光电转换设备以及摄像系统技术方案

本发明专利技术提供一种光电转换设备以及摄像系统。所述光电转换设备包括：光电转换单元，其包括第一电极、第二电极、布置在所述第一电极与所述第二电极之间的光电转换层以及布置在所述光电转换层与所述第二电极之间的绝缘层；放大器单元，其连接到所述第二电极并且输出在所述光电转换单元中生成的信号；以及复位单元，其用于对所述第二电极的电压进行复位。根据施加在所述第一电极与所述第二电极之间的电压，交替地执行用于在所述光电转换单元中累积信号电荷的累积操作、和用于从所述光电转换单元移除信号电荷的电荷移除操作，并且在第一累积操作与在所述第一累积操作之后执行的第二累积操作之间多次执行电荷移除操作。

Photoelectric conversion device and image pickup system

The invention provides a photoelectric conversion device and an image pickup system. The photoelectric conversion device comprises a photoelectric conversion unit, which comprises a first electrode, a second electrode, a photoelectric conversion disposed between the first electrode and the second electrode layer and disposed between the photoelectric conversion layer and the second electrode insulating layer; amplifier unit connected to the second electrode and the output signal is generated at the photoelectric conversion unit; and a reset unit, reset the voltage of the second electrode. According to the voltage applied between the first electrode and the second electrode, carried out alternately for cumulative signal charge in the photoelectric conversion unit in operation, and for the cumulative charge removal from the photoelectric conversion unit removes the signal charge, and accumulated in the first operation and execution after the first accumulation the operation of the operation between second cumulative execution times charge removal operation.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光电转换设备以及摄像系统。
技术介绍
作为用于照相机等的图像传感器的光电转换设备，已经提出了堆叠型光电转换设备。在国际公开WO2012/004923号的图1中公开的光电转换设备中，在半导体基板上堆叠光电转换膜。在光电转换膜上布置透明电极，并在光电转换膜下布置像素电极。在光电转换膜与像素电极之间布置绝缘膜。国际公开WO2012/004923号公开了这样的要点：由于能够通过这种结构进行相关双采样，所以能够减小噪声。在国际公开WO2012/004923号中公开的光电转换设备中，在施加到透明电极的电压VPk摆动之后，进行信号读出。虽然没有公开读出所需的时间，但是在读出结束之前的时间段，在光电转换膜中累积暗电荷和光致电荷(photo-inducedcharge)，并且在读出之后产生残留电荷，残留电荷变为光信号分量的误差。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能够精确地检测光信号分量、同时减小噪声的光电转换设备。根据本专利技术的一方面，提供了一种光电转换设备，所述光电转换设备包括：光电转换单元，其包括第一电极、第二电极、布置在所述第一电极与所述第二电极之间的光电转换层以及布置在所述光电转换层与所述第二电极之间的绝缘层；放大器单元，其电连接到所述第二电极并且被构造为输出在所述光电转换单元中生成的信号；以及复位单元，其被构造为对所述第二电极的电压进行复位，其中，根据施加在所述第一电极与所述第二电极之间的电压，交替地执行用于在所述光电转换单元中累积信号电荷的累积操作、和用于从所述光电转换单元移除通过所述累积操作而累积的信号电荷的电荷移除操作，并且在第一累积操作与在所述第一累积操作之后执行的第二累积操作之间多次执行电荷移除操作，被多次执行的累积操作包括所述第一累积操作和所述第二累积操作。通过以下参照附图对示例性实施例的描述，本专利技术的进一步特征将变得清楚。附图说明图1A、图1B和图1C是示意性例示根据第一实施例的光电转换设备的像素的构造的图。图2是示意性例示根据第一实施例的光电转换设备的总体构造的图。图3是例示根据第一实施例的光电转换设备的列电路的等效电路的图。图4是示意性例示根据第一实施例的光电转换设备的平面结构的图。