KR20220150319A - 촬상 장치 및 전자 기기 - Google Patents
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Abstract
화상 처리를 수행할 수 있는 촬상 장치를 제공한다. 화상 인식 기능 등의 부가 기능을 갖는 촬상 장치이다. 상기 촬상 장치는 매트릭스상으로 배열된 셀(화소)이 촬상 데이터를 취득하는 기능과, 가중치 데이터를 유지하는 기능을 갖는다. 매트릭스상으로 배열된 셀 중 일부의 셀이 촬상 데이터를 취득하고, 나머지 셀에 의하여 가중치 데이터를 유지한다. 그리고, 촬상 데이터와 가중치 데이터를 사용한 연산을 수행한다. 예를 들어 촬상 데이터와 가중치 데이터의 곱을 모든 촬상 데이터에 대하여 산출하고, 상기 산출한 곱을 합하는 연산을 수행할 수 있다. 즉, 적화 연산을 수행할 수 있다. 연산 결과를 합성곱 신경망(CNN) 등의 신경망 등에 입력함으로써, 촬상 데이터에 대하여 화상 처리를 수행할 수 있기 때문에, 부가 기능을 사용할 수 있다.
Description
본 발명의 일 형태는 촬상 장치 및 전자 기기에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 일 형태는 상기 기술분야에 한정되지 않는다. 본 명세서 등에서 개시(開示)하는 발명의 일 형태의 기술분야는 물건, 방법, 또는 제조 방법에 관한 것이다. 또는, 본 발명의 일 형태는 공정(process), 기계(machine), 제품(manufacture), 또는 조성물(composition of matter)에 관한 것이다. 그러므로, 더 구체적으로 본 명세서에서 개시하는 본 발명의 일 형태의 기술분야로서는 반도체 장치, 표시 장치, 액정 표시 장치, 발광 장치, 조명 장치, 축전 장치, 기억 장치, 촬상 장치, 이들의 구동 방법, 또는 이들의 제조 방법을 일례로서 들 수 있다.
또한, 본 명세서 등에서 반도체 장치란, 반도체 특성을 이용함으로써 기능할 수 있는 장치 전반을 가리킨다. 트랜지스터, 반도체 회로는 반도체 장치의 일 형태이다. 또한, 기억 장치, 표시 장치, 촬상 장치, 전자 기기는 반도체 장치를 갖는 경우가 있다.
기판 위에 형성된 산화물 반도체 박막을 사용하여 트랜지스터를 구성하는 기술이 주목을 받고 있다. 예를 들어 산화물 반도체를 갖고 오프 전류가 매우 낮은 트랜지스터를 화소 회로에 사용하는 구성의 촬상 장치가 특허문헌 1에 개시되어 있다.
또한, 촬상 장치에 연산 기능을 부가하는 기술이 특허문헌 2에 개시되어 있다.
CMOS 이미지 센서 등의 고체 촬상 소자를 갖는 촬상 장치에서는, 기술 발전에 의하여 고화질의 화상을 용이하게 촬상할 수 있게 되었다. 차세대에서는, 예를 들어 촬상한 화상에 대하여 화상 처리를 수행하는 것 등에 의하여 화상 인식 기능 등의 다양한 부가 기능을 촬상 장치에 탑재하는 것이 요구되고 있다.
따라서, 본 발명의 일 형태에서는, 화상 처리를 수행할 수 있는 촬상 장치를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 또는, 소비 전력이 낮은 촬상 장치를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 또는, 고속으로 구동시킬 수 있는 촬상 장치를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 또는, 소형 촬상 장치를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 또는, 신뢰성이 높은 촬상 장치를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 또는, 광의 검출 감도가 높은 촬상 장치를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 또는, 신규 촬상 장치 등을 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 또는, 상기 촬상 장치 등의 구동 방법을 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 또는, 신규 반도체 장치 등을 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다.
또한, 이들 과제의 기재는 다른 과제의 존재를 방해하는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 일 형태는 이들 과제 모두를 해결할 필요는 없는 것으로 한다. 또한, 이들 이외의 과제는 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터 저절로 명백해지는 것이며 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터 이들 이외의 과제를 추출할 수 있다.
본 발명의 일 형태는 복수의 셀이 매트릭스상으로 배치된 셀 어레이와, 논리 회로를 갖고, 셀은 광전 변환 소자를 가지며 광전 변환 소자를 사용하여 촬상 데이터를 취득하는 기능을 가지며, 가중치 데이터를 유지하는 기능을 갖고, 논리 회로는 셀이 취득한 촬상 데이터와, 촬상 데이터를 취득한 셀과는 상이한 셀에 유지된 가중치 데이터를 사용하여 연산을 수행하는 기능을 갖는 촬상 장치이다.
또는, 상기 형태에서, 논리 회로는 촬상 데이터와 가중치 데이터의 곱을 산출하는 기능을 가져도 좋다.
또는, 본 발명의 일 형태는 복수의 셀이 매트릭스상으로 배치된 셀 어레이와, 논리 회로를 갖고, 셀은 광전 변환 소자를 가지며 광전 변환 소자를 사용하여 촬상 데이터를 취득하는 기능을 가지며, 가중치 데이터를 유지하는 기능을 갖고, 논리 회로는 복수의 셀 중, 제 1 셀이 제 1 촬상 데이터를 취득하고, 제 2 셀이 제 2 촬상 데이터를 취득하고, 제 3 셀이 제 1 가중치 데이터를 유지하고, 제 4 셀이 제 2 가중치 데이터를 유지하는 경우에, 제 1 촬상 데이터와, 제 2 촬상 데이터와, 제 1 가중치 데이터와, 제 2 가중치 데이터를 사용하여 연산을 수행하는 기능을 갖는 촬상 장치이다.
또는, 상기 형태에서, 논리 회로는 제 1 촬상 데이터와 제 1 가중치 데이터의 곱과, 제 2 촬상 데이터와 제 2 가중치 데이터의 곱의 합을 산출하는 기능을 가져도 좋다.
또는, 상기 형태에서, 촬상 장치는 판독 회로를 갖고, 셀은 제 1 트랜지스터와, 제 2 트랜지스터와, 제 3 트랜지스터와, 제 4 트랜지스터를 갖고, 광전 변환 소자의 한쪽 전극은 제 1 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽과 전기적으로 접속되고, 제 1 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 제 2 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽과 전기적으로 접속되고, 제 2 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽은 제 3 트랜지스터의 게이트와 전기적으로 접속되고, 제 3 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽은 제 4 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽과 전기적으로 접속되고, 제 3 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 논리 회로와 전기적으로 접속되고, 제 4 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 판독 회로와 전기적으로 접속되고, 셀은 제 2 트랜지스터의 소스 및 드레인을 통하여 공급된 가중치 데이터를 유지하는 기능을 가지며, 촬상 데이터를 제 3 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 다른 쪽, 또는 제 4 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 다른 쪽으로부터 출력하는 기능을 가지며, 가중치 데이터를 제 3 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 다른 쪽으로부터 출력하는 기능을 가져도 좋다.
또는, 상기 형태에서, 셀은 제 3 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 다른 쪽으로부터 촬상 데이터를 2치의 데이터로서 출력하는 기능을 가지며, 제 3 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 다른 쪽으로부터 가중치 데이터를 2치의 데이터로서 출력하는 기능을 가져도 좋다.
또는, 상기 형태에서, 제 1 트랜지스터 및 제 2 트랜지스터는 채널 형성 영역에 금속 산화물을 갖고, 금속 산화물은 In과, Zn과, M(M은 Al, Ti, Ga, Ge, Sn, Y, Zr, La, Ce, Nd, 또는 Hf)을 가져도 좋다.
또는, 상기 형태에서, 착색층을 갖고, 제 1 트랜지스터 내지 제 4 트랜지스터 중 적어도 하나와, 광전 변환 소자와, 착색층은 서로 중첩되는 영역을 갖고, 착색층은 마이크로 렌즈의 기능을 가져도 좋다.
또는, 상기 형태에서, 논리 회로는 제 5 트랜지스터를 갖고, 제 5 트랜지스터와, 제 1 트랜지스터 내지 제 4 트랜지스터 중 적어도 하나와, 광전 변환 소자와, 착색층은 서로 중첩되는 영역을 가져도 좋다.
또는, 상기 형태에서, 촬상 장치는 판독 회로와 A/D 변환 회로를 갖고, 셀은 제 1 트랜지스터와, 제 2 트랜지스터와, 제 3 트랜지스터와, 제 4 트랜지스터와, 제 5 트랜지스터를 갖고, 광전 변환 소자의 한쪽 전극은 제 1 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽과 전기적으로 접속되고, 제 1 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 제 2 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽과 전기적으로 접속되고, 제 2 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽은 제 3 트랜지스터의 게이트와 전기적으로 접속되고, 제 3 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽은 제 4 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽과 전기적으로 접속되고, 제 4 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽은 제 5 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽과 전기적으로 접속되고, 제 4 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 판독 회로와 전기적으로 접속되고, 제 5 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽은 A/D 변환 회로와 전기적으로 접속되고, A/D 변환 회로는 논리 회로와 전기적으로 접속되고, 제 3 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 다른 쪽에는 제 1 전위가 공급되고, 제 5 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 다른 쪽에는 제 2 전위가 공급되고, 셀은 제 2 트랜지스터의 소스 및 드레인을 통하여 공급된 가중치 데이터를 유지하는 기능을 가지며, 촬상 데이터를 제 3 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽, 또는 제 4 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 다른 쪽으로부터 출력하는 기능을 가지며, 가중치 데이터를 제 3 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽으로부터 출력하는 기능을 가져도 좋다.
또는, 상기 형태에서, 제 1 트랜지스터 및 제 2 트랜지스터는 채널 형성 영역에 금속 산화물을 갖고, 금속 산화물은 In과, Zn과, M(M은 Al, Ti, Ga, Ge, Sn, Y, Zr, La, Ce, Nd, 또는 Hf)을 가져도 좋다.
또는, 상기 형태에서, 착색층을 갖고, 제 1 트랜지스터 내지 제 5 트랜지스터 중 적어도 하나와, 광전 변환 소자와, 착색층은 서로 중첩되는 영역을 갖고, 착색층은 마이크로 렌즈의 기능을 가져도 좋다.
또는, 상기 형태에서, 논리 회로는 제 6 트랜지스터를 갖고, 제 6 트랜지스터와, 제 1 트랜지스터 내지 제 5 트랜지스터 중 적어도 하나와, 광전 변환 소자와, 착색층은 서로 중첩되는 영역을 가져도 좋다.
본 발명의 일 형태의 촬상 장치와, 표시부를 갖는 전자 기기도 본 발명의 일 형태이다.
본 발명의 일 형태를 사용함으로써, 화상 처리를 수행할 수 있는 촬상 장치를 제공할 수 있다. 또는, 소비 전력이 낮은 촬상 장치를 제공할 수 있다. 또는, 고속으로 구동시킬 수 있는 촬상 장치를 제공할 수 있다. 또는, 소형 촬상 장치를 제공할 수 있다. 또는, 신뢰성이 높은 촬상 장치를 제공할 수 있다. 또는, 광의 검출 감도가 높은 촬상 장치를 제공할 수 있다. 또는, 신규 촬상 장치 등을 제공할 수 있다. 또는, 상기 촬상 장치 등의 구동 방법을 제공할 수 있다. 또는, 신규 반도체 장치 등을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태의 효과는 위에서 열거한 효과에 한정되지 않는다. 위에서 열거한 효과는 다른 효과의 존재를 방해하는 것은 아니다. 또한, 다른 효과는 이하에 기재되고 본 항목에서는 언급되지 않은 효과이다. 본 항목에서 언급되지 않은 효과는 통상의 기술자라면 명세서, 도면 등의 기재에서 도출할 수 있는 것이고, 이들 기재에서 적절히 추출할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 형태는 위에서 열거한 효과 및/또는 다른 효과 중 적어도 하나의 효과를 갖는 것이다. 따라서, 본 발명의 일 형태는 경우에 따라서는 위에서 열거한 효과를 갖지 않는 경우도 있다.
도 1은 촬상 장치의 구성예를 설명하는 블록도이다.
도 2의 (A) 및 (B)는 셀의 구성예를 설명하는 회로도이다.
도 3은 연산 회로의 구성예를 설명하는 회로도이다.
도 4의 (A) 및 (B)는 연산의 일례를 설명하는 도면이다.
도 5의 (A) 및 (B)는 연산의 일례를 설명하는 도면이다.
도 6은 연산의 일례를 설명하는 도면이다.
도 7은 촬상 장치의 구성예를 설명하는 회로도이다.
도 8은 촬상 장치의 구동 방법의 일례를 설명하는 타이밍 차트이다.
도 9는 촬상 장치의 구동 방법의 일례를 설명하는 도면이다.
도 10은 촬상 장치의 구동 방법의 일례를 설명하는 타이밍 차트이다.
도 11은 촬상 장치의 구동 방법의 일례를 설명하는 회로도이다.
도 12의 (A) 및 (B)는 셀의 구성예를 설명하는 회로도이다.
도 13은 연산 회로의 구성예를 설명하는 회로도이다.
도 14는 촬상 장치의 구성예를 설명하는 회로도이다.
도 15는 촬상 장치의 구동 방법의 일례를 설명하는 타이밍 차트이다.
도 16은 촬상 장치의 구동 방법의 일례를 설명하는 타이밍 차트이다.
도 17의 (A) 및 (B)는 촬상 장치의 구동 방법의 일례를 설명하는 회로도이다.
도 18의 (A) 내지 (E)는 촬상 장치의 구성예를 설명하는 사시도이다.
도 19의 (A) 및 (B)는 촬상 장치의 구성예를 설명하는 단면도이다.
도 20의 (A) 내지 (C)는 촬상 장치의 구성예를 설명하는 단면도이다.
도 21의 (A) 및 (B)는 촬상 장치의 구성예를 설명하는 단면도이다.
도 22의 (A) 내지 (D)는 촬상 장치의 구성예를 설명하는 단면도이다.
도 23의 (A) 내지 (C)는 촬상 장치의 구성예를 설명하는 사시도이다.
도 24의 (A) 및 (B)는 촬상 장치의 구성예를 설명하는 단면도이다.
도 25의 (A) 및 (B)는 촬상 장치의 구성예를 설명하는 단면도이다.
도 26의 (A) 및 (B)는 촬상 장치의 구성예를 설명하는 단면도이다.
도 27의 (A) 및 (B)는 촬상 장치의 구성예를 설명하는 단면도이다.
도 28의 (A) 및 (B)는 촬상 장치의 구성예를 설명하는 사시도이다.
도 29의 (A)는 IGZO의 결정 구조의 분류를 설명하는 도면이다. 도 29의 (B)는 CAAC-IGZO막의 XRD 스펙트럼을 설명하는 도면이다. 도 29의 (C)는 CAAC-IGZO막의 극미 전자선 회절 패턴을 설명하는 도면이다.
도 30의 (A1) 내지 (B3)는 촬상 장치가 제공된 패키지, 및 모듈의 사시도이다.
도 31의 (A) 내지 (F)는 전자 기기를 설명하는 도면이다.
도 32의 (A) 및 (B)는 자동차를 설명하는 도면이다.
도 2의 (A) 및 (B)는 셀의 구성예를 설명하는 회로도이다.
도 3은 연산 회로의 구성예를 설명하는 회로도이다.
도 4의 (A) 및 (B)는 연산의 일례를 설명하는 도면이다.
도 5의 (A) 및 (B)는 연산의 일례를 설명하는 도면이다.
도 6은 연산의 일례를 설명하는 도면이다.
도 7은 촬상 장치의 구성예를 설명하는 회로도이다.
도 8은 촬상 장치의 구동 방법의 일례를 설명하는 타이밍 차트이다.
도 9는 촬상 장치의 구동 방법의 일례를 설명하는 도면이다.
도 10은 촬상 장치의 구동 방법의 일례를 설명하는 타이밍 차트이다.
도 11은 촬상 장치의 구동 방법의 일례를 설명하는 회로도이다.
도 12의 (A) 및 (B)는 셀의 구성예를 설명하는 회로도이다.
도 13은 연산 회로의 구성예를 설명하는 회로도이다.
도 14는 촬상 장치의 구성예를 설명하는 회로도이다.
도 15는 촬상 장치의 구동 방법의 일례를 설명하는 타이밍 차트이다.
도 16은 촬상 장치의 구동 방법의 일례를 설명하는 타이밍 차트이다.
도 17의 (A) 및 (B)는 촬상 장치의 구동 방법의 일례를 설명하는 회로도이다.
도 18의 (A) 내지 (E)는 촬상 장치의 구성예를 설명하는 사시도이다.
도 19의 (A) 및 (B)는 촬상 장치의 구성예를 설명하는 단면도이다.
도 20의 (A) 내지 (C)는 촬상 장치의 구성예를 설명하는 단면도이다.
도 21의 (A) 및 (B)는 촬상 장치의 구성예를 설명하는 단면도이다.
도 22의 (A) 내지 (D)는 촬상 장치의 구성예를 설명하는 단면도이다.
도 23의 (A) 내지 (C)는 촬상 장치의 구성예를 설명하는 사시도이다.
도 24의 (A) 및 (B)는 촬상 장치의 구성예를 설명하는 단면도이다.
도 25의 (A) 및 (B)는 촬상 장치의 구성예를 설명하는 단면도이다.
도 26의 (A) 및 (B)는 촬상 장치의 구성예를 설명하는 단면도이다.
도 27의 (A) 및 (B)는 촬상 장치의 구성예를 설명하는 단면도이다.
도 28의 (A) 및 (B)는 촬상 장치의 구성예를 설명하는 사시도이다.
도 29의 (A)는 IGZO의 결정 구조의 분류를 설명하는 도면이다. 도 29의 (B)는 CAAC-IGZO막의 XRD 스펙트럼을 설명하는 도면이다. 도 29의 (C)는 CAAC-IGZO막의 극미 전자선 회절 패턴을 설명하는 도면이다.
도 30의 (A1) 내지 (B3)는 촬상 장치가 제공된 패키지, 및 모듈의 사시도이다.
도 31의 (A) 내지 (F)는 전자 기기를 설명하는 도면이다.
도 32의 (A) 및 (B)는 자동차를 설명하는 도면이다.
실시형태에 대하여 도면을 사용하여 자세히 설명한다. 다만, 본 발명은 이하의 설명에 한정되지 않고, 본 발명의 취지 및 그 범위에서 벗어남이 없이 그 형태 및 자세한 사항을 다양하게 변경할 수 있다는 것은 통상의 기술자라면 용이하게 이해할 수 있다. 따라서, 본 발명은 이하에 나타내는 실시형태의 기재 내용에 한정하여 해석되는 것은 아니다. 또한, 이하에서 설명하는 발명의 구성에서 동일한 부분 또는 같은 기능을 갖는 부분에는 동일한 부호를 상이한 도면 간에서 공통적으로 사용하고, 그 반복 설명은 생략하는 경우가 있다. 또한, 도면을 구성하는 같은 요소의 해칭을 상이한 도면 간에서 적절히 생략 또는 변경하는 경우도 있다.
또한, 회로도 상에서는 단일 요소로서 도시된 경우에도 기능적으로 문제가 없으면 상기 요소가 복수로 구성되어도 좋다. 예를 들어 스위치로서 동작하는 트랜지스터는 복수가 직렬 또는 병렬로 접속되어도 좋은 경우가 있다. 또한, 커패시터를 분할하여 복수의 위치에 배치하는 경우도 있다.
또한, 하나의 도전체가 배선, 전극, 및 단자 등의 복수의 기능을 겸비하는 경우가 있고, 본 명세서에서는 동일한 요소에 대하여 복수의 호칭을 사용하는 경우가 있다. 또한, 회로도 상에서 요소 간이 직접 접속되는 것처럼 도시된 경우에도, 실제로는 상기 요소 간이 복수의 도전체를 통하여 접속되어 있는 경우가 있고, 본 명세서에서는 이러한 구성도 직접 접속의 범주에 포함된다.
(실시형태 1)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태인 촬상 장치에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 형태는 화상 인식 기능 등의 부가 기능을 갖는 촬상 장치이다. 상기 촬상 장치는 매트릭스상으로 배열된 화소가, 촬상 데이터를 취득하는 기능과 가중치 데이터를 유지하는 기능을 갖는다. 매트릭스상으로 배열된 화소 중 일부의 화소가 촬상 데이터를 취득하고, 나머지 화소에 의하여 가중치 데이터를 유지한다. 그리고, 촬상 데이터와 가중치 데이터를 사용한 연산을 수행한다. 예를 들어 촬상 데이터와 가중치 데이터의 곱을 모든 촬상 데이터에 대하여 산출하고, 상기 산출한 곱을 합하는 연산을 수행할 수 있다. 즉, 적화 연산(product-sum operation)을 수행할 수 있다. 연산 결과를 합성곱 신경망(CNN) 등의 신경망 등에 입력함으로써, 촬상 데이터에 대하여 화상 처리를 수행할 수 있기 때문에, 부가 기능을 사용할 수 있다.
<촬상 장치의 구성예_1>
도 1은 본 발명의 일 형태의 촬상 장치인 촬상 장치(10)의 구성예를 설명하는 블록도이다. 촬상 장치(10)에는 셀(12)이 m행 n열(m, n은 1 이상의 정수)의 매트릭스상으로 배열되어 셀 어레이(11)가 구성되어 있다. 또한, 촬상 장치(10)는 로 드라이버(row driver) 회로(13)와, 데이터 생성 회로(14)와, 판독 회로(16)와, 연산 회로(17)와, 트랜지스터(27)를 갖는다. 또한, 도 1에 나타낸 각 회로는 단일 회로 구성에 한정되지 않고, 복수의 회로로 구성되는 경우가 있다. 또는, 상기 어느 복수의 회로가 통합되어도 좋다.
