CN106576147B - 像素电路、半导体光检测装置和辐射计数装置 - Google Patents

像素电路、半导体光检测装置和辐射计数装置 Download PDF

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Abstract

本发明能够增大图像传感器的每个像素的尺寸。在像素电路中，光电转换单元将光转换成电荷，且电荷累积单元在光接收表面上的以下的多边形区域中累积电荷，该多边形区域的多个侧边与光电转换单元相邻。电压产生单元累积电荷并产生与累积的电荷的量相对应的电压。第一传输单元当至所述电荷累积单元的传输被指示时将电荷从光电转换单元传输至电荷累积单元。第二传输单元当至电压产生单元的传输被指示时将电荷从电荷累积单元传输至电压产生单元。

Description

像素电路、半导体光检测装置和辐射计数装置
技术领域
本发明涉及像素电路、半导体光检测装置和辐射计数装置。具体地，本发明涉及用于光子计数器的像素电路、半导体光检测装置和辐射计数装置。
背景技术
近年来，互补金属氧化物半导体(CMOS)成像器已经日益广泛地用于数码相机、便携式摄像机和监控摄像机等，且其市场也在不断地扩大。在这种CMOS成像器中，每个像素电路通过使用光电二极管将入射光转换成电子，在固定时段内累积电子，并接着将反映其累积电荷量的信号输出至内置在芯片中的模数(AD)转换器。AD转换器对信号进行数字化，并接着将数字化的信号输出至下一级。在CMOS成像器中，像素布置成矩阵形状以用于成像。
一般的像素电路设置有光电二极管、传输晶体管、复位晶体管、放大晶体管、浮动扩散层和选择晶体管等。入射在像素电路的硅基板上的光子产生电子空穴对，且然后光电二极管在其阴极侧的节点中累积电子。通过以预时序接通传输晶体管以驱动放大晶体管的栅极来将电子传输至浮动扩散层。因此，信号电荷变为垂直信号线的信号，且通过选择晶体管来读取该信号。
放大晶体管和垂直信号线连接至恒定电流电路。恒定电流电路构成源极跟随器。此外，电荷累积层的信号以略小于1的增益被或多或少地衰减，并被输出至垂直信号线。
此外，复位晶体管与传输晶体管被同时接通，将累积在光电二极管中的电子抽取至电源，并由此将像素电路复位至累积之前的暗状态(即，无入射光的状态)。例如供应3V的电源，以用于复位和源极跟随器。
这种CMOS成像器由于近年来的小型化而降低了像素电路内部的寄生电容量，从而提高了转换效率和灵敏度。这里，作为上述源极跟随器的放大器输入端的检测节点由传输晶体管的漏极扩散层、放大晶体管的栅电极以及连接这两者的布线形成。如果寄生电容量由于小型化而减小，则相应地，用于由光电二极管产生的信号电荷的检测节点的电位大幅度地波动，经由源极跟随器去往信号线的像素输出也相应地增加，且因此灵敏度提高。
此外，CMOS成像器已经表现出提高的基板晶体质量，且暗电流的减小以及放大晶体管的噪声的降低取得进展。换句话说，信号的信噪(S/N)比已得到显著改善，且根据这种趋势，已经提出了用作处理诸如荧光等超弱光的光学检测器的装置(例如，参见专利文献1)。
作为预期应用之一，例示了与闪烁体组合的辐射计数装置。近来，辐射计数(光子计数)已经应用于诸如剂量计和伽马照相机等各个领域，在辐射计数时，在以入射光子为单位来分辨相应辐射的能量的同时对入射到检测器上的辐射剂量进行计数。对于这样的检测器，近年来主要使用闪烁体和光电倍增器。如果使用CMOS成像器替换这种检测器，则可以实现装置的尺寸和重量的显著减小。另外，还可以将辐射计数方法引入至需要高空间分辨率的X射线成像和计算机断层摄影(CT)成像，且可以实现暴露剂量的急剧减少。
引文列表
专利文献
专利文献1：JP2011-97581A
发明内容
技术问题
当前的CMOS成像器的像素尺寸至多约为4×4平方微米(μm2)。通过使上述检测节点的寄生电容量最小化以提高S/N比并抑制检测电路等的噪声，可以认为来自每个像素的输出的随机噪声被抑制至大约一个电子信号。
这里，例如，如果试图接收从5×5平方毫米(mm2)的闪烁体产生的光，则1250×1250个像素能够接收光。从以下的用于表示电子信号的均方根(RMS)的表达式获得此时的总像素噪声。
(12×1250×1250)1/2＝1250……表达式1
基于表达式1，在输出中出现1250个电子的不一致性。因此，存在的问题在于，在辐射计数时不能获得足够的能量分辨率。此外，针对闪烁光的一个脉冲，需要从1250行的像素中顺序地读取数据，且因此暂时不可能响应下一次辐射的入射。也就是说，难以提高计数速率。
增大像素的尺寸对于提高能量分辨率和计数速率是有效的，然而，过去的CMOS成像器的像素存在的问题在于，不可能在相对于弱光保持S/N比的同时增大每个像素的尺寸。这主要是由于以下原因。也就是说，不可能增大检测节点的寄生电容量以保持输出信号。因此，不可能根据每个像素的尺寸来扩大检测节点的区域。然而，当将光电二极管设定为大而将检测节点的区域设定为小时，需要将由于超弱光而在光电二极管中产生的一个或几个电子可靠地传递到检测节点。即使通过调整杂质分布给出电位梯度，电子移动距离也存在限制。然而，目前几乎没有研究出任何具体的方法以在使检测节点的区域保持得非常小的同时实现具有高灵敏度和高开口率的大型像素。
考虑上述情况而提出本发明，并且旨在增大图像传感器的每个像素的尺寸。
技术方案
本发明是为了解决上述问题而提出的，且本发明的第一方面提供了一种像素电路，所述像素电路包括：光电转换单元，其被构造成将光转换成电荷；电荷累积单元，其被构造成在光接收表面上的以下的多边形区域中累积所述电荷，该多边形区域的多个侧边与所述光电转换单元相邻；电压产生单元，其被构造成累积电荷，并产生与累积的所述电荷的量相对应的电压；第一传输单元，其被构造成当至所述电荷累积单元的传输被指示时将所述电荷从所述光电转换单元传输至所述电荷累积单元；以及第二传输单元，其被构造成当至所述电压产生单元的传输被指示时将所述电荷从所述电荷累积单元传输至所述电压产生单元。因此，表现出了如下效果：电荷被传输至电荷累积单元，电荷累积单元在其多个侧边与光电转换单元相邻的多边形区域中累积电荷，且电荷被从电荷累积单元传输至电压产生单元。
根据第一方面，所述电荷累积单元可以将光转换成电荷，并累积该转换的电荷和被传输的所述电荷。因此，表现出了如下效果：被光电转换的电荷和被传输的电荷被累积。
根据第一方面，所述电荷累积单元可以包括：第一中间节点，其被构造成累积所述电荷；以及第二中间节点，其被构造成在以下的多边形区域中累积所述电荷，该多边形区域的多个侧边与所述第一中间节点相邻，且所述第一传输单元可包括：第一传输晶体管，其被构造成当至所述第一中间节点的传输被指示时将所述电荷从光电转换单元传输至所述第一中间节点；以及第二传输晶体管，其被构造成当至所述第二中间节点的传输被指示时将所述电荷从所述第一中间节点传输至所述第二中间节点。因此，表现出了如下效果：电荷被从光电转换单元传输至第一中间节点，且电荷被从第一中间节点传输至第二中间节点。
根据第一方面，所述第一中间节点和所述第二中间节点中的至少一者可以将光转换成电荷，并且可以累积该转换的电荷和被传输的所述电荷。因此，表现出了如下效果：被光电转换的电荷和传输的电荷被累积在第一中间节点和第二中间节点中的至少一者中。
根据第一方面，所述像素电路还可以包括布线层，所述布线层设置在所述光电转换单元面对的两个平坦表面中的一者上。所述光被照射至后表面，所述后表面是所述两个平坦表面中的没有设置所述布线层的表面。光可以被照射到作为所述两个平坦表面中的没有设置布线层的表面的后表面。因此，表现出了如下效果：光被照射到后表面。
