DE112019004680T5 - Bildgebungselement, halbleiterelement und elektronische einrichtung - Google Patents

Bildgebungselement, halbleiterelement und elektronische einrichtung Download PDF

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Yuya KUMAGAI
Shuji Manda
Shunsuke Maruyama
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Abstract

Ein Bildgebungselement, aufweisend: eine fotoelektrische Umwandlungsschicht, die ein Verbundhalbleitermaterial enthält; eine Kontaktschicht, die auf der fotoelektrischen Umwandlungsschicht gestapelt angeordnet ist und ein Diffusionsgebiet von Störstellen eines ersten elektrisch leitfähigen Typs in einem selektiven Gebiet enthält; eine erste Isolierschicht, die so vorgesehen ist, dass sie der fotoelektrischen Umwandlungsschicht gegenüberliegt, wobei die Kontaktschicht dazwischen angeordnet ist, und eine erste Öffnung an einer Position aufweist, die dem Diffusionsgebiet gegenüberliegt; und eine zweite Isolierschicht, die so vorgesehen ist, dass sie der Kontaktschicht gegenüberliegt, wobei die erste Isolierschicht dazwischen angeordnet ist, und eine zweite Öffnung aufweist, die mit der ersten Öffnung in Verbindung steht und kleiner als die erste Öffnung ist.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Bildgebungselement und ein Halbleiterelement, die ein Verbundhalbleitermaterial nutzen, und eine elektronische Einrichtung, die das Bildgebungselement oder das Halbleiterelement enthält. Hintergrundtechnik
  • In den letzten Jahren ist die Entwicklung eines Bildsensors (Bildgebungselements), das ein Verbundhalbleitermaterial nutzt, fortgeschritten (z.B. siehe PTL 1). Solch ein Bildgebungselement ist beispielsweise mit einer Elektrode für jedes Pixel versehen, was somit ermöglicht, ein fotoelektrisches Umwandlungssignal für jedes Pixel über die Elektrode zu lesen.
  • Zitatliste
  • Patentliteratur
  • PTL 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung Veröffentlichung (veröffentlichte japanische Übersetzung der PCT-Anmeldung) Nr. JP2014-521216
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Solch ein Bildgebungselement ist erwünscht, um den Freiheitsgrad beim Entwurf zu erhöhen. Beispielsweise ermöglicht eine Verringerung eines Intervalls zwischen Elektroden eine Miniaturisierung eines Pixels.
  • Es ist daher erwünscht, ein Bildgebungselement und ein Halbleiterelement, die es möglich machen, den Freiheitsgrad beim Entwurf zu erhöhen, sowie eine elektronische Einrichtung, die das Bildgebungselement oder das Halbleiterelement enthält, bereitzustellen.
  • Ein Bildgebungselement gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthält eine fotoelektrische Umwandlungsschicht, die ein Verbundhalbleitermaterial enthält, eine Kontaktschicht, die sie auf der fotoelektrischen Umwandlungsschicht gestapelt angeordnet ist und ein Diffusionsgebiet von Störstellen eines ersten elektrisch leitfähigen Typs in einem selektiven Gebiet enthält, eine erste Isolierschicht, die so vorgesehen ist, dass sie der fotoelektrischen Umwandlungsschicht gegenüberliegt, wobei die Kontaktschicht dazwischen angeordnet ist, und eine erste Öffnung an einer Position aufweist, die dem Diffusionsgebiet gegenüberliegt, und eine zweite Isolierschicht, die so vorgesehen ist, dass sie der Kontaktschicht gegenüberliegt, wobei die erste Isolierschicht dazwischen angeordnet ist, und eine zweite Öffnung aufweist, die mit der ersten Öffnung in Verbindung steht und kleiner als die erste Öffnung ist.
  • Eine erste elektronische Einrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthält das oben beschriebene Bildgebungselement gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
  • Ein Halbleiterelement gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthält eine Halbleiterschicht, die eine Kontaktschicht enthält, die ein Verbundhalbleitermaterial enthält und mit einem Diffusionsgebiet von Störstellen eines ersten elektrisch leitfähigen Typs in einem selektiven Gebiet versehen ist, eine erste Isolierschicht, die mit der Kontaktschicht in Kontakt und auf der Halbleiterschicht gestapelt ist, worin die erste Isolierschicht eine erste Öffnung an einer Position aufweist, die dem Diffusionsgebiet gegenüberliegt, und eine zweite Isolierschicht, die so vorgesehen ist, dass sie der Kontaktschicht gegenüberliegt, wobei die erste Isolierschicht dazwischen angeordnet ist, und eine zweite Öffnung aufweist, die mit der ersten Öffnung in Verbindung steht und kleiner als die erste Öffnung ist.
  • Eine zweite elektronische Einrichtung der vorliegenden Offenbarung enthält das oben beschriebene Halbleiterelement gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
  • In dem Bildgebungselement, dem Halbleiterelement und den ersten und zweiten elektronischen Einrichtungen gemäß jeweiligen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind die erste Isolierschicht und die zweite Isolierschicht in dieser Reihenfolge von der Seite der Kontaktschicht aus gestapelt und ist die zweite Isolierschicht mit der zweiten Öffnung versehen, die kleiner als die erste Öffnung (erste Isolierschicht) ist, was es somit einfacher macht, ein Intervall zwischen benachbarten zweiten Öffnungen zu verringern.
  • Es ist besonders zu erwähnen, dass der oben beschriebene Inhalt ein Beispiel der vorliegenden Offenbarung ist. Die Effekte der vorliegenden Offenbarung sind nicht auf jene beschränkt, die später beschrieben werden, und können andere verschiedene Effekte sein oder können ferner andere Effekte einschließen.
  • Figurenliste
    • [1A] 1A ist eine schematische Draufsicht einer skizzenhafte Konfiguration eines Bildgebungselements gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • [1B] 1B ist eine schematische Ansicht einer Querschnittskonfiguration entlang einer Linie B-B' von 1A.
    • [2] (A) von 2 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Beispiels einer Konfiguration einer Halbleiterschicht und einer Isolierschicht, die in 1B veranschaulicht sind, und (B) von 2 ist eine schematische Draufsicht, die (A) von 2 entspricht.
    • [3] 3 ist eine schematische Querschnittsansicht eines anderen Beispiels (1) einer Konfiguration einer in 2 veranschaulichten zweiten Öffnung.
    • [4A] 4A ist eine schematische Querschnittsansicht, um einen Schritt eines Herstellungsverfahrens des in 1 veranschaulichten Bildgebungselements zu beschreiben.
    • [4B] 4B ist eine schematische Querschnittsansicht eines Schritts im Anschluss an 4A.
    • [4C] 4C ist eine schematische Querschnittsansicht eines Schritts im Anschluss an 4B.
    • [5A] 5A ist eine schematische Querschnittsansicht eines Schritts im Anschluss an 4C.
    • [5B] 5B ist eine schematische Querschnittsansicht eines Schritts im Anschluss an 5A.
    • [6A] 6A ist eine schematische Querschnittsansicht eines Schritts im Anschluss an 5B.
    • [6B] 6B ist eine schematische Querschnittsansicht eines Schritts im Anschluss an 6A.
    • [6C] 6C ist eine schematische Querschnittsansicht eines Schritts im Anschluss an 6B.
    • [7] 7 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Konfiguration eines Hauptteils eines Bildgebungselements gemäß einem Vergleichsbeispiel.
    • [8] 8 ist ein funktionales Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Bildgebungseinrichtung (elektronischen Einrichtung) veranschaulicht, die das in 1A etc. veranschaulichte Bildgebungselement nutzt.
    • [9] 9 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer schematischen Konfiguration eines In-Vivo-Informationserfassungssystems darstellt.
    • [10] 10 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer schematischen Konfiguration eines Systems für endoskopische Chirurgie darstellt.
    • [11] 11 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer funktionalen Konfiguration eines Kamerakopfes und einer Kamera-Steuerungseinheit (CCU) darstellt.
    • [12] 12 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer schematischen Konfiguration eines Fahrzeugsteuerungssystems darstellt.
    • [13] 13 ist ein Diagramm zur Unterstützung beim Erläutern eines Beispiels von Installationspositionen einer Sektion zur Detektion von Informationen von außerhalb des Fahrzeugs und einer Bildgebungssektion.
    • [14] 14 ist eine schematische Querschnittsansicht eines anderen Beispiels (2) der Konfiguration der in 2 veranschaulichten zweiten Öffnung.
  • Modi zum Ausführen der Erfindung
  • Hier wird im Folgenden eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail beschrieben. Es ist besonders zu erwähnen, dass die Beschreibung in der folgenden Reihenfolge gegeben wird.
    1. 1. Ausführungsform (ein Beispiel eines Bildgebungselements, das eine erste Isolierschicht und eine zweite Isolierschicht enthält)
    2. 2. Anwendungsbeispiel (Beispiel einer elektronischen Einrichtung)
    3. 3. Praktisches Anwendungsbeispiel 1 (Beispiel einer praktischen Anwendung für ein System für endoskopische Chirurgie)
    4. 4. Praktisches Anwendungsbeispiel 2 (Beispiel einer praktischen Anwendung für einen beweglichen Körper)
  • <Ausführungsform>
  • [Gesamtkonfiguration eines Bildgebungselements 1]
  • 1A und 1B veranschaulichen eine schematische Konfiguration eines Bildgebungselements (eines Bildgebungselements 1) gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. 1A veranschaulicht eine planare Konfiguration des Bildgebungselements 1, und 1B veranschaulicht eine Querschnittskonfiguration entlang einer Linie B-B' von 1A. Das Bildgebungselement 1 wird für zum Beispiel einen Infrarotsensor oder dergleichen verwendet, der ein Verbundhalbleitermaterial wie etwa einen Halbleiter der Gruppe III-V nutzt, und hat eine fotoelektrische Umwandlungsfunktion beispielsweise für Licht mit einer Wellenlänge in einem sichtbaren Bereich (z.B. in einem Bereich gleich 380 nm oder mehr und weniger als 780 nm) bis zu einem kurzen Infrarotbereich (z.B. in einem Bereich gleich 780 nm oder mehr und weniger als 2400 nm). Das Bildgebungselement 1 ist mit einer Vielzahl lichtempfangender Einheitsgebiete P (Pixel P) versehen, die zum Beispiel zweidimensional angeordnet sind (1B). Das Bildgebungselement 1 entspricht einem spezifischen Beispiel eines Bildgebungselements und eines Halbleiterelements der vorliegenden Offenbarung.
  • Das Bildgebungselement 1 umfasst ein Elementgebiet R1 in einem mittleren Teil und ein peripheres Gebiet R2, das außerhalb des Elementgebiets R1 vorgesehen ist und das Elementgebiet R1 umgibt (1A). Das Bildgebungselement 1 enthält einen elektrisch leitfähigen Film 15B, der so vorgesehen ist, dass er sich vom Elementgebiet R1 bis zum peripheren Gebiet R2 erstreckt. Der elektrisch leitfähige Film 15B hat eine Öffnung in einem Gebiet, das dem mittleren Teil des Elementgebiets R1 gegenüberliegt.
  • Das Bildgebungselement 1 weist eine gestapelte Struktur eines Elementsubstrats 10 und eines Ausleseschaltungssubstrats 20 auf (1B). Eine Oberfläche des Elementsubstrats 10 ist eine Lichteinfallsoberfläche (eine Lichteinfallsoberfläche S1), und eine Oberfläche (andere Oberfläche), die der Lichteinfallsoberfläche S1 entgegengesetzt ist, ist eine gebondete Oberfläche (eine gebondete Oberfläche S2) bezüglich des Ausleseschaltungssubstrats 20.
  • Das Elementsubstrat 10 enthält von einer Position nahe dem Ausleseschaltungssubstrat 20 aus eine Verdrahtungsschicht 10W, eine erste Elektrode 11, eine Halbleiterschicht 10S (eine erste Halbleiterschicht), eine zweite Elektrode 15 und einen Passivierungsfilm 16 in dieser Reihenfolge. Eine Oberfläche der Halbleiterschicht 10S, die der Verdrahtungsschicht 10W gegenüberliegt, und eine Endfläche (eine seitliche Oberfläche) der Halbleiterschicht 10S sind mit einem Isolierfilm 17 bedeckt. Das Ausleseschaltungssubstrat 20 ist eine sogenannte ROIC (Readout Integrated Circuit bzw. integrierte Ausleseschaltung) und enthält eine Verdrahtungsschicht 20W in Kontakt mit der gebondeten Oberfläche S2 des Elementsubstrats 10, eine Mehrschicht-Verdrahtungsschicht 22C und ein Halbleitersubstrat 21, das dem Elementsubstrat 10 gegenüberliegt, wobei die Verdrahtungsschicht 20W und die Mehrschicht-Verdrahtungsschicht 22C dazwischen angeordnet sind. Die erste Elektrode 11 entspricht einem spezifischen Beispiel einer „Elektrode“ der vorliegenden Offenbarung.
  • Das Elementsubstrat 10 enthält die Halbleiterschicht 10S im Elementgebiet R1. Mit anderen Worten ist ein mit der Halbleiterschicht 10S versehenes Gebiet das Elementgebiet R1 des Bildgebungselements 1. Ein Gebiet des Elementgebiets R1, das vom elektrisch leitfähigen Film 15B freigelegt ist, (ein Gebiet, das der Öffnung des elektrisch leitfähigen Films 15B gegenüberliegt) ist ein lichtempfangendes Gebiet. Ein Gebiet des Elementgebiets R1, das mit dem elektrisch leitfähigen Film 15B bedeckt ist, ist ein OPB-Gebiet (für optisches Schwarz) R1B. Das OPB-Gebiet R1B ist so vorgesehen, dass es das lichtempfangende Gebiet umgibt. Das OPB-Gebiet R1B wird genutzt, um ein Schwarzpegel-Pixelsignal zu erhalten. Das Elementsubstrat 10 enthält eine eingebettete Schicht 18 zusammen mit dem Isolierfilm 17 im peripheren Gebiet R2. Das periphere Gebiet R2 ist mit Löchern H1 und H2 versehen, die das Elementsubstrat 10 durchdringen, um das Ausleseschaltungssubstrat 20 zu erreichen. Im Bildgebungselement 1 tritt Licht von der Lichteinfallsseite S1 des Elementsubstrats 10 aus durch den Passivierungsfilm 16, die zweite Elektrode 15 und die zweite Kontaktschicht 14 in die Halbleiterschicht 10S ein. In der Halbleiterschicht 10S fotoelektrisch umgewandelte Signalladungen bewegen sich durch die erste Elektrode 11 und die Verdrahtungsschicht 10W und werden durch das Ausleseschaltungssubstrat 20 gelesen. Im Folgenden wird hier eine Beschreibung von Konfigurationen der jeweiligen Komponenten gegeben.
  • Die Verdrahtungsschicht 10W ist über das Elementgebiet R1 und das periphere Gebiet R2 vorgesehen und enthält die gebondete Oberfläche S2 bezüglich des Ausleseschaltungssubstrats 20. Im Bildgebungselement 1 ist die gebondete Oberfläche S2 des Elementsubstrats 10 in dem Elementgebiet R1 und dem peripheren Gebiet R2 vorgesehen, und die gebondete Oberfläche S2 im Elementgebiet R1 und die gebondete Oberfläche S2 im peripheren Gebiet R2 bilden beispielsweise die gleiche Ebene. Wie später beschrieben wird, ermöglicht im Bildgebungselement 1 das Vorsehen der eingebetteten Schicht 18 eine Ausbildung der gebondeten Oberfläche S2 im peripheren Gebiet R2.
  • Die Verdrahtungsschicht 10W enthält beispielsweise eine Kontaktelektrode 19E und eine Blind- bzw. Dummy-Elektrode 19ED in Zwischenschicht-Isolierfilmen 19A und 19B. Beispielsweise ist der Zwischenschicht-Isolierfilm 19B auf einer Seite des Ausleseschaltungssubstrats 20 angeordnet und ist der Zwischenschicht-Isolierfilm 19A auf einer Seite einer ersten Kontaktschicht 12 angeordnet; diese Zwischenschicht-Isolierfilme 19A und 19B sind gestapelt vorgesehen. Die Zwischenschicht-Isolierfilme 19A und 19B bestehen jeweils aus beispielsweise einem anorganischen Isoliermaterial. Beispiele des anorganischen Isoliermaterials schließen Siliziumnitrid (SiN), Aluminiumoxid (Al2O3), Siliziumoxid (SiO2) und Hafniumoxid (HfO2) ein. Die Zwischenschicht-Isolierfilme 19A und 19B können jeweils aus einem gleichen anorganischen Oxidmaterial bestehen.
