WO2012004923A1 - 固体撮像装置および固体撮像装置の駆動方法 - Google Patents
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Abstract
本発明に係る固体撮像装置において、光電変換部（１１）は、光を電荷に変換する光電変換膜（１）と、光電変換膜（１）上に形成された透明電極（２）と、光電変換膜（１）の下に形成された絶縁膜（３）と、絶縁膜（３）の下に形成された画素電極（４）とを備える。光電変換膜（１）は、透明電極（２）に第１の電圧が印加されているとき光電変換により生じる電荷を内部に蓄積し、かつ、透明電極（２）に第１の電圧より高い第２の電圧が印加されている光電変換膜（１）中の電荷を完全に透明電極（２）に排出するようなエネルギーバンドを有する。
Description
本発明は、積層型の固体撮像装置および固体撮像装置の駆動方法に関する。
近年、固体撮像装置として、高感度及び低ノイズを実現する固体撮像装置として積層型固体撮像装置が報告されている。このような従来技術が特許文献１に開示されている。当該技術では、半導体基板に絶縁膜を介して光電変換膜及び透明電極を積層される。そして、当該技術は、透明電極に所定の電圧を印加することで蓄積電荷をリセットする。この構造により、当該技術は高感度化を実現できる。
また特許文献２には、光電変換膜を積層することで高感度化を実現する構成が開示されている。また、当該構成は、光電変換膜にかけるバイアスを低電圧に保つトランジスタにより光電変換膜の暗電流を低減できる。さらに、当該構成は、光電変換膜で発生した電荷を蓄積する蓄積ダイオードとフローティングデフュージョンとで構成された読出し機構により、一般に用いられている相関二重検出（ＣＤＳ：Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓａｍｐｌｉｎｇ）動作を可能とする。これらにより、当該構成は、低ノイズを実現できる。
特許文献１に開示されている積層型固体撮像装置では、画素電極がフローティング電極になっている。これにより、当該積層型固体撮像装置は、当該画素電極を所定の電圧にリセットできないため、動作が不安定である。その結果、当該積層型固体撮像装置は、相関二重検出によるｋｔｃノイズ（リセットノイズ）の除去が困難であるという課題を有している。
また特許文献２に開示されている積層型固体撮像装置は、積層膜で光電変換された電荷を半導体基板上の蓄積ダイオードに蓄積し、蓄積した電荷を、転送ゲートを介して検出容量に転送する。これにより、当該積層型固体撮像装置は、通常の相関二重検出動作を行なえる。よって、当該積層型固体撮像装置はリセット雑音を低減できる。
しかし、当該当該積層型固体撮像装置は、一般的に用いられている埋め込みフォトダイオードと４トランジスタとを備える構成のＣＭＯＳセンサと異なり、信号電荷を検出容量に完全転送することができないために、ｋｔｃノイズを完全に除去することができないという課題を有している。
本発明は、このような事情に鑑みて創作されたものであり、ｋｔｃノイズを低減するために、信号電荷の完全転送及び一般的に用いられているＣＤＳ動作ができ、高感度化及び低ノイズ化を実現できる積層型の固体撮像装置およびその駆動方法を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するため本発明の一形態における固体撮像装置は、半導体基板上に行列状に配置された複数の画素部を備えた固体撮像装置であって、前記画素部は、入射光を信号電荷に変換する光電変換部を有し、前記光電変換部は、光を電荷に変換する光電変換膜と、前記光電変換膜上に形成された透明電極と、前記光電変換膜の下に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜の下に形成された画素電極とを備え、前記光電変換膜は、前記透明電極に第１の電圧が印加されているとき光電変換により生じる電荷を内部に蓄積し、かつ、前記透明電極に前記第１の電圧より高い第２の電圧が印加されているとき前記光電変換膜中の電荷を完全に前記透明電極に排出するようなエネルギーバンドを有する。
