WO2022196096A1 - イベント検出素子及び電子機器 - Google Patents

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WO2022196096A1
WO2022196096A1 PCT/JP2022/002199 JP2022002199W WO2022196096A1 WO 2022196096 A1 WO2022196096 A1 WO 2022196096A1 JP 2022002199 W JP2022002199 W JP 2022002199W WO 2022196096 A1 WO2022196096 A1 WO 2022196096A1
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WO
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transistor
logarithmic
logarithmic conversion
event detection
photoelectric conversion
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PCT/JP2022/002199
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English (en)
French (fr)
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拓也 花田
誠 中村
航也 土本
祐亮 村川
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
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/50—Control of the SSIS exposure
    • H04N25/57—Control of the dynamic range
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H04N25/77—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components

Definitions

  • the present disclosure relates to an event detection element and an electronic device including the event detection element.
  • Solid-state imaging devices that capture image data (frames) in synchronization with synchronization signals such as vertical synchronization signals have been used in imaging devices and the like. With this general solid-state imaging device, image data can only be acquired at each synchronization signal cycle (e.g., 1/60th of a second). It becomes difficult to deal with the situation. Therefore, a solid-state imaging device has been proposed in which a detection circuit is provided for each pixel to detect, in real time, that the light amount of the pixel exceeds a threshold value as an address event (see, for example, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2002-100003). A solid-state imaging device that detects an address event for each pixel in this way is called an EVS (Event-based Vision Sensor).
  • EVS Event-based Vision Sensor
  • the EVS includes a photoelectric conversion element that generates electric charge corresponding to the amount of received light, and a circuit that detects whether or not an address event is fired based on a change in the current value of the photoelectric current due to the electric charge generated by the photoelectric conversion element. It has a structure integrated on the same substrate. However, the EVS has a limited illuminance-converted dynamic range due to the structure of the mounted transistor.
  • the present disclosure has been made in view of such circumstances, and aims to provide an event detection element and an electronic device capable of expanding the dynamic range.
  • One aspect of the present disclosure includes a plurality of pixels each outputting an event detection signal indicating whether or not the amount of change in the amount of received incident light exceeds a predetermined threshold, each of the plurality of pixels: a substrate having a support layer of a first conductivity type, a buried oxide film stacked on the light incident side of the support layer, and a silicon layer stacked on the light incident side of the buried oxide film; a photoelectric conversion portion of a second conductivity type opposite to the first conductivity type that is formed up to the support layer and generates charges according to the amount of the incident light received; a logarithmic conversion transistor that converts a photocurrent generated by a charge generated by a logarithmic voltage signal into a logarithmic voltage signal; and an event detection element which is a tunnel field effect transistor having a source of the first conductivity type.
  • Another aspect of the present disclosure includes a plurality of pixels each outputting an event detection signal indicating whether or not the amount of change in the amount of received incident light exceeds a predetermined threshold, each of the plurality of pixels a substrate having a support layer of a first conductivity type, a buried oxide film stacked on the light incident side of the support layer, and a silicon layer stacked on the light incident side of the buried oxide film; a photoelectric conversion portion of a second conductivity type opposite to the first conductivity type formed to reach the support layer and generating electric charge according to the amount of incident light received; a logarithmic conversion transistor that converts a photocurrent generated by an electric charge generated by a unit into a logarithmic voltage signal; and an isolation unit that isolates and isolates the photoelectric conversion unit from the logarithmic conversion transistor, is an electronic device including an event detection element that is a tunnel field effect transistor having a source of the first conductivity type.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a solid-state imaging device according to an embodiment of the present technology
  • FIG. It is a block diagram showing one example of composition of a pixel array part in one embodiment of this art.
  • FIG. 5 is a plan view showing an arrangement configuration of logarithmic conversion circuits in pixels as a comparative example of the embodiment;
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a substrate taken along a dotted line arrow A-A' passing through a pixel in a vertical direction as a comparative example of the embodiment;
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a substrate taken vertically through a dotted arrow A-A' through a pixel, as an embodiment of the present technology; It is a figure which shows the relationship of the voltage current of MOSFET and TFET.
  • 1 is a cross-sectional view (Part 1) showing a process flow for forming a pixel according to an embodiment of the present technology
  • FIG. 2 is a cross-sectional view (part 2) showing a process flow for forming a pixel according to an embodiment of the present technology
  • FIG. 1 is a block diagram showing an example of a schematic configuration of a vehicle control system
  • FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of installation positions of an outside information detection unit and an imaging unit;
  • first conductivity type is one of p-type or n-type
  • second conductivity type means one of p-type or n-type, which is different from “first conductivity type”.
  • first conductivity type is one of p-type or n-type
  • second conductivity type means one of p-type or n-type, which is different from “first conductivity type”.
  • +" and “-” attached to "n” and “p” refer to semiconductor regions having relatively high or low impurity densities, respectively, compared to semiconductor regions not marked with “+” and “-”. It means to be an area. However, even if the same "n” is attached to the semiconductor region, it does not mean that the impurity density of each semiconductor region is exactly the same.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a solid-state imaging device 100 according to an embodiment of the present technology.
  • the solid-state imaging device 100 includes a drive circuit 111 , a signal processing section 112 , an arbiter 113 and a pixel array section 200 .
  • a plurality of pixels 210 are arranged in a two-dimensional grid in the pixel array section 200 .
  • Each of the plurality of pixels 210 generates an analog signal having a voltage corresponding to the photocurrent as a pixel signal.
  • each of the plurality of pixels 210 detects the presence or absence of an address event based on whether the amount of change in photocurrent exceeds a predetermined threshold. Pixel 210 then outputs a request to arbiter 113 when an address event occurs.
  • the drive circuit 111 drives each of the plurality of pixels 210 to output a pixel signal to a column AD converter (not shown) or the signal processing unit 112 .
  • the arbiter 113 arbitrates requests from the pixels 210 and transmits responses to the requesting pixels 210 based on the arbitration results.
  • the pixel 210 that has received the response outputs an event detection signal to the drive circuit 111 and the signal processing section 112 .
  • the signal processing unit 112 executes predetermined signal processing such as CDS (Correlated Double Sampling) processing and image recognition processing on pixel signals from the pixels 210 or column AD converters.
  • predetermined signal processing such as CDS (Correlated Double Sampling) processing and image recognition processing on pixel signals from the pixels 210 or column AD converters.
  • FIG. 2 is a block diagram showing one configuration example of the pixel array section 200 in one embodiment of the present technology.
  • the pixel array section 200 includes a plurality of pixels 210 and a transfer section 220 .
  • Each of the plurality of pixels 210 includes a logarithmic conversion circuit 230 including a photodiode (PD) 231 as a photoelectric conversion section, a buffer 240 , a subtractor 250 and a quantizer 260 .
  • PD photodiode
  • the logarithmic conversion circuit 230 converts the photocurrent from the photodiode 231 into its logarithmic voltage signal. This logarithmic conversion circuit 230 outputs the voltage signal to the buffer 240 .
  • the photodiode 231 constitutes a photoelectric conversion section that photoelectrically converts incident light.
  • the anode of photodiode 231 is grounded.
  • the cathode of the photodiode 231 is connected to the source of the logarithmic conversion transistor 232 .
  • the buffer 240 corrects the voltage signal output from the logarithmic conversion circuit 230 .
  • This buffer 240 outputs the corrected voltage signal to the subtractor 250 .
  • the subtractor 250 reduces the level of the voltage signal output from the buffer 240 according to the drive signal from the drive circuit 111.