  • Die Kontaktelektrode 19E ist zum Beispiel im Elementgebiet R1 vorgesehen. Die Kontaktelektrode 19E dient dazu, die erste Elektrode 11 und das Ausleseschaltungssubstrat 20 elektrisch miteinander zu koppeln, und ist für jedes Pixel P im Elementgebiet R1 vorgesehen. Benachbarte Kontaktelektroden 19E sind durch die eingebettete Schicht 18 und die Zwischenschicht-Isolierfilme 19A und 19B elektrisch voneinander getrennt. Die Kontaktelektrode 19E besteht aus zum Beispiel einem Kupfer- (Cu-) Pad und ist zur gebondeten Oberfläche S2 freigelegt. Die Dummy-Elektrode 19ED ist beispielsweise im peripheren Gebiet R2 vorgesehen. Die Dummy-Elektrode 19ED ist mit einer Dummy-Elektrode 22ED der Verdrahtungsschicht 20W gekoppelt, die beschrieben wird. Das Vorsehen der Dummy-Elektrode 19ED und der Dummy-Elektrode 22ED macht es möglich, die Festigkeit des peripheren Gebiets R2 zu verbessern. Die Dummy-Elektrode 19ED wird beispielsweise im gleichen Schritt wie jenem der Kontaktschicht 19E gebildet. Die Dummy-Elektrode 19ED besteht aus zumindest einem Kupfer-(Cu-)Pad und ist zur gebondeten Oberfläche S2 freigelegt.
  • Die zwischen der Kontaktelektrode 19E und der Halbleiterschicht 10S vorgesehene erste Elektrode 11 ist eine Elektrode (Anode), die mit einer Spannung zum Auslesen von in einer fotoelektrischen Umwandlungsschicht 13 erzeugten Signalladungen (Löcher oder Elektronen; hier im Folgenden der Zweckmäßigkeit halber unter der Annahme beschrieben, dass die Signalladungen Löcher sind) versorgt wird, und ist für jedes Pixel P im Elementgebiet R1 vorgesehen. Die erste Elektrode 11 ist so vorgesehen, dass sie die Öffnungen des Isolierfilms 17 (eine erste Öffnung 171M und eine zweite Öffnung 172M in 2, die später beschrieben werden) füllt, und ist in Kontakt mit der Halbleiterschicht 10S (konkreter einem später beschriebenen Diffusionsgebiet 12A). Die erste Elektrode 11 ist beispielsweise größer als die Öffnung (konkreter die erste Öffnung 171M und die zweite Öffnung 172M, die später beschrieben werden) des Isolierfilms 17, und ein Bereich der ersten Elektrode 11 ist in der eingebetteten Schicht 18 vorgesehen. Das heißt, eine obere Oberfläche der ersten Elektrode 11 (eine Oberfläche auf einer Seite der Halbleiterschicht 10S) ist in Kontakt mit dem Diffusionsgebiet 12A, und ein Bereich einer unteren Oberfläche und einer seitlichen Oberfläche der ersten Elektrode 11 ist in Kontakt mit der eingebetteten Schicht 18. Benachbarte erste Elektroden 11 sind durch den Isolierfilm 17 und die eingebettete Schicht 18 elektrisch voneinander getrennt.
  • Die erste Elektrode 11 besteht aus beispielsweise einer einfachen Substanz aus einem von Titan (Ti), Wolfram (W), Titannitrid (TiN), Platin (Pt), Gold (Au), Germanium (Ge), Palladium (Pd), Zink (Zn), Nickel (Ni) und Aluminium (Al) oder einer Legierung, die zumindest eine dieser Substanzen enthält. Die erste Elektrode 11 kann ein einziger Film aus solch einem Bestandteilmaterial sein oder kann ein gestapelter Film sein, der zwei oder mehr davon kombiniert. Beispielsweise besteht die erste Elektrode 11 aus einem gestapelten Film aus Titan und Wolfram. Die erste Elektrode 11 hat eine Dicke von beispielsweise mehreren Dutzend nm bis mehrere Hundert nm.
  • Beispielsweise enthält die Halbleiterschicht 10S von einer Position nahe der Verdrahtungsschicht 10W aus die erste Kontaktschicht 12, die fotoelektrische Umwandlungsschicht 13 und die zweite Kontaktschicht 14. Die erste Kontaktschicht 12, die fotoelektrische Umwandlungsschicht 13 und die zweite Kontaktschicht 14 weisen die einander gleiche planare Form auf, und jeweilige Endflächen sind in Draufsicht in der gleichen Position angeordnet. Die erste Kontaktschicht 12 entspricht einem spezifischen Beispiel einer „Kontaktschicht“ der vorliegenden Offenbarung.
  • Die erste Kontaktschicht 12 ist beispielsweise für all die Pixel P gemeinsam vorgesehen und zwischen dem Isolierfilm 17 und der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 13 angeordnet. Das heißt, die erste Kontaktschicht 12 ist eine Schicht, die eine Oberfläche der Halbleiterschicht 10S bildet. Die erste Kontaktschicht 12 dient dazu, benachbarte Pixel P elektrisch voneinander zu trennen, und die erste Kontaktschicht 12 ist zum Beispiel mit einer Vielzahl von Diffusionsgebieten 12A versehen. Die Verwendung, als die erste Kontaktschicht 12, eines Verbundhalbleitermaterials mit einer größeren Bandlücke als eine Bandlücke eines Verbundhalbleitermaterials, das die fotoelektrische Umwandlungsschicht 13 bildet, macht es auch möglich, Dunkelstrom zu unterdrücken. Als die erste Kontaktschicht 12 kann beispielsweise InP (Indiumphosphid) vom n-Typ (eines zweiten elektrisch leitfähigen Typs) verwendet werden. Als die erste Kontaktschicht 12 kann beispielsweise Gax1In(1-x1)P (vorausgesetzt, dass 0 ≤ X1 ≤ 1 gilt) vom n-Typ verwendet werden. Die erste Kontaktschicht 12 kann aus einem intrinsischen Verbundhalbleitermaterial (i-Typ) bestehen.
  • Die Diffusionsgebiete 12A, die in der ersten Kontaktschicht 12 vorgesehen sind, sind voneinander beabstandet. Das Diffusionsgebiet 12A ist für jedes Pixel P angeordnet, und die erste Elektrode 11 ist mit jedem Diffusionsgebiet 12A gekoppelt. Das Diffusionsgebiet 12A ist auch im OPB-Gebiet R1B vorgesehen. Das Diffusionsgebiet 12A dient dazu, die in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 13 für jedes Pixel P erzeugten Signalladungen auszulesen, und enthält beispielsweise Störstellen vom p-Typ (eines zweiten elektrisch leitfähigen Typs). Beispiele der Störstellen vom p-Typ schließen Zn (Zink) ein. Auf diese Weise ist eine p-n-Übergangsgrenzfläche neben dem Diffusionsgebiet 12A zwischen dem Diffusionsgebiet 12A und der ersten Kontaktschicht 12 ausgebildet, was ermöglicht, dass die benachbarten Pixel P elektrisch voneinander getrennt werden. Das Diffusionsgebiet 12A ist beispielsweise in einer Dickenrichtung der ersten Kontaktschicht 12 vorgesehen und ist auch in einem Bereich einer Dickenrichtung der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 13 vorgesehen.
  • Die fotoelektrische Umwandlungsschicht 13 zwischen der ersten Elektrode 11 und der zweiten Elektrode 15, konkreter zwischen der ersten Kontaktschicht 12 und der zweiten Kontaktschicht 14, ist beispielsweise gemeinsam für all die Pixel P vorgesehen. Die fotoelektrische Umwandlungsschicht 13 absorbiert Licht einer vorbestimmten Wellenlänge, um Signalladungen zu erzeugen, und besteht aus einem Verbundhalbleitermaterial wie beispielsweise etwa einem Halbleiter der Gruppe III-V vom i-Typ. Beispiele des Verbundhalbleitermaterials, das die fotoelektrische Umwandlungsschicht 13 bildet, schließen InGaAs (Indiumgalliumarsenid), InGaN (Indiumgalliumnitrid), InAlN (Indiumaluminiumnitrid), InAsSb (Indiumarsenidantimonid), InAs (Indiumarsenid), InSb (Indiumantimonid) und HgCdTe (Quecksilberkadmiumtellur) ein. Die fotoelektrische Umwandlungsschicht 13 kann aus Ge (Germanium) bestehen. Die fotoelektrische Umwandlungsschicht 13 führt zum Beispiel eine fotoelektrische Umwandlung von Licht mit einer Wellenlänge in einem sichtbaren Bereich bis zu einem kurzen Infrarotbereich durch.
  • Eine (nicht veranschaulichte) Schicht, die eine Gitteranpassung zwischen der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 13 und der ersten Kontaktschicht 12 leistet, kann dazwischen vorgesehen werden. Diese Schicht kann aus beispielsweise AlGaAs etc. gebildet sein.
  • Die zweite Kontaktschicht 14 ist beispielsweise für all die Pixel P gemeinsam vorgesehen. Die zweite Kontaktschicht 14 ist zwischen der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 13 und der zweiten Elektrode 15 vorgesehen und mit den beiden in Kontakt. Die zweite Kontaktschicht 14 ist ein Gebiet, durch das sich aus der zweiten Elektrode 15 entladene Ladungen bewegen, und besteht aus beispielsweise einem Verbundhalbleiter, der Störstellen vom n-Typ enthält. Als die zweite Kontaktschicht 14 kann zum Beispiel InP (Indiumphosphid) vom n-Typ genutzt werden. Als die zweite Kontaktschicht 14 kann Gax2In(1-x2)P (vorausgesetzt, dass 0 ≤ X2 ≤ 1 gilt) vom n-Typ verwendet werden. Die zweite Kontaktschicht 14 kann aus einem intrinsischen Verbundhalbleitermaterial (vom i-Typ) bestehen.
  • Die zweite Elektrode 15 ist beispielsweise als eine gemeinsame Elektrode für jedes der Pixel P auf der zweiten Kontaktschicht 14 (Lichteinfallsseite) so vorgesehen, dass sie mit der zweiten Kontaktschicht 14 in Kontakt ist. Die zweite Elektrode 15 dient dazu, Ladungen, die nicht als Signalladungen genutzt werden, von den in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 13 (Kathode) erzeugten Ladungen zu entladen. Wenn beispielsweise Löcher als Signalladungen aus der ersten Elektrode 11 gelesen werden, können zum Beispiel Elektronen durch die zweite Elektrode 15 entladen werden. Die zweite Elektrode 15 besteht aus beispielsweise einem elektrisch leitfähigen Film, der einfallendes Licht wie etwa Infrarotstrahlen durchlassen kann. Als die zweite Elektrode kann zum Beispiel ITO (Indiumzinnoxid), ITiO (In2O3-TiO2) oder dergleichen verwendet werden. Die zweite Elektrode 15 kann in einer Gitterform vorgesehen sein, um beispielsweise benachbarte Pixel P zu unterteilen. Als die zweite Elektrode 15 kann ein elektrisch leitfähiges Material mit einer geringen Lichtdurchlässigkeit verwendet werden.
  • Der Passivierungsfilm 16 bedeckt die zweite Elektrode 15 von einer Seite der Lichteinfallsoberfläche S1 aus. Der Passivierungsfilm 16 kann eine Antireflexionsfunktion haben. Es kann möglich sein, als den Passivierungsfilm 16 zum Beispiel Siliziumnitrid (SiN), Aluminiumoxid (Al2O3), Siliziumoxid (SiO2), Tantaloxid (Ta2O3) oder dergleichen zu verwenden. Der Passivierungsfilm 16 weist im OPB-Gebiet R1B eine Öffnung 16H auf. Die Öffnung 16H ist beispielsweise in einer das lichtempfangende Gebiet umgebenden Rahmenform vorgegeben ( 1A). Die Öffnung 16H kann beispielsweise ein Loch mit einer viereckigen Form oder einer kreisförmigen Form in Draufsicht sein. Die Öffnung 16H des Passivierungsfilms 16 ermöglicht, dass der elektrisch leitfähige Film 15B mit der zweiten Elektrode 15 elektrisch gekoppelt wird.
  • Der Isolierfilm 17 ist zwischen der ersten Kontaktschicht 12 und der eingebetteten Schicht 18 vorgesehen und bedeckt die Endfläche der ersten Kontaktschicht 12, die Endfläche der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 13, die Endfläche der zweiten Kontaktschicht 14 und die Endfläche der zweiten Elektrode 15; der Isolierfilm 17 ist im peripheren Gebiet R2 mit dem Passivierungsfilm 16 in Kontakt. Der Isolierfilm 17 hat eine gestapelte Struktur und enthält von der Seite der ersten Kontaktschicht 12 aus eine erste Isolierschicht 171 und eine zweite Isolierschicht 172. Die erste Elektrode 11 ist in den Öffnungen, die in der ersten Isolierschicht 171 und der zweiten Isolierschicht 172 vorgesehen sind (der ersten Öffnung 171M und der zweiten Öffnung 172M von 2, die später beschrieben werden), eingebettet. Eine detaillierte Konfiguration der Isolierschicht 17 wird später beschrieben.
  • Der elektrisch leitfähige Film 15B ist so vorgesehen, dass er sich vom OPB-Gebiet R1B zum Loch H1 im peripheren Gebiet R2 erstreckt. Der elektrisch leitfähige Film 15B ist mit der zweiten Elektrode 15 an der Öffnung 16H des Passivierungsfilms 16 in Kontakt, die im OPB-Gebiet R1B vorgesehen ist, und ist über das Loch H1 mit einer Verdrahtungsleitung (einer später beschriebenen Verdrahtungsleitung 22CB) des Ausleseschaltungssubstrats 20 in Kontakt. Dies ermöglicht, dass eine Spannung vom Ausleseschaltungssubstrat 20 über den elektrisch leitfähigen Film 15B der zweiten Elektrode 15 bereitgestellt wird. Der elektrisch leitfähige Film 15B dient als Pfad zur Spannungsversorgung zu der zweiten Elektrode 15 und hat auch eine Funktion als lichtabschirmender Film, um das OPB-Gebiet R1B auszubilden. Der elektrisch leitfähige Film 15B besteht aus beispielsweise einem Metallmaterial, das Wolfram (W), Aluminium (Al), Titan (Ti), Molybdän (Mo), Tantal (Ta) oder Kupfer (Cu) enthält. Ein Passivierungsfilm kann auf dem elektrisch leitfähigen Film 15B vorgesehen werden.
  • Eine Haftschicht B kann zwischen einem Ende der zweiten Kontaktschicht 14 und der zweiten Elektrode 15 vorgesehen sein. Wie später beschrieben wird, wird diese Haftschicht B genutzt, wenn das Bildgebungselement 1 gebildet wird, und übernimmt eine Funktion zum Bonden der Halbleiterschicht 10S an ein temporäres Substrat (ein später beschriebenes temporäres Substrat 33 in 4C). Die Haftschicht B besteht aus beispielsweise Tetraethoxysilan (TEOS), Siliziumoxid (SiO2) oder dergleichen. Die Haftschicht B ist beispielsweise so vorgesehen, dass sie bezüglich einer Endfläche der Halbleiterschicht 10S eine vergrößerte Breite aufweist, und ist mit der eingebetteten Schicht 18 zusammen mit der Halbleiterschicht 10S bedeckt. Der Isolierfilm 17 ist zwischen der Haftschicht B und der eingebetteten Schicht 18 vorgesehen.
  • Die eingebettete Schicht 18 dient dazu, einen Niveauunterschied zwischen dem temporären Substrat (dem später beschriebenen temporären Substrat 33 in 4C) und der Halbleiterschicht 10S in einem Herstellungsschritt des Bildgebungselements 1 aufzufüllen. Die Ausbildung der eingebetteten Schicht 18 unterdrückt das Auftreten eines Defekts im Herstellungsschritt aufgrund des Niveauunterschieds zwischen der Halbleiterschicht 10S und dem temporären Substrat 33.
  • Die eingebettete Schicht 18 im peripheren Gebiet R2 ist zwischen der Verdrahtungsschicht 10W und dem Isolierfilm 17 und zwischen der Verdrahtungsschicht 10W und dem Passivierungsfilm 16 vorgesehen und hat zum Beispiel eine Dicke, die gleich einer Dicke der Halbleiterschicht 10S oder größer ist. Die eingebettete Schicht 18 ist hier so vorgesehen, dass sie die Halbleiterschicht 10S umgibt, und somit ist ein Gebiet (peripheres Gebiet R2) um die Halbleiterschicht 10S herum ausgebildet. Dies ermöglicht, dass die gebondete Oberfläche S2 bezüglich des Ausleseschaltungssubstrats 20 im peripheren Gebiet R2 vorgesehen wird. Wenn die gebondete Oberfläche S2 im peripheren Gebiet R2 ausgebildet ist, kann eine Dicke der gebetteten Schicht 18 reduziert werden; es ist jedoch vorzuziehen, dass die eingebettete Schicht 18 die Halbleiterschicht 10S in einer Dickenrichtung bedeckt und dass die gesamte Endfläche der Halbleiterschicht 10S mit der eingebetteten Schicht 18 bedeckt ist. Eine Bedeckung der gesamten Endfläche der Halbleiterschicht 10S mit der eingebetteten Schicht 18 mit der Isolierschicht 17 dazwischen macht es möglich, ein Eindringen von Feuchtigkeit in die Halbleiterschicht 10S effektiv zu unterdrücken. Die eingebettete Schicht 18 im Elementgebiet R1 ist zwischen der Halbleiterschicht 10S und der Verdrahtungsschicht 10W vorgesehen, um die erste Elektrode 11 zu bedecken.