本发明的第二方面提供一种半导体光检测装置，所述半导体光检测装置包括：光电转换单元，其被构造成将光转换成电荷；电荷累积单元，其被构造成在光接收表面上的以下的多边形区域中累积所述电荷，该多边形区域的多个侧边与所述光电转换单元相邻；电压产生单元，其被构造成累积电荷，并产生与累积的所述电荷的量相对应的电压；第一传输单元，其被构造成当至所述电荷累积单元的传输被指示时将所述电荷从所述光电转换单元传输至所述电荷累积单元；第二传输单元，其被构造成当至所述电压产生单元的传输被指示时将所述电荷从所述电荷累积单元传输至所述电压产生单元；以及检测单元，其被构造成基于产生的所述电压检测光的光量。因此，表现出了如下效果：电荷被传输至电荷累积单元，电荷累积单元在其多个侧边与光电转换单元相邻的多边形区域中累积电荷，且电荷被从电荷累积单元传输至电压产生单元。
本发明的第三方面提供一种辐射计数装置，所述辐射计数装置包括：闪烁体，其被构造成当辐射入射时发出闪烁光；像素阵列单元，其具有多个像素电路，每个所述像素电路包括：光电转换单元，其被构造成将光转换成电荷；电荷累积单元，其被构造成在光接收表面上的以下的多边形区域中累积所述电荷，该多边形区域的多个侧边与所述光电转换单元相邻；电压产生单元，其被构造成累积电荷，并产生与累积的所述电荷的量相对应的电压；第一传输单元，其被构造成当至所述电荷累积单元的传输被指示时将所述电荷从所述光电转换单元传输至所述电荷累积单元；以及第二传输单元，其被构造成当至所述电压产生单元的传输被指示时将所述电荷从所述电荷累积单元传输至所述电压产生单元；和检测单元，其被构造成基于生成的所述电压检测光的光量。因此，表现出了如下效果：电荷被传输至电荷累积单元，电荷累积单元在其多个侧边与光电转换单元相邻的多边形区域中累积电荷，且电荷被从电荷累积单元传输至电压产生单元。
根据第三方面，所述闪烁体可以被划分成多个分隔区，并且所述检测单元可以检测所述多个分隔区中的每个分隔区的所述光量。因此，表现出了如下效果：针对每个分隔区检测光量。
根据第三方面，所述检测单元可以检测多个像素电路中的每者的所述光量。因此，表现出了如下效果：针对每个像素检测光量。
根据第三方面，所述像素阵列单元可以被划分为多个像素块，每个所述像素块具有预定数量的所述像素电路，且所述检测单元可以检测所述多个像素块中的每者的所述光量。因此，表现出了如下效果：针对每个像素块检测光量。
本发明的有益效果
根据本发明，可以表现出增大图像传感器的每个像素的尺寸的优异效果。注意，这里描述的效果不一定是限制性的，且可以表现出本发明中描述的任何效果。
附图说明
图1是示出根据第一实施例的图像传感器的构造的示例的框图。
图2是示出根据第一实施例的像素电路的示例的电路图。
图3是根据第一实施例的像素电路的平面图的示例。
图4是根据第一实施例的像素电路的沿X方向观察的横截面图的示例。
图5是根据第一实施例的像素电路的沿Y方向观察的横截面图的示例。
图6示出用于说明根据第一实施例的电荷到中间节点的传输的电位图。
图7是用于说明根据第一实施例的电荷到检测节点的传输的示图。
图8是示出根据第一实施例的像素电路的操作示例的时序图。
图9是示出根据第二实施例的像素电路的示例的电路图。
图10是根据第二实施例的像素电路的平面图的示例。
图11是根据第二实施例的像素电路的沿X方向观察的横截面图的示例。
图12是示出根据第二实施例的像素电路的操作示例的时序图。
图13是示出根据第三实施例的像素电路的示例的电路图。
图14是根据第三实施例的像素电路的平面图的示例。
图15是根据第三实施例的像素电路的沿X方向观察的横截面图的示例。
图16是示出根据第三实施例的像素电路的操作示例的时序图。
图17是根据第一变形例的辐射计数装置的立体图的示例。
图18是根据第二变形例的辐射计数装置的立体图的示例。
图19是根据第三变形例的图像传感器的立体图的示例。
图20是示出根据第三变形例的像素块的示例的电路图。
具体实施方式
下面将说明用于实施本发明的优选实施例(在下文中将其称为实施例)。将按照以下顺序进行说明。
1.第一实施例(在其多个侧边与光电转换单元相邻的区域中累积电荷的示例)
2.第二实施例(在其多个侧边与光电转换单元相邻的区域中进行曝光累积的示例)
3.第三实施例(在其多个侧边与光电转换单元相邻的多个区域中累积电荷的示例)
<1.第一实施例>
[图像传感器的构造示例]
图1是示出根据第一实施例的图像传感器100的构造的示例的框图。图像传感器100具有多个恒定电流电路110、像素阵列单元120、行驱动电路150、多个检测电路160、多个开关170以及输出电路180。图像传感器100是各个权利要求中描述的半导体光检测装置的示例。
多个像素电路130以二维矩阵形状布置在像素阵列单元120中。在下文中，将沿预定的X方向布置的多个像素电路130称为“行”，且将沿与行垂直的Y方向布置的多个像素电路130称为“列”。在每个列中设置上述的恒定电流电路110、检测电路160和开关170。
像素电路130根据行驱动电路150的控制将光转换成模拟电信号。像素电路130通过垂直信号线129将电信号提供到相应的检测电路160。
行驱动电路150通过多个控制线来控制各个像素电路130。行驱动电路150使所有行被同时曝光，并在曝光完成之后依次选择这些行，以使所选行中的像素电路130输出电信号。由检测电路160读取这些电信号。将如上所述地使所有像素被同时曝光的控制称为全局快门(global shutter)方法。下面将说明曝光和读取时的控制的细节。注意，行驱动电路150也可以使用使各个行依次曝光的卷帘快门(rolling shutter)方法。
每个恒定电流电路110生成恒定电流，并将恒定电流提供到相应的垂直信号线129。
每个检测电路160基于电信号执行光检测。检测电路160对电信号执行A-D转换和相关双采样(CDS)处理以检测光。检测电路160将用于表示检测结果的数字信号提供到开关170。注意，检测电路160是各个权利要求中描述的检测单元的示例。
每个开关170打开和闭合相应的检测电路160与输出电路180之间的路径。各列的开关170根据用于顺序地选择列的列驱动电路(未示出)的控制将数字信号顺序地提供至输出电路180。
输出电路180将数字信号输出至图像处理装置等。通过完成所有行的数字信号的输出来完成一帧的图像数据的输出。
[像素电路的构造示例]
图2是示出根据第一实施例的像素电路130的示例的电路图。像素电路130包括光电二极管131、节点132、传输晶体管133、中间节点134、另一传输晶体管135和检测节点136。此外，像素电路130还包括复位晶体管137、放大晶体管138和选择晶体管139。对于传输晶体管133和135以及中间节点134，例如使用n型金属氧化物半导体(MOS)晶体管。另外，对于复位晶体管137、放大晶体管138和选择晶体管139，例如使用n型MOS晶体管。
光电二极管131将光转换成电荷。光电二极管131例如是嵌入型光电二极管，其中，n型节点扩散层被p型阱扩散层包围。通过将阱扩散层偏置约1V来使节点扩散层进入完全耗尽状态，且因此，所有累积的载流子被抽取。节点扩散层对应于节点132。
此外，光电二极管131经由节点132连接到传输晶体管133。光电二极管131根据入射在像素电路130的硅基板上的光子来产生电子空穴对，并将它们之中的电子累积在节点132中。注意，光电二极管131是各个权利要求中描述的光电转换单元的示例。