  • FIG. The subtractor 250 outputs the lowered voltage signal to the quantizer 260 .
  • the quantizer 260 compares the voltage signal output from the subtractor 250 with a predetermined threshold voltage.
  • the quantizer 260 outputs a signal indicating the comparison result to the transfer section 220 as an event detection signal.
  • the transfer section 220 transfers the event detection signal from the quantizer 260 to the signal processing section 112 and the like.
  • the transfer unit 220 outputs a request for transmission of an event detection signal to the arbiter 113 when an address event is detected. Upon receiving a response to the request from the arbiter 113 , the transfer unit 220 outputs an event detection signal to the drive circuit 111 and the signal processing unit 112 .
  • the logarithmic conversion circuit 230 includes a logarithmic conversion transistor 232 , an amplification transistor 233 and a transistor 234 .
  • the source 232s of the logarithmic conversion transistor 232 is connected to the photodiode 231, and the drain 232d is connected to the power supply terminal.
  • the amplification transistor 233 and the transistor 234 are connected in series between the power supply terminal and the ground.
  • a connection point between the drain 233 d of the amplification transistor 233 and the source 234 s of the transistor 234 is connected to the gate 232 g of the logarithmic conversion transistor 232 and the buffer 240 .
  • a predetermined bias voltage is applied to the gate 234 g of the transistor 234 .
  • the drain 232d of the logarithmic conversion transistor 232 and the drain 234d of the transistor 234 are connected to the power supply side, and such a circuit is called a source follower.
  • a gate 233 g of the amplification transistor 233 is connected to the photodiode 231 and the source 232 s of the logarithmic conversion transistor 232 .
  • the amplification transistor 233 amplifies the potential applied to the gate 232 g of the logarithmic conversion transistor 232 according to the amount of charge generated by the photodiode 231 .
  • the two source followers convert the photocurrent from the photodiode 231 into a logarithmic voltage signal by the logarithmic conversion transistor 232 . Also, the transistor 234 supplies a constant current to the amplification transistor 233 .
  • FIG. 3 is a plan view showing the layout configuration of the logarithmic conversion circuit 230, the buffer 240, the subtractor 250 and the quantizer 260 in the pixel 210. As shown in FIG. In FIG. 3, the arrangement configuration of the photodiode 231, the logarithmic conversion transistor 232, and the amplification transistor 233 of the logarithmic conversion circuit 230 will be described as a representative.
  • a plurality of pixels 210 are electrically isolated by an inter-pixel isolation section (RFTI) 270 .
  • the inter-pixel separation section 270 is formed in a lattice shape so as to surround each pixel 210 .
  • FIG. 4 shows a cross-sectional view of substrate 280 taken perpendicularly through dotted arrow AA′ through pixel 210 .
  • the surface on the light incident surface side (upper side in FIG. 4) of each pixel 210 of the solid-state imaging device 100 is referred to as the “back surface”, and the surface opposite to the light incident surface side (lower side in FIG. 4) is referred to as the “surface. ”.
  • the pixel 210 has a substrate 280 on which a photodiode 231, a source 232s and a drain 232d of a logarithmic conversion transistor 232, and a source 233s and a drain 233d of an amplification transistor 233 are formed.
  • a gate 232g of the logarithmic conversion transistor 232 and a gate 233g of the amplification transistor 233 are stacked on the back surface of the substrate 280 .
  • the substrate 280 for example, a p-type semiconductor substrate made of silicon (Si) can be used.
  • the photodiode 231 generates signal charges according to the amount of incident light, and accumulates the generated signal charges.
  • the electrons that cause the dark current generated at the interface of the substrate 280 are the majority carriers of the p-type semiconductor region formed in the depth direction from the back side of the substrate 280 and the p-type semiconductor region formed on the surface. Dark current is suppressed by being absorbed by the holes.
  • the inter-pixel isolation part 270 is formed in the depth direction from the back side of the substrate 280, as shown in FIG.
  • the inter-pixel separation section 270 is embedded with an insulating film for enhancing the light shielding performance.
  • a wiring 291 electrically connects between the source 232 s of the logarithmic conversion transistor 232 and the gate 233 g of the amplification transistor 233 .
  • a wiring 292 electrically connects the gate 232 g of the logarithmic conversion transistor 232 and the drain 233 d of the amplification transistor 233 .
  • a drain 232d of the logarithmic conversion transistor 232 is connected to the power supply terminal 235 via a wiring (not shown). Also, the drain 233d of the amplification transistor 233 is connected to the power supply terminal 235 via the wiring 292 and another wiring (not shown). A source 233s of the amplification transistor 233 is grounded (Vss).
  • MOSFET logarithmic conversion transistor 232 is replaced with tunnel field effect transistor (TFET) logarithmic conversion transistor 310 and substrate 280 is replaced with substrate 400 in an SOI structure.
  • TFET tunnel field effect transistor
  • FIG. 5(a) shows, in one embodiment, a cross-sectional view of the substrate 400 cut vertically along the dotted line arrow A-A' passing through the pixel 210 shown in FIG. 4 above.
  • FIG. 5(b) shows a plan view of the logarithmic conversion transistor 310.
  • FIG. 5(a) the same parts as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
  • a substrate 400 having an SOI structure includes a p-type (first conductivity type) support layer (P-sub) 410 and a buried oxide film (Box) 420 stacked on the back side of the support layer 410. and a silicon layer 430 stacked on the back side of the buried oxide film 420 .
  • An n-type (second conductivity type) photodiode 231 is formed on the SOI structure substrate 400 from the silicon layer 430 to the support layer 410 .
  • a source 233s and a drain 233d of the amplification transistor 233 and a source 310s and a drain 310d of the logarithmic conversion transistor 310 are formed.
  • the logarithmic conversion transistor 310 has a p-type (P+) source 310s and is electrically isolated from the photodiode 231 and other transistors by an isolation section (STI) 510. there is The amplification transistor 233 is electrically isolated from the photodiode 231 and other transistors by an isolation section (STI) 520 .
  • An isolation portion (STI) 530 is formed in the silicon layer 430 of the inter-pixel isolation portion 270 .
  • the isolation portions 510 , 520 , 530 are formed in the depth direction from the back side of the silicon layer 430 to the buried oxide film 420 .
  • the isolation portions 510, 520, and 530 are embedded with an insulating film for enhancing light shielding performance.
  • a wiring 610 electrically connects the source 310 s of the logarithmic conversion transistor 310 , the photodiode 231 , and the gate 233 g of the amplification transistor 233 .
  • a wiring 620 electrically connects the gate 310 g of the logarithmic conversion transistor 310 and the drain 233 d of the amplification transistor 233 .
  • FIG. 6(a) shows the voltage-current relationship between the MOSFET and the TFET.
  • the vertical axis represents the value of the photocurrent (ID) flowing through the drain 310d of the logarithmic conversion transistor 310
  • the horizontal axis represents the voltage (VG) biased to the gate 310g of the logarithmic conversion transistor 310. showing.
  • the photocurrent (ID) flowing through the drain 310d of the TFET is larger than that of the MOSFET.
  • FIG. 6(b) shows an enlarged view of the area where the logarithmic linearity is obtained.
  • the vertical axis represents the illuminance, that is, the value of the photocurrent (ID) flowing through the drain 310d of the logarithmic conversion transistor 310
  • the horizontal axis represents the voltage (VG) biased to the gate 310g of the logarithmic conversion transistor 310.
