KR20160015788A - 광 전하 저장 소자와 이를 포함하는 장치들 - Google Patents

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설상철
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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 광 전하 저장 소자는 게이트 전극의 위에 형성된 게이트 절연체와, 상기 게이트 절연체의 위에 형성되고 소스 전극과 드레인 전극 사이에 형성된 채널과, 상기 채널의 위에 형성되고, 입사 광에 따라 광 전하를 생성하는 유기 광전 변환 소자를 포함한다. 상기 채널은 상기 유기 광전 변환 소자에 의해 생성된 상기 광 전하를 축적할 수 있다. 실시 예에 따라 상기 채널에 축적된 광 전하는, 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극 사이의 전압에 응답하여, 상기 채널을 통하여 리드아웃된다.

Description

광 전하 저장 소자와 이를 포함하는 장치들{PHOTO CHARGE STORAGE ELEMENT AND DEVICES INCLUDING SAME}
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 유기 광 저장 소자에 관한 것으로, 특히 짧은 시간에 작동하는 전송 제어 신호의 전압에 따라 전하 축적 작동과 전하 전송 작동을 분리하여 수행함으로써 암전류(dark current)를 최소화할 수 있는 채널을 포함하는 유기 광 저장 소자와 이를 포함하는 장치들에 관한 것이다.
포토다이오드(photodiode)는 빛 에너지를 전류 또는 전압으로 변환할 수 있는 광전 변환 소자 또는 광검출기의 일 예이다.
포토다이오드는 P-N 접합(P-N junction) 구조 또는 P-I-N 접합 구조를 갖는다. 상기 포토다이오드는 광전 효과를 이용하여 자유 전자(free electron)와 정공 (hole)을 생성한다.
포토다이오드는 광전 변환 기능 또는 광검출 기능 때문에 CMOS 이미지 센서 등에서 널리 사용되고 있다. 상기 CMOS 이미지 센서는 CMOS 공정(process)에 의해 제조되는 이미지 센서로서 복수의 픽셀 센서들을 포함하는 픽셀 어레이를 포함한다. 상기 복수의 픽셀 센서들 각각은 포토다이오드와 같은 광검출기를 포함하고 증폭기를 더 포함할 수 있다.
상기 픽셀 어레이로부터 출력된 픽셀 신호들은 다양한 처리 과정들, 예컨대 상관 이중 샘플링(correlated double sampling(CDS))과 아날로그-디지털 변환 등을 통하여 디지털 신호들로 변환된다. 상기 디지털 신호들은 이미지 신호 프로세서에 의해서 처리되고 처리된 신호들은 디스플레이를 통하여 디스플레이된다.
디스플레이에 디스플레이되는 화질(image quality)은 기본적으로 포토다이오드를 포함하는 픽셀 센서의 성능에 따라 결정될 수 있다. 따라서 픽셀 센서의 성능을 개선하려는 연구 개발이 꾸준히 진행되어 왔다.
최근 CMOS 이미지 센서의 크기를 줄이려는 연구들 중 실리콘 포토 다이오드를 유기 광전 변환 소자로 대체하는 연구가 진행되어 왔다. 이때, 대체된 유기 광전 변환 소자의 계면에서 발생하는 열생성 전하들에 의해 암전류가 증가하는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 암전류를 감소시킬 수 있는 방법이 필요하다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는, 특히 짧은 시간 동안 작동하는 전송 제어 신호의 전압에 따라 전하 축적 작동과 전하 전송 작동을 시간적으로 분리하여 수행함으로써 암전류를 최소화할 수 있는 채널을 포함하는 유기 광 저장 소자와 이를 포함하는 장치들을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 광 전하 저장 소자는 게이트 전극의 위에 형성된 게이트 절연체와, 상기 게이트 절연체의 위에 형성되고 소스 전극과 드레인 전극 사이에 형성된 채널과, 상기 채널의 위에 형성되고, 입사 광에 따라 광 전하를 생성하는 유기 광전 변환 소자를 포함한다.
상기 채널은 상기 유기 광전 변환 소자에 의해 생성된 상기 광 전하를 축적할 수 있다.
실시 예에 따라 상기 채널에 축적된 광 전하는, 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극 사이의 전압에 응답하여, 상기 채널을 통하여 리드아웃된다.
다른 실시 예에 따라, 상기 채널에 축적된 광 전하는, 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극 중에서 어느 하나로 공급되는 전압과 상기 게이트 전극으로 공급되는 전압의 차이에 기초하여, 상기 채널을 통하여 리드아웃된다.
상기 채널이 N-타입인 경우, 진공 레벨을 기준으로, 상기 채널의 전도대는 상기 유기 광전 변환 소자의 전도대보다 크고 상기 채널의 가전자대는 상기 유기 광전 변환 소자의 가전자대보다 크다.
상기 채널이 P-타입인 경우, 진공 레벨을 기준으로, 상기 채널의 전도대는 상기 유기 광전 변환 소자의 전도대보다 작고 상기 채널의 가전자대는 상기 유기 광전 변환 소자의 가전자대보다 작다.
상기 광 전하 저장 소자는 상기 유기 광전 변환 소자의 위에 형성된 전극을 더 포함하고, 상기 유기 광전 변환 소자는 각각이 서로 다른 에너지 레벨을 갖는 복수의 유기 레이어들을 포함하고, 상기 복수의 유기 레이어들은 상기 게이트 전극과 상기 전극 사이로 공급되는 전압에 기초하여 상기 광 전하를 생성하고 생성된 광 전하를 상기 채널로 이동시킨다.
상기 복수의 유기 레이어들에서 생성된 상기 광 전하 중에서 광 전자가 상기 채널에 수집될 때, 상기 전극은 캐소드로서 사용되고, 상기 복수의 유기 레이어들에서 생성된 상기 광 전하 중에서 광 정공이 상기 채널에서 수집될 때, 상기 전극은 애노드로서 사용된다.
상기 게이트 전극, 상기 게이트 절연체, 상기 소스 전극, 상기 드레인 전극, 및 상기 채널은 유기 전계 효과 트랜지스터를 형성한다.
