DE102016122658B4 - Abbildungsvorrichtung und Abbildungssystem - Google Patents

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Abstract

Abbildungsvorrichtung mit:einem Substrat, das eine Vielzahl von Bildelementschaltungen umfasst;ersten, zweiten, dritten und vierten Elektroden (106, 110, 112; 106-1, 106-2), die auf dem Substrat angeordnet sind; undeiner Halbleiterschicht (108), die auf dem Substrat angeordnet ist und einen ersten Abschnitt (101), der zwischen der ersten Elektrode (106; 106-1) und der zweiten Elektrode (110) angeordnet ist, und einen zweiten Abschnitt (103) umfasst, der zwischen der dritten Elektrode (106; 106-2) und der vierten Elektrode (112) angeordnet ist,wobei jede der Vielzahl von Bildelementschaltungen einen Verstärkungstransistor (118) zur Ausgabe eines Signals auf der Grundlage einer Ladung umfasst, die in der Halbleiterschicht (108) erzeugt wird, undwobei die Ladung, die in der Halbleiterschicht (108) erzeugt wird, von dem ersten Abschnitt (101) zu dem zweiten Abschnitt (103) in einer ersten Richtung parallel zu einer Oberfläche des Substrats transferiert wird.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abbildungsvorrichtung und ein Abbildungssystem.
  • Beschreibung des verwandten Standes der Technik
  • Schichtungstypabbildungsvorrichtungen sind als eine Abbildungsvorrichtung vorgeschlagen worden, die für einen Bildsensor einer Kamera verwendet wird. In einer Abbildungsvorrichtung, die in 1 der internationalen Patentanmeldung Nr. WO 2012 / 004 923 A1 veranschaulicht ist, ist eine filmartige photoelektrische Umwandlungsschicht auf einem Halbleitersubstrat angeordnet. Eine transparente Elektrode ist auf der filmartigen photoelektrischen Umwandlungsschicht angeordnet, und eine Bildelementelektrode bzw. Pixelektrode ist zwischen der filmartigen photoelektrischen Umwandlungsschicht und dem Halbleitersubstrat angeordnet. Eine filmartige isolierende Schicht ist zwischen der filmartigen photoelektrischen Umwandlungsschicht und der Pixelelektrode angeordnet. Entsprechend der internationalen Patentanmeldung Nr. WO 2012 / 004 923 A1 kann, da eine korrigierte Doppelabtastung (CDS: correlated double sampling) mit dieser Konfiguration ermöglicht ist, Rauschen verringert werden.
  • Die Druckschrift US 2007 / 0 018 075 A1 beschreibt einen Bildsensor mit einer Pixelanordnung, wobei jedes Pixel eine Fotodiode und einen Zugangstransistor enthält, die mit einer Leseschaltung verbunden sind, wobei die Fotodiode und der Zugangstransistor in und über einem ersten Halbleitersubstrat ausgebildet sind, wobei die Gesamtheit oder ein Teil der Leseschaltung in einem zweiten Halbleitersubstrat ausgebildet sind, wobei das zweite Substrat über dem ersten Substrat angeordnet und von diesem durch eine Zwischenisolationsschicht getrennt ist, die den Zugangstransistor bedeckt, wobei die Fotodiode einfallende Photonen auf ihrer zu der Zwischenisolationsschicht entgegengesetzten Unterseite empfängt.
  • KURZZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind entsprechend den unabhängigen Patentansprüchen bereitgestellt. Spezifisch sind eine Abbildungsvorrichtung gemäß Patentanspruch 1 und ein Abbildungssystem gemäß Patentanspruch 19 bereitgestellt. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Eine Abbildungsvorrichtung gemäß einer Ausgestaltung umfasst ein Substrat, das eine Vielzahl von Bildelementschaltungen und eine Halbleiterschicht umfasst, die auf dem Substrat angeordnet ist. Jede der Vielzahl von Bildelementschaltungen umfasst einen Verstärkungstransistor, der ein Signal auf der Grundlage einer Ladung ausgibt, die in der Halbleiterschicht erzeugt wird. Die Ladung, die in der Halbleiterschicht erzeugt wird, wird in eine erste Richtung transferiert, die zu einer Oberfläche des Substrats parallel ist.
  • Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung ersichtlich.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt ein Diagramm, das schematisch eine Konfiguration eines Bildelements bzw. Pixels einer Abbildungsvorrichtung veranschaulicht, 1B zeigt ein Diagramm, das eine Ersatzschaltung einer photoelektrischen Umwandlungseinheit veranschaulicht, und 1C zeigt ein Diagramm, das eine Ersatzschaltung der photoelektrischen Umwandlungseinheit veranschaulicht.
    • 2 zeigt ein Diagramm, das schematisch eine Gesamtkonfiguration der Abbildungsvorrichtung veranschaulicht.
    • 3 zeigt ein Diagramm, das Ersatzschaltungen von Spaltenschaltungen der Abbildungsvorrichtung veranschaulicht.
    • 4A zeigt ein Diagramm, das schematisch eine planare Struktur der Abbildungsvorrichtung veranschaulicht, und 4B zeigt ein Diagramm, das schematisch einen Schnittaufbau der Abbildungsvorrichtung veranschaulicht.
    • 5A zeigt ein Diagramm, das schematisch eine planare Struktur der Abbildungsvorrichtung veranschaulicht, und 5B zeigt ein Diagramm, das schematisch einen Schnittaufbau der Abbildungsvorrichtung veranschaulicht.
    • 6A bis 6C zeigen Diagramme, die schematisch eine Konfiguration eines Bildelements der Abbildungsvorrichtung veranschaulichen, und 6D bis 6F zeigen Diagramme, die schematisch ein Potential der Abbildungsvorrichtung veranschaulichen.
    • 7 zeigt ein Diagramm, das schematisch ein Energieband der photoelektrischen Umwandlungseinheit der Abbildungsvorrichtung veranschaulicht.
    • 8 zeigt ein Zeitablaufdiagramm, das Ansteuerungssignale veranschaulicht, die in der Abbildungsvorrichtung verwendet werden.
    • 9 zeigt ein Zeitablaufdiagramm, das Ansteuerungssignale veranschaulicht, die in der Abbildungsvorrichtung verwendet werden.
    • 10 zeigt ein Diagramm, das schematisch eine Konfiguration eines Bildelements der Abbildungsvorrichtung veranschaulicht.
    • 11 zeigt ein Diagramm, das schematisch ein Energieband einer photoelektrischen Umwandlungseinheit der Abbildungsvorrichtung veranschaulicht.
    • 12 zeigt ein Diagramm, das schematisch eine Konfiguration eines Bildelements einer Abbildungsvorrichtung veranschaulicht.
    • 13 zeigt ein Diagramm, das schematisch eine Konfiguration eines Bildelements einer Abbildungsvorrichtung veranschaulicht.
    • 14 zeigt ein Diagramm, das schematisch eine Konfiguration eines Bildelements einer Abbildungsvorrichtung veranschaulicht.
    • 15 zeigt ein Diagramm, das schematisch eine Konfiguration eines Bildelements einer Abbildungsvorrichtung veranschaulicht.
    • 16A zeigt ein Diagramm, das schematisch eine planare Struktur einer Abbildungsvorrichtung veranschaulicht, und 16B zeigt ein Diagramm, das schematisch eine Konfiguration eines Bildelements der Abbildungsvorrichtung veranschaulicht.
    • 17 zeigt ein Diagramm, das schematisch eine Konfiguration eines Bildelements einer Abbildungsvorrichtung veranschaulicht.
    • 18 zeigt ein Diagramm, das schematisch eine Konfiguration eines Bildelements einer Abbildungsvorrichtung veranschaulicht.
    • 19 zeigt ein Blockschaltbild, das ein photoelektrisches Umwandlungssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • In Abbildungsvorrichtungen wird eine Ladung, die in einer Schnittstelle aufgespeichert wird, die zwischen einer filmartigen photoelektrischen Umwandlungsschicht und einer filmartigen Oxidschicht gebildet ist, zu einer oberen Elektrode mit hoher Geschwindigkeit entladen, sodass ein hohes S/N-Verhältnis erhalten wird. Ein Ladungsbewegungsgrad in der filmartigen photoelektrischen Umwandlungsschicht ist jedoch niedrig. Des Weiteren ist ein Störstellenpegel, der eine Ladung einfängt, in der filmartigen photoelektrischen Umwandlungsschicht beinhaltet. Außerdem existiert eine Potentialbarriere zwischen der filmartigen photoelektrischen Umwandlungsschicht und einer Blockierschicht. Folglich kann in einer Abbildungsvorrichtung, die die filmartige photoelektrische Umwandlungsschicht verwendet, eine Ladung möglicherweise nicht in ausreichendem Maße in einer kurzen Transferzeitdauer entladen werden. Als Ergebnis kann eine Empfindlichkeit verschlechtert werden oder ein Rauschen kann vergrößert werden. Gemäß einigen Ausführungsbeispielen kann Rauschen verringert werden.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst eine Abbildungsvorrichtung eine Vielzahl von Bildelementen bzw. Pixeln. Jedes der Bildelemente umfasst eine photoelektrische Umwandlungseinheit und eine Bildelementschaltung bzw. Pixelschaltung, die verwendet wird, um ein Signal auf der Grundlage einer Ladung, die in der photoelektrischen Umwandlungseinheit erzeugt wird, zu lesen. Die Abbildungsvorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel umfasst ein Substrat, das die Bildelementschaltungen, die darauf angeordnet sind, und eine Halbleiterschicht, umfasst, die auf dem Substrat angeordnet ist. Jede der Bildelementschaltungen umfasst einen Verstärkungstransistor, der ein Signal auf der Grundlage einer Ladung ausgibt, die in der Halbleiterschicht erzeugt wird. Die in der Halbleiterschicht erzeugte Ladung wird in einer ersten Richtung in der Halbleiterschicht transferiert. Die erste Richtung ist parallel zu einer Oberfläche des Substrats, das die darauf angeordnete Bildelementschaltung umfasst.
  • Die Oberfläche des Substrats ist eine Schnittstelle zwischen einem Halbleiterbereich und einem Isolatorbereich, der beispielsweise auf dem Halbleiterbereich angeordnet ist. In einem Fall, in dem eine Isolatorisolationsstruktur verwendet wird, die eine Grabenisolation (STI: shallow trench isolation) oder eine lokale Oxidation von Silizium (LOCOS) verwendet, ist die Schnittstelle zwischen dem Halbleiterbereich und dem Isolatorbereich nicht flach. In diesem Fall entspricht die Schnittstelle zwischen dem Halbleiterbereich und dem Isolatorbereich in einem Kanal eines Transistors, der beispielsweise auf dem Substrat angeordnet ist, der Oberfläche des Substrats.
  • Mit dieser Konfiguration wird anstelle eines Ladungstransfers zu der oberen Elektrode (vertikaler Transfer) ein Ladungstransfer entlang der Schnittstelle der Halbleiterschicht (lateraler bzw. seitlicher Transfer) ausgeführt. Folglich kann als ein Ladungstransferpfad eine Schnittstelle zwischen einer Halbleiterschicht und einer isolierenden Schicht, eine Schnittstelle zwischen einer blockierenden Schicht und einer isolierenden Schicht, eine Schnittstelle zwischen einer Halbleiterschicht und einer blockierenden Schicht oder dergleichen verwendet werden. Diese Schnittstellen weisen lediglich einen kleinen Störstellenpegel auf, wobei folglich eine Ladung mit hoher Geschwindigkeit transferiert wird.
  • Des Weiteren weist, um eine ausreichende Empfindlichkeit für Licht zu erhalten, das eine lange Wellenlänge aufweist, die Halbleiterschicht, in der die photoelektrische Umwandlung ausgeführt wird, eine große Dicke auf. Folglich wird in einem Fall, in dem der vertikale Transfer ausgeführt wird, Ladung über eine lange Entfernung transferiert. Demgegenüber kann in einem Fall, in dem der laterale Transfer ausgeführt wird, Ladung über eine kurze Entfernung transferiert werden. Der Grund hierfür ist, dass eine Entfernung zwischen einem ersten Abschnitt, der eine Transferquelle in der Halbleiterschicht ist, und einem zweiten Abschnitt, der ein Transferziel in der Halbleiterschicht ist, nicht durch eine Empfindlichkeit für Licht, das eine lange Wellenlänge aufweist, oder dergleichen beschränkt wird.
  • Auf diese Weise kann gemäß der Abbildungsvorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels die Ladung auf effiziente Weise transferiert werden. Folglich kann ein Rauschen eines Bildnachlaufs oder dergleichen, das durch eine Restladung verursacht wird, verringert werden.
  • Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ausführlich unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele begrenzt. Modifikationen, die erhalten werden, indem ein Abschnitt einer Konfiguration der Ausführungsbeispiele, die nachstehend beschrieben sind, verändert wird, sind ebenso in der vorliegenden Erfindung innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung beinhaltet. Alternativ hierzu sind in der vorliegenden Erfindung ebenso ein Beispiel, in dem ein Abschnitt der Konfiguration der Ausführungsbeispiele zu einem der anderen Ausführungsbeispiele hinzugefügt wird, und ein Beispiel beinhaltet, in dem ein Abschnitt der Konfigurationen der Ausführungsbeispiele durch einen Abschnitt einer Konfiguration eines der anderen Ausführungsbeispiele ersetzt wird.
  • Erstes Ausführungsbeispiel
  • Ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachstehend beschrieben. 1A zeigt ein Diagramm, das schematisch ein Bildelement bzw. Pixel 100 einer Abbildungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Die Abbildungsvorrichtung umfasst ein (nicht veranschaulichtes) Substrat, das eine Bildelementschaltung bzw. Pixelschaltung des Bildelements 100 umfasst, das darauf angeordnet ist, und eine Halbleiterschicht 108, die auf dem Substrat angeordnet ist. Obwohl nur ein Bildelement 100 in 1A veranschaulicht ist, umfasst die Abbildungsvorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Vielzahl von Bildelementen 100.
  • Das Bildelement 100 umfasst einen Lichtempfangsbereich 101, einen Ladungstransferbereich 102 und einen Ladungsentladebereich 103, die in der Halbleiterschicht 108 beinhaltet sind. Der Lichtempfangsbereich 101 ist ein erster Abschnitt der Halbleiterschicht 108, und der Ladungsentladebereich 103 ist ein zweiter Abschnitt der Halbleiterschicht 108. Die Halbleiterschicht 108 kann aus einem anorganischen Halbleiter, wie beispielsweise Silizium, ausgebildet sein. Alternativ hierzu kann die Halbleiterschicht 108 aus einem organischen Halbleiter ausgebildet sein.
  • Eine obere Elektrode S106, die eine Vorspannung an den Lichtempfangsbereich 101 anlegt, der Ladungstransferbereich 102 und der Ladungsentladebereich 103 sind über der Halbleiterschicht 108 angeordnet. Die obere Elektrode S 106 ist mit einer Leistungsquelle VS 104 verbunden. Die Leistungsquelle VS 104 legt eine Spannung Vs an. In diesem Ausführungsbeispiel liegt die obere Elektrode S 106 die Vorspannung an sowohl den Lichtempfangsbereich 101 als auch den Ladungsentladebereich 103 an. Folglich wird die obere Elektrode S 106 durch eine leitfähige Schicht gebildet, die sich kontinuierlich auf dem Lichtempfangsbereich 101 und dem Ladungsentladebereich 103 erstreckt. Anders ausgedrückt legt ein erster Abschnitt (eine erste Elektrode) der oberen Elektrode S 106 eine Vorspannung an den Lichtempfangsbereich 101 an, wobei ein zweiter Abschnitt (eine dritte Elektrode) der oberen Elektrode S 106 eine Vorspannung an den Ladungsentladebereich 103 anlegt. Es ist anzumerken, dass der erste Abschnitt (die erste Elektrode) und der zweite Abschnitt (die dritte Elektrode) der oberen Elektrode S 106 voneinander getrennt sein können.
  • Das Bildelement 100 umfasst ferner eine Elektrode P (eine zweite Elektrode) 110, die eine Vorspannung an den Lichtempfangsbereich 101 anlegt, und umfasst eine Leistungsquelle VP 113, die mit der Elektrode P110 über einen ersten Kondensator Cm 116 verbunden ist. Die Leistungsquelle VP 113 legt eine Vielzahl von Spannungen Vp an, die eine erste Spannung und eine zweite Spannung umfassen, die von der ersten Spannung unterschiedlich ist. Das Bildelement 100 umfasst ferner eine Elektrode D (eine vierte Elektrode) 112, die eine Vorspannung an den Ladungsentladebereich 103 anlegt. Der Lichtempfangsbereich 101 der Halbleiterschicht 108 ist zwischen dem ersten Abschnitt (der ersten Elektrode) der oberen Elektrode S106 und der Elektrode P 110 angeordnet. Der Ladungsentladebereich 103 der Halbleiterschicht 108 ist zwischen dem zweiten Abschnitt (der dritten Elektrode) der oberen Elektrode S 106 und der Elektrode D 112 angeordnet. Die Elektrode D 112 ist benachbart zu dem Ladungsentladebereich 103 der Halbleiterschicht 108 angeordnet.
  • Die Elektrode P 110 ist elektrisch von der Elektrode D 112 getrennt. Mit dieser Konfiguration können der Lichtempfangsbereich 101 und der Ladungsentladebereich 103 unabhängig voneinander Vorspannungen anlegen.
  • Die obere Elektrode S 106 gestattet es einer bestimmten Menge von Licht hindurchzugehen. Eine Indiumzinnoxid-(ITO-)Schicht, die ein transparentes leitfähiges Material oder eine dünne Metallschicht beispielsweise ist, wird als die obere Elektrode S 106 verwendet.