この構成によれば、光電変換膜は、電荷を完全排出した空乏状態と、光量に応じた蓄積状態とを有する。つまり、前記透明電極に第２の電圧が印加されたとき、光電変換膜の電荷は前記透明電極に完全に排出され、光電変換膜が空乏化する空乏状態になる。前記透明電極に第１の電圧が印加されたとき、前記光電変換膜は受光量に応じた電荷を蓄積する電荷蓄積状態になる。この２つの状態により、相関二重検出を可能にし、低ノイズ化することができる。加えて、光電変換膜による高感度化をすることができる。
ここで、前記光電変換膜は、前記透明電極に前記第１の電圧が印加され、かつ、受光量に応じた電荷を内部に蓄積する電荷蓄積状態と、前記透明電極に前記第２の電圧が印加され、かつ前記光電変換膜中の電荷が前記透明電極に完全に排出された空乏状態とを有する構成としてもよい。
ここで、前記画素部は、前記画素電極の電圧をリセットするリセットトランジスタと、前記電荷蓄積状態に対応する前記画素電極の電圧を増幅した信号電圧を出力し、前記空乏状態に対応する前記画素電極の電圧を増幅したノイズ電圧を出力する増幅トランジスタとを備え、前記固体撮像装置は、前記信号電圧と前記ノイズ電圧との差分を検出する相関二重検出部を備える構成としてもよい。
この構成によれば、前記増幅トランジスタから出力される信号電圧とノイズ電圧により相関二重検出を容易に実現でき、低ノイズ化することができる。
ここで、前記リセットトランジスタは、前記光電変換膜に印加される電圧が前記第２の電圧から前記第１の電圧に変化してから所定時間後に前記画素電極を所定電圧にリセットし、前記増幅トランジスタは、前記リセットトランジスタによるリセット解除後に、前記信号電圧を出力し、さらに、前記光電変換膜に印加される電圧が前記第１の電圧から前記第２の電圧に変化した直後に前記ノイズ電圧を出力する構成としてもよい。
この構成によれば、前記増幅トランジスタは、信号電圧とノイズ電圧をこの順に出力することができ、相関二重検出を容易にできる。
ここで、前記複数の画素部において同じ行に属する画素部の光電変換膜は一体に形成され、一体に形成された光電変換膜は、隣接する行の光電変換膜と電気的に分離され、前記固体撮像装置は、さらに、行毎に前記第１の電圧および前記第２の電圧を生成し、生成した前記第１の電圧及び前記第２の電圧を前記光電変換膜に印加する行走査回路を備える構成としてもよい。
ここで、前記光電変換膜は、化合物半導体で形成されていてもよい。
ここで、前記光電変換膜は、前記透明電極の下に、ｐ型不純物がドーピングされた化合物半導体で形成された第１層と、前記第１層の下に、ノンドープの化合物半導体で形成された第２層とを含む構成としてもよい。
また、上記の課題を解決するため本発明の一形態における固体撮像装置の駆動方法は、前記透明電極に第１の電圧を印加することにより、前記光電変換膜に電荷を蓄積する第１ステップと、前記画素電極を所定の電圧にリセットする第２ステップと、前記画素電極のリセット解除直後に前記画素電極の電圧に応じた信号電圧を出力する第３ステップと、前記信号電圧の出力後に、前記透明電極に第２の電圧を印加して、前記光電変換膜に蓄積された電荷を前記透明電極に排出する第４ステップと、前記第４ステップの直後に前記画素電極の電圧に応じたノイズ電圧を出力する第５ステップと、前記第３のステップで出力された前記信号電圧と、前記第５ステップで出力されたノイズ電圧との差分を検出する第６ステップとを有する。
本発明は、相関二重検出によるｋｔｃノイズの低減を可能にし、低ノイズ化を実現することができる。加えて、本発明は、光電変換膜を積層することによる高感度化を実現することができる。
以下、本発明にかかわる固体撮像装置の実施の形態を、図面を用いて詳細に説明する。
