本發(fā)明涉及一種攝像設(shè)備和攝像系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

作為用于照相機(jī)的圖像傳感器等的攝像設(shè)備，提出了多層攝像設(shè)備。在WO 2012/004923的圖1例示的攝像設(shè)備中，光電轉(zhuǎn)換膜被設(shè)置在半導(dǎo)體基板上。透明電極被設(shè)置在光電轉(zhuǎn)換膜上，并且，像素電極被設(shè)置在光電轉(zhuǎn)換膜與半導(dǎo)體基板之間。絕緣膜被設(shè)置在光電轉(zhuǎn)換膜與像素電極之間。根據(jù)WO 2012/004923，這種構(gòu)造使得能夠進(jìn)行相關(guān)雙采樣(CDS)，因此可以降低噪聲。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)實(shí)施例的攝像設(shè)備包括：基板，其上設(shè)置有多個像素電路；半導(dǎo)體層，其被設(shè)置在所述基板上；第一電極，其被設(shè)置在所述半導(dǎo)體層上；以及第二電極，其被設(shè)置在所述半導(dǎo)體層與所述基板之間。所述半導(dǎo)體層的連續(xù)部分包括：第一部分，所述第一部分形成被設(shè)置在所述第一電極與所述第二電極之間的光接收區(qū)域；以及第二部分，所述第二部分形成保持在所述光接收區(qū)域中產(chǎn)生的電荷的電荷保持區(qū)域，該電荷保持區(qū)域被設(shè)置在與所述光接收區(qū)域不同的位置處。

根據(jù)另一實(shí)施例的攝像設(shè)備包括：基板，其上設(shè)置有多個像素電路；半導(dǎo)體層，其被設(shè)置在所述基板上，并且針對所述多個像素電路中的各個像素電路，所述半導(dǎo)體層包括接收光的第一部分和被遮光的第二部分；以及偏置電壓供給器，其被構(gòu)造為彼此獨(dú)立地向所述第一部分和所述第二部分施加偏置電壓。

根據(jù)下面參照附圖對示例性實(shí)施例的描述，本發(fā)明的其他特征將變得清楚。

附圖說明

圖1A示意性地例示了攝像設(shè)備的像素的構(gòu)造，圖1B例示了光電轉(zhuǎn)換部的等效電路，圖1C例示了光電轉(zhuǎn)換部的等效電路。

圖2示意性地例示了攝像設(shè)備的整體構(gòu)造。

圖3例示了攝像設(shè)備的列電路的等效電路。

圖4A示意性地例示了攝像設(shè)備的平面結(jié)構(gòu)，圖4B示意性地例示了攝像設(shè)備的橫截面結(jié)構(gòu)，圖4C示意性地例示了攝像設(shè)備的平面結(jié)構(gòu)。

圖5A示意性地例示了攝像設(shè)備的平面結(jié)構(gòu)，圖5B示意性地例示了攝像設(shè)備的橫截面結(jié)構(gòu)。

圖6A至圖6C示意性地例示了攝像設(shè)備的像素的構(gòu)造，圖6D至圖6F示意性例示了攝像設(shè)備的電位。

圖7示意性地例示了攝像設(shè)備的光電轉(zhuǎn)換部的能帶(energy band)。

圖8是在攝像設(shè)備中使用的驅(qū)動信號的時序圖。

圖9是在攝像設(shè)備中使用的驅(qū)動信號的時序圖。

圖10示意性地例示了攝像設(shè)備的像素的構(gòu)造。

圖11示意性地例示了攝像設(shè)備的像素的構(gòu)造。

圖12示意性地例示了攝像設(shè)備的像素的構(gòu)造。

圖13A示意性地例示了攝像設(shè)備的平面結(jié)構(gòu)，圖13B示意性地例示了攝像設(shè)備的平面結(jié)構(gòu)。

圖14A示意性地例示了攝像設(shè)備的平面結(jié)構(gòu)，圖14B示意性地例示了攝像設(shè)備的像素的構(gòu)造。

圖15A示意性地例示了攝像設(shè)備的像素的構(gòu)造，圖15B示意性地例示了攝像設(shè)備的像素的構(gòu)造。

圖16示意性地例示了攝像設(shè)備的像素的構(gòu)造。

圖17示意性地例示了攝像設(shè)備的平面結(jié)構(gòu)。

圖18示意性地例示了攝像設(shè)備的像素的構(gòu)造。

圖19A示意性地例示了攝像設(shè)備的平面結(jié)構(gòu)，圖19B示意性地例示了攝像設(shè)備的橫截面圖。

圖20示意性地例示了攝像設(shè)備的像素的構(gòu)造。

圖21是例示攝像系統(tǒng)的框圖。

具體實(shí)施方式

例如，在同一曝光期間中在多個像素中累積電荷然后順序地從多個像素讀取信號的情況下，如全局電子快門操作中一樣，累積的電荷或基于電荷的信號被保持在與光接收區(qū)域不同的地方。發(fā)明人已經(jīng)設(shè)想到使用包括設(shè)置在光電轉(zhuǎn)換膜的下方的像素電極的節(jié)點(diǎn)作為用于保持信號的節(jié)點(diǎn)。然而，在一些攝像設(shè)備中，像素電極連接到形成復(fù)位晶體管的源極和放大晶體管的柵極的擴(kuò)散層。也就是說，包括像素電極的節(jié)點(diǎn)用作放大部分的輸入節(jié)點(diǎn)。這樣，由于信號被保持在與光接收區(qū)域不同的地方，因此，如果由包括像素電極的節(jié)點(diǎn)保持信號則難以執(zhí)行CDS。結(jié)果是，噪聲可能會增加。在攝像設(shè)備中，在執(zhí)行全局電子快門操作等的情況下難以降低噪聲。根據(jù)一些實(shí)施例，可以降低噪聲。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例是包括多個像素的攝像設(shè)備。各個像素包括光電轉(zhuǎn)換部和用于讀取基于由光電轉(zhuǎn)換部產(chǎn)生的電荷的信號的像素電路。根據(jù)本實(shí)施例的攝像設(shè)備包括其上設(shè)置有像素電路的基板和設(shè)置在基板上的半導(dǎo)體層。半導(dǎo)體層的連續(xù)部分包括設(shè)置在第一電極和第二電極之間的光接收區(qū)域以及不同于光接收區(qū)域的電荷保持區(qū)域。

通過其中光接收區(qū)域和電荷保持區(qū)域被設(shè)置在半導(dǎo)體層的連續(xù)部分中的構(gòu)造，可以獲得以下效果中的至少一種。

由于除了光接收區(qū)域和像素電路之外還配設(shè)電荷保持區(qū)域，因此基于在曝光期間中產(chǎn)生的信號電荷的信號，可以從曝光期間結(jié)束時到所述信號被讀取時被保持在電荷保持區(qū)域中。利用這種構(gòu)造，在執(zhí)行全局電子快門操作的情況下，可以容易地執(zhí)行諸如CDS的降噪處理。結(jié)果是，可以降低噪聲。全局電子快門操作是在多個像素中在同一曝光期間中累積電荷然后從多個像素順序地讀取信號的操作的示例。

在半導(dǎo)體層中，可以應(yīng)用用于減小暗電流的技術(shù)。因此，電荷保持區(qū)域被設(shè)置在半導(dǎo)體層中，從而可以抑制在保持信號電荷的同時引起噪聲的電荷的混合。此外，由于光接收區(qū)域和電荷保持區(qū)域被設(shè)置在半導(dǎo)體層的連續(xù)部分中，因此可以抑制在從光接收區(qū)域到電荷保持區(qū)域的信號傳輸路徑中產(chǎn)生的噪聲。對用于使電荷保持區(qū)域保持信號的方法不受特別限制。例如，在光接收區(qū)域中產(chǎn)生的信號電荷可以被轉(zhuǎn)移到電荷保持區(qū)域。作為另選方案，基于信號電荷的光接收區(qū)域中的電位變化可以通過電容耦合被傳輸。

由于光接收區(qū)域和電荷保持區(qū)域被設(shè)置在半導(dǎo)體層的連續(xù)部分中，因此可以用簡單的構(gòu)造將信號電荷從光接收區(qū)域轉(zhuǎn)移到電荷保持區(qū)域。例如，可以通過使用設(shè)置在光接收區(qū)域和電荷保持區(qū)域之間的電荷轉(zhuǎn)移區(qū)域以及向電荷轉(zhuǎn)移區(qū)域施加偏置電壓的電極來轉(zhuǎn)移電荷。

根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例是包括多個像素的攝像設(shè)備。各個像素包括光電轉(zhuǎn)換部和用于讀取基于由光電轉(zhuǎn)換部產(chǎn)生的電荷的信號的像素電路。根據(jù)本實(shí)施例的攝像設(shè)備包括其上設(shè)置有像素電路的基板和設(shè)置在基板上的半導(dǎo)體層。半導(dǎo)體層包括接收光的第一部分(光接收區(qū)域)和被遮光的第二部分(電荷保持區(qū)域)。攝像設(shè)備還包括：偏置電壓供給器，其被構(gòu)造為彼此獨(dú)立地向第一部分和第二部分施加偏置電壓。

利用包括被構(gòu)造為彼此獨(dú)立地向第一部分和第二部分施加偏置電壓的偏置電壓供給器的構(gòu)造，第一部分可以用作光接收區(qū)域，第二部分可以用作電荷保持區(qū)域。因此，可以獲得以下效果中的至少一種。對用于使電荷保持區(qū)域保持信號的方法不受特別限制。例如，在光接收區(qū)域中產(chǎn)生的信號電荷可以被轉(zhuǎn)移到電荷保持區(qū)域。作為另選方案，基于信號電荷的光接收區(qū)域中的電位變化可以通過電容耦合被傳輸。

由于除了接收光的光接收區(qū)域之外還在半導(dǎo)體層中設(shè)置用于保持電荷的電荷保持區(qū)域，因此基于在曝光期間中產(chǎn)生的信號電荷的信號，可以從曝光期間結(jié)束時到所述信號被讀取時被保持在電荷保持區(qū)域中。利用這種構(gòu)造，在執(zhí)行全局電子快門操作的情況下，可以容易地執(zhí)行諸如CDS的降噪處理。結(jié)果是，可以降低噪聲。全局電子快門操作是在多個像素中在同一曝光期間中累積電荷然后從多個像素順序地讀取信號的操作的示例。

由于電荷保持區(qū)域被遮光，因此可以抑制在將信號電荷保持在電荷保持區(qū)域中的同時使通過光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的電荷的混合入電荷保持區(qū)域中。結(jié)果是，可以降低噪聲。

在半導(dǎo)體層中，可以應(yīng)用用于減小暗電流的技術(shù)。因此，電荷保持區(qū)域被設(shè)置在半導(dǎo)體層中，從而可以抑制在保持信號電荷的同時引起噪聲的電荷的混合。

根據(jù)另一實(shí)施例，第一部分可以用作光接收區(qū)域，第二部分可以用作光學(xué)黑(OB)區(qū)域。因此，通過對來自光接收區(qū)域的信號和來自O(shè)B區(qū)域的信號進(jìn)行差分處理，可以除去由暗電流等引起的噪聲。

結(jié)果是，可以獲得具有降低噪聲的圖像信號。

在下文中，將參照附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明的實(shí)施例。本發(fā)明不限于下述的實(shí)施例。通過在不脫離本發(fā)明的主旨的情況下改變下述實(shí)施例中的任何一個的部分的構(gòu)造所得到的變型例也是本發(fā)明的實(shí)施例。另外，其中下述實(shí)施例中的任何一個的部分的構(gòu)造被添加到另一個實(shí)施例中的示例，或者其中下述實(shí)施例中的任何一個的部分的構(gòu)造被另一個實(shí)施例的部分的構(gòu)造替代的示例也是本發(fā)明的實(shí)施例。

第一實(shí)施例

將描述本發(fā)明的實(shí)施例。圖1A示意性地例示了根據(jù)本實(shí)施例的攝像設(shè)備的像素100。攝像設(shè)備包括其上布置有像素100的像素電路的基板(未例示)和設(shè)置在基板上的半導(dǎo)體層108。圖1A僅例示了一個像素100，但是根據(jù)本實(shí)施例的攝像設(shè)備包括多個像素100。

像素100包括設(shè)置在半導(dǎo)體層108中的光接收區(qū)域101、電荷轉(zhuǎn)移區(qū)域102和電荷保持區(qū)域103。光接收區(qū)域101對應(yīng)于半導(dǎo)體層108的第一部分，電荷保持部103對應(yīng)于半導(dǎo)體層108的第二部分。半導(dǎo)體層108可以由諸如硅的無機(jī)半導(dǎo)體構(gòu)成。作為另選方案，半導(dǎo)體層108可以由有機(jī)半導(dǎo)體構(gòu)成。