  • Eine Blockierschicht 107, die ein Eindringen einer Ladung von der oberen Elektrode S 106 zu der Halbleiterschicht 108 verringert, ist zwischen der oberen Elektrode S 106 und der Halbleiterschicht 108 angeordnet. Die Blockierschicht 107 verhindert, dass Löcher in die Halbleiterschicht 108 eindringen. Folglich kann die Blockierschicht 107 als eine „Lochblockierschicht“ bezeichnet werden. Die Blockierschicht 107 kann aus einem Material ausgebildet sein, das eine Bandlücke aufweist, die zu der der Halbleiterschicht 108 unterschiedlich ist. Alternativ hierzu kann die Blockierschicht 107 aus einem Material mit einer Dotierstoffkonzentration ausgebildet sein, die zu der der Halbleiterschicht 108 unterschiedlich ist. Eine isolierende Schicht 109 ist zwischen der Elektrode P 110 und der Halbleiterschicht 108 angeordnet. Die isolierende Schicht 109 erstreckt sich weiter in einen Abschnitt zwischen einem Abschnitt der Elektrode D 112 und der Halbleiterschicht 108 und einem Abschnitt zwischen einer Transferelektrode T 111 und der Halbleiterschicht 108. Es ist anzumerken, dass als eine Modifikation dieses Ausführungsbeispiels zumindest eine der Blockierschicht 107 und der isolierenden Schicht 109 weggelassen wird.
  • Der Ladungstransferbereich 102 ist zwischen dem Lichtempfangsbereich 101 und dem Ladungsentladebereich 103 angeordnet. Das Bildelement 100 umfasst die Transferelektrode T 111, die eine Vorspannung steuert, die an den Ladungstransferbereich 102 anzulegen ist, und eine Leistungsquelle VT 114, die mit der Transferelektrode T 111 verbunden ist. Die Leistungsquelle VT 114 legt eine Spannung Vt an. Als eine Modifikation dieses Ausführungsbeispiels werden der Ladungstransferbereich 102 und die Transferelektrode T 111 weggelassen.
  • Eine Spannung Vm wird von der Leistungsquelle VP 113 an die Elektrode P 110 über den ersten Kondensator Cm 116 angelegt. Das Bildelement 100 umfasst einen Rücksetztransistor 117, der mit der Elektrode P 110 verbunden ist, und einen Verstärkungstransistor 118. Das Bildelement 100 umfasst ferner einen Auswahltransistor 119, der in einem elektrischen Pfad zwischen dem Verstärkungstransistor 118 und einer Ausgangsleitung 120 angeordnet ist. Der Rücksetztransistor 117, der Verstärkungstransistor 118 und der Auswahltransistor 119 sind Beispiele von Elementen, die in der Bildelementschaltung beinhaltet sind. Der Verstärkungstransistor 118 gibt ein Signal auf der Grundlage einer Ladung aus, die in dem Lichtempfangsbereich 101 erzeugt wird. Der Rücksetztransistor 117 setzt eine Spannung eines Eingangsknotens des Verstärkungstransistors 118 zurück. Der Auswahltransistor 119 steuert eine Verbindung zwischen dem Verstärkungstransistor 118 und der Ausgangsleitung 120. Eine Vielzahl von Bildelementen 100 ist mit einer einzelnen Ausgangsleitung 120 verbunden. In einem Fall, in dem die Vielzahl von Bildelementen 100 eine Bildelementanordnung bildet, die eine Vielzahl von Bildelementspalten umfasst, ist zumindest eine Ausgangsleitung 120 in jeder der Bildelementspalten angeordnet. Eine Stromquelle 121 und ein Spaltenverstärker 301 sind mit der Ausgangsleitung 120 verbunden. Der Verstärkungstransistor 118 und die Stromquelle 121 bilden eine Sourcefolgerschaltung. Ein Signal, das von dem Bildelement 100 zu der Ausgangsleitung 120 ausgegeben wird, wird dem Spaltenverstärker 301 zugeführt.
  • Der Rücksetztransistor 117, der Verstärkungstransistor 118 und der Auswahltransistor 119 sind auf dem nicht veranschaulichten Substrat angeordnet. Das Substrat ist beispielsweise ein Siliziumsubstrat. Die Halbleiterschicht 108 ist auf dem Substrat angeordnet, das die darauf angeordnete Bildelementschaltung umfasst, die den Verstärkungstransistor 118 umfasst. Anders ausgedrückt ist die Halbleiterschicht 108 auf das Substrat geschichtet, das die Bildelementschaltung darauf angeordnet umfasst.
  • Die 1B und 1C zeigen Diagramme, die Ersatzschaltungen der photoelektrischen Umwandlungseinheit veranschaulichen, die den Lichtempfangsbereich 101 umfasst. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die photoelektrische Umwandlungseinheit die Halbleiterschicht 108 und die isolierende Schicht 109. Dementsprechend umfasst die photoelektrische Umwandlungseinheit eine Kapazitätskomponente zwischen der oberen Elektrode S 106 und der Elektrode P 110. In den Ersatzschaltungen gemäß den 1B und 1C wird die Kapazitätskomponente als ein zweiter Kondensator 123 dargestellt, der zwischen der oberen Elektrode S 106 und der Elektrode P 110 angeordnet ist. Es ist anzumerken, dass ein Fall, in dem die photoelektrische Umwandlungseinheit die Blockierschicht 107 umfasst, in 1B veranschaulicht ist. Folglich werden die Blockierschicht 107 und die Halbleiterschicht 108 durch ein Schaltungssymbol 124 einer Diode dargestellt. Demgegenüber ist in 1C ein Fall veranschaulicht, in dem die photoelektrische Umwandlungseinheit keine Blockierschicht umfasst. Folglich wird die Halbleiterschicht 108 durch ein Schaltungssymbol 125 eines Widerstands dargestellt. Eine Konfiguration der Halbleiterschicht 108 wird nachstehend beschrieben.
  • In diesem Ausführungsbeispiel werden der Lichtempfangsbereich 101 und der Ladungsentladebereich 103 auf einem kontinuierlichen Abschnitt der Halbleiterschicht 108 definiert. Der kontinuierliche Abschnitt der Halbleiterschicht 108 wird beispielsweise aus einem im Wesentlichen gleichförmigen Material in der Halbleiterschicht 108 ausgebildet. Ein Herstellungsfehler tritt bei einer Herstellung der Abbildungsvorrichtung auf. Folglich kann der kontinuierliche Abschnitt der Halbleiterschicht 108 einen Unterschied zwischen Materialien aufweisen, der durch den Herstellungsfehler verursacht wird. Anders ausgedrückt wird der kontinuierliche Abschnitt der Halbleiterschicht 108 auf einmal ausgebildet. Nachdem der kontinuierliche Abschnitt der Halbleiterschicht 108 auf einmal ausgebildet worden ist, kann nur ein Abschnitt des kontinuierlichen Abschnitts verarbeitet werden. Folglich kann der kontinuierliche Abschnitt der Halbleiterschicht 108 eine Vielzahl von Abschnitten umfassen, die unterschiedliche Dicken oder unterschiedliche Breiten aufweisen.
  • Es werden Funktionen der Einheiten, die in dem Bildelement 100 beinhaltet sind, beschrieben. Der Lichtempfangsbereich 101 der Halbleiterschicht 108, der erste Abschnitt (die erste Elektrode) der oberen Elektrode S 106, die auf dem Lichtempfangsbereich 101 angeordnet ist, die Elektrode P 110 und die isolierende Schicht 109, die zwischen der Halbleiterschicht 108 und der Elektrode P 110 ausgebildet ist, bilden die photoelektrische Umwandlungseinheit. Die photoelektrische Umwandlungseinheit erzeugt eine Signalladung entsprechend einem einfallenden Licht und speichert eine Ladung auf, die aufgrund des einfallenden Lichts erzeugt wird. Die Aufspeicherung der Signalleitung in der photoelektrischen Umwandlungseinheit und ein Entladen oder Transferieren der Signalladung, die von der elektrischen Umwandlungseinheit zugeführt wird, kann entsprechend einer Spannung gesteuert werden, die an einem Abschnitt zwischen der oberen Elektrode S 106 und der Elektrode P 110 angelegt wird.
  • Der Ladungsentladebereich 103 auf der Halbleiterschicht 108, der zweite Abschnitt (die dritte Elektrode) der oberen Elektrode S 106, die auf dem Ladungsentladebereich 103 angeordnet ist, die Elektrode D 112 und die isolierende Schicht 109, die in einem Abschnitt zwischen der Halbleiterschicht 108 und der Elektrode D angeordnet ist, können eine Ladungsentladeeinheit bilden. Die Ladung der photoelektrischen Einheit wird zu einer Ladungsentladeeinheit entladen. Da der Ladungsentladebereich 103 und die Elektrode D 112 benachbart zueinander positioniert sind, wird die Ladung, die zu dem Ladungsentladebereich 103 entladen wird, zu einer Leistungsquelle VD entladen.
  • Der Ladungstransferbereich 102 der Halbleiterschicht 108, die obere Elektrode S 106, die Transferelektrode T 111 und die isolierende Schicht 109, die zwischen der Halbleiterschicht 108 und der Transferelektrode T 111 angeordnet ist, bilden eine Ladungstransfereinheit. In diesem Ausführungsbeispiel sind der Lichtempfangsbereich 101 und der Ladungsentladebereich 103 auf dem kontinuierlichen Abschnitt der Halbleiterschicht 108 durch den Ladungsübertragungsbereich 102 angeordnet. Mit dieser Konfiguration kann die Ladungstransfereinheit die Ladung, die in dem Lichtempfangsbereich 101 aufgespeichert ist, zu dem Ladungsentladebereich 103 transferieren. Der Transfer der Ladung wird durch eine Vorspannung gesteuert, die an die Transferelektrode T 111 angelegt wird.
  • In diesem Ausführungsbeispiel sind der Lichtempfangsbereich 101, der Ladungstransferbereich 102 und der Ladungsentladebereich 103 in unterschiedlichen Abschnitten in dem kontinuierlichen Abschnitt der Halbleiterschicht 108 angeordnet. Der Lichtempfangsbereich 101, der Ladungstransferbereich 102 und der Ladungsentladebereich 103 werden unabhängig voneinander gesteuert. Auf diese Weise verwirklichen der Lichtempfangsbereich 101, der Ladungstransferbereich 102 und der Ladungsentladebereich 103 unterschiedliche Funktionen. Der Lichtempfangsbereich 101 weist eine Funktion zum Erzeugen einer Ladung durch die photoelektrische Umwandlung und eine Funktion zum Aufspeichern von Ladung auf. Der Ladungstransferbereich 102 weist eine Funktion zum Transferieren der Ladung von dem Lichtempfangsbereich 101 zu dem Ladungsentladebereich 103 auf. Der Ladungsentladebereich 103 weist eine Funktion zum Halten der Ladung unabhängig von dem Lichtempfangsbereich 101 auf.
  • Als nächstes wird die Bildelementschaltung des Bildelements 100 beschrieben. Die Elektrode P 110 ist elektrisch mit einem Gate des Verstärkungstransistors 118 verbunden. Wie es in 1A veranschaulicht ist, können die Elektrode P 110 und das Gate des Verstärkungstransistors 118 kurzgeschlossen werden. Ein Schalter kann in einem elektrischen Pfad zwischen der Elektrode P 110 und dem Verstärkungstransistor 118 angeordnet sein.
  • In 1A wird ein Knoten zwischen der Elektrode P 110 und dem Gate des Verstärkungstransistors 118 als ein „Knoten B“ bezeichnet. Der Knoten B kann elektrisch schwebend (floated) bzw. potentialfrei sein. Da der Knoten B elektrisch schwebend (floated) ist, kann eine Spannung des Knotens B in Abhängigkeit von der Ladung, die in dem Lichtempfangsbereich 101 aufgespeichert wird, variieren. Mit dieser Konfiguration kann ein Signal, das auf der Ladung beruht, die durch die photoelektrische Umwandlung erzeugt wird, dem Verstärkungstransistor 118 eingegeben werden. Der Verstärkungstransistor 118 verstärkt das Eingangssignal und gibt ein verstärktes Signal an die Ausgangsleitung 120 aus.
  • Die Bildelementschaltung des Bildelements 100 umfasst den Rücksetztransistor 117, der die Spannung der Elektrode P 110 zurücksetzt. Der Rücksetztransistor 117 legt eine Rücksetzspannung Vres an die Elektrode D 112 und das Gate des Verstärkungstransistors 118 an. Spezifisch setzt der Rücksetztransistor 117 eine Spannung des Eingangsknotens (des Knotens B) des Verstärkungstransistors 118 zurück. Der Rücksetztransistor 117 wird gesteuert, um eingeschaltet oder ausgeschaltet zu sein. Wenn der Rücksetztransistor 117 eingeschaltet ist, wird die Rücksetzspannung Vres an den Knoten B angelegt. Wenn der Rücksetztransistor 117 ausgeschaltet ist, ist der Knoten B elektrisch schwebend (floated).
  • Der erste Kondensator Cm 116 ist elektrisch mit der Elektrode P 110 verbunden. Die Elektrode P 110 und der erste Kondensator Cm 116 können kurzgeschlossen sein. Ein Schalter kann in einem elektrischen Pfad zwischen der Elektrode P 110 und dem ersten Kondensator Cm 116 angeordnet sein.
  • Der erste Kondensator Cm 116 umfasst zwei Elektroden, die einander gegenüberliegen, wobei ein isolierender Körper dazwischen angeordnet ist. Die zwei Elektroden sind aus einem leitfähigen Material, wie beispielsweise Polysilizium oder Metall, ausgebildet. Alternativ hierzu umfasst der erste Kondensator Cm 116 einen Halbleiterbereich und eine Gateelektrode, die auf dem Halbleiterbereich durch eine filmartige gateisolierende Schicht angeordnet ist. Der Halbleiterbereich, der in dem ersten Kondensator Cm 116 beinhaltet ist, weist vorzugsweise eine Dotierstoffkonzentration auf, die höher als die eines Sourcebereichs und eines Drainbereichs des Transistors ist. Die Gateelektrode wird aus einem leitfähigen Material, wie beispielsweise Polysilizium oder Metall, ausgebildet.
  • Der erste Kondensator Cm 116 umfasst einen ersten Anschluss, der elektrisch mit der Elektrode P 110 verbunden ist, und einen zweiten Anschluss, der von dem ersten Anschluss unterschiedlich ist. Die Anschlüsse werden aus einem leitfähigen Material, wie beispielsweise Metall oder Polysilizium, oder dem Halbleiterbereich gebildet. Eine bestimmte Spannung wird an den zweiten Anschluss angelegt. In diesem Ausführungsbeispiel ist der zweite Anschluss mit der Leistungsquelle VP 113 verbunden, und eine Vielzahl von Spannungen wird von der Leistungsquelle VP 113 an den zweiten Anschluss angelegt. Alternativ hierzu kann der zweite Anschluss mit Masse verbunden bzw. geerdet sein. In 1A umfasst der Knoten B den ersten Anschluss, wobei ein Knoten C den zweiten Anschluss umfasst. Die Spannung Vm wird an den Knoten B angelegt, wobei die Spannung Vp an den Knoten C angelegt wird. Die Spannungen Vm und Vp weisen eine Beziehung auf, die von einem Kapazitätswert des ersten Kondensators Cm 116 abhängt.
  • Als nächstes wird eine Steuerung des Bildelements 100 beschrieben. Zuerst werden in einer Belichtungszeitdauer Spannungen der oberen Elektrode S 106 und der Elektrode P 110 derart gesteuert, dass eine Sperrvorspannung an den Lichtempfangsbereich 101 angelegt wird. Hierdurch wird eine Signalladung, die in dem Lichtempfangsbereich 101 erzeugt wird, in dem Lichtempfangsbereich 101 in der Belichtungszeitdauer aufgespeichert. Nachfolgend werden Spannungen der Elektrode P 110, der Transferelektrode T 111 und der Elektrode D 112 derart gesteuert, dass die Ladung, die in dem Lichtempfangsbereich 101 gehalten wird, zu dem Ladungsentladebereich 103 transferiert wird. Beispielsweise kann die Ladung transferiert werden, indem ein Potential des Ladungsentladebereichs 103 kleiner eingestellt wird als das des Lichtempfangsbereichs 101. Indem die aufgespeicherte Signalladung transferiert wird, wird die Spannung in dem Knoten B entsprechend einer Menge bzw. Größe der Signalladung geändert. Dementsprechend kann ein Signal, das auf der Signalladung beruht, von dem Bildelement 100 gelesen werden. Anders ausgedrückt wird entsprechend diesem Ausführungsbeispiel ein Signal, das auf der Ladung beruht, die in dem Lichtempfangsbereich 101 aufgespeichert wird, gelesen, indem die Ladung aus dem Lichtempfangsbereich 101 entladen wird.
  • Die Spannung Vp des zweiten Anschlusses des ersten Kondensators Cm 116 wird derart gesteuert, dass die Spannung Vm der Elektrode P 110 gesteuert wird. Die Leistungsquelle VP 113 legt eine erste Spannung und eine zweite Spannung, die von der ersten Spannung unterschiedlich ist, an den zweiten Anschluss des ersten Kondensators Cm 116 als die Spannung Vp an. Es ist anzumerken, dass in einer Modifikation dieses Ausführungsbeispiels eine Leistungsquelle VM, die nicht veranschaulicht ist, eine erste Spannung und eine zweite Spannung, die von der ersten Spannung unterschiedlich ist, an die Elektrode P 110 als die Spannung Vm anlegt.
  • Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird in der Halbleiterschicht 108 Ladung in einer ersten Richtung von dem Lichtempfangsbereich 101 zu dem Ladungsentladebereich 103 transferiert. Die erste Richtung ist parallel zu der Oberfläche des Substrats, das die Bildelementschaltung darauf angeordnet umfasst. Die Oberfläche des Substrats ist eine Schnittstelle zwischen dem Halbleiterbereich, der das Substrat bildet, und einem Isolator, der auf dem Halbleiterbereich angeordnet ist. In einem Fall, in dem die Isolatorisolationsstruktur durch die STI oder LOCOS eingesetzt wird, ist die Schnittstelle zwischen dem Halbleiterbereich und dem Isolatorbereich nicht flach. In diesem Fall dient die Schnittstelle zwischen dem Halbleiterbereich und dem Isolatorbereich in einem Transistorkanal, der auf dem Substrat angeordnet ist, beispielsweise als die Oberfläche des Substrats.
