전하를 제 1 트랜지스터의 게이트에 공급하는 기능을 갖는다. 제 1 트랜지스터는 게이트에 공급된 전하를 축적하는 기능과, 축적된 전하를 출력신호로 변환하는 기능을 갖는다. 제 2 트랜지스터는 출력 신호의 읽기를 제어하는 기능을 갖는다. 읽기 제어 트랜지스터는 출력 신호를 전압값의 신호로 변환하는 저항소자로서의 기능을 가지며, 제 1 트랜지스터, 제 2 트랜지스터, 및 읽기 제어 트랜지스터의 반도체층은 산화물 반도체를 사용하여 형성되어 있다.

Description

반도체 장치{SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은 포토센서 및 그 구동방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 포토센서를 갖는 표시장치 및 그 구동방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 포토센서를 갖는 반도체 장치 및 그 구동방법에 관한 것이다.
근래, 광을 검출하는 센서('포토센서'라고도 한다)를 탑재한 표시장치가 주목을 받고 있다. 포토센서를 표시장치에 마련함으로써, 표시화면이 입력영역을 겸한다. 그 일 예로서, 영상 캡쳐 기능을 구비한 표시장치를 들 수 있다(예를 들면, 특허문헌 1을 참조).
또한, 포토센서를 갖는 반도체 장치로서, CCD 방식의 이미지 센서나 CMOS 방식의 이미지 센서 등을 들 수 있다. 이들 이미지 센서는 예를 들면 디지털 스틸 카메라나 휴대전화 등과 같은 전자기기에 사용되고 있다.
포토센서를 탑재한 표시장치에서는 먼저 표시장치로부터 광을 발한다. 피검출물이 존재하는 영역에 입사한 광은 피검출물에 의해 차단되며, 일부의 광이 반사된다. 표시 장치 내의 화소에 마련된 포토센서가 피검출물로부터 반사된 광을 검출함으로써, 해당 영역에 피검출물이 존재하는 것을 인식할 수 있다.
또한, 포토센서를 탑재한 반도체 장치에서는 피검출물에서 방출되는 광 또는 피검출물에 의해 외부 광 등이 반사된 광을, 포토센서로 직접 검출하거나 또는 광학 렌즈 등을 사용하여 집광한 후에 검출한다.
일본 특허공개 2001-292276호 공보
포토센서를 탑재한 반도체 장치에서는 각 화소에 마련된 포토센서가 광을 검출하여 생성한 전기 신호를 수집하기 위해, 각 화소에, 트랜지스터를 사용한 회로가 형성되어 있다.
포토센서를 탑재한 반도체 장치는 입사광에 따른 출력 신호를 전압값의 신호로 변환하기 위한 읽기 제어 트랜지스터를 갖는다. 입사광에 따른 출력신호는 포토센서에 설치된 트랜지스터, 및 읽기 제어 트랜지스터를 저항으로 간주하여 저항분할함으로써 전압값의 신호로 변환할 수 있다.
포토센서를 탑재한 반도체 장치에 있어서, 읽기 제어 트랜지스터를 비정질 실리콘 또는 다결정 실리콘을 구비하는 트랜지스터로 형성할 수 있다. 그러나, 비정질 실리콘 또는 다결정 실리콘을 사용한 트랜지스터에서는 오프 상태의 트랜지스터에 흐르는 전류인 오프 전류가 흐르게 된다. 그 때문에, 포토센서를 탑재한 반도체 장치에서 읽기를 수행하지 않는 기간에는 시간의 누적과 함께 소비 전력을 증가시키는 일 원인이 되게 된다.
본 발명의 일 양태는 포토센서에서 저소비 전력화를 도모할 수 있는 반도체 장치를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다.
본 발명의 일 양태는 포토다이오드, 제 1 트랜지스터, 및 제 2 트랜지스터를 갖는 포토센서와, 읽기 제어 트랜지스터를 갖는 읽기 제어 회로를 포함하며, 포토다이오드는 입사광에 따른 전하를 제 1 트랜지스터의 게이트에 공급하는 기능을 가지고, 제1 트랜지스터는 게이트에 공급된 전하를 축적하는 기능과, 축적된 전하를 출력 신호로 변환하는 기능을 가지며, 제 2 트랜지스터는 출력 신호의 읽기를 제어하는 기능을 가지고, 읽기 제어 트랜지스터는 출력 신호를 전압값의 신호로 변환하는 저항소자로서의 기능을 가지며, 제 1 트랜지스터, 제 2 트랜지스터, 및 읽기 제어 트랜지스터의 반도체층은 산화물 반도체를 사용하여 형성되어 있는 반도체 장치이다.
본 발명의 일 양태는 포토다이오드, 제 1 트랜지스터, 제 2 트랜지스터, 및 제 3 트랜지스터를 갖는 포토센서와, 읽기 제어 트랜지스터를 갖는 읽기 제어 회로를 포함하며, 포토다이오드는 입사광에 따른 전하를 제 1 트랜지스터의 게이트에 공급하는 기능을 가지고, 제 1 트랜지스터는 게이트에 공급된 전하를 축적하는 기능과, 축적된 전하를 출력 신호로 변환하는 기능을 가지며, 제 2 트랜지스터는 제 1 트랜지스터의 게이트에 축적된 전하를 홀딩하는 기능을 가지고, 제 3 트랜지스터는 출력 신호의 읽기를 제어하는 기능을 가지며, 읽기 제어 트랜지스터는 출력 신호를 전압값의 신호로 변환하는 저항소자로서의 기능을 가지고, 제 1 트랜지스터, 제 2 트랜지스터, 제 3 트랜지스터, 및 읽기 제어 트랜지스터의 반도체층은 산화물 반도체를 사용하여 형성되어 있는 반도체 장치이다.
본 발명의 일 양태는 포토다이오드, 제 1 트랜지스터, 및 제 2 트랜지스터를 갖는 포토센서와, 읽기 제어 트랜지스터를 갖는 읽기 제어 회로를 포함하며, 포토다이오드는 입사광에 따른 전하를 제 1 트랜지스터의 게이트에 공급하는 기능을 가지고, 제 1 트랜지스터는 게이트에 공급된 전하를 축적하는 기능과, 축적된 전하를 출력 신호로 변환하는 기능을 가지며, 제 2 트랜지스터는 출력 신호의 읽기를 제어하는 기능을 가지고, 읽기 제어 트랜지스터는 출력 신호를 전압값의 신호로 변환하는 저항 소자로서의 기능을 가지며, 제 1 트랜지스터, 제 2 트랜지스터, 및 읽기 제어 트랜지스터의 반도체층은 산화물 반도체를 사용하여 형성되어 있고, 읽기 제어 트랜지스터의 게이트에 인가되는 전압은 출력 신호에 따라 전환됨으로써, 읽기 제어 트랜지스터의 저항값을 전환하는 반도체 장치이다.
본 발명의 일 양태는 포토다이오드, 제 1 트랜지스터, 제 2 트랜지스터, 및 제 3 트랜지스터를 갖는 포토센서와, 읽기 제어 트랜지스터를 갖는 읽기 제어 회로를 포함하며, 포토다이오드는 입사광에 따른 전하를 제 1 트랜지스터의 게이트에 공급하는 기능을 가지고, 제 1 트랜지스터는 게이트에 공급된 전하를 축적하는 기능과, 축적된 전하를 출력 신호로 변환하는 기능을 가지며, 제 2 트랜지스터는 제 1 트랜지스터의 게이트에 축적된 전하를 홀딩하는 기능을 가지고, 제 3 트랜지스터는 출력 신호의 읽기를 제어하는 기능을 가지며, 읽기 제어 트랜지스터는 출력 신호를 전압값의 신호로 변환하는 저항소자로서의 기능을 가지고, 제 1 트랜지스터, 제 2 트랜지스터, 제 3 트랜지스터, 및 읽기 제어 트랜지스터의 반도체층은 산화물 반도체를 사용하여 형성되어 있으며, 읽기 제어 트랜지스터의 게이트에 인가되는 전압은 출력 신호에 따라 전환됨으로써, 읽기 제어 트랜지스터의 저항값을 전환하는 반도체 장치이다.
본 발명의 일 양태에 있어서, 포토센서가 복수 마련되고, 포토센서는 리셋 동작, 누적 동작, 및 읽기 동작을 수행하는 기능을 가지며, 복수 마련된 포토센서는 리셋 동작을 공통적으로 수행하고, 누적 동작을 공통적으로 수행하며, 읽기 동작을 순차적으로 수행하는 기능을 갖는 반도체 장치이어도 좋다.
또한, 반도체 장치란 반도체의 성질을 가지는 요소 및 그 요소를 가지는 것 전반을 가리킨다. 예를 들면, 트랜지스터를 갖는 표시장치를 단순히 반도체 장치라 부르는 일도 있다.
본 발명의 포토센서에 있어서 저소비 전력화를 도모할 수 있는 반도체 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 양태를 설명하기 위한 회로도 및 타이밍 차트도.
도 2는 본 발명의 일 양태를 설명하기 위한 회로도.
도 3은 본 발명의 일 양태를 설명하기 위한 회로도 및 타이밍 차트도.
도 4는 본 발명의 일 양태를 설명하기 위한 블록도.
도 5는 본 발명의 일 양태를 설명하기 위한 회로도.
도 6은 본 발명의 일 양태를 설명하기 위한 타이밍 차트도.
도 7은 본 발명의 일 양태를 설명하기 위한 타이밍 차트도.
도 8은 본 발명의 일 양태를 설명하기 위한 단면도.
도 9는 반도체 장치의 일 예를 나타낸 도면.
도 10은 본 발명의 일 양태를 설명하기 위한 회로도.
이하, 본 발명의 실시 형태 및 실시예에 대해 도면을 참조하면서 설명한다. 단, 본 발명은 많은 서로 다른 양태로 실시하는 것이 가능하며, 본 발명의 취지 및 그 범위에서 벗어나지 않고 그 형태 및 상세 사항을 다양하게 변경할 수 있는 것은 당업자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 본 실시형태 및 실시예의 기재 내용으로 한정하여 해석되는 것이 아니다. 또한, 이하에 설명하는 본 발명의 구성에 있어서, 동일한 것을 가리키는 부호는 다른 도면들 사이에서 공통으로 한다.
또한, 각 실시형태의 도면 등에서 나타내는 각 구성의 크기, 층의 두께, 신호 파형 또는 영역은 명료화를 위해 과장되게 표기되어 있는 경우가 있다. 따라서, 반드시 그 스케일로 한정되지 않는다.
또한, 본 명세서에서 사용하는 제 1, 제 2, 제 3 내지 제 N(N은 자연수)이라는 용어는 구성 요소의 혼동을 피하기 위해 붙인 것으로, 수적으로 한정하는 것이 아니라는 점을 밝힌다.
(실시형태 1)
본 실시형태에서는 개시하는 발명의 일 양태인 반도체 장치의 일 예에 대해 도 1, 도 2를 참조하여 설명한다.
도 1(A)는 반도체 장치(10)가 갖는 포토센서(11)의 회로 구성의 일 예이다. 또한, 포토센서(11)에 접속되어 있는 읽기 제어 회로(12)의 구성의 일 예를 나타낸다.
포토센서(11)는 포토다이오드(13), 트랜지스터(14)(제 1 트랜지스터라고도 한다), 트랜지스터(15)(제 2 트랜지스터라고도 한다)를 갖는다. 읽기 제어 회로(12)는 트랜지스터(18)(읽기 제어 트랜지스터라고도 한다)를 갖는다.
포토센서(11)에 있어서, 포토다이오드(13)는 일측 전극이 포토다이오드 리셋 신호선(16)에 접속되고, 타측 전극이 트랜지스터(14)의 게이트에 접속되어 있다. 트랜지스터(14)는 소스 및 드레인 중 한쪽이 포토센서 기준 고전위 전원선(20)에 접속되고, 소스 및 드레인 중 다른 한쪽이 트랜지스터(15)의 소스 및 드레인 중 한쪽에 접속되어 있다. 트랜지스터(15)의 게이트가 게이트 신호선(17)에 접속되고, 트랜지스터(15)의 소스 및 드레인 중 다른 한쪽이 포토센서 출력 신호선(22)에 접속되어 있다.
또한, 읽기 제어 회로(12)에 있어서, 트랜지스터(18)는 소스 및 드레인 중 한쪽이 트랜지스터(15)의 소스 및 드레인 중 다른 한쪽 및 포토센서 출력 신호선(22)에 접속되고, 소스 및 드레인 중 다른 한쪽이 포토센서 기준 저전위 전원선(21)에 접속되며, 트랜지스터(18)의 게이트가 포토센서 선택 신호선(19)에 접속되어 있다.