上部電極S 106被設(shè)置在半導(dǎo)體層108上。上部電極S 106向光接收區(qū)域101、電荷轉(zhuǎn)移區(qū)域102和電荷保持區(qū)域103施加偏置電壓。上部電極S106連接到電源VS 104。電源VS 104供給電壓Vs。在本實(shí)施例中，上部電極S 106向光接收區(qū)域101和電荷保持區(qū)域103兩者施加偏置電壓。為了此目的，上部電極S 106由在光接收區(qū)域101和電荷保持區(qū)域103上連續(xù)地延伸的導(dǎo)電層形成。從另一個觀點(diǎn)來看，上部電極S 106的第一部分(第一電極)向光接收區(qū)域101施加偏置電壓，并且上部電極S 106的第二部分(第三電極)向電荷保持區(qū)域103施加偏置電壓。上部電極S 106的第一部分(第一電極)和第二部分(第三電極)可以相互隔離。

像素100還包括向右接收區(qū)域101施加偏置電壓的電極P(第二電極)110和連接到電極P 110的電源VP 113。電源VP 113供給電壓Vp。像素100還包括向電荷保持區(qū)域103施加偏置電壓的電極M(第四電極)112。半導(dǎo)體層108的光接收區(qū)域101被設(shè)置在上部電極S 106的第一部分(第一電極)和電極P 110。半導(dǎo)體層108的電荷保持區(qū)域103被設(shè)置在上部電極S 106的第二部分(第三電極)和電極M 112之間。

電極P 110和電極M 112相互電隔離。利用這種構(gòu)造，可以彼此獨(dú)立地向光接收區(qū)域101和電荷保持區(qū)域103施加偏置電壓。在本實(shí)施例中，電極P 110和電極M 112構(gòu)成彼此獨(dú)立地向半導(dǎo)體層108的光接收區(qū)域(第一部分)101和電荷保持區(qū)域(第二部分)103施加偏置電壓的偏置電壓供給器。在未向光接收區(qū)域101和電荷保持區(qū)域103彼此獨(dú)立地施加偏置電壓的情況下，電極P 110和電極M 112可以是連續(xù)的。在未向電荷保持區(qū)域103施加偏置電壓的情況下，可以省略電極M 112。

上部電極S 106被構(gòu)造為允許預(yù)定量的光從其通過。也就是說，光接收區(qū)域101被構(gòu)造為接收光。例如，使用作為透明導(dǎo)電材料的氧化銦錫(ITO)層或薄金屬層作為上部電極S 106。在本實(shí)施例中，電荷保持區(qū)域103被遮光。具體地，用于阻擋入射光的遮光層105被設(shè)置在電荷轉(zhuǎn)移區(qū)域102和電荷保持區(qū)域103上。通過將遮光層105的一部分設(shè)置在電荷轉(zhuǎn)移區(qū)域102上，可以抑制在電荷轉(zhuǎn)移期間在電荷轉(zhuǎn)移區(qū)域102中產(chǎn)生電荷。因此，可以降低噪聲。此外，通過將遮光層105的一部分設(shè)置在電荷保持區(qū)域103上，可以抑制在電荷保持區(qū)域103中保持電荷的同時在電荷保持區(qū)域103中產(chǎn)生電荷。因此，可以降低噪聲。

用于減少從上部電極S 106到半導(dǎo)體層108的電荷注入的阻擋層107被設(shè)置在上部電極S 106和半導(dǎo)體層108之間。阻擋層107可以由具有與半導(dǎo)體層108的帶隙不同的帶隙的材料構(gòu)成。作為另選方案，阻擋層107可以由具有與半導(dǎo)體層108的雜質(zhì)濃度不同的雜質(zhì)濃度的材料構(gòu)成。絕緣層109被設(shè)置在電極P 110和半導(dǎo)體層108之間。絕緣層109在電極M 112和半導(dǎo)體層108之間以及在轉(zhuǎn)移電極T 111和半導(dǎo)體層108之間延伸。根據(jù)本實(shí)施例的變型例，省略了阻擋層107和絕緣層109中的任一個或兩者。

電荷轉(zhuǎn)移區(qū)域102被設(shè)置在光接收區(qū)域101和電荷保持區(qū)域103之間。像素100包括控制要施加到電荷轉(zhuǎn)移區(qū)域102的偏置電壓的轉(zhuǎn)移電極T 111以及連接到轉(zhuǎn)移電極T 111的電源VT 114。電源VT 114供給電壓Vt。根據(jù)本實(shí)施例的變型例，省略了電荷轉(zhuǎn)移區(qū)域102和轉(zhuǎn)移電極T 111。

電壓Vm經(jīng)由第一電容器Cm 116從電源VD 115供給到電極M 112。像素100包括連接到電極M 112的復(fù)位晶體管117和放大晶體管118。此外，像素100包括設(shè)置在放大晶體管118和輸出線120之間的電路徑上的選擇晶體管119。復(fù)位晶體管117、放大晶體管118和選擇晶體管119是包括在像素電路中的元件的示例。放大晶體管118輸出基于在光接收區(qū)域101中產(chǎn)生的電荷的信號。復(fù)位晶體管117使放大晶體管118的輸入節(jié)點(diǎn)的電壓復(fù)位。選擇晶體管119控制放大晶體管118和輸出線120之間的連接。多個像素100連接到一條輸出線120。在多個像素100構(gòu)成包括多個像素列的像素陣列的情況下，在各個像素列中設(shè)置一條或多條輸出線120。電流源121和列放大器301連接到輸出線120。放大晶體管118和電流源121構(gòu)成源極跟隨器電路。從像素100輸出到輸出線120的信號被輸入到列放大器301。

復(fù)位晶體管117、放大晶體管118和選擇晶體管119被設(shè)置在未例示的基板上。例如，該基板是硅基板。半導(dǎo)體層108被設(shè)置在其上設(shè)置有包括放大晶體管118的像素電路的基板上。從另一個角度來看，半導(dǎo)體層108被堆疊在其上設(shè)置有像素電路的基板上。

圖1B和圖1C例示了包括電荷保持區(qū)域103的電荷保持部的等效電路的示例。在本實(shí)施例中，電荷保持部包括半導(dǎo)體層108和絕緣層109。因此，電荷保持部包括上部電極S 106和電極M 112之間的電容分量。圖1B和圖1C中的等效電路例示了作為設(shè)置在上部電極S 106和電極M 112之間的第二電容器123的電容分量。圖1B例示了其中電荷保持部包括阻擋層107的實(shí)施例。因此，阻擋層107和半導(dǎo)體層108被示為二極管124。圖1C例示了其中半導(dǎo)體層108不包括阻擋層的實(shí)施例。因此，半導(dǎo)體層108被例示了為電阻器125。下面將描述半導(dǎo)體層108的結(jié)構(gòu)。

在本實(shí)施例中，光接收區(qū)域101和電荷保持區(qū)域103被設(shè)置在半導(dǎo)體層108的連續(xù)部分中。例如，半導(dǎo)體層108的連續(xù)部分是半導(dǎo)體層108中的由基本上均質(zhì)材料構(gòu)成的部分。在攝像設(shè)備的制造期間發(fā)生制造誤差。因此，半導(dǎo)體層108的連續(xù)部分可以包括由制造誤差引起的材料變化。從另一個觀點(diǎn)來看，半導(dǎo)體層108的連續(xù)部分是同時被形成在半導(dǎo)體層108中的部分。在同時形成半導(dǎo)體層108的連續(xù)部分之后，可以僅處理其一部分。因此，半導(dǎo)體層108的連續(xù)部分可以包括具有不同厚度或不同寬度的多個部分。

將描述像素100的各個部分的功能。半導(dǎo)體層108的光接收區(qū)域101、設(shè)置在光接收區(qū)域101上的上部電極S 106的第一部分(第一電極)、電極P 110以及設(shè)置在半導(dǎo)體層108和電極P 110之間的絕緣層109構(gòu)成光電轉(zhuǎn)換部。光電轉(zhuǎn)換部根據(jù)入射光產(chǎn)生電荷，并將產(chǎn)生的電荷作為信號電荷累積。根據(jù)被施加在上部電極S 106和電極P 110之間的電壓，可以控制光電轉(zhuǎn)換部中的信號電荷的累積和來自光電轉(zhuǎn)換部的信號電荷的釋放(discharge)或轉(zhuǎn)移。

半導(dǎo)體層108的電荷保持區(qū)域103、設(shè)置在電荷保持區(qū)域103上的上部電極S 106的第二部分(第三電極)、電極M 112以及設(shè)置在半導(dǎo)體層108和電極M 112之間的絕緣層109構(gòu)成電荷保持部。電荷保持部將信號電荷保持在與光電轉(zhuǎn)換部不同的地方。通過控制供給到電極M 112的偏置電壓，可以從電荷保持部讀取信號。

半導(dǎo)體層108的電荷轉(zhuǎn)移區(qū)域102、上部電極S 106、轉(zhuǎn)移電極T 111以及設(shè)置在半導(dǎo)體層108和轉(zhuǎn)移電極T 111之間的絕緣層109構(gòu)成電荷轉(zhuǎn)移部。在本實(shí)施例中，光接收區(qū)域101和電荷保持區(qū)域103被設(shè)置在半導(dǎo)體層108的連續(xù)部分中，其間具有電荷轉(zhuǎn)移區(qū)域102。利用這種構(gòu)造，電荷轉(zhuǎn)移部能夠?qū)⒎e累在光接收區(qū)域101中的電荷轉(zhuǎn)移到電荷保持區(qū)域103。電荷的轉(zhuǎn)移由供給到轉(zhuǎn)移電極T 111的偏置電壓控制。

在本實(shí)施例中，光接收區(qū)域101、電荷轉(zhuǎn)移區(qū)域102和電荷保持區(qū)域103被設(shè)置在連續(xù)的半導(dǎo)體層108的不同部分中。各個區(qū)域彼此獨(dú)立地被控制。因此，光接收區(qū)域101、電荷轉(zhuǎn)移區(qū)域102和電荷保持區(qū)域103實(shí)現(xiàn)不同的功能。光接收區(qū)域101具有通過光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生電荷的功能和累積電荷的功能。電荷轉(zhuǎn)移區(qū)域102具有將電荷從光接收區(qū)域101轉(zhuǎn)移到電荷保持區(qū)域103的功能。電荷保持區(qū)域103具有獨(dú)立于光接收區(qū)域101保持電荷的功能。

接下來，將描述像素100的像素電路。電極M 112和放大晶體管118的柵極相互電連接。如圖1A例示，電極M 112和放大晶體管118的柵極可能會被短路。作為另選方案，開關(guān)可以被設(shè)置在電極M 112和放大晶體管118之間的電路徑上。

在圖1A中，由電極M 112和放大晶體管118的柵極構(gòu)成的節(jié)點(diǎn)被例示為節(jié)點(diǎn)B。節(jié)點(diǎn)B可以是電浮置的。在節(jié)點(diǎn)B是電浮置的情況下，節(jié)點(diǎn)B的電壓可以根據(jù)保持在電荷保持區(qū)域103中的電荷而改變。利用這種構(gòu)造，基于通過光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生并保持在電荷保持區(qū)域103中的電荷的信號可以被輸入到放大晶體管118。放大晶體管118放大該輸入信號并將其輸出到輸出線120。

像素100的像素電路包括使電極M 112的電壓復(fù)位的復(fù)位晶體管117。復(fù)位晶體管117將復(fù)位電壓Vres供給電極M 112和放大晶體管118的柵極。也就是說，復(fù)位晶體管117使放大晶體管118的輸入節(jié)點(diǎn)(節(jié)點(diǎn)B)的電壓復(fù)位?？刂茝?fù)位晶體管117，使得可以切換其ON/OFF。當(dāng)復(fù)位晶體管117導(dǎo)通時，復(fù)位電壓Vres被供給到節(jié)點(diǎn)B。當(dāng)復(fù)位晶體管117斷開時，節(jié)點(diǎn)B變?yōu)殡姼≈玫摹?/p>

第一電容器Cm 116電連接到電極M 112。電極M 112和第一電容器Cm 116可能會被短路。作為另選方案，開關(guān)可以被配設(shè)在電極M 112和第一電容器Cm 116之間的電路徑上。

第一電容器Cm 116由其間具有絕緣體的彼此相對的兩個電極形成。這兩個電極由諸如多晶硅或金屬的導(dǎo)電材料構(gòu)成。作為另選方案，第一電容器Cm 116包括半導(dǎo)體區(qū)域和經(jīng)由柵極絕緣膜設(shè)置在半導(dǎo)體區(qū)域上的柵極電極。包括在第一電容器Cm 116中的半導(dǎo)體區(qū)域可以具有比晶體管的源極區(qū)域或漏極區(qū)域高的雜質(zhì)濃度。該柵極電極由諸如多晶硅或金屬的導(dǎo)電材料構(gòu)成。