  • Eine Oberfläche der eingebetteten Schicht 18 auf einer Seite der gebondeten Oberfläche S2 ist planarisiert, und die Verdrahtungsschicht 10W ist auf der planarisierten Oberfläche der eingebetteten Schicht 18 im peripheren Gebiet R2 vorgesehen. Es kann möglich sein, als die eingebettete Schicht 18 beispielsweise ein anorganisches Oxidmaterial wie etwa Siliziumoxid (SiOx), Siliziumnitrid (SiN), Siliziumoxinitrid (Si-ON), kohlenstoffhaltiges Siliziumoxid (SiOC) und Siliziumcarbid (SiC) zu verwenden.
  • Hier wird ein Beispiel beschrieben, in welchem das Bildgebungselement 1 die eingebettete Schicht 18 enthält; das Bildgebungselement 1 muss jedoch nicht die eingebettete Schicht 18 enthalten und das periphere Gebiet R2 des Elementsubstrats 10 muss nicht die gebondete Oberfläche S2 bezüglich des Ausleseschaltungssubstrats 20 enthalten.
  • Die eingebettete Schicht 18 ist mit den Löchern H1 und H2 versehen, die die eingebettete Schicht 18 durchdringen. Die Löcher H1 und H2 durchdringen zusätzlich zu der eingebetteten Schicht 18 die Verdrahtungsschicht 10W, um das Ausleseschaltungssubstrat 20 zu erreichen. Die Löcher H1 und H2 haben beispielsweise eine rechteckige planare Form, und eine jeweilige Vielzahl an Löchern H1 und H2 ist so vorgesehen, dass sie das Elementgebiet R1 umgeben (1A). Das Loch H1 ist an einer näher zum Elementgebiet R1 gelegenen Position als das Loch H2 vorgesehen, und eine Seitenwand und eine Bodenfläche des Lochs H1 sind mit dem elektrisch leitfähigen Film 15B bedeckt. Das Loch H1 dient dazu, die zweite Elektrode 15 (den elektrisch leitfähigen Film 15B) und eine Verdrahtungsleitung (eine später beschriebene Verdrahtungsleitung 22CB) des Ausleseschaltungssubstrats 20 miteinander zu koppeln und ist so vorgesehen, dass es den Passivierungsfilm 16, die eingebettete Schicht 18 und die Verdrahtungsschicht 10W durchdringt.
  • Das Loch H2 ist beispielsweise an einer näher zu einem Chip-Ende E gelegenen Position als das Loch H1 vorgesehen. Das Loch H2 durchdringt den Passivierungsfilm 16, die eingebettete Schicht 18 und die Verdrahtungsschicht 10W, um eine Pad-Elektrode (eine später beschriebene Pad-Elektrode 22P) des Ausleseschaltungssubstrats 20 zu erreichen. Das Loch H2 ermöglicht eine elektrische Kopplung zwischen der Außenseite und dem Bildgebungselement 1. Weder das Loch H1 noch das Loch H2 müssen das Ausleseschaltungssubstrat 20 erreichen. Beispielsweise können die Löcher H1 und H2 eine Verdrahtungsleitung der Verdrahtungsschicht 10W erreichen und kann die Verdrahtungsleitung mit der Verdrahtungsleitung 22CB und der Pad-Elektrode 22P des Ausleseschaltungssubstrats 20 gekoppelt sein.
  • Bei der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 13 erzeugten Löcher und Elektronen werden aus der ersten Elektrode 11 und der zweiten Elektrode 15 gelesen. Um die Ausleseoperation mit hoher Geschwindigkeit durchzuführen, ist der Abstand zwischen der ersten Elektrode 11 und der zweiten Elektrode 15 vorzugsweise auf einen Abstand festgelegt, der für eine fotoelektrische Umwandlung ausreicht, aber nicht zu weit ist. Das heißt, es wird bevorzugt, eine Dicke des Elementsubstrats 10 zu reduzieren. Beispielsweise beträgt der Abstand zwischen der ersten Elektrode 11 und der zweiten Elektrode 15 oder die Dicke des Elementsubstrats 10 10 µm oder weniger, ferner 7 µm oder weniger oder darüber hinaus 5 µm oder weniger.
  • Das Halbleitersubstrat 21 des Ausleseschaltungssubstrats 20 liegt dem Elementsubstrat 10 gegenüber, wobei die Verdrahtungsschicht 20W und die Mehrschicht-Verdrahtungsschicht 22C dazwischen angeordnet sind. Das Halbleitersubstrat 21 besteht beispielsweise aus Silizium (Si). Eine Vielzahl von Transistoren ist nahe einer Oberfläche des Halbleitersubstrats 21 (einer Oberfläche auf der Seite der Verdrahtungsschicht 20W) vorgesehen. Beispielsweise wird die Vielzahl von Transistoren genutzt, um eine Ausleseschaltung (Read Out Circuit) für jedes Pixel P zu bilden. Die Verdrahtungsschicht 20W enthält beispielsweise von einer Seite des Elementsubstrats 10 aus einen Zwischenschicht-Isolierfilm 22A und einen Zwischenschicht-Isolierfilm 22B in dieser Reihenfolge, und diese Zwischenschicht-Isolierfilme 22A und 22B sind gestapelt vorgesehen. Beispielsweise sind in dem Zwischenschicht-Isolierfilm 22A eine Kontaktelektrode 22E und die Dummy-Elektrode 22ED vorgesehen. Die Mehrschicht-Verdrahtungsschicht 22C ist so vorgesehen, dass sie dem Elementsubstrat 10 mit der dazwischen angeordneten Verdrahtungsschicht 20W gegenüberliegt. Beispielsweise sind die Pad-Elektrode 22P und eine Vielzahl von Verdrahtungsleitungen 22CB in der Mehrschicht-Verdrahtungsschicht 22C vorgesehen. Die Zwischenschicht-Isolierfilme 22A und 22B bestehen jeweils aus beispielsweise einem anorganischen Isoliermaterial. Beispiele des anorganischen Isoliermaterials schließen Siliziumnitrid (SiN), Aluminiumoxid (Al2O3), Siliziumoxid (SiO2) und Hafniumoxid (HfO2) ein.
  • Die Kontaktelektrode 22E dient dazu, die erste Elektrode 11 und die Verdrahtungsleitung 22CB miteinander zu koppeln, und ist für jedes Pixel P im Elementgebiet R1 vorgesehen. Die Kontaktelektrode 22E ist mit der Kontaktelektrode 19E an der gebondeten Oberfläche S2 des Elementsubstrats 10 in Kontakt. Benachbarte Kontaktelektroden 22E sind durch den Zwischenschicht-Isolierfilm 22A elektrisch voneinander getrennt.
  • Die im peripheren Gebiet R2 vorgesehene Dummy-Elektrode 22ED ist mit der Dummy-Elektrode 19ED an der gebondeten Oberfläche S2 des Elementsubstrats 10 in Kontakt. Die Dummy-Elektrode 22ED wird beispielsweise im gleichen Schritt wie jenem der Kontaktelektrode 22E ausgebildet. Die Kontaktelektrode 22E und die Dummy-Elektrode 22ED bestehen jeweils aus beispielsweise einem Kupfer- (Cu-) Pad und sind zu einer Oberfläche des Ausleseschaltungssubstrats 20 freigelegt, die dem Elementsubstrat 10 gegenüberliegt. Das heißt, beispielsweise ist ein Cu-Cu-Bonding zwischen der Kontaktelektrode 19E und der Kontaktelektrode 22E und zwischen der Dummy-Elektrode 19ED und der Dummy-Elektrode 22ED eingerichtet. Dies ermöglicht eine Miniaturisierung des Pixels P, wenngleich eine detaillierte Beschreibung später gegeben wird.
  • Die mit der Kontaktelektrode 19E gekoppelte Verdrahtungsleitung 22CB ist mit einem nahe der Oberfläche des Halbleitersubstrats 21 vorgesehenen Transistor gekoppelt, was somit ermöglicht, dass die erste Elektrode 11 und eine Ausleseschaltung für jedes Pixel P miteinander gekoppelt sind. Die über das Loch H1 mit dem elektrisch leitfähigen Film 15B gekoppelte Verdrahtungsleitung 22CB ist beispielsweise mit einem vorbestimmten Potential gekoppelt. Auf diese Weise werden die einen (z. B. Löcher) der in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 13 erzeugten Ladungen durch die Ausleseschaltung von der ersten Elektrode 11 über die Kontaktelektroden 19E und 22E ausgelesen. Die anderen (z. B. Elektronen) der in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 13 erzeugten Ladungen werden über den elektrisch leitfähigen Film 15B von der zweiten Elektrode 15 zu einem vorbestimmten Potential entladen.
  • Die im peripheren Gebiet R2 vorgesehene Pad-Elektrode 22P dient dazu, eine elektrische Kopplung mit der Außenseite zu ermöglichen. Das Loch H2, das das Elementsubstrat 10 durchdringt, um die Pad-Elektrode 22P zu erreichen, ist nahe dem Chip-Ende E des Bildgebungselements 1 vorgesehen, und das Loch H2 ermöglicht eine elektrische Kopplung mit der Außenseite. Die Kopplung wird durch ein Verfahren wie etwa beispielsweise ein Drahtbonding oder einen Kontakthöcker eingerichtet. Beispielsweise kann ein vorbestimmtes Potential der zweiten Elektrode 15 von einem im Loch H2 vorgesehenen externen Anschluss über die Verdrahtungsleitung 22CB des Lochs H1 im Ausleseschaltungssubstrat 20 und den elektrisch leitfähigen Film 15B bereitgestellt werden. Als Folge der fotoelektrischen Umwandlung in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 13 kann eine von der ersten Elektrode 11 ausgelesene Signalspannung durch die Ausleseschaltung des Halbleitersubstrats 21 über die Kontaktelektroden 19E und 22E ausgelesen werden und kann die Signalspannung über die Ausleseschaltung an den im Loch H2 angeordneten externen Anschluss abgegeben werden. Die Signalspannung kann zum Beispiel zusätzlich zu der Ausleseschaltung über andere Schaltungen, die in dem Ausleseschaltungssubstrat 20 enthalten sind, an den externen Anschluss abgegeben werden. Andere Schaltungen beziehen sich zum Beispiel auf eine Signalverarbeitungsschaltung, eine Ausgabeschaltung und dergleichen.
  • Eine Dicke des Ausleseschaltungssubstrats 20 ist vorzugsweise größer als die Dicke des Elementsubstrats 10. Beispielsweise ist die Dicke des Ausleseschaltungssubstrats 20 vorzugsweise zweimal oder mehr, bevorzugter fünfmal oder mehr und noch bevorzugter zehnmal oder mehr größer als die Dicke des Elementsubstrats 10. Alternativ dazu beträgt die Dicke des Ausleseschaltungssubstrats 20 zum Beispiel 100 µm oder mehr, 150 µm oder mehr oder 200 µm oder mehr. Das Ausleseschaltungssubstrat 20 mit solch einer Dicke gewährleistet eine mechanische Festigkeit des Bildgebungselements 1. Es ist darauf hinzuweisen, dass das Ausleseschaltungssubstrat 20 entweder nur eine Schicht des die Schaltung bildenden Halbleitersubstrats 21 enthalten kann oder ferner zusätzlich zu dem die Schaltung bildenden Halbleitersubstrat 21 ein Substrat wie etwa ein Trägersubstrat umfassen kann.
  • [Konfiguration der Isolierschicht 17]
  • (A) von 2 veranschaulicht Querschnittskonfigurationen der Halbleiterschicht 10S und der Isolierschicht 17 eines einem Pixel P entsprechenden Gebiets, und (B) von 2 veranschaulicht planare Konfigurationen der Halbleiterschicht 10S und der Isolierschicht 17. Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf (A) und (B) von 2 eine Beschreibung einer detaillierten Konfiguration der Isolierschicht 17 gegeben. (A) von 2 ist eine inverse Veranschaulichung von 1B in der vertikalen Richtung (einer Z-Achsenrichtung).
  • Die Isolierschicht 171, die der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 13 mit der ersten Kontaktschicht 12 dazwischen gegenüberliegt, ist zum Beispiel in Kontakt mit der ersten Kontaktschicht 12 und der zweiten Isolierschicht 172. Die erste Isolierschicht 171 ist mit der ersten Öffnung 171M an einer Position versehen, die dem Diffusionsgebiet 12A gegenüberliegt. Die erste Öffnung 171M hat zum Beispiel eine im Wesentlichen kreisförmige planare (X-Y-Ebene in (B) von 2) Form und ist für jedes Pixel P vorgesehen. Das Diffusionsgebiet 12A ist so vorgesehen, dass es sich von einem der ersten Öffnung 171M gegenüberliegenden Gebiet in Richtung der Außenseite der ersten Öffnung 171M erstreckt. Die erste Öffnung 171M hat zum Beispiel eine im Wesentlichen rechteckige Querschnittsform. Eine kurze Seite des Rechtecks (Seite in der Z-Achsenrichtung in (A) von 2) kann gekrümmt sein.
  • Die erste Öffnung 171M wird beispielsweise mittels chemischer Ätzung gebildet. Die chemische Ätzung kann zum Beispiel ein Nassätzen, ein Ätzen mit Radikalen oder dergleichen sein. Das Vorsehen der ersten Öffnung 171M, die mittels solch einer chemischen Ätzung in der ersten Isolierschicht 171 zwischen der ersten Kontaktschicht 12 und der zweiten Isolierschicht 172 gebildet wird, macht es möglich, eine Verschlechterung nahe einer Oberfläche der ersten Kontaktschicht 12 (einer Oberfläche auf der Seite der ersten Isolierschicht 171) aufgrund einer anisotropen Ätzung zu unterdrücken, obgleich eine detaillierte Beschreibung später gegeben wird.
  • Die erste Isolierschicht 171 besteht aus einem chemisch ätzbaren Material und enthält zum Beispiel Aluminiumoxid (Al2O3), Siliziumnitrid (SiN), Hafniumoxid (Hf2O), Siliziumoxid (SiO2), Siliziumoxinitrid (SiON), Tetraethylorthosilikat (TEOS: Tetra-Ethyl-Ortho-Silicate), Lanthanoxid (La2O3) oder dergleichen.
  • Die zweite Isolierschicht 172, die der ersten Kontaktschicht 12 gegenüberliegt, wobei die erste Isolierschicht 171 dazwischen angeordnet ist, ist zum Beispiel in Kontakt mit der ersten Isolierschicht 171 und der ersten Kontaktschicht 12. Die zweite Isolierschicht 172 ist mit der zweiten Öffnung 172M versehen, die mit der ersten Öffnung 171M der ersten Isolierschicht 171 in Verbindung steht. Die zweite Öffnung 172M hat zum Beispiel eine im Wesentlichen kreisförmige planare (X-Y-Ebene in (B) von 2) Form und ist für jedes Pixel P vorgesehen. Eine Größe der ebenen Form der zweiten Öffnung 172M ist entsprechend der Anordnung der ersten Elektrode 11 (Größe des Pixels P) definiert. In der vorliegenden Ausführungsform ist die planare Form der zweiten Öffnung 172M kleiner als eine planare Form der ersten Öffnung 171M. Dies macht es einfacher, einen Zwischenraum zwischen benachbarten zweiten Öffnungen 172M zu verringern, was somit ermöglicht, eine Miniaturisierung des Pixels zu erleichtern, obgleich eine detaillierte Beschreibung später gegeben wird.
  • Die zweite Öffnung 172M ist an einer Position angeordnet, die die erste Öffnung 171M zum Beispiel in Draufsicht (X-Y-Ebene in (B) von 2) überlappt. Ein Durchmesser der zweiten Öffnung 172M ist kleiner als ein Durchmesser der ersten Öffnung 171M. Beispielsweise ist die zweite Öffnung 172M in Draufsicht innerhalb der ersten Öffnung 171M angeordnet.
  • Die zweite Öffnung 172M wird unter Ausnutzung beispielsweise einer anisotropen Ätzung ausgebildet. Die Ausbildung der zweiten Öffnung 172M unter Ausnutzung einer anisotropen Ätzung ermöglicht eine einfache Ausbildung der zweiten Öffnung 172M unter der Bedingung einer relativ hohen Ätzselektivität.
  • 3 veranschaulicht ein anderes Beispiel der Querschnittsform der zweiten Öffnung 172M. Die zweite Öffnung 172M kann beispielsweise eine verjüngte bzw. kegelförmige Form aufweisen. Zum Beispiel kann sich die zweite Öffnung 172M von der ersten Isolierschicht 171 weg verjüngen. Es ist darauf hinzuweisen, dass sich die Größe der zweiten Öffnung 172 auf eine Größe der zweiten Öffnung 172M an einer Oberfläche auf der Seite der ersten Elektrode 11 (einer oberen Oberfläche auf dem Blatt von 3) bezieht.
