Устройство фотоэлектрического преобразования, аппарат измерения дальности и система обработки информации

Устройство фотоэлектрического преобразования, аппарат измерения дальности и система обработки информации

Иллюстрации

Показать все

Реферат

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Область техники

[0001] Настоящее техническое решение относится к устройству фотоэлектрического преобразования.

Уровень техники

[0002] Существует аппарат измерения дальности (датчик расстояния), использующее способ времени прохождения (TOF). В способе TOF цель измерения расстояния освещается светом, излучаемым источником света, и принимается свет, отраженный целью. На основе соотношения между скоростью света и периодом времени от освещения до приема света вычисляется расстояние до цели. При этом свет, который был испущен источником света для измерения дальности и отражен целью, называется сигнальным светом. Принятый свет включает в себя, в дополнение к сигнальному свету, свет (окружающий свет), полученный от источника света, отличающегося от источника света для измерения дальности, например, естественный свет или искусственный свет. Чтобы увеличить точность измерения дальности, полезно отделить окружающий свет и сигнальный свет друг от друга.

[0003] Выложенный патент Японии № 2005-303268 (заявка на патент США № 2007/0103748) раскрывает техническое решение удаления компонента, соответствующего окружающему свету, посредством аппарата, который выполняет измерение дальности при помощи детектора света. В соответствии со вторым вариантом осуществления этой публикации детектор света включает в себя первый светочувствительный блок, который имеет подходящую структуру для извлечения дырок, и второй светочувствительный блок, который имеет подходящую структуру для извлечения электронов. Дырки, сформированные в первом светочувствительном блоке, удерживаются посредством блока удержания дырок через шлюз, и электроны, сформированные во втором светочувствительном блоке, удерживаются посредством блока удержания электронов через шлюз. Дырки, удерживаемые блоком удержания дырок, и электроны, удерживаемые блоком удержания электронов, рекомбинируются посредством блока рекомбинации, и носители, оставшиеся после рекомбинации, извлекаются как объектные носители через блок вывода.

[0004] Выложенный патент Японии № 2008-89346 (заявка на патент США № 2008/0079833) раскрывает техническое решение удаления шума, полученного из фонового освещения (окружающего света), посредством выборочного управления проводимостью множества секций хранения заряда и множества конденсаторов, чтобы извлечь компонент разности заряда, сохраненного во множестве секций хранения заряда.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0005] Устройство фотоэлектрического преобразования в соответствии с настоящим раскрытием включает в себя первый участок фотоэлектрического преобразования, выполненный с возможностью формировать электроны; второй участок фотоэлектрического преобразования, выполненный с возможностью формировать дырки; участок преобразования заряда в напряжение, включающий в себя первую полупроводниковую область n-типа, выполненную с возможностью собирать электроны, и вторую полупроводниковую область p-типа, выполненную с возможностью собирать дырки, участок преобразования заряда в напряжение выполнен с возможностью преобразовывать заряд, который основан на электронах и дырках, в напряжение; и участок формирования сигнала, выполненный с возможностью формировать сигнал, соответствующий напряжению, участок формирования сигнала включает в себя транзистор усиления.

[0006] Дополнительные признаки настоящего изобретения станут очевидны из следующего описания иллюстративных вариантов осуществления со ссылкой на приложенные чертежи.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0007] Фиг. 1А и 1B - схемы для описания устройства фотоэлектрического преобразования, аппарата измерения дальности и системы обработки информации.

[0008] Фиг. 2 - схема для описания работы устройства фотоэлектрического преобразования.

[0009] Фиг. 3 - схема для описания схемы устройства фотоэлектрического преобразования.

[0010] Фиг. 4А-4C - схемы для описания работы устройства фотоэлектрического преобразования.

[0011] Фиг. 5А-5D - схемы для описания структуры устройства фотоэлектрического преобразования.

[0012] Фиг. 6А-6D - схемы для описания структур устройства фотоэлектрического преобразования.

[0013] Фиг. 7 - схема для описания схемы устройства фотоэлектрического преобразования.

[0014] Фиг. 8 - схема для описания работы устройства фотоэлектрического преобразования.

ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[0015] Вариант осуществления обеспечивает устройство фотоэлектрического преобразования, способное улучшать точность сигналов.