  • Mit dieser Konfiguration wird der größte Teil oder die Gesamtheit der Signalladung, die in dem Lichtempfangsbereich 101 aufgespeichert ist, zu dem Ladungsentladebereich 103 in einer kurzen Zeit transferiert. Dementsprechend kann ein Rauschen verringert werden.
  • Die Spannungen, die an die Einheiten des Bildelements 100 angelegt werden, werden nachstehend beschrieben. In diesem Ausführungsbeispiel wird ein Fall beschrieben, in dem ein Loch als die Signalladung unter Ladungen, die durch die photoelektrische Umwandlung erzeugt werden, verwendet wird. Es ist anzumerken, dass in diesem Ausführungsbeispiel eine Spannung eines geerdeten Knotens 0 V ist, was eine Referenzspannung ist, solange es nicht anders angegeben ist.
  • Die Leistungsquelle VS 101 legt eine bestimmte Spannung Vs (6 V in diesem Ausführungsbeispiel) an die obere Elektrode S 106 an. Die Leistungsquelle VP 113 legt die Spannung Vp (3 bis 5 V in diesem Ausführungsbeispiel) an. Die Spannungen Vs und Vp weisen eine Beziehung auf, in der eine Sperrvorspannung an ein Loch des Lichtempfangsbereichs 101 angelegt wird. Löcher, die durch die photoelektrische Umwandlung erzeugt werden, werden in der Nähe einer Schnittstelle zwischen dem Lichtempfangsbereich 101 und der isolierenden Schicht 109 aufgespeichert.
  • Da die Signalladung in diesem Ausführungsbeispiel ein Loch ist, ist die Spannung Vm der Elektrode P 110 niedriger als die Spannung Vt der Transferelektrode T 111, wenn die Signalladung aufgespeichert wird. Wie es in den 4A und 4B veranschaulicht ist, ist die Transferelektrode T 111 angeordnet, um die Elektrode P 110 in einer Ebene zu umgeben, die parallel zu der Oberfläche des Substrats ist. Folglich wird, indem die Spannung Vt größer als die Spannung Vm eingestellt wird, eine Wanne eines Potentials bzw. ein Potentialtopf in dem Lichtempfangsbereich 101 ausgebildet, der in der Nähe der Elektrode P 110 angeordnet ist. Die Löcher, die durch die photoelektrische Umwandlung erzeugt werden, werden auf effektive Weise in dem Potentialtopf des Lichtempfangsbereichs 101 gesammelt. Da die Spannung Vt der Transferelektrode T 111 eine Potentialbarriere bildet, kann ein Schwund der Ladung, die in dem Lichtempfangsbereich 101 aufgespeichert wird, verringert werden. In einem Fall, in dem die Signalladung ein Elektron ist, wird die Spannung Vm der Elektrode P 110 höher als die Spannung Vt der Transferelektrode T 111 eingestellt.
  • In diesem Ausführungsbeispiel legt die Leistungsquelle VP 113 zumindest eine erste Spannung Vp1 und eine zweite Spannung Vp2, die von der ersten Spannung Vp1 unterschiedlich ist, an den zweiten Anschluss des ersten Kondensators Cm 116 an. Da die Signalladung ein Loch in diesem Ausführungsbeispiel ist, ist die zweite Spannung Vp2 höher als die erste Spannung Vp1. In diesem Ausführungsbeispiel ist die erste Spannung Vp1 3 V und die zweite Spannung Vp2 ist 5 V. In einem Fall, in dem die Signalladung ein Elektron ist, ist die zweite Spannung Vp2 niedriger als die erste Spannung Vp1. In dem Fall, in dem die Signalladung ein Elektron ist, ist beispielsweise die erste Spannung Vp1 5 V und die zweite Spannung Vp2 ist 3 V.
  • In dem Fall, in dem die Signalladung ein Loch ist, ist die Rücksetzspannung Vres niedriger als die Spannung Vs, die an die obere Elektrode S106 anzulegen ist. In dem Fall, in dem die Signalladung ein Elektron ist, ist die Rücksetzspannung Vres höher als die Spannung Vs, die an die obere Elektrode S 106 anzulegen ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist, da ein Lochsignal verwendet wird, die Spannung Vs, die an die obere Elektrode S 106 anzulegen ist, 6 V, und die Rücksetzspannung Vres ist 3 V.
  • In diesem Ausführungsbeispiel steuert die Leistungsquelle Vp 113 die Spannung Vm des Knotens B, der in einer kapazitiven Kopplung mit dem Knoten C durch den ersten Kondensator Cm 116 ist, indem die Spannung Vp, die die Vielzahl von Spannungen umfasst, an den Knoten C angelegt wird. Folglich ist die Magnitudenbeziehung zwischen der Spannung Vp, die an den Knoten C angelegt wird, und der Rücksetzspannung Vres oder der Spannung Vs, die an die obere Elektrode S 106 angelegt wird, bezüglich eines Gleichstroms nicht spezifisch begrenzt.
  • In diesem Ausführungsbeispiel werden die Spannung Vm, die an die Elektrode P 110 angelegt wird, die Spannung Vt, die an die Transferelektrode T 111 angelegt wird, und die Spannung Vd, die an die Elektrode D 112 angelegt wird, derart gesteuert, dass die Signalladung, die in den Lichtempfangsbereich 101 aufgespeichert wird, rasch und vollständig zu dem Ladungsentladebereich 103 transferiert wird. In dem Fall, in dem die Signalladung ein Loch ist, kann die Ladung auf der Grundlage der nachstehend beschriebenen Beziehung transferiert werden: Vm > Vt > Vd. In dem Fall, in dem die Signalladung ein Elektron ist, kann die Ladung auf der Grundlage der nachstehend beschriebenen Beziehung transferiert werden: Vm < Vt < Vd.
  • 2 zeigt ein Diagramm, das schematisch eine vollständige Schaltungskonfiguration der Abbildungsvorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel veranschaulicht. In 2 sind 16 Bildelemente 100, die in einer Matrix von 4 Zeilen mal 4 Spalten angeordnet sind, veranschaulicht. Eine Vielzahl von Bildelementen 100, die in einer Spalte beinhaltet sind, ist mit einer Ausgangsleitung 120 verbunden. Eine Zeilenansteuerungsschaltung 250 führt ein Ansteuerungssignal pRES, ein Ansteuerungssignal pVP (die Spannung Vp des Knotens C) und ein Ansteuerungssignal pSEL den Bildelementen 100 zu. Das Ansteuerungssignal pRES wird einem Gate des Rücksetztransistors 117 in 1A zugeführt. Das Ansteuerungssignal pSEL wird einem Gate des Auswahltransistors 119 zugeführt. Durch diese Ansteuerungssignale werden der Rücksetztransistor 117 und der Auswahltransistor 119 gesteuert. Die Vielzahl von Bildelementen 100, die in einer Zeile beinhaltet sind, ist mit einer gemeinsamen Ansteuerungssignalleitung verbunden. Die Ansteuerungssignalleitung überträgt das Ansteuerungssignal pRES, das Ansteuerungssignal pSEL und dergleichen. In 2 sind Bezugszeichen, wie beispielsweise (n) und (n+1), die Zeilen angeben, zugeordnet, um Ansteuerungssignale zu unterscheiden, die unterschiedlichen Zeilen zugeführt werden. Das gleiche gilt für die anderen Zeichnungen. In diesem Ausführungsbeispiel wird die fixierte Spannung Vd an die Elektrode D 112 angelegt. Folglich ist eine Signalleitung, die ein Ansteuerungssignal pVd zuführt, in 2 weggelassen.
  • Entsprechend diesem Ausführungsbeispiel werden die Spannungen Vp, die an die zweiten Anschlüsse (die Knoten C) der ersten Kondensatoren Cm 116 angelegt werden, unabhängig für individuelle Zeilen gesteuert. Folglich wählt die Zeilenansteuerungsschaltung 250 eine der Zeilen aus, an die die Spannung Vp von einer Spannungszufuhreinheit 203 angelegt wird. Es ist anzumerken, dass Bezugszeichen wie beispielsweise (n) und (n+1), die Zeilen angeben, zugewiesen sind, um Spannungen Vd zu unterscheiden, die an unterschiedliche Zeilen angelegt werden. In einem Fall, in dem ein elektronischer Global-Shutter-Betrieb auszuführen ist, werden die Ansteuerungssignale kollektiv in allen Zeilen angesteuert. In einem Fall, in dem ein Rolling-Shutter-Betrieb auszuführen ist, werden die Ansteuerungssignale für individuelle Zeilen gesteuert. Entsprechend der Konfiguration, die vorstehend beschrieben ist, kann die Vielzahl von Bildelementen 100 für jede Zeile in diesem Ausführungsbeispiel angesteuert werden.
  • Die individuellen Ausgangsleitungen 120 sind mit entsprechenden Spaltenschaltungen 204 verbunden. Der in 1A veranschaulichte Spaltenverstärker 301 ist in einer entsprechenden der Spaltenschaltungen 204 beinhaltet. Spaltenansteuerungsschaltungen 202 steuern die Spaltenschaltungen 204 für individuelle Spalten an. Spezifisch führen die Spaltenansteuerungsschaltungen 202 Ansteuerungssignale CSEL den Spaltenschaltungen 204 zu. Es ist anzumerken, dass Bezugszeichen, wie beispielsweise (m) und (m+1), die Spalten angeben, zugewiesen sind, um Ansteuerungssignale zu unterscheiden, die unterschiedlichen Spalten zugeführt werden. Das gleiche gilt für die anderen Zeichnungen. Mit dieser Konfiguration können Signale, die parallel für individuelle Zeilen gelesen werden, erfolgreich an eine Ausgabeeinheit ausgegeben werden.
  • Die Spaltenschaltungen 204 werden ausführlich beschrieben. 3 zeigt ein Diagramm, das Ersatzschaltungen der Spaltenschaltungen 204 in einer m-ten Spalte und einer (m+1)-ten Spalte veranschaulicht. Die Spaltenschaltungen 204 der anderen Spalten sind weggelassen.
  • Ein Signal der Ausgangsleitung 120 wird durch den Spaltenverstärker 301 verstärkt. Ein Ausgangsknoten des Spaltenverstärkers 301 ist mit einem Kondensator CTS durch einen S/H-Schalter 302 verbunden. Der Ausgangsknoten des Spaltenverstärkers 301 ist ebenso mit einem Kondensator CTN durch einen S/H-Schalter 303 verbunden. Die S/H-Schalter 302 und 303 werden durch Ansteuerungssignale pTS bzw. pTN gesteuert. Mit dieser Konfiguration können ein Rauschsignal N, das ein Rücksetzrauschen von dem Bildelement 100 umfasst, und ein optisches Signal S gehalten werden. Dementsprechend ist die Abbildungsvorrichtung dieses Ausführungsbeispiels in der Lage, die korrelierte Doppelabtastung auszuführen. Spezifisch kann ein Signal, aus dem das Rücksetzrauschen entfernt ist, gelesen werden.
  • Der Kondensator CTS ist mit einer horizontalen Ausgangsleitung 306 durch einen horizontalen Transferschalter 304 verbunden. Der Kondensator CTN ist mit einer horizontalen Ausgangsleitung 307 durch einen horizontalen Transferschalter 305 verbunden. Die horizontalen Transferschalter 304 und 305 werden durch die Ansteuerungssignale CSEL, die von einer entsprechenden der Spaltenansteuerungsschaltungen 202 zugeführt werden, gesteuert.
  • Die horizontalen Ausgangsleitungen 306 und 307 sind mit einem Ausgangsverstärker 122 verbunden. Der Ausgangsverstärker 122 verstärkt ein Differentialsignal zwischen einem Signal der horizontalen Ausgangsleitung 306 und einem Signal der horizontalen Ausgangsleitung 307 und gibt das verstärkte Differentialsignal aus. Das verstärkte Signal wird einer Analog/Digital-Umwandlungseinheit 205 zugeführt, die das analoge Differentialsignal in ein digitales Signal umwandelt und das digitale Signal zu einer Außenseite der Abbildungsvorrichtung ausgibt.
  • Es ist anzumerken, dass die Spaltenschaltungen 204 Analog/Digital-Umwandlungsschaltungen sein können. In diesem Fall umfasst jede der Analog/Digital-Umwandlungsschaltungen eine Halteeinheit, wie beispielsweise einen Speicher oder einen Zähler, die ein digitales Signal hält. Die Halteeinheit hält digitale Signale, die von dem Rauschsignal N und dem optischen Signal S umgewandelt werden.
  • Als nächstes werden eine planare Struktur und ein Schnittaufbau der Abbildungsvorrichtung dieses Ausführungsbeispiels beschrieben. Die 4A zeigt ein Diagramm, das schematisch eine planare Struktur der Abbildungsvorrichtung veranschaulicht. Abschnitte derselben wie die gemäß den 1A - 1C werden durch Bezugszeichen bezeichnet, die die gleichen sind wie die der 1A - 1C. In 4A sind Bildelemente 100 in einer Matrix von 2 Zeilen mal 2 Spalten veranschaulicht. In 4A ist eine Anordnung der Elektrode P 110, der Transferelektrode T 111 und der Elektrode D 112 in einer Ebene parallel zu der Oberfläche des Substrats, das die Bildelementschaltung umfasst, die darauf angeordnet ist, schematisch veranschaulicht.
  • 4B zeigt ein Diagramm, das schematisch einen Schnittaufbau der Abbildungsvorrichtung veranschaulicht. Ein Querschnitt von 4B wird erhalten, indem er entlang einer gestrichelten Linie IVB bis IVB gemäß 4A entnommen wird. Abschnitte, die die gleichen wie die gemäß den 1A bis 1C sind, werden durch Bezugszeichen bezeichnet, die die gleichen wie die gemäß den Figuren von 1A bis 1C sind. In 4B sind Mikrolinsen 401, eine Planarisierungsschicht 402, Farbfilter 403 und die filmartige Zwischenschichtschicht 404, die zwischen dem Substrat und der Halbleiterschicht 108 angeordnet ist, veranschaulicht. Der Lichtempfangsbereich 101, der Ladungstransferbereich 102 und der Ladungsentladebereich 103 sind auf der Halbleiterschicht 108 definiert. Es ist anzumerken, dass ein leitfähiges Element, das nicht veranschaulicht ist, das eine Elektrode mit einer Bildelementschaltung verbindet, auf der filmartigen Zwischenschichtschicht 404 angeordnet ist.
  • Wie es in 4B veranschaulicht ist, sind die Elektrode P 110 die Transferelektrode T 111 und die Elektrode D 112 derart angeordnet, dass zugehörige Schwerpunkte miteinander übereinstimmen. Mit dieser Konfiguration kann die Mikrolinse 401 auf effektive Weise ein einfallendes Licht durch die photoelektrische Umwandlungseinheit (der Lichtempfangsbereich 101 und die Elektrode P 110) fokussieren. Eine elektrische Feldverteilung und eine Lichteinfallverteilung der photoelektrischen Umwandlungseinheit stimmen miteinander überein, wobei folglich eine Ladung, die aufgrund der photoelektrischen Umwandlung erzeugt wird, auf effektive Weise durch den Lichtempfangsbereich 101 gesammelt wird.
  • In der planaren Oberfläche gemäß 4A umgibt die Transferelektrode T 111 die Elektrode P 110. Mit dieser Anordnung kann die Ladung, die in dem Lichtempfangsbereich 101 aufgespeichert wird, rasch zu dem Ladungsentladebereich 103 transferiert werden. Dementsprechend kann die Abbildungsvorrichtung mit höherer Geschwindigkeit angesteuert werden. Eine Potentialbarriere kann durch eine Vorspannung gebildet werden, die an die Transferelektrode T 111 angelegt wird. Hierdurch kann eine erzeugte Ladung auf effektive Weise in den Lichtempfangsbereich 101 gesammelt werden und es wird verhindert, dass die gesammelte Ladung zu dem Ladungsentladebereich 103 und benachbarten Bildelementen entweicht. Der Ladungstransfer kann schnell und vollständig ausgeführt werden.
  • Als nächstes werden eine planare Struktur und ein Schnittaufbau der Bildelementschaltung, die auf dem Substrat angeordnet ist, beschrieben. 5A zeigt ein Diagramm, das schematisch einer Anordnung der Bildelementschaltungen, die auf dem Substrat angeordnet sind, in einer Draufsicht veranschaulicht. Spezifisch ist die Anordnung der Bildelementschaltungen, die erhalten wird, wenn die Bildelementschaltungen auf eine Ebene parallel zu der Oberfläche des Substrats projiziert werden, in 5A veranschaulicht. 5B zeigt ein Diagramm, das schematisch einen Schnittaufbau eines Substrats 550, der filmartigen Zwischenschichtschicht 404, die auf dem Substrat 550 angeordnet ist, und der Halbleiterschicht 108 veranschaulicht. Der Querschnitt, der in 5B veranschaulicht ist, wird erhalten, wenn er entlang einer Linie VB bis VB in 5A entnommen wird. Abschnitte, die Funktionen aufweisen, die die gleichen wie die gemäß den 1A bis 1C sind, werden durch Bezugszeichen bezeichnet, die die gleichen wie die gemäß den 1A bis 1C sind. Es ist anzumerken, dass, was die Transistoren betrifft, Bezugszeichen zu Gateelektroden der Transistoren zugewiesen sind. Ein Bezugszeichen, das das Gleiche wie das eines Ansteuerungssignals ist, das einer Ansteuerungssignalleitung zugeführt wird, ist dem leitfähigen Element zugewiesen, das die Ansteuerungssignalleitung bildet. Beispielsweise bildet ein leitfähiges Element, das ein Bezugszeichen „pRES“ aufweist, eine Ansteuerungssignalleitung, die das Ansteuerungssignal pRES zuführt.
