WO2017150167A1 - 固体撮像素子 - Google Patents

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photoelectric conversion
solid
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丸山　俊介
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    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith

Definitions

  • the present technology relates to a solid-state image sensor, and more particularly, to a solid-state image sensor that can suppress dark current and image quality deterioration.
  • a first substrate that forms a photoelectric conversion unit and a second substrate that forms a readout circuit that reads accumulated charges are formed by bumps or electrodes.
  • a joined structure is employed (see, for example, Patent Document 1).
  • the dark current is likely to deteriorate due to the influence from the processing part interface of the compound semiconductor which is the photoelectric conversion part.
  • the readout circuit is a source follower type
  • the potential difference between the pixels becomes small, and the dark current component successively affects adjacent pixels due to blooming.
  • many invalid pixels are required, which causes an increase in chip area and cost.
  • the pixels at the boundary between the effective pixel area and the OPB (Optical Black) area that detects the black level, when exposed to high illuminance light, blooming from the effective pixel is OPB. May affect the pixels. In order to avoid the influence, a large number of invalid pixels are necessary, which causes an increase in chip area and cost.
  • OPB Optical Black
  • the present technology has been made in view of such a situation, and is capable of suppressing dark current and image quality deterioration.
  • pixels including a photoelectric conversion unit including any one of a compound semiconductor, amorphous silicon, germanium, a quantum dot photoelectric conversion film, and an organic photoelectric conversion film are two-dimensionally arranged in a matrix.
  • a voltage application pixel which is the pixel to which a constant voltage is always applied on the outermost periphery of the pixel array region or outside the effective pixel region of the pixel array region.
  • a pixel in which pixels including a photoelectric conversion unit including any one of a compound semiconductor, amorphous silicon, germanium, a quantum dot photoelectric conversion film, and an organic photoelectric conversion film are two-dimensionally arranged in a matrix An array region is provided, and a voltage application pixel that is the pixel to which a constant voltage is always applied is provided on the outermost periphery of the pixel array region or outside the effective pixel region of the pixel array region.
  • pixels including a photoelectric conversion unit having any one of a compound semiconductor, amorphous silicon, germanium, a quantum dot photoelectric conversion film, and an organic photoelectric conversion film are two-dimensionally arranged in a matrix.
  • a voltage application pixel which is the pixel to which a constant voltage is always applied between the effective pixel and the OPB pixel in the pixel array region.
  • pixels in which pixels including a photoelectric conversion unit having any one of a compound semiconductor, amorphous silicon, germanium, a quantum dot photoelectric conversion film, and an organic photoelectric conversion film are two-dimensionally arranged in a matrix An array region is provided, and a voltage application pixel, which is the pixel to which a constant voltage is always applied, is provided between the effective pixel and the OPB pixel in the pixel array region.
  • the solid-state imaging device is a two-dimensional arrangement of pixels including a photoelectric conversion unit having any one of a compound semiconductor, amorphous silicon, germanium, a quantum dot photoelectric conversion film, and an organic photoelectric conversion film in a matrix
  • the PN junction portion is not disposed on the processing portion end surface of the photoelectric conversion portion which is the outermost periphery of the pixel array region.
  • a pixel in which pixels including a photoelectric conversion unit having any one of a compound semiconductor, amorphous silicon, germanium, a quantum dot photoelectric conversion film, and an organic photoelectric conversion film are two-dimensionally arranged in a matrix An array region is provided, and a PN junction portion is not disposed on the processing unit end surface of the photoelectric conversion unit which is the outermost periphery of the pixel array region.
  • the solid-state imaging device is a two-dimensional arrangement of pixels including a photoelectric conversion unit having any one of a compound semiconductor, amorphous silicon, germanium, a quantum dot photoelectric conversion film, and an organic photoelectric conversion film in a matrix
  • a protective film is provided that covers the processed part end face of the photoelectric conversion part, which is the outermost periphery of the pixel array region.
  • pixels in which pixels including a photoelectric conversion unit having any one of a compound semiconductor, amorphous silicon, germanium, a quantum dot photoelectric conversion film, and an organic photoelectric conversion film are two-dimensionally arranged in a matrix A protective film is formed to cover the processed part end face of the photoelectric conversion part which is the outermost periphery of the array region.
  • the solid-state imaging device is a two-dimensional arrangement of pixels including a photoelectric conversion unit having any one of a compound semiconductor, amorphous silicon, germanium, a quantum dot photoelectric conversion film, and an organic photoelectric conversion film in a matrix
  • the processed portion end face of the photoelectric conversion portion which is the outermost periphery of the pixel array region, is provided with an insulating film and a metal film having an MIS structure.
  • a pixel in which pixels including a photoelectric conversion unit having any one of a compound semiconductor, amorphous silicon, germanium, a quantum dot photoelectric conversion film, and an organic photoelectric conversion film are two-dimensionally arranged in a matrix
  • An insulating film and a metal film having an MIS structure on the end face of the photoelectric conversion portion that is the outermost periphery of the array region are formed.
  • the solid-state imaging device is a two-dimensional arrangement of pixels including a photoelectric conversion unit having any one of a compound semiconductor, amorphous silicon, germanium, a quantum dot photoelectric conversion film, and an organic photoelectric conversion film in a matrix And a voltage control unit that changes a voltage applied to the photoelectric conversion unit of the pixel in accordance with a surrounding environment.
  • pixels in which pixels including a photoelectric conversion unit having any one of a compound semiconductor, amorphous silicon, germanium, a quantum dot photoelectric conversion film, and an organic photoelectric conversion film are two-dimensionally arranged in a matrix An array region and a voltage control unit that changes a voltage applied to the photoelectric conversion unit of the pixel according to a surrounding environment are provided.
  • a solid-state imaging device includes a pixel array region in which pixels are two-dimensionally arranged in a matrix, and the pixels include a compound semiconductor, amorphous silicon, germanium, a quantum dot photoelectric conversion film, or an organic photoelectric sensor.
  • a photoelectric conversion unit having any one of the conversion films, a plurality of capacitive elements that accumulate charges generated by the photoelectric conversion unit, and a switching control unit that switches on / off of the parallel connection of the plurality of capacitive elements according to the surrounding environment And have.
  • a pixel array region in which pixels are two-dimensionally arranged in a matrix includes a compound semiconductor, amorphous silicon, germanium, a quantum dot photoelectric conversion film, or an organic photoelectric conversion
  • the solid-state image sensor may be an independent device or a module incorporated in another device.
  • dark current can be suppressed and image quality deterioration can be suppressed.
  • FIG. 1 shows a schematic configuration of a solid-state imaging device to which the present technology is applied.
  • the peripheral circuit area 71 includes a vertical drive circuit 4, a column signal processing circuit 5, a horizontal drive circuit 6, an output circuit 7, a control circuit 8, and the like.
  • the pixel 2 includes a photoelectric conversion unit made of a semiconductor thin film and a plurality of pixel transistors.
  • the plurality of pixel transistors include, for example, three MOS transistors that are a reset transistor, an amplification transistor, and a selection transistor.
  • the control circuit 8 receives an input clock and data for instructing an operation mode, and outputs data such as internal information of the solid-state imaging device 1. That is, the control circuit 8 generates a clock signal and a control signal that serve as a reference for operations of the vertical drive circuit 4, the column signal processing circuit 5, and the horizontal drive circuit 6 based on the vertical synchronization signal, the horizontal synchronization signal, and the master clock. To do. Then, the control circuit 8 outputs the generated clock signal and control signal to the vertical drive circuit 4, the column signal processing circuit 5, the horizontal drive circuit 6, and the like.
  • the vertical drive circuit 4 is configured by, for example, a shift register, selects a predetermined pixel drive wiring 10, supplies a pulse for driving the pixel 2 to the selected pixel drive wiring 10, and drives the pixel 2 in units of rows. To do. That is, the vertical drive circuit 4 sequentially scans each pixel 2 in the pixel array region 3 in the vertical direction in units of rows, and a pixel signal based on the signal charge generated according to the amount of received light in the photoelectric conversion unit of each pixel 2. Are supplied to the column signal processing circuit 5 through the vertical signal line 9.
  • the column signal processing circuit 5 is arranged for each column of the pixels 2 and performs signal processing such as noise removal on the signals output from the pixels 2 for one row for each column.
  • the column signal processing circuit 5 performs signal processing such as CDS (Correlated Double Sampling) and AD conversion for removing fixed pattern noise unique to a pixel.
  • the horizontal drive circuit 6 is constituted by, for example, a shift register, and sequentially outputs horizontal scanning pulses to select each of the column signal processing circuits 5 in order, and the pixel signal is output from each of the column signal processing circuits 5 to the horizontal signal line. 11 to output.
  • the output circuit 7 performs signal processing on the signals sequentially supplied from each of the column signal processing circuits 5 through the horizontal signal line 11 and outputs the signals.
  • the output circuit 7 may only perform buffering, or may perform black level adjustment, column variation correction, various digital signal processing, and the like.
  • the input / output terminal 13 exchanges signals with the outside.
  • the solid-state imaging device 1 configured as described above is a CMOS image sensor called a column AD system in which column signal processing circuits 5 that perform CDS processing and AD conversion processing are arranged for each column.
  • FIG. 2 shows a pixel circuit of each pixel 2 of the solid-state imaging device 1.
  • Each pixel 2 includes a photoelectric conversion unit 21, a capacitive element 22, a reset transistor 23, an amplification transistor 24, and a selection transistor 25.
  • the photoelectric conversion unit 21 is made of a semiconductor thin film using a compound semiconductor such as InGaAs, and generates a charge (signal charge) corresponding to the amount of received light.
  • a predetermined bias voltage Va is applied to the photoelectric conversion unit 21.
  • Capacitance element 22 accumulates the charge generated by photoelectric conversion unit 21.
  • the capacitor 22 can be configured to include at least one of a PN junction capacitor, a MOS capacitor, and a wiring capacitor, for example.
  • the reset transistor 23 When the reset transistor 23 is turned on by the reset signal RST, the electric charge accumulated in the capacitive element 22 is discharged to the source (ground), thereby resetting the potential of the capacitive element 22.
  • the amplification transistor 24 outputs a pixel signal corresponding to the accumulated potential of the capacitive element 22. That is, the amplification transistor 24 constitutes a load MOS (not shown) as a constant current source connected via the vertical signal line 9 and a source follower circuit, and has a level corresponding to the charge accumulated in the capacitive element 22. Is output from the amplification transistor 24 to the column signal processing circuit 5 via the selection transistor 25.
  • a load MOS not shown
  • the selection transistor 25 is turned on when the pixel 2 is selected by the selection signal SEL, and outputs the pixel signal of the pixel 2 to the column signal processing circuit 5 via the vertical signal line 9.
  • Each signal line through which the transfer signal TRX, the selection signal SEL, and the reset signal RST are transmitted corresponds to the pixel drive wiring 10 in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing the pixel structure of the first embodiment.
  • each pixel 2 in the pixel array region 3 is divided into the normal pixel 2 ⁇ / b> A or the charge emission pixel 2 ⁇ / b> B depending on the control of the reset transistor 23. Since both 2A and the charge emission pixel 2B are the same, the pixel 2 will be described.
  • the charge emitting pixel 2B is disposed on the outermost side of the pixel array region 3.
  • a semiconductor substrate in which the readout circuit of the capacitor 22, the reset transistor 23, the amplification transistor 24, and the selection transistor 25 of each pixel 2 described with reference to FIG. 2 is made of a single crystal material such as single crystal silicon (Si), for example. 12 is formed for each pixel.
  • the reference numerals of the capacitor 22, the reset transistor 23, the amplification transistor 24, and the selection transistor 25 formed on the semiconductor substrate 12 are omitted.
  • An N-type semiconductor thin film 41 serving as the photoelectric conversion unit 21 is formed on the entire surface of the pixel array region 3 on the upper side, which is the light incident side of the semiconductor substrate 12.
  • the N-type semiconductor thin film 41 is made of InGaP, InAlP, InGaAs, InAlAs, or a compound semiconductor having a chalcopyrite structure.
  • a compound semiconductor having a chalcopyrite structure is a material that has a high light absorption coefficient and a high sensitivity over a wide wavelength range, and is preferably used as the N-type semiconductor thin film 41 for photoelectric conversion.
  • Such a chalcopyrite structure compound semiconductor is composed of elements surrounding the group IV element such as Cu, Al, Ga, In, S, and Se, and includes a CuGaInS mixed crystal, a CuAlGaInS mixed crystal, and a CuAlGaInSSe based. Examples include mixed crystals.
  • amorphous silicon (Si), germanium (Ge), quantum dot photoelectric conversion film, organic photoelectric conversion film, and the like can be used in addition to the compound semiconductor described above.
  • a high-concentration P-type layer 42 constituting a pixel electrode is formed for each pixel on the lower side of the N-type semiconductor thin film 41 on the semiconductor substrate 12 side.
  • an N-type layer 43 as a pixel separation region for separating each pixel 2 is formed of a compound semiconductor such as InP, for example.
  • the N-type layer 43 has a function of preventing dark current in addition to a function as a pixel separation region.
  • an N-type layer 44 having a higher concentration than that of the N-type semiconductor thin film 41 is also formed on the upper side, which is the light incident side, of the N-type semiconductor thin film 41 by using a compound semiconductor such as InP used as the pixel isolation region.
  • the high-concentration N-type layer 44 functions as a barrier layer that prevents the backflow of charges generated by the N-type semiconductor thin film 41.
  • a compound semiconductor such as InGaAs, InP, or InAlAs can be used as the material of the high-concentration N-type layer 44.
  • An antireflection film 45 is formed on the high concentration N-type layer 44 as a barrier layer.
  • the material of the antireflection film 45 for example, silicon nitride (SiN), hafnium oxide (HfO2), aluminum oxide (Al2O3), zirconium oxide (ZrO2), tantalum oxide (Ta2Ta5), titanium oxide (TiO2), or the like is used. Can do.
  • Either the high-concentration N-type layer 44 or the antireflection film 45 also functions as an upper electrode on the upper side of the electrode sandwiching the N-type semiconductor thin film 41, and the high-concentration N-type as the upper electrode.
  • a predetermined voltage Va is applied to the layer 44 or the antireflection film 45.
  • a color filter 46 and an on-chip lens 47 are further formed on the antireflection film 45.
  • the color filter 46 is a filter that transmits any light (wavelength light) of R (red), G (green), or B (blue).
  • the color filter 46 is arranged in a so-called Bayer array in the pixel array region 3. ing.
  • a passivation layer 51 and an insulating layer 52 are formed below the high-concentration P-type layer 42 constituting the pixel electrode and the N-type layer 43 serving as a pixel separation region.
  • the connection electrodes 53A and 53B and the bump electrode 54 are formed so as to penetrate the passivation layer 51 and the insulating layer 52.
  • the connection electrodes 53A and 53B and the bump electrode 54 electrically connect the high-concentration P-type layer 42 constituting the pixel electrode and the capacitive element 22 that accumulates charges.
  • the normal pixel 2A and the charge emission pixel 2B are configured as described above and have the same pixel structure.
  • control method of the reset transistor 23 is different between the normal pixel 2A and the charge emission pixel 2B.
  • the reset transistor 23 is turned on / off based on the reset signal RST in accordance with the charge generation period (light reception period) by the photoelectric conversion unit 21, the reset period of the potential of the capacitive element 22 before the start of light reception, and the like.
  • the reset transistor 23 is always controlled to be on. As a result, the charge generated by the photoelectric conversion unit 21 is discharged to the ground, and a constant voltage Va is always applied to the charge emitting pixel 2B.
  • FIG. 4 is a plan view of the pixel array region 3 showing the pixel arrangement of the charge emission pixels 2B.
  • the pixel array region 3 is disposed inside a peripheral circuit region 71 where the vertical drive circuit 4 and the column signal processing circuit 5 are formed.
  • One row and one column on the outermost side of the pixel array region 3 serve as a charge emission region 81, in which the charge emission pixel 2B is arranged.
  • the charge emission region 81 may be composed of a plurality of rows and a plurality of columns including at least one row and one column on the outermost side of the rectangular pixel array region 3.
  • the pixels 2 located in the outermost column and row of each side of the rectangular pixel array region 3 are separated from the processing unit interface (processing unit end face) of the photoelectric conversion unit 21 that is a compound semiconductor. Dark current is likely to occur due to the influence.
  • the readout circuit formed on the semiconductor substrate 12 is a source follower type circuit, the potential difference between the pixels is reduced when charges are accumulated, so that the dark current component affects the adjacent pixels one after another due to blooming. Will be affected.
  • the pixel 2 located in the outermost column and row of each side of the rectangular pixel array region 3 is a charge emitting pixel controlled so that the reset transistor 23 is always on.
  • the discharge of charge from the processing unit end face (processing unit interface) of the N-type semiconductor thin film 41 which is the photoelectric conversion unit 21 is concentrated on the charge emission pixel 2B and discharged. Thereby, it is possible to prevent the charge from flowing into the normal pixel 2A inside the charge discharge region 81.
  • the first embodiment it is possible to suppress deterioration in image quality due to the discharge of charges from the interface of the processed portion of the N-type semiconductor thin film 41.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing the pixel structure of the second embodiment.
  • the pixel structure of the normal pixel 2A in the second embodiment is the same as that in the first embodiment described above, and a description thereof is omitted.
  • the pixel structure of the charge-emission pixel 2B in the second embodiment is different from that of the first embodiment described above. Specifically, the charge-emission pixel 2B of the first embodiment has the capacitive element 22, the reset transistor 23, the amplification transistor 24, and the selection transistor 25, as in the normal pixel 2A. On the other hand, the charge emission pixel 2B of the second embodiment does not have them.
  • the N-type semiconductor thin film 41 as the photoelectric conversion unit 21 is connected to the ground via the reset transistor 23, whereas the second type In the charge-emission pixel 2B of this embodiment, the connection electrode 53B is directly connected to the ground without passing through the reset transistor 23. Since the reset transistor 23 is not passed, the voltage applied to the charge emission pixel 2B is larger than the voltage applied to the normal pixel 2A.
  • the electric charge is spilled from the interface of the processed portion of the N-type semiconductor thin film 41 which is the photoelectric conversion portion 21. Is concentrated on the charge emission pixel 2B and discharged, so that the flow of charge into the normal pixel 2A inside the charge emission region 81 can be prevented.
  • the arrangement of the charge emission regions 81 in which the charge emission pixels 2B according to the second embodiment are arranged is the same as that in the first embodiment.
  • the outermost one row and one column of the pixel array region 3 or a plurality of rows and a plurality of columns including at least the outermost one row and one column of the rectangular pixel array region 3 may be used as the charge emission region 81. it can.
  • an OPB (Optical Black) region for detecting a black level serving as a reference is formed as a part of the pixel array region 3.
  • the pixel structures of the third and fourth embodiments described below are pixel structures when an OPB region is formed as a part of the pixel array region 3.
  • FIG. 6 is a plan view showing the arrangement of the charge discharge regions 81 when the OPB region is formed as a part of the pixel array region 3.