図１は本発明の実施の形態における固体撮像装置の画素部の断面模式図である。図２は、本発明の実施の形態における固体撮像装置の構成を示すブロック図である。図２の固体撮像装置は、半導体基板上に行列状に配置された複数の画素部１０を含む撮像領域２１と、列毎に設けられたＣＤＳ回路（相関二重検出回路）を含むカラムＣＤＳ回路２２と、水平走査回路（列操作回路とも呼ぶ）２３と、垂直操作回路（行走査回路とも呼ぶ）２５とを備える。また、図２では、複数の画素部１０において、同じ行に属する画素部１０の光電変換膜１は一体に形成されている。この一体に形成された光電変換膜１は、隣接する行の光電変換膜１と電気的に分離されている。
図１において、画素部１０は、入射光を信号電荷に変換する光電変換部１１と、リセットトランジスタ５と、増幅トランジスタ６と、選択トランジスタ７とを有する。光電変換部１１は、光を電荷に変換する光電変換膜１と、光電変換膜１上に形成された透明電極２と、光電変換膜１の下に形成された絶縁膜３と、絶縁膜３の下に形成された画素電極４とを備える。
光電変換膜１としては、化合物半導体（例えば、ＧａＡｓなどのＩＩＩ－Ｖ属化合物半導体）、シリコン結晶（ａ－Ｓｉ、ｐ－Ｓｉ、又はナノＳｉ等）、又はイオン結合系結晶などを用いることができる。光電変換膜１は、透明電極２に第１の電圧（例えば０Ｖ）が印加されているときに、光電変換により生じた電荷を内部に蓄積し、かつ、透明電極２に第１の電圧より高い第２の電圧（例えばＶＤＤ）が印加されているときに、光電変換膜１中の電荷を完全に透明電極２に排出するようなエネルギーバンドを有する。別の言い方をすると、光電変換膜１は、透明電極２に第１の電圧が印加され、かつ、受光量に応じた電荷を内部に蓄積する電荷蓄積状態と、透明電極２に第２の電圧が印加され、かつ光電変換膜１中の電荷が透明電極２に完全に排出された空乏状態とを有する。
透明電極２としては、ＩＴＯ、又はＺｎＯなどを用いることができる。絶縁膜３としては、ＳｉＯ２、又はＳｉＮなどを用いることができる。画素電極４には半導体プロセスで一般的に用いられているＡｌ、Ｃｕ、又はＷなどを用いることができる。
リセットトランジスタ５は、ＭＯＳトランジスタであり、ドレインにＶＤＤが印加され、ソースが４画素電極に接続され、ゲートは画素電極４のリセットを行なうために所定の配線に接続される。リセットトランジスタ５は、画素電極４の電圧を所定の電圧（例えばＶＤＤ）にリセットする。
増幅トランジスタ６は、ＭＯＳトランジスタであり、ドレインにＶＤＤが印加され、ゲートが画素電極４に接続され、ソースが選択トランジスタのドレインに接続されている。増幅トランジスタ６は、電荷蓄積状態に対応する画素電極４の電圧を増幅した信号電圧を出力し、空乏状態に対応する画素電極４の電圧を増幅したノイズ電圧を出力する。
選択トランジスタ７は、ゲートは画素選択制御信号線ＳＥＬに接続され、ソースは垂直信号線（列信号線とも呼ぶ）に接続されている。
図２において、撮像領域２１は２次元マトリクス状に、図１の構成の画素部１０が配列されている。複数の透明電極２は、行毎に形成された透明電極２４－１、２４－２、及び２４－３等を含む。複数の透明電極２は、図２に示すように行単位で短冊状につながっており、行間は絶縁分離されている。カラムＣＤＳ回路２２は、列毎に、垂直信号線から出力される信号を相関二重サンプリングする。水平走査回路２３は、カラムＣＤＳ回路２２の信号を順次走査し、走査した信号を外部に出力する。垂直走査回路２５は、行単位で画素部１０の画素電極リセットを行なうためのＲＧｋ信号（ｋ行目の信号）、信号電荷リセットを行なうためのＶＰｋ（ｋ行目の信号）信号、及び、行選択を行なうためのＳＥＬｋ（ｋ行目の信号）を生成し、これらの信号により垂直走査を行なう機能を有する。
次に、上記のように構成されて本実施の形態の固体撮像装置の駆動方法を説明する。
図３Ａは上述の画素構成の回路図である。また、図２の構成の固体撮像装置において、ｋ行目の画素部１０の駆動タイミングを図３Ｂに示す。