  • the TFET can receive more photocurrent (illuminance) at the same voltage (Vout), so the dynamic range (DR) can be expanded in terms of illuminance.
  • the logarithmic conversion transistor 310 is a tunnel field effect transistor, it is surrounded by a buried oxide film 420 and an isolation portion 510 so that the p-type source 310s and the support layer 410 of the substrate 400 are not short-circuited. separates the source 310s and the support layer 410.
  • the photodiode 231 is n-type and the source 310s of the logarithmic conversion transistor 310 is p-type, a depletion layer is formed if the photodiode 231 and the source 310s of the logarithmic conversion transistor 310 are directly connected. For this reason, the photodiode 231 and the source 310 s of the logarithmic conversion transistor 310 are separated by the separating portion 510 , and the photodiode 231 and the source 310 s of the logarithmic conversion transistor 310 are connected by the wiring 610 .
  • the formation of a depletion layer can be prevented by separating the photodiode 231 and the source 233s of the amplification transistor 233 with the isolation section 520 .
  • a substrate 400 having an SOI structure is prepared by stacking a p-type support layer 410, a buried oxide film 420, and a silicon layer 430. As shown in FIG. A dry etching process is performed on 420 and silicon layer 430 to obtain opening 710 exposing the top surface of support layer 410 .
  • a silicon layer 730 is formed on the upper surface of the silicon layer 430 by, for example, epitaxial growth, and a silicon layer 720 for the photodiode 231 is formed for the opening 710. do.
  • the upper surface of the silicon layer 720 is made flush with the upper surface of the silicon layer 430 by, for example, CMP (Chemical Mechanical Polishing).
  • CMP Chemical Mechanical Polishing
  • the silicon layer 430 is dry-etched to obtain openings 741 and 742 exposing the upper surface of the buried oxide film 420 .
  • a separating portion 510 is formed for the opening 741, and a separating portion 520 is formed for the opening 742, as shown in FIG. 8(b).
  • a photodiode 231 is formed in the silicon layer 720, and a transistor including an amplification transistor 233 and a logarithmic conversion transistor 310 is formed.
  • the dynamic range can be expanded in terms of illuminance.
  • the logarithmic conversion transistor 310 is surrounded by the buried oxide film 420 and the isolator 510 so that the source 310s of the logarithmic conversion transistor 310 and the supporting layer 410 of the substrate 400 are not short-circuited. can be done.
  • the source 310s of the logarithmic conversion transistor 310 is p-type, and the photodiode 231 is n-type. By electrically connecting the source 310 s of the transistor 310 and the photodiode 231 with the wiring 610 , it can be driven.
  • the technology (the present technology) according to the present disclosure can be applied to various products.
  • the technology according to the present disclosure can be realized as a device mounted on any type of moving body such as automobiles, electric vehicles, hybrid electric vehicles, motorcycles, bicycles, personal mobility, airplanes, drones, ships, and robots. may
  • FIG. 9 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 technology according to the present disclosure can be applied.
  • Vehicle control system 12000 comprises a plurality of electronic control units connected via communication network 12001 .
  • the vehicle control system 12000 includes a drive system control unit 12010, a body system control unit 12020, an exterior information detection unit 12030, an interior information detection unit 12040, and an integrated control unit 12050.
  • a microcomputer 12051, an audio/image output unit 12052, and an in-vehicle network I/F (interface) 12053 are illustrated.
  • the drive system control unit 12010 controls the operation of devices related to the drive system of the vehicle according to various programs.
  • the driving system control unit 12010 includes a driving force generator for generating 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 to adjust and a brake device to generate braking force of the vehicle.
  • the body system control unit 12020 controls the operation of various devices equipped 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, winkers or fog lamps.
  • the body system control unit 12020 can receive radio waves transmitted from a portable device that substitutes for a key or signals from various switches.
  • the body system control unit 12020 receives the input of these radio waves or signals and controls the door lock device, power window device, lamps, etc. of the vehicle.
  • the vehicle exterior information detection unit 12030 detects information outside the vehicle in which the vehicle control system 12000 is installed.
  • the vehicle exterior information detection unit 12030 is connected with an imaging section 12031 .
  • the vehicle exterior information detection unit 12030 causes the imaging unit 12031 to capture an image of the exterior 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 people, vehicles, obstacles, signs, or characters on the road surface based on the received image.
  • the imaging unit 12031 is an optical sensor that receives light and outputs an electrical signal according to the amount of received light.
  • the imaging unit 12031 can output the electric signal as an image, and can also output it as distance measurement information.
  • the light received by the imaging unit 12031 may be visible light or non-visible light such as infrared rays.
  • the in-vehicle information detection unit 12040 detects in-vehicle information.
  • the in-vehicle information detection unit 12040 is connected to, for example, a driver state detection section 12041 that detects the state of the driver.
  • the driver state detection unit 12041 includes, for example, a camera that captures an image of the driver, and the in-vehicle information detection unit 12040 detects the degree of fatigue or concentration of the driver based on the detection information input from the driver state detection unit 12041. It may be calculated, or it may be determined whether the driver is dozing off.
  • the microcomputer 12051 calculates control target values for 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 controls the drive system control unit.
  • a control command can be output to 12010 .
  • the microcomputer 12051 realizes the functions of ADAS (Advanced Driver Assistance System) including collision avoidance or shock mitigation, follow-up driving based on inter-vehicle distance, vehicle speed maintenance driving, vehicle collision warning, or vehicle lane deviation warning. Cooperative control can be performed for the purpose of ADAS (Advanced Driver Assistance System) including collision avoidance or shock mitigation, follow-up driving based on inter-vehicle distance, vehicle speed maintenance driving, vehicle collision warning, or vehicle lane deviation warning. Cooperative control can be performed for the purpose of ADAS (Advanced Driver Assistance System) including collision avoidance or shock mitigation, follow-up driving based on inter-vehicle distance, vehicle speed maintenance driving, vehicle collision warning, or vehicle
  • the microcomputer 12051 controls the driving force generator, the steering mechanism, the braking device, etc. based on the information about the vehicle surroundings acquired by the vehicle exterior information detection unit 12030 or the vehicle interior information detection unit 12040, so that the driver's Cooperative control can be performed for the purpose of autonomous driving, etc., in which vehicles autonomously travel without depending on 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 information detection unit 12030 outside the vehicle.
  • the microcomputer 12051 controls the headlamps according to the position of the preceding vehicle or the oncoming vehicle detected by the vehicle exterior information detection unit 12030, and performs cooperative control aimed at anti-glare such as switching from high beam to low beam. It can be carried out.
  • the audio/image output unit 12052 transmits at least one of audio and/or image output signals to an output device capable of visually or audibly notifying the passengers of the vehicle or the outside of the vehicle.
  • an audio speaker 12061, a display unit 12062, and an instrument panel 12063 are illustrated as output devices.
  • the display unit 12062 may include at least one of an on-board display and a head-up display, for example.
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of the installation position of the imaging unit 12031.
  • vehicle 12100 has imaging units 12101 , 12102 , 12103 , 12104 , and 12105 as imaging unit 12031 .
  • the imaging units 12101, 12102, 12103, 12104, and 12105 are provided at positions such as the front nose of the vehicle 12100, the side mirrors, the rear bumper, the back door, and the upper part of the windshield in the vehicle interior, for example.
  • An image pickup unit 12101 provided in the front nose and an image pickup unit 12105 provided above the windshield in the passenger compartment mainly acquire images in front of the vehicle 12100 .