상기 광 전하 저장 소자는 상기 게이트 전극의 아래에 형성되고, 접속 노드를 포함하는 반도체 기판과, 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극 중에서 어느 하나와 상기 접속 노드를 접속하는 비아를 더 포함한다.
실시 예에 따라, 상기 게이트 절연체는 상기 게이트 전극을 둘러싸는 구조로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서는 광 전하 저장 소자와, 상기 광 전하 저장 소자의 작동을 제어하는 로우 드라이버를 포함한다. 상기 광 전하 저장 소자는 게이트 전극의 위에 형성된 게이트 절연체와, 상기 게이트 절연체의 위에 형성되고, 소스 전극과 드레인 전극 사이에 형성된 채널과, 상기 채널의 위에 형성되고, 입사 광에 응답하여 광 전하를 생성하는 유기 광전 변환소자를 포함한다.
상기 채널이 N-타입인 경우 상기 채널의 에너지 대역은 상기 유기 광전 변환 소자의 에너지 대역보다 크고, 상기 채널이 P-타입인 경우 상기 채널의 에너지 대역은 상기 유기 광전 변환 소자의 에너지 대역보다 작다.
본 발명의 실시 예에 따른 휴대용 전자 장치는 이미지 센서와, 상기 이미지 센서의 작동을 제어하는 프로세서를 포함하고, 상기 이미지 센서는 광 전하 저장 소자와, 상기 광 전하 저장 소자의 작동을 제어하는 로우 드라이버를 포함한다.
상기 광 전하 저장 소자는 게이트 전극의 위에 형성된 게이트 절연체와, 상기 게이트 절연체의 위에 형성되고, 소스 전극과 드레인 전극 사이에 형성된 채널과, 상기 채널의 위에 형성되고, 입사 광에 응답하여 광 전하를 생성하는 유기 광전 변환소자를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따라 광 전하 저장 소자와 이를 포함하는 장치는 유기 광전 변환 소자에 포함된 채널을 이용함으로써 픽셀의 사이즈를 감소시키고, 상기 유기 광전 변환 소자의 작동과 상기 채널의 작동을 분리하여 상기 유기 광전 변환 소자에서 발생하는 열생성 전하에 의한 암전류를 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 채널을 포함하는 광 전하 저장 소자의 단면도를 나타낸다.
도 2a는 도 1의 광 전하 저장 소자의 다른 단면도를 나타낸다.
도 2b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 채널을 포함하는 광 전하 저장 소자의 단면도를 나타낸다.
도 3은 도 1부터 도 2b에 도시된 광 전하 생성 영역의 실시 예를 나타낸다.
도 4는 도 3에 도시된 유기 광전 변환 소자에 의해 생성된 광 전하가 채널로 이동된 후 축적되는 과정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예들에 따른 광 전하 저장 소자로 공급된 전압들과 상기 광 전하 저장 소자의 작동을 설명하기 위한 개념도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예들에 따른 광 전하 저장 소자의 작동을 설명하기 위한 개념도이다.
도 7은 도 1, 도 2a, 또는 도 2b에 도시된 유기 광전 변환 소자와 픽셀 회로를 포함하는 광 전하 저장 소자의 회로도의 일 실시 예를 나타낸다.
도 8은 도 1, 도 2a, 또는 도 2b에 도시된 유기 광전 변환 소자와 픽셀 회로를 포함하는 광 전하 저장 소자의 회로도의 다른 실시 예를 나타낸다.
도 9는 도 1, 도 2a, 또는 도 2b에 도시된 유기 광전 변환 소자와 픽셀 회로를 포함하는 광 전하 저장 소자의 회로도의 또 다른 실시 예를 나타낸다.
도 10은 도 1 또는 도 2b에 도시된 광 전자 저장 소자를 포함하는 이미지 처리 시스템의 블록도를 나타내다.
도 11은 도 10에 도시된 이미지 처리 시스템은 포함하는 휴대용 전자 장치의 블록도를 나타내다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않은 채, 제1구성 요소는 제2구성 요소로 명명될 수 있고 유사하게 제2구성 요소는 제1구성 요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 작동, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 작동, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 명세서에 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 채널(21)을 포함하는 광 전하 저장 소자 (50A)의 단면도를 나타낸다. 도 1에 도시된 단면도는 소스 전극(17)과 드레인 전극 (18)을 기준으로 절단된 단면도를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 광 전하 저장 소자(50A)는 광 전하 생성 영역(30)과 광 전하 저장 영역(20)을 포함한다.
광 전하 생성 영역(30)은 유기 광전 변환 소자(31)와 전극(32)을 포함한다.
유기 광전 변환 소자(31)는 유기 포토다이오드 또는 유기 포토트랜지스터로 구현될 수 있다.
유기 광전 변환 소자(31)는 도 3의 도시된 바와 같이 복수의 유기 레이어들 (31-1~31-3)을 포함할 수 있다. 유기 광전 변환 소자(31)는, 입사광(LIGHT)에 응답하여, 광 전하(photocharge)를 생성할 수 있는 구조는 갖는다. 이때, 생성된 광 전하는 광 전자(photoelectron) 또는 광 정공(photohole)일 수 있다.
전극(32)은 유기 광전 변환 소자(31)의 위(on or above)에 형성될 수 있다. 실시 예에 따라, 전극(32)은 투명 전극, 예컨대 ITO(Indium tin oxide), IZO (Indium Zinc Oxide), 또는 ZnO(Zinc oxide)로 구현될 수 있다. 다른 실시 예에 따라, 전극(32)은 알루미늄(Al)으로 구현될 수 있다. 이때, 전극(32)은 입사광 (LIGHT)이 유기 광전 변환 소자(31)로 입사될 수 있는 구조를 갖는다.
도 3은 도 1부터 도 2b에 도시된 광 전하 생성 영역의 실시 예를 나타낸다.
도 1과 도 3의 (a)을 참조하면, 유기 광전 변환 소자(31)는 제1레이어(31-1), 제2레이어(31-2), 및 제3레이어(31-3)를 포함할 수 있다.