時刻ｔ１において、ｋ行目の透明電極２４－ｋに印加される電圧Ｖｐ－ｋは高電圧なので、ｋ行目にある光電変換膜１の電荷は完全に排出される。
時刻ｔ２において、画素電極４を所定の電圧にリセットするために、ＲＧ－ｋ信号がｋ行目の画素部１０のリセットトランジスタ５のゲートに印加される。
このリセット動作が完了すると同時（時刻ｔ３）に、選択トランジスタ７を制御するための信号ＳＥＬｋを高電圧にすることで、ｋ行の画素電極４の信号（信号電圧）が垂直信号線に出力されるようにする。
この後、時刻ｔ４のタイミングで信号電圧がカラムＣＤＳ回路２２に読み出される。つまり、時刻ｔ１から時刻ｔ４までがｋ行の画素部１０の蓄積時間である。
信号読出し後すぐに（時刻ｔ５）、Ｖｐ－ｋ信号を高電圧にして再び、画素部１０の電荷を透明電極２に完全に排出する。これにより、透明電極２は空乏化し、信号電荷が存在しない空乏状態となる。
次に時刻ｔ６では、画素部１０の電荷が空になった状態の画素電極４の電圧（ノイズ電圧）がカラムＣＤＳ回路２２に読み出される。同時にカラムＣＤＳ回路２２は、先に読み出した信号電圧とノイズ電圧との差分を検出する。これにより、リセットノイズ及び増幅トランジスタの閾値電圧ばらつきノイズが除去された信号が得られる。
時刻ｔ７では、選択トランジスタ７の制御信号ＳＥＬｋを低電圧にする。これにより、ｋ行目の画素部１０の選択動作が終了する。また、ここでは、ｋ行目の画素部１０の駆動について述べたが、固体撮像装置は、同じ動作を各行に順次行なうとともに、通常のＣＭＯＳイメージセンサと同様のローリングシャッタ動作を行なうことで、動画を撮像する。
また、図３Ｂに示したように、本実施の形態における固体撮像装置の駆動方法は、透明電極２に第１の電圧を印加することにより、光電変換膜１に電荷を蓄積する第１ステップと、画素電極４を所定の電圧にリセットする第２ステップと、画素電極４のリセット解除直後に画素電極４の電圧に応じ多信号電圧を増幅トランジスタ６から出力する第３ステップと、信号電圧の出力後に、透明電極２に第２の電圧を印加して、光電変換膜１に蓄積された電荷を透明電極２に排出する第４ステップと、第４ステップの直後に画素電極４の電圧に応じたノイズ電圧を増幅トランジスタ６から出力する第５ステップと、第３のステップで出力された信号電圧と、第５ステップで出力されたノイズ電圧との差分を検出する第６ステップとを有する。
次に、図４Ａに本発明の実施の形態における固体撮像装置の光電変換部の断面構造の詳細な具体例を示す。また、図４Ｂにそのエネルギーバンド図を示す。
画素電極４上には、絶縁膜３としての酸化シリコン膜と、光電変換膜１としてのノンドープのＧａＡｓ層１－２およびｐ型ＧａＡｓ層１－１と、透明電極２としてのＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ、酸化インジウムスズ）とがこの順で積層されている。図４Ｂのエネルギーバンド図に、蓄積時間中の状態（電荷蓄積状態）と電荷リセットの状態（空乏状態）との２つの状態を示す。ＩＴＯ（透明電極２）がＧＮＤの状態で、光電変換を行なう。この際に、ノンドープのＧａＡｓ層１－２で発生した電荷は絶縁膜３に阻止されるために、画素電極４には注入されずにそのままその画素部１０のノンドープのＧａＡｓ層１－２に蓄積される。一方、ＩＴＯ（透明電極２）に高電圧を印加した場合、ノンドープのＧａＡｓ層１－２の電荷は完全空乏化し、ＩＴＯ（透明電極２）に排出される。
このように、光電変換膜１において、蓄積動作中に電荷が画素電極４に流入せず、透明電極２のリセット動作で蓄積電荷を完全に排出できる。よって、画素電極４をリセットした後に、蓄積電荷の排出前後における、画素電極４の信号電圧とノイズ電圧とを読み出すことができる。これにより、完全電荷転送前後での相関二重サンプリングが可能となるので、ｋｔｃノイズを完全に除去することが可能となる。
