CN111656525A - 固态成像元件和固态成像装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种固态成像元件，其包括光电转换层；经由其间的所述光电转换层彼此相对的第一电极和第二电极；设置在第一电极和所述光电转换层之间的半导体层；经由其间的所述半导体层与所述光电转换层相对的累积电极；设置在所述累积电极和所述半导体层之间的绝缘膜；和设置在所述半导体层和所述光电转换层之间的阻挡层。

Description

固态成像元件和固态成像装置
技术领域
本公开涉及一种使用例如有机光电转换材料的固态成像元件和固态成像装置。
背景技术
在固态成像装置中已经使用诸如CCD(电荷耦合器件)图像传感器和CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器等固态成像元件。固态成像元件设置有例如含有有机光电转换材料的光电转换层(例如，参见PTL 1)。
引用文献列表
专利文献
PTL 1：日本特开2016-63165号公报
发明内容
在这样的固态成像元件和固态成像装置中，例如，期望抑制信号电荷的传输不良等的发生并且改善元件特性。
因此，期望提供使得可以改善元件特性的固态成像元件和固态成像装置。
根据本公开实施方案的第一固态成像元件包括：光电转换层；经由其间的所述光电转换层彼此相对的第一电极和第二电极；设置在第一电极和所述光电转换层之间的半导体层；经由其间的所述半导体层与所述光电转换层相对的累积电极；设置在所述累积电极和所述半导体层之间的绝缘膜；和设置在所述半导体层和所述光电转换层之间的阻挡层。
根据本公开实施方案的第一固态成像装置包括根据本公开实施方案的第一固态成像元件。
在根据本公开各个实施方案的第一固态成像元件和第一固态成像装置中，在光电转换层中生成的信号电荷累积在半导体层中，然后被第一电极读出。这里，在半导体层和光电转换层之间设置有阻挡层，因此使得累积在半导体层中的信号电荷不太可能返回到光电转换层。阻挡层在信号电荷的移动期间用作势垒或物理的阻挡。
根据本公开实施方案的第二固态成像元件包括：光电转换层；经由其间的所述光电转换层彼此相对的第一电极和第二电极；设置在第一电极和所述光电转换层之间的半导体层，所述半导体层在相对于所述光电转换层的接合面处具有势垒；经由其间的所述半导体层与所述光电转换层相对的累积电极；和设置在所述累积电极和所述半导体层之间的绝缘膜。
根据本公开实施方案的第二固态成像装置包括根据本公开实施方案的第二固态成像元件。
在根据本公开各个实施方案的第二固态成像元件和第二固态成像装置中，在光电转换层中生成的信号电荷累积在半导体层中，然后被第一电极读出。这里，在半导体层和光电转换层之间的接合面处设置有势垒，因此使得累积在半导体层中的信号电荷不太可能返回到光电转换层。
根据本公开各个实施方案的第一固态成像元件和第一固态成像装置，阻挡层设置在半导体层和光电转换层之间，并且根据本公开各个实施方案的第二固态成像元件和第二固态成像装置，势垒设置在半导体层和光电转换层之间的接合面处，从而可以抑制累积在半导体层中的信号电荷的传输不良的发生。因此，可以改善元件特性。
应该注意的是，上述内容仅仅是本公开的示例。本公开的效果不限于上述那些，并且可以是其他不同的效果或者可以进一步包括其他效果。
附图说明
图1是根据本公开第一实施方案的固态成像元件的示意性构成的断面示意图。
图2是图1所示的第一电极和累积电极的平面构成的示意图。
图3是图1所示的半导体层的其他示例的断面示意图。
图4A是说明图1所示的阻挡层的能量的图(1)。
图4B是说明图1所示的阻挡层的能量的图(2)。
图5是图1所示的光电转换层的其他示例的断面示意图。
图6是图1所示的半导体层和光电转换层的其他示例的断面示意图。
图7是图1所示的固态成像元件的等效电路图。
图8是图1所示的固态成像元件的第一电极、累积电极和各种晶体管的配置的示意图。
图9是图1所示的固态成像元件的制造方法中的一个步骤的断面示意图。
图10是图9之后的步骤的断面示意图。
图11是图10之后的步骤的断面示意图。
图12是图11之后的步骤的断面示意图。
图13是图12之后的步骤的断面示意图。
图14是图13之后的步骤的断面示意图。
图15是图1所示的固态成像元件的操作的说明性示意图。
图16是图15所示的固态成像元件的全局快门驱动的说明性示意图。
图17是根据比较例1的固态成像元件的示意性构成的断面示意图。
图18是根据比较例2的固态成像元件的示意性构成的断面示意图。
图19是根据变形例1的固态成像元件的示意性构成的断面示意图。
图20是根据变形例2的固态成像元件的示意性构成的断面示意图。
图21是图20所示的固态成像元件的其他示例的断面示意图。
图22是根据变形例3的固态成像元件的示意性构成的断面示意图。
图23是图22所示的固态成像元件的其他示例的断面示意图。
图24是根据变形例4的固态成像元件的示意性构成的断面示意图。
图25是图24所示的第一电极、累积电极和传输电极的平面构成的示意图。
图26是根据变形例5的固态成像元件的示意性构成的断面示意图。
图27是图26所示的第一电极、累积电极和排出电极的平面构成的示意图。
图28是根据变形例6的固态成像元件的示意性构成的断面示意图。
图29是根据变形例7的固态成像元件的示意性构成的断面示意图。
图30是根据本公开第二实施方案的固态成像元件的示意性构成的断面示意图。
图31是由图30所示的接合面形成的势垒的说明性示意图。
图32是示出包括图1等所示的固态成像元件的固态成像装置的构成的框图。
图33是示出使用图32中示出的成像元件的电子设备(相机)的示例的功能框图。
图34是示出体内信息获取***的示意性构成的示例的框图。
图35是示出内窥镜手术***的示意性构成的示例的图。
图36是示出摄像头和相机控制单元(CCU)的功能构成的示例的框图。
图37是示出车辆控制***的示意性构成的示例的框图。
图38是车外信息检测部和成像部的安装位置的示例的辅助说明图。
具体实施方式
在下文中，参照附图详细说明本公开的实施方案。应该注意的是，按以下顺序给出说明。
1.第一实施方案(在半导体层和光电转换层之间包括阻挡层的固态成像元件的示例)
2.变形例1(在半导体基板的第一面上设置多层配线的示例)
3.变形例2(在半导体基板内包括一个光电二极管部的示例)
4.变形例3(在半导体基板内不具有光电二极管部的示例)
5.变形例4(在第一电极和累积电极之间包括传输电极的示例)
6.变形例5(包括与第一电极分离的排出电极的示例)
7.变形例6(在相邻的累积电极之间包括屏蔽电极的示例)
8.变形例7(包括与第一电极相对的遮光膜的示例)
9.第二实施方案(在半导体层和光电转换层之间的接合面处设置势垒的固态成像元件)
10.适用例1(固态成像装置的示例)
11.适用例2(电子设备的示例)
12.适用例3(体内信息获取***的应用例)
13.适用例4(内窥镜手术***的应用例)
14.适用例5(移动体的应用例)
<1.第一实施方案>
图1示意性地示出了根据本公开第一实施方案的固态成像元件(固态成像元件10)的断面构成。例如，固态成像元件10在诸如数码相机或摄像机等电子设备使用的诸如CMOS图像传感器等固态成像装置(例如，图32中的固态成像装置1)中构成一个像素(单位像素P)。
(1-1.固态成像元件的构成)
固态成像元件10例如是所谓的纵向分光型的，其中一个有机光电转换部20和两个无机光电转换部32B和32R在纵向方向上层叠。有机光电转换部20设置在半导体基板30的第一面30A(背面)侧。半导体基板30具有与第一面30A相对的第二面30B(前面)。在固态成像元件10中，光从第一面30A侧进入(光入射侧S1)，并且多层配线(配线层侧S2)设置在第二面30B侧。
无机光电转换部32B和32R各自被形成为埋入在半导体基板30内，并且在半导体基板30的厚度方向上层叠。有机光电转换部20包括在彼此相对配置的一对电极(第一电极21A和第二电极26)之间的使用有机光电转换材料形成的光电转换层25。光电转换层25包括p型半导体和n型半导体，并且在该层内具有本体异质结结构。本体异质结结构是通过混合p型半导体和n型半导体而形成的p/n结面。
有机光电转换部20和无机光电转换部32B和32R各自通过选择性地检测不同波长区域中的光来执行光电转换。具体地，有机光电转换部20获取绿色(G)颜色信号。无机光电转换部32B和32R由于吸收系数的差异而分别获取蓝色(B)和红色(R)颜色信号。这使得固态成像元件10A能够在一个像素中获取多种类型的颜色信号而无需使用滤色器。
应该注意的是，在本实施方案中，给出了在通过光电转换生成的电子和空穴的对(电子-空穴对)中读出电子作为信号电荷的情况的说明。另外，在图中，添加到“p”和“n”的“+(加号)”表示p型或n型的杂质浓度较高，“++”表示p型或n型的杂质浓度比“+”更高。
半导体基板30的第二面30B设置有例如浮动扩散部(浮动扩散层)FD1(半导体基板30内的区域36B)、FD2(半导体基板30内的区域37C)、FD3(半导体基板30内的区域38C)、传输晶体管Tr2和Tr3、放大晶体管(调制元件)AMP、复位晶体管RST、选择晶体管SEL和多层配线40。多层配线40具有例如其中在绝缘层44内层叠配线层41、42和43的构成。
在半导体基板30的第一面30A与有机光电转换部20之间，例如，设置具有固定电荷的层(固定电荷层)27k、具有绝缘性的介电层27y和层间绝缘层22s。在有机光电转换部20上(光入射侧S1)设置有保护层51。在保护层51的上方，设置诸如平坦化层(未示出)和片上透镜52等光学构件。
在半导体基板30的第一面30A与第二面30B之间设置有贯通电极34。有机光电转换部20经由贯通电极34与放大晶体管AMP的栅极Gamp和兼用作浮动扩散部FD1的复位晶体管RST(复位晶体管Tr1rst)的一个源/漏区域36B连接。这允许固态成像元件10将在半导体基板30的第一面30A侧的有机光电转换部20中生成的电荷(这里，电子)经由贯通电极34良好地传输到半导体基板30的第二面30B侧，因此可以提高特性。
贯通电极34的下端与配线层41内的连接部41A连接，并且连接部41A和放大晶体管AMP的栅极Gamp经由下部的第一触点45彼此连接。连接部41A和浮动扩散部FD1(区域36B)例如经由下部的第二触点46彼此连接。贯通电极34的上端例如经由连接配线39A和上部的第一触点29A连接到第一电极21A。
例如，贯通电极34在各固态成像元件10中针对各有机光电转换部20设置。贯通电极34具有作为有机光电转换部20与放大晶体管AMP的栅极Gamp和浮动扩散部FD1之间的连接器的功能，并且用作在有机光电转换部20中生成的电荷(这里，电子)的传输路径。贯通电极34例如由铝、钨、钛、钴、铪、钽等金属材料构成。贯通电极34可以由诸如PDAS(磷掺杂的非晶硅)等掺杂的硅材料构成。
复位晶体管RST的复位栅极Grst邻着浮动扩散部FD1(复位晶体管RST的一个源/漏区域36B)配置。这使得在浮动扩散部FD1中累积的电荷能够被复位晶体管RST复位。