본 명세서 등에서 예를 들어 1행 1열째의 셀(12)을 셀(12[1, 1])이라고 기재하고, m행 n열째의 셀(12)을 셀(12[m, n])이라고 기재한다.
로 드라이버 회로(13)는 배선(35)을 통하여 셀(12)과 전기적으로 접속된다. 여기서, 예를 들어 동일한 행의 셀(12)은 동일한 배선(35)을 통하여 로 드라이버 회로(13)와 전기적으로 접속될 수 있다. 본 명세서 등에서, 예를 들어 1행째의 셀(12)과 전기적으로 접속되는 배선(35)을 배선(35[1])이라고 기재하고, 2행째의 셀(12)과 전기적으로 접속되는 배선(35)을 배선(35[2])이라고 기재하고, m행째의 셀(12)과 전기적으로 접속되는 배선(35)을 배선(35[m])이라고 기재한다. 또한, 다른 배선 등에 대해서도 같은 식으로 기재하는 경우가 있다.
데이터 생성 회로(14)는 배선(43)을 통하여 셀(12)과 전기적으로 접속된다. 여기서, 예를 들어 동일한 열의 셀(12)은 동일한 배선(43)을 통하여 데이터 생성 회로(14)와 전기적으로 접속될 수 있다. 본 명세서 등에서, 예를 들어 1열째의 셀(12)과 전기적으로 접속되는 배선(43)을 배선(43[1])이라고 기재하고, 2열째의 셀(12)과 전기적으로 접속되는 배선(43)을 배선(43[2])이라고 기재하고, n열째의 셀(12)과 전기적으로 접속되는 배선(43)을 배선(43[n])이라고 기재한다. 또한, 다른 배선 등에 대해서도 같은 식으로 기재하는 경우가 있다.
판독 회로(16)는 배선(45)을 통하여 셀(12)과 전기적으로 접속된다. 여기서, 예를 들어 동일한 열의 셀(12)은 동일한 배선(45)을 통하여 판독 회로(16)와 전기적으로 접속될 수 있다.
연산 회로(17)는 배선(44)을 통하여 셀(12)과 전기적으로 접속된다. 여기서, 예를 들어 셀(12)마다 상이한 배선(44)과 전기적으로 접속될 수 있다. 본 명세서 등에서, 예를 들어 셀(12[1, 1])과 전기적으로 접속되는 배선(44)을 배선(44[1, 1])이라고 기재하고, 셀(12[m, n])과 전기적으로 접속되는 배선(44)을 배선(44[m, n])이라고 기재한다. 또한, 다른 배선 등에 대해서도 같은 식으로 기재하는 경우가 있다.
트랜지스터(27)의 소스 및 드레인 중 한쪽은 배선(45)과 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(27)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 배선(47)과 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(27)의 게이트는 배선(37)과 전기적으로 접속된다. 여기서, 예를 들어 배선(45[1])과 전기적으로 접속되는 트랜지스터(27)를 트랜지스터(27[1])라고 기재하고, 배선(45[2])과 전기적으로 접속되는 트랜지스터(27)를 트랜지스터(27[2])라고 기재하고, 배선(45[n])과 전기적으로 접속되는 트랜지스터(27)를 트랜지스터(27[n])라고 기재한다.
배선(47)은 전원선으로서의 기능을 갖는다. 예를 들어 배선(47)에는 저전위를 공급할 수 있다. 또한, 배선(37)은 트랜지스터(27)의 도통/비도통을 제어하는 신호선으로서의 기능을 갖는다.
셀(12)은 광전 변환 소자를 갖고, 상기 광전 변환 소자를 사용하여 촬상 데이터를 취득하는 기능을 갖는다. 즉, 셀(12)은 화소로서의 기능을 갖는다. 또한, 자세한 사항은 후술하지만, 셀(12)은 데이터 생성 회로(14)가 생성한 가중치 데이터를 유지하는 기능을 갖는다. 따라서, 셀(12)은 메모리로서의 기능을 갖는다.
본 명세서 등에서, '소자'라는 용어를 '디바이스'라는 용어로 환언할 수 있는 경우가 있다. 예를 들어 '광전 변환 소자'는 '광전 변환 디바이스'라고 환언할 수 있다.
로 드라이버 회로(13)는 셀(12)을 선택하는 기능을 갖는다. 로 드라이버 회로(13)는 예를 들어 촬상 데이터를 판독하는 셀(12)을 선택하는 기능을 갖는다. 로 드라이버 회로(13)는 예를 들어 선택 신호를 생성하고, 생성한 선택 신호를 배선(35)을 통하여 셀(12)에 공급함으로써, 셀(12)을 선택하는 기능을 갖는다. 따라서, 배선(35)은 신호선으로서의 기능을 갖는다.
데이터 생성 회로(14)는 가중치 데이터를 생성하는 기능을 갖는다. 생성된 가중치 데이터는 배선(43)을 통하여 셀(12)에 공급되고, 유지된다. 구체적으로는, 촬상 데이터를 취득하지 않는 셀(12)에 가중치 데이터가 공급되고, 유지된다. 또한, 데이터 생성 회로(14)는 셀(12)이 촬상 동작을 수행하기 전에 수행하는 리셋 동작 시에 셀(12)에 공급하는 데이터인 리셋 데이터를 생성하고, 배선(43)을 통하여 셀(12)에 공급하는 기능을 갖는다. 이로써, 배선(43)은 데이터선으로서의 기능을 갖는다.
판독 회로(16)는 칼럼 드라이버(column driver) 회로를 갖는다. 칼럼 드라이버 회로는 촬상 데이터를 판독하는 셀(12)을 선택하는 기능을 갖는다. 또한, 판독 회로(16)는 상관 이중 샘플링 회로(CDS) 및 아날로그 디지털 변환 회로(A/D 변환 회로) 등을 가질 수 있다. 여기서, 셀(12)로부터 배선(45)에 출력된 촬상 데이터가 판독 회로(16)에 공급된다. 따라서, 배선(45)은 출력선으로서의 기능을 갖는다.
연산 회로(17)는 촬상 데이터와 가중치 데이터를 사용한 연산을 수행하는 기능을 갖는다. 상술한 바와 같이, 연산 결과를 CNN 등의 신경망 등에 입력함으로써, 화상 처리를 수행할 수 있다. 연산 회로(17)가 수행하는 연산의 자세한 사항에 대해서는 후술한다. 여기서, 셀(12)로부터 배선(44)에 출력된 촬상 데이터 및 가중치 데이터가 연산 회로(17)에 공급된다. 따라서, 배선(44)은 출력선으로서의 기능을 갖는다.
촬상 장치(10)는 제 1 모드 또는 제 2 모드에 의하여 구동시킬 수 있다. 제 1 모드에서는 예를 들어 모든 셀(12)이 촬상 데이터를 취득하고, 취득한 촬상 데이터를 판독 회로(16)에 출력한다. 한편으로, 제 2 모드에서는, 일부의 셀(12)이 촬상 데이터를 취득하고, 나머지 셀(12)에는 가중치 데이터가 유지된다. 그리고, 촬상 데이터와 가중치 데이터를 연산 회로(17)에 출력한다.
이로써, 제 1 모드에서는, 데이터 생성 회로(14)가 생성한 가중치 데이터를 사용한 연산을 수행하지 않고, 촬상 데이터를 촬상 장치(10)의 외부에 출력한다. 따라서, 제 1 모드는 부가 기능을 사용하지 않는 모드이다. 한편으로, 제 2 모드에서는 촬상 데이터와 가중치 데이터를 사용한 연산을 수행함으로써 화상 처리를 수행한다. 따라서, 제 2 모드는 부가 기능을 사용하는 모드이다. 제 1 모드에서는 예를 들어 모든 셀(12)을 촬상 데이터를 취득하기 위하여 사용하기 때문에, 부가 기능을 사용할 수 없지만, 촬상 데이터가 나타내는 화상의 해상도를 제 2 모드에서의 촬상 데이터가 나타내는 화상의 해상도보다 높일 수 있다. 또한, 제 1 모드에서는 연산 회로(17)의 구동을 정지시킬 수 있다. 또한, 제 2 모드에서는, 판독 회로(16)의 구동을 정지시킬 수 있다.
도 2의 (A)는 셀(12)의 구성예를 나타낸 회로도이다. 셀(12)은 광전 변환 소자(21)와, 트랜지스터(22)와, 트랜지스터(23)와, 트랜지스터(24)와, 트랜지스터(25)와, 트랜지스터(26)를 갖는다.
광전 변환 소자(21)의 한쪽 전극은 트랜지스터(22)의 소스 및 드레인 중 한쪽과 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(22)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 트랜지스터(23)의 소스 및 드레인 중 한쪽과 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(23)의 소스 및 드레인 중 한쪽은 트랜지스터(24)의 게이트와 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(24)의 소스 및 드레인 중 한쪽은 트랜지스터(25)의 소스 및 드레인 중 한쪽과 전기적으로 접속된다.
광전 변환 소자(21)의 다른 쪽 전극은 배선(41)과 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(22)의 게이트는 배선(32)과 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(23)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 배선(43)과 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(23)의 게이트는 배선(33)과 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(24)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽, 그리고 트랜지스터(26)의 소스 및 드레인 중 한쪽은 배선(44)과 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(25)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 배선(45)과 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(25)의 게이트는 배선(35)과 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(26)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 배선(46)과 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(26)의 게이트는 배선(36)과 전기적으로 접속된다.
도 2의 (A)에서는, 광전 변환 소자(21)의 한쪽 전극을 애노드로 하고, 광전 변환 소자(21)의 다른 쪽의 전극을 캐소드로 한다. 따라서, 도 2의 (A)에서는, 광전 변환 소자(21)의 애노드는 트랜지스터(22)의 소스 및 드레인 중 한쪽과 전기적으로 접속되고, 광전 변환 소자(21)의 캐소드는 배선(41)과 전기적으로 접속된다.
여기서, 트랜지스터(22)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽과, 트랜지스터(23)의 소스 및 드레인 중 한쪽과, 트랜지스터(24)의 게이트의 전기적인 접속점을 노드(FD)로 한다.
배선(41) 및 배선(46)은 전원선으로서의 기능을 갖는다. 예를 들어 배선(41) 및 배선(46)에는 고전위를 공급할 수 있다. 또한, 배선(32), 배선(33), 및 배선(36)에는 각 트랜지스터의 도통/비도통을 제어하는 신호가 공급된다. 따라서, 배선(32), 배선(33), 및 배선(36)은 신호선으로서의 기능을 갖는다.
광전 변환 소자(21)는 촬상 데이터를 취득하는 기능을 갖는다. 광전 변환 소자(21)로서는 포토다이오드를 사용할 수 있다. 조도가 낮을 때의 광 검출 감도를 높이고자 하는 경우에는, 애벌란시 포토다이오드를 사용하는 것이 바람직하다.
트랜지스터(22)는 광전 변환 소자(21)에 조사된 광의 조도에 따라 광전 변환 소자(21)에 축적된 전하가 노드(FD)로 전송(轉送)되는 것을 제어하는 기능을 갖는다. 따라서, 트랜지스터(22)는 전송 트랜지스터로서의 기능을 갖는다.
트랜지스터(23)는 데이터 생성 회로(14)가 생성한 리셋 데이터 및 가중치 데이터에 대응하는 전위가 노드(FD)에 공급되는 것을 제어하는 기능을 갖는다. 따라서, 트랜지스터(23)는 리셋 트랜지스터로서의 기능을 갖는다.
트랜지스터(24)는 배선(44)의 전위 또는 배선(45)의 전위가 노드(FD)의 전위에 대응하는 전위가 되도록 하는 기능을 갖는다. 이로써, 셀(12)이 취득한 촬상 데이터가 배선(44) 또는 배선(45)을 통하여 판독되고, 셀(12)에 유지된 가중치 데이터가 배선(44)을 통하여 판독된다. 여기서, 셀(12)에 유지된 촬상 데이터 또는 가중치 데이터는 트랜지스터(24)에 의하여 증폭되어 출력된다. 따라서, 트랜지스터(24)는 증폭 트랜지스터로서의 기능을 갖는다.
트랜지스터(25)는 촬상 데이터를 판독 회로(16)에 출력하는 셀(12)의 선택을 제어하는 기능을 갖는다. 따라서, 트랜지스터(25)는 선택 트랜지스터로서의 기능을 갖는다.
트랜지스터(26)는 배선(44)의 전위를 제어하는 기능을 갖는다. 트랜지스터(26)를 도통 상태로 하면, 배선(44)의 전위가 배선(46)의 전위에 대응하는 전위가 된다. 이로써, 배선(44)을 프리차지할 수 있다. 따라서, 트랜지스터(26)는 배선(44)의 프리차지를 제어하는 기능을 갖는다. 따라서, 트랜지스터(26)는 프리차지 트랜지스터로서의 기능을 갖는다.
본 명세서 등에서, '트랜지스터가 도통 상태이다' 또는 '트랜지스터가 온 상태이다'란 트랜지스터의 드레인-소스 간에 전류가 흐르는 상태인 것을 나타낸다. 예를 들어 트랜지스터의 게이트 전위와 소스 전위의 차이를 상기 트랜지스터의 문턱 전압 이상으로 함으로써, 트랜지스터를 도통 상태로 할 수 있다. 또한, '트랜지스터가 비도통 상태이다' 또는 '트랜지스터가 오프 상태이다'란 트랜지스터의 드레인-소스 간에 전류가 흐르지 않는 상태인 것을 나타낸다. 트랜지스터의 게이트 전위와 소스 전위의 차이를 상기 트랜지스터의 문턱 전압 미만으로 함으로써, 트랜지스터를 비도통 상태로 할 수 있다.
여기서, 트랜지스터(22) 및 트랜지스터(23)에는 오프 전류가 매우 작은 트랜지스터를 사용하는 것이 바람직하다. 이로써, 노드(FD)에서 전하를 유지할 수 있는 기간을 매우 길게 할 수 있다. 그러므로, 셀(12)은 촬상 데이터 및 가중치 데이터를 장기간 유지할 수 있다. 셀(12)이 가중치 데이터를 장기간 유지할 수 있는 것에 의하여, 리프레시 동작의 빈도를 적게 할 수 있다. 따라서, 촬상 장치(10)의 소비 전력을 저감할 수 있다. 또한, 셀(12)이 촬상 데이터를 장기간 유지할 수 있는 것에 의하여, 회로 구성이나 구동 방법을 복잡하게 하지 않고, 모든 셀(12)에서 동시에 전하의 축적 동작을 수행하는 글로벌 셔터 방식을 적용할 수 있다. 또한, 노드(FD)에 촬상 데이터를 유지시키면서, 상기 촬상 데이터를 사용한 복수 회의 연산을 수행할 수도 있다. 오프 전류가 매우 작은 트랜지스터로서, 채널 형성 영역에 금속 산화물을 사용한 트랜지스터(이하, OS 트랜지스터) 등을 들 수 있다.
또한, OS 트랜지스터는 내압이 높다는 특성을 갖는다. 여기서, 광전 변환 소자(21)에 애벌란시 포토다이오드를 사용하는 경우에는, 고전압이 인가되는 경우가 있기 때문에, 광전 변환 소자(21)와 접속되는 트랜지스터에는 고내압의 트랜지스터를 사용하는 것이 바람직하다. 따라서, 광전 변환 소자(21)에 애벌란시 포토다이오드를 사용하는 경우에는, 트랜지스터(22)로서 OS 트랜지스터를 사용하는 것이 바람직하다.
여기서, 트랜지스터(22) 및 트랜지스터(23)를 OS 트랜지스터로 하는 경우에는, 트랜지스터(24) 내지 트랜지스터(26)도 OS 트랜지스터로 하는 것이 바람직하다. 트랜지스터(22) 내지 트랜지스터(26)를 모두 동일한 종류의 트랜지스터로 함으로써, 셀(12)이 갖는 트랜지스터를 모두 동일한 공정에서 형성할 수 있다. 이로써, 간단한 방법으로 촬상 장치(10)를 제작할 수 있다.
또한, 트랜지스터(22) 내지 트랜지스터(26)로서 OS 트랜지스터 이외의 트랜지스터를 사용하여도 좋다. 예를 들어 트랜지스터(22) 내지 트랜지스터(26)로서, 실리콘을 채널 형성 영역에 사용한 트랜지스터(이하, Si 트랜지스터)를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어 트랜지스터(22) 내지 트랜지스터(26)로서 단결정 실리콘을 채널 형성 영역에 사용한 트랜지스터를 사용하면, 트랜지스터(22) 내지 트랜지스터(26)의 온 전류가 커진다. 따라서, 촬상 장치(10)를 고속으로 구동시킬 수 있다.
도 2의 (B)는 셀(12)의 구성예를 나타낸 회로도이고, 도 2의 (A)에 나타낸 구성의 변형예이다. 도 2의 (B)에 나타낸 셀(12)은 광전 변환 소자(21)의 캐소드가 트랜지스터(22)의 소스 및 드레인 중 한쪽과 전기적으로 접속되고, 광전 변환 소자(21)의 애노드가 배선(41)과 전기적으로 접속되는 점에서 도 2의 (A)에 나타낸 셀(12)과 상이하다. 도 2의 (B)에 나타낸 셀(12)에서는, 배선(41)의 전위를 저전위로 할 수 있다.
도 3은 연산 회로(17)의 구성예를 나타낸 회로도이다. 연산 회로(17)는 논리 회로(51)와, 트랜지스터(52[1, 1]) 내지 트랜지스터(52[p, q])(p, q는 1 이상의 정수)를 갖는다. 또한, 도 3의 연산 회로(17)에서는, 트랜지스터(52)가 p×q의 매트릭스상으로 배치되어 있는 구성이다.
연산 회로(51)의 입력 단자는 배선(44[1, 1]) 내지 배선(44[m, n])과 전기적으로 접속된다. 논리 회로(51)의 출력 단자는 트랜지스터(52[1, 1]) 내지 트랜지스터(52[p, q])의 소스 및 드레인 중 한쪽과 전기적으로 접속된다. 여기서, 논리 회로(51)는 예를 들어 m×n개의 입력 단자를 갖고, 각각의 입력 단자가 상이한 배선(44)과 전기적으로 접속되는 구성으로 할 수 있다. 또한, 논리 회로(51)는 예를 들어 p×q개의 출력 단자를 갖고, 각각의 출력 단자가 상이한 트랜지스터(52)와 전기적으로 접속되는 구성으로 할 수 있다.
또한, 예를 들어 동일한 열의 트랜지스터(52)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 서로 전기적으로 접속될 수 있다. 예를 들어 1열째에 위치하는 트랜지스터(52[1, 1]) 내지 트랜지스터(52[p, 1])의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 서로 전기적으로 접속될 수 있고, q열째에 위치하는 트랜지스터(52[1, q]) 내지 트랜지스터(52[p, q])의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 서로 전기적으로 접속될 수 있다.
트랜지스터(52)의 게이트는 배선(53)과 전기적으로 접속된다. 여기서, 예를 들어 동일한 행의 트랜지스터(52)의 게이트는 동일한 배선(53)을 통하여 서로 전기적으로 접속될 수 있다. 배선(53)에는 트랜지스터(52)의 도통/비도통을 제어하는 신호가 공급된다. 따라서, 배선(53)은 신호선으로서의 기능을 갖는다.
논리 회로(51)는 셀(12)로부터 출력된 촬상 데이터 및 가중치 데이터를 사용하여 논리 연산을 수행하는 기능을 갖는다. 논리 회로(51)는 디지털 데이터를 사용하여 논리 연산을 수행하는 기능을 갖는다. 연산 결과는 예를 들어 p행 q열의 행렬에 의하여 나타낼 수 있고, 행렬의 각 성분을 나타내는 데이터가 논리 회로(51)의 출력 단자로부터 출력된다.
트랜지스터(52)는 논리 회로(51)에 의한 연산 결과의 판독을 제어하는 기능을 갖는다. 예를 들어 논리 회로(51)가 연산 결과로서 p행 q열의 행렬을 출력하는 것으로 한다. 이 경우, 트랜지스터(52[1, 1])를 도통 상태로 하면, 1행 1열째의 성분을 판독할 수 있고, 트랜지스터(52[p, q])를 도통 상태로 하면, p행 q열째의 성분을 판독할 수 있다.
논리 회로(51)가 갖는 트랜지스터, 및 트랜지스터(52)로서, Si 트랜지스터를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어 논리 회로(51)가 갖는 트랜지스터, 및 트랜지스터(52)로서, 단결정 실리콘을 채널 형성 영역에 사용한 트랜지스터를 사용하는 것이 바람직하다. 상술한 바와 같이, 단결정 실리콘을 채널 형성 영역에 사용한 트랜지스터는 온 전류가 크다. 따라서, 논리 회로(51)가 갖는 트랜지스터로서, 단결정 실리콘을 채널 형성 영역에 사용한 트랜지스터를 사용하면, 논리 회로(51)가 고속으로 연산을 수행할 수 있다. 또한, 트랜지스터(52)로서, 단결정 실리콘을 채널 형성 영역에 사용한 트랜지스터를 사용하면, 논리 회로(51)에 의한 연산 결과의 판독을 고속으로 수행할 수 있다. 또한, Si 트랜지스터로서, 비정질 실리콘, 미결정 실리콘, 또는 다결정 실리콘을 채널 형성 영역에 사용한 트랜지스터를 사용하여도 좋다.
<연산의 일례>
도 4의 (A) 및 (B), 도 5의 (A) 및 (B)는 셀(12)에 유지되어 있는 데이터 및 논리 회로(51)가 수행하는 연산의 일례를 나타낸 도면이다. 여기서, 촬상 데이터를 'x'로 나타내고, 가중치 데이터를 'w'로 나타낸다. 또한, 상이한 촬상 데이터를 구별하기 위하여, 'x'에 숫자를 부여하고, 상이한 가중치 데이터를 구별하기 위하여 'w'에 영숫자를 부여하였다.