  • the OPB region 101 When the OPB region 101 is formed as a part of the pixel array region 3, the OPB region 101 includes a plurality of columns and a plurality of columns that are the outermost sides of each side of the rectangular pixel array region 3, as shown in FIG. It is composed of lines. The innermost one row and one column of the OPB region 101 is set as the charge discharge region 81.
  • the area inside the OPB area 101 of the pixel array area 3 is an effective pixel area 102 in which normal pixels 2A that output pixel signals corresponding to the amount of received light are arranged.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing the pixel structure of the third embodiment.
  • OPB pixels 2C (2Ca, 2Cb) are arranged.
  • a light shielding film 111 is formed above the N-type semiconductor thin film 41 that is the photoelectric conversion unit 21 instead of the color filter 46 and the on-chip lens 47.
  • the light shielding film 111 is made of a metal material such as tungsten (W), aluminum (Al), or gold (Au).
  • OPB region 101 for example, three OPB pixels 2C having three rows or three columns are arranged side by side, and the innermost (the center side of the pixel array region 3) of these OPB pixels 2C is the first pixel described above.
  • the charge-release OPB pixel 2Cb is controlled so that the reset transistor 23 is always turned on.
  • OPB pixel 2Ca is used.
  • the pixel array region 3 of the solid-state imaging device 1 when the pixel array region 3 of the solid-state imaging device 1 is irradiated with light with high illuminance, blooming occurs in the normal pixel 2A closest to the OPB region 101, and the adjacent OPB pixel 2C, that is, There is a possibility of affecting the innermost OPB pixel 2C of the OPB region 101. Further, light incident on the normal pixel 2A closest to the OPB region 101 may leak into the adjacent OPB pixel 2C, and blooming may occur in the adjacent OPB pixel 2C.
  • the innermost OPB pixel 2C in the OPB region 101 is the charge-discharge OPB pixel 2Cb that is controlled so that the reset transistor 23 is always on, thereby preventing blooming.
  • the charge discharge OPB pixel 2Cb can be stopped, and the flow of charge to the adjacent black level readout OPB pixel 2Ca can be prevented.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing the pixel structure of the fourth embodiment.
  • the pixel structure of the innermost charge-discharge OPB pixel 2Cb in the OPB region 101 is directly connected to the ground as in the second embodiment. It is a connected structure.
  • the arrangement of the charge emission region 81 where the charge emission OPB pixel 2Cb is arranged is the same as that of the charge emission region 81 described in FIG.
  • the charge emission region 81 (the charge emission OPB pixel 2Cb) is the pixel 2 in the innermost row and column of the OPB region 101 has been described.
  • the charge discharge region 81 may be configured by a plurality of rows and a plurality of columns including at least one row and one column of the OPB region 101.
  • the charge emission region 81 can be configured by a rectangular region including one row and one column on the innermost side of the OPB region 101 and one row and one column on the outermost side of the effective pixel region 102.
  • the charge emission region 81 can be configured by a rectangular region including a plurality of rows and a plurality of columns of the OPB region 101.
  • the charge emission region 81 may not include the innermost one row and one column of the OPB region 101.
  • the charge emission region 81 (charge emission pixel 2B) is provided in the vicinity of the processing unit end face of the photoelectric conversion unit 21 in which dark current is likely to be generated, and the charge is discharged therefrom.
  • the structure that prevents the charge from flowing into the normal pixel 2A inside the charge emission region 81 has been described.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining a first processing unit end surface structure that suppresses dark current at the processing unit end surface of the photoelectric conversion unit 21.
  • FIG. 9A shows that a PN junction composed of an N-type semiconductor thin film 41 and a high-concentration P-type layer 42 is formed by disposing a high-concentration P-type layer 42 on the end face of the processed portion of the photoelectric conversion unit 21.
  • the structure contained in the process part end surface of the photoelectric conversion part 21 is shown.
  • FIG. 9B shows a PN junction comprising an N-type semiconductor thin film 41 and a high-concentration P-type layer 42 without the high-concentration P-type layer 42 disposed on the end face of the photoelectric conversion unit 21.
  • the part shows a structure that is not included in the processed part end face of the photoelectric conversion part 21.
  • a PN junction part composed of an N-type semiconductor thin film 41 and a high-concentration P-type layer 42 as shown in FIG. It is possible to adopt a structure that is not arranged in the above. By doing so, compared to the case where the PN junction is arranged on the end face of the processed part, the electric field at the end face of the processed part can be weakened. Current can be suppressed.
  • FIG. 10 shows a second processed part end face structure that suppresses dark current at the processed part end face of the photoelectric conversion unit 21.
  • the PN junction part is not included in the processed part end face of the photoelectric conversion part 21 as shown in FIG. 9B, and is further shown in FIG. In this way, the end surface of the processed part can be covered with a protective film having a fixed charge (hereinafter referred to as a fixed charge film) 201.
  • a protective film having a fixed charge hereinafter referred to as a fixed charge film
  • silicon oxide (SiO2), silicon nitride (SiN), aluminum oxide (Al2O3), hafnium oxide (HfO2), or the like can be used.
  • the fixed charge film 201 is a film having a positive fixed charge.
  • the photoelectric conversion unit 21 is a P-type semiconductor thin film and the signal charge is an electron
  • the fixed charge film 201 is a film having a negative fixed charge.
  • the discharge of electric charge from the end surface of the processed portion can be suppressed and the dark current can be suppressed.
  • FIG. 11 shows a third processed part end face structure that suppresses dark current at the processed part end face of the photoelectric conversion unit 21.
  • the PN junction part is not included in the processed part end face of the photoelectric conversion part 21 as shown in FIG. 9B, and is further shown in FIG.
  • the insulating film 221 and the metal film 222 are formed on the end surface of the processed portion, and the MIS structure can be formed together with the N-type semiconductor thin film 41.
  • a predetermined bias voltage is applied to the metal film 222.
  • the photoelectric conversion unit 21 is an N-type semiconductor thin film 41 and the signal charge is a hole
  • a positive bias voltage is applied to the metal film 222.
  • a negative bias voltage is applied to the metal film 222.
  • the insulating film 221 for example, silicon oxide (SiO2), silicon nitride (SiN), aluminum oxide (Al2O3), hafnium oxide (HfO2), or the like can be used.
  • a material of the metal film 222 for example, tungsten (W), aluminum (Al), gold (Au), or the like can be used.
  • the processing unit end surface of the photoelectric conversion unit 21 has the MIS structure, and by applying a predetermined bias voltage to the metal film 222, the discharge of electric charge from the processing unit end surface is suppressed and the dark current is suppressed. Can do.
  • the normal pixel 2A in which the discharge of electric charge from the end face of the processed portion is an effective pixel inside the pixel array region 3 is obtained. Can be prevented.
  • the adoption of a structure that suppresses the discharge of electric charges from the end face of the processed part can minimize the number of invalid pixels, reduce the chip area of the solid-state imaging device 1 as a whole, and reduce the manufacturing cost. Can be reduced.
  • any of the pixel structures of the first to fourth embodiments described above and the first to third processed part end face structures described above can be arbitrarily combined.
  • any one of the pixel structures of the first to fourth embodiments described above or the first to third processed part end surface structures described above is used to provide photoelectric conversion. An effect of suppressing image quality deterioration due to the discharge of electric charges from the end surface of the processing unit of the conversion unit 21 can be achieved.
  • a method of adjusting a voltage applied to a photoelectric conversion film so as not to exceed a saturation level of a pixel is known (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-49525).
  • a method for realizing a high dynamic range a method for realizing a high S / N and a high dynamic range by having a changeover switch in a capacitor unit that accumulates charges (for example, JP-T-2007-516654),
  • a method Japanese Patent Laid-Open No. 2014-112580 that realizes high sensitivity and a high dynamic range by arranging a charge storage portion capacitor in a stacked structure with a photodiode in a direction opposite to the light incident direction of the photodiode is known. .
  • Quantum infrared image sensors typified by InGaAs and the like absorb a long wavelength light, so that the band gap is narrower than that of silicon (Si), and a dark current is easily generated.
  • a source follower type read circuit accumulates carriers and reads a signal, it is necessary to increase the voltage applied to the photoelectric conversion unit or increase the capacity in order to secure a dynamic range.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing the pixel structure of the fifth embodiment of the solid-state image pickup device 1 and realizing a high dynamic range.
  • the readout circuit for the capacitor 22, the reset transistor 23, the amplification transistor 24, and the selection transistor 25 is provided on the semiconductor substrate 12. It is formed for each pixel.
  • two capacitive elements 22A and 22B are formed as the capacitive element 22, and the two capacitive elements 22A and 22B are newly provided in each pixel 2.
  • the control transistors 241 are connected in parallel.
  • the switching control transistor 241 switches on / off of the parallel connection of the two capacitive elements 22A and 22B in accordance with a switching signal CSW supplied from the vertical drive circuit 4 (FIG. 1).
  • the vertical drive circuit 4 supplies a switching signal CSW of a predetermined level (high or low) to the switching control transistor 241 of each pixel 2 according to the surrounding environment of the solid-state imaging device 1, specifically, the light quantity and temperature.
  • the switching control transistor 241 is controlled.
  • the current light amount of the solid-state imaging device 1 is determined based on the pixel output of the previous frame. Further, since the dark current increases when the temperature rises due to the influence of the use environment, the current temperature of the solid-state imaging device 1 is determined based on the pixel output of the OPB pixel 2C.
  • the vertical drive circuit 4 turns on the switching control transistor 241 to increase the storage capacity of the capacitive elements 22A and 22B. If there is no pixel 2 that has reached the saturation level, the switching control transistor 241 is turned off to reduce the storage capacitance of the capacitive elements 22A and 22B.
  • the vertical drive circuit 4 turns on the switching control transistor 241 to increase the storage capacity of the capacitive elements 22A and 22B and reduce the dark current. If it is less than the predetermined current value, the switching control transistor 241 is turned off to reduce the storage capacity of the capacitive elements 22A and 22B.
  • a voltage control unit 242 that variably controls the bias voltage Va ′ applied to the photoelectric conversion unit 21 is newly provided.
  • the voltage control unit 242 may be additionally provided in the solid-state imaging device 1, or may be provided as a part of the control circuit 8 or the vertical drive circuit 4, for example.
  • the voltage control unit 242 varies the bias voltage Va ′ to be applied to the photoelectric conversion unit 21 according to the surrounding environment of the solid-state imaging device 1, specifically the light amount and temperature.
  • the current light amount of the solid-state imaging device 1 is determined based on the pixel output of the previous frame. Further, since the dark current increases when the temperature rises due to the influence of the use environment, the current temperature of the solid-state imaging device 1 is determined based on the pixel output of the OPB pixel 2C.
  • the voltage control unit 242 increases the bias voltage Va ′, and there is no pixel 2 that has a small amount of light and has reached the saturation level. In this case, the bias voltage Va ′ is lowered.
  • the voltage control unit 242 increases the bias voltage Va ′ when the dark current is large (greater than or equal to a predetermined current value), and when the dark current is small (less than the predetermined current value), The bias voltage Va ′ is lowered. Note that the voltage control unit 242 may change the reset voltage of the reset transistor 23 instead of changing the bias voltage Va ′. Even in this case, the same effect can be obtained.
  • the control of the bias voltage Va 'by the voltage control unit 242 and the control of the storage capacity by the vertical drive circuit 4 may be controlled independently or in combination.
  • the following four-stage control can be performed according to the amount of light.
  • A Light level 1: Bias voltage Va1 ′, small storage capacity (parallel connection off)
  • B Light level 2: Bias voltage Va1 ′, large storage capacity (parallel connection on)
  • C Light level 3: Bias voltage Va2 ', large storage capacity (parallel connection on)
  • D Light level 4: Bias voltage Va3 ′, large storage capacity (parallel connection on)
  • the magnitude relationship between each light quantity level 1 to 4 and the bias voltages Va1 ′ to Va3 ′ is as follows: light quantity level 1 ⁇ light quantity level 2 ⁇ light quantity level 3 ⁇ light quantity level 4, bias voltage Va1 ′ ⁇ bias voltage Va2 ′ ⁇ bias voltage. Va3 ′.
  • the vertical drive circuit 4 may control the switching control transistor 241 of each pixel 2 for all the pixels in the pixel array region 3 at the same time, or may divide the pixel array region 3 into a plurality of areas and control each area. Also good. Further, the vertical drive circuit 4 may be controlled for each pixel in the pixel array region 3.
  • the voltage control unit 242 may simultaneously control the bias voltage Va ′ applied to the photoelectric conversion unit 21 for all the pixels in the pixel array region 3, or the pixel array region 3 is divided into a plurality of areas for each area. You may control. Further, the vertical drive circuit 4 may be controlled for each pixel in the pixel array region 3.
  • the solid-state imaging device 1 of the fifth embodiment when the light amount is small, the dark current can be suppressed by reducing the bias voltage Va ′ applied to the photoelectric conversion unit 21, and the S / N ratio. Can be improved. Further, since the conversion efficiency is increased by reducing the storage capacity of the capacitive elements 22A and 22B, the S / N ratio is increased.
  • the dynamic range can be expanded by increasing the bias voltage Va ′ applied to the photoelectric conversion unit 21 and increasing the storage capacity of the capacitive elements 22A and 22B. Can be realized. In this case, the dark current increases or the conversion efficiency decreases, but since the signal amount is large, the influence of image quality deterioration is small.
  • an improvement in S / N ratio and a high dynamic range can be realized according to the surrounding environment of the solid-state imaging device 1.
  • the present technology is not limited to application to a solid-state imaging device. That is, the present technology is applied to an image capturing unit (photoelectric conversion unit) such as an imaging device such as a digital still camera or a video camera, a portable terminal device having an imaging function, or a copying machine using a solid-state imaging device as an image reading unit.
  • the present invention can be applied to all electronic devices using a solid-state image sensor.
  • the solid-state imaging device may be formed as a one-chip, or may be in a module shape having an imaging function in which an imaging unit and a signal processing unit or an optical system are packaged together.
  • FIG. 13 is a block diagram illustrating a configuration example of an imaging apparatus as an electronic apparatus to which the present technology is applied.
  • An imaging apparatus 300 in FIG. 13 includes an optical unit 301 including a lens group, a solid-state imaging device (imaging device) 302 that employs the configuration of the solid-state imaging device 1 in FIG. 1, and a DSP (Digital Signal) that is a camera signal processing circuit. Processor) circuit 303 is provided.
  • the imaging apparatus 300 also includes a frame memory 304, a display unit 305, a recording unit 306, an operation unit 307, and a power supply unit 308.
  • the DSP circuit 303, the frame memory 304, the display unit 305, the recording unit 306, the operation unit 307, and the power supply unit 308 are connected to each other via a bus line 309.
  • the optical unit 301 takes in incident light (image light) from a subject and forms an image on the imaging surface of the solid-state imaging device 302.
  • the solid-state imaging element 302 converts the amount of incident light imaged on the imaging surface by the optical unit 301 into an electrical signal in units of pixels and outputs the electrical signal.
  • the solid-state image sensor 302 the solid-state image sensor 1 of FIG. 1, for example, a solid-state image sensor that suppresses image quality deterioration due to the discharge of electric charge from the processing unit end face of the photoelectric conversion unit 21 can be used.
  • the display unit 305 includes a panel type display device such as a liquid crystal panel or an organic EL (Electro Luminescence) panel, and displays a moving image or a still image captured by the solid-state image sensor 302.
  • the recording unit 306 records a moving image or a still image captured by the solid-state image sensor 302 on a recording medium such as a hard disk or a semiconductor memory.
  • the operation unit 307 issues operation commands for various functions of the imaging apparatus 300 under the operation of the user.
  • the power supply unit 308 appropriately supplies various power sources serving as operation power sources for the DSP circuit 303, the frame memory 304, the display unit 305, the recording unit 306, and the operation unit 307 to these supply targets.
  • the solid-state imaging device 1 As described above, by using the solid-state imaging device 1 to which each of the above-described embodiments is applied as the solid-state imaging device 302, for example, image quality deterioration due to the discharge of charges from the processing unit end face of the photoelectric conversion unit 21 is suppressed. can do. In addition, the S / N ratio can be improved and a high dynamic range can be realized. Therefore, it is possible to improve the image quality of captured images in the imaging apparatus 300 such as a video camera, a digital still camera, and a camera module for mobile devices such as a mobile phone.
  • the imaging apparatus 300 such as a video camera, a digital still camera, and a camera module for mobile devices such as a mobile phone.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a usage example of the image sensor using the solid-state imaging device 1 described above.
  • the image sensor using the solid-state imaging device 1 described above can be used in various cases for sensing light such as visible light, infrared light, ultraviolet light, and X-ray as follows.
  • Devices for taking images for viewing such as digital cameras and mobile devices with camera functions
  • Devices used for traffic such as in-vehicle sensors that capture the back, surroundings, and interiors of vehicles, surveillance cameras that monitor traveling vehicles and roads, and ranging sensors that measure distances between vehicles, etc.
  • Equipment used for home appliances such as TVs, refrigerators, air conditioners, etc. to take pictures and operate the equipment according to the gestures ⁇ Endoscopes, equipment that performs blood vessel photography by receiving infrared light, etc.
  • Equipment used for medical and health care ⁇ Security equipment such as security surveillance cameras and personal authentication cameras ⁇ Skin measuring instrument for photographing skin and scalp photography Such as a microscope to do beauty Equipment used for sports-Equipment used for sports such as action cameras and wearable cameras for sports applications-Used for agriculture such as cameras for monitoring the condition of fields and crops apparatus
  • the technology according to the present disclosure can be applied to various products.
  • the technology according to the present disclosure may be applied to an endoscopic surgery system.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating an example of a schematic configuration of an endoscopic surgery system to which the technology (present technology) according to the present disclosure can be applied.
  • FIG. 15 shows a state in which an operator (doctor) 11131 is performing surgery on a patient 11132 on a patient bed 11133 using an endoscopic surgery system 11000.
  • an endoscopic surgery system 11000 includes an endoscope 11100, other surgical instruments 11110 such as an insufflation tube 11111 and an energy treatment instrument 11112, and a support arm device 11120 that supports the endoscope 11100. And a cart 11200 on which various devices for endoscopic surgery are mounted.
  • the endoscope 11100 includes a lens barrel 11101 in which a region having a predetermined length from the distal end is inserted into the body cavity of the patient 11132, and a camera head 11102 connected to the proximal end of the lens barrel 11101.
  • a lens barrel 11101 in which a region having a predetermined length from the distal end is inserted into the body cavity of the patient 11132, and a camera head 11102 connected to the proximal end of the lens barrel 11101.
  • an endoscope 11100 configured as a so-called rigid mirror having a rigid lens barrel 11101 is illustrated, but the endoscope 11100 may be configured as a so-called flexible mirror having a flexible lens barrel. Good.
  • An opening into which the objective lens is fitted is provided at the tip of the lens barrel 11101.
  • a light source device 11203 is connected to the endoscope 11100, and light generated by the light source device 11203 is guided to the tip of the lens barrel by a light guide extending inside the lens barrel 11101. Irradiation is performed toward the observation target in the body cavity of the patient 11132 through the lens.
  • the endoscope 11100 may be a direct endoscope, a perspective mirror, or a side endoscope.
  • An optical system and an image sensor are provided inside the camera head 11102, and reflected light (observation light) from the observation target is condensed on the image sensor by the optical system. Observation light is photoelectrically converted by the imaging element, and an electrical signal corresponding to the observation light, that is, an image signal corresponding to the observation image is generated.
  • the image signal is transmitted to a camera control unit (CCU: Camera Control Unit) 11201 as RAW data.
  • CCU Camera Control Unit
  • the CCU 11201 is configured by a CPU (Central Processing Unit), a GPU (Graphics Processing Unit), and the like, and comprehensively controls operations of the endoscope 11100 and the display device 11202. Further, the CCU 11201 receives an image signal from the camera head 11102 and performs various kinds of image processing for displaying an image based on the image signal, such as development processing (demosaic processing), for example.
  • a CPU Central Processing Unit
  • GPU Graphics Processing Unit
  • the display device 11202 displays an image based on an image signal subjected to image processing by the CCU 11201 under the control of the CCU 11201.
  • the light source device 11203 is composed of a light source such as an LED (Light Emitting Diode), for example, and supplies irradiation light to the endoscope 11100 when photographing a surgical site or the like.
  • a light source such as an LED (Light Emitting Diode), for example, and supplies irradiation light to the endoscope 11100 when photographing a surgical site or the like.
  • the input device 11204 is an input interface for the endoscopic surgery system 11000.
  • a user can input various information and instructions to the endoscopic surgery system 11000 via the input device 11204.
  • the user inputs an instruction to change the imaging conditions (type of irradiation light, magnification, focal length, etc.) by the endoscope 11100.
  • the treatment instrument control device 11205 controls the drive of the energy treatment instrument 11112 for tissue ablation, incision, blood vessel sealing, or the like.
  • the pneumoperitoneum device 11206 passes gas into the body cavity via the pneumoperitoneum tube 11111.
  • the recorder 11207 is an apparatus capable of recording various types of information related to surgery.
  • the printer 11208 is a device that can print various types of information related to surgery in various formats such as text, images, or graphs.
  • the light source device 11203 that supplies the irradiation light when the surgical site is imaged to the endoscope 11100 can be configured by, for example, a white light source configured by an LED, a laser light source, or a combination thereof.
  • a white light source is configured by a combination of RGB laser light sources, the output intensity and output timing of each color (each wavelength) can be controlled with high accuracy. Therefore, the light source device 11203 adjusts the white balance of the captured image. It can be carried out.
  • the driving of the light source device 11203 may be controlled so as to change the intensity of the output light every predetermined time. Synchronously with the timing of changing the intensity of the light, the drive of the image sensor of the camera head 11102 is controlled to acquire an image in a time-sharing manner, and the image is synthesized, so that high dynamic without so-called blackout and overexposure A range image can be generated.
  • the light source device 11203 may be configured to be able to supply light of a predetermined wavelength band corresponding to special light observation.
  • special light observation for example, by utilizing the wavelength dependence of light absorption in body tissue, the surface of the mucous membrane is irradiated by irradiating light in a narrow band compared to irradiation light (ie, white light) during normal observation.
  • a so-called narrow band imaging is performed in which a predetermined tissue such as a blood vessel is imaged with high contrast.
  • fluorescence observation may be performed in which an image is obtained by fluorescence generated by irradiating excitation light.
  • the body tissue is irradiated with excitation light to observe fluorescence from the body tissue (autofluorescence observation), or a reagent such as indocyanine green (ICG) is locally administered to the body tissue and applied to the body tissue. It is possible to obtain a fluorescence image by irradiating excitation light corresponding to the fluorescence wavelength of the reagent.
  • the light source device 11203 can be configured to be able to supply narrowband light and / or excitation light corresponding to such special light observation.
  • FIG. 16 is a block diagram showing an example of the functional configuration of the camera head 11102 and CCU 11201 shown in FIG.
  • the camera head 11102 includes a lens unit 11401, an imaging unit 11402, a drive unit 11403, a communication unit 11404, and a camera head control unit 11405.
  • the CCU 11201 includes a communication unit 11411, an image processing unit 11412, and a control unit 11413.
  • the camera head 11102 and the CCU 11201 are connected to each other by a transmission cable 11400 so that they can communicate with each other.
  • the lens unit 11401 is an optical system provided at a connection portion with the lens barrel 11101. Observation light taken from the tip of the lens barrel 11101 is guided to the camera head 11102 and enters the lens unit 11401.
  • the lens unit 11401 is configured by combining a plurality of lenses including a zoom lens and a focus lens.
  • the imaging unit 11402 includes an imaging element.
  • One (so-called single plate type) image sensor may be included in the imaging unit 11402, or a plurality (so-called multi-plate type) may be used.
  • image signals corresponding to RGB may be generated by each imaging element, and a color image may be obtained by combining them.
  • the imaging unit 11402 may be configured to include a pair of imaging elements for acquiring right-eye and left-eye image signals corresponding to 3D (Dimensional) display. By performing the 3D display, the operator 11131 can more accurately grasp the depth of the living tissue in the surgical site.
  • 3D 3D
  • the imaging unit 11402 is not necessarily provided in the camera head 11102.
  • the imaging unit 11402 may be provided inside the lens barrel 11101 immediately after the objective lens.
  • the driving unit 11403 is configured by an actuator, and moves the zoom lens and the focus lens of the lens unit 11401 by a predetermined distance along the optical axis under the control of the camera head control unit 11405. Thereby, the magnification and the focus of the image captured by the imaging unit 11402 can be adjusted as appropriate.
  • the communication unit 11404 is configured by a communication device for transmitting and receiving various types of information to and from the CCU 11201.
  • the communication unit 11404 transmits the image signal obtained from the imaging unit 11402 as RAW data to the CCU 11201 via the transmission cable 11400.
  • the communication unit 11404 receives a control signal for controlling driving of the camera head 11102 from the CCU 11201 and supplies the control signal to the camera head control unit 11405.
  • the control signal includes, for example, information for designating the frame rate of the captured image, information for designating the exposure value at the time of imaging, and / or information for designating the magnification and focus of the captured image. Contains information about the condition.
  • the imaging conditions such as the frame rate, exposure value, magnification, and focus may be appropriately specified by the user, or may be automatically set by the control unit 11413 of the CCU 11201 based on the acquired image signal. Good. In the latter case, a so-called AE (Auto Exposure) function, AF (Auto Focus) function, and AWB (Auto White Balance) function are mounted on the endoscope 11100.
  • AE Auto Exposure
  • AF Automatic Focus
  • AWB Auto White Balance
  • the camera head control unit 11405 controls driving of the camera head 11102 based on a control signal from the CCU 11201 received via the communication unit 11404.
  • the communication unit 11411 is configured by a communication device for transmitting and receiving various types of information to and from the camera head 11102.
  • the communication unit 11411 receives an image signal transmitted from the camera head 11102 via the transmission cable 11400.
  • the communication unit 11411 transmits a control signal for controlling driving of the camera head 11102 to the camera head 11102.
  • the image signal and the control signal can be transmitted by electrical communication, optical communication, or the like.
  • the image processing unit 11412 performs various types of image processing on the image signal that is RAW data transmitted from the camera head 11102.
  • the control unit 11413 performs various types of control related to imaging of the surgical site by the endoscope 11100 and display of a captured image obtained by imaging of the surgical site. For example, the control unit 11413 generates a control signal for controlling driving of the camera head 11102.
  • control unit 11413 causes the display device 11202 to display a picked-up image showing the surgical part or the like based on the image signal subjected to the image processing by the image processing unit 11412.
  • the control unit 11413 may recognize various objects in the captured image using various image recognition techniques.
  • the control unit 11413 detects surgical tools such as forceps, specific biological parts, bleeding, mist when using the energy treatment tool 11112, and the like by detecting the shape and color of the edge of the object included in the captured image. Can be recognized.
  • the control unit 11413 may display various types of surgery support information superimposed on the image of the surgical unit using the recognition result. Surgery support information is displayed in a superimposed manner and presented to the operator 11131, thereby reducing the burden on the operator 11131 and allowing the operator 11131 to proceed with surgery reliably.
  • the transmission cable 11400 for connecting the camera head 11102 and the CCU 11201 is an electric signal cable corresponding to electric signal communication, an optical fiber corresponding to optical communication, or a composite cable thereof.
  • communication is performed by wire using the transmission cable 11400.
  • communication between the camera head 11102 and the CCU 11201 may be performed wirelessly.
  • the technology according to the present disclosure can be applied to the imaging unit 11402 of the camera head 11102 among the configurations described above.
  • the solid-state imaging device 1 to which each of the above-described embodiments is applied can be applied to the imaging unit 10402.
  • the technology according to the present disclosure can be applied to various products.
  • the technology according to the present disclosure is realized as a device that is mounted on any type of mobile body such as an automobile, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a motorcycle, a bicycle, personal mobility, an airplane, a drone, a ship, and a robot. May be.
  • FIG. 17 is a block diagram illustrating a schematic configuration example of a vehicle control system that is an example of a mobile control system to which the technology according to the present disclosure can be applied.
  • the vehicle control system 12000 includes a plurality of electronic control units connected via a communication network 12001.
  • the vehicle control system 12000 includes a drive system control unit 12010, a body system control unit 12020, a vehicle exterior information detection unit 12030, a vehicle interior information detection unit 12040, and an integrated control unit 12050.
  • a microcomputer 12051, an audio image output unit 12052, and an in-vehicle network I / F (interface) 12053 are illustrated.
  • the drive system control unit 12010 controls the operation of the device related to the drive system of the vehicle according to various programs.
  • the drive system control unit 12010 includes a driving force generator for generating a driving force of a vehicle such as an internal combustion engine or a driving motor, a driving force transmission mechanism for transmitting the driving force to wheels, and a steering angle of the vehicle. It functions as a control device such as a steering mechanism that adjusts and a braking device that generates a braking force of the vehicle.
  • the body system control unit 12020 controls the operation of various devices mounted on the vehicle body according to various programs.
  • the body system control unit 12020 functions as a keyless entry system, a smart key system, a power window device, or a control device for various lamps such as a headlamp, a back lamp, a brake lamp, a blinker, or a fog lamp.
  • the body control unit 12020 can be input with radio waves transmitted from a portable device that substitutes for a key or signals from various switches.
  • the body system control unit 12020 receives input of these radio waves or signals, and controls a door lock device, a power window device, a lamp, and the like of the vehicle.
  • the vehicle outside information detection unit 12030 detects information outside the vehicle on which the vehicle control system 12000 is mounted.
  • the imaging unit 12031 is connected to the vehicle exterior information detection unit 12030.
  • the vehicle exterior information detection unit 12030 causes the imaging unit 12031 to capture an image outside the vehicle and receives the captured image.
  • the vehicle outside information detection unit 12030 may perform an object detection process or a distance detection process such as a person, a car, an obstacle, a sign, or a character on a road surface based on the received image.
  • the imaging unit 12031 is an optical sensor that receives light and outputs an electrical signal corresponding to the amount of received light.
  • the imaging unit 12031 can output an electrical signal as an image, or can output it as distance measurement information. Further, the light received by the imaging unit 12031 may be visible light or invisible light such as infrared rays.
  • the vehicle interior information detection unit 12040 detects vehicle interior information.
  • a driver state detection unit 12041 that detects a driver's state is connected to the in-vehicle information detection unit 12040.
  • the driver state detection unit 12041 includes, for example, a camera that images the driver, and the vehicle interior information detection unit 12040 determines the degree of fatigue or concentration of the driver based on the detection information input from the driver state detection unit 12041. It may be calculated or it may be determined whether the driver is asleep.
  • the microcomputer 12051 calculates a control target value of the driving force generator, the steering mechanism, or the braking device based on the information inside / outside the vehicle acquired by the vehicle outside information detection unit 12030 or the vehicle interior information detection unit 12040, and the drive system control unit A control command can be output to 12010.
  • the microcomputer 12051 realizes an ADAS (Advanced Driver Assistance System) function including vehicle collision avoidance or impact mitigation, following traveling based on inter-vehicle distance, vehicle speed maintaining traveling, vehicle collision warning, or vehicle lane departure warning, etc. It is possible to perform cooperative control for the purpose.
  • ADAS Advanced Driver Assistance System
  • the microcomputer 12051 controls the driving force generator, the steering mechanism, the braking device, and the like based on the information around the vehicle acquired by the vehicle exterior information detection unit 12030 or the vehicle interior information detection unit 12040. It is possible to perform cooperative control for the purpose of automatic driving that autonomously travels without depending on the operation.
  • the microcomputer 12051 can output a control command to the body system control unit 12020 based on information outside the vehicle acquired by the vehicle outside information detection unit 12030.
  • the microcomputer 12051 controls the headlamp according to the position of the preceding vehicle or the oncoming vehicle detected by the outside information detection unit 12030, and performs cooperative control for the purpose of anti-glare, such as switching from a high beam to a low beam. It can be carried out.
  • the sound image output unit 12052 transmits an output signal of at least one of sound and image to an output device capable of visually or audibly notifying information to a vehicle occupant or the outside of the vehicle.
  • an audio speaker 12061, a display unit 12062, and an instrument panel 12063 are illustrated as output devices.
  • the display unit 12062 may include at least one of an on-board display and a head-up display, for example.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating an example of an installation position of the imaging unit 12031.
  • the vehicle 12100 includes imaging units 12101, 12102, 12103, 12104, and 12105 as the imaging unit 12031.
  • the imaging units 12101, 12102, 12103, 12104, and 12105 are provided, for example, at positions such as a front nose, a side mirror, a rear bumper, a back door, and an upper part of a windshield in the vehicle interior of the vehicle 12100.
  • the imaging unit 12101 provided in the front nose and the imaging unit 12105 provided in the upper part of the windshield in the vehicle interior mainly acquire an image in front of the vehicle 12100.
  • the imaging units 12102 and 12103 provided in the side mirror mainly acquire an image of the side of the vehicle 12100.
  • the imaging unit 12104 provided in the rear bumper or the back door mainly acquires an image behind the vehicle 12100.
  • the forward images acquired by the imaging units 12101 and 12105 are mainly used for detection of a preceding vehicle or a pedestrian, an obstacle, a traffic light, a traffic sign, a lane, or the like.
  • FIG. 18 shows an example of the shooting range of the imaging units 12101 to 12104.
  • the imaging range 12111 indicates the imaging range of the imaging unit 12101 provided in the front nose
  • the imaging ranges 12112 and 12113 indicate the imaging ranges of the imaging units 12102 and 12103 provided in the side mirrors, respectively
  • the imaging range 12114 The imaging range of the imaging part 12104 provided in the rear bumper or the back door is shown. For example, by superimposing the image data captured by the imaging units 12101 to 12104, an overhead image when the vehicle 12100 is viewed from above is obtained.
  • At least one of the imaging units 12101 to 12104 may have a function of acquiring distance information.
  • at least one of the imaging units 12101 to 12104 may be a stereo camera including a plurality of imaging elements, or may be an imaging element having pixels for phase difference detection.
  • the microcomputer 12051 based on the distance information obtained from the imaging units 12101 to 12104, the distance to each three-dimensional object in the imaging range 12111 to 12114 and the temporal change in this distance (relative speed with respect to the vehicle 12100).
  • a predetermined speed for example, 0 km / h or more
  • the microcomputer 12051 can set an inter-vehicle distance to be secured in advance before the preceding vehicle, and can perform automatic brake control (including follow-up stop control), automatic acceleration control (including follow-up start control), and the like.
  • automatic brake control including follow-up stop control
  • automatic acceleration control including follow-up start control
  • cooperative control for the purpose of autonomous driving or the like autonomously traveling without depending on the operation of the driver can be performed.
  • the microcomputer 12051 converts the three-dimensional object data related to the three-dimensional object to other three-dimensional objects such as a two-wheeled vehicle, a normal vehicle, a large vehicle, a pedestrian, and a utility pole based on the distance information obtained from the imaging units 12101 to 12104. It can be classified and extracted and used for automatic avoidance of obstacles.
  • the microcomputer 12051 identifies obstacles around the vehicle 12100 as obstacles that are visible to the driver of the vehicle 12100 and obstacles that are difficult to see.
  • the microcomputer 12051 determines the collision risk indicating the risk of collision with each obstacle, and when the collision risk is equal to or higher than the set value and there is a possibility of collision, the microcomputer 12051 is connected via the audio speaker 12061 or the display unit 12062. By outputting an alarm to the driver and performing forced deceleration or avoidance steering via the drive system control unit 12010, driving assistance for collision avoidance can be performed.
  • At least one of the imaging units 12101 to 12104 may be an infrared camera that detects infrared rays.
  • the microcomputer 12051 can recognize a pedestrian by determining whether a pedestrian is present in the captured images of the imaging units 12101 to 12104. Such pedestrian recognition is, for example, whether or not the user is a pedestrian by performing a pattern matching process on a sequence of feature points indicating the outline of an object and a procedure for extracting feature points in the captured images of the imaging units 12101 to 12104 as infrared cameras. It is carried out by the procedure for determining.
  • the audio image output unit 12052 When the microcomputer 12051 determines that there is a pedestrian in the captured images of the imaging units 12101 to 12104 and recognizes the pedestrian, the audio image output unit 12052 has a rectangular contour line for emphasizing the recognized pedestrian.
  • the display unit 12062 is controlled so as to be superimposed and displayed.
  • voice image output part 12052 may control the display part 12062 so that the icon etc. which show a pedestrian may be displayed on a desired position.
  • the technology according to the present disclosure can be applied to the imaging unit 12031 among the configurations described above.
  • the solid-state imaging device 1 to which the above-described embodiments are applied can be applied to the imaging unit 12031.
  • the present technology can also be applied to a solid-state imaging device using electrons as signal charges.
  • the conductivity types of the semiconductor substrate 12 and the semiconductor thin film 41 are reversed, and the applied bias voltage is reversed in polarity.
  • the present technology is not limited to application to a solid-state imaging device that senses the distribution of the amount of incident light of visible light and captures it as an image.
  • solid-state imaging devices physical quantity distribution detection devices
  • fingerprint detection sensors that detect the distribution of other physical quantities such as pressure and capacitance and capture images as images.
  • present technology is applicable not only to solid-state image sensors but also to all semiconductor devices having other semiconductor integrated circuits.
  • Embodiments of the present technology are not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present technology.
  • this technique can also take the following structures.
  • a solid-state imaging device having a voltage application pixel that is the pixel to which a constant voltage is always applied on the outermost periphery of the pixel array region or outside the effective pixel region of the pixel array region.
  • A2 In the voltage application pixel, a constant voltage is always applied by constantly turning on a reset transistor of the pixel.