  • 5A zeigt ein Diagramm, das vier Bildelemente 100 veranschaulicht, die in einer Matrix von 2 Zeilen mal 2 Spalten angeordnet sind. Nur in einem Bildelement in einem oberen rechten Abschnitt sind Abschnitte, die der Elektrode P 110 der Transferelektrode T 111 und der Elektrode D 112 gemäß 4A entsprechen, durch gestrichelte Linien veranschaulicht. In den anderen Bildelementen ist eine Veranschaulichung der Elektrode P 110, der Transferelektrode T 111 und der Elektrode D 112 weggelassen. In 5A sind eine Elektrode 502, die den ersten Anschluss des ersten Kondensators Cm 116 bildet, und eine Elektrode 503, die den zweiten Anschluss des ersten Kondensators Cm 116 bildet, veranschaulicht. Die Elektroden 502 und 503 überlappen einander in einer Draufsicht.
  • Wie es in den 5A und 5B veranschaulicht ist, ist die Elektrode 502, die den ersten Anschluss des ersten Kondensators Cm 116 bildet, elektrisch mit dem Verstärkungstransistor 118 durch einen Kontakt 501 verbunden. Die Elektrode 502, die den ersten Anschluss des ersten Kondensators Cm 116 bildet, ist elektrisch mit der Elektrode P 110 durch einen Kontakt 506 verbunden. Die Elektrode 503, die den zweiten Anschluss des ersten Kondensators Cm 116 bildet, ist mit einer Ansteuerungssignalleitung pVP durch einen Kontakt 507 verbunden. Des Weiteren wird ein Kontakt 504 verwendet, um die Transferelektrode T 111 und eine Ansteuerungssignalleitung pVT miteinander zu verbinden. Ein Kontakt 505 wird verwendet, um die Elektrode D 112 und eine Ansteuerungssignalleitung pVD miteinander zu verbinden.
  • Wie es in den 5A und 5B veranschaulicht ist, ist die Elektrode 503 des ersten Kondensators Cm 116 mit der Ansteuerungssignalleitung pVP verbunden. Die Ansteuerungssignalleitung pVP überträgt die Spannung Vp, die von der Leistungsquelle VP 113 angelegt wird. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Ansteuerungssignalleitungen pVP in jeweiligen Zeilen angeordnet. Spezifisch ist eine Ansteuerungssignalleitung pVP in einer bestimmten der Zeilen elektrisch von den Ansteuerungsleitungen pVP in den anderen Zeilen isoliert. Mit dieser Konfiguration kann die Spannung Vp des zweiten Anschlusses (des Knotens C) des ersten Kondensators Cm 116 unabhängig für jede Zeile gesteuert werden.
  • Wie es in 5B veranschaulicht ist, umfasst die Abbildungsvorrichtung das Substrat 550. Das Substrat 550 umfasst einen Sourcebereich und einen Drainbereich von Bildelementtransistoren. Die Bildelementtransistoren sind in der Bildelementschaltung beinhaltet, wobei sie beispielsweise dem Rücksetztransistor 117, dem Verstärkungstransistor 118 und dem Auswahltransistor 119 entsprechen. Die filmartige Zwischenschichtschicht 404, die Gateelektroden der Bildelementtransistoren und ein leitfähiges Element, das eine Verdrahtung bildet, umfasst, ist auf dem Substrat 550 angeordnet. Die isolierende Schicht 109 und die Halbleiterschicht 108 sind auf der filmartigen Zwischenschichtschicht 404 in dieser Reihenfolge angeordnet.
  • Die obere Elektrode S 106 wird durch ein leitfähiges Element gebildet, das es erlaubt, dass eine bestimmte Lichtmenge hindurchgeht. Beispiele eines Materials der oberen Elektrode S 106 umfassen Indium, wie beispielsweise Indiumzinnoxid (ITO), ein Gemisch, dass Zinn umfasst, und/oder ein Gemisch, wie beispielsweise ZnO. Mit dieser Konfiguration kann eine große Lichtmenge auf den Lichtempfangsbereich 101 einfallen. Folglich kann eine Empfindlichkeit verbessert werden. Als ein anderes Beispiel kann Polysilizium oder ein Metall, das dünn genug ist, um es einer bestimmten Lichtmenge zu erlauben, übertragen zu werden, als die obere Elektrode S 106 verwendet werden. Da Metall einen niedrigen Widerstand aufweist, sind, wenn ein Metall als das Material der oberen Elektrode S 106 verwendet wird, ein niedrigerer Leistungsverbrauch und eine Hochgeschwindigkeitsansteuerung in vorteilhafter Weise verwirklicht. Es ist anzumerken, dass eine Lichtdurchlässigkeit der oberen Elektrode S 106 nicht spezifisch begrenzt ist, solange die Durchlässigkeit nicht null beträgt.
  • Die Halbleiterschicht 108 wird aus intrinsischem amorphen Silizium (nachstehend als „a-Si“ bezeichnet), einem Niedrigkonzentrations-P-Typ-a-Si, einem Niedrigkonzentrations-N-Typ-a-Si oder dergleichen gebildet. Alternativ hierzu kann die Halbleiterschicht 108 aus einem Verbindungshalbleiter gebildet werden. Beispiele des Verbindungshalbleiters umfassen einen III-V-Verbindungshalbleiter, wie beispielsweise BN, GaAs, GaP, AlSb oder GaAlAsP, einen II-VI-Verbindungshalbleiter, wie beispielsweise CdSe, ZnS oder HdTe, und einen IV-VI-Verbindungshalbleiter, wie beispielsweise PbS, PbTe oder CuO. Alternativ hierzu kann die Halbleiterschicht 108 aus einem organischen Material gebildet sein. Beispiele des organischen Materials umfassen Buckminster-Fulleren, Cumalin 6 (C6), Rhodamin 6G (R6G), Zinkphthalozyanin (ZnPc), Quinacridon, eine Phthalozyaninverbindung und eine Naphtalozyaninverbindung. Des Weiteren kann die Halbleiterschicht 108 aus einer filmartigen Quantenpunktschicht gebildet sein, die aus dem vorstehend beschriebenen Verbindungshalbleiter gebildet ist. Eine Dotierstoffkonzentration der Halbleiterschicht 108 ist vorzugsweise niedrig oder es wird vorzugsweise eine intrinsische Halbleiterschicht 108 verwendet. Mit dieser Konfiguration können, da eine ausreichend große Verarmungsschicht in der Halbleiterschicht 108 sichergestellt werden kann, Effekte einer hohen Empfindlichkeit und einer Rauschverringerung erreicht werden.
  • Die Blockierschicht 107 blockiert einen Fluss von Ladung eines leitfähigen Typs, der der gleiche wie der der Signalleitung ist, in die Halbleiterschicht 108 von der oberen Elektrode S 106. In einem Fall, in dem die obere Elektrode S 106 aus ITO gebildet ist, kann die obere Elektrode S 106, in Abhängigkeit von einer Kombination mit einem Halbeiter, der die Halbleiterschicht 108 bildet, als die Blockierschicht 107 fungieren. Spezifisch wird eine Potentialbarriere derart gebildet, dass ein Fluss einer Ladung, die einen leitfähigen Typ aufweist, der der gleiche ist wie der der Signalleitung, von der oberen Elektrode S 106 zu der Halbleiterschicht 108 blockiert wird.
  • Ein N-Typ- oder P-Typ-Halbleiter, der der gleiche Typ wie der Halbleiter ist, der in der Halbleiterschicht 108 verwendet wird, und der eine Dotierstoffkonzentration aufweist, die höher als die eines Halbleiters ist, der in der Halbleiterschicht 108 verwendet wird, kann für die Blockierschicht 107 verwendet werden. In einem Fall, in dem a-Si für die Halbleiterschicht 108 verwendet wird, wird beispielsweise ein N-Typ-a-Si, das eine hohe Dotierstoffkonzentration aufweist, oder ein P-Typ-a-Si, das eine hohe Dotierstoffkonzentration aufweist, für die Blockierschicht 107 verwendet. Eine Position eines Fermi-Pegels variiert in Abhängigkeit von einer Dotierstoffkonzentration, wobei folglich eine Potentialbarriere nur für ein Element aus einem Elektron und einem Loch gebildet werden kann. Die Blockierschicht 107 weist einen leitfähigen Typ auf, in dem eine Ladung eines leitfähigen Typs, der entgegengesetzt zu dem der Signalleitung ist, ein Majoritätsladungsträger ist.
  • Alternativ hierzu kann die Blockierschicht 107 aus einem Material gebildet werden, das von dem der Halbleiterschicht 108 unterschiedlich ist. Mit dieser Konfiguration wird ein Heteroübergang gebildet. Da unterschiedliche Materialien unterschiedliche Bandlücken verursachen, kann eine Potentialbarriere nur für ein Element aus einem Elektron und einem Loch gebildet werden.
  • Die isolierende Schicht 109 ist zwischen der Halbleiterschicht 108 und der Elektrode P 110, zwischen der Halbleiterschicht 108 und der Transferelektrode T 111 und zwischen der Halbleiterschicht 108 und der Elektrode D 112 angeordnet. Die isolierende Schicht 109 wird aus einem isolierenden Material gebildet. Beispiele des Materials der isolierenden Schicht 109 umfassen ein anorganisches Material, wie beispielsweise Siliziumoxid, amorphes Siliziumoxid (nachstehend a-SiO), Siliziumnitrid oder amorphes Siliziumnitrid (a-SiN), oder ein organisches Material. Die isolierende Schicht 109 weist eine derartige Dicke auf, dass eine Ladung nicht aufgrund eines Tunneleffekts übertragen wird. Mit dieser Konfiguration kann ein Leckstrom verringert werden, wobei folglich Rauschen verringert werden kann. Spezifisch ist eine Dicke der isolierenden Schicht 109 größer oder gleich 50 nm.
  • Wenn a-Si, a-SiO oder a-SiN für die blockierende Schicht 107, die Halbleiterschicht 108 und die isolierende Schicht 109 verwendet wird, kann eine Hydrierbehandlungsverarbeitung ausgeführt werden, wobei ein Danglingbond in einem Anschluss gebildet werden kann. Mit dieser Konfiguration kann das Rauschen verringert werden.
  • Die Elektrode P 110, die Transferelektrode T 111 und die Elektrode D 112 werden individuell durch ein leitfähiges Element, wie beispielsweise Metall, gebildet. Ein Material, das das gleiche wie ein leitfähiges Element ist, das eine Verdrahtung bildet, oder ein leitfähiges Element ist, das eine Plättchenelektrode bzw. Pad-Elektrode für eine externe Verbindung bildet, wird für die Elektrode P 110, die Transferelektrode T 111 und die Elektrode D 112 verwendet. Mit dieser Konfiguration können einige oder alle der Elektrode P 110, der Transferelektrode T 111, der Elektrode D 112, der Verdrahtung und der Pad-Elektrode gleichzeitig ausgebildet werden. Dementsprechend kann ein Herstellungsvorgang vereinfacht werden.
  • Ein Betrieb dieses Ausführungsbeispiels wird unter Bezugnahme auf die 6A bis 6F beschrieben. Die 6A bis 6C zeigen Diagramme, die schematisch eine Bewegung einer Signalladung (eines Lochs) in der Halbleiterschicht 108 veranschaulichen. Die 6D bis 6F zeigen Diagramme, die schematisch ein Potential in einer Schnittstelle zwischen der Halbleiterschicht 108 und der isolierenden Schicht 109 veranschaulichen. In den 6D bis 6F bezeichnen Achsen von Ordinaten ein Potential in Bezug auf ein Loch. Ein Potential eines Lochs wird in einem oberen Abschnitt der Achsen der Ordinaten niedriger. Folglich wird eine Spannung in einem oberen Abschnitt der Achsen der Ordinaten niedriger.
  • 6A zeigt ein Diagramm, das einen Zustand veranschaulicht, in dem Löcher, die durch die photoelektrische Umwandlung erzeugt werden, in dem Lichtempfangsbereich 101 aufgespeichert werden. 6D zeigt ein Diagramm, das schematisch Potentiale der Löcher in dem Lichtempfangsbereich 101, dem Ladungstransferbereich 102 und dem Ladungsentladebereich 103 entsprechend 6A veranschaulicht. Weiße Kreise zeigen die Löcher an. In diesem Fall weisen die Spannung Vm der Elektrode P 110, die Spannung Vt der Transferelektrode T 111 und die Spannung Vd der Elektrode D 112 eine der nachstehend beschriebenen Beziehungen auf: Vd = Vm < Vt, Vd < Vm < Vt und Vm < Vd < Vt. Entsprechend dieser Beziehung wird eine Potentialbarriere zwischen dem Lichtempfangsbereich 101 und dem Ladungsentladebereich 103 ausgebildet, um den Lichtempfangsbereich 101 und den Ladungsentladebereich 103 elektrisch voneinander zu trennen. Spezifisch fungiert die Transferelektrode T 111 als eine Trennungslektrode, die den Lichtempfangsbereich 101 und den Ladungsentladebereich 103 voneinander trennt. Die Spannung Vs und die Spannung Vt sind vorzugsweise gleich zueinander eingestellt, sodass die elektrische Trennungsfunktion verbessert wird. Es ist anzumerken, dass die Spannung Vn der Elektrode P 110 entsprechend der Spannung Vp, die von der Leistungsquelle VP 113 angelegt wird, und einem Kapazitätswert des ersten Kondensators Cm 116 gesteuert wird.
  • 6B zeigt ein Diagramm, das einen Zustand veranschaulicht, in dem die Löcher, die in dem Lichtempfangsbereich 101 aufgespeichert werden, zu dem Ladungsentladebereich 103 transferiert werden. 6E zeigt ein Diagramm, das schematisch Potentiale der Löcher in dem Lichtempfangsbereich 101, dem Ladungstransferbereich 102 und dem Ladungsentladebereich 103 entsprechend 6B veranschaulicht. In diesem Fall weisen die Spannung Vm der Elektrode D 110, die Spannung Vt der Transferelektrode T 111 und die Spannung Vd der Elektrode D 112 eine der nachstehend beschriebenen Beziehungen auf: Vd = Vt < Vm und Vd < Vt <Vm. Entsprechend dieser Beziehung wird ein Potentialgefälle von dem Lichtempfangsbereich 101 zu dem Ladungsentladebereich 103 gebildet. Folglich werden die Löcher, die in dem Lichtempfangsbereich 101 aufgespeichert werden, zu dem Ladungsentladebereich 103 entlang der Schnittstelle zwischen der Halbleiterschicht 108 und der isolierenden Schicht 109 transferiert. Der Ladungsentladebereich 103 ist elektrisch mit der Elektrode D 112 verbunden. Folglich wird die Signalladung (die Löcher), die zu dem Ladungsentladebereich 103 transferiert werden, mit Elektronen wieder verbunden, wobei sie verschwinden. Anders ausgedrückt wird die Signalladung in dem Lichtempfangsbereich 101 entladen.
  • 6C zeigt ein Diagramm, das einen Zustand veranschaulicht, in dem die Signalladung zu dem Ladungsentladebereich 103 transferiert worden ist. 6F zeigt ein Diagramm, das schematisch Potentiale der Löcher in dem Lichtempfangsbereich 101, dem Ladungstransferbereich 102 und dem Ladungsentladebereich 103 entsprechend 6C veranschaulicht. Zustände der Spannung Vm der Elektrode P 110, der Spannung Vt der Transferelektrode T 111 und der Spannung Vd der Elektrode D 112 sind die gleichen wie Zustände, bevor die Signalladung transferiert wird, das heißt die Zustände, die in 6D veranschaulicht sind. Spezifisch wird eine der nachstehend beschriebenen Beziehungen erfüllt: Vd = Vm < Vt, Vd < Vm < Vt und Vm < Vd < Vt. Die Signalladung wird jedoch aufgrund des Transferbetriebs in dem Lichtempfangsbereich 101 verloren. Folglich findet eine Spannungsänderung entsprechend einer Ladungsmenge, die zu dem Ladungsentladebereich 103 transferiert wird, in dem Gate des Verstärkungstransistors 118 statt, der mit der Elektrode D 112 durch die kapazitive Kopplung der isolierenden Schicht 109 verbunden ist. Das heißt, ein Signal, das der Menge einer Signalladung entspricht, die in dem Lichtempfangsbereich 101 in der Belichtungszeitdauer aufgespeichert wird, wird dem Gate des Verstärkungstransistors 118 zugeführt.
  • In diesem Ausführungsbeispiel ist die Halbleiterschicht 108 kontinuierlich von dem Lichtempfangsbereich 101 durch den Ladungstransferbereich 102 zu dem Ladungsentladebereich 103 in einer Richtung parallel zu der Oberfläche des Substrats ausgebildet. Dementsprechend wird, wie es in 6B veranschaulicht ist, die Signalladung, die in der Halbleiterschicht 108 erzeugt wird, in der Richtung parallel zu der Oberfläche des Substrats, das die Bildelementschaltung darauf angeordnet umfasst, transferiert.
  • Mit dieser Konfiguration kann die Ladung in der Richtung entlang der Schnittstelle zwischen der Halbleiterschicht 108 und der isolierenden Schicht 109 transferiert werden. Diese Schnittstellen weisen einen kleinen Störstellenpegel auf, wobei folglich ein Hochgeschwindigkeitstransfer der Ladung ausgeführt wird.