도 4의 (A) 및 (B), 도 5의 (A) 및 (B)에서는 셀(12[1, 1]) 내지 셀(12[6, 12])을 나타내고, 촬상 데이터가 유지되어 있는 셀(12)에 해칭을 부여하였다. 도 4의 (A) 및 (B), 도 5의 (A) 및 (B)에서는 4개의 셀(12) 중 하나의 셀(12)에 촬상 데이터가 유지되고, 3개의 셀(12)에 가중치 데이터가 유지되는 것으로 하였다. 구체적으로는, 홀수 행 홀수 열째의 셀(12)에는 촬상 데이터가 유지되고, 이 이외의 셀(12)에는 가중치 데이터가 유지되는 것으로 하였다.
도 4의 (A)에서는, 촬상 데이터 x11 내지 촬상 데이터 x33과 가중치 데이터 wa1 내지 가중치 데이터 wa9 사이에서 적화 연산을 수행함으로써, 합성곱 데이터 Ca1을 취득하는 상황을 나타내었다. 또한, 촬상 데이터 x11 내지 촬상 데이터 x33과 가중치 데이터 wb1 내지 가중치 데이터 wb9 사이에서 적화 연산을 수행함으로써, 합성곱 데이터 Cb1을 취득하는 상황을 나타내었다. 또한, 촬상 데이터 x11 내지 촬상 데이터 x33과 가중치 데이터 wc1 내지 가중치 데이터 wc9 사이에서 적화 연산을 수행함으로써, 합성곱 데이터 Cc1을 취득하는 상황을 나타내었다.
도 4의 (B)에서는, 촬상 데이터 x12 내지 촬상 데이터 x34와 가중치 데이터 wa1 내지 가중치 데이터 wa9 사이에서 적화 연산을 수행함으로써, 합성곱 데이터 Ca2를 취득하는 상황을 나타내었다. 또한, 촬상 데이터 x12 내지 촬상 데이터 x34와 가중치 데이터 wb1 내지 가중치 데이터 wb9 사이에서 적화 연산을 수행함으로써, 합성곱 데이터 Cb2를 취득하는 상황을 나타내었다. 또한, 촬상 데이터 x12 내지 촬상 데이터 x34와 가중치 데이터 wc1 내지 가중치 데이터 wc9 사이에서 적화 연산을 수행함으로써, 합성곱 데이터 Cc2를 취득하는 상황을 나타내었다.
도 4의 (B)에 나타낸 바와 같이, 예를 들어 합성곱 데이터 Ca2를 취득할 때에는, 촬상 데이터 x12와 가중치 데이터 wa1의 곱을 산출한다. 여기서, 가중치 데이터 wa1은 셀(12[1, 2]) 이외에 셀(12[1, 8])에도 유지되어 있다. 그러나, 셀(12[1, 2])은 촬상 데이터 x12가 유지되어 있는 셀(12[1, 3])과 좌표가 더 가깝다. 따라서, 합성곱 데이터 Ca2를 취득할 때에 셀(12[1, 2])에 유지되어 있는 가중치 데이터 wa1을 사용하면, 셀(12[1, 8])에 유지되어 있는 가중치 데이터 wa1을 사용하는 경우보다 지연 시간을 감소시킬 수 있기 때문에 바람직하다. 마찬가지로, 합성곱 데이터 Cc2를 취득할 때에 예를 들어 셀(12[2, 2])에 유지되어 있는 가중치 데이터 wc1을 사용하면, 셀(12[2, 8])에 유지되어 있는 가중치 데이터 wc1을 사용하는 경우보다 지연 시간을 감소시킬 수 있기 때문에 바람직하다. 합성곱 데이터 Ca2, 합성곱 데이터 Cb2, 또는 합성곱 데이터 Cc2를 취득할 때에 사용되는 다른 가중치 데이터에 대해서도 마찬가지로 할 수 있다.
도 5의 (A)에서는, 촬상 데이터 x13 내지 촬상 데이터 x35와 가중치 데이터 wa1 내지 가중치 데이터 wa9 사이에서 적화 연산을 수행함으로써, 합성곱 데이터 Ca3을 취득하는 상황을 나타내었다. 또한, 촬상 데이터 x13 내지 촬상 데이터 x35와 가중치 데이터 wb1 내지 가중치 데이터 wb9 사이에서 적화 연산을 수행함으로써, 합성곱 데이터 Cb3을 취득하는 상황을 나타내었다. 또한, 촬상 데이터 x13 내지 촬상 데이터 x35와 가중치 데이터 wc1 내지 가중치 데이터 wc9 사이에서 적화 연산을 수행함으로써, 합성곱 데이터 Cc3을 취득하는 상황을 나타내었다.
도 5의 (B)에서는, 촬상 데이터 x14 내지 촬상 데이터 x36과 가중치 데이터 wa1 내지 가중치 데이터 wa9 사이에서 적화 연산을 수행함으로써, 합성곱 데이터 Ca4를 취득하는 상황을 나타내었다. 또한, 촬상 데이터 x14 내지 촬상 데이터 x36과 가중치 데이터 wb1 내지 가중치 데이터 wb9 사이에서 적화 연산을 수행함으로써, 합성곱 데이터 Cb4를 취득하는 상황을 나타내었다. 또한, 촬상 데이터 x14 내지 촬상 데이터 x36과 가중치 데이터 wc1 내지 가중치 데이터 wc9 사이에서 적화 연산을 수행함으로써, 합성곱 데이터 Cc4를 취득하는 상황을 나타내었다.
이상과 같이 하여, 적하 연산을 수행하여 합성곱 데이터를 취득할 수 있다. 도 4의 (A) 및 (B), 도 5의 (A) 및 (B)에 나타낸 예에서는, 3×3의 필터를 3종류 사용한, 스트라이드가 1인 합성곱 연산(적화 연산)을 수행할 수 있다. 또한, 예를 들어 도 4의 (A)에 나타낸 동작을 수행한 후에, 도 4의 (B)에 나타낸 동작을 수행하지 않고, 도 5의 (A)에 나타낸 동작을 수행함으로써, 스트라이드를 2로 할 수 있다.
여기서, 복수의 셀(12)에 동일한 가중치 데이터를 유지시키면, 예를 들어 도 4의 (B)에서 나타낸 바와 같이, 촬상 데이터가 유지되어 있는 셀(12)의 좌표와, 상기 촬상 데이터에 곱하는 가중 계수가 유지되어 있는 셀(12)의 좌표가 멀어지는 것을 억제할 수 있다. 이로써, 지연 시간이 길어지는 것을 억제할 수 있기 때문에, 논리 회로(51)에 의한 연산을 고속으로 수행할 수 있다. 한편으로, 동일한 가중치 데이터를 유지시키는 셀(12)의 개수를 감소시킴으로써, 예를 들어 합성곱 연산을 수행할 때에 사용할 수 있는 필터의 종류를 증가시킬 수 있다.
도 6은 각각의 가중치 데이터가 유지되어 있는 셀(12)의 개수를 도 4의 (A) 및 (B), 도 5의 (A) 및 (B)에 나타낸 예의 반으로 한 경우의, 셀(12)에 유지되어 있는 데이터, 및 논리 회로(51)가 수행하는 연산의 일례를 나타낸 도면이다. 도 4의 (A) 및 (B), 도 5의 (A) 및 (B)에 나타낸 예에서는, 1종류의 가중치 데이터를 셀(12[1, 1]) 내지 셀(12[6, 12]) 중 2개의 셀(12)이 유지한다. 한편으로, 도 6에 나타낸 예에서는, 1종류의 가중치 데이터를 셀(12[1, 1]) 내지 셀(12[6, 12]) 중 하나의 셀(12)이 유지한다. 따라서, 도 6에 나타낸 예에서는, 가중치 데이터 wa1 내지 가중치 데이터 wa9, 가중치 데이터 wb1 내지 가중치 데이터 wb9, 가중치 데이터 wc1 내지 가중치 데이터 wc9, 가중치 데이터 wd1 내지 가중치 데이터 wd9, 가중치 데이터 we1 내지 가중치 데이터 we9, 및 가중치 데이터 wf1 내지 가중치 데이터 wf9를 셀(12)에 유지할 수 있다. 즉, 54종류의 가중치 데이터를 셀(12)에 유지할 수 있다. 이로써, 예를 들어 3×3의 필터를 6종류 사용한 합성곱 연산을 수행할 수 있다. 이로써, 예를 들어 촬상 데이터 x11 내지 촬상 데이터 x33을 사용한 합성곱 연산을 수행하는 경우에는, 도 6에 나타낸 바와 같이, 합성곱 데이터 Ca1, 합성곱 데이터 Cb1, 및 합성곱 데이터 Cc1 이외에, 합성곱 데이터 Cd1, 합성곱 데이터 Ce1, 및 합성곱 데이터 Cf1을 취득할 수 있다. 이로써, 예를 들어 화상의 특징량을 많이 추출할 수 있기 때문에, 촬상 장치(10)는 정밀도가 높은 화상 처리를 수행할 수 있다. 따라서, 촬상 장치(10)의 부가 기능을 고성능의 것으로 할 수 있다.
또한, 도 4의 (A) 및 (B), 도 5의 (A) 및 (B), 그리고 도 6에 나타낸 예에서는 4개의 셀(12) 중 하나의 셀(12)에 촬상 데이터가 유지되고, 3개의 셀(12)에 가중치 데이터를 유지하는 것으로 하였다. 즉, 셀 어레이(11)를 구성하는 셀(12) 중 1/4의 셀(12)에는 촬상 데이터가 유지되고, 3/4의 셀(12)에는 가중치 데이터가 유지되는 것으로 하였다. 여기서, 촬상 데이터를 유지하는 셀(12)의 비율을 크게 하면, 촬상 데이터가 나타내는 화상의 해상도를 크게 할 수 있다. 한편으로, 가중치 데이터를 유지하는 셀(12)의 비율을 크게 하면, 정밀도가 더 높은 화상 처리를 수행할 수 있어, 촬상 장치(10)의 부가 기능을 고성능의 것으로 할 수 있다.
또한, 논리 회로(51)는 적화 연산 이외의 연산을 수행하는 기능을 가져도 좋다. 예를 들어 풀링을 수행하는 기능을 가져도 좋다. 논리 회로(51)가 풀링을 수행하는 기능을 가짐으로써, 촬상 장치(10)의 외부에 출력하는 데이터의 용량을 작게 할 수 있다.
상술한 바와 같이, 촬상 장치(10)가 제 2 모드로 구동하는 경우에, 논리 회로(51)를 갖는 연산 회로(17)가 연산을 수행한다. 따라서, 도 4의 (A) 및 (B), 도 5의 (A) 및 (B), 그리고 도 6에 나타낸 연산은 촬상 장치(10)가 제 2 모드로 구동하는 경우에 수행된다. 또한, 촬상 장치(10)가 제 1 모드로 구동하는 경우에는, 모든 셀(12)에 촬상 데이터 x를 유지시킬 수 있다.
<촬상 장치의 구동 방법의 일례_1>
이하에서는, 촬상 장치(10)의 구동 방법의 일례에 대하여 설명한다. 구체적으로는, 셀(12[i, j])(i는 1 이상 m-1 이하의 정수, j는 1 이상 n-1 이하의 정수), 셀(12[i, j+1]), 셀(12[i+1, j]), 셀(12[i+1, j+1]), 트랜지스터(27[j]), 트랜지스터(27[j+1]), 트랜지스터(52[h, k])(h는 1 이상 p-1 이하의 정수, k는 1 이상 q-1 이하의 정수), 트랜지스터(52[h, k+1]), 트랜지스터(52[h+1, k]), 및 트랜지스터(52[h+1, k+1])의 구동 방법의 일례에 대하여 설명한다. 도 7은 촬상 장치(10)의 구성 요소 중 구동 방법의 일례를 설명하는 구성 요소를 나타내는 회로도이다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 배선(47)에는 저전위로서 전위(VSS)가 공급되어 있는 것으로 한다. 또한, 배선(41) 및 배선(46)에는 고전위가 공급되어 있는 것으로 한다.
이하에서, 구동 방법의 설명에 따른 트랜지스터는 모두 n채널형 트랜지스터로 하지만, 전위의 대소 관계를 적절히 바꾸는 것 등에 의하여, 일부의 또는 모든 트랜지스터를 p채널형으로 하여도 이하의 구동 방법의 설명을 참조할 수 있다. 또한, 도 7에 나타낸 바와 같이, 셀(12)이 도 2의 (A)에 나타낸 구성인 것으로 하여 구동 방법의 설명을 수행하지만, 전위의 대소 관계를 적절히 바꾸는 것 등에 의하여, 셀(12)을 도 2의 (B)에 나타낸 구성으로 하여도 이하의 설명을 참조할 수 있다.
도 8은 촬상 장치(10)가 제 1 모드로 구동하는 경우의 촬상 장치(10)의 구동 방법의 일례를 나타낸 타이밍 차트이다. 상술한 바와 같이, 제 1 모드에서는, 가중치 데이터를 사용한 연산을 수행하지 않는다.
도 8에 나타낸 타이밍 차트에서는, 고전위를 'H'로 나타내고, 저전위를 'L'로 나타낸다. 또한, 도 8에 나타낸 타이밍 차트에서는, 회로 내부의 지연 등을 고려하지 않았다. 이상은 다른 타이밍 차트 등에서도 마찬가지이다.
기간 T01에, 배선(32[i, j]), 배선(32[i+1, j]), 배선(32[i, j+1]), 배선(32[i+1, j+1]), 배선(33[i, j]), 배선(33[i+1, j]), 배선(33[i, j+1]), 배선(33[i+1, j+1]), 및 배선(36)에 고전위를 공급한다. 이로써, 트랜지스터(22[i, j]), 트랜지스터(22[i, j+1]), 트랜지스터(22[i+1, j]), 트랜지스터(22[i+1, j+1]), 트랜지스터(23[i, j]), 트랜지스터(23[i, j+1]), 트랜지스터(23[i+1, j]), 트랜지스터(23[i+1, j+1]), 트랜지스터(26[i, j]), 트랜지스터(26[i, j+1]), 트랜지스터(26[i+1, j]), 및 트랜지스터(26[i+1, j+1])가 도통 상태가 된다. 또한, 배선(35[i]), 배선(35[i+1]), 배선(43[j]), 배선(43[j+1]), 배선(53[h]), 및 배선(53[h+1])에 저전위를 공급한다. 이로써, 트랜지스터(25[i, j]), 트랜지스터(25[i, j+1]), 트랜지스터(25[i+1, j]), 트랜지스터(25[i+1, j+1]), 트랜지스터(52[h, k]), 트랜지스터(52[h, k+1]), 트랜지스터(52[h+1, k]), 및 트랜지스터(52[h+1, k+1])가 비도통 상태가 된다. 또한, 배선(37)에 바이어스 전위(Vb)를 공급한다. 여기서, 바이어스 전위란 트랜지스터의 게이트에 공급되면 상기 트랜지스터가 전류원으로서 구동하는 전위를 나타낸다. 예를 들어 트랜지스터의 게이트에 공급되면 상기 트랜지스터가 포화 영역에서 구동하는 전위를 나타낸다.
기간 T01에서는, 노드(FD[i, j]), 노드(FD[i, j+1]), 노드(FD[i+1, j]), 및 노드(FD[i+1, j+1])의 전위가 배선(43[j]) 및 배선(43[j+1])의 전위인 저전위가 된다. 이로써, 노드(FD[i, j]), 노드(FD[i, j+1]), 노드(FD[i+1, j]), 및 노드(FD[i+1, j+1])의 전위가 리셋된다. 따라서, 기간 T01은 리셋 동작을 수행하는 기간이다. 기간 T01에서는, 데이터 생성 회로(14)가 리셋 데이터를 생성하고, 리셋 데이터가 배선(43)을 통하여 셀(12)에 공급된다.
기간 T02에, 배선(32[i, j]), 배선(32[i+1, j]), 배선(32[i, j+1]), 및 배선(32[i+1, j+1])의 전위를 저전위로 한 후, 배선(33[i, j]), 배선(33[i+1, j]), 배선(33[i, j+1]), 및 배선(33[i+1, j+1])의 전위를 저전위로 한다. 이로써, 트랜지스터(22[i, j]), 트랜지스터(22[i, j+1]), 트랜지스터(22[i+1, j]), 및 트랜지스터(22[i+1, j+1])가 비도통 상태가 된 후, 트랜지스터(23[i, j]), 트랜지스터(23[i, j+1]), 트랜지스터(23[i+1, j]), 및 트랜지스터(23[i+1, j+1])가 비도통 상태가 된다. 이로써, 리셋 동작이 종료된다.
기간 T03에, 배선(32[i, j]), 배선(32[i+1, j]), 배선(32[i, j+1]), 및 배선(32[i+1, j+1])의 전위를 고전위로 한다. 이로써, 트랜지스터(22[i, j]), 트랜지스터(22[i, j+1]), 트랜지스터(22[i+1, j]), 및 트랜지스터(22[i+1, j+1])가 도통 상태가 되고, 노드(FD[i, j]), 노드(FD[i, j+1]), 노드(FD[i+1, j]), 및 노드(FD[i+1, j+1])의 전위가 각각 광전 변환 소자(21[i, j]), 광전 변환 소자(21[i, j+1]), 광전 변환 소자(21[i+1, j]), 및 광전 변환 소자(21[i+1, j+1])에 조사되는 광의 조도에 대응하여 상승된다. 따라서, 기간 T03은 노광 동작을 수행하는 기간이다.
기간 T04에, 배선(32[i, j]), 배선(32[i+1, j]), 배선(32[i, j+1]), 및 배선(32[i+1, j+1])의 전위를 저전위로 한다. 이로써, 트랜지스터(22[i, j]), 트랜지스터(22[i, j+1]), 트랜지스터(22[i+1, j]), 및 트랜지스터(22[i+1, j+1])가 비도통 상태가 되고, 노광 동작이 종료된다. 이로써, 셀(12[i, j]), 셀(12[i, j+1]), 셀(12[i+1, j]), 및 셀(12[i+1, j+1])은 촬상 데이터를 취득할 수 있다.
기간 T05에서는, 우선, 배선(35[i])의 전위를 고전위로 하여 트랜지스터(25[i, j]) 및 트랜지스터(25[i, j+1])를 도통 상태로 한 후, 배선(35[i])의 전위를 저전위로 하여 트랜지스터(25[i, j]) 및 트랜지스터(25[i, j+1])를 비도통 상태로 한다. 트랜지스터(25[i, j])를 도통 상태로 함으로써, 셀(12[i, j])이 취득한 촬상 데이터가 배선(45[j])을 통하여 판독 회로(16)에 출력되고, 셀(12[i, j])이 취득한 촬상 데이터가 판독된다. 또한, 트랜지스터(25[i, j+1])를 도통 상태로 함으로써, 셀(12[i, j+1])이 취득한 촬상 데이터가 배선(45[j+1])을 통하여 판독 회로(16)에 출력되고, 셀(12[i, j+1])이 취득한 촬상 데이터가 판독된다.
다음으로, 배선(35[i+1])의 전위를 고전위로 하여 트랜지스터(25[i+1, j]) 및 트랜지스터(25[i+1, j+1])를 도통 상태로 한 후, 배선(35[i+1])의 전위를 저전위로 하여 트랜지스터(25[i+1, j]) 및 트랜지스터(25[i+1, j+1])를 비도통 상태로 한다. 트랜지스터(25[i+1, j])를 도통 상태로 함으로써, 셀(12[i+1, j])이 취득한 촬상 데이터가 배선(45[j])을 통하여 판독 회로(16)에 출력되고, 셀(12[i+1, j])이 취득한 촬상 데이터가 판독된다. 또한, 트랜지스터(25[i+1, j+1])를 도통 상태로 함으로써, 셀(12[i+1, j+1])이 취득한 촬상 데이터가 배선(45[j+1])을 통하여 판독 회로(16)에 출력되고, 셀(12[i+1, j+1])이 취득한 촬상 데이터가 판독된다. 따라서, 기간 T05는 판독 동작을 수행하는 기간이다.
이상이 제 1 모드에서의 촬상 장치(10)의 구동 방법의 일례이다.
다음으로, 제 2 모드에서의 촬상 장치(10)의 구동 방법의 일례에 대하여 설명한다. 구체적으로는, 도 9에 나타낸 바와 같이, 셀(12[i, j])이 촬상 데이터 x를 취득하고, 셀(12[i, j+1])에 가중치 데이터 w1을, 셀(12[i+1, j])에 가중치 데이터 w2를, 셀(12[i+1, j+1])에 가중치 데이터 w3을 각각 기록하는 경우의 촬상 장치(10)의 구동 방법의 일례에 대하여 설명한다. 도 10은 촬상 장치(10)가 제 2 모드로 구동하는 경우의, 촬상 장치(10)의 구동 방법의 일례를 나타낸 타이밍 차트이다.
기간 T11에서는 우선, 배선(37)에 고전위를 공급한다. 이로써, 트랜지스터(27[j]) 및 트랜지스터(27[j+1])가 도통 상태가 된다. 또한, 배선(32[i, j]), 배선(32[i, j+1]), 배선(32[i+1, j]), 배선(32[i+1, j+1]), 배선(33[i, j]), 배선(33[i, j+1]), 배선(33[i+1, j]), 배선(33[i+1, j+1]), 배선(35[i]), 배선(35[i+1]), 배선(36), 배선(53[h]), 및 배선(53[h+1])에 저전위를 공급한다. 이로써, 트랜지스터(22[i, j]), 트랜지스터(22[i, j+1]), 트랜지스터(22[i+1, j]), 트랜지스터(22[i+1, j+1]), 트랜지스터(23[i, j]), 트랜지스터(23[i, j+1]), 트랜지스터(23[i+1, j]), 트랜지스터(23[i+1, j+1]), 트랜지스터(25[i, j]), 트랜지스터(25[i, j+1]), 트랜지스터(25[i+1, j]), 트랜지스터(25[i+1, j+1]), 트랜지스터(26[i, j]), 트랜지스터(26[i, j+1]), 트랜지스터(26[i+1, j]), 트랜지스터(26[i+1, j+1]), 트랜지스터(52[h, k]), 트랜지스터(52[h, k+1]), 트랜지스터(52[h+1, k]), 및 트랜지스터(52[h+1, k+1])가 비도통 상태가 된다.