第一電容器Cm 116包括電連接到電極M 112的第一端子和不同于第一端子的第二端子。各個端子可以由諸如金屬或多晶硅的導(dǎo)電材料或半導(dǎo)體區(qū)域構(gòu)成。向第二端子供給預(yù)定的電壓。在本實(shí)施例中，第二端子連接到電源VD 115，并且從電源VD 115供給多個電壓。作為另選方案，第二端子可以接地。如圖1A例示，節(jié)點(diǎn)B包括第一端子，節(jié)點(diǎn)C包括第二端子。

接下來，將描述像素100的控制。首先，在曝光期間中，控制上部電極S 106和電極P 110的電壓，使得反向偏壓被施加到光接收區(qū)域101。因此，在曝光期間的過程中，在光接收區(qū)域101中產(chǎn)生的信號電荷被累積在光接收區(qū)域101中。隨后，控制電極P 110、轉(zhuǎn)移電極T 111和電極M 112的電壓，以將積累在光接收區(qū)域101中的電荷轉(zhuǎn)移到電荷保持區(qū)域103?？梢酝ㄟ^例如使電荷保持區(qū)域103的電位低于光接收區(qū)域101的電位來轉(zhuǎn)移電荷。通過執(zhí)行電荷轉(zhuǎn)移，在經(jīng)過曝光期間之后，信號電荷被保持在電荷保持區(qū)域103中。

為了讀取保持在電荷保持區(qū)域103中的信號，半導(dǎo)體層108被耗盡。具體地，半導(dǎo)體層108中的電荷被釋放到上部電極S 106?？梢酝ㄟ^控制上部電極S 106和電極M 112之間的電壓來釋放電荷。為了此目的，在本實(shí)施例中，控制第一電容器Cm 116的第二端子的電壓。電源VD 115向第一電容器Cm 116的第二端子供給第一電壓和與第一電壓不同的第二電壓，這些電壓用作電壓Vd。在本實(shí)施例的變型例中，電源VM(未例示)將第一電壓和與第一電壓不同的第二電壓供給電極M 112，這些電壓用作電壓Vm。在本實(shí)施例的另一變型例中，電源VS 104向上部電極S 106供給第一電壓和與第一電壓不同的第二電壓，這些電壓用作電壓Vs。在這些變型例中，第一電容器Cm 116的第二端子接地，或者第一電容器Cm 116被省略。

將給出對控制不同于電極M 112的節(jié)點(diǎn)的電壓的操作的描述。當(dāng)上部電極S 106的電壓或第一電容器Cm 116的第二端子的電壓被改變時，電極M 112的電壓根據(jù)第一電容器Cm 116的電容值與由上部電極S 106和電極M 112形成的第二電容器123的電容值之比而改變。這是因?yàn)樵谙袼氐牡刃щ娐分?，第一電容器Cm 116和第二電容器123被例示為串聯(lián)連接的兩個電容器，并且電極M 112(節(jié)點(diǎn)B)被包括在這兩個電容器之間的節(jié)點(diǎn)中。

在本實(shí)施例中，電極M 112的電壓或第一電容器Cm 116的第二端子的電壓、由復(fù)位晶體管117供給的電壓Vres、第一電容器Cm 116的電容值和第二電容器123的電容值具有預(yù)定的關(guān)系。通過滿足該關(guān)系，即使電極M 112的電壓被改變，用于耗盡半導(dǎo)體層108的電壓也可以被施加在上部電極S 106和電極M 112之間。因此，可以減少不從半導(dǎo)體層108釋放的電荷量。結(jié)果是，可以降低噪聲。

利用上述控制，可以執(zhí)行全局電子快門操作。具體地，在多個像素100中同時或共同執(zhí)行通過光電轉(zhuǎn)換部的信號電荷的累積和電荷到電荷保持部的轉(zhuǎn)移。隨后，從多個像素100順序地讀取信號。在本實(shí)施例中，信號電荷被保持在半導(dǎo)體層108的電荷保持區(qū)域103中，直到所述信號被讀取。因此，可以通過抑制在半導(dǎo)體層108中產(chǎn)生的暗電流來減少添加到保持的信號電荷的噪聲。此外，由于電荷保持區(qū)域103與放大晶體管118的輸入節(jié)點(diǎn)電隔離，因此可以通過CDS等降低噪聲。

將描述被施加到像素100的各個部分的電壓。在本實(shí)施例中，將給出使用通過光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的電荷當(dāng)中的作為信號電荷的空穴(hole)的情況的描述。在本說明書中，除非另有指定，接地節(jié)點(diǎn)的電壓是0V的參考電壓。

從電源VS 104向上部電極S 106供給預(yù)定的電壓Vs(在本實(shí)施例中，6V)。從電源VP 113向光電轉(zhuǎn)換部的電極P 110供給預(yù)定電壓Vp(在本實(shí)施例中，3V)。電壓Vs和電壓Vp具有用于將反向偏壓施加到光接收區(qū)域101中的空穴的關(guān)系。通過光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的空穴被積累在光接收區(qū)域101中的半導(dǎo)體層108和絕緣層109之間的界面附近。半導(dǎo)體層108的除光接收區(qū)域101之外的部分被遮光層105遮光。因此，主要在光接收區(qū)域101中進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。

在本實(shí)施例中，信號電荷是空穴，因此電極P 110的電壓Vp低于轉(zhuǎn)移電極T 111的電壓Vt。如下面將參照圖4A至圖4C所述，轉(zhuǎn)移電極T 111被設(shè)置為在平行于基板的表面的平面中圍繞電極P 110的周圍。因此，通過設(shè)定由Vp<Vt表達(dá)的關(guān)系，在設(shè)置在電極P 110附近的光接收區(qū)域101中形成勢阱。通過光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的空穴被有效地收集到光接收區(qū)域101中的勢阱。此外，轉(zhuǎn)移電極T 111的電壓Vt形成勢壘，因此可以減少在光接收區(qū)域101中積累的電荷的泄漏。在信號電荷是電子的情況下，電極P 110的電壓Vp被設(shè)定為高于轉(zhuǎn)移電極T 111的電壓Vt。

在本實(shí)施例中，電源VD 115向第一電容器Cm 116的第二端子至少供給第一電壓Vd1和不同于第一電壓Vd1的第二電壓Vd2。在本實(shí)施例中，信號電荷是空穴，因此第二電壓Vd2高于第一電壓Vd1。在本實(shí)施例中，第一電壓Vd1是2V，而第二電壓Vd2是8V。在信號電荷是電子的情況下，第二電壓Vd2低于第一電壓Vd1。在信號電荷是電子的情況下，例如，第一電壓Vd1是8V，而第二電壓Vd2是2V。

在信號電荷是空穴的情況下，復(fù)位電壓Vres低于供給到上部電極S 106的電壓Vs。在信號電荷是電子的情況下，復(fù)位電壓Vres高于供給到上部電極S 106的電壓Vs。在本實(shí)施例中，信號電荷是空穴，因此供給到上部電極S 106的電壓Vs是6V，并且復(fù)位電壓Vres是3V。

在本實(shí)施例中，通過將包括多個電壓的電壓Vd供給節(jié)點(diǎn)C，電源VD 115控制經(jīng)由第一電容器Cm 116電容耦合到節(jié)點(diǎn)C的節(jié)點(diǎn)B的電壓Vm。因此，對供給到節(jié)點(diǎn)C的電壓Vd和供給到上部電極S 106的復(fù)位電壓Vres或電壓Vs之間的直流電流大小的關(guān)系不受特別限制。

在本實(shí)施例中，控制供給到電極P 110的電壓Vp、供給到轉(zhuǎn)移電極T 111的電壓Vt和供給到電極M 112的電壓Vm，從而將累積在光接收區(qū)域101中的信號電荷快速且完全地轉(zhuǎn)移到電荷保持區(qū)域103。在信號電荷是空穴的情況下，可以基于由Vp>Vt>Vm表達(dá)的關(guān)系來轉(zhuǎn)移電荷。在信號電荷是電子的情況下，可以基于由Vp<Vt<Vm表達(dá)的關(guān)系來轉(zhuǎn)移電荷。

圖2示意性地例示了根據(jù)本實(shí)施例的攝像設(shè)備的整個電路構(gòu)造。圖2例示了按四行四列的矩陣布置的十六個像素100。包括在一列中的多個像素100連接到一條輸出線120。行驅(qū)動電路201向像素100供給驅(qū)動信號pRES、驅(qū)動電壓pVP(電極P 110的電壓VP)、驅(qū)動電壓pVT(轉(zhuǎn)移電極T 111的電壓Vt)、驅(qū)動電壓pVD(節(jié)點(diǎn)C的電壓Vd)和驅(qū)動信號pSEL。驅(qū)動信號pRES被供給到圖1例示的復(fù)位晶體管117的柵極。驅(qū)動信號pSEL被供給到選擇晶體管119的柵極。復(fù)位晶體管117和選擇晶體管119由這些驅(qū)動信號控制。包括在一行中的多個像素100連接到公共驅(qū)動信號線。驅(qū)動信號線是用于傳輸上述驅(qū)動信號pRES、驅(qū)動信號pSEL等的布線。在圖2中，附加諸如(n)和(n+1)的表示各個行的參考符號以區(qū)分供給到不同行的驅(qū)動信號。這同樣適用于其他圖。在圖2中，省略了遮光層105的圖示。

在本實(shí)施例中，供給到第一電容器Cm 116的第二端子(節(jié)點(diǎn)C)的電壓Vd在每行中被獨(dú)立地控制。因此，行驅(qū)動電路201選擇要從電壓供給器203向其供給電壓Vd的行。附加諸如(n)和(n+1)的表示各個行的參考符號以區(qū)分供給到不同行的電壓Vd。在本實(shí)施例中，將給出對執(zhí)行全局電子快門操作的情況的描述。在這種情況下，在所有行中共同地驅(qū)動驅(qū)動電壓pVP、驅(qū)動電壓pVT和驅(qū)動電壓pVD。作為另選方案，可以執(zhí)行滾動快門操作。在這種情況下，針對每行執(zhí)行控制。利用上述構(gòu)造，在本實(shí)施例中可以以行為單位驅(qū)動多個像素100。

每條輸出線120連接到列電路204中的相應(yīng)一個。圖1A例示的列放大器301被包括在列電路204中。列驅(qū)動電路202以列為單位驅(qū)動列電路204。具體地，列驅(qū)動電路202向多個列電路204供給驅(qū)動信號CSEL。附加諸如(m)和(m+1)的表示各個列的參考符號以區(qū)分供給到不同列的驅(qū)動信號。這同樣適用于其他圖。利用這種構(gòu)造，以行為單位并行讀取的信號可以順序地被輸出到輸出單元。

將詳細(xì)描述列電路204。圖3是第m列和第m+1列中的列電路204的等效電路圖。省略其他列中的列電路204的圖示。

輸出線120上的信號被列放大器301放大。列放大器301的輸出節(jié)點(diǎn)經(jīng)由S/H開關(guān)302連接到電容器CTS。此外，列放大器301的輸出節(jié)點(diǎn)經(jīng)由S/H開關(guān)303連接到電容器CTN。S/H開關(guān)302和S/H開關(guān)303分別由驅(qū)動信號pTS和驅(qū)動信號pTN控制。利用這種構(gòu)造，可以保持來自像素100的包括復(fù)位噪聲的噪聲信號N和光信號S。因此，根據(jù)本實(shí)施例的攝像設(shè)備能夠執(zhí)行相關(guān)雙采樣，即，讀取已經(jīng)去除了復(fù)位噪聲的信號。

電容器CTS經(jīng)由水平轉(zhuǎn)移開關(guān)304連接到水平輸出線306。電容器CTN經(jīng)由水平轉(zhuǎn)移開關(guān)305連接到水平輸出線307。水平轉(zhuǎn)移開關(guān)304和水平轉(zhuǎn)移開關(guān)305由從列驅(qū)動電路202供給的驅(qū)動信號CSEL控制。

水平輸出線306和水平輸出線307都連接到輸出放大器122。輸出放大器122放大表示水平輸出線306上的信號和水平輸出線307上的信號之間的差的差信號，并輸出該差信號。放大的信號被輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)205，從模擬信號被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并被輸出到攝像設(shè)備的外部。

各個列電路204可以是模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。在這種情況下，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路包括保持存儲器或計數(shù)器的數(shù)字信號的保持單元。保持單元保持已經(jīng)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的噪聲信號N和光信號S。