  • (A3) In the voltage application pixel, a constant voltage is always applied by connecting an electrode unit that extracts charges generated by the photoelectric conversion unit to the ground without a pixel transistor, as described in (A1). Solid-state image sensor.
  • (A4) The solid-state imaging device according to (A3), wherein the constant voltage applied to the voltage application pixel is larger than a voltage applied to a normal pixel in the pixel array region.
  • (A5) The solid-state imaging device according to any one of (A1) to (A4), wherein the voltage application pixels are arranged in one row and one column on the outermost periphery of the pixel array region.
  • a solid-state imaging device including a pixel array region in which pixels including a photoelectric conversion unit having a compound semiconductor, amorphous silicon, germanium, a quantum dot photoelectric conversion film, or an organic photoelectric conversion film are two-dimensionally arranged in a matrix, A method for controlling a solid-state imaging device, wherein a constant voltage is always applied to the outermost periphery of the pixel array region or the pixels outside the effective pixel region of the pixel array region.
  • An electronic apparatus comprising: a solid-state imaging device having a voltage application pixel which is the pixel to which a constant voltage is always applied, on the outermost periphery of the pixel array region or outside the effective pixel region of the pixel array region.
  • (B1) A pixel array region in which pixels including a photoelectric conversion unit having either a compound semiconductor, amorphous silicon, germanium, a quantum dot photoelectric conversion film, or an organic photoelectric conversion film are two-dimensionally arranged in a matrix;
  • a solid-state imaging device having a voltage application pixel which is the pixel to which a constant voltage is always applied between an effective pixel and an OPB pixel in the pixel array region.
  • (B2) In the voltage application pixel, a constant voltage is always applied by constantly turning on a reset transistor of the pixel.
  • the solid-state imaging element according to (B1).
  • (B3) In the voltage application pixel, a constant voltage is always applied by connecting an electrode unit that extracts charges generated in the photoelectric conversion unit to the ground without passing through a pixel transistor.
  • Solid-state image sensor (B4) The solid-state imaging device according to (B3), wherein the constant voltage applied to the voltage application pixel is greater than a voltage applied to a normal pixel in the pixel array region.
  • (B5) The solid-state imaging device according to any one of (B1) to (B4), wherein the voltage application pixel has a light-shielding film on an upper side of the photoelectric conversion unit.
  • (B6) The solid-state imaging device according to any one of (B1) to (B5), wherein the voltage application pixels are arranged in one row and one column on the innermost side of the OPB region of the pixel array region.
  • (B7) The solid-state imaging device according to any one of (B1) to (B5), wherein the voltage application pixels are arranged in a plurality of rows and a plurality of columns of an OPB region of the pixel array region.
  • (B8) The voltage application pixels are arranged in a plurality of rows and a plurality of columns including one row and one column on the outermost periphery of the effective pixel region of the pixel array region and one row and one column on the innermost side of the OPB region.
  • the solid-state imaging device according to any one of (B1) to (B5).
  • (B9) A solid-state imaging device including a pixel array region in which pixels including a photoelectric conversion unit having a compound semiconductor, amorphous silicon, germanium, a quantum dot photoelectric conversion film, or an organic photoelectric conversion film are two-dimensionally arranged in a matrix, A method for controlling a solid-state imaging device, wherein a constant voltage is always applied to the pixel between the effective pixel and the OPB pixel in the pixel array region.
  • An electronic apparatus comprising: a solid-state imaging device having a voltage application pixel which is the pixel to which a constant voltage is always applied between an effective pixel and an OPB pixel in the pixel array region.
  • C1 A pixel array region in which pixels including a photoelectric conversion unit having either a compound semiconductor, amorphous silicon, germanium, a quantum dot photoelectric conversion film, or an organic photoelectric conversion film are two-dimensionally arranged in a matrix;
  • a solid-state imaging device in which a PN junction is not disposed on an end surface of the photoelectric conversion unit that is the outermost periphery of the pixel array region.
  • C2 A pixel array region in which pixels including a photoelectric conversion unit having either a compound semiconductor, amorphous silicon, germanium, a quantum dot photoelectric conversion film, or an organic photoelectric conversion film are two-dimensionally arranged in a matrix;
  • An electronic apparatus comprising: a solid-state imaging device in which a PN junction is not disposed on a processing unit end surface of the photoelectric conversion unit that is the outermost periphery of the pixel array region.
  • (D1) The photoelectric conversion that is the outermost periphery of a pixel array region in which pixels including a photoelectric conversion unit having any one of a compound semiconductor, amorphous silicon, germanium, a quantum dot photoelectric conversion film, and an organic photoelectric conversion film are two-dimensionally arranged in a matrix Solid-state image sensor provided with the protective film which covers the process part end surface of a part.
  • the photoelectric conversion part is an N-type semiconductor thin film, The solid-state imaging device according to (D1), wherein the protective film is a fixed charge film having a positive fixed charge.
  • the charge of the photoelectric conversion unit treated as a signal is a hole, The solid-state imaging device according to (D1) or (D2), wherein the protective film is a fixed charge film having a positive fixed charge.
  • the photoelectric conversion part is a P-type semiconductor thin film, The protective film is a fixed charge film having a negative fixed charge.
  • the electric charge of the photoelectric conversion unit treated as a signal is an electron, The solid-state imaging device according to (D1) or (D4), wherein the protective film is a fixed charge film having a negative fixed charge.
  • (D6) The photoelectric conversion that is the outermost periphery of a pixel array region in which pixels including a photoelectric conversion unit having any one of a compound semiconductor, amorphous silicon, germanium, a quantum dot photoelectric conversion film, and an organic photoelectric conversion film are two-dimensionally arranged in a matrix Electronic device provided with a solid-state image sensor provided with a protective film which covers the processing part end face of a part.
  • (E1) The photoelectric conversion that is the outermost periphery of a pixel array region in which pixels including a photoelectric conversion unit having any one of a compound semiconductor, amorphous silicon, germanium, a quantum dot photoelectric conversion film, and an organic photoelectric conversion film are two-dimensionally arranged in a matrix
  • a solid-state imaging device comprising an insulating film and a metal film having a MIS structure on the end face of the processed part.
  • the photoelectric conversion part is an N-type semiconductor thin film, The solid-state imaging device according to (E1), wherein a positive bias voltage is applied to the metal film.
  • the charge of the photoelectric conversion unit treated as a signal is a hole, The solid-state imaging device according to (E1) or (E2), wherein a positive bias voltage is applied to the metal film.
  • the photoelectric conversion part is a P-type semiconductor thin film, The solid-state imaging device according to (E3), wherein a negative bias voltage is applied to the metal film.
  • the electric charge of the photoelectric conversion unit treated as a signal is an electron, The solid-state imaging device according to any one of (E1) and (E4), wherein a negative bias voltage is applied to the metal film.
  • (E6) The photoelectric conversion that is the outermost periphery of a pixel array region in which pixels including a photoelectric conversion unit having any one of a compound semiconductor, amorphous silicon, germanium, a quantum dot photoelectric conversion film, and an organic photoelectric conversion film are two-dimensionally arranged in a matrix Electronic device comprising a solid-state imaging device comprising an insulating film having a MIS structure and a metal film on the end face of the machined part.
  • a solid-state imaging device comprising: a voltage control unit that changes a voltage applied to the photoelectric conversion unit of the pixel according to a surrounding environment.
  • the said voltage control part changes the voltage applied to the said photoelectric conversion part according to the pixel output of an effective pixel.
  • (F3) The solid-state imaging device according to (F1) or (F2), wherein the voltage control unit changes a voltage applied to the photoelectric conversion unit according to a pixel output of an OPB pixel.
  • (F4) The solid-state imaging device according to any one of (F1) to (F3), wherein the voltage control unit changes a voltage applied to the photoelectric conversion unit simultaneously for all pixels.
  • (F5) The solid-state imaging according to any one of (F1) to (F3), wherein the voltage control unit divides the pixel array region into a plurality of areas and changes a voltage applied to the photoelectric conversion unit for each area. element.
  • (F6) The solid-state imaging device according to any one of (F1) to (F3), wherein the voltage control unit changes a voltage applied to the photoelectric conversion unit for each pixel in the pixel array region.
  • (F7) The solid-state imaging device according to any one of (F1) to (F6), wherein the photoelectric conversion unit includes a barrier layer that prevents backflow of charges.
  • a solid-state imaging device including a pixel array region in which pixels including a photoelectric conversion unit having a compound semiconductor, amorphous silicon, germanium, a quantum dot photoelectric conversion film, or an organic photoelectric conversion film are two-dimensionally arranged in a matrix, A method for controlling a solid-state imaging device, wherein a voltage applied to the photoelectric conversion unit of the pixel is changed according to a surrounding environment.
  • An electronic apparatus comprising: a solid-state imaging device comprising: a voltage controller configured to change a voltage applied to the photoelectric conversion unit of the pixel according to a surrounding environment.
  • (G1) A pixel array region in which pixels are two-dimensionally arranged in a matrix;