다음으로, 데이터 생성 회로(14)가 배선(43[j+1])에 가중치 데이터 w1을 공급한다. 또한, 배선(33[i, j+1])의 전위를 고전위로 하여 트랜지스터(23[i, j+1])를 도통 상태로 한다. 이로써, 노드(FD[i, j+1])의 전위가 가중치 데이터 w1에 대응하는 전위가 되고, 셀(12[i, j+1])에 가중치 데이터 w1이 기록된다. 그 후, 배선(33[i, j+1])의 전위를 저전위로 하여 트랜지스터(23[i, j+1])를 비도통 상태로 한다. 이로써, 노드(FD[i, j+1])의 전위가 유지되기 때문에, 셀(12[i, j+1])에 가중치 데이터 w1이 유지된다.
다음으로, 데이터 생성 회로(14)가 배선(43[j])에 가중치 데이터 w2를 공급하고, 배선(43[j+1])에 가중치 데이터 w3을 공급한다. 또한, 배선(33[i+1, j])의 전위 및 배선(33[i+1, j+1])의 전위를 고전위로 하여, 트랜지스터(23[i+1, j]) 및 트랜지스터(23[i+1, j+1])를 도통 상태로 한다. 이로써, 노드(FD[i+1, j])의 전위가 가중치 데이터 w2에 대응하는 전위가 되고, 셀(12[i+1, j])에 가중치 데이터 w2가 기록된다. 또한, 노드(FD[i+1, j+1])의 전위가 가중치 데이터 w3에 대응하는 전위가 되고, 셀(12[i+1, j+1])에 가중치 데이터 w3이 기록된다. 그 후, 배선(33[i+1, j])의 전위 및 배선(33[i+1, j+1])의 전위를 저전위로 하여, 트랜지스터(23[i+1, j]) 및 트랜지스터(23[i+1, j+1])를 비도통 상태로 한다. 이로써, 노드(FD[i+1, j])의 전위 및 노드(FD[i+1, j+1])의 전위가 유지되기 때문에, 셀(12[i+1, j])에 가중치 데이터 w2가 유지되고, 셀(12[i+1, j+1])에 가중치 데이터 w3이 유지된다.
따라서, 기간 T11은 셀(12)에 가중치 데이터를 기록하는 기간이다. 또한, 기간 T11에서는, 예를 들어 배선(33[i, 1]) 내지 배선(33[i, n]) 중 가중치 데이터를 기록하는 셀(12)과 전기적으로 접속되어 있는 모든 배선(33)에 고전위를 동시에 공급할 수 있다. 그 후, 예를 들어 배선(33[i+1, 1]) 내지 배선(33[i+1, n]) 중 가중치 데이터를 기록하는 셀(12)과 전기적으로 접속되어 있는 모든 배선(33)에 고전위를 동시에 공급할 수 있다.
기간 T12에, 배선(32[i, j]) 및 배선(33[i, j])의 전위를 고전위로 한다. 이로써, 트랜지스터(22[i, j]) 및 트랜지스터(23[i, j])가 도통 상태가 된다. 또한, 배선(43[j])의 전위를 저전위로 한다. 이로써, 노드(FD[i, j])의 전위가 저전위가 된다. 이로써, 노드(FD[i, j])의 전위가 리셋된다. 따라서, 기간 T12는 촬상 데이터를 취득하는 셀(12)이 리셋 동작을 수행하는 기간이다. 기간 T12에서는, 데이터 생성 회로(14)가 리셋 데이터를 생성하고, 리셋 데이터가 배선(43[j])을 통하여 셀(12[i, j])에 공급된다.
기간 T13에, 배선(32[i, j])의 전위를 저전위로 한 후, 배선(33[i, j])의 전위를 저전위로 한다. 이로써, 트랜지스터(22[i, j])가 비도통 상태가 된 후, 트랜지스터(23[i, j])가 비도통 상태가 된다. 이로써, 셀(12[i, j])의 리셋이 종료된다.
기간 T14에, 배선(32[i, j])의 전위를 고전위로 한다. 이로써, 트랜지스터(22[i, j])가 도통 상태가 되고, 노드(FD[i, j])의 전위가 광전 변환 소자(21[i, j])에 조사되는 광의 조도에 대응하여 상승된다. 따라서, 기간 T14는 촬상 데이터를 취득하는 셀(12)에 대하여 노광 동작을 수행하는 기간이다.
기간 T15에, 배선(32[i, j])의 전위를 저전위로 한다. 이로써, 트랜지스터(22[i, j])가 비도통 상태가 되어, 노광 동작이 종료된다. 이로써, 셀(12[i, j])은 촬상 데이터를 취득할 수 있다.
도 10에서는, 셀(12[i, j+1]), 셀(12[i+1, j]), 및 셀(12[i+1, j+1])에 가중치 데이터를 기록한 후, 셀(12[i, j])이 촬상 데이터를 취득하였지만, 본 발명의 일 형태는 이에 한정되지 않는다. 촬상 데이터를 취득한 후에, 가중치 데이터를 기록하여도 좋다. 즉, 기간 T12 내지 기간 T15에 나타낸 동작을 수행한 후에, 기간 T11에 나타낸 동작을 수행하여도 좋다. 예를 들어 셀(12[i, j]), 셀(12[i, j+1]), 셀(12[i+1, j]), 및 셀(12[i+1, j+1]) 각각에 대하여 촬상 데이터를 기록한 후, 셀(12[i, j+1]), 셀(12[i+1, j]), 및 셀(12[i+1, j+1])에 유지되어 있는 촬상 데이터를 가중치 데이터로 재기록하도록 가중치 데이터를 기록하여도 좋다.
기간 T16에 배선(36)의 전위를 고전위로 하여 트랜지스터(26[i, j]), 트랜지스터(26[i, j+1]), 트랜지스터(26[i+1, j]), 및 트랜지스터(26[i+1, j+1])를 도통 상태로 한다. 상술한 바와 같이, 배선(46)에는 고전위가 공급되어 있다. 따라서, 배선(44[i, j]), 배선(44[i, j+1]), 배선(44[i+1, j]), 및 배선(44[i+1, j+1])이 고전위가 된다. 이로써, 배선(44[i, j]), 배선(44[i, j+1]), 배선(44[i+1, j]), 및 배선(44[i+1, j+1])이 프리차지된다. 프리차지가 종료된 후, 배선(36)의 전위를 저전위로 하여 트랜지스터(26[i, j]), 트랜지스터(26[i, j+1]), 트랜지스터(26[i+1, j]), 및 트랜지스터(26[i+1, j+1])를 비도통 상태로 한다.
기간 T17에 배선(35[i]) 및 배선(35[i+1])의 전위를 고전위로 하여 트랜지스터(25[i, j]), 트랜지스터(25[i, j+1]), 트랜지스터(25[i+1, j]), 및 트랜지스터(25[i+1, j+1])를 도통 상태로 한다. 또한, 기간 T17에서는, 예를 들어 배선(35[1]) 내지 배선(35[m])에 대하여 동시에 고전위를 공급할 수 있다.
여기서, 기간 T17에서의 노드(FD[i, j])의 전위를 전위(VFD[i, j])로 하고, 노드(FD[i, j+1])의 전위를 전위(VFD[i, j+1])로 하고, 노드(FD[i+1, j])의 전위를 전위(VFD[i+1, j])로 하고, 노드(FD[i+1, j+1])의 전위를 전위(VFD[i+1, j+1])로 한다. 또한, 트랜지스터(24[i, j])의 문턱 전압을 전위(Vth[i, j])로 하고, 트랜지스터(24[i, j+1])의 문턱 전압을 전위(Vth[i, j+1])로 하고, 트랜지스터(24[i+1, j])의 문턱 전압을 전위(Vth[i+1, j])로 하고, 트랜지스터(24[i+1, j+1])의 문턱 전압을 전위(Vth[i+1, j+1])로 한다. 또한, 상술한 바와 같이, 배선(47)의 전위를 전위(VSS)로 한다. 그리고, 전위(VFD[i, j])는 전위 'Vth[i, j]+VSS'보다 크고, 전위(VFD[i, j+1])는 전위 'Vth[i, j+1]+VSS'보다 작고, 전위(VFD[i+1, j])는 전위 'Vth[i+1, j]+VSS'보다 작고, 전위(VFD[i+1, j+1])는 전위 'Vth[i+1, j+1]+VSS'보다 큰 것으로 한다.
도 11은 기간 T17에서의 촬상 장치(10)의 동작을 설명하는 회로도이다. 도 11에서 비도통 상태인 트랜지스터에는 ×표를 부여하였다. 또한, 전류를 화살표로 나타내었다.
도 11에 나타낸 바와 같이, 기간 T17에서는 트랜지스터(25[i, j]), 트랜지스터(25[i, j+1]), 트랜지스터(25[i+1, j]), 트랜지스터(25[i+1, j+1]), 트랜지스터(27[j]), 및 트랜지스터(27[j+1])가 도통 상태가 된다. 또한, 트랜지스터(26[i, j]), 트랜지스터(26[i, j+1]), 트랜지스터(26[i+1, j]), 및 트랜지스터(26[i+1, j+1])가 비도통 상태가 된다.
기간 T16에서는, 배선(44[i, j]), 배선(44[i, j+1]), 배선(44[i+1, j]), 및 배선(44[i+1, j+1])을 고전위로 프리차지하였다. 또한, 상술한 바와 같이, 배선(47)에는 저전위가 공급되어 있다. 이로써, 배선(44)은 트랜지스터(24)의 드레인과 전기적으로 접속되고, 배선(45)은 트랜지스터(25)를 통하여 트랜지스터(24)의 소스와 전기적으로 접속된다.
상술한 바와 같이, 기간 T17에서, 트랜지스터(25) 및 트랜지스터(27)는 도통 상태가 된다. 따라서, 트랜지스터(24)의 소스 전위는 전위(VSS)가 된다. 따라서, 트랜지스터(24)의 게이트 전위가 트랜지스터(24)의 문턱 전압과 전위(VSS)의 합 이상인 경우에는, 트랜지스터(24)는 도통 상태가 된다. 한편으로, 트랜지스터(24)의 게이트 전위가 트랜지스터(24)의 문턱 전압과 전위(VSS)의 합 미만인 경우에는, 트랜지스터(24)는 비도통 상태가 된다. 상술한 바와 같이, 트랜지스터(24[i, j])의 게이트 전위인 전위(VFD[i, j])는 문턱 전압(Vth[i, j])과 전위(VSS)의 합보다 크다. 또한, 트랜지스터(24[i+1, j+1])의 게이트 전위인 전위(VFD[i+1, j+1])는 문턱 전압(Vth[i+1, j+1])과 전위(VSS)의 합보다 크다. 이로써, 트랜지스터(24[i, j]) 및 트랜지스터(24[i+1, j+1])는 도통 상태가 된다. 이로써, 배선(44[i, j])과 배선(47)이 도통되고, 배선(44[i, j])의 전위는 저전위가 된다. 또한, 배선(44[i+1, j+1])과 배선(47)이 도통되고, 배선(44[i+1, j+1])의 전위는 저전위가 된다.
한편으로, 트랜지스터(24[i, j+1])의 게이트 전위인 전위(VFD[i, j+1])는 문턱 전압(Vth[i, j+1])과 전위(VSS)의 합보다 작다. 또한, 트랜지스터(24[i+1, j])의 게이트 전위인 전위(VFD[i+1, j])는 문턱 전압(Vth[i+1, j])과 전위(VSS)의 합보다 작다. 이로써, 트랜지스터(24[i, j+1]) 및 트랜지스터(24[i+1, j])는 비도통 상태가 된다. 이로써, 배선(44[i, j+1]) 및 배선(44[i+1, j])의 전위는 프리차지 전위인 고전위를 유지한다.
이로써, 기간 T17에서는, 셀(12)에 유지된 촬상 데이터 및 가중치 데이터를 배선(44)으로부터 2치의 데이터로서 출력할 수 있다. 이로써, 셀(12)에 유지된 촬상 데이터 및 가중치 데이터가 판독된다.
셀(12)이 배선(44)에 출력한 촬상 데이터 및 가중치 데이터는 논리 회로(51)에 공급된다. 논리 회로(51)에 의하여 상기 촬상 데이터 및 가중치 데이터를 사용한 연산이 수행된다. 예를 들어 도 4의 (A) 및 (B), 도 5의 (A) 및 (B)에 나타낸 바와 같은 적화 연산이 수행된다. 또한, 셀(12)이 배선(44)에 출력한 촬상 데이터 및 가중치 데이터는 2치의 데이터이기 때문에, A/D 변환을 수행하지 않고 논리 회로(51)에 공급할 수 있다.
기간 T18에 배선(35[i]) 및 배선(35[i+1])의 전위를 저전위로 하여 트랜지스터(25[i, j]), 트랜지스터(25[i, j+1]), 트랜지스터(25[i+1, j]), 및 트랜지스터(25[i+1, j+1])를 비도통 상태로 한다. 이로써, 촬상 데이터 x, 가중치 데이터 w1, 가중치 데이터 w2, 및 가중치 데이터 w3의 판독이 종료된다. 또한, 기간 T17에서는, 예를 들어 배선(35[1]) 내지 배선(35[m])에 대하여 동시에 저전위를 공급할 수 있다.
기간 T19에서는, 우선, 배선(53[h])의 전위를 고전위로 하여 트랜지스터(52[h, k]) 및 트랜지스터(52[h, k+1])를 도통 상태로 한 후, 배선(53[h])의 전위를 저전위로 하여 트랜지스터(52[h, k]) 및 트랜지스터(52[h, k+1])를 비도통 상태로 한다. 그 후, 배선(53[h+1]])의 전위를 고전위로 하여 트랜지스터(52[h+1, k]) 및 트랜지스터(52[h+1, k+1])를 도통 상태로 한 후, 배선(53[h+1])의 전위를 저전위로 하여 트랜지스터(52[h+1, k]) 및 트랜지스터(52[h+1, k+1])를 비도통 상태로 한다. 이로써, 논리 회로(51)에 의한 연산 결과를 판독할 수 있다. 상술한 바와 같이, 판독한 연산 결과를 CNN 등의 신경망 등에 입력함으로써, 화상 처리를 수행할 수 있다.
이상이 제 2 모드에서의 촬상 장치(10)의 구동 방법의 일례이다.
<촬상 장치의 구성예_2>
도 12의 (A)는 셀(12)의 구성예를 나타낸 회로도이고, 도 2의 (A)에 나타낸 구성의 변형예이다. 도 12의 (A)에 나타낸 셀(12)은 트랜지스터(26)를 갖지 않고, 트랜지스터(28)를 갖는 점에서, 도 2의 (A)에 나타낸 셀(12)과 상이하다. 이하에서는, 도 2의 (A)에 나타낸 셀(12)과 상이한 구성에 대하여 주로 설명한다.
트랜지스터(24)의 소스 및 드레인 중 한쪽은 트랜지스터(25)의 소스 및 드레인 중 한쪽, 트랜지스터(28)의 소스 및 드레인 중 한쪽, 그리고 배선(44)과 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(24)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 배선(46)과 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(25)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 배선(45)과 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(28)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 배선(48)과 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(28)의 게이트는 배선(38)과 전기적으로 접속된다.
배선(48)은 전원선으로서의 기능을 갖는다. 예를 들어 배선(48)에는 저전위를 공급할 수 있다.
자세한 사항은 후술하지만, 배선(38)에 바이어스 전위를 공급함으로써, 트랜지스터(24)와 트랜지스터(28)에 의하여 소스 폴로어 회로가 구성된다. 이 경우, 상기 소스 폴로어 회로의 입력 단자는 노드(FD)와 전기적으로 접속되고, 출력 단자는 배선(44)과 전기적으로 접속된다. 따라서, 셀(12)에 유지되어 있는 촬상 데이터 및 가중치 데이터를 아날로그 데이터로서 배선(44)에 출력할 수 있다.
트랜지스터(28)로서, 트랜지스터(22) 내지 트랜지스터(25)와 동일한 종류의 트랜지스터를 사용할 수 있다. 예를 들어 트랜지스터(28)로서 OS 트랜지스터 또는 Si 트랜지스터를 사용할 수 있다.
도 12의 (B)는 셀(12)의 구성예를 나타낸 회로도이고, 도 12의 (A)에 나타낸 구성의 변형예이다. 도 12의 (B)에 나타낸 셀(12)은 광전 변환 소자(21)의 캐소드가 트랜지스터(22)의 소스 및 드레인 중 한쪽과 전기적으로 접속되고, 광전 변환 소자(21)의 애노드가 배선(41)과 전기적으로 접속되는 점에서 도 12의 (A)에 나타낸 셀(12)과 상이하다.
도 13은 셀(12)이 도 12의 (A) 또는 (B)에 나타낸 구성인 경우의 연산 회로(17)의 구성예를 나타낸 회로도이다. 도 13에 나타낸 연산 회로(17)는 A/D 변환 회로(54)를 갖는 점에서 도 3에 나타낸 연산 회로(17)와 상이하다.
A/D 변환 회로(54)의 입력 단자는 배선(44)과 전기적으로 접속되고, A/D 변환 회로(54)의 출력 단자는 논리 회로(51)의 입력 단자와 전기적으로 접속된다. 여기서, A/D 변환 회로(54)의 입력 단자의 개수 및 A/D 변환 회로(54)의 출력 단자의 개수는 논리 회로(51)의 입력 단자의 개수와 같은 수로 할 수 있다. 예를 들어 각각 m×n개로 할 수 있다.
A/D 변환 회로(54)는 셀(12)이 배선(44)에 출력한 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환하는 기능을 갖는다. 상술한 바와 같이, 촬상 장치(10)가 제 2 모드로 구동하는 경우에, 셀(12)에 유지된 촬상 데이터 또는 가중치 데이터가 배선(44)에 출력된다. 따라서, 배선(44)과 논리 회로(51) 사이에 A/D 변환 회로(54)를 제공함으로써, 셀(12)이 촬상 데이터 또는 가중치 데이터를 배선(44)으로부터 아날로그 데이터로서 출력하는 경우에도, 논리 회로(51)는 촬상 데이터 및 가중치 데이터를 사용한 연산을 수행할 수 있다.
<촬상 장치의 구동 방법의 일례_2>
이하에서는, 셀(12)이 도 12의 (A)에 나타낸 구성이고, 연산 회로(17)가 도 13에 나타낸 구성의 촬상 장치(10)의 구동 방법의 일례에 대하여 도 15 내지 도 17을 사용하여 설명한다. 구체적으로는, 도 12의 (A)에 나타낸 구성의 셀(12[i, j]), 셀(12[i, j+1]), 셀(12[i+1, j]), 셀(12[i+1, j+1]), 트랜지스터(27[j]), 트랜지스터(27[j+1]), 트랜지스터(52[h, k]), 트랜지스터(52[h, k+1]), 트랜지스터(52[h+1, k]), 및 트랜지스터(52[h+1, k+1])의 구동 방법의 일례에 대하여 설명한다. 도 14는 촬상 장치(10)의 구성 요소 중 구동 방법의 일례에 대하여 설명하는 구성 요소를 나타내는 회로도이다. 도 14에 나타낸 바와 같이, 배선(47)에는 저전위로서 전위(VSS)가 공급되어 있는 것으로 한다. 또한, 배선(41) 및 배선(46)에는 고전위가 공급되어 있는 것으로 한다. 또한, 배선(48)에는 저전위가 공급되어 있는 것으로 한다.
이하에서, 구동 방법의 설명에 따른 트랜지스터는 모두 n채널형 트랜지스터로 하지만, 전위의 대소 관계를 적절히 바꾸는 것 등에 의하여, 일부의 또는 모든 트랜지스터를 p채널형으로 하여도 이하의 구동 방법의 설명을 참조할 수 있다. 또한, 도 14에 나타낸 바와 같이, 셀(12)이 도 12의 (A)에 나타낸 구성인 것으로 하여 구동 방법의 설명을 수행하지만, 전위의 대소 관계를 적절히 바꾸는 것 등에 의하여, 셀(12)을 도 12의 (B)에 나타낸 구성으로 하여도 이하의 설명을 참조할 수 있다.
도 15는 촬상 장치(10)가 제 1 모드로 구동하는 경우의 촬상 장치(10)의 구동 방법의 일례를 나타낸 타이밍 차트이다. 상술한 바와 같이, 제 1 모드에서는, 가중치 데이터를 사용한 연산을 수행하지 않는다.
기간 T21 내지 기간 T25에서, 저전위를 배선(38)에 공급함으로써, 트랜지스터(28[i, j]), 트랜지스터(28[i, j+1]), 트랜지스터(28[i+1, j]), 및 트랜지스터(28[i+1, j+1])를 비도통 상태로 한다. 이 이외의, 기간 T21 내지 기간 T25에서의 동작은 도 8에 나타낸 타이밍 차트의 기간 T01 내지 기간 T05에서의 동작과 마찬가지로 할 수 있다. 또한, 기간 T21 내지 기간 T25에서, 배선(37)에 공급되는 바이어스 전위를 바이어스 전위(Vb1)로 한다.
도 17의 (A)는 도 12의 (A)에 나타낸 회로도로부터 기간 T21 내지 기간 T25 모든 기간에서 비도통 상태로 할 수 있는 트랜지스터를 생략한 구성을 나타낸 회로도이다. 또한, 도 17의 (A)에는 셀(12)의 구성 이외에, 기간 T21 내지 기간 T25에서 바이어스 전위(Vb1)가 게이트에 공급되는 트랜지스터(27)도 나타내었다. 상술한 바와 같이, 기간 T21 내지 기간 T25에서 트랜지스터(28)는 비도통 상태가 된다. 따라서, 도 17의 (A)에 나타낸 회로도에는 트랜지스터(28)를 나타내지 않았다.