接下來，將描述根據(jù)本實(shí)施例的攝像設(shè)備的平面結(jié)構(gòu)和橫截面結(jié)構(gòu)。圖4A示意性地例示了攝像設(shè)備的平面結(jié)構(gòu)。與圖1A至圖1C中的部分相同的部分用相同的附圖標(biāo)記表示。圖4A例示了兩行兩列的像素100。圖4A示意性地例示了在與其上設(shè)置有像素電路的基板的表面平行的平面中的電極P 110、轉(zhuǎn)移電極T 111和電極M 112的布置。

圖4B示意性地例示了攝像設(shè)備的橫截面結(jié)構(gòu)。圖4B中例示的橫截面對應(yīng)于沿圖4A中的線IVB-IVB截取的橫截面。與圖1A至圖1C中的部分相同的部分用相同的附圖標(biāo)記表示。圖4B例示了設(shè)置在半導(dǎo)體層108和基板之間的微透鏡401、平坦化層402、濾色器403和層間膜404。例示了半導(dǎo)體層108中的光接收區(qū)域101、電荷轉(zhuǎn)移區(qū)域102和電荷保持區(qū)域103。用于將電極連接到像素電路的導(dǎo)電構(gòu)件(未例示)被設(shè)置在層間膜404中。

如圖4B例示，電極P 110、轉(zhuǎn)移電極T 111和電極M 112被設(shè)置成使得其重心一致。利用這種構(gòu)造，微透鏡401能夠有效地將入射光聚焦在光電轉(zhuǎn)換部(光接收區(qū)域101和電極P 110)上。光電轉(zhuǎn)換部的電場分布和光入射分布彼此對應(yīng)，因此通過光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的電荷被有效地收集在光接收區(qū)域101中。

在圖4A例示的平面中，轉(zhuǎn)移電極T 111被設(shè)置為圍繞電極P 110。利用這種布置，可以將在光接收區(qū)域101中累積的電荷快速地轉(zhuǎn)移到電荷保持區(qū)域103。結(jié)果是，可以高速地驅(qū)動攝像設(shè)備。此外，施加到轉(zhuǎn)移電極T 111的偏置電壓使得能夠形成勢壘。因此，所產(chǎn)生的電荷可以被有效地收集在光接收區(qū)域101中。此外，可以抑制所收集的電荷泄漏到電荷保持區(qū)域103或相鄰像素。電荷可以在電荷轉(zhuǎn)移期間被快速地、完全地轉(zhuǎn)移。

圖4C示意性地例示了遮光層105的平面結(jié)構(gòu)。虛線表示電極P 110、轉(zhuǎn)移電極T 111和電極M 112的形狀。

接下來，將描述設(shè)置在基板上的像素電路的平面結(jié)構(gòu)和橫截面結(jié)構(gòu)。圖5A示意性地例示了設(shè)置在基板上的像素電路的平面圖中的布置。也就是說，圖5A例示了在像素電路投影到與基板的表面平行的平面上的情況下的布置。圖5B示意性地例示了基板550和層疊在基板550上的層間膜404和半導(dǎo)體層108的橫截面結(jié)構(gòu)。圖5B中例示的橫截面對應(yīng)于沿圖5A中的線VB-VB截取的橫截面。具有與圖1A至圖1C中的功能相同的功能的部分由相同的附圖標(biāo)記表示。請注意，關(guān)于晶體管，附圖標(biāo)記被附加到相應(yīng)的柵極電極。形成驅(qū)動信號線的導(dǎo)電構(gòu)件由與供給到驅(qū)動信號線的驅(qū)動信號的附圖標(biāo)記相同的附圖標(biāo)記表示。例如，由pRES表示的導(dǎo)電構(gòu)件形成用于供給驅(qū)動信號pRES的驅(qū)動信號線。

圖5A例示了按兩行和兩列的矩陣布置的四個像素100。僅在右上像素中，與圖4A例示的電極P 110、轉(zhuǎn)移電極T 111和電極M 112相對應(yīng)的部分通過使用虛線例示。在其他像素中省略這些電極的圖示。圖5A例示了形成第一電容器Cm 116的第一端子的電極502和形成第二端子的電極503。電極502和電極503被布置為使得它們在平面圖中相互交疊。

如圖5A例示，形成第一電容器Cm 116的第一端子的電極502和放大晶體管118經(jīng)由觸點(diǎn)501彼此電連接。形成第一電容器Cm 116的第一端子的電極502和電極M 112經(jīng)由觸點(diǎn)506彼此電連接。形成第一電容器Cm 116的第二端子的電極503和驅(qū)動信號線pVD經(jīng)由觸點(diǎn)507彼此連接。觸點(diǎn)504將轉(zhuǎn)移電極T 111和驅(qū)動信號線pVT彼此連接。觸點(diǎn)505將電極P 110和驅(qū)動信號線pVP彼此連接。

如圖5A和圖5B例示，第一電容器Cm 116的電極503連接到驅(qū)動信號線pVD。驅(qū)動信號線pVD從電源VD 115傳輸電壓Vd。在本實(shí)施例中，針對每行布置驅(qū)動信號線pVD。也就是說，一行的驅(qū)動信號線pVD和另一行的驅(qū)動信號線pVD彼此電絕緣。利用這種構(gòu)造，第一電容器Cm116的第二端子(節(jié)點(diǎn)C)的電壓Vd可以在每行中被獨(dú)立地控制。

如圖5B例示，攝像設(shè)備包括基板550。像素晶體管的源極區(qū)和漏極區(qū)被布置在基板550中。像素晶體管是包括在像素電路中的晶體管，例如，復(fù)位晶體管117、放大晶體管118和選擇晶體管119。包括像素晶體管的柵極電極和形成布線的導(dǎo)電構(gòu)件的層間膜404被設(shè)置在基板550上。絕緣層109和半導(dǎo)體層108被設(shè)置在層間膜404上。

上部電極S 106由允許一定量的光從其通過的導(dǎo)電構(gòu)件形成。例如，可以使用諸如氧化銦錫(ITO)的銦和/或包含錫的化合物或諸如ZnO的化合物作為上部電極S 106的材料。利用這種構(gòu)造，大量的光可以進(jìn)入光接收區(qū)域101，因此可以提高靈敏度。作為另一示例，具有允許一定量的光從其通過的厚度的多晶硅材料或金屬材料可以用于上部電極S 106。由于金屬具有低電阻，因此使用金屬作為上部電極S 106的材料的實(shí)施例有利于降低功耗或提高驅(qū)動速度。對上部電極S 106的透光率不受特別限制，只要該透光率不為零即可。

對于遮光層105，使用具有低透光率的材料。在一個實(shí)施例中，具有比上部電極S 106低的透光率的材料用于遮光層105。例如，諸如金屬或有機(jī)樹脂的材料用于遮光層105。在金屬用于遮光層105的情況下，遮光層105和上部電極S 106彼此電連接。利用這種構(gòu)造，可以有效地降低上部電極S 106的電阻，由此可以提高操作速度。在本實(shí)施例中，遮光層105被設(shè)置在上部電極S 106上。在本實(shí)施例的變型例中，遮光層105被設(shè)置在上部電極S 106和電荷保持區(qū)域103之間。

半導(dǎo)體層108由本征非晶硅(a-Si)、低濃度p型a-Si、低濃度n型a-Si等構(gòu)成。作為另選方案，半導(dǎo)體層108可以由化合物半導(dǎo)體構(gòu)成?；衔锇雽?dǎo)體的示例包括諸如BN、GaAs、GaP、AlSb和GaAlAsP的III-V化合物半導(dǎo)體，諸如CdSe、ZnS和HdTe的II-VI化合物半導(dǎo)體，以及諸如PbS、PbTe、和CuO的IV-VI化合物半導(dǎo)體。作為另選方案，半導(dǎo)體層108可以由有機(jī)材料構(gòu)成。例如，可以使用富勒烯、香豆素6(C6)、羅丹明6G(R6G)、鋅酞菁(ZnPc)、喹吖啶酮、酞菁化合物或萘酞菁化合物。此外，由上述化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的量子點(diǎn)膜可以用于半導(dǎo)體層108。半導(dǎo)體層108可以具有低雜質(zhì)濃度，或者，半導(dǎo)體層108可以是本征的。利用這種構(gòu)造，可以在半導(dǎo)體層108中擴(kuò)展足夠的耗盡層，因此可以提高靈敏度并且可以降低噪聲。

阻擋層107禁止將與信號電荷相同的導(dǎo)電類型的電荷從上部電極S 106注入到半導(dǎo)體層108。在上部電極S 106由ITO構(gòu)成的情況下，取決于與形成半導(dǎo)體層108的半導(dǎo)體的組合，上部電極S 106也可以用作阻擋層107。也就是說，可以形成勢壘，使得與信號電荷相同的導(dǎo)電類型的電荷不從上部電極S 106注入到半導(dǎo)體層108。

對于阻擋層107，可以使用與用于半導(dǎo)體層108的半導(dǎo)體相同類型的半導(dǎo)體，即，具有高于用于半導(dǎo)體層108的半導(dǎo)體的雜質(zhì)濃度的n型或p型半導(dǎo)體。例如，在將a-Si用于半導(dǎo)體層108的情況下，將具有高雜質(zhì)濃度的n型a-Si或具有高雜質(zhì)濃度的p型a-Si用于阻擋層107。費(fèi)米能級的位置根據(jù)雜質(zhì)濃度的差異而變化，因此可以僅對電子和空穴中的一個形成勢壘。阻擋層107的導(dǎo)電類型是其中與信號電荷相反的導(dǎo)電類型的電荷是多數(shù)載流子的導(dǎo)電類型。

作為另選方案，阻擋層107可以由與半導(dǎo)體層108的材料不同的材料構(gòu)成。利用這種構(gòu)造，形成異質(zhì)結(jié)。由于帶隙在材料之間變化，因此可以僅對電子和空穴中的一個形成勢壘。

絕緣層109被設(shè)置在半導(dǎo)體層108與電極P 110、轉(zhuǎn)移電極T 111和電極M 112中的各個之間。絕緣材料用于絕緣層109。絕緣層109的材料的示例包括諸如氧化硅、非晶氧化硅(a-SiO)、氮化硅或非晶氮化硅(a-SiN)的無機(jī)材料或有機(jī)材料。絕緣層109可以具有防止由于隧道效應(yīng)而導(dǎo)致的電荷傳輸?shù)暮穸?。利用這種構(gòu)造，可以減少泄漏電流，并由此可以降低噪聲。具體地，絕緣層109可以具有50nm以上的厚度。

在a-Si、a-SiO或a-SiN用于阻擋層107、半導(dǎo)體層108和絕緣層109的情況下，可以進(jìn)行加氫處理，并且可以通過氫終止懸空鍵。利用這種構(gòu)造，可以降低噪聲。

電極P 110、轉(zhuǎn)移電極T 111和電極M 112中的各個由金屬等的導(dǎo)電構(gòu)件形成。與形成布線的導(dǎo)電構(gòu)件或用于形成用于與外部部件連接的焊盤電極的導(dǎo)電構(gòu)件相同的材料用于電極P 110、轉(zhuǎn)移電極T 111和電極M 112。利用這種構(gòu)造，可以同時形成電極P 110、轉(zhuǎn)移電極T 111、電極M 112、布線和焊盤電極中的一些或全部。因此，可以簡化制造工藝。

將參照圖6A至圖6F描述根據(jù)本實(shí)施例的操作。圖6A至圖6C示意性地例示了半導(dǎo)體層108中的信號電荷(空穴)的操作。圖6D至圖6F示意性地例示了半導(dǎo)體層108和絕緣層109之間的界面處的電位。在圖6D至圖6F和圖7中的各個中，縱軸表示關(guān)于空穴的電位。關(guān)于空穴的電位在垂直軸的上側(cè)處較低。因此，電壓在垂直軸的上側(cè)處較低。例示了上部電極S 106、電極P 110和電極M 112的自由電子的能級。對于阻擋層107和半導(dǎo)體層108例示了導(dǎo)帶中的能級和價帶中的能級之間的帶隙。為了方便起見，在半導(dǎo)體層108和絕緣層109之間的界面處的半導(dǎo)體層108的電位被稱為半導(dǎo)體層108的表面電位或簡稱為表面電位。