图5A和图5B是各自示意性例示根据第一实施例的光电转换设备的截面结构的图。图6A、图6B、图6C、图6D、图6E、图6F和图6G是各自示意性例示根据第一实施例的光电转换设备的光电转换单元的电位分布的图。图7是例示在根据第一实施例的光电转换设备中使用的驱动信号的时序图的图。图8是示意性例示根据第二实施例的光电转换设备的像素的构造的图。图9是示意性例示根据第二实施例的光电转换设备的总体构造的图。图10是示意性例示根据第二实施例的光电转换设备的平面结构的图。图11是示意性例示根据第二实施例的光电转换设备的截面结构的图。图12A、图12B、图12C、图12D、图12E、图12F和图12G是各自示意性例示根据第二实施例的光电转换设备的光电转换单元的电位分布的图。图13是例示在根据第二实施例的光电转换设备中使用的驱动信号的时序图的图。图14是示意性例示根据第三实施例的光电转换设备的像素的构造的图。图15是例示在根据第三实施例的光电转换设备中使用的驱动信号的时序图的图。图16是示意性例示根据第四实施例的光电转换设备的像素的构造的图。图17是例示在根据第四实施例的光电转换设备中使用的驱动信号的时序图的图。图18是示意性例示根据第五实施例的光电转换设备的像素的构造的图。图19是根据第六实施例的摄像系统的框图。具体实施例现在，将根据附图详细描述本专利技术的优选实施例。根据本专利技术的一个实施例是光电转换设备。光电转换设备中包括的像素包括光电转换单元、用于放大在光电转换单元中生成的信号的放大器单元以及用于向放大器单元供给复位电压的复位单元。光电转换设备可以包括多个像素。这种光电转换设备例如是图像传感器。或者，光电转换设备可以仅包括一个像素。这种光电转换设备例如是光电检测器。在图1A中作为示例，例示了像素100、光电转换单元101、复位晶体管102以及放大晶体管104。光电转换单元包括第一电极、第二电极、布置在第一电极与第二电极之间的光电转换层以及布置在光电转换层与第二电极之间的绝缘层。根据这种构造，光电转换单元能够累积由入射光生成的电荷作为信号电荷。通过控制供给到包括光电转换单元的像素电路的电压，能够读出来自光电转换单元的信号。在图1A中作为示例，例示了第一电极201、光电转换层205、绝缘层207以及第二电极209。第二电极电连接到放大器单元。根据这种构造，放大器单元能够输出在光电转换单元中生成的信号。可以使第二电极和放大器单元短路。或者，可以在第二电极与放大器单元之间的电路径上布置开关。在图1A中作为示例，例示了示出第二电极和放大器单元的电连接的节点B。节点B被构造为使得其能够是电浮置(floating)状态。使节点B电浮置，从而节点B的电压能够根据在光电转换单元中生成的电荷而改变。因此，能够将与在光电转换单元中生成的电荷相对应的信号输入到放大器单元。光电转换设备包括用于对第二电极的电压进行复位的复位单元。复位单元向第二电极供给复位电压。复位单元例如是电连接到第二电极的复位晶体管。在图1A中作为示例，例示了复位晶体管102。以对ON(开)和OFF(关)进行切换的这种方式，来控制复位单元。通过接通复位单元，将复位电压供给到第二电极。可以在复位单元与第二电极之间的电路径上布置开关。可以使复位单元和第二电极短路。第一电容器电连接到第二电极。在图1A中作为示例，例示了第一电容器103。可以使第二电极和第一电容器短路，或者可以在第二电极与第一电容器之间的电路径上布置开关。第一电容器被构造为例如包括彼此面对的两个电极，绝缘构件介于两个电极之间。这两个电极由诸如多晶硅、金属等的导电材料制成。或者，第一电容器被构造为包括半导体区域和布置在半导体区域上方的栅电极，栅极绝缘膜介于半导体区域与栅电极之间。期望的是，第一电容器中包括的半导体区域具有比晶体管的源极区域或漏极区域的杂质浓度更大的杂质浓度。栅电极由诸如多晶硅、金属等的导电材料制成。第一电容器包括电连接到第二电极的第一端子和与第一端子不同的第二端子。各个端子能够由诸如金属、多晶硅等的导电材料制成或者能够由半导体区域形成。向第二端子供给预定电压。例如，第二端子可以接地。或者，可以将第二端子连接到电压供给单元，并且可以从电压供给单元供给多个电压。在图1A中，节点B包括第一端子，节点C包括第二端子。在本专利技术的一个实施例中，当读出信号时，光电转换层被转换成耗尽层。为此，对光电转换单元的第一电极的电压或第一电容器的第二端子的电压进行控制。具体来说，提供用于供给第一电压和与第一电压不同的第二电压的电压供给单元。在一些实施例中，电压供给单元将第一电压和与第一电压不同的第二电压供给到光电转换单元的第一电极。在图1A中作为示例，例示了这种电压供给单元110。在另一实施例中，电压供给单元将第一电压和与第一电压不同的第二电压供给到第一电容器的第二端子。在图8中作为示例，例示了这种电压供给单元410。随后，将描述通过本专利技术的实施例的噪声减小的效果。当光电转换单元的第一电极的电压或第一电容器的第二端本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光电转换设备，所述光电转换设备包括：光电转换单元，其包括第一电极、第二电极、布置在所述第一电极与所述第二电极之间的光电转换层以及布置在所述光电转换层与所述第二电极之间的绝缘层；放大器单元，其电连接到所述第二电极并且被构造为输出在所述光电转换单元中生成的信号；以及复位单元，其被构造为向所述第二电极供给复位电压，其中，根据施加在所述第一电极与所述第二电极之间的电压，交替地执行用于在所述光电转换单元中累积信号电荷的累积操作、和用于从所述光电转换单元移除通过累积操作而累积的信号电荷的电荷移除操作，并且在第一累积操作与在所述第一累积操作之后执行的第二累积操作之间多次执行电荷移除操作，被多次执行的累积操作包括所述第一累积操作和所述第二累积操作。