  • the pixel is A photoelectric conversion unit having either a compound semiconductor, amorphous silicon, germanium, a quantum dot photoelectric conversion film, or an organic photoelectric conversion film;
  • a switching control unit configured to switch on / off of the parallel connection of the plurality of capacitive elements according to a surrounding environment.
  • (G2) The solid-state imaging device according to (G1), wherein on / off of the parallel connection of the plurality of capacitive elements is switched according to a pixel output of an effective pixel.
  • (G3) The solid-state imaging device according to (G1) or (G2), wherein ON / OFF of the parallel connection of the plurality of capacitive elements is switched according to a pixel output of the OPB pixel.
  • (G4) The solid-state imaging device according to any one of (G1) to (G3), wherein ON / OFF of the parallel connection of the plurality of capacitive elements is simultaneously switched for all pixels.
  • (G5) The solid-state imaging device according to any one of (G1) to (G3), wherein on / off of the parallel connection of the plurality of capacitive elements is switched for each of the areas by dividing the pixel array region into a plurality of areas.
  • (G6) The solid-state imaging device according to any one of (G1) to (G3), wherein on / off of the parallel connection of the plurality of capacitive elements is switched for each pixel in the pixel array region.
  • (G7) The solid-state imaging device according to any one of (G1) to (G6), wherein the capacitive element includes at least one of a PN junction capacitance, a MOS capacitance, and a wiring capacitance.
  • (G8) The solid-state imaging device according to any one of (G1) to (G7), further including a voltage control unit that changes a voltage applied to the photoelectric conversion unit of the pixel according to the surrounding environment.
  • (G9) A pixel array region in which pixels are two-dimensionally arranged in a matrix;
  • the pixel is A photoelectric conversion unit having either a compound semiconductor, amorphous silicon, germanium, a quantum dot photoelectric conversion film, or an organic photoelectric conversion film;
  • a switching control unit that switches on / off of the parallel connection of the plurality of capacitive elements according to the surrounding environment, the switching control unit of the solid-state imaging device switches on / off of the parallel connection of the plurality of capacitive elements according to the surrounding environment Control method of solid-state image sensor.
  • G10 A pixel array region in which pixels are two-dimensionally arranged in a matrix;
  • the pixel is A photoelectric conversion unit having either a compound semiconductor, amorphous silicon, germanium, a quantum dot photoelectric conversion film, or an organic photoelectric conversion film;
  • An electronic apparatus comprising: a solid-state imaging device having a switching control unit that switches on / off of parallel connection of the plurality of capacitive elements according to a surrounding environment.
  • 1 solid-state imaging device 2 pixels, 2A normal pixel, 2B charge emission pixel, 2Ca black level readout OPB pixel, 2Cb charge emission OPB pixel, 2C OPB pixel, 3 pixel array area, 4 vertical drive circuit, 12 semiconductor substrate, 21 photoelectric conversion unit, 22 (22A, 22B) capacitive element, 23 reset transistor, 53A, 53B connection electrode, 54 bump electrode, 81 charge release area, 101 OPB area, 102 effective pixel area, 111 light shielding film, 201 fixed charge film , 221 insulating film, 222 metal film, 241 switching control transistor, 242 voltage control unit, 300 imaging device, 302 solid-state imaging device

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Abstract

本技術は、暗電流を抑制し、画質劣化を抑制することができるようにする固体撮像素子に関する。 固体撮像素子は、化合物半導体、アモルファスシリコン、ゲルマニウム、量子ドット光電変換膜、または有機光電変換膜のいずれかを有する光電変換部を備える画素が行列状に２次元配置された画素アレイ領域を備える。画素アレイ領域は、その最外周、または、有効画素領域より外側に、常に一定の電圧を印加した画素である電圧印加画素を有する。本技術は、例えば、固体撮像素子等に適用できる。

Description

固体撮像素子
　本技術は、固体撮像素子に関し、特に、暗電流を抑制し、画質劣化を抑制することができるようにする固体撮像素子に関する。
　光電変換部としてＩｎＧａＡｓなどの化合物半導体を用いた固体撮像素子では、光電変換部を形成する第１の基板と、蓄積された電荷を読み出す読み出し回路を形成する第２の基板を、バンプや電極で接合した構造が採用されている（例えば、特許文献１参照）。
国際公開第２０１１／０８９９４９号
　ところで、画素アレイ領域の最外周の画素は、光電変換部である化合物半導体の加工部界面からの影響で暗電流が悪化し易い。特に、読み出し回路がソースフォロアタイプの回路は、電荷が蓄積するとその画素の電位差が小さくなり、暗電流成分がブルーミングによって、次々と隣の画素に影響を及ぼす。その影響を避けるためには、多くの無効画素が必要となり、チップ面積の増大やコスト増の原因なる。
　有効画素領域と黒レベルを検出するOPB（Optical Black）領域との境界の画素においても、最外周の画素の場合と同様に、高照度の光が照射された場合、有効画素からのブルーミングがOPB画素に影響を及ぼす可能性がある。その影響を避けるためには、やはり多くの無効画素が必要となり、チップ面積の増大やコスト増の原因なる。
　本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、暗電流を抑制し、画質劣化を抑制することができるようにするものである。
　本技術の第１の側面の固体撮像素子は、化合物半導体、アモルファスシリコン、ゲルマニウム、量子ドット光電変換膜、または有機光電変換膜のいずれかを有する光電変換部を備える画素が行列状に２次元配置された画素アレイ領域を備え、前記画素アレイ領域の最外周、または、前記画素アレイ領域の有効画素領域より外側に、常に一定の電圧を印加した前記画素である電圧印加画素を有する。
　本技術の第１の側面においては、化合物半導体、アモルファスシリコン、ゲルマニウム、量子ドット光電変換膜、または有機光電変換膜のいずれかを有する光電変換部を備える画素が行列状に２次元配置された画素アレイ領域が設けられ、前記画素アレイ領域の最外周、または、前記画素アレイ領域の有効画素領域より外側に、常に一定の電圧を印加した前記画素である電圧印加画素が設けられる。
　本技術の第２の側面の固体撮像素子は、化合物半導体、アモルファスシリコン、ゲルマニウム、量子ドット光電変換膜、または有機光電変換膜のいずれかを有する光電変換部を備える画素が行列状に２次元配置された画素アレイ領域を備え、前記画素アレイ領域の有効画素とOPB画素との間に、常に一定の電圧を印加した前記画素である電圧印加画素を有する。
　本技術の第２の側面においては、化合物半導体、アモルファスシリコン、ゲルマニウム、量子ドット光電変換膜、または有機光電変換膜のいずれかを有する光電変換部を備える画素が行列状に２次元配置された画素アレイ領域が設けられ、前記画素アレイ領域の有効画素とOPB画素との間に、常に一定の電圧を印加した前記画素である電圧印加画素が設けられる。
　本技術の第３の側面の固体撮像素子は、化合物半導体、アモルファスシリコン、ゲルマニウム、量子ドット光電変換膜、または有機光電変換膜のいずれかを有する光電変換部を備える画素が行列状に２次元配置された画素アレイ領域を備え、前記画素アレイ領域の最外周となる前記光電変換部の加工部端面に、PN接合部が配置されない。
　本技術の第３の側面においては、化合物半導体、アモルファスシリコン、ゲルマニウム、量子ドット光電変換膜、または有機光電変換膜のいずれかを有する光電変換部を備える画素が行列状に２次元配置された画素アレイ領域が設けられ、前記画素アレイ領域の最外周となる前記光電変換部の加工部端面に、PN接合部が配置されない構成とされる。
　本技術の第４の側面の固体撮像素子は、化合物半導体、アモルファスシリコン、ゲルマニウム、量子ドット光電変換膜、または有機光電変換膜のいずれかを有する光電変換部を備える画素が行列状に２次元配置された画素アレイ領域の最外周となる前記光電変換部の加工部端面を覆う保護膜を備える。
　本技術の第４の側面においては、化合物半導体、アモルファスシリコン、ゲルマニウム、量子ドット光電変換膜、または有機光電変換膜のいずれかを有する光電変換部を備える画素が行列状に２次元配置された画素アレイ領域の最外周となる前記光電変換部の加工部端面を覆う保護膜が形成されている。
　本技術の第５の側面の固体撮像素子は、化合物半導体、アモルファスシリコン、ゲルマニウム、量子ドット光電変換膜、または有機光電変換膜のいずれかを有する光電変換部を備える画素が行列状に２次元配置された画素アレイ領域の最外周となる前記光電変換部の加工部端面をMIS構造とする絶縁膜と金属膜を備える。
　本技術の第５の側面においては、化合物半導体、アモルファスシリコン、ゲルマニウム、量子ドット光電変換膜、または有機光電変換膜のいずれかを有する光電変換部を備える画素が行列状に２次元配置された画素アレイ領域の最外周となる前記光電変換部の加工部端面をMIS構造とする絶縁膜と金属膜が形成されている。
　本技術の第６の側面の固体撮像素子は、化合物半導体、アモルファスシリコン、ゲルマニウム、量子ドット光電変換膜、または有機光電変換膜のいずれかを有する光電変換部を備える画素が行列状に２次元配置された画素アレイ領域と、前記画素の前記光電変換部に印加する電圧を周辺環境に応じて変化させる電圧制御部とを備える。
　本技術の第６の側面においては、化合物半導体、アモルファスシリコン、ゲルマニウム、量子ドット光電変換膜、または有機光電変換膜のいずれかを有する光電変換部を備える画素が行列状に２次元配置された画素アレイ領域と、前記画素の前記光電変換部に印加する電圧を周辺環境に応じて変化させる電圧制御部とが設けられる。
　本技術の第７の側面の固体撮像素子は、画素が行列状に２次元配置された画素アレイ領域を備え、前記画素は、化合物半導体、アモルファスシリコン、ゲルマニウム、量子ドット光電変換膜、または有機光電変換膜のいずれかを有する光電変換部と、前記光電変換部で生成された電荷を蓄積する複数の容量素子と、前記複数の容量素子の並列接続のオンオフを周辺環境に応じて切り替える切替え制御部とを有する。
　本技術の第７の側面においては、画素が行列状に２次元配置された画素アレイ領域が設けられ、前記画素には、化合物半導体、アモルファスシリコン、ゲルマニウム、量子ドット光電変換膜、または有機光電変換膜のいずれかを有する光電変換部と、前記光電変換部で生成された電荷を蓄積する複数の容量素子と、前記複数の容量素子の並列接続のオンオフを周辺環境に応じて切り替える切替え制御部とが設けられる。
　固体撮像素子は、独立した装置であっても良いし、他の装置に組み込まれるモジュールであっても良い。
　本技術の第１乃至第７の側面によれば、暗電流を抑制し、画質劣化を抑制することができるようにする。
　なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
本技術を適用した固体撮像素子の概略構成を示す図である。 固体撮像素子の各画素の画素回路を示す図である。 第１の実施の形態の画素構造を示す断面図である。 第１の実施の形態の画素アレイ領域の平面図である。 第２の実施の形態の画素構造を示す断面図である。 第３の実施の形態の画素アレイ領域の平面図である。 第３の実施の形態の画素構造を示す断面図である。 第４の実施の形態の画素構造を示す断面図である。 第１の加工部端面構造を説明する図である。 第２の加工部端面構造を説明する図である。 第３の加工部端面構造を説明する図である。 第５の実施の形態の画素構造を示す断面図である。 本技術を適用した電子機器としての撮像装置の構成例を示すブロック図である。 図１の固体撮像素子の使用例を説明する図である。 内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。 カメラヘッド及びＣＣＵの機能構成の一例を示すブロック図である。 車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。 車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。
　以下、本技術を実施するための形態（以下、実施の形態という）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．固体撮像素子の全体構成例
２．画素回路
３．第１の実施の形態（最外周のリセットTrを常時オンする構成例）
４．第２の実施の形態（最外周の読み出し回路を短絡する構成例）
５．第３の実施の形態（OPB画素のリセットTrを常時オンする構成例）
６．第４の実施の形態（OPB画素の読み出し回路を短絡する構成例）
７．光電変換部加工端の処理（第１乃至第３の加工部端面構造）
８．第１乃至第４の実施の形態のまとめ
９．第５の実施の形態（高ダイナミックレンジを実現する画素構造）
１０．内視鏡手術システムへの応用例
１１．移動体への応用例
＜１．固体撮像素子の全体構成例＞
　図１は、本技術を適用した固体撮像素子の概略構成を示している。
　図１の固体撮像素子１は、半導体として例えば単結晶シリコン（Ｓｉ）を用いた半導体基板１２に、画素２が行列状に２次元配置された画素アレイ領域３と、その周辺の周辺回路領域７１（図４）とを有して構成される。周辺回路領域７１には、垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５、水平駆動回路６、出力回路７、制御回路８などが含まれる。
　画素２は、半導体薄膜からなる光電変換部と、複数の画素トランジスタを有して成る。複数の画素トランジスタは、例えば、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ、及び、選択トランジスタの３つのMOSトランジスタで構成される。
　制御回路８は、入力クロックと、動作モードなどを指令するデータを受け取り、また固体撮像素子１の内部情報などのデータを出力する。すなわち、制御回路８は、垂直同期信号、水平同期信号及びマスタクロックに基づいて、垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５及び水平駆動回路６などの動作の基準となるクロック信号や制御信号を生成する。そして、制御回路８は、生成したクロック信号や制御信号を、垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５及び水平駆動回路６等に出力する。
　垂直駆動回路４は、例えばシフトレジスタによって構成され、所定の画素駆動配線１０を選択し、選択された画素駆動配線１０に画素２を駆動するためのパルスを供給し、行単位で画素２を駆動する。すなわち、垂直駆動回路４は、画素アレイ領域３の各画素２を行単位で順次垂直方向に選択走査し、各画素２の光電変換部において受光量に応じて生成された信号電荷に基づく画素信号を、垂直信号線９を通してカラム信号処理回路５に供給させる。
　カラム信号処理回路５は、画素２の列ごとに配置されており、１行分の画素２から出力される信号を列ごとにノイズ除去などの信号処理を行う。例えば、カラム信号処理回路５は、画素固有の固定パターンノイズを除去するためのCDS(Correlated Double Sampling：相関２重サンプリング)およびAD変換等の信号処理を行う。
　水平駆動回路６は、例えばシフトレジスタによって構成され、水平走査パルスを順次出力することによって、カラム信号処理回路５の各々を順番に選択し、カラム信号処理回路５の各々から画素信号を水平信号線１１に出力させる。
　出力回路７は、カラム信号処理回路５の各々から水平信号線１１を通して順次に供給される信号に対し、信号処理を行って出力する。出力回路７は、例えば、バファリングだけする場合もあるし、黒レベル調整、列ばらつき補正、各種デジタル信号処理などが行われる場合もある。入出力端子１３は、外部と信号のやりとりをする。
　以上のように構成される固体撮像素子１は、CDS処理とAD変換処理を行うカラム信号処理回路５が列ごとに配置されたカラムAD方式と呼ばれるCMOSイメージセンサである。
＜２．画素回路＞
　図２は、固体撮像素子１の各画素２の画素回路を示している。
　各画素２は、光電変換部２１、容量素子２２、リセットトランジスタ２３、増幅トランジスタ２４、及び、選択トランジスタ２５を有する。
　光電変換部２１は、ＩｎＧａＡｓなどの化合物半導体を用いた半導体薄膜からなり、受光した光量に応じた電荷（信号電荷）を生成する。光電変換部２１には、所定のバイアス電圧Ｖａが印加されている。
　容量素子２２は、光電変換部２１で生成された電荷を蓄積する。容量素子２２は、例えば、PN接合容量、MOS容量、または配線容量のいずれか１つを少なくとも含んで構成することができる。
　リセットトランジスタ２３は、リセット信号RSTによりオンされたとき、容量素子２２に蓄積されている電荷がソース（グランド）に排出されることで、容量素子２２の電位をリセットする。
　増幅トランジスタ２４は、容量素子２２の蓄積電位に応じた画素信号を出力する。すなわち、増幅トランジスタ２４は、垂直信号線９を介して接続されている定電流源としての負荷MOS（不図示）とソースフォロワ回路を構成し、容量素子２２に蓄積されている電荷に応じたレベルを示す画素信号が、増幅トランジスタ２４から選択トランジスタ２５を介してカラム信号処理回路５に出力される。
　選択トランジスタ２５は、選択信号SELにより画素２が選択されたときオンされ、画素２の画素信号を、垂直信号線９を介してカラム信号処理回路５に出力する。転送信号TRX、選択信号SEL、及びリセット信号RSTが伝送される各信号線は、図１の画素駆動配線１０に対応する。
＜３．第１の実施の形態＞
　次に、固体撮像素子１の第１の実施の形態の画素構造について説明する。
　図３は、第１の実施の形態の画素構造を示す断面図である。
　詳細は後述するが、図３においては、画素アレイ領域３内の各画素２が、リセットトランジスタ２３の制御の違いによって、通常画素２Aかまたは電荷放出画素２Bに分けられるが、画素構造は通常画素２Aと電荷放出画素２Bのどちらも同一であるので、単に画素２として説明する。なお、電荷放出画素２Bは、画素アレイ領域３の最も外側に配置されている。
　図２を参照して説明した各画素２の容量素子２２、リセットトランジスタ２３、増幅トランジスタ２４、及び、選択トランジスタ２５の読み出し回路が、例えば単結晶シリコン（Ｓｉ）などの単結晶材料からなる半導体基板１２に画素ごとに形成されている。なお、図３以降の断面図では、半導体基板１２に形成されている、容量素子２２、リセットトランジスタ２３、増幅トランジスタ２４、及び、選択トランジスタ２５の符号の図示が省略されている。
　半導体基板１２の光入射側である上側には、光電変換部２１となるN型の半導体薄膜４１が、画素アレイ領域３の全面に形成されている。N型の半導体薄膜４１は、ＩｎＧａＰ、ＩｎＡｌＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｌＡｓ、さらにはカルコパイライト構造の化合物半導体が用いられる。カルコパイライト構造の化合物半導体は、高い光吸収係数と、広い波長域に渡る高い感度が得られる材料であり、光電変換用のN型の半導体薄膜４１として好ましく用いられる。このようなカルコパイライト構造の化合物半導体は、Ｃｕ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓ、Ｓｅなど、IV族元素の周囲の元素を用いて構成され、ＣｕＧａＩｎＳ系混晶、ＣｕＡｌＧａＩｎＳ系混晶、およびＣｕＡｌＧａＩｎＳＳｅ系混晶等が例示される。
　また、N型の半導体薄膜４１の材料には、上述した化合物半導体の他、アモルファスシリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、量子ドット光電変換膜、有機光電変換膜などを用いることも可能である。
　本実施の形態では、N型の半導体薄膜４１として、ＩｎＧａＡｓの化合物半導体が用いられているものとする。
　N型の半導体薄膜４１の半導体基板１２側である下側には、画素電極を構成する高濃度のP型層４２が、画素ごとに形成されている。そして、画素ごとに形成された高濃度のP型層４２の間には、各画素２を分離する画素分離領域としてのN型層４３が、例えば、ＩｎＰ等の化合物半導体で形成されている。このN型層４３は、画素分離領域としての機能の他、暗電流を防止する役割も有する。