또한, 본 명세서의 회로도에 있어서, 산화물 반도체층을 사용하는 트랜지스터라고 명확하게 판별할 수 있도록, 산화물 반도체를 사용하는 트랜지스터의 기호에는 'OS'라고 기재되어 있다. 예를 들면, 도 1(A)에 있어서, 트랜지스터(14), 트랜지스터(15), 및 트랜지스터(18)는 반도체층에 산화물 반도체를 사용한 트랜지스터이다.
트랜지스터(14), 트랜지스터(15), 및 트랜지스터(18)는 반도체층에 산화물 반도체를 포함하고 있다. 이들 트랜지스터가 반도체층에 산화물 반도체를 사용함으로써, 오프 상태(비도통상태라고도 한다)의 트랜지스터에 흐르는 전류인 오프 전류를 극히 작게 한 트랜지스터로 할 수 있다.
또한, 트랜지스터(14), 트랜지스터(15)의 반도체층은 어느 한 반도체층에 산화물 반도체를 사용하는 구성으로 하면 된다. 구체적으로는 도 10(A)에 나타낸 바와 같이 트랜지스터(14)가 산화물 반도체를 사용한 트랜지스터로 할 수도 있으며, 도 10(B)에 나타낸 바와 같이 트랜지스터(15)가 반도체층에 산화물 반도체를 사용한 트랜지스터로 할 수도 있다. 또한, 트랜지스터(14), 트랜지스터(15)의 반도체층에 사용하는, 산화물 반도체 이외의 반도체로서는 실리콘에 의한 비정질 반도체, 미세결정 반도체, 다결정 반도체, 또는 단결정 반도체 등을 사용하면 된다. 특히, 포토다이오드(13)로부터 공급되는 전하를 출력신호로 변환하는 기능을 갖는 트랜지스터(14)에는 단결정 반도체를 사용하여 이동도가 높은 트랜지스터로 하는 것이 바람직하다.
또한, A와 B가 접속되어 있다고 명시적으로 기재하는 경우에는 A와 B가 전기적으로 접속되어 있는 경우와, A와 B가 기능적으로 접속되어 있는 경우와, A와 B가 직접적으로 접속되어 있는 경우를 모두 포함하는 것으로 한다.
포토다이오드 리셋 신호선(16), 게이트 신호선(17)은 포토센서 구동회로에 의해 신호가 공급된다. 포토센서 구동회로는 특정한 행에 배치된 포토센서(11)에 대해, 후술하는 리셋 동작과 누적 동작과 읽기 동작(선택 동작이라고도 한다)을 수행하기 위한 신호를 공급한다.
포토센서 선택 선호선(19), 포토센서 기준 고전위 전원선(20), 포토센서 기준 저전위 전원선(21), 포토센서 출력 신호선(22)은 포토센서 읽기회로에 접속된다. 포토센서 읽기회로는 선택된 행의 포토센서(11)의 출력 신호를 읽어내기 위한 각 배선의 신호 제어를 수행하는 기능을 갖는다.
또한, 포토센서 읽기회로는 아날로그 신호인 포토센서의 출력 신호를, 연산증폭기(operational amplifier)를 사용하여 아날로그 신호인 채로 포토센서 출력 신호선(22)을 통해 외부로 꺼내는 구성이나, A/D 변환 회로를 사용하여 디지털 신호로 변환하고나서 포토센서 출력 신호선(22)을 통해 외부로 꺼내는 구성을 가질 수 있다.
포토다이오드(13)에는 PN형, PIN형, 쇼트키형, 또는 아발란체(avalanche)형의 다이오드를 사용할 수 있다. PN형 또는 PIN형의 다이오드를 사용하는 경우에는 각각의 도전형(P형과 N형 또는 P형과 I형과 N형)을 갖는 반도체를 적층한 구조를 사용할 수 있다. 또는 각각의 도전형을 갖는 반도체를 동일 평면 내에 배치한 구조를 사용할 수 있다. 포토다이오드(13)를 구성하는 반도체에는 비정질 반도체, 미세결정 반도체, 다결정 반도체, 또는 단결정 반도체 등을 사용할 수 있다. 포토다이오드는 광의 강도에 따라 전기 신호를 생성하는 기능을 갖는다. 포토다이오드에 조사되는 광은 피검출물에 의해 반사되는 광 또는 피검출물에서 방출되는 광이다. 피검출물에 의해 반사되는 광의 광원으로서, 반도체 장치가 갖는 조명장치 또는 외부 광을 사용할 수 있다.
트랜지스터(14)는 게이트에 전하를 축적(누적)하는 기능을 갖는다. 이 게이트에 축적되는 전하에 따라, 트랜지스터(14)의 게이트와 소스 사이에 인가되는 전압값이 변화하며, 트랜지스터(14)의 소스와 드레인 사이의 저항값이 변화한다. 그리고, 포토센서 기준 고전위 전원선(20)과 포토센서 기준 저전위 전원선(21) 사이에서 저항분할되며, 포토센서 출력 신호선(22)에서 입사광에 따른 전압값이 얻어진다.
트랜지스터(15)는 포토센서(11)의 출력 신호의 읽기를 제어하는 기능을 갖는다. 구체적으로는 포토센서 출력 신호선(22)에 포토센서(11)의 출력 신호를 전송하는 기능을 갖는다. 그 때문에, 트랜지스터(15)는 단자간의 전기적인 접속인 도통 또는 비도통을 제어함으로써, 출력 신호의 읽기를 고속으로 수행하는 스위치로서의 기능이 요구된다.
트랜지스터(14) 및 트랜지스터(15)는 동일한 포토센서 출력 신호선(22)에 접속된 다른 포토센서의 읽기기간 중에는 포토센서 출력 신호선(22)과 포토센서 기준 고전위 전원선(20) 사이에 흐르는 전류를 가능한 작게 하여, 포토센서 출력 신호선(22)의 전위 변동에 영향이 없도록 하는 것이 바람직하다. 그 때문에, 트랜지스터(14) 및 트랜지스터(15)에는 오프 전류가 작은 트랜지스터를 사용하는 것이 바람직하다.
본 실시형태에서 설명하는 구성에서는 도 1(A)에 나타낸 바와 같이, 포토센서(11)에 사용하는 트랜지스터의 반도체층에 산화물 반도체를 사용함으로써, 오프 전류를 극단적으로 작게 한 트랜지스터를 실현할 수 있다. 그리고, 동일한 포토센서 출력 신호선(22)에 접속된 다른 화소의 읽기기간 중에, 포토센서 출력 신호선(22)과, 포토센서 기준 고전위 전원선(20) 사이에 흐르는 전류를 가능한 작게 할 수 있어, 포토센서 출력 신호선(22)의 전위 변동에 영향이 없도록 할 수 있다.
이어, 읽기 제어 회로(12)에 대해 설명한다. 도 1(A)에 나타낸 읽기 제어 회로(12)는 포토센서(11)의 1열분에 대응하는 회로이다. 포토센서(11)의 1열분의 읽기 제어 회로(12)는 트랜지스터(18)를 갖는다.
읽기 제어 회로(12)에서는 포토센서(11)로의 입사광에 따른 출력신호에 따라 소스와 드레인 사이의 저항값이 변화하는 트랜지스터(14)와, 포토센서 선택 신호선(19)에 의해 정전압이 인가됨으로써 소스와 드레인 사이의 저항값이 설정되는 트랜지스터(18)와의 저항 분할에 의해, 포토센서 출력 신호선(22)에 출력되는 신호의 전압값을 변환할 수 있다. 즉, 읽기 제어 회로(12)는 포토센서 출력 신호선(22)으로의 신호를 전압값의 신호로 변환하는 저항소자로서의 기능을 갖는 것이다.
또한, 본 실시형태에서는 읽기 제어 회로(12)가 포토센서 출력 신호선(22)으로의 신호를 전압값의 신호로 변환하는 기간 이외의 기간에서는 포토센서 선택 신호선(19)을 통해 트랜지스터(18)에 인가하는 정전압에 의해, 트랜지스터(18)를 비도통상태로 함으로써, 포토센서 출력 신호선(22)과 포토센서 기준 저전위 전원선(21) 사이에 흐르는 전류를 가능한 작게 하여 저소비 전력화를 도모하는 구성으로 하는 것이 바람직하다.
포토센서를 탑재한 반도체 장치에 있어서, 읽기 제어 회로(12)가 갖는 트랜지스터(18)의 반도체층에 산화물 반도체를 사용함으로써, 오프 전류를 극단적으로 작게 한 트랜지스터를 실현할 수 있다. 그리고 읽기 제어 회로(12)가 포토센서 출력 신호선(22)으로의 신호를 전압값의 신호로 변환하는 기간 이외의 기간에, 포토센서 선택 신호선(19)을 통해 트랜지스터(18)에 인가하는 정전압에 의해, 트랜지스터(18)를 비도통상태로 함으로써, 포토센서 출력 신호선(22)과, 포토센서 기준 저전위 전원선(21) 사이에 흐르는 전류를 가능한 작게 할 수 있어, 포토센서 출력 신호선(22)의 전위 변동에 영향이 없도록 할 수 있다.
이 때, 포토센서 선택 신호선(19)에 인가되는 신호는 트랜지스터(14)의 소스와 드레인 사이의 저항값에 따라, 트랜지스터(18)의 소스와 드레인 사이의 저항값이 변하도록 조정하여 인가하는 구성으로 한다. 예를 들면, 포토센서(11)로의 입사광이 큼으로써 트랜지스터(14)의 소스와 드레인 사이의 저항값이 커지도록 변화할 경우, 포토센서 선택 신호선(19)의 전압을 작게 하여, 트랜지스터(14)와 트랜지스터(18)와의 저항 분할에 따를 포토센서 출력 신호선(22)에 출력되는 신호의 전압값이 얻어지도록 한다. 역으로, 포토센서(11)로의 입사광이 작음으로써 트랜지스터(14)의 저항이 작아지도록 변화할 경우, 포토센서 선택 신호선(19)의 전압을 크게 하여, 트랜지스터(14)와 트랜지스터(18)와의 저항 분할에 따른 포토센서 출력 신호선(22)에 출력되는 신호의 전압값이 얻어지게 한다. 그 결과, 광범위한 광강도에 대하여 고분해능으로의 촬상 기능을 실현할 수 있는 저렴한 반도체 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 따른 포토센서를 탑재한 반도체 장치에서는 상술한 바와 같이, 반도체층에 산화물 반도체를 사용한 트랜지스터(14), 트랜지스터(15), 및 트랜지스터(18)를 갖는다. 산화물 반도체를 반도체층에 사용한 트랜지스터는 오프 전류를 매우 저감할 수 있다. 그 때문에, 포토센서가 동작하지 않는 기간에, 포토센서 기준 고전위 전원선(20)과 포토센서 기준 저전위 전원선(21) 사이를 흐르는 관통 전류를 극히 작게 할 수 있다. 이에, 포토센서를 탑재한 반도체 장치의 저소비 전력화를 도모할 수 있다.
이어, 도 1(A)의 포토센서(11)의 동작에 대해, 도 1(B)의 타이밍 차트를 사용하여 설명한다. 도 1(B)에 있어서, 신호 31~신호 35는 각각 도 1(A)에서의 포토다이오드 리셋 신호선(16), 게이트 신호선(17), 트랜지스터(14)의 게이트, 포토센서 출력 신호선(22), 포토센서 선택 신호선(19)의 전위에 해당하는 것이다.
또한, 도 1(B)에 나타낸 타이밍 차트는 리셋 동작을 수행하는 리셋기간, 전하의 누적 동작을 수행하는 누적기간, 읽기 동작을 수행하는 읽기기간을 갖는다. 시각 A에서 시각 B까지의 기간이 리셋 기간에 해당한다. 시각 B에서 시각 C까지의 기간이 누적 기간에 해당한다. 시각 C에서 시각 D까지의 기간이 읽기 기간에 해당한다. 또한, 시간 A에서 시각 E까지의 기간이 읽기 동작 기간에 해당한다.
또한, 도 1(B)에서는 고전위의 신호를 'H', 저전위의 신호를 'L'로 하여 설명한다. 또한, 도 1(B)에서는 트랜지스터의 게이트에 저전위의 신호가 공급된 경우에 트랜지스터가 비도통상태가 된다. 또한, 도 1(B)에서는 트랜지스터의 게이트에 고전위의 신호가 공급된 경우에 전위의 크기에 따라 트랜지스터의 소스와 드레인 사이의 저항값이 변화하는 도통상태가 된다.