传输晶体管133、中间节点134和传输晶体管135是具有串联场效应晶体管(FET)结构的3级晶体管，在该结构中，在它们的沟道之间没有***导电型扩散层。传输晶体管133的源极连接到光电二极管131，且传输晶体管133的栅极连接到中间节点134的栅极和行驱动电路150。传输晶体管135的栅极连接到行驱动电路150，且传输晶体管135的漏极连接到检测节点136。
在这些晶体管之中，传输晶体管133在行驱动电路150的控制下将电荷从光电二极管131传输至中间节点134。注意，传输晶体管133是各个权利要求中描述的第一传输单元的示例。
中间节点134是在沟道中临时地累积并保持电荷的MOS晶体管。在全局快门方法中，中间节点134用作模拟存储器。传输晶体管133和中间节点134的栅极被共同地驱动。然而，以使传输晶体管133的沟道的电位比中间节点134的沟道的电位浅的方式执行阈值控制，使得在驱动期间将电荷从光电二极管131传输至中间节点134而不允许电荷向后流动。注意，中间节点134是各个权利要求中描述的电荷累积单元的示例。
传输晶体管135在行驱动电路150的控制下将电荷从中间节点134传输至检测节点136。注意，传输晶体管135是各个权利要求中描述的第二传输单元的示例。
检测节点136累积来自传输晶体管135的电荷，以产生与累积的所述电荷的量相对应的电压。例如将浮动扩散层用作检测节点136。该电压被施加至放大晶体管138的栅极。注意，检测节点136是各个权利要求中描述的电压产生单元的示例。
复位晶体管137将累积在检测节点136中的电荷提取至电源，以用于初始化。复位晶体管137的栅极连接到行驱动电路150，复位晶体管137的漏极连接到电源，且复位晶体管137的源极连接到检测节点136。例如在复位晶体管137被接通的情况下，行驱动电路150使电荷经由传输晶体管133和135及中间节点134被从光电二极管131传输并抽取至检测节点136。通过该控制，可以将光电二极管131和中间节点134的沟道一起设定为暗状态，即，将它们复位至不存在信号电荷的初始状态。
放大晶体管138放大栅极的电压。放大晶体管138的栅极连接到检测节点136，放大晶体管138的漏极连接到电源，且放大晶体管138的源极连接到选择晶体管139。放大晶体管138和恒定电流电路110形成源极跟随器，且检测节点136的电压的电信号以略小于1的增益被输出至垂直信号线129。该电信号由检测电路160获取。
选择晶体管139在行驱动电路150的控制下输出电子信号。选择晶体管139的栅极连接到行驱动电路150，选择晶体管139的漏极连接到放大晶体管138，且选择晶体管139的源极连接垂直信号线129。行驱动电路150选择一行，使所选行中的所有选择晶体管139导通，从而使该行中的像素电路130的电信号被输出。
另外，恒定电流电路110例如包括MOS晶体管111。将预定电压施加至该MOS晶体管的栅极，该MOS晶体管的漏极连接到垂直信号线129，且该MOS晶体管的源极接地。恒定电流电路110经由垂直信号线129连接到列中的像素电路130。
图3是根据第一实施例的像素电路130的平面图的示例。在附图中，具有斜线的部分表示晶体管的栅电极，而具有虚线的部分表示金属布线。
光电二极管131形成在光接收表面(即，X-Y平面)上的像素电路130的***与传输晶体管133之间。
传输晶体管133和中间节点134具有一体地形成的传输栅极和累积栅极，这些栅极由与其它栅极相同的多晶硅层形成，并且通过它们与传输晶体管135之间的非常窄的间隙与传输晶体管135分离。尽管以如上所述的方式共同地驱动传输晶体管133和中间节点134，但是例如将传输晶体管133的阈值调整为高于具有n型MOS结构的中间节点134的阈值电压。因此，通过向传输晶体管133和中间节点134的栅极施加脉冲来将光电二极管131的电荷传输至中间节点134的沟道。
这里，光电二极管131布置成在三个方向上包围传输晶体管133和中间节点134。更具体地，传输晶体管133和中间节点134形成在光接收表面上的矩形区域中，该矩形区域的三个侧边与光电二极管131相邻。另外，光电二极管131形成在光接收表面上的比该矩形区域大的像素区域的***与该矩形区域的三个侧边之间。注意，只要设置有传输晶体管133和中间节点134的区域的形状是多边形，则该区域的形状不限于矩形区域，并且可例如是梯形。
这里，如果传输晶体管133和中间节点134的仅一个侧边布置成与光电二极管131相邻，则电荷在光电二极管131内的移动距离是与光电二极管131的侧边401相同的距离。
另一方面，如图3所示，如果这些晶体管布置成使得三个侧边与光电二极管131相邻，则电荷在光电二极管131内的移动距离402短于在仅一个侧边与光电二极管131相邻时的距离401。当402例如是401的一半时，即使光电二极管131的尺寸加倍，电荷的移动距离也不改变。
当CMOS传感器用于荧光观察等的辐射光子计数或超低照度成像时，在大多数情况下都不需要精细像素，且期望大型像素以防止像素噪声的累积。然而，随着像素变大，电荷在光电二极管131内的移动距离变长，且因此到检测节点136的传输效率降低。因此，光电转换的转换效率降低。通过图3的布置，可以在每个像素的尺寸增大时防止电荷的移动距离变长。因此，可以容易地在保持转换效率的同时增大每个像素的尺寸。
另外，图3的虚线箭头表示光电二极管131中的电位梯度，且杂质浓度被调整成使得电位从三个方向朝向中间节点134(模拟存储器)变深。因此，平顺地执行微量电荷从光电二极管131的***至中间节点134的传输。
注意，可能会在光电二极管131包围中间节点134的布局的一部分中出现裂缝。换句话说，传输晶体管133和中间节点134可布置成使得两个侧边而非三个侧边与光电二极管相邻。然而，期望中间节点134经由传输晶体管133在三个方向中的大部分方向上与光电二极管131接触。
此外，可以通过使中间节点134交错来将检测节点136及其后面的部件的布局设定成具有高的自由度，并通过使用与现有技术中的精细结构大体上类似的精细结构来使检测节点136的寄生电容量最小化。
复位晶体管137和放大晶体管138从电源接收例如3V的供应。
像素输出与由一个光子产生的一个电子信号的S/N比例如大体上由检测节点136的在一个电子下的幅值(在一个电荷下的寄生电容量)和放大晶体管138在栅极转换时的随机噪声确定。虽然后者是基于放大晶体管138的独特设计确定的，但前者则基于检测节点136的寄生电容量来确定。因此，期望尽可能地使检测节点136的寄生电容量最小化。
图4是根据第一实施例的像素电路的沿X方向观察的横截面图的示例。像素电路130包括n-基板510、光接收单元520、布线层540和遮光层550。光接收单元520包括p层521、n-层522、p+层523、n-层524、p-层525、栅电极526和元件隔离区域527。
n-基板510是由具有相对低的杂质浓度的n型半导体组成的基板。在将光入射侧设定为上侧的情况下，由p型半导体组成的p层521形成在n-基板510上。由具有相对低的杂质浓度的半导体组成的n-层522形成在p层521中，且n-层524形成在由n-层522环绕的区域中。由具有相对低的杂质浓度的p型半导体组成的p-层525形成在n-层524上。n-层524和p-层525构成嵌入沟道。在这种情况下，该沟道形成在稍微远离光接收单元520的位于布线层540侧的基板表面的n-层524中，且信号电荷被累积在该沟道中。通过以此方式嵌入沟道，能够防止由基板表面的复合中心(recombination center)引起的信号电荷的损耗。由具有相对高的杂质浓度的p型半导体组成的p+层523形成在n-层522上，且栅电极526形成在p层521上方。栅电极526例如由具有相对高的杂质浓度的n型多晶硅形成。另外，元件隔离区域527形成在p层521的端部处。元件隔离区域527由氧化膜或p+扩散层等形成。