【技术特征摘要】
2015.11.26 JP 2015-2303351.一种光电转换设备，所述光电转换设备包括：光电转换单元，其包括第一电极、第二电极、布置在所述第一电极与所述第二电极之间的光电转换层以及布置在所述光电转换层与所述第二电极之间的绝缘层；放大器单元，其电连接到所述第二电极并且被构造为输出在所述光电转换单元中生成的信号；以及复位单元，其被构造为向所述第二电极供给复位电压，其中，根据施加在所述第一电极与所述第二电极之间的电压，交替地执行用于在所述光电转换单元中累积信号电荷的累积操作、和用于从所述光电转换单元移除通过累积操作而累积的信号电荷的电荷移除操作，并且在第一累积操作与在所述第一累积操作之后执行的第二累积操作之间多次执行电荷移除操作，被多次执行的累积操作包括所述第一累积操作和所述第二累积操作。2.根据权利要求1所述的光电转换设备，其中，所述放大器单元在多次执行的电荷移除操作期间输出信号。3.根据权利要求2所述的光电转换设备，其中，所述复位单元与在多次执行的电荷移除操作中的第二次或之后执行的电荷移除操作同步地对所述第二电极进行复位。4.根据权利要求3所述的光电转换设备，所述光电转换设备还包括：第一电容器，其包括第一端子和第二端子，所述第一端子电连接到所述第二电极；以及电压供给单元，被构造为向所述第二端子至少供给第一电压和与所述第一电压不同的第二电压，其中，供给到所述第一电极的电压Vs、第一电压Vd1、第二电压Vd2、复位电压Vres、所述第一电容器的电容值C1以及由所述第一电极和所述第二电极形成的第二电容器的电容值C2满足由以下表达式示出的关系：C1/(C1+C2)>(Vs-Vres)/(Vd2-Vd1)。5.根据权利要求4所述的光电转换设备，其中，当在所述光电转换层中累积信号电荷时，将所述第一电压供给到所述第二端子，并且当从所述光电转换层移除信号电荷时，将所述第二电压供给到所述第二端子。6.根据权利要求4所述的光电转换设备，其中，所述第一电压高于所述第二电压，并且所述复位电压高于供给到所述第一电极的电压。7.根据权利要求4所述的光电转换设备，其中，所述第一电压低于所述第二电压，并且所述复位电压低于供给到所述第一电极的电压。8.根据权利要求4所述的光电转换设备，其中，供给到所述第一电极的电压与所述复位电压之间的差，位于所述第一电压与所述第二电压之间的差的20％至80％的范围内。9.根据权利要求3所述的光电转换设备，所述光电转换设备还包括：第一电容器，其电连接到所述第二电极；以及电压供给单元，其被构造为向所述第一电极至少供给第一电压和与...

【专利技术属性】
技术研发人员：田代和昭，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP