成像装置和电子设备的制作方法

1.本公开涉及一种成像装置和电子设备。


背景技术：

2.已经提出了一种多层成像装置，在该多层成像装置中，对光的波长具有不同的吸收系数的多个光电转换单元层叠在一起。在这种多层成像装置中，例如，由有机膜制成的第一光电转换单元形成在半导体层上，第二和第三光电转换单元形成在半导体层中。第一光电转换单元根据在作为光接收面的有机膜上接收到的第一波长区域的光进行光电转换以产生电荷。另外，第二光电转换单元和第三光电转换单元分别根据通过穿透高于第二光电转换单元和第三光电转换单元的层接收到的第二波长区域和第三波长区域的光进行光电转换，以产生电荷。
3.在这种构造中，通过第二和第三光电转换单元中的光电转换产生的电荷被临时累积在第二和第三光电转换单元中，并且在预定时机分别被传输到形成在半导体层中的第二和第三浮动扩散区域。另一方面，在由有机膜形成的第一光电转换单元中产生的电荷通过接触孔和配线层传输到形成于半导体层中的第一浮动扩散区域并累积在第一浮动扩散区域中。如上所述，在电荷从第一光电转换单元直接传输到第一浮动扩散区域使得所传输的电荷累积在第一浮动扩散区域中的情况下，担心ktc噪声可能增加，并且随机噪声可能会劣化，从而导致拍摄图像的质量降低。
4.在这点上，已经公开了：在第一光电转换单元的与光接收面相对的表面上，设置有作为透明电极的电荷累积电极和与该电荷累积电极间隔开的读出电极，并且在光接收面上设置有由电荷累积电极和读出电极共享的公共电极(例如，专利文献1)。在这种构造中，通过从公共电极施加偏压，在电荷累积电极和读出电极之间产生势垒。通过控制施加到电荷累积电极和读出电极的电压，能够将通过光电转换产生的电荷累积在电荷累积电极和公共电极之间，并且能够通过读出电极读出所累积的电荷并将其传输到第一浮动扩散区域。根据这种构造，可以抑制上述现象(例如ktc噪声的增加和随机噪声的劣化)的发生。
5.引用列表
6.专利文献
7.专利文献1：jp 2017-157816 a