　一方、N型の半導体薄膜４１の光入射側である上側にも、画素分離領域として用いたＩｎＰ等の化合物半導体を用いて、N型の半導体薄膜４１よりも高濃度のN型層４４が形成されている。この高濃度のN型層４４は、N型の半導体薄膜４１で生成された電荷の逆流を防止するバリア層として機能する。高濃度のN型層４４の材料には、例えば、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＡｌＡｓなどの化合物半導体を用いることができる。
　バリア層としての高濃度のN型層４４の上には、反射防止膜４５が形成されている。反射防止膜４５の材料には、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｔａ５）、酸化チタン（ＴｉＯ２）などを用いることができる。
　高濃度のN型層４４または反射防止膜４５のいずれか一方は、N型の半導体薄膜４１を上下に挟む電極のうちの上側の上部電極としても機能し、上部電極としての高濃度のN型層４４または反射防止膜４５には、所定の電圧Ｖａが印加される。
　反射防止膜４５の上には、カラーフィルタ４６及びオンチップレンズ４７がさらに形成されている。カラーフィルタ４６は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、またはＢ（青）のいずれかの光（波長光）を透過させるフィルタであり、例えば、画素アレイ領域３において、いわゆるベイヤ配列で配置されている。
　画素電極を構成する高濃度のP型層４２と、画素分離領域としてのN型層４３の下側には、パッシベーション層５１および絶縁層５２が形成されている。そして、接続電極５３A及び５３Bとバンプ電極５４が、パッシベーション層５１および絶縁層５２を貫通するように形成されている。接続電極５３A及び５３Bとバンプ電極５４は、画素電極を構成する高濃度のP型層４２と、電荷を蓄積する容量素子２２とを電気的に接続する。
　通常画素２A及び電荷放出画素２Bは、以上のように構成されており、同一の画素構造を有している。
　しかしながら、通常画素２A及び電荷放出画素２Bとでは、リセットトランジスタ２３の制御方法が異なる。
　通常画素２Aでは、光電変換部２１による電荷の生成期間（受光期間）、受光開始前の容量素子２２の電位のリセット期間等に応じて、リセットトランジスタ２３が、リセット信号RSTに基づいてオンオフされるが、電荷放出画素２Bでは、リセットトランジスタ２３が、常にオンに制御されている。これにより、光電変換部２１で生成された電荷はグランドへ排出され、電荷放出画素２Bには常に一定の電圧Ｖａが印加される。
　図４は、電荷放出画素２Bの画素配置を示す画素アレイ領域３の平面図である。
　画素アレイ領域３は、垂直駆動回路４やカラム信号処理回路５等が形成されている周辺回路領域７１の内側に配置される。画素アレイ領域３の最も外側の１行および１列が電荷放出領域８１とされ、そこに、電荷放出画素２Bが配置されている。
　なお、電荷放出領域８１は、矩形の画素アレイ領域３の最も外側の１行及び１列を少なくとも含む複数行及び複数列で構成されてもよい。
　矩形の画素アレイ領域３の各辺の最も外側の列及び行に位置する画素２は、図３に示されるように、化合物半導体である光電変換部２１の加工部界面（加工部端面）からの影響によって暗電流が発生し易くなる。特に、半導体基板１２に形成される読み出し回路がソースフォロアタイプの回路である場合には、電荷が蓄積するとその画素の電位差が小さくなるため、暗電流成分がブルーミングによって、次々と隣の画素に影響を及ぼしてしまう。
　そこで、第１の実施の形態においては、矩形の画素アレイ領域３の各辺の最も外側の列及び行に位置する画素２を、リセットトランジスタ２３が常時オンとなるように制御される電荷放出画素２Bとすることで、光電変換部２１であるN型の半導体薄膜４１の加工部端面（加工部界面）からの電荷の湧き出しを、電荷放出画素２Bに集中させ、排出させる。これにより、電荷放出領域８１より内側の通常画素２Aへの電荷の流れ込みを防止することができる。
　以上により、第１の実施の形態によれば、N型の半導体薄膜４１の加工部界面からの電荷の湧き出しによる画質劣化を抑制することができる。
＜４．第２の実施の形態＞
　次に、固体撮像素子１の第２の実施の形態の画素構造について説明する。
　図５は、第２の実施の形態の画素構造を示す断面図である。
　第２の実施の形態における通常画素２Aの画素構造は、上述した第１の実施の形態と同様であり、その説明は省略する。
　一方、第２の実施の形態における電荷放出画素２Bの画素構造は、上述した第１の実施の形態と異なる。具体的には、第１の実施の形態の電荷放出画素２Bは、通常画素２Aと同じように、容量素子２２、リセットトランジスタ２３、増幅トランジスタ２４、及び、選択トランジスタ２５を有していたのに対して、第２の実施の形態の電荷放出画素２Bは、それらを有していない。
　換言すれば、第１の実施の形態の電荷放出画素２Bでは、光電変換部２１としてのN型の半導体薄膜４１が、リセットトランジスタ２３を介してグランドに接続されていたのに対して、第２の実施の形態の電荷放出画素２Bでは、リセットトランジスタ２３を介さずに接続電極５３Bが直接グランドに接続されている。リセットトランジスタ２３を介さないため、電荷放出画素２Bにかかる電圧は、通常画素２Aにかかる電圧よりも大きくなる。
　第２の実施の形態においても、第１の実施の形態においてリセットトランジスタ２３を常時オンした場合と同様に、光電変換部２１であるN型の半導体薄膜４１の加工部界面からの電荷の湧き出しを、電荷放出画素２Bに集中させ、排出させることで、電荷放出領域８１より内側の通常画素２Aへの電荷の流れ込みを防止することができる。
　従って、第２の実施の形態においても、N型の半導体薄膜４１の加工部界面からの電荷の湧き出しによる画質劣化を抑制することができる。
　なお、第２の実施の形態に係る電荷放出画素２Bが配置されている電荷放出領域８１の配置は、第１の実施の形態における場合と同様である。例えば、画素アレイ領域３の最も外側の１行および１列、または、矩形の画素アレイ領域３の最も外側の１行及び１列を少なくとも含む複数行及び複数列を電荷放出領域８１とすることができる。
＜５．第３の実施の形態＞
　次に、固体撮像素子１の第３の実施の形態の画素構造について説明する。
　第３の実施の形態では、画素アレイ領域３の一部として、基準となる黒レベルを検出するOPB（Optical Black）領域が形成される。以下説明する第３及び第４の実施の形態の画素構造は、画素アレイ領域３の一部としてOPB領域が形成されている場合の画素構造である。
　図６は、画素アレイ領域３の一部としてOPB領域が形成されている場合の電荷放出領域８１の配置を示す平面図である。
　画素アレイ領域３の一部としてOPB領域１０１が形成されている場合、OPB領域１０１は、図６に示されるように、矩形の画素アレイ領域３の各辺の最も外側となる複数の列及び複数の行で構成される。そして、OPB領域１０１のうちの最も内側の１行および１列が、電荷放出領域８１に設定される。
　画素アレイ領域３のOPB領域１０１より内側の領域は、受光した光量に応じた画素信号を出力する通常画素２Aが配置されている有効画素領域１０２である。
　図７は、第３の実施の形態の画素構造を示す断面図である。
　OPB領域１０１には、OPB画素２C（２Ca,２Cb）が配置されている。OPB画素２Cには、光電変換部２１であるN型の半導体薄膜４１の上側に、カラーフィルタ４６及びオンチップレンズ４７に代えて、遮光膜１１１が形成されている。遮光膜１１１は、例えば、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）又は金（Ａｕ）等の金属材料で形成される。
　OPB領域１０１には、例えば、３行または３列となる３個のOPB画素２Cが並んで配置され、そのうちの最も内側（画素アレイ領域３の中心側）のOPB画素２Cが、上述した第１の実施の形態と同様に、リセットトランジスタ２３が常時オンとなるように制御される電荷放出用OPB画素２Cbとなっている。
　一方、３行または３列となる３個のOPB画素２Cが並んで配置されているOPB領域１０１のうちの、外側の２個のOPB画素２Cは、黒レベルを読み出す制御が行われる黒レベル読み出し用OPB画素２Caとなっている。
　第３の実施の形態におけるその他の構成は、上述した第１の実施の形態と同様である。
　例えば、固体撮像素子１の画素アレイ領域３に、高照度の光が照射された際には、OPB領域１０１に最も隣接する通常画素２Aでブルーミングが発生し、その隣りのOPB画素２C、即ち、OPB領域１０１の最も内側のOPB画素２Cに影響を及ぼすおそれがある。また、OPB領域１０１に最も隣接する通常画素２Aに入射された光が、隣りのOPB画素２Cに漏れ込み、隣りのOPB画素２Cでブルーミングが発生するおそれがある。
　そこで、第３の実施の形態では、OPB領域１０１の最も内側のOPB画素２Cを、リセットトランジスタ２３が常時オンとなるように制御される電荷放出用OPB画素２Cbとすることで、ブルーミングの発生を電荷放出用OPB画素２Cbでせき止めることができ、その隣りの黒レベル読み出し用OPB画素２Caへの電荷の流れ込みを防止することができる。
　これにより、第３の実施の形態によれば、ブルーミングの発生による画質劣化を抑制することができる。
＜６．第４の実施の形態＞
　次に、固体撮像素子１の第４の実施の形態の画素構造について説明する。
　図８は、第４の実施の形態の画素構造を示す断面図である。
　図８に示される第４の実施の形態では、OPB領域１０１の最も内側の電荷放出用OPB画素２Cbの画素構造が、上述した第２の実施の形態と同様に、接続電極５３Bを直接グランドに接続した構造とされている。
　第４の実施の形態におけるその他の構成は、上述した第３の実施の形態と同様である。
　この場合においても、第３の実施の形態における電荷放出用OPB画素２Cbのリセットトランジスタ２３を常時オンした場合と同様に、ブルーミングの発生を電荷放出用OPB画素２Cbでせき止めることができ、その隣りの黒レベル読み出し用OPB画素２Caへの電荷の流れ込みを防止することができる。
　従って、第４の実施の形態においても、ブルーミングの発生による画質劣化を抑制することができる。
　なお、電荷放出用OPB画素２Cbが配置されている電荷放出領域８１の配置は、図６で説明した電荷放出領域８１と同じである。
　上述した第３及び第４の実施の形態においては、電荷放出領域８１（電荷放出用OPB画素２Cb）を、OPB領域１０１の最も内側の１行および１列の画素２とする例について説明した。
　しかしながら、電荷放出領域８１は、OPB領域１０１の１行および１列を少なくとも含む複数行及び複数列で構成してもよい。例えば、OPB領域１０１の最も内側の１行および１列と、有効画素領域１０２の最も外側の１行及び１列とからなる矩形領域で、電荷放出領域８１を構成することができる。また例えば、OPB領域１０１の複数行及び複数列からなる矩形領域で、電荷放出領域８１を構成することができる。OPB領域１０１の複数行及び複数列からなる矩形領域で電荷放出領域８１を構成する場合、電荷放出領域８１には、OPB領域１０１の最も内側の１行および１列を含まなくてもよい。
＜７．光電変換部加工端の処理＞
　ところで、上述した第１及び第２の実施の形態では、暗電流が発生しやすい光電変換部２１の加工部端面の近傍に電荷放出領域８１（電荷放出画素２B）を設け、そこから電荷を排出させることで、電荷放出領域８１より内側の通常画素２Aへの電荷の流れ込みを防止する構造について説明した。
　そこで次に、光電変換部２１の加工部端面において、暗電流が発生しにくくする構造について説明する。
＜第１の加工部端面構造＞
　図９は、光電変換部２１の加工部端面において暗電流を抑制する第１の加工部端面構造を説明する図である。
　図９のAは、光電変換部２１の加工部端面に高濃度のP型層４２が配置されることにより、N型の半導体薄膜４１と高濃度のP型層４２とからなるPN接合部が、光電変換部２１の加工部端面に含まれる構造を示している。
　一方、図９のBは、光電変換部２１の加工部端面に高濃度のP型層４２が配置されておらず、N型の半導体薄膜４１と高濃度のP型層４２とからなるPN接合部が、光電変換部２１の加工部端面に含まれない構造を示している。
　光電変換部２１の第１の加工部端面構造としては、図９のBに示されるような、N型の半導体薄膜４１と高濃度のP型層４２とからなるPN接合部が、加工部端面に配置されない構造を採用することができる。このようにすることで、PN接合部が加工部端面に配置された場合と比較して、加工部端面の電界を弱めることができるので、加工部端面からの電荷の湧き出しを抑制し、暗電流を抑制することができる。
＜第２の加工部端面構造＞
　図１０は、光電変換部２１の加工部端面において暗電流を抑制する第２の加工部端面構造を示している。
　光電変換部２１の第２の加工部端面構造としては、図９のBに示したようにPN接合部が光電変換部２１の加工部端面に含まれないようにし、さらに、図１０に示されるように、加工部端面を、固定電荷を有する保護膜（以下、固定電荷膜という。）２０１で覆う構造とすることができる。
　固定電荷膜２０１の材料には、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）などを用いることができる。
　本実施の形態のように、光電変換部２１がN型の半導体薄膜４１で、信号電荷が正孔である場合には、固定電荷膜２０１は、正の固定電荷を有する膜となる。逆に、例えば、光電変換部２１がP型の半導体薄膜で、信号電荷が電子とされた場合には、固定電荷膜２０１は、負の固定電荷を有する膜となる。
　このように、光電変換部２１の加工部端面に固定電荷膜２０１を形成することにより、加工部端面からの電荷の湧き出しを抑制し、暗電流を抑制することができる。
＜第３の加工部端面構造＞
　図１１は、光電変換部２１の加工部端面において暗電流を抑制する第３の加工部端面構造を示している。
　光電変換部２１の第３の加工部端面構造としては、図９のBに示したようにPN接合部が光電変換部２１の加工部端面に含まれないようにし、さらに、図１１に示されるように、加工部端面に、絶縁膜２２１と金属膜２２２を形成し、N型の半導体薄膜４１と合わせて、MIS構造とすることができる。金属膜２２２には、所定のバイアス電圧が印加される。本実施の形態のように、光電変換部２１がN型の半導体薄膜４１で、信号電荷が正孔である場合には、金属膜２２２には、正のバイアス電圧が印加される。逆に、例えば、光電変換部２１がP型の半導体薄膜で、信号電荷が電子とされた場合には、金属膜２２２には、負のバイアス電圧が印加される。
　絶縁膜２２１の材料には、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）などを用いることができる。金属膜２２２の材料には、例えば、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）などを用いることができる。
　このように、光電変換部２１の加工部端面をMIS構造として、金属膜２２２に所定のバイアス電圧を印加することで、加工部端面からの電荷の湧き出しを抑制し、暗電流を抑制することができる。
＜８．第１乃至第４の実施の形態のまとめ＞
　以上のように、光電変換部２１の加工部端面の構造として、上述した第１乃至第３の加工部端面構造を採用することで、加工部端面からの電荷の湧き出しを抑制し、暗電流を抑制することができる。
　また、上述した第１乃至第４の実施の形態のいずれかの画素構造を採用することにより、加工部端面からの電荷の湧き出しが、画素アレイ領域３の内側の有効画素である通常画素２Aへ流れ込むのを防止することができる。
　従って、光電変換部２１の加工部端面からの電荷の湧き出しによる画質劣化を抑制することができる。また、加工部端面からの電荷の湧き出しを抑制した構造の採用によって、無効画素を最小限に配置することができ、固体撮像素子１全体としてのチップ面積を縮小させることができ、製造コストも低減することができる。
　なお、上述した第１乃至第４の実施の形態のいずれかの画素構造と、上述した第１乃至第３の加工部端面構造は、任意に組み合わせることができる。固体撮像素子１では、上述した第１乃至第４の実施の形態のいずれかの画素構造、または、上述した第１乃至第３の加工部端面構造のいずれか一つを採用することで、光電変換部２１の加工部端面からの電荷の湧き出しによる画質劣化を抑制する効果を奏することができる。
＜９．第５の実施の形態＞
　次に、光電変換部２１として、化合物半導体、アモルファスシリコン、ゲルマニウム、量子ドット光電変換膜、または有機光電変換膜のいずれかを有する画素２において、高ダイナミックレンジを実現する画素構造について説明する。
　固体撮像素子において高ダイナミックレンジを実現するために、画素の飽和レベルを超えないように光電変換膜に印加する電圧を調整する方法が知られている（例えば、特開２００９－４９５２５号公報）。また、高ダイナミックレンジを実現する他の方法として、電荷を蓄積する容量部に切替スイッチを持ち、高S/Nと高ダイナミックレンジを実現する方法（例えば、特表２００７－５１６６５４号公報）や、フォトダイオードの光入射方向と逆方向に電荷蓄積部容量がフォトダイオードと積層構造で配置することで、高感度と高ダイナミックレンジを実現する方法（特開２０１４－１１２５８０号公報）が知られている。
　ＩｎＧａＡｓなどに代表される量子型赤外線用イメージセンサは長波長光を吸収するためにバンドギャップがシリコン（Ｓｉ）より狭く、暗電流が湧き出し易い。一方、ソースフォロアタイプの読み出し回路はキャリアを蓄積させて信号を読み出すため、ダイナミックレンジを確保するには光電変換部にかかる電圧を高くするか、または、容量を大きくする必要がある。
　しかしながら、光電変換部にかかる電圧を高くすると、暗電流が悪化し、S/N比が悪化する。また、容量素子の容量を増やした場合は、変換効率が落ちるため、S/N比が悪化する。そのため、ソースフォロアタイプの読み出し回路を持つ量子型赤外線用イメージセンサにおいては、ダイナミックレンジと暗電流および変換効率とがトレードオフの関係にある。
　図１２は、固体撮像素子１の第５の実施の形態の画素構造であり、高ダイナミックレンジを実現する画素構造を示す断面図である。
　図１２において、上述した第１乃至第４の実施の形態と対応する部分については同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略して、上述した第１乃至第４の実施の形態と異なる部分に注目して説明する。
　第５の実施の形態では、上述した第１乃至第４の実施の形態と同様に、半導体基板１２に、容量素子２２、リセットトランジスタ２３、増幅トランジスタ２４、及び、選択トランジスタ２５の読み出し回路が、画素毎に形成されている。
　ただし、第５の実施の形態では、容量素子２２として、２個の容量素子２２A及び２２Bが形成されており、その２個の容量素子２２A及び２２Bは、各画素２に新たに設けられた切替え制御トランジスタ２４１を介して並列に接続されている。切替え制御トランジスタ２４１は、２個の容量素子２２A及び２２Bの並列接続のオンオフを、垂直駆動回路４（図１）から供給される切替え信号CSWに従って切り替える。
　垂直駆動回路４は、固体撮像素子１の周辺環境、具体的には光量や温度に応じて、所定のレベル（ハイまたはロー）の切替え信号CSWを各画素２の切替え制御トランジスタ２４１に供給することにより、切替え制御トランジスタ２４１を制御する。固体撮像素子１の現在の光量は、１つ前のフレームの画素出力に基づいて判断される。また、使用環境の影響で温度が高くなると、暗電流が増大するため、固体撮像素子１の現在の温度は、OPB画素２Cの画素出力に基づいて判断される。
　例えば、垂直駆動回路４は、光量が多く、飽和レベルに達している画素２が存在する場合には、切替え制御トランジスタ２４１をオンさせて、容量素子２２A及び２２Bの蓄積容量を大きくし、光量が少なく、飽和レベルに達している画素２が存在しない場合には、切替え制御トランジスタ２４１をオフさせ、容量素子２２A及び２２Bの蓄積容量を小さくする。
　また、垂直駆動回路４は、暗電流が多い（所定の電流値以上である）場合には、切替え制御トランジスタ２４１をオンさせて、容量素子２２A及び２２Bの蓄積容量を大きくし、暗電流が少ない（所定の電流値未満である）場合には、切替え制御トランジスタ２４１をオフさせ、容量素子２２A及び２２Bの蓄積容量を小さくする。
　また、第５の実施の形態では、光電変換部２１に印加するバイアス電圧Ｖａ’を可変制御する電圧制御部２４２が新たに設けられている。電圧制御部２４２は、固体撮像素子１内に追加的に設けられてもよいし、例えば、制御回路８や垂直駆動回路４の一部として設けられてもよい。
　電圧制御部２４２は、固体撮像素子１の周辺環境、具体的には光量や温度に応じて、光電変換部２１に印加するバイアス電圧Ｖａ’を可変する。固体撮像素子１の現在の光量は、１つ前のフレームの画素出力に基づいて判断される。また、使用環境の影響で温度が高くなると、暗電流が増大するため、固体撮像素子１の現在の温度は、OPB画素２Cの画素出力に基づいて判断される。
　例えば、電圧制御部２４２は、光量が多く、飽和レベルに達している画素２が存在する場合には、バイアス電圧Ｖａ’を高くし、光量が少なく、飽和レベルに達している画素２が存在しない場合には、バイアス電圧Ｖａ’を低くする。
　また、電圧制御部２４２は、暗電流が多い（所定の電流値以上である）場合には、バイアス電圧Ｖａ’を高くし、暗電流が少ない（所定の電流値未満である）場合には、バイアス電圧Ｖａ’を低くする。なお、電圧制御部２４２は、バイアス電圧Ｖａ’を変更する代わりに、リセットトランジスタ２３のリセット電圧を変更するようにしてもよい。この場合でも同様の効果を奏することができる。
　電圧制御部２４２によるバイアス電圧Ｖａ’の制御と、垂直駆動回路４による蓄積容量の制御は、それぞれ独立して制御してもよいし、両者を組み合わせて制御してもよい。
　例えば、バイアス電圧Ｖａ’の制御と蓄積容量の制御を組み合わせた場合、光量に応じて次のような４段階の制御を行うことができる。
（ａ）光量レベル１：バイアス電圧Ｖａ１’，蓄積容量小（並列接続オフ）
（ｂ）光量レベル２：バイアス電圧Ｖａ１’，蓄積容量大（並列接続オン）
（ｃ）光量レベル３：バイアス電圧Ｖａ２’，蓄積容量大（並列接続オン）
（ｄ）光量レベル４：バイアス電圧Ｖａ３’，蓄積容量大（並列接続オン）
　ここで、各光量レベル１乃至４とバイアス電圧Ｖａ１’乃至Ｖａ３’の大小関係は、光量レベル１＜光量レベル２＜光量レベル３＜光量レベル４、バイアス電圧Ｖａ１’＜バイアス電圧Ｖａ２’＜バイアス電圧Ｖａ３’である。
　垂直駆動回路４は、各画素２の切替え制御トランジスタ２４１を、画素アレイ領域３の全画素について同時に制御してもよいし、画素アレイ領域３を複数のエリアに分割してエリアごとに制御してもよい。また、垂直駆動回路４は、画素アレイ領域３の画素ごとに制御してもよい。
　電圧制御部２４２は、光電変換部２１に印加するバイアス電圧Ｖａ’を、画素アレイ領域３の全画素について同時に制御してもよいし、画素アレイ領域３を複数のエリアに分割してエリアごとに制御してもよい。また、垂直駆動回路４は、画素アレイ領域３の画素ごとに制御してもよい。
　第５の実施の形態の固体撮像素子１によれば、光量が少ない場合には、光電変換部２１に印加するバイアス電圧Ｖａ’を低くすることで暗電流を抑えることができ、S/N比を向上させることができる。また、容量素子２２A及び２２Bの蓄積容量を少なくすることで変換効率が上がるので、S/N比が高くなる。
　一方、光量が多い場合には、光電変換部２１に印加するバイアス電圧Ｖａ’を高くし、容量素子２２A及び２２Bの蓄積容量を大きくすることで、ダイナミックレンジを拡大することができ、高ダイナミックレンジ化を実現することができる。この場合、暗電流が増大したり、変換効率は下がるが、信号量が大きいため、画質劣化の影響は少ない。
　従って、第５の実施の形態の固体撮像素子１によれば、固体撮像素子１の周辺環境に応じて、S/N比の向上と高ダイナミックレンジを実現することができる。
＜電子機器への適用例＞
　本技術は、固体撮像素子への適用に限られるものではない。即ち、本技術は、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置や、撮像機能を有する携帯端末装置や、画像読取部に固体撮像素子を用いる複写機など、画像取込部（光電変換部）に固体撮像素子を用いる電子機器全般に対して適用可能である。固体撮像素子は、ワンチップとして形成された形態であってもよいし、撮像部と信号処理部または光学系とがまとめてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態であってもよい。
　図１３は、本技術を適用した電子機器としての、撮像装置の構成例を示すブロック図である。
　図１３の撮像装置３００は、レンズ群などからなる光学部３０１、図１の固体撮像素子１の構成が採用される固体撮像素子（撮像デバイス）３０２、およびカメラ信号処理回路であるDSP(Digital Signal Processor)回路３０３を備える。また、撮像装置３００は、フレームメモリ３０４、表示部３０５、記録部３０６、操作部３０７、および電源部３０８も備える。DSP回路３０３、フレームメモリ３０４、表示部３０５、記録部３０６、操作部３０７および電源部３０８は、バスライン３０９を介して相互に接続されている。
　光学部３０１は、被写体からの入射光（像光）を取り込んで固体撮像素子３０２の撮像面上に結像する。固体撮像素子３０２は、光学部３０１によって撮像面上に結像された入射光の光量を画素単位で電気信号に変換して画素信号として出力する。この固体撮像素子３０２として、図１の固体撮像素子１、例えば、光電変換部２１の加工部端面からの電荷の湧き出しによる画質劣化を抑制した固体撮像素子を用いることができる。