  • Imaging units 12102 and 12103 provided in the side mirrors mainly acquire side images of the vehicle 12100 .
  • An imaging unit 12104 provided in the rear bumper or back door mainly acquires an image behind the vehicle 12100 .
  • Forward images acquired by the imaging units 12101 and 12105 are mainly used for detecting preceding vehicles, pedestrians, obstacles, traffic lights, traffic signs, lanes, and the like.
  • FIG. 10 shows an example of the imaging range of the imaging units 12101 to 12104.
  • the imaging range 12111 indicates the imaging range of the imaging unit 12101 provided in the front nose
  • the imaging ranges 12112 and 12113 indicate the imaging ranges of the imaging units 12102 and 12103 provided in the side mirrors, respectively
  • the imaging range 12114 The imaging range of an imaging unit 12104 provided on the rear bumper or 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 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 imaging units 12101 to 12104 may be a stereo camera composed of a plurality of imaging elements, or may be an imaging element having pixels for phase difference detection.
  • the microcomputer 12051 determines the distance to each three-dimensional object within the imaging ranges 12111 to 12114 and changes in this distance over time (relative velocity with respect to the vehicle 12100). , it is possible to extract, as the preceding vehicle, the closest three-dimensional object on the course of the vehicle 12100, which runs at a predetermined speed (for example, 0 km/h or more) in substantially the same direction as the vehicle 12100. can. Furthermore, the microcomputer 12051 can set the inter-vehicle distance to be secured in advance in front of the preceding vehicle, and perform automatic brake control (including following stop control) and automatic acceleration control (including following start control). In this way, cooperative control can be performed for the purpose of automatic driving in which the vehicle runs autonomously without relying on the operation of the driver.
  • automatic brake control including following stop control
  • automatic acceleration control including following start control
  • the microcomputer 12051 converts three-dimensional object data related to three-dimensional objects to other three-dimensional objects such as motorcycles, ordinary vehicles, large vehicles, pedestrians, and utility poles. 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 those that are visible to the driver of the vehicle 12100 and those that are difficult to see. Then, the microcomputer 12051 judges the collision risk indicating the degree of danger 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, an audio speaker 12061 and a display unit 12062 are displayed. By outputting an alarm to the driver via the drive system control unit 12010 and performing forced deceleration and avoidance steering via the drive system control unit 12010, driving support for collision avoidance can be performed.
  • At least one of the imaging units 12101 to 12104 may be an infrared camera that detects infrared rays.
  • the microcomputer 12051 can recognize a pedestrian by determining whether or not the pedestrian exists in the captured images of the imaging units 12101 to 12104 .
  • recognition of a pedestrian is performed by, for example, a procedure for extracting feature points in images captured by the imaging units 12101 to 12104 as infrared cameras, and performing pattern matching processing on a series of feature points indicating the outline of an object to determine whether or not the pedestrian is a pedestrian.
  • the audio image output unit 12052 outputs a rectangular outline for emphasis to the recognized pedestrian. is superimposed on the display unit 12062 . Also, the audio/image output unit 12052 may control the display unit 12062 to display an icon or the like indicating a pedestrian at a desired position.
  • the technology according to the present disclosure can be applied to, for example, the imaging unit 12031 among the configurations described above.
  • the solid-state imaging device 100 in FIG. 1 can be applied to the imaging unit 12031 .
  • a plurality of pixels each outputting an event detection signal indicating whether or not the amount of change in the amount of incident light received exceeds a predetermined threshold, each of the plurality of pixels, a substrate having a support layer of a first conductivity type, a buried oxide film stacked on the light incident side of the support layer, and a silicon layer stacked on the light incident side of the buried oxide film; a photoelectric conversion portion of a second conductivity type opposite to the first conductivity type, which is formed from the silicon layer to the support layer and generates charges according to the amount of incident light received; a logarithmic conversion transistor located in the silicon layer and converting a photocurrent generated by the photoelectric conversion unit into a logarithmic voltage signal; a separation unit that insulates and separates the photoelectric conversion unit and the logarithmic conversion transistor;
  • the event detection element wherein the logarithmic conversion transistor is a tunnel field effect transistor having a source of the first conductivity type.
  • each of the plurality of pixels includes an amplification transistor that amplifies the potential applied to the gate of the logarithmic conversion transistor according to the amount of charge generated by the photoelectric conversion section, and surrounds the amplification transistor with the buried oxide film and the isolation section. ).
  • the gate of the amplification transistor is electrically connected to the source of the logarithmic conversion transistor and the photoelectric conversion unit by wiring.
  • a plurality of pixels each outputting an event detection signal indicating whether or not the amount of change in the amount of incident light received exceeds a predetermined threshold, each of the plurality of pixels, a substrate having a support layer of a first conductivity type, a buried oxide film stacked on the light incident side of the support layer, and a silicon layer stacked on the light incident side of the buried oxide film; a photoelectric conversion portion of a second conductivity type opposite to the first conductivity type, which is formed from the silicon layer to the support layer and generates charges according to the amount of incident light received; a logarithmic conversion transistor located in the silicon layer and converting a photocurrent generated by the photoelectric conversion unit into a logarithmic voltage signal; a separation unit that insulates and separates the photoelectric conversion unit and the logarithmic conversion transistor;
  • the logarithmic conversion transistor includes an event detection element that is a tunnel field effect transistor having a source of the first conductivity type, Electronics.
  • Imaging unit 12040 In-vehicle information detection unit 12041: Driver state detection unit 12050: Integrated control unit 12051: Microcomputer 12052: Audio image output unit 12061: Audio speaker 12062 Display unit 12063 Instrument panel 12100 Vehicle 12101, 12102, 12103, 12104, 12105 Imaging unit 12111, 12112, 12113, 12114 Imaging range.