在本实施方案的固态成像元件10中，已经从第二电极26侧进入有机光电转换部20的光被光电转换层25吸收。由此生成的激子移动到构成光电转换层25的电子给体和电子受体之间的界面，经历激子分离，即，解离成电子和空穴。这里生成的一种电荷(例如，电子)累积在与累积电极21B相对的半导体层23内，而另一种电荷(例如，空穴)被排出到第二电极26。
在下文中，给出各部分的构成、材料等的说明。
有机光电转换部20是吸收与选择的波长区域(例如，范围450nm～650nm)的一部分或全部对应的绿光的有机光电转换元件，并且生成电子-空穴对。有机光电转换部20从接近半导体基板30的第一面30A的位置开始顺次包括第一电极21A和累积电极21B、绝缘层22、半导体层23、阻挡层24、光电转换层25和第二电极26。绝缘层22设置有开口22H；开口22H允许第一电极21A电气连接到半导体层23。绝缘层22插在累积电极21B和半导体层23之间。
图2示出了第一电极21A和累积电极21B的平面构成。第一电极21A和累积电极21B各自具有例如四边形的平面构成，并且彼此分开地设置。例如，累积电极21B的面积大于第一电极21A的面积。一个像素(像素P)例如具有一个第一电极21A和一个累积电极21B。第一电极21A被设置为将在光电转换层25中生成的电荷(这里，电子)传输到浮动扩散部FD1，并且用作读出电极。第一电极21A经由例如上部的第一触点29A、连接配线39A、贯通电极34、连接部41A和下部的第二触点46连接到浮动扩散部FD1。
经由其间的半导体层23与光电转换层25相对的累积电极21B被设置为用于在半导体层23内累积在光电转换层25内生成的电荷中的信号电荷(例如，电子)。累积电极21B设置在与形成在半导体基板30内的无机光电转换部32B和32R的受光面相对的区域，并且覆盖这些受光面。累积电极21B经由例如上部的第二触点29B和连接配线39B电气连接到驱动电路(未示出)。使累积电极21B的面积大于第一电极21A的面积导致更多的电荷被累积。
第一电极21A和累积电极21B分别由例如具有光透过性的导电膜构成，并且由例如ITO(铟锡氧化物)构成。然而，除了ITO之外，可以使用掺杂剂掺杂的氧化锡(SnO2)系材料或其中用掺杂剂掺杂铝锌氧化物(ZnO)的氧化锌系材料作为下部电极21的构成材料。氧化锌系材料的例子包括作为掺杂剂的铝(Al)掺杂的铝锌氧化物(AZO)、镓(Ga)掺杂的镓锌氧化物(GZO)和铟(In)掺杂的铟锌氧化物(IZO)。另外，除了上述提及的那些之外，例如，可以使用CuI、InSbO4、ZnMgO、CuInO2、MgIn2O4、CdO、ZnSnO3等。
第一电极21A可以由具有遮光性的导电材料构成。具体地，第一电极21A可以由诸如铝(Al)、钨(W)、钛(Ti)、钼(Mo)、钽(Ta)、铜(Cu)、钴(Co)或镍(Ni)等金属的膜或者其合金膜构成，或者可以由在金属膜中含有硅或氧的膜构成。
绝缘层22被设置用于将累积电极21B和半导体层23彼此电气隔离，并且被设置在例如层间绝缘层27s上以覆盖第一电极21A和累积电极21B。设置在绝缘层22中的开口22H使第一电极21A从绝缘层22露出，并与半导体层23接触。绝缘层22由例如氧化硅、TEOS(原硅酸四乙酯)、氮化硅、氧氮化硅(SiON)等中的一种的单层膜或者两种以上的叠层膜构成。绝缘层22具有例如3nm～500nm的厚度。
设置在第一电极21A或绝缘层22与光电转换层25之间的半导体层23优选由具有比光电转换层25更高的电荷迁移率且更大的带隙的材料构成。半导体层23的构成材料的带隙优选为3.0eV以上。这种材料的例子包括诸如IGZO等氧化物半导体材料和有机半导体材料。有机半导体材料的例子包括过渡金属二硫属化合物、碳化硅、金刚石、石墨烯、碳纳米管、稠合多环烃化合物和稠合杂环化合物。半导体层23可以由单膜构成，或者可以通过层叠多个膜来构成。半导体层23具有例如10nm～500nm、优选30nm～150nm和更优选50nm～100nm的厚度。通过将这样的半导体层23设置为光电转换层25的下层，可以防止电荷累积时的电荷再结合，从而可以提高传输效率。
半导体层23的构成材料的杂质浓度优选为1×1018cm-3以下。半导体层23例如针对多个固态成像元件10共同设置(图1)。
如图3所示，可以针对每个元件(像素)分离地设置半导体层23。此时，在相邻的固态成像元件10的半导体层23之间配置元件分离层(元件分离层20i)。
在本实施方案中，阻挡层24设置在半导体层23和光电转换层25之间。阻挡层24在信号电荷的移动期间用作势垒或物理的阻挡。这使得累积在半导体层23中的信号电荷不太可能返回到光电转换层25，从而抑制了传输不良的发生，稍后将对其进行详细说明。阻挡层24控制电荷在半导体层23和光电转换层25之间的移动，并且用作用于电荷移动的能垒。
图4A示意性地示出了阻挡层24的构成材料的电子亲和力。当信号电荷为电子时，阻挡层24的构成材料的电子亲和力(电子亲和力EA2)小于光电转换层25的构成材料的电子亲和力(电子亲和力EA1)和半导体层23的构成材料的电子亲和力(电子亲和力EA3)。设置阻挡层24可以使半导体层23的构成材料的电子亲和力EA3与光电转换层25的构成材料的电子亲和力EA1的构成相同或者小于电子亲和力EA1。即，可以增大半导体层23和光电转换层25的构成材料的自由度。
图4B示意性地示出了阻挡层24的构成材料的电离电位。当信号电荷为空穴时，阻挡层24的构成材料的电离电位(电离电位IP2)大于光电转换层25的构成材料的电离电位(电离电位IP1)和半导体层23的构成材料的电离电位(电离电位IP3)。
阻挡层24由例如氧化硅(SiO)、氮化硅(SiN)或氧氮化硅(SiON)构成，并且具有0.1nm～50nm、优选1nm～10nm的厚度。当信号电荷为电子时，阻挡层24可以由具有电子注入阻挡功能的有机材料构成。当信号电荷为空穴时，阻挡层24可以由具有空穴注入阻挡功能的有机材料构成。阻挡层24例如针对多个固态成像元件10共同设置(图1)。
设置在阻挡层24与第二电极26之间的光电转换层25将光能转换为电能。光电转换层25包括例如分别用作p型半导体或n型半导体的两种以上的有机半导体材料(p型半导体材料或n型半导体材料)。光电转换层25在该层内包括在p型半导体材料和n型半导体材料之间的接合面(p/n结面)。p型半导体相对地充当电子供体(施主)，并且n型半导体相对地充当电子受体(受主)。光电转换层25提供其中将光吸收时生成的激子分离为电子和空穴的场所。具体地，激子在电子供体和电子受体之间的界面(p/n结面)处分离为电子和空穴。
除了p型半导体材料和n型半导体材料之外，光电转换层25还可以包含在透过任何其他波长区域的光的同时对预定波长区域的光执行光电转换的有机半导体材料，即，所谓的染料材料。在光电转换层25使用三种类型的有机半导体材料形成的情况下，即，p型半导体材料、n型半导体材料和染料材料，p型半导体材料和n-半导体材料优选各自是在可见光区域(例如，450nm～800nm)具有光透过性的材料。光电转换层25具有例如50nm～500nm的厚度。光电转换层25例如针对多个固态成像元件10共同设置(图1)。
如图5和图6所示，可以针对每个元件(像素)分离设置光电转换层25。此时，保护层51设置在相邻的固态成像元件10的光电转换层25之间。半导体层23可以针对多个固态成像元件10共同设置，并且阻挡层24和光电转换层25可以针对每个元件分离设置(图5)。半导体层23、阻挡层24和光电转换层25可以针对每个元件分离设置(图6)。
光电转换层25包含例如p型半导体、n型半导体和染料材料。p型半导体的例子包括噻吩衍生物、苯并噻吩并苯并噻吩衍生物、二茂铁衍生物、对苯撑亚乙烯基衍生物、咔唑衍生物、吡咯衍生物、苯胺衍生物、二胺衍生物、酞菁衍生物、亚酞菁衍生物、腙衍生物、萘衍生物、蒽衍生物、菲衍生物、芘衍生物、苝衍生物、并四苯衍生物、并五苯衍生物、喹吖啶酮衍生物、噻吩并噻吩衍生物、苯并噻吩衍生物、三芳基胺衍生物、苝衍生物、苉烯衍生物、
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衍生物、荧蒽衍生物、亚卟啉衍生物、包括杂环化合物作为配体的金属配合物、聚噻吩衍生物、聚苯并噻二唑衍生物和聚芴衍生物。这些材料具有相对较高的迁移率，因此有利于空穴传输性的设计。
光电转换层25中包含的n型半导体的例子包括富勒烯或富勒烯衍生物。富勒烯例如是高阶富勒烯和内嵌富勒烯。高阶富勒烯例如是C60、C70和C74等。富勒烯衍生物例如是富勒烯氟化物、PCBM([6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯)富勒烯化合物和富勒烯多聚体。富勒烯衍生物可以包含卤原子、烷基、苯基、具有芳族化合物的官能团、具有卤化物的官能团、部分氟代烷基、全氟代烷基、甲硅烷基烷基、甲硅烷基烷氧基、芳基甲硅烷基、芳基硫烷基、烷基硫烷基、芳基磺酰基、烷基磺酰基、芳基硫醚基、烷基硫醚基、氨基、烷基氨基、芳基氨基、羟基、烷氧基、酰基氨基、酰氧基、羰基、羧基、羧酰胺基、碳烷氧基、酰基、磺酰基、氰基、硝基、具有硫属化物的基团、膦基或膦酰基。烷基可以是直链或支链的。富勒烯衍生物中可以包含环状烷基。芳族化合物可以包括多个环状结构。多个环状结构可以通过单键结合或可以具有稠环结构。
光电转换层25中包含的n型半导体可以例如是噁唑衍生物、噁二唑衍生物、***衍生物、在分子骨架的一部分中包括杂环化合物的有机分子、有机金属配合物或亚酞菁等。杂环化合物包含氮原子、氧原子或硫原子。杂环化合物的例子包括吡啶衍生物、吡嗪衍生物、嘧啶衍生物、三嗪衍生物、喹啉衍生物、喹喔啉衍生物、异喹啉衍生物、吖啶衍生物、吩嗪衍生物、菲咯啉衍生物、四唑衍生物、吡唑衍生物、咪唑衍生物、噻唑衍生物、咪唑衍生物、苯并咪唑衍生物、苯并***衍生物、苯并噁唑衍生物、咔唑衍生物、苯并呋喃衍生物、二苯并呋喃衍生物、亚卟啉衍生物、聚苯撑乙烯基衍生物、聚苯并噻二唑衍生物和聚芴衍生物等。这些材料具有相对较高的迁移率，并且有利于电子传输性的设计。
光电转换层25中包含的染料材料的例子包括酞菁衍生物、亚酞菁衍生物、喹吖啶酮衍生物、萘酞菁衍生物和方酸菁衍生物。光电转换层25可以包含罗丹明系染料、花菁系染料、香豆酸染料或三-8-羟基喹啉铝(Alq3)等。光电转换层25可以包含多种材料，或者可以具有层叠结构。光电转换层25可以包含不直接有助于光电转换的材料。
可以在光电转换层25与第一电极21A之间(具体地，在半导体层23与绝缘层22之间)以及在光电转换层25与第二电极26之间设置其他层。具体地，例如，从第一电极21A侧开始可以顺次层叠下层膜、空穴传输层、电子阻挡膜、光电转换层25、空穴阻挡膜、缓冲膜、电子传输层和功函数调整膜等。