  • Die zweite Isolierschicht 172 besteht aus einem anisotrop ätzbaren Material und besteht vorzugsweise aus einem Material, das unter der Bedingung einer vorbestimmten anisotropen Ätzung leichter als ein Bestandteilmaterial der ersten Isolierschicht 171 anisotrop geätzt wird. Das heißt, das Bestandteilmaterial der zweiten Isolierschicht 172 ist vom Bestandteilmaterial der ersten Isolierschicht 171 vorzugsweise verschieden. Beispielsweise enthält die zweite Isolierschicht 172 Tetraethylorthosilikat (TEOS) etc.
  • [Herstellungsverfahren des Bildgebungselements 1]
  • Das Bildgebungselement 1 kann zum Beispiel wie folgt hergestellt werden. 4A bis 6C veranschaulichen Herstellungsschritte des Bildgebungselements 1 in der Reihenfolge der Schritte.
  • Zunächst wird, wie in 4A veranschaulicht ist, auf einem Wachstumssubstrat 31, das zum Beispiel InP enthält, die Halbleiterschicht 10S epitaktisch aufgewachsen. Das Wachstumssubstrat 31 hat beispielsweise eine Dicke von mehreren hundert µm, und die Halbleiterschicht 10S hat beispielsweise eine Dicke von mehreren µm. Danach wird die Haftschicht B als Film auf der Halbleiterschicht 10S gebildet, wie in 4B veranschaulicht ist. Das Wachstumssubstrat 31 weist zum Beispiel einen Durchmesser von sechs Zoll oder weniger auf. Die Ausbildung der Halbleiterschicht 10S wird durchgeführt, indem beispielsweise InP vom n-typ, das die erste Kontaktschicht 12 bildet, InGaAs vom i-Typ, das die fotoelektrischen Umwandlungsschicht 13 bildet, und InP vom n-Typ, das die zweite Kontaktschicht 14 bildet, in dieser Reihenfolge epitaktisch aufgewachsen werden. Beispielsweise können eine Pufferschicht und eine Stoppschicht auf dem Wachstumssubstrat 31 ausgebildet werden, und danach kann die Halbleiterschicht 10S gebildet werden.
  • Als Nächstes wird, wie in 4C veranschaulicht ist, das Wachstumssubstrat 31, auf dem die Halbleiterschicht 10S ausgebildet ist, an das temporäre Substrat 33 gebondet, wobei die Haftschicht B dazwischen angeordnet wird. Das temporäre Substrat 33 enthält beispielsweise eine Isolierschicht (eine Isolierschicht 33IA) und ein Substrat 33S. Die Isolierschicht 33IA ist zum Beispiel zwischen der Haftschicht B und dem Substrat 33S angeordnet. Als das temporäre Substrat 33 wird ein Substrat verwendet, das einen größeren Durchmesser als jener des Wachstumssubstrats 31 aufweist; als das Substrat 33S wird beispielsweise ein Silizium- (Si-) Substrat verwendet. Das temporäre Substrat 33 hat einen Durchmesser von zum Beispiel acht Zoll bis zwölf Zoll. Das Bonden des Wachstumssubstrats 31 mit einem kleinen Durchmesser an das temporäre Substrat 33 mit einem großen Durchmesser ermöglicht eine Verwendung verschiedener Vorrichtungen für ein Substrat mit großem Durchmesser, wenn das Elementsubstrat 10 gebildet wird. Dies ermöglicht beispielsweise ein Cu-Cu-Bonding als das Bonding zwischen dem Ausleseschaltungssubstrat 20 und dem Elementsubstrat 10, was somit möglich macht, das Pixel P zu miniaturisieren. Das Bonding des Wachstumssubstrats 31 an das temporäre Substrat 33 kann mittels eines plasmaaktivierten Bondings, eines Bondings bei normaler Temperatur, eines Bondings unter Verwendung eines Haftmittels (Haftmittel-Bonding) oder dergleichen durchgeführt werden. Auf diese Weise wird zum Beispiel eine waferförmige Halbleiterschicht 10S an das temporäre Substrat 33 gebondet. Das temporäre Substrat 33 hat eine Dicke von zum Beispiel mehreren hundert µm.
  • Nach einem Bonden des Wachstumssubstrats 31, auf dem die Halbleiterschicht 10S ausgebildet ist, an das temporäre Substrat 33 wird das Wachstumssubstrat 31 wie in 5 veranschaulicht entfernt. Das Entfernen des Wachstumssubstrats 31 kann durch mechanisches Schleifen, CMP (Chemical Mechanical Polishing: chemisch-mechanisches Polieren), Nassätzen, Trockenätzen oder dergleichen durchgeführt werden. Zu dieser Zeit kann ein Bereich des Wachstumssubstrats 31 zurückbleiben. Außerdem kann die Halbleiterschicht 10S teilweise geätzt werden.
  • Anschließend wird, wie in 5B veranschaulicht ist, zum Beispiel die Halbleiterschicht 10S auf eine vorbestimmte Größe entsprechend einer Markierung des temporären Substrats 33 geätzt. Die ermöglicht eine Ausbildung von Halbleiterschichten 10S in einem Zustand einer Vielzahl von Chips. 5B veranschaulicht zwei Halbleiterschichten 10S unter den Halbleiterschichten 10S im Zustand einer Vielzahl von Chips.
  • Nach der Ausbildung der Halbleiterschicht 10S werden die erste Isolierschicht 171 und die zweite Isolierschicht 172 als Filme in dieser Reihenfolge auf der Halbleiterschicht 10S (ersten Kontaktschicht 12) ausgebildet, wie in 6A veranschaulicht ist. Es ist darauf hinzuweisen, dass 6A bis 6C jeweils ein Gebiet einer Halbleiterschicht 10S veranschaulichen, das einem Pixel P entspricht, wobei eine Veranschaulichung des temporären Substrats 33 und der Haftschicht B weggelassen ist. Beispielsweise werden die erste Isolierschicht 171 und die zweite Isolierschicht 172 als Filme ausgebildet, um die obere Oberfläche und die seitliche Oberfläche der Halbleiterschicht 10S in einem Zustand eines Chips zu bedecken.
  • Nach der Ausbildung der zweiten Halbleiterschicht 172 als Film wird die zweite Öffnung 172M in der zweiten Isolierschicht 172 unter Ausnutzung einer anisotropen Ätzung wie in 6B veranschaulicht ausgebildet. Unter der Bedingung der anisotropen Ätzung wird die erste Isolierschicht 171 kaum geätzt. Die Verwendung der anisotropen Ätzung ermöglicht eine einfache Ausbildung der zweiten Öffnung 172M unter der Bedingung einer relativ hohen Ätzselektivität.
  • Nach der Ausbildung der zweiten Öffnung 172M wird die erste Öffnung 171M, die größer als die zweite Öffnung 172M ist, wie in 6C veranschaulicht in der ersten Isolierschicht 171 gebildet. Die erste Öffnung 171M wird ausgebildet, indem die erste Isolierschicht 171 durch die zweite Öffnung 172M chemisch geätzt wird. Die erste Öffnung 171M wird hier unter Verwendung einer chemischen Ätzung in der ersten Isolierschicht 171 näher zur ersten Kontaktschicht 12 als die zweite Isolierschicht 172 ausgebildet, was somit ermöglicht, eine Verschlechterung der ersten Kontaktschicht 12 aufgrund einer anisotropen Ätzung zu unterdrücken.
  • Nach der Ausbildung der ersten Öffnung 171M wird in der ersten Kontaktschicht 12 das Diffusionsgebiet 12A ausgebildet. Das Diffusionsgebiet 12A wird zum Beispiel mittels einer Diffusion aus der Gasphase von Störstellen vom p-Typ durch die erste Öffnung 171M gebildet. Dies ermöglicht eine Ausbildung des Diffusionsgebiets 12A in einem selektiven Gebiet der ersten Kontaktschicht 12. Eine Diffusionstiefe beträgt zum Beispiel mehrere hundert nm, und im Wesentlichen wird eine isotrope Diffusion durchgeführt.
  • Nach Bereitstellung des Diffusionsgebiets 12A in der Halbleiterschicht 10S wird auf der zweiten Isolierschicht 172 die erste Elektrode 11 ausgebildet. Beispielsweise wird ein gestapelter Film aus Titan (Ti)/Wolfram (W) in der in der zweiten Isolierschicht 172 vorgesehenen zweiten Öffnung 172M mittels eines CVD- (chemischen Gasphasenabscheidungs-) Verfahrens, eines PVD- (physikalischen Gasphasenabscheidungs-) Verfahrens, eines ALD- (Atomlagenabscheidungs-) Verfahrens, eines Gasphasenabscheidungsverfahrens oder dergleichen ausgebildet, und danach wird der gestapelte Film unter Verwendung einer Fotolithografie und Ätzung strukturiert, um dadurch die erste Elektrode 11 zu bilden. Die zweite Öffnung 172M, die verhältnismäßig klein ist, wird hier unter Ausnutzung einer anisotropen Ätzung gebildet, was folglich ermöglicht, ein Intervall zwischen benachbarten ersten Elektroden 11 zu verringern.
  • Nach der Ausbildung der ersten Elektrode 11 werden die eingebettete Schicht 18, die Verdrahtungsschicht 10S und das Ausleseschaltungssubstrat 20 in dieser Reihenfolge gebildet. Anschließend werden das temporäre Substrat 33 und die Haftschicht B entfernt. Als Nächstes werden die zweite Elektrode 15 und der Passivierungsfilm 16 in dieser Reihenfolge auf der zweiten Kontaktschicht 14 gebildet. Danach werden das Loch H1 und der elektrisch leitfähige Film 15B ausgebildet. Dies ermöglicht, dass die zweite Elektrode 15 und das Ausleseschaltungssubstrat 20 elektrisch miteinander gekoppelt werden.
  • Schließlich wird das Loch H2 ausgebildet, das das Elementsubstrat 10 durchdringt, um die Pad-Elektrode 22P des Ausleseschaltungssubstrats 20 zu erreichen. Dies komplettiert das in 1A und 1B veranschaulichte Bildgebungselement 1.
  • [Betrieb des Bildgebungselements 1]
  • Im Bildgebungselement 1 wird, wenn Licht (z. B. Licht mit Wellenlängen in einem sichtbaren Bereich und einem Infrarotbereich) über den Passivierungsfilm 16, die zweite Elektrode 15 und die zweite Kontaktschicht 14 in die fotoelektrische Umwandlungsschicht 13 eintritt, das Licht in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 13 absorbiert. Dies erzeugt in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 13 Paare von Löchern (Löchern) und Elektronen (eine fotoelektrische Umwandlung wird durchgeführt). Zu dieser Zeit tritt beispielsweise, wenn eine vorbestimmte Spannung an die erste Elektrode 11 angelegt ist, ein Potentialgradient in der fotoelektrischen Umwandlungsschicht 13 auf und bewegen sich die einen (z. B. Löcher) der erzeugten Ladungen als Signalladungen zum Diffusionsgebiet 12A, um aus dem Diffusionsgebiet 12A zur ersten Elektrode 11 gesammelt zu werden. Die Signalladungen bewegen sich durch die Kontaktelektroden 19E und 22E zum Halbleitersubstrat 21, um für jedes Pixel P gelesen zu werden.
  • [Arbeitsweisen und Effekte des Bildgebungselements 1]
  • Im Bildgebungselement 1 der vorliegenden Ausführungsform hat der Isolierfilm 17 von der Seite der ersten Kontaktschicht 12 aus eine gestapelte Struktur aus der ersten Isolierschicht 171 und der zweiten Isolierschicht 172 in dieser Reihenfolge. Die zweite Isolierschicht 172, die von der Kontaktschicht 12 entfernter gelegen ist, ist mit der zweiten Öffnung 172M versehen, die kleiner als die erste Öffnung 171M der ersten Isolierschicht 171 ist. Dies ermöglicht eine einfache Einstellung des Intervalls zwischen den benachbarten zweiten Öffnungen 172M, was somit beispielsweise möglich macht, eine Miniaturisierung des Pixels P zu erleichtern. Im Folgenden wird hier eine Beschreibung der Arbeitsweisen und Effekte in Bezug auf ein Vergleichsbeispiel gegeben.
  • 7 veranschaulicht schematisch eine Querschnittskonfiguration eines Hauptteils eines Bildgebungselements (eines Bildgebungselements 100) gemäß dem Vergleichsbeispiel. 7 veranschaulicht die Halbleiterschicht 10S und einen Isolierfilm 117 eines Teils, der einem Pixel entspricht. Das Bildgebungselement 100 enthält auf der ersten Kontaktschicht 12 den Isolierfilm 117. Der Isolierfilm 117 ist mit einer Öffnung (einer Öffnung 117M) mit einer vorbestimmten Größe von einer oberen Oberfläche zu einer unteren Oberfläche versehen. Die erste Kontaktschicht 12 ist mit dem Diffusionsgebiet 12A so versehen, dass es sich von der Öffnung 117M in Draufsicht (X-Y-Ebene in 7) ausdehnt. Beispielsweise ist eine Elektrode (siehe die erste Elektrode 11 in 1B) in der Öffnung 117M eingebettet. Die Öffnung 117M wird beispielsweise mittels chemischer Ätzung gebildet. Dies macht es schwierig, eine kleine Öffnung 117M für jedes Pixel auszubilden.
  • Die Miniaturisierung eines Pixels zieht die Notwendigkeit der Ausbildung der kleinen Öffnung 117M nach sich. Beispielsweise ermöglicht eine Ausbildung der Öffnung 117M unter Ausnutzung einer anisotropen Ätzung die kleinere Öffnung 117M. Jedoch besteht eine Möglichkeit, dass die Oberfläche der ersten Kontaktschicht 12 aufgrund einer anisotropen Ätzung, wenn der Isolierfilm 117 in Kontakt mit der ersten Kontaktschicht 12 der anisotropen Ätzung unterzogen wird, verschlechtert werden kann. Beispielsweise wird aufgrund der anisotropen Ätzung eine veränderte Schicht auf der Oberfläche der ersten Kontaktschicht 12 gebildet. Die veränderte Schicht hemmt eine Diffusion von Störstellen zu der Zeit, zu der das Diffusionsgebiet 12A gebildet wird. Dies macht es wahrscheinlicher, dass ein Dunkelstrom nahe dem Diffusionsgebiet 12A erzeugt wird, was folglich die Erzeugung von Rauschen verursacht. Aufgrund der anisotropen Ätzung entweicht außerdem wahrscheinlicher Phosphor (P) aus der ersten Kontaktschicht 12. Ferner ist es schwierig, dass die erste Kontaktschicht 12, die für solch eine anisotrope Ätzung anfällig ist, eine reduzierte Dicke aufweist.
  • Indes hat im Bildgebungselement 1 der Isolierfilm 17 eine gestapelte Struktur der ersten Isolierschicht 171 und der zweiten Isolierschicht 172. Dies macht es möglich, die erste Öffnung 171M der ersten Isolierschicht 171 unter Ausnutzung einer anisotropen Ätzung klein auszubilden und die zweite Öffnung 172M der zweiten Isolierschicht 172 in Kontakt mit der ersten Kontaktschicht 12 mittels chemischer Ätzung auszubilden.
  • Es ist möglich, die Größe der unter Ausnutzung der anisotropen Ätzung ausgebildeten ersten Öffnung 171M zu reduzieren, um beispielsweise den Entwurf (Pitch bzw. Abstand von Mitte zu Mitte) der ersten Elektrode 11 anzupassen. Somit ist es möglich, eine Miniaturisierung des Pixels P zu erleichtern. Außerdem wird die zweite Öffnung 172M, die einen großen Einfluss auf die erste Kontaktschicht 12 hat, unter Ausnutzung einer chemischen Ätzung ausgebildet, was folglich ermöglicht, die Verschlechterung der ersten Kontaktschicht 12 aufgrund der anisotropen Ätzung zu unterdrücken. Dies macht es möglich, die Erzeugung von Dunkelstrom zu unterdrücken und folglich Rauschen zu reduzieren. Außerdem ist es möglich, das Entweichen von Phosphor (P) aus der ersten Kontaktschicht 12 zu unterdrücken. Ferner ist es möglich, die Dicke der ersten Kontaktschicht 12 zu reduzieren.
  • Wie oben beschrieben wurde, ermöglicht im Bildgebungselement 1 der vorliegenden Ausführungsform die Bereitstellung der zweiten Isolierschicht 172 mit der zweiten Öffnung 172M, die kleiner als die erste Öffnung 171M ist, eine einfache Einstellung des Intervalls zwischen den benachbarten zweiten Öffnungen 172M. Dies macht es möglich, einen Freiheitsgrad des Entwurfs zu erhöhen und somit beispielsweise eine Miniaturisierung des Pixels P zu erleichtern.