[0016] В техническом решении в соответствии с выложенным патентом Японии № 2005-303268 (заявка на патент США № 2007/0103748) не уделено достаточное внимание движениям электронов и дырок в случае использования блока фотоэлектрического преобразования (светочувствительного блока) для дырок и блока фотоэлектрического преобразования (светочувствительного блока) для электронов. Таким образом, существует возможность, что электроны и дырки не будут эффективно собраны, и что точность сигналов, сформированных на основе электронов и дырок, уменьшится. В соответствии с этим вариант осуществления обеспечивает устройство фотоэлектрического преобразования, способное улучшать точность сигналов, сформированных на основе электронов и дырок.

[0017] Устройство фотоэлектрического преобразования в соответствии с первым аспектом варианта осуществления включает в себя первый фотодиод, который формирует электроны, второй фотодиод, который формирует дырки, первую полупроводниковую область n-типа, которая собирает электроны, сформированные первым фотодиодом, вторую полупроводниковую область p-типа, которая собирает дырки, сформированные вторым фотодиодом, участок формирования сигнала, с которым первая полупроводниковая область и вторая полупроводниковая область соединены вместе, первый участок подачи потенциала, который подает первый потенциал на анод первого фотодиода, и второй участок подачи потенциала, который подает второй потенциал на катод второго фотодиода. Второй потенциал выше, чем первый потенциал.

[0018] В соответствии с первым аспектом обеспечено устройство фотоэлектрического преобразования, способное улучшать точность сигналов, сформированных на основе электронов и дырок.

[0019] В техническом решении в соответствии с выложенным патентом Японии № 2008-89346 (заявка на патент США № 2008/0079833) помехи переключения (шум kCT), сформированные во время выборочного переключения проводимости множества секций накопления заряда и множества конденсаторов, ухудшают отношение сигнал-шум, как описано в абзацах 0109 и 0110. Таким образом, в этом техническом решении трудно точно извлечь разностный компонент заряда, сохраненного во множестве секций накопления заряда. В соответствии с этим вариант осуществления обеспечивает устройство фотоэлектрического преобразования, которое точно формирует сигнал, соответствующий разности заряда между множеством участков фотоэлектрического преобразования.

[0020] Устройство фотоэлектрического преобразования в соответствии со вторым аспектом варианта осуществления включает в себя первый участок фотоэлектрического преобразования, который формирует электроны, второй участок фотоэлектрического преобразования, который формирует дырки, первую полупроводниковую область n-типа, которая собирает электроны, сформированные первым участком фотоэлектрического преобразования, вторую полупроводниковую область p-типа, которая собирает дырки, сформированные вторым участком фотоэлектрического преобразования, и участок формирования сигнала, с которым первая полупроводниковая область и вторая полупроводниковая область соединены вместе. Разность между первым потенциалом, подаваемым на первую полупроводниковую область, и вторым потенциалом, подаваемым на вторую полупроводниковую область, в период сброса составляет менее 0,10 В.

[0021] В соответствии со вторым аспектом обеспечено устройство фотоэлектрического преобразования, которое точно формирует сигнал, соответствующий разности заряда между множеством участков фотоэлектрического преобразования.

[0022] В техническом решении в соответствии с выложенным патентом Японии № 2005-303268 (заявка на патент США № 2007/0103748) не уделено достаточное внимание конфигурации блока рекомбинации в случае, когда блок удержания дырок и блок удержания электронов обеспечены отдельно. В соответствии с этим вариант осуществления обеспечивает устройство фотоэлектрического преобразования, способное при простой конфигурации получать сигнал, соответствующий разности величины сигнального заряда, сформированного множеством участков фотоэлектрического преобразования.

[0023] Устройство фотоэлектрического преобразования в соответствии с третьим аспектом варианта осуществления включает в себя первый участок фотоэлектрического преобразования, который формирует электроны, второй участок фотоэлектрического преобразования, который формирует дырки, первую полупроводниковую область n-типа, которая собирает электроны, сформированные первым участком фотоэлектрического преобразования, вторую полупроводниковую область p-типа, которая собирает дырки, сформированные вторым участком фотоэлектрического преобразования, и участок формирования сигнала, с которым первая полупроводниковая область и вторая полупроводниковая область соединены вместе. Первая полупроводниковая область и вторая полупроводниковая область соединены друг с другом через проводник.