なお、本実施の形態では透明電極２を列毎に短冊状に形成して、列毎に信号電荷をリセットする駆動方法としたが、透明電極２を、撮像領域２１の全面を覆うように形成し、一括して撮像領域２１の信号電荷をリセットできる構造にしてもよい。このような構成により、簡便に素子を作成することができ、且つ量子効率の高い素子を作製することができる。
また、その際に、画素電極４のリセット後に、全画素部１０の信号を取り出し、取り出した信号をメモリに格納する。この後に、透明電極２に高電圧を印加して全画素部１０の信号電荷を排出し、その直後に全画素部１０の信号が空の状態で信号（ノイズ信号）を読み出す。そして、読み出した信号と、先にメモリに格納しておいた当画素部１０の信号との差分を検出することで、相関二重サンプリングが可能となる。その際に蓄積時間をメカニカルシャッタで制御し、信号読出し及びノイズ読出しの際にはメカニカルシャッタを閉じることにより、読出し中に光電変換が起きることを防ぐことができる。
なお、本実施の形態では短冊状に行毎に透明電極２を形成し、行毎に信号電荷をリセットする動作を行なう駆動方法であるが、この方法では隣接する行の信号電荷が大きい場合、その電荷の一部がリセットされることが考えられる。そのような隣接行の電荷リセットを防止するために、光電変換膜の行間を分離する構成をとると良い。例えば、短冊状に形成した透明電極２をマスクとして用いたセルフアラインで光電変換膜１をエッチングすることで、行間をトレンチ分離する方法がある。また、イオン注入により行間を電気的に分離する方法がある。
以上、図面を用いて説明したように、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置では、半導体基板上に二次元状に配置された画素部は、ソース電極が画素電極に接続されたリセットトランジスタと、ゲート電極が画素電極に接続された増幅トランジスタと、ドレイン電極が増幅トランジスタのソース電極に接続された選択トランジスタと、画素電極上に形成された絶縁材料と、光電変換材料と、透明電極とで構成されている。
この固体撮像装置の構成の特徴は、光電変換の過程で発生した蓄積電荷が絶縁膜により画素電極に流入しないように阻止されており、また光電変換材料の蓄積電荷は透明電極に所定の電圧を印加することで完全に排出することができるように光電変換材料および絶縁材料のエネルギーバンドが設計されていることにある。このような形態をとることで、信号電荷をリセットする前後の画素電極の電圧を読出し、読み出した２つの電圧の差分をとることでリセットノイズ及び増幅トランジスタの閾値バラツキによる固定パターンノイズを除去することが可能となる。
また、この固体撮像装置は、透明電極が行方向に短冊上に形成され、隣接する行で電気的に分離されている態様がある。そして、この固体撮像装置は、列信号を読み出し相関二重サンプリングを行なうＣＤＳ回路と、信号を外部に出力するための水平走査回路と、各行の透明電極、リセットトランジスタのゲート、及び選択トランジスタのゲートに順次、駆動パルスを印加する垂直操作回路とで構成される。この構成により、通常のＣＭＯＳセンサと同様にローリングシャッタ方式で動画を撮像することが可能となり、また通常のＣＤＳ回路を用いて相関二重サンプリング動作でリセットノイズや増幅トランジスタの閾値バラツキなどによるノイズを除去することができる。
また、本実施の形態における固体撮像装置の駆動方法は、透明電極に所定の第一の直流電圧を印加することで、光電変換材料に電荷を蓄積する第一のステップと、画素電極を所定の電圧に、リセットトランジスタを介してリセットする第二のステップと、画素電極の信号電圧を、選択トランジスタで選択された増幅トランジスタを介して読み出す第三のステップと、透明電極に所定の第二の電圧を印加することで、光電変換材料に蓄積された電荷を透明電極に排出する第四のステップと、第四のステップの後に画素電極の信号電圧を、選択トランジスタで選択された増幅トランジスタを介して読み出す第五のステップと、第三のステップで読み出した信号と第五のステップで読み出した信号との差分を検出する第六のステップとを含む。