다음으로, 제 2 모드에서의 촬상 장치(10)의 구동 방법의 일례에 대하여 설명한다. 구체적으로는, 도 9에 나타낸 바와 같이, 셀(12[i, j])이 촬상 데이터 x를 취득하고, 셀(12[i, j+1])에 가중치 데이터 w1을, 셀(12[i+1, j])에 가중치 데이터 w2를, 셀(12[i+1, j+1])에 가중치 데이터 w3을 각각 기록하는 경우의 촬상 장치(10)의 구동 방법의 일례에 대하여 설명한다. 도 16은 촬상 장치(10)가 제 2 모드로 구동하는 경우의, 촬상 장치(10)의 구동 방법의 일례를 나타낸 타이밍 차트이다.
기간 T31 내지 기간 T35에서의 배선(32), 배선(33), 배선(35), 배선(37), 배선(43), 배선(53), 및 노드(FD)의 전위는 도 10에 나타낸 타이밍 차트의 기간 T11 내지 기간 T15에서의 배선(32), 배선(33), 배선(35), 배선(37), 배선(43), 배선(53), 및 노드(FD)의 전위와 동일한 것으로 할 수 있다. 또한, 기간 T36에서의 배선(32), 배선(33), 배선(35), 배선(37), 배선(43), 배선(53), 및 노드(FD)의 전위는 도 10에 나타낸 타이밍 차트의 기간 T19에서의 배선(32), 배선(33), 배선(35), 배선(37), 배선(43), 배선(53), 및 노드(FD)의 전위와 동일한 것으로 할 수 있다.
기간 T31 내지 기간 T36에서 바이어스 전위(Vb2)를 배선(38)에 공급한다. 도 17의 (B)는 도 12의 (A)에 나타낸 회로도로부터 기간 T31 내지 기간 T36 모든 기간에서 비도통 상태로 할 수 있는 트랜지스터를 생략한 구성을 나타낸 회로도이다. 도 16에 나타낸 바와 같이, 기간 T31 내지 기간 T36에서 트랜지스터(25)는 비도통 상태가 된다. 따라서, 도 17의 (B)에 나타낸 회로도에는 트랜지스터(25)를 나타내지 않았다.
상술한 바와 같이, 기간 T31 내지 기간 T36에서 바이어스 전위(Vb2)가 트랜지스터(28)의 게이트에 공급된다. 또한, 배선(46)에는 고전위가 공급되고, 배선(48)에는 저전위가 공급된다. 이로써, 트랜지스터(24)와 트랜지스터(28)에 의하여 소스 폴로어 회로(29)가 구성된다. 여기서, 소스 폴로어 회로(29)의 입력 단자는 노드(FD)와 전기적으로 접속되고, 소스 폴로어 회로(29)의 출력 단자는 배선(44)과 전기적으로 접속된다. 기간 T31 내지 기간 T36에서는 노드(FD)의 전위에 대응하는 전위의 아날로그 데이터를 배선(44)으로부터 계속 출력할 수 있다. 이로써, 배선(44[i, j])으로부터는 노드(FD[i, j])의 전위인 VFD[i, j]에 따른 촬상 데이터 x를 출력할 수 있다. 또한, 배선(44[i, j+1])으로부터는 노드(FD[i, j+1])의 전위인 VFD[i, j+1]에 따른 가중치 데이터 w1을 출력할 수 있다. 또한, 배선(44[i+1, j])으로부터는 노드(FD[i+1, j])의 전위인 VFD[i+1, j]에 따른 가중치 데이터 w2를 출력할 수 있다. 또한, 배선(44[i+1, j+1])으로부터는 노드(FD[i+1, j+1])의 전위인 VFD[i+1, j+1]에 따른 가중치 데이터 w3을 출력할 수 있다.
이상이 도 12의 (A)에 나타낸 구성의 셀(12)과, 도 13에 나타낸 구성의 연산 회로(17)를 갖는 촬상 장치(10)의 구동 방법의 일례이다.
상술한 바와 같이, 셀(12)을 도 12의 (A) 또는 (B)에 나타낸 구성으로 함으로써, 제 2 모드에서 셀(12)이 배선(44)으로부터 출력하는 촬상 데이터 및 가중치 데이터를 아날로그 데이터로 할 수 있다. 그리고, 셀(12)이 배선(44)으로부터 출력한 아날로그 데이터는 A/D 변환 회로(54)에 의하여 디지털 데이터로 변환된 후, 논리 회로(51)에 공급된다. 이로써, 논리 회로(51)에 입력되는 촬상 데이터 및 가중치 데이터를 다치의 디지털 데이터로 할 수 있다.
<촬상 장치의 구성예_3>
도 18의 (A) 및 (B)는 촬상 장치(10)의 구성예를 도시한 사시도이다. 도 18의 (A)에서는, 층(561)과 층(562)의 적층 구조로 한 구성예를 도시하였다.
층(561)은 광전 변환 소자(21)를 갖는다. 광전 변환 소자(21)는, 도 18의 (C)에 도시된 바와 같이 층(565a)과, 층(565b)과, 층(565c)의 적층으로 할 수 있다.
도 18의 (C)에 도시된 광전 변환 소자(21)는 pn 접합형 포토다이오드이고, 예를 들어 층(565a)에 p+형 반도체를, 층(565b)에 n형 반도체를, 층(565c)에 n+형 반도체를 사용할 수 있다. 또는, 층(565a)에 n+형 반도체를, 층(565b)에 p형 반도체, 층(565c)에 p+형 반도체를 사용하여도 좋다. 또는, 층(565b)을 i형 반도체로 한 pin 접합형 포토다이오드이어도 좋다.
상기 pn 접합형 포토다이오드 또는 pin 접합형 포토다이오드는 단결정 실리콘을 사용하여 형성할 수 있다. 또한, pin 접합형 포토다이오드는 비정질 실리콘, 미결정 실리콘, 다결정 실리콘 등의 박막을 사용하여 형성할 수도 있다.
또한, 층(561)이 갖는 광전 변환 소자(21)는 도 18의 (D)에 도시된 바와 같이 층(566a)과, 층(566b)과, 층(566c)과, 층(566d)의 적층으로 하여도 좋다. 도 18의 (D)에 도시된 광전 변환 소자(21)는 애벌란시 포토다이오드의 일례이고, 층(566a) 및 층(566d)은 전극에 상당하고, 층(566b) 및 층(566c)은 광전 변환부에 상당한다.
층(566a)은 저저항의 금속층 등으로 하는 것이 바람직하다. 예를 들어 알루미늄, 타이타늄, 텅스텐, 탄탈럼, 은, 또는 이들의 적층을 사용할 수 있다.
층(566d)에는 가시광에 대하여 높은 투광성을 갖는 도전층을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어 인듐 산화물, 주석 산화물, 아연 산화물, 인듐-주석 산화물, 갈륨-아연 산화물, 인듐-갈륨-아연 산화물, 또는 그래핀 등을 사용할 수 있다. 또한, 층(566d)을 생략하는 구성으로 할 수도 있다.
광전 변환부의 층(566b) 및 층(566c)은 예를 들어 셀레늄계 재료를 광전 변환층으로 한 pn 접합형 포토다이오드의 구성으로 할 수 있다. 층(566b)으로서는 p형 반도체인 셀레늄계 재료를 사용하고, 층(566c)으로서는 n형 반도체인 갈륨 산화물 등을 사용하는 것이 바람직하다.
셀레늄계 재료를 사용한 광전 변환 소자는 가시광에 대한 외부 양자 효율이 높다는 특성을 갖는다. 상기 광전 변환 소자에서는, 애벌란시 증배를 이용함으로써, 입사하는 광량에 대한 전자의 증폭을 크게 할 수 있다. 또한, 셀레늄계 재료는 광 흡수 계수가 높기 때문에, 광전 변환층을 박막으로 제작할 수 있다는 등의 생산상의 이점을 갖는다. 셀레늄계 재료의 박막은 진공 증착법 또는 스퍼터링법 등을 사용하여 형성할 수 있다.
셀레늄계 재료로서는, 단결정 셀레늄 및 다결정 셀레늄 등의 결정성 셀레늄, 비정질 셀레늄, 구리, 인듐, 셀레늄의 화합물(CIS), 또는 구리, 인듐, 갈륨, 셀레늄의 화합물(CIGS) 등을 사용할 수 있다.
n형 반도체는 밴드 갭이 넓고 가시광에 대하여 투광성을 갖는 재료로 형성하는 것이 바람직하다. 예를 들어 아연 산화물, 갈륨 산화물, 인듐 산화물, 주석 산화물, 또는 이들이 혼재된 산화물 등을 사용할 수 있다. 또한, 이들의 재료는 정공 주입 저지층으로서의 기능도 갖고, 암전류를 작게 할 수도 있다.
또한, 층(561)이 갖는 광전 변환 소자(21)는 도 18의 (E)에 도시된 바와 같이 층(567a)과, 층(567b)과, 층(567c)과, 층(567d)과, 층(567e)의 적층으로 하여도 좋다. 도 18의 (E)에 도시된 광전 변환 소자(21)는 유기 광 도전막의 일례이고, 층(567a) 및 층(567e)은 전극에 상당하고, 층(567b), 층(567c), 및 층(567d)은 광전 변환부에 상당한다.
광전 변환부의 층(567b) 및 층(567d) 중 어느 한쪽은 정공 수송층, 다른 쪽은 전자 수송층으로 할 수 있다. 또한, 층(567c)은 광전 변환층으로 할 수 있다.
정공 수송층으로서는 예를 들어 산화 몰리브데넘 등을 사용할 수 있다. 전자 수송층으로서는 예를 들어 C60, C70 등의 풀러렌, 또는 이들의 유도체 등을 사용할 수 있다.
광전 변환층으로서는, n형 유기 반도체 및 p형 유기 반도체의 혼합층(벌크 헤테로 접합 구조)을 사용할 수 있다.
도 18의 (A)에 도시된 층(562)으로서는, 예를 들어 실리콘 기판을 사용할 수 있다. 상기 실리콘 기판은 Si 트랜지스터 등을 갖는다. 예를 들어 셀(12)이 갖는 트랜지스터 및 연산 회로(17)가 갖는 트랜지스터를 층(562)에 제공할 수 있다. 또한, 예를 들어 로 드라이버 회로(13)가 갖는 트랜지스터, 데이터 생성 회로(14)가 갖는 트랜지스터, 판독 회로(16)가 갖는 트랜지스터, 및 트랜지스터(27)를 층(562)에 제공할 수 있다.
또한, 촬상 장치(10)는 도 18의 (B)에 나타낸 바와 같이 층(561), 층(563), 및 층(562)의 적층 구조를 가져도 좋다.
층(563)은, OS 트랜지스터를 가질 수 있다. 이때, 층(562)은 Si 트랜지스터를 가져도 좋다. 예를 들어 셀(12)이 갖는 트랜지스터 및 트랜지스터(27)를 층(563)에 제공하고, 연산 회로(17)가 갖는 트랜지스터를 층(562)에 제공할 수 있다. 또한, 예를 들어 로 드라이버 회로(13)가 갖는 트랜지스터, 데이터 생성 회로(14)가 갖는 트랜지스터, 및 판독 회로(16)가 갖는 트랜지스터를 층(562)에 제공할 수 있다.
도 18의 (B)에 나타낸 구성으로 함으로써, 예를 들어 층(563)에 제공되는 셀(12)과, 층(562)에 제공되는 연산 회로(17)는 중첩되는 영역을 갖도록 제공할 수 있다. 이로써, 촬상 장치(10)의 점유 면적을 작게 하여, 촬상 장치(10)를 소형화할 수 있다. 또한, 도 18의 (B)의 구성에서, 층(562)을 지지 기판으로 하고, 층(561) 및 층(563)에 셀(12) 및 이 이외의 회로를 제공하여도 좋다.
OS 트랜지스터에 사용하는 반도체 재료로서는 에너지 갭이 2eV 이상, 바람직하게는 2.5eV 이상, 더 바람직하게는 3eV 이상인 금속 산화물을 사용할 수 있다. 대표적으로는 인듐을 포함하는 산화물 반도체 등이 있고, 예를 들어 후술하는 CAAC-OS(C-Axis Aligned Crystalline Oxide Semiconductor) 또는 CAC-OS(Cloud-Aligned Composite Oxide Semiconductor) 등을 사용할 수 있다. CAAC-OS는 결정을 구성하는 원자가 안정적이고, 신뢰성을 중시하는 트랜지스터 등에 적합하다. 또한, CAC-OS는 고이동도 특성을 나타내기 때문에, 고속 구동을 수행하는 트랜지스터 등에 적합하다.
OS 트랜지스터는 반도체층의 에너지 갭이 크기 때문에, 수yA/μm(채널 폭 1μm당 전류값)라는 매우 낮은 오프 전류 특성을 나타낸다. 또한, OS 트랜지스터는 임팩트 이온화, 애벌란시 항복, 및 단채널 효과 등이 일어나지 않는다는 등, Si 트랜지스터와는 상이한 특징을 갖고, 내압이 높고 신뢰성이 높은 회로를 형성할 수 있다. 또한, Si 트랜지스터에서 문제가 되는 결정성의 불균일로 인한 전기 특성의 편차도 OS 트랜지스터에서는 일어나기 어렵다.
OS 트랜지스터가 갖는 반도체층은 예를 들어 인듐, 아연, 및 M(알루미늄, 타이타늄, 갈륨, 저마늄, 이트륨, 지르코늄, 란타넘, 세륨, 주석, 네오디뮴, 및 하프늄 등의 금속)을 포함하는 In-M-Zn계 산화물로 표기되는 막으로 할 수 있다.
반도체층을 구성하는 산화물 반도체가 In-M-Zn계 산화물인 경우, In-M-Zn 산화물을 성막하기 위하여 사용되는 스퍼터링 타깃의 금속 원소의 원자수비는 In≥M, Zn≥M을 만족시키는 것이 바람직하다. 이러한 스퍼터링 타깃의 금속 원소의 원자수비로서는, In:M:Zn=1:1:1, In:M:Zn=1:1:1.2, In:M:Zn=3:1:2, In:M:Zn=4:2:3, In:M:Zn=4:2:4.1, In:M:Zn=5:1:6, In:M:Zn=5:1:7, In:M:Zn=5:1:8 등이 바람직하다. 또한, 성막되는 반도체층의 원자수비는 각각 상기 스퍼터링 타깃에 포함되는 금속 원소의 원자수비의 ±40%의 변동을 포함한다.
반도체층으로서는 캐리어 밀도가 낮은 산화물 반도체를 사용한다. 예를 들어 반도체층은 캐리어 밀도가 1×1017/cm3 이하, 바람직하게는 1×1015/cm3 이하, 더 바람직하게는 1×1013/cm3 이하, 더 바람직하게는 1×1011/cm3 이하, 더 바람직하게는 1×1010/cm3 미만이고, 1×10-9/cm3 이상인 산화물 반도체를 사용할 수 있다. 이러한 산화물 반도체를 고순도 진성 또는 실질적으로 고순도 진성인 산화물 반도체라고 부른다. 상기 산화물 반도체는 결함 준위 밀도가 낮고, 안정적인 특성을 갖는 산화물 반도체라고 할 수 있다.
또한, 이들에 한정되지 않고, 필요로 하는 트랜지스터의 반도체 특성 및 전기 특성(전계 효과 이동도, 문턱 전압 등)에 따라 적절한 조성을 갖는 것을 사용하면 좋다. 또한, 필요로 하는 트랜지스터의 반도체 특성을 얻기 위하여, 반도체층의 캐리어 밀도, 불순물 농도, 결함 밀도, 금속 원소와 산소의 원자수비, 원자간 거리, 또는 밀도 등을 적절한 것으로 하는 것이 바람직하다.
반도체층을 구성하는 산화물 반도체에 14족 원소의 하나인 실리콘 또는 탄소가 포함되면, 산소 결손이 증가되어 n형화된다. 그러므로, 반도체층에서의 실리콘 또는 탄소의 농도(이차 이온 질량 분석법에 의하여 얻어지는 농도)를 2×1018atoms/cm3 이하, 바람직하게는 2×1017atoms/cm3 이하로 한다.
또한, 알칼리 금속 및 알칼리 토금속은 산화물 반도체와 결합되면, 캐리어를 생성하는 경우가 있어, 트랜지스터의 오프 전류가 증대되는 경우가 있다. 그러므로, 반도체층에서의 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 농도(이차 이온 질량 분석법에 의하여 얻어지는 농도)를 1×1018atoms/cm3 이하, 바람직하게는 2×1016atoms/cm3 이하로 한다.
또한, 반도체층을 구성하는 산화물 반도체에 질소가 포함되면, 캐리어인 전자가 발생하고 캐리어 밀도가 증가되어 n형화되기 쉽다. 결과적으로, 질소가 포함되는 산화물 반도체를 사용한 트랜지스터는 노멀리 온 특성이 되기 쉽다. 그러므로, 반도체층에서의 질소 농도(이차 이온 질량 분석법에 의하여 얻어지는 농도)를 5×1018atoms/cm3 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한, 반도체층을 구성하는 산화물 반도체에 수소가 포함되면 금속 원자와 결합되는 산소와 반응하여 물이 되기 때문에, 산화물 반도체 내에 산소 결손을 형성하는 경우가 있다. 산화물 반도체 내의 채널 형성 영역에 산소 결손이 포함되면, 트랜지스터는 노멀리 온 특성이 되는 경우가 있다. 또한, 산소 결손에 수소가 들어간 결함은 도너로서 기능하고, 캐리어인 전자가 생성되는 경우가 있다. 또한, 수소의 일부가 금속 원자와 결합되는 산소와 결합되어, 캐리어인 전자를 생성하는 경우가 있다. 따라서, 수소가 많이 포함되는 산화물 반도체를 사용한 트랜지스터는 노멀리 온 특성이 되기 쉽다.
산소 결손에 수소가 들어간 결함은 산화물 반도체의 도너로서 기능할 수 있다. 그러나, 상기 결함을 정량적으로 평가하는 것은 어렵다. 그러므로, 산화물 반도체에서는 도너 농도가 아니라 캐리어 농도로 평가되는 경우가 있다. 따라서, 본 명세서 등에서는 산화물 반도체의 파라미터로서 도너 농도가 아니라 전계가 인가되지 않는 상태를 상정한 캐리어 농도를 사용하는 경우가 있다. 즉, 본 명세서 등에 기재된 '캐리어 농도'는 '도너 농도'라고 환언할 수 있는 경우가 있다.
따라서, 산화물 반도체 내의 수소는 가능한 한 저감되어 있는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 산화물 반도체에서 이차 이온 질량 분석법(SIMS: Secondary Ion Mass Spectrometry)으로 얻어지는 수소 농도를 1×1020atoms/cm3 미만, 바람직하게는 1×1019atoms/cm3 미만, 더 바람직하게는 5×1018atoms/cm3 미만, 더 바람직하게는 1×1018atoms/cm3 미만으로 한다. 수소 등의 불순물이 충분히 저감된 산화물 반도체를 트랜지스터의 채널 형성 영역에 사용함으로써, 안정적인 전기 특성을 부여할 수 있다.
또한, 반도체층은 예를 들어 비단결정 구조이어도 좋다. 비단결정 구조는 예를 들어 c축으로 배향된 결정을 갖는 CAAC-OS, 다결정 구조, 미결정 구조, 또는 비정질 구조를 포함한다. 비단결정 구조에서 비정질 구조는 결함 준위 밀도가 가장 높고, CAAC-OS는 결함 준위 밀도가 가장 낮다.
비정질 구조의 산화물 반도체막은 예를 들어 원자 배열이 무질서하고 결정 성분을 갖지 않는다. 또는, 비정질 구조의 산화물막은 예를 들어 완전한 비정질 구조이고 결정부를 갖지 않는다.
또한, 반도체층이 비정질 구조의 영역, 미결정 구조의 영역, 다결정 구조의 영역, CAAC-OS의 영역, 단결정 구조의 영역 중 2종류 이상을 갖는 혼합막이어도 좋다. 혼합막은 예를 들어 상술한 영역 중 어느 2종류 이상의 영역을 포함하는 단층 구조 또는 적층 구조를 갖는 경우가 있다.
도 19의 (A)는, 도 18의 (A)에 도시된 촬상 장치(10)의 단면의 일례를 설명하는 도면이다. 층(561)은 광전 변환 소자(21)로서 실리콘을 광전 변환층으로 하는 pn 접합형 포토다이오드를 갖는다. 층(562)은 Si 트랜지스터를 갖고, 도 19의 (A)에서는, 셀(12)이 갖는 트랜지스터 중 트랜지스터(22) 및 트랜지스터(23)를 예시한다.
광전 변환 소자(21)에서, 층(565a)을 p+형 영역으로, 층(565b)을 n형 영역으로, 층(565c)을 n+형 영역으로 할 수 있다. 또한, 층(565b)에는 전원선과 층(565c)을 접속하기 위한 영역(536)이 제공된다. 예를 들어 영역(536)은 p+형 영역으로 할 수 있다.
도 20의 (A)는 도 19의 (A)에 일점쇄선 A1-A2로 나타낸 부분의 단면도이고, 트랜지스터(22) 등의 채널 폭 방향의 단면을 도시한 것이다. 도 20의 (A)에 도시된 바와 같이, Si 트랜지스터는 실리콘 기판(540)에 채널 형성 영역을 갖는 핀형으로 할 수 있다. 또한, Si 트랜지스터는 핀형이 아니라 도 20의 (B)에 도시된 바와 같이 플레이너형이어도 좋다.
또는, 도 20의 (C)에 도시된 바와 같이, 실리콘 박막의 반도체층(545)을 갖는 트랜지스터이어도 좋다. 반도체층(545)은 예를 들어 실리콘 기판(540) 위의 절연층(546) 위에 형성된 단결정 실리콘(SOI: Silicon on Insulator)으로 할 수 있다.