예컨대, 제1레이어(31-1)는 CuPc(Copper(Ⅱ) phthalocyanine)로 구현될 수 있고, 제2레이어(31-2)는 PTCDI-C8로 구현될 수 있고, 제3레이어(31-3)는 BCP (bathocuproine)로 구현될 수 있으나, 이는 설명의 편의를 위해 예시된 물질로서 본 발명의 기술적 사상이 각 레이어(31-1~31-3)에 구현되는 물질에 한정되는 것은 아니다.
예컨대, 제1레이어(31-1)의 두께는 10㎚~30㎚로 구현될 수 있고, 제2레이어 (31-2)의 두께는 30㎚~50㎚로 구현될 수 있고, 제3레이어(31-3)의 두께는 20㎚이하로 구현될 수 있고, 전극(32)이 알루미늄(Al)으로 구현될 때 전극(32)의 두께는 30㎚~50㎚로 구현될 수 있다.
도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 제2레이어(31-2)는 제1레이어(31-1)의 위 (on or above)에 형성될 수 있고, 제3레이어(31-3)는 제2레이어(31-2)의 위(on or above)에 형성될 수 있고, 전극(32)은 제3레이어(31-3)의 위(on or above)에 형성될 수 있다.
도 3의 (b)에 예시적으로 도시된 바와 같이, 각 유기 레이어(31-1, 31-2, 및 31-3)의 에너지 레벨은 서로 다를 수 있다.
도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 생성된 광 전하가 광 정공일 때, 진공 레벨 (vacuum level)을 기준으로 할 때, 제1레이어(31-1)의 가전자대(valence band 또는 highest occupied molecular orbital(HOMO))는 제2레이어(31-2)의 가전자대보다 낮고, 제2레이어(31-2)의 가전자대는 제3레이어(31-3)의 가전자대보다 낮다.
다른 실시 예에 따라, 생성된 광 전하가 광 전자일 때, 진공 레벨 (vacuum level)을 기준으로 할 때, 제1레이어(31-1)의 전도대(conduction band)는 제2레이어(31-2)의 전도대보다 높고, 제2레이어(31-2)의 전도대는 제3레이어(31-3)의 전도대보다 높다.
도 1과 도 3의 (a)를 참조하면, 각 유기 레이어(31-1~31-3)에 의해 생성된 광 전자가 채널(21)에서 수집될 때, 전극(32)은 캐소드(cathod)로서 사용될 수 있다. 또한, 각 유기 레이어(30-1~30-3)에 의해 생성된 광 정공이 채널(21)에서 수집될 때, 전극(32)은 애노드(anode)로서 사용될 수 있다.
도 1을 다시 참조하면, 광 전하 저장 영역(20)은 반도체 기판(10), 게이트 전극(15), 게이트 절연체(16), 소스 전극(17), 드레인 전극(18), 및 채널(또는 채널 레이어; 21)을 포함할 수 있다. 예컨대, 유기 전계 효과 트랜지스터는 게이트 전극(15), 게이트 절연체(16), 소스 전극(17), 드레인 전극(18), 및 채널(21)을 포함할 수 있다.
반도체 기판(10)은 픽셀 회로(45)를 포함한다.
게이트 전극(15)은 반도체 기판(10)의 위(on or above)에 형성된다. 게이트 전극(15)은 광전하 생성 영역(30)에서 생성된 광 전하를 채널(21)로 유도하는 기능을 수행할 수 있다.
게이트 절연체(16)는 게이트 전극(15)의 위(on or above)에 형성된다. 게이트 절연체(16)는 게이트 유전체(gate dielectric), 게이트 절연체 층, 또는 게이트 절연체 필름으로 불릴 수 있다.
소스 전극(17)과 드레인 전극(18)은 게이트 절연체(16)의 위(on)에 형성되고, 채널(21)은 소스 전극(17)과 드레인 전극(18) 사이에 그리고 게이트 절연체 (16)의 위(on)에 형성된다.
도 1과 도 5에 도시된 바와 같이, 광(LIGHT)이 광 전자 저장 소자(50)로 입사될 때, 제1전압(VGA)이 게이트 전극(15)과 전극(32) 사이에 공급된 후, 제2전압 (VDS)이 소스 전극(17)과 드레인 전극(18) 사이에 공급된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 광(LIGHT)이 광 전하 저장 소자(50)로 입사될 때, 제1전압(VGA)이 게이트 전극(15)과 전극(32) 사이로 공급되면, 유기 광전 변환 소자 (31)는 광(LIGHT)에 응답하여 광 전하를 생성한다. 이때, 제1전압(VGA)에 의해 게이트 전극(15)과 전극(32) 사이에는 전계(electric field)가 발생한다.
상기 전계에 따라 유기 광전 변환 소자(31)의 에너지 레벨과 채널(21)의 에너지 레벨의 사이에는 레벨 차이가 발생하고, 유기 광전 변환 소자(31)에서 생성된 광 전하는 상기 레벨 차이에 따라 채널(21)로 이동한다. 상기 광 전하가 채널(21)로 이동하는 작동과 채널(21)에서 상기 광 전하가 축적되는 작동은 도 4를 참조하여 상세히 설명될 것이다.
광 전하 생성 영역(30)에서 생성된 광 전하가 제1전압(VGA)에 의해 게이트 전극(15)으로 전송되는 것을 방지하기 위해, 게이트 절연체(16)는 유기 광전 변환소자(31)와 게이트 전극(15) 사이를 전기적으로 절연하는 기능을 수행한다.
광 전하 생성 영역(30)에서 생성된 광 전하가 광 전자일 때, 채널(21)은 N-타입 유기 물질로 구현될 수 있다. 채널(21)이 N-타입 유기 물질로 구현될 때, 진공 레벨을 기준으로, 채널(21)의 전도대는 유기 광전 변환 소자(31)의 전도대보다 크고 채널(21)의 가전자대는 유기 광전 변환 소자(31)의 가전자대보다 크다.