圖6A例示了通過光接收區(qū)域101中的光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的空穴在光接收區(qū)域101中累積的狀態(tài)。圖6D示意性地例示了對應(yīng)于圖6A的關(guān)于光接收區(qū)域101、電荷轉(zhuǎn)移區(qū)域102和電荷保持區(qū)域103中的空穴的電位。白色圓圈表示空穴。在這種情況下，電極P 110的電壓Vp、轉(zhuǎn)移電極T 111的電壓Vt和電極M 112的電壓Vm滿足由Vp＝Vm<Vt表達(dá)的關(guān)系。利用該關(guān)系，在光接收區(qū)域101和電荷保持區(qū)域103之間形成勢壘，并且這兩個區(qū)域彼此電隔離。也就是說，轉(zhuǎn)移電極T 111用作用于將光接收區(qū)域101和電荷保持區(qū)域103彼此隔離的隔離電極。如果滿足Vs＝Vt，則電隔離性能增加。

圖6B例示了累積在光接收區(qū)域101中的空穴被轉(zhuǎn)移到電荷保持區(qū)域103的狀態(tài)。圖6E示意性地例示了對應(yīng)于圖6的關(guān)于光接收區(qū)域101、電荷轉(zhuǎn)移區(qū)域102和電荷保持區(qū)域103中的空穴的電位。在這種情況下，電極P 110的電壓Vp、轉(zhuǎn)移電極T 111的電壓Vt和電極M 112的電壓Vm滿足由Vp＝Vt>Vm或Vp>Vt>Vm表達(dá)的關(guān)系。利用該關(guān)系，在光接收區(qū)域101和電荷保持區(qū)域103之間形成電位斜率。因此，累積在光接收區(qū)域101中的空穴沿著半導(dǎo)體層108和絕緣層109之間的界面轉(zhuǎn)移到電荷保持區(qū)域103。

圖6C例示了將保持在電荷保持區(qū)域103中的信號電荷讀取到半導(dǎo)體基板上的電路的操作。圖6F示意性地例示了對應(yīng)于圖6的關(guān)于光接收區(qū)域101、電荷轉(zhuǎn)移區(qū)域102和電荷保持區(qū)域103中的空穴的電位。隨著電極M 112的電壓Vm改變，在與電極M 112連接的放大晶體管118中發(fā)生與電荷保持區(qū)域103中的電荷量相對應(yīng)的電壓的改變。

在本實(shí)施例中，半導(dǎo)體層108在平行于基板的表面的方向上經(jīng)由電荷轉(zhuǎn)移區(qū)域102從光接收區(qū)域101連續(xù)延伸到電荷保持區(qū)域103。因此，作為在多個像素中同時轉(zhuǎn)移在光接收區(qū)域101中累積的電荷并將電荷保持在電荷保持區(qū)域103中直到信號被讀出的結(jié)果，可以執(zhí)行全局電子快門操作。

接下來，將參照圖7描述讀取基于保持在電荷保持區(qū)域103中的電荷的信號的操作。圖7示意性地例示了沿著垂直于基板表面的方向的半導(dǎo)體層108的能帶。在圖7的左側(cè)，例示了光接收區(qū)域101中的能帶。在圖7的右側(cè)，例示了電荷保持區(qū)域103中的能帶。關(guān)于光接收區(qū)域101，例示了上部電極S 106、阻擋層107、半導(dǎo)體層108、絕緣層109和電極P 110的能帶。關(guān)于電荷保持區(qū)域103，例示了上部電極S 106、阻擋層107、半導(dǎo)體層108、絕緣層109和電極M 112的能帶。

作為光接收區(qū)域101中的操作，重復(fù)執(zhí)行以下步驟p1和p2。步驟p1對應(yīng)于電荷的轉(zhuǎn)移，步驟p2對應(yīng)于入射光的光電轉(zhuǎn)換和信號電荷的累積。在下文中，將描述各個步驟。

在步驟p1中，如上面參照圖6A至圖6F所述，累積在光接收區(qū)域101中的信號電荷經(jīng)由電荷轉(zhuǎn)移區(qū)域102轉(zhuǎn)移到電荷保持區(qū)域103。因此，光接收區(qū)域101的狀態(tài)從累積空穴的狀態(tài)變?yōu)椴淮嬖诳昭ǖ臓顟B(tài)。另一方面，電荷保持區(qū)域103的狀態(tài)從不存在空穴的狀態(tài)變?yōu)楸３挚昭ǖ臓顟B(tài)。

在步驟p2中，執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換。在光接收區(qū)域101中，由入射光產(chǎn)生的電子-空穴對中的空穴作為信號電荷被累積。電子被釋放到上部電極S106。結(jié)果是，與入射光量相對應(yīng)的空穴積累在光接收區(qū)域101與絕緣層109之間的界面處。

此后，在光接收區(qū)域101中重復(fù)步驟p1和p2。在拍攝運(yùn)動圖像的情況下，重復(fù)對應(yīng)于一幀的操作?？梢栽谒邢袼刂幸韵嗤亩〞r重復(fù)該操作，因此可以執(zhí)行全局電子快門操作。在集體電荷轉(zhuǎn)移之后，光接收區(qū)域101與電荷保持區(qū)域103電隔離，并且可以獨(dú)立地控制各個區(qū)域。

作為電荷保持區(qū)域103中的操作，重復(fù)執(zhí)行以下步驟m1至步驟m5。步驟m1對應(yīng)于放大晶體管118的輸入節(jié)點(diǎn)的復(fù)位。步驟m2對應(yīng)于噪聲信號N的讀取(N讀取)。步驟m3對應(yīng)于電荷的轉(zhuǎn)移。步驟m4對應(yīng)于來自電荷保持區(qū)域103的信號電荷的釋放。步驟m5對應(yīng)于光信號S的讀取(S讀取)。在下文中，將描述各個步驟。

在步驟m1中，復(fù)位晶體管117導(dǎo)通。包括電極M 112的節(jié)點(diǎn)(即，圖1A例示的節(jié)點(diǎn)B)的電壓被復(fù)位到復(fù)位電壓Vres。復(fù)位電壓Vres是，例如，3V。

在步驟m2中，復(fù)位晶體管117斷開。因此，節(jié)點(diǎn)B進(jìn)入電浮置狀態(tài)。此時，可以由復(fù)位晶體管117產(chǎn)生復(fù)位噪聲(噪聲kTC)。選擇晶體管119導(dǎo)通，并且放大晶體管118從像素100輸出包括復(fù)位噪聲的噪聲信號N(Vres+kTC)(N讀取)。噪聲信號N由列電路204的電容器CTN保持。

在步驟m3中，信號電荷從光接收區(qū)域101轉(zhuǎn)移到電荷保持區(qū)域103。同時執(zhí)行光接收區(qū)域101中的步驟p1和電荷保持區(qū)域103中的步驟m3。此時，電源VD 115向圖1A例示的節(jié)點(diǎn)C供給第一電壓Vd1。

在步驟m4中，電源VD 115向圖1A例示的節(jié)點(diǎn)C供給第二電壓Vd2。電極M 112(節(jié)點(diǎn)B)的電壓沿與節(jié)點(diǎn)C的電壓的變化相同的方向變化。由于空穴被用作信號電荷，因此第一電壓Vd1和第二電壓Vd2被設(shè)定為使得此時的電極M 112的電壓Vm變得高于上部電極S 106的電壓Vs(＝6V)。在本實(shí)施例中，第一電壓Vd1為2V，并且第二電壓Vd2為8V。

電極M 112的電壓的變化量dVB根據(jù)連接到電極M 112的第一電容器Cm 116的電容值C1與包括在電荷保持區(qū)域103中的第二電容器123的電容值C2的比率來確定。相對于節(jié)點(diǎn)C的電壓的變化量dVd，電極M 112的電壓的變化量dVB由dVB＝dVd×C1/(C1+C2)表達(dá)。包括電極M 112的節(jié)點(diǎn)B可以包括另一電容分量。然而，其他電容分量與第一電容器Cm 116的電容值C1相比足夠小。因此，節(jié)點(diǎn)B的電容值可以被視為等于第一電容器Cm 116的電容值C1。

在本實(shí)施例中，電極M 112的電壓的變化量dVB充分大于上部電極S 106的電壓Vs和復(fù)位電壓Vres之間的差(Vs-Vres)。因此，電極M 112的電位低于上部電極S 106的電位，并且半導(dǎo)體層108的電位斜率被反轉(zhuǎn)。因此，由黑圓圈表示的電子從上部電極S 106注入到半導(dǎo)體層108。此外，在半導(dǎo)體層108和絕緣層109之間的界面處作為信號電荷保持的空穴中的一些或全部朝向阻擋層107移動。移動的空穴與阻擋層107中的多數(shù)載流子復(fù)合并消失。結(jié)果是，半導(dǎo)體層108中的空穴從半導(dǎo)體層108釋放。在整個半導(dǎo)體層108耗盡的情況下，保持為信號電荷的所有空穴被釋放。

接下來，將第一電壓Vd1供給節(jié)點(diǎn)C。因此，半導(dǎo)體層108的電位斜率再次被反轉(zhuǎn)。因此，注入到半導(dǎo)體層108中的電子從半導(dǎo)體層108釋放。另一方面，阻擋層107禁止空穴從上部電極S 106注入到半導(dǎo)體層108。因此，半導(dǎo)體層108的表面電位根據(jù)所保持的空穴的量而變化。根據(jù)表面電位的變化，電極M 112的電壓以與從復(fù)位狀態(tài)消失的空穴的量相對應(yīng)的電壓Vsig變化。也就是說，與作為信號電荷保持的空穴的量相對應(yīng)的電壓Vsig出現(xiàn)在節(jié)點(diǎn)B處。與保持的空穴的量相對應(yīng)的電壓Vsig被稱為光信號分量。

在步驟m5中，復(fù)位晶體管119導(dǎo)通。因此，放大晶體管118從像素100輸出光信號S(Vsig+Vres+kTC)。光信號S由列電路204的電容器CTS保持。步驟m2中讀取的噪聲信號N(Vres+kTC)與步驟m5中讀取的光信號S(Vsig+Vres+kTC)之間的差與基于對應(yīng)于保持的信號電荷的電壓Vsig的信號(光信號分量)相對應(yīng)。

在信號電荷是電子的情況下，第二電壓Vd2低于第一電壓Vd1。復(fù)位電壓Vres被設(shè)定為低于上部電極S 106的電壓Vs。

在本實(shí)施例中，半導(dǎo)體層108的電位斜率被反轉(zhuǎn)，從而釋放保持的空穴。如果半導(dǎo)體層108的電位斜率不反轉(zhuǎn)，則可能發(fā)生未釋放的電荷并可能產(chǎn)生噪聲。這里，隨著電極M 112(節(jié)點(diǎn)B)的電壓的變化量dVB相對于上部電極S 106的電壓Vs和復(fù)位電壓Vres之間的差(Vs-Vres)增大，電位斜率更可能被反轉(zhuǎn)。也就是說，隨著電極M 112的電壓的變化量dVB相對于上部電極S 106的電壓Vs和復(fù)位電壓Vres之間的差(Vs-Vres)增大，可以降低噪聲。

如上所述，在節(jié)點(diǎn)C的電壓的變化量dVd與節(jié)點(diǎn)B的電壓的變化量dVB之間存在由dVB＝dVd×C1/(C1+C2)表達(dá)的關(guān)系。也就是說，節(jié)點(diǎn)B的電壓的變化量dVB隨著節(jié)點(diǎn)B的電容值C1的增加而增加。

在本實(shí)施例中，第一電容器Cm 116連接到電極M 112。因此，可以增加節(jié)點(diǎn)B的電容值C1。利用這種構(gòu)造，可以增加節(jié)點(diǎn)B的電壓的變化量dVB。結(jié)果是，可以容易地耗盡半導(dǎo)體層108，從而可以減少未釋放的電荷。根據(jù)本實(shí)施例，可以降低噪聲。

將描述第一電容器Cm 116未連接到節(jié)點(diǎn)B的構(gòu)造。在這種情況下，節(jié)點(diǎn)B的電容可以包括由半導(dǎo)體區(qū)域中的p-n結(jié)產(chǎn)生的電容分量和布線的寄生電容分量。然而，這些電容分量的量與包括在電荷保持區(qū)域103中的第二電容器123的電容值C2相比小得可以忽略不計。因此，C1/(C1+C2)幾乎為零。因此，即使節(jié)點(diǎn)C的電壓Vd改變，節(jié)點(diǎn)B的電壓也幾乎不改變。在這種情況下，電位斜率不被反轉(zhuǎn)，并且，出現(xiàn)保持為信號電荷的一些空穴不被釋放的可能性。與此相對照，根據(jù)本實(shí)施例，可以減少未釋放的信號電荷，從而可以降低噪聲。

接下來，將給出對第一電容器Cm 116的電容值C1、包括在電荷保持區(qū)域103中的第二電容器123的電容值C2和供給到各個部分的電壓之間的關(guān)系的描述。

