WO2021161889A1 - 固体撮像素子 - Google Patents

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WO2021161889A1
WO2021161889A1 PCT/JP2021/004101 JP2021004101W WO2021161889A1 WO 2021161889 A1 WO2021161889 A1 WO 2021161889A1 JP 2021004101 W JP2021004101 W JP 2021004101W WO 2021161889 A1 WO2021161889 A1 WO 2021161889A1
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photoelectric conversion
conversion layer
electrode
layer
solid
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PCT/JP2021/004101
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幸弘 安藤
Original Assignee
ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith

Definitions

  • the present disclosure relates to a solid-state image sensor.
  • a photoelectric conversion element using a semiconductor having wavelength selectivity can photoelectrically convert light in a specific wavelength band.
  • a photoelectric conversion element is used as a solid-state imaging device, it is possible to provide a laminated photoelectric conversion element in which a plurality of photoelectric conversion elements having different wavelength selectivity are laminated for each pixel (Patent Documents 1 and 2). reference).
  • the solid-state image sensor according to the embodiment of the present disclosure is composed of a deposited layer of semiconductor quantum dots, and includes a photoelectric conversion layer having a potential gradient in a direction orthogonal to the deposited direction.
  • a potential gradient is formed in a photoelectric conversion layer composed of a deposition layer of semiconductor quantum dots in a direction orthogonal to the deposition direction.
  • FIG. 1 It is a figure which shows an example of the schematic structure of the solid-state image pickup device which concerns on one Embodiment of this disclosure. It is a figure which shows an example of the cross-sectional structure of the pixel of FIG. It is a figure which shows an example of the circuit structure of the pixel of FIG. It is a figure which develops and shows an example of the structure of the photoelectric conversion element of FIG. It is a figure which shows an example of the circuit structure of the pixel of FIG. It is a figure which shows an example of the circuit structure of the pixel of FIG. It is a figure which shows an example of the circuit structure of the pixel of FIG. It is a figure which shows an example of the cross-sectional structure of the photoelectric conversion element of FIG. It is a figure which shows an example of the material which comprises the photoelectric conversion layer of FIG.
  • FIG. 1 It is a figure which shows one modification of the cross-sectional structure of the pixel of FIG. It is a figure which shows one modification of the cross-sectional structure of the pixel of FIG. It is a figure which shows an example of the schematic structure of the imaging system. It is a block diagram which shows an example of the schematic structure of a vehicle control system. It is explanatory drawing which shows an example of the installation position of the vehicle exterior information detection unit and the image pickup unit. It is a figure which shows an example of the schematic structure of the endoscopic surgery system. It is a block diagram which shows an example of the functional structure of a camera head and a CCU.
  • FIG. 1 shows an example of a schematic configuration of a solid-state image sensor 1 according to an embodiment of the present disclosure.
  • the solid-state image sensor 1 includes a pixel region 10 in which a plurality of pixels 11 are arranged in a matrix.
  • Dr is shown as a code indicating the row direction
  • Dc is shown as a code indicating the column direction.
  • FIG. 2 shows an example of the cross-sectional configuration of the pixel 11.
  • the solid-state image sensor 1 includes a logic circuit 20 that processes a pixel signal.
  • the logic circuit 20 includes, for example, a vertical drive circuit 21, a column signal processing circuit 22, a horizontal drive circuit 23, and a system control circuit 24.
  • the logic circuit 20 generates an output voltage based on the pixel signal obtained from each pixel 11 and outputs the output voltage to the outside.
  • the vertical drive circuit 21 selects, for example, a plurality of pixels 11 in order for each predetermined unit pixel row.
  • the “predetermined unit pixel row” refers to a pixel row in which pixels can be selected at the same address.
  • the column signal processing circuit 22 performs, for example, Correlated Double Sampling (CDS) processing on the pixel signals output from each pixel 11 in the row selected by the vertical drive circuit 21.
  • CDS Correlated Double Sampling
  • the column signal processing circuit 22 extracts the signal level of the pixel signal by performing CDS processing, for example, and holds pixel data corresponding to the amount of light received by each pixel 11.
  • the column signal processing circuit 22 has, for example, a column signal processing unit for each data output line VSL.
  • the column signal processing unit includes, for example, a single slope A / D converter.
  • the single slope A / D converter is configured to include, for example, a comparator and a counter circuit.
  • the horizontal drive circuit 23 sequentially outputs pixel data held in the column signal processing circuit 22, for example, to the outside.
  • the system control circuit 24 controls, for example, the drive of each block (vertical drive circuit 21, column signal processing circuit 22 and horizontal drive circuit 23) in the logic circuit 20.
  • Pixel 11 has, for example, as shown in FIG. 2, a laminated photoelectric conversion element in which three photoelectric conversion elements 110, 120, and 130 having different wavelength selectivity are laminated. That is, the solid-state imaging device 1 includes the stacked photoelectric conversion element for each pixel 11. The pixel 11 further has, for example, an on-chip lens 160 at a position facing the laminated photoelectric conversion element. That is, the solid-state image sensor 1 includes an on-chip lens 160 for each pixel 11.
  • the photoelectric conversion element 110 is formed, for example, in the insulating layer (insulating layers 115, 116 and protective layer 117) on the semiconductor substrate 140, and for example, the electrode 111, the photoelectric conversion layer 112, and the electrode 113 are mounted from the semiconductor substrate 140 side. It is configured by stacking in this order.
  • the electrode 111 corresponds to a specific example of the “reading electrode” of the present disclosure.
  • the semiconductor substrate 140 is composed of, for example, a silicon substrate.
  • the photoelectric conversion element 110 further has, for example, an electrode for charge storage (storage electrode 114) provided adjacent to the electrode 111 in the same layer as the electrode 111.
  • An insulating layer 116 is provided between the electrode 111 and the storage electrode 114.
  • the storage electrode 114 is an electrode for accumulating the electric charge generated in the photoelectric conversion layer 112 in the photoelectric conversion layer 112.
  • the storage electrode 114 is arranged so as to face the photoelectric conversion layer 112 via the insulating layer 116.
  • the electrode 111 and the storage electrode 114 are covered with the insulating layers 115 and 116, and the electrode 111 contacts the photoelectric conversion layer 112 through the opening of the insulating layer 116.
  • the electrode 113 is arranged at a position facing the electrode 111 and the storage electrode 114 with the photoelectric conversion layer 112 and the insulating layer 116 in between.
  • the electrode 113 is, for example, a solid film formed in contact with the surfaces of the photoelectric conversion layer 112 and the insulating layer 116, and is composed of a layer common to the electrodes 113 of the adjacent pixels 11.
  • the photoelectric conversion element 110 has, for example, a photoelectric conversion layer 112 that absorbs green light (light in a wavelength range of 495 nm or more and 570 nm or less), and is sensitive to green light.
  • the photoelectric conversion layer 112 is composed of, for example, a deposited layer of semiconductor quantum dots that absorbs green light.
  • the insulating layers 115 and 116 and the protective layer 117 are made of, for example, SiO 2 or SiN.
  • the electrodes 111 and 113 are made of, for example, a transparent conductive material. Examples of the transparent conductive material include ITO (Indium Tin Oxide) and IZO (Indium Zinc Oxide). And so on.
  • the photoelectric conversion element 110 is connected to the wiring 156 provided on the back surface of the semiconductor substrate 140 via, for example, the contact hole 153 provided in the semiconductor substrate 140.
  • the wiring 156 electrically connects the electrode 111 of the photoelectric conversion element 110 and the pixel circuit 12 for the photoelectric conversion element 110 (for example, the gate electrode 157 of the amplification transistor in the pixel circuit 12).
  • the photoelectric conversion elements 120 and 130 are formed in, for example, the semiconductor substrate 140.
  • the photoelectric conversion element 120 has, for example, an n-type semiconductor region 141 formed in the vicinity of the surface of the semiconductor substrate 140 as a photoelectric conversion layer.
  • the photoelectric conversion element 120 has, for example, an n-type semiconductor region 141 that absorbs blue light (light in a wavelength range of 425 nm or more and 495 nm or less), and has sensitivity to blue light.
  • the photoelectric conversion element 120 is connected to the wiring provided on the back surface of the semiconductor substrate 140 via, for example, a transfer transistor provided on the semiconductor substrate 140. This wiring electrically connects the n-type semiconductor region 141 and the pixel circuit 12 for the photoelectric conversion element 120.
  • FIG. 2 illustrates the gate electrode 158 of the transfer transistor electrically connected to the photoelectric conversion element 120.
  • the photoelectric conversion element 130 has, for example, an n-type semiconductor region 142 formed in a region deeper than the n-type semiconductor region 141 of the semiconductor substrate 140 as a photoelectric conversion layer.
  • the photoelectric conversion element 130 has, for example, an n-type semiconductor region 142 that absorbs red light (light in a wavelength range of 620 nm or more and 750 nm or less), and has sensitivity to red light.
  • the photoelectric conversion element 130 is connected to the wiring provided on the back surface of the semiconductor substrate 140 via, for example, a transfer transistor provided on the semiconductor substrate 140. This wiring electrically connects the n-type semiconductor region 142 and the pixel circuit 12 for the photoelectric conversion element 130 (for example, the gate electrode 159 of the amplification transistor in the pixel circuit 12).
  • the semiconductor substrate 140 has a p + layer 145 between the n-type semiconductor region 141 and the surface of the semiconductor substrate 140.
  • the p + layer 145 suppresses the generation of dark current.
  • the semiconductor substrate 140 further has a p + layer 143 between the n-type semiconductor region 141 and the n-type semiconductor region 142.
  • the p + layer 143 further surrounds a part of the side surface of the n-type semiconductor region 142 (for example, in the vicinity of the gate electrode 158).
  • the p + layer 143 separates the n-type semiconductor region 141 and the n-type semiconductor region 142.
  • the semiconductor substrate 140 has a p + layer 144 in the vicinity of the back surface of the semiconductor substrate 140.
  • the p + layer 144 suppresses the generation of dark current.
  • An insulating film 154 is provided on the back surface of the semiconductor substrate 140, and an HfO 2 film 151 and an insulating film 152 are laminated on the front surface of the semiconductor substrate 140.
  • the HfO 2 film 151 is a film having a negative fixed charge, and by providing such a film, the generation of dark current can be suppressed.
  • wiring for electrically connecting the photoelectric conversion elements 110, 120, 130 and the pixel circuit 12 to each other, and an insulating layer 155 for covering the pixel circuit 12 and the like are formed on the back surface of the semiconductor substrate 140.
  • the photoelectric conversion elements 110, 120, and 130 are arranged in the order of the light incident direction (on-chip lens 160 side), the photoelectric conversion element 110, the photoelectric conversion element 120, and the photoelectric conversion element 130. This is because light having a shorter wavelength is more efficiently absorbed on the incident surface side. Since red has the longest wavelength among the three colors, it is preferable to position the photoelectric conversion element 130 at the lowest layer when viewed from the light incident surface.
  • One laminated photoelectric conversion element is formed by the laminated structure of these photoelectric conversion elements 110, 120, 130.
  • FIG. 3 shows an example of the circuit configuration of the pixel 11 (specifically, the photoelectric conversion element 110) and its surroundings.
  • FIG. 4 shows an example of the developed perspective configuration of the photoelectric conversion element 110 shown in FIG.
  • FIG. 5 shows an example of the circuit configuration of the pixel 11 (specifically, the photoelectric conversion element 120) and its surroundings.
  • FIG. 6 shows an example of the circuit configuration of the pixel 11 (specifically, the photoelectric conversion element 130) and its surroundings.
  • each pixel 11 has a structure in which photoelectric conversion elements 110, 120, and 130 are laminated, and a plurality of pixels 11 are arranged in a matrix in the pixel region 10.
  • the plurality of photoelectric conversion elements 110 are arranged in a matrix in the layer near the light incident surface of the pixel region 10, and the plurality of photoelectric conversion elements 130 are on the side of the pixel region 10 opposite to the light incident surface. It is arranged in a matrix in the layer near the surface of.
  • the plurality of photoelectric conversion elements 120 are arranged in a matrix in the pixel region 10 in the layer between the layer in which the plurality of photoelectric conversion elements 110 are arranged and the layer in which the plurality of photoelectric conversion elements 130 are arranged. Will be done.
  • the solid-state image sensor 1 includes a plurality of pixel circuits 12, a plurality of drive wiring VOAs, and a plurality of data output lines VSL (VSL1, VSL2, VSL3).
  • the pixel circuit 12 outputs a pixel signal based on the electric charge output from the pixel 11.
  • the drive wiring VOA is a wiring to which a control signal for controlling the output of the electric charge accumulated in the pixel 11 is applied, and extends in the row direction Dr, for example.
  • the data output lines VSL (VSL1, VSL2, VSL3) are wirings that output the pixel signals output from each pixel circuit 12 to the logic circuit 20, and extend, for example, in the column direction Dc.
  • a pixel circuit 12G is connected to each photoelectric conversion element 110 (specifically, an electrode 111).
  • a pixel circuit 12B is connected to each photoelectric conversion element 120 via a transfer transistor TR2.
  • a pixel circuit 12R is connected to each photoelectric conversion element 130 via a transfer transistor TR3.
  • the photoelectric conversion element 110 may be referred to as a photoelectric conversion unit 11G for convenience.
  • the circuit including the photoelectric conversion element 120 and the transfer transistor TR2 may be referred to as a photoelectric conversion unit 11B.
  • a circuit including the photoelectric conversion element 130 and the transfer transistor TR3 may be referred to as a photoelectric conversion unit 11R.
  • the pixel circuit 12G has, for example, a floating diffusion FD1, a reset transistor RST1, a selection transistor SEL1, and an amplification transistor AMP1, as shown in FIG.
  • the floating diffusion FD1 temporarily holds the electric charge output from the photoelectric conversion unit 11G.
  • the source of the reset transistor RST1 is connected to the floating diffusion FD1, and the drain of the reset transistor RST1 is connected to the power supply line VDD and the drain of the amplification transistor AMP1.
  • the gate of the reset transistor RST1 is connected to the vertical drive circuit 21 via a control line (not shown).
  • the source of the amplification transistor AMP1 is connected to the drain of the selection transistor SEL1, and the gate of the amplification transistor AMP1 is connected to the floating diffusion FD1.
  • the source of the selection transistor SEL1 is connected to the column signal processing circuit 22 via the data output line VSL1, and the gate of the selection transistor SEL1 is connected to the vertical drive circuit 21 via a control line (not shown).
  • the storage electrode 114 of the photoelectric conversion unit 11G is connected to the vertical drive circuit 21 via the drive wiring VOA.
  • the electrode 113 of the photoelectric conversion unit 11G is connected to the vertical drive circuit 21 via the drive wiring VOU.
  • the pixel circuit 12B has, for example, a floating diffusion FD2, a reset transistor RST2, a selection transistor SEL2, and an amplification transistor AMP2, as shown in FIG.
  • the floating diffusion FD2 temporarily holds the electric charge output from the photoelectric conversion unit 11B.
  • the source of the reset transistor RST2 is connected to the floating diffusion FD2, and the drain of the reset transistor RST2 is connected to the power supply line VDD and the drain of the amplification transistor AMP2.
  • the gate of the reset transistor RST2 is connected to the vertical drive circuit 21 via a control line (not shown).
  • the source of the amplification transistor AMP2 is connected to the drain of the selection transistor SEL2, and the gate of the amplification transistor AMP2 is connected to the floating diffusion FD2.
  • the source of the selection transistor SEL2 is connected to the column signal processing circuit 22 via the data output line VSL2, and the gate of the selection transistor SEL2 is connected to the vertical drive circuit 21 via a control line (not shown).
  • the pixel circuit 12R has, for example, a floating diffusion FD3, a reset transistor RST3, a selection transistor SEL3, and an amplification transistor AMP3, as shown in FIG.
  • the floating diffusion FD3 temporarily holds the electric charge output from the photoelectric conversion unit 11R.
  • the source of the reset transistor RST3 is connected to the floating diffusion FD3, and the drain of the reset transistor RST3 is connected to the power supply line VDD and the drain of the amplification transistor AMP3.
  • the gate of the reset transistor RST3 is connected to the vertical drive circuit 21 via a control line (not shown).
  • the source of the amplification transistor AMP3 is connected to the drain of the selection transistor SEL3, and the gate of the amplification transistor AMP3 is connected to the floating diffusion FD3.