第二电极26经由其间的半导体层23、阻挡层24和光电转换层25与第一电极21A和累积电极21B相对。与第一电极21A和累积电极21B类似，第二电极26由具有光透过性的导电膜构成。在使用固态成像元件10作为一个像素的固态成像装置1中，第二电极26可以针对每个像素分离，或者可以形成为各像素共用的电极。第二电极26具有例如10nm～200nm的厚度。
设置在绝缘层22和半导体基板30的第一面30A之间的层间绝缘层27s由例如氧化硅、氮化硅和氮氧化硅(SiON)中的一种的单层膜或者两种以上的叠层膜构成。
介电层27y设置在层间绝缘层27s与半导体基板30的第一面30A之间。介电层27y由例如氧化硅膜、TEOS、氮化硅膜、氮氧化硅膜等形成，但是介电层27y的材料没有特别限定。
固定电荷层27k设置在介电层27y与半导体基板30的第一面30A之间。固定电荷层27k可以是具有正固定电荷的膜，或者可以是具有负固定电荷的膜。具有固定负电荷的膜的材料的例子包括氧化铪、氧化铝、氧化锆、氧化钽、氧化钛等。另外，作为上述材料以外的材料，可以使用氧化镧、氧化镨、氧化铈、氧化钕、氧化钷、氧化钐、氧化铕、氧化钆、氧化铽、氧化镝、氧化钬、氧化铥、氧化镱、氧化镥、氧化钇、氮化铝膜、氧氮化铪膜或氧氮化铝膜等。
固定电荷层27k可以具有其中两种以上类型的膜层叠的构成。因此，例如，在具有负固定电荷的膜的情况下，能够进一步增强作为空穴累积层的功能。
设置保护层51以覆盖第二电极26。保护层51由具有光透过性的材料构成，并且由例如氧化硅、氮化硅、氧氮化硅等中的一种的单层膜或两种以上的叠层膜构成。保护层51具有例如100nm～30000nm的厚度。
片上透镜52设置在保护层51上。片上透镜52例如设置在与累积电极21B相对的区域处，并且将入射光会聚到与累积电极21B相对的那部分的光电转换层25上。固态成像元件10可以设置有焊盘(未示出)。
半导体基板30由例如n型硅(Si)基板构成，并且在预定区域中包括p阱31。p阱31的第二面30B设置有上述的传输晶体管Tr2和Tr3、放大晶体管AMP、复位晶体管RST、选择晶体管SEL等。另外，半导体基板30的周边部分设置有包括逻辑电路等的周边电路(未示出)。
图7是固态成像元件10的等效电路图，图8示出了晶体管以及第一电极21A和累积电极21B的配置。参照图7和图8以及图1，对半导体基板30的构成进行说明。
复位晶体管RST(复位晶体管Tr1rst)复位从有机光电转换部20传输到浮动扩散部FD1的电荷，并且由例如MOS晶体管构成。具体地，复位晶体管Tr1rst由复位栅极Grst、沟道形成区域36A以及源/漏区域36B和36C构成。复位栅极Grst连接到复位线RST1，并且复位晶体管Tr1rst的一个源/漏区域36B兼用作浮动扩散部FD1。构成复位晶体管Tr1rst的另一个源/漏区域36C连接到电源VDD。
放大晶体管AMP是将在有机光电转换部20中生成的电荷量调制为电压的调制元件，并且由例如MOS晶体管构成。具体地，放大晶体管AMP由栅极Gamp、沟道形成区域35A以及源/漏区域35B和35C构成。栅极Gamp经由下部的第一触点45、连接部41A、下部的第二触点46和贯通电极34连接到第一电极21A和复位晶体管Tr1rst的一个源/漏区域36B(浮动扩散部FD1)。另外，一个源/漏区域35B与构成复位晶体管Tr1rst的另一个源/漏区域36C共享一个区域，并且连接到电源VDD。
选择晶体管SEL(选择晶体管TR1sel)由栅极Gsel、沟道形成区域34A以及源/漏区域34B和34C构成。栅极Gsel连接到选择线SEL1。另外，一个源/漏区域34B与构成放大晶体管AMP的另一个源/漏区域35C共享一个区域。另一个源/漏区域34C连接到信号线(数据输出线)VSL1。
无机光电转换部32B和32R分别在半导体基板30的预定区域具有pn结。无机光电转换部32B和32R通过利用根据在硅基板中光的入射深度而吸收的光的不同波长，使得能够在纵向方向上对光进行分光。无机光电转换部32B选择性地检测蓝光以累积与蓝色相对应的信号电荷，并且设置在能够进行蓝光的高效光电转换的深度处。无机光电转换部32R选择性地检测红光以累积与红色相对应的信号电荷，并且设置在能够进行红光的高效光电转换的深度处。应该注意的是，蓝色(B)例如是对应于450nm～495nm的波长区域的颜色，红色(R)例如是对应于620nm～750nm的波长区域的颜色。无机光电转换部32B和32R能够分别检测各自波长区域中的一部分或全部的光就足够了。
无机光电转换部32B包括例如用作空穴累积层的p+区域和用作电子累积层的n区域。无机光电转换部32R包括例如用作空穴累积层的p+区域和用作电子累积层的n区域(具有p-n-p层叠结构)。无机光电转换部32B的n区域连接到纵型传输晶体管Tr2。无机光电转换部32B的p+区域沿着传输晶体管Tr2弯曲，并且通向无机光电转换部32R的p+区域。
传输晶体管Tr2(传输晶体管TR2trs)被设置用于将在无机光电转换部32B中生成并累积的对应于蓝色的信号电荷(这里，电子)传输到浮动扩散部FD2。无机光电转换部32B形成在从半导体基板30的第二面30B开始的深位置，因此无机光电转换部32B的传输晶体管TR2trs优选由纵型晶体管构成。另外，传输晶体管TR2trs连接到传输栅极线TG2。此外，浮动扩散部FD2设置在扩散晶体管TR2trs的栅极Gtrs2附近的区域37C中。经由沿着栅极Gtrs2形成的传输通道，由浮动扩散部FD2读出累积在无机光电转换部32B中的电荷。
传输晶体管Tr3(传输晶体管TR3trs)将在无机光电转换部32R中生成并累积的对应于红色的信号电荷(这里，电子)传输到浮动扩散部FD3，并且由例如MOS晶体管构成。另外，传输晶体管TR3trs连接到传输栅极线TG3。此外，浮动扩散部FD3设置在传输晶体管TR3trs的栅极Gtrs3附近的区域38C中。经由沿着栅极Gtrs3形成的传输通道，由浮动扩散部FD3读出累积在无机光电转换部32R中的电荷。
在半导体基板30的第二面30B侧上，还设置有构成无机光电转换部32B的控制器的复位晶体管TR2rst、放大晶体管TR2amp和选择晶体管TR2sel。另外，设置有构成无机光电转换部32R的控制器的复位晶体管TR3rst、放大晶体管TR3amp和选择晶体管TR3sel。
复位晶体管TR2rst由栅极、沟道形成区域和源/漏区域构成。复位晶体管TR2rst的栅极连接到复位线RST2，并且复位晶体管TR2rst的一个源/漏区域连接到电源VDD。复位晶体管TR2rst的另一个源/漏区域兼用作浮动扩散部FD2。
放大晶体管TR2amp由栅极、沟道形成区域和源/漏区域构成。栅极连接到复位晶体管TR2rst的另一个源/漏区域(浮动扩散部FD2)。另外，构成放大晶体管TR2amp的一个源/漏区域与构成复位晶体管TR2rst的一个源/漏区域共享一个区域，并且连接到电源VDD。
选择晶体管TR2sel由栅极、沟道形成区域和源/漏区域构成。栅极连接到选择线SEL2。另外，构成选择晶体管TR2sel的一个源/漏区域与构成放大晶体管TR2amp的另一个源/漏区域共享一个区域。构成选择晶体管TR2sel的另一个源/漏区域连接到信号线(数据输出线)VSL2。
复位晶体管TR3rst由栅极、沟道形成区域和源/漏区域构成。复位晶体管TR3rst的栅极连接到复位线RST3，并且构成复位晶体管TR3rst的一个源/漏区域连接到电源VDD。构成复位晶体管TR3rst的另一个源/漏区域兼用作浮动扩散部FD3。
放大晶体管TR3amp由栅极、沟道形成区域和源/漏区域构成。栅极连接到构成复位晶体管TR3rst的另一个源/漏区域(浮动扩散部FD3)。另外，构成放大晶体管TR3amp的一个源/漏区域与构成复位晶体管TR3rst的一个源/漏区域共享一个区域，并且连接到电源VDD。
选择晶体管TR3sel由栅极、沟道形成区域和源/漏区域构成。栅极连接到选择线SEL3。另外，构成选择晶体管TR3sel的一个源/漏区域与构成放大晶体管TR3amp的另一个源/漏区域共享一个区域。构成选择晶体管TR3sel的另一个源/漏区域连接到信号线(数据输出线)VSL3。
复位线RST1、RST2和RST3、选择线SEL1、SEL2和SEL3以及传输栅极线TG2和TG3分别连接到构成驱动电路的垂直驱动电路112。信号线(数据输出线)VSL1、VSL2和VSL3连接到构成驱动电路的列信号处理电路113。
下部的第一触点45、下部的第二触点46、上部的第一触点29A和上部的第二触点29B均由诸如PDAS(磷掺杂的非晶硅)等掺杂的硅材料或者诸如铝(Al)、钨(W)、钛(Ti)、钴(Co)、铪(Hf)或钽(Ta)等金属材料构成。
(1-2.固态成像元件的制造方法)
例如，可以如下制造固态成像元件10(图9～14)。
首先，如图9所示，例如，p阱31在半导体基板30内形成为第一导电型的阱，并且第二导电型(例如，n型)的无机光电转换部32B和32R形成在p阱31内。在半导体基板30的第一面30A附近形成p+区域。
同样如图9所示，例如，在半导体基板30的第二面30B上形成用作浮动扩散部FD1～FD3的n+区域，然后，形成栅极绝缘层33和包括传输晶体管Tr2、传输晶体管Tr3、选择晶体管SEL、放大晶体管AMP和复位晶体管RST的各栅极的栅极配线层47。这样导致形成传输晶体管Tr2、传输晶体管Tr3、选择晶体管SEL、放大晶体管AMP和复位晶体管RST。此外，在半导体基板30的第二面30B上形成包括下部的第一触点45、下部的第二触点46和连接部41A的配线层41～43(多层配线40)以及绝缘层44。
作为半导体基板30的基体，例如，使用SOI(绝缘体上硅)基板，其中半导体基板30、埋入的氧化膜(未示出)和保持基板(未示出)被层叠。尽管未在图9中示出，但是将埋入的氧化膜和保持基板接合到半导体基板30的第一面30A。在离子注入之后，执行退火处理。
接下来，将支撑基板(未示出)或另一个半导体基板等接合到半导体基板30的第二面30B侧(多层配线40侧)，并且该基板被上下翻转。随后，将半导体基板30与SOI基板的埋入的氧化膜和保持基板分离以露出半导体基板30的第一面30A。上述步骤可以通过诸如离子注入和CVD(化学气相沉积)等通常的CMOS工艺中使用的技术来执行。
接下来，如图10所示，例如，通过干蚀刻从第一面30A侧加工半导体基板30，例如以形成环形开口34H。如图10所示，关于深度，开口34H从半导体基板30的第一面30A贯通到第二面30B，并且到达例如连接部41A。
随后，例如，在半导体基板30的第一面30A和开口34H的侧面上形成负固定电荷层27k。可以层叠两种以上类型的膜作为负固定电荷层27k。这使得可以进一步增强作为空穴累积层的功能。在形成负固定电荷层27k之后，形成介电层27y。接下来，在介电层27y上的预定位置处形成连接配线39A和39B之后，使用光刻法和CMP(化学机械抛光)法来形成包括例如SiO膜的层间绝缘层27s，其中上部的第一触点29A和上部的第二触点29B埋入在连接配线39A和39B上。
随后，如图11所示，在上部的第一触点29A、上部的第二触点29B和层间绝缘层27s上形成导电膜21y，然后在导电膜21y的预定位置处形成光致抗蚀剂PR。此后，如图12所示，通过蚀刻和去除光致抗蚀剂PR形成第一电极21A和累积电极21B。