[0024] В соответствии с третьим аспектом обеспечено устройство фотоэлектрического преобразования, способное при простой конфигурации получать сигнал, соответствующий разности величины сигнального заряда, сформированного множеством участков фотоэлектрического преобразования.

[0025] В техническом решении в соответствии с выложенным патентом Японии № 2005-303268 (заявка на патент США № 2007/0103748) блок управления хронированием управляет приложенным напряжением, и тем самым индивидуальные шлюзы могут быть открыты попеременно. Однако трудно точно управлять приложенным напряжением на высокой скорости. В частности, если задержка включения/выключения между двумя шлюзами является большой, точность сигналов, сформированных на основе электронов и дырок, может уменьшиться. В соответствии с этим вариант осуществления обеспечивает устройство фотоэлектрического преобразования, способное улучшать точность сигналов, сформированных на основе электронов и дырок.

[0026] Устройство фотоэлектрического преобразования в соответствии с четвертым аспектом варианта осуществления включает в себя первый участок фотоэлектрического преобразования, который формирует электроны, второй участок фотоэлектрического преобразования, который формирует дырки, первый участок переноса, который переносит электроны, сформированные первым участком фотоэлектрического преобразования, в первую полупроводниковую область n-типа, и второй участок переноса, который переносит дырки, сформированные вторым участком фотоэлектрического преобразования, во вторую полупроводниковую область p-типа. Первый участок переноса и второй участок переноса соединены с одним и тем же узлом, первый участок переноса переводится во включенное состояние и второй участок переноса переводится в выключенное состояние в ответ на подачу первого потенциала на узел, и первый участок переноса переводится в выключенное состояние и второй участок переноса переводится во включенное состояние в ответ на подачу второго потенциала на узел.

[0027] В соответствии с четвертым аспектом обеспечено устройство фотоэлектрического преобразования, способное улучшать точность сигналов, сформированных на основе электронов и дырок.

[0028] В техническом решении в соответствии с выложенным патентом Японии № 2005-303268 (заявка на патент США № 2007/0103748) не уделено достаточное внимание тому, как размещены блок фотоэлектрического преобразования (светочувствительный блок) для дырок и блок фотоэлектрического преобразования (светочувствительный блок) для электронов. В соответствии с этим вариант осуществления обеспечивает устройство фотоэлектрического преобразования, которое при простой конфигурации формирует сигналы на основе электронов и дырок.

[0029] Устройство фотоэлектрического преобразования в соответствии с пятым аспектом варианта осуществления включает в себя первый фотодиод, который формирует электроны, второй фотодиод, который формирует дырки, первую полупроводниковую область n-типа, которая собирает электроны, сформированные первым фотодиодом, вторую полупроводниковую область p-типа, которая собирает дырки, сформированные вторым фотодиодом, и участок формирования сигнала, с которым первая полупроводниковая область и вторая полупроводниковая область соединены вместе. Третья полупроводниковая область p-типа, которая составляет анод первого фотодиода, и четвертая полупроводниковая область n-типа, которая составляет катод второго фотодиода, электрически изолированы друг от друга p-n-переходом.

[0030] В соответствии с пятым аспектом обеспечено устройство фотоэлектрического преобразования, которое при простой конфигурации формирует сигнал на основе электронов и дырок.

[0031] В дальнейшем вариант осуществления будет подробно описан со ссылкой на приложенные чертежи. В последующем описании и на приложенных чертежах одинаковые элементы обозначены одинаковыми номерами на всех из множества фигур. Таким образом, одинаковые элементы будут описаны со ссылкой на множество фигур, и описание элементов, обозначенных одинаковыми номерами для ссылок, соответствующим образом опущено.