  • In einem Fall, in dem die Ladung zu der oberen Elektrode S 106 transferiert wird, wird ein Ladungstransferpfad innerhalb der Halbleiterschicht 108 ausgebildet. In diesem Fall wird eine Geschwindigkeit des Transfers entsprechend einem Bewegungsgrad des Materials der Halbleiterschicht 108 gesteuert. Dementsprechend ist es schwierig, die Ladung mit einer hohen Geschwindigkeit zu transferieren. Insbesondere ist in einem Fall, in dem die Halbleiterschicht 108 dick ausgebildet ist, um eine ausreichende Empfindlichkeit für ein Licht einer langen Wellenlänge zu erhalten, eine Entfernung des Transferpfads zum Transferieren der Ladung zu der oberen Elektrode S 106 groß. Demgegenüber kann in einem Fall, in dem die Ladung in der Richtung parallel zu der Oberfläche des Substrats transferiert wird, der Transferpfad verringert werden. Der Grund hierfür ist, dass eine Entfernung zwischen dem Lichtempfangsbereich 101, der eine Transferquelle in der Halbleiterschicht 108 ist, und dem Ladungsentladebereich 103, der ein Transferziel in der Halbleiterschicht 108 ist, nicht durch die Empfindlichkeit für das Licht einer langen Wellenlänge oder dergleichen beschränkt wird.
  • Auf diese Weise kann entsprechend der Abbildungsvorrichtung dieses Ausführungsbeispiel die Ladung auf effektive Weise transferiert werden. Dementsprechend kann ein Rauschen, wie beispielsweise ein Bildnachlauf, aufgrund einer Restladung verringert werden.
  • Es ist anzumerken, dass in diesem Ausführungsbeispiel die Spannung Vm der Elektrode P 110 gesteuert wird, indem die Spannung Vp, die von der Leistungsquelle VP 113 angelegt wird, geändert wird. In einem Fall, in dem die Rücksetzspannung Vres des Knotens B kleiner als die Spannung Vd der Elektrode D 112 ist, kann jedoch die Spannung Vp, die von der Leistungsquelle VP 113 angelegt wird, fixiert sein. Der Grund hierfür ist, dass die Ladung nur transferiert werden kann, indem die Spannung Vt der Transferelektrode T 111 gesteuert wird. Des Weiteren kann der erste Kondensator Cm 116 weggelassen werden. Auch wenn der erste Kondensator Cm 116 weggelassen wird, kann der Knoten B eine parasitäre Kapazität aufweisen.
  • Des Weiteren wird die Ladung, die in den Lichtempfangsbereichen 101 aufgespeichert wird, gleichzeitig in einer Vielzahl von Bildelementen transferiert, wobei die Ladung durch die Ladungsentladebereiche 103 gehalten wird, bis Signale gelesen werden, wobei auf diese Weise ein elektrischer Global-Shutter-Betrieb realisiert werden kann.
  • Als nächstes wird ein Betrieb zum Lesen eines Signals durch ein Entladen (Transferieren) einer Signalladung zu dem Ladungsentladebereich 103 unter Bezugnahme auf 7 beschrieben. 7 zeigt ein Diagramm, das schematisch ein Energieband der Halbleiterschicht 108 in einer Richtung, die vertikal zu der Oberfläche des Substrats ist, veranschaulicht. In 7 bezeichnen Achsen von Ordinaten Potentiale von Löchern. Ein Potential eines Lochs ist niedriger in einem oberen Abschnitt in der Achse der Ordinaten. Folglich wird eine Spannung in einem oberen Abschnitt in den Achsen der Ordinaten niedriger. Was die obere Elektrode S 106, die Elektrode P 110 und die Elektrode D 112 betrifft, sind Energiepegel freier Elektronen veranschaulicht. Was die Blockierschicht 107 und die Halbleiterschicht 108 betrifft, sind Energielücken zwischen Energiepegeln von Leitungsbändern und Energiepegeln von Valenzbändern veranschaulicht. Es ist anzumerken, dass ein Potential der Halbleiterschicht 108 in der Schnittstelle zwischen der Halbleiterschicht 108 und der isolierenden Schicht 109 zweckmäßig als ein „Oberflächenpotential der Halbleiterschicht 108“ bezeichnet wird oder einfach als ein „Oberflächenpotential“ bezeichnet wird.
  • Energiebänder des Lichtempfangsbereichs 101 sind auf einer rechten Seite in 7 veranschaulicht. Energiebänder in dem Ladungsentladebereich 103 sind auf einer linken Seite in 7 veranschaulicht. Was den Lichtempfangsbereich 101 betrifft, sind Energiebänder der oberen Elektrode S 106, der blockierenden Schicht 107, der Halbleiterschicht 108, der isolierenden Schicht 109 und der Elektrode P 110 veranschaulicht. Was den Ladungsentladebereich 103 betrifft, sind Energiebänder der oberen Elektrode S 106, der blockierenden Schicht 107, der Halbleiterschicht 108 und der Elektrode P 112 veranschaulicht.
  • Ein Betrieb in dem Lichtempfangsbereich 101 umfasst einen Ladungstransfer (einen Schritt p1) und eine Aufspeicherung einer Signalladung, die durch eine photoelektrische Umwandlung von einfallendem Licht erzeugt wird (ein Schritt p2). Die Schritte werden nachstehend beschrieben.
  • In dem Schritt p1 wird, wie es unter Bezugnahme auf die 6A bis 6F beschrieben ist, die Signalladung, die in dem Lichtempfangsbereich 101 aufgespeichert ist, zu dem Ladungsentladebereich 103 durch den Ladungstransferbereich 102 transferiert. Der Lichtempfangsbereich 101 tritt von einem Zustand, in dem die Löcher aufgespeichert werden, in einen Zustand ein, in dem die Löcher verschwinden. Demgegenüber tritt der Ladungsentladebereich 103 von einem Zustand, in dem die Löcher nicht vorhanden sind, in einen Zustand ein, in dem die Löcher gehalten werden.
  • In einem Zustand, bevor die Signalladung transferiert wird, das heißt in einer Belichtungszeitdauer zur Aufspeicherung der Signalladung wird die Rücksetzspannung Vres an die Elektrode P 110 angelegt. In diesem Ausführungsbeispiel beträgt die Rücksetzspannung Vres 3 V. Es ist anzumerken, dass eine Spannung der Elektrode P 110 zu dieser Zeit ein Rauschen kTC umfassen kann, das zu einer Zeit eines Zurücksetzens erzeugt wird. Die Spannung Vs, die an die obere Elektrode S 106 angelegt wird, ist auf 6 V fixiert, und die Spannung Vd, die an die Elektrode D 112 angelegt wird, ist auf 4 V fixiert.
  • In diesem Ausführungsbeispiel legt die Leistungsquelle VP 113 die erste Spannung Vp1 (= 3 V) und die zweite Spannung Vp2 (= 5 V) an. Wenn die Signalladung (Löcher), die in der Belichtungszeitdauer erzeugt wird, in dem Lichtempfangsbereich 101 aufgespeichert ist, legt die Leistungsquelle VP 113 die erste Spannung Vp1 (= 3 V) an, die niedriger als die Spannung Vs (6 V) der oberen Elektrode S 106 ist. In dem Schritt p1 legt die Leistungsquelle VP 113 die zweite Spannung Vp2 (= 5 V) an, sodass ein Ladungstransfer ausgeführt wird.
  • Wenn die Spannung Vp, die von der Leistungsquelle VP 113 angelegt wird, geändert wird, wird die Spannung der Elektrode P 110 (des Knotens B gemäß den 1A bis 1C) in einer Richtung geändert, die die gleiche ist wie die Änderung der Spannung Vp. Eine Spannungsänderungsgröße dVm der Elektrode P 110 wird entsprechend einem Verhältnis eines Kapazitätswerts C1 des ersten Kondensators Cm 116, der mit der Elektrode P 110 verbunden ist, zu einem Kapazitätswert C2 des zweiten Kondensators 123, der in dem Lichtempfangsbereich 101 beinhaltet ist, bestimmt. Obwohl eine Spannungsänderungsgröße dVp des Knotens C durch „dVp = Vp2 - Vp1“ dargestellt wird, wird die Spannungsänderungsgröße dVm der Elektrode P 110 durch „dVm = dVb x C1 / (C1+C2)“ dargestellt. Es ist anzumerken, dass der Knoten B, der die Elektrode P 110 umfasst, eine andere Kapazitätskomponente umfassen kann. Die andere Kapazitätskomponente ist jedoch in ausreichendem Maße kleiner als der Kapazitätswert C1 des ersten Kondensators Cm 116. Folglich wird ein Kapazitätswert des Knotens B als gleich zu dem Kapazitätswert C1 des ersten Kondensators Cm 116 betrachtet.
  • In diesem Ausführungsbeispiel wird die Spannung der Elektrode P 110 durch die Spannungsänderungsgröße dVm geändert, wobei folglich ein Oberflächenpotential des Lichtempfangsbereichs 101 höher wird als die Spannung Vd der Elektrode D 112. Als Ergebnis wird die Ladung des Lichtempfangsbereichs 101 zu dem Ladungsentladebereich 103 transferiert.
  • Nachfolgend wird die erste Spannung Vp1 an den Knoten C angelegt. Hierdurch wird eine Neigung eines Potentials der Halbleiterschicht 108 wieder umgekehrt. Folglich werden Elektronen, die in die Halbleiterschicht 108 eingedrungen sind, aus der Halbleiterschicht 108 entladen. Unterdessen blockiert die Blockierschicht 107 ein Eindringen der Löcher in die Halbleiterschicht 108 von der oberen Elektrode S 106. Folglich ändert sich ein Oberflächenpotential der Halbleiterschicht 108 entsprechend der Anzahl von gehaltenen Löchern.
  • Wenn der Transfer der Signalleitung auszuführen ist, ist der Knoten (der Knoten B gemäß 1A), der die Elektrode P 110 umfasst, elektrisch schwebend (floated). Dementsprechend ändert sich die Spannung der Elektrode P 110 von dem Rücksetzzustand um eine Spannung Vsig, die der Anzahl von verschwindenden Löchern entspricht, entsprechend der Änderung des Oberflächenpotentials. Spezifisch erscheint die Spannung Vsig, die der Anzahl von Löchern entspricht, die als die Signalladung gehalten werden, in dem Knoten B. Die Spannung Vsig, die der Anzahl von gehaltenen Löchern entspricht, wird als eine „optische Signalkomponente“ bezeichnet. Die optische Signalkomponente Vsig ist ein Signal, das auf der Signalladung beruht, die durch die photoelektrische Umwandlung erzeugt wird.
  • Wie es vorstehend beschrieben ist, wird die Signalladung (die Löcher), die zu dem Ladungsentladebereich 103 transferiert wird, wieder mit Elektronen verbunden, die von der Elektrode D 112 zugeführt werden, wobei sie verschwindet.
  • Nachdem das Signal, das die optische Signalkomponente Vsig umfasst, gelesen worden ist, wird die Spannung der Elektrode P 110 zurückgesetzt, und die photoelektrische Umwandlung wird gestartet. In dem Lichtempfangsbereich 101 werden in Paaren von Elektronen und Löchern, die durch das einfallende Licht erzeugt werden, die Löcher als die Signalladung aufgespeichert. Die Elektronen werden zu der oberen Elektrode S 106 entladen. Dementsprechend wird die Anzahl von Löchern, die einer Menge von einfallendem Licht entspricht, in der Schnittstelle zwischen dem Lichtempfangsbereich 101 und der isolierenden Schicht 109 aufgespeichert.
  • Danach werden der Transfer der Signalladung und die Aufspeicherung der Signalladung wiederholt ausgeführt. In einem Fall eines sich bewegenden Bilds entspricht eine Einheit dieser Wiederholung einem Betrieb für einen Rahmen. Indem dieser Betrieb bei allen Bildelementen zu den gleichen Zeitpunkten wiederholt ausgeführt wird, kann der elektronische Global-Shutter-Betrieb ausgeführt werden.
  • Als ein Betrieb der Bildelementschaltung werden Schritte m1 bis m3 nachstehend wiederholt ausgeführt. In dem Schritt m1 wird ein Eingangsknoten des Verstärkungstransistors 118 zurückgesetzt. In dem Schritt m2 wird das Rauschsignal N gelesen (N gelesen). In dem Schritt m3 wird ein optisches Signal P gelesen (S gelesen). Die einzelnen Schritte werden nachstehend beschrieben.
  • In dem Schritt m1 wird der Rücksetztransistor 117 eingeschaltet. Eine Spannung des Knotens, der die Elektrode D 110 umfasst, das heißt eine Spannung des Knotens B, der in 1A veranschaulicht ist, wird auf die Rücksetzspannung Vres zurückgesetzt. Es ist anzumerken, dass der Rücksetztransistor 117 in einem Ein-Zustand während der Belichtungszeitdauer sein kann. Alternativ hierzu kann der Rücksetztransistor 117 unmittelbar vor dem Lesen des Rauschsignal N eingeschaltet werden.
  • Danach wird in Schritt m2 der Rücksetztransistor 117 ausgeschaltet. Hierdurch wird der Knoten B elektrisch schwebend (floated). Hierbei kann ein Rücksetzrauschen (ein Rauschen kTC) durch den Rücksetztransistor 117 erzeugt werden. Der Auswahltransistor 119 wird eingeschaltet und der Verstärkungstransistor 118 gibt ein Rauschsignal N (Vres+kTC), das das Rücksetzrauschen umfasst, von dem Bildelement 100 aus (N gelesen). Das Rauschsignal N wird durch den Kondensator CTN der Spaltenschaltung 204 gehalten.
  • Danach wird, wie es vorstehend beschrieben ist, die Signalladung von dem Lichtempfangsbereich 101 zu dem Ladungsentladebereich 103 transferiert. Nachdem die Signalladung transferiert worden ist, wird der Auswahltransistor 119 in dem Schritt m3 eingeschaltet. Hierdurch gibt der Verstärkungstransistor 118 ein optisches Signal S (Vsig+Vres+kTC) von dem Bildelement 100 aus. Das optische Signal S wird durch den Kondensator CTS der Spaltenschaltung 204 gehalten. Eine Differenz zwischen dem Rauschsignal N (Vres+kTC), das in Schritt m2 gelesen wird, und dem optischen Signal S (Vsig+Vres+kTC), das in Schritt m3 gelesen wird, ist ein Signal (eine optische Signalkomponente), die auf der Spannung Vsig beruht, die der gehaltenen Signalladung entspricht.
  • In einem Fall, in dem die Signalladung ein Elektron ist, ist die zweite Spannung Vp2 niedriger als die erste Spannung Vp1. Des Weiteren wird die Rücksetzspannung Vres niedriger als die Spannung Vs der oberen Elektrode S 106 eingestellt.
  • In diesem Ausführungsbeispiel werden die Löcher von dem Lichtempfangsbereich 101 entladen, indem das Potential der Halbleiterschicht 108 gesteuert wird. Die Spannungsänderungsgröße dVm der Elektrode P 110 (des Knotens B) ist vorzugsweise groß, sodass ein Potentialgefälle von dem Lichtempfangsbereich 101 zu dem Ladungsentladebereich 103 auf einfache Weise gebildet wird. Da eine Größe bzw. Menge einer Restladung in dem Lichtempfangsbereich 101 verringert werden kann, kann das Rauschen verringert werden. Nachstehend wird eine Einheit beschrieben, die für ein Erreichen der großen Spannungsänderungsgröße dVm der Elektrode P 110 (des Knotens B) effektiv ist.
  • Wie es vorstehend beschrieben ist, wird die Beziehung zwischen der Spannungsänderungsgröße dVp des Knotens C und der Spannungsänderungsgröße dVm des Knotens B wie nachstehend beschrieben dargestellt: dVm = dVp x C1 / (C1+C2). Spezifisch gilt, dass je größer der Kapazitätswert C1 des Knotens B wird, desto größer wird die Spannungsänderungsgröße dVm des Knotens B.
  • In diesem Ausführungsbeispiel ist der erste Kondensator Cm 116 mit der Elektrode P 110 verbunden. Folglich kann der Kapazitätswert C1 des Knotens B vergrößert werden. Mit dieser Konfiguration kann die Spannungsänderungsgröße dVm des Knotens B vergrößert werden. Als Ergebnis kann ein Rauschen verringert werden.
  • Als nächstes wird die Beziehung zwischen dem Kapazitätswert C1 des ersten Kondensators Cm 116, dem Kapazitätswert C2 des zweiten Kondensators 123, der in dem Lichtempfangsbereich 101 beinhaltet ist, und den Spannungen, die an die verschiedenen Einheiten angelegt werden, beschrieben.
  • In diesem Ausführungsbeispiel umfasst der Lichtempfangsbereich 101 die Blockierschicht 107, die Halbleiterschicht 108 und die isolierende Schicht 109. Die Blockierschicht 107 weist eine Leitfähigkeit auf, die höher ist als die der Halbleiterschicht 108 und der isolierenden Schicht 109. Folglich ist der Kapazitätswert C2 des zweiten Kondensators 123, der in dem Lichtempfangsbereich 101 beinhaltet ist, eine zusammengesetzte Kapazität aus einer Kapazitätskomponente Ci der Halbleiterschicht 108 und einer Kapazitätskomponente Cins der isolierenden Schicht 109. Spezifisch wird der Kapazitätswert C2 des zweiten Kondensators 123 durch einen nachstehend genannten Ausdruck (1) dargestellt. C2 = Cix/Cins/ ( Ci + Cins )
    Figure DE102016122658B4_0001
  • Unter der Annahme, dass eine Fläche der Elektrode P 110 in einer Draufsicht durch „Ss“ bezeichnet wird, eine Dicke der Halbleiterschicht 108 durch „di“ bezeichnet wird, eine Dicke der isolierenden Schicht 109 durch „dins“ bezeichnet wird, eine relative Dielektrizitätskonstante der Halbleiterschicht 108 durch „Ei“ bezeichnet wird, eine relative Dielektrizitätskonstante der isolierenden Schicht 109 durch „Eins“ bezeichnet wird und eine Vakuum-Dielektrizitätskonstante durch „E0“ bezeichnet wird, werden die Kapazitätskomponenten Ci und Cins durch nachstehend genannte Ausdrücke (2) bzw. (3) dargestellt. Ci = E0 × EixSs/di
    Figure DE102016122658B4_0002
     Cins = E0 × EixSs/dins
    Figure DE102016122658B4_0003
  • Ein elektrisches Randfeld der Elektrode P 110 ist vernachlässigbar, wobei folglich nur die Fläche Ss der Elektrode P 110 in der Draufsicht als eine Fläche berücksichtigt wird, die für eine Kapazitätsberechnung zu verwenden ist. Die Fläche Ss der Elektrode P 110 in der Draufsicht entspricht einer Fläche der Elektrode P 110 in 4A. Des Weiteren sind die Dicke di der Halbleiterschicht 108 und die Dicke dins der isolierenden Schicht 109 in 5B veranschaulicht.