在本實(shí)施例中，電荷保持區(qū)域103包括阻擋層107、半導(dǎo)體層108和絕緣層109。阻擋層107具有比半導(dǎo)體層108和絕緣層109高的導(dǎo)電性。因此，包括在電荷保持區(qū)域103中的第二電容器123的電容值C2與半導(dǎo)體層108中的電容分量Ci和絕緣層109中的電容分量Cins的合成電容相對應(yīng)。具體地，第二電容器123的電容值C2由下式(1)表達(dá)。

C2＝Ci×Cins/(Ci+Cins)···(1)

通過使用平面圖中的電極P 110的面積Ss、半導(dǎo)體層108的厚度di、絕緣層109的厚度dins、半導(dǎo)體層108的相對介電常數(shù)Ei、絕緣層109的相對介電常數(shù)Eins和真空介電常數(shù)E0，電容分量Ci和電容分量Cins分別由下式(2)和式(3)表達(dá)。

Ci＝E0×Ei×Ss/di···(2)

Cins＝E0×Eins×Ss/dins···(3)

電極P 110的邊緣電場幾乎可以忽略不計，因此，僅有在平面圖中的電極P 110的面積Ss可以被認(rèn)為是用于計算電容的面積。例如，平面圖中的電極P 110的面積Ss是圖4A至圖4C中的電極P 110的面積。在圖5B中，例示了半導(dǎo)體層108的厚度di和絕緣層109的厚度dins。

第一電容器Cm 116的電容值C1通過使用平面圖中的電極502或電極503的面積Sd、電極502和電極503之間的距離dd以及在電極502和電極503之間的絕緣層的介電常數(shù)Ed來由下式(4)表達(dá)。

C1＝E0×Ed×Sd/dd···(4)

在本實(shí)施例中，節(jié)點(diǎn)C的電壓Vd被控制為第一電壓Vd1和第二電壓Vd2，從而累積信號電荷并通過耗盡半導(dǎo)體層108來釋放信號電荷。當(dāng)?shù)谝浑娙萜鰿m 116的電容值C1和第二電容器123的電容值C2滿足以下關(guān)系時，當(dāng)釋放信號電荷時，可以減少殘留在半導(dǎo)體層108中的電荷。首先，將描述信號電荷是空穴的實(shí)施例。

為了簡單起見，假設(shè)第一電容器Cm116的電容值C1是第二電容器123的電容值C2的k倍。也就是說，電容值C1和電容值C2具有由下式(5)表達(dá)的關(guān)系。

C1＝k×C2···(5)

如上所述，節(jié)點(diǎn)C的電壓的變化量dVd和電極M 112(節(jié)點(diǎn)B)的電壓的變化量dVB具有由下式(6)表達(dá)的關(guān)系。

dVB＝dVd×C1/(C1+C2)···(6)

從式(5)和式(6)得到式(7)。

dVB＝dVd×k/(1+k)···(7)

為了累積作為信號電荷的空穴，供給到上部電極S 106(節(jié)點(diǎn)A)的電壓Vs和復(fù)位電壓Vres可以滿足由式(8)表達(dá)的關(guān)系。

Vs>Vres···(8)

為了轉(zhuǎn)移作為信號電荷的空穴，上部電極S 106(節(jié)點(diǎn)A)的電壓Vs、復(fù)位電壓Vres和電極M 112的電壓的變化量dVB可以滿足由式(9)表達(dá)的關(guān)系。

Vs<Vres+dVB···(9)

當(dāng)滿足由式(8)所表達(dá)的關(guān)系時，可以在半導(dǎo)體層108中形成用于使空穴向絕緣層109漂移的電位斜率。當(dāng)滿足由式(9)所表達(dá)的關(guān)系時，可以容易地反轉(zhuǎn)半導(dǎo)體層108中的電位斜率。

從式(7)和式(9)得到式(10)。

Vs-Vres<dVd×k/(1+k)···(10)

在信號電荷是空穴的實(shí)施例中，第二電壓Vd2高于第一電壓Vd1。也就是說，由dVd＝Vd2-Vd1表達(dá)的節(jié)點(diǎn)C的電壓的變化量是正值。因此，即使式(10)的兩邊除以dVd，不等式符號也不被反向。

因此，關(guān)于電容值C1與電容值C2的電容比k，從式(10)得到以下的關(guān)系式(11)。

當(dāng)滿足由式(11)所表達(dá)的關(guān)系時，可以減少未被放電的電荷。因此，可以降低噪聲。

具體地，在本實(shí)施例中，第一電容Cm116的電容值C1為4fF，并且，第二電容123的電容值C2為1fF。也就是說，k＝4，利用這種構(gòu)造，可以進(jìn)一步降低噪聲。

在本實(shí)施例中，在平面圖中第一電容器Cm 116的電極502和電極503中的任一個的面積Sd和電極M 112的面積Ss滿足由Sd>0.5×Ss表達(dá)的關(guān)系。利用這種構(gòu)造，可以容易地獲得上述電容比的關(guān)系。

降低噪聲的效果隨著k的值增加而增加。因此，當(dāng)?shù)谝浑娙萜鰿m 116的電容值C1等于或大于第二電容器123的電容值C2時，可以進(jìn)一步增強(qiáng)降低噪聲的效果。

通過使用第一電壓Vd1和第二電壓Vd2，節(jié)點(diǎn)C的電壓的變化量dVd由dVd＝Vd2-Vd1表達(dá)?？梢酝ㄟ^使用式(5)將式(11)的左邊重寫為C1/(C1+C2)。由此，式(11)被修改為式(12)。

接下來，將描述信號電荷是電子的實(shí)施例。在信號電荷是電子的情況下，式(8)和式(9)中的不等式符號被反向。因此，式(10)中的不等式符號也被反向。也就是說，在信號電荷是電子的情況下，得到下式(13)。

Vs-Vres>dVd×k/(1+k)···(13)

然而，在信號電荷是電子的實(shí)施例中，第二電壓Vd2低于第一電壓Vd1。也就是說，由dVd＝Vd2-Vd1表達(dá)的節(jié)點(diǎn)C的電壓的變化量dVd是負(fù)值。因此，在式(13)的兩邊除以dVd時，不等式符號被反向。結(jié)果是，如在信號電荷是空穴的情況中一樣得到式(11)和式(12)。

現(xiàn)在，將描述由式(12)表達(dá)的關(guān)系。右邊的值隨著復(fù)位電壓Vres和供給到電荷保持區(qū)域103中的上部電極S 106的電壓Vs之間的差減小而減小。也就是說，即使第一電容器Cm 116的電容值C1小，也可以反轉(zhuǎn)半導(dǎo)體層108的電位斜率。當(dāng)復(fù)位電壓Vres和供給到上部電極S 106的電壓Vs之間的差小時，在半導(dǎo)體層108中累積的電荷量減少。

另一方面，右邊的值隨著復(fù)位電壓Vres和電壓Vs之間的差的增大而增大。也就是說，使用大的值作為第一電容器Cm 116的電容值C1。在這種情況下，由于復(fù)位電壓Vres與第一電壓Vs1之間的差大，因此可以增加在半導(dǎo)體層108中累積的電荷量。

如上所述，根據(jù)包括在電荷保持區(qū)域103中的第一電容器Cm 116的電容值C1和第二電容器123的電容值C2之間的關(guān)系，可以降低噪聲。

上述值僅是示例，并且實(shí)施例不限于這些值。存在在半導(dǎo)體層108和絕緣層109之間的界面處存在缺陷能級的可能性。在這種情況下，可以基于現(xiàn)有技術(shù)考慮平帶電壓。

接下來，將描述用于控制根據(jù)本實(shí)施例的攝像設(shè)備的驅(qū)動信號。圖8和圖9是在根據(jù)本實(shí)施例的攝像設(shè)備中使用的驅(qū)動信號的時序圖。圖8例示了與一行中的信號讀取操作相對應(yīng)的驅(qū)動信號。圖9例示了與兩行、第n行和第n+1行中的信號讀取操作相對應(yīng)的驅(qū)動信號。

驅(qū)動信號pSEL被供給到選擇晶體管119的柵極。驅(qū)動信號pRES被供給到復(fù)位晶體管117的柵極。驅(qū)動信號pVT被供給到轉(zhuǎn)移電極T 111。驅(qū)動信號pTS被供給到S/H開關(guān)302。驅(qū)動信號pTN被供給到S/H開關(guān)303。驅(qū)動信號CSEL被供給到列驅(qū)動電路202。

當(dāng)驅(qū)動信號pSEL、pRES、pTN和pTS處于高電平時，相應(yīng)的晶體管或開關(guān)導(dǎo)通。當(dāng)驅(qū)動信號pSEL、pRES、pTN和pTS處于低電平時，相應(yīng)的晶體管或開關(guān)斷開。這些驅(qū)動信號的高電平和低電平根據(jù)相應(yīng)的晶體管和開關(guān)的閾值電壓來設(shè)定。圖8例示了驅(qū)動信號pVD的時序圖。驅(qū)動信號pVD包括初始電壓Vd0、第一電壓Vd1和第二電壓Vd2。

根據(jù)本實(shí)施例的攝像設(shè)備執(zhí)行所謂的全局電子快門操作。將參照圖8描述細(xì)節(jié)。從時刻t1到時刻t2的期間GS是集體電荷轉(zhuǎn)移的期間。從時刻t2到時刻t11的期間HBLNK(n)是水平消隱期間。從時刻t11到時刻t1的期間HSCAN(n)是水平掃描期間。

在時刻t1，在所有像素中驅(qū)動信號pVT的電壓從6V變?yōu)?V。同時，驅(qū)動信號pVD的電壓在所有像素中從初始電壓Vd0(＝3V)變?yōu)榈谝浑妷篤d1(＝2V)。因此，光接收區(qū)域101中的信號電荷被共同地轉(zhuǎn)移到所有像素中的電荷保持區(qū)域103。在時刻t2，驅(qū)動信號pVT的電壓在所有像素中從3V變?yōu)?V，從而完成電荷轉(zhuǎn)移。

直到時刻t3，驅(qū)動信號pRES(n)保持在高電平，并且第n行中的像素100的復(fù)位晶體管117處于導(dǎo)通狀態(tài)。將第n行中的像素100的節(jié)點(diǎn)B的電壓復(fù)位為復(fù)位電壓Vres。此后，在時刻t3，驅(qū)動信號pRES(n)變?yōu)榈碗娖剑虼?，?fù)位晶體管117斷開。

隨后，驅(qū)動信號pTN(n)在時刻t4變?yōu)楦唠娖?，并在時刻t5變?yōu)榈碗娖?。因此，包括?fù)位噪聲(圖7例示的kTC)的噪聲信號N保持在列電路204的電容器CTN中。

在時刻t6，驅(qū)動信號pVD(n)的電壓從第一電壓Vd1(＝2V)變?yōu)榈诙妷篤d2(＝8V)。在時刻t7，驅(qū)動信號pVD(n)的電壓從第二電壓Vd2變?yōu)榈谝浑妷篤d1。通過從時刻t6到時刻t7執(zhí)行的操作，保持在電荷保持區(qū)域103中的信號電荷被釋放，并且在節(jié)點(diǎn)B處產(chǎn)生與保持的信號電荷的量相對應(yīng)的電壓Vsig。

驅(qū)動信號pTS(n)在時刻t8變?yōu)楦唠娖剑⒃跁r刻t9變?yōu)榈碗娖?。因此，包括電壓Vph和復(fù)位噪聲的光信號S被保持在列電路204的電容器CTS中。

在時刻t10，驅(qū)動信號pVD(n)的電壓從第一電壓Vd1變?yōu)榈诙妷篤d2。因此，半導(dǎo)體層108中的所有的殘留電荷被釋放，并且光接收區(qū)域101被復(fù)位(膜復(fù)位)。因此，可以防止前一幀的殘留電荷影響下一幀的光信號S。

在時刻t11，驅(qū)動信號pRES(n)變?yōu)楦唠娖?，并且，?qū)動信號pVD(n)的電壓從第二電壓Vd2變?yōu)槌跏茧妷篤d0。因此，第n行中的像素100的節(jié)點(diǎn)B的電壓被再次復(fù)位為復(fù)位電壓Vres(FD復(fù)位)。驅(qū)動信號pRES(n)保持在高電平，直到下一幀的時刻t3，并且，節(jié)點(diǎn)B被固定為復(fù)位電壓Vres。此后，第n行中的像素100開始累積下一幀的信號電荷。

在時刻t11，基于驅(qū)動信號CSEL，將由列電路204讀取的噪聲信號N和光信號S輸出到各列中的輸出放大器122。輸出放大器122放大光信號S和噪聲信號IN之間的差，并將其輸出到ADC 205。