然后，例如，在层间绝缘层27s、第一电极21A和累积电极21B上形成SiO膜，然后使用CMP法来平坦化SiO膜。随后，在层间绝缘层27s、第一电极21A和累积电极21B上形成作为膜的绝缘层22。绝缘层22例如使用ALD(原子层沉积)法形成为膜。
接下来，如图13所示，在面对第一电极21A的区域上形成光致抗蚀剂PR，并且例如使用干蚀刻法来蚀刻绝缘层22。这允许形成开口22H。
随后，如图14所示，在绝缘层22和第一电极21A上顺次形成半导体层23、阻挡层24、光电转换层25和第二电极26。然后，形成保护层51。此后，设置诸如平坦化层等光学构件和片上透镜52。因此，完成图1所示的固态成像元件10。
(1-3.固态成像元件的操作)
在固态成像元件10中，当光经由片上透镜52进入有机光电转换部20时，光顺次通过有机光电转换部20以及无机光电转换部32B和32R，并且在通过过程中针对绿色、蓝色和红色的每种光执行光电转换。在下文中，给出每种颜色的信号获取操作的说明。
(通过有机光电转换部20获取绿色信号)
首先，通过有机光电转换部20选择性地检测(吸收)已经入射到固态成像元件10的光中的绿光，并且执行光电转换。
有机光电转换部20经由贯通电极34连接到放大晶体管AMP的栅极Gamp和浮动扩散部FD1。因此，从第一电极21A和累积电极21B侧提取在有机光电转换部20中生成的电子-空穴对中的电子，经由贯通电极34传输到半导体基板30的第二面30B侧，并累积在浮动扩散部FD1中。同时，在有机光电转换部20中生成的电荷量被放大晶体管AMP调制为电压。
另外，复位晶体管RST的复位栅极Grst邻着浮动扩散部FD1配置。因此，通过复位晶体管RST将浮动扩散部FD1中累积的电荷复位。
这里，有机光电转换部20不仅经由贯通电极34与放大晶体管AMP连接，而且与浮动扩散部FD1连接，因此，可以容易地通过复位晶体管RST将浮动扩散部FD1中累积的电荷复位。
相比而言，在贯通电极34和浮动扩散部FD1彼此不连接的情况下，难以使浮动扩散部FD1中累积的电荷复位，因此导致施加大的电压以将电荷拉动到第二电极26侧。因此，光电转换层25可能损坏。另外，使得能够在短时间内复位的结构会导致暗噪声的增大，从而引起折衷，因此这种结构是困难的。
参照图15说明通过第一电极21A和累积电极21B累积和传输信号电荷。
在固态成像元件10中，改变将要施加到累积电极21B的电位导致电荷累积和传输。在累积期间，从驱动电路向累积电极21B施加正电位V1。这导致一定量以上的电场施加到阻挡层24，因此在光电转换层25中生成的电荷(这里，电子)从光电转换层25经由阻挡层24移动到半导体层23，并且累积在与累积电极21B相对的那部分的半导体层23中(累积期间)。在光电转换层25中生成的空穴经由第二电极26排出。
在累积期间的后期执行复位操作。具体地，扫描部在预定时机将复位信号RST的电压从低电平改变为高电平。这使得在单位像素P中复位晶体管TR1rst成为导通状态；结果，浮动扩散部FD1的电压被设定为电源电压VDD，并且浮动扩散部F D1的电压被复位。
在复位操作完成之后，执行信号电荷的读出。在读出信号电荷时，从驱动电路向第一电极21A施加电位V2。对于电位V2，V2<V1成立。电位V2可以是负电位。这里，阻挡层24用作绝缘层。向第一电极21A施加电位V2使得在半导体层23的与累积电极21B相对的那部分中累积的信号电荷(这里，电子)经由第一电极21A被浮动扩散部FD1读出。即，通过控制器读出在半导体层23中累积的信号电荷(传输期间)。
另外，如图16所示，在固态成像元件10中全局快门驱动也是可能的。
首先，在累积期间，从驱动电路向累积电极21B施加预定的电位V3。这里，阻挡层24用作绝缘层，并且在光电转换层25中生成的电荷(这里，电子)累积在与累积电极21B相对的那部分的光电转换层25中(累积期间)。光电转换层25中生成的空穴经由第二电极26排出。
在接着的传输期间(第一传输期间)，从驱动电路向累积电极21B施加预定的电位V4。对于电位V4，V3<V4成立。这导致一定量以上的电场施加到阻挡层24，因此累积在光电转换层25中的信号电荷对于全部像素(像素P)一次地经由阻挡层24传输到半导体层23(第一传输期间)。
传输到半导体层23的信号电荷在半导体层23的与累积电极21B相对的那部分处保持一定时间(存储期间)。此后，根据需要读出信号电荷。在读出信号电荷时，从驱动电路向第一电极21A施加电位V4。对于电位V4，V4<V3成立。电位V4可以是负电位。这里，阻挡层24用作绝缘层。向第一电极21A施加电位V4使得在半导体层23的与累积电极21B相对的那部分中保持的信号电荷(这里，电子)经由第一电极21A被浮动扩散部FD1读出(第二传输期间)。
(通过无机光电转换部32B和32R获取蓝色信号和红色信号)
在透过有机光电转换部20的光中，蓝光和红光分别被无机光电转换部32B和无机光电转换部32R顺次吸收，并执行光电转换。在无机光电转换部32B中，与入射的蓝光相对应的电子被累积在无机光电转换部32B的n区域中，并且累积的电子由传输晶体管Tr2传输到浮动扩散部FD2。类似地，在无机光电转换部32R中，与入射的红光相对应的电子被累积在无机光电转换部32R的n区域中，并且累积的电子由传输晶体管Tr3传输到浮动扩散部FD3。
(1-3.作用和效果)
在本实施方案中，在光电转换层25中生成的信号电荷累积在与累积电极21B相对的那部分的半导体层23中。累积的信号电荷被传输到第一电极21A并从其读出。即，类似于无机光电转换部32B和32R，也在有机光电转换部20中，信号电荷被一次地累积，然后由浮动扩散部FD1读出。这使得可以就在信号电荷的传输之前复位浮动扩散部FD1。因此，可以去除噪声成分，从而提高拍摄图像的质量。
另外，在本实施方案中，阻挡层24设置在半导体层23和光电转换层25之间，从而抑制了累积在半导体层23中的信号电荷的传输不良的发生。在下文中，参照比较例(比较例1)进行说明。
图17说明了根据比较例1的固态成像元件(固态成像元件100)的主要部分的示意性断面构成。固态成像元件100未设置阻挡层(图1的阻挡层24)，并且半导体层23和光电转换层25彼此接触。在这种固态成像元件100中，累积在半导体层23中的信号电荷更可能返回到迁移率较小的光电转换层25。这种信号电荷的回流导致信号电荷的传输不良的发生。
相比而言，在本实施方案中，阻挡层24设置在半导体层23和光电转换层25之间。当将电位V2施加到累积电极21B时(图15)，阻挡层24用作绝缘层，因此抑制了信号电荷从半导体层23跨越阻挡层24的移动。即，信号电荷不太可能从半导体层23返回到光电转换层25。这抑制了累积在半导体层23中的信号电荷的传输不良的发生。
此外，在本实施方案中，阻挡层24设置在半导体层23和光电转换层25之间，从而使得可以在全局快门驱动时在光电转换层25中累积信号电荷(图16中的累积期间)。累积在光电转换层25中的信号电荷对于全部像素一次地传输到半导体层23，并且一次地保持在半导体层23中(图16中的存储期间)。以这种方式，沿着半导体层23、阻挡层24和光电转换层25的层叠方向执行信号电荷的累积、传输和保持(存储)，从而使得可以实现全局快门驱动而无需减小数值孔径。以下，参照比较例(比较例2)进行说明。
图18示出了根据比较例2的固态成像元件(固态成像元件101)的主要部分的示意性断面构成。类似于固态成像元件100，固态成像元件101未设置阻挡层(图1的阻挡层24)。固态成像元件101包括存储电极(存储电极21M)，并且被构造成使得能够进行全局快门驱动。例如，存储电极21M并排设置在第一电极21A和累积电极21B之间。与第一电极21A和存储电极21M相对的那部分的半导体层23被遮光膜(遮光膜54)覆盖。
在固态成像元件101中，在光电转换层25中生成的信号电荷移动到半导体层23，并且累积在半导体层23的与累积电极21B相对的那部分中。此后，信号电荷对于全部像素一次地从与累积电极21B相对的部分到与存储电极21M相对的部分在半导体层23内传输，并被保持。即，沿着半导体层23的平面方向执行信号电荷的累积、传输和保持(存储)，从而使与存储电极21M相对的那部分的半导体层23被遮光。因此，由于提供了全局快门功能而减小了数值孔径。
相比而言，在本实施方案中，如上所述，沿着半导体层23、阻挡层24和光电转换层25的层叠方向执行信号电荷的累积、传输和保持(存储)，从而使得可以实现全局快门驱动而无需减小数值孔径。
如上所述，在根据本实施方案的固态成像元件10中，阻挡层24设置在半导体层23和光电转换层25之间，从而使得可以抑制累积在半导体层23中的信号电荷的传输不良的发生。因此，可以改善元件特性。
另外，在本实施方案中，通过设置阻挡层24，可以沿着半导体层23、阻挡层24和光电转换层25的层叠方向执行信号电荷的累积、传输和保持(存储)，从而使得可以实现全局快门驱动而无需减小数值孔径。
以下，对第一实施方案的变形例和其他实施方案进行说明。与第一实施方案类似的构成要素用相同的附图标记表示，并适当地省略其说明。
<2.变形例1>
图19示意性地示出了根据前述第一实施方案的变形例1的固态成像元件(固态成像元件10A)的主要部分的断面构成。固态成像元件10A是前面照射型固态成像元件；光从第二面30B侧进入半导体基板30。除了这点之外，固态成像元件10A具有与固态成像元件10类似的构成和效果。
连接部41A、多层配线40和层间绝缘层27s等设置在半导体基板30的第二面30B与有机光电转换部20(第一电极21A和累积电极21B)之间。第一电极21A经由设置在层间绝缘层27s中的上部的第一触点29A和连接配线39A连接到连接部41A。即，前面照射型固态成像元件10A消除了对半导体基板30的贯通电极(图1中的贯通电极34)的需要。
<3.变形例2>
图20示意性地示出了根据前述第一实施方案的变形例2的固态成像元件(固态成像元件10B)的主要部分的断面构成。固态成像元件10B在半导体基板30内具有一个无机光电转换部(无机光电转换部32C)。除了这点之外，固态成像元件10B具有与固态成像元件10类似的构成和效果。
无机光电转换部32C是对透过滤色层53和有机光电转换部20的光执行光电转换的部分。固态成像元件10B可以设置有检测不同颜色的光束的无机光电转换部32C。固态成像元件10B包括例如在有机光电转换部20和片上透镜52之间的滤色层53，并且滤色层53配置在与无机光电转换部32C相对的位置。滤色层53可以设置在半导体基板30和有机光电转换部20(未示出)之间。
以这种方式，可以在半导体基板30中设置一个无机光电转换部(无机光电转换部32C)。在固态成像元件10B中，可以针对每个像素选择性地利用任何波长的光。
如图21所示，固态成像元件10B可以是前面照射型固态成像元件。
<4.变形例3>