　表示部３０５は、例えば、液晶パネルや有機EL(Electro Luminescence)パネル等のパネル型表示装置からなり、固体撮像素子３０２で撮像された動画または静止画を表示する。記録部３０６は、固体撮像素子３０２で撮像された動画または静止画を、ハードディスクや半導体メモリ等の記録媒体に記録する。
　操作部３０７は、ユーザによる操作の下に、撮像装置３００が持つ様々な機能について操作指令を発する。電源部３０８は、DSP回路３０３、フレームメモリ３０４、表示部３０５、記録部３０６および操作部３０７の動作電源となる各種の電源を、これら供給対象に対して適宜供給する。
　上述したように、固体撮像素子３０２として、上述した各実施の形態を適用した固体撮像素子１を用いることで、例えば、光電変換部２１の加工部端面からの電荷の湧き出しによる画質劣化を抑制することができる。また、S/N比の向上と高ダイナミックレンジを実現することができる。従って、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ、さらには携帯電話機等のモバイル機器向けカメラモジュールなどの撮像装置３００においても、撮像画像の高画質化を図ることができる。
＜イメージセンサの使用例＞
　図１４は、上述の固体撮像素子１を用いたイメージセンサの使用例を示す図である。
　上述の固体撮像素子１を用いたイメージセンサは、例えば、以下のように、可視光や、赤外光、紫外光、X線等の光をセンシングする様々なケースに使用することができる。
　・ディジタルカメラや、カメラ機能付きの携帯機器等の、鑑賞の用に供される画像を撮影する装置
　・自動停止等の安全運転や、運転者の状態の認識等のために、自動車の前方や後方、周囲、車内等を撮影する車載用センサ、走行車両や道路を監視する監視カメラ、車両間等の測距を行う測距センサ等の、交通の用に供される装置
　・ユーザのジェスチャを撮影して、そのジェスチャに従った機器操作を行うために、TVや、冷蔵庫、エアーコンディショナ等の家電に供される装置
　・内視鏡や、赤外光の受光による血管撮影を行う装置等の、医療やヘルスケアの用に供される装置
　・防犯用途の監視カメラや、人物認証用途のカメラ等の、セキュリティの用に供される装置
　・肌を撮影する肌測定器や、頭皮を撮影するマイクロスコープ等の、美容の用に供される装置
　・スポーツ用途等向けのアクションカメラやウェアラブルカメラ等の、スポーツの用に供される装置
　・畑や作物の状態を監視するためのカメラ等の、農業の用に供される装置
＜１０．内視鏡手術システムへの応用例＞
　本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、内視鏡手術システムに適用されてもよい。
　図１５は、本開示に係る技術（本技術）が適用され得る内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。
　図１５では、術者（医師）１１１３１が、内視鏡手術システム１１０００を用いて、患者ベッド１１１３３上の患者１１１３２に手術を行っている様子が図示されている。図示するように、内視鏡手術システム１１０００は、内視鏡１１１００と、気腹チューブ１１１１１やエネルギー処置具１１１１２等の、その他の術具１１１１０と、内視鏡１１１００を支持する支持アーム装置１１１２０と、内視鏡下手術のための各種の装置が搭載されたカート１１２００と、から構成される。
　内視鏡１１１００は、先端から所定の長さの領域が患者１１１３２の体腔内に挿入される鏡筒１１１０１と、鏡筒１１１０１の基端に接続されるカメラヘッド１１１０２と、から構成される。図示する例では、硬性の鏡筒１１１０１を有するいわゆる硬性鏡として構成される内視鏡１１１００を図示しているが、内視鏡１１１００は、軟性の鏡筒を有するいわゆる軟性鏡として構成されてもよい。
　鏡筒１１１０１の先端には、対物レンズが嵌め込まれた開口部が設けられている。内視鏡１１１００には光源装置１１２０３が接続されており、当該光源装置１１２０３によって生成された光が、鏡筒１１１０１の内部に延設されるライトガイドによって当該鏡筒の先端まで導光され、対物レンズを介して患者１１１３２の体腔内の観察対象に向かって照射される。なお、内視鏡１１１００は、直視鏡であってもよいし、斜視鏡又は側視鏡であってもよい。
　カメラヘッド１１１０２の内部には光学系及び撮像素子が設けられており、観察対象からの反射光（観察光）は当該光学系によって当該撮像素子に集光される。当該撮像素子によって観察光が光電変換され、観察光に対応する電気信号、すなわち観察像に対応する画像信号が生成される。当該画像信号は、ＲＡＷデータとしてカメラコントロールユニット（ＣＣＵ：　Ｃａｍｅｒａ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）１１２０１に送信される。
　ＣＣＵ１１２０１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）やＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）等によって構成され、内視鏡１１１００及び表示装置１１２０２の動作を統括的に制御する。さらに、ＣＣＵ１１２０１は、カメラヘッド１１１０２から画像信号を受け取り、その画像信号に対して、例えば現像処理（デモザイク処理）等の、当該画像信号に基づく画像を表示するための各種の画像処理を施す。
　表示装置１１２０２は、ＣＣＵ１１２０１からの制御により、当該ＣＣＵ１１２０１によって画像処理が施された画像信号に基づく画像を表示する。
　光源装置１１２０３は、例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）等の光源から構成され、術部等を撮影する際の照射光を内視鏡１１１００に供給する。
　入力装置１１２０４は、内視鏡手術システム１１０００に対する入力インタフェースである。ユーザは、入力装置１１２０４を介して、内視鏡手術システム１１０００に対して各種の情報の入力や指示入力を行うことができる。例えば、ユーザは、内視鏡１１１００による撮像条件（照射光の種類、倍率及び焦点距離等）を変更する旨の指示等を入力する。
　処置具制御装置１１２０５は、組織の焼灼、切開又は血管の封止等のためのエネルギー処置具１１１１２の駆動を制御する。気腹装置１１２０６は、内視鏡１１１００による視野の確保及び術者の作業空間の確保の目的で、患者１１１３２の体腔を膨らめるために、気腹チューブ１１１１１を介して当該体腔内にガスを送り込む。レコーダ１１２０７は、手術に関する各種の情報を記録可能な装置である。プリンタ１１２０８は、手術に関する各種の情報を、テキスト、画像又はグラフ等各種の形式で印刷可能な装置である。
　なお、内視鏡１１１００に術部を撮影する際の照射光を供給する光源装置１１２０３は、例えばＬＥＤ、レーザ光源又はこれらの組み合わせによって構成される白色光源から構成することができる。ＲＧＢレーザ光源の組み合わせにより白色光源が構成される場合には、各色（各波長）の出力強度及び出力タイミングを高精度に制御することができるため、光源装置１１２０３において撮像画像のホワイトバランスの調整を行うことができる。また、この場合には、ＲＧＢレーザ光源それぞれからのレーザ光を時分割で観察対象に照射し、その照射タイミングに同期してカメラヘッド１１１０２の撮像素子の駆動を制御することにより、ＲＧＢそれぞれに対応した画像を時分割で撮像することも可能である。当該方法によれば、当該撮像素子にカラーフィルタを設けなくても、カラー画像を得ることができる。
　また、光源装置１１２０３は、出力する光の強度を所定の時間ごとに変更するようにその駆動が制御されてもよい。その光の強度の変更のタイミングに同期してカメラヘッド１１１０２の撮像素子の駆動を制御して時分割で画像を取得し、その画像を合成することにより、いわゆる黒つぶれ及び白とびのない高ダイナミックレンジの画像を生成することができる。
　また、光源装置１１２０３は、特殊光観察に対応した所定の波長帯域の光を供給可能に構成されてもよい。特殊光観察では、例えば、体組織における光の吸収の波長依存性を利用して、通常の観察時における照射光（すなわち、白色光）に比べて狭帯域の光を照射することにより、粘膜表層の血管等の所定の組織を高コントラストで撮影する、いわゆる狭帯域光観察（Ｎａｒｒｏｗ　Ｂａｎｄ　Ｉｍａｇｉｎｇ）が行われる。あるいは、特殊光観察では、励起光を照射することにより発生する蛍光により画像を得る蛍光観察が行われてもよい。蛍光観察では、体組織に励起光を照射し当該体組織からの蛍光を観察すること（自家蛍光観察）、又はインドシアニングリーン（ＩＣＧ）等の試薬を体組織に局注するとともに当該体組織にその試薬の蛍光波長に対応した励起光を照射し蛍光像を得ること等を行うことができる。光源装置１１２０３は、このような特殊光観察に対応した狭帯域光及び／又は励起光を供給可能に構成され得る。
　図１６は、図１５に示すカメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１の機能構成の一例を示すブロック図である。
　カメラヘッド１１１０２は、レンズユニット１１４０１と、撮像部１１４０２と、駆動部１１４０３と、通信部１１４０４と、カメラヘッド制御部１１４０５と、を有する。ＣＣＵ１１２０１は、通信部１１４１１と、画像処理部１１４１２と、制御部１１４１３と、を有する。カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１とは、伝送ケーブル１１４００によって互いに通信可能に接続されている。
　レンズユニット１１４０１は、鏡筒１１１０１との接続部に設けられる光学系である。鏡筒１１１０１の先端から取り込まれた観察光は、カメラヘッド１１１０２まで導光され、当該レンズユニット１１４０１に入射する。レンズユニット１１４０１は、ズームレンズ及びフォーカスレンズを含む複数のレンズが組み合わされて構成される。
　撮像部１１４０２は、撮像素子で構成される。撮像部１１４０２を構成する撮像素子は、１つ（いわゆる単板式）であってもよいし、複数（いわゆる多板式）であってもよい。撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、例えば各撮像素子によってＲＧＢそれぞれに対応する画像信号が生成され、それらが合成されることによりカラー画像が得られてもよい。あるいは、撮像部１１４０２は、３Ｄ（Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ）表示に対応する右目用及び左目用の画像信号をそれぞれ取得するための１対の撮像素子を有するように構成されてもよい。３Ｄ表示が行われることにより、術者１１１３１は術部における生体組織の奥行きをより正確に把握することが可能になる。なお、撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、各撮像素子に対応して、レンズユニット１１４０１も複数系統設けられ得る。
　また、撮像部１１４０２は、必ずしもカメラヘッド１１１０２に設けられなくてもよい。例えば、撮像部１１４０２は、鏡筒１１１０１の内部に、対物レンズの直後に設けられてもよい。
　駆動部１１４０３は、アクチュエータによって構成され、カメラヘッド制御部１１４０５からの制御により、レンズユニット１１４０１のズームレンズ及びフォーカスレンズを光軸に沿って所定の距離だけ移動させる。これにより、撮像部１１４０２による撮像画像の倍率及び焦点が適宜調整され得る。
　通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部１１４０４は、撮像部１１４０２から得た画像信号をＲＡＷデータとして伝送ケーブル１１４００を介してＣＣＵ１１２０１に送信する。
　また、通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１から、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を受信し、カメラヘッド制御部１１４０５に供給する。当該制御信号には、例えば、撮像画像のフレームレートを指定する旨の情報、撮像時の露出値を指定する旨の情報、並びに／又は撮像画像の倍率及び焦点を指定する旨の情報等、撮像条件に関する情報が含まれる。
　なお、上記のフレームレートや露出値、倍率、焦点等の撮像条件は、ユーザによって適宜指定されてもよいし、取得された画像信号に基づいてＣＣＵ１１２０１の制御部１１４１３によって自動的に設定されてもよい。後者の場合には、いわゆるＡＥ（Ａｕｔｏ　Ｅｘｐｏｓｕｒｅ）機能、ＡＦ（Ａｕｔｏ　Ｆｏｃｕｓ）機能及びＡＷＢ（Ａｕｔｏ　Ｗｈｉｔｅ　Ｂａｌａｎｃｅ）機能が内視鏡１１１００に搭載されていることになる。
　カメラヘッド制御部１１４０５は、通信部１１４０４を介して受信したＣＣＵ１１２０１からの制御信号に基づいて、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御する。
　通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２から、伝送ケーブル１１４００を介して送信される画像信号を受信する。
　また、通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２に対して、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を送信する。画像信号や制御信号は、電気通信や光通信等によって送信することができる。
　画像処理部１１４１２は、カメラヘッド１１１０２から送信されたＲＡＷデータである画像信号に対して各種の画像処理を施す。
　制御部１１４１３は、内視鏡１１１００による術部等の撮像、及び、術部等の撮像により得られる撮像画像の表示に関する各種の制御を行う。例えば、制御部１１４１３は、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を生成する。
　また、制御部１１４１３は、画像処理部１１４１２によって画像処理が施された画像信号に基づいて、術部等が映った撮像画像を表示装置１１２０２に表示させる。この際、制御部１１４１３は、各種の画像認識技術を用いて撮像画像内における各種の物体を認識してもよい。例えば、制御部１１４１３は、撮像画像に含まれる物体のエッジの形状や色等を検出することにより、鉗子等の術具、特定の生体部位、出血、エネルギー処置具１１１１２の使用時のミスト等を認識することができる。制御部１１４１３は、表示装置１１２０２に撮像画像を表示させる際に、その認識結果を用いて、各種の手術支援情報を当該術部の画像に重畳表示させてもよい。手術支援情報が重畳表示され、術者１１１３１に提示されることにより、術者１１１３１の負担を軽減することや、術者１１１３１が確実に手術を進めることが可能になる。
　カメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１を接続する伝送ケーブル１１４００は、電気信号の通信に対応した電気信号ケーブル、光通信に対応した光ファイバ、又はこれらの複合ケーブルである。
　ここで、図示する例では、伝送ケーブル１１４００を用いて有線で通信が行われていたが、カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１との間の通信は無線で行われてもよい。
　以上、本開示に係る技術が適用され得る内視鏡手術システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、カメラヘッド１１１０２の撮像部１１４０２に適用され得る。具体的には、上述した各実施の形態を適用した固体撮像素子１を、撮像部１０４０２に適用することができる。撮像部１０４０２に本開示に係る技術を適用することにより、撮像部１０４０２により得られる術部画像の画質劣化を抑制し、S/N比の向上と高ダイナミックレンジを実現することができるため、より鮮明な術部画像を得ることができ、術者が術部を確実に確認することが可能になる。
　なお、ここでは、一例として内視鏡手術システムについて説明したが、本開示に係る技術は、その他、例えば、顕微鏡手術システム等に適用されてもよい。
＜１１．移動体への応用例＞
　本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
　図１７は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。
　車両制御システム１２０００は、通信ネットワーク１２００１を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図１７に示した例では、車両制御システム１２０００は、駆動系制御ユニット１２０１０、ボディ系制御ユニット１２０２０、車外情報検出ユニット１２０３０、車内情報検出ユニット１２０４０、及び統合制御ユニット１２０５０を備える。また、統合制御ユニット１２０５０の機能構成として、マイクロコンピュータ１２０５１、音声画像出力部１２０５２、及び車載ネットワークＩ／Ｆ（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）１２０５３が図示されている。
　駆動系制御ユニット１２０１０は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット１２０１０は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。
　ボディ系制御ユニット１２０２０は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット１２０２０は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット１２０２０には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット１２０２０は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
　車外情報検出ユニット１２０３０は、車両制御システム１２０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット１２０３０には、撮像部１２０３１が接続される。車外情報検出ユニット１２０３０は、撮像部１２０３１に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット１２０３０は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。
　撮像部１２０３１は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部１２０３１は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部１２０３１が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。
　車内情報検出ユニット１２０４０は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット１２０４０には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部１２０４１が接続される。運転者状態検出部１２０４１は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット１２０４０は、運転者状態検出部１２０４１から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。
　マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット１２０１０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｄｒｉｖｅｒ　Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ　Ｓｙｓｔｅｍ）の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。
　また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
　また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット１２０２０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。
　音声画像出力部１２０５２は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図１７の例では、出力装置として、オーディオスピーカ１２０６１、表示部１２０６２及びインストルメントパネル１２０６３が例示されている。表示部１２０６２は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。
　図１８は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
　図１８では、車両１２１００は、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５を有する。
　撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５は、例えば、車両１２１００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部１２１０１及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として車両１２１００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部１２１０２，１２１０３は、主として車両１２１００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部１２１０４は、主として車両１２１００の後方の画像を取得する。撮像部１２１０１及び１２１０５で取得される前方の画像は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
　なお、図１８には、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲１２１１１は、フロントノーズに設けられた撮像部１２１０１の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１２，１２１１３は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部１２１０２，１２１０３の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１４は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部１２１０４の撮像範囲を示す。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両１２１００を上方から見た俯瞰画像が得られる。
　撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。
　例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を基に、撮像範囲１２１１１ないし１２１１４内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化（車両１２１００に対する相対速度）を求めることにより、特に車両１２１００の進行路上にある最も近い立体物で、車両１２１００と略同じ方向に所定の速度（例えば、０ｋｍ／ｈ以上）で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ１２０５１は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御（追従停止制御も含む）や自動加速制御（追従発進制御も含む）等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
　例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、２輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両１２１００の周辺の障害物を、車両１２１００のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ１２０５１は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ１２０６１や表示部１２０６２を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット１２０１０を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。
　撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ１２０５１が、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部１２０５２は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部１２０６２を制御する。また、音声画像出力部１２０５２は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部１２０６２を制御してもよい。