光电二极管131由p+层523和n-层522形成。此外，传输晶体管133由n-层522、p层521、p-层525和栅电极526形成。中间节点134由p层521、n-层524和栅电极526形成。
此外，布线层540设置在光接收单元520上。此外，用于遮光的遮光层550设置在布线层540上的与中间节点134相对应的位置。
注意，尽管光照射到布线层540侧，但是光照射到光接收单元520的两个表面中的没有设置布线层540的一个表面(即，后表面)上的构造是可能的。将这种CMOS传感器称为后表面照射型CMOS传感器。
图5是根据第一实施例的像素电路130的沿Y方向观察的横截面图的示例。在该横截面中，光接收单元520还包括n+扩散层528、栅电极529和530以及检测节点136。
两个n+扩散层528形成在p层521的与元件隔离区527相邻的上部中，且栅电极530设置在p层521上方并位于这两个扩散层之间。此外，栅电极529设置在p层521上方并位于一个n+扩散层528与p-层525之间。此外，检测节点136连接到栅电极529与栅电极530之间的n+扩散层528。
传输晶体管135由p-层525、p层521、n+扩散层528和栅电极529组成。此外，复位晶体管137由两个n+扩散层528、p层521和栅电极530组成。
图6示出用于说明根据第一实施例的电荷到中间节点的传输的电位图。附图中的a是至中间节点134(模拟存储器)的传输之前的电位图的示例。电荷被累积在光电二极管131的节点132中。此外，中间节点134和检测节点136都被复位成处于浮动状态。
图6的b是电荷被传输至中间节点134之后的电位图的示例。当曝光时段结束时，行驱动电路150控制传输晶体管133和中间节点134以使它们处于导通状态。通过这种控制，信号电荷被传输至中间节点134的沟道。
图7是用于说明根据第一实施例的电荷至检测节点136的传输的示图。附图中的a是电荷被传输至检测节点136之前的电位图的示例。当完成至中间节点134的传输时，行驱动电路150将传输晶体管133和中间节点134控制为均处于截止状态。由于在该状态下在传输晶体管133与中间节点134之间引起的电位差，可以防止信号电荷向后流动至节点132。然后，读取复位信号。
图7的b是电荷被传输至检测节点136之后的电位图的示例。当复位信号被读取时，行驱动电路150控制传输晶体管135以使其处于导通状态。通过这种控制，中间节点的电荷被传输至检测节点136。
注意，当通过卷帘快门方法执行曝光时，可以在曝光(图6的b)结束之后立即控制传输晶体管135以使其处于导通状态。然后，通过将传输晶体管133和中间节点134设定为处于截止状态来将累积的所述电荷一概传输至检测节点136。此时，中间节点134不必保持电荷，而是充当中间收集路由。
[像素电路的操作示例]
图8是示出根据第一实施例的像素电路130的操作示例的时序图。在曝光之前，行驱动电路150在时间T1处复位光电二极管131。将这种复位称为光电二极管(PD)复位。在时间T1处，在传输晶体管135和复位晶体管137被设定为处于导通状态的情况下，行驱动电路150向传输晶体管133施加脉冲。通过这种控制，光电二极管的全部累积电荷被抽取至电源，且曝光开始。
然后，在曝光结束之前的时间T2处，行驱动电路150将传输晶体管135控制为处于截止状态，并将中间节点134设定为处于浮动状态。
此后，在时间T3处，行驱动电路150再次向传输晶体管133施加脉冲，以使累积在光电二极管131中的信号电荷被传输并保持在中间节点134的沟道中。此时，光电二极管131中的电荷的累积(即，曝光)结束。曝光时段对应于从时间T1处的脉冲施加结束到时间T3处的脉冲施加结束之间的时段。例如在所有像素中同时进行曝光。在这种情况下，实现了全局快门。注意，也可以使用逐行顺序地进行曝光的卷帘快门方法。
在曝光结束之后的时间T4处，行驱动电路150将复位晶体管137控制为处于截止状态，并将选择晶体管139控制为处于导通状态。因此，将检测节点136设定为处于浮动状态。在下文中，将这种控制称为浮动扩散部(FD)复位。
检测电路160在FD复位结束与时间T5之间读取由像素电路130输出的电信号作为复位信号。
然后，在时间T5处，行驱动电路150向传输晶体管135施加脉冲。通过这种控制，保持在中间节点134中的累积电荷被传输至检测节点136。
检测电路160在电荷被传输至检测节点136之后读取从像素电路130输出的电信号作为累积信号。检测电路160通过比较复位信号与累积信号来确定入射光子的量。通过将累积信号与复位信号之间的差设定为净累积信号来抵消由在FD复位时产生的kTC噪声等引起的输出噪声分量。
为了吸收在除光电二极管131之外的部件中产生的额外电荷并由此防止噪声产生，复位晶体管137和传输晶体管135在曝光时段期间被设定为处于导通状态。在没有这种问题的情况下，可以在PD复位之后使复位晶体管137和传输晶体管135截止。另一方面，选择晶体管139在曝光时段期间被控制为处于截止状态，以允许对与垂直信号线129连接的其它像素电路130的访问。
如上所述，根据第一实施例，由于电荷被保持在其多个侧边与光电二极管131相邻的矩形区域中，所以可以缩短电荷在光电二极管131内的移动距离。因此，每个像素的尺寸可以大于当不设置这样的区域时的尺寸。
<2.第二实施例>
在上述第一实施例中，用于保持电荷的中间节点134被遮光，但是它也可以用作没有被遮光的MOS型光电转换元件。在这种情况下，不能够执行全局快门方法的控制，但是可以增大开口率。这里，开口率是指执行光电转换的区域与像素电路130的光接收表面的区域的比值。此外，如果中间节点134执行光电转换，则可以在不降低开口率的情况下增大每个像素的尺寸。也就是说，根据第二实施例的图像传感器100与第一实施例的图像传感器100的不同之处在于中间节点执行光电转换。
图9是示出根据第二实施例的像素电路130的示例的电路图。根据第二实施例的像素电路130与第一实施例的像素电路130的不同之处在于，使用传输晶体管141和中间节点142来代替传输晶体管133和中间节点134。除了没有被遮光，传输晶体管141和中间节点142具有与第一实施例的传输晶体管133和中间节点134类似的构造。
图10是根据第二实施例的像素电路130的平面图的示例。在附图中，具有斜线的部分表示晶体管的栅电极，且具有虚线的部分表示金属布线。根据第二实施例的像素电路130包括传输晶体管141和中间节点142，以代替传输晶体管133和中间节点134。如图所示，传输晶体管141和中间节点142的区域可以宽于第一实施例的传输晶体管133和中间节点134的区域。原因在于，由于光也照射到中间节点142，所以即使中间节点142的区域如上所述地变宽，也不会降低开口率。
图11是根据第二实施例的像素电路130的沿X方向观察的横截面图的示例。第二实施例的像素电路130设置有代替n-基板510的支撑晶片511。此外，布线层540设置在光接收单元520与支撑晶片511之间。此外，光照射到光接收单元520的两个表面中的没有设置布线层540的一个表面(后表面)上。另外，栅电极526设置在光接收单元520的位于布线层540侧的表面上，且后表面上的与传输晶体管141和中间节点142相对应的位置处没有设置遮光单元。因此，中间节点142可以执行光电转换。