시각 A에서, 포토다이오드 리셋 신호선(16)의 전위(신호 31)를 'H'로 하면(리셋 동작 개시), 포토다이오드(13)가 도통하고, 트랜지스터(14)의 게이트의 전위(신호 33)가 'H'가 된다. 또한, 게이트 신호선(17)(신호 32)의 전위를 'L'로 하여 트랜지스터(15)를 비도통상태로 한다. 또한, 포토센서 선택 신호선(19)의 전위(신호 35)를 일정한 전압값으로 하면(읽기 동작 개시), 트랜지스터(18)의 게이트에 인가되는 전압값에 따라 트랜지스터(18)가 저항소자로서 기능한다. 그리고, 트랜지스터(14), 트랜지스터(15), 및 트랜지스터(18)를 각각 저항소자로서 기능시키면, 트랜지스터(15)가 고저항상태가 됨으로써, 포토센서 출력 신호선(22)의 전위(신호 34)는 포토센서 기준 저전위 전원선(21)의 전압레벨과 동일한 정도의 저전압의 전압레벨이 된다.
시각 B에서, 포토다이오드 리셋 신호선(16)의 전위(신호 31)를 'L'로 하면(리셋 동작 종료, 누적 동작 개시), 포토다이오드(13)는 광의 입사에 의해 광전류가 증대되며, 입사광의 양에 따라 트랜지스터(14)의 게이트 전위(신호 33)는 저하하도록 변화한다. 즉, 포토다이오드(13)는 입사광에 따라 트랜지스터(14)의 게이트에 전하를 공급하는 기능을 가지며, 트랜지스터(14)의 게이트 전위를 저하시킨다. 그리고, 트랜지스터(14)의 소스와 드레인 사이의 저항값이 변화한다. 또한 게이트 신호선(17)(신호 32)의 전위를 'L'로 하여 트랜지스터(15)를 비도통상태로 한다. 또한, 포토센서 선택 신호선(19)의 전위(신호 35)를 일정한 전압값으로 하면, 트랜지스터(18)의 게이트에 인가되는 전압값에 따라 트랜지스터(18)가 저항소자로서 기능한다. 그리고, 트랜지스터(14), 트랜지스터(15), 및 트랜지스터(18)를 각각 저항소자로서 기능시키면, 트랜지스터(15)가 고저항상태가 됨으로써, 포토센서 출력 신호선(22)의 전위(신호 34)는 포토센서 기준 저전위 전원선(21)의 전압 레벨과 동일한 정도의 저전압의 전압레벨이 된다.
시각 C에서, 게이트 신호선(17)의 전위(신호 32)를 'H'로 하면(누적 동작 종료 및 선택 동작 개시), 트랜지스터(15)가 도통상태가 된다. 그러면, 포토센서 기준 고전위 전원선(20)과 포토센서 기준 저전위 전원선(21) 사이에 마련된, 입사광에 따라 소스와 드레인 사이의 저항값이 변화하는 트랜지스터(14)와, 포토센서 선택 신호선(19)에 의해 정전압이 인가됨으로써 저항값이 설정되는 트랜지스터(18)와의 사이에서 저항분할된 전압값이 포토센서 출력 신호선(22)에서 얻어지게 된다. 여기서, 포토센서 출력 신호선(22)의 전위(신호 34)의 크기는 트랜지스터(14)의 게이트 전위(신호 33)가 저하되는 속도에 의존한다. 즉, 누적 동작중에 포토다이오드(13)에 조사되는 광의 양에 따라 변화한다. 따라서, 포토센서 출력 신호선(22)의 전위를 취득함으로써, 누적 동작중인 포토다이오드(13)로의 입사광의 양을 알 수 있다.
시각 D에서, 게이트 신호선(17)의 전위(신호 32)를 'L'로 하면(선택 동작 종료), 트랜지스터(15)가 비도통상태가 된다. 그리고, 포토센서 선택 신호선(19)의 전위(신호 35)를 일정한 전압값으로 하면, 트랜지스터(18)의 게이트에 인가되는 전압값에 따라 트랜지스터(18)가 저항소자로서 기능한다. 그리고, 트랜지스터(14), 트랜지스터(15), 및 트랜지스터(18)를 각각 저항소자로서 기능시키면, 트랜지스터(15)가 고저항상태가 됨으로써, 포토센서 출력 신호선(22)의 전위(신호 34)는 포토센서 기준 저전위 전원선(21)의 전압 레벨과 동일한 정도의 저전압의 전압레벨이 된다.
시각 E에서, 포토센서 선택 신호선(19)의 전위(신호 35)를 일정한 전압값으로부터, 트랜지스터(18)를 비도통상태로 하는 전압값으로 한다(읽기 동작 종료). 그 결과, 트랜지스터(15), 및 트랜지스터(18)를 함께 비도통상태로 함으로써, 비읽기동작시의, 포토센서 기준 고전위 전원선(20)과 포토센서 기준 저전위 전원선(21) 사이에 흐르는 관통 전류를 작게 할 수 있다.
또한, 포토센서 선택 신호선(19)의 전위(신호 35)는 적어도 게이트 신호선(17)의 전위(신호 32)가 'H'인 기간, 즉 선택 동작의 기간에 'H'로 되어 있으면 좋으며, 도 1(B)에서는 시각 A에서 시각 C의 기간 'L'로 하여도 좋다.
또한, 상술한 도 1(A)의 구성은 읽기 제어 회로(12)의 위치를 도 2에 나타낸 바와 같이 포토센서 기준 저전위 전원선(21)측으로부터 포토센서 기준 고전위 전원선(20)측으로 바꿔도 좋다.
또한, 포토다이오드(13)에 조사되어 있던 광의 강도가 큰 경우, 소스와 드레인 사이의 저항값이 커진다. 그 때문에, 포토센서 출력 신호선(22)의 전위(신호 34)는 'H'로부터 저하되는 비율이 크고, 포토센서 기준 저전위 전원선(21)의 전위와 거의 다르지 않는 값이 된다. 이 때문에, 광의 강도가 큰 경우, 출력신호에 따른 전위의 변동을 식별할 수 없게 된다. 이 경우에는 포토센서 선택 신호선(19)의 전위(신호 35)를 하강함으로써, 트랜지스터(18)의 소스와 드레인 사이의 저항값을 크게 함으로써, 포토센서 출력 신호선(22)은 저항 분할로 얻어지는 전압값과 입사광에 따른 전압값을 얻을 수 있다.
상술한 기재는 포토다이오드(13)에 조사되는 광의 강도가 큰 경우에 대해 설명하였지만, 마찬가지로, 포토다이오드에 조사하는 광의 강도가 작은 경우에 대해서도 응용할 수 있다. 광이 약한 경우에는 소스와 드레인 사이의 저항값이 작아진다. 그 때문에, 포토센서 출력 신호선(22)의 전위는 포토센서 기준 고전위 전원선(20)과 대략 동일해지며, 출력 신호에 따른 전위의 변동을 식별할 수 없게 된다. 이 경우에는 포토센서 선택 신호선(19)의 전위(신호 35)를 상승시켜 트랜지스터(18)의 소스와 드레인 사이의 저항값을 크게 함으로써, 포토센서 출력 신호선(22)은 저항 분할과 입사광에 따른 전압값을 얻을 수 있다.
즉, 본 실시형태에서는 포토센서 선택 신호선(19)의 전위(신호 35)를 상승 또는 하강시킴으로써, 트랜지스터(18)의 소스와 드레인 사이의 저항값을 크게 하는 것, 또는 작게 하는 것을 용이하게 수행할 수 있다. 그 때문에, 강한 광이나 약한 광에 대하여도 광을 정확하게 전기신호로 변환하는 포토센서로 할 수 있다. 따라서, 광범위한 광 강도에 따른 전기 신호를 출력할 수 있는 포토센서를 구비하는 반도체 장치(10)를 제공할 수 있다.
이상과 같이, 개개의 포토센서의 동작은 읽기 동작 동안에, 리셋 동작과 누적 동작과 선택 동작을 반복함으로써 실현된다. 상술한 바와 같이, 트랜지스터(14), 트랜지스터(15), 트랜지스터(18)는 산화물 반도체를 사용함으로써, 오프 전류를 극히 작게 하는 것이 바람직하다. 그리고, 반도체 장치(10)는 비동작시의 관통 전류를 저감함으로써, 저소비 전력화를 도모할 수 있다.
이와 같은 포토센서를 갖는 반도체 장치는 예를 들면, 스캐너, 혹은 디지털 스틸 카메라 등의 전자기기에 사용할 수 있다. 또한, 터치 패널 기능을 구비한 표시장치에 사용할 수 있다.
본 실시형태는 다른 실시형태와 적절히 조합하여 실시하는 것이 가능하다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는 개시하는 발명의 일 양태인 반도체 장치의 실시형태 1의 구성과는 다른 구성의 일 예에 대해, 도 3(A),(B)를 참조하여 설명한다. 또한, 본 실시형태에 있어서, 상기 실시형태 1에서 설명한 도 1(A)와 동일한 구성 부위에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 설명을 생각하는 것으로 한다.
도 3(A)에 나타내 반도체 장치(10)에 있어서, 도 1(A)와 다른 점은 트랜지스터(14)의 게이트와 포토다이오드(13)의 타측 전극 사이에, 게이트가 게이트 신호선(42)에 접속된 트랜지스터(41)(제 3 트랜지스터라고도 한다)가 마련된 점이다.
트랜지스터(41)는 포토센서(11)의 누적 동작을 제어하는 기능을 갖는다. 즉, 트랜지스터(41)는 도통상태에서, 포토다이오드(13)에서 생성된 전기 신호를 트랜지스터(14)의 게이트에 전송하는 기능을 갖는다. 또한, 트랜지스터(41)는 비도통상태에서, 트랜지스터(14)의 게이트에 축적(누적)된 전하를 홀딩하는 기능을 갖는다. 그 때문에, 오프 전류가 극히 작은 트랜지스터를 트랜지스터(41)로 사용하는 것이 바람직하다.
따라서, 트랜지스터(41)의 채널형성영역을 구성하는 반도체층에는 트랜지스터(14), 트랜지스터(15), 및 트랜지스터(18)와 마찬가지로, 오프 전류가 매우 작고 또한 비교적 이동도가 높은 산화물 반도체를 사용하는 것이 바람직하다. 산화물 반도체를 사용한 트랜지스터는 실리콘 등을 사용한 트랜지스터에 비해 오프 전류가 매우 작다는 전기적 특성을 갖는다.
또한, 트랜지스터(14), 트랜지스터(15)의 반도체층은 상기 실시형태 1의 구성과 마찬가지로, 어느 한 반도체층에 산화물 반도체를 사용하는 구성으로 하면 된다.
이어, 도 3(A)의 포토센서(11)의 동작에 대해, 도 3(B)의 타이밍 차트를 사용하여 설명한다. 도 3(B)에 있어서, 신호 51~신호 56은 각각 도 3(A)에서의 포토다이오드 리셋 신호선(16), 게이트 신호선(42), 게이트 신호선(17), 트랜지스터(14)의 게이트, 포토센서 출력 신호선(22), 포토센서 선택 신호선(19)의 전위에 해당하는 것이다.
또한, 도 3(B)에 나타낸 타이밍 차트는 리셋 동작을 수행하는 리셋기간, 전하의 누적 동작을 수행하는 누적기간, 읽기 동작을 수행하는 읽기기간을 갖는다. 시각 A에서 시각 B까지의 기간이 리셋기간에 해당한다. 시각 B에서 시각 C까지의 기간이 누적기간에 해당한다. 시각 D에서 시각 E까지의 기간이 읽기기간에 해당한다. 또한, 시각 A에서 시각 F까지의 기간이 읽기동작기간에 해당한다.
또한, 도 3(B)에서는 고전위의 신호를 'H', 저전위의 신호를 'L'로 하여 설명한다. 또한, 도 3(B)에서는 트랜지스터의 게이트에 저전위의 신호가 공급된 경우에 트랜지스터가 비도통상태가 된다. 또한, 도 3(B)에서는 트랜지스터의 게이트에 고전위의 신호가 공급된 경우에 전위의 크기에 따라 트랜지스터는 트랜지스터의 소스와 드레인 사이의 저항값이 변화하는 도통상태가 된다.
시각 A에서, 포토다이오드 리셋 신호선(16)의 전위(신호 51)를 'H'로, 게이트 신호선(42)의 전위(신호 52)를 'H'로 하면(리셋 동작 개시), 포토다이오드(13) 및 트랜지스터(41)가 도통하고, 트랜지스터(14)의 게이트 전위(신호 54)가 'H'가 된다. 또한, 게이트 신호선(17)(신호 53)을 'L'로 하여 트랜지스터(15)를 비도통상태로 한다. 또한, 포토센서 선택 신호선(19)의 전위(신호 56)를 일정한 전압값으로 하면(읽기 동작 개시), 트랜지스터(18)의 게이트에 인가되는 전압값에 따라 트랜지스터(18)가 저항소자로서 기능한다. 그리고, 트랜지스터(14), 트랜지스터(15), 및 트랜지스터(18)를 각각 저항소자로서 기능시키면, 트랜지스터(15)가 고저항상태가 됨으로써, 포토센서 출력 신호선(22)의 전위(신호 55)는 포토센서 기준 저전위 전원선(21)의 전압 레벨과 동일한 정도의 저전압의 전압레벨이 된다.