  • <Anwendungsbeispiel>
  • Das oben beschriebene Bildgebungselement ist für verschiedene Arten elektronischer Einrichtungen (Bildgebungseinrichtungen) wie etwa eine Kamera verwendbar, die zum Beispiel ein Bild eines Infrarotbereichs aufnehmen kann. 8 veranschaulicht eine skizzenhafte Konfiguration einer elektronischen Einrichtung 3 (Kamera) als ein Beispiel davon. Diese elektronische Einrichtung 3 ist beispielsweise eine Kamera, die ein Standbild fotografieren oder ein bewegtes Bild bzw. einen Film aufnehmen kann. Die elektronische Einrichtung 3 enthält zum Beispiel das Bildgebungselement 1, ein optisches System (optische Linse) 310, eine Blendenvorrichtung 311, eine Ansteuerungssektion 313, die das Bildgebungselement 1 und die Blendenvorrichtung 311 ansteuert, und eine Signalverarbeitungssektion 312.
  • Das optische System 310 führt Abbildungslicht (einfallendes Licht) von einem Objekt zum Bildgebungselement 1 im Bildgebungselement 1. Das optische System 310 kann aus einer Vielzahl optischer Linsen bestehen. Die Blendenvorrichtung 311 steuert Perioden einer Lichtbestrahlung und Lichtabschirmung bezüglich des Bildgebungselements 1. Die Ansteuerungssektion 313 steuert einen Übertragungsbetrieb des Bildgebungselements 1 und einen Blendenbetrieb der Blendenvorrichtung 311. Die Signalverarbeitungssektion 312 führt verschiedene Arten einer Signalverarbeitung an einem vom Bildgebungselement 1 ausgegebenen Signal durch. Ein Bildsignal Dout nach der Signalverarbeitung wird in einem Speichermedium wie etwa einem Speicher gespeichert oder an einen Monitor ausgegeben, etc.
  • <Beispiel einer praktischen Anwendung für ein in-Vivo-Informationserfassungssystem>
  • Ferner kann die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung (vorliegende Technologie) für verschiedene Produkte verwendet werden. Beispielsweise kann die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung für ein System zur endoskopischen Chirurgie verwendet werden.
  • 9 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer schematischen Konfiguration eines In-Vivo-Informationserfassungssystems für einen Patienten unter Verwendung eines Endoskops vom Kapseltyp darstellt, für das die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung (vorliegende Technologie) verwendet werden kann.
  • Das In-Vivo-Informationserfassungssystem 10001 enthält das Endoskop 10100 vom Kapseltyp und eine externe Steuerungseinrichtung 10200.
  • Das Endoskop 10100 vom Kapseltyp wird zur Untersuchungszeit von einem Patienten geschluckt. Das Endoskop 10100 vom Kapseltyp hat eine Bildaufnahmefunktion und eine Funktion zur drahtlosen Kommunikation und nimmt nacheinander ein Bild aus dem Inneren eines Organs wie etwa des Magens oder eines Darms (worauf im Folgenden auch als In-Vivo-Bild verwiesen wird) in vorbestimmten Intervallen auf, während es sich mittels peristaltischer Bewegung innerhalb des Organs während eines Zeitraums bewegt, bis es vom Patienten auf natürlichem Wege ausgeschieden wird. Das Endoskop 10100 vom Kapseltyp überträgt dann drahtlos sukzessiv eine Information des In-Vivo-Bilds zu der externen Steuerungseinrichtung 10200 außerhalb des Körpers.
  • Die externe Steuerungseinrichtung 10200 steuert integral einen Betrieb des In-Vivo-Informationserfassungssystems 10001. Darüber hinaus empfängt die externe Steuerungseinrichtung 10200 eine Information eines vom Endoskop 10100 vom Kapseltyp dorthin übertragenen In-Vivo-Bilds und erzeugt Bilddaten zum Anzeigen des In-Vivo-Bilds auf einer (nicht dargestellten) Anzeigeeinrichtung auf der Grundlage der empfangenen Information des In-Vivo-Bilds.
  • Im In-Vivo-Informationserfassungssystem 10001 kann ein In-Vivo-Bild, das einen Zustand des Inneren des Körpers eines Patienten aufgenommen hat, auf diese Weise zu jeder beliebigen Zeit während eines Zeitraums erfasst werden, bis das Endoskop 10100 vom Kapseltyp ausgeschieden wird, nachdem es geschluckt wird.
  • Eine Konfiguration und Funktionen des Endoskops 10100 vom Kapseltyp und der externen Steuerungseinrichtung 10200 werden im Folgenden detaillierter beschrieben.
  • Das Endoskop 10100 vom Kapseltyp weist ein Gehäuse 10101 vom Kapseltyp auf, worin eine Lichtquelleneinheit 10111, eine Bildaufnahmeeinheit 10112, eine Bildverarbeitungseinheit 10113, eine Einheit 10114 zur drahtlosen Kommunikation, eine Stromzuführungseinheit 10115, eine Stromversorgungseinheit 10116 und eine Steuerungseinheit 10117 untergebracht sind.
  • Die Lichtquelleneinheit 10111 enthält eine Lichtquelle wie etwa beispielsweise eine lichtemittierende Diode (LED) und strahlt Licht auf ein Bildaufnahme-Sichtfeld der Bildaufnahmeeinheit 10112.
  • Die Bildaufnahmeeinheit 10112 enthält ein Bildaufnahmeelement und ein optisches System, das eine Vielzahl Linsen umfasst, die bei einer dem Bildaufnahmeelement vorhergehenden Stufe vorgesehen sind. Reflektiertes Licht (worauf im Folgenden als Beobachtungslicht verwiesen wird) von Licht, das auf ein Körpergewebe gestrahlt wird, das ein Beobachtungsziel ist, wird durch das optische System gesammelt und wird in das Bildaufnahmeelement eingeführt. In der Bildaufnahmeeinheit 10112 wird das einfallende Beobachtungslicht durch das Bildaufnahmeelement fotoelektrisch umgewandelt, wodurch ein dem Beobachtungslicht entsprechendes Bildsignal erzeugt wird. Das durch die Bildaufnahmeeinheit 10112 erzeugte Bildsignal wird der Bildverarbeitungseinheit 10113 bereitgestellt.
  • Die Bildverarbeitungseinheit 10113 enthält einen Prozessor wie etwa eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) oder eine Graphikverarbeitungseinheit (GPU) und führt verschiedene Signalprozesse für ein durch die Bildaufnahmeeinheit 10112 erzeugtes Bildsignal durch. Die Bildverarbeitungseinheit 10113 stellt das Bildsignal, für das die Signalprozesse durchgeführt worden sind, damit der Einheit 10114 zur drahtlosen Kommunikation als Rohdaten bereit.
  • Die Einheit 10114 zur drahtlosen Kommunikation führt einen vorbestimmten Prozess wie etwa einen Modulationsprozess für das Bildsignal durch, für das die Signalprozesse durch die Bildverarbeitungseinheit 10113 durchgeführt wurden, und überträgt das resultierende Bildsignal über eine Antenne 10114A zur externen Steuerungseinrichtung 10200. Darüber hinaus empfängt die Einheit 10114 zur drahtlosen Kommunikation ein auf eine Antriebssteuerung des Endoskops 10100 vom Kapseltyp bezogenes Steuersignal von der externen Steuerungseinrichtung 10200 über die Antenne 10114A. Die Einheit 10114 zur drahtlosen Kommunikation liefert das von der externen Steuerungseinrichtung 10200 empfangene Steuersignal an die Steuerungseinheit 10117.
  • Die Stromzuführungseinheit 10115 enthält eine Antennenspule zur Leistungsaufnahme, eine Leistungsrückgewinnungsschaltung zum Rückgewinnen elektrischer Leistung von in der Antennenspule erzeugtem Strom, eine Spannungsverstärkerschaltung und dergleichen. Die Stromzuführungseinheit 10115 erzeugt elektrische Leistung unter Verwendung eines Prinzips einer sogenannten kontaktfreien Aufladung.
  • Die Stromversorgungseinheit 10116 enthält eine Sekundärbatterie und speichert die durch die Stromzuführungseinheit 10115 erzeugte elektrische Leistung. In 34 sind, um eine komplizierte Veranschaulichung zu vermeiden, eine Pfeilmarkierung, die ein Versorgungsziel der elektrischen Energie von der Stromversorgungseinheit 10116 angibt, usw. weggelassen. Die in der Stromversorgungseinheit 10116 gespeicherte elektrische Leistung wird jedoch der Lichtquelleneinheit 10111, der Bildaufnahmeeinheit 10112, der Bildverarbeitungseinheit 10113, der Einheit 10114 zur drahtlosen Kommunikation und der Steuerungseinheit 10117 bereitgestellt und kann genutzt werden, um diese anzusteuern.
  • Die Steuerungseinheit 10117 enthält einen Prozessor wie etwa eine CPU und steuert geeignet eine Ansteuerung der Lichtquelleneinheit 10111, der Bildaufnahmeeinheit 10112, der Bildverarbeitungseinheit 10113, der Einheit 10114 zur drahtlosen Kommunikation und der Stromzuführungseinheit 10115 gemäß einem von der externen Steuerungseinrichtung 10200 dorthin übertragenen Steuersignal.
  • Die externe Steuerungseinrichtung 10200 enthält einen Prozessor wie etwa eine CPU oder eine GPU, einen Mikrocomputer, eine Steuerungsplatine oder dergleichen, worin ein Prozessor und ein Speicherelement wie etwa ein Speicher gemischt integriert sind. Die externe Steuerungseinrichtung 10200 überträgt über eine Antenne 10200A ein Steuersignal zur Steuerungseinheit 10117 des Endoskops 10100 vom Kapseltyp, um den Betrieb des Endoskops 10100 vom Kapseltyp zu steuern. Im Endoskop 10100 vom Kapseltyp kann beispielsweise eine Bestrahlungsbedingung von Licht auf ein Beobachtungsziel der Lichtquelleneinheit 10111 zum Beispiel gemäß einem Steuerungssignal von der externen Steuerungseinrichtung 10200 geändert werden. Darüber hinaus kann eine Bildaufnahmebedingung (zum Beispiel eine Frame-Rate, ein Belichtungswert oder dergleichen in der Bildaufnahmeeinheit 10112) gemäß einem Steuerungssignal von der externen Steuerungseinrichtung 10200 geändert werden. Ferner kann der Gehalt einer Verarbeitung durch die Bildverarbeitungseinheit 10113 oder eine Bedingung zum Übertragen eines Bildsignals von der Einheit 10114 zur drahtlosen Kommunikation (zum Beispiel ein Übertragungsintervall, die Anzahl an Übertragungsbildern und dergleichen) gemäß einem Steuerungssignal von der externen Steuerungseinrichtung 10200 geändert werden.
  • Darüber hinaus führt die externe Steuerungseinrichtung 10200 verschiedene Bildprozesse für ein Bildsignal aus, das von dem Endoskop 10100 vom Kapseltyp dorthin übertragen wurde, um Bilddaten zum Anzeigen eines aufgenommenen In-Vivo-Bilds auf der Anzeigeeinrichtung zu erzeugen. Als die Bildprozesse können verschiedene Signalprozesse ausgeführt werden, wie etwa beispielsweise ein Entwicklungsprozess (Prozess zum Demosaicing), ein eine Bildqualität verbessernder Prozess (ein Prozess zur Bandbreitenerweiterung, ein Superauflösungsprozess, ein Prozess zur Rauschunterdrückung (NR) und/oder ein Bildstabilisierungsprozess) und/oder ein Vergrößerungsprozess (Prozess eines elektronischen Zoom). Die externe Steuerungseinrichtung 10200 steuert eine Ansteuerung der Anzeigeeinrichtung, um die Anzeigeeinrichtung zu veranlassen, auf der Basis erzeugter Bilddaten aufgenommene In-Vivo-Bilder anzuzeigen. Alternativ dazu kann die externe Steuerungseinrichtung 10200 auch eine (nicht veranschaulichte) Aufzeichnungseinrichtung steuern, um erzeugte Bilddaten aufzuzeichnen, oder eine (nicht veranschaulichte) Druckeinrichtung steuern, um erzeugte Bilddaten auszudrucken.
  • Oben wurde ein Beispiel des In-Vivo-Informationserfassungssystems beschrieben, für das die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann. Die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann für zum Beispiel die Bildaufnahmeeinheit 10112 der oben beschriebenen Komponenten verwendet werden. Dies macht es möglich, eine Detektionsgenauigkeit zu verbessern.
  • <Beispiel einer praktischen Anwendung für ein System für endoskopische Chirurgie>
  • Die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung (vorliegenden Technologie) kann für verschiedene Produkte verwendet werden. Beispielsweise kann die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung für ein System für endoskopische Chirurgie verwendet werden.
  • 10 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer schematischen Konfiguration eines Systems für endoskopische Chirurgie darstellt, für das die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung (vorliegende Technologie) verwendet werden kann.
  • In 10 ist ein Zustand veranschaulicht, in welchem ein Chirurg (Arzt) 11131 gerade ein System 11000 für endoskopische Chirurgie verwendet, um einen chirurgischen Eingriff an einem Patienten 11132 auf einem Patientenbett 11133 durchzuführen. Wie dargestellt umfasst das System 11000 für endoskopische Chirurgie ein Endoskop 11100, andere chirurgische Instrumente 11110 wie etwa ein Pneumoperitoneum-Rohr 11111 und eine Energiebehandlungsvorrichtung 11112, eine Trägerarmeinrichtung 11120, die das Endoskop 11100 darauf trägt, und einen Rollwagen 11200, auf welchem verschiedene Einrichtungen für endoskopische Chirurgie montiert sind.
  • Das Endoskop 11100 umfasst einen Linsentubus 11101, mit einem Bereich vorbestimmter Länge von dessen Distalende, um in einen Körperhohlraum des Patienten 11132 eingeführt zu werden, und einen Kamerakopf 11102, der mit einem Proximalende des Linsentubus 11101 verbunden ist. In dem dargestellten Beispiel ist das Endoskop 11100 dargestellt, das ein steifes Endoskop mit dem Linsentubus 11101 vom harten Typ umfasst. Das Endoskop 11100 kann jedoch ansonsten als flexibles bzw. biegsames Endoskop mit dem Linsentubus 11101 vom biegsamen Typ einbezogen sein.
  • An seinem Distalende weist der Linsentubus 11101 eine Öffnung auf, in welche eine Objektlinse eingepasst ist. Eine Lichtquelleneinrichtung 11203 ist mit dem Endoskop 11100 so verbunden, dass von der Lichtquelleneinrichtung 11203 erzeugtes Licht in ein Distalende des Linsentubus 11101 durch eine Lichtführung eingeführt wird, die sich innerhalb des Linsentubus 11101 erstreckt, und in Richtung eines Beobachtungsziels in einem Körperhohlraum des Patienten 11132 durch die Objektlinse gestrahlt wird. Es ist besonders zu erwähnen, dass das Endoskop 11100 ein Endoskop für Geradeaussicht sein kann oder ein Endoskop für Schrägsicht oder ein Endoskop für eine Seitensicht sein kann.
  • Ein optisches System und ein Bildaufnahmeelement sind innerhalb des Kamerakopfes 11102 so vorgesehen, dass reflektiertes Licht (Beobachtungslicht) vom Beobachtungsziel durch das optische System auf dem Bildaufnahmeelement zusammengeführt bzw. gesammelt wird. Das Beobachtungslicht wird durch das Bildaufnahmeelement photoelektrisch umgewandelt, um ein dem Beobachtungslicht entsprechendes elektrisches Signal, nämlich ein einem Beobachtungsbild entsprechendes Bildsignal, zu erzeugen. Das Bildsignal wird als Rohdaten zu einer CCU 11201 übertragen.
  • Die CCU 11201 enthält eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), eine Graphikverarbeitungseinheit (GPU) oder dergleichen und steuert übergreifend bzw. integral eine Operation des Endoskops 11100 und einer Anzeigeeinrichtung 11202. Ferner empfängt die CCU 11201 ein Bildsignal vom Kamerakopf 11102 und führt für das Bildsignal verschiedene Bildprozesse zum Anzeigen eines auf dem Bildsignal basierenden Bildes wie etwa beispielsweise einen Entwicklungsprozess (Demosaicing-Prozess) durch.
  • Die Anzeigeeinrichtung 11202 zeigt darauf ein Bild, das auf einem Bildsignal basiert, für das von der CCU 11201 die Bildprozesse durchgeführt wurden, unter einer Steuerung der CCU 11201 an.
  • Die Lichtquelleneinrichtung 11203 enthält eine Lichtquelle, wie etwa beispielsweise eine lichtemittierende Diode (LED), und führt Bestrahlungslicht bei einer Abbildung eines Bereichs eines chirurgischen Eingriffs dem Endoskop 11100 zu.
  • Eine Eingabeeinrichtung 11204 ist eine Eingabeschnittstelle für das System 11000 für endoskopische Chirurgie. Ein Nutzer kann über die Eingabeeinrichtung 11204 Eingaben verschiedener Arten einer Information oder Anweisung durchführen, die in das System 11000 für endoskopische Chirurgie eingegeben werden. Beispielsweise gibt der Nutzer eine Anweisung oder dergleichen, um eine Bildaufnahmebedingung (eine Art von Bestrahlungslicht, eine Vergrößerung, eine Brennweite oder dergleichen) durch das Endoskop 11100 zu ändern, ein.
  • Eine Einrichtung 11205 zur Steuerung eines Behandlungsinstruments steuert eine Ansteuerung der Energiebehandlungsvorrichtung 11112 für eine Kauterisierung bzw. Verätzung oder einen Schnitt eines Gewebes, ein Verschließen eines Blutgefäßes oder dergleichen. Um das Sichtfeld des Endoskops 11100 sicherzustellen und den Arbeitsraum für den Chirurgen sicherzustellen, führt eine Pneumoperitoneum-Einrichtung 11206 durch das Pneumoperitoneum-Rohr 11111 Gas in einen Körperhohlraum des Patienten 11132 ein, um den Körperhohlraum auszudehnen. Eine Aufzeichnungseinrichtung 11207 ist eine Einrichtung, die verschiedene Arten einer Information in Bezug auf einen chirurgischen Eingriff aufzeichnen kann. Ein Drucker 11208 ist eine Einrichtung, die verschiedene Arten von Information in Bezug auf einen chirurgischen Eingriff in verschiedenen Formen wie etwa als Text, Bild oder grafische Darstellung drucken kann.
  • Es ist besonders zu erwähnen, dass die Lichtquelleneinrichtung 11203, die Bestrahlungslicht, wenn ein Bereich eines chirurgischen Eingriffs abgebildet werden soll, dem Endoskop 11100 zugeführt, eine Weißlichtquelle enthalten kann, die zum Beispiel eine LED, eine Laserlichtquelle oder eine Kombination von ihnen umfasst. Wenn eine Weißlichtquelle eine Kombination von roten, grünen und blauen (RGB-) Laserlichtquellen enthält, kann, da die Ausgabeintensität und der Ausgabezeitpunkt für jede Farbe (jede Wellenlänge) mit einem hohen Grad an Genauigkeit gesteuert werden kann, eine Einstellung des Weißabgleichs eines aufgenommenen Bildes von der Lichtquelleneinrichtung 11203 durchgeführt werden. Ferner wird in diesem Fall, falls Laserstrahlen von den jeweiligen RGB-Laserlichtquellen in Zeitmultiplex-Weise auf ein Beobachtungsziel gestrahlt werden, eine Ansteuerung der Bildaufnahmeelemente des Kamerakopfes 11102 synchron mit den Bestrahlungszeitpunkten gesteuert. Dann können den R-, G- und B-Farben individuell entsprechende Bilder ebenfalls in Zeitmultiplex-Weise aufgenommen werden. Gemäß diesem Verfahren ist es möglich, ein Farbbild zu erhalten, selbst wenn keine Farbfilter für das Bildaufnahmeelement vorgesehen sind.
  • Ferner kann die Lichtquelleneinrichtung 11203 so gesteuert werden, dass die Intensität eines abzugebenden Lichts für jede vorbestimmte Zeit geändert wird. Indem man eine Ansteuerung des Bildaufnahmeelements des Kamerakopfes 11102 synchron mit dem Zeitpunkt der Änderung der Lichtintensität steuert, um Bilder in Zeitmultiplex-Weise zu erfassen, und die Bilder kombiniert bzw. synthetisiert, kann ein Bild mit einem hohen Dynamikbereich ohne unterentwickelte blockierte Abschattungen und überbelichtete Hervorhebungen erzeugt werden.
  • Außerdem kann die Lichtquelleneinrichtung 11203 dafür konfiguriert sein, Licht eines vorbestimmten Wellenlängenbands, das für eine Beobachtung mit speziellem Licht geeignet ist, bereitzustellen. Bei einer Beobachtung mit speziellem Licht wird beispielsweise unter Ausnutzung der Wellenlängenabhängigkeit einer Lichtabsorption in Körpergewebe, um Licht eines schmalen Bandes zu strahlen, im Vergleich mit Bestrahlungslicht bei einer gewöhnlichen Beobachtung (nämlich weißes Licht), eine schmalbandige Beobachtung (schmalbandige Abbildung) zum Abbilden eines vorbestimmten Gewebes wie etwa eines Blutgefäßes eines Oberflächenbereichs der mukosalen Membran in einem hohen Kontrast durchgeführt. Alternativ dazu kann bei einer Beobachtung mit speziellem Licht eine Fluoreszenzbeobachtung durchgeführt werden, um ein Bild aus Fluoreszenzlicht zu erhalten, das mittels Bestrahlung mit Anregungslicht erzeugt wird. Bei einer Fluoreszenzbeobachtung ist es möglich, eine Beobachtung von Fluoreszenzlicht von einem Körpergewebe durchzuführen, indem Anregungslicht auf das Körpergewebe gestrahlt wird (Eigenfluoreszenz-Beobachtung), oder ein Fluoreszenzlichtbild zu erhalten, indem ein Reagenzmittel wie etwa Indocyaningrün (ICG) lokal in ein Körpergewebe injiziert und Anregungslicht entsprechend einer Fluoreszenzwellenlänge des Reagenzmittels auf das Körpergewebe gestrahlt wird. Die Lichtquelleneinrichtung 11203 kann dafür konfiguriert sein, derartiges schmalbandiges Licht und/oder Anregungslicht, das für eine Beobachtung mit speziellem Licht wie oben beschrieben geeignet ist, bereitzustellen.
  • 11 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer funktionalen Konfiguration des Kamerakopfes 11102 und der CCU 11201 zeigt, die in 35 dargestellt sind.
  • Der Kamerakopf 11102 enthält eine Linseneinheit 11401, eine Bildaufnahmeeinheit 11402, eine Ansteuereinheit 11403, eine Kommunikationseinheit 11404 und eine Kamerakopf-Steuereinheit 11405. Die CCU 11201 enthält eine Kommunikationseinheit 11411, eine Bildverarbeitungseinheit 11412 und eine Steuerungseinheit 11413. Der Kamerakopf 11102 und die CCU 11201 sind für eine Kommunikation miteinander durch ein Übertragungskabel 11400 verbunden.
  • Die Linseneinheit 11401 ist ein optisches System, das an einer Verbindungsstelle mit dem Linsentubus 11101 vorgesehen ist. Von einem Distalende des Linsentubus 11101 empfangenes Beobachtungslicht wird zum Kamerakopf 11102 geführt und in die Linseneinheit 11401 eingeführt. Die Linseneinheit 11401 enthält eine Kombination einer Vielzahl von Linsen, einschließlich einer Zoomlinse und einer Fokuslinse.
  • Die Anzahl an Bildaufnahmeeinheiten, die in der Bildaufnahmeeinheit 11402 enthalten sind, kann Eins (Einzelplattentyp) oder eine Mehrzahl (Mehrplattentyp) sein. Wenn die Bildaufnahmeeinheit 11402 beispielsweise wie diejenige des Mehrplattentyps konfiguriert ist, werden jeweiligen R, G und B entsprechende Bildsignale durch die Bildaufnahmeelemente erzeugt, und die Bildsignale können synthetisiert werden, um ein Farbbild zu erhalten. Die Bildaufnahmeeinheit 11402 kann auch so konfiguriert sein, dass sie ein Paar Bildaufnahmeelemente enthält, um jeweilige Bildsignale für das rechte Auge und das linke Auge zu erlangen, die für eine dreidimensionale (3D) Anzeige geeignet sind. Falls eine 3D-Anzeige ausgeführt wird, kann dann die Tiefe eines Gewebes eines lebenden Körpers in einem Bereich eines chirurgischen Eingriffs vom Chirurgen 11131 genauer erkannt werden. Es ist besonders zu erwähnen, dass, wenn die Bildaufnahmeeinheit 11402 wie diejenige eines stereoskopischen Typs konfiguriert ist, eine Vielzahl von Systemen von Linseneinheiten 11401 entsprechend den einzelnen Bildaufnahmeelementen vorgesehen ist.
  • Außerdem muss die Bildaufnahmeeinheit 11402 nicht notwendigerweise auf dem Kamerakopf 11102 vorgesehen sein. Beispielsweise kann die Bildaufnahmeeinheit 11402 unmittelbar hinter der Objektivlinse innerhalb des Linsentubus 11101 vorgesehen sein.
  • Die Ansteuereinheit 11403 enthält einen Aktuator und bewegt unter der Steuerung der Kamerakopf-Steuereinheit 11405 die Zoomlinse und die Fokuslinse der Linseneinheit 11401 um einen vorbestimmten Abstand entlang einer optischen Achse. Folglich können die Vergrößerung und der Fokus eines aufgenommenen Bildes durch die Bildaufnahmeeinheit 11402 geeignet eingestellt werden.
  • Die Kommunikationseinheit 11404 enthält eine Kommunikationseinrichtung zum Übertragen und Empfangen verschiedener Arten von Information zu und von der CCU 11201. Die Kommunikationseinheit 11404 überträgt ein von der Bildaufnahmeeinheit 11402 erlangtes Bildsignal über das Übertragungskabel 11400 als Rohdaten zur CCU 11201.
  • Außerdem empfängt die Kommunikationseinheit 11404 ein Steuerungssignal zum Steuern einer Ansteuerung des Kamerakopfes 11102 von der CCU 11201 und stellt das Steuerungssignal der Kamerakopf-Steuereinheit 11405 bereit. Das Steuerungssignal enthält Information in Bezug auf Bildaufnahmebedingungen, wie etwa zum Beispiel eine Information, dass eine Frame-Rate eines aufgenommenen Bildes bestimmt ist, eine Information, dass ein Belichtungswert bei einer Bildaufnahme bestimmt ist, und/oder eine Information, dass eine Vergrößerung und ein Fokus eines aufgenommenen Bildes bestimmt sind.
  • Es ist besonders zu erwähnen, dass die Bildaufnahmebedingungen wie etwa die Frame-Rate, der Belichtungswert, die Vergrößerung oder der Fokus durch den Nutzer bestimmt werden können oder durch die Steuerungseinheit 11413 der CCU 11201 auf der Basis des erfassten Bildsignals automatisch eingestellt werden können. Im letztgenannten Fall sind im Endoskop 11100 eine Funktion einer automatischen Belichtung (AE), eine Funktion eines Autofokus (AF) und eine Funktion eines automatischen Weißabgleichs (AWB) integriert.
  • Die Kamerakopf-Steuereinheit 11405 steuert eine Ansteuerung des Kamerakopfes 11102 auf der Basis eines über die Kommunikationseinheit 11404 von der CCU 11201 empfangenen Steuerungssignals.
  • Die Kommunikationseinheit 11411 enthält eine Kommunikationseinrichtung, um verschiedene Arten von Information zum Kamerakopf 11102 zu übertragen und von ihm zu empfangen. Die Kommunikationseinheit 11411 empfängt ein über das Übertragungskabel 11400 vom Kamerakopf 11102 dorthin übertragenes Bildsignal.
  • Ferner überträgt die Kommunikationseinheit 11411 ein Steuerungssignal zum Steuern einer Ansteuerung des Kamerakopfes 11102 zum Kamerakopf 11102. Das Bildsignal und das Steuerungssignal können mittels elektrischer Kommunikation, optischer Kommunikation oder dergleichen übertragen werden.
  • Die Bildverarbeitungseinheit 11412 führt verschiedene Bildprozesse für ein Bildsignal in der Form vom Kamerakopf 11102 dorthin übertragener Rohdaten durch.
  • Die Steuerungseinheit 11413 führt verschiedene Arten einer Steuerung bezüglich einer Bildaufnahme eines Bereiches eines chirurgischen Eingriffs oder dergleichen durch das Endoskop 11100 und einer Anzeige eines aufgenommenen Bildes durch, das mittels einer Bildaufnahme des Bereichs eines chirurgischen Eingriffs oder dergleichen erhalten wurde. Beispielsweise erzeugt die Steuerungseinheit 11413 ein Steuerungssignal, um eine Ansteuerung des Kamerakopfes 11102 zu steuern.
  • Außerdem steuert die Steuerungseinheit 11413 auf der Basis eines Bildsignals, für das Bildprozesse mittels der Bildverarbeitungseinheit 11412 durchgeführt wurden, die Anzeigeeinrichtung 11202, um ein aufgenommenes Bild anzuzeigen, in welchem der Bereich eines chirurgischen Eingriffs oder dergleichen abgebildet ist. Daraufhin kann die Steuerungseinheit 11413 unter Verwendung verschiedener Bilderkennungstechnologien verschiedene Objekte in dem aufgenommenen Bild erkennen. Beispielsweise kann die Steuerungseinheit 11413 ein chirurgisches Instrument wie etwa eine Pinzette bzw. Zange, einen bestimmten Bereich eines lebenden Körpers, eine Blutung, Dunst, wenn die Energiebehandlungsvorrichtung 11112 verwendet wird, und so weiter erkennen, indem die Form, Farbe und so weiter von Rändern von Objekten detektiert werden, die in einem aufgenommenen Bild enthalten sind. Die Steuerungseinheit 11413 kann, wenn sie die Anzeigeeinrichtung 11202 steuert, um ein aufgenommenes Bild anzuzeigen, veranlassen, dass verschiedene Arten einer einen chirurgischen Eingriff unterstützenden Information überlappend mit einem Bild des Bereichs eines chirurgischen Eingriffs unter Verwendung eines Erkennungsergebnisses angezeigt werden. Wenn die einen chirurgischen Eingriff unterstützende Information überlappend angezeigt und dem Chirurgen 11131 präsentiert wird, kann die Belastung für den Chirurgen 11131 reduziert werden, und der Chirurg 11131 kann den chirurgischen Eingriff sicher fortführen.
  • Das Übertragungskabel 11400, das den Kamerakopf 11102 und die CCU 11201 miteinander verbindet, ist ein elektrisches Signalkabel, das eine Kommunikation elektrischer Signale geeignet ist, eine Lichtleitfaser, die für eine optische Kommunikation geeignet ist, oder ein Verbundkabel, das für sowohl elektrische als auch optische Kommunikation geeignet ist.
  • Während im dargestellten Beispiel unter Verwendung des Übertragungskabels 11400 eine Kommunikation mittels einer drahtgebundenen Kommunikation durchgeführt wird, kann hier die Kommunikation zwischen dem Kamerakopf 11102 und der CCU 11201 mittels einer drahtlosen Kommunikation durchgeführt werden.
  • Oben wurde ein Beispiel des Systems für endoskopische Chirurgie beschrieben, für das die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann. Die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann zum Beispiel für die Bildaufnahmeeinheit 11402 unter den oben beschriebenen Komponenten verwendet werden. Eine Anwendung der Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung für die Bildaufnahmeeinheit 11402 macht es möglich, die Detektionsgenauigkeit zu verbessern.
  • Es ist besonders zu erwähnen, dass, obgleich das System für endoskopische Chirurgie hier als ein Beispiel beschrieben wurde, die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung auch für beispielsweise ein System für mikroskopische Chirurgie und dergleichen verwendet werden kann.
  • <Beispiel einer praktischen Anwendung für einen beweglichen Körper>
  • Die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung (vorliegende Technologie) kann für verschiedene Produkte verwendet werden. Beispielsweise kann die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung in der Form einer Einrichtung realisiert werden, die an einem beweglichen Körper beliebiger Art montiert werden kann. Nicht beschränkende Beispiele des beweglichen Körpers können ein Automobil, ein Elektrofahrzeug, ein Hybrid-Elektrofahrzeug, ein Motorrad, ein Fahrrad, eine Vorrichtung für persönliche Mobilität, ein Flugzeug, eine Drohne, ein unbemanntes Luftfahrzeug (Drohne), ein Schiff, einen Roboter, eine Baumaschine und eine landwirtschaftliche Maschine (Traktor) einschließen.
  • 12 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer schematischen Konfiguration eines Fahrzeugsteuerungssystems als ein Beispiel eines Systems zur Steuerung beweglicher Körper veranschaulicht, für das die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann.
  • Das Fahrzeugsteuerungssystem 12000 umfasst eine Vielzahl elektronischer Steuereinheiten, die über ein Kommunikationsnetzwerk 12001 miteinander verbunden sind. In dem in 12 dargestellten Beispiel umfasst das Fahrzeugsteuerungssystem 12000 eine Antriebssystem-Steuerungseinheit 12010, eine Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020, eine Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs, eine Einheit 12040 zur Detektion von Information im Fahrzeug und eine integrierte Steuereinheit 12050. Außerdem sind als eine funktionale Konfiguration der integrierten Steuereinheit 12050 ein Mikrocomputer 12051, eine Ton/Bild-Ausgabesektion 12052 und eine Schnittstelle (I/F) 12053 des im Fahrzeug montierten Netzwerks veranschaulicht.
  • Die Antriebssystem-Steuerungseinheit 12010 steuert gemäß verschiedenen Arten von Programmen die Operation von Vorrichtungen in Bezug auf das Antriebssystem des Fahrzeugs. Beispielsweise dient die Antriebssystem-Steuerungseinheit 12010 als Steuerungsvorrichtung für eine Antriebskraft-Erzeugungsvorrichtung zum Erzeugen einer Antriebskraft des Fahrzeugs wie etwa einen Verbrennungsmotor, einen Antriebsmotor oder dergleichen, einen Antriebskraft-Übertragungsmechanismus, um die Antriebskraft auf Räder zu übertragen, einen Lenkmechanismus, um den Lenkwinkel des Fahrzeugs einzustellen, eine Bremsvorrichtung, um die Bremskraft des Fahrzeugs zu erzeugen, und dergleichen.
  • Die Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020 steuert die Operation verschiedener Arten von Vorrichtungen, die an einer Fahrzeugkarosserie vorgesehen sind, gemäß verschiedenen Arten von Programmen. Beispielsweise dient die Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020 als Steuerungsvorrichtung für ein schlüsselloses Zugangssystem, ein System für intelligente Schlüssel, eine automatische Fenstervorrichtung oder verschiedene Arten von Leuchten wie etwa einen Frontscheinwerfer, einen Heckscheinwerfer, eine Bremsleuchte, ein Fahrtrichtungssignal, eine Nebelleuchte oder dergleichen. In diesem Fall können Funkwellen, die von einer mobilen Vorrichtung als Alternative zu einem Schlüssel gesendet werden, oder Signale verschiedener Arten von Schaltern in die Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020 eingespeist werden. Die Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020 empfängt diese eingespeisten Funkwellen oder Signale und steuert eine Türverriegelungsvorrichtung, die automatische Fenstervorrichtung, die Leuchten oder dergleichen des Fahrzeugs.
  • Die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs detektiert Information über die äußere Umgebung des das Fahrzeugsteuerungssystem 12000 enthaltenden Fahrzeugs. Beispielsweise ist die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs mit einer Bildgebungssektion 12031 verbunden. Die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs veranlasst die Bildgebungssektion 12031, ein Bild der äußeren Umgebung des Fahrzeugs aufzunehmen, und empfängt das aufgenommene Bild. Die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs kann auf der Basis des empfangenen Bildes eine Verarbeitung zum Detektieren eines Objekts wie etwa einer Person, eines Wagens, eines Hindernisses, eines Verkehrsschilds, eines Zeichens auf einer Straßenoberfläche oder dergleichen oder eine Verarbeitung zum Detektieren eines Abstands dazu ausführen.
  • Die Bildgebungssektion 12031 ist ein optischer Sensor, der Licht empfängt und der entsprechend einer empfangenen Lichtmenge des Lichts ein elektrisches Signal abgibt. Die Bildgebungssektion 12031 kann auch das elektrische Signal als Bild ausgeben oder kann das elektrische Signal als Information über einen gemessenen Abstand abgeben. Außerdem kann das von der Bildgebungssektion 12031 empfangene Licht sichtbares Licht sein oder kann unsichtbares Licht wie etwa Infrarotstrahlen oder dergleichen sein.
  • Die Einheit 12040 zur Detektion von Information im Fahrzeug detektiert Information über das Innere bzw. aus dem Inneren des Fahrzeugs. Die Einheit 12040 zur Detektion von Information im Fahrzeug ist zum Beispiel mit einer Sektion 12041 zur Detektion eines Fahrerzustands verbunden, die den Zustand eines Fahrers detektiert. Die Sektion 12041 zur Detektion eines Fahrerzustands umfasst zum Beispiel eine Kamera, die den Fahrer aufnimmt. Die Einheit 12040 zur Detektion von Information im Fahrzeug kann auf der Basis einer von der Sektion 12041 zur Detektion eines Fahrerzustands eingegebenen Detektionsinformation einen Ermüdungsgrad des Fahrers oder einen Konzentrationsgrad des Fahrers berechnen oder kann bestimmen, ob der Fahrer eindöst.
  • Der Mikrocomputer 12051 kann einen Steuerungszielwert für die Antriebskraft-Erzeugungsvorrichtung, den Lenkmechanismus oder die Bremsvorrichtung auf der Basis der Information über das Innere oder die äußere Umgebung des Fahrzeugs berechnen, welche Information durch die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs oder die Einheit 12040 zur Detektion von Information im Fahrzeug erhalten wird, und kann einen Steuerungsbefehl an die Antriebssystem-Steuerungseinheit 12010 ausgeben. Beispielsweise kann der Mikrocomputer 12051 eine kooperative Steuerung durchführen, die dazu gedacht ist, Funktionen eines fortgeschrittenen Fahrerassistenzsystems (ADAS) zu realisieren, dessen Funktionen eine Vermeidung einer Kollision oder Aufprallabschwächung für das Fahrzeug, eine Nachfolgefahrt basierend auf einem Folgeabstand, eine Fahrt bei konstanter Geschwindigkeit, eine Warnung vor einer Kollision des Fahrzeugs, eine Warnung vor einer Spurabweichung des Fahrzeugs oder dergleichen einschließen.
  • Außerdem kann der Mikrocomputer 12051 eine kooperative Steuerung ausführen, die für automatisches Fahren gedacht ist, die das Fahrzeug, ohne von einem Eingriff des Fahrers oder dergleichen abhängig zu sein, autonom fahren lässt, indem die Antriebskraft-Erzeugungsvorrichtung, der Lenkmechanismus, die Bremsvorrichtung oder dergleichen auf der Basis der Information über die äußere Umgebung oder das Innere des Fahrzeugs gesteuert werden, welche Information durch die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs oder die Einheit 12040 zur Detektion von Information im Fahrzeug erhalten wird.
  • Der Mikrocomputer 12051 kann außerdem einen Steuerungsbefehl an die Karosseriesystem-Steuerungseinheit 12020 auf der Basis der Information über die äußere Umgebung des Fahrzeugs ausgeben, welche Information durch die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs erhalten wird. Beispielsweise kann der Mikrocomputer 12051 eine kooperative Steuerung ausführen, die dazu gedacht ist, eine Blendung zu verhindern, indem die Frontleuchte gemäß der Position eines vorausfahrenden Fahrzeugs oder eines entgegenkommenden Fahrzeugs, das durch die Einheit 12030 zur Detektion von Information von außerhalb des Fahrzeugs detektiert wird, gesteuert wird, um von Fernlicht auf Abblendlicht umzuschalten.
  • Die Ton/Bild-Ausgabesektion 12052 überträgt ein Ausgangssignal eines Tons und/oder eines Bildes an eine Ausgabevorrichtung, die eine Information einem Insassen des Fahrzeugs oder der äußeren Umgebung des Fahrzeugs optisch oder akustisch übermitteln kann. Im Beispiel von 13 sind als die Ausgabevorrichtung ein Lautsprecher 12061, eine Anzeigesektion 12062 und ein Armaturenbrett 12063 angegeben. Die Anzeigesektion 12062 kann beispielsweise eine bordeigene Anzeige und/oder ein Head-Up-Display umfassen.
  • 13 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Installationsposition der Bildgebungssektion 12031 veranschaulicht.
  • In 13 umfasst die Bildgebungssektion 12031 Bildgebungssektionen 12101, 12102, 12103, 12104 und 12105.
  • Die Bildgebungssektionen 12101, 12102, 12103, 12104 und 12105 sind beispielsweise an Positionen an einer Frontpartie, von Seitenspiegeln, einer hinteren Stoßstange und einer Hecktür, des Fahrzeugs 12100 sowie einer Position an einem oberen Teil einer Windschutzscheibe im Inneren des Fahrzeugs angeordnet. Die an der Frontpartie vorgesehene Bildgebungssektion 12101 und die am oberen Teil der Windschutzscheibe im Inneren des Fahrzeugs vorgesehene Bildgebungssektion 12105 erhalten vorwiegend ein Bild von vor dem Fahrzeug 12100. Die an den Seitenspiegeln vorgesehenen Bildgebungssektionen 12102 und 12103 erhalten vorwiegend ein Bild von den Seiten des Fahrzeugs 12100. Die an der hinteren Stoßstange oder der Hecktür vorgesehene Bildgebungssektion 12104 erhält vorwiegend ein Bild von hinter dem Fahrzeug 12100. Die am oberen Teil der Windschutzscheibe im Inneren vorgesehene Bildgebungssektion 12105 wird vorwiegend genutzt, um ein vorausfahrendes Fahrzeug, einen Fußgänger, ein Hindernis, eine Verkehrsampel, ein Verkehrszeichen, eine Fahrspur oder dergleichen zu detektieren.
  • Im Übrigen stellt 13 ein Beispiel von Fotografierbereichen der Bildgebungssektionen 12101 bis 12104 dar. Ein Abbildungsbereich 12111 repräsentiert den Abbildungsbereich der an der Frontpartie vorgesehenen Bildgebungssektion 12101. Abbildungsbereiche 12112 und 12113 repräsentieren die Abbildungsbereiche der an den Seitenspiegeln vorgesehenen Bildgebungssektionen 12102 bzw. 12103. Ein Abbildungsbereich 12114 repräsentiert den Abbildungsbereich der an der hinteren Stoßstange oder der Hecktür vorgesehenen Bildgebungssektion 12104. Beispielsweise wird ein Bild aus der Vogelperspektive des Fahrzeugs 12100, wie es von oben gesehen wird, erhalten, indem beispielsweise durch die Bildgebungssektionen 12101 bis 12104 abgebildete Bilddaten aufeinander gelegt werden.
  • Zumindest eine der Bildgebungssektionen 12101 bis 12104 kann eine Funktion zum Erhalten einer Abstandsinformation aufweisen. Beispielsweise kann zumindest eine der Bildgebungssektionen 12101 bis 12104 eine Stereokamera sein, die aus einer Vielzahl von Bildgebungselementen aufgebaut ist, oder kann ein Bildgebungselement sein, das Pixel für eine Detektion von Phasendifferenzen enthält.
  • Der Mikrocomputer 12051 kann beispielsweise einen Abstand zu jedem dreidimensionalen Objekt innerhalb der Abbildungsbereiche 12111 bis 12114 und eine zeitliche Änderung des Abstands (Relativgeschwindigkeit in Bezug auf das Fahrzeug 12100) auf der Basis der von den Bildgebungssektionen 12101 bis 12104 erhaltenen Abstandsinformation bestimmen und dadurch insbesondere als ein vorausfahrendes Fahrzeug ein nächstgelegenes dreidimensionales Objekt extrahieren, das sich auf einem Fahrweg des Fahrzeugs 12100 befindet und das mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit (zum Beispiel gleich 0 km/h oder höher) in im Wesentlichen der gleichen Richtung wie das Fahrzeug 12100 fährt. Ferner kann der Mikrocomputer 12051 einen beizubehaltenden Folgeabstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug vorher festlegen und eine automatische Bremssteuerung (einschließlich einer Nachfolge-Stopp-Steuerung), eine automatische Beschleunigungssteuerung (einschließlich einer Nachfolge-Start-Steuerung) oder dergleichen durchführen. Folglich ist es möglich, eine kooperative Steuerung auszuführen, die für automatisches Fahren gedacht ist, was das Fahrzeug, ohne vom Eingriff des Fahrers oder dergleichen abhängig zu sein, autonom fahren lässt.
  • Der Mikrocomputer 12051 kann zum Beispiel dreidimensionale Objektdaten über dreidimensionale Objekte in dreidimensionale Objektdaten eines zweirädrigen Fahrzeugs, eines Fahrzeugs üblicher Größe, eines großen Fahrzeugs, eines Fußgängers, eines Telefonmasten und andere dreidimensionale Objekte auf der Basis der Abstandsinformation klassifizieren, die von den Bildgebungssektionen 12101 bis 12104 erhalten werden, die klassifizierten dreidimensionalen Objektdaten extrahieren und die extrahierten dreidimensionalen Objekten zum automatischen Ausweichen eines Hindernisses nutzen. Beispielsweise identifiziert der Mikrocomputer 12051 Hindernisse um das Fahrzeug 12100 als Hindernisse, die der Fahrer des Fahrzeugs 12100 optisch erkennen kann, und Hindernisse, die für den Fahrer des Fahrzeugs 12100 optisch schwer zu erkennen sind. Der Mikrocomputer 12051 bestimmt dann ein Kollisionsrisiko, das ein Risiko einer Kollision mit jedem Hindernis angibt. In einer Situation, in der das Kollisionsrisiko gleich einem eingestellten Wert oder höher ist und somit eine Möglichkeit einer Kollision besteht, gibt der Mikrocomputer 12051 über den Lautsprecher 12061 oder die Anzeigesektion 12062 eine Warnung an den Fahrer aus und führt über die Antriebssystem-Steuerungseinheit 12010 eine erzwungene Abbremsung oder Ausweichlenkbewegung durch. Der Mikrocomputer 12051 kann dadurch beim Fahren unterstützen, um eine Kollision zu vermeiden.
  • Zumindest eine der Bildgebungssektionen 12101 bis 12104 kann eine Infrarotkamera sein, die Infrarotstrahlen detektiert. Beispielsweise kann der Mikrocomputer 12051 einen Fußgänger erkennen, indem bestimmt wird, ob sich in aufgenommenen Bildern der Bildgebungssektionen 12101 bis 12104 ein Fußgänger befindet oder nicht. Eine solche Erkennung eines Fußgängers wird beispielsweise mittels einer Prozedur zum Extrahieren charakteristischer Punkte in den aufgenommenen Bildern der Bildgebungssektionen 12101 bis 12104 als Infrarotkameras und einer Prozedur, um zu bestimmen, ob es der Fußgänger ist oder nicht, indem eine Verarbeitung zum Musterabgleich an einer Reihe charakteristischer Punkte durchgeführt wird, die die Kontur des Objekts angeben. Wenn der Mikrocomputer 12051 bestimmt, dass es in den aufgenommenen Bildern der Bildgebungssektionen 12101 bis 12104 einen Fußgänger gibt, und somit den Fußgänger erkennt, steuert die Ton/Bild-Ausgabesektion 12052 die Anzeigesektion 12062, so dass eine viereckige Konturlinie zur Hervorhebung so angezeigt wird, dass sie dem erkannten Fußgänger überlagert wird. Die Ton/Bild-Ausgabesektion 12052 kann auch die Anzeigesektion 12062 so steuern, dass ein Symbol oder dergleichen, das den Fußgänger repräsentiert, an einer gewünschten Position angezeigt wird.
  • Hier wurde oben ein Beispiel des Fahrzeugsteuerungssystems beschrieben, für das die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verwendet werden kann. Die Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann für die Bildgebungssektion 12031 aus den oben beschriebenen Konfigurationen verwendet werden. Eine Anwendung der Technologie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung auf die Bildgebungssektion 12031 macht es möglich, ein aufgenommenes Bild zu erhalten, das leichter zu betrachten ist. Dies macht es möglich, eine Ermüdung eines Fahrers zu vermindern.
  • Ferner kann das in der vorliegenden Ausführungsform etc. beschriebene Bildgebungselement 1 für elektronische Einrichtungen wie etwa eine Überwachungskamera, ein System zur biometrischen Authentifizierung und einen Thermographen verwendet werden. Beispiele der Überwachungskamera schließen Nachtsichtsysteme (Night Scopes) ein. Eine Anwendung des Bildgebungselements 1 für die Überwachungskamera macht es möglich, einen Fußgänger, ein Tier und dergleichen nachts aus der Entfernung zu erkennen. Außerdem werden Einflüsse von Scheinwerferlicht und Wetter durch Verwendung des Bildgebungselements 1 für eine an einem Fahrzeug montierte Kamera reduziert. Beispielsweise ist es möglich, ein Bild ohne Einflüsse von beispielsweise Rauch und Nebel aufzunehmen. Ferner ist es auch möglich, eine Form eines Objekts zu erkennen. Außerdem ermöglicht der Thermograph eine berührungslose Temperaturmessung. Der Thermograph ermöglicht auch eine Detektion einer Temperaturverteilung und Wärmeerzeugung. Außerdem ist das Bildgebungselement 1 auch für elektronische Einrichtungen verwendbar, die Feuer, Feuchtigkeit, Gas oder dergleichen detektieren.
  • Obgleich die Beschreibung unter Bezugnahme auf die Ausführungsform und die Anwendungsbeispiele gegeben wurde, sind die Inhalte der vorliegenden Offenbarung nicht auf die vorhergehenden Ausführungsformen etc. beschränkt und können auf eine Vielzahl von Arten modifiziert werden. Beispielsweise ist die Schichtkonfiguration des lichtempfangenden Elements, das in der vorhergehenden Ausführungsform beschrieben wurde, beispielhaft und kann ferner irgendeine andere Schicht enthalten. Außerdem sind die Materialien und Dicken der jeweiligen Schichten ebenfalls beispielhaft und nicht auf jene, die oben beschrieben wurden, beschränkt. Beispielsweise wurde in den vorhergehenden Ausführungsformen etc. der Fall beschrieben, in dem die erste Kontaktschicht 12, die fotoelektrische Umwandlungsschicht 13 und die zweite Kontaktschicht 14 die Halbleiterschicht 10S bilden. Die Halbleiterschicht 10S muss jedoch nicht beispielsweise die zweite Kontaktschicht 14 enthalten oder kann irgendeine andere Schicht enthalten.
  • Außerdem kann das Bildgebungselement 1 gemäß der vorhergehenden Ausführungsform etc. ferner eine Farbfilterschicht, eine On-Chip-Linse und dergleichen enthalten.
  • Darüber hinaus wurde in der vorhergehenden Ausführungsform etc. der Zweckmäßigkeit halber der Fall beschrieben, in dem die Signalladungen Löcher sind. Die Signalladungen können jedoch Elektronen sein. Beispielsweise kann das Diffusionsgebiet Störstellen vom n-Typ enthalten.
  • 3 stellt außerdem beispielhaft die zweite Öffnung 172M dar, die sich von der ersten Kontaktschicht 12 weg verjüngt; jedoch kann sich, wie in 14 veranschaulicht ist, die zweite Öffnung 172M nahe der ersten Kontaktschicht 12 verjüngen.
  • Außerdem sind die chemischen Formeln der Verbindungen, die in der vorhergehenden Ausführungsform etc. aufgeführt wurden, nur beispielhaft und können die Zusammensetzungen jeweiliger Elemente von den chemischen Formeln verschieden sein.
  • Außerdem wurde in der vorhergehenden Ausführungsform etc. das Bildgebungselement eines spezifischen Beispiels eines Halbleiterelements der vorliegenden Technologie beschrieben; das Halbleiterelement der vorliegenden Technologie kann jedoch ein anderes als das Bildgebungselement sein. Beispielsweise kann das Halbleiterelement der vorliegenden Technologie ein lichtemittierendes Element sein.
  • Darüber hinaus sind die in den vorhergehenden Ausführungsformen etc. beschriebenen Effekte nur beispielhaft und können andere Effekte sein oder können ferner andere Effekte einschließen.
  • Es ist besonders zu erwähnen, dass die vorliegende Offenbarung die folgenden Konfigurationen aufweisen kann. Gemäß dem Bildgebungselement, dem Halbleiterelement und ersten und zweiten elektronischen Einrichtungen ist die zweite Öffnung, die kleiner als die erste Öffnung (erste Isolierschicht) ist, in der zweiten Isolierschicht vorgesehen, was somit eine einfache Einstellung eines Intervalls zwischen benachbarten zweiten Öffnungen ermöglicht. Dies macht es möglich, einen Freiheitsgrad des Entwurfs zu steigern.
    • (1) Ein Bildgebungselement, aufweisend:
      • eine fotoelektrische Umwandlungsschicht, die ein Verbundhalbleitermaterial enthält;
      • eine Kontaktschicht, die auf der fotoelektrischen Umwandlungsschicht gestapelt angeordnet ist und ein Diffusionsgebiet von Störstellen eines ersten elektrisch leitfähigen Typs in einem selektiven Gebiet enthält;
      • eine erste Isolierschicht, die so vorgesehen ist, dass sie der fotoelektrischen Umwandlungsschicht gegenüberliegt, wobei die Kontaktschicht dazwischen angeordnet ist, und eine erste Öffnung an einer Position aufweist, die dem Diffusionsgebiet gegenüberliegt; und
      • eine zweite Isolierschicht, die so vorgesehen ist, dass sie der Kontaktschicht gegenüberliegt, wobei die erste Isolierschicht dazwischen angeordnet ist, und eine zweite Öffnung aufweist, die mit der ersten Öffnung in Verbindung steht und kleiner als die erste Öffnung ist.
    • (2) Das Bildgebungselement gemäß (1), worin ein Bestandteilmaterial der ersten Isolierschicht von einem Bestandteilmaterial der zweiten Isolierschicht verschieden ist.
    • (3) Das Bildgebungselement gemäß (1) oder (2), worin die zweite Isolierschicht aus einem Material besteht, das unter einer vorbestimmten Bedingung leichter als das Bestandteilmaterial der ersten Isolierschicht geätzt wird.
    • (4) Das Bildgebungselement gemäß einem von (1) bis (3), worin die erste Isolierschicht zumindest eines von Aluminiumoxid, Siliziumnitrid, Hafniumoxid, Siliziumoxid, Siliziumoxinitrid, Tetraethylorthosilikat oder Lanthanoxid enthält.
    • (5) Das Bildgebungselement gemäß einem von (1) bis (4), ferner aufweisend eine Elektrode, die in der ersten Öffnung und der zweiten Öffnung vorgesehen ist, wobei die Elektrode mit dem Diffusionsgebiet elektrisch gekoppelt ist.
    • (6) Das Bildgebungselement gemäß einem von (1) bis (5), worin ein Teil der Kontaktschicht, der vom Diffusionsgebiet verschieden ist, von einem zweiten elektrisch leitfähigen Typ ist.
    • (7) Das Bildgebungselement gemäß einem von (1) bis (6), worin das Verbundhalbleitermaterial einen Verbundhalbleiter der Gruppe III-V enthält.
    • (8) Das Bildgebungselement gemäß einem von (1) bis (6), worin das Verbundhalbleitermaterial eines von Indiumgalliumarsenid, Indiumgalliumnitrid, Indiumaluminiumnitrid, Indiumarsenidantimonid, Indiumarsenid, Indiumantimonid und Quecksilberkadmiumtellur enthält.
    • (9) Ein Halbleiterelement, aufweisend:
      • eine Halbleiterschicht, die eine Kontaktschicht enthält, die ein Verbundhalbleitermaterial enthält und mit einem Diffusionsgebiet von Störstellen eines ersten elektrisch leitfähigen Typs in einem selektiven Gebiet versehen ist;
      • eine erste Isolierschicht, die mit der Kontaktschicht in Kontakt ist und auf der Halbleiterschicht gestapelt ist, wobei die erste Isolierschicht eine erste Öffnung an einer Position aufweist, die dem Diffusionsgebiet gegenüberliegt; und
      • eine zweite Isolierschicht, die so vorgesehen ist, dass sie der Kontaktschicht gegenüberliegt, wobei die erste Isolierschicht dazwischen angeordnet ist, und eine zweite Öffnung aufweist, die mit der ersten Öffnung in Verbindung steht und kleiner als die erste Öffnung ist.
    • (10) Das Halbleiterelement gemäß (9), worin ein Bestandteilmaterial der ersten Isolierschicht von einem Bestandteilmaterial der zweiten Isolierschicht verschieden ist.
    • (11) Das Halbleiterelement gemäß (9) oder (10), worin die zweite Isolierschicht aus einem Material besteht, das unter einer vorbestimmten Bedingung leichter als das Bestandteilmaterial der ersten Isolierschicht geätzt wird.
    • (12) Das Halbleiterelement gemäß einem von (9) bis (11), worin die erste Isolierschicht zumindest eines von Aluminiumoxid, Siliziumnitrid, Hafniumoxid, Siliziumoxid, Siliziumoxinitrid, Tetraethylorthosilikat oder Lanthanoxid enthält.
    • (13) Das Halbleiterelement gemäß einem von (9) bis (12), ferner aufweisend eine Elektrode, die in der ersten Öffnung und der zweiten Öffnung vorgesehen ist, wobei die Elektrode mit dem Diffusionsgebiet elektrisch gekoppelt ist.
    • (14) Das Halbleiterelement gemäß einem von (9) bis (13), worin ein Teil der Kontaktschicht, der vom Diffusionsgebiet verschieden ist, von einem zweiten elektrisch leitfähigen Typ ist.
    • (15) Das Halbleiterelement gemäß einem von (9) bis (14), worin das Verbundhalbleitermaterial einen Verbundhalbleiter der Gruppe III-V enthält.
    • (16) Das Halbleiterelement gemäß einem von (9) bis (14), worin das Verbundhalbleitermaterial eines von Indiumgalliumarsenid, Indiumarsenidantimonid, Indiumarsenid und Indiumantimonid enthält.
    • (17) Eine elektronische Einrichtung, die ein Bildgebungselement enthält, wobei das Bildgebungselement aufweist eine fotoelektrische Umwandlungsschicht, die ein Verbundhalbleitermaterial enthält, eine Kontaktschicht, die auf der fotoelektrischen Umwandlungsschicht gestapelt angeordnet ist und ein Diffusionsgebiet von Störstellen eines ersten elektrisch leitfähigen Typs in einem selektiven Gebiet enthält, eine erste Isolierschicht, die so vorgesehen ist, dass sie der fotoelektrischen Umwandlungsschicht gegenüberliegt, wobei die Kontaktschicht dazwischen angeordnet ist, und eine erste Öffnung an einer Position aufweist, die dem Diffusionsgebiet gegenüberliegt, und eine zweite Isolierschicht, die so vorgesehen ist, dass sie der Kontaktschicht gegenüberliegt, wobei die erste Isolierschicht dazwischen angeordnet ist, und eine zweite Öffnung aufweist, die mit der ersten Öffnung in Verbindung steht und kleiner als die erste Öffnung ist.
    • (18) Eine elektronische Einrichtung, die ein Halbleiterelement enthält, wobei das Halbleiterelement aufweist eine Halbleiterschicht, die eine Kontaktschicht enthält, die ein Verbundhalbleitermaterial enthält und mit einem Diffusionsgebiet von Störstellen eines ersten elektrisch leitfähigen Typs in einem selektiven Gebiet versehen ist, eine erste Isolierschicht, die mit der Kontaktschicht in Kontakt ist und auf der Halbleiterschicht gestapelt ist, wobei die erste Isolierschicht eine erste Öffnung an einer Position aufweist, die dem Diffusionsgebiet gegenüberliegt, und eine zweite Isolierschicht, die so vorgesehen ist, dass sie der Kontaktschicht gegenüberliegt, wobei die erste Isolierschicht dazwischen angeordnet ist, und eine zweite Öffnung aufweist, die mit der ersten Öffnung in Verbindung steht und kleiner als die erste Öffnung ist.
  • Die Anmeldung beansprucht den Nutzen der am 19. September 2018 beim Japanischen Patentamt eingereichten japanischen Prioritätspatentanmeldung Nr. JP2018-174635 , deren gesamte Inhalte hierin durch Verweis einbezogen sind.
  • Es sollte sich für den Fachmann verstehen, dass je nach Entwurfsanforderungen und anderen Faktoren verschiedene Modifikationen, Kombinationen Teilkombinationen und Änderungen vorkommen können, sofern sie innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente liegen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2014521216 [0003]
    • JP 2018174635 [0158]

Claims (18)

  1. Bildgebungselement, aufweisend: eine fotoelektrische Umwandlungsschicht, die ein Verbundhalbleitermaterial enthält; eine Kontaktschicht, die auf der fotoelektrischen Umwandlungsschicht gestapelt angeordnet ist und ein Diffusionsgebiet von Störstellen eines ersten elektrisch leitfähigen Typs in einem selektiven Gebiet enthält; eine erste Isolierschicht, die so vorgesehen ist, dass sie der fotoelektrischen Umwandlungsschicht gegenüberliegt, wobei die Kontaktschicht dazwischen angeordnet ist, und eine erste Öffnung an einer Position aufweist, die dem Diffusionsgebiet gegenüberliegt; und eine zweite Isolierschicht, die so vorgesehen ist, dass sie der Kontaktschicht gegenüberliegt, wobei die erste Isolierschicht dazwischen angeordnet ist, und eine zweite Öffnung aufweist, die mit der ersten Öffnung in Verbindung steht und kleiner als die erste Öffnung ist.
  2. Bildgebungselement nach Anspruch 1, wobei ein Bestandteilmaterial der ersten Isolierschicht von einem Bestandteilmaterial der zweiten Isolierschicht verschieden ist.
  3. Bildgebungselement nach Anspruch 1, wobei die zweite Isolierschicht aus einem Material besteht, das unter einer vorbestimmten Bedingung leichter als ein Bestandteilmaterial der ersten Isolierschicht geätzt wird.
  4. Bildgebungselement nach Anspruch 1, wobei die erste Isolierschicht zumindest eines von Aluminiumoxid, Siliziumnitrid, Hafniumoxid, Siliziumoxid, Siliziumoxinitrid, Tetraethylorthosilikat oder Lanthanoxid enthält.
  5. Bildgebungselement nach Anspruch 1, ferner aufweisend eine Elektrode, die in der ersten Öffnung und der zweiten Öffnung vorgesehen ist, wobei die Elektrode mit dem Diffusionsgebiet elektrisch gekoppelt ist.
  6. Bildgebungselement nach Anspruch 1, wobei ein Teil der Kontaktschicht, der vom Diffusionsgebiet verschieden ist, von einem zweiten elektrisch leitfähigen Typ ist.
  7. Bildgebungselement nach Anspruch 1, wobei das Verbundhalbleitermaterial einen Verbundhalbleiter der Gruppe III-V aufweist.
  8. Bildgebungselement nach Anspruch 1, wobei das Verbundhalbleitermaterial eines von Indiumgalliumarsenid, Indiumgalliumnitrid, Indiumaluminiumnitrid, Indiumarsenidantimonid, Indiumarsenid, Indiumantimonid und Quecksilberkadmiumtellur aufweist.
  9. Halbleiterelement, aufweisend: eine Halbleiterschicht, die eine Kontaktschicht enthält, die ein Verbundhalbleitermaterial enthält und mit einem Diffusionsgebiet von Störstellen eines ersten elektrisch leitfähigen Typs in einem selektiven Gebiet versehen ist; eine erste Isolierschicht, die mit der Kontaktschicht in Kontakt ist und auf der Halbleiterschicht gestapelt ist, wobei die erste Isolierschicht eine erste Öffnung an einer Position aufweist, die dem Diffusionsgebiet gegenüberliegt; und eine zweite Isolierschicht, die so vorgesehen ist, dass sie der Kontaktschicht gegenüberliegt, wobei die erste Isolierschicht dazwischen angeordnet ist, und eine zweite Öffnung aufweist, die mit der ersten Öffnung in Verbindung steht und kleiner als die erste Öffnung ist.
  10. Halbleiterelement nach Anspruch 9, wobei ein Bestandteilmaterial der ersten Isolierschicht von einem Bestandteilmaterial der zweiten Isolierschicht verschieden ist.
  11. Halbleiterelement nach Anspruch 9, wobei die zweite Isolierschicht aus einem Material besteht, das unter einer vorbestimmten Bedingung leichter als ein Bestandteilmaterial der ersten Isolierschicht geätzt wird.
  12. Halbleiterelement nach Anspruch 9, wobei die erste Isolierschicht zumindest eines von Aluminiumoxid, Siliziumnitrid, Hafniumoxid, Siliziumoxid, Siliziumoxinitrid, Tetraethylorthosilikat oder Lanthanoxid enthält.
  13. Halbleiterelement nach Anspruch 9, ferner aufweisend eine Elektrode, die in der ersten Öffnung und der zweiten Öffnung vorgesehen ist, wobei die Elektrode mit dem Diffusionsgebiet elektrisch gekoppelt ist.
  14. Halbleiterelement nach Anspruch 9, wobei ein Teil der Kontaktschicht, der vom Diffusionsgebiet verschieden ist, von einem zweiten elektrisch leitfähigen Typ ist.
  15. Halbleiterelement nach Anspruch 9, wobei das Verbundhalbleitermaterial einen Verbundhalbleiter der Gruppe III-V aufweist.
  16. Halbleiterelement nach Anspruch 9, wobei das Verbundhalbleitermaterial eines von Indiumgalliumarsenid, Indiumarsenidantimonid, Indiumarsenid und Indiumantimonid aufweist.
  17. Elektronische Einrichtung, die ein Bildgebungselement enthält, wobei das Bildgebungselement aufweist eine fotoelektrische Umwandlungsschicht, die ein Verbundhalbleitermaterial enthält, eine Kontaktschicht, die auf der fotoelektrischen Umwandlungsschicht gestapelt angeordnet ist und ein Diffusionsgebiet von Störstellen eines ersten elektrisch leitfähigen Typs in einem selektiven Gebiet enthält, eine erste Isolierschicht, die so vorgesehen ist, dass sie der fotoelektrischen Umwandlungsschicht gegenüberliegt, wobei die Kontaktschicht dazwischen angeordnet ist, und eine erste Öffnung an einer Position aufweist, die dem Diffusionsgebiet gegenüberliegt, und eine zweite Isolierschicht, die so vorgesehen ist, dass sie der Kontaktschicht gegenüberliegt, wobei die erste Isolierschicht dazwischen angeordnet ist, und eine zweite Öffnung aufweist, die mit der ersten Öffnung in Verbindung steht und kleiner als die erste Öffnung ist.
  18. Elektronische Einrichtung, die ein Halbleiterelement aufweist, wobei das Halbleiterelement aufweist eine Halbleiterschicht, die eine Kontaktschicht enthält, die ein Verbundhalbleitermaterial enthält und mit einem Diffusionsgebiet von Störstellen eines ersten elektrisch leitfähigen Typs in einem selektiven Gebiet versehen ist, eine erste Isolierschicht, die mit der Kontaktschicht in Kontakt ist und auf der Halbleiterschicht gestapelt ist, wobei die erste Isolierschicht eine erste Öffnung an einer Position aufweist, die dem Diffusionsgebiet gegenüberliegt, und eine zweite Isolierschicht, die so vorgesehen ist, dass sie der Kontaktschicht gegenüberliegt, wobei die erste Isolierschicht dazwischen angeordnet ist, und eine zweite Öffnung aufweist, die mit der ersten Öffnung in Verbindung steht und kleiner als die erste Öffnung ist.
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