따라서, 채널(21)이 N-타입 유기 물질로 구현될 때, 채널(21)의 에너지 대역은 유기 광전 변환 소자(31)의 에너지 대역보다 크다.
그러나, 광 전하 생성 영역(30)에서 생성된 광 전하가 광 정공일 때, 채널(21)은 P-타입 유기 물질로 구현될 수 있다. 채널(21)이 P-타입 유기 물질로 구현될 때, 진공 레벨을 기준으로, 채널(21)의 전도대는 유기 광전 변환 소자(31)의 전도대보다 작고, 채널(21)의 가전자대는 유기 광전 변환 소자(31)의 가전자대보다 작다.
따라서, 채널(21)이 P-타입 유기 물질로 구현될 때, 채널(21)의 에너지 대역은 유기 광전 변환 소자(31)의 에너지 대역보다 작다.
예컨대, 채널(21)이 P-타입 유기 물질로 구현될 때, 채널(21)은 40㎛~60㎛의 두께를 갖는 펜타신(pentacene)으로 구현될 수 있다. 또한, 채널(21)이 N-타입 유기 물질로 구현될 때, 채널(21)은 40㎛~60㎛의 두께를 갖는 캘컬파이나이트 (chalcopyrite)로 구현될 수 있다.
예컨대, 채널(21)의 유기 물질은 수10-2(cm2/V*S)의 전계 이동도를 가질 수 있다. 상술한 바와 같이 채널(21)은 펜타신(pentacene) 또는 캘컬파이나이트 (chalcopyrite) 이외의 다른 물질로 구현될 수 있다.
채널(21)은, 제2전압(VDS)에 응답하여, 소스 전극(17)과 드레인 전극(18) 사이의 광 전하를 소스 전극(17) 또는 드레인 전극(18)을 통해 출력할 수 있다.
예컨대, 채널(21)에 축적된 광 전하는 제1전압(VGA)과 제2전압(VDS)의 차이 또는 게이트 전극(15)의 전압과 드레인 전극(18)의 전압의 차이에 따라 채널(21)을 통해 리드아웃(readout)될 수 있다.
도 2a는 도 1의 광 전하 저장 소자의 다른 단면도를 나타낸다. 도 2a의 단면도(50B)는 드레인 전극(18)을 기준으로 절단된 단면도를 나타낸다.
도 1과 도 2a를 참조하면, 접속 노드(11)와 비아(via; 12)를 제외하면, 도 1의 광 전하 저장 소자(50A)의 구조와 도 2의 광 전하 저장 소자(50B)의 구조는 실질적으로 동일하다.
도 2a를 참조하면, 접속 노드(11)와 비아(12)는 드레인 전극(18)과 반도체 기판(10)에 포함된 픽셀 회로(45)를 접속한다.
드레인 전극(18)은 비아(12)를 통하여 접속 노드(11)와 접속된다. 예컨대, 비아(12)는 수직적 전기적 접속 수단(vertical electrical connection), 예컨대 TSV(Through silicon via)로 구현될 수 있다.
도 2a에서는 설명의 편의를 위해, 광 전자가 수집될 때 비아(12)를 통해 드레인 전극(18)과 접속 노드(11)가 접속되는 실시 예가 도시되어 있으나. 광 정공이 수집될 때 비아(12)를 통해 소스 전극(17)과 접속 노드(11)가 접속되도록 변경될 수 있다.
도 1과 도 2a를 다시 참조하면, 유기 광전 변환 소자(31)는 입사 광(LIGHT)에 응답하여 광 전하를 생성한다. 생성된 광 전하는, 제1전압(VGA)에 기초하여 생성된 전계에 의해, 채널(21)로 이동되고 축적된다. 채널(21)은, 제2전압(VDS)에 기초하여, 축적된 광 전하를 드레인 전극(18)과 비아(12)를 통해(또는 소스 전극과 비아를 통해) 접속 노드(11)로 출력할 수 있다.
도 2b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 채널을 포함하는 광 전하 저장 소자의 단면도를 나타낸다.
도 2b의 광 전하 저장 소자(50C)의 구조는 도 2a에 도시된 광 전하 저장 소자(50B)의 구조와 서로 다르다. 즉, 광 전하 저장 소자(50C)에서 절연체(25)는 반도체 기판(10)의 위에 형성되고, 게이트 전극(15)과 게이트 절연체(16)와 드레인 전극(18)과 채널(21)이 절연체(25)의 위에 형성된다. 게이트 절연체(16)는 게이트 전극(15)을 에워싸도록 형성된다.
유기 광전 변환 소자(31)는 입사 광(LIGHT)에 응답하여 광 전하를 생성한다. 생성된 광 전하는, 전극(32)과 게이트 전극(15) 사이로 공급되는 제1전압(VGA)에 기초하여 생성된 전계에 의해, 채널(21)로 이동되고 축적된다. 채널(21)은, 소스 전극과 드레인 전극 사이로 공급되는 제2전압(VDS)에 기초하여, 축적된 광 전하를 드레인 전극(18)과 비아(12)를 통해(또는 소스 전극과 비아를 통해) 접속 노드(11)로 출력할 수 있다.
예컨대, 채널(21)에 축적된 광 전하는 제1전압(VGA)과 제2전압(VDS)의 차이 또는 게이트 전극(15)의 전압과 드레인 전극(18)의 전압의 차이에 따라 채널(21)을 통해 리드아웃될 수 있다.
도 4는 도 3에 도시된 유기 광전 변환 소자에 의해 생성된 광 전하가 채널로 이동된 후 축적되는 과정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3에서 도시된 바와 같이, 유기 광전 변환 소자(31)는 복수의 유기 레이어들(31-1~31-3)을 포함하고, 복수의 유기 레이어들(31-1~31-3) 각각은 서로 다른 에너지 레벨을 갖는다.
도 4에서는 설명의 편의를 위해, 채널(21)은 펜타신(pentacene)으로 구현되고, 제1레이어(31-1)는 CuPc로 구현되고, 제2레이어(31-2)는 PTCDI-C8로 구현되고, 제3레이어(31-3)는 BCP로 구현되었다고 가정한다.
도 4를 참조하면, 진공 레벨을 기준으로, 채널(21)에 형성된 펜타신 (pentacene)의 가전자대는 복수의 유기 레이어들(31-1~31-3) 각각의 가전자대보다 작다. 또한, CuPc로 형성된 제1레이어(31-1)의 가전자대는 PTCDI-C8로 형성된 제2레이어(31-2)의 가전자대보다 작다.
따라서, 도 1, 도 2a, 및 도 2b에 도시된 제1전압(VGA)에 기초하여 생성된 전계에 의해서 도 4의 복수의 유기 레이어들(31-1~31-3) 각각에서 생성된 광 전하는, 복수의 유기 레이어들(31-1~31-3) 각각의 에너지 레벨의 차이와 채널(21)의 에너지 레벨의 차이에 따라, 채널(21)로 이동될 수 있다. 이때, 채널(21)로 이동되는 광 전하는 광 정공이다.
다른 실시 예에 따라, 광 정공이 아닌 광 전자를 수집하기 위해, 채널(21)은 캘컬파이나이트(chalcopyrite)로 구현될 수 있다. 이때, 진공 레벨을 기준으로 캘컬파이나이트(chalcopyrite)의 전도대는 복수의 레이어들(31-1~31-3) 각각의 전도대보다 높다.
도 5는 본 발명의 실시 예들에 따른 광 전하 저장 소자로 공급된 전압들과 상기 광 전하 저장 소자의 작동을 설명하기 위한 개념도이다.
도 1, 도 2a, 도 2b, 및 도 5를 참조하면, 제1전압(VGA)이 게이트 전극(15)과 전극(32)으로 공급될 때, 유기 광전 변환 소자(31)는 입사 광(LIGHT)에 응답하여 광 전하를 생성하고, 생성된 광 전하는 제1전압(VGA)에 기초하여 생성된 전계에 따라 채널(21)로 드리프트된다.
제1전압(VGA)의 공급이 차단되고, 제2전압(VDS)이 소스 전극(17)과 드레인 전 공급되면, 유기 광전 변환 소자(31)의 작동은 디스에이블되고, 채널(21)에 축적된 광 전하는 제2전압(VDS), 또는 게이트 전극(15)의 전압과 드레인 전극(18)의 전압의 차이에 따라 리드아웃된다.
따라서, 제1전압(VGA)과 제2전압(VDS)에 따라, 광 전하 저장 소자(50A, 50B, 또는 50C)는 유기 광전 변환 소자(31)의 작동과 채널(21)의 작동을 분리시켜 작동한다.
광 전하 저장 소자(50A, 50B, 또는 50C)의 분리된 작동을 좀 더 구체적으로 설명하기 위해, 도 5에 도시된 제1전압(VGA)과 제2전압(VDS) 각각의 주기는 66ms로 설정되고 광 전하 저장 소자(50A, 50B, 또는 50C)는 15FPS(frame per second)로 프레임을 처리한다고 가정한다.
도 1부터 도 5를 참조하면, 제1전압(VGA)이 오프되고, 제2전압(VDS)이 공급되는 동안, 채널(21)은 수(few) 10-2(cm2/V*S)의 전계 이동도를 갖는 유기 반도체 물질이므로, 실시 예에 따라 채널(21)에 축적된 광 전하는 수십 ㎲동안 드레인 전극(18)과 비아(12)를 통하여 접속 노드(11)로 리드아웃 된다. 다른 실시 예에 따라 채널(21)에 축적된 광 전하는 수십 ㎲동안 소스 전극(17)과 비아(12)를 통하여 접속 노드(11)로 리드아웃 된다.
즉, 광 전하가 소스 전극(17)와 드레인 전극(18) 중에서 어느 하나와 비아 (12)를 통하여 접속 노드(11)로 리드아웃되는 시간(예컨대, 수십 ㎲)은 광 전하 저장 소자(50A, 50B, 또는 50C)의 전체 작동 시간(예컨대, 66ms)보다 약 1/1000에 상응하는 시간이다.
따라서, 유기 광전 변환 소자(31)는 리드아웃 시간(예컨대, 수십 ㎲)보다 상대적으로 긴 작동 시간(예컨대, 66ms) 동안에 광 전하를 생성하고, 생성된 광 전하를 채널(21)로 이동시켜 축적하는 반면, 채널(21)은 축적된 광 전하를 유기 광전 변환 소자(31)의 작동 시간(예컨대, 66ms)보다 상대적으로 짧은 리드아웃 시간(예컨대, 수십 ㎲) 동안에 소스 전극(17)과 드레인 전극(18) 중에서 어느 하나와 비아 (12)를 통해 접속 노드(11)로 리드아웃시킨다.
상술한 바와 같이, 유기 광전 변환 소자(31)와 채널(21)이 서로 분리된 작동을 수행함에 따라, 광 전하가 소스 전극(17)과 드레인 전극(18) 중에서 어느 하나와 비아(12)를 통해 접속 노드(11)로 리드아웃될 때 발생하는 열생성 전자들(예컨대, 노이즈)은 수(few) 10-2(cm2/V*S)의 전계 이동도를 갖는 채널(21)의 작동에 따라 감소한다.
도 6은 본 발명의 실시 예들에 따른 광 전하 저장 소자의 작동을 설명하기 위한 개념도이다.
도 1, 도 2a, 도 2b, 도 5, 및 도 6의 (a)를 참조하면, 광(LIGHT)이 광 전하 저장 소자(50A, 50B, 또는 50C)로 입사되지 않고 제1전압(VGA)과 제2전압(VDS)이 공급되지 않을 때, 도 6의 (a)는 유기 광전 변환 소자(31), 채널(21), 및 게이트 절연체(16) 각각의 에너지 레벨을 나타낸다.
채널(21)에서 광 전자가 수집될 때, 유기 광전 변환 소자(31)의 에너지 레벨은 채널(21)의 에너지 레벨보다 높다.
도 6의 (b)를 참조하면, 광(LIGHT)이 광 전하 저장 소자(50A, 50B, 또는 50C)로 입사되고, 제1전압(VGA)이 하이 레벨이고 제2전압(VDS)이 로우 레벨일 때, 유기 광전 변환 소자(31)는 입사 광(LIGHT)에 응답(또는 반응)하여 광 전하를 생성한다.
도 6의 (c)를 참조하면, 도 6의 (b)에서 생성된 광 전하는 제1전압(VGA)에 의해 생성된 전계에 따라 채널(21)로 이동한다. 도 6의 (c)의 에너지 레벨의 기울기는 도 6의 (b)의 에너지 레벨의 기울기보다 크다. 즉, 에너지 레벨의 기울기가 증가함에 따라, 유기 광전 변환 소자(31)에 의해 생성된 전하는 채널(21)로 쉽게 이동된다.
도 6의 (d)를 참조하면, 하이 레벨을 갖는 제1전압(VGA)이 공급되는 동안 생성된 광 전하가 채널(21)로 이동하므로, 채널(21)에서 광 전하가 축적된다.
도 6의 (a)부터 도 6의 (d)는 제1전압(VGA)이 하이 레벨이고 제2전압(VDS)이 로우 레벨일 때 광 전하 저장 소자(50A, 50B, 또는 50C)의 작동들을 나타낸다.
도 6의 (e)를 참조하면, 광(LIGHT)이 광 전하 저장 소자(50A, 50B, 또는 50C)로 입사되지 않고, 제1전압(VGA)이 로우 레벨이고 제2전압(VDS)이 하이 레벨일 때, 채널(21)에 축적된 광 전하는 채널(21)로부터 리드아웃 된다.
도 7은 도 1, 도 2a, 또는 도 2b에 도시된 유기 광전 변환 소자와 픽셀 회로를 포함하는 광 전하 저장 소자의 회로도의 일 실시 예를 나타낸다.
도 1, 도 2b, 또는 도 2b에 도시된 광 전하 저장 소자(50A, 50B, 또는 50C)의 일 실시 예에 따른 광 전하 저장 소자(50D)는 유기 광전 변환 소자(31)와 4개의 트랜지스터들 (TX, RX, SF, 및 SX)을 포함한다.
도 1, 도 2a, 또는 도 2b의 픽셀 회로(45)는 전송 트랜지스터(TX), 리셋 트랜지스터 (RX), 드라이브 트랜지스터(SF), 및 선택 트랜지스터(SX)를 포함한다.
플로팅 디퓨전 노드(FD)는 도 2a 또는 도 2b에 도시된 접속 노드(11)의 기능을 수행할 수 있다. 따라서, 플로팅 디퓨전 노드(FD)는 비아(12)에 접속될 수 있다.
전송 트랜지스터(TX)는, 전송 제어 신호(TG)에 응답하여, 유기 광전 변환 소자(31)에 의해 생성된 광 전하를 플로팅 디퓨전 노드(FD)로 전송한다.
리셋 트랜지스터(RX)는 작동 전압(Vpix)을 공급하는 전원 라인(PL)과 플로팅 디퓨전 노드(FD) 사이에 접속되고, 리셋 신호(RG)에 따라 플로팅 디퓨전 노드(FD)를 리셋할 수 있다. 리셋 작동 동안, 작동 전압(Vpix)은 접속 노드(11)로 공급될 수 있다.
드라이브 트랜지스터(SF)는 플로팅 디퓨전 노드(FD)의 전압에 따라 작동하고, 소스 팔로워(source follower)의 기능을 수행한다.
선택 신호(SEL)에 응답하여 작동하는 선택 트랜지스터(SX)는 드라이브 트랜지스터(SF)를 통하여 출력된 픽셀 신호를 컬럼 라인(CL)으로 전송한다. 바이어스 회로(AL)는 액티브 로드(active load)의 기능을 수행하고, 픽셀 회로(45)로 바이어스 전류(bias current)를 제공한다.
각 제어 신호(TG, RG, 및 SEL)는 로우 드라이버로부터 출력될 수 있다.
도 8은 도 1, 도 2a, 또는 도 2b에 도시된 유기 광전 변환 소자와 픽셀 회로를 포함하는 광 전하 저장 소자의 회로도의 다른 실시 예를 나타낸다.
도 1, 도 2a, 또는 도 2b에 도시된 광 전하 저장 소자(50A, 50B, 또는 50C)의 다른 실시 예에 따른 광 전하 저장 소자(50E)는 유기 광전 변환 소자(31), 접속 노드 (11), 및 4개의 트랜지스터들(TX, RX, SF, 및 SX)을 포함한다.
전송 트랜지스터(TX)는, 전송 제어 신호(TG)에 응답하여, 유기 광전 변환 소자(31)에 의해 생성된 광 전하를 접속 노드(11)로 전송한다.
접속 노드(11)의 기능을 수행하는 중간 저장 노드(SN)는 플로팅 디퓨전 노드 (FD)와 비아(12)에 공통으로 접속된다.
예컨대, 중간 저장 노드(SN)는 전위 장벽(potential barrier)의 기능을 수행한다. 따라서, 중간 저장 노드(SN)의 전압은 일정한 전압, 예컨대 0V로 고정될 수 있다.
도 9는 도 1, 도 2a, 또는 도 2b에 도시된 유기 광전 변환 소자와 픽셀 회로를 포함하는 광 전하 저장 소자의 회로도의 또 다른 실시 예를 나타낸다.
도 1, 도 2a, 또는 도 2b에 도시된 광 전하 저장 소자(50A, 50B, 또는 50C)의 또 다른 실시 예에 따른 광 전하 저장 소자(50F)는 유기 광전 변환 소자(31), 접속 노드(11), 및 5개의 트랜지스터들(TX1, TX2, RX, SF, 및 SX)을 포함한다.
픽셀 회로(45)는 접속 노드(11)와 플로팅 디퓨전 노드(FD) 사이에 접속된 스위치(TX2)를 더 포함한다. 이때, 중간 저장 노드(SN)는 접속 노드(11)의 기능을 수행하고, 전위 장벽의 기능을 수행한다. 따라서 중간 저장 노드(SN)의 전압은 일정한 전압, 예컨대 0V로 고정될 수 있다. 중간 저장 노드(SN)는 비아(12)에 접속된다.
도 10은 도 1 또는 도 2b에 도시된 광 전자 저장 소자를 포함하는 이미지 처리 시스템의 블록도를 나타내다.
도 1부터 도 10을 참조하면, 이미지 처리 시스템(100)은 휴대용 전자 장치 (portable electronic device)로 구현될 수 있다. 상기 휴대용 전자 장치는 디지털 카메라, 캠코더, 이동 전화기, 스마트폰(smart phone), 태블릿 PC(tablet personal computer), 랩탑 컴퓨터, 웨어러블 컴퓨터, 모바일 인터넷 장치(mobile internet device(MID))로 구현될 수 있다.
이미지 처리 시스템(100)은 광학 렌즈(103), 이미지 센서(110), 디지털 신호 프로세서(200), 및 디스플레이(300)를 포함한다.
이미지 센서(110)는 CMOS 이미지 센서 또는 CMOS 이미지 센서 칩으로 구현될 수 있다. 이미지 센서(110)는 광학 렌즈(103)를 통하여 촬영된(또는 캡쳐된) 피사체(101)에 대한 이미지 데이터(IDATA)를 생성한다.
이미지 센서(110)는 픽셀 어레이(120), 로우 드라이버(130), 타이밍 생성기 (140), 상관 이중 샘플링(correlated double sampling(CDS)) 블록(150), 비교기 블록(152), 및 아날로그-디지털 변환 블록(154), 제어 레지스터 블록(160), 램프 신호 생성기(170), 및 버퍼(180)를 포함한다.
픽셀 어레이(120)는 매트릭스(matrix) 형태로 배열된 복수의 광 전하 저장 소자들(50)을 포함한다. 광 전하 저장 소자(50)의 구조와 작동은 도 1부터 도 9를 참조하여 설명한 바와 같다.
로우 드라이버(130)는, 타이밍 생성기(140)의 제어에 따라, 복수의 광 전하 저장 소자들(50) 각각의 작동을 제어하기 위한 다수의 제어 신호들을 픽셀 어레이 (120)로 출력할 수 있다.
타이밍 생성기(140)는, 제어 레지스터 블록(160)의 제어에 따라, 로우 드라이버(130), CDS 블록(150), 아날로그-디지털 변환 블록(154), 및 램프 신호 생성기 (170)의 작동을 제어할 수 있다.
CDS 블록(150)은 픽셀 어레이(120)에 구현된 복수의 컬럼 라인들 각각으로부터 출력된 픽셀 신호들(P1~Pm; m은 자연수) 각각에 대해 상관 이중 샘플링을 수행한다.
비교기 블록(152)은 CDS 블록(150)으로부터 출력된 복수의 상관 이중 샘플된 픽셀 신호들 각각과 램프 신호 생성기(170)로부터 출력된 램프 신호를 서로 비교하고 복수의 비교 신호들을 출력한다.
아날로그-디지털 변환 블록(154)은 비교기 블록(152)으로부터 출력된 복수의 비교 신호들을 디지털 신호들로 변환하고 복수의 디지털 신호들을 버퍼(180)로 출력한다.
제어 레지스터 블록(160)은, 디지털 신호 프로세서(200)의 제어에 따라, 타이밍 생성기(140), 램프 신호 생성기(170), 및 버퍼(180)의 작동을 제어한다.
버퍼(180)는 아날로그-디지털 변환 블록(154)으로부터 출력된 복수의 디지털 신호들에 대응되는 이미지 데이터(IDATA)를 디지털 신호 프로세서(200)로 전송한다.
디지털 신호 프로세서(200)는 이미지 신호 프로세서(210), 센서 컨트롤러 (220), 및 인터페이스(230)를 포함한다.
이미지 신호 프로세서(210)는 제어 레지스터 블록(160)을 제어하는 센서 컨트롤러(220)와 인터페이스(210)를 제어한다. 실시 예에 따라, 이미지 센서(110)와 디지털 신호 프로세서(200)는 하나의 패키지, 예컨대 멀티-칩 패키지(multi-chip package(MCP))로 구현될 수 있다. 다른 실시 예에 따라, 이미지 센서(110)와 이미지 신호 프로세서(210)는 하나의 패키지, 예컨대 멀티-칩 패키지로 구현될 수 있다.
이미지 신호 프로세서(210)는 버퍼(180)로부터 전송된 이미지 데이터(IDATA)를 처리하고, 처리된 이미지 데이터를 인터페이스(230)로 전송한다.
센서 컨트롤러(220)는, 이미지 신호 프로세서(210)의 제어에 따라, 제어 레지스터 블록(160)을 제어하기 위한 다양한 제어 신호들을 생성한다.
인터페이스(230)는 이미지 신호 프로세서(210)에서 처리된 이미지 데이터를 디스플레이(300)로 전송한다. 디스플레이(300)는 인터페이스(230)로부터 출력된 이미지 데이터를 디스플레이한다. 디스플레이(300)는 TFT-LCD(thin film transistor-liquid crystal display), LED(light emitting diode) 디스플레이, OLED(organic LED) 디스플레이, 또는 AMOLED(active-matrix OLED) 디스플레이로 구현될 수 있다.
도 11은 도 10에 도시된 이미지 처리 시스템은 포함하는 휴대용 전자 장치의 블록도를 나타내다. 도 1부터 도 11을 참조하면, 휴대용 전자 장치(400)는 MIPI®(mobile industry processor interface)를 사용(또는 지원)할 수 있다.
예컨대, 휴대용 전자 장치(400)는 디지털 카메라, 캠코더, PDA(personal digital assistant), PMP(portable media player), 이동 전화기, 스마트폰 (smartphone), 또는 태블릿 PC(tablet computer)로 구현될 수 있다.
휴대용 전자 장치(400)는 애플리케이션 프로세서(410), 이미지 센서(110), 및 디스플레이(300)를 포함한다.