시각 B에서, 포토다이오드 리셋신호선(16)의 전위(신호 51)를 'L'로, 게이트 신호선(42)의 전위(신호 52)를 'H'인 채로 하면(리셋 동작 종료, 누적 동작 개시), 포토다이오드(13)는 광의 입사에 의해 광전류가 증대되고, 입사광의 양에 따라 트랜지스터(14)의 게이트 전위(신호 54)는 저하하도록 변화한다. 즉, 포토다이오드(13)는 입사광에 따라 트랜지스터(14)의 게이트에 전하를 공급하는 기능을 가지며, 트랜지스터(14)의 게이트 전위를 저하시킨다. 그리고, 트랜지스터(14)의 소스와 드레인 사이의 저항값이 변화한다. 또한, 게이트 신호선(17)(신호 53)을 'L'로 하여 트랜지스터(15)를 비도통상태로 한다. 또한, 포토센서 선택 신호선(19)의 전위(신호 56)를 일정한 전압값으로 하면, 트랜지스터(18)의 게이트에 인가되는 전압값에 따라 트랜지스터(18)가 저항소자로서 기능한다. 그리고, 트랜지스터(14), 트랜지스터(15), 및 트랜지스터(18)를 각각 저항소자로서 기능시키면, 트랜지스터(15)가 고저항상태가 됨으로써, 포토센서 출력 신호선(22)의 전위(신호 55)는 포토센서 기준 저전위 전원선(21)의 전압 레벨과 동일한 정도의 저전압의 전압 레벨이 된다.
시각 C에서, 게이트 신호서(42)의 전위(신호 52)를 'L'로 하면(누적 동작 종료), 트랜지스터(41)가 비도통상태가 된다. 그러면, 트랜지스터(14)의 게이트 전위(신호 54)는 일정해진다. 즉, 트랜지스터(14)의 게이트에 축적(누적)된 전하량이 일정해진다. 해당 트랜지스터(14)의 게이트의 전위(전하량)는 누적 동작중에 포토다이오드로부터 생성된 광전류의 크기에 따라 결정된다. 즉, 해당 트랜지스터(14)의 게이트 전위(전하량)는 포토다이오드에 조사되고 있던 광의 강도에 따라 변화한다.
또한, 게이트 신호선(42)의 전위(신호 52)를 'L'로 할 때에, 게이트 신호선(42)과 트랜지스터(14)의 게이트 사이의 기생 용량에 따라, 트랜지스터(14)의 게이트 전위(전하량)가 변화한다. 상기 기생용량에 따른 전위(전하량)의 변화량이 큰 경우에는 읽기를 정확하게 수행할 수 없게 된다. 상기 기생용량에 따른 전위(전하량)의 변화량을 저감하기 위해서는 트랜지스터(41)의 게이트-소스(또는 게이트-드레인)간의 용량을 저감하거나, 트랜지스터(14)의 게이트 용량을 증대하거나, 게이트 신호선(42)에 저장 캐패시터(storage capacitor)를 마련하는 등의 대책이 유효하다. 또한, 도 3(A), (B)에서는 이들 대책을 실시하여, 상기 기생용량에 따른 전위(전하량)의 변화를 무시할 있을 정도로 하고 있다.
시각 D에서, 게이트 신호선(17)의 전위(신호 53)를 'H'로 하면(선택 동작 개시), 트랜지스터(15)가 도통상태가 된다. 그러면, 포토센서 기준 고전위 전원선(20)과 포토센서 기준 저전위 전원선(21) 사이에 형성된, 입사광에 따라 소스와 드레인 사이의 저항값이 변화하는 트랜지스터(14)와, 포토센서 선택 신호선(19)에 의해 정전압이 인가됨으로써 저항값이 설정되는 트랜지스터(18)와의 사이에서 저항 분할된 전압값이 포토센서 출력 신호선(22)에서 얻어지게 된다. 여기서, 포토센서 출력 신호선(22)의 전위(신호 55)의 크기는 트랜지스터(14)의 게이트 전위(신호 54) 감소에 의존한다. 즉, 누적 동작중에 포토다이오드(13)에 조사되는 광의 양에 따라 변화한다. 따라서, 포토센서 출력 신호선(22)의 전위를 취득함으로써, 누적 동작중의 포토다이오드(13)로의 입사광의 양을 알 수 있다.
시각 E에서, 게이트 신호선(17)의 전위(신호 53)를 'L'로 하면(선택 동작 종료), 트랜지스터(15)가 비도통상태가 된다. 그리고, 포토센서 선택 신호선(19)의 전위(신호 56)를 일정한 전압값으로 하면, 트랜지스터(18)의 게이트에 인가되는 전압값에 따라 트랜지스터(18)가 저항소자로서 기능한다. 그리고, 트랜지스터(14), 트랜지스터(15), 및 트랜지스터(18)를 각각 저항소자로서 기능시키면, 트랜지스터(15)가 고저항상태가 됨으로써, 포토센서 출력 신호선(22)의 전위(신호 55)는 포토센서 기준 저전위 전원선(21)의 전압 레벨과 동일한 정도의 저전압의 전압 레벨이 된다.
시각 F에서, 포토센서 선택 신호선(19)의 전위(신호 56)를 일정한 전압값으로부터, 트랜지스터(18)를 비도통상태로 하는 전압값으로 한다(읽기 동작 종료). 그 결과, 트랜지스터(15), 및 트랜지스터(18)와 함께 비도통상태로 함으로써, 포토센서 기준 고전위 전원선(20)과 포토센서 기준 저전위 전원선(21) 사이에 흐르는 관통 전류를 작게 할 수 있다.
또한, 포토센서 선택 신호선(19)의 전위(신호 56)는 적어도 게이트 신호선(17)의 전위(신호 53)가 'H'인 기간, 즉 선택 동작 기간에 'H'로 되어 있으면 좋으며, 도 3 (B)에서는 시각 A로부터 시각 D의 기간 'L'로 하여도 좋다.
또한, 포토다이오드(13)에 조사되고 있던 광의 강도가 클 경우, 소스와 드레인 사이의 저항값이 커진다. 그 때문에, 포토센서 출력 신호선(22)의 전위(신호 55)는 'H'로부터 저하하는 비율이 크고, 포토센서 기준 저전위 전원선(21)의 전위와 거의 다르지 않는 값이 된다. 그 때문에, 광의 강도가 큰 경우, 출력신호에 따른 전위의 변동을 식별할 수 없게 된다. 이 경우에는 포토센서 선택 신호선(19)의 전위(신호 56)를 하강시켜 트랜지스터(18)의 소스와 드레인 사이의 저항값을 크게 함으로써, 포토센서 출력 신호선(22)은 저항 분할과 입사광에 따른 전압값을 얻을 수 있다.
상술한 기재는 포토다이오드(13)에 조사하는 광의 강도가 큰 경우에 대해 설명하였지만, 마찬가지로, 포토다이오드에 조사하는 광의 강도가 작은 경우에 대해서도 응용할 수 있다. 광이 약한 경우에는 소스와 드레인 사이의 저항값이 작아진다. 그 때문에, 포토센서 출력 신호선(22)의 전위는 포토센서 기준 고전위 전원선(20)과 대략 동일하게 되어, 출력 신호에 따른 전위의 변동을 식별할 수 없게 된다. 이 경우에는 포토센서 선택 신호선(19)의 전위(신호 56)를 상승시켜 트랜지스터(18)의 저항을 크게 함으로써, 포토센서 출력 신호선(22)은 저항 분할과 입사광에 따른 전압값을 얻을 수 있다.
즉, 본 실시형태에서는 상기 실시형태 1과 마찬가지로, 포토센서 선택 신호선(19)의 전위(신호 56)를 상승 또는 하강시킴으로써, 트랜지스터(18)의 소스와 드레인 사이의 저항값을 크게 하는 것, 또는 작게 하는 것을 용이하게 수행할 수 있다. 그 때문에, 강한 광이나 약한 광에 따른 광의 강도에 대해서도 광을 정확하게 전기신호로 변환하는 포토센서로 할 수 있다. 따라서, 광범위한 광 강도에 따른 전기 신호를 출력할 수 있는 포토센서를 구비하는 반도체 장치(10)를 제공할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 구성은 상기 실시형태 1과는 달리, 누적 동작이 종료한 후에도 각 포토센서에서의 트랜지스터(14)의 게이트 전위를 일정값으로 유지할 수 있다. 구체적으로는 트랜지스터(41)의 반도체층에 산화물 반도체를 사용하여 형성함으로써 오프 전류가 극히 낮은 트랜지스터로 할 수 있다. 그리고, 포토센서(11)는 입사광을 정확하게 전기신호로 변환할 수 있다.
이상과 같이, 개개의 포토센서의 동작은 읽기 동작 동안에, 리셋 동작과 누적 동작과 선택 동작을 반복함으로써 실현된다. 상술한 바와 같이, 트랜지스터(14), 트랜지스터(15), 트랜지스터(18)는 산화물 반도체를 사용함으로써 오프 전류를 극히 작게 하는 것이 바람직하다. 그리고, 반도체 장치(10)는 비동작시의 관통 전류를 저감함으로써 저소비 전력화를 도모할 수 있다.
본 실시형태는 다른 실시형태와 적절히 조합하여 실시하는 것이 가능하다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는 포토센서를 구비하는 반도체 장치인 표시장치에 대해 도 4~도 5를 참조하여 설명한다.
표시장치의 구성에 대해, 도 4를 참조하여 설명한다. 표시장치(100)는 화소회로(101), 표시소자 제어회로(102) 및 포토센서 제어회로(103)를 갖는다.
화소회로(101)는 행렬방향으로 매트릭스 형태로 배치된 복수의 화소(104)를 갖는다. 각각의 화소(104)는 표시소자(105)와 포토센서(106)를 갖는다. 모든 화소(104)에 포토센서를 마련하지 않고, 복수의 화소별로 마련하여도 좋다. 또한, 화소(104) 밖에 포토센서를 마련하여도 좋다.
표시소자 제어회로(102)는 표시소자(105)를 제어하는 회로이며, 신호선('비디오 데이터 신호선', '소스 신호선'이라고도 한다)을 통해 표시소자(105)에 비디오 데이터 등의 신호를 입력하는 표시소자 구동회로(107)와, 주사선('게이트 신호선'이라고도 한다)을 통해 표시소자(105)에 신호를 입력하는 표시소자 구동회로(108)를 갖는다.
포토센서 제어회로(103)는 포토센서(106)를 제어하는 회로이며, 신호선측의 포토센서 읽기회로(109)와 주사선측의 포토센서 구동회로(110)를 갖는다.
도 5에 화소(104)의 회로 구성의 일 예를 나타낸다. 또한, 화소(104)에 접속하고 있는 읽기 제어 회로(200)의 구성의 일 예를 나타낸다. 또한, 도 5에 나타낸 화소에서의 포토센서(106)의 일 예로서, 도 3(A)에서 설명한 포토센서의 구성을 나타내고 있다. 읽기 제어 회로(200)는 도 3(A)에서 설명한 포토센서 읽기회로의 구성을 나타내고 있다.
화소(104)는 표시소자(105)와 포토센서(106)를 갖는다. 표시소자(105)는 트랜지스터(201), 저장 캐패시터(202) 및 액정소자(203)를 갖는다.
표시소자(105)에 있어서, 트랜지스터(201)의 게이트가 게이트 신호선(208)에 접속되고, 소스 또는 드레인 중 한쪽이 비디오 데이터 신호선(212)에 접속되며, 소스 또는 드레인 중 다른 한쪽이 저장 캐패시터(202)의 일측 전극과 액정소자(203)의 일측 전극에 접속되어 있다. 저장 캐패시터(202)의 타측 전극과 액정소자(203)의 타측 전극은 소정의 전위가 공급되는 공통 배선에 접속되어 있다. 액정소자(203)는 한 쌍의 전극과, 이 한 쌍의 전극 사이에 액정층을 포함하는 소자이다.