注意，图像传感器100可以具有如第一实施例中那样从布线层540侧照射光的构造而没有采用后表面照射构造。然而，如果从布线层540侧照射光，则担心由于栅电极526和布线而导致开口率降低，且因此期望后表面照射型。
图12是示出根据第二实施例的像素电路130的操作示例的时序图。
在曝光之前的时间T11处，在传输晶体管135和复位晶体管137被设定为处于导通状态的情况下，行驱动电路150向传输晶体管141施加脉冲。通过这种控制，光电二极管131的全部累积电荷被抽取，且曝光开始。
然后，在光电二极管131的曝光开始之后，在时间T12处，行驱动电路150将传输晶体管135控制为处于截止状态。通过这种控制，在中间节点142中被光电转换的电荷开始累积。
其后，在时间T13处，行驱动电路150再次向传输晶体管133施加脉冲，以使累积在光电二极管131中的信号电荷被传输并保持在中间节点142中。此时，光电二极管131中的电荷累积(即，曝光)结束。光电二极管131的曝光时段对应于从时间T11处的脉冲施加结束到时间T13处的脉冲施加结束之间的时段。由光电二极管131产生的电荷被添加至中间节点142中累积的电荷，并且被临时地保持在中间节点142中。
此外，在曝光结束之后，在时间T14处，行驱动电路150将复位晶体管137控制为处于截止状态，且将选择晶体管139控制为处于导通状态。因此，执行FD复位。在从FD复位结束到时间T15之间的时段内，检测电路160读取从像素电路130输出的电信号作为复位信号。
然后，在时间T15处，行驱动电路150向传输晶体管135施加脉冲。通过这种控制，保持在中间节点142中的累积电荷被传输至检测节点136。中间节点142的曝光时段对应于从时间T12到时间T15处的脉冲施加结束之间的时段。
在电荷被传输至检测节点136之后，检测电路160读取从像素电路130输出的电信号作为累积信号。
在第二实施例中，逐行地执行光电二极管131和中间节点142的曝光的开始和结束，并因而通过所谓的卷帘快门方法执行曝光。原因在于，中间节点142没有被遮光，且在曝光结束之后，电荷不被保持在中间节点142中。
如上所述，根据本发明的第二实施例，光也照射到其多个侧边与光电二极管131相邻并且在其中执行光电转换的矩形区域，且因此可以提高开口率。
<3.第三实施例>
上述第二实施例仅具有一个中间节点，但是可以设置多个中间节点。如果中间节点的尺寸随着每个像素的尺寸的增大而增大，则电荷在中间节点内的移动距离变长，然而，如果在中间节点中设置另一个中间节点，则可以缩短各个中间节点中的移动距离。换句话说，第三实施例的图像传感器100与第二实施例的图像传感器100的不同之处在于，设置有多个中间节点。
图13是示出根据第三实施例的像素电路130的示例的电路图。根据第三实施例的像素电路130与第二实施例的像素电路的不同之处在于还包括传输晶体管143和中间节点144。
传输晶体管143和中间节点144通过串联栅极与传输晶体管141、中间节点142和传输晶体管135一体地形成，以构成MOS晶体管。这些晶体管具有集成的串联FET结构，在该结构中，在这些晶体管的沟道之间没有***导电型扩散层。此外，传输晶体管143的栅极连接到行驱动电路150和中间节点144。
如同第二实施例，传输晶体管141将光电二极管131的电荷传输至中间节点142，并将电荷添加至中间节点142中累积的电荷。接下来，传输晶体管143将中间节点142的电荷传输至中间节点144，且电荷被暂时地累积。然后，传输晶体管135将中间节点144的电荷传输至检测节点136。
注意，传输晶体管141是各个权利要求中描述的第一传输晶体管的示例，且中间节点142是各个权利要求中描述的第一中间节点的示例。此外，传输晶体管143是各个权利要求中描述的第二传输晶体管的示例，中间节点144是各个权利要求中描述的第二中间节点的示例。
传输晶体管143和中间节点144的栅极被共同驱动。此时，执行阈值控制，使得传输晶体管143的电位比中间节点144的电位浅，从而将电荷从中间节点142传输至中间节点144而不允许其向后流动。如上面在第二实施例中所说明，以类似的方式控制传输晶体管141和中间节点142的阈值电压。换句话说，从光电二极管131到中间节点144的传输对应于两阶段的电荷耦合器件(CCD)传输。
注意，尽管将光电二极管131设置为光电转换元件，但是也可以替代地设置类似于中间节点142的MOS电容器。
另外，尽管中间节点142和144中的一者可以用作光电转换元件，但是两个节点也可都用作光电转换元件。在这种情况下，不使用全局快门方法。另外，可以如第一实施例中那样采用两个节点均被遮光的构造。然而，如果中间节点142和144都被遮光，则开口率降低，且因此期望将至少一个节点用作光电转换元件而不被遮光。
图14是根据第三实施例的像素电路130的平面图的示例。在附图中，具有斜线的部分表示晶体管的栅电极，而具有虚线的部分表示金属布线。
传输晶体管143和中间节点144形成在光接收表面上的矩形区域中，且传输晶体管141和中间节点142形成在该矩形区域的三个侧边与比该矩形区域更大的矩形区域的***之间。另外，光电二极管131形成在较大的矩形区域的三个侧边与像素区域的***之间。
传输晶体管141与中间节点142一体地形成。此外，传输晶体管141和中间节点142的栅极均由与传输晶体管143或中间节点144的栅极相同的多晶硅层形成，并且通过非常窄的间隙与传输晶体管143隔开。虽然传输晶体管141和中间节点142被共同控制，但是在n型MOS结构中，传输晶体管141的阈值例如被调整成比中间节点142的阈值浅。通过向传输晶体管141和中间节点142施加脉冲来将光电二极管131的电荷传输至中间节点142。
传输晶体管143和中间节点144的构造类似于传输晶体管141和中间节点142的构造。通过向传输晶体管143和中间节点144施加脉冲来将中间节点142的电荷传输至中间节点144。也就是说，它们之间的传输对应于CCD传输。
这里，光电二极管131布置成在三个方向上包围传输晶体管141和中间节点142。更详细地，传输晶体管141和中间节点142形成在其三个侧边与光电二极管131相邻的矩形区域中。在这种布置中，电荷在光电二极管131内的移动距离402短于仅一个侧边与光电二极管相邻时的移动距离401。
另外，兼用作MOS型光电转换元件的中间节点142布置成在三个方向上包围传输晶体管143和中间节点144。更详细地，传输晶体管143和中间节点144形成在其三个侧边与中间节点142相邻的矩形区域中。在这种布置中，根据第三实施例，电荷在中间节点142内的移动距离404短于距离403。
在读取期间，执行将电荷从光电二极管131传输至中间节点142并然后将电荷从中间节点142传输至中间节点144的两级传输。在传输的每一级中，由于图14的布置，电荷的移动距离可以被抑制为一定长度或更短。因此，平顺地传输电荷。
在第三实施例中，由于中间节点142与光电二极管131一起充当光电转换元件，所以像素电路130的开口率非常高。注意，光电二极管131还可以形成为包围与中间节点142类似的构造。因此，可以在不降低开口率的情况下进一步增大每个像素的尺寸。
注意，虽然在到目前为止描述的示例中通过执行使用窄间隙分离相同的多晶硅栅极层的处理来形成集成的串联晶体管结构，但是晶体管可以形成为堆叠栅极结构，其中通过普通CCD器件来实现晶体管。
图15是根据第三实施例的像素电路的沿X方向观察的横截面图的示例。除了光接收单元520还包括n-层531、p-层532和栅电极533之外，根据第三实施例的像素电路130的构造与第二实施例的像素电路130的构造类似。
n-层531在p层521中***在n-层522与n-层524之间。p-层532形成在n-层531上，且栅电极533形成在p-层532上。传输晶体管141由n-层522、p层521、p-层532和栅电极533形成。中间节点142由p层521、n-层531和栅电极533形成。此外，传输晶体管143由p-层525、p层521、n-层531和栅电极526形成。中间节点144由p层521、n-层524和栅电极526形成。
图16是示出根据第三实施例的像素电路130的操作示例的时序图。
在曝光之前的时间T21处，在传输晶体管135和复位晶体管137被设定为处于导通的情况下，行驱动电路150向传输晶体管141施加脉冲。通过这种控制，光电二极管131的全部累积电荷被抽取至电源，且曝光开始。
接下来，在时间T22处，在传输晶体管135和复位晶体管137被设定为处于导通的情况下，行驱动电路150向传输晶体管143施加脉冲。通过这种控制，开始累积在中间节点142中被光电转换而成的电荷。
然后，在曝光结束之前的时间T23处，行驱动电路150将传输晶体管135控制为处于截止状态，以使中间节点144处于浮动状态。
在紧接曝光结束之前的时间T24处，行驱动电路150再次向传输晶体管141施加脉冲，以将光电二极管131的电荷传输至中间节点142。通过这种控制，光电二极管的电荷131被添加至中间节点142的累积电荷。此时，光电二极管131的电荷累积(即，曝光)结束。曝光时段对应于从时间T21处的脉冲施加结束到时间T24处的脉冲施加结束之间的时段。
然后，在时间T25处，行驱动电路150向传输晶体管143施加脉冲，以将中间节点142的电荷传输至中间节点144。中间节点142的曝光时段对应于从时间T22处的脉冲施加结束到时间T25处的脉冲施加结束的时段。
行驱动电路150在时间T21和T22(曝光开始)以及时间T24和T25(曝光结束)处对所有像素进行控制。由于光电二极管131和中间节点142的各自曝光时间之间的间隙可以是1微秒(μs)或更短，所以曝光时间可以被认为是基本上相同的时间。这种共同操作实现了全局快门型曝光。注意，行驱动电路150还可以通过卷帘快门方法执行曝光。
此外，在曝光结束之后的时间T26处，行驱动电路150将复位晶体管137控制为处于截止状态，并将选择晶体管139控制为处于导通状态。因此，执行FD复位。在从FD复位结束到时间T27之间的时段内，检测电路160读取从像素电路130输出的电信号作为复位信号。
然后，在时间T27处，行驱动电路150向传输晶体管135施加脉冲。通过这种控制，保持在中间节点144中的累积电荷被传输至检测节点136。
在电荷被传输至检测节点136之后，检测电路160读取从像素电路130输出的电信号作为累积信号。
注意，电荷的使用串联MOS结构的完整传输具有包括三个以上的阶段的CCD传输的多个变形。虽然操作或结构复杂，但是仍可以使用这样的传输。
根据上述第三实施例，由于电荷被保持在其多个侧边与中间节点142相邻的矩形区域中，所以除光电二极管131之外，也可以缩短电荷在中间节点142内的移动距离。因此，每个像素的尺寸可以比不设置该区域时更大。
[第一变形例]
虽然在第一实施例中，图像传感器100用于光子检测，但是图像传感器100也可以用于辐射计数。第一实施例的第一变形例与第一实施例的不同之处在于图像传感器100用于辐射计数。
图17是示出根据第一实施例的第一变形例的辐射计数装置的构造的示例的整体示图。辐射计数装置具有半导体器件101以及多个闪烁体200。半导体器件101设置有第一实施例的图像传感器100以及数字处理单元(未示出)。
闪烁体200是被加工成柱形或纤维形的闪烁体，并且例如以1毫米(mm)的节距布置。每个闪烁体200被用于反射光的分隔部隔离，使得闪烁光被限制在闪烁体中。
在半导体器件101中，像素阵列单元120被逻辑地划分为与闪烁体200相对应的1平方毫米(mm2)的多个区域。通过连接闪烁体200与图像传感器100，将在闪烁体200中产生的闪烁光选择性地辐射至像素阵列单元120中的相应分隔区，且然后测量光量。
半导体器件101中的数字处理单元基于闪烁体200的发光量对入射辐射的能量进行分类，并且基于发光次数测量入射频率。
例如，当假定半导体器件101的每个像素的尺寸是大约4×4平方微米(μm2)时，在像素阵列单元120的分隔区中包括250×250(＝62500)个像素电路130。通过对分隔区的像素输出求和来确定光量。每个像素输出是诸如具有12位的数字值等确定灰度的数字值。
对于每个闪烁体200，例如使用掺杂铈的正硅酸钇镥(LYSO：Ce)。在这种情况下，662keV的伽马射线进入时的发光量约为10000个光子，且因此在许多情况下，每个像素的光接收量为0或1个光子。每个像素的随机噪声被添加到其中。
在确定灰度时，期望最小分辨率(最低有效位值或LSB)充分小于1个光子，且因此总噪声量被维持在稳定范围内。例如，当每个像素的随机噪声大约为一个电子信号(rms)时，分隔区的像素噪声的总和约为250个电子信号(rms)。
换句话说，通过将闪烁体划分到多个分隔区中，可以将针对一个辐射入射的光接收像素限制在其分隔区中，并由此降低总噪声。此外，由于可以针对每一帧同时对与分隔区数量相对应的多个辐射进行计数，所以相应地提高计数速率。
这里，当在第一实施例的图像传感器100中将每个像素被设定为具有20×20平方微米(μm2)的巨型尺寸时，在半导体器件101的像素分隔区中包括50×50(＝2500)个像素。当每个像素的随机噪声约为1个电子信号(rms)时，分隔区的总像素噪声降低到约50个电子信号(rms)。该值是充分地小于闪烁体200自身的光发射中的不一致性的级别。换句话说，可以获得令人满意的能量分辨率。此外，帧速率随着像素数量的减少而增加，且因此，辐射的计数速率提高，且可以扩展计数的动态范围。
这种辐射计数装置可以单独作为剂量计(dosimeter)以用于检测放射性污染或宇宙射线。此外，如果通过利用堆叠结构来使半导体器件101的空白部分最小化且检测器可以布置成阵列形状，则辐射计数装置可以用于辐射的二维成像，如同伽马相机。
因此，根据第一变形例，由于辐射计数装置通过图像传感器100检测到弱闪烁光，所以可以根据检测结果对辐射进行计数。
[第二变形例]
虽然在第一变形例中存在多个划分的闪烁体200，但是如果像素被设定为具有100×100平方微米(μm2)的大型尺寸时，则不需要划分闪烁体。根据第二变形例的半导体器件101与第一变形例的不同之处在于闪烁体不被划分。
图18是根据第一实施例的第二变形例的辐射计数装置的立体图的示例。辐射计数装置包括一个未被划分的闪烁体201，以代替多个闪烁体200。5×5平方毫米(mm2)的芯片开口(像素阵列单元120)中包括的用于接收从闪烁体201发射的光的像素电路130的数量为50×50(＝2500)。当每个像素的随机噪声约为一个电子信号(rms)时，各个分隔区的总像素噪声为50个电子信号(rms)。
由于如上所述根据第二变形例检测来自一个闪烁体201的闪烁光，因此不需要设置用于划分闪烁体的分隔部等。
[第三变形例]
尽管在第一实施例中，在各个列中设置检测电路160，但是如下构造也是可能的：像素阵列单元120被划分为多个像素块，且针对各个像素块设置检测电路160。如果每个像素块被例如设定为对应于第一变形例的闪烁体的一个分隔区，且各个像素块通过并行操作一起使用，则可以构造出具有充分灵活性的辐射检测器。例如，可以容易地执行如下处理：用于在检测电路160中将像素输出添加到每个分隔区以减少从芯片输出的数据量的处理，或遮蔽包含缺陷像素的分隔区以将其输出始终设定为零的处理。第三变形例的图像传感器102与第一实施例的图像传感器的不同之处在于针对各个像素块设置检测电路160。
图19是根据第一实施例的第三变形例的图像传感器102的立体图的示例。图像传感器102包括多个像素块310和多个检测电路160。
每个像素块310包括多个(2×2等)像素电路130。另外，像素块310以二维矩阵形状排列，且针对每个像素块310堆叠一个检测电路160。这些像素块310和检测电路160形成在不同的硅层中。注意，在图19中，省略了诸如恒定电流电路110、行驱动电路150和输出电路180等构造。
通过行驱动电路150以行为单位选择由像素电路130构成的每一行，且然后，在输出时，开关170选择列，且检测电路160检测信号。
图20是示出根据第一实施例的第三变形例的像素块310的示例的电路图。像素块310包括2×2个像素电路130以及开关311和312。
开关311的一端连接到像素块310中的两列的一条垂直信号线129，且开关311的另一端连接到与开关312相对应的检测电路160。此外，开关312的一端连接到像素块310中的两列的另一条垂直信号线129，且开关312的另一条连接到与开关311相对应的检测电路160。
当像素块310被选择时，这些开关311和312将像素块310的输出信号输出至检测电路160。
根据如上所述的第三变形例，由于针对每个像素块设置检测电路160，所以图像传感器102可以检测每个像素块中的光。
上述实施例是用于实施本发明的示例，并且各实施例中的内容与在权利要求中公开的特定内容具有对应关系。同样，使用相同名称表示的实施例中的内容和在权利要求中公开的特定内容具有彼此对应的关系。然而，本发明不限于这些实施例，且可以在不偏离本发明的精神的情况下在本发明的范围内实施这些实施例的各种修改。
在上述实施例中描述的处理顺序可以被处理为具有一系列顺序的方法，或者可以被处理为用于使计算机执行这一系列顺序的程序和用于存储该程序的记录介质。对于记录介质，可以使用光盘(CD)、小型磁盘(MD)、数字化通用磁盘(DVD)、存储卡和蓝光光盘(注册商标)。
另外，本说明书中描述的效果不是限制性的，而仅仅是示例，且可以存在额外效果。
另外，本发明还可以构造如下。
(1)一种像素电路，其包括：
光电转换单元，其被构造成将光转换成电荷；
电荷累积单元，其被构造成在光接收表面上的以下的多边形区域中累积所述电荷，该多边形区域的多个侧边与所述光电转换单元相邻；
电压产生单元，其被构造成累积电荷，并产生与累积的所述电荷的量相对应的电压；
第一传输单元，其被构造成当至所述电荷累积单元的传输被指示时将所述电荷从所述光电转换单元传输至所述电荷累积单元；以及
第二传输单元，其被构造成当至所述电压产生单元的传输被指示时将所述电荷从所述电荷累积单元传输至所述电压产生单元。
(2)如(1)所述的像素电路，其中，所述电荷累积单元将光转换成电荷，并累积该转换的电荷和被传输的所述电荷。
(3)如(1)所述的像素电路，其中，
所述电荷累积单元包括：
第一中间节点，其被构造成累积所述电荷；以及
第二中间节点，其被构造成在以下的多边形区域中累积所述电荷，该多边形区域的多个侧边与所述第一中间节点相邻，且
所述第一传输单元包括：
第一传输晶体管，其被构造成当至所述第一中间节点的传输被指示时将所述电荷从光电转换单元传输至所述第一中间节点；以及
第二传输晶体管，其被构造成当至所述第二中间节点的传输被指示时将所述电荷从所述第一中间节点传输至所述第二中间节点。
(4)如(3)所述的像素电路，其中，所述第一中间节点和所述第二中间节点中的至少一者将光转换成电荷，并且累积该转换的电荷和被传输的所述电荷。
(5)如(1)至(4)中任一项所述的像素电路，其还包括：
布线层，其设置在所述光电转换单元面对的两个平坦表面中的一者上，
其中，所述光被照射至后表面，所述后表面是所述两个平坦表面中的没有设置所述布线层的表面。
(6)一种半导体光检测装置，其包括：
光电转换单元，其被构造成将光转换成电荷；
电荷累积单元，其被构造成在光接收表面上的以下的多边形区域中累积所述电荷，该多边形区域的多个侧边与所述光电转换单元相邻；
电压产生单元，其被构造成累积电荷，并产生与累积的所述电荷的量相对应的电压；
第一传输单元，其被构造成当至所述电荷累积单元的传输被指示时将所述电荷从所述光电转换单元传输至所述电荷累积单元；
第二传输单元，其被构造成当至所述电压产生单元的传输被指示时将所述电荷从所述电荷累积单元传输至所述电压产生单元；以及
检测单元，其被构造成基于产生的所述电压检测光的光量。
(7)一种辐射计数装置，其包括：
闪烁体，其被构造成当辐射入射时发出闪烁光；
像素阵列单元，其具有多个像素电路，每个所述像素电路包括：光电转换单元，其被构造成将光转换成电荷；电荷累积单元，其被构造成在光接收表面上的以下的多边形区域中累积所述电荷，该多边形区域的多个侧边与所述光电转换单元相邻；电压产生单元，其被构造成累积电荷，并产生与累积的所述电荷的量相对应的电压；第一传输单元，其被构造成当至所述电荷累积单元的传输被指示时将所述电荷从所述光电转换单元传输至所述电荷累积单元；以及第二传输单元，其被构造成当至所述电压产生单元的传输被指示时将所述电荷从所述电荷累积单元传输至所述电压产生单元；和
检测单元，其被构造成基于生成的所述电压检测光的光量。
(8)如(7)所述的辐射计数装置，其中，
所述闪烁体被划分成多个分隔区，并且
所述检测单元检测所述多个分隔区中的每者的所述光量。
(9)根据(7)所述的辐射计数装置，其中，所述检测单元检测所述多个像素电路中的每者的所述光量。
(10)根据(7)所述的辐射计数装置，其中，
所述像素阵列单元被划分为多个像素块，每个所述像素块具有预定数量的所述像素电路，且
所述检测单元检测所述多个像素块中的每者的所述光量。
附图标记列表
100、102 图像传感器 101 半导体器件
110 恒定电流电路 111 MOS晶体管
120 像素阵列单元 130 像素电路
131 光电二极管 132 节点
133、135、141、143 传输晶体管
134、142、144 中间节点 136 检测节点
137 复位晶体管 138 放大晶体管
139 选择晶体管 150 行驱动电路
160 检测电路 170、311、312 开关
180 输出电路 200、201 闪烁体
310 像素块 510 n-基板
511 支撑晶片 520 光接收单元
521 p层 522、524、531 n-层
523 p+层 525、532 p-层
526、529、530、533 栅电极 527 元件隔离区
528 n+扩散层 540 布线层
550 遮光层

Claims (10)

1.一种像素电路，其包括：
光电转换单元，其被构造成将光转换成电荷；
电荷累积单元，其被构造成累积所述电荷；
电压产生单元，其被构造成累积电荷，并产生与累积的所述电荷的量相对应的电压；
第一传输单元，其被构造成当至所述电荷累积单元的传输被指示时将所述电荷从所述光电转换单元传输至所述电荷累积单元；以及
第二传输单元，其被构造成当至所述电压产生单元的传输被指示时将所述电荷从所述电荷累积单元传输至所述电压产生单元，
其中，所述光电转换单元被布置成在多个方向上包围所述电荷累积单元和所述第一传输单元，且
其中，所述电荷累积单元和所述第一传输单元位于光接收表面上的以下的多边形区域中，该多边形区域的多个侧边与所述光电转换单元相邻。
2.如权利要求1所述的像素电路，其中，所述电荷累积单元将光转换成电荷，并累积该转换的电荷和被传输的所述电荷。
3.如权利要求1所述的像素电路，其中，
所述电荷累积单元包括：