  • the source of the selection transistor SEL3 is connected to the column signal processing circuit 22 via the data output line VSL3, and the gate of the selection transistor SEL3 is connected to the vertical drive circuit 21 via a control line (not shown).
  • the reset transistor RST1 resets the potential of the floating diffusion FD1 to a predetermined potential.
  • the selection transistor SEL1 controls the output timing of the pixel signal from the pixel circuit 12.
  • the amplification transistor AMP1 generates a signal of a voltage corresponding to the level of the electric charge held in the floating diffusion FD1 as a pixel signal.
  • the amplification transistor AMP1 constitutes a source follower type amplifier, and outputs a pixel signal having a voltage corresponding to the level of electric charge generated by the photoelectric conversion unit 11G.
  • the amplification transistor AMP1 When the selection transistor SEL1 is turned on, the amplification transistor AMP1 amplifies the potential of the floating diffusion FD1 and outputs a voltage corresponding to the potential to the column signal processing circuit 22 via the data output line VSL1.
  • the reset transistor RST1, the amplification transistor AMP1 and the selection transistor SEL1 are, for example, NMOS transistors.
  • the transfer transistor TR2 When the transfer transistor TR2 is turned on, the transfer transistor TR2 transfers the electric charge of the photoelectric conversion unit 11B to the floating diffusion FD2.
  • the reset transistor RST2 resets the potential of the floating diffusion FD2 to a predetermined potential.
  • the reset transistor RST2 When the reset transistor RST2 is turned on, the potential of the floating diffusion FD2 is reset to the potential of the power supply line VDD.
  • the selection transistor SEL2 controls the output timing of the pixel signal from the pixel circuit 12.
  • the amplification transistor AMP2 generates a signal of a voltage corresponding to the level of the electric charge held in the floating diffusion FD2 as a pixel signal.
  • the amplification transistor AMP2 constitutes a source follower type amplifier, and outputs a pixel signal having a voltage corresponding to the level of electric charge generated by the photoelectric conversion unit 11B.
  • the selection transistor SEL2 When the selection transistor SEL2 is turned on, the amplification transistor AMP2 amplifies the potential of the floating diffusion FD2 and outputs a voltage corresponding to the potential to the column signal processing circuit 22 via the data output line VSL2.
  • the transfer transistor TR2, the reset transistor RST2, the amplification transistor AMP2, and the selection transistor SEL2 are, for example, NMOS transistors.
  • the transfer transistor TR3 When the transfer transistor TR3 is turned on, the transfer transistor TR3 transfers the electric charge of the photoelectric conversion unit 11R to the floating diffusion FD3.
  • the reset transistor RST3 resets the potential of the floating diffusion FD3 to a predetermined potential.
  • the reset transistor RST3 When the reset transistor RST3 is turned on, the potential of the floating diffusion FD3 is reset to the potential of the power supply line VDD.
  • the selection transistor SEL3 controls the output timing of the pixel signal from the pixel circuit 12.
  • the amplification transistor AMP3 generates a voltage signal as a pixel signal according to the level of the electric charge held in the floating diffusion FD3.
  • the amplification transistor AMP3 constitutes a source follower type amplifier, and outputs a pixel signal having a voltage corresponding to the level of electric charge generated by the photoelectric conversion unit 11R.
  • the selection transistor SEL3 When the selection transistor SEL3 is turned on, the amplification transistor AMP3 amplifies the potential of the floating diffusion FD3 and outputs a voltage corresponding to the potential to the column signal processing circuit 22 via the data output line VSL3.
  • the transfer transistor TR3, the reset transistor RST3, the amplification transistor AMP3, and the selection transistor SEL3 are, for example, NMOS transistors.
  • the plurality of pixel circuits 12 are formed on the back surface of the semiconductor substrate 140, for example.
  • the plurality of pixel circuits 12 provided in the solid-state image sensor 1 include a plurality of pixel circuits 12G assigned to the photoelectric conversion unit 11G, a plurality of pixel circuits 12B assigned to the photoelectric conversion unit 11B, and a photoelectric conversion unit 11R.
  • a plurality of pixel circuits 12R assigned to the above are included.
  • the pixel circuit 12G outputs a pixel signal based on the electric charge output from the photoelectric conversion unit 11G having a predetermined wavelength selectivity.
  • the pixel circuit 12B outputs a pixel signal based on the electric charge output from the photoelectric conversion unit 11B having a predetermined wavelength selectivity.
  • the pixel circuit 12R outputs a pixel signal based on the charge output from the photoelectric conversion unit 11R having a predetermined wavelength selectivity.
  • FIG. 7 shows an example of the cross-sectional configuration of the photoelectric conversion element 110 (photoelectric conversion unit 11G).
  • the photoelectric conversion layer 112 includes, for example, a first photoelectric conversion layer 112A and a second photoelectric conversion layer 112B, as shown in FIG. 7.
  • the first photoelectric conversion layer 112A is formed from a region closer to the electrode 111 in a region facing the storage electrode 114 to a region facing the electrode 111.
  • the second photoelectric conversion layer 112B is formed in at least the same layer as the first photoelectric conversion layer 112A.
  • the second photoelectric conversion layer 112B is formed at least in the unformed region of the first photoelectric conversion layer 112A in the region facing the storage electrode 114.
  • the second photoelectric conversion layer 112B is formed so as to cover the first photoelectric conversion layer 112A. At this time, the second photoelectric conversion layer 112B is formed in contact with the insulating layer 116 and the electrode 113 in a region of the region facing the storage electrode 114 and away from the electrode 111. The second photoelectric conversion layer 112B is further formed in contact with the first photoelectric conversion layer 112A and the electrode 113 in a region closer to the electrode 111 in the region facing the storage electrode 114.
  • the first photoelectric conversion layer 112A is a layer having an n-type conductive type, and is composed of, for example, a deposited layer of semiconductor quantum dots having an n-type conductive type.
  • Semiconductor quantum dots are semiconductor substances having a crystal structure of several nm in size, and exhibit characteristics between bulk semiconductors of the same substance and discontinuous molecules. With quantum dots, it is possible to adjust the physical, chemical, and electrical characteristics of the same substance by changing its size due to the quantum confidence effect and the ratio of the large surface to the volume. Is.
  • the semiconductor quantum dot having an n-type conductive type has, for example, PbS ultrafine particles having an n-type conductive type as a core, as shown in Example 1 of FIG.
  • the configuration is coated with a ligand.
  • a ligand refers to an organic material that terminates the surface of a semiconductor quantum dot.
  • the first photoelectric conversion layer 112A is formed, for example, by applying an ink obtained by dispersing semiconductor quantum dots having an n-type conductive type in a solvent on the insulating layer 116, volatilizing the solvent, and then performing patterning. NS.
  • the second photoelectric conversion layer 112B is a layer having a p-type conductive type, and is composed of, for example, a deposited layer of semiconductor quantum dots having a p-type conductive type.
  • the semiconductor quantum dot having a p-type conductive type has, for example, PbTe ultrafine particles having a p-type conductive type as a core, as shown in Example 1 of FIG.
  • the configuration is coated with a ligand.
  • the compositions of the semiconductor quantum dots in the first photoelectric conversion layer 112A and the second photoelectric conversion layer 112B are different from each other.
  • the composition of the semiconductor quantum dots is different in the direction orthogonal to the deposition direction.
  • the second photoelectric conversion layer 112B is formed, for example, by applying ink in which semiconductor quantum dots having a p-type conductive type are dispersed in a solvent to the entire surface including the first photoelectric conversion layer 112A and volatilizing the solvent. Will be done.
  • Example 1 of FIG. 8 the sizes of the semiconductor quantum dots of the first photoelectric conversion layer 112A and the second photoelectric conversion layer 112B may be the same as each other or may be different from each other. Further, in Example 1 of FIG. 8, the compositions of the ligands covering the semiconductor quantum dots of the first photoelectric conversion layer 112A and the second photoelectric conversion layer 112B may be the same as each other or may be different from each other. Further, in the first embodiment of FIG. 8, the ratios of the ligands covering the semiconductor quantum dots of the first photoelectric conversion layer 112A and the second photoelectric conversion layer 112B may be the same or different from each other.
  • the semiconductor quantum dot having an n-type conductive type has, for example, PbS ultrafine particles having an n-type conductive type as a core, as shown in Example 2 of FIG. , TBAI (Tetrabutylammonium Iodide) coated with a ligand.
  • PbS ultrafine particles having an n-type conductive type as a core as shown in Example 2 of FIG. , TBAI (Tetrabutylammonium Iodide) coated with a ligand.
  • the semiconductor quantum dot having a p-type conductive type has, for example, PbS ultrafine particles having a p-type conductive type as a core, as shown in Example 2 of FIG. , MPA (3-mercaptopropionic acid) coated with a ligand.
  • the ligand compositions in the semiconductor quantum dots are different from each other. That is, in the photoelectric conversion layer 112 (first photoelectric conversion layer 112A and second photoelectric conversion layer 112B), the ligand composition in the semiconductor quantum dots is different in the direction orthogonal to the deposition direction.
  • the sizes of the semiconductor quantum dots of the first photoelectric conversion layer 112A and the second photoelectric conversion layer 112B may be the same as each other or may be different from each other.
  • the compositions of the semiconductor quantum dots of the first photoelectric conversion layer 112A and the second photoelectric conversion layer 112B may be the same as each other or may be different from each other.
  • the ratios of the ligands covering the semiconductor quantum dots of the first photoelectric conversion layer 112A and the second photoelectric conversion layer 112B may be the same or different from each other.
  • the semiconductor quantum dot having an n-type conductive type has, for example, PbS ultrafine particles having an n-type conductive type as a core, as shown in Example 3 of FIG.
  • the configuration is coated with a ligand.
  • the semiconductor quantum dot having a p-type conductive type has, for example, PbS ultrafine particles having a p-type conductive type as a core, as shown in Example 3 of FIG.
  • the configuration is coated with a ligand.
  • the semiconductor quantum dot sizes of the first photoelectric conversion layer 112A and the second photoelectric conversion layer 112B are different from each other. That is, in the photoelectric conversion layer 112 (the first photoelectric conversion layer 112A and the second photoelectric conversion layer 112B), the semiconductor quantum dot size is different in the direction orthogonal to the deposition direction. Specifically, the semiconductor quantum dot size in the first photoelectric conversion layer 112A is larger than the semiconductor quantum dot size in the second photoelectric conversion layer 112B.
  • the semiconductor quantum dot size (particle size) is about 10 nm or less, the quantum effect becomes remarkable, and the band gap becomes smaller as the particle size decreases.
  • the bandgap is 0.37.
  • the band gap is, for example, 0.60 eV when the particle size is 10 nm and when the particle size is 5 nm, as shown in FIG. It becomes 0.90 eV, and becomes 1.30 eV when the particle size is 3 nm.
  • the compositions of the semiconductor quantum dots of the first photoelectric conversion layer 112A and the second photoelectric conversion layer 112B may be the same as each other or may be different from each other. Further, in Example 3 of FIG. 8, the compositions of the semiconductor quantum dots of the first photoelectric conversion layer 112A and the second photoelectric conversion layer 112B may be the same as each other or may be different from each other. Further, in the third embodiment of FIG. 8, the ratios of the ligands covering the semiconductor quantum dots of the first photoelectric conversion layer 112A and the second photoelectric conversion layer 112B may be the same or different from each other.
  • the semiconductor quantum dot having an n-type conductive type has, for example, PbS ultrafine particles having an n-type conductive type as a core, as shown in Example 4 of FIG.
  • the configuration is coated with a ligand.
  • the semiconductor quantum dot having a p-type conductive type has, for example, PbS ultrafine particles having a p-type conductive type as a core, as shown in Example 4 of FIG.
  • the configuration is coated with a ligand.
  • the ratios of the ligands that coat the semiconductor quantum dots are different from each other. That is, in the photoelectric conversion layer 112 (the first photoelectric conversion layer 112A and the second photoelectric conversion layer 112B), the ratio of the ligands covering the semiconductor quantum dots is different in the direction orthogonal to the deposition direction. Specifically, the ratio of the ligand covering the semiconductor quantum dots in the first photoelectric conversion layer 112A is larger than the ratio of the ligands covering the semiconductor quantum dots in the second photoelectric conversion layer 112B.
  • the sizes of the semiconductor quantum dots of the first photoelectric conversion layer 112A and the second photoelectric conversion layer 112B may be the same as each other or may be different from each other.
  • the compositions of the semiconductor quantum dots of the first photoelectric conversion layer 112A and the second photoelectric conversion layer 112B may be the same as each other or may be different from each other.
  • the ratios of the ligands covering the semiconductor quantum dots of the first photoelectric conversion layer 112A and the second photoelectric conversion layer 112B may be the same or different from each other.
  • FIG. 9 shows an example of the potential at the time of charge accumulation in the photoelectric conversion element 110 (photoelectric conversion unit 11G).
  • FIG. 10 shows an example of the potential at the time of charge transfer in the photoelectric conversion element 110 (photoelectric conversion unit 11G).
  • 9 (A) and 10 (A) show an example of the potential in the lateral direction (direction orthogonal to the deposition direction) in the photoelectric conversion element 110 (photoelectric conversion unit 11G).
  • 9 (B) and 10 (B) show an example of the potential in the vertical direction (direction parallel to the deposition direction) in the photoelectric conversion element 110 (photoelectric conversion unit 11G).
  • the potential of the electrode 111 was made higher than the potential of the electrode 113. That is, for example, the electrode 111 has a positive potential, the electrode 113 has a negative potential, photoelectric conversion is performed in the photoelectric conversion layer 112, and electrons are read out to the electrode 111. In the case where the electrode 111 has a negative potential, the electrode 113 has a positive potential, and the holes generated by the photoelectric conversion in the photoelectric conversion layer 112 are read out to the electrode 111, the high and low potentials described below are set. The reverse can be done.
  • Reference numerals A to D used in FIGS. 7, 10 and 11 are as follows.
  • A A region of the second photoelectric conversion layer 112B facing the storage electrode 114 and away from the electrode 111.
  • B A region of the first photoelectric conversion layer 112A facing the storage electrode 114.
  • the potential V1 is applied to the electrode 111 and the potential V2 is applied to the storage electrode 114 from the vertical drive circuit 21.
  • the light incident on the photoelectric conversion layer 112 causes photoelectric conversion in the photoelectric conversion layer 112.
  • the holes generated by the photoelectric conversion are sent from the electrode 113 to the vertical drive circuit 21 via the wiring VOU.
  • V2 since the potential of the electrode 111 is made higher than the potential of the electrode 113, that is, for example, a positive potential is applied to the electrode 111 and a negative potential is applied to the electrode 113, V2 ⁇ V1, preferably. Is V2> V1.
  • the electrons generated by the photoelectric conversion are attracted to the storage electrode 114 and stay in the region of the photoelectric conversion layer 112 adjacent to the storage electrode 114. That is, electric charges are accumulated in the photoelectric conversion layer 112. Since V2> V1, the electrons generated inside the photoelectric conversion layer 112 do not move toward the electrode 111. With the passage of time of photoelectric conversion, the potential in the region of the photoelectric conversion layer 112 facing the storage electrode 114 becomes a value on the more negative side.
  • the photoelectric conversion layer 112 is provided with the first photoelectric conversion layer 112A and the second photoelectric conversion layer 112B.
  • the photoelectric conversion layer 112 has a potential gradient in the lateral direction (direction orthogonal to the deposition direction).
  • the photoelectric conversion layer 112 has a potential gradient from the storage electrode 114 side to the electrode 111 side at the portions (A and B) facing the storage electrode 114, for example.
  • This potential gradient is generated when the first photoelectric conversion layer 112A and the second photoelectric conversion layer 112B are composed of the deposition layer of the semiconductor quantum dots according to any one of Examples 1 to 4 in FIG.
  • the potentials of C and D are lower than the potentials of A and B, as shown in FIG. Therefore, the outflow of electrons accumulated in the portions (A, B) of the photoelectric conversion layer 112 facing the storage electrode 114 is prevented by the potential barriers generated in C and D.
  • the reset operation is performed. As a result, the potential of the electrode 111 is reset, and the potential of the electrode 111 becomes the potential VDD of the power supply.
  • the electric charge is read out. That is, at the time of charge transfer, the potential V3 is applied to the electrode 111 and the potential V4 is applied to the storage electrode 114 from the vertical drive circuit 21.