트랜지스터(201)는 액정소자(203)와 저장 캐패시터(202)로의 전하 주입 또는 배출을 제어하는 기능을 갖는다. 예를 들면, 게이트 신호선(208)에 고전위가 부여되면 트랜지스터(201)가 도통상태가 되어, 비디오 데이터 신호선(212)의 전위가 액정소자(203)와 저장 캐패시터(202)에 부여된다. 액정소자(203)에 전압을 인가하여 액정 소자(203)를 투과하는 광의 명암(계조)을 만듦으로써, 영상 표시가 실현된다. 저장 캐패시터(202)는 액정 소자(203)에 인가되는 전압을 홀딩하는 기능을 갖는다. 또한, 액정 소자(203)를 갖는 표시장치(100)는 투과형, 반사형 또는 반투과형의 구조로 할 수 있다.
비디오 데이터 신호선(212)은 도 4에 나타낸 표시소자 구동회로(107)에 접속된다. 표시소자 구동회로(107)는 비디오 데이터 신호선(212)을 통해 표시소자(105)에 신호를 공급하는 회로이다. 게이트 신호선(208)은 도 4에 나타낸 표시소자 구동회로(108)에 접속된다. 표시소자 구동회로(108)는 게이트 신호선(208)을 통해 표시소자(105)에 신호를 공급하는 회로이다. 예를 들면, 표시소자 구동회로(108)는 특정한 행에 배치된 화소가 갖는 표시소자를 선택하는 신호를 공급하는 기능을 갖는다. 또한, 표시소자 구동회로(107)는 선택된 행의 화소가 갖는 표시소자에 임의의 전위를 부여하는 신호를 공급하는 기능을 갖는다.
트랜지스터(201)의 채널형성영역을 구성하는 반도체에는 상기 실시형태에서 기술한 바와 같이 산화물 반도체를 사용한다. 산화물 반도체를 사용하여, 오프 전류가 극히 작은 트랜지스터로 함으로써, 액정 소자(203)에 인가되는 전압의 홀딩 특성을 높일 수 있으며, 표시 품질을 높일 수 있다. 뿐만 아니라, 오프 전류가 극히 작은 트랜지스터(201)인 것을 이용하여, 리프레쉬 레이트를 대폭 저감함으로써, 저소비 전력화를 도모할 수 있다.
또한, 여기에서는 표시소자(105)가 액정소자를 갖는 경우에 대해 설명하였지만, 발광소자 등의 다른 소자를 가지고 있어도 좋다. 발광소자는 전류 또는 전압에 의해 휘도가 제어되는 소자이며, 구체적으로는 발광 다이오드, OLED(Organic Light Emitting Diode) 등을 들 수 있다.
포토센서(106)는 포토다이오드(204), 트랜지스터(205)(제1 트랜지스터라고도 한다), 트랜지스터(206)(제 3 트랜지스터라고도 한다), 트랜지스터(207)(제 2 트랜지스터라고도 한다)를 갖는다.
포토센서(106)에 있어서, 포토다이오드(204)는 일측 전극이 포토다이오드 리셋 신호선(210)에 접속되고, 타측 전극이 트랜지스터(207)의 소스 또는 드레인 중 한쪽에 접속되어 있다. 트랜지스터(205)는 소스 또는 드레인 중 한쪽이 포토센서 기준 신호선(213)에 접속되고, 소스 또는 드레인 중 다른 한쪽이 트랜지스터(206)의 소스 또는 드레인 중 한쪽에 접속되어 있다. 트랜지스터(206)는 게이트가 게이트 신호선(211)에 접속되고, 소스 또는 드레인 중 다른 한쪽이 포토센서 출력 신호선(214)에 접속되어 있다. 트랜지스터(207)는 게이트가 게이트 신호선(209)에 접속되어 있다. 또한, 트랜지스터(207)는 소스 또는 드레인 중 다른 한쪽이 트랜지스터(205)의 게이트(노드(215)에 접속되어 있다.
게이트 신호선(209), 포토다이오드 리셋 신호선(210), 게이트 신호선(211)은 도 4에 나타낸 포토센서 구동회로(110)에 접속된다. 포토센서 구동회로(110)는 특정한 행에 배치된 화소가 갖는 포토센서(106)에 대해, 후술하는 리셋 동작과 누적 동작과 읽기 동작을 수행하는 기능을 갖는다.
포토센서 출력 신호선(214), 포토센서 기준 신호선(213)은 도 4에 나타낸 포토센서 읽기회로(109)에 접속된다. 포토센서 읽기회로(109)는 선택된 행의 화소가 갖는 포토센서(106)의 출력 신호를 읽어내는 기능을 갖는다.
또한, 포토센서 읽기회로(109)는 아날로그 신호인 포토센서의 출력을, 연산증폭기를 이용하여 아날로그 신호인 채로 외부로 꺼내는 구성이나, A/D 변환회로를 사용하여 디지털 신호로 변환하고나서 외부로 꺼내는 구성을 가질 수 있다.
또한, 본 실시형태의 포토센서(106)에서 나타낸 포토다이오드(204), 트랜지스터(205), 트랜지스터(206), 트랜지스터(207)에 대해서는 상기 실시형태 1 및 2에서 설명한 포토다이오드(13), 트랜지스터(14), 트랜지스터(15), 트랜지스터(41)와 마찬가지이며, 상술한 설명과 같다. 또한, 본 실시형태의 읽기 제어 회로(200)에서 나타낸 트랜지스터(216)에 대해서는 상기 실시형태 1 및 2에서 설명한 트랜지스터(18)와 마찬가지이며, 상술한 설명과 같다.
이로써, 광범위한 광 강도에 따른 전기신호를 출력할 수 있는 포토센서(106)를 제공할 수 있다. 즉, 강한 광이나 약한 광에 대해서도 광을 정확하게 전기신호로 변환하는 것이 가능하게 된다.
따라서, 본 실시형태에서 나타낸 구성은 상술한 바와 같이 각 트랜지스터에 산화물 반도체를 사용함으로써, 오프 전류를 극히 작게 한다. 그리고, 반도체 장치(10)는 비동작시의 관통 전류를 저감함으로써 저소비 전력화를 도모할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 각 트랜지스터에 산화물 반도체를 사용하여 오프 전류를 극히 작게 함으로써, 트랜지스터의 게이트에 축적된 전하를 홀딩하는 기능을 향상시킬 수 있다. 그 때문에, 포토센서는 입사광을 정확하게 전기신호로 변환하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 실시형태에서는 표시 기능을 가지며 포토센서를 갖는 표시장치에 대해 설명하였지만, 표시 기능을 갖지 않는 포토센서를 갖는 반도체 장치에도 용이하게 응용할 수 있다. 즉, 본 실시형태에서의 표시장치(100)로부터, 표시에 필요한 회로, 구체적으로는 표시소자 제어회로(102), 표시소자(105)를 제거한 것을 사용하여 반도체 장치를 구성할 수 있다. 포토센서를 갖는 반도체 장치로서는 예를 들면 스캐너, 혹은 디지털 스틸 카메라 등의 전자기기에 사용되는 촬상장치를 들 수 있다.
본 실시형태에 따르면, 광범위한 광 강도에 대해 고분해능으로의 촬상 기능을 실현할 수 있는 저렴한 표시장치 또는 반도체 장치를 제공할 수 있다.
본 실시형태는 다른 실시형태와 적절히 조합하여 실시하는 것이 가능하다.
(실시형태 4)
본 실시형태에서는 복수의 포토센서를 사용한 경우의 구동방법에 대해 설명한다.
먼저, 도 6에 나타낸 타이밍 차트와 같은 구동방법을 도 3(A)에 나타낸 포토센서에 적용하여 생각해보자. 도 6은 제 1 행, 제 2 행, 제 3 행의 포토 센서에서의 포토다이오드 리셋 신호선(16)에 각각 입력되는 신호(601), 신호(602), 신호 (603)와, 제 1 행, 제 2 행, 제 3 행의 포토센서에서의 게이트 신호선(42)에 각각 입력되는 신호(604), 신호(605), 신호(606)와, 제 1 행, 제 2 행, 제 3 행의 포토센서에서의 게이트 신호선(17)에 각각 입력되는 신호(607), 신호(608), 신호(609)와, 포토센서 선택 신호선(19)에 입력되는 신호(621)의 신호 파형을 나타내는 타이밍 차트이다. 기간(610)은 1회의 촬상에 필요한 기간이다. 또한, 기간(611), 기간(612), 기간(613)은 제 2 행의 포토센서가 각각 리셋 동작, 누적 동작, 선택 동작을 수행하고 있는 기간이다. 이와 같이, 각 행의 포토센서를 순서대로 구동해감으로써, 촬상이 가능하게 된다.
여기서, 각 행의 포토센서에서의 누적 동작에 대해, 시간적인 어긋남이 발생하였음을 알 수 있다. 즉, 각 행의 포토센서에서의 촬상의 동시성이 손상된다. 그 때문에, 촬상 영상에 흔들림이 발생하게 된다. 특히, 제 1 행으로부터 제 3 행의 방향으로 고속으로 이동하는 피검출물에 대해서는 꼬리를 끌듯이 확대된 것과 같은 형상의 촬상 영상이 되며, 역방향으로 이동하는 피검출물에 대해서는 축소된 것과 같은 형상의 촬상 영상이 되는 등, 형상이 변형되기 쉽다.
각 행의 포토센서에서의 누적 동작에 시간적인 어긋남을 발생시키지 않기 위해서는 각 행의 포토센서를 순서대로 구동하는 주기를 짧게 하는 것이 유효하다. 그러나, 이 경우, 포토센서의 출력신호를 연산증폭기 또는 A/D 변환회로로 매우 고속도로 취득할 필요가 있다. 따라서, 소비전력의 증대를 초래한다. 특히, 고해상도의 영상을 취득하는 경우에는 매우 곤란하게 된다.
때문에, 도 7에 나타낸 타이밍 차트와 같은 구동방법을 제안한다. 도 7은 제 1 행, 제 2 행, 제 3 행의 포토센서에서의 포토다이오드 리셋 신호선(16)에 각각 입력되는 신호(701), 신호(702), 신호(703)과, 제 1 행, 제 2 행, 제 3 행의 포토센서에서의 게이트 신호선(42)에 각각 입력되는 신호(704), 신호(705), 신호(706)와, 제 1 행, 제 2 행, 제 3 행의 포토센서에서의 게이트 신호선(17)에 각각 입력되는 신호(707), 신호(708), 신호(709)와, 포토센서 선택 신호선(19)에 입력되는 신호(721)의 신호 파형을 나타낸 타이밍 차트이다. 기간(710)은 1회의 촬상에 필요한 기간이다. 또한, 기간(711), 기간(712), 기간(713)은 제 2 행의 포토센서가 각각 리셋 동작(다른 행에서도 공통), 누적 동작(다른 행에서도 공통), 선택 동작을 수행하고 있는 기간이다.
도 7에서, 도 6과 다른 점은 전체 행의 포토센서에 대해, 리셋 동작과 누적 동작이 공통 시간에 수행되고, 누적 동작 종료후에 누적 동작과는 비동기로, 각 행에서 순서대로 선택 동작을 수행하는 점이다. 누적 동작을 공통의 기간으로 함으로써, 각 행의 포토센서에서의 촬상의 동시성이 확보되어, 고속으로 이동하는 피검출물에 대해서도 흔들림이 적은 영상을 용이하게 얻을 수 있다. 누적 동작을 공통으로 함으로써, 각 포토센서의 포토다이오드 리셋 신호선(16)의 구동회로를 공통으로 할 수 있다. 또한, 각 포토센서의 게이트 신호선(42)의 구동 회로도 공통으로 할 수 있다. 이와 같이 구동 회로를 공통으로 하는 것은 주변 회로의 삭감이나 저소비전력화에 유효하다. 또한, 선택 동작을 각 행에서 순차적으로 수행함으로써, 포토센서의 출력신호를 취득할 때에, 연산증폭기 또는 A/D 변환회로의 동작 속도를 느리게 하는 것이 가능하다. 그 때, 선택 동작에 필요한 총 시간을 누적 동작에 필요한 시간보다 길게 하는 것이 바람직하다. 특히, 고해상도의 영상을 취득하는 경우에는 매우 유효하다.
또한, 도 7에서는 각 행의 포토센서를 순차적으로 구동하는 구동방법에 대해 타이밍 차트를 나타내었는데, 특정 영역에서의 영상을 취득하기 위해, 특정한 행에서의 포토센서만을 순차적으로 구동하는 구동방법도 유효하다. 이로써, 연산증폭기 또는 A/D 변환회로의 동작을 경감하고 소비전력을 저감하면서, 필요한 영상을 취득할 수 있다. 또한, 수 행(行) 간격으로 포토센서를 구동하는 구동방법도 유효하다. 즉, 복수의 포토센서의 일부를 구동시킨다. 이로써, 연산증폭기 또는 A/D 변환회로의 동작을 경감하고 소비전력을 저감하면서, 필요한 해상도의 영상을 취득할 수 있다.