애플리케이션 프로세서(410)에 구현된 CSI(camera serial interface) 호스트(412)는 카메라 시리얼 인터페이스(CSI)를 통하여 이미지 센서(110)의 CSI 장치 (110-1)와 시리얼 통신할 수 있다. 실시 예에 따라, CSI 호스트(412)에는 디시리얼라이저(DES)가 구현될 수 있고, CSI 장치(110-1)에는 시리얼라이저(SER)가 구현될 수 있다.
이미지 센서(110)는 도 1, 도 2a, 또는 도 2b를 참조하여 설명된 광 전자 저장 소자(50A, 50B, 또는 500C)를 포함하는 이미지 센서를 의미할 수 있다. 예컨대, 이미지 센서(110)는 도 10에 도시된 이미지 센서(110)를 의미할 수 있다.
애플리케이션 프로세서(410)에 구현된 DSI(display serial interface(DSI)) 호스트(411)는 디스플레이 시리얼 인터페이스를 통하여 디스플레이(300)의 DSI 장치(300-1)와 시리얼 통신할 수 있다. 실시 예에 따라, DSI 호스트(411)에는 시리얼라이저(SER)가 구현될 수 있고, DSI 장치(300-1)에는 디시리얼라이저(DES)가 구현될 수 있다.
휴대용 전자 장치(400)는 애플리케이션 프로세서(410)와 통신할 수 있는 RF 칩(440)을 더 포함할 수 있다. 휴대용 전자 장치(400)의 PHY(physical layer; 413)와 RF 칩(440)의 PHY(physical layer; 441)는 MIPI DigRF에 따라 데이터를 주고받을 수 있다.
휴대용 전자 장치(400)는 GPS 수신기(450), DRAM(dynamic random access memory)과 같은 메모리(452), NAND 플래시 메모리와 같은 불휘발성 메모리로 구현된 데이터 저장 장치(454), 마이크(456), 또는 스피커(458)를 포함할 수 있다.
또한, 휴대용 전자 장치(400)는 적어도 하나의 통신 프로토콜(또는 통신 표준), 예컨대, UWB(ultra-wideband; 460), WLAN(Wireless LAN; 462), WiMAX (worldwide interoperability for microwave access; 464), 또는 LTETM(long term evolution ) 등을 이용하여 외부 장치와 통신할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
50A, 50B, 및 50C; 유기 광 저장 소자
10; 반도체 기판
15; 게이트 전극
16; 게이트 절연체
17; 소스 전극
18; 드레인 전극
20; 광 전자 저장 영역
21; 채널
30; 광 전하 생성 영역
31; 유기 광전 변환 소자
32; 전극
45; 픽셀 회로

Claims (10)

  1. 게이트 전극의 위에 형성된 게이트 절연체;
    상기 게이트 절연체의 위에 형성되고, 소스 전극과 드레인 전극 사이에 형성된 채널; 및
    상기 채널의 위에 형성되고, 입사 광에 따라 광 전하를 생성하는 유기 광전 변환 소자를 포함하는 광 전하 저장 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 채널은 상기 유기 광전 변환 소자에 의해 생성된 상기 광 전하를 축적하는 광 전하 저장 소자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 채널에 축적된 광 전하는, 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극 사이의 전압에 응답하여, 상기 채널을 통하여 리드아웃(read out)되는 광 전하 저장 소자.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 채널에 축적된 광 전하는, 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극 중에서 어느 하나로 공급되는 전압과 상기 게이트 전극으로 공급되는 전압의 차이에 기초하여, 상기 채널을 통하여 리드아웃되는 광 전하 저장 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 채널이 N-타입인 경우, 진공 레벨을 기준으로, 상기 채널의 전도대는 상기 유기 광전 변환 소자의 전도대보다 크고 상기 채널의 가전자대는 상기 유기 광전 변환 소자의 가전자대보다 큰 광 전하 저장 소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 채널이 P-타입인 경우, 진공 레벨을 기준으로, 상기 채널의 전도대는 상기 유기 광전 변환 소자의 전도대보다 작고 상기 채널의 가전자대는 상기 유기 광전 변환 소자의 가전자대보다 작은 광 전하 저장 소자.
  7. 제1항에 있어서, 상기 광 전하 저장 소자는,
    상기 게이트 전극의 아래에 형성되고, 접속 노드를 포함하는 반도체 기판; 및
    상기 소스 전극과 상기 드레인 전극 중에서 어느 하나와 상기 접속 노드를 접속하는 비아를 더 포함하는 광 전하 저장 소자.
  8. 광 전하 저장 소자; 및
    상기 광 전하 저장 소자의 작동을 제어하는 로우 드라이버를 포함하고
    상기 광 전하 저장 소자는,
    게이트 전극의 위에 형성된 게이트 절연체;
    상기 게이트 절연체의 위에 형성되고, 소스 전극과 드레인 전극 사이에 형성된 채널; 및
    상기 채널의 위에 형성되고, 입사 광에 응답하여 광 전하를 생성하는 유기 광전 변환소자를 포함하는 이미지 센서.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 채널이 N-타입인 경우, 상기 채널의 에너지 대역은 상기 유기 광전 변환 소자의 에너지 대역보다 크고,
    상기 채널이 P-타입인 경우, 상기 채널의 에너지 대역은 상기 유기 광전 변환 소자의 에너지 대역보다 작은 이미지 센서.
  10. 이미지 센서; 및
    상기 이미지 센서의 작동을 제어하는 프로세서를 포함하고,
    상기 이미지 센서는,
    광 전하 저장 소자; 및
    상기 광 전하 저장 소자의 작동을 제어하는 로우 드라이버를 포함하고
    상기 광 전하 저장 소자는,
    게이트 전극의 위에 형성된 게이트 절연체;
    상기 게이트 절연체의 위에 형성되고, 소스 전극과 드레인 전극 사이에 형성된 채널; 및
    상기 채널의 위에 형성되고, 입사 광에 응답하여 광 전하를 생성하는 유기 광전 변환소자를 포함하는 휴대용 전자 장치.


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