技术实现要素：

8.技术问题
9.在上述专利文献1的构造中，通过电荷累积电极和读出电极之间的势垒，来确保由电荷累积电极累积的信号电荷量(累积电荷量)。在这种情况下，通过增加电荷累积电极和读出电极之间的距离，能够产生高势垒并且能够增加累积电荷量，但是灵敏区域减小，从而导致灵敏度降低。
10.本公开的目的是提供一种能够同时确保宽的灵敏区域以及确保累积电荷量的成
像装置和电子设备。
11.解决问题的技术方案
12.为了解决上述问题，根据本公开的一个方面的成像装置包括像素，所述像素包括：光电转换层；第一电极，其位于所述光电转换层的第一表面侧，并且电连接到所述光电转换层；第二电极，其位于所述光电转换层的与所述第一表面相反的第二表面上；电荷累积电极，其布置在所述光电转换层的所述第一表面侧并且在平行于所述第一表面的方向上与所述第一电极间隔开；和第三电极，其布置于在与所述第一表面垂直的方向上与所述第一电极和所述电荷累积电极之间的间隙具有重叠部分的位置处。
附图说明
13.图1是示出了根据本公开的各实施例的技术适用的电子设备的示例的构造的框图。
14.图2是示出了本公开的各实施例适用的成像元件的示例的构造的框图。
15.图3是现有技术的像素的示意性局部断面图。
16.图4是示出了现有技术的像素的等效电路的图。
17.图5是示出了像素中的第一电极和电荷累积电极的布置示例的图。
18.图6是示出了成像元件中的第二电极的布置示例的示意图。
19.图7是用于说明第一光电转换单元的操作的图。
20.图8是用于说明根据现有技术的电极构造与累积电荷量之间的关系的示意图。
21.图9是用于说明根据第一实施例的像素中的电极构造及操作的示意图。
22.图10是根据第一实施例的像素的示意性局部断面图。
23.图11是示出了第一实施例适用的势垒形成电极的另一布置示例的图。
24.图12a是示出了第一实施例适用的第一电极、电荷累积电极和势垒形成电极的布置示例的示意图。
25.图12b是示出了第一实施例适用的第一电极、电荷累积电极和势垒形成电极的布置示例的示意图。
26.图13a是示出了第一实施例适用的第一电极、电荷累积电极和势垒形成电极的布置示例的示意图。
27.图13b是示出了第一实施例适用的第一电极、电荷累积电极和势垒形成电极的布置示例的示意图。
28.图14a是示出了第一实施例适用的第一电极、电荷累积电极和势垒形成电极的布置示例的示意图。
29.图14b是示出了第一实施例适用的第一电极、电荷累积电极和势垒形成电极的布置示例的示意图。
30.图15a是示出了第一实施例适用的第一电极、电荷累积电极和势垒形成电极的布置示例的示意图。
31.图15b是示出了第一实施例适用的第一电极、电荷累积电极和势垒形成电极的布置示例的示意图。
32.图16a是示出了第一实施例适用的向势垒形成电极施加电压的方法的第一示例的
示意图。
33.图16b是示出了第一实施例适用的向势垒形成电极施加电压的方法的第二示例的示意图。
34.图16c是示出了第一实施例适用的向势垒形成电极施加电压的方法的第三示例的示意图。
35.图17是示出了第一实施例适用的向势垒形成电极施加电压的方法的第四示例的示意图。
36.图18a是示出了根据第一实施例的第一变形例的像素构造的第一示例的示意图。
37.图18b是示出了根据第一实施例的第一变形例的像素构造的第一示例的示意图。
38.图18c是示出了根据第一实施例的第一变形例的像素构造的第一示例的示意图。
39.图19是用于说明根据第一实施例的第二变形例的电极的布置示例的图。
40.图20a是示出了根据第二实施例的电荷累积状态下的势垒的状态的示意图。
41.图20b是示出了根据第二实施例的电荷传输状态下的势垒的状态的示意图。
42.图21是示出了第二实施例适用的势垒形成电极的布置示例的图。
43.图22是示出了根据第二实施例的累积状态下的势垒的状态的示意图。
44.图23是说明应用了本公开的技术的成像装置的使用例的图。
45.图24是示出了内窥镜手术系统的示意性构造示例的图。
46.图25是示出了摄像机头和ccu之间的功能构造的示例的框图。
47.图26是示出了车辆控制系统的示意性构造示例的框图。
48.图27是示出了车外信息检测单元和成像单元的设置位置的示例的说明图。
具体实施方式
49.在下文中，将参考附图详细说明本公开的实施例。注意，在以下实施例中，相同的部分由相同的附图标记表示，并且将省略重复的说明。
50.在下文中，将按以下顺序说明本公开的实施例。
51.1.各实施例适用的技术
52.1-0-1.各实施例适用的电子设备
53.1-0-2.与各实施例相关的现有技术
54.1-0-3.根据现有技术的电极构造与累积电荷量之间的关系
55.2.第一实施例
56.2-0-1.根据第一实施例的成像元件的概要
57.2-0-2.根据第一实施例的成像元件的更具体的构造示例
58.2-0-3.根据第一实施例的电极构造示例
59.2-0-4.根据第一实施例的向势垒形成电极施加电压的方法
60.2-1.第一实施例的第一变形例
61.2-2.第一实施例的第二变形例
62.3.第二实施例
63.4.第三实施例
64.5.第四实施例
65.5-1.根据本公开的技术的应用例
66.5-2.内窥镜手术系统的应用例
67.5-3.移动体的应用例
68.[1.各实施例适用的技术]
[0069]