この駆動方法により、画素部の信号電荷が完全転送される前後における相関二重サンプリングにより画素信号が得られるので、低ノイズの信号が積層型固体増幅素子で得られることとなる。
また、光電変換材料を化合物半導体とすることにより、光吸収係数の高い材料を選択することができるので、薄膜化が可能となる。これにより、微細化した場合でも、混色による画質劣化を低減することが可能となる。また、信号電荷の完全リセットも化合物の材料比をコントロールすることにより容易に実現できる。
以上、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置について説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。
また、上記実施の形態に係る固体撮像装置に含まれる各処理部は典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部又は全てを含むように１チップ化されてもよい。
また、上記断面図及び平面図において、各構成要素の角部及び辺を直線的に記載しているが、製造上の理由等により、角部及び辺が丸みをおびたものも本発明に含まれる。
また、上記で用いた数字は、全て本発明を具体的に説明するために例示するものであり、本発明は例示された数字に制限されない。さらに、ハイ／ローにより表される論理レベル又はオン／オフにより表されるスイッチング状態は、本発明を具体的に説明するために例示するものであり、例示された論理レベル又はスイッチング状態の異なる組み合わせにより、同等な結果を得ることも可能である。また、トランジスタ等のｎ型及びｐ型等は、本発明を具体的に説明するために例示するものであり、これらを反転させることで、同等の結果を得ることも可能である。また、上記で示した各構成要素の材料は、全て本発明を具体的に説明するために例示するものであり、本発明は例示された材料に制限されない。また、構成要素間の接続関係は、本発明を具体的に説明するために例示するものであり、本発明の機能を実現する接続関係はこれに限定されない。
また、ブロック図における機能ブロックの分割は一例であり、複数の機能ブロックを一つの機能ブロックとして実現したり、一つの機能ブロックを複数に分割したり、一部の機能を他の機能ブロックに移してもよい。また、類似する機能を有する複数の機能ブロックの機能を単一のハードウェア又はソフトウェアが並列又は時分割に処理してもよい。
また、上記説明では、ＭＯＳトランジスタを用いた例を示したが他のトランジスタを用いてもよい。
更に、本発明の主旨を逸脱しない限り、本実施の形態に対して当業者が思いつく範囲内の変更を施した各種変形例も本発明に含まれる。
本発明における固体撮像装置およびその駆動方法は、高感度及びローノイズの固体撮像装置およびその駆動方法を実現でき有用である。
１ 光電変換膜
２ 透明電極
３ 絶縁膜
４ 画素電極
５ リセットトランジスタ
６ 増幅トランジスタ
７ 選択トランジスタ
１０ 画素部
１１ 光電変換部
２１ 撮像領域
２２ カラムＣＤＳ回路
２３ 水平走査回路
２４－１ 透明電極（ｋ－１行目）
２４－２ 透明電極（ｋ行目）
２４－３ 透明電極（ｋ＋１行目）
２５ 垂直走査回路
１－１ ｐ－ＧａＡｓ
１－２ ｉ－ＧａＡｓ
２ 透明電極
３ 絶縁膜
４ 画素電極
５ リセットトランジスタ
６ 増幅トランジスタ
７ 選択トランジスタ
１０ 画素部
１１ 光電変換部
２１ 撮像領域
２２ カラムＣＤＳ回路
２３ 水平走査回路
２４－１ 透明電極（ｋ－１行目）
２４－２ 透明電極（ｋ行目）
２４－３ 透明電極（ｋ＋１行目）
２５ 垂直走査回路
１－１ ｐ－ＧａＡｓ
１－２ ｉ－ＧａＡｓ
Claims (8)
- 半導体基板上に行列状に配置された複数の画素部を備えた固体撮像装置であって、