此后，如圖9例示，從第n+1行中的像素100讀取信號。該操作類似于從時刻t1到t11執(zhí)行的操作，因此省略其描述。

如上所述，在本實(shí)施例中，光接收區(qū)域101和電荷保持區(qū)域103設(shè)置在半導(dǎo)體層108的連續(xù)部分中。利用這種構(gòu)造，可以降低噪聲。

第二實(shí)施例

將描述本發(fā)明的另一個實(shí)施例。本實(shí)施例與第一實(shí)施例的不同之處在于省略了連接到轉(zhuǎn)移電極T 111的電荷轉(zhuǎn)移區(qū)域102、轉(zhuǎn)移電極T 111和電源VT 114。在下文中，將描述與第一實(shí)施例的不同之處。

圖10示意性地例示了根據(jù)本實(shí)施例的攝像設(shè)備的像素100。具有與圖1A中的功能相同的功能的部分由相同的附圖標(biāo)記表示。如圖10例示，像素100不包括電荷轉(zhuǎn)移區(qū)域102、轉(zhuǎn)移電極T 111和電源VT 114。

在根據(jù)本實(shí)施例的像素100中，連接到電極P 110的電源VP 150向電極P 110供給多個不同的電壓。通過控制從電源VP 150供給的電壓Vp和從電源VD 115供給的電壓Vd，電荷可以從光接收區(qū)域101轉(zhuǎn)移到電荷保持區(qū)域103。在信號電荷是空穴的情況下，電極P 110的電壓Vp和電極M 112的電壓Vm之間的關(guān)系被設(shè)定為Vp>Vm，從而電荷從光接收區(qū)域101轉(zhuǎn)移到電荷保持區(qū)域103。在電荷累積在光接收區(qū)域101中的期間中，電極P 110的電壓Vp和電極M 112的電壓Vm之間的關(guān)系被設(shè)定為Vp<Vm。在信號電荷是電子的情況下，電極P 110的電壓Vp和電極M 112的電壓Vm之間的關(guān)系被設(shè)定為Vp<Vm，從而電荷從光接收區(qū)域101轉(zhuǎn)移到電荷保持區(qū)域103。在電荷累積在光接收區(qū)域101中的期間中，電極P 110的電壓Vp和電極M 112的電壓Vm之間的關(guān)系被設(shè)定為Vp>Vm。

如上所述，在本實(shí)施例中，像素100不包括電荷轉(zhuǎn)移區(qū)域102。利用這種構(gòu)造，可以減小像素的尺寸。

第三實(shí)施例

將描述本發(fā)明的另一個實(shí)施例。本實(shí)施例與第一實(shí)施例的不同之處在于，轉(zhuǎn)移電極T 111的電壓Vt是固定的，并且多個不同的電壓被供給到電極P 110。在下文中，將描述與第一實(shí)施例的不同之處。

圖11示意性地例示了根據(jù)本實(shí)施例的攝像設(shè)備的像素100。具有與圖1A中的功能相同的功能的部分由相同的附圖標(biāo)記表示。供給到轉(zhuǎn)移電極T 111的電壓Vt是固定的。連接到電極P 110的電源VP 150向電極P 110供給多個不同的電壓。

在本實(shí)施例中，通過控制從電源VP 150供給的電壓Vp和從電源VD 115供給的電壓Vd，電荷可以從光接收區(qū)域101轉(zhuǎn)移到電荷保持區(qū)域103。在信號電荷是空穴的情況下，電極P 110的電壓Vp、轉(zhuǎn)移電極T 111的電壓Vt和電極M 112的電壓Vm之間的關(guān)系被設(shè)定為Vp>Vt>Vm，從而電荷從光接收區(qū)域101轉(zhuǎn)移到電荷保持區(qū)域103。在電荷累積在光接收區(qū)域101中的期間中，電壓Vp和電壓Vt之間的關(guān)系被設(shè)定為Vp<Vt。在信號電荷是電子的情況下，電極P 110的電壓Vp、轉(zhuǎn)移電極T 111的電壓Vt和電極M 112的電壓Vm之間的關(guān)系被設(shè)定為Vp<Vt<Vm，從而電荷從光接收區(qū)域101轉(zhuǎn)移到電荷保持區(qū)域103。在電荷累積在光接收區(qū)域101中的期間中，電壓Vp和電壓Vt之間的關(guān)系被設(shè)定為Vp>Vt。

利用根據(jù)本實(shí)施例的構(gòu)造，可以并行地執(zhí)行讀取基于電荷保持區(qū)域103中的電荷的信號(第一實(shí)施例中的步驟m4)和釋放來自光接收區(qū)域101的電荷(第一實(shí)施例中的膜復(fù)位)。

第四實(shí)施例

將描述本發(fā)明的另一個實(shí)施例。本實(shí)施例與第一實(shí)施例的不同之處在于，向電極P 110供給多個不同的電壓。在下文中，將描述與第一實(shí)施例的不同之處。

圖12示意性地例示了根據(jù)本實(shí)施例的攝像設(shè)備的像素100。具有與圖1A中的功能相同的功能的部分由相同的附圖標(biāo)記表示。連接到電極P110的電源VP 150向電極P 110供給多個不同的電壓。

在本實(shí)施例中，通過控制從電源VP 150供給的電壓Vp、從電源VT 114供給的電壓Vt和從電源VD 115供給的電壓Vd，電荷可以從光接收區(qū)域101轉(zhuǎn)移到電荷保持區(qū)域103。在信號電荷是空穴的情況下，電極P 110的電壓Vp、轉(zhuǎn)移電極T 111的電壓Vt和電極M 112的電壓Vm之間的關(guān)系被設(shè)定為Vp>Vt>Vm，從而電荷從光接收區(qū)域101轉(zhuǎn)移到電荷保持區(qū)域103。在電荷累積在光接收區(qū)域101中的期間中，電壓Vp和電壓Vt之間的關(guān)系被設(shè)定為Vp<Vt。在信號電荷是電子的情況下，電極P 110的電壓Vp、轉(zhuǎn)移電極T 111的電壓Vt和電極M 112的電壓Vm之間的關(guān)系被設(shè)定為Vp<Vt<Vm，從而電荷從光接收區(qū)域101轉(zhuǎn)移到電荷保持區(qū)域103。在電荷累積在光接收區(qū)域101中的期間中，電壓Vp和電壓Vt之間的關(guān)系被設(shè)定為Vp>Vt。

通過根據(jù)本實(shí)施例的構(gòu)造，在電荷的轉(zhuǎn)移的期間容易地控制電位。此外，利用根據(jù)本實(shí)施例的構(gòu)造，可以并行地執(zhí)行讀取基于電荷保持區(qū)域103中的電荷的信號(第一實(shí)施例中的步驟m4)和釋放來自光接收區(qū)域101的電荷(第一實(shí)施例中的膜復(fù)位)。

第五實(shí)施例

將描述本發(fā)明的另一個實(shí)施例。本實(shí)施例與第一實(shí)施例的不同之處在于平面圖中的電極P 110、轉(zhuǎn)移電極T 111和電極M 112的形狀。在下文中，將描述與第一實(shí)施例的不同之處。

將描述根據(jù)本實(shí)施例的攝像設(shè)備的平面結(jié)構(gòu)。圖13A和圖13B示意性地例示了攝像設(shè)備的平面結(jié)構(gòu)。與圖1A至圖1C中的部分相同的部分由相同的附圖標(biāo)記表示。

如圖13A例示，電極P 110具有矩形形狀。在平面圖中轉(zhuǎn)移電極T 111圍繞電極P 110。此外，在平面圖中電極M 112圍繞轉(zhuǎn)移電極T 111。利用這種構(gòu)造，可以形成到光接收區(qū)域101的矩形開口。結(jié)果是，可以提高靈敏度。

將描述本實(shí)施例的變型例。如圖13B例示，轉(zhuǎn)移電極T 111和隔離電極126被設(shè)置在電極P 110與電極M 112之間。向隔離電極126供給固定電壓。利用隔離電極126，可以抑制電荷的擴(kuò)散。結(jié)果是，可以提高靈敏度。

如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，可以提高靈敏度。

第六實(shí)施例

將描述本發(fā)明的另一個實(shí)施例。本實(shí)施例與第一實(shí)施例的不同之處在于多個光接收區(qū)域101共享電荷保持區(qū)域103。在下文中，將描述與第一實(shí)施例的不同之處。

圖14A示意性地例示了攝像設(shè)備的平面結(jié)構(gòu)。圖14B示意性地例示了根據(jù)本實(shí)施例的攝像設(shè)備的像素100。在圖14A和圖14B中，在附圖標(biāo)記之后附加字母字符以將多個光接收區(qū)域101彼此區(qū)分開。這同樣適用于多個電極P 110和多個轉(zhuǎn)移電極T 111。

在本實(shí)施例中，光接收區(qū)域101a中的電荷和光接收區(qū)域101b中的電荷被轉(zhuǎn)移到電荷保持區(qū)域103。從另一觀點(diǎn)來看，針對一組像素電路和電荷保持區(qū)域103布置有多個光接收區(qū)域101。因此，可以從同一像素電路讀取多個光接收區(qū)域101中的多個信號。作為另選方案，可以在電荷保持區(qū)域103中添加來自多個光接收區(qū)域101的電荷。

第七實(shí)施例

將描述本發(fā)明的另一個實(shí)施例。本實(shí)施例與第一實(shí)施例的不同之處在于，彼此分離的多個電極被布置在半導(dǎo)體層108上。在下文中，將描述與第一實(shí)施例的不同之處。

圖15A示意性地例示了根據(jù)本實(shí)施例的攝像設(shè)備的像素100。具有與圖1A中的功能相同的功能的部分由相同的附圖標(biāo)記表示。上部電極S 106和阻擋層107未被設(shè)置在電荷轉(zhuǎn)移區(qū)域102上。因此，上部電極S 106包括彼此隔離的設(shè)置在光接收區(qū)域101上的部分(第一電極)和設(shè)置在電荷保持區(qū)域103上的部分(第三電極)。遮光層171被設(shè)置在光接收區(qū)域101中的兩個隔離部分之間的部分處。遮光層171由諸如樹脂的絕緣體形成。利用這種構(gòu)造，可以減少進(jìn)入電荷保持區(qū)域103的光。

在本實(shí)施例的變型例中，遮光層171由諸如金屬的導(dǎo)電構(gòu)件形成。在這種情況下，上部電極S 106未被設(shè)置在電荷保持區(qū)域103上。在圖15B中例示了該變型例。

圖15B示意性地例示了根據(jù)本變型例的攝像設(shè)備的像素100。具有與圖1A中的功能相同的功能的部分由相同的附圖標(biāo)記表示。上部電極S106未被設(shè)置在電荷保持區(qū)域103上，并且，阻擋層107和遮光層171被設(shè)置在其上。遮光層171由諸如金屬的導(dǎo)電構(gòu)件形成。因此，遮光層171向電荷保持區(qū)域103施加偏置電壓。利用這種構(gòu)造，遮光層171用作能夠減少進(jìn)入電荷保持區(qū)域103的光的電極(第三電極)。

在本實(shí)施例中，設(shè)置在光接收區(qū)域101中的上部電極S 106的透光率高于遮光層171的透光率。利用這種構(gòu)造，可以在半導(dǎo)體層108中設(shè)置接收光的光接收區(qū)域101和遮光的電荷保持區(qū)域103。作為另選方案，上部電極S 106和遮光層107可以彼此電連接。利用這種構(gòu)造，可以有效地降低上部電極S 106的電阻，由此可以提高操作速度。

在圖16中例示了該實(shí)施例的另一個變型例。圖16示意性地例示了根據(jù)本變型例的攝像設(shè)備的像素100。具有與圖1A中的功能相同的功能的部分由相同的附圖標(biāo)記表示。在圖16例示的攝像設(shè)備中，上部電極S 106包括彼此隔離的設(shè)置在光接收區(qū)域101上的部分(第一電極)和設(shè)置在電荷保持區(qū)域103上的部分(第三電極)。在光接收區(qū)域101中的兩個隔離部分之間的部分處，不設(shè)置遮光層171。光接收區(qū)域101中的兩個隔離部分分別被稱為第一電極106-1和第三電極106-2。

光接收區(qū)域101被設(shè)置在第一電極106-1與電極P(第二電極)110之間。電荷保持區(qū)域103被設(shè)置在第三電極106-2與電極M(第四電極)112之間。與第一實(shí)施例中的上部電極S 106一樣，第一電極106-1連接到電源VS 104。第三電極106-2連接到電源VSB 180。電源VSB 180將多個電壓Vsb供給第三電極106-2。