第一中间节点，其被构造成累积所述电荷；以及
第二中间节点，其被构造成在以下的多边形区域中累积所述电荷，该多边形区域的多个侧边与所述第一中间节点相邻，且
所述第一传输单元包括：
第一传输晶体管，其被构造成当至所述第一中间节点的传输被指示时将所述电荷从光电转换单元传输至所述第一中间节点；以及
第二传输晶体管，其被构造成当至所述第二中间节点的传输被指示时将所述电荷从所述第一中间节点传输至所述第二中间节点。
4.如权利要求3所述的像素电路，其中，所述第一中间节点和所述第二中间节点中的至少一者将光转换成电荷，并且累积该转换的电荷和被传输的所述电荷。
5.如权利要求1-4中任一项所述的像素电路，其还包括：
布线层，其设置在所述光电转换单元面对的两个平坦表面中的一者上，
其中，所述光被照射至后表面，所述后表面是所述两个平坦表面中的没有设置所述布线层的表面。
6.一种半导体光检测装置，其包括：
如权利要求1-5中任一项所述的像素电路；以及
检测单元，其被构造成基于产生的所述电压检测光的光量。
7.一种辐射计数装置，其包括：
闪烁体，其被构造成当辐射入射时发出闪烁光；
像素阵列单元，其具有多个如权利要求1-5中任一项所述的像素电路；和
检测单元，其被构造成基于生成的所述电压检测光的光量。
8.如权利要求7所述的辐射计数装置，其中，
所述闪烁体被划分成多个分隔区，并且
所述检测单元检测所述多个分隔区中的每者的所述光量。
9.如权利要求7所述的辐射计数装置，其中，所述检测单元检测所述多个像素电路中的每者的所述光量。
10.如权利要求7所述的辐射计数装置，其中，
所述像素阵列单元被划分为多个像素块，每个所述像素块具有预定数量的所述像素电路，且
所述检测单元检测所述多个像素块中的每者的所述光量。
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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017183477A1 (ja) * 2016-04-22 2017-10-26 ソニー株式会社 固体撮像素子および駆動方法、並びに電子機器
CN108807434B (zh) * 2017-04-26 2023-12-05 松下知识产权经营株式会社 摄像装置及照相机***
US10996320B2 (en) * 2017-07-11 2021-05-04 Sony Semiconductor Solutions Corporation Electronic device and control method of electronic device
CN108183115A (zh) * 2017-12-28 2018-06-19 德淮半导体有限公司 图像传感器及其形成方法
WO2019200831A1 (zh) * 2018-04-16 2019-10-24 西安飞芯电子科技有限公司 一种信号分离方法、像素单元、像素阵列
CN110389328B (zh) * 2018-04-16 2021-04-23 宁波飞芯电子科技有限公司 基于动态门限电压的像素单元与光电调制方法及其应用
TWI675467B (zh) * 2018-08-29 2019-10-21 力晶積成電子製造股份有限公司 影像感測器及其製造方法
JP6929266B2 (ja) * 2018-12-17 2021-09-01 キヤノン株式会社 光電変換装置、光電変換システム、移動体
FI20195457A1 (en) * 2019-05-31 2020-12-01 Elfys Oy Radiation sensor element and method
JP2021010147A (ja) 2019-07-03 2021-01-28 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像素子、撮像装置、および、固体撮像素子の制御方法
KR20210114290A (ko) * 2020-03-10 2021-09-23 에스케이하이닉스 주식회사 이미지 센서 및 이를 포함하는 촬영 장치
WO2023054230A1 (ja) * 2021-09-29 2023-04-06 株式会社 Rosnes 撮像装置
CN116592774B (zh) * 2023-07-18 2023-09-19 成都洋湃科技有限公司 管壁污垢检测方法、装置、存储介质及电子设备

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101796643A (zh) * 2007-09-05 2010-08-04 国立大学法人东北大学 固体摄像元件及其制造方法
CN102196198A (zh) * 2010-01-29 2011-09-21 索尼公司 固体摄像器件、其制造方法和驱动方法、以及电子装置
WO2013157448A1 (ja) * 2012-04-20 2013-10-24 ソニー株式会社 半導体光検出装置および放射線検出装置

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2626606C (en) * 2005-11-14 2012-04-10 Matsushita Electric Works, Ltd. Spatial information detecting device and photodetector suitable therefor
JP5270835B2 (ja) * 2006-12-29 2013-08-21 パナソニック株式会社 光検出素子、空間情報の検出装置
JP5568880B2 (ja) * 2008-04-03 2014-08-13 ソニー株式会社 固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法および電子機器
JP5422985B2 (ja) * 2008-12-08 2014-02-19 ソニー株式会社 画素回路、固体撮像素子、およびカメラシステム
JP5552768B2 (ja) * 2009-07-27 2014-07-16 ソニー株式会社 固体撮像装置とその製造方法、及び電子機器
TW201334169A (zh) * 2012-02-10 2013-08-16 Sony Corp 攝像元件、製造裝置及方法、及攝像裝置
US8872120B2 (en) * 2012-08-23 2014-10-28 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Imaging device and method for driving the same

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101796643A (zh) * 2007-09-05 2010-08-04 国立大学法人东北大学 固体摄像元件及其制造方法
CN102196198A (zh) * 2010-01-29 2011-09-21 索尼公司 固体摄像器件、其制造方法和驱动方法、以及电子装置
WO2013157448A1 (ja) * 2012-04-20 2013-10-24 ソニー株式会社 半導体光検出装置および放射線検出装置

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