图22示意性地示出了根据前述第一实施方案的变形例3的固态成像元件(固态成像元件10C)的主要部分的断面构成。在固态成像元件10C中，在半导体基板30内未设置无机光电转换部(图1中的无机光电转换部32R和32B或者图20中的无机光电转换部32C)。除了这点之外，固态成像元件10C具有与固态成像元件10类似的构成和效果。
固态成像元件10C具有滤色层53，类似于前述变形例2的固态成像元件10B。滤色层53可以设置在有机光电转换部20和片上透镜52之间(图20)，或者可以设置在半导体基板30和有机光电转换部20(未示出)之间。在这种固态成像元件10C中，可以针对每个像素选择性地利用任何波长的光。
另外，在半导体基板30内未设置无机光电转换部，因此可以提高构成第一电极21A和累积电极21B的导电材料的选择自由度。具体地，构成第一电极21A和累积电极21B的导电材料不限于光透光性导电材料；可以使用更通用的金属材料。
此外，在背面照射型固态成像元件10C中，半导体基板30的使用允许层叠型成像元件的构成。
如图23所示，固态成像元件10C可以是前面照射型固态成像元件。在固态成像元件10C中，可以在与第一电极21A和累积电极21B相对的那部分的半导体基板30中设置用于改善功能的电路。
<5.变形例4>
图24示意性地示出了根据前述第一实施方案的变形例4的固态成像元件(固态成像元件10D)的主要部分的断面构成。除了第一电极21A和累积电极21B之外，固态成像元件10D还包括作为经由其间的半导体层23与第二电极26相对的电极的传输电极21C。设置传输电极21C以控制信号电荷在半导体层23中的移动。除了这点之外，固态成像元件10D具有与固态成像元件10类似的构成和效果。
图25示出了第一电极21A、累积电极21B和传输电极21C的平面构成。第一电极21A、累积电极21B和传输电极21C彼此分开地设置。传输电极21C具有例如四边形的平面形状，并且与第一电极21A和累积电极21B并排设置。传输电极21C配置在第一电极21A和累积电极21B之间。
传输电极21C被设置用于提高将累积在累积电极21B中的信号电荷传输到第一电极21A的效率，并且经由其间的绝缘层22与半导体层23相对。传输电极21C例如经由上部的第三触点29C和连接配线39C连接到构成驱动电路的像素驱动电路(未示出)。第一电极21A、累积电极21B和传输电极21C能够彼此独立地施加电压。例如，通过调节施加到传输电极21C的电位，可以防止累积在与累积电极21B相对的那部分的半导体层23中的信号电荷无意图地向第一电极21A移动。
以这种方式，在固态成像元件10D中，第一电极21A和累积电极21B之间的传输电极21C能够进一步提高累积在半导体层23中的信号电荷的传输效率。
固态成像元件10D可以是前面照射型的(参见图19)。可以在固态成像元件10D的半导体基板30内设置一个无机光电转换部32C(参见图20和图21)，或者可以在半导体基板30内未设置无机光电转换部(参见图22和图23)。
<6.变形例5>
图26示意性地示出了根据前述第一实施方案的变形例5的固态成像元件(固态成像元件10E)的主要部分的断面构成。除了第一电极21A和累积电极21B之外，固态成像元件10E还包括作为经由其间的半导体层23与第二电极26相对的电极的排出电极21D。除了这点之外，固态成像元件10E具有与固态成像元件10类似的构成和效果。
图27示出了第一电极21A、累积电极21B和排出电极21D的平面构成。第一电极21A、累积电极21B和排出电极21D彼此分开地设置。排出电极21D例如设置为包围第一电极21A和累积电极21B。排出电极21D例如针对像素共同设置。排出电极21D可以针对每个像素分离地设置(未示出)。
排出电极21D设置在绝缘层22的开口处，并且电气连接到半导体层23。设置排出电极21D以将未被累积电极21B充分吸引的信号电荷或在生成大于传输能力的电荷时的过量信号电荷(所谓的溢出信号电荷)发送到驱动电路。排出电极21D例如经由上部的第四触点29D和连接配线39D连接到构成驱动电路的像素驱动电路(未示出)。第一电极21A、累积电极21B和排出电极21D能够彼此独立地施加电压。
以这种方式，在固态成像元件10E中，电气连接到半导体层23的排出电极21D使得能够将在半导体层23中生成的过量信号电荷排出而不会残留在半导体层23中。
固态成像元件10E可以是前面照射型的(参见图19)。可以在固态成像元件10E的半导体基板30内设置一个无机光电转换部32C(参见图20和图21)，或者可以在半导体基板30内未设置无机光电转换部(参见图22和图23)。固态成像元件10E可以包括传输电极21C连同排出电极21D(参见图24)。
<7.变形例6>
图28示意性地示出了根据前述第一实施方案的变形例6的固态成像元件(固态成像元件10F)的主要部分的断面构成。除了第一电极21A和累积电极21B之外，固态成像元件10F还包括作为经由其间的半导体层23与第二电极26相对的电极的屏蔽电极21E。除了这点之外，固态成像元件10F具有与固态成像元件10类似的构成和效果。
第一电极21A、累积电极21B和屏蔽电极21E彼此分开地设置。屏蔽电极21E与第一电极21A和累积电极21B并排设置，并且配置在彼此相邻的累积电极21B之间。设置屏蔽电极21E以抑制相邻的累积电极21B之间的信号电荷的泄漏(漏出)，并且经由其间的绝缘层22与半导体层23相对。屏蔽电极21E例如经由上部的第五触点29E和连接配线39E连接到构成驱动电路的像素驱动电路(未示出)。第一电极21A、累积电极21B和屏蔽电极21E能够彼此独立地施加电压。
以这种方式，在固态成像元件10F中，设置在相邻的累积电极21B之间的屏蔽电极21E能够抑制相邻的累积电极21B之间的信号电荷的泄漏。
固态成像元件10F可以是前面照射型的(参见图19)。可以在固态成像元件10F的半导体基板30内设置一个无机光电转换部32C(参见图20和图21)，或者可以在半导体基板30内未设置无机光电转换部(参见图22和图23)。固态成像元件10F可以包括传输电极21C(参见图24)或排出电极21D(参见图26)连同屏蔽电极21E。
<8.变形例7>
图29示意性地示出了根据前述第一实施方案的变形例7的固态成像元件(固态成像元件10G)的主要部分的断面构成。固态成像元件10G包括经由其间的光电转换层25覆盖第一电极21A的遮光膜54。除了这点之外，固态成像元件10G具有与固态成像元件10类似的构成和效果。
遮光膜54例如设置在第二电极26和片上透镜52之间，并且覆盖与第一电极21A相对的那部分的光电转换层25。这允许抑制在靠近第一电极21A的区域(光电转换层25)处的光电转换。因此，可以抑制过量的信号电荷向第一电极21A的传输。遮光膜54例如包含钨(W)和铝(Al)等金属，可以由单质金属构成，也可以由合金构成。遮光膜54可以包含滤色层(例如，图20中的滤色层53)的构成材料，并且可以具有层叠结构。累积电极21B的一部分可以被遮光膜54覆盖。
以这种方式，在固态成像元件10G中，与第一电极21A相对的那部分的光电转换层25被遮光膜54覆盖，从而抑制了过量的信号电荷向第一电极21A的传输。
固态成像元件10G可以是前面照射型的(参见图19)。可以在固态成像元件10G的半导体基板30内设置一个无机光电转换部32C(参见图20和图21)，或者可以在半导体基板30内未设置无机光电转换部(参见图22和图23)。固态成像元件10G可以包括传输电极21C(参见图24)、排出电极21D(参见图26)或屏蔽电极21E(参见图28)。传输电极21C、排出电极21D或屏蔽电极21E的一部分可以被遮光膜54覆盖。
<9.第二实施方案>
图30示意性地示出了本公开第二实施方案的固态成像元件(固态成像元件60)的主要部分的断面构成。在固态成像元件60中，半导体层23和光电转换层25之间的接合面(接合面20S)用作势垒。即，代替阻挡层(图1中的阻挡层24)，固态成像元件60设置有用作势垒的接合面20S。除了这点之外，固态成像元件60具有与前述第一实施方案的固态成像元件10类似的构成和效果。
图31示出了半导体层23和光电转换层25的势能的示例。以这种方式，在半导体层23和光电转换层25之间的接合面20S处形成势垒。在以下条件下构造接合面20S。
当信号电荷为电子时，半导体层23具有比光电转换层25的导体的电位低的在导带中的势能，并且具有比光电转换层25的费米能级(真空能级基准)低的费米能级。当信号电荷为空穴时，半导体层23具有比光电转换层25的价带的势能高的势能，并且具有比光电转换层25的费米能级低的费米能级。
以这种方式，在固态成像元件60中，半导体层23和光电转换层25之间的接合面20S用作势垒，从而与上述固态成像元件10类似，使得可以抑制累积在半导体层23中的信号电荷的传输不良的发生。因此，可以改善元件特性。
另外，接合面20S允许沿着半导体层23和光电转换层25的层叠方向执行信号电荷的累积、传输和保持(存储)，从而使得可以实现全局快门驱动而无需减小数值孔径。
固态成像元件60可以是前面照射型的(参见图19)。可以在固态成像元件60的半导体基板30内设置一个无机光电转换部32C(参见图20和图21)，或者可以在半导体基板30内未设置无机光电转换部(参见图22和图23)。固态成像元件60可以包括传输电极21C(参见图24)、排出电极21D(参见图26)或屏蔽电极21E(参见图28)。固态成像元件60可以设置有遮光膜54(参见图29)。
<适用例1>
图32示出了固态成像装置(固态成像装置1)的整体构成，其中前述实施方案等中说明的固态成像元件10(或固态成像元件10A～10G和60；以下统称为固态成像元件10)用于各像素。固态成像装置1是CMOS图像传感器，包括在半导体基板30上的作为成像区域的像素部1a，并且在像素部1a的周边区域中包括例如由行扫描部131、水平选择部133、列扫描部134和***控制部132构成的周边电路部130。
像素部1a包括例如以矩阵状二维配置的多个像素P(固态成像元件10)。例如，像素驱动线Lread(例如，行选择线和复位控制线)以像素行为单位配线到像素P，并且垂直信号线Lsig以像素列为单位配线到像素P。像素驱动线Lread传输用于从像素P读出信号的驱动信号。像素驱动线Lread的一端连接到与行扫描部131中的各行对应的输出端子。
行扫描部131由移位寄存器、地址解码器等构成，并且例如是以行为单位驱动元件区域R1的各像素P的像素驱动部。从由行扫描部131选择性地扫描的像素行中的各像素P输出的信号经由各垂直信号线Lsig供给到水平选择部133。水平选择部133由针对各垂直信号线Lsig设置的放大器、水平选择开关等构成。
列扫描部134由移位寄存器、地址解码器等构成，并且在扫描的同时顺次地驱动水平选择部133中的各水平选择开关。作为列扫描部134的选择性扫描的结果，将经由各垂直信号线Lsig传输的各像素的信号顺次地输出到水平信号线135，并且通过水平信号线135输入到未示出的信号处理部等。