　以上、本開示に係る技術が適用され得る車両制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、撮像部１２０３１に適用され得る。具体的には、上述した各実施の形態を適用した固体撮像素子１を、撮像部１２０３１に適用することができる。撮像部１２０３１に本開示に係る技術を適用することにより、より見やすい撮影画像を得ることができるため、ドライバの疲労を軽減したり、ドライバや車両の安全度を高めることが可能になる。
　上述した例では、光電変換部２１において信号として扱う電荷（信号電荷）が正孔である場合について説明したが、本技術は電子を信号電荷とする固体撮像素子にも適用することができる。この場合、半導体基板１２や半導体薄膜４１等の各導電型を逆の導電型としたり、印加するバイアス電圧の正負が逆となる。
　また、本技術は、可視光の入射光量の分布を検知して画像として撮像する固体撮像素子への適用に限らず、赤外線やＸ線、あるいは粒子等の入射量の分布を画像として撮像する固体撮像素子や、広義の意味として、圧力や静電容量など、他の物理量の分布を検知して画像として撮像する指紋検出センサ等の固体撮像素子（物理量分布検知装置）全般に対して適用可能である。
　また、本技術は、固体撮像素子に限らず、他の半導体集積回路を有する半導体装置全般に対して適用可能である。
　本技術の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
　例えば、上述した複数の実施の形態の全てまたは一部を組み合わせた形態を採用することができる。
　なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、本明細書に記載されたもの以外の効果があってもよい。
　なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（A1）
　化合物半導体、アモルファスシリコン、ゲルマニウム、量子ドット光電変換膜、または有機光電変換膜のいずれかを有する光電変換部を備える画素が行列状に２次元配置された画素アレイ領域を備え、
　前記画素アレイ領域の最外周、または、前記画素アレイ領域の有効画素領域より外側に、常に一定の電圧を印加した前記画素である電圧印加画素を有する
　固体撮像素子。
（A2）
　前記電圧印加画素では、画素のリセットトランジスタが常にオンに制御されることにより、常に一定の電圧が印加されている
　前記（A1）に記載の固体撮像素子。
（A3）
　前記電圧印加画素では、前記光電変換部で生成された電荷を取り出す電極部が画素トランジスタを介さずにグランドに接続されることにより、常に一定の電圧が印加されている
　前記（A1）に記載の固体撮像素子。
（A4）
　前記電圧印加画素に印加される前記一定の電圧は、前記画素アレイ領域の通常画素に印加される電圧よりも大きい
　前記（A3）に記載の固体撮像素子。
（A5）
　前記電圧印加画素は、前記画素アレイ領域の最外周の１行および１列に配置されている
　前記（A1）乃至（A4）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（A6）
　前記電圧印加画素は、前記画素アレイ領域の最外周の複数行および複数列に配置されている
　前記（A1）乃至（A4）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（A7）
　化合物半導体、アモルファスシリコン、ゲルマニウム、量子ドット光電変換膜、または有機光電変換膜のいずれかを有する光電変換部を備える画素が行列状に２次元配置された画素アレイ領域を備える固体撮像素子が、
　前記画素アレイ領域の最外周、または、前記画素アレイ領域の有効画素領域より外側の前記画素に対して、常に一定の電圧を印加する
　固体撮像素子の制御方法。
（A8）
　化合物半導体、アモルファスシリコン、ゲルマニウム、量子ドット光電変換膜、または有機光電変換膜のいずれかを有する光電変換部を備える画素が行列状に２次元配置された画素アレイ領域を備え、
　前記画素アレイ領域の最外周、または、前記画素アレイ領域の有効画素領域より外側に、常に一定の電圧を印加した前記画素である電圧印加画素を有する
　固体撮像素子
　を備える電子機器。
（B1）
　化合物半導体、アモルファスシリコン、ゲルマニウム、量子ドット光電変換膜、または有機光電変換膜のいずれかを有する光電変換部を備える画素が行列状に２次元配置された画素アレイ領域を備え、
　前記画素アレイ領域の有効画素とOPB画素との間に、常に一定の電圧を印加した前記画素である電圧印加画素を有する
　固体撮像素子。
（B2）
　前記電圧印加画素では、画素のリセットトランジスタが常にオンに制御されることにより、常に一定の電圧が印加されている
　前記（B1）に記載の固体撮像素子。
（B3）
　前記電圧印加画素では、前記光電変換部で生成された電荷を取り出す電極部が画素トランジスタを介さずにグランドに接続されることにより、常に一定の電圧が印加されている
　前記（B1）に記載の固体撮像素子。
（B4）
　前記電圧印加画素に印加される前記一定の電圧は、前記画素アレイ領域の通常画素に印加される電圧よりも大きい
　前記（B3）に記載の固体撮像素子。
（B5）
　前記電圧印加画素は、前記光電変換部の上側に遮光膜を有する
　前記（B1）乃至（B4）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（B6）
　前記電圧印加画素は、前記画素アレイ領域のOPB領域の最も内側の１行および１列に配置されている
　前記（B1）乃至（B5）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（B7）
　前記電圧印加画素は、前記画素アレイ領域のOPB領域の複数行および複数列に配置されている
　前記（B1）乃至（B5）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（B8）
　前記電圧印加画素は、前記画素アレイ領域の有効画素領域の最外周の１行及び１列と、OPB領域の最も内側の１行および１列とを含む複数行および複数列に配置されている
　前記（B1）乃至（B5）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（B9）
　化合物半導体、アモルファスシリコン、ゲルマニウム、量子ドット光電変換膜、または有機光電変換膜のいずれかを有する光電変換部を備える画素が行列状に２次元配置された画素アレイ領域を備える固体撮像素子が、
　前記画素アレイ領域の有効画素とOPB画素との間の前記画素に対して、常に一定の電圧を印加する
　固体撮像素子の制御方法。
（B10）
　化合物半導体、アモルファスシリコン、ゲルマニウム、量子ドット光電変換膜、または有機光電変換膜のいずれかを有する光電変換部を備える画素が行列状に２次元配置された画素アレイ領域を備え、
　前記画素アレイ領域の有効画素とOPB画素との間に、常に一定の電圧を印加した前記画素である電圧印加画素を有する
　固体撮像素子
　を備える電子機器。
（C1）
　化合物半導体、アモルファスシリコン、ゲルマニウム、量子ドット光電変換膜、または有機光電変換膜のいずれかを有する光電変換部を備える画素が行列状に２次元配置された画素アレイ領域を備え、
　前記画素アレイ領域の最外周となる前記光電変換部の加工部端面に、PN接合部が配置されない
　固体撮像素子。
（C2）
　化合物半導体、アモルファスシリコン、ゲルマニウム、量子ドット光電変換膜、または有機光電変換膜のいずれかを有する光電変換部を備える画素が行列状に２次元配置された画素アレイ領域を備え、
　前記画素アレイ領域の最外周となる前記光電変換部の加工部端面に、PN接合部が配置されない
　固体撮像素子
　を備える電子機器。
（D1）
　化合物半導体、アモルファスシリコン、ゲルマニウム、量子ドット光電変換膜、または有機光電変換膜のいずれかを有する光電変換部を備える画素が行列状に２次元配置された画素アレイ領域の最外周となる前記光電変換部の加工部端面を覆う保護膜を備える
　固体撮像素子。
（D2）
　前記光電変換部はN型の半導体薄膜であり、
　前記保護膜は、正の固定電荷を有する固定電荷膜である
　前記（D1）に記載の固体撮像素子。
（D3）
　信号として扱う前記光電変換部の電荷が正孔であり、
　前記保護膜は、正の固定電荷を有する固定電荷膜である
　前記（D1）または（D2）に記載の固体撮像素子。
（D4）
　前記光電変換部はP型の半導体薄膜であり、
　前記保護膜は、負の固定電荷を有する固定電荷膜である
　前記（D3）に記載の固体撮像素子。
（D5）
　信号として扱う前記光電変換部の電荷が電子であり、
　前記保護膜は、負の固定電荷を有する固定電荷膜である
　前記（D1）または（D4）に記載の固体撮像素子。
（D6）
　化合物半導体、アモルファスシリコン、ゲルマニウム、量子ドット光電変換膜、または有機光電変換膜のいずれかを有する光電変換部を備える画素が行列状に２次元配置された画素アレイ領域の最外周となる前記光電変換部の加工部端面を覆う保護膜を備える
　固体撮像素子
　を備える電子機器。
（E1）
　化合物半導体、アモルファスシリコン、ゲルマニウム、量子ドット光電変換膜、または有機光電変換膜のいずれかを有する光電変換部を備える画素が行列状に２次元配置された画素アレイ領域の最外周となる前記光電変換部の加工部端面をMIS構造とする絶縁膜と金属膜を備える
　固体撮像素子。
（E2）
　前記光電変換部はN型の半導体薄膜であり、
　前記金属膜に、正のバイアス電圧が印加される
　前記（E1）に記載の固体撮像素子。
（E3）
　信号として扱う前記光電変換部の電荷が正孔であり、
　前記金属膜に、正のバイアス電圧が印加される
　前記（E1）または（E2）に記載の固体撮像素子。
（E4）
　前記光電変換部はP型の半導体薄膜であり、
　前記金属膜に、負のバイアス電圧が印加される
　前記（E3）に記載の固体撮像素子。
（E5）
　信号として扱う前記光電変換部の電荷が電子であり、
　前記金属膜に、負のバイアス電圧が印加される
　前記（E1）または（E4）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（E6）
　化合物半導体、アモルファスシリコン、ゲルマニウム、量子ドット光電変換膜、または有機光電変換膜のいずれかを有する光電変換部を備える画素が行列状に２次元配置された画素アレイ領域の最外周となる前記光電変換部の加工部端面をMIS構造とする絶縁膜と金属膜を備える
　固体撮像素子
　を備える電子機器。
（F1）
　化合物半導体、アモルファスシリコン、ゲルマニウム、量子ドット光電変換膜、または有機光電変換膜のいずれかを有する光電変換部を備える画素が行列状に２次元配置された画素アレイ領域と、
　前記画素の前記光電変換部に印加する電圧を周辺環境に応じて変化させる電圧制御部と
　を備える固体撮像素子。
（F2）
　前記電圧制御部は、有効画素の画素出力に応じて、前記光電変換部に印加する電圧を変化させる
　前記（F1）に記載の固体撮像素子。
（F3）
　前記電圧制御部は、OPB画素の画素出力に応じて、前記光電変換部に印加する電圧を変化させる
　前記（F1）または（F2）に記載の固体撮像素子。
（F4）
　前記電圧制御部は、全画素について同時に、前記光電変換部に印加する電圧を変化させる
　前記（F1）乃至（F3）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（F5）
　前記電圧制御部は、前記画素アレイ領域を複数のエリアに分割して前記エリアごとに、前記光電変換部に印加する電圧を変化させる
　前記（F1）乃至（F3）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（F6）
　前記電圧制御部は、前記画素アレイ領域の画素ごとに、前記光電変換部に印加する電圧を変化させる
　前記（F1）乃至（F3）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（F7）
　前記光電変換部は、電荷の逆流を防止するバリア層を含む
　前記（F1）乃至（F6）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（F8）
　化合物半導体、アモルファスシリコン、ゲルマニウム、量子ドット光電変換膜、または有機光電変換膜のいずれかを有する光電変換部を備える画素が行列状に２次元配置された画素アレイ領域を備える固体撮像素子が、
　前記画素の前記光電変換部に印加する電圧を周辺環境に応じて変化させる
　固体撮像素子の制御方法。
（F9）
　化合物半導体、アモルファスシリコン、ゲルマニウム、量子ドット光電変換膜、または有機光電変換膜のいずれかを有する光電変換部を備える画素が行列状に２次元配置された画素アレイ領域と、
　前記画素の前記光電変換部に印加する電圧を周辺環境に応じて変化させる電圧制御部と
　を備える固体撮像素子
　を備える電子機器。
（G1）
　画素が行列状に２次元配置された画素アレイ領域を備え、
　前記画素は、
　　化合物半導体、アモルファスシリコン、ゲルマニウム、量子ドット光電変換膜、または有機光電変換膜のいずれかを有する光電変換部と、
　　前記光電変換部で生成された電荷を蓄積する複数の容量素子と、
　　前記複数の容量素子の並列接続のオンオフを周辺環境に応じて切り替える切替え制御部と
　を有する
　固体撮像素子。
（G2）
　前記複数の容量素子の並列接続のオンオフは、有効画素の画素出力に応じて切り替えられる
　前記（G1）に記載の固体撮像素子。
（G3）
　前記複数の容量素子の並列接続のオンオフは、OPB画素の画素出力に応じて切り替えられる
　前記（G1）または（G2）に記載の固体撮像素子。
（G4）
　前記複数の容量素子の並列接続のオンオフは、全画素について同時に切り替えられる
　前記（G1）乃至（G3）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（G5）
　前記複数の容量素子の並列接続のオンオフは、前記画素アレイ領域を複数のエリアに分割して前記エリアごとに切り替えられる
　前記（G1）乃至（G3）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（G6）
　前記複数の容量素子の並列接続のオンオフは、前記画素アレイ領域の画素ごとに切り替えられる
　前記（G1）乃至（G3）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（G7）
　前記容量素子は、PN接合容量、MOS容量、または、配線容量のいずれかを少なくとも含む
　前記（G1）乃至（G6）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（G8）
　前記画素の前記光電変換部に印加する電圧を前記周辺環境に応じて変化させる電圧制御部をさらに備える
　前記（G1）乃至（G7）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（G9）
　画素が行列状に２次元配置された画素アレイ領域を備え、
　前記画素は、
　　化合物半導体、アモルファスシリコン、ゲルマニウム、量子ドット光電変換膜、または有機光電変換膜のいずれかを有する光電変換部と、
　　前記光電変換部で生成された電荷を蓄積する複数の容量素子と、
　　前記複数の容量素子の並列接続のオンオフを周辺環境に応じて切り替える切替え制御部と
　を有する固体撮像素子の前記切替え制御部が、前記複数の容量素子の並列接続のオンオフを周辺環境に応じて切り替える
　固体撮像素子の制御方法。
（G10）
　画素が行列状に２次元配置された画素アレイ領域を備え、
　前記画素は、
　　化合物半導体、アモルファスシリコン、ゲルマニウム、量子ドット光電変換膜、または有機光電変換膜のいずれかを有する光電変換部と、
　　前記光電変換部で生成された電荷を蓄積する複数の容量素子と、
　　前記複数の容量素子の並列接続のオンオフを周辺環境に応じて切り替える切替え制御部と
　を有する
　固体撮像素子
　を備える電子機器。
　１　固体撮像素子，　２　画素，　２A　通常画素，　２B　電荷放出画素，　２Ca　黒レベル読み出し用OPB画素，　２Cb　電荷放出用OPB画素，　２C　OPB画素，　３　画素アレイ領域，　４　垂直駆動回路，　１２　半導体基板，　２１　光電変換部，　２２（２２A,２２B）　容量素子，　２３　リセットトランジスタ，　５３A，５３B　接続電極，　５４　バンプ電極，　８１　電荷放出領域，　１０１　OPB領域，　１０２　有効画素領域，　１１１　遮光膜，　２０１　固定電荷膜，　２２１　絶縁膜，　２２２　金属膜，　２４１　切替え制御トランジスタ，　２４２　電圧制御部，　３００　撮像装置，　３０２　固体撮像素子

Claims (40)

  1. 　化合物半導体、アモルファスシリコン、ゲルマニウム、量子ドット光電変換膜、または有機光電変換膜のいずれかを有する光電変換部を備える画素が行列状に２次元配置された画素アレイ領域を備え、
    　前記画素アレイ領域の最外周、または、前記画素アレイ領域の有効画素領域より外側に、常に一定の電圧を印加した前記画素である電圧印加画素を有する
    　固体撮像素子。
  2. 　前記電圧印加画素では、画素のリセットトランジスタが常にオンに制御されることにより、常に一定の電圧が印加されている
    　請求項１に記載の固体撮像素子。
  3. 　前記電圧印加画素では、前記光電変換部で生成された電荷を取り出す電極部が画素トランジスタを介さずにグランドに接続されることにより、常に一定の電圧が印加されている
    　請求項１に記載の固体撮像素子。
  4. 　前記電圧印加画素に印加される前記一定の電圧は、前記画素アレイ領域の通常画素に印加される電圧よりも大きい
    　請求項３に記載の固体撮像素子。
  5. 　前記電圧印加画素は、前記画素アレイ領域の最外周の１行および１列に配置されている
    　請求項１に記載の固体撮像素子。
  6. 　前記電圧印加画素は、前記画素アレイ領域の最外周の複数行および複数列に配置されている
    　請求項１に記載の固体撮像素子。
  7. 　化合物半導体、アモルファスシリコン、ゲルマニウム、量子ドット光電変換膜、または有機光電変換膜のいずれかを有する光電変換部を備える画素が行列状に２次元配置された画素アレイ領域を備え、
    　前記画素アレイ領域の有効画素とOPB画素との間に、常に一定の電圧を印加した前記画素である電圧印加画素を有する
    　固体撮像素子。
  8. 　前記電圧印加画素では、画素のリセットトランジスタが常にオンに制御されることにより、常に一定の電圧が印加されている
    　請求項７に記載の固体撮像素子。
  9. 　前記電圧印加画素では、前記光電変換部で生成された電荷を取り出す電極部が画素トランジスタを介さずにグランドに接続されることにより、常に一定の電圧が印加されている
    　請求項７に記載の固体撮像素子。
  10. 　前記電圧印加画素に印加される前記一定の電圧は、前記画素アレイ領域の通常画素に印加される電圧よりも大きい
    　請求項９に記載の固体撮像素子。
  11. 　前記電圧印加画素は、前記光電変換部の上側に遮光膜を有する
    　請求項７に記載の固体撮像素子。
  12. 　前記電圧印加画素は、前記画素アレイ領域のOPB領域の最も内側の１行および１列に配置されている
    　請求項７に記載の固体撮像素子。
  13. 　前記電圧印加画素は、前記画素アレイ領域のOPB領域の複数行および複数列に配置されている
    　請求項７に記載の固体撮像素子。
  14. 　前記電圧印加画素は、前記画素アレイ領域の有効画素領域の最外周の１行及び１列と、OPB領域の最も内側の１行および１列とを含む複数行および複数列に配置されている
    　請求項７に記載の固体撮像素子。
  15. 　化合物半導体、アモルファスシリコン、ゲルマニウム、量子ドット光電変換膜、または有機光電変換膜のいずれかを有する光電変換部を備える画素が行列状に２次元配置された画素アレイ領域を備え、
    　前記画素アレイ領域の最外周となる前記光電変換部の加工部端面に、PN接合部が配置されない
    　固体撮像素子。
  16. 　化合物半導体、アモルファスシリコン、ゲルマニウム、量子ドット光電変換膜、または有機光電変換膜のいずれかを有する光電変換部を備える画素が行列状に２次元配置された画素アレイ領域の最外周となる前記光電変換部の加工部端面を覆う保護膜を備える
    　固体撮像素子。
  17. 　前記光電変換部はN型の半導体薄膜であり、
    　前記保護膜は、正の固定電荷を有する固定電荷膜である
    　請求項１６に記載の固体撮像素子。
  18. 　信号として扱う前記光電変換部の電荷が正孔であり、
    　前記保護膜は、正の固定電荷を有する固定電荷膜である
    　請求項１６に記載の固体撮像素子。
  19. 　前記光電変換部はP型の半導体薄膜であり、
    　前記保護膜は、負の固定電荷を有する固定電荷膜である
    　請求項１６に記載の固体撮像素子。
  20. 　信号として扱う前記光電変換部の電荷が電子であり、
    　前記保護膜は、負の固定電荷を有する固定電荷膜である
    　請求項１６に記載の固体撮像素子。
  21. 　化合物半導体、アモルファスシリコン、ゲルマニウム、量子ドット光電変換膜、または有機光電変換膜のいずれかを有する光電変換部を備える画素が行列状に２次元配置された画素アレイ領域の最外周となる前記光電変換部の加工部端面をMIS構造とする絶縁膜と金属膜を備える
    　固体撮像素子。
  22. 　前記光電変換部はN型の半導体薄膜であり、
    　前記金属膜に、正のバイアス電圧が印加される
    　請求項２１に記載の固体撮像素子。
  23. 　信号として扱う前記光電変換部の電荷が正孔であり、
    　前記金属膜に、正のバイアス電圧が印加される
    　請求項２１に記載の固体撮像素子。
  24. 　前記光電変換部はP型の半導体薄膜であり、
    　前記金属膜に、負のバイアス電圧が印加される
    　請求項２１に記載の固体撮像素子。
  25. 　信号として扱う前記光電変換部の電荷が電子であり、
    　前記金属膜に、負のバイアス電圧が印加される
    　請求項２１に記載の固体撮像素子。
  26. 　化合物半導体、アモルファスシリコン、ゲルマニウム、量子ドット光電変換膜、または有機光電変換膜のいずれかを有する光電変換部を備える画素が行列状に２次元配置された画素アレイ領域と、
    　前記画素の前記光電変換部に印加する電圧を周辺環境に応じて変化させる電圧制御部と
    　を備える固体撮像素子。
  27. 　前記電圧制御部は、有効画素の画素出力に応じて、前記光電変換部に印加する電圧を変化させる
    　請求項２６に記載の固体撮像素子。
  28. 　前記電圧制御部は、OPB画素の画素出力に応じて、前記光電変換部に印加する電圧を変化させる
    　請求項２６に記載の固体撮像素子。
  29. 　前記電圧制御部は、全画素について同時に、前記光電変換部に印加する電圧を変化させる
    　請求項２６に記載の固体撮像素子。
  30. 　前記電圧制御部は、前記画素アレイ領域を複数のエリアに分割して前記エリアごとに、前記光電変換部に印加する電圧を変化させる
    　請求項２６に記載の固体撮像素子。
  31. 　前記電圧制御部は、前記画素アレイ領域の画素ごとに、前記光電変換部に印加する電圧を変化させる
    　請求項２６に記載の固体撮像素子。
  32. 　前記光電変換部は、電荷の逆流を防止するバリア層を含む
    　請求項２６に記載の固体撮像素子。
  33. 　画素が行列状に２次元配置された画素アレイ領域を備え、
    　前記画素は、
    　　化合物半導体、アモルファスシリコン、ゲルマニウム、量子ドット光電変換膜、または有機光電変換膜のいずれかを有する光電変換部と、
    　　前記光電変換部で生成された電荷を蓄積する複数の容量素子と、
    　　前記複数の容量素子の並列接続のオンオフを周辺環境に応じて切り替える切替え制御部と
    　を有する
    　固体撮像素子。
  34. 　前記複数の容量素子の並列接続のオンオフは、有効画素の画素出力に応じて切り替えられる
    　請求項３３に記載の固体撮像素子。
  35. 　前記複数の容量素子の並列接続のオンオフは、OPB画素の画素出力に応じて切り替えられる
    　請求項３３に記載の固体撮像素子。
  36. 　前記複数の容量素子の並列接続のオンオフは、全画素について同時に切り替えられる
    　請求項３３に記載の固体撮像素子。
  37. 　前記複数の容量素子の並列接続のオンオフは、前記画素アレイ領域を複数のエリアに分割して前記エリアごとに切り替えられる
    　請求項３３に記載の固体撮像素子。
  38. 　前記複数の容量素子の並列接続のオンオフは、前記画素アレイ領域の画素ごとに切り替えられる
    　請求項３３に記載の固体撮像素子。
  39. 　前記容量素子は、PN接合容量、MOS容量、または、配線容量のいずれかを少なくとも含む
    　請求項３３に記載の固体撮像素子。
  40. 　前記画素の前記光電変換部に印加する電圧を前記周辺環境に応じて変化させる電圧制御部をさらに備える
    　請求項３３に記載の固体撮像素子。
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