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Abstract

ダイナミックレンジの拡大を図ることができるイベント検出素子を提供する。イベント検出素子は、それぞれ入射光の受光量の変化量が所定の閾値を超えたか否かの検出結果を示すイベント検出信号を出力する複数の画素を備える。複数の画素のそれぞれは、第１導電型の支持層と、支持層の光入射側に積層される埋め込み酸化膜と、埋め込み酸化膜の光入射側に積層されるシリコン層とを有する基板と、シリコン層から支持層に至り形成され、入射光の受光量に応じた電荷を発生する第１導電型とは逆の第２導電型の光電変換部と、シリコン層に位置し、光電変換部により発生した電荷による光電流を、対数の電圧信号に変換する対数変換トランジスタと、光電変換部と対数変換トランジスタとの間を絶縁して分離する分離部とを備える。対数変換トランジスタは、ソースを第１導電型としたトンネル電界効果トランジスタである。

Description

イベント検出素子及び電子機器
　本開示は、イベント検出素子、及びイベント検出素子を備える電子機器に関する。
　以前より、垂直同期信号などの同期信号に同期して画像データ（フレーム）を撮像する固体撮像素子が、撮像装置などにおいて用いられている。この一般的な固体撮像素子では、同期信号の周期（例えば、１／６０秒）ごとにしか画像データを取得することができないため、交通やロボットなどに関する分野において、より高速な処理が要求された場合に対応することが困難になる。そこで、画素アドレスごとに、その画素の光量が閾値を超えた旨をアドレスイベントとしてリアルタイムに検出する検出回路を画素毎に設けた固体撮像素子が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このように、画素毎にアドレスイベントを検出する固体撮像素子は、ＥＶＳ(Event based Vision Sensor)と呼ばれる。
特表２０１６－５３３１４０号公報
　上記ＥＶＳは、受光光量に応じた電荷を発生させる光電変換素子と、光電変換素子により発生した電荷による光電流の電流値の変化に基づいてアドレスイベントの発火の有無を検出するための回路とが同一の基板に集積された構成を有する。しかしながら、上記ＥＶＳでは、搭載するトランジスタの構造に起因して照度換算のダイナミックレンジが制限される。
　本開示はこのような事情に鑑みてなされたもので、ダイナミックレンジの拡大を図ることができるイベント検出素子及び電子機器を提供することを目的とする。
　本開示の一態様は、それぞれ入射光の受光量の変化量が所定の閾値を超えたか否かの検出結果を示すイベント検出信号を出力する複数の画素を備え、前記複数の画素のそれぞれは、第１導電型の支持層と、当該支持層の光入射側に積層される埋め込み酸化膜と、該埋め込み酸化膜の光入射側に積層されるシリコン層とを有する基板と、前記シリコン層から前記支持層に至り形成され、前記入射光の受光量に応じた電荷を発生する前記第１導電型とは逆の第２導電型の光電変換部と、前記シリコン層に位置し、該光電変換部により発生した電荷による光電流を、対数の電圧信号に変換する対数変換トランジスタと、前記光電変換部と前記対数変換トランジスタとの間を絶縁して分離する分離部とを備え、前記対数変換トランジスタは、ソースを前記第１導電型としたトンネル電界効果トランジスタであるイベント検出素子である。
　本開示の他の態様は、それぞれ入射光の受光量の変化量が所定の閾値を超えたか否かの検出結果を示すイベント検出信号を出力する複数の画素を備え、前記複数の画素のそれぞれは、第１導電型の支持層と、当該支持層の光入射側に積層される埋め込み酸化膜と、該埋め込み酸化膜の光入射側に積層されるシリコン層とを有する基板と、前記シリコン層から前記支持層に至り形成され、前記入射光の受光量に応じた電荷を発生する前記第１導電型とは逆の第２導電型の光電変換部と、前記シリコン層に位置し、該光電変換部により発生した電荷による光電流を、対数の電圧信号に変換する対数変換トランジスタと、前記光電変換部と前記対数変換トランジスタとの間を絶縁して分離する分離部とを備え、前記対数変換トランジスタは、ソースを前記第１導電型としたトンネル電界効果トランジスタであるイベント検出素子を備えた、電子機器である。
本技術の一実施形態に係る固体撮像素子の一構成例を示すブロック図である。 本技術の一実施形態における画素アレイ部の一構成例を示すブロック図である。 実施形態の比較例として、画素における対数変換回路の配置構成を示す平面図である。 実施形態の比較例として、画素を通る点線矢印Ａ－Ａ’を垂直方向に切断した基板の断面図である。 本技術の一実施形態として、画素を通る点線矢印Ａ－Ａ’を垂直方向に切断した基板の断面図である。 ＭＯＳＦＥＴとＴＦＥＴとの電圧電流の関係を示す図である。 本技術の一実施形態に係る画素を形成するためのプロセスフローを示す断面図（その１）である。 本技術の一実施形態に係る画素を形成するためのプロセスフローを示す断面図（その２）である。 車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。 車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。
　以下において、図面を参照して本開示の実施形態を説明する。以下の説明で参照する図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付し、重複する説明を省略する。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各装置や各部材の厚みの比率等は現実のものと異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判定すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
　本明細書において、「第１導電型」はｐ型又はｎ型の一方であり、「第２導電型」はｐ型又はｎ型のうちの「第１導電型」とは異なる一方を意味する。また、「ｎ」や「ｐ」に付す「＋」や「－」は、「＋」及び「－」が付記されていない半導体領域に比して、それぞれ相対的に不純物密度が高い又は低い半導体領域であることを意味する。但し、同じ「ｎ」と「ｎ」とが付された半導体領域であっても、それぞれの半導体領域の不純物密度が厳密に同じであることを意味するものではない。
　また、以下の説明における上下等の方向の定義は、単に説明の便宜上の定義であって、本開示の技術的思想を限定するものではない。例えば、対象を９０°回転して観察すれば上下は左右に変換して読まれ、１８０°回転して観察すれば上下は反転して読まれることは勿論である。
　なお、本明細書中に記載される効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また他の効果があってもよい。
　＜一実施形態＞　
　（固体撮像素子の全体構成）　
　本技術の一実施形態に係るイベント検出素子としての固体撮像素子１００について説明する。図１は、本技術の一実施形態に係る固体撮像素子１００の一構成例を示すブロック図である。固体撮像素子１００は、駆動回路１１１、信号処理部１１２、アービタ１１３及び画素アレイ部２００を備える。
　画素アレイ部２００には、複数の画素２１０が二次元格子状に配列される。複数の画素２１０のそれぞれは、光電流に応じた電圧のアナログ信号を画素信号として生成する。また、複数の画素２１０のそれぞれは、光電流の変化量が所定の閾値を超えたか否かにより、アドレスイベントの有無を検出する。そして、アドレスイベントが生じた際に画素２１０は、リクエストをアービタ１１３に出力する。
　駆動回路１１１は、複数の画素２１０のそれぞれを駆動して画素信号を図示しないカラムＡＤ変換器または信号処理部１１２に出力させるものである。
　アービタ１１３は、画素２１０からのリクエストを調停し、調停結果に基づいて応答をリクエスト元の画素２１０に送信するものである。応答を受け取った画素２１０は、イベント検出信号を駆動回路１１１及び信号処理部１１２に出力する。
　信号処理部１１２は、画素２１０もしくはカラムＡＤ変換器からの画素信号に対し、ＣＤＳ（Correlated Double Sampling）処理や画像認識処理などの所定の信号処理を実行するものである。
　（画素アレイ部の構成例）　
　図２は、本技術の一実施形態における画素アレイ部２００の一構成例を示すブロック図である。画素アレイ部２００は、複数の画素２１０と、転送部２２０とを備える。複数の画素２１０のそれぞれは、光電変換部としてのフォトダイオード（ＰＤ）２３１を含む対数変換回路２３０と、バッファ２４０と、減算器２５０と、量子化器２６０とを備える。
　対数変換回路２３０は、フォトダイオード２３１からの光電流を、その対数の電圧信号に変換するものである。この対数変換回路２３０は、電圧信号をバッファ２４０に出力する。フォトダイオード２３１は、入射光を光電変換する光電変換部を構成する。フォトダイオード２３１のアノードは接地されている。フォトダイオード２３１のカソードには、対数変換トランジスタ２３２のソースが接続されている。
　バッファ２４０は、対数変換回路２３０から出力される電圧信号を補正するものである。このバッファ２４０は、補正後の電圧信号を減算器２５０に出力する。
　減算器２５０は、駆動回路１１１からの駆動信号に従ってバッファ２４０から出力される電圧信号のレベルを低下させるものである。この減算器２５０は、低下後の電圧信号を量子化器２６０に出力する。