***控制部132接收从外部供给的时钟、指示操作模式的数据等，并且输出诸如成像元件4的内部信息等数据。***控制部132还包括生成各种定时信号的定时发生器，并且基于由定时发生器生成的各种定时信号执行行扫描部131、水平选择部133和列扫描部134的驱动控制。
<适用例2>
上述固态成像装置1可以适用于具有成像功能的任何类型的电子设备，例如，诸如数码相机和摄像机等相机***或者具有成像功能的移动电话。图33示出了作为示例的电子设备2(相机)的示意性构成。电子设备2是例如能够拍摄静止图像或拍摄运动图像的摄像机，并且包括固态成像装置1、光学***(光学透镜)310、快门装置311、驱动固态成像装置1和快门装置311的驱动部313和信号处理部312。
光学***310将来自被摄体的图像光(入射光)引导到成像元件4。光学***310可以由多个光学透镜构成。快门装置311控制相对于固态成像装置1的光照射时段和遮光时段。驱动部313控制固态成像装置1的传输操作和快门装置311的快门操作。信号处理部312对从固态成像装置1输出的信号执行各种类型的信号处理。信号处理之后的图像信号Dout被存储在诸如存储器等存储介质中或者被输出到监视器等。
<适用例3>
<体内信息获取***的应用例>
此外，根据本公开实施方案的技术(本技术)适用于各种产品。例如，根据本公开实施方案的技术可以应用于内窥镜手术***。
图34是示出使用可以应用根据本公开实施方案的技术(本技术)的使用胶囊型内窥镜的患者的体内信息获取***的示意性构成的示例的框图。
体内信息获取***10001包括胶囊型内窥镜10100和外部控制装置10200。
在检查时，患者吞咽胶囊型内窥镜10100。胶囊型内窥镜10100具有成像功能和无线通信功能，由于蠕动运动等而移动到胃和肠等器官的内部，直到其从患者自然排出，以预定间隔顺次地拍摄器官内的图像(在下文中，也称为体内图像)，并且将关于体内图像的信息无线地顺次地传输到身体外部的外部控制装置10200。
外部控制装置10200综合地控制体内信息获取***10001的操作。另外，外部控制装置10200接收关于从胶囊型内窥镜10100传输的体内图像的信息，并且基于所接收的关于体内图像的信息，生成用于在显示装置(未示出)上显示体内图像的图像数据。
以这种方式，体内信息获取***10001可以在从吞咽胶囊型内窥镜10100直到其被排出的任何时间获取通过拍摄患者体内状态而获得的体内图像。
对胶囊型内窥镜10100和外部控制装置10200的构成和功能进行更详细地说明。
胶囊型内窥镜10100包括胶囊状壳体10101，在壳体10101中，收容光源部10111、成像部10112、图像处理部10113、无线通信部10114、供电部10115、电源部10116和控制部10117。
光源部10111包括光源，例如发光二极管(LED)。光被发射到成像部10112的成像视野中。
成像部10112包括成像元件和光学***，该光学***包括设置在成像元件前面的多个透镜。发射到作为观察对象的身体组织的光的反射光(在下文中称为“观察光”)由光学***收集并入射到成像元件上。在成像部10112中，成像元件对入射在其上的观察光执行光电转换，并且生成与观察光相对应的图像信号。将由成像部10112生成的图像信号提供给图像处理部10113。
图像处理部10113包括诸如中央处理单元(CPU)或图形处理单元(GPU)等处理器，并且对由成像部10112生成的图像信号执行各种类型的信号处理。图像处理部10113将被执行信号处理的图像信号作为RAW数据提供给无线通信部10114。
无线通信部10114对经过图像处理部10113的信号处理的图像信号执行诸如调制处理等预定处理，并且经由天线10114A将图像信号传输到外部控制装置10200。此外，无线通信部10114经由天线10114A接收来自外部控制装置10200的与胶囊型内窥镜10100的驱动控制有关的控制信号。无线通信部10114将从外部控制装置10200接收到的控制信号提供给控制部10117。
供电部10115包括用于电力接收的天线线圈、用于从天线线圈中产生的电流再生电力的电力再生电路以及升压电路等。在供电部10115中，使用所谓的非接触充电的原理来生成电力。
电源部10116包括二次电池，并存储由供电部10115生成的电力。在图34中，为了避免图的复杂化，省略了指示来自电源部10116的电力的供电目的地的箭头等的图示；然而，存储在电源部10116中的电力被供给到光源部10111、成像部10112、图像处理部10113、无线通信部10114和控制部10117，并且可以用于驱动这些部件。
控制部10117包括诸如CPU等处理器，并且根据从外部控制装置10200传输的控制信号适宜地控制光源部10111、成像部10112、图像处理部10113、无线通信部10114和供电部10115。
外部控制装置10200包括诸如CPU或GPU等处理器，或者其上混合安装有处理器和诸如存储器等存储元件的微处理器、控制板等。外部控制装置10200通过天线10400A将控制信号传输到胶囊型内窥镜10100的控制部10117，由此控制胶囊型内窥镜10100的操作。在胶囊型内窥镜10100中，例如，根据来自外部控制装置10200的控制信号，可以改变用于向光源部10111中的观察对象发光的条件。另外，根据来自外部控制装置10200的控制信号，可以改变成像条件(例如，成像部10112中的帧速率、曝光值等)。另外，根据来自外部控制装置10200的控制信号，可以改变图像处理部10113中的处理细节以及无线通信部10114传输图像信号的条件(例如，传输间隔、传输图像的数量等)。
此外，外部控制装置10200对从胶囊型内窥镜10100传输的图像信号执行各种类型的图像处理，并生成用于在显示装置上显示拍摄的体内图像的图像数据。作为图像处理，可以执行各种类型的已知信号处理，例如，显像处理(去马赛克处理)、高图像质量处理(频带增强处理、超分辨率处理、降噪(NR)处理和/或图像稳定处理等)和/或放大处理(电子变焦处理)等。外部控制装置10200控制显示装置的驱动，以基于所生成的图像数据显示拍摄的体内图像。可选择地，外部控制装置10200可以使记录装置(未示出)记录所生成的图像数据，或者使打印装置(未示出)打印出所生成的图像数据。
以上已经说明了可以应用根据本公开实施方案的技术的体内信息获取***的示例。在上述构成中，根据本公开实施方案的技术可以应用于成像部10112。这使得可以提高检测精度。
<适用例4>
<内窥镜手术***的应用例>
根据本公开实施方案的技术(本技术)适用于各种产品。例如，根据本公开实施方案的技术可以应用于内窥镜手术***。
图35是示出根据本公开实施方案的技术(本技术)可以应用的内窥镜手术***的示意性构成的示例的图。
图35示出手术者(医生)11131正在使用内窥镜手术***11000对病床11133上的患者11132进行手术的状态。如图所示，内窥镜手术***11000包括内窥镜11100、诸如气腹管11111和能量处置器械11112等其他手术器械11110、支撑内窥镜11100的支撑臂装置11120以及其上安装有用于内窥镜手术的各种装置的推车11200。
内窥镜11100包括其中距远端预定长度的区域被***患者11132的体腔内的透镜筒11101和摄像头11102，该摄像头与透镜筒11101的近端连接。在附图所示的示例中，示出了形成为包括硬性透镜筒11101的所谓硬镜的内窥镜11100，但是内窥镜11100可以形成为包括软性透镜筒的所谓的软镜。
透镜筒11101在其远端处设有物镜装配到其中的开口部。光源装置11203与内窥镜11100连接，并且将由光源装置11203生成的光通过延伸到透镜筒11101内部的光导引导到透镜筒的远端，并经由物镜将光朝向在患者11132的体腔内的观察对象发射。此外，内窥镜11100可以是直视镜、斜视镜或侧视镜。
在摄像头11102的内部设有光学***和成像元件，并且来自观察对象的反射光(观察光)通过光学***会聚在成像元件上。观察光由成像元件执行光电转换，并且生成与观察光相对应的电气信号，即，与观察图像相对应的图像信号。图像信号作为RAW数据被传输到相机控制单元(CCU)11201。
CCU 11201包括中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)等，并且综合控制内窥镜11100和显示装置11202的操作。此外，CCU 11201接收来自摄像头11102的图像信号，并且执行诸如对图像信号的显像处理(去马赛克处理)等各种类型的图像处理以基于该图像信号显示图像。
显示装置11202通过CCU 11201的控制显示基于已经由CCU 11201对其进行了图像处理的图像信号的图像。
例如，光源装置11203包括诸如发光二极管(LED)等光源并且将用于拍摄手术部位等的照射光供给到内窥镜11100。
输入装置11204是用于内窥镜手术***11000的输入接口。使用者可以经由输入装置11204向内窥镜手术***11000输入各种类型的信息和指令。例如，使用者输入用于改变内窥镜11100的成像条件(照射光的类型、放大率、焦距等)的指令等。
处置器械控制装置11205控制能量处置器械11112的驱动，用于组织的烧灼、切开、血管的密封等。气腹装置11206经由气腹管11111向体腔内注入气体以使患者11132的体腔膨胀，以确保内窥镜11100的视野并确保手术者的工作空间。记录器11207是能够记录与手术有关的各种类型的信息的装置。打印机11208是能够以诸如文本、图像、图形等各种形式打印与手术有关的各种类型的信息的装置。
此外，将用于拍摄手术部位的照射光供给到内窥镜11100的光源装置11203可以包括例如LED、激光光源或它们组合的白色光源。在白色光源包括红、绿和蓝(RGB)激光光源的组合的情况下，可以高精度地控制各种颜色(波长)的输出强度和输出定时，从而可以在光源装置11203中进行所拍摄的图像的白平衡的调整。此外，在这种情况下，通过将来自各个RGB激光光源的激光按时间分割地发射到观察对象上并且与发射定时同步地控制摄像头11102的成像元件的驱动，也可以按时间分割地拍摄对应于RGB的图像。根据该方法，在成像元件中未设置滤色器的情况下，也可以获得彩色图像。
此外，可以控制光源装置11203的驱动，使得在预定时间间隔改变要输出的光的强度。通过与光强度的改变的定时同步地控制摄像头11102的成像元件的驱动以按时间分割地获取图像并合成图像，可以生成没有曝光不足的遮挡阴影和曝光过度的高亮的高动态范围的图像。
此外，光源装置11203可以供给与特殊光观察相对应的预定波长带的光。在特殊光观察中，例如，通过使用身体组织中的光吸收的波长依赖性，通过发射与普通观察时的照射光(即，白光)相比具有窄带域的光，进行以高对比度对诸如粘膜表层的血管等预定组织进行拍摄的所谓的窄带域成像。另外，在特殊光观察中，可以进行通过发射激发光产生的荧光获得图像的荧光成像。在荧光成像中，例如，可以向身体组织照射激发光来观察来自身体组织的荧光(自体荧光成像)，或者可以将诸如吲哚菁绿(ICG)等试剂局部注射到身体组织中并发射与试剂的荧光波长相对应的激发光来获得荧光图像。光源装置11203可以供给与这种特殊光观察相对应的窄带域光和/或激发光。