在说明本公开的各实施例之前，为了便于理解，将示意性地说明各实施例适用的技术。
[0070]
(1-0-1.各实施例适用的电子设备)
[0071]
首先，将说明根据本公开的各实施例的技术适用的电子设备。图1是示出了根据本公开的各实施例的技术适用的电子设备的示例的构造的框图。
[0072]
在图1中，电子设备1000包括光学单元1010、成像装置1011、信号处理电路1012、显示装置1013和存储介质1014。在图1中，作为成像装置1011，应用了作为稍后详细说明的根据本公开的成像装置的成像元件。成像元件包括多个像素和驱动电路，每个像素通过光电转换将入射光转换为电信号，驱动电路驱动多个像素。这里，作为电子设备1000，能够应用数码相机、数字摄像机、具有成像功能的移动电话或智能手机等。
[0073]
光学单元1010包括一个或多个透镜、光圈机构、聚焦机构等，并且在成像装置1011的成像面上形成来自被摄体的图像光(入射光)的图像。结果，信号电荷在成像装置1011中累积一定时间。信号处理电路1012对从成像装置1011输出的像素信号进行包括图像处理在内的各种信号处理。经过信号处理的图像信号能够存储在诸如闪存或硬盘驱动器等非易失性存储介质1014中。此外，基于像素信号的图像还能够输出到显示装置1013。
[0074]
(1-0-2.与各实施例相关的现有技术)
[0075]
接下来，将示意性地说明与各实施例相关的现有技术。图2是示出了本公开的各实施例适用的成像元件的示例的构造的框图。在图2中，成像元件100包括：像素阵列单元111，其中，像素101布置成矩阵阵列；以及作为像素阵列单元111的周边电路的驱动电路，该驱动电路用于驱动包括在像素阵列单元111中的每个像素101。更具体地，驱动电路包括垂直驱动电路112、列信号处理电路113、水平驱动电路114、输出电路115和驱动控制电路116。
[0076]
驱动控制电路116基于从成像元件100的外部提供的垂直同步信号、水平同步信号和主时钟生成用作垂直驱动电路112、列信号处理电路113和水平驱动电路114的操作的基准的时钟信号和控制信号。驱动控制电路116将所生成的时钟信号和控制信号提供给垂直驱动电路112、列信号处理电路113和水平驱动电路114。
[0077]
例如，垂直驱动电路112包括移位寄存器，并且以行为单位在垂直方向上顺序选择性地扫描像素阵列单元111的像素101。然后，基于根据每个像素101中所接收的光量产生的电流(信号)的像素信号(图像信号)经由作为数据输出线的垂直信号线117被发送到列信号处理电路113。注意，垂直信号线117也将被称为vsl。
[0078]
例如，针对像素101的各列布置列信号处理电路113，并且列信号处理电路113对于各像素101利用来自黑基准像素的信号对从一行像素101输出的图像信号进行噪声去除和信号放大的信号处理。注意，黑基准像素是布置在像素阵列单元111中的有效像素区域周围的像素101(未示出)。在列信号处理电路113的输出级设置有水平选择开关(未示出)，并且该水平选择开关连接在列信号处理电路113和水平信号线118之间。
[0079]
例如，水平驱动电路114包括移位寄存器，并且通过依次输出水平扫描脉冲来依次
选择列信号处理电路113，使得从每个列信号处理电路113向水平信号线118输出信号。在对信号进行信号处理之后，输出电路115输出经由水平信号线118从各个列信号处理电路113依次提供的信号。
[0080]
图3是现有技术的像素101的示意性局部断面图。另外，图4是示出了图3所示的像素101的等效电路的图。像素101是多个光电转换单元层叠在一起的多层光电转换元件。在下文中，将参考图3和图4说明像素101的构造。
[0081]
图3所示的像素101包括多个层叠的光电转换单元，每个光电转换单元执行光电转换。在下文中，像素101中最靠近光接收面布置的光电转换单元将被称为第一光电转换单元，并且其将被称为多个光电转换单元之中的最上层的光电转换单元。在图3的示例中，第二光电转换单元布置在第一光电转换单元下方的层中，第三光电转换单元被进一步布置在第二光电转换单元下方的层中。
[0082]
第一光电转换单元包括光电转换层15、位于光电转换层15的第一表面侧并且电连接到光电转换层15的第一电极11、位于光电转换层15的与第一表面相反的第二表面上的第二电极16以及布置在光电转换层15的第一表面侧并且在平行于第一表面的方向上与第一电极11间隔开的电荷累积电极12。如上所述，第一电极11和电荷累积电极12布置成隔着间隙彼此间隔开。
[0083]
像素101还包括半导体基板(更具体地，硅半导体层)70，并且第一光电转换单元布置在半导体基板70的上方。像素还包括控制部，该控制部设置在半导体基板70中并且包括与第一电极11连接的驱动电路。这里，将半导体基板70的光入射面定义为上侧，将半导体基板70的与光入射面相反的表面定义为下侧。在半导体基板70的下方设置有包括多条配线的配线层62。
[0084]
此外，半导体基板70设置有构成控制部的至少第一浮动扩散层fd1(参见图4)和放大晶体管tr1
amp
(参见图3和图4)，并且第一电极11连接到第一浮动扩散层fd1和放大晶体管tr1
amp
的栅极部。半导体基板70还设置有构成控制部的复位晶体管tr1
rst
和选择晶体管tr1