　量子化器２６０は、減算器２５０から出力される電圧信号と、所定の閾値電圧とを比較するものである。量子化器２６０は、比較結果を示す信号をイベント検出信号として転送部２２０に出力する。
　転送部２２０は、量子化器２６０からのイベント検出信号を信号処理部１１２等に転送するものである。この転送部２２０は、アドレスイベントが検出された際に、イベント検出信号の送信を要求するリクエストをアービタ１１３に出力する。そして、転送部２２０は、リクエストに対する応答をアービタ１１３から受信すると、イベント検出信号を駆動回路１１１及び信号処理部１１２に出力する。
　対数変換回路２３０は、対数変換トランジスタ２３２と、増幅トランジスタ２３３と、トランジスタ２３４とを備える。対数変換トランジスタ２３２のソース２３２ｓは、フォトダイオード２３１に接続され、ドレイン２３２ｄは電源端子に接続される。増幅トランジスタ２３３及びトランジスタ２３４は、電源端子と接地との間において、直列に接続される。また、増幅トランジスタ２３３のドレイン２３３ｄ及びトランジスタ２３４のソース２３４ｓの接続点は、対数変換トランジスタ２３２のゲート２３２ｇとバッファ２４０とに接続される。また、トランジスタ２３４のゲート２３４ｇには、所定のバイアス電圧が印加される。
　対数変換トランジスタ２３２のドレイン２３２ｄ及びトランジスタ２３４のドレイン２３４ｄは、電源側に接続されており、このような回路はソースフォロワと呼ばれる。増幅トランジスタ２３３のゲート２３３ｇは、フォトダイオード２３１及び対数変換トランジスタ２３２のソース２３２ｓに接続される。増幅トランジスタ２３３は、フォトダイオード２３１により発生した電荷の量に応じて対数変換トランジスタ２３２のゲート２３２ｇにかかる電位を増幅する。
　２つのソースフォロワにより、フォトダイオード２３１からの光電流は、対数変換トランジスタ２３２により対数の電圧信号に変換される。また、トランジスタ２３４は、一定の電流を増幅トランジスタ２３３に供給する。
　＜実施形態の比較例＞　
　（対数変換回路の配置構成）　
　図３は、画素２１０における対数変換回路２３０、バッファ２４０、減算器２５０及び量子化器２６０の配置構成を示す平面図である。なお、図３では、対数変換回路２３０のフォトダイオード２３１、対数変換トランジスタ２３２及び増幅トランジスタ２３３の配置構成を代表して説明する。
　複数の画素２１０間は、画素間分離部（ＲＦＴＩ）２７０により電気的に素子分離されている。画素間分離部２７０は、各画素２１０を取り囲むように格子状に形成されている。
　（画素の断面構造）　
　図４は、画素２１０を通る点線矢印Ａ－Ａ’を垂直方向に切断した基板２８０の断面図を示す。以下、固体撮像素子１００の各画素２１０の光入射面側（図４の上側）の面を「裏面」と呼び、光入射面側とは反対側（図４の下側）の面を「表面」と呼ぶ。
　図４に示すように、画素２１０は、基板２８０に、フォトダイオード２３１、対数変換トランジスタ２３２のソース２３２ｓ及びドレイン２３２ｄ、増幅トランジスタ２３３のソース２３３ｓ及びドレイン２３３ｄを形成している。基板２８０の裏面には、対数変換トランジスタ２３２のゲート２３２ｇ、増幅トランジスタ２３３のゲート２３３ｇが積層される。
　基板２８０としては、例えば、シリコン（Ｓｉ）からなるｐ型半導体基板を使用できる。フォトダイオード２３１では、入射された光の光量に応じた信号電荷が生成され、生成された信号電荷が蓄積される。また、基板２８０の界面で発生する暗電流の原因となる電子は、基板２８０の裏面側から深さ方向に形成されたｐ型半導体領域及び表面に形成されたｐ型半導体領域の多数キャリアである正孔に吸収されることで、暗電流が抑制される。
　画素間分離部２７０は、図４に示すように、基板２８０の裏面側から深さ方向に形成されている。画素間分離部２７０は、遮光性能を高くするための絶縁膜が埋め込まれている。
　対数変換トランジスタ２３２のソース２３２ｓと、増幅トランジスタ２３３のゲート２３３ｇとの間は、配線２９１により電気的に接続されている。また、対数変換トランジスタ２３２のゲート２３２ｇと、増幅トランジスタ２３３のドレイン２３３ｄとの間は、配線２９２により電気的に接続されている。
　対数変換トランジスタ２３２のドレイン２３２ｄは、図示しない配線を介して電源端子２３５に接続されている。また、増幅トランジスタ２３３のドレイン２３３ｄは、配線２９２及び他の配線（図示せず）を介して電源端子２３５に接続されている。増幅トランジスタ２３３のソース２３３ｓは、接地（Ｖｓｓ）されている。
　ところで、図４に示すように、基板２８０に対数変換トランジスタ２３２を搭載した構造では、照度換算のダイナミックレンジが制限される。
　＜一実施形態の解決手段＞　
　そこで、一実施形態では、ＭＯＳＦＥＴの対数変換トランジスタ２３２をトンネル電界効果トランジスタ（ＴＦＥＴ）の対数変換トランジスタ３１０に代え、基板２８０をＳＯＩ構造の基板４００に代えるものとしている。
　図５（ａ）は、一実施形態において、上記図４に示す画素２１０を通る点線矢印Ａ－Ａ’を垂直方向に切断した基板４００の断面図を示す。図５（ｂ）は、対数変換トランジスタ３１０の平面図を示す。なお、図５（ａ）において、上記図４と同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。
　図５（ａ）において、ＳＯＩ構造の基板４００は、ｐ型（第１導電型）の支持層（Ｐ－ｓｕｂ）４１０と、支持層４１０の裏面側に積層される埋め込み酸化膜（Ｂｏｘ）４２０と、埋め込み酸化膜４２０の裏面側に積層されるシリコン層４３０とにより構成される。
　ＳＯＩ構造の基板４００には、シリコン層４３０から支持層４１０に至り、ｎ型（第２導電型）のフォトダイオード２３１が形成されている。また、シリコン層４３０には、増幅トランジスタ２３３のソース２３３ｓ及びドレイン２３３ｄ、対数変換トランジスタ３１０のソース３１０ｓ及びドレイン３１０ｄが形成されている。
　対数変換トランジスタ３１０は、図５（ｂ）に示すように、ｐ型（Ｐ＋）のソース３１０ｓを有し、分離部（ＳＴＩ）５１０によりフォトダイオード２３１や他のトランジスタと電気的に素子分離されている。
　増幅トランジスタ２３３は、分離部（ＳＴＩ）５２０によりフォトダイオード２３１や他のトランジスタと電気的に素子分離されている。なお、画素間分離部２７０のシリコン層４３０に、分離部（ＳＴＩ）５３０が形成されている。
　分離部５１０，５２０，５３０は、シリコン層４３０の裏面側から埋め込み酸化膜４２０までの深さ方向に形成されている。分離部５１０，５２０，５３０は、遮光性能を高くするための絶縁膜が埋め込まれている。
　対数変換トランジスタ３１０のソース３１０ｓと、フォトダイオード２３１と、増幅トランジスタ２３３のゲート２３３ｇとの間は、配線６１０により電気的に接続されている。また、対数変換トランジスタ３１０のゲート３１０ｇと、増幅トランジスタ２３３のドレイン２３３ｄとの間は、配線６２０により電気的に接続されている。
　一実施形態では、対数変換トランジスタ３１０をトンネル電界効果トランジスタ（ＴＦＥＴ）とすることで、照度換算でダイナミックレンジ（ＤＲ）を拡大することができる。図６（ａ）は、ＭＯＳＦＥＴとＴＦＥＴとの電圧電流の関係を示している。なお、図６（ａ）において、縦軸は対数変換トランジスタ３１０のドレイン３１０ｄに流れる光電流（ＩＤ）の値を示し、横軸は対数変換トランジスタ３１０のゲート３１０ｇにバイアスされる電圧（ＶＧ）を示している。図６（ａ）に示す点丸で囲った対数リニアティが取れている領域では、ＴＦＥＴはＭＯＳＦＥＴよりもドレイン３１０ｄに流れる光電流（ＩＤ）の値が大きい。
　図６（ｂ）は、対数リニアティが取れている領域の拡大図を示している。図６（ｂ）において、縦軸は照度、つまり対数変換トランジスタ３１０のドレイン３１０ｄに流れる光電流（ＩＤ）の値を示し、横軸は対数変換トランジスタ３１０のゲート３１０ｇにバイアスされる電圧（ＶＧ）を示している。図６（ｂ）において、同じ電圧（Ｖｏｕｔ）でもＴＦＥＴの方がより多くの光電流（照度）を受けることができるので、照度換算でダイナミックレンジ（ＤＲ）を拡大することができる。
　図５に戻って、対数変換トランジスタ３１０は、トンネル電界効果トランジスタであるため、ｐ型のソース３１０ｓと基板４００の支持層４１０とがショートしないように、埋め込み酸化膜４２０と分離部５１０とで取り囲んでソース３１０ｓと支持層４１０とを分離している。
　また、フォトダイオード２３１がｎ型であり、対数変換トランジスタ３１０のソース３１０ｓがｐ型であるため、直接フォトダイオード２３１と対数変換トランジスタ３１０のソース３１０ｓとを接続すると空乏層が形成されてしまう。このため、フォトダイオード２３１と対数変換トランジスタ３１０のソース３１０ｓとの間を分離部５１０で分離し、配線６１０によりフォトダイオード２３１と対数変換トランジスタ３１０のソース３１０ｓとの間を接続している。
　なお、増幅トランジスタ２３３のソース２３３ｓがｐ型であった場合でも、フォトダイオード２３１と増幅トランジスタ２３３のソース２３３ｓとの間を分離部５２０で分離することで、空乏層の形成を阻止できる。
　（画素の製造方法）　
　図７及び図８は、一実施形態に係る画素２１０を形成するためのプロセスフローを示す。
　図７（ａ）に示すように、ｐ型の支持層４１０、埋め込み酸化膜４２０及びシリコン層４３０を積層したＳＯＩ構造の基板４００を用意し、図７（ｂ）に示すように、埋め込み酸化膜４２０及びシリコン層４３０に対してドライエッチング処理を行って、支持層４１０の上面を露出した開口部７１０を得る。
　開口部７１０を得た後、図７（ｃ）に示すように、例えばエピタキシャル成長させてシリコン層４３０の上面にシリコン層７３０を形成し、開口部７１０に対しフォトダイオード２３１用のシリコン層７２０を形成する。