图36是示出图35所示的摄像头11102和CCU 11201的功能构成的示例的框图。
摄像头11102包括透镜单元11401、成像部11402、驱动部11403、通信部11404和摄像头控制部11405。CCU 11201包括通信部11411、图像处理部11412和控制部11413。摄像头11102和CCU 11201通过传输线缆11400连接，从而可以在它们之间进行通信。
透镜单元11401是设置在与透镜筒11101的连接部分处的光学***。从透镜筒11101的远端接收的观察光被引导到摄像头11102并入射到透镜单元11401上。透镜单元11401包括具有变焦透镜和聚焦透镜的多个透镜的组合。
成像部11402由成像元件组成。构成成像部11402的成像元件可以是一个元件(所谓的单板型)或者可以是多个元件(所谓的多板型)。当成像部11402是多板型时，例如，通过各个成像元件生成与RGB相对应的图像信号，并且可以通过对图像信号进行合成来获得彩色图像。另外，成像部11402可以包括一对成像元件，用于获取与三维(3D)显示相对应的右眼和左眼用的图像信号。通过进行3D显示，手术者11131可以更加准确地把握手术部位中的身体组织的深度。此外，当成像部11402是多板型时，可以设置与各个成像元件相对应的多个透镜单元11401。
此外，成像部11402不必须设置在摄像头11102中。例如，成像部11402可以设置在透镜筒11101内部的物镜的正后方。
驱动部11403包括致动器，并且通过摄像头控制部11405的控制使透镜单元11401的变焦透镜和聚焦透镜沿着光轴移动预定距离。结果，可以适宜地调整由成像部11402拍摄的图像的放大率和焦点。
通信部11404包括用于向/从CCU 11201传输/接收各种类型的信息的通信装置。通信部11404将从成像部11402获取的图像信号作为RAW数据经由传输线缆11400传输到CCU11201。
此外，通信部11404从CCU 11201接收用于控制摄像头11102的驱动的控制信号，并将该控制信号供给到摄像头控制部11405。控制信号包括与成像条件有关的信息，例如，指定所拍摄的图像的帧速率的信息、指定在成像时的曝光值的信息和/或指定所拍摄的图像的放大率和焦点的信息等。
此外，诸如帧速率、曝光值、放大率和焦点等成像条件可以由使用者适宜地指定，或者可以由CCU 11201的控制部11413基于获取的图像信号来自动设定。在后一种情况下，所谓的自动曝光(AE)功能、自动对焦(AF)功能和自动白平衡(AWB)功能结合在内窥镜11100中。
摄像头控制部11405基于经由通信部11404接收的来自CCU 11201的控制信号来控制摄像头11102的驱动。
通信部11411包括用于向/从摄像头11102传输/接收各种类型的信息的通信装置。通信部11411经由传输线缆11400接收从摄像头11102传输的图像信号。
此外，通信部11411将用于控制摄像头11102的驱动的控制信号传输到摄像头11102。图像信号和控制信号可以通过电气通信、光通信等来传输。
图像处理部11412对作为从摄像头11102传输的RAW数据的图像信号进行各种类型的图像处理。
控制部11413进行与通过内窥镜11100进行的手术部位等的成像以及通过对手术部位等的成像获得的所拍摄的图像的显示有关的各种类型的控制。例如，控制部11413生成用于控制摄像头11102的驱动的控制信号。
此外，控制部11413基于已经由图像处理部11412进行了图像处理的图像信号来使显示装置11202显示手术部位等的所拍摄的图像。在这种情况下，控制部11413可以通过使用各种图像识别技术来识别所拍摄的图像内的各种物体。例如，控制部11413检测包含在所拍摄的图像中的物体的边缘形状和/或颜色等，由此能够识别诸如钳子等手术器械、特定活体部位、出血、当使用能量处置器械11112时的雾等等。当使显示装置11202显示所拍摄的图像时，通过使用识别结果，控制部11413可以使显示装置11202重叠显示与手术部位的图像有关的各种类型的手术支持信息。手术支持信息被重叠显示，并呈现给手术者11131，由此可以减轻手术者11131的负担，并且手术者11131可以可靠地进行手术。
将摄像头11102和CCU 11201连接在一起的传输线缆11400是支持电气信号的通信的电气信号线缆、支持光通信的光纤或其复合线缆。
这里，在附图所示的示例中，通过使用传输线缆11400来执行有线通信，但是可以在摄像头11102和CCU 11201之间执行无线通信。
以上已经说明了可以应用根据本公开实施方案的技术的内窥镜手术***的示例。在上述构成中，根据本公开实施方案的技术可以应用于成像部11402。将根据本公开实施方案的技术应用于成像部11402使得可以提高检测精度。
此外，尽管这里以内窥镜手术***为例进行说明，但是根据本公开实施方案的技术可以适用于诸如显微镜手术***等。
<适用例5>
<移动体的应用例>
根据本公开实施方案的技术(本技术)可以适用于各种产品。例如，根据本公开实施方案的技术被实现为待安装在诸如汽车、电动汽车、混合电动汽车、摩托车、自行车、个人移动装置、飞机、无人飞行器(无人机)、船舶、机器人、建筑机械和农业机械(拖拉机)等任何类型的移动体上的装置。
图37是作为根据本公开实施方案的技术可以适用的移动体控制***的示例的车辆控制***的概略构成例的框图。
车辆控制***12000包括经由通信网络12001连接在一起的多个电子控制单元。在图37所示的示例中，车辆控制***12000包括驱动***控制单元12010、主体***控制单元12020、车外信息检测单元12030、车内信息检测单元12040和综合控制单元12050。此外，作为综合控制单元12050的功能构成，示出了微型计算机12051、音频图像输出单元12052和车载网络接口(I/F)12053。
驱动***控制单元12010根据各种程序来控制与车辆的驱动***有关的装置的操作。例如，驱动***控制单元12010用作诸如用于产生如内燃机或驱动电机等车辆的驱动力的驱动力产生装置、用于向车轮传递驱动力的驱动力传递机构、用于调节车辆的转向角的转向机构、用于产生车辆的制动力的制动装置等的控制装置。
主体***控制单元12020根据各种程序来控制安装到车体的各种装置的操作。例如，主体***控制单元12020用作无钥匙进入***、智能钥匙***、电动窗装置或诸如头灯、尾灯、刹车灯、转向信号灯或雾灯等各种灯的控制装置。在这种情况下，用于代替按键的从便携式装置传递的无线电波或各种开关的信号可以输入到主体***控制单元12020。主体***控制单元12020接收无线电波或信号的输入并控制车辆的门锁装置、电动窗装置、灯等。
车外信息检测单元12030检测安装车辆控制***12000的车辆的外部的信息。例如，车外信息检测单元12030与成像部12031连接。车外信息检测单元12030使成像部12031拍摄车辆外部的图像并接收所拍摄的图像。车外信息检测单元12030可以基于接收到的图像进行诸如人、汽车、障碍物、标志、道路上的文字等物体检测处理或距离检测处理。
成像部12031是接收光并输出对应于受光量的电气信号的光学传感器。成像部12031可以输出电气信号作为图像或输出电气信号作为测距信息。此外，由成像部12031接收的光可以是可见光或诸如红外线等不可见光。
车内信息检测单元12040检测车内的信息。例如，车内信息检测单元12040与用于检测驾驶员的状态的驾驶员状态检测单元12041连接。例如，驾驶员状态检测单元12041包括拍摄驾驶员的图像的相机，并且基于从驾驶员状态检测单元12041输入的检测信息，车内信息检测单元12040可以计算驾驶员的疲劳度或集中度，或者可以判断驾驶员是否在坐姿中入睡。
例如，微型计算机12051可以基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的车辆内部和外部的信息来计算驱动力产生装置、转向机构或制动装置的控制目标值，并且可以向驱动***控制单元12010输出控制指令。例如，微型计算机12051可以进行协调控制，以实现包括车辆的碰撞避免或碰撞缓和、基于车辆之间的距离的追踪行驶、车辆速度保持行驶、车辆碰撞警告、车辆的车道偏离警告等的高级驾驶员辅助***(ADAS)的功能。
另外，微型计算机12051可以通过基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的关于车辆周围的信息来控制驱动力产生装置、转向机构、制动装置等来进行协调控制，以实现其中车辆自主行驶而不依赖于驾驶员的操作的自动驾驶等。
另外，微型计算机12051可以基于由车外信息检测单元12030获得的车辆外部的信息将控制指令输出到主体***控制单元12020。例如，微型计算机12051根据由车外信息检测单元12030检测到的前方车辆或对向车辆的位置来控制头灯，以进行协调控制，以实现诸如将远光灯切换为近光灯等防止眩光。
音频图像输出单元12052将声音和图像输出信号中的至少一种传递到能够在视觉上或听觉上通知车辆乘员或车辆外部的信息的输出装置。在图37的示例中，作为输出装置，音频扬声器12061、显示单元12062和仪表板12063被示出。例如，显示单元12062可以包括车载显示器和平视显示器中的至少一种。
图38是成像部12031的安装位置的示例的图。
在图38中，车辆12100包括成像部12101，12102，12103，12104和12105作为成像部12031。
成像部12101，12102，12103，12104和12105中的每一个设置在例如车辆12100的车头、侧视镜、后保险杠、后门、车内的挡风玻璃的上侧等位置。设置在车头中的成像部12101和设置在车内的挡风玻璃上侧的成像部12105主要获得车辆12100的前方的图像。设置在侧视镜中的成像部12102和12103主要获得车辆12100的侧方的图像。设置在后保险杠或后门中的成像部12104主要获得车辆12100的后方的图像。设置在车内的挡风玻璃上侧的成像部12105主要用于检测前方车辆、行人、障碍物、交通信号、交通标志、车道等。
此外，图38示出了成像部12101～12104的成像范围的示例。成像范围12111表示设置在车头中的成像部12101的成像范围，成像范围12112和12113分别表示设置在侧视镜中的成像部12102和12103的成像范围，成像范围12114表示设置在后保险杠或后门中的成像部12104的成像范围。例如，由成像部12101～12104拍摄的图像数据被彼此叠加，从而获得车辆12100的从上方看到的鸟瞰图像。
成像部12101～12104中的至少一个可以具有获取距离信息的功能。例如，成像部12101～12104中的至少一个可以是包括多个成像元件的立体相机，或者可以是具有相位差检测用的像素的成像元件。