도 19의 (A)에서는 층(561)이 갖는 요소와 층(562)이 갖는 요소의 전기적인 접속을 접합 기술로 얻는 구성예를 도시하였다.
층(561)에는 절연층(542), 도전층(533), 및 도전층(534)이 제공된다. 도전층(533) 및 도전층(534)은 절연층(542)에 매립된 영역을 갖는다. 도전층(533)은 층(565a)과 전기적으로 접속된다. 도전층(534)은, 영역(536)과 전기적으로 접속된다. 또한, 절연층(542), 도전층(533), 및 도전층(534)의 표면은 각각 높이가 일치하도록 평탄화되어 있다.
층(562)에는 절연층(541), 도전층(531), 및 도전층(532)이 제공된다. 도전층(531) 및 도전층(532)은 절연층(541)에 매립된 영역을 갖는다. 도전층(531)은 트랜지스터(22)의 소스 또는 드레인과 전기적으로 접속된다. 도전층(532)은 전원선과 전기적으로 접속된다. 또한, 절연층(541), 도전층(531), 및 도전층(532)의 표면은 각각 높이가 일치하도록 평탄화되어 있다.
여기서, 도전층(531) 및 도전층(533)은 주성분이 동일한 금속 원소인 것이 바람직하다. 또한, 도전층(532) 및 도전층(534)은 주성분이 동일한 금속 원소인 것이 바람직하다. 또한, 절연층(541) 및 절연층(542)은 동일한 성분으로 구성되어 있는 것이 바람직하다.
예를 들어 도전층(531), 도전층(532), 도전층(533), 및 도전층(534)에는 Cu, Al, Sn, Zn, W, Ag, Pt, 또는 Au 등을 사용할 수 있다. 접합의 용이성을 고려하여, Cu, Al, W, 또는 Au을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 절연층(541) 및 절연층(542)에는 산화 실리콘, 산화질화 실리콘, 질화산화 실리콘, 질화 실리콘, 질화 타이타늄 등을 사용할 수 있다.
즉, 도전층(531)과 도전층(533)의 조합 및 도전층(532)과 도전층(534)의 조합 각각에 상술한 동일한 금속 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 절연층(541) 및 절연층(542) 각각에 상술한 동일한 절연 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 구성으로 함으로써, 층(561)과 층(562) 사이의 경계를 접합 위치로 하는 접합을 수행할 수 있다.
상기 접합에 의하여, 도전층(531)과 도전층(533)의 조합 및 도전층(532)과 도전층(534)의 조합 각각의 전기적인 접속을 얻을 수 있다. 또한, 절연층(541)과 절연층(542) 사이의 기계적인 강도를 갖는 접속을 얻을 수 있다.
금속층들의 접합에는, 표면의 산화막 및 불순물의 흡착층 등을 스퍼터링 처리 등에 의하여 제거하고, 청정화 및 활성화된 표면들을 접촉시켜 접합하는 표면 활성화 접합법을 사용할 수 있다. 또는, 온도와 압력을 병용하여 표면들을 접합하는 확산 접합법 등을 사용할 수 있다. 어느 방법에서도 원자 레벨의 결합이 일어나기 때문에, 전기적뿐만 아니라 기계적으로도 우수한 접합을 얻을 수 있다.
또한, 절연층들의 접합에는, 연마 등에 의하여 높은 평탄성을 얻은 후, 산소 플라스마 등으로 친수성 처리를 수행한 표면들을 접촉시켜 임시적으로 접합하고, 열처리에 의한 탈수로 최종적인 접합을 수행하는 친수성 접합법 등을 사용할 수 있다. 친수성 접합법도 원자 레벨의 결합이 일어나기 때문에, 기계적으로 우수한 접합을 얻을 수 있다.
층(561)과 층(562)을 접합하는 경우, 각각의 접합면에는 절연층과 금속층이 혼재하기 때문에, 예를 들어 표면 활성화 접합법 및 친수성 접합법을 조합하여 접합을 수행하면 좋다.
예를 들어 연마 후에 표면을 청정화하고, 금속층의 표면에 산화 방지 처리를 수행한 후에, 친수성 처리를 수행하여 접합하는 방법 등을 사용할 수 있다. 또한, 금속층의 표면을 Au 등의 난(難)산화성 금속으로 하고 친수성 처리를 수행하여도 좋다. 또한, 상술한 방법 이외의 접합 방법을 사용하여도 좋다.
도 19의 (B)는, 도 18의 (A)에 도시된 광전 변환 소자(21)에 셀레늄계 재료를 광전 변환층으로 하는 pn 접합형 포토다이오드를 사용한 경우의 단면도이다. 한쪽 전극으로서 층(566a)을 갖고, 광전 변환층으로서 층(566b) 및 층(566c)을 갖고, 다른 쪽 전극으로서 층(566d)을 갖는다.
이 경우, 층(561)은 층(562) 위에 직접 형성할 수 있다. 층(566a)은 트랜지스터(22)의 소스 또는 드레인과 전기적으로 접속된다. 층(566d)은 도전층(537)을 통하여 전원선과 전기적으로 접속된다. 또한, 광전 변환 소자(21)에 유기 광 도전막을 사용한 경우에도 트랜지스터와의 접속 형태는 마찬가지이다.
도 21의 (A)는, 도 18의 (B)에 도시된 촬상 장치(10)의 단면의 일례를 설명하는 도면이다. 층(561)은 광전 변환 소자(21)로서 실리콘을 광전 변환층으로 하는 pn 접합형 포토다이오드를 갖는다. 층(562)은 Si 트랜지스터를 갖고, 도 21의 (A)에서는, 연산 회로(17)가 갖는 트랜지스터 중 트랜지스터(52) 및 트랜지스터(61)를 예시한다. 여기서, 트랜지스터(61)는 논리 회로(51)가 갖는 트랜지스터로 할 수 있다. 또한, 층(563)은 OS 트랜지스터를 갖고, 셀(12)에 포함되는 트랜지스터(22) 및 트랜지스터(23)를 예시한다. 층(561)과 층(563)은 접합으로 전기적인 접속을 얻는 구성예를 나타내었다.
도 22의 (A)에 OS 트랜지스터의 자세한 구성예를 도시하였다. 도 22의 (A)에 도시된 OS 트랜지스터는, 산화물 반도체층 및 도전층의 적층 위에 절연층을 제공하고, 상기 반도체층에 도달하는 홈을 제공함으로써, 소스 전극(705) 및 드레인 전극(706)을 형성할 수 있는 셀프 얼라인형 구성이다.
OS 트랜지스터는 산화물 반도체층에 형성되는 채널 형성 영역, 소스 영역(703), 및 드레인 영역(704) 이외에, 게이트 전극(701) 및 게이트 절연막(702)을 갖는 구성으로 할 수 있다. 상기 홈에는 적어도 게이트 절연막(702) 및 게이트 전극(701)이 제공된다. 상기 홈에는 산화물 반도체층(707)이 더 제공되어 있어도 좋다.
OS 트랜지스터는 도 22의 (B)에 도시된 바와 같이, 게이트 전극(701)을 마스크로 하고 반도체층에 소스 영역 및 드레인 영역을 형성하는 셀프 얼라인형 구성으로 하여도 좋다.
또는, 도 22의 (C)에 도시된 바와 같이, 소스 전극(705) 또는 드레인 전극(706)과 게이트 전극(701)이 중첩되는 영역을 갖는 비셀프 얼라인형의 톱 게이트형 트랜지스터이어도 좋다.
트랜지스터(22) 및 트랜지스터(23)는 백 게이트(535)를 갖는다. 도 22의 (D)는 도 22의 (A)에 일점쇄선 B1-B2로 나타낸 부분의 단면도이고, 트랜지스터(22) 등의 채널 폭 방향의 단면을 도시한 것이다. 백 게이트(535)는, 도 22의 (D)에 도시된 바와 같이, 대향하여 제공되는 트랜지스터의 프런트 게이트와 전기적으로 접속되어도 좋다. 또한, 도 22의 (D)는 도 22의 (A)의 트랜지스터를 예로 들어 도시한 것이지만, 이 이외의 구조의 트랜지스터도 마찬가지이다. 또한, 백 게이트(535)에 프런트 게이트와는 상이한 고정 전위를 공급할 수 있는 구성이어도 좋다. 또한, 트랜지스터(22) 및 트랜지스터(23)는 백 게이트(535)를 갖지 않는 구조이어도 좋다.
OS 트랜지스터가 형성되는 영역과 Si 트랜지스터가 형성되는 영역 사이에는, 수소의 확산을 방지하는 기능을 갖는 절연층(543)이 제공된다. 트랜지스터(52) 및 트랜지스터(61)의 채널 형성 영역 근방에 제공되는 절연층 내의 수소는 실리콘의 댕글링 본드를 종단한다. 한편으로, 트랜지스터(22) 및 트랜지스터(23)의 채널 형성 영역의 근방에 제공되는 절연층 내의 수소는 산화물 반도체층 내에 캐리어를 생성하는 요인 중 하나가 된다.
절연층(543)에 의하여 한쪽 층에 수소를 가둠으로써 트랜지스터(52) 및 트랜지스터(61)의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 한쪽의 층으로부터 다른 쪽의 층에 대한 수소의 확산이 억제됨으로써, 트랜지스터(22) 및 트랜지스터(23)의 신뢰성도 향상시킬 수 있다.
절연층(543)으로서는, 예를 들어 산화 알루미늄, 산화질화 알루미늄, 산화 갈륨, 산화질화 갈륨, 산화 이트륨, 산화질화 이트륨, 산화 하프늄, 산화질화 하프늄, 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ) 등을 사용할 수 있다.
도 21의 (B)는, 광전 변환 소자(21)에 셀레늄계 재료를 광전 변환층으로 하는 pn 접합형 포토다이오드를 사용한 경우의 촬상 장치(10)의 단면도이다. 광전 변환 소자(21)가 제공되는 층(561)은 층(563) 위에 직접 형성할 수 있다. 층(561), 층(562), 및 층(563)의 자세한 내용에 대해서는 상술한 설명을 참조할 수 있다. 또한, 광전 변환 소자(21)에 유기 광 도전막을 사용한 경우에도 트랜지스터와의 접속 형태는 마찬가지이다.
도 23의 (A)는 촬상 장치(10)가 갖는 착색층(컬러 필터) 등의 구성예를 도시한 사시도이다. 광전 변환 소자(21)가 형성되는 층(561) 위에는 절연층(580)이 형성된다. 절연층(580)에는 가시광에 대하여 투광성이 높은 산화 실리콘막 등을 사용할 수 있다. 또한, 패시베이션막으로서 질화 실리콘막을 적층시켜도 좋다. 또한, 반사 방지막으로서, 산화 하프늄 등의 유전체막을 적층시켜도 좋다.
절연층(580) 위에는 차광층(581)이 형성되어도 좋다. 차광층(581)은 상부의 착색층을 통과하는 광의 혼색을 방지하는 기능을 갖는다. 차광층(581)에는 알루미늄, 텅스텐 등의 금속층을 사용할 수 있다. 또한, 상기 금속층과 반사 방지막으로서의 기능을 갖는 유전체막을 적층시켜도 좋다.
절연층(580) 및 차광층(581) 위에는 평탄화막으로서 절연층(582)을 제공할 수 있다. 또한, 착색층(583)(착색층(583a), 착색층(583b), 및 착색층(583c))이 형성된다. 예를 들어 착색층(583a), 착색층(583b), 및 착색층(583c)에 R(적색), G(녹색), B(청색), Y(황색), C(시안), M(마젠타) 등의 색을 할당함으로써, 컬러 화상을 얻을 수 있다.
착색층(583) 위에는 가시광에 대하여 투광성을 갖는 절연층(586) 등을 제공할 수 있다.
또한, 도 23의 (B)에 도시된 바와 같이, 착색층(583) 대신에 광학 변환층(585)을 사용하여도 좋다. 이러한 구성으로 함으로써, 다양한 파장 영역에서의 화상을 얻을 수 있는 촬상 장치로 할 수 있다.
예를 들어 광학 변환층(585)에 가시광선의 파장 이하의 광을 차단하는 필터를 사용하면, 적외선 촬상 장치로 할 수 있다. 또한, 광학 변환층(585)에 근적외선의 파장 이하의 광을 차단하는 필터를 사용하면, 원적외선 촬상 장치로 할 수 있다. 또한, 광학 변환층(585)에 가시광선의 파장 이상의 광을 차단하는 필터를 사용하면, 자외선 촬상 장치로 할 수 있다.
또한, 광학 변환층(585)에 신틸레이터를 사용하면, 촬상 장치(10)를 X선 촬상 장치 등에 사용하는 방사선의 강약을 가시화한 화상을 얻는 촬상 장치로 할 수 있다. 피사체를 투과한 X선 등의 방사선이 신틸레이터에 입사하면, 포토루미네선스 현상에 의하여 가시광선 또는 자외광선 등의 광(형광)으로 변환된다. 그리고, 상기 광을 광전 변환 소자(21)에 의하여 검지함으로써 촬상 데이터를 취득한다. 또한, 방사선 검출기 등에 상기 구성의 촬상 장치를 사용하여도 좋다.
신틸레이터는 X선 또는 감마선 등의 방사선이 조사되면, 그 에너지를 흡수하여 가시광 또는 자외광을 발하는 물질을 포함한다. 상기 물질로서, 예를 들어 Gd2O2S:Tb, Gd2O2S:Pr, Gd2O2S:Eu, BaFCl: Eu, NaI, CsI, CaF2, BaF2, CeF3, LiF, LiI, ZnO 등을 수지 또는 세라믹에 분산시킨 것을 사용할 수 있다.
또한, 셀레늄계 재료를 사용한 광전 변환 소자(21)에서는 X선 등의 방사선을 전하로 직접 변환할 수 있기 때문에, 신틸레이터가 불필요한 구성으로 할 수도 있다.
또한, 도 23의 (C)에 도시된 바와 같이, 착색층(583)과 중첩되는 영역을 갖도록 절연층(586) 위에 마이크로 렌즈 어레이(584)를 제공하여도 좋다. 마이크로 렌즈 어레이(584)가 갖는 각각의 렌즈를 통과하는 광이 직하의 착색층(583)을 통과하고, 광전 변환 소자(21)에 조사된다. 또한, 도 23의 (B)에 도시된 광학 변환층(585)과 중첩되는 영역을 갖도록 마이크로 렌즈 어레이(584)를 제공하여도 좋다.
<촬상 장치의 구성예_4>
도 24의 (A)는 촬상 장치(10)의 일례를 설명하는 도면이고, 도 19의 (A)에 도시된 촬상 장치(10)에 층(564)을 제공한 구성예를 도시한 것이다. 층(564)은 층(561) 위에 제공된다. 층(564)은 절연층(580)과, 차광층(581)과, 절연층(582)과, 절연층(586)과, 착색층(587)을 갖는다.
층(561) 위에는 절연층(580)이 형성되고, 절연층(580) 위에는 차광층(581) 및 절연층(582)이 형성된다. 절연층(582) 위에는 절연층(586)이 형성되고, 절연층(586) 위에는 착색층(587)이 형성된다.
착색층(587)은 마이크로 렌즈의 기능을 겸할 수 있다. 따라서, 착색층(587) 이외에 마이크로 렌즈를 별도로 형성할 필요가 없고, 간단한 방법으로 촬상 장치(10)를 제작할 수 있다. 또한, 굴절률이 상이한 물질의 계면에 광이 조사되면, 조사된 광의 일부가 반사한다. 예를 들어 마이크로 렌즈와, 상기 마이크로 렌즈의 바닥 부분과 접촉하도록 제공되는 절연층 등의 층의 계면에 광이 조사되면, 상기 광의 일부가 반사한다. 따라서, 착색층 이외에 마이크로 렌즈를 별도로 형성하지 않으면, 촬상 장치(10)에 조사된 광이 광전 변환 소자(21)에 의하여 수광될 때까지 감쇠하는 것을 억제할 수 있다. 이로써, 촬상 장치(10)에 의한 광의 검출 감도를 높일 수 있다.
도 24의 (B), 도 25의 (A) 및 (B)는 촬상 장치(10)의 일례를 설명하는 도면이다. 도 24의 (B)는 도 19의 (B)에 도시된 촬상 장치(10)에 층(564)을 제공한 구성예이고, 도 25의 (A)는 도 21의 (A)에 도시된 촬상 장치(10)에 층(564)을 제공한 구성예이고, 도 25의 (B)는 도 21의 (B)에 도시된 촬상 장치(10)에 층(564)을 제공한 구성예이다. 도 24의 (B), 도 25의 (A) 및 (B)에 도시된 촬상 장치(10)가 갖는 층(564)의 구성은 도 24의 (A)에 도시된 촬상 장치(10)가 갖는 층(564)의 구성과 동일한 것으로 할 수 있다.
도 26의 (A)는 촬상 장치(10)의 일례를 설명하는 도면이고, 도 24의 (A)에 도시된 촬상 장치(10)의 변형예이다. 도 26의 (A)에 도시된 촬상 장치(10)는 층(564)의 구성이 도 24의 (A)에 도시된 촬상 장치(10)와 상이하다. 도 26의 (A)에 도시된 촬상 장치(10)에 제공되는 층(564)은 절연층(580)과, 차광층(581)과, 착색층(587)과, 절연층(588)을 갖는다.
층(561) 위에는 절연층(580)이 형성되고, 절연층(580) 위에는 차광층(581) 및 착색층(587)이 형성된다. 상술한 바와 같이, 착색층(587)은 마이크로 렌즈로서의 기능을 겸할 수 있다. 그리고, 착색층(587) 위에 절연층(588)이 형성된다. 절연층(588)은 평탄화막으로 할 수 있다. 절연층(588)은 예를 들어 가시광에 대하여 투광성을 갖는 막으로 한다.
도 26의 (B), 도 27의 (A) 및 (B)는 촬상 장치(10)의 일례를 설명하는 도면이고, 각각 도 24의 (B), 도 25의 (A) 및 (B)에 도시된 촬상 장치(10)의 변형예이다. 도 26의 (B), 도 27의 (A) 및 (B)에 도시된 촬상 장치(10)의 층(564)을 도 26의 (A)에 도시된 층(564)과 같은 구성으로 하였다.
도 28의 (A)는 도 24의 (A) 및 (B), 도 25의 (A) 및 (B)에 도시된 층(564)의 구성예를 도시한 사시도이다. 도 28의 (B)는 도 26의 (A) 및 (B), 도 27의 (A) 및 (B)에 도시된 층(564)의 구성예를 도시한 사시도이다. 도 28의 (A) 및 (B)에 도시된 바와 같이, 착색층(587)(착색층(587a), 착색층(587b), 및 착색층(587c))이 형성된다. 예를 들어 착색층(587a), 착색층(587b), 및 착색층(587c)에 R(적색), G(녹색), B(청색), Y(황색), C(시안), M(마젠타) 등의 색을 할당함으로써, 컬러 화상을 얻을 수 있다.
본 실시형태는 다른 실시형태와 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는, 앞의 실시형태에서 설명한 OS 트랜지스터에 사용할 수 있는 금속 산화물(이하, 산화물 반도체라고도 함)에 대하여 설명한다.
<결정 구조의 분류>
우선, 산화물 반도체에서의 결정 구조의 분류에 대하여, 도 29의 (A)를 사용하여 설명한다. 도 29의 (A)는 산화물 반도체, 대표적으로는 IGZO(In과 Ga과 Zn을 포함하는 금속 산화물)의 결정 구조의 분류를 설명하는 도면이다.
도 29의 (A)에 나타낸 바와 같이, 산화물 반도체는 'Amorphous(무정형) '와 'Crystalline(결정성)'과, 'Crystal(결정)'로 크게 분류된다. 또한, 'Amorphous'의 범주에는 completely amorphous가 포함된다. 또한, 'Crystalline'의 범주에는 CAAC, nc(nanocrystalline), 및 CAC가 포함된다. 또한, 'Crystalline'의 분류에서 single crystal, poly crystal, 및 completely amorphous는 제외된다. 또한, 'Crystal'의 범주에는 single crystal 및 poly crystal이 포함된다.
또한, 도 29의 (A)에 나타낸 굵은 테두리 내의 구조는 'Amorphous(무정형)'와 'Crystal(결정)'의 중간 상태이고, 새로운 경계 영역(New crystalline phase)에 속하는 구조이다. 즉, 상기 구조는 에너지적으로 불안정한 'Amorphous(무정형)', 및 'Crystal(결정)'과는 전혀 다른 구조라고 할 수 있다.
또한, 막 또는 기판의 결정 구조는 X선 회절(XRD: X-Ray Diffraction) 스펙트럼을 사용하여 평가할 수 있다. 여기서, 'Crystalline'으로 분류되는 CAAC-IGZO막을 GIXD(Grazing-Incidence XRD) 측정하여 얻어지는 XRD 스펙트럼을 도 29의 (B)에 나타내었다. 또한, GIXD법은 박막법 또는 Seemann-Bohlin법이라고도 한다. 이하에서는, 도 29의 (B)에 나타낸 GIXD 측정에 의하여 얻어지는 XRD 스펙트럼을 단순히 XRD 스펙트럼이라고 나타낸다. 또한, 도 29의 (B)에 나타낸 CAAC-IGZO막의 조성은 In:Ga:Zn=4:2:3[원자수비] 근방이다. 또한, 도 29의 (B)에 나타낸 CAAC-IGZO막의 두께는 500nm이다.
도 29의 (B)에 나타낸 바와 같이, CAAC-IGZO막의 XRD 스펙트럼에서는 명확한 결정성을 나타내는 피크가 검출된다. 구체적으로는, CAAC-IGZO막의 XRD 스펙트럼에서는 2θ=31° 근방에 c축 배향을 나타내는 피크가 검출된다. 또한, 도 29의 (B)에 나타낸 바와 같이, 2θ=31° 근방의 피크는, 피크 강도(intensity)가 검출된 각도를 축으로 좌우 비대칭이다.