　次に、図７（ｄ）に示すように、例えばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）研磨により、シリコン層７２０の上面をシリコン層４３０の上面と面一にする。　
　次に、図８（ａ）に示すように、シリコン層４３０に対してドライエッチング処理を行って、埋め込み酸化膜４２０の上面を露出した開口部７４１，７４２を得る。
　開口部７４１，７４２を得た後、図８（ｂ）に示すように、開口部７４１に対し分離部５１０を形成し、開口部７４２に対し分離部５２０を形成する。
　以後、図８（ｃ）に示すように、シリコン層７２０にフォトダイオード２３１を形成し、増幅トランジスタ２３３及び対数変換トランジスタ３１０を含むトランジスタを形成する。
　＜一実施形態による作用効果＞　
　以上のように一実施形態によれば、対数変換トランジスタ３１０をｐ型のソース３１０ｓを有するトンネル電界効果トランジスタとすることにより、照度換算でダイナミックレンジを拡大することができる。
　また、一実施形態によれば、対数変換トランジスタ３１０を埋め込み酸化膜４２０と分離部５１０とにより取り囲むことで、対数変換トランジスタ３１０のソース３１０ｓと基板４００の支持層４１０とがショートしないようにすることができる。
　さらに、一実施形態によれば、対数変換トランジスタ３１０のソース３１０ｓがｐ型で、フォトダイオード２３１がｎ型であることから、直接接続すると空乏層が形成されて駆動できなくなるため、別途に対数変換トランジスタ３１０のソース３１０ｓと、フォトダイオード２３１とを配線６１０により電気的に接続することで、駆動できるようになる。
　＜その他の実施形態＞　
　上記のように、本技術は一実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本技術を限定するものであると理解すべきではない。上記の一実施形態が開示する技術内容の趣旨を理解すれば、当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が本技術に含まれ得ることが明らかとなろう。また、一実施形態がそれぞれ開示する構成を、矛盾の生じない範囲で適宜組み合わせることができる。例えば、複数の異なる実施形態がそれぞれ開示する構成を組み合わせてもよく、同一の実施形態の複数の異なる変形例がそれぞれ開示する構成を組み合わせてもよい。
　＜移動体への応用例＞　
　本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
　図９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９に示した例では、車両制御システム１２０００は、駆動系制御ユニット１２０１０、ボディ系制御ユニット１２０２０、車外情報検出ユニット１２０３０、車内情報検出ユニット１２０４０、及び統合制御ユニット１２０５０を備える。また、統合制御ユニット１２０５０の機能構成として、マイクロコンピュータ１２０５１、音声画像出力部１２０５２、及び車載ネットワークＩ／Ｆ（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）１２０５３が図示されている。
　駆動系制御ユニット１２０１０は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット１２０１０は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。
　ボディ系制御ユニット１２０２０は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット１２０２０は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット１２０２０には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット１２０２０は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
　車外情報検出ユニット１２０３０は、車両制御システム１２０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット１２０３０には、撮像部１２０３１が接続される。車外情報検出ユニット１２０３０は、撮像部１２０３１に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット１２０３０は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。
　撮像部１２０３１は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部１２０３１は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部１２０３１が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。
　車内情報検出ユニット１２０４０は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット１２０４０には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部１２０４１が接続される。運転者状態検出部１２０４１は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット１２０４０は、運転者状態検出部１２０４１から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。
　マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット１２０１０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｄｒｉｖｅｒ　Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ　Ｓｙｓｔｅｍ）の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。
　また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０又は車内情報検出ユニット１２０４０で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
　また、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット１２０２０に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車外情報検出ユニット１２０３０で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。
　音声画像出力部１２０５２は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図９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１０は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
　図１０では、車両１２１００は、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５を有する。
　撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５は、例えば、車両１２１００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部１２１０１及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部１２１０５は、主として車両１２１００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部１２１０２，１２１０３は、主として車両１２１００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部１２１０４は、主として車両１２１００の後方の画像を取得する。撮像部１２１０１及び１２１０５で取得される前方の画像は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。
　なお、図１０には、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲１２１１１は、フロントノーズに設けられた撮像部１２１０１の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１２，１２１１３は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部１２１０２，１２１０３の撮像範囲を示し、撮像範囲１２１１４は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部１２１０４の撮像範囲を示す。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両１２１００を上方から見た俯瞰画像が得られる。
　撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。