  • Unter der Annahme, dass eine Fläche der Elektrode 502 oder der Elektrode 503 in der Draufsicht durch „Sd“ bezeichnet wird, eine Entfernung zwischen der Elektrode 502 und der Elektrode 503 durch „dd“ bezeichnet wird und eine Dielektrizitätskonstante der isolierenden Schicht zwischen der Elektrode 502 und der Elektrode 503 durch „Ed“ bezeichnet wird, wird der Kapazitätswert C1 des ersten Kondensators Cm 116 durch einen nachstehend genannten Ausdruck (4) dargestellt. C1 = E0 × Ed × Ss/dd
    Figure DE102016122658B4_0004
  • In diesem Ausführungsbeispiel wird die Spannung Vp des Knotens C gesteuert, um die erste Spannung Vp1 oder die zweite Spannung Vp2 zu sein, sodass die Spannung des Knotens B gesteuert wird. Wenn der Kapazitätswert C1 des ersten Kondensators Cm 116 und der Kapazitätswert C2 des zweiten Kondensators 123 die nachstehend beschriebene Beziehung erfüllt, kann die Spannungsänderungsgröße dVm des Knotens B vergrößert werden. Zuerst wird der Fall beschrieben, in dem die Signalladung ein Loch ist.
  • Nachstehend wird zur Vereinfachung der Beschreibung angenommen, dass der Kapazitätswert C1 des ersten Kondensators Cm 116 k-mal größer als der Kapazitätswert C2 des zweiten Kondensators 123 ist. Spezifisch weisen die Kapazitätswerte C1 und C2 die Beziehung auf, die durch einen nachstehend genannten Ausdruck (5) dargestellt wird. C1 = k × C2
    Figure DE102016122658B4_0005
  • Wie es vorstehend beschrieben ist, weisen die Spannungsänderungsgröße dVp des Knotens C und die Spannungsänderungsgröße dVm der Elektrode D 112 (des Knotens B) die Beziehung auf, die durch einen nachstehend genannten Ausdruck (6) dargestellt wird. dVm = dVp × C1/ ( C 1 + C 2 )
    Figure DE102016122658B4_0006
  • Ein nachstehend genannter Ausdruck (7) wird aus den Ausdrücken (5) und (6) erhalten. dVm = dVp × k/ ( 1 + k )
    Figure DE102016122658B4_0007
  • Hierbei erfüllen, um Löcher als die Signalladung aufzuspeichern, die Spannung Vs, die an die obere Elektrode S 106 (den Knoten A) angelegt wird, und die Rücksetzspannung Vres die Beziehung, die durch einen nachstehend genannten Ausdruck (8) dargestellt wird. Vs > Vres
    Figure DE102016122658B4_0008
  • Um die Löcher als die Signalladung zu transferieren, erfüllen die Spannung Vs der oberen Elektrode S 106 (des Knotens A), die Rücksetzspannung Vres und die Spannungsänderungsgröße dVm der Elektrode D 112 die Beziehung, die durch einen nachstehend genannten Ausdruck (9) dargestellt wird. Vs < Vres + dVm
    Figure DE102016122658B4_0009
  • Wenn die Beziehung gemäß Ausdruck (8) erfüllt ist, kann eine Neigung eines Potentials für ein Driften der Löcher in Richtung der isolierenden Schicht 109 bei der Halbleiterschicht 108 gebildet werden. Wenn die Beziehung gemäß Ausdruck (9) erfüllt ist, kann die Neigung des Potentials bei der Halbleiterschicht 108 auf einfache Weise umgekehrt werden.
  • Ein nachstehend genannter Ausdruck (10) wird aus den Ausdrücken (7) und (9) erhalten. Vs − Vres < dVp × k/ ( 1 + k )
    Figure DE102016122658B4_0010
  • Hierbei ist in dem Fall, in dem die Signalladung ein Loch ist, die zweite Spannung Vp2 höher als die erste Spannung Vp1. Spezifisch ist die Spannungsänderungsgröße dVp des Knotens C, die durch „Vp2 - Vp1“ erhalten wird, ein positiver Wert. Dementsprechend wird, auch wenn beide Seiten des Ausdrucks (10) durch dVp dividiert werden, das Ungleichheitszeichen nicht umgekehrt.
  • Dementsprechend wird der durch einen Ausdruck (11) dargestellte Vergleichsausdruck aus dem Ausdruck (10) für ein Kapazitätsverhältnis k des Kapazitätswerts C1 zu dem Kapazitätswert C2 erhalten. 1 − 1 1 + k > Vs − Vres dVp
    Figure DE102016122658B4_0011
  • Wenn die durch den Ausdruck (11) dargestellte Beziehung erfüllt ist, kann eine Menge einer Ladung, die nicht entladen wird, verringert werden. Dementsprechend kann das Rauschen verringert werden.
  • Spezifisch ist in diesem Ausführungsbeispiel der Kapazitätswert C1 des ersten Kondensators Cm 116 4 fF, und der Kapazitätswert C2 des zweiten Kondensators 123 ist 1 fF. Das heißt, k beträgt 4. Mit dieser Konfiguration kann das Rauschen verringert werden.
  • In diesem Ausführungsbeispiel erfüllen die Fläche Sd einer oberen Elektrode 211 oder einer unteren Elektrode 213 des ersten Kondensators Cm 116 und die Fläche Ss der Elektrode D 112 die nachstehend beschriebene Beziehung in einer Draufsicht: Sd > 0,5 x Ss. Mit dieser Konfiguration kann die Beziehung des Kapazitätsverhältnisses, die vorstehend beschrieben ist, auf einfache Weise erhalten werden.
  • Des Weiteren gilt, dass je größer ein Wert von k ist, desto größer ist ein Effekt für die Rauschverringerung. Dementsprechend kann, wenn der Kapazitätswert C1 des ersten Kondensators Cm 116 größer oder gleich dem Kapazitätswert C2 des zweiten Kondensators 123 ist, der Rauschverringerungseffekt weiter verstärkt werden.
  • Die Spannungsänderungsgröße dVp des Knotens C wird unter Verwendung der ersten und zweiten Spannungen Vp1 und Vp2 wie nachstehend beschrieben dargestellt: dVp = Vp2 - Vp1. Eine linke Seite des Ausdrucks (11) kann durch „C1 / (C1+C2)“ unter Verwendung des Ausdrucks (5) ersetzt werden. Dementsprechend wird der Ausdruck (11) als ein nachstehend genannter Ausdruck (12) modifiziert. C1 C1 + C2 > Vs − Vres Vp2 − Vp 1
    Figure DE102016122658B4_0012
  • Als nächstes wird der Fall beschrieben, in dem die Signalladung ein Elektron ist. In dem Fall, in dem die Signalladung ein Elektron ist, werden die Ungleichheitszeichen in den Ausdrücken (8) und (9) umgekehrt. Dementsprechend wird ebenso das Ungleichheitszeichen in Ausdruck (10) umgekehrt. Spezifisch wird in dem Fall, in dem die Signalladung ein Elektron ist, ein nachstehend genannter Ausdruck (13) erhalten. Vs − Vres > dVp × k/ ( 1 + k )
    Figure DE102016122658B4_0013
  • In dem Fall, in dem die Signalladung ein Elektron ist, ist jedoch die zweite Spannung Vp2 niedriger als die erste Spannung Vp1. Spezifisch ist die Spannungsänderungsgröße dVp des Knotens C, die durch „Vp2 - Vp1“ dargestellt wird, ein negativer Wert. Dementsprechend wird, wenn beide Seiten des Ausdrucks (13) durch dVp dividiert werden, das Ungleichheitszeichen umgekehrt. Als Ergebnis werden wie mit dem Fall, in dem die Signalladung ein Loch ist, Ausdrücke (11) und (12) erhalten.
  • Hierbei wird die Beziehung beschrieben, die durch den Ausdruck (12) dargestellt wird. Wenn die Rücksetzspannung Vres näher an der Spannung Vs ist, die an die obere Elektrode S 106 des Lichtempfangsbereichs 101 angelegt wird, wird ein Wert einer rechten Seite klein. Spezifisch kann die Neigung des Potentials der Halbleiterschicht 108 umgekehrt werden, auch wenn der Kapazitätswert C1 des ersten Kondensators Cm 116 klein ist. Wenn eine Differenz zwischen der Rücksetzspannung Vres und der Spannung Vs, die an die obere Elektrode S 106 angelegt wird, klein ist, ist eine Menge einer Ladung, die in der Halbleiterschicht 108 aufgespeichert werden kann, klein.
  • Demgegenüber gilt, dass je größer die Differenz zwischen der Rücksetzspannung Vres und der Spannung Vs ist, desto größer ist der Wert der rechten Seite. Spezifisch wird ein großer Wert für den Kapazitätswert C1 des ersten Kondensators Cm 116 eingestellt. Hierbei kann, da die Differenz zwischen der Rücksetzspannung Vres und der ersten Spannung Vs1 groß ist, die Menge einer Ladung, die in der Halbleiterschicht 108 aufgespeichert werden kann, vergrößert werden.
  • Wie es vorstehend beschrieben ist, kann das Rauschen entsprechend der Beziehung zwischen dem Kapazitätswert C1 des ersten Kondensators Cm 116 und dem Kapazitätswert C2 des zweiten Kondensators 123, der in dem Lichtempfangsbereich 101 beinhaltet ist, verringert werden.
  • Es ist anzumerken, dass die numerischen Werte, die vorstehende beschrieben sind, lediglich Beispiele sind, wobei die vorliegende Erfindung nicht auf diese Werte begrenzt ist. Ein Störstellenpegel kann in der Schnittstelle zwischen der Halbleiterschicht 108 und der isolierenden Schicht 109 erfasst werden. In diesem Fall wird eine Flachbandspannung auf der Grundlage einer allgemeinen Technik berücksichtigt.
  • Als nächstes werden Ansteuerungssignale, die für eine Steuerung der Abbildungsvorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel verwendet werden, beschrieben. Die 8 und 9 sind Zeitablaufdiagramme von Ansteuerungssignalen, die in der Abbildungsvorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel verwendet werden. In den 8 und 9 entsprechen die Ansteuerungssignale einem Betrieb von Lesesignalen für eine Zeile.
  • Das Ansteuerungssignal pRES wird dem Gate des Rücksetztransistors 117 zugeführt. Ein Ansteuerungssignal pVT wird der Transferelektrode T 111 zugeführt. Ein Ansteuerungssignal pTS wird dem S/H-Schalter 302 zugeführt. Ein Ansteuerungssignal pTN wird dem S/H-Schalter 303 zugeführt. Ein Ansteuerungsignal HSCAN wird den Spaltenansteuerungsschaltungen 202 zugeführt.
  • Wenn die Ansteuerungssignale pRES, pTN und pTS auf einem hohen Pegel sind, werden entsprechende Transistoren oder entsprechende Schalter eingeschaltet. Wenn die Ansteuerungssignale pRES, pTN und pTS auf einem niedrigen Pegel sind, werden entsprechende Transistoren oder entsprechende Schalter ausgeschaltet. Der hohe Pegel und der niedrige Pegel der Ansteuerungssignale werden entsprechend Schwellenwertspannungen der Transistoren oder der Schalter eingestellt. In den 8 und 9 ist ein Zeitablaufdiagramm des Ansteuerungssignals pVP veranschaulicht. Das Ansteuerungssignal pVP umfasst die ersten und zweiten Spannungen Vp1 und Vp2.
  • Nachstehend wird ein Betrieb beschrieben, der die in 8 veranschaulichten Ansteuerungssignale verwendet. Zuerst ist das Ansteuerungssignal pRES auf einem hohen Pegel, wobei folglich die Spannung der Elektrode P 110 auf die Rücksetzspannung Vres zurückgesetzt wird. Danach wird das Ansteuerungssignal pRES auf einen niedrigen Pegel gebracht, wobei folglich der Rücksetztransistor 117 ausgeschaltet wird und der Knoten (der Knoten B), der die Elektrode P 110 umfasst, schwebend gemacht (gefloated) wird. Wenn das Ansteuerungssignal pTN auf einen hohen Pegel gebracht wird, wird der S/H-Schalter 303 eingeschaltet. Hierdurch wird das Rauschsignal N gehalten. Nachfolgend wird das Ansteuerungssignal pVT auf einen niedrigen Pegel gebracht, wobei folglich die Potentialbarriere zwischen dem Lichtempfangsbereich 101 und dem Ladungsentladebereich 103 entfernt wird. Unterdessen legt die Leistungsquelle VP 113 die zweite Spannung Vp2 an. Hierdurch wird die Signalladung transferiert. Danach wird das Ansteuerungssignal pTES auf einen hohen Pegel gebracht, wobei folglich der S/H-Schalter 302 eingeschaltet wird. Hierdurch wird das optische Signal S gehalten. Danach wird das Ansteuerungssignal pRES auf einen hohen Pegel gebracht, wobei folglich die Spannung der Elektrode P 110 wieder zurückgesetzt wird.
  • In dem Betrieb, der die Ansteuerungssignale verwendet, die in 9 veranschaulicht sind, wird ein Zurücksetzen der filmartigen Schicht ausgeführt, bevor eine Aufspeicherung einer Signalladung gestartet wird. Spezifisch wird ein Betrieb ähnlich zu dem Ladungstransfer ausgeführt, nachdem das Ansteuerungssignal pTS auf einen niedrigen Pegel gebracht worden ist. Entsprechend der vorstehend beschriebenen Ansteuerung kann eine Restladung verringert werden, bevor eine Belichtung gestartet wird. Dementsprechend kann ein Rauschen, wie beispielsweise ein Bildnachlauf, verringert werden.
  • Wie es vorstehend beschrieben ist, wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Ladung von dem Lichtempfangsbereich 101 der Halbleiterschicht 108 zu dem Ladungsentladebereich 103 der Halbleiterschicht 108 in einer Richtung transferiert, die parallel zu der Oberfläche des Substrats ist, das die Bildelementschaltung darauf angeordnet umfasst. Mit dieser Konfiguration kann Ladung in einer kurzen Zeit transferiert werden. Dementsprechend kann ein Rauschen verringert werden.
  • Zweites Ausführungsbeispiel
  • Ein zweites Ausführungsbeispiel wird nachstehend beschrieben. 10 zeigt ein Diagramm, das schematisch eine Konfiguration eines Bildelements einer Abbildungsvorrichtung veranschaulicht. Abschnitte, die die gleichen wie die gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel sind, werden durch Bezugszeichen bezeichnet, die die gleichen sind wie die gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel darin, dass eine Ladungsbegrenzungsschicht 201 zwischen einer Halbleiterschicht 108 und einer isolierenden Schicht 109 angeordnet ist. Abschnitte, die zu dem ersten Ausführungsbeispiel unterschiedlich sind, werden nachstehend beschrieben.
  • Die Ladungsbegrenzungsschicht 201 kann aus einem Halbleitermaterial ausgebildet werden, das eine Bandlücke aufweist, die zu der der Halbleiterschicht 108 unterschiedlich ist. Eine sogenannte Heterostruktur wird in der Halbleiterschicht 108 und der Ladungseingrenzungsschicht 201 verwendet. Die Ladungsbegrenzungsschicht 201 weist eine Funktion zum Begrenzen oder Einschließen von aufgespeicherten Löchern in einem bestimmten Bereich oder einem bestimmten Transferpfad auf. Folglich werden, wie es in 10 veranschaulicht ist, Löcher, die eine Signalladung sind, in der Ladungsbegrenzungsschicht 201 aufgespeichert. Dann wird die Signalladung in einer Richtung, die parallel zu einer Oberfläche eines Substrats ist, das eine Bildelementschaltung darauf angeordnet umfasst, in der Ladungsbegrenzungsschicht 201 transferiert. Somit kann die Ladungsbegrenzungsschicht 201 als eine Ladungstransferschicht bezeichnet werden.
  • In einem Fall, in dem sowohl die Blockierschicht 107 als auch die Ladungsbegrenzungsschicht 201 angeordnet werden, blockieren die Blockierschicht 107 und die Ladungsbegrenzungsschicht 201 eine Ladung von unterschiedlichen Polaritäten. In diesem Ausführungsbeispiel blockiert die Blockierschicht 107 ein Eindringen von Löchern von einer oberen Elektrode S 106 zu der Halbleiterschicht 108. Die Ladungsbegrenzungsschicht 201 blockiert ein Eindringen von Elektronen zu der Halbleiterschicht 108. Es ist anzumerken, dass nur die isolierende Schicht 109 unter der Ladungsbegrenzungsschicht 201 angeordnet ist, wobei folglich die Ladungsbegrenzungsschicht 201 das Eindringen von Elektronen nicht blockieren kann.
  • 11 zeigt ein Diagramm, das schematisch ein Potential in einer vertikalen Richtung in der Abbildungsvorrichtung, die in 10 veranschaulicht ist, veranschaulicht. Ein Betrieb dieses Ausführungsbeispiels ist der gleiche wie der Betrieb des ersten Ausführungsbeispiels, der mit Bezug auf die 6A bis 6F und 7 beschrieben ist. Da jedoch die Ladungsbegrenzungsschicht 201 angeordnet ist, wird eine Signalladung in der Ladungsbegrenzungsschicht 201 aufgespeichert, wie es in 11 veranschaulicht ist, wobei ein Ladungstransfer in der Ladungsbegrenzungsschicht 201 ausgeführt wird. Mit dieser Konfiguration kann ein Ladungstransfer mit höherer Geschwindigkeit verwirklicht werden.