이상과 같은 구동방법을 실현하기 위해서는 누적 동작이 종료한 후에도, 각 포토센서에서의 트랜지스터(14)의 게이트의 전위를 일정하게 유지할 필요가 있다. 따라서, 도 3(A)에서 설명한 바와 같이, 트랜지스터(41)는 산화물 반도체를 사용하여 형성되어 오프 전류가 극히 작은 것이 바람직하다.
이상과 같은 형태로 함으로써, 고속으로 이동하는 피검출물에 대해서도 흔들림이 적어 고해상도의 촬상을 실현할 수 있으며, 또한 저소비전력의 표시장치 또는 반도체 장치를 제공할 수 있다.
본 실시형태는 다른 실시형태와 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
(실시형태 5)
본 실시형태에서는 포토센서를 갖는 반도체 장치의 구조 및 제작방법에 대해 설명한다. 도 8에 반도체 장치의 단면도를 나타낸다. 또한, 표시장치를 구성하는 경우에도 이하의 반도체 장치를 사용할 수 있다.
도 8에는 포토센서를 갖는 반도체 장치의 단면의 일 예를 나타낸다. 도 8에 나타낸 포토센서를 갖는 반도체장치에서는 절연 표면을 갖는 기판(501)(TFT 기판) 위에 포토다이오드(502), 트랜지스터(540), 트랜지스터(503), 액정소자(505)가 형성되어 있다.
트랜지스터(503), 트랜지스터(540) 위에는 산화물 절연층(531), 보호 절연층(532), 층간 절연층(533), 층간 절연층(534)이 형성되어 있다. 포토다이오드(502)는 층간 절연층(533) 위에 형성되며, 층간 절연층(533) 상의 전극층(541)과 층간 절연층(534) 상의 전극층(542) 사이에 층간 절연층(533)측으로부터 순서대로 제 1 반도체층(506a), 제 2 반도체층(506b), 및 제 3 반도체층(506c)을 적층한 구조를 가지고 있다.
전극층(541)은 층간 절연층(534)에 형성된 전극층(543)과 전기적으로 접속하며, 전극층(542)은 전극층(541)을 통해 게이트 전극층(545)과 전기적으로 접속하고 있다. 게이트 전극층(545)은 트랜지스터(540)의 게이트 전극층과 전기적으로 접속하고 있으며, 포토다이오드(502)는 트랜지스터(540)와 전기적으로 접속하고 있다.
포토센서를 갖는 반도체 장치에 포함되는 산화물 반도체층을 사용하는 트랜지스터(503), 트랜지스터(540)는 그 전기적 특성 변동을 억제하기 위해, 변동 요인이 되는 수소, 수분, 수산기 또는 수소화물(수소화합물이라고도 함) 등의 불순물을 산화물 반도체층으로부터 의도적으로 배제하고, 또한 불순물의 배제공정에 의해 동시에 감소되는 산화물 반도체를 구성하는 주성분 재료인 산소를 공급함으로써, 산화물 반도체층을 고순도화 및 전기적으로 I형(진성)화한다.
따라서, 산화물 반도체 중의 수소 및 캐리어는 적으면 적을수록 좋고, 트랜지스터(503), 트랜지스터(540)는 산화물 반도체에 포함되는 수소가 5×1019/cm3 이하, 바람직하게는 5×1018/cm3 이하, 보다 바람직하게는 5×1017/cm3 이하, 또는 5×1016/cm3 미만으로 하여, 산화물 반도체에 포함되는 수소를 제로에 가까워지도록 가능한 제거하고, 캐리어 농도를 5×1014/cm3 미만, 바람직하게는 5×1012/cm3 이하로 한 산화물 반도체층으로 채널형성영역이 형성된다.
산화물 반도체층 중에 캐리어가 극히 적기(제로에 가깝기) 때문에, 트랜지스터(503, 540)에서는 오프 전류가 적으면 적을수록 바람직하다. 오프 전류란 -1V~-10V 사이의 어느 한 게이트 전압을 인가한 경우에 트랜지스터의 소스, 드레인 사이를 흐르는 전류를 말하는 것이며, 본 명세서에 개시하는 산화물 반도체를 사용한 트랜지스터는 채널 폭(w) 1μm 당 전류값이 100aA/μm 이하, 바람직하게는 10aA/μm 이하, 더욱 바람직하게는 1aA/μm 이하이다. 또한, pn 접합이 없으며 핫 캐리어 열화(hot carrier degradation)가 없기 때문에, 트랜지스터의 전기적 특성이 그에 따른 영향을 받지 않는다.
따라서, 상기 산화물 반도체층을 사용한 트랜지스터(503), 트랜지스터(540)는 오프 전류가 극히 작고 안정된 전기특성을 갖는 신뢰성이 높은 트랜지스터이다.
트랜지스터(503), 트랜지스터(540)에 포함되는 산화물 반도체막으로서는 4원계 금속산화물인 In-Sn-Ga-Zn-O막이나, 3원계 금속산화물인 In-Ga-Zn-O막, In-Sn-Zn-O막, In-Al-Zn-O막, Sn-Ga-Zn-O막, Al-Ga-Zn-O막, Sn-Al-Zn-O막이나, 2원계 금속산화물인 In-Zn-O막, Sn-Zn-O막, Al-Zn-O막, Zn-Mg-O막, Sn-Mg-O막, In-Mg-O막이나, In-O막, Sn-O막, Zn-O막 등의 산화물 반도체막을 사용할 수 있다. 또한, 상기 산화물 반도체에 SiO2를 포함하여도 좋다
또한, 산화물 반도체막은 InMO3(ZnO)m(m>0)과 같이 표기되는 박막을 사용할 수 있다. 여기서, M은 Ga, Al, Mn, 및 Co에서 선택된 하나 또는 복수의 금속원소를 나타낸다. 예를 들면, M으로서는 Ga, Ga 및 Al, Ga 및 Mn, 또는 Ga 및 Co 등이 있다. InMO3(ZnO)m(m>0)으로 표기되는 구조의 산화물 반도체막 중, M으로서 Ga을 포함하는 구조의 산화물 반도체를 상기한 In-Ga-Zn-O 산화물 반도체 및 그 박막을 In-Ga-Zn-O 비단결정막이라고도 부르기로 한다.
여기에서는 제 1 반도체층(506a)으로서 p형의 도전형을 갖는 반도체층, 제 2 반도체층(506b)으로서 고저항인 반도체층(i형 반도체층), 제 3 반도체층(506c)으로서 n형의 도전형을 갖는 반도체층을 적층하는 pin형의 포토다이오드를 예시하고 있다.
제 1 반도체층(506a)은 p형 반도체층이며, p형을 부여하는 불순물 원소를 포함하는 비정질(amorphous) 실리콘막에 의해 형성할 수 있다. 제 1 반도체층(506a)의 형성에는 13족의 불순물 원소(예를 들면 보론(B))를 포함하는 반도체 재료 가스를 사용하여, 플라즈마 CVD법에 의해 형성한다. 반도체 재료 가스로서는 실란(SiH4)을 사용하면 된다. 또는 Si2H6, SiH2Cl2, SiHCl3, SiCl4, SiF4 등을 사용하여 좋다. 또한, 불순물 원소를 포함하지 않는 비정질 실리콘막을 형성한 후에, 확산법이나 이온 주입법을 사용하여 상기 비정질 실리콘막에 불순물 원소를 도입하여도 좋다. 이온 주입법 등에 의해 불순물 원소를 도입한 후에 가열 등을 함으로써, 불순물 원소를 확산시키면 된다. 이 경우에 비정질 실리콘막을 형성하는 방법으로서는 LPCVD법, CVD법, 또는 스퍼터링법 등을 사용하면 된다. 제 1 반도체층(506a)의 막 두께는 10nm 이상 50nm 이하가 되도록 형성하는 것이 바람직하다.
제 2 반도체층(506b)은 i형 반도체층(진성 반도체층)이며, 비정질 실리콘막에 의해 형성한다. 제 2 반도체층(506b)의 형성에는 반도체 재료 가스를 사용하여 비정질 실리콘막을 플라즈마 CVD법에 의해 형성한다. 반도체 재료 가스로서는 실란(SiH4)을 사용하면 된다. 또는 Si2H6, SiH2Cl2, SiHCl3, SiCl4, SiF4 등을 사용하여 좋다. 제 2 반도체층(506b)의 형성은 LPCVD법, CVD법, 스퍼터링법 등에 의해 수행하여도 좋다. 제 2 반도체층(506b)의 막 두께는 200nm 이상 1000nm 이하가 되도록 형성하는 것이 바람직하다.
제 3 반도체층(506c)은 n형 반도체층이며, n형을 부여하는 불순물 원소를 포함하는 비정질 실리콘막에 의해 형성한다. 제 3 반도체층(506c)의 형성에는 15족의 불순물 원소(예를 들면 인(P))를 포함하는 반도체 재료 가스를 사용하여, 플라즈마 CVD법에 의해 형성한다. 반도체 재료 가스로서는 실란(SiH4)을 사용하면 된다. 또는 Si2H6, SiH2Cl2, SiHCl3, SiCl4, SiF4 등을 사용하여도 좋다. 또한, 불순물 원소를 포함하지 않는 비정질 실리콘막을 형성한 후에, 확산법이나 이온 주입법을 사용하여 상기 비정질 실리콘막에 불순물 원소를 도입하여도 좋다. 이온 주입법 등에 의해 불순물 원소를 도입한 후에 가열 등을 수행함으로써, 불순물 원소를 확산시키면 된다. 이 경우에 비정질 실리콘막을 형성하는 방법으로서는 LPCVD법, CVD법, 또는 스퍼터링법 등을 사용하면 된다. 제 3 반도체층(506c)의 막 두께는 20nm 이상 200nm 이하가 되도록 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 제 1 반도체층(506a), 제 2 반도체층(506b), 및 제 3 반도체층(506c)은 비정질 반도체가 아니라 다결정 반도체를 사용하여 형성하여도 좋으며, 미세결정(세미아모르퍼스(Semi Amorphous Semiconductor : SAS)) 반도체를 사용하여 형성하여도 좋다.
미세결정 반도체는 기브스의 자유 에너지를 고려하면 비정질과 단결정의 중간적인 준안정 상태에 속하는 것이다. 즉, 자유 에너지적으로 안정된 제 3의 상태를 갖는 반도체로서, 단거리 질서를 가지며 격자변형을 갖는다. 주상(柱狀) 또는 침상(針狀) 결정이 기판 표면에 대해 법선 방향으로 성장하고 있다. 미세결정 반도체의 대표예인 미세결정 실리콘은 그 라만 스펙트럼(Raman Spectrum)이 단결정 실리콘을 나타내는 520cm-1 보다도 저주파수쪽으로 시프트되어 있다. 즉, 단결정 실리콘을 나타내는 520cm-1과 비정질 실리콘을 나타내는 480cm-1 사이에 미세결정 실리콘의 라만 스펙트럼의 피크가 있다. 또한, 미결합손(dangling bond)를 종단(terminate)하기 위해 수소 또는 할로겐을 1원자% 또는 그 이상 포함시키고 있다. 또한, 헬륨, 아르곤, 크립톤, 네온 등의 희가스 원소를 포함시켜 격자변형을 더욱 조장시킴으로써, 안정성이 늘어 양호한 미세결정 반도체막이 얻어진다.
이 미세결정 반도체막은 주파수가 수십 MHz~수백 MHz인 고주파 플라즈마 CVD법, 또는 주파수가 1GHz 이상인 마이크로파 플라즈마 CVD 장치에 의해 형성할 수 있다. 대표적으로는 SiH4, Si2H6, SiH2Cl2, SiHCl3, SiCl4, SiF4 등의 수소화 규소를 수소로 희석하여 형성할 수 있다. 또한, 수소화 규소 및 수소뿐만 아니라, 헬륨, 아르곤, 크립톤, 네온 중에서 선택된 1종 또는 복수종의 희가스 원소로 희석하여 미세결정 반도체막을 형성할 수 있다. 이때의 수소화 규소에 대해 수소의 유량비를 5배 이상 200배 이하, 바람직하게는 50배 이상 150배 이하, 더욱 바람직하게는 100배로 한다. 또한, 실리콘을 포함하는 기체 중에, CH4, C2H6 등의 탄화물 기체, GeH4, GeF4 등의 게르마늄화 기체, F2 등을 혼입시켜도 좋다.
또한, 광전효과로 발생한 정공의 이동도는 전자의 이동도에 비해 작기 때문에, pin형의 포토다이오드는 p형의 반도체층쪽을 수광면으로 하는 편이 좋은 특성을 나타낸다. 여기에서는 pin형 포토다이오드가 형성되어 있는 기판(501) 면으로부터 포토다이오드(502)가 광을 받아, 그 광을 전기신호로 변환하는 예를 나타낸다. 또한, 수광면으로 한 반도체층측과는 반대의 도전형을 갖는 반도체층측으로부터의 광은 외란광이 되기 때문에, 전극층은 차광성을 갖는 도전막을 사용하면 된다. 또한, n형 반도체층측을 수광면으로서 사용할 수도 있다.