　例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を基に、撮像範囲１２１１１ないし１２１１４内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化（車両１２１００に対する相対速度）を求めることにより、特に車両１２１００の進行路上にある最も近い立体物で、車両１２１００と略同じ方向に所定の速度（例えば、０ｋｍ／ｈ以上）で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ１２０５１は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御（追従停止制御も含む）や自動加速制御（追従発進制御も含む）等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。
　例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、２輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、車両１２１００の周辺の障害物を、車両１２１００のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ１２０５１は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ１２０６１や表示部１２０６２を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット１２０１０を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。
　撮像部１２１０１ないし１２１０４の少なくとも１つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ１２０５１は、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ１２０５１が、撮像部１２１０１ないし１２１０４の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部１２０５２は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部１２０６２を制御する。また、音声画像出力部１２０５２は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部１２０６２を制御してもよい。
　以上、本開示に係る技術が適用され得る車両制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、例えば、撮像部１２０３１等に適用され得る。具体的には、図１の固体撮像素子１００は、撮像部１２０３１に適用することができる。
　なお、本開示は以下のような構成も取ることができる。　
（１）
　それぞれ入射光の受光量の変化量が所定の閾値を超えたか否かの検出結果を示すイベント検出信号を出力する複数の画素を備え、
　前記複数の画素のそれぞれは、
　第１導電型の支持層と、該支持層の光入射側に積層される埋め込み酸化膜と、該埋め込み酸化膜の光入射側に積層されるシリコン層とを有する基板と、
　前記シリコン層から前記支持層に至り形成され、前記入射光の受光量に応じた電荷を発生する前記第１導電型とは逆の第２導電型の光電変換部と、
　前記シリコン層に位置し、該光電変換部により発生した電荷による光電流を、対数の電圧信号に変換する対数変換トランジスタと、
　前記光電変換部と前記対数変換トランジスタとの間を絶縁して分離する分離部と
を備え、
　前記対数変換トランジスタは、ソースを前記第１導電型としたトンネル電界効果トランジスタである
イベント検出素子。
（２）
　前記対数変換トランジスタのソースは、前記光電変換部と配線により電気的に接続される
上記（１）に記載のイベント検出素子。
（３）
　前記複数の画素のそれぞれは、
　前記光電変換部により発生した電荷の量に応じて前記対数変換トランジスタのゲートにかかる電位を増幅する増幅トランジスタを備え、該増幅トランジスタを前記埋め込み酸化膜と、前記分離部とにより囲い込む
上記（１）に記載のイベント検出素子。
（４）
　前記増幅トランジスタのゲートは、前記対数変換トランジスタのソース、及び前記光電変換部と配線により電気的に接続される
上記（３）に記載のイベント検出素子。
（５）
　それぞれ入射光の受光量の変化量が所定の閾値を超えたか否かの検出結果を示すイベント検出信号を出力する複数の画素を備え、
　前記複数の画素のそれぞれは、
　第１導電型の支持層と、該支持層の光入射側に積層される埋め込み酸化膜と、該埋め込
み酸化膜の光入射側に積層されるシリコン層とを有する基板と、
　前記シリコン層から前記支持層に至り形成され、前記入射光の受光量に応じた電荷を発生する前記第１導電型とは逆の第２導電型の光電変換部と、
　前記シリコン層に位置し、該光電変換部により発生した電荷による光電流を、対数の電圧信号に変換する対数変換トランジスタと、
　前記光電変換部と前記対数変換トランジスタとの間を絶縁して分離する分離部と
を備え、
　前記対数変換トランジスタは、ソースを前記第１導電型としたトンネル電界効果トランジスタである
イベント検出素子を備えた、
電子機器。
　１００…固体撮像素子、１１１…駆動回路、１１２…信号処理部、１１３…アービタ、２００…画素アレイ部、２１０…画素、２２０…転送部、２３０…対数変換回路、２３１…フォトダイオード、２３２，３１０…対数変換トランジスタ、２３２ｄ，２３３ｄ，２３４ｄ，３１０ｄ…ドレイン、２３２ｇ，２３３ｇ，２３４ｇ，３１０ｇ…ゲート、２３２ｓ，２３３ｓ，２３４ｓ，３１０ｓ…ソース、２３３…増幅トランジスタ、２３５…電源端子、２４０…バッファ、２５０…減算器、２６０…量子化器、２７０…画素間分離部、２８０，４００…基板、２９１，２９２，６１０，６２０…配線、４１０…支持層、４２０…埋め込み酸化膜、４３０，７２０…シリコン層、５１０，５２０，５３０…分離部、７１０，７４１，７４２…開口部、７３０…レジスト膜、１２０００…車両制御システム、１２００１…通信ネットワーク、１２０１０…駆動系制御ユニット、１２０２０…ボディ系制御ユニット、１２０３０…車外情報検出ユニット、１２０３１…撮像部、１２０４０…車内情報検出ユニット、１２０４１…運転者状態検出部、１２０５０…統合制御ユニット、１２０５１…マイクロコンピュータ、１２０５２…音声画像出力部、１２０６１…オーディオスピーカ、１２０６２…表示部、１２０６３…インストルメントパネル、１２１００…車両、１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５…撮像部、１２１１１，１２１１２，１２１１３，１２１１４…撮像範囲。

Claims (5)

  1. 　それぞれ入射光の受光量の変化量が所定の閾値を超えたか否かの検出結果を示すイベント検出信号を出力する複数の画素を備え、
    　前記複数の画素のそれぞれは、
    　第１導電型の支持層と、該支持層の光入射側に積層される埋め込み酸化膜と、該埋め込み酸化膜の光入射側に積層されるシリコン層とを有する基板と、
    　前記シリコン層から前記支持層に至り形成され、前記入射光の受光量に応じた電荷を発生する前記第１導電型とは逆の第２導電型の光電変換部と、
    　前記シリコン層に位置し、該光電変換部により発生した電荷による光電流を、対数の電圧信号に変換する対数変換トランジスタと、
    　前記光電変換部と前記対数変換トランジスタとの間を絶縁して分離する分離部と
    を備え、
    　前記対数変換トランジスタは、ソースを前記第１導電型としたトンネル電界効果トランジスタである
    イベント検出素子。
  2. 　前記対数変換トランジスタのソースは、前記光電変換部と配線により電気的に接続される
    請求項１に記載のイベント検出素子。
  3. 　前記複数の画素のそれぞれは、
    　前記光電変換部により発生した電荷の量に応じて前記対数変換トランジスタのゲートにかかる電位を増幅する増幅トランジスタを備え、該増幅トランジスタを前記埋め込み酸化膜と、前記分離部とにより囲い込む
    請求項１に記載のイベント検出素子。
  4. 　前記増幅トランジスタのゲートは、前記対数変換トランジスタのソース、及び前記光電変換部と配線により電気的に接続される
    請求項３に記載のイベント検出素子。
  5. 　それぞれ入射光の受光量の変化量が所定の閾値を超えたか否かの検出結果を示すイベント検出信号を出力する複数の画素を備え、
    　前記複数の画素のそれぞれは、
    　第１導電型の支持層と、該支持層の光入射側に積層される埋め込み酸化膜と、該埋め込み酸化膜の光入射側に積層されるシリコン層とを有する基板と、
    　前記シリコン層から前記支持層に至り形成され、前記入射光の受光量に応じた電荷を発生する前記第１導電型とは逆の第２導電型の光電変換部と、
    　前記シリコン層に位置し、該光電変換部により発生した電荷による光電流を、対数の電圧信号に変換する対数変換トランジスタと、
    　前記光電変換部と前記対数変換トランジスタとの間を絶縁して分離する分離部と
    を備え、
    　前記対数変換トランジスタは、ソースを前記第１導電型としたトンネル電界効果トランジスタである
    イベント検出素子を備えた、
    電子機器。
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