  • Es ist anzumerken, dass aus Gründen der Beschreibung die Halbleiterschicht 108 und die Ladungsbegrenzungsschicht 201 individuell veranschaulicht sind. Unterschiedliche Abschnitte eines einzelnen Halbleiterbereichs können jedoch als die Halbleiterschicht 108 und die Ladungsbegrenzungsschicht 201 fungieren. Beispielsweise können die unterschiedlichen Abschnitte unterschiedliche Dotierstoffkonzentrationen aufweisen.
  • Wie es vorstehend beschrieben ist, weist die Ladungsbegrenzungsschicht 201 eine Funktion zum Begrenzen oder Einschließen von aufgespeicherten Löchern in einem bestimmten Bereich oder einem bestimmten Transferpfad auf. Die Löcher, die eine Signalladung sind, werden in der Ladungsbegrenzungsschicht 201 aufgespeichert und dann innerhalb der Ladungsbegrenzungsschicht 201 in einer Richtung, die parallel zu einer Oberfläche eines Substrats ist, das eine darauf angeordnete Bildelementschaltung umfasst, transferiert.
  • In den Ausführungsbeispielen ist die Halbleiterschicht 108 typischerweise ausgelegt, eine Trägerlebensdauer zu vergrößern, um eine Empfindlichkeit des Lichtempfangsbereichs 101 der Halbleiterschicht 108 zu verbessern. Eine Vergrößerung der Trägerlebensdauer kann jedoch zu einer Verkleinerung einer Mobilität des Trägers führen. Als Ergebnis kann eine Antwortgeschwindigkeit abnehmen.
  • Ein anorganisches Material oder ein organisches Material wird für die Halbleiterschicht 108 des vorliegenden Ausführungsbeispiels verwendet. Die Halbleiterschicht 108, die aus einem anorganischen Material gebildet wird, ist beispielsweise eine filmartigen hydrierte amorphe Siliziumschicht oder eine filmartige Schicht, die einen Quantenpunkt eines IV-VI-Verbindungshalbleiters umfasst, wie beispielsweise PbS, PbTe und CuO. Beispiele des organischen Materials, das für die Halbleiterschicht 108 verwendet wird, umfassen Buckminster-Fullerin, Cumalin 6 (C6), Rhodamin 6G (R6G), Zinkphthalozyanin (ZnPc), Quinacridon, eine Phthalozyaninverbindung und eine Naphtalozyaninverbindung.
  • Wenn die vorstehend beschriebenen Materialien ausgelegt sind, die Trägerlebensdauer zu verlängern, kann die Mobilität des Trägers kleiner als 1 cm2/ Vs werden. In einem derartigen Fall wird ein Material, das eine hohe Trägermobilität aufweist, optional als die Ladungsbegrenzungsschicht 201 verwendet. Die Ladungsbegrenzungsschicht 201, die eine hohe Trägermobilität aufweist, kann die Trägertransfergeschwindigkeit verbessern.
  • Spezifisch wird ein zu dem Material, das für die Halbleiterschicht 108 verwendet wird, unterschiedliches Material verwendet, um die Ladungsbegrenzungsschicht 201 zu bilden. Beispielsweise wird ein Graphenblatt, eine Schicht, die einen Quantenpunkt aus HgSe umfasst, eine Schicht, die einen Quantenpunkt aus HgTe umfasst, oder eine Schicht, die einen Quantenpunkt aus CdSe umfasst, verwendet. Diese Materialien weisen eine Trägermobilität auf, die größer oder gleich 1cm 2 / Vs ist. Die Mobilität des Trägers in dem Graphenblatt ist typischerweise etwa 60000 cm2 / Vs. Die Mobilität des Trägers in der Schicht, die einen Quantenpunkt aus HgSe umfasst, ist typischerweise etwa 100 cm2 / Vs. Die Mobilität des Trägers in der Schicht, die einen Quantenpunkt aus HgTe umfasst, ist typischerweise etwa 1cm2/ Vs. Die Mobilität des Trägers in der Schicht, die einen Quantenpunkt aus CdSe umfasst, ist typischerweise etwa 10cm2 / Vs.
  • Das Graphenblatt weist eine vergleichsweise hohe Mobilität auf, während es schwierig ist, das Graphenblatt getrennt in der Bildelementbasis auszubilden.
  • Eine Schicht, die einen Quantenpunkt umfasst, wird beispielsweise aus einem Halbleitermaterial hergestellt. Dementsprechend ist es einfach, eine vollständige Verarmung auszuführen. Als Ergebnis kann eine Verwendung einer Schicht, die einen Quantenpunkt umfasst, ein Rauschen verringern, während eine hohe Trägertransfergeschwindigkeit erreicht wird. Typischerweise wird eine Ladungsbegrenzungsschicht 201, die eine Trägermobilität aufweist, die größer oder gleich etwa 1 cm2/ Vs ist, verwendet, um die Ladung in einer Zeitdauer zu transferieren, die für einen Hochgeschwindigkeitsbildsensor kurz genug ist. Die Schicht, die den Quantenpunkt umfasst, kann einen Vorteil aufweisen, dass es einfach ist, die Halbleiterschicht 108, die einen Quantenpunkt umfasst, zu stapeln.
  • Wie es vorstehend beschrieben ist, kann der Bildsensor gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Empfindlichkeit des Lichtempfangsbereichs 103 verbessern, während ein Hochgeschwindigkeitssignalauslesen erreicht wird.
  • Drittes Ausführungsbeispiel
  • Ein drittes Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachstehend beschrieben. Das dritte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel darin, dass der Ladungstransferbereich 102, die Transferelektrode T 111 und die Leistungsquelle VT 114, die mit der Transferelektrode T 111 verbunden ist, beseitigt sind. Abschnitte, die zu dem ersten Ausführungsbeispiel unterschiedlich sind, werden nachstehend beschrieben.
  • 12 zeigt ein Diagramm, das schematisch ein Bildelement 100 einer Abbildungsvorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Abschnitte, die Funktionen aufweisen, die die gleichen wie die gemäß 1A sind, sind durch Bezugszeichen bezeichnet, die die gleichen wie die gemäß 1A sind. Wie es in 12 veranschaulicht ist, umfasst das Bildelement 100 keinen Ladungstransferbereich 102, keine Transferelektrode T 111 und keine Leistungsquelle VT 114.
  • In dem Bildelement 100 gemäß diesem Ausführungsbeispiel legt eine Leistungsquelle VD 150, die mit einer Elektrode D 112 verbunden ist, unterschiedliche Spannungen an die Elektrode D 112 an. Ein Ladungstransfer von einem Lichtempfangsbereich 101 zu einem Ladungsentladebereich 103 kann ausgeführt werden, indem eine Spannung Vd, die von der Leistungsquelle VD 150 angelegt wird, und eine Spannung Vp, die von einer Leistungsquelle VP 113 angelegt wird, gesteuert werden. Es ist anzumerken, dass eine Spannung Vm einer Elektrode P 110 entsprechend einer Änderung der Spannung Vp geändert wird.
  • In einem Fall, in dem eine Signalladung ein Loch ist, wird die Beziehung zwischen der Spannung Vm der Elektrode P 110 und der Spannung Vd der Elektrode D 112 eingestellt, um „Vd < Vm“ zu erfüllen, sodass eine Ladung von dem Lichtempfangsbereich 101 zu dem Ladungsentladebereich 103 transferiert wird. Es ist anzumerken, dass in einer Zeitdauer, in der der Lichtempfangsbereich 101 eine Ladung aufspeichert, die Beziehung zwischen der Spannung Vm der Elektrode P 110 und der Spannung Vd der Elektrode D 112 wie nachstehend beschrieben eingestellt ist: Vd > Vm. In einem Fall, in dem die Signalladung ein Elektron ist, wird die Beziehung zwischen der Spannung Vm der Elektrode P 110 und der Spannung Vd der Elektrode D 112 eingestellt, um „Vd > Vm“ zu erfüllen, sodass eine Ladung von dem Lichtempfangsbereich 101 zu dem Ladungsentladebereich 103 transferiert wird. Es ist anzumerken, dass in der Zeitdauer, in der der Lichtempfangsbereich 101 eine Ladung aufspeichert, die Beziehung zwischen der Spannung Vm der Elektrode P 110 und der Spannung Vd der Elektrode D 112 wie nachstehend beschrieben eingestellt ist: Vm > Vd.
  • Wie es in 13 veranschaulicht ist, kann die Abbildungsvorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Ladungsbegrenzungsschicht 201 umfassen. Eine Konfiguration und eine Funktion der Ladungsbegrenzungsschicht 201 sind die gleichen wie die gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
  • Wie es vorstehend beschrieben ist, umfasst das Bildelement 100 in diesem Ausführungsbeispiel keinen Ladungstransferbereich 102. Mit dieser Konfiguration kann eine Bildelementgröße verringert werden.
  • Viertes Ausführungsbeispiel
  • Ein viertes Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachstehende beschrieben. Das vierte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel darin, dass eine Signalladung, die in einem Lichtempfangsbereich 101 aufgespeichert ist, zu einem Ladungslesebereich 410 transferiert wird. Abschnitte, die zu dem ersten Ausführungsbeispiel unterschiedlich sind, werden nachstehend beschrieben.
  • 14 zeigt ein Diagramm, das schematisch ein Bildelement 100 einer Abbildungsvorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Abschnitte, die Funktionen aufweisen, die die gleichen wie gemäß 1A sind, werden durch Bezugszeichen bezeichnet, die die gleichen sind wie die gemäß 1A. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Halbleiterschicht 108 den Ladungslesebereich 410. Eine Elektrode M 412 ist mit dem Ladungslesebereich 410 verbunden. Des Weiteren ist der Ladungslesebereich 410 elektrisch mit einem Gate eines Verstärkungstransistors 118 und einem ersten Kondensator Cm 116 durch die Elektrode M 412 verbunden. Unterdessen wird eine fixierte Spannung Vd an die Elektrode P 110 angelegt.
  • Eine Signalladung, die in dem Lichtempfangsbereich 101 aufgespeichert ist, wird von dem Lichtempfangsbereich 101 zu dem Ladungslesebereich 410 in einer Richtung transferiert, die parallel zu einer Oberfläche eines Substrats ist, das eine Bildelementschaltung darauf angeordnet umfasst. Da der Ladungslesebereich 410 mit dem Gate des Verstärkungstransistors 118 verbunden ist, wird die transferierte Ladung in ein Spannungssignal durch die Ladung-Spannung-Umwandlung umgewandelt, die in einem Knoten B ausgeführt wird.
  • Ein Ladungstransferbereich 102 ist zwischen dem Lichtempfangsbereich 101 und dem Ladungslesebereich 410 definiert. Dementsprechend sind, obwohl eine Konfiguration einer Verbindung zwischen der Elektrode und der Bildelementschaltung zu der gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel unterschiedlich ist, Konfigurationen und Funktionen des Lichtempfangsbereichs 101 und des Ladungslesebereichs 410 ähnlich zu denen des Lichtempfangsbereichs 101 und des Ladungsentladebereichs 103 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
  • Es ist anzumerken, dass der Ladungstransferbereich 102 wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel beseitigt werden kann. Des Weiteren kann, wie es in 15 veranschaulicht ist, die Abbildungsvorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Ladungsbegrenzungsschicht 201 umfassen.
  • Wie es vorstehend beschrieben, wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Ladung von dem Lichtempfangsbereich 101 der Halbleiterschicht 108 zu dem Ladungslesebereich 410 der Halbleiterschicht 108 in einer Richtung transferiert, die parallel zu einer Oberfläche eines Substrats ist, das eine Bildelementschaltung darauf angeordnet umfasst. Mit dieser Konfiguration kann die Ladung in einer kurzen Zeit transferiert werden. Dementsprechend kann ein Rauschen verringert werden.
  • Fünftes Ausführungsbeispiel
  • Ein fünftes Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachstehend beschrieben. Das fünfte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel darin, dass eine Vielzahl von Lichtempfangsbereichen 101 einen Ladungsentladebereich 103 teilt. Abschnitte, die zu dem ersten Ausführungsbeispiel unterschiedlich sind, werden nachstehend beschrieben.
  • 16A zeigt ein Diagramm, das schematisch eine planare Struktur einer Abbildungsvorrichtung veranschaulicht. 16B zeigt ein Diagramm, das schematisch ein Bildelement 100 der Abbildungsvorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Ein Querschnitt gemäß 16B wird erhalten, in dem er entlang einer gestrichelten Linie XVIB bis XVIB gemäß 16A entnommen wird. In den 16A und 16B sind Buchstaben nach Bezugszeichen zugewiesen, um die Vielzahl von Lichtempfangsbereichen 101 voneinander zu unterscheiden. Das gleiche gilt bei einer Vielzahl von Elektroden P 110 und einer Vielzahl von Transferelektroden T 111.
  • Gemäß diesem Ausführungsbeispiel werden eine Ladung eines Lichtempfangsbereichs 101a und eine Ladung eines Lichtempfangsbereichs 101b beide zu einem Ladungsentladebereich 103 transferiert. Anders ausgedrückt ist die Vielzahl von Lichtempfangsbereichen 101 für ein Paar einer Bildelementschaltung und des Ladungsentladebereichs 103 angeordnet. Dementsprechend kann eine Vielzahl von Signalen der Vielzahl von Lichtempfangsbereichen 101 von der gemeinsamen Bildelementschaltung gelesen werden. Alternativ hierzu können Ladungen von der Vielzahl von Lichtempfangsbereichen 101 miteinander in dem Ladungsentladebereich 103 addiert werden. Es ist anzumerken, dass in einer Modifikation dieses Ausführungsbeispiels die Ladungsbegrenzungsschicht 201 weggelassen wird.
  • Sechstes Ausführungsbeispiel
  • Ein sechstes Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachstehend beschrieben. Das sechste Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem dritten Ausführungsbeispiel darin, dass eine Elektrode P 110 und eine Elektrode D 112 in unterschiedlichen Höhen angeordnet sind. Nachstehend werden Abschnitte, die zu dem dritten Ausführungsbeispiel unterschiedlich sind, beschrieben.
  • 17 zeigt ein Diagramm, das schematisch ein Bildelement 100 einer Abbildungsvorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Abschnitte, die Funktionen aufweisen, die die gleichen wie die gemäß 1A sind, sind durch Bezugszeichen bezeichnet, die die gleichen sind wie die gemäß 1A. Wie es in 17 veranschaulicht ist, sind die Elektrode P 110 und die Elektrode D 112 in unterschiedlichen Höhen angeordnet. Eine Oberfläche eines Substrats, das eine Bildelementschaltung darauf angeordnet umfasst, dient als eine Referenz der Höhen. Spezifisch sind die Elektrode P 110 und die Elektrode D 112 in unterschiedlichen Positionen angeordnet, die unterschiedliche Entfernungen von dem Substrat in einer zweiten Richtung aufweisen, die vertikal zu der Oberfläche des Substrats ist. Anders ausgedrückt, sind die Elektrode P 110 und die Elektrode D 112 in unterschiedlichen Schichten ausgebildet. Die unterschiedlichen Schichten können zwei Metallschichten mit einer filmartigen zwischenschichtisolierenden Schicht sein, die dazwischen angeordnet ist.
  • Des Weiteren können sich ein Abschnitt der Elektrode P 110 und ein Abschnitt der Elektrode D 112 einander überlappen, wie es in 17 veranschaulicht ist. Eine isolierende Schicht ist zwischen den überlappenden Abschnitten angeordnet.
  • In 17 sind die gesamte Elektrode P 110 und die gesamte Elektrode D 112 in unterschiedlichen Höhen angeordnet. Es ist anzumerken, dass zumindest ein Abschnitt der Elektrode P 110 und ein Abschnitt der Elektrode D 112 in unterschiedlichen Höhen angeordnet sein können.
  • Mit dieser Konfiguration kann eine Ladung in stabiler Weise transferiert werden. Dementsprechend kann eine Menge einer Restladung in dem Lichtempfangsbereich 101 verringert werden, wobei als Ergebnis ein Rauschen verringert werden kann.
  • Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel kann die Abbildungsvorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel einen Ladungstransferbereich 102 und eine Transferelektrode T 111 umfassen. Wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel und dergleichen kann die Abbildungsvorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Ladungsbegrenzungsschicht 201 umfassen. Des Weiteren können zumindest ein Abschnitt der Elektrode P 110 und zumindest ein Abschnitt der Transferelektrode T 111 in unterschiedlichen Höhen angeordnet sei.
  • Siebtes Ausführungsbeispiel
  • Ein siebtes Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachstehend beschrieben. Das siebte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel darin, dass eine Vielzahl von Elektroden separat auf der Halbleiterschicht 108 angeordnet ist. Abschnitte, die zu dem ersten Ausführungsbeispiel unterschiedlich sind, werden nachstehend beschrieben.
  • 18 zeigt ein Diagramm, das schematisch ein Bildelement 100 einer Abbildungsvorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Abschnitte, die Funktionen aufweisen, die die gleichen wie die gemäß 1A sind, sind durch Bezugszeichen bezeichnet, die die gleichen sind wie die gemäß 1A. In der Abbildungsvorrichtung, die in 18 veranschaulicht ist, wird eine obere Elektrode S 106 nicht auf einem Ladungstransferbereich 102 angeordnet. Folglich umfasst die obere Elektrode S 106 einen Abschnitt, der auf einem Lichtempfangsbereich 101 angeordnet ist (eine erste Elektrode), und einen Abschnitt, der auf einem Ladungsentladebereich 103 angeordnet ist (eine dritte Elektrode), die voneinander getrennt sind. Die zwei getrennten Abschnitte der oberen Elektrode S 106 werden als eine „erste Elektrode 106-1“ und eine „dritte Elektrode 106-2“ bezeichnet.