  • V4 ⁇ V3.
  • the electrons that have stopped in the region of the photoelectric conversion layer 112 adjacent to the storage electrode 114 are read out to the electrode 111. That is, the electric charge accumulated in the photoelectric conversion layer 112 is read out to the column signal processing circuit 22. More specifically, when the state of V4 ⁇ V3 is satisfied at the time of charge transfer, the flow of electric charge from the photoelectric conversion layer 112 to the electrode 111 can be surely secured.
  • the photoelectric conversion layer 112 is provided with the first photoelectric conversion layer 112A and the second photoelectric conversion layer 112B.
  • the photoelectric conversion layer 112 has a potential gradient in the lateral direction (direction orthogonal to the deposition direction).
  • the photoelectric conversion layer 112 has a potential gradient from the storage electrode 114 side to the electrode 111 side at the portions (A and B) facing the storage electrode 114, for example.
  • This potential gradient is generated when the first photoelectric conversion layer 112A and the second photoelectric conversion layer 112B are composed of the deposition layer of the semiconductor quantum dots according to any one of Examples 1 to 4 in FIG.
  • the potential of C is higher than the potentials of A and B. Therefore, the electrons accumulated in the portions (A, B) of the photoelectric conversion layer 112 facing the storage electrode 114 can be reliably transferred to the electrode 111 via C.
  • the potential gradient is formed in the lateral direction (the direction orthogonal to the deposition direction) in the photoelectric conversion layer 112 composed of the deposition layer of the semiconductor quantum dots.
  • a potential gradient is formed from the storage electrode 114 side to the electrode 111 side at the portion facing the storage electrode 114.
  • the composition of the semiconductor quantum dots in the photoelectric conversion layer 112 is different in the direction orthogonal to the deposition direction.
  • a potential gradient is formed from the storage electrode 114 side to the electrode 111 side at the portion facing the storage electrode 114.
  • the electric charge is discharged from the photoelectric conversion layer 112
  • the recombination of electrons and the remaining transfer of the electric charge are suppressed.
  • the image quality can be improved.
  • the photoelectric conversion layer 112A is formed from the region facing the storage electrode 114, which is closer to the electrode 111, to the region facing the electrode 111, and is formed in the same layer as the photoelectric conversion layer 112A.
  • the photoelectric conversion layer 112B is formed in the unformed region of the photoelectric conversion layer 112A in the region facing the storage electrode 114.
  • the compositions of the semiconductor quantum dots are different from each other in the photoelectric conversion layers 112A and 112B. As a result, a potential gradient is formed from the storage electrode 114 side to the electrode 111 side at the portion facing the storage electrode 114. As a result, when the electric charge is discharged from the photoelectric conversion layer 112, the recombination of electrons and the remaining transfer of the electric charge are suppressed. As a result, the image quality can be improved.
  • the ligand composition in the semiconductor quantum dots is different in the direction orthogonal to the deposition direction.
  • a potential gradient is formed from the storage electrode 114 side to the electrode 111 side at the portion facing the storage electrode 114.
  • the electric charge is discharged from the photoelectric conversion layer 112
  • the recombination of electrons and the remaining transfer of the electric charge are suppressed.
  • the image quality can be improved.
  • the photoelectric conversion layer 112A is formed from the region facing the storage electrode 114, which is closer to the electrode 111, to the region facing the electrode 111, and is formed in the same layer as the photoelectric conversion layer 112A.
  • the photoelectric conversion layer 112B is formed in the unformed region of the photoelectric conversion layer 112A in the region facing the storage electrode 114.
  • the ligand compositions of the semiconductor quantum dots are different from each other in the photoelectric conversion layers 112A and 112B. As a result, a potential gradient is formed from the storage electrode 114 side to the electrode 111 side at the portion facing the storage electrode 114. As a result, when the electric charge is discharged from the photoelectric conversion layer 112, the recombination of electrons and the remaining transfer of the electric charge are suppressed. As a result, the image quality can be improved.
  • the size of the semiconductor quantum dots in the photoelectric conversion layer 112 is different in the direction orthogonal to the deposition direction.
  • a potential gradient is formed from the storage electrode 114 side to the electrode 111 side at the portion facing the storage electrode 114.
  • the electric charge is discharged from the photoelectric conversion layer 112
  • the recombination of electrons and the remaining transfer of the electric charge are suppressed.
  • the image quality can be improved.
  • the photoelectric conversion layer 112A is formed from the region facing the storage electrode 114, which is closer to the electrode 111, to the region facing the electrode 111, and is formed in the same layer as the photoelectric conversion layer 112A.
  • the photoelectric conversion layer 112B is formed in the unformed region of the photoelectric conversion layer 112A in the region facing the storage electrode 114.
  • the sizes of the semiconductor quantum dots are different from each other in the photoelectric conversion layers 112A and 112B.
  • a potential gradient is formed from the storage electrode 114 side to the electrode 111 side at the portion facing the storage electrode 114.
  • the electric charge is discharged from the photoelectric conversion layer 112
  • the recombination of electrons and the remaining transfer of the electric charge are suppressed.
  • the image quality can be improved.
  • the ratio of the ligands that coat the semiconductor quantum dots is different in the direction orthogonal to the deposition direction.
  • a potential gradient is formed from the storage electrode 114 side to the electrode 111 side at the portion facing the storage electrode 114.
  • the photoelectric conversion layer 112A is formed from the region facing the storage electrode 114, which is closer to the electrode 111, to the region facing the electrode 111, and is formed in the same layer as the photoelectric conversion layer 112A.
  • the photoelectric conversion layer 112B is formed in the unformed region of the photoelectric conversion layer 112A in the region facing the storage electrode 114.
  • the ratios of the ligands that coat the semiconductor quantum dots are different from each other in the photoelectric conversion layers 112A and 112B.
  • a potential gradient is formed from the storage electrode 114 side to the electrode 111 side at the portion facing the storage electrode 114.
  • the electric charge is discharged from the photoelectric conversion layer 112
  • the recombination of electrons and the remaining transfer of the electric charge are suppressed.
  • the image quality can be improved.
  • the n-type photoelectric conversion layer 112A is formed from the region facing the storage electrode 114, which is closer to the electrode 111, to the region facing the electrode 111, and is the same layer as the photoelectric conversion layer 112A.
  • the p-type photoelectric conversion layer 112B is formed in the unformed region of the photoelectric conversion layer 112A in the region formed inside and facing the storage electrode 114.
  • a potential gradient is formed from the storage electrode 114 side to the electrode 111 side at the portion facing the storage electrode 114.
  • the electric charge is discharged from the photoelectric conversion layer 112
  • the recombination of electrons and the remaining transfer of the electric charge are suppressed.
  • the image quality can be improved.
  • the photoelectric conversion layer 112B is formed so as to cover the photoelectric conversion layer 112A.
  • a potential gradient is formed not only in the lateral direction (direction orthogonal to the deposition direction) but also in the vertical direction (direction parallel to the deposition direction).
  • the electric charge is discharged from the photoelectric conversion layer 112
  • the recombination of electrons and the remaining transfer of the electric charge are suppressed.
  • the image quality can be improved.
  • FIG. 15 shows a modified example of the cross-sectional configuration of the photoelectric conversion element 110 (photoelectric conversion unit 11G).
  • the second photoelectric conversion layer 112B may be formed only in the same layer as the first photoelectric conversion layer 112A. Even in this case, the same effect as that of the above embodiment can be obtained.
  • FIG. 16 shows a modified example of the cross-sectional configuration of the pixel 11 in the solid-state image sensor 1 according to the above embodiment and its modified example.
  • the photoelectric conversion element 120 is provided in the semiconductor substrate 140.
  • the photoelectric conversion element 120 may be provided above the semiconductor substrate 140.
  • the photoelectric conversion element 120 may be provided on the photoelectric conversion element 110, for example, as shown in FIG.
  • the order of arrangement of the photoelectric conversion elements 110, 120, 130 in the vertical direction is from the light incident direction (on-chip lens 160 side) to the photoelectric conversion element 120, the photoelectric conversion element 110, and the photoelectric conversion element 130. This is because light having a shorter wavelength is more efficiently absorbed on the incident surface side.
  • the order of arrangement of the photoelectric conversion elements 110, 120, 130 in the vertical direction may be the order of the photoelectric conversion element 110, the photoelectric conversion element 120, and the photoelectric conversion element 130 from the light incident direction (on-chip lens 160 side). ..
  • the photoelectric conversion element 120 is formed in, for example, the insulating layer (protective layer 117, insulating layer 125, and protective layer 126) on the photoelectric conversion element 110, for example, the electrode 121 and the photoelectric conversion layer 122. And the electrode 123 are laminated in this order from the semiconductor substrate 140 side.
  • the photoelectric conversion element 120 further has, for example, a storage electrode 124 arranged apart from the electrode 121 in the same layer as the electrode 121.
  • the storage electrode 124 is arranged so as to face the photoelectric conversion layer 122 via the insulating layer 125.
  • the electrode 121 and the storage electrode 124 are covered with a protective layer 117 and an insulating layer 125, and the electrode 121 is in contact with the photoelectric conversion layer 122 through the opening of the insulating layer 125.
  • the electrode 123 is a solid film formed in contact with the surfaces of the photoelectric conversion layer 122 and the insulating layer 125, and is composed of, for example, a layer common to the electrodes 123 of adjacent pixels 11.
  • the photoelectric conversion element 120 has, for example, a photoelectric conversion layer 122 that absorbs blue light (light in a wavelength range of 425 nm or more and 495 nm or less), and has sensitivity to blue light.
  • the photoelectric conversion layer 122 is composed of, for example, semiconductor quantum dots that absorb blue light.
  • the protective layer 117, the insulating layer 125, and the protective layer 126 are made of, for example, SiO 2 , SiN, or the like.
  • the electrodes 121 and 123 are made of, for example, a transparent conductive material. Examples of the transparent conductive material include ITO and IZO.
  • the photoelectric conversion element 120 is connected to the wiring 163 provided on the back surface of the semiconductor substrate 140 via, for example, a contact hole 162 provided in the semiconductor substrate 140.
  • the wiring 163 electrically connects the electrode 121 of the photoelectric conversion element 120 and the pixel circuit 12 for the photoelectric conversion element 120 (for example, the gate electrode 164 of the amplification transistor in the pixel circuit 12).
  • the photoelectric conversion element 120 has a first photoelectric conversion layer having the same configuration as the first photoelectric conversion layer 112A, and a second photoelectric conversion layer having the same configuration as the second photoelectric conversion layer 112B.
  • the photoelectric conversion element 130 has, for example, an n-type semiconductor region 161 formed in the semiconductor substrate 140 as a photoelectric conversion layer.
  • the photoelectric conversion element 130 has, for example, an n-type semiconductor region 161 that absorbs red light (light in a wavelength range of 620 nm or more and 750 nm or less), and has sensitivity to red light.
  • the photoelectric conversion element 130 is connected to the wiring provided on the back surface of the semiconductor substrate 140 via, for example, the transfer transistor TR provided on the semiconductor substrate 140. This wiring electrically connects the n-type semiconductor region 161 and the pixel circuit 12 for the photoelectric conversion element 130 (for example, the gate electrode 165 of the amplification transistor in the pixel circuit 12).
  • the semiconductor substrate 140 has a p + layer 145 between the n-type semiconductor region 161 and the surface of the semiconductor substrate 140.
  • the semiconductor substrate 140 has a p + layer 144 in the vicinity of the back surface of the semiconductor substrate 140.
  • An insulating film 154 is provided on the back surface of the semiconductor substrate 140, and an HfO 2 film 151 and an insulating film 152 are laminated on the front surface of the semiconductor substrate 140.
  • the HfO 2 film 151 is a film having a negative fixed charge, and by providing such a film, the generation of dark current can be suppressed.
  • wiring for electrically connecting the photoelectric conversion elements 110, 120, 130 and the pixel circuit 12 to each other, and an insulating layer 155 for covering the pixel circuit 12 and the like are formed on the back surface of the semiconductor substrate 140.
  • FIG. 17 shows a modified example of the cross-sectional configuration of the pixel 11 in the solid-state image sensor 1 according to the above embodiment and its modified example.
  • all three photoelectric conversion elements 110, 120, and 130 are provided above the semiconductor substrate 140. That is, the solid-state image sensor 1 according to the present modification corresponds to the device in which the photoelectric conversion element 130 is provided above the semiconductor substrate 140 in the solid-state image sensor 1 according to the modification B.
  • the order of arrangement of the photoelectric conversion elements 110, 120, 130 in the vertical direction is from the light incident direction (on-chip lens 160 side) to the photoelectric conversion element 120, the photoelectric conversion element 110, and the photoelectric conversion element 130. This is because light having a shorter wavelength is more efficiently absorbed on the incident surface side.
  • the order of arrangement of the photoelectric conversion elements 110, 120, 130 in the vertical direction may be the order of the photoelectric conversion element 110, the photoelectric conversion element 120, and the photoelectric conversion element 130 from the light incident direction (on-chip lens 160 side). ..
  • the photoelectric conversion element 130 is formed in, for example, an insulating layer (insulating layer 127, 128, 115) between the surface of the semiconductor substrate 40 and the photoelectric conversion element 110, and the electrode 131, photoelectric conversion, for example.
  • the layer 132 and the electrode 133 are laminated in this order from the semiconductor substrate 140 side.
  • the photoelectric conversion element 130 further has, for example, a storage electrode 134 arranged apart from the electrode 131 in the same layer as the electrode 131.
  • the storage electrode 134 is arranged so as to face the photoelectric conversion layer 132 via the insulating layer 128.
  • the electrode 131 and the storage electrode 134 are covered with the insulating layers 127 and 128, and the electrode 131 contacts the photoelectric conversion layer 132 through the opening of the insulating layer 128.
  • the electrode 133 is a solid film formed in contact with the surfaces of the photoelectric conversion layer 132 and the insulating layer 125, and is composed of, for example, a layer common to the electrodes 133 of the adjacent pixels 11.
  • the photoelectric conversion element 130 has, for example, a photoelectric conversion layer 132 that absorbs red light (light in a wavelength range of 620 nm or more and 750 nm or less), and is sensitive to red light.
  • the photoelectric conversion layer 132 is composed of, for example, semiconductor quantum dots that absorb red light.
  • the insulating layers 127 and 128 are made of, for example, SiO 2 and SiN.
  • the electrodes 13 and 133 are made of, for example, a transparent conductive material. Examples of the transparent conductive material include ITO and IZO.
  • the photoelectric conversion element 130 is connected to the wiring 167 provided on the back surface of the semiconductor substrate 140 via, for example, a contact hole 166 provided in the semiconductor substrate 140.
  • the wiring 167 electrically connects the electrode 131 of the photoelectric conversion element 130 and the pixel circuit 12 for the photoelectric conversion element 130 (for example, the gate electrode 168 of the amplification transistor in the pixel circuit 12).
  • the photoelectric conversion element 130 has a first photoelectric conversion layer having the same configuration as the first photoelectric conversion layer 112A, and a second photoelectric conversion layer having the same configuration as the second photoelectric conversion layer 112B.
  • FIG. 18 shows an example of a schematic configuration of an image pickup system 2 provided with a solid-state image pickup device 1 according to the above embodiment and a modification thereof.
  • the image pickup system 2 includes, for example, an optical system 220, a shutter device 230, a solid-state image pickup device 1, a signal processing circuit 240, and a display unit 250.
  • the optical system 220 forms an image light (incident light) from the subject on the image pickup surface of the solid-state image pickup device 1.
  • the shutter device 230 is arranged between the optical system 220 and the solid-state image sensor 1, and controls the light irradiation period and the light-shielding period of the solid-state image sensor 1.
  • the solid-state image sensor 1 receives the image light (incident light) incident from the solid-state image sensor 1 and outputs a pixel signal corresponding to the received image light (incident light) to the signal processing circuit 240.
  • the signal processing circuit 240 processes the image signal input from the solid-state image sensor 1 to generate video data.
  • the signal processing circuit 240 further generates a video signal corresponding to the generated video data and outputs the video signal to the display unit 250.
  • the display unit 250 displays an image based on the image signal input from the signal processing circuit 240.
  • the solid-state image sensor 1 according to the above embodiment and its modification is applied to the image pickup system 2.
  • the solid-state image sensor 1 can be miniaturized or has high definition, so that it is possible to provide an image pickup system 2 having high image quality.
  • 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 mounted on a moving body of any kind such as an automobile, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a motorcycle, a bicycle, a personal mobility, an airplane, a drone, a ship, and a robot. You may.
  • FIG. 19 is a block diagram showing a schematic configuration example of a vehicle control system, which is an example of a mobile control system to which the technique according to the present disclosure can be applied.
  • the vehicle control system 12000 includes a plurality of electronic control units connected via the communication network 12001.
  • the vehicle control system 12000 includes a drive system control unit 12010, a body system control unit 12020, an outside information detection unit 12030, an in-vehicle 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 shown as a functional configuration of the integrated control unit 12050.
  • 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 provides a driving force generator for generating the driving force of the vehicle such as an internal combustion engine or a driving motor, a driving force transmission mechanism for transmitting the driving force to the wheels, and a steering angle of the vehicle. It functions as a control device such as a steering mechanism for adjusting and a braking device for generating 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 headlamps, back lamps, brake lamps, blinkers or fog lamps.
  • the body system control unit 12020 may be input with radio waves transmitted from a portable device that substitutes for the key or signals of various switches.
  • the body system control unit 12020 receives inputs of these radio waves or signals and controls a vehicle door lock device, a power window device, a lamp, and the like.
  • the vehicle outside information detection unit 12030 detects information outside the vehicle equipped with the vehicle control system 12000.
  • the image pickup unit 12031 is connected to the vehicle exterior information detection unit 12030.
  • the vehicle outside information detection unit 12030 causes the image pickup unit 12031 to capture an image of the outside of the vehicle and receives the captured image.
  • the vehicle exterior information detection unit 12030 may perform object detection processing or distance detection processing such as a person, a vehicle, an obstacle, a sign, or a character on the road surface based on the received image.
  • the imaging unit 12031 is an optical sensor that receives light and outputs an electric signal according to the amount of the light received.
  • the image pickup unit 12031 can output an electric 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 light.
  • the in-vehicle information detection unit 12040 detects the in-vehicle information.
  • a driver state detection unit 12041 that detects the 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 in-vehicle 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 or not the driver has fallen asleep.
  • the microcomputer 12051 calculates the control target value of the driving force generator, the steering mechanism, or the braking device based on the information inside and outside the vehicle acquired by the vehicle exterior 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 ADAS (Advanced Driver Assistance System) functions including vehicle collision avoidance or impact mitigation, follow-up driving based on inter-vehicle distance, vehicle speed maintenance driving, vehicle collision warning, vehicle lane deviation warning, and the like. It is possible to perform cooperative control for the purpose of.
  • 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 coordinated control for the purpose of automatic driving, etc., which runs autonomously without depending on the operation.
  • the microcomputer 12051 can output a control command to the body system control unit 12020 based on the information outside the vehicle acquired by the vehicle exterior information detection unit 12030.
  • the microcomputer 12051 controls the headlamps according to the position of the preceding vehicle or the oncoming vehicle detected by the external information detection unit 12030, and performs coordinated control for the purpose of anti-glare such as switching the high beam to the low beam. It can be carried out.
  • the audio image output unit 12052 transmits an output signal of at least one of audio and an image to an output device capable of visually or audibly notifying information to the passenger or the outside of the vehicle.
  • an audio speaker 12061, a display unit 12062, and an instrument panel 12063 are exemplified as output devices.
  • the display unit 12062 may include, for example, at least one of an onboard display and a heads-up display.
  • FIG. 20 is a diagram showing an example of the installation position of the imaging unit 12031.
  • the vehicle 12100 has imaging units 12101, 12102, 12103, 12104, 12105 as imaging units 12031.
  • the imaging units 12101, 12102, 12103, 12104, 12105 are provided at positions such as the front nose, side mirrors, rear bumpers, back doors, and the upper part of the windshield in the vehicle interior of the vehicle 12100, for example.
  • the imaging unit 12101 provided on the front nose and the imaging unit 12105 provided on 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 mirrors mainly acquire images of the side of the vehicle 12100.
  • the imaging unit 12104 provided on the rear bumper or the back door mainly acquires an image of the rear of the vehicle 12100.
  • the images in front acquired by the imaging units 12101 and 12105 are mainly used for detecting a preceding vehicle or a pedestrian, an obstacle, a traffic light, a traffic sign, a lane, or the like.
  • FIG. 20 shows an example of the photographing range of the imaging units 12101 to 12104.
  • the imaging range 12111 indicates the imaging range of the imaging unit 12101 provided on the front nose
  • the imaging ranges 12112 and 12113 indicate the imaging ranges of the imaging units 12102 and 12103 provided on the side mirrors, respectively
  • the imaging range 12114 indicates the imaging range of the imaging units 12102 and 12103.
  • the imaging range of the imaging unit 12104 provided on the rear bumper or the back door is shown. For example, by superimposing the image data captured by the imaging units 12101 to 12104, a bird's-eye view image of the vehicle 12100 as viewed from above can be obtained.
  • At least one of the imaging units 12101 to 12104 may have a function of acquiring distance information.
  • at least one of the image pickup units 12101 to 12104 may be a stereo camera composed of a plurality of image pickup elements, or may be an image pickup element having pixels for phase difference detection.
  • the microcomputer 12051 has a distance to each three-dimensional object within the imaging range 12111 to 12114 based on the distance information obtained from the imaging units 12101 to 12104, and a temporal change of this distance (relative velocity with respect to the vehicle 12100). By obtaining can. Further, the microcomputer 12051 can set an inter-vehicle distance to be secured in front of the preceding vehicle in advance, and can perform automatic braking control (including follow-up stop control), automatic acceleration control (including follow-up start control), and the like. In this way, it is possible to perform coordinated control for the purpose of automatic driving or the like in which the vehicle travels autonomously without depending on the operation of the driver.
  • automatic braking control including follow-up stop control
  • automatic acceleration control including follow-up start control
  • the microcomputer 12051 converts three-dimensional object data related to a three-dimensional object into two-wheeled vehicles, ordinary vehicles, large vehicles, pedestrians, utility poles, and other three-dimensional objects 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. For example, the microcomputer 12051 distinguishes obstacles around the vehicle 12100 into obstacles that can be seen by the driver of the vehicle 12100 and obstacles that are difficult to see. Then, 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 via the audio speaker 12061 or the display unit 12062. By outputting an alarm to the driver and performing forced deceleration and avoidance steering via the drive system control unit 12010, driving support for collision avoidance can be provided.
  • 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 or not a pedestrian is present in the captured image of the imaging units 12101 to 12104.
  • pedestrian recognition includes, for example, a procedure for extracting feature points in an image captured by an imaging unit 12101 to 12104 as an infrared camera, and pattern matching processing for a series of feature points indicating the outline of an object to determine whether or not the pedestrian is a pedestrian. It is done by the procedure to determine.
  • the audio image output unit 12052 When the microcomputer 12051 determines that a pedestrian is present in the captured images of the imaging units 12101 to 12104 and recognizes the pedestrian, the audio image output unit 12052 outputs a square contour line for emphasizing the recognized pedestrian.
  • the display unit 12062 is controlled so as to superimpose and display. Further, the audio image output unit 12052 may control the display unit 12062 so as to display an icon or the like indicating a pedestrian at a desired position.
  • the above is an example of a mobile control system to which the technology according to the present disclosure can be applied.
  • the technique according to the present disclosure can be applied to the imaging unit 12031 among the configurations described above.
  • the image pickup apparatus 3 can be applied to the image pickup unit 12031.
  • FIG. 21 is a diagram showing an example of a schematic configuration of an endoscopic surgery system to which the technique according to the present disclosure (the present technique) can be applied.
  • FIG. 21 illustrates how the surgeon (doctor) 11131 is performing surgery on patient 11132 on patient bed 11133 using the endoscopic surgery system 11000.
  • the endoscopic surgery system 11000 includes an endoscope 11100, other surgical tools 11110 such as an abdominal tube 11111 and an energy treatment tool 11112, and a support arm device 11120 that supports the endoscope 11100.
  • a cart 11200 equipped with various devices for endoscopic surgery.
  • the endoscope 11100 is composed of a lens barrel 11101 in which a region having a predetermined length from the tip is inserted into the body cavity of the patient 11132, and a camera head 11102 connected to the base end of the lens barrel 11101.
  • the endoscope 11100 configured as a so-called rigid mirror having a rigid barrel 11101 is illustrated, but the endoscope 11100 may be configured as a so-called flexible mirror having a flexible barrel. good.
  • An opening in which an 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 the 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 to be an objective. It is irradiated 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 pickup element are provided inside the camera head 11102, and the reflected light (observation light) from the observation target is focused on the image pickup element by the optical system.
  • the observation light is photoelectrically converted by the image sensor, and an electric signal corresponding to the observation light, that is, an image signal corresponding to the observation image is generated.
  • the image signal is transmitted as RAW data to the camera control unit (CCU: Camera Control Unit) 11201.
  • CCU Camera Control Unit
  • the CCU11201 is composed of a CPU (Central Processing Unit), a GPU (Graphics Processing Unit), and the like, and comprehensively controls the 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 image processing on the image signal for displaying an image based on the image signal, such as development processing (demosaic processing).
  • a CPU Central Processing Unit
  • GPU Graphics Processing Unit
  • the display device 11202 displays an image based on the image signal processed by the CCU 11201 under the control of the CCU 11201.
  • the light source device 11203 is composed of, for example, a light source such as an LED (Light Emitting Diode), and supplies irradiation light to the endoscope 11100 when photographing an operating part or the like.
  • a light source such as an LED (Light Emitting Diode)
  • LED Light Emitting Diode
  • the input device 11204 is an input interface for the endoscopic surgery system 11000.
  • the user can input various information and input 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 tool control device 11205 controls the drive of the energy treatment tool 11112 for ablation of tissue, incision, sealing of blood vessels, and the like.
  • the pneumoperitoneum device 11206 uses a gas in the pneumoperitoneum tube 11111 to inflate the body cavity of the patient 11132 for the purpose of securing the field of view by the endoscope 11100 and securing the work space of the operator.
  • the recorder 11207 is a device capable of recording various information related to surgery.
  • the printer 11208 is a device capable of printing various information related to surgery in various formats such as texts, images, and graphs.
  • the light source device 11203 that supplies the irradiation light to the endoscope 11100 when photographing the surgical site can be composed of, for example, an LED, a laser light source, or a white light source composed of a combination thereof.
  • a white light source is configured by combining 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 laser light from each of the RGB laser light sources is irradiated to the observation target in a time-division manner, and the drive of the image sensor of the camera head 11102 is controlled in synchronization with the irradiation timing to correspond to each of RGB. It is also possible to capture the image in a time-division manner. According to this method, a color image can be obtained without providing a color filter on the image sensor.
  • the drive of the light source device 11203 may be controlled so as to change the intensity of the output light at predetermined time intervals.
  • the drive of the image sensor of the camera head 11102 in synchronization with the timing of changing the light intensity to acquire an image in a time-divided manner and synthesizing the image, so-called high dynamic without blackout and overexposure. A range image can be generated.
  • the light source device 11203 may be configured to be able to supply light in 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 to irradiate light in a narrow band as compared with the irradiation light (that is, white light) in normal observation, the surface layer of the mucous membrane.
  • a so-called narrow band imaging is performed in which a predetermined tissue such as a blood vessel is photographed with high contrast.
  • fluorescence observation may be performed in which an image is obtained by fluorescence generated by irradiating with excitation light.
  • the body tissue is irradiated with excitation light to observe the fluorescence from the body tissue (autofluorescence observation), or a reagent such as indocyanine green (ICG) is locally injected into the body tissue and the body tissue is injected. 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 may be configured to be capable of supplying narrow band light and / or excitation light corresponding to such special light observation.
  • FIG. 22 is a block diagram showing an example of the functional configuration of the camera head 11102 and CCU11201 shown in FIG.
  • the camera head 11102 includes a lens unit 11401, an imaging unit 11402, a driving unit 11403, a communication unit 11404, and a camera head control unit 11405.
  • CCU11201 includes a communication unit 11411, an image processing unit 11412, and a control unit 11413.
  • the camera head 11102 and CCU11201 are communicatively connected to each other by a transmission cable 11400.
  • the lens unit 11401 is an optical system provided at a connection portion with the lens barrel 11101.
  • the observation light taken in from the tip of the lens barrel 11101 is guided to the camera head 11102 and incident on 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 image pickup unit 11402 is composed of an image pickup element.
  • the image sensor constituting the image pickup unit 11402 may be one (so-called single plate type) or a plurality (so-called multi-plate type).
  • each image pickup element may generate an image signal corresponding to each of RGB, and a color image may be obtained by synthesizing them.
  • the image pickup unit 11402 may be configured to have a pair of image pickup elements for acquiring image signals for the right eye and the left eye corresponding to 3D (Dimensional) display, respectively.
  • the 3D display enables the operator 11131 to more accurately grasp the depth of the biological tissue in the surgical site.
  • a plurality of lens units 11401 may be provided corresponding to each image pickup element.
  • the imaging unit 11402 does not necessarily have to be provided on the camera head 11102.
  • the imaging unit 11402 may be provided inside the lens barrel 11101 immediately after the objective lens.
  • the drive unit 11403 is composed of an actuator, and the zoom lens and focus lens of the lens unit 11401 are moved by a predetermined distance along the optical axis under the control of the camera head control unit 11405. As a result, the magnification and focus of the image captured by the imaging unit 11402 can be adjusted as appropriate.
  • the communication unit 11404 is composed of a communication device for transmitting and receiving various information to and from the CCU11201.
  • the communication unit 11404 transmits the image signal obtained from the image pickup unit 11402 as RAW data to the CCU 11201 via the transmission cable 11400.
  • the communication unit 11404 receives a control signal for controlling the drive 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 to specify the frame rate of the captured image, information to specify the exposure value at the time of imaging, and / or information to specify the magnification and focus of the captured image, and the like. 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 CCU11201 based on the acquired image signal. good.
  • the so-called AE (Auto Exposure) function, AF (Auto Focus) function, and AWB (Auto White Balance) function are mounted on the endoscope 11100.
  • the camera head control unit 11405 controls the drive of the camera head 11102 based on the control signal from the CCU 11201 received via the communication unit 11404.
  • the communication unit 11411 is composed of a communication device for transmitting and receiving various 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 the drive of the camera head 11102 to the camera head 11102.
  • Image signals and control signals can be transmitted by telecommunications, optical communication, or the like.
  • the image processing unit 11412 performs various image processing on the image signal which is the RAW data transmitted from the camera head 11102.
  • the control unit 11413 performs various controls related to the imaging of the surgical site and the like by the endoscope 11100 and the display of the captured image obtained by the imaging of the surgical site and the like. For example, the control unit 11413 generates a control signal for controlling the drive of the camera head 11102.
  • control unit 11413 causes the display device 11202 to display an image captured by the surgical unit or the like based on the image signal processed by the image processing unit 11412.
  • the control unit 11413 may recognize various objects in the captured image by using various image recognition techniques. For example, the control unit 11413 detects the shape, color, and the like of the edge of an object included in the captured image to remove surgical tools such as forceps, a specific biological part, bleeding, and mist when using the energy treatment tool 11112. Can be recognized.
  • the control unit 11413 may superimpose and display various surgical support information on the image of the surgical unit by using the recognition result. By superimposing and displaying the surgical support information and presenting it to the surgeon 11131, it is possible to reduce the burden on the surgeon 11131 and to allow the surgeon 11131 to proceed with the surgery reliably.
  • the transmission cable 11400 that connects the camera head 11102 and CCU11201 is an electric signal cable that supports electric signal communication, an optical fiber that supports optical communication, or a composite cable thereof.
  • the communication is performed by wire using the transmission cable 11400, but the communication between the camera head 11102 and the CCU11201 may be performed wirelessly.
  • the technique according to the present disclosure can be suitably applied to the imaging unit 11402 provided on the camera head 11102 of the endoscope 11100.
  • the technique according to the present disclosure can be suitably applied to the imaging unit 11402, a high-quality photographed image can be obtained, so that the high-quality endoscope 11100 can be provided.
  • the present disclosure may have the following structure.
  • a solid-state image sensor composed of a deposited layer of semiconductor quantum dots and provided with a photoelectric conversion layer having a potential gradient in a direction orthogonal to the deposited direction.
  • a read-out electrode for reading out the electric charge generated in the photoelectric conversion layer, and Further provided with a storage electrode provided adjacent to the readout electrode and for accumulating the electric charge generated in the photoelectric conversion layer in the photoelectric conversion layer.
  • the solid-state imaging device according to (1) wherein the photoelectric conversion layer has a potential gradient from the storage electrode side toward the readout electrode side at a portion facing the storage electrode.
  • the solid-state image sensor according to (2) wherein the composition of the semiconductor quantum dots differs in the photoelectric conversion layer in a direction orthogonal to the deposition direction.
  • the photoelectric conversion layer is A first photoelectric conversion layer formed from a region near the read-out electrode to a region facing the read-out electrode among the regions facing the storage electrode. It has a second photoelectric conversion layer formed in the same layer as the first photoelectric conversion layer and facing the storage electrode in the unformed region of the first photoelectric conversion layer.
  • the solid-state image sensor according to (2) wherein in the photoelectric conversion layer, the ligand composition of the semiconductor quantum dots differs in the direction orthogonal to the deposition direction.
  • the photoelectric conversion layer is A first photoelectric conversion layer formed from a region near the read-out electrode to a region facing the read-out electrode among the regions facing the storage electrode. It has a second photoelectric conversion layer formed in the same layer as the first photoelectric conversion layer and facing the storage electrode in the unformed region of the first photoelectric conversion layer.
  • the solid-state image sensor according to (2) wherein in the photoelectric conversion layer, the size of the semiconductor quantum dots differs in a direction orthogonal to the deposition direction.
  • the photoelectric conversion layer is A first photoelectric conversion layer formed from a region near the read-out electrode to a region facing the read-out electrode among the regions facing the storage electrode. It has a second photoelectric conversion layer formed in the same layer as the first photoelectric conversion layer and facing the storage electrode in the unformed region of the first photoelectric conversion layer.
  • the solid-state image sensor according to (7), wherein the semiconductor quantum dots have different sizes in the first photoelectric conversion layer and the second photoelectric conversion layer.
  • the solid-state image sensor according to (2) wherein in the photoelectric conversion layer, the ratio of the ligands that coat the semiconductor quantum dots differs in the direction orthogonal to the deposition direction.
  • the photoelectric conversion layer is A first photoelectric conversion layer formed from a region near the read-out electrode to a region facing the read-out electrode among the regions facing the storage electrode. It has a second photoelectric conversion layer formed in the same layer as the first photoelectric conversion layer and facing the storage electrode in the unformed region of the first photoelectric conversion layer.
  • the photoelectric conversion layer is An n-type photoelectric conversion layer formed from a region near the read-out electrode to a region facing the read-out electrode among the regions facing the storage electrode. It has a p-type photoelectric conversion layer formed in the same layer as the first photoelectric conversion layer and facing the storage electrode in the unformed region of the first photoelectric conversion layer (2).
  • the solid-state image sensor according to the description.
  • the solid-state image sensor in the photoelectric conversion layer composed of the deposition layer of semiconductor quantum dots, a potential gradient is formed in a direction orthogonal to the deposition direction.
  • the charge is discharged from the layer, the recombination of electrons and the remaining charge transfer can be suppressed. As a result, the pixel signal can be efficiently output and transferred.

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Abstract

本開示の一実施の形態に係る固体撮像素子は、半導体量子ドットの堆積層で構成され、堆積方向と直交する方向において電位勾配を有する光電変換層を備える。

Description

固体撮像素子
　本開示は、固体撮像素子に関する。
　波長選択性を有する半導体を用いる光電変換素子は、特定の波長帯の光を光電変換することが可能である。このような光電変換素子を固体撮像素子に用いる場合、互いに異なる波長選択性を有する複数の光電変換素子を積層した積層型光電変換素子を画素ごとに設けることが可能である（特許文献１，２参照）。
特開２０１２－１２４３３８号公報 特表２０１１－５２８８６５号公報
　ところで、上述の固体撮像素子の分野では、光電変換素子内での電子の再結合や電荷の転送残りに起因する撮像画質の低下が起こり得る。従って、撮像画質を向上させることの可能な固体撮像素子を提供することが望ましい。
　本開示の一実施の形態に係る固体撮像素子は、半導体量子ドットの堆積層で構成され、堆積方向と直交する方向において電位勾配を有する光電変換層を備える。
　本開示の一実施の形態に係る固体撮像素子では、半導体量子ドットの堆積層で構成された光電変換層において、堆積方向と直交する方向において電位勾配が形成される。これにより、光電変換層から電荷を排出したときに、電子の再結合や電荷の転送残りが抑制される。
本開示の一実施の形態に係る固体撮像素子の概略構成の一例を表す図である。 図１の画素の断面構成の一例を表す図である。 図１の画素の回路構成の一例を表す図である。 図３の光電変換素子の構成の一例を展開して表す図である。 図１の画素の回路構成の一例を表す図である。 図１の画素の回路構成の一例を表す図である。 図３の光電変換素子の断面構成の一例を表す図である。 図７の光電変換層を構成する材料の一例を表す図である。 図７の光電変換層のバンドギャップの一例を表す図である。 ７の光電変換素子における電荷蓄積時のポテンシャルの一例を表す図である。 図７の光電変換素子における電荷転送時のポテンシャルの一例を表す図である。 比較例に係る光電変換素子の断面構成の一例を表す図である。 図１２の光電変換素子における電荷蓄積時のポテンシャルの一例を表す図である。 図１２の光電変換素子における電荷転送時のポテンシャルの一例を表す図である。 図３の光電変換素子の断面構成の一変形例を表す図である。 図１の画素の断面構成の一変形例を表す図である。 図１の画素の断面構成の一変形例を表す図である。 撮像システムの概略構成の一例を表す図である。 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。 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。
　以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。

１．実施の形態（固体撮像素子）…図１～図１４
２．変形例（固体撮像素子）…図１５～図１７
３．適用例（撮像システム）…図１８
４．応用例
　　　　移動体への応用例…図１９、図２０
　　　　内視鏡手術システムへの応用例…図２１、図２２
＜１．実施の形態＞
[構成]
　図１は、本開示の一実施の形態に係る固体撮像素子１の概略構成の一例を表す。固体撮像素子１は、複数の画素１１が行列状に配置された画素領域１０を備える。図１には、行方向を示す符号としてＤｒが、列方向を示す符号としてＤｃがそれぞれ示されている。図２は、画素１１の断面構成の一例を表す。
　固体撮像素子１は、画素信号を処理するロジック回路２０を備える。ロジック回路２０は、例えば、垂直駆動回路２１、カラム信号処理回路２２、水平駆動回路２３およびシステム制御回路２４を有する。ロジック回路２０は、各画素１１から得られた画素信号に基づいて出力電圧を生成し、外部に出力する。
　垂直駆動回路２１は、例えば、複数の画素１１を所定の単位画素行ごとに順に選択する。「所定の単位画素行」とは、同一アドレスで画素選択可能な画素行を指している。カラム信号処理回路２２は、例えば、垂直駆動回路２１によって選択された行の各画素１１から出力される画素信号に対して、相関二重サンプリング（Correlated Double Sampling：ＣＤＳ）処理を施す。カラム信号処理回路２２は、例えば、ＣＤＳ処理を施すことにより、画素信号の信号レベルを抽出し、各画素１１の受光量に応じた画素データを保持する。カラム信号処理回路２２は、例えば、データ出力線ＶＳＬごとにカラム信号処理部を有する。カラム信号処理部は、例えば、シングルスロープＡ／Ｄ変換器を含む。シングルスロープＡ／Ｄ変換器は、例えば、比較器およびカウンタ回路を含んで構成される。水平駆動回路２３は、例えば、カラム信号処理回路２２に保持されている画素データを順次、外部に出力する。システム制御回路２４は、例えば、ロジック回路２０内の各ブロック（垂直駆動回路２１、カラム信号処理回路２２および水平駆動回路２３）の駆動を制御する。
　画素１１は、例えば、図２に示したように、互いに異なる波長選択性を有する３つの光電変換素子１１０，１２０，１３０が積層された積層型光電変換素子を有する。つまり、固体撮像素子１は、上記積層型光電変換素子を画素１１ごとに備える。画素１１は、さらに、例えば、上記積層型光電変換素子と対向する箇所にオンチップレンズ１６０を有する。つまり、固体撮像素子１は、オンチップレンズ１６０を画素１１ごとに備える。
　光電変換素子１１０は、例えば、半導体基板１４０上の絶縁層（絶縁層１１５，１１６および保護層１１７）内に形成され、例えば、電極１１１、光電変換層１１２および電極１１３を、半導体基板１４０側からこの順に積層して構成される。電極１１１は、本開示の「読み出し電極」の一具体例に相当する。半導体基板１４０は、例えば、シリコン基板によって構成される。光電変換素子１１０は、さらに、例えば、電極１１１と同一の層内に、電極１１１に隣接して設けられた電荷蓄積用の電極（蓄積電極１１４）を有する。電極１１１と蓄積電極１１４との間には、絶縁層１１６が設けられる。
　蓄積電極１１４は、光電変換層１１２で発生した電荷を光電変換層１１２内に蓄積させるための電極である。蓄積電極１１４は、絶縁層１１６を介して光電変換層１１２と対向して配置される。電極１１１および蓄積電極１１４は、絶縁層１１５，１１６によって覆われ、電極１１１は、絶縁層１１６の開口を介して光電変換層１１２に接する。電極１１３は、光電変換層１１２および絶縁層１１６を間にして、電極１１１および蓄積電極１１４と対向する位置に配置される。電極１１３は、例えば、光電変換層１１２および絶縁層１１６の表面に接して形成されたベタ膜であり、隣接する画素１１の電極１１３と共通の層によって構成される。
　光電変換素子１１０は、例えば、緑色の光（４９５ｎｍ以上５７０ｎｍ以下の範囲内の波長域の光）を吸収する光電変換層１１２を有し、緑色の光に感度を有する。光電変換層１１２は、例えば、緑色の光を吸収する半導体量子ドットの堆積層によって構成される。絶縁層１１５，１１６および保護層１１７は、例えば、ＳｉＯ2や、ＳｉＮ等によって構成される。電極１１１，１１３は、例えば、透明導電材料によって構成される。透明導電材料としては、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）や、ＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）
等が挙げられる。
　光電変換素子１１０は、例えば、半導体基板１４０に設けられたコンタクトホール１５３等を介して、半導体基板１４０の裏面に設けられた配線１５６に接続される。配線１５６は、光電変換素子１１０の電極１１１と、光電変換素子１１０用の画素回路１２（例えば、画素回路１２内の増幅トランジスタのゲート電極１５７）とを電気的に接続する。
　光電変換素子１２０，１３０は，例えば、半導体基板１４０内に形成される。光電変換素子１２０は、例えば、半導体基板１４０の表面近傍に形成されたｎ型半導体領域１４１を光電変換層として有する。光電変換素子１２０は、例えば、青色の光（４２５ｎｍ以上４９５ｎｍ以下の範囲内の波長域の光）を吸収するｎ型半導体領域１４１を有しており、青色の光に感度を有する。光電変換素子１２０は、例えば、半導体基板１４０に設けられた転送トランジスタを介して、半導体基板１４０の裏面に設けられた配線に接続される。この配線は、ｎ型半導体領域１４１と、光電変換素子１２０用の画素回路１２とを電気的に接続する。なお、図２には、光電変換素子１２０と電気的に接続された転送トランジスタのゲート電極１５８が例示される。
　光電変換素子１３０は、例えば、半導体基板１４０の、ｎ型半導体領域１４１よりも深い領域に形成されたｎ型半導体領域１４２を光電変換層として有している。光電変換素子１３０は、例えば、赤色の光（６２０ｎｍ以上７５０ｎｍ以下の範囲内の波長域の光）を吸収するｎ型半導体領域１４２を有し、赤色の光に感度を有する。光電変換素子１３０は、例えば、半導体基板１４０に設けられた転送トランジスタを介して、半導体基板１４０の裏面に設けられた配線に接続される。この配線は、ｎ型半導体領域１４２と、光電変換素子１３０用の画素回路１２（例えば、画素回路１２内の増幅トランジスタのゲート電極１５９）とを電気的に接続する。
　半導体基板１４０は、ｎ型半導体領域１４１と半導体基板１４０の表面との間にｐ+層１４５を有する。ｐ+層１４５は暗電流の発生を抑制する。半導体基板１４０は、さらに、ｎ型半導体領域１４１とｎ型半導体領域１４２との間に、ｐ+層１４３を有する。ｐ+層１４３は、さらに、ｎ型半導体領域１４２の側面の一部（例えばゲート電極１５８近傍）を囲む。ｐ+層１４３は、ｎ型半導体領域１４１とｎ型半導体領域１４２とを分離する。半導体基板１４０は、半導体基板１４０の裏面近傍にｐ+層１４４を有する。ｐ+層１４４は暗電流の発生を抑制する。半導体基板１４０の裏面には、絶縁膜１５４が設けられ、半導体基板１４０の表面には、ＨｆＯ2膜１５１および絶縁膜１５２が積層される。ＨｆＯ2膜１５１は、負の固定電荷を有する膜であり、このような膜を設けることによって、暗電流の発生を抑制することができる。半導体基板１４０の裏面には、例えば、光電変換素子１１０，１２０，１３０と画素回路１２とを互いに電気的に接続する配線や、画素回路１２などを覆う絶縁層１５５が形成される。
　光電変換素子１１０，１２０，１３０の堆積方向における配置順は、光入射方向（オンチップレンズ１６０側）から光電変換素子１１０、光電変換素子１２０、光電変換素子１３０の順であることが好ましい。これは、より短い波長の光がより入射表面側において効率良く吸収されるからである。赤色は３色の中では最も長い波長であるので、光入射面から見て光電変換素子１３０を最下層に位置させることが好ましい。これらの光電変換素子１１０，１２０，１３０の積層構造によって、１つの積層型光電変換素子が構成される。
　図３は、画素１１（具体的には光電変換素子１１０）およびその周辺の回路構成の一例を表す。図４は、図３に記載の光電変換素子１１０の展開斜視構成の一例を表す。図５は、画素１１（具体的には光電変換素子１２０）およびその周辺の回路構成の一例を表す。図６は、画素１１（具体的には光電変換素子１３０）およびその周辺の回路構成の一例を表す。
　上述したように、各画素１１は、光電変換素子１１０，１２０，１３０を積層した構造となっており、かつ、複数の画素１１は画素領域１０において行列状に配置される。このことから、複数の光電変換素子１１０は、画素領域１０の光入射面寄りの層内において行列状に配置され、複数の光電変換素子１３０は、画素領域１０の、光入射面とは反対側の面寄りの層内において行列状に配置される。さらに、複数の光電変換素子１２０は、画素領域１０において、複数の光電変換素子１１０が配置される層と、複数の光電変換素子１３０が配置される層との間の層内において行列状に配置される。
　固体撮像素子１は、複数の画素回路１２と、複数の駆動配線ＶＯＡと、複数のデータ出力線ＶＳＬ（ＶＳＬ１，ＶＳＬ２，ＶＳＬ３）とを備える。画素回路１２は、画素１１から出力された電荷に基づく画素信号を出力する。駆動配線ＶＯＡは、画素１１に蓄積された電荷の出力を制御する制御信号が印加される配線であり、例えば、行方向Ｄｒに延在する。データ出力線ＶＳＬ（ＶＳＬ１，ＶＳＬ２，ＶＳＬ３）は、各画素回路１２から出力された画素信号をロジック回路２０に出力する配線であり、例えば、列方向Ｄｃに延在する。
　各光電変換素子１１０（具体的には電極１１１）には、画素回路１２Ｇが接続される。各光電変換素子１２０には、転送トランジスタＴＲ２を介して画素回路１２Ｂが接続される。各光電変換素子１３０には、転送トランジスタＴＲ３を介して画素回路１２Ｒが接続される。以下では、光電変換素子１１０を便宜的に光電変換部１１Ｇと称する場合がある。また、光電変換素子１２０および転送トランジスタＴＲ２からなる回路を光電変換部１１Ｂと称する場合がある。また、光電変換素子１３０および転送トランジスタＴＲ３からなる回路を光電変換部１１Ｒと称する場合がある。
　画素回路１２Ｇは、例えば、図３に示したように、フローティングディフュージョンＦＤ１と、リセットトランジスタＲＳＴ１と、選択トランジスタＳＥＬ１と、増幅トランジスタＡＭＰ１とを有する。フローティングディフュージョンＦＤ１は、光電変換部１１Ｇから出力された電荷を一時的に保持する。リセットトランジスタＲＳＴ１のソースがフローティングディフュージョンＦＤ１に接続され、リセットトランジスタＲＳＴ１のドレインが電源線ＶＤＤおよび増幅トランジスタＡＭＰ１のドレインに接続される。リセットトランジスタＲＳＴ１のゲートは制御線（図示せず）を介して垂直駆動回路２１に接続される。増幅トランジスタＡＭＰ１のソースが選択トランジスタＳＥＬ１のドレインに接続され、増幅トランジスタＡＭＰ１のゲートがフローティングディフュージョンＦＤ１に接続される。選択トランジスタＳＥＬ１のソースがデータ出力線ＶＳＬ１を介してカラム信号処理回路２２に接続され、選択トランジスタＳＥＬ１のゲートが制御線（図示せず）を介して垂直駆動回路２１に接続される。光電変換部１１Ｇの蓄積電極１１４は、駆動配線ＶＯＡを介して垂直駆動回路２１に接続される。光電変換部１１Ｇの電極１１３は、駆動配線ＶＯＵを介して垂直駆動回路２１に接続される。
　画素回路１２Ｂは、例えば、図５に示したように、フローティングディフュージョンＦＤ２と、リセットトランジスタＲＳＴ２と、選択トランジスタＳＥＬ２と、増幅トランジスタＡＭＰ２とを有する。フローティングディフュージョンＦＤ２は、光電変換部１１Ｂから出力された電荷を一時的に保持する。リセットトランジスタＲＳＴ２のソースがフローティングディフュージョンＦＤ２に接続され、リセットトランジスタＲＳＴ２のドレインが電源線ＶＤＤおよび増幅トランジスタＡＭＰ２のドレインに接続される。リセットトランジスタＲＳＴ２のゲートは制御線（図示せず）を介して垂直駆動回路２１に接続される。増幅トランジスタＡＭＰ２のソースが選択トランジスタＳＥＬ２のドレインに接続され、増幅トランジスタＡＭＰ２のゲートがフローティングディフュージョンＦＤ２に接続される。選択トランジスタＳＥＬ２のソースがデータ出力線ＶＳＬ２を介してカラム信号処理回路２２に接続され、選択トランジスタＳＥＬ２のゲートが制御線（図示せず）を介して垂直駆動回路２１に接続される。
　画素回路１２Ｒは、例えば、図６に示したように、フローティングディフュージョンＦＤ３と、リセットトランジスタＲＳＴ３と、選択トランジスタＳＥＬ３と、増幅トランジスタＡＭＰ３とを有する。フローティングディフュージョンＦＤ３は、光電変換部１１Ｒから出力された電荷を一時的に保持する。リセットトランジスタＲＳＴ３のソースがフローティングディフュージョンＦＤ３に接続され、リセットトランジスタＲＳＴ３のドレインが電源線ＶＤＤおよび増幅トランジスタＡＭＰ３のドレインに接続される。リセットトランジスタＲＳＴ３のゲートは制御線（図示せず）を介して垂直駆動回路２１に接続される。増幅トランジスタＡＭＰ３のソースが選択トランジスタＳＥＬ３のドレインに接続され、増幅トランジスタＡＭＰ３のゲートがフローティングディフュージョンＦＤ３に接続される。選択トランジスタＳＥＬ３のソースがデータ出力線ＶＳＬ３を介してカラム信号処理回路２２に接続され、選択トランジスタＳＥＬ３のゲートが制御線（図示せず）を介して垂直駆動回路２１に接続される。
　リセットトランジスタＲＳＴ１は、フローティングディフュージョンＦＤ１の電位を所定の電位にリセットする。リセットトランジスタＲＳＴ１がオン状態となると、フローティングディフュージョンＦＤ１の電位を電源線ＶＤＤの電位にリセットする。選択トランジスタＳＥＬ１は、画素回路１２からの画素信号の出力タイミングを制御する。増幅トランジスタＡＭＰ１は、画素信号として、フローティングディフュージョンＦＤ１に保持された電荷のレベルに応じた電圧の信号を生成する。増幅トランジスタＡＭＰ１は、ソースフォロア型のアンプを構成しており、光電変換部１１Ｇで発生した電荷のレベルに応じた電圧の画素信号を出力する。増幅トランジスタＡＭＰ１は、選択トランジスタＳＥＬ１がオン状態となると、フローティングディフュージョンＦＤ１の電位を増幅して、その電位に応じた電圧を、データ出力線ＶＳＬ１を介してカラム信号処理回路２２に出力する。リセットトランジスタＲＳＴ１、増幅トランジスタＡＭＰ１および選択トランジスタＳＥＬ１は、例えば、ＮＭＯＳトランジスタである。
　転送トランジスタＴＲ２は、転送トランジスタＴＲ２がオン状態となると、光電変換部１１Ｂの電荷をフローティングディフュージョンＦＤ２に転送する。リセットトランジスタＲＳＴ２は、フローティングディフュージョンＦＤ２の電位を所定の電位にリセットする。リセットトランジスタＲＳＴ２がオン状態となると、フローティングディフュージョンＦＤ２の電位を電源線ＶＤＤの電位にリセットする。選択トランジスタＳＥＬ２は、画素回路１２からの画素信号の出力タイミングを制御する。増幅トランジスタＡＭＰ２は、画素信号として、フローティングディフュージョンＦＤ２に保持された電荷のレベルに応じた電圧の信号を生成する。増幅トランジスタＡＭＰ２は、ソースフォロア型のアンプを構成しており、光電変換部１１Ｂで発生した電荷のレベルに応じた電圧の画素信号を出力する。増幅トランジスタＡＭＰ２は、選択トランジスタＳＥＬ２がオン状態となると、フローティングディフュージョンＦＤ２の電位を増幅して、その電位に応じた電圧を、データ出力線ＶＳＬ２を介してカラム信号処理回路２２に出力する。転送トランジスタＴＲ２、リセットトランジスタＲＳＴ２、増幅トランジスタＡＭＰ２および選択トランジスタＳＥＬ２は、例えば、ＮＭＯＳトランジスタである。
　転送トランジスタＴＲ３は、転送トランジスタＴＲ３がオン状態となると、光電変換部１１Ｒの電荷をフローティングディフュージョンＦＤ３に転送する。リセットトランジスタＲＳＴ３は、フローティングディフュージョンＦＤ３の電位を所定の電位にリセットする。リセットトランジスタＲＳＴ３がオン状態となると、フローティングディフュージョンＦＤ３の電位を電源線ＶＤＤの電位にリセットする。選択トランジスタＳＥＬ３は、画素回路１２からの画素信号の出力タイミングを制御する。増幅トランジスタＡＭＰ３は、画素信号として、フローティングディフュージョンＦＤ３に保持された電荷のレベルに応じた電圧の信号を生成する。増幅トランジスタＡＭＰ３は、ソースフォロア型のアンプを構成しており、光電変換部１１Ｒで発生した電荷のレベルに応じた電圧の画素信号を出力する。増幅トランジスタＡＭＰ３は、選択トランジスタＳＥＬ３がオン状態となると、フローティングディフュージョンＦＤ３の電位を増幅して、その電位に応じた電圧を、データ出力線ＶＳＬ３を介してカラム信号処理回路２２に出力する。転送トランジスタＴＲ３、リセットトランジスタＲＳＴ３、増幅トランジスタＡＭＰ３および選択トランジスタＳＥＬ３は、例えば、ＮＭＯＳトランジスタである。
　複数の画素回路１２は、例えば、半導体基板１４０の裏面に形成される。固体撮像素子１に設けられた複数の画素回路１２には、光電変換部１１Ｇに割り当てられた複数の画素回路１２Ｇと、光電変換部１１Ｂに割り当てられた複数の画素回路１２Ｂと、光電変換部１１Ｒに割り当てられた複数の画素回路１２Ｒとが含まれる。画素回路１２Ｇは、所定の波長選択性を有する光電変換部１１Ｇから出力された電荷に基づく画素信号を出力する。画素回路１２Ｂは、所定の波長選択性を有する光電変換部１１Ｂから出力された電荷に基づく画素信号を出力する。画素回路１２Ｒは、所定の波長選択性を有する光電変換部１１Ｒから出力された電荷に基づく画素信号を出力する。
　次に、光電変換層１１２について詳細に説明する。図７は、光電変換素子１１０（光電変換部１１Ｇ）の断面構成の一例を表す。光電変換層１１２は、例えば、図７に示したように、第１光電変換層１１２Ａおよび第２光電変換層１１２Ｂを有する。第１光電変換層１１２Ａは、蓄積電極１１４と対向する領域のうち電極１１１寄りの領域から、電極１１１と対向する領域に渡って形成される。第２光電変換層１１２Ｂは、少なくとも第１光電変換層１１２Ａと同一の層内に形成される。第２光電変換層１１２Ｂは、少なくとも、蓄積電極１１４と対向する領域のうち、第１光電変換層１１２Ａの未形成領域に形成される。第２光電変換層１１２Ｂは、第１光電変換層１１２Ａを覆うように形成される。このとき、第２光電変換層１１２Ｂは、蓄積電極１１４と対向する領域のうち電極１１１から離れた領域において、絶縁層１１６および電極１１３に接して形成される。第２光電変換層１１２Ｂは、さらに、蓄積電極１１４と対向する領域のうち電極１１１寄りの領域において、第１光電変換層１１２Ａおよび電極１１３に接して形成される。
　第１光電変換層１１２Ａは、ｎ型の導電型を有する層であり、例えば、ｎ型の導電型を有する半導体量子ドットの堆積層で構成される。半導体量子ドットは、数ｎｍサイズの結晶構造を有する半導体物質であり、同一物質のバルク半導体と、不連続分子との間の特性を示す。量子ドットでは、量子拘束効果（quantum confinement effect）と、大きい表面と体積との比とによって、同一物質で、大きさを変化させることによって、物理的、化学的、電気的な特性の調整が可能である。第１光電変換層１１２Ａにおいて、ｎ型の導電型を有する半導体量子ドットは、例えば、図８の実施例１に示したように、ｎ型の導電型を有するＰｂＳ超微粒子をコアとし、これをリガンドで被覆した構成となる。リガンドとは、半導体量子ドットの表面を終端する有機材料を指している。第１光電変換層１１２Ａは、例えば、ｎ型の導電型を有する半導体量子ドットを溶媒に分散させたインクを絶縁層１１６上に塗布し、溶媒を揮発させた後、パターニングを行うことにより形成される。
　第２光電変換層１１２Ｂは、ｐ型の導電型を有する層であり、例えば、ｐ型の導電型を有する半導体量子ドットの堆積層で構成される。第２光電変換層１１２Ｂにおいて、ｐ型の導電型を有する半導体量子ドットは、例えば、図８の実施例１に示したように、ｐ型の導電型を有するＰｂＴｅ超微粒子をコアとし、これをリガンドで被覆した構成となる。このとき、第１光電変換層１１２Ａおよび第２光電変換層１１２Ｂにおいて、半導体量子ドットの組成が互いに異なる。つまり、光電変換層１１２（第１光電変換層１１２Ａおよび第２光電変換層１１２Ｂ）において、半導体量子ドットの組成が堆積方向と直交する方向において異なる。第２光電変換層１１２Ｂは、例えば、ｐ型の導電型を有する半導体量子ドットを溶媒に分散させたインクを、第１光電変換層１１２Ａを含む表面全体に塗布し、溶媒を揮発させることにより形成される。
　図８の実施例１では、第１光電変換層１１２Ａおよび第２光電変換層１１２Ｂの半導体量子ドットのサイズは、互いに同一となってもよいし、互いに異なってもよい。また、図８の実施例１では、第１光電変換層１１２Ａおよび第２光電変換層１１２Ｂの半導体量子ドットを被覆するリガンドの組成は、互いに同一となってもよいし、互いに異なってもよい。また、図８の実施例１では、第１光電変換層１１２Ａおよび第２光電変換層１１２Ｂの半導体量子ドットを被覆するリガンドの比率は、互いに同一となってもよいし、互いに異なってもよい。
　第１光電変換層１１２Ａにおいて、ｎ型の導電型を有する半導体量子ドットは、例えば、図８の実施例２に示したように、ｎ型の導電型を有するＰｂＳ超微粒子をコアとし、これを、ＴＢＡＩ（Tetrabutylammonium Iodide）からなるリガンドで被覆した構成となる。
　第２光電変換層１１２Ｂにおいて、ｐ型の導電型を有する半導体量子ドットは、例えば、図８の実施例２に示したように、ｐ型の導電型を有するＰｂＳ超微粒子をコアとし、これを、ＭＰＡ（3-mercaptopropionic acid）からなるリガンドで被覆した構成となる。このとき、第１光電変換層１１２Ａおよび第２光電変換層１１２Ｂにおいて、半導体量子ドットにおけるリガンド組成が互いに異なる。つまり、光電変換層１１２（第１光電変換層１１２Ａおよび第２光電変換層１１２Ｂ）において、半導体量子ドットにおけるリガンド組成が堆積方向と直交する方向において異なる。
　図８の実施例２では、第１光電変換層１１２Ａおよび第２光電変換層１１２Ｂの半導体量子ドットのサイズは、互いに同一となってもよいし、互いに異なってもよい。また、図８の実施例２では、第１光電変換層１１２Ａおよび第２光電変換層１１２Ｂの半導体量子ドットの組成は、互いに同一となってもよいし、互いに異なってもよい。また、図８の実施例２では、第１光電変換層１１２Ａおよび第２光電変換層１１２Ｂの半導体量子ドットを被覆するリガンドの比率は、互いに同一となってもよいし、互いに異なってもよい。
　第１光電変換層１１２Ａにおいて、ｎ型の導電型を有する半導体量子ドットは、例えば、図８の実施例３に示したように、ｎ型の導電型を有するＰｂＳ超微粒子をコアとし、これをリガンドで被覆した構成となる。
　第２光電変換層１１２Ｂにおいて、ｐ型の導電型を有する半導体量子ドットは、例えば、図８の実施例３に示したように、ｐ型の導電型を有するＰｂＳ超微粒子をコアとし、これをリガンドで被覆した構成となる。このとき、第１光電変換層１１２Ａおよび第２光電変換層１１２Ｂにおいて、半導体量子ドットサイズが互いに異なる。つまり、光電変換層１１２（第１光電変換層１１２Ａおよび第２光電変換層１１２Ｂ）において、半導体量子ドットサイズが堆積方向と直交する方向において異なる。具体的には、第１光電変換層１１２Ａにおける半導体量子ドットサイズが、第２光電変換層１１２Ｂにおける半導体量子ドットサイズよりも大きくなっている。
　ここで、半導体量子ドットサイズ（粒径）が概ね１０ｎｍ以下になると、量子効果が顕著になり、粒径の減少と共にバンドギャップが小さくなる。例えば、図９に示したように、ＰｂＳバルクでは、バンドギャップは０．３７となる。一方、半導体量子ドットのコアがＰｂＳ超微粒子で構成されている場合、バンドギャップは、例えば、図９に示したように、粒径が１０ｎｍのときに０．６０ｅＶとなり、粒径が５ｎｍのときに０．９０ｅＶとなり、粒径が３ｎｍのときに１．３０ｅＶとなる。
　図８の実施例３では、第１光電変換層１１２Ａおよび第２光電変換層１１２Ｂの半導体量子ドットの組成は、互いに同一となってもよいし、互いに異なってもよい。また、図８の実施例３では、第１光電変換層１１２Ａおよび第２光電変換層１１２Ｂの半導体量子ドットの組成は、互いに同一となってもよいし、互いに異なってもよい。また、図８の実施例３では、第１光電変換層１１２Ａおよび第２光電変換層１１２Ｂの半導体量子ドットを被覆するリガンドの比率は、互いに同一となってもよいし、互いに異なってもよい。
　第１光電変換層１１２Ａにおいて、ｎ型の導電型を有する半導体量子ドットは、例えば、図８の実施例４に示したように、ｎ型の導電型を有するＰｂＳ超微粒子をコアとし、これをリガンドで被覆した構成となる。
　第２光電変換層１１２Ｂにおいて、ｐ型の導電型を有する半導体量子ドットは、例えば、図８の実施例４に示したように、ｐ型の導電型を有するＰｂＳ超微粒子をコアとし、これをリガンドで被覆した構成となる。このとき、第１光電変換層１１２Ａおよび第２光電変換層１１２Ｂにおいて、半導体量子ドットを被覆するリガンドの比率が互いに異なる。つまり、光電変換層１１２（第１光電変換層１１２Ａおよび第２光電変換層１１２Ｂ）において、半導体量子ドットを被覆するリガンドの比率が堆積方向と直交する方向において異なる。具体的には、第１光電変換層１１２Ａにおける、半導体量子ドットを被覆するリガンドの比率が、第２光電変換層１１２Ｂにおける、半導体量子ドットを被覆するリガンドの比率よりも多くなっている。
　図８の実施例４では、第１光電変換層１１２Ａおよび第２光電変換層１１２Ｂの半導体量子ドットのサイズは、互いに同一となってもよいし、互いに異なってもよい。また、図８の実施例４では、第１光電変換層１１２Ａおよび第２光電変換層１１２Ｂの半導体量子ドットの組成は、互いに同一となってもよいし、互いに異なってもよい。また、図８の実施例４では、第１光電変換層１１２Ａおよび第２光電変換層１１２Ｂの半導体量子ドットを被覆するリガンドの比率は、互いに同一となってもよいし、互いに異なってもよい。
[動作]
　次に、図７、図９、図１０を参照して、光電変換素子１１０（光電変換部１１Ｇ）の動作について説明する。図９は、光電変換素子１１０（光電変換部１１Ｇ）における電荷蓄積時のポテンシャルの一例を表す。図１０は、光電変換素子１１０（光電変換部１１Ｇ）における電荷転送時のポテンシャルの一例を表す。図９（Ａ)、図１０（Ａ）は、光電変換素子１１０（光電変換部１１Ｇ）における横方向（堆積方向と直交する方向）のポテンシャルの一例を表す。図９（Ｂ)、図１０（Ｂ）は、光電変換素子１１０（光電変換部１１Ｇ）における垂直方向（堆積方向と平行な方向）のポテンシャルの一例を表す。
　ここで、電極１１１の電位を電極１１３の電位よりも高くした。即ち、例えば、電極１１１を正の電位とし、電極１１３を負の電位とし、光電変換層１１２において光電変換され、電子が電極１１１に読み出される。なお、電極１１１を負の電位とし、電極１１３を正の電位とし、光電変換層１１２において光電変換に基づき生成した正孔が電極１１１に読み出される形態にあっては、以下の述べる電位の高低を逆にすればよい。
　図７、図１０、図１１中で使用している符号Ａ～Ｄは、以下のとおりである。
・Ａ：第２光電変換層１１２Ｂのうち、蓄積電極１１４と対向する領域であって、かつ電極１１１から離れた領域
・Ｂ：第１光電変換層１１２Ａのうち、蓄積電極１１４と対向する領域であって、かつ電極１１１寄りの領域
・Ｃ：第１光電変換層１１２Ａのうち、電極１１１と対向する領域
・Ｄ：第２光電変換層１１２Ｂのうち、蓄積電極１１４と対向する領域であって、かつ電極１１１寄りの領域
　電荷蓄積時においては、垂直駆動回路２１から、電極１１１に電位Ｖ１が印加され、蓄積電極１１４に電位Ｖ２が印加される。光電変換層１１２に入射された光によって光電変換層１１２において光電変換が生じる。光電変換によって生成した正孔は、電極１１３から配線ＶＯＵを介して垂直駆動回路２１へ送出される。一方、電極１１１の電位を電極１１３の電位よりも高くしたので、すなわち、例えば、電極１１１に正の電位が印加され、電極１１３に負の電位が印加されるとしたので、Ｖ２≧Ｖ１、好ましくは、Ｖ２＞Ｖ１とする。これにより、光電変換によって生成した電子は、蓄積電極１１４に引き付けられ、光電変換層１１２のうち蓄積電極１１４に隣接する領域に止まる。即ち、光電変換層１１２に電荷が蓄積される。Ｖ２＞Ｖ１であるが故に、光電変換層１１２の内部に生成した電子が、電極１１１に向かって移動することはない。光電変換の時間経過に伴い、蓄積電極１１４と対向する光電変換層１１２の領域における電位は、より負側の値となる。
　このとき、光電変換層１１２には、第１光電変換層１１２Ａおよび第２光電変換層１１２Ｂが設けられている。これにより、光電変換層１１２は、横方向（堆積方向と直交する方向）において電位勾配を有する。光電変換層１１２は、例えば、図１０に示したように、蓄積電極１１４と対向する部分（Ａ，Ｂ）において、蓄積電極１１４側から電極１１１側に向かって電位勾配を有する。この電位勾配は、第１光電変換層１１２Ａおよび第２光電変換層１１２Ｂが、図８の実施例１～４のいずれかに記載の半導体量子ドットの堆積層で構成されることにより生じる。ここで、Ｃ，Ｄの電位は、図１０に示したように、Ａ，Ｂの電位よりも低くなっている。そのため、光電変換層１１２のうち、蓄積電極１１４と対向する部分（Ａ，Ｂ）に蓄積させた電子の流出は、ＣおよびＤにおいて生じる電位障壁によって防止される。
　電荷蓄積の終了後において、リセット動作がなされる。これによって、電極１１１の電位がリセットされ、電極１１１の電位は電源の電位ＶＤＤとなる。
　リセット動作の完了後、電荷の読み出しを行う。即ち、電荷転送時において、垂直駆動回路２１から、電極１１１に電位Ｖ３が印加され、蓄積電極１１４に電位Ｖ４が印加される。ここで、Ｖ４＜Ｖ３とする。これによって、光電変換層１１２のうち蓄積電極１１４に隣接する領域に止まっていた電子は、電極１１１へ読み出される。即ち、光電変換層１１２に蓄積された電荷がカラム信号処理回路２２に読み出される。より具体的には、電荷転送時において、Ｖ４＜Ｖ３といった状態になると、光電変換層１１２から電極１１１への電荷の流れを、確実に確保することができる。
　このとき、光電変換層１１２には、第１光電変換層１１２Ａおよび第２光電変換層１１２Ｂが設けられている。これにより、光電変換層１１２は、横方向（堆積方向と直交する方向）において電位勾配を有する。光電変換層１１２は、例えば、図１１に示したように、蓄積電極１１４と対向する部分（Ａ，Ｂ）において、蓄積電極１１４側から電極１１１側に向かって電位勾配を有する。この電位勾配は、第１光電変換層１１２Ａおよび第２光電変換層１１２Ｂが、図８の実施例１～４のいずれかに記載の半導体量子ドットの堆積層で構成されることにより生じる。ここで、Ｃの電位が、図１１に示したように、Ａ，Ｂの電位よりも高くなっている。そのため、光電変換層１１２のうち、蓄積電極１１４と対向する部分（Ａ，Ｂ）に蓄積させた電子は、Ｃを介して電極１１１へ確実に転送することができる。
[効果]
　次に、本実施の形態に係る固体撮像素子１の効果について説明する。
　本実施の形態では、半導体量子ドットの堆積層で構成された光電変換層１１２において、横方向（堆積方向と直交する方向）において電位勾配が形成される。これにより、光電変換層１１２から電荷を排出したときに、電子の再結合や電荷の転送残りが抑制される。その結果、撮像画質を向上させることができる。
　本実施の形態では、光電変換層１１２において、蓄積電極１１４と対向する部分において、蓄積電極１１４側から電極１１１側に向かって電位勾配が形成される。これにより、光電変換層１１２から電荷を排出したときに、電子の再結合や電荷の転送残りが抑制される。その結果、撮像画質を向上させることができる。
　本実施の形態では、光電変換層１１２において、半導体量子ドットの組成が堆積方向と直交する方向において異なる。これにより、蓄積電極１１４と対向する部分において、蓄積電極１１４側から電極１１１側に向かって電位勾配が形成される。その結果、光電変換層１１２から電荷を排出したときに、電子の再結合や電荷の転送残りが抑制される。その結果、撮像画質を向上させることができる。
　本実施の形態では、蓄積電極１１４と対向する領域のうち電極１１１寄りの領域から、電極１１１と対向する領域に渡って光電変換層１１２Ａが形成され、光電変換層１１２Ａと同一の層内に形成され、蓄積電極１１４と対向する領域のうち、光電変換層１１２Ａの未形成領域に光電変換層１１２Ｂが形成される。さらに、本実施の形態では、光電変換層１１２Ａ，１１２Ｂにおいて、半導体量子ドットの組成が互いに異なる。これにより、蓄積電極１１４と対向する部分において、蓄積電極１１４側から電極１１１側に向かって電位勾配が形成される。その結果、光電変換層１１２から電荷を排出したときに、電子の再結合や電荷の転送残りが抑制される。その結果、撮像画質を向上させることができる。
　本実施の形態では、光電変換層１１２において、半導体量子ドットにおけるリガンド組成が堆積方向と直交する方向において異なる。これにより、蓄積電極１１４と対向する部分において、蓄積電極１１４側から電極１１１側に向かって電位勾配が形成される。その結果、光電変換層１１２から電荷を排出したときに、電子の再結合や電荷の転送残りが抑制される。その結果、撮像画質を向上させることができる。
　本実施の形態では、蓄積電極１１４と対向する領域のうち電極１１１寄りの領域から、電極１１１と対向する領域に渡って光電変換層１１２Ａが形成され、光電変換層１１２Ａと同一の層内に形成され、蓄積電極１１４と対向する領域のうち、光電変換層１１２Ａの未形成領域に光電変換層１１２Ｂが形成される。さらに、本実施の形態では、光電変換層１１２Ａ，１１２Ｂにおいて、半導体量子ドットにおけるリガンド組成が互いに異なる。これにより、蓄積電極１１４と対向する部分において、蓄積電極１１４側から電極１１１側に向かって電位勾配が形成される。その結果、光電変換層１１２から電荷を排出したときに、電子の再結合や電荷の転送残りが抑制される。その結果、撮像画質を向上させることができる。
　本実施の形態では、光電変換層１１２において、半導体量子ドットのサイズが堆積方向と直交する方向において異なる。これにより、蓄積電極１１４と対向する部分において、蓄積電極１１４側から電極１１１側に向かって電位勾配が形成される。その結果、光電変換層１１２から電荷を排出したときに、電子の再結合や電荷の転送残りが抑制される。その結果、撮像画質を向上させることができる。
　本実施の形態では、蓄積電極１１４と対向する領域のうち電極１１１寄りの領域から、電極１１１と対向する領域に渡って光電変換層１１２Ａが形成され、光電変換層１１２Ａと同一の層内に形成され、蓄積電極１１４と対向する領域のうち、光電変換層１１２Ａの未形成領域に光電変換層１１２Ｂが形成される。さらに、本実施の形態では、光電変換層１１２Ａ，１１２Ｂにおいて、半導体量子ドットのサイズが互いに異なる。これにより、蓄積電極１１４と対向する部分において、蓄積電極１１４側から電極１１１側に向かって電位勾配が形成される。その結果、光電変換層１１２から電荷を排出したときに、電子の再結合や電荷の転送残りが抑制される。その結果、撮像画質を向上させることができる。
　本実施の形態では、光電変換層１１２において、半導体量子ドットを被覆するリガンドの比率が堆積方向と直交する方向において異なる。これにより、蓄積電極１１４と対向する部分において、蓄積電極１１４側から電極１１１側に向かって電位勾配が形成される。その結果、光電変換層１１２から電荷を排出したときに、電子の再結合や電荷の転送残りが抑制される。その結果、撮像画質を向上させることができる。
　本実施の形態では、蓄積電極１１４と対向する領域のうち電極１１１寄りの領域から、電極１１１と対向する領域に渡って光電変換層１１２Ａが形成され、光電変換層１１２Ａと同一の層内に形成され、蓄積電極１１４と対向する領域のうち、光電変換層１１２Ａの未形成領域に光電変換層１１２Ｂが形成される。さらに、本実施の形態では、光電変換層１１２Ａ，１１２Ｂにおいて、半導体量子ドットを被覆するリガンドの比率が互いに異なる。これにより、蓄積電極１１４と対向する部分において、蓄積電極１１４側から電極１１１側に向かって電位勾配が形成される。その結果、光電変換層１１２から電荷を排出したときに、電子の再結合や電荷の転送残りが抑制される。その結果、撮像画質を向上させることができる。
　本実施の形態では、蓄積電極１１４と対向する領域のうち電極１１１寄りの領域から、電極１１１と対向する領域に渡ってｎ型の光電変換層１１２Ａが形成され、光電変換層１１２Ａと同一の層内に形成され、蓄積電極１１４と対向する領域のうち、光電変換層１１２Ａの未形成領域にｐ型の光電変換層１１２Ｂが形成される。これにより、蓄積電極１１４と対向する部分において、蓄積電極１１４側から電極１１１側に向かって電位勾配が形成される。その結果、光電変換層１１２から電荷を排出したときに、電子の再結合や電荷の転送残りが抑制される。その結果、撮像画質を向上させることができる。
　本実施の形態では、光電変換層１１２Ｂが光電変換層１１２Ａを覆うように形成される。これにより、横方向（堆積方向と直交する方向）だけでなく、垂直方向（堆積方向と平行な方向）にも電位勾配が形成される。その結果、光電変換層１１２から電荷を排出したときに、電子の再結合や電荷の転送残りが抑制される。その結果、撮像画質を向上させることができる。
＜２．変形例＞
　以下に、上記実施の形態に係る固体撮像素子１の変形例について説明する。
[[変形例Ａ]]
　図１５は、光電変換素子１１０（光電変換部１１Ｇ）の断面構成の一変形例を表す。上記実施の形態の光電変換素子１１０（光電変換部１１Ｇ）において、第２光電変換層１１２Ｂは、第１光電変換層１１２Ａと同一の層内にだけ形成されていてもよい。このようにした場合であっても、上記実施の形態と同様の効果が得られる。
[[変形例Ｂ]]
　図１６は、上記実施の形態およびその変形例に係る固体撮像素子１における画素１１の断面構成の一変形例を表す。上記実施の形態およびその変形例では、光電変換素子１２０が半導体基板１４０内に設けられていた。しかし、上記実施の形態およびその変形例において、光電変換素子１２０が半導体基板１４０の上方に設けられていてもよい。光電変換素子１２０は、例えば、図１６に示したように、光電変換素子１１０の上に設けられていてもよい。
　光電変換素子１１０，１２０，１３０の垂直方向における配置順は、光入射方向（オンチップレンズ１６０側）から光電変換素子１２０、光電変換素子１１０、光電変換素子１３０の順となっている。これは、より短い波長の光がより入射表面側において効率良く吸収されるからである。なお、光電変換素子１１０，１２０，１３０の垂直方向における配置順は、光入射方向（オンチップレンズ１６０側）から光電変換素子１１０、光電変換素子１２０、光電変換素子１３０の順となってもよい。
　本変形例では、光電変換素子１２０は、例えば、光電変換素子１１０上の絶縁層（保護層１１７、絶縁層１２５および保護層１２６）内に形成されており、例えば、電極１２１、光電変換層１２２および電極１２３を、半導体基板１４０側からこの順に積層して構成される。
　光電変換素子１２０は、さらに、例えば、電極１２１と同一の層内に、電極１２１と離間して配置された蓄積電極１２４を有する。蓄積電極１２４は、絶縁層１２５を介して光電変換層１２２と対向して配置される。電極１２１および蓄積電極１２４は、保護層１１７、絶縁層１２５によって覆われており、電極１２１は、絶縁層１２５の開口を介して光電変換層１２２に接している。電極１２３は、光電変換層１２２および絶縁層１２５の表面に接して形成されたベタ膜であり、例えば、隣接する画素１１の電極１２３と共通の層によって構成されている。
　光電変換素子１２０は、例えば、青色の光（４２５ｎｍ以上４９５ｎｍ以下の範囲内の波長域の光）を吸収する光電変換層１２２を有し、青色の光に感度を有している。光電変換層１２２は、例えば、青色の光を吸収する半導体量子ドットによって構成される。保護層１１７、絶縁層１２５および保護層１２６は、例えば、ＳｉＯ2や、ＳｉＮ等によって構成される。電極１２１，１２３は、例えば、透明導電材料によって構成される。透明導電材料としては、例えば、ＩＴＯや、ＩＺＯ等が挙げられる。