前記画素部は、入射光を信号電荷に変換する光電変換部を有し、
前記光電変換部は、
光を電荷に変換する光電変換膜と、
前記光電変換膜上に形成された透明電極と、
前記光電変換膜の下に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜の下に形成された画素電極と
を備え、
前記光電変換膜は、前記透明電極に第１の電圧が印加されているとき光電変換により生じる電荷を内部に蓄積し、かつ、前記透明電極に前記第１の電圧より高い第２の電圧が印加されているとき前記光電変換膜中の電荷を完全に前記透明電極に排出するようなエネルギーバンドを有する
固体撮像装置。 - 前記光電変換膜は、前記透明電極に前記第１の電圧が印加され、かつ、受光量に応じた電荷を内部に蓄積する電荷蓄積状態と、前記透明電極に前記第２の電圧が印加され、かつ前記光電変換膜中の電荷が前記透明電極に完全に排出された空乏状態とを有する
請求項１記載の固体撮像装置。 - 前記画素部は、
前記画素電極の電圧をリセットするリセットトランジスタと、
前記電荷蓄積状態に対応する前記画素電極の電圧を増幅した信号電圧を出力し、前記空乏状態に対応する前記画素電極の電圧を増幅したノイズ電圧を出力する増幅トランジスタとを備え、
前記固体撮像装置は、前記信号電圧と前記ノイズ電圧との差分を検出する相関二重検出部を備える
請求項２記載の固体撮像装置。 - 前記リセットトランジスタは、前記光電変換膜に印加される電圧が前記第２の電圧から前記第１の電圧に変化してから所定時間後に前記画素電極を所定電圧にリセットし、
前記増幅トランジスタは、前記リセットトランジスタによるリセット解除後に、前記信号電圧を出力し、さらに、前記光電変換膜に印加される電圧が前記第１の電圧から前記第２の電圧に変化した直後に前記ノイズ電圧を出力する
請求項３記載の固体撮像装置。 - 前記複数の画素部において同じ行に属する画素部の光電変換膜は一体に形成され、
一体に形成された光電変換膜は、隣接する行の光電変換膜と電気的に分離され、
前記固体撮像装置は、さらに、行毎に前記第１の電圧および前記第２の電圧を生成し、生成した前記第１の電圧及び前記第２の電圧を前記光電変換膜に印加する行走査回路を備える
請求項１記載の固体撮像装置。 - 前記光電変換膜は、化合物半導体で形成されている
請求項１～５の何れか１項に記載の固体撮像装置。 - 前記光電変換膜は、
前記透明電極の下に、ｐ型不純物がドーピングされた化合物半導体で形成された第１層と、
前記第１層の下に、ノンドープの化合物半導体で形成された第２層とを含む
請求項１～５の何れか１項に記載の固体撮像装置。 - 固体撮像装置の駆動方法であって、
前記固体撮像装置は、半導体基板上に行列状に配置された複数の画素部を備え、
前記画素部は、入射光を信号電荷に変換する光電変換部を有し、
前記光電変換部は、光を電荷に変換する光電変換膜と、前記光電変換膜上に形成された透明電極と、前記光電変換膜の下に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜の下に形成された画素電極とを有し、
前記駆動方法は、
前記透明電極に第１の電圧を印加することにより、前記光電変換膜に電荷を蓄積する第１ステップと、
前記画素電極を所定の電圧にリセットする第２ステップと、
前記画素電極のリセット解除直後に前記画素電極の電圧に応じた信号電圧を出力する第３ステップと、
前記信号電圧の出力後に、前記透明電極に第２の電圧を印加して、前記光電変換膜に蓄積された電荷を前記透明電極に排出する第４ステップと、
前記第４ステップの直後に前記画素電極の電圧に応じたノイズ電圧を出力する第５ステップと、
前記第３のステップで出力された前記信号電圧と、前記第５ステップで出力された前記ノイズ電圧との差分を検出する第６ステップとを有する
固体撮像装置の駆動方法。
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