  • Der Lichtempfangsbereich 101 ist zwischen der ersten Elektrode 106-1 und einer Elektrode D 112 (einer vierten Elektrode) definiert. Der Ladungsentladebereich 103 ist zwischen der dritten Elektrode 106-2 und einer Elektrode P 110 (einer zweiten Elektrode) definiert. Eine Leistungsquelle VSB 180 ist mit der ersten Elektrode 106-1 verbunden. Die Leistungsquelle VSB 180 legt eine Vielzahl von Spannungen Vsb an die erste Elektrode 106-1 an. Wie bei der oberen Elektrode S 106 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist eine Leistungsquelle VS 104 mit der dritten Elektrode 106-2 verbunden.
  • Wenn ein Loch, das eine Signalladung ist, von dem Lichtempfangsbereich 101 zu dem Ladungsentladebereich 103 transferiert wird, erfüllen die Spannung Vsb der ersten Elektrode 106-1 und die Spannung Vs der dritten Elektrode 106-2 die nachstehende Beziehung: Vsb < Vs. Dementsprechend kann der Transfer der Ladung durch die Elektrode P 110, die Transferelektrode T 111 und die Elektrode D 112 unterstützt werden. Dementsprechend kann der Ladungstransfer mit einer höheren Geschwindigkeit ausgeführt werden. In einem Fall, in dem die Signalladung ein Elektron ist, erfüllen, wenn die Ladung transferiert wird, die Spannung Vsb der ersten Elektrode 106-1 und die Spannung Vs der dritten Elektrode 106-2 die nachstehend beschriebene Beziehung: Vsb > Vs. Dementsprechend kann der Transfer der Ladung durch die Elektrode P 110, die Transferelektrode T 111 und die Elektrode D 112 unterstützt werden. Dementsprechend kann der Transfer der Ladung mit einer höheren Geschwindigkeit ausgeführt werden.
  • Die zwei getrennten Abschnitte der oberen Elektrode S 106 können voneinander isoliert sein oder miteinander verbunden sein. Da der Ladungsentladebereich 103 kein Licht empfangen kann, kann ein Abschnitt, der auf dem Ladungsentladebereich 103 angeordnet ist (die dritte Elektrode) aus Metall ausgebildet sein, wobei das Metall mit einem Abschnitt verbunden sein kann, der auf dem Lichtempfangsbereich 101 angeordnet ist (die erste Elektrode). Mit dieser Konfiguration kann ein Widerstand einer Leitung, die die Spannung Vs anlegt, auf effektive Weise verringert werden.
  • Des Weiteren kann eine andere Elektrode, die von der ersten Elektrode 106-1 und der dritten Elektrode 106-2 getrennt ist, zwischen der ersten Elektrode 106-1 und der dritten Elektrode 106-2 angeordnet sein. Spezifisch kann eine Elektrode, die unabhängig gesteuert werden kann, in dem Ladungstransferbereich 102 angeordnet werden. In diesem Fall kann ein elektrisches Feld, das durch die Transferelektrode T 111 und die andere Elektrode gebildet wird, einen Schwund einer Ladung, die in dem Lichtempfangsbereich 101 aufgespeichert wird, zu einer Außenseite verhindern.
  • Wie es vorstehend beschrieben ist, umfasst gemäß diesem Ausführungsbeispiel die obere Elektrode S 106 den Abschnitt, der auf dem Lichtempfangsbereich 101 angeordnet ist (die erste Elektrode), und den Abschnitt, der auf dem Ladungsentladebereich 103 angeordnet ist (die dritte Elektrode), die voneinander getrennt sind. Mit dieser Konfiguration kann ein Ladungstransferwirkungsgrad verbessert werden.
  • Achtes Ausführungsbeispiel
  • Ein Ausführungsbeispiel eines Abbildungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung wird beschrieben. Beispiele des Abbildungssystems umfassen eine digitale Standbildkamera, einen digitalen Camcorder, einen Kamerakopf, einen Fotokopierer, ein Faksimilegerät, ein Mobiltelefon, eine fahrzeugmontierte Kamera und ein Observatorium. 19 zeigt ein Blockschaltbild, das eine digitale Standbildkamera veranschaulicht, die ein Beispiel des Abbildungssystems ist.
  • In 19 umfasst das Abbildungssystem eine Barriere 1001, die eine Linse schützt, eine Linse 1002, die ein optisches Bild eines Gegenstands auf einer Abbildungsvorrichtung 1004 bildet, und eine Blende 1003, die eine Lichtmenge ändert, die durch die Linse 1002 hindurchgeht. Die Abbildungsvorrichtung 1004 entspricht den Abbildungsvorrichtungen, die vorstehend in den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen beschrieben worden sind, wobei sie das optische Bild, das durch die Linse 1002 gebildet wird, in Bilddaten umwandelt. Es wird angenommen, dass die Abbildungsvorrichtung 1004 ein Halbleitersubstrat aufweist, das eine AD-Umwandlungseinheit darauf ausgebildet umfasst. Eine Signalverarbeitungseinrichtung 1007 führt verschiedene Korrekturbetriebe bei Abbildungsdaten aus, die von der Abbildungsvorrichtung 1004 ausgegeben werden, und komprimiert Daten. In 19 gibt eine Zeitsteuerungserzeugungseinheit 1008 verschiedene Zeitsteuerungssignale an die Abbildungsvorrichtung 1004 und die Signalverarbeitungseinrichtung 1007 aus, wobei eine Gesamtsteuerungs-/ Berechnungseinheit 1009 die gesamte digitale Standbildkamera steuert. Eine Rahmenspeichereinheit 1010 speichert zeitweise Bilddaten, eine Schnittstelleneinheit 1011 wird verwendet, um ein Aufzeichnen und Lesen auf einem Aufzeichnungsmedium auszuführen, und ein abnehmbares Aufzeichnungsmedium 1012, wie beispielsweise ein Halbleiterspeicher, wird einem Aufzeichnen oder Lesen von Bilddaten unterzogen. Eine Schnittstelleneinheit 1013 wird verwendet, um mit externen Computern oder dergleichen zu kommunizieren. Hierbei können die Zeitsteuerungssignale von einer Außenseite des Abbildungssystems eingegeben werden, wobei das Abbildungssystem zumindest die Abbildungsvorrichtung 1004 und die Signalverarbeitungseinrichtung 1007 umfasst, die ein Abbildungssignal verarbeitet, das von der Abbildungsvorrichtung 1004 ausgegeben wird.
  • In diesem Ausführungsbeispiel wird die Konfiguration beschrieben, in der die Abbildungsvorrichtung 1004 und die AD-Umwandlungseinheit in dem gleichen Halbleitersubstrat angeordnet sind. Die Abbildungsvorrichtung 1004 und die AD-Umwandlungseinheit können jedoch auf unterschiedlichen Halbleitersubstraten ausgebildet sein. Des Weiteren können die Abbildungsvorrichtung 1004 und die Signalverarbeitungseinrichtung 1007 auf demselben Halbleitersubstrat ausgebildet sein.
  • Des Weiteren kann jedes der Bildelemente 100 eine erste photoelektrische Umwandlungseinheit 101A und eine zweite photoelektrische Umwandlungseinheit 101B umfassen. Die Signalverarbeitungseinrichtung 1007 kann ein Signal auf der Grundlage einer Ladung, die in der ersten photoelektrischen Umwandlungseinheit 100A erzeugt wird, und ein Signal auf der Grundlage einer Ladung, die in der zweiten photoelektrischen Umwandlungseinheit 100B erzeugt wird, verarbeiten, um Informationen über eine Entfernung von der Abbildungsvorrichtung 1004 zu einem Gegenstand zu erhalten.
  • In dem Ausführungsbeispiel des Abbildungssystems wird die Abbildungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel als die Abbildungsvorrichtung 1004 verwendet. Da das Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung in dem Abbildungssystem eingesetzt wird, kann ein Bild mit einem verringerten Rauschen erhalten werden.
  • Während die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, ist es ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten beispielhaften Ausführungsbeispiele begrenzt ist. Dem Umfang der nachstehend genannten Patentansprüche ist die breiteste Interpretation zuzugestehen, um alle derartigen Modifikationen und äquivalente Strukturen und Funktionen zu umfassen.
  • Eine Abbildungsvorrichtung umfasst ein Substrat, das eine Vielzahl von Bildelementschaltungen umfasst, die darauf angeordnet sind, und eine Halbleiterschicht, die auf dem Substrat angeordnet ist. Jede der Vielzahl von Bildelementschaltungen umfasst einen Verstärkungstransistor, der ein Signal auf der Grundlage einer Ladung ausgibt, die in der Halbleiterschicht erzeugt wird. Die Ladung, die in der Halbleiterschicht erzeugt wird, wird in einer ersten Richtung transferiert, die parallel zu einer Oberfläche des Substrats ist.

Claims (19)

  1. Abbildungsvorrichtung mit: einem Substrat, das eine Vielzahl von Bildelementschaltungen umfasst; ersten, zweiten, dritten und vierten Elektroden (106, 110, 112; 106-1, 106-2), die auf dem Substrat angeordnet sind; und einer Halbleiterschicht (108), die auf dem Substrat angeordnet ist und einen ersten Abschnitt (101), der zwischen der ersten Elektrode (106; 106-1) und der zweiten Elektrode (110) angeordnet ist, und einen zweiten Abschnitt (103) umfasst, der zwischen der dritten Elektrode (106; 106-2) und der vierten Elektrode (112) angeordnet ist, wobei jede der Vielzahl von Bildelementschaltungen einen Verstärkungstransistor (118) zur Ausgabe eines Signals auf der Grundlage einer Ladung umfasst, die in der Halbleiterschicht (108) erzeugt wird, und wobei die Ladung, die in der Halbleiterschicht (108) erzeugt wird, von dem ersten Abschnitt (101) zu dem zweiten Abschnitt (103) in einer ersten Richtung parallel zu einer Oberfläche des Substrats transferiert wird.
  2. Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 1, ferner mit einer isolierenden Schicht (109), die zwischen dem ersten Abschnitt (101) und der zweiten Elektrode (110) in der Halbleiterschicht (108) angeordnet ist.
  3. Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 2, ferner mit einer Ladungsbegrenzungsschicht (201), die zwischen der Halbleiterschicht (108) und der isolierenden Schicht (109) angeordnet ist.
  4. Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Ladungsbegrenzungsschicht (201) sich zu einem Bereich erstreckt, der zwischen dem zweiten Abschnitt (103) und der vierten Elektrode (112) in der Halbleiterschicht (108) angeordnet ist.
  5. Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Ladungsbegrenzungsschicht (201) in Kontakt mit der vierten Elektrode (112) angeordnet ist.
  6. Abbildungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei eine Mobilität der Ladung in der Ladungsbegrenzungsschicht (201) größer als eine Mobilität der Ladung in der Halbleiterschicht (108) ist.
  7. Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Mobilität der Ladung in der Ladungsbegrenzungsschicht (201) größer oder gleich 1cm2 / Vs ist.
  8. Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Mobilität der Ladung in der Halbleiterschicht (108) kleiner als 1 cm2 / Vs ist.
  9. Abbildungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei die Ladungsbegrenzungsschicht (201) zumindest ein Element umfasst, das aus einer Gruppe ausgewählt wird, die aus einem Graphenblatt, einer Schicht, die einen Quantenpunkt aus HgSe umfasst, einer Schicht, die einen Quantenpunkt aus HgTe umfasst, und einer Schicht besteht, die einen Quantenpunkt aus CdSe umfasst.
  10. Abbildungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der zweite Abschnitt der Halbleiterschicht (108) in Kontakt mit der vierten Elektrode (112) angeordnet ist.
  11. Abbildungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die zweite Elektrode (110) elektrisch mit dem Verstärkungstransistor (118) verbunden ist.
  12. Abbildungsvorrichtung nach einem der Ansprüche der 1 bis 10, wobei die vierte Elektrode (112) elektrisch mit dem Verstärkungstransistor (118) verbunden ist.
  13. Abbildungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die erste Elektrode (106-1) und die dritte Elektrode (106-2) voneinander getrennt sind.
  14. Abbildungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die erste Elektrode (106-1) und die dritte (106-2) Elektrode zu einer Elektrode zusammengefasst in einer kontinuierlichen leitfähigen Schicht ausgebildet sind.
  15. Abbildungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die vierte Elektrode (112) die zweite Elektrode (110) in einer Ebene umgibt, die parallel zu der Oberfläche des Substrats ist.
  16. Abbildungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Halbleiterschicht (108) einen Transferbereich (102) umfasst, der zwischen dem ersten Abschnitt (101) und dem zweiten Abschnitt (103) angeordnet ist, und wobei eine Transferelektrode (111) angeordnet ist, um ein Potential des Transferbereichs (102) zu steuern.
  17. Abbildungsvorrichtung nach Anspruch 16, wobei zumindest ein Abschnitt der zweiten Elektrode (110) und zumindest ein Abschnitt der Transferelektrode (111) bei Positionen angeordnet sind, die unterschiedliche Entfernungen von dem Substrat in einer zweiten Richtung aufweisen, die vertikal zu der Oberfläche des Substrats ist.
  18. Abbildungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei zumindest ein Abschnitt der zweiten Elektrode (110) und zumindest ein Abschnitt der vierten Elektrode (112) bei Positionen angeordnet sind, die unterschiedliche Entfernungen von dem Substrat in einer zweiten Richtung aufweisen, die vertikal zu der Oberfläche des Substrats ist.
  19. Abbildungssystem mit: der Abbildungsvorrichtung (1004) nach einem der Ansprüche 1 bis 18; und einer Signalverarbeitungseinrichtung (1007), die konfiguriert ist, ein Signal zu verarbeiten, das von der Abbildungsvorrichtung (1004) ausgegeben wird.
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Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6780421B2 (ja) * 2016-03-01 2020-11-04 ソニー株式会社 撮像素子、積層型撮像素子及び固体撮像装置、並びに、固体撮像装置の駆動方法
JP6808463B2 (ja) * 2016-11-30 2021-01-06 キヤノン株式会社 光電変換装置および光電変換システム
JP2018107725A (ja) * 2016-12-27 2018-07-05 キヤノン株式会社 光電変換装置、撮像システム
JP2018152393A (ja) 2017-03-10 2018-09-27 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像素子および撮像装置
JP2018182021A (ja) 2017-04-11 2018-11-15 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像素子、積層型撮像素子及び固体撮像装置
JP2018182020A (ja) 2017-04-11 2018-11-15 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像装置、及び電子機器
JP2019041018A (ja) 2017-08-25 2019-03-14 ソニー株式会社 撮像素子、積層型撮像素子及び固体撮像装置
CN111630668A (zh) * 2018-01-31 2020-09-04 索尼公司 光电转换元件和摄像装置
JP7248674B2 (ja) 2018-06-08 2023-03-29 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像素子、積層型撮像素子及び固体撮像装置
CN112368836A (zh) * 2018-07-03 2021-02-12 索尼半导体解决方案公司 成像元件和固态成像装置
WO2021070594A1 (ja) * 2019-10-10 2021-04-15 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 電磁波検出装置、電磁波検出システム、及び電磁波検出方法
FR3106238B1 (fr) * 2020-01-13 2023-10-20 New Imaging Tech Détecteur d’image à collection électronique latérale

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070018075A1 (en) 2005-07-21 2007-01-25 Stmicroelectronics S.A. Image sensor
WO2012004923A1 (ja) 2010-07-09 2012-01-12 パナソニック株式会社 固体撮像装置および固体撮像装置の駆動方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3031606B2 (ja) 1995-08-02 2000-04-10 キヤノン株式会社 固体撮像装置と画像撮像装置
JP2008227000A (ja) * 2007-03-09 2008-09-25 Fujifilm Corp 放射線撮像素子
JP2012079979A (ja) 2010-10-04 2012-04-19 Sony Corp 固体撮像装置、および、その製造方法、電子機器
JP2012084644A (ja) 2010-10-08 2012-04-26 Renesas Electronics Corp 裏面照射型固体撮像装置
US8723284B1 (en) 2011-02-02 2014-05-13 Aptina Imaging Corporation Back side illuminated CMOS image sensor with global shutter storage gates stacked on top of pinned photodiodes
US8455971B2 (en) 2011-02-14 2013-06-04 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Apparatus and method for improving charge transfer in backside illuminated image sensor
US8742311B2 (en) 2012-02-27 2014-06-03 Omnivision Technologies, Inc. Enhanced pixel cell architecture for an image sensor having a direct output from a buried channel source follower transistor to a bit line
JP5895650B2 (ja) 2012-03-28 2016-03-30 ソニー株式会社 撮像装置および撮像表示システム
JP2013247387A (ja) 2012-05-23 2013-12-09 Shimadzu Corp 裏面照射型固体撮像素子
US9094612B2 (en) 2012-09-25 2015-07-28 Semiconductor Components Industries, Llc Back side illuminated global shutter image sensors with back side charge storage
JP2015082510A (ja) 2013-10-21 2015-04-27 ソニー株式会社 固体撮像素子および製造方法、並びに電子機器
US10141354B2 (en) * 2014-10-23 2018-11-27 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Imaging device and image acquisition device

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070018075A1 (en) 2005-07-21 2007-01-25 Stmicroelectronics S.A. Image sensor
WO2012004923A1 (ja) 2010-07-09 2012-01-12 パナソニック株式会社 固体撮像装置および固体撮像装置の駆動方法

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Publication number Publication date
DE102016122658A1 (de) 2017-06-08
US20170162617A1 (en) 2017-06-08
GB2545101B (en) 2020-02-26
GB201620501D0 (en) 2017-01-18
GB2545101A (en) 2017-06-07
US10483301B2 (en) 2019-11-19

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