　光電変換素子１２０は、例えば、半導体基板１４０に設けられたコンタクトホール１６２等を介して、半導体基板１４０の裏面に設けられた配線１６３に接続されている。配線１６３は、光電変換素子１２０の電極１２１と、光電変換素子１２０用の画素回路１２（例えば、画素回路１２内の増幅トランジスタのゲート電極１６４）とを電気的に接続している。光電変換素子１２０は、第１光電変換層１１２Ａと同様の構成を有する第１光電変換層と、第２光電変換層１１２Ｂと同様の構成を有する第２光電変換層とを有する。
　本変形例では、光電変換素子１３０は、例えば、半導体基板１４０内に形成されたｎ型半導体領域１６１を光電変換層として有する。光電変換素子１３０は、例えば、赤色の光（６２０ｎｍ以上７５０ｎｍ以下の範囲内の波長域の光）を吸収するｎ型半導体領域１６１を有し、赤色の光に感度を有する。光電変換素子１３０は、例えば、半導体基板１４０に設けられた転送トランジスタＴＲを介して、半導体基板１４０の裏面に設けられた配線に接続されている。この配線は、ｎ型半導体領域１６１と、光電変換素子１３０用の画素回路１２（例えば、画素回路１２内の増幅トランジスタのゲート電極１６５）とを電気的に接続している。
　半導体基板１４０は、ｎ型半導体領域１６１と半導体基板１４０の表面との間にｐ+層１４５を有している。半導体基板１４０は、半導体基板１４０の裏面近傍にｐ+層１４４を有している。半導体基板１４０の裏面には、絶縁膜１５４が設けられており、半導体基板１４０の表面には、ＨｆＯ2膜１５１および絶縁膜１５２が積層されている。ＨｆＯ2膜１５１は、負の固定電荷を有する膜であり、このような膜を設けることによって、暗電流の発生を抑制することができる。半導体基板１４０の裏面には、例えば、光電変換素子１１０，１２０，１３０と画素回路１２とを互いに電気的に接続する配線や、画素回路１２などを覆う絶縁層１５５が形成されている。
　本変形例では、２つの光電変換素子１２０，１３０が半導体基板１４０の上方に設けられている。このようにした場合であっても、上記実施の形態と同様の効果を奏することができる。
[[変形例Ｃ]]
　図１７は、上記実施の形態およびその変形例に係る固体撮像素子１における画素１１の断面構成の一変形例を表す。本変形例では、３つの光電変換素子１１０，１２０，１３０全てが、半導体基板１４０の上方に設けられている。つまり、本変形例にかかる固体撮像素子１は、上記変形例Ｂに係る固体撮像素子１において、光電変換素子１３０を半導体基板１４０の上方に設けた装置に相当する。
　光電変換素子１１０，１２０，１３０の垂直方向における配置順は、光入射方向（オンチップレンズ１６０側）から光電変換素子１２０、光電変換素子１１０、光電変換素子１３０の順となっている。これは、より短い波長の光がより入射表面側において効率良く吸収されるからである。なお、光電変換素子１１０，１２０，１３０の垂直方向における配置順は、光入射方向（オンチップレンズ１６０側）から光電変換素子１１０、光電変換素子１２０、光電変換素子１３０の順となってもよい。
　本変形例では、光電変換素子１３０は、例えば、半導体基板４０の表面と光電変換素子１１０との間の絶縁層（絶縁層１２７，１２８，１１５）内に形成され、例えば、電極１３１、光電変換層１３２および電極１３３を、半導体基板１４０側からこの順に積層して構成される。
　光電変換素子１３０は、さらに、例えば、電極１３１と同一の層内に、電極１３１と離間して配置された蓄積電極１３４を有する。蓄積電極１３４は、絶縁層１２８を介して光電変換層１３２と対向して配置される。電極１３１および蓄積電極１３４は、絶縁層１２７，１２８によって覆われており、電極１３１は、絶縁層１２８の開口を介して光電変換層１３２に接する。電極１３３は、光電変換層１３２および絶縁層１２５の表面に接して形成されたベタ膜であり、例えば、隣接する画素１１の電極１３３と共通の層によって構成される。
　光電変換素子１３０は、例えば、赤色の光（６２０ｎｍ以上７５０ｎｍ以下の範囲内の波長域の光）を吸収する光電変換層１３２を有し、赤色の光に感度を有する。光電変換層１３２は、例えば、赤色の光を吸収する半導体量子ドットによって構成される。絶縁層１２７，１２８は、例えば、ＳｉＯ2や、ＳｉＮ等によって構成されている。電極１３，１３３は、例えば、透明導電材料によって構成されている。透明導電材料としては、例えば、ＩＴＯや、ＩＺＯ等が挙げられる。
　光電変換素子１３０は、例えば、半導体基板１４０に設けられたコンタクトホール１６６等を介して、半導体基板１４０の裏面に設けられた配線１６７に接続される。配線１６７は、光電変換素子１３０の電極１３１と、光電変換素子１３０用の画素回路１２（例えば、画素回路１２内の増幅トランジスタのゲート電極１６８）とを電気的に接続する。光電変換素子１３０は、第１光電変換層１１２Ａと同様の構成を有する第１光電変換層と、第２光電変換層１１２Ｂと同様の構成を有する第２光電変換層とを有する。
　本変形例では、３つの光電変換素子１１０，１２０，１３０全てが、半導体基板１４０の上方に設けられている。このようにした場合であっても、上記実施の形態と同様の効果を奏することができる。
　＜３．適用例＞
　図１８は、上記実施の形態およびその変形例に係る固体撮像素子１を備えた撮像システム２の概略構成の一例を表したものである。撮像システム２は、例えば、光学系２２０と、シャッタ装置２３０と、固体撮像素子１と、信号処理回路２４０と、表示部２５０とを備える。
　光学系２２０は、被写体からの像光（入射光）を固体撮像素子１の撮像面上に結像させる。シャッタ装置２３０は、光学系２２０および固体撮像素子１の間に配置され、固体撮像素子１への光照射期間および遮光期間を制御する。固体撮像素子１は、固体撮像素子１から入射された像光（入射光）を受光し、受光した像光（入射光）に応じた画素信号を信号処理回路２４０に出力する。信号処理回路２４０は、固体撮像素子１から入力された画像信号を処理して、映像データを生成する。信号処理回路２４０は、さらに、生成した映像データに対応する映像信号を生成し、表示部２５０に出力する。表示部２５０は、信号処理回路２４０から入力された映像信号に基づく映像を表示する。
　本適用例では、上記実施の形態およびその変形例に係る固体撮像素子１が撮像システム２に適用される。これにより、固体撮像素子１を小型化もしくは高精細化することができるので、撮像画質の高い撮像システム２を提供することができる。
　＜４．応用例＞
[応用例１]
　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１９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１９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で検出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１９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２０は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
　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２０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移動体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、撮像装置３は、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、高画質な撮影画像を得ることができるので、移動体制御システムにおいて撮影画像を利用した高精度な制御を行うことができる。
[応用例２]
　図２１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２１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２２は、図２１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、内視鏡１１１００のカメラヘッド１１１０２に設けられた撮像部１１４０２に好適に適用され得る。撮像部１１４０２に本開示に係る技術を適用することにより、高画質な撮影画像を得ることができるので、高画質な内視鏡１１１００を提供することができる。
　以上、実施の形態およびその変形例、適用例および応用例を挙げて本開示を説明したが、本開示は実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形が可能である。なお、本明細書中に記載された効果は、あくまで例示である。本開示の効果は、本明細書中に記載された効果に限定されるものではない。本開示が、本明細書中に記載された効果以外の効果を持っていてもよい。
　また、本開示は、以下のような構成を取ることも可能である。
（１）
　半導体量子ドットの堆積層で構成され、堆積方向と直交する方向において電位勾配を有する光電変換層を備えた
　固体撮像素子。
（２）
　前記光電変換層で発生した電荷を読み出すための読み出し電極と、
　前記読み出し電極に隣接して設けられ、前記光電変換層で発生した電荷を前記光電変換層内に蓄積させるための蓄積電極と
　を更に備え、
　前記光電変換層は、前記蓄積電極と対向する部分において、前記蓄積電極側から前記読み出し電極側に向かって電位勾配を有する
　（１）に記載の固体撮像素子。
（３）
　前記光電変換層において、前記半導体量子ドットの組成が前記堆積方向と直交する方向において異なる
　（２）に記載の固体撮像素子。
（４）
　前記光電変換層は、
　前記蓄積電極と対向する領域のうち前記読み出し電極寄りの領域から、前記読み出し電極と対向する領域に渡って形成された第１光電変換層と、
　第１光電変換層と同一の層内に形成され、前記蓄積電極と対向する領域のうち、前記第１光電変換層の未形成領域に形成された第２光電変換層と
　を有し、
　前記第１光電変換層および前記第２光電変換層において、前記半導体量子ドットの組成が互いに異なる
　（３）に記載の固体撮像素子。
（５）
　前記光電変換層において、前記半導体量子ドットにおけるリガンド組成が前記堆積方向と直交する方向において異なる
　（２）に記載の固体撮像素子。
（６）
　前記光電変換層は、
　前記蓄積電極と対向する領域のうち前記読み出し電極寄りの領域から、前記読み出し電極と対向する領域に渡って形成された第１光電変換層と、
　第１光電変換層と同一の層内に形成され、前記蓄積電極と対向する領域のうち、前記第１光電変換層の未形成領域に形成された第２光電変換層と
　を有し、
　前記第１光電変換層および前記第２光電変換層において、前記半導体量子ドットにおけるリガンド組成が互いに異なる
　（５）に記載の固体撮像素子。
（７）
　前記光電変換層において、前記半導体量子ドットのサイズが前記堆積方向と直交する方向において異なる
　（２）に記載の固体撮像素子。
（８）
　前記光電変換層は、
　前記蓄積電極と対向する領域のうち前記読み出し電極寄りの領域から、前記読み出し電極と対向する領域に渡って形成された第１光電変換層と、
　第１光電変換層と同一の層内に形成され、前記蓄積電極と対向する領域のうち、前記第１光電変換層の未形成領域に形成された第２光電変換層と
　を有し、
　前記第１光電変換層および前記第２光電変換層において、前記半導体量子ドットのサイズが互いに異なる
　（７）に記載の固体撮像素子。
（９）
　前記光電変換層において、前記半導体量子ドットを被覆するリガンドの比率が前記堆積方向と直交する方向において異なる
　（２）に記載の固体撮像素子。
（１０）
　前記光電変換層は、
　前記蓄積電極と対向する領域のうち前記読み出し電極寄りの領域から、前記読み出し電極と対向する領域に渡って形成された第１光電変換層と、
　第１光電変換層と同一の層内に形成され、前記蓄積電極と対向する領域のうち、前記第１光電変換層の未形成領域に形成された第２光電変換層と
　を有し、
　前記第１光電変換層および前記第２光電変換層において、前記半導体量子ドットを被覆するリガンドの比率が互いに異なる
　（９）に記載の固体撮像素子。
（１１）
　前記光電変換層は、
　前記蓄積電極と対向する領域のうち前記読み出し電極寄りの領域から、前記読み出し電極と対向する領域に渡って形成されたｎ型光電変換層と、
　第１光電変換層と同一の層内に形成され、前記蓄積電極と対向する領域のうち、前記第１光電変換層の未形成領域に形成されたｐ型光電変換層と
　を有する
　（２）に記載の固体撮像素子。
（１２）
　前記ｐ型光電変換層は、前記ｎ型半導体層を覆うように形成される
　（１１）に記載の固体撮像素子。
　本開示の一実施の形態に係る固体撮像素子によれば、半導体量子ドットの堆積層で構成された光電変換層において、堆積方向と直交する方向において電位勾配を形成するようにしたので、光電変換層から電荷を排出したときに、電子の再結合や電荷の転送残りを抑制することができる。その結果、画素信号を効率的に出力、転送することができる。
　本出願は、日本国特許庁において２０２０年２月１２日に出願された日本特許出願番号第２０２０－０２１８２８号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願のすべての内容を参照によって本出願に援用する。
　当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。

Claims (12)

  1. 　半導体量子ドットの堆積層で構成され、堆積方向と垂直な方向において電位勾配を有する光電変換層を備えた
    　固体撮像素子。
  2. 　前記光電変換層で発生した電荷を読み出すための読み出し電極と、
    　前記読み出し電極に隣接して設けられ、前記光電変換層で発生した電荷を前記光電変換層内に蓄積させるための蓄積電極と
    　を更に備え、
    　前記光電変換層は、前記蓄積電極と対向する部分において、前記蓄積電極側から前記読み出し電極側に向かって電位勾配を有する
    　請求項１に記載の固体撮像素子。
  3. 　前記光電変換層において、前記半導体量子ドットの組成が前記堆積方向と垂直な方向において異なる
    　請求項２に記載の固体撮像素子。
  4. 　前記光電変換層は、
    　前記蓄積電極と対向する領域のうち前記読み出し電極寄りの領域から、前記読み出し電極と対向する領域に渡って形成された第１光電変換層と、
    　第１光電変換層と同一の層内に形成され、前記蓄積電極と対向する領域のうち、前記第１光電変換層の未形成領域に形成された第２光電変換層と
    　を有し、
    　前記第１光電変換層および前記第２光電変換層において、前記半導体量子ドットの組成が互いに異なる
    　請求項３に記載の固体撮像素子。
  5. 　前記光電変換層において、前記半導体量子ドットにおけるリガンド組成が前記堆積方向と垂直な方向において異なる
    　請求項２に記載の固体撮像素子。
  6. 　前記光電変換層は、
    　前記蓄積電極と対向する領域のうち前記読み出し電極寄りの領域から、前記読み出し電極と対向する領域に渡って形成された第１光電変換層と、
    　第１光電変換層と同一の層内に形成され、前記蓄積電極と対向する領域のうち、前記第１光電変換層の未形成領域に形成された第２光電変換層と
    　を有し、
    　前記第１光電変換層および前記第２光電変換層において、前記半導体量子ドットにおけるリガンド組成が互いに異なる
    　請求項５に記載の固体撮像素子。
  7. 　前記光電変換層において、前記半導体量子ドットのサイズが前記堆積方向と垂直な方向において異なる
    　請求項２に記載の固体撮像素子。
  8. 　前記光電変換層は、
    　前記蓄積電極と対向する領域のうち前記読み出し電極寄りの領域から、前記読み出し電極と対向する領域に渡って形成された第１光電変換層と、
    　第１光電変換層と同一の層内に形成され、前記蓄積電極と対向する領域のうち、前記第１光電変換層の未形成領域に形成された第２光電変換層と
    　を有し、
    　前記第１光電変換層および前記第２光電変換層において、前記半導体量子ドットのサイズが互いに異なる
    　請求項７に記載の固体撮像素子。
  9. 　前記光電変換層において、前記半導体量子ドットを被覆するリガンドの比率が前記堆積方向と垂直な方向において異なる
    　請求項２に記載の固体撮像素子。
  10. 　前記光電変換層は、
    　前記蓄積電極と対向する領域のうち前記読み出し電極寄りの領域から、前記読み出し電極と対向する領域に渡って形成された第１光電変換層と、
    　第１光電変換層と同一の層内に形成され、前記蓄積電極と対向する領域のうち、前記第１光電変換層の未形成領域に形成された第２光電変換層と
    　を有し、
    　前記第１光電変換層および前記第２光電変換層において、前記半導体量子ドットを被覆するリガンドの比率が互いに異なる
    　請求項９に記載の固体撮像素子。
  11. 　前記光電変換層は、
    　前記蓄積電極と対向する領域のうち前記読み出し電極寄りの領域から、前記読み出し電極と対向する領域に渡って形成されたｎ型光電変換層と、
    　第１光電変換層と同一の層内に形成され、前記蓄積電極と対向する領域のうち、前記第１光電変換層の未形成領域に形成されたｐ型光電変換層と
    　を有する
    　請求項２に記載の固体撮像素子。
  12. 　前記ｐ型光電変換層は、前記ｎ型半導体層を覆うように形成される
    　請求項１１に記載の固体撮像素子。
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