또한, 막 또는 기판의 결정 구조는, 극미 전자선 회절법(NBED: Nano Beam Electron Diffraction)에 의하여 관찰되는 회절 패턴(극미 전자선 회절 패턴이라고도 함)으로 평가할 수 있다. CAAC-IGZO막의 회절 패턴을 도 29의 (C)에 나타내었다. 도 29의 (C)는 기판에 대하여 전자선을 평행하게 입사하는 NBED에 의하여 관찰되는 회절 패턴을 나타낸 것이다. 또한, 도 29의 (C)에 나타낸 CAAC-IGZO막의 조성은 In:Ga:Zn=4:2:3[원자수비] 근방이다. 또한, 극미 전자선 회절법에서는 프로브 직경을 1nm로 하여 전자선 회절이 수행된다.
도 29의 (C)에 나타낸 바와 같이, CAAC-IGZO막의 회절 패턴에서는 c축 배향을 나타내는 복수의 스폿이 관찰된다.
<<산화물 반도체의 구조>>
또한, 산화물 반도체는 결정 구조에 착안한 경우, 도 29의 (A)와는 다른 식으로 분류되는 경우가 있다. 예를 들어 산화물 반도체는 단결정 산화물 반도체와, 그 이외의 비단결정 산화물 반도체로 분류된다. 비단결정 산화물 반도체로서는, 예를 들어 상술한 CAAC-OS 및 nc-OS가 있다. 또한, 비단결정 산화물 반도체에는 다결정 산화물 반도체, a-like OS(amorphous-like oxide semiconductor), 비정질 산화물 반도체 등이 포함된다.
여기서, 상술한 CAAC-OS, nc-OS, 및 a-like OS에 대하여 자세히 설명한다.
[CAAC-OS]
CAAC-OS는 복수의 결정 영역을 갖고, 상기 복수의 결정 영역은 c축이 특정 방향으로 배향되는 산화물 반도체이다. 또한, 특정 방향이란, CAAC-OS막의 두께 방향, CAAC-OS막의 피형성면의 법선 방향, 또는 CAAC-OS막의 표면의 법선 방향을 말한다. 또한, 결정 영역이란, 원자 배열에 주기성을 갖는 영역을 말한다. 또한, 원자 배열을 격자 배열로 간주하면, 결정 영역은 격자 배열이 정렬된 영역이기도 하다. 또한, CAAC-OS는 a-b면 방향에서 복수의 결정 영역이 연결되는 영역을 갖고, 상기 영역은 변형을 갖는 경우가 있다. 또한, 변형이란, 복수의 결정 영역이 연결되는 영역에서, 격자 배열이 정렬된 영역과, 격자 배열이 정렬된 다른 영역 사이에서 격자 배열의 방향이 변화되는 부분을 가리킨다. 즉, CAAC-OS는 c축 배향을 갖고, a-b면 방향으로는 명확한 배향을 갖지 않는 산화물 반도체이다.
또한, 상기 복수의 결정 영역의 각각은, 하나 또는 복수의 미소한 결정(최대 직경이 10nm 미만인 결정)으로 구성된다. 결정 영역이 하나의 미소한 결정으로 구성되어 있는 경우, 상기 결정 영역의 최대 직경은 10nm 미만이 된다. 또한, 결정 영역이 다수의 미소한 결정으로 구성되어 있는 경우, 상기 결정 영역의 크기는 수십nm 정도가 되는 경우가 있다.
또한, In-M-Zn 산화물(원소 M은 알루미늄, 갈륨, 이트륨, 주석, 타이타늄 등 중에서 선택된 1종류 또는 복수 종류)에서, CAAC-OS는 인듐(In) 및 산소를 갖는 층(이하, In층)과, 원소 M, 아연(Zn), 및 산소를 갖는 층(이하, (M,Zn)층)이 적층된 층상의 결정 구조(층상 구조라고도 함)를 갖는 경향이 있다. 또한, 인듐과 원소 M은 서로 치환될 수 있다. 따라서, (M,Zn)층에는 인듐이 포함되는 경우가 있다. 또한, In층에는 원소 M이 포함되는 경우가 있다. 또한, In층에는 Zn이 포함되는 경우도 있다. 상기 층상 구조는 예를 들어 고분해능 TEM 이미지에서, 격자상(格子像)으로 관찰된다.
예를 들어 XRD 장치를 사용하여 CAAC-OS막의 구조 해석을 수행할 때, θ/2θ 스캔을 사용한 Out-of-plane XRD 측정에서는, c축 배향을 나타내는 피크가 2θ=31° 또는 그 근방에서 검출된다. 또한, c축 배향을 나타내는 피크의 위치(2θ의 값)는 CAAC-OS를 구성하는 금속 원소의 종류, 조성 등에 따라 변동되는 경우가 있다.
또한, 예를 들어 CAAC-OS막의 전자선 회절 패턴에서, 복수의 휘점(스폿)이 관측된다. 또한, 어떤 스폿과 다른 스폿은 시료를 투과한 입사 전자선의 스폿(다이렉트 스폿이라고도 함)을 대칭 중심으로 하여 점대칭의 위치에서 관측된다.
상기 특정 방향에서 결정 영역을 관찰한 경우, 상기 결정 영역 내의 격자 배열은 기본적으로 육방 격자이지만, 단위 격자는 정육각형에 한정되지 않고, 비정육각형인 경우가 있다. 또한, 오각형, 칠각형 등의 격자 배열이 상기 변형에 포함되는 경우가 있다. 또한, CAAC-OS에서 변형 근방에서도 명확한 결정립계(그레인 바운더리)를 확인할 수는 없다. 즉, 격자 배열의 변형에 의하여 결정립계의 형성이 억제되는 것을 알 수 있다. 이는, CAAC-OS가 a-b면 방향에서 산소 원자의 배열이 조밀하지 않거나, 금속 원자가 치환됨으로써, 원자 간의 결합 거리가 변화되는 것 등에 의하여 변형을 허용할 수 있기 때문이라고 생각된다.
또한, 명확한 결정립계가 확인되는 결정 구조는 소위 다결정(polycrystal)이다. 결정립계는 재결합 중심이 되고, 캐리어가 포획되어 트랜지스터의 온 전류의 저하, 전계 효과 이동도의 저하 등을 일으킬 가능성이 높다. 따라서, 명확한 결정립계가 확인되지 않는 CAAC-OS는 트랜지스터의 반도체층에 적합한 결정 구조를 갖는 결정성의 산화물 중 하나이다. 또한, CAAC-OS를 구성하기 위해서는, Zn을 갖는 구성이 바람직하다. 예를 들어 In-Zn 산화물 및 In-Ga-Zn 산화물은 In 산화물보다 결정립계의 발생을 억제할 수 있기 때문에 적합하다.
CAAC-OS는 결정성이 높고, 명확한 결정립계가 확인되지 않는 산화물 반도체이다. 따라서, CAAC-OS는 결정립계에 기인하는 전자 이동도의 저하가 일어나기 어렵다고 할 수 있다. 또한, 산화물 반도체의 결정성은 불순물의 혼입, 또는 결함의 생성 등으로 인하여 저하되는 경우가 있기 때문에, CAAC-OS는 불순물 및 결함(산소 결손 등)이 적은 산화물 반도체라고 할 수도 있다. 따라서, CAAC-OS를 갖는 산화물 반도체는 물리적 성질이 안정된다. 그러므로, CAAC-OS를 갖는 산화물 반도체는 열에 강하고 신뢰성이 높다. 또한, CAAC-OS는 제조 공정에서의 높은 온도(소위 thermal budget)에 대해서도 안정적이다. 따라서, OS 트랜지스터에 CAAC-OS를 사용하면, 제조 공정의 자유도를 높일 수 있다.
[nc-OS]
nc-OS는 미소한 영역(예를 들어 1nm 이상 10nm 이하의 영역, 특히 1nm 이상 3nm 이하의 영역)에서 원자 배열에 주기성을 갖는다. 환언하면, nc-OS는 미소한 결정을 갖는다. 또한, 상기 미소한 결정은 크기가 예를 들어 1nm 이상 10nm 이하, 특히 1nm 이상 3nm 이하이기 때문에 나노 결정이라고도 한다. 또한, nc-OS에서는 상이한 나노 결정 사이에서 결정 방위에 규칙성이 보이지 않는다. 그러므로, 막 전체에서 배향성이 보이지 않는다. 따라서, nc-OS는 분석 방법에 따라서는 a-like OS 또는 비정질 산화물 반도체와 구별할 수 없는 경우가 있다. 예를 들어 XRD 장치를 사용하여 nc-OS막의 구조 해석을 수행할 때, θ/2θ 스캔을 사용한 Out-of-plane XRD 측정에서는, 결정성을 나타내는 피크가 검출되지 않는다. 또한, nc-OS막에 대하여 나노 결정보다 큰 프로브 직경(예를 들어 50nm 이상)의 전자선을 사용하는 전자선 회절(제한 시야 전자선 회절이라고도 함)을 수행하면, 헤일로 패턴과 같은 회절 패턴이 관측된다. 한편으로, nc-OS막에 대하여 나노 결정의 크기와 가깝거나 나노 결정보다 작은 프로브 직경(예를 들어 1nm 이상 30nm 이하)의 전자선을 사용하는 전자선 회절(나노빔 전자선 회절이라고도 함)을 수행하면, 다이렉트 스폿을 중심으로 하는 링 형상의 영역 내에 복수의 스폿이 관측되는 전자선 회절 패턴이 취득되는 경우가 있다.
[a-like OS]
a-like OS는 nc-OS와 비정질 산화물 반도체의 중간의 구조를 갖는 산화물 반도체이다. a-like OS는 공동(void) 또는 저밀도 영역을 갖는다. 즉, a-like OS는 nc-OS 및 CAAC-OS와 비교하여 결정성이 낮다. 또한, a-like OS는 nc-OS 및 CAAC-OS와 비교하여 막 내의 수소 농도가 높다.
<<산화물 반도체의 구성>>
다음으로, 상술한 CAC-OS에 대하여 자세히 설명한다. 또한, CAC-OS는 재료 구성에 관한 것이다.
[CAC-OS]
CAC-OS란, 예를 들어 금속 산화물을 구성하는 원소가 0.5nm 이상 10nm 이하, 바람직하게는 1nm 이상 3nm 이하, 또는 그 근방의 크기로 편재된 재료의 한 구성이다. 또한, 이하에서는 금속 산화물에서 하나 또는 복수의 금속 원소가 편재되고, 상기 금속 원소를 갖는 영역이 0.5nm 이상 10nm 이하, 바람직하게는 1nm 이상 3nm 이하, 또는 그 근방의 크기로 혼합된 상태를 모자이크 패턴 또는 패치 패턴이라고도 한다.
또한, CAC-OS란, 재료가 제 1 영역과 제 2 영역으로 분리하여 모자이크 패턴을 형성하고, 상기 제 1 영역이 막 내에 분포된 구성(이하, 클라우드상이라고도 함)이다. 즉, CAC-OS는 상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역이 혼합된 구성을 갖는 복합 금속 산화물이다.
여기서, In-Ga-Zn 산화물에서의 CAC-OS를 구성하는 금속 원소에 대한 In, Ga, 및 Zn의 원자수비를 각각 [In], [Ga], 및 [Zn]이라고 표기한다. 예를 들어 In-Ga-Zn 산화물에서의 CAC-OS에서, 제 1 영역은 [In]이 CAC-OS막의 조성에서의 [In]보다 큰 영역이다. 또한, 제 2 영역은 [Ga]이 CAC-OS막의 조성에서의 [Ga]보다 큰 영역이다. 또는, 예를 들어 제 1 영역은 [In]이 제 2 영역에서의 [In]보다 크고, [Ga]이 제 2 영역에서의 [Ga]보다 작은 영역이다. 또한, 제 2 영역은 [Ga]이 제 1 영역에서의 [Ga]보다 크고, [In]이 제 1 영역에서의 [In]보다 작은 영역이다.
구체적으로는, 상기 제 1 영역은 인듐 산화물, 인듐 아연 산화물 등이 주성분인 영역이다. 또한, 상기 제 2 영역은 갈륨 산화물, 갈륨 아연 산화물 등이 주성분인 영역이다. 즉, 상기 제 1 영역을 In을 주성분으로 하는 영역이라고 환언할 수 있다. 또한, 상기 제 2 영역을 Ga을 주성분으로 하는 영역이라고 환언할 수 있다.
또한, 상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역 사이에서 명확한 경계를 관찰할 수 없는 경우가 있다.
예를 들어 In-Ga-Zn 산화물에서의 CAC-OS에서는, 에너지 분산형 X선 분광법(EDX: Energy Dispersive X-ray spectroscopy)을 사용하여 취득한 EDX 매핑으로부터, In을 주성분으로 하는 영역(제 1 영역)과 Ga을 주성분으로 하는 영역(제 2 영역)이 편재되고 혼합된 구조를 갖는 것을 확인할 수 있다.
CAC-OS를 트랜지스터에 사용하는 경우에는, 제 1 영역에 기인하는 도전성과 제 2 영역에 기인하는 절연성이 상보적으로 작용함으로써, 스위칭 기능(On/Off 기능)을 CAC-OS에 부여할 수 있다. 즉, CAC-OS는 재료의 일부에서는 도전성의 기능을 갖고, 재료의 일부에서는 절연성의 기능을 갖고, 재료의 전체에서는 반도체로서의 기능을 갖는다. 도전성의 기능과 절연성의 기능을 분리함으로써, 양쪽의 기능을 최대한 높일 수 있다. 따라서, CAC-OS를 트랜지스터에 사용함으로써, 높은 온 전류(Ion), 높은 전계 효과 이동도(μ), 및 양호한 스위칭 동작을 실현할 수 있다.
산화물 반도체는 다양한 구조를 가지고, 각각이 상이한 특성을 갖는다. 본 발명의 일 형태의 산화물 반도체에는 비정질 산화물 반도체, 다결정 산화물 반도체, a-like OS, CAC-OS, nc-OS, CAAC-OS 중 2종류 이상이 포함되어도 좋다.
<산화물 반도체를 갖는 트랜지스터>
이어서, 상기 산화물 반도체를 트랜지스터에 사용하는 경우에 대하여 설명한다.
상기 산화물 반도체를 트랜지스터에 사용함으로써, 전계 효과 이동도가 높은 트랜지스터를 실현할 수 있다. 또한, 신뢰성이 높은 트랜지스터를 실현할 수 있다.
트랜지스터에는 캐리어 농도가 낮은 산화물 반도체를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어 산화물 반도체의 캐리어 농도는 1×1017cm-3 이하, 바람직하게는 1×1015cm-3 이하, 더 바람직하게는 1×1013cm-3 이하, 더 바람직하게는 1×1011cm-3 이하, 더 바람직하게는 1×1010cm-3 미만이고, 1×10-9cm-3 이상이다. 또한, 산화물 반도체막의 캐리어 농도를 낮추는 경우에는, 산화물 반도체막 내의 불순물 농도를 낮추고, 결함 준위 밀도를 낮추면 좋다. 본 명세서 등에서, 불순물 농도가 낮고, 결함 준위 밀도가 낮은 것을 고순도 진성 또는 실질적으로 고순도 진성이라고 한다. 또한, 캐리어 농도가 낮은 산화물 반도체를 고순도 진성 또는 실질적으로 고순도 진성인 산화물 반도체라고 부르는 경우가 있다.
또한, 고순도 진성 또는 실질적으로 고순도 진성인 산화물 반도체막은 결함 준위 밀도가 낮기 때문에, 트랩 준위 밀도도 낮아지는 경우가 있다.
또한, 산화물 반도체의 트랩 준위에 포획된 전하는, 소실되는 데 걸리는 시간이 길고, 마치 고정 전하처럼 작용하는 경우가 있다. 그러므로, 트랩 준위 밀도가 높은 산화물 반도체에 채널 형성 영역이 형성되는 트랜지스터는 전기 특성이 불안정해지는 경우가 있다.
따라서, 트랜지스터의 전기 특성을 안정적으로 하기 위해서는, 산화물 반도체 내의 불순물 농도를 저감하는 것이 유효하다. 또한, 산화물 반도체 내의 불순물 농도를 저감하기 위해서는, 근접한 막 내의 불순물 농도도 저감하는 것이 바람직하다. 불순물로서는 수소, 질소, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 철, 니켈, 실리콘 등이 있다.
<불순물>
여기서, 산화물 반도체 내에서의 각 불순물의 영향에 대하여 설명한다.
산화물 반도체에 14족 원소 중 하나인 실리콘 또는 탄소가 포함되면, 산화물 반도체에서 결함 준위가 형성된다. 그러므로, 산화물 반도체에서의 실리콘 또는 탄소의 농도와 산화물 반도체와의 계면 근방의 실리콘 또는 탄소의 농도(이차 이온 질량 분석법(SIMS: Secondary Ion Mass Spectrometry)에 의하여 얻어지는 농도)를 2×1018atoms/cm3 이하, 바람직하게는 2×1017atoms/cm3 이하로 한다.
또한, 산화물 반도체에 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속이 포함되면, 결함 준위를 형성하고 캐리어를 생성하는 경우가 있다. 따라서, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속이 포함되는 산화물 반도체를 사용한 트랜지스터는 노멀리 온 특성을 갖기 쉽다. 그러므로, SIMS에 의하여 얻어지는 산화물 반도체 내의 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 농도를 1×1018atoms/cm3 이하, 바람직하게는 2×1016atoms/cm3 이하로 한다.
또한, 산화물 반도체에 질소가 포함되면, 캐리어인 전자가 발생하고 캐리어 농도가 증가되어 n형화되기 쉽다. 그러므로, 질소가 포함되는 산화물 반도체를 반도체에 사용한 트랜지스터는 노멀리 온 특성을 갖기 쉽다. 또는, 산화물 반도체에 질소가 포함되면, 트랩 준위가 형성되는 경우가 있다. 이 결과, 트랜지스터의 전기 특성이 불안정해지는 경우가 있다. 그러므로, SIMS에 의하여 얻어지는 산화물 반도체 내의 질소 농도를 5×1019atoms/cm3 미만, 바람직하게는 5×1018atoms/cm3 이하, 더 바람직하게는 1×1018atoms/cm3 이하, 더욱 바람직하게는 5×1017atoms/cm3 이하로 한다.
또한, 산화물 반도체에 포함되는 수소는 금속 원자와 결합하는 산소와 반응하여 물이 되기 때문에, 산소 결손을 형성하는 경우가 있다. 상기 산소 결손에 수소가 들어감으로써, 캐리어인 전자가 생성되는 경우가 있다. 또한, 수소의 일부가 금속 원자와 결합하는 산소와 결합하여, 캐리어인 전자를 생성하는 경우가 있다. 따라서, 수소가 포함되는 산화물 반도체를 사용한 트랜지스터는 노멀리 온 특성을 갖기 쉽다. 그러므로, 산화물 반도체 내의 수소는 가능한 한 저감되어 있는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 산화물 반도체에서 SIMS에 의하여 얻어지는 수소 농도를 1×1020atoms/cm3 미만, 바람직하게는 1×1019atoms/cm3 미만, 더 바람직하게는 5×1018atoms/cm3 미만, 더욱 바람직하게는 1×1018atoms/cm3 미만으로 한다.
불순물이 충분히 저감된 산화물 반도체를 트랜지스터의 채널 형성 영역에 사용함으로써, 안정적인 전기 특성을 부여할 수 있다.
본 실시형태는 다른 실시형태의 기재와 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는, 이미지 센서 칩이 제공된 패키지 및 카메라 모듈의 일례에 대하여 설명한다. 상기 이미지 센서 칩에는 상기 촬상 장치의 구성을 사용할 수 있다.
도 30의 (A1)은 이미지 센서 칩이 제공된 패키지의 상면 측의 외관 사시도이다. 상기 패키지는 이미지 센서 칩(450)을 고정하는 패키지 기판(410), 커버 유리(420), 및 이들을 접착하는 접착제(430) 등을 갖는다. 또한, 이미지 센서 칩(450)은 후술하는 도 30의 (A3)에 도시하였다.
도 30의 (A2)는 상기 패키지의 하면 측의 외관 사시도이다. 패키지의 하면에는, 땜납 볼을 범프(440)로 한 BGA(Ball grid array)가 제공된다. 또한, BGA에 한정되지 않고, LGA(Land grid array) 또는 PGA(Pin Grid Array) 등을 가져도 좋다.
도 30의 (A3)은 커버 유리(420) 및 접착제(430)의 일부를 생략하여 도시한 패키지의 사시도이다. 패키지 기판(410) 위에는 전극 패드(460)가 형성되고, 전극 패드(460) 및 범프(440)는 스루 홀을 통하여 전기적으로 접속되어 있다. 전극 패드(460)는 이미지 센서 칩(450)과 와이어(470)에 의하여 전기적으로 접속되어 있다.
또한, 도 30의 (B1)은 이미지 센서 칩을 렌즈 일체형 패키지에 제공한 카메라 모듈의 상면 측의 외관 사시도이다. 상기 카메라 모듈은 이미지 센서 칩(451)을 고정하는 패키지 기판(411), 렌즈 커버(421), 및 렌즈(435) 등을 갖는다. 또한, 패키지 기판(411)과 이미지 센서 칩(451) 사이에는 촬상 장치의 구동 회로 및 신호 변환 회로 등의 기능을 갖는 IC칩(490)도 제공되어 있고, SiP(System in package)로서의 구성을 갖는다. 또한, 이미지 센서 칩(451) 및 IC칩(490)은 후술하는 도 30의 (B3)에 도시하였다.
도 30의 (B2)는 상기 카메라 모듈의 하면 측의 외관 사시도이다. 패키지 기판(411)의 하면 및 측면에는 실장용 랜드(441)가 제공된 QFN(Quad flat no-lead package)의 구성을 갖는다. 또한, 상기 구성은 일례이고, QFP(Quad flat package) 또는 상술한 BGA가 제공되어 있어도 좋다.