例如，基于从成像部12101～12104获得的距离信息，微型计算机12051求出距各成像范围12111～12114内的各立体物的距离和距离的时间变化(相对于车辆12100的相对速度)，从而能够提取位于车辆12100的行驶路线上的特别是最靠近的立体物且在与车辆12100的大致相同的方向上以预定速度(例如，0km/h以上)行驶的立体物作为前方车辆。另外，微型计算机12051可以设定在前方车辆的前方预先确保的车辆之间的距离，并且可以进行自动制动控制(包括追踪行驶停止控制)、自动加速控制(包括追踪行驶开始控制)等。以这种方式，可以进行其中车辆自主行驶而不依赖于驾驶员的操作的自动驾驶等的协调控制。
例如，基于从成像部12101～12104获得的距离信息，通过将立体物分类为两轮车辆、普通车辆、大型车辆、行人和电线杆等其他立体物，微型计算机12051可以提取关于立体物的立体物数据，并利用提取的数据自动避开障碍物。例如，微型计算机12051将车辆12100周围的障碍物识别为可以由车辆12100的驾驶员视觉识别的障碍物和难以视觉识别的障碍物。然后，微型计算机12051判断指示与各障碍物碰撞的危险度的碰撞风险，并且当碰撞风险等于或高于设定值并且存在碰撞的可能性时，微型计算机12051可以通过经由音频扬声器12061和显示单元12062向驾驶者输出警告或者经由驱动***控制单元12010进行强制减速或回避转向，从而能够进行碰撞避免的驾驶辅助。
成像部12101～12104中的至少一个可以是用于检测红外线的红外相机。例如，微型计算机12051可以通过判断行人是否存在于成像部12101～12104的拍摄图像中来识别行人。例如，通过提取作为红外相机的成像部12101～12104的拍摄图像中的特征点的过程以及对指示物体的轮廓的一系列特征点进行图案匹配处理以判断该物体是否为行人的过程来进行行人的识别。当微型计算机12051判断行人存在于成像部12101～12104的拍摄图像中并且识别出行人时，音频图像输出单元12052控制显示单元12062，使其显示叠加的四边形轮廓线以强调所识别的行人。此外，音频图像输出单元12052可以控制显示单元12062，使其在期望的位置显示指示行人的图标等。
以上已经说明了可以应用根据本公开实施方案的技术的车辆控制***的示例。在上述构成中，根据本公开实施方案的技术可以应用于成像部12031。具体地，具体地，图32中的固态成像装置可以应用于成像部12031。将根据本公开实施方案的技术应用于成像部12031使得可以获得更容易看到的拍摄图像。
以上已经参照实施方案等给出了说明；然而，本公开的内容不限于前述实施方案等，并且可以进行各种变形。例如，在前述实施方案等中，固态成像元件10等具有其中检测绿光的有机光电转换部20和分别检测蓝光和红光的无机光电转换部32B和32R层叠的构成。然而，本公开的内容不限于这种结构。换句话说，可以在有机光电转换部中检测红光或蓝光，并且可以在无机光电转换部中检测绿光。
另外，有机光电转换部和无机光电转换部的数量或比例不受限制；可以设置两个以上的有机光电转换部。例如，在其中在基板上经由绝缘层依次层叠含有能够选择性地吸收各预定的波长区域中的光的有机半导体材料的红色光电转换部、绿色光电转换部和蓝色光电转换部的纵向分光型的固态成像元件中，本技术也实现了与前述实施方案等类似的效果。另外，在其中有机光电转换部和无机光电转换部沿着基板面并排配置的固态成像元件中，本技术也实现了与前述实施方案等类似的效果。
此外，本公开的固态成像元件的构成不限于前述实施方案等中所示的组合。例如，固态成像元件可以包括传输电极21C、排出电极21D和屏蔽电极21E。另外，可以将累积电极21B形成为分成两个或三个以上。
另外，本公开的固态成像元件和固态成像装置不需要包括前述实施方案等中说明的所有构成要素，而是可以包括任何其他层。
在前述实施方案等中说明的效果仅是示例性的，并且可以是其他效果，或者可以进一步包括其他效果。
应该注意的是，本公开可以包括以下构成。
(1)
一种固态成像元件，包括：
光电转换层；
经由其间的所述光电转换层彼此相对的第一电极和第二电极；
设置在第一电极和所述光电转换层之间的半导体层；
经由其间的所述半导体层与所述光电转换层相对的累积电极；
设置在所述累积电极和所述半导体层之间的绝缘膜；和
设置在所述半导体层和所述光电转换层之间的阻挡层。
(2)
一种固态成像元件，包括：
光电转换层；
经由其间的所述光电转换层彼此相对的第一电极和第二电极；
设置在第一电极和所述光电转换层之间的半导体层，所述半导体层在相对于所述光电转换层的接合面处具有势垒；
经由其间的所述半导体层与所述光电转换层相对的累积电极；和
设置在所述累积电极和所述半导体层之间的绝缘膜。
(3)
根据(1)或(2)所述的固态成像元件，其中
所述光电转换层包含有机半导体材料，和
所述半导体层包含迁移率高于所述有机半导体材料的迁移率的半导体材料。
(4)
根据(1)所述的固态成像元件，还包括具有彼此相对的第一面和第二面的半导体基板，其中
第一电极、所述半导体层、所述阻挡层、所述光电转换层和第二电极顺次设置在所述半导体基板的第一面上。
(5)
根据(1)～(3)中任一项所述的固态成像元件，还包括：
具有彼此相对的第一面和第二面的半导体基板；和
在所述半导体基板的第二面和第一电极之间设置的多层配线。
(6)
根据(4)或(5)所述的固态成像元件，还包括设置在所述半导体基板内的无机光电转换部。
(7)
根据(1)～(6)中任一项所述的固态成像元件，还包括经由其间的所述绝缘膜与所述半导体层相对设置的传输电极，所述传输电极控制信号电荷在所述半导体层中的移动。
(8)
根据(1)～(7)中的任一项所述的固态成像元件，还包括与第一电极分开设置并且电气连接到所述半导体层的排出电极。
(9)
根据(1)～(8)中任一项所述的固态成像元件，还包括经由其间的所述光电转换层覆盖第一电极的遮光膜。
(10)
根据(1)所述的固态成像元件，其中所述阻挡层包含氧化硅、氮化硅、氧氮化硅或有机材料。
(11)
一种包括多个固态成像元件的固态成像装置，每个固态成像元件包括
光电转换层；
经由其间的所述光电转换层彼此相对的第一电极和第二电极；
设置在第一电极和所述光电转换层之间的半导体层；
经由其间的所述半导体层与所述光电转换层相对的累积电极；
设置在所述累积电极和所述半导体层之间的绝缘膜；和
设置在所述半导体层和所述光电转换层之间的阻挡层。
(12)
一种包括多个固态成像元件的固态成像装置，每个固态成像元件包括
光电转换层；
经由其间的所述光电转换层彼此相对的第一电极和第二电极；
设置在第一电极和所述光电转换层之间的半导体层，所述半导体层在相对于所述光电转换层的接合面处具有势垒；
经由其间的所述半导体层与所述光电转换层相对的累积电极；和
设置在所述累积电极和所述半导体层之间的绝缘膜。
(13)
根据(11)或(12)所述的固态成像装置，还包括经由其间的所述绝缘膜与所述半导体层相对的屏蔽电极，所述屏蔽电极配置在彼此相邻的所述累积电极之间。
(14)
根据(11)～(13)中任一项的固态成像装置，包括分别设置有所述固态成像元件的多个像素，其中所述半导体层针对每个像素分离地设置。
(15)
根据(11)～(14)中任一项所述的固态成像装置，包括分别设置有所述固态成像元件的多个像素，其中所述光电转换层针对每个像素分离地设置。
本申请要求于2018年3月19日向日本专利局提交的日本在先专利申请JP2018-50808的优先权，其全部内容通过引用合并于此。
本领域技术人员应该理解，取决于设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和变更，只要它们在所附权利要求或其等同物的范围内。

Claims (15)

1.一种固态成像元件，包括：
光电转换层；
经由其间的所述光电转换层彼此相对的第一电极和第二电极；
设置在第一电极和所述光电转换层之间的半导体层；
经由其间的所述半导体层与所述光电转换层相对的累积电极；
设置在所述累积电极和所述半导体层之间的绝缘膜；和
设置在所述半导体层和所述光电转换层之间的阻挡层。
2.一种固态成像元件，包括：
光电转换层；
经由其间的所述光电转换层彼此相对的第一电极和第二电极；
设置在第一电极和所述光电转换层之间的半导体层，所述半导体层在相对于所述光电转换层的接合面处具有势垒；
经由其间的所述半导体层与所述光电转换层相对的累积电极；和
设置在所述累积电极和所述半导体层之间的绝缘膜。
3.根据权利要求1所述的固态成像元件，其中
所述光电转换层包含有机半导体材料，和
所述半导体层包含迁移率高于所述有机半导体材料的迁移率的半导体材料。
4.根据权利要求1所述的固态成像元件，还包括具有彼此相对的第一面和第二面的半导体基板，其中
第一电极、所述半导体层、所述阻挡层、所述光电转换层和第二电极顺次设置在所述半导体基板的第一面上。
5.根据权利要求1所述的固态成像元件，还包括：
具有彼此相对的第一面和第二面的半导体基板；和
在所述半导体基板的第二面和第一电极之间设置的多层配线。
6.根据权利要求4所述的固态成像元件，还包括设置在所述半导体基板内的无机光电转换部。
7.根据权利要求1所述的固态成像元件，还包括经由其间的所述绝缘膜与所述半导体层相对设置的传输电极，所述传输电极控制信号电荷在所述半导体层中的移动。
8.根据权利要求1所述的固态成像元件，还包括与第一电极分开设置并且电气连接到所述半导体层的排出电极。
9.根据权利要求1所述的固态成像元件，还包括经由其间的所述光电转换层覆盖第一电极的遮光膜。
10.根据权利要求1所述的固态成像元件，其中所述阻挡层包含氧化硅、氮化硅、氧氮化硅或有机材料。
11.一种包括多个固态成像元件的固态成像装置，每个固态成像元件包括
光电转换层；
经由其间的所述光电转换层彼此相对的第一电极和第二电极；
设置在第一电极和所述光电转换层之间的半导体层；
经由其间的所述半导体层与所述光电转换层相对的累积电极；
设置在所述累积电极和所述半导体层之间的绝缘膜；和
设置在所述半导体层和所述光电转换层之间的阻挡层。
12.一种包括多个固态成像元件的固态成像装置，每个固态成像元件包括
光电转换层；
经由其间的所述光电转换层彼此相对的第一电极和第二电极；
设置在第一电极和所述光电转换层之间的半导体层，所述半导体层在相对于所述光电转换层的接合面处具有势垒；
经由其间的所述半导体层与所述光电转换层相对的累积电极；和
设置在所述累积电极和所述半导体层之间的绝缘膜。
13.根据权利要求11所述的固态成像装置，还包括经由其间的所述绝缘膜与所述半导体层相对的屏蔽电极，所述屏蔽电极配置在彼此相邻的所述累积电极之间。
14.根据权利要求11所述的固态成像装置，包括分别设置有所述固态成像元件的多个像素，其中所述半导体层针对每个像素分离地设置。
15.根据权利要求11所述的固态成像装置，包括分别设置有所述固态成像元件的多个像素，其中所述光电转换层针对每个像素分离地设置。
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