[0032] Со ссылкой на фиг. 1А будет дано описание устройства 11 фотоэлектрического преобразования и системы SYS обработки информации, включающей в себя устройство 11 фотоэлектрического преобразования. Система SYS обработки информации включает в себя аппарат 1 измерения дальности и может дополнительно включать в себя по меньшей мере любой компонент из аппарата 2 обработки информации, управляющего аппарата 3, приводного аппарата 4, аппарата 5 захвата изображения, аппарата 6 отображения и аппарата 7 связи. В системе SYS обработки информации устройство 11 фотоэлектрического преобразования включено в аппарат 1 измерения дальности. Аппарат 5 захвата изображения может включать в себя устройство фотоэлектрического преобразования, отличающееся от устройства 11 фотоэлектрического преобразования аппарата 1 измерения дальности. В качестве альтернативы устройство 11 фотоэлектрического преобразования может функционировать как устройство фотоэлектрического преобразования аппарата 1 измерения дальности и устройство фотоэлектрического преобразования аппарата 5 захвата изображения. Примеры применения системы SYS обработки информации будут описаны ниже.

[0033] Аппарат 1 измерения дальности включает в себя светопринимающий блок 10. Аппарат 1 измерения дальности может включать в себя светоизлучающий блок 20. Светопринимающий блок 10 включает в себя устройство 11 фотоэлектрического преобразования и оптическую систему 12, которая управляет падающим светом на устройстве 11 фотоэлектрического преобразования. Светоизлучающий блок 20 включает в себя светоизлучающее устройство 21, служащее в качестве источника света, и оптическую систему 22, которая управляет исходящим светом от светоизлучающего устройства 21. В качестве светоизлучающего устройства 21 может использоваться светодиод, поскольку он способен периодически вспыхивать с высокой скоростью. Длина волны света, излучаемого светоизлучающим устройством 21, может представлять собой инфракрасное излучение в целях уменьшения смешения цветов с окружающим светом, включающим в себя в основном видимый свет. Инфракрасное излучение с трудом может быть визуально идентифицировано человеком, и, таким образом, его удобно использовать. Однако вариант осуществления не ограничен инфракрасным светом. Каждая из оптических систем 12 и 22 включает в себя линзу, диафрагму, механический затвор, рассеивающуюся пластину, оптический низкочастотный фильтр, фильтр выбора длины волны и т.д. Например, оптическая система 12 может включать в себя фильтр, имеющий более высокий коэффициент пропускания для инфракрасного света, чем для видимого света. Аппарат 1 измерения дальности, проиллюстрированный на фиг. 1А, включает в себя оптические системы 12 и 22, но по меньшей мере любая из этих оптических систем может быть опущена. В случае использования лазерного излучения в качестве источника света оптическая система 22 может включать в себя сканирующую оптическую систему для сканирования света, излучаемого светоизлучающим блоком 20 в направлении предварительно заданной области. Аппарат 1 измерения дальности может включать в себя блок 30 управления, который соединен по меньшей мере с одним компонентом из светопринимающего блока 10 и светоизлучающего блока 20. Блок 30 управления приводит в действие и/или управляет по меньшей мере одним компонентом из светопринимающего блока 10 и светоизлучающего блока 20. Блок 30 управления в соответствии с вариантом осуществления, который соединен и со светопринимающим блоком 10, и со светоизлучающим блоком 20, способен приводить в действие и/или управлять и светопринимающим блоком 10, и светоизлучающим блоком 20, и более конкретно способен приводить в действие и/или управлять ими обоими синхронно. Блок 30 управления также способен работать в ответ на сигнал, принятый от аппарата 2 обработки информации. Аппарат 1 измерения дальности может включать в себя блок 40 обработки, который соединен со светопринимающим блоком 10. Блок 40 обработки обрабатывает сигналы, выданные из светопринимающего блока 10. Сигналы, обработанные блоком 40 обработки, могут быть переданы устройству 2 обработки информации. По меньшей мере один из блока 30 управления и блока 40 обработки способен работать в ответ на сигнал, принятый от аппарата 2 обработки информации.

[0034] Свет 81, испускаемый светоизлучающим блоком 20 наводится на цель 9, отражается от цели 9 и принимается как сигнальный свет 82 светопринимающим блоком 10. Разность на основе расстояния от аппарата 1 измерения дальности до цели 9 и скорости света (3 × 10⁸ м/с) формируется между временем излучения света в светоизлучающем блоке 20 и временем приема света в светопринимающем блоке 10. С помощью физической величины, соответствующей обнаруженной разности во времени, может быть получено расстояние от аппарата 1 измерения дальности до цели 9, или информация на основе расстояния от аппарата 1 измерения дальности до цели 9, как, например, данные изображения. Аппарат 1 измерения дальности представляет собой аппарат измерения дальности, использующий способ времени прохождения (TOF). Степень описанной выше разности во времени может быть обнаружена посредством измерения разности фаз света, который периодически изменяется, или количества световых импульсов. Большой интервал между светоизлучающим блоком 20 и светопринимающим блоком 10 может сделать алгоритм измерения дальности сложным, и, таким образом, интервал между светоизлучающим блоком 20 и светопринимающим блоком 10 может быть установлен более коротким, чем интервал, соответствующий желаемой точности измерения дальности. Например, интервал между светоизлучающим блоком 20 и светопринимающим блоком 10 установлен равным 1 м или меньше.

[0035] В светопринимающий блок 10 входит не только сигнальный свет 82, но также и окружающий свет 83, полученный от источника света, отличающийся от света, излучаемого светоизлучающим устройством 21 как источником света. Источник окружающего света 83 является естественным светом или искусственным светом. Окружающий свет 83 является шумовым компонентом, когда выполняется измерение дальности. Таким образом, если отношение окружающего света 83 к принятому свету является высоким, уменьшается динамический диапазон сигнала на основе сигнального света 82 или уменьшается отношение "сигнал-шум", и трудно точно получить информацию о расстоянии из сигнального света 82. Устройство 11 фотоэлектрического преобразования в соответствии с вариантом осуществления способно удалять по меньшей мере часть компонента, полученного в результате окружающего света 83, из сигнала, сформированного на основе света, принятого устройством 11 фотоэлектрического преобразования. В соответствии с этим точность измерения дальности может быть улучшена. Хотя ниже будут описаны подробности, в варианте осуществления по меньшей мере часть компонента, полученного в результате окружающего света 83, удаляется посредством использования сигнала, соответствующего разности величины сигнального заряда, сформированного множеством участков фотоэлектрического преобразования. Кроме того, при использовании электронов и дырок в качестве сигнального заряда разность величины заряда может быть точно обнаружена посредством использования простой структуры. В соответствии с этим точность измерения дальности может быть улучшена.

[0036] Обзор устройства 11 фотоэлектрического преобразования в соответствии с вариантом осуществления будет описан со ссылкой на фиг. 1B. Устройство 11 фотоэлектрического преобразования включает в себя массив 110 ячеек на полупроводниковой подложке 100. Массив 110 ячеек включает в себя множество ячеек 111 фотоэлектрического преобразования, которые размещены в матрице, сформированной из множества строк и множества столбцов. Устройство 11 фотоэлектрического преобразования также может включать в себя на полупроводниковой подложке 100 соединительные линии 120 строк, соединительные линии 130 столбцов, приводную часть 140, управляющую часть 150, часть 160 обработки сигналов, часть 170 сканирования и часть 180 вывода. Множество ячеек 111 фотоэлектрического преобразования в массиве 110 ячеек соединены с приводной частью 140 через соединительные линии 120 строк, расположенные на полупроводниковой подложке 100 по строкам. Приводная часть 140 выборочно вводит управляющие сигналы, такие как сигналы переноса или сигналы сброса, в множество ячеек 111 фотоэлектрического преобразования последовательно или одновременно. Множество ячеек 111 фотоэлектрического преобразования в массиве 110 ячеек соединены с частью 160 обработки сигналов через соединительные линии 130 столбцов, расположенные на полупроводниковой подложке 100 по столбцам. Часть 160 обработки сигналов обрабатывает сигналы, выданные из ячеек 111 фотоэлектрического преобразования через соединительные линии 130 столбцов. Часть 160 обработки сигналов может включать в себя для каждого столбца массива 110 ячеек схему CDS, схему усиления и схему аналого-цифрового (AD) преобразования. Часть 170 сканирования побуждает последовательно выдавать сигналы, которые были выданы из массива 110 ячеек в часть 160 обработки сигналов через отдельные соединительные линии 130 столбцов и обработаны частью 160 обработки сигналов, и которые соответствуют отдельным столбцам, из части 160 обработки сигналов в часть 180 вывода. Часть 180 вывода выдает сигналы, принятые из части 160 обработки сигналов, за пределы устройства 11 фотоэлектрического преобразования и может включать в себя схему усиления, схему защиты и электрод для установления соединения с внешней схемой. Управляющая часть 150 формирует управляющие сигналы и управляет синхронизацией работы приводной части 140, части 160 обработки сигналов, части 170 сканирования и части 180 вывода посредством использования управляющих сигналов.

[0037] Массив линз на микросхеме (массив микролинз) и фильтр длин волн могут быть обеспечены на стороне поверхности падения света полупроводниковой подложки 100. Сторона поверхности падения света может быть идентична стороне, на которой соединительные линии 120 строки и соединительные линии 130 столбцов обеспечены на полупроводниковой подложки 100 (стороне передней поверхности). Посредством этой конфигурации может быть получено устройство фотоэлектрического преобразования с облучением передней поверхности. Если сторона поверхности падения света противоположна стороне, на которой соединительные линии 120 строк и соединительные линии 130 столбцов обеспечены на полупроводниковой подложке 100 (сторона задней поверхности), может быть получено устройство фотоэлектрического преобразования с облучением задней поверхности.

[0038] Фиг. 2 иллюстрирует работу в восьми строках в случае, когда массив 110 ячеек включает в себя восемь строк ячеек 111 фотоэлектрического преобразования. В примере, проиллюстрированном на фиг. 2, прогрессивное сканирование выполняется на строках от первой строки R1 до восьмой строки R8. В качестве альтернативы может выполняться сканирование с чередованием.

[0039] Период управления Tdr для одной ячейки 111 фотоэлектрического преобразования включает в себя период сброса Trs, в котором выполняется операция сброса, период накопления Tac, в котором выполняется операция накопления для накопления заряда на основе сигнального света 82, и период считывания Tsr, в котором выполняется операция считывания для считывания сигналов на основе накопленного заряда. Период считывания Tsr также может называться периодом, в котором выполняется вывод из ячейки фотоэлектрического преобразования в соединительную линию столбцов. Период управления Tdr может также включать в себя период, в котором выполнена другая желаемая операция. В этом примере множеством ячеек 111 фотоэлектрического преобразования, принадлежащих одной и той же строке, одновременно управляют в течение одного периода управления Tdr. Сигналы, выданные из множества ячеек 111 фотоэлектрического преобразования, принадлежащих одной и той же строке массива 110 ячеек, обрабатываются посредством части 160 обработки сигналов и выдаются в часть 180 вывода, как описано выше со ссылкой на фиг. 1B.

[0040] Период кадра - это период, в котором операции сброса, операции накопления и операции считывания выполняются во всех строках ячеек 111 фотоэлектрического преобразования, составляющих массив 110 ячеек. Например, начальная точка первого периода кадра F1 представляет собой момент времени, в котором начинается операция сброса в первой строке R1, и конечная точка первого периода кадра F1 представляет собой момент времени, в котором закачивается операция считывания в ячейках 111 фотоэлектрического преобразования в восьмой строке R8. Начальная точка второго периода кадра F2 - это момент времени, в котором начинается операция сброса в первой строке R1 впервые после того, как закончилась операция считывания в первой строке R1 в первый период кадра F1. Конечная точка второго периода кадра F2 - это момент времени, в котором операция считывания в восьмой строке R8 заканчивается впервые после того, как закончилась операция считывания в восьмой строке R8 в первый период кадра F1.

[0041] Как проиллюстрировано на фиг. 2, операции накопления во множестве строк (в этом примере с третьей по четвертую строку) выполняются параллельно, и, таким образом, период накопления может быть расширен, и вывод сигналов, полученных в период накопления, может быть увеличен. Даже когда операции накопления во множестве строк выполняются параллельно, сигналы во множестве строк могут быть отделены от друг друга, если сделать синхронизацию выполнения операции считывания разной среди строк.

[0042] Кроме того, в результате выполнения последовательности операций, чтобы часть первого периода кадра F1 накладывалась на часть второго периода кадра F2, как проиллюстрировано на фиг. 2, частота кадров может быть увеличена, или один период кадра может быть расширен. Таким образом, на фиг. 2, в то время, когда операции считывания в строках с первой по четвертую закончены в первом периоде кадра F1, начинается операция сброса и операция накопления в первой строке.

[0043] Вариант осуществления не ограничен этим примером. После того, как операция сброса, операция накопления и операция считывания в одной строке все были закончены, могут быть начаты операция сброса, операция накопления и операция считывания в следующей строке. В качестве альтернативы, после того, как операция считывания в последней строке (в восьмой строке) была закончена, может быть начата операция сброса в первой строке.

[0044] Далее будет дано описание иллюстративной структуры каждой ячейки 111 фотоэлектрического преобразования. Фиг. 3 иллюстрирует эквивалентную схему ячейки 111 фотоэлектрического преобразования. На фиг. 3 элементы, включенные в ячейку 111 фотоэлектрического преобразования как повторяющийся блок матрицы, окружены штрихпунктирной линией. Следует отметить, что относительно элементов, окруженных пунктирной линией, часть элементов может быть расположена вне массива 110 ячеек (например, приводная часть 140).

[0045] Ячейка 111 фотоэлектрического преобразования включает в себя участок 301 фотоэлектрического преобразования и участок 302 фотоэлектрического преобразования. Участок 301 фотоэлектрического преобразования формирует электроны в качестве сигнального заряда через фотоэлектрическое преобразование, тогда как участок 302 фотоэлектрического преобразования формирует дырки в качестве сигнального заряда через фотоэлектрическое преобразование. Таким образом, положительный/отрицательный знак сигнального заряда, сформированного участком 301 фотоэлектрического преобразования, противоположен знаку сигнального заряда, сформированного участком 302 фотоэлектрического преобразования. Однако участок 301 фотоэлектрического преобразования формирует дырки, а также электроны, и участок 302 фотоэлектрического преобразования формирует электроны, а также дырки. Каждый из участков 301 и 302 фотоэлектрического преобразования представляет собой p-n-фотодиод или p-i-n-фотодиод и может представлять собой фотодиод с углубленным переходом с точки зрения сокращения темнового тока. Использование фотодиодов с углубленным переходом в качестве участков 301 и 302 фотоэлектрического преобразования является выгодным с точки зрения сокращения темнового тока по сравнению со случаем использования фотозатворов в качестве участков 301 и 302 фотоэлектрического преобразования и увеличения отношения "сигнал-шум", которое является важным для приема слабого сигнального света. Фотодиод, служащий в качестве участка 301 фотоэлектрического преобразования, включает в себя катод 201, который является полупроводниковой областью n-типа, в которой электроны являются большинством носителей, и анод 211, который является полупроводниковой областью p-типа, в которой электроны являются меньшинством носителей. Фотодиод, служащий в качестве участка 302 фотоэлектрического преобразования, включает в себя анод 202, который является полупроводниковой областью p-типа, в которой дырки являются большинством носителей, и катод 212, который является полупроводниковой областью n-типа, в которой дырки являются меньшинством носителей.

[0046] Ячейка 111 фотоэлектрического преобразования включает в себя конденсаторный участок 307, способный удерживать электроны в качестве сигнального заряда, сформированного участком 301 фотоэлектрического преобразования, и конденсаторный участок 310, способный удерживать дырки в качестве сигнального заряда, сформированного участком 302 фотоэлектрического преобразования.

[0047] Конденсаторный участок 307 включает в себя опорный узел 217 и узел 207 сбора. Узел 207 сбора собирает электроны в качестве сигнального заряда, сформированного участком 301 фотоэлектрического преобразования. Конденсаторный участок 307 выполнен таким образом, чтобы разность потенциалов, соответствующая величине заряда, удерживаемого конденсаторным участком 307, появлялась между узлом 207 сбора и опорным узлом 217. Таким образом, конденсаторный участок 307 функционирует как участок преобразования заряда в напряжение, который преобразовывает величину заряда в напряжение. Конденсаторный участок 310 включает в себя опорный узел 200 и узел 210 сбора. Узел 210 сбора собирает дырки в качестве сигнального заряда, сформированного участком 302 фотоэлектрического преобразования. Конденсаторный участок 310 выполнен таким образом, чтобы разность потенциалов, соответствующая величине заряда, удерживаемого конденсаторным участком 310, появлялась между узлом 210 сбора и опорным узлом 200. Таким образом, конденсаторный участок 310 функционирует как участок преобразования заряда в напряжение, который преобразовывает величину заряда в напряжение.

[0048] Каждый из конденсаторных участков 307 и 310 имеет структуру диода с p-n-переходом. Опорный узел 217 и узел 210 сбора представляют собой полупроводниковые области p-типа, тогда как опорный узел 200 и узел 207 сбора представляют собой полупроводниковые области n-типа. Узлы 207 и 210 сбора, которые удерживают сигнальный заряд, представляют собой плавающие узлы, которые являются электрически плавающими. Полупроводниковые области, составляющие узлы 207 и 210 сбора, являются областями диффузии примесей в плавающем состоянии, то есть, плавающими диффузными областями. Узел 207 сбора, который является полупроводниковой областью n-типа, может собирать электроны в качестве сигнального заряда и удерживать электроны. Узел 210 сбора, который является полупроводниковой областью p-типа, может собирать дырки в качестве сигнального заряда и удерживать дырки. Хотя подробности будут описаны ниже, устройство 11 фотоэлектрического преобразования способно работать таким образом, чтобы сигнальный заряд выборочно удерживался одним из узлов 207 и 210 сбора.

[0049] Ячейка 111 фотоэлектрического преобразования включает в себя участок 303 переноса для эффективного сбора электронов среди электронов и дырок, сформированных участком 301 фотоэлектрического преобразования, в узле 207 сбора конденсаторного участка 307. Кроме того, ячейка 111 фотоэлектрического преобразования включает в себя участок 306 переноса для эффективного сбора дырок среди электронов и дырок, сформированных участком 302 фотоэлектрического преобразования, в узле 210 сбора конденсаторного участка 310. Таким образом, узлы 207 и 210 сбора также могут упоминаться как узлы, в которые сигнальный заряд переносится из участков 301 и 302 фотоэлектрического преобразования, соответственно. Поскольку узлы 207 и 210 сбора способны удерживать заряд, перенесенный из участков 301 и 302 фотоэлектрического преобразования, узлы сбора (конденсаторные участки) также могут упоминаться как удерживающие заряд участки.

[0050] Каждый из участков 303 и 306 переноса имеет структуру затвора MIS. Более конкретно, участки 303 и 306 переноса имеют многослойную структуру, включающую в себя полупроводниковую область (область канала), изолирующую пленку затвора и электрод затвора. Таким образом, участки 303 и 306 переноса также могут упоминаться как затворы переноса. Когда участок 303 переноса находится во включенном состоянии (в проводящем состоянии), инверсия формирует канал n-типа в полупроводниковой области. Когда участок 306 переноса находится во включенном состоянии, инверсия формирует канал p-типа в полупроводниковой области. Таким образом, типы проводимости участков 303 и 306 переноса отличаются друг от друга.

[0051] В этом примере электрод затвора участка 303 переноса и электрод затвора участка 306 переноса соединены вместе с узлом 218 переноса. Узел 218 переноса соединен с участком 428 вывода сигнала переноса, и сигнал переноса TX1 вводится из участка 428 вывода сигнала переноса в узел 218 переноса. Участки 303 и 306 переноса имеют разные типы проводимости и выполнены с возможностью работать в дополнительном порядке. Таким образом, участок 306 переноса находится в выключенном состоянии (в непроводящем состоянии) в период, когда участок 303 переноса находится во включенном состоянии в ответ на сигнал переноса TX1, и участок 306 переноса находится во включенном состоянии в период, когда участок 303 переноса находится в выключенном состоянии в ответ на сигнал переноса TX1.

[0052] Порог может быть установлен таким образом, чтобы оба участка 303 и 306 переводились в выключенное состояние, когда узел 218 переноса имеет предварительно заданный потенциал. Предварительно заданный потенциал может представлять собой потенциал между потенциалом, при котором участок 303 переноса находится во включенном состоянии и участок 306 переноса находится в выключенном состоянии, и потенциалом, при котором участок 303 переноса находится в выключенном состоянии и участок 306 переноса находится во включенном состоянии. Такой предварительно заданный потенциал определяется в соответствии с потенциалом в пол