도 30의 (B3)은 렌즈 커버(421) 및 렌즈(435)의 일부를 생략하여 도시한 모듈의 사시도이다. 랜드(441)는 전극 패드(461)와 전기적으로 접속되고, 전극 패드(461)는 이미지 센서 칩(451) 또는 IC칩(490)과 와이어(471)에 의하여 전기적으로 접속되어 있다.
상술한 바와 같은 형태의 패키지에 이미지 센서 칩을 제공함으로써, 인쇄 기판 등으로의 실장이 용이해져, 다양한 반도체 장치, 전자 기기에 이미지 센서 칩을 제공할 수 있다.
본 실시형태는 다른 실시형태와 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 4)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태의 촬상 장치를 사용할 수 있는 전자 기기의 일례에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 형태의 촬상 장치를 사용할 수 있는 전자 기기로서, 표시 기기, 퍼스널 컴퓨터, 기록 매체를 갖는 화상 기억 장치 또는 화상 재생 장치, 휴대 전화기, 휴대용을 포함하는 게임기, 휴대용 정보 단말기, 전자책 단말기, 비디오 카메라, 디지털 스틸 카메라 등의 카메라, 고글형 디스플레이(헤드 마운트 디스플레이), 내비게이션 시스템, 음향 재생 장치(카 오디오, 디지털 오디오 플레이어 등), 복사기, 팩시밀리, 프린터, 프린터 복합기, 현금 자동 입출금기(ATM), 자동 판매기 등을 들 수 있다. 이들 전자 기기의 구체적인 예를 도 31의 (A) 내지 (F)에 도시하였다.
도 31의 (A)는 휴대 전화기(910)의 일례를 도시한 것이고, 하우징(911), 표시부(912), 조작 버튼(913), 외부 접속 포트(914), 스피커(915), 삽입구(916), 카메라(917), 이어폰 삽입구(918) 등을 갖는다. 휴대 전화기(910)는 표시부(912)에 터치 센서가 제공될 수 있다. 전화를 걸거나, 또는 문자를 입력하는 등의 모든 조작은 손가락 또는 스타일러스 등으로 표시부(912)를 터치함으로써 수행할 수 있다. 또한, 삽입구(916)에는 SD 카드 등의 메모리 카드를 비롯하여 USB 메모리, SSD(Solid State Drive) 등의 각종 리무벌 기억 장치를 삽입할 수 있다.
휴대 전화기(910)에 본 발명의 일 형태의 촬상 장치를 적용할 수 있다. 예를 들어 카메라(917) 등의, 휴대 전화기(910)에 의하여 촬상 데이터를 취득하기 위한 요소에 본 발명의 일 형태의 촬상 장치를 적용할 수 있다. 본 발명의 일 형태의 촬상 장치는 신경망에 의한 연산의 일부를 수행할 수 있다. 따라서, 휴대 전화기(910)에 화상 인식 기능 등의 부가 기능을 탑재할 수 있다. 또한, 신경망에 의한 연산을 모두 소프트웨어로 수행하는 경우보다 휴대 전화기(910)의 소비 전력을 저감할 수 있다.
도 31의 (B)는 휴대용 정보 단말기(920)의 일례를 도시한 것이고, 하우징(921), 표시부(922), 스피커(923), 카메라(924) 등을 갖는다. 표시부(922)가 갖는 터치 패널 기능에 의하여 정보를 입출력할 수 있다. 또한, 카메라(924)로 취득한 화상의 문자 등을 인식하고, 스피커(923)로부터 이 문자를 음성으로 출력할 수 있다.
휴대용 정보 단말기(920)에 본 발명의 일 형태의 촬상 장치를 적용할 수 있다. 예를 들어 카메라(924) 등의, 휴대용 정보 단말기(920)에 의하여 촬상 데이터를 취득하기 위한 요소에 본 발명의 일 형태의 촬상 장치를 적용할 수 있다. 본 발명의 일 형태의 촬상 장치는 신경망에 의한 연산의 일부를 수행할 수 있다. 따라서, 휴대용 정보 단말기(920)에 화상 인식 기능 등의 부가 기능을 탑재할 수 있다. 또한, 신경망에 의한 연산을 모두 소프트웨어로 수행하는 경우보다 휴대용 정보 단말기(920)의 소비 전력을 저감할 수 있다.
도 31의 (C)는 감시 카메라(960)의 일례를 도시한 것이고, 장착구(961), 하우징(962), 렌즈(963) 등을 갖는다. 감시 카메라(960)는 장착구(961)에 의하여 벽 또는 천장 등에 장착될 수 있다. 또한, 감시 카메라란 관용적인 명칭이고, 용도를 한정하는 것은 아니다. 예를 들어 감시 카메라로서의 기능을 갖는 기기는 카메라 또는 비디오 카메라라고도 불린다.
감시 카메라(960)에 본 발명의 일 형태의 촬상 장치를 적용할 수 있다. 예를 들어 감시 카메라(960)에 의하여 촬상 데이터를 취득하기 위한 요소에 본 발명의 일 형태의 촬상 장치를 적용할 수 있다. 본 발명의 일 형태의 촬상 장치는 신경망에 의한 연산의 일부를 수행할 수 있다. 따라서, 감시 카메라(960)에 화상 인식 기능 등의 부가 기능을 탑재할 수 있다. 또한, 신경망에 의한 연산을 모두 소프트웨어로 수행하는 경우보다 감시 카메라(960)의 소비 전력을 저감할 수 있다.
도 31의 (D)는 비디오 카메라(940)의 일례를 도시한 것이고, 제 1 하우징(941), 제 2 하우징(942), 표시부(943), 조작 키(944), 렌즈(945), 접속부(946), 스피커(947), 마이크로폰(948) 등을 갖는다. 조작 키(944) 및 렌즈(945)는 제 1 하우징(941)에 제공될 수 있고, 표시부(943)는 제 2 하우징(942)에 제공될 수 있다.
비디오 카메라(940)에 본 발명의 일 형태의 촬상 장치를 적용할 수 있다. 예를 들어 비디오 카메라(940)에 의하여 촬상 데이터를 취득하기 위한 요소에 본 발명의 일 형태의 촬상 장치를 적용할 수 있다. 본 발명의 일 형태의 촬상 장치는 신경망에 의한 연산의 일부를 수행할 수 있다. 따라서, 비디오 카메라(940)에 화상 인식 기능 등의 부가 기능을 탑재할 수 있다. 또한, 신경망에 의한 연산을 모두 소프트웨어로 수행하는 경우보다 비디오 카메라(940)의 소비 전력을 저감할 수 있다.
도 31의 (E)는 디지털 카메라(950)의 일례를 도시한 것이고, 하우징(951), 셔터 버튼(952), 발광부(953), 렌즈(954) 등을 갖는다. 디지털 카메라(950)에 본 발명의 일 형태의 촬상 장치를 적용할 수 있다. 예를 들어 디지털 카메라(950)에 의하여 촬상 데이터를 취득하기 위한 요소에 본 발명의 일 형태의 촬상 장치를 적용할 수 있다. 본 발명의 일 형태의 촬상 장치는 신경망에 의한 연산의 일부를 수행할 수 있다. 따라서, 디지털 카메라(950)에 화상 인식 기능 등의 부가 기능을 탑재할 수 있다. 또한, 신경망에 의한 연산을 모두 소프트웨어로 수행하는 경우보다 디지털 카메라(950)의 소비 전력을 저감할 수 있다.
도 31의 (F)는 손목시계형 정보 단말기(930)의 일례를 도시한 것이고, 하우징 겸 리스트 밴드(931), 표시부(932), 조작 버튼(933), 외부 접속 포트(934), 카메라(935) 등을 갖는다. 표시부(932)에는 정보 단말기(930)의 조작을 수행하기 위한 터치 패널이 제공된다. 하우징 겸 리스트 밴드(931) 및 표시부(932)는 가요성을 갖기 때문에, 신체에 대한 장착성이 우수하다.
정보 단말기(930)에 본 발명의 일 형태의 반도체 장치를 적용할 수 있다. 예를 들어 카메라(935) 등의, 정보 단말기(930)에 의하여 촬상 데이터를 취득하기 위한 요소에 본 발명의 일 형태의 촬상 장치를 적용할 수 있다. 본 발명의 일 형태의 촬상 장치는 신경망에 의한 연산의 일부를 수행할 수 있다. 따라서, 정보 단말기(930)에 화상 인식 기능 등의 부가 기능을 탑재할 수 있다. 또한, 신경망에 의한 연산을 모두 소프트웨어로 수행하는 경우보다 정보 단말기(930)의 소비 전력을 저감할 수 있다.
도 32의 (A)에는 이동체의 일례로서 자동차의 외관도를 도시하였다. 도 32의 (B)는 자동차 내에서의 데이터의 송수신을 간략화하여 도시한 도면이다. 자동차(890)는 복수의 카메라(891) 등을 갖는다. 또한, 자동차(890)는 적외선 레이더, 밀리파 레이더, 레이저 레이더 등 각종 센서(도시하지 않았음) 등을 갖는다.
카메라(891)에 본 발명의 일 형태의 촬상 장치를 적용할 수 있다. 본 발명의 일 형태의 촬상 장치는 신경망에 의한 연산의 일부를 수행할 수 있다. 따라서, 카메라(891)에 화상 인식 기능 등의 부가 기능을 탑재할 수 있다. 또한, 신경망에 의한 연산을 모두 소프트웨어로 수행하는 경우보다 자동차(890)의 소비 전력을 저감할 수 있다.
자동차(890)에서 카메라(891) 등에 집적 회로(893)를 사용할 수 있다. 자동차(890)는 카메라(891)가 복수의 촬상 방향(892)에서 얻은 복수의 화상을 집적 회로(893)로 처리하고, 버스(894) 등을 통하여 호스트 컨트롤러(895) 등에 의하여 복수의 화상을 한번에 해석한다. 이로써, 자동차(890)는 가드레일 또는 보행자의 유무 등 주위의 교통 상황을 판단하여 자동 운전을 수행할 수 있다. 또한, 도로 안내, 위험 예측 등을 수행하는 시스템에 사용할 수 있다.
집적 회로(893)에서는, 얻어진 화상 데이터에 대하여 신경망 등의 연산 처리를 수행함으로써, 예를 들어 화상의 고해상도화, 화상 노이즈의 저감, 얼굴 인식(방범 목적 등), 물체 인식(자동 운전 목적 등), 화상 압축, 화상 보정(와이드 다이내믹 레인지화), 렌즈리스 이미지 센서의 화상 복원, 위치 결정, 문자 인식, 반사 비침의 저감 등의 처리를 수행할 수 있다.
또한, 앞에서는, 이동체의 일례로서 자동차에 대하여 설명하였지만, 자동차는 내연 기관을 갖는 자동차, 전기 자동차, 수소 자동차 등, 어느 것이어도 좋다. 또한, 이동체는 자동차에 한정되지 않는다. 예를 들어 이동체로서는 전철, 모노레일, 선박, 비행체(헬리콥터, 무인 항공기(드론), 비행기, 로켓) 등도 있고, 이들 이동체에 본 발명의 일 형태의 컴퓨터를 적용하여 인공 지능을 이용한 시스템을 부여할 수 있다.
본 실시형태는 다른 실시형태와 적절히 조합할 수 있다.
10: 촬상 장치, 11: 셀 어레이, 12: 셀, 13: 로 드라이버 회로, 14: 데이터 생성 회로, 16: 회로, 17: 연산 회로, 21: 광전 변환 소자, 22: 트랜지스터, 23: 트랜지스터, 24: 트랜지스터, 25: 트랜지스터, 26: 트랜지스터, 27: 트랜지스터, 28: 트랜지스터, 29: 소스 폴로어 회로, 32: 배선, 33: 배선, 35: 배선, 36: 배선, 37: 배선, 38: 배선, 41: 배선, 43: 배선, 44: 배선, 45: 배선, 46: 배선, 47: 배선, 48: 배선, 51: 논리 회로, 52: 트랜지스터, 53: 배선, 54: A/D 변환 회로, 61: 트랜지스터, 410: 패키지 기판, 411: 패키지 기판, 420: 커버 유리, 421: 렌즈 커버, 430: 접착제, 435: 렌즈, 440: 범프, 441: 랜드, 450: 이미지 센서 칩, 451: 이미지 센서 칩, 460: 전극 패드, 461: 전극 패드, 470: 와이어, 471: 와이어, 490: IC칩, 531: 도전층, 532: 도전층, 533: 도전층, 534: 도전층, 535: 백 게이트, 536: 영역, 537: 도전층, 540: 실리콘 기판, 541: 절연층, 542: 절연층, 543: 절연층, 545: 반도체층, 546: 절연층, 561: 층, 562: 층, 563: 층, 564: 층, 565a: 층, 565b: 층, 565c: 층, 566a: 층, 566b: 층, 566c: 층, 566d: 층, 567a: 층, 567b: 층, 567c: 층, 567d: 층, 567e: 층, 580: 절연층, 581: 차광층, 582: 절연층, 583: 착색층, 583a: 착색층, 583b: 착색층, 583c: 착색층, 584: 마이크로 렌즈 어레이, 585: 광학 변환층, 586: 절연층, 587: 착색층, 587a: 착색층, 587b: 착색층, 587c: 착색층, 588: 절연층, 701: 게이트 전극, 702: 게이트 절연막, 703: 소스 영역, 704: 드레인 영역, 705: 소스 전극, 706: 드레인 전극, 707: 산화물 반도체층, 890: 자동차, 891: 카메라, 892: 촬상 방향, 893: 집적 회로, 894: 버스, 895: 호스트 컨트롤러, 910: 휴대 전화기, 911: 하우징, 912: 표시부, 913: 조작 버튼, 914: 외부 접속 포트, 915: 스피커, 916: 삽입구, 917: 카메라, 918: 이어폰 삽입구, 920: 휴대용 정보 단말기, 921: 하우징, 922: 표시부, 923: 스피커, 924: 카메라, 930: 정보 단말기, 931: 하우징 겸 리스트 밴드, 932: 표시부, 933: 조작 버튼, 934: 외부 접속 포트, 935: 카메라, 940: 비디오 카메라, 941: 하우징, 942: 하우징, 943: 표시부, 944: 조작 키, 945: 렌즈, 946: 접속부, 947: 스피커, 948: 마이크로폰, 950: 디지털 카메라, 951: 하우징, 952: 셔터 버튼, 953: 발광부, 954: 렌즈, 960: 감시 카메라, 961: 장착구, 962: 하우징, 963: 렌즈
Claims (14)
- 촬상 장치로서,
복수의 셀이 매트릭스상으로 배치된 셀 어레이와, 논리 회로를 갖고,
상기 셀은 광전 변환 소자를 갖고,
상기 셀은 상기 광전 변환 소자를 사용하여 촬상 데이터를 취득하는 기능을 갖고,
상기 셀은 가중치 데이터를 유지하는 기능을 갖고,
상기 논리 회로는 상기 셀이 취득한 상기 촬상 데이터와, 상기 촬상 데이터를 취득한 상기 셀과는 상이한 상기 셀에 유지된 상기 가중치 데이터를 사용하여 연산을 수행하는 기능을 갖는, 촬상 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 논리 회로는 상기 촬상 데이터와 상기 가중치 데이터의 곱을 산출하는 기능을 갖는, 촬상 장치. - 촬상 장치로서,
복수의 셀이 매트릭스상으로 배치된 셀 어레이와, 논리 회로를 갖고,
상기 셀은 광전 변환 소자를 갖고,
상기 셀은 상기 광전 변환 소자를 사용하여 촬상 데이터를 취득하는 기능을 갖고,
상기 셀은 가중치 데이터를 유지하는 기능을 갖고,
상기 논리 회로는 상기 복수의 셀 중, 제 1 셀이 제 1 촬상 데이터를 취득하고, 제 2 셀이 제 2 촬상 데이터를 취득하고, 제 3 셀이 제 1 가중치 데이터를 유지하고, 제 4 셀이 제 2 가중치 데이터를 유지하는 경우에, 상기 제 1 촬상 데이터와, 상기 제 2 촬상 데이터와, 상기 제 1 가중치 데이터와, 상기 제 2 가중치 데이터를 사용하여 연산을 수행하는 기능을 갖는, 촬상 장치. - 제 3 항에 있어서,
상기 논리 회로는 상기 제 1 촬상 데이터와 상기 제 1 가중치 데이터의 곱과, 상기 제 2 촬상 데이터와 상기 제 2 가중치 데이터의 곱의 합을 산출하는 기능을 갖는, 촬상 장치. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 촬상 장치는 판독 회로를 갖고,
상기 셀은 제 1 트랜지스터와, 제 2 트랜지스터와, 제 3 트랜지스터와, 제 4 트랜지스터를 갖고,
상기 광전 변환 소자의 한쪽 전극은 상기 제 1 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽과 전기적으로 접속되고,
상기 제 1 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 상기 제 2 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽과 전기적으로 접속되고,
상기 제 2 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽은 상기 제 3 트랜지스터의 게이트와 전기적으로 접속되고,
상기 제 3 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽은 상기 제 4 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽과 전기적으로 접속되고,
상기 제 3 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 상기 논리 회로와 전기적으로 접속되고,
상기 제 4 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 상기 판독 회로와 전기적으로 접속되고,
상기 셀은 상기 제 2 트랜지스터의 소스 및 드레인을 통하여 공급된 상기 가중치 데이터를 유지하는 기능을 갖고,
상기 셀은 상기 촬상 데이터를 상기 제 3 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 다른 쪽, 또는 상기 제 4 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 다른 쪽으로부터 출력하는 기능을 갖고,
상기 셀은 상기 가중치 데이터를 상기 제 3 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 다른 쪽으로부터 출력하는 기능을 갖는, 촬상 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 셀은 상기 제 3 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 다른 쪽으로부터 상기 촬상 데이터를 2치의 데이터로서 출력하는 기능을 갖고,
상기 셀은 상기 제 3 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 다른 쪽으로부터 상기 가중치 데이터를 2치의 데이터로서 출력하는 기능을 갖는, 촬상 장치. - 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
상기 제 1 트랜지스터 및 상기 제 2 트랜지스터는 채널 형성 영역에 금속 산화물을 갖고,
상기 금속 산화물은 In과, Zn과, M(M은 Al, Ti, Ga, Ge, Sn, Y, Zr, La, Ce, Nd, 또는 Hf)을 갖는, 촬상 장치. - 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
착색층을 갖고,
상기 제 1 트랜지스터 내지 제 4 트랜지스터 중 적어도 하나와, 상기 광전 변환 소자와, 상기 착색층은 서로 중첩되는 영역을 갖고,
상기 착색층은 마이크로 렌즈의 기능을 갖는, 촬상 장치. - 제 8 항에 있어서,
상기 논리 회로는 제 5 트랜지스터를 갖고,
상기 제 5 트랜지스터와, 상기 제 1 트랜지스터 내지 제 4 트랜지스터 중 적어도 하나와, 상기 광전 변환 소자와, 상기 착색층은 서로 중첩되는 영역을 갖는, 촬상 장치. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 촬상 장치는 판독 회로와 A/D 변환 회로를 갖고,
상기 셀은 제 1 트랜지스터와, 제 2 트랜지스터와, 제 3 트랜지스터와, 제 4 트랜지스터와, 제 5 트랜지스터를 갖고,
상기 광전 변환 소자의 한쪽 전극은 상기 제 1 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽과 전기적으로 접속되고,
상기 제 1 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 상기 제 2 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽과 전기적으로 접속되고,
상기 제 2 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽은 상기 제 3 트랜지스터의 게이트와 전기적으로 접속되고,
상기 제 3 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽은 상기 제 4 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽과 전기적으로 접속되고,
상기 제 4 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽은 상기 제 5 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽과 전기적으로 접속되고,
상기 제 4 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 상기 판독 회로와 전기적으로 접속되고,
상기 제 5 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽은 상기 A/D 변환 회로와 전기적으로 접속되고,
상기 A/D 변환 회로는 상기 논리 회로와 전기적으로 접속되고,
상기 제 3 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 다른 쪽에는 제 1 전위가 공급되고,
상기 제 5 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 다른 쪽에는 제 2 전위가 공급되고,
상기 셀은 상기 제 2 트랜지스터의 소스 및 드레인을 통하여 공급된 상기 가중치 데이터를 유지하는 기능을 갖고,
상기 셀은 상기 촬상 데이터를 상기 제 3 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽, 또는 상기 제 4 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 다른 쪽으로부터 출력하는 기능을 갖고,
상기 셀은 상기 가중치 데이터를 상기 제 3 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽으로부터 출력하는 기능을 갖는, 촬상 장치. - 제 10 항에 있어서,
상기 제 1 트랜지스터 및 상기 제 2 트랜지스터는 채널 형성 영역에 금속 산화물을 갖고,
상기 금속 산화물은 In과, Zn과, M(M은 Al, Ti, Ga, Ge, Sn, Y, Zr, La, Ce, Nd, 또는 Hf)을 갖는, 촬상 장치. - 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
착색층을 갖고,
상기 제 1 트랜지스터 내지 제 5 트랜지스터 중 적어도 하나와, 상기 광전 변환 소자와, 상기 착색층은 서로 중첩되는 영역을 갖고,
상기 착색층은 마이크로 렌즈의 기능을 갖는, 촬상 장치. - 제 12 항에 있어서,
상기 논리 회로는 제 6 트랜지스터를 갖고,
상기 제 6 트랜지스터와, 상기 제 1 트랜지스터 내지 제 5 트랜지스터 중 적어도 하나와, 상기 광전 변환 소자와, 상기 착색층은 서로 중첩되는 영역을 갖는, 촬상 장치. - 전자 기기로서,
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 기재된 촬상 장치와, 표시부를 갖는, 전자 기기.
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