액정소자(505)는 화소 전극(507)과, 액정(508)과, 대향 전극(509)을 갖는다. 화소 전극(507)은 기판(501) 상에 형성되어 있으며, 트랜지스터(503)와는 도전막(510)을 통해 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 대향 전극(509)은 기판(513)(대향 기판) 위에 형성되어 있으며, 화소 전극(507)과 대향 전극(509) 사이에 액정(508)이 끼여 있다. 트랜지스터(503)는 실시형태 1의 트랜지스터(201)에 대응한다.
화소 전극(507)과 대향 전극(509) 사이의 셀 갭은 스페이서(516)를 사용하여 제어할 수 있다. 도 8에서는 포토리소그래피로 선택적으로 형성된 주상의 스페이서(516)를 사용하여 셀 갭을 제어하고 있는데, 구형의 스페이서를 화소 전극(507)과 대향 전극(509) 사이에 분산시킴으로써 셀 갭을 제어할 수도 있다.
또한, 액정(508)은 기판(501)과 기판(513) 사이에서 실링재에 의해 둘러싸여 있다. 액정(508)의 주입은 디스펜서식(적하식)을 사용하여도 좋고, 디핑식(빨아올리는 방식)을 사용하여도 좋다.
화소 전극(507)에는 투광성을 갖는 도전성 재료, 예를 들면 인듐 주석 산화물(ITO), 산화 규소를 포함하는 인듐 주석 산화물(ITSO), 유기 인듐, 유기 주석, 산화 아연(ZnO), 산화 아연(ZnO)을 포함하는 인듐 아연 산화물(IZO(Indium Zinc Oxide)), 갈륨(Ga)을 포함하는 산화 아연, 산화 주석(SnO2), 산화 텅스텐을 포함하는 인듐 산화물, 산화 텅스텐을 포함하는 인듐 아연 산화물, 산화 티탄을 포함하는 인듐 산화물, 산화 티탄을 포함하는 인듐 주석 산화물 등을 사용할 수 있다. 또한, 도전성 고분자(도전성 폴리머라고도 한다)를 포함하는 도전성 조성물을 사용하여 형성할 수 있다. 도전성 고분자로서는 소위 π전자 공역계 도전성 고분자를 사용할 수 있다. 예를 들면, 폴리아닐린 또는 그 유도체, 폴리피롤 또는 그 유도체, 폴리티오펜 또는 그 유도체, 또는 아닐린, 피롤 및 티오펜의 2종 이상으로 이루어진 공중합체 혹은 그 유도체 등을 들 수 있다.
도한, 본 실시형태에서는 투과형 액정소자(505)를 예로 들고 있으므로, 화소 전극(507)과 마찬가지로, 대향 전극(509)에도 상술한 투과성을 갖는 도전성 재료를 사용할 수 있다.
화소 전극(507)과 액정(508) 사이에는 배향막(511)이 형성되며, 대향 전극(509)과 액정(508) 사이에는 배향막(512)이 각각 형성되어 있다. 배향막(511), 배향막(512)은 폴리이미드, 폴리비닐 알콜 등의 유기수지를 사용하여 형성할 수 있으며, 그 표면에는 러빙 등의, 액정 분자를 일정 방향으로 배열시키기 위한 배향 처리가 실시되어 있다. 러빙은 배향막에 압력을 걸면서, 나일론 등의 천을 감은 롤러를 회전시켜, 상기 배향막의 표면을 일정 방향으로 문지름으로써 수행할 수 있다. 또한, 산화 규소 등의 무기 재료를 사용하여, 배향 처리를 실시하는 일 없이, 증착법으로 배향 특성을 갖는 배향막(511), 배향막(512)을 직접 형성하는 것도 가능하다.
또한, 액정 소자(505)와 겹쳐지도록, 특정한 파장 영역의 광을 통과시킬 수 있는 컬러 필터(514)가 기판(513) 상에 형성되어 있다. 컬러 필터(514)는 안료를 분산시킨 아크릴계 수지 등의 유기수지를 기판(513) 위에 도포한 후, 포토리소그래피를 사용하여 선택적으로 형성할 수 있다. 또한, 안료를 분산시킨 폴리이미드계 수지를 기판(513) 위에 도포한 후, 에칭을 사용하여 선택적으로 형성할 수도 있다. 혹은 잉크 젯 등의 액적 토출법을 사용함으로써, 선택적으로 컬러 필터(514)를 형성할 수도 있다.
또한, 포토다이오드(502)와 겹쳐지도록, 광을 차폐할 수 있는 차폐막(515)이 기판(513) 위에 형성되어 있다. 차폐막(515)을 형성함으로써, 기판(513)을 투과하여 터치 패널 내에 입사한 백라이트로부터의 광이 직접 포토다이오드(502)에 닿는 것을 방지할 수 있는 것 외에, 화소들 사이에서의 액정(508)의 배향 혼란에 기인하는 디스클리네이션(disclination)이 보이는 것을 방지할 수 있다. 차폐막(515)에는 카본 블랙, 이산화 티탄보다도 산화수가 작은 저차(低次) 산화 티탄 등의 흑색 안료를 포함하는 유기수지를 사용할 수 있다. 또한, 크롬을 사용한 막으로, 차폐막(515)을 형성하는 것도 가능하다.
또한, 기판(501)의 화소 전극(507)이 형성되어 있는 면과는 반대의 면에 편광판(517)을 형성하고, 기판(513)의 대향 전극(509)이 형성되어 있는 면과는 반대의 면에 편광판(518)을 형성한다.
산화물 절연층(531), 보호 절연층(532), 층간 절연층(533), 층간 절연층(534)으로서는 절연성 재료를 사용하여, 그 재료에 따라 스퍼터링법, SOG법, 스핀 코팅, 딥 코팅, 스프레이 코팅, 액적 토출법(잉크 젯법, 스크린 인쇄, 오프셋 인쇄 등) 등의 방법이나, 닥터 나이프, 롤 코터, 커텐 코터, 나이프 코터 등을 이용하여 형성할 수 있다.
산화물 절연층(531)으로서는 산화 실리콘층, 산화 질화 실리콘층, 산화 알루미늄층, 또는 산화 질화 알루미늄층 등의 산화물 절연층의 단층, 또는 적층을 사용할 수 있다.
보호 절연층(532)으로서는 무기 절연재료인 질화 실리콘층, 질화 산화 실리콘층, 질화 알루미늄층, 또는 질화 산화 알루미늄층 등의 질화물 절연층의 단층, 또는 적층을 사용할 수 있다. 또한, 마이크로파(2.45GHz)를 이용한 고밀도 플라즈마 CVD는 치밀하고 절연 내압이 높은 고품질의 절연층을 형성할 수 있으므로 바람직하다.
층간 절연층(533, 534)으로서는 표면 요철을 저감하기 위해 평탄화 절연막으로서 기능하는 절연층이 바람직하다. 층간 절연층(533, 534)으로서는 예를 들면 폴리이미드, 아크릴, 벤조시클로부텐, 폴리아미드, 에폭시 등의, 내열성을 갖는 유기 절연재료를 사용할 수 있다. 또한, 상기 유기 절연재료 외에, 저유전율 재료(low-k 재료), 실록산계 수지, PSG(인 글래스), BPSG(인 보론 글래스) 등의 단층, 또는 적층을 사용할 수 있다.
백 라이트로부터의 광은 화살표(520)로 나타낸 바와 같이 기판(513), 액정소자(505)을 통해, 기판(501)측에 있는 피검출물(521)에 조사된다. 그리고, 피검출물(521)에 의해 반사된 광은 화살표(522)로 표시한 바와 같이 포토다이오드(502)에 입사한다.
액정 소자는 TN(Twisted Nematic)형 외에, VA(Vertical Alignment)형, OCB(Optically Compensated Birefringence)형, IPS(In-Plane Switching)형 등이어도 좋다. 또한, 배향막을 사용하지 않는 블루상을 나타내는 액정을 사용하여도 좋다.
또한, 본 실시형태에서는 화소 전극(507)과 대향 전극(509) 사이에 액정(508)이 끼여 있는 구조를 갖는 액정 소자(505)를 예로 들어 설명하였지만, 본 발명의 일 양태에 따른 반도체 장치는 이 구성으로 한정되지 않는다. IPS형과 같이, 한 쌍의 전극이 함께 기판(501)측에 형성되어 있는 액정 소자이어도 좋다.
이상과 같은 형태로 함으로써, 고속 동작에 의한 촬상이 가능한 반도체 장치를 제공할 수 있다.
본 실시형태는 다른 실시형태와 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
(실시형태 6)
본 발명의 일 양태에 따른 반도체 장치는 터치 패널로서 응용가능하다. 터치 패널은 표시장치, 노트북형 퍼스널 컴퓨터, 기록매체를 구비한 영상재생장치(대표적으로는 DVD : Digital Versatile Disc 등의 기록매체를 재생하여 그 영상을 표시할 수 있는 디스플레이를 갖는 장치)에 사용할 수 있다. 그 외에, 본 발명의 일 양태에 따른 터치 패널을 사용할 수 있는 전자기기로서, 휴대전화, 휴대형 게임기, 휴대정보단말, 전자서적, 비디오 카메라, 디지털스틸카메라, 고글형 디스플레이(헤드 마운트 디스플레이), 네비게이션 시스템, 음향재생장치(카 오디오, 디지털 오디오 플레이어 등), 복사기, 팩시밀리, 프린터, 프린터 복합기, 현금자동인출기(ATM), 자동판매기 등을 들 수 있다.
본 실시형태에서는 본 발명의 일 양태에 따른 터치 패널을 사용한 전자기기의 일 예를 도 9를 참조하여 설명한다.
도 9(A)는 표시장치이며, 하우징(5001), 표시부(5002), 지지대(5003) 등을 갖는다. 본 발명의 일 양태에 따른 터치 패널은 표시부(5002)에 사용할 수 있다. 표시부(5002)에 본 발명의 일 양태인 터치 패널을 사용함으로써, 고분해능인 촬상 데이터를 취득할 수 있으며, 보다 고성능의 애플리케이션이 탑재된 표시장치를 제공할 수 있다. 또한, 표시장치에는 퍼스널 컴퓨터용, TV방송 수신용, 광고 표시용 등의 모든 정보표시용 표시장치가 포함된다.
도 9(B)는 휴대전화단말이며, 하우징(5101), 표시부(5102), 스위치(5103), 조작키(5104), 적외선 포트(5105) 등을 갖는다. 본 발명의 일 양태에 따른 터치 패널은 표시부(5102)에 사용할 수 있다. 표시부(5102)에 본 발명의 일 양태에 따른 터치 패널을 사용함으로써, 고분해능인 촬상 데이터를 취득할 수 있으며, 보다 고기능의 애플리케이션이 탑재된 휴대정보단말을 제공할 수 있다.
도 9(C)는 현금자동인출기이며, 하우징(5201), 표시부(5202), 금속화폐 투입구(5203), 지폐 투입구(5204), 카드 투입구(5205), 통장 투입구(5206) 등을 갖는다. 본 발명의 일 양태에 따른 터치 패널은 표시부(5202)에 사용할 수 있다. 표시부(5202)에 본 발명의 일 양태에 따른 터치 패널을 사용함으로써, 고분해능인 촬상 데이터를 취득할 수 있으며, 보다 고기능의 애플리케이션이 탑재된 현금자동인출기를 제공할 수 있다. 그리고, 본 발명의 일 양태에 따른 터치 패널을 사용한 현금자동인출기는 지문, 얼굴, 핸드프린트, 손금, 및 손의 정맥 형상, 홍채 등 생채 인증에 사용되는 생체 정보를 보다 높은 정밀도로 읽어들일 수 있다. 따라서, 생체 인증시, 본인임에도 불구하고 본인이 아니라고 오인식하는 본인거절률과, 타인임에도 불구하고 본인으로 오인식하는 타인승낙률을 낮게 억제할 수 있다.
도 9(D)는 휴대형 게임기이며, 하우징(5301), 하우징(5302), 표시부(5303), 표시부(5304), 마이크로 폰(5306), 스피커(5306), 조작키(5307), 스타일러스(5308) 등을 갖는다. 본 발명의 일 양태에 따른 터치 패널은 표시부(5303) 또는 표시부(5304)에 사용할 수 있다. 표시부(5303) 또는 표시부(5304)에 본 발명의 일 양태에 따른 터치 패널을 사용함으로써, 고분해능인 촬상 데이터를 취득할 수 있으며, 보다 고기능의 애플리케이션이 탑재된 휴대형 게임기를 제공할 수 있다. 또한, 도 9(D)에 나타낸 휴대형 게임기는 2개의 표시부(5303), 표시부(5304)를 갖고 있는데, 휴대형 게임기가 갖는 표시부의 수는 이에 한정되지 않는다.