當(dāng)作為信號電荷的空穴從光接收區(qū)域101轉(zhuǎn)移到電荷保持區(qū)域103時，第一電極106-1的電壓Vs和第三電極106-2的電壓Vsb滿足由Vs>Vsb表達(dá)的關(guān)系。因此，可以支持通過電極P 110、轉(zhuǎn)移電極T 111和電極M 112的電荷轉(zhuǎn)移。結(jié)果是，可以以更高的速度進(jìn)行電荷轉(zhuǎn)移。在信號電荷是電子的情況下，當(dāng)電荷轉(zhuǎn)移時，第一電極106-1的電壓Vs和第三電極106-2的電壓Vsb滿足由Vs<Vsb表達(dá)的關(guān)系。因此，可以支持通過電極P 110、轉(zhuǎn)移電極T 111和電極M 112的電荷轉(zhuǎn)移。結(jié)果是，可以以更高的速度進(jìn)行電荷轉(zhuǎn)移。

讀取保持在電荷保持區(qū)域103中的信號電荷的操作包括在與半導(dǎo)體層108垂直的方向上釋放電荷的操作。通過控制供給到第三電極106-2的電壓Vsb，可以更可靠地執(zhí)行釋放電荷的操作。

此外，與第一電極106-1和第三電極106-2隔離的電極可以被設(shè)置在第一電極106-1和第三電極106-2之間。也就是說，可以獨(dú)立控制的電極可以被設(shè)置在電荷轉(zhuǎn)移區(qū)域102上。在這種情況下，由轉(zhuǎn)移電極T 111和該電極形成的電場能夠抑制在光接收區(qū)域101中累積的電荷泄漏到外部。

圖17示意性地例示了第一電極106-1和第三電極106-2的平面結(jié)構(gòu)。圖4A例示的電極P 110、轉(zhuǎn)移電極T 111和電極M 112的形狀由虛線表示。

如上所述，在本實(shí)施例中，上部電極S 106包括彼此隔離的設(shè)置在光接收區(qū)域101上的部分(第一電極)和設(shè)置在電荷保持區(qū)域103上的部分(第三電極)。利用這種構(gòu)造，可以提高電荷的轉(zhuǎn)移效率。

第八實(shí)施例

將描述本發(fā)明的另一個實(shí)施例。本實(shí)施例與第一實(shí)施例的不同之處在于，半導(dǎo)體層108和電極M 112彼此接觸。在下文中，將描述與第一實(shí)施例的不同之處。

圖18示意性地例示了根據(jù)本實(shí)施例的攝像設(shè)備的像素100。上部電極S 106和阻擋層107未被設(shè)置在電荷轉(zhuǎn)移區(qū)域102和電荷保持區(qū)域103上。在本實(shí)施例中，在半導(dǎo)體層108和絕緣層109之間的界面處進(jìn)行電荷轉(zhuǎn)移區(qū)域102中的電荷轉(zhuǎn)移。因此，在電荷轉(zhuǎn)移區(qū)域102中可以省略上部電極S 106和阻擋層107。此外，電荷保持區(qū)域103與電極M 112接觸。因此，電荷保持區(qū)域103中的電荷可以經(jīng)由電極M 112輸入到放大晶體管118的柵極。利用這種，在電荷保持區(qū)域103中可以省略上部電極S 106和阻擋層107。

在本實(shí)施例中，電荷轉(zhuǎn)移區(qū)域102和電荷保持區(qū)域103中的半導(dǎo)體層108的厚度小于光接收區(qū)101中的半導(dǎo)體層108的厚度。此外，通過將遮光層105設(shè)置在電荷轉(zhuǎn)移區(qū)域102和電荷保持區(qū)域103上，可以減少進(jìn)入電荷轉(zhuǎn)移區(qū)域102和電荷保持區(qū)域103的光。

根據(jù)本實(shí)施例的構(gòu)造，可以減少由入射在電荷轉(zhuǎn)移區(qū)域102或電荷保持區(qū)域103上的光引起的噪聲。

第九實(shí)施例

將描述本發(fā)明的另一個實(shí)施例。本實(shí)施例與第一實(shí)施例的不同之處在于，針對一個微透鏡401配設(shè)兩組光接收區(qū)域101和電荷保持區(qū)域103。根據(jù)本實(shí)施例，可以向像素100賦予相位差A(yù)F的功能。在下文中，將描述與第一實(shí)施例的不同之處。

將參照附圖描述根據(jù)本實(shí)施例的攝像設(shè)備的平面結(jié)構(gòu)和橫截面結(jié)構(gòu)。圖19A示意性地例示了攝像設(shè)備的平面結(jié)構(gòu)。與圖4A中的部分相同的部分用相同的附圖標(biāo)記表示。圖19A例示了兩行兩列的像素100。圖19A示意性地例示了在與其上設(shè)置有像素電路的基板的表面平行的平面中的電極P 110、轉(zhuǎn)移電極T 111和電極M 112的布置。圖19B示意性地例示了攝像設(shè)備的橫截面結(jié)構(gòu)。圖19B中例示的橫截面對應(yīng)于沿圖19A中的線XIXB-XIXB截取的橫截面。與圖4B中的部分相同的部分由相同的附圖標(biāo)記表示。

在本實(shí)施例中，一個像素100包括兩個子像素PC1和子像素PC2。針對一個微透鏡401配設(shè)兩個子像素PC1和子像素PC2。也就是說，由一個微透鏡401收集的光進(jìn)入兩個子像素PC1和子像素PC2。

子像素PC1和子像素PC2中的各個都具有與根據(jù)第一實(shí)施例的像素100相同的構(gòu)造。因此，子像素PC1和子像素PC2的構(gòu)造和操作與第一實(shí)施例中相同，并且省略其描述。

針對同一微透鏡配設(shè)的兩個子像素PC1和子像素PC2被設(shè)置為其間具有預(yù)定的距離d1。雖然未例示，但是彼此相鄰的像素100的像素電極可以被設(shè)置為其間具有大于距離d1的距離d2。像素電極的這種布置可以抑制根據(jù)進(jìn)入相鄰像素的光電轉(zhuǎn)換部中的特定像素的光而產(chǎn)生的電荷的累積。

圖19B例示了微透鏡401、平坦化層402、濾色器403、遮光層105、上部電極S 106、半導(dǎo)體層108、絕緣層109和層間膜404。設(shè)置在半導(dǎo)體層108中的光接收區(qū)域101、電荷轉(zhuǎn)移區(qū)域102和電荷保持區(qū)域103由虛線表示。

圖19A和圖19B例示了對應(yīng)于光接收區(qū)域101的電極P 110、對應(yīng)于電荷轉(zhuǎn)移區(qū)域102的轉(zhuǎn)移電極T 111和對應(yīng)于電荷保持區(qū)域103的電極M 112。電極P 110、轉(zhuǎn)移電極T 111和電極M 112的形狀是同心半圓。在本實(shí)施例中，兩個子像素PC1和子像素PC2相對于與其上設(shè)置有像素電路的基板的表面平行的線而線對稱地布置。

在本實(shí)施例中，在平面圖中電荷保持區(qū)域103、電荷轉(zhuǎn)移區(qū)域102和光接收區(qū)域101從微透鏡401的中心附近的位置開始依次地布置。利用這種構(gòu)造，可以增加在兩個子像素PC1和子像素PC2中分離入射光束的性能，如圖19B中的光束LA和光束LB例示。結(jié)果是，可以精確地執(zhí)行焦點(diǎn)檢測。

如上所述，在本實(shí)施例中，針對一個微透鏡401配設(shè)兩個子像素PC1和子像素PC2。利用這種構(gòu)造，可以讀取沒有時間差的相位差檢測信號。因此，在運(yùn)動圖像的拍攝期間可以實(shí)時獲得關(guān)于被攝體的精確的距離信息。

像素100的操作不限于上述操作，并且可以執(zhí)行用于獲得拍攝的圖像的普通操作。

第十實(shí)施例

將描述本發(fā)明的另一個實(shí)施例。本實(shí)施例與第一實(shí)施例至第四實(shí)施例的不同之處在于，轉(zhuǎn)移電極T 111被設(shè)置在與電極P 110和電極M 112不同的高度處。在下文中，將描述與第一實(shí)施例至第四實(shí)施例的不同之處。

圖20示意性地例示了根據(jù)本實(shí)施例的攝像設(shè)備的像素100。具有與圖1A或圖12中的功能相同的功能的部分由相同的附圖標(biāo)記表示。

在本實(shí)施例中，電極P 110和電極M 112被形成在同一層中。另一方面，轉(zhuǎn)移電極T 111被形成在與電極P 110和電極M 112的層不同的層中。相對于其上設(shè)置有像素電路的基板的表面，轉(zhuǎn)移電極T 111被設(shè)置在與電極P 110和電極M 112不同的高度處。此外，轉(zhuǎn)移電極T 111的部分與電極P 110和電極M 112交疊。

利用這種構(gòu)造，可以減小電極P 110和電極M 112之間的間隙g。間隙g對電荷轉(zhuǎn)移特性有影響。如果間隙g小，則電荷轉(zhuǎn)移特性增強(qiáng)。因此，根據(jù)本實(shí)施例，可以提高電荷的轉(zhuǎn)移效率。

第十一實(shí)施例

將描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的攝像系統(tǒng)。攝像系統(tǒng)的示例包括數(shù)字靜態(tài)照相機(jī)、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、照相機(jī)頭、復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)、移動電話、車載照相機(jī)和觀察衛(wèi)星。圖21是例示作為攝像系統(tǒng)的示例的數(shù)字靜態(tài)照相機(jī)的框圖。

參照圖21，擋板1001保護(hù)透鏡，透鏡1002在攝像設(shè)備1004上形成被攝體的光學(xué)圖像，并且光圈1003改變通過透鏡1002的光的量。攝像設(shè)備1004對應(yīng)于各個實(shí)施例中的上述的攝像設(shè)備，并且將由透鏡1002形成的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為圖像數(shù)據(jù)。這里，假設(shè)在攝像設(shè)備1004的半導(dǎo)體基板上形成AD轉(zhuǎn)換器。信號處理器1007對從攝像設(shè)備1004輸出的圖像數(shù)據(jù)執(zhí)行各種校正處理，并且壓縮圖像數(shù)據(jù)。此外，參照圖21，定時發(fā)生器1008向攝像設(shè)備1004和信號處理器1007輸出各種定時信號，并且整體控制和運(yùn)算單元1009控制整個數(shù)字靜態(tài)照相機(jī)。幀存儲器單元1010臨時地存儲圖像數(shù)據(jù)。記錄介質(zhì)控制接口(I/F)單元1011用于在記錄介質(zhì)上記錄數(shù)據(jù)和從記錄介質(zhì)讀取數(shù)據(jù)。記錄介質(zhì)1012是其上要記錄圖像數(shù)據(jù)或要從其讀取圖像數(shù)據(jù)的可移動記錄介質(zhì)，例如，半導(dǎo)體存儲器。外部接口(I/F)單元1013用于與外部計算機(jī)等通信。這里，定時信號等可以從攝像系統(tǒng)的外部輸入。攝像系統(tǒng)可以至少包括攝像設(shè)備1004和對從攝像設(shè)備1004輸出的圖像信號進(jìn)行處理的信號處理器1007。

在本實(shí)施例中，攝像設(shè)備1004和AD轉(zhuǎn)換器被設(shè)置在不同的半導(dǎo)體基板上。作為另選方案，攝像設(shè)備1004和AD轉(zhuǎn)換器可以被形成在同一半導(dǎo)體基板上。作為另選方案，攝像設(shè)備1004和信號處理器1007可以被形成在同一半導(dǎo)體基板上。

各個像素100可以被構(gòu)造為包括第一光電轉(zhuǎn)換部101A和第二光電轉(zhuǎn)換部101B。信號處理器1007可以被構(gòu)造為對基于在第一光電轉(zhuǎn)換部101A中產(chǎn)生的電荷的信號和基于在第二光電轉(zhuǎn)換部101B中產(chǎn)生的電荷的信號進(jìn)行處理，并且獲得表示從攝像設(shè)備1004到被攝體的距離信息。

在攝像系統(tǒng)的實(shí)施例中，根據(jù)第一實(shí)施例的攝像設(shè)備用作攝像設(shè)備1004。以這種方式，通過將本發(fā)明的實(shí)施例應(yīng)用于攝像系統(tǒng)，可以獲得具有降低噪聲的圖像。

雖然針對示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是，應(yīng)該理解，本發(fā)明不限于公開的示例性實(shí)施例。下述權(quán)利要求的范圍應(yīng)當(dāng)被賦予最寬的解釋，以便涵蓋所有這類修改以及等同的結(jié)構(gòu)和功能。