본 실시형태는 상기 실시형태와 적절히 조합하여 실시하는 것이 가능하다.
본 출원은 그 전문이 참조로서 본 명세서에 통합되고, 2010년 3월 12일자로 일본 특허청에 출원된 일본 특허 출원 일련 번호 2010-056526호에 기초한다.
10 : 반도체 장치 11 : 포토센서
12 : 읽기 제어 회로 13 : 포토다이오드
14 : 트랜지스터 15 : 트랜지스터
16 : 포토다이오드 리셋 신호선 17 : 게이트 신호선
18 : 트랜지스터 19 : 포토센서 선택 신호선
20 : 포토센서 기준 고전위 전원선 21 : 포토센서 기준 저전위 전원선
22 : 포토센서 출력 신호선 31 : 신호
32 : 신호 33 : 신호
34 : 신호 35 : 신호
41 : 트랜지스터 42 : 게이트 신호선
51 : 신호 51 : 신호
52 : 신호 53 : 신호
54 : 신호 55 : 신호
56 : 신호 100 : 표시장치
101 : 화소회로 102 : 표시소자 제어회로
103 : 포토센서 제어회로 104 : 화소
105 : 표시소자 106 : 포토센서
107 : 표시소자 구동회로 108 : 표시소자 구동회로
109 : 포토센서 읽기 회로 110 : 포토센서 구동회로
200 : 읽기 제어 회로 201 : 트랜지스터
202 : 저장 캐패시터 203 : 액정소자
204 : 포토다이오드 205 : 트랜지스터
206 : 트랜지스터 207 : 트랜지스터
208 : 게이트 신호선 209 : 게이트 신호선
210 : 포토다이오드 리셋 신호선 211 : 게이트 신호선
212 : 비디오 데이터 신호선 213 : 포토센서 기준 신호선
214 : 포토센서 출력 신호선 215 : 노드
216 : 트랜지스터 501 : 기판
502 : 포토다이오드 503 : 트랜지스터
505 : 액정소자 506a : 반도체층
506b : 반도체층 506c : 반도체층
507 : 화소 전극 508 : 액정
509 : 대향 전극 510 : 도전막
511 : 배향막 512 : 배향막
513 : 기판 514 : 컬러 필터
515 : 차폐막 516 : 스페이서
517 : 편광판 518 : 편광판
520 : 화살표 521 : 피검출물
522 : 화살표 531 : 산화물 절연층
532 : 보호 절연층 533 : 층간 절연층
534 : 층간 절연층 540 : 트랜지스터
541 : 전극층 542 : 전극층
543 : 전극층 545 : 게이트 전극층
601 : 신호 602 : 신호
603 : 신호 604 : 신호
605 : 신호 606 : 신호
607 : 신호 608 : 신호
609 : 신호 610 : 기간
611 : 기간 612 : 기간
613 : 기간 621 : 신호
701 : 신호 702 : 신호
703 : 신호 704 : 신호
705 : 신호 706 : 신호
707 : 신호 708 : 신호
709 : 신호 710 : 기간
711 : 기간 712 : 기간
713 : 기간 721 : 신호
5001 : 하우징 5002 : 표시부
5003 : 지지대 5101 : 하우징
5102 : 표시부 5103 : 스위치
5104 : 조작키 5105 : 적외선 포트
5201 : 하우징 5202 : 표시부
5203 : 금속화폐 투입구 5204 : 지폐 투입구
5205 : 카드 투입구 5206 : 통장 투입구
5301 : 하우징 5302 : 하우징
5303 : 표시부 5304 : 표시부
5305 : 마이크로 폰 5306 : 스피커
5307 : 조작키 5308 : 스타일러스

Claims (32)

  1. 반도체 장치에 있어서,
    포토다이오드,
    게이트가 상기 포토다이오드의 하나의 전극에 접속되는 제 1 트랜지스터, 및
    소스 및 드레인을 가지는 제 2 트랜지스터로서, 상기 제 2 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 하나는 상기 제 1 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 하나에 접속되는 제 2 트랜지스터를 갖는 포토센서와,
    소스 및 드레인이 있는 읽기 제어 트랜지스터를 가지는 읽기 제어 회로를 포함하고,
    상기 읽기 제어 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 하나는 상기 제 2 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 나머지 하나에 접속되며,
    상기 제 1 트랜지스터, 상기 제 2 트랜지스터, 및 상기 읽기 제어 트랜지스터 중 적어도 하나의 반도체층은 산화물 반도체를 사용하여 형성되어 있는, 반도체 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 읽기 제어 트랜지스터의 게이트에 인가된 전압은, 상기 읽기 제어 트랜지스터의 저항이 변하도록 입사광에 따라 변하는, 반도체 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 산화물 반도체는 인듐, 갈륨, 주석, 및 아연 중 적어도 하나를 포함하는, 반도체 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 트랜지스터, 상기 제 2 트랜지스터, 및 상기 읽기 제어 트랜지스터 중 나머지는 비정질 반도체, 미정질(microcrystalline) 반도체, 다결정 반도체, 및 단일 결정 반도체 중 임의의 하나를 반도체층에 포함하는, 반도체 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 포토다이오드는 PN 다이오드, PIN 다이오드, 및 쇼트키 다이오드로부터 선택되는, 반도체 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    제 1 항에 따른 복수의 포토센서는 기판 위에서 행 및 열 방향으로 배치되는, 반도체 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 포토센서는 리셋 동작, 저장 동작, 및 읽기 동작을 수행하는, 반도체 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    복수의 상기 포토센서는 모든 행에서 리셋 동작과 저장 동작을 동시에 수행하고, 순차적으로 각 행에서 읽기 동작을 수행하는, 반도체 장치.
  9. 반도체 장치에 있어서,
    포토다이오드,
    소스와 드레인을 가지고, 그 중 하나가 상기 포토다이오드의 하나의 전극에 접속되는 제 1 트랜지스터,
    게이트를 가지고, 상기 게이트가 상기 제 1 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 나머지 하나에 접속되는 제 2 트랜지스터,
    소스와 드레인을 가지고, 그 중 하나가 상기 제 2 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 하나에 접속되는 제 3 트랜지스터를 포함하는 포토센서와,
    소스와 드레인을 가지고, 그 중 하나가 상기 제 3 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 나머지 하나에 접속되는 읽기 제어 트랜지스터를 포함하는 읽기 제어 회로를 포함하고,
    상기 제 1 트랜지스터, 상기 제 2 트랜지스터, 상기 제 3 트랜지스터, 및 상기 읽기 제어 트랜지스터 중 적어도 하나의 반도체층은 산화물 반도체를 사용하여 형성되어 있는, 반도체 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 읽기 제어 트랜지스터의 게이트에 인가된 전압은, 상기 읽기 제어 트랜지스터의 저항이 변하도록 입사광에 따라 변하는, 반도체 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 산화물 반도체는 인듐, 갈륨, 주석, 및 아연 중 적어도 하나를 포함하는, 반도체 장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 트랜지스터, 상기 제 2 트랜지스터, 상기 제 3 트랜지스터, 및 상기 읽기 제어 트랜지스터 중 나머지는 비정질 반도체, 미정질 반도체, 다결정 반도체, 및 단일 결정 반도체 중 임의의 하나를 반도체층에 포함하는, 반도체 장치.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 포토다이오드는 PN 다이오드, PIN 다이오드, 및 쇼트키 다이오드로부터 선택되는, 반도체 장치.
  14. 제 9 항에 있어서,
    제 9 항에 따른 복수의 포토센서는 기판 위에서 행 및 열 방향으로 배치되는, 반도체 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 포토센서는 리셋 동작, 저장 동작, 및 읽기 동작을 수행하는, 반도체 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    복수의 상기 포토센서는 모든 행에서 리셋 동작과 저장 동작을 동시에 수행하고, 순차적으로 각 행에서 읽기 동작을 수행하는, 반도체 장치.
  17. 반도체 장치에 있어서,
    포토다이오드,
    게이트가 상기 포토다이오드의 하나의 전극에 접속되는 제 1 트랜지스터, 및
    소스 및 드레인을 가지는 제 2 트랜지스터로서, 상기 제 2 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 하나는 상기 제 1 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 하나에 접속되는 제 2 트랜지스터를 갖는 포토센서와,
    소스 및 드레인이 있는 읽기 제어 트랜지스터를 가지는 읽기 제어 회로를 포함하고,
    상기 읽기 제어 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 하나는 상기 제 1 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 나머지 하나에 접속되며,
    상기 제 1 트랜지스터, 상기 제 2 트랜지스터, 및 상기 읽기 제어 트랜지스터 중 적어도 하나의 반도체층은 산화물 반도체를 사용하여 형성되어 있는, 반도체 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 읽기 제어 트랜지스터의 게이트에 인가된 전압은, 상기 읽기 제어 트랜지스터의 저항이 변하도록 입사광에 따라 변하는, 반도체 장치.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 산화물 반도체는 인듐, 갈륨, 주석, 및 아연 중 적어도 하나를 포함하는, 반도체 장치.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 트랜지스터, 상기 제 2 트랜지스터, 및 상기 읽기 제어 트랜지스터 중 나머지는 비정질 반도체, 미정질 반도체, 다결정 반도체, 및 단일 결정 반도체 중 임의의 하나를 반도체층에 포함하는, 반도체 장치.
  21. 제 17 항에 있어서,
    상기 포토다이오드는 PN 다이오드, PIN 다이오드, 및 쇼트키 다이오드로부터 선택되는, 반도체 장치.
  22. 제 17 항에 있어서,
    제 17 항에 따른 복수의 포토센서는 기판 위에서 행 및 열 방향으로 배치되는, 반도체 장치.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 포토센서는 리셋 동작, 저장 동작, 및 읽기 동작을 수행하는, 반도체 장치.
  24. 제 23 항에 있어서,
    복수의 상기 포토센서는 모든 행에서 리셋 동작과 저장 동작을 동시에 수행하고, 순차적으로 각 행에서 읽기 동작을 수행하는, 반도체 장치.
  25. 반도체 장치에 있어서,
    포토다이오드,
    소스와 드레인을 가지고, 그 중 하나가 상기 포토다이오드의 하나의 전극에 접속되는 제 1 트랜지스터,
    게이트를 가지고, 상기 게이트가 상기 제 1 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 나머지 하나에 접속되는 제 2 트랜지스터,
    소스와 드레인을 가지고, 그 중 하나가 상기 제 2 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 하나에 접속되는 제 3 트랜지스터를 포함하는 포토센서와,
    소스와 드레인을 가지고, 그 중 하나가 상기 제 2 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 나머지 하나에 접속되는 읽기 제어 트랜지스터를 포함하는 읽기 제어 회로를 포함하고,
    상기 제 1 트랜지스터, 상기 제 2 트랜지스터, 상기 제 3 트랜지스터, 및 상기 읽기 제어 트랜지스터 중 적어도 하나의 반도체층은 산화물 반도체를 사용하여 형성되어 있는, 반도체 장치.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 읽기 제어 트랜지스터의 게이트에 인가된 전압은, 상기 읽기 제어 트랜지스터의 저항이 변하도록 입사광에 따라 변하는, 반도체 장치.
  27. 제 25 항에 있어서,
    상기 산화물 반도체는 인듐, 갈륨, 주석, 및 아연 중 적어도 하나를 포함하는, 반도체 장치.
  28. 제 25 항에 있어서,
    상기 제 1 트랜지스터, 상기 제 2 트랜지스터, 상기 제 3 트랜지스터, 및 상기 읽기 제어 트랜지스터 중 나머지는 비정질 반도체, 미정질 반도체, 다결정 반도체, 및 단일 결정 반도체 중 임의의 하나를 반도체층에 포함하는, 반도체 장치.
  29. 제 25 항에 있어서,
    상기 포토다이오드는 PN 다이오드, PIN 다이오드, 및 쇼트키 다이오드로부터 선택되는, 반도체 장치.
  30. 제 25 항에 있어서,
    제 25 항에 따른 복수의 포토센서는 기판 위에서 행 및 열 방향으로 배치되는, 반도체 장치.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 포토센서는 리셋 동작, 저장 동작, 및 읽기 동작을 수행하는, 반도체 장치.
  32. 제 31 항에 있어서,
    복수의 상기 포토센서는 모든 행에서 리셋 동작과 저장 동작을 동시에 수행하고, 순차적으로 각 행에서 읽기 동작을 수행하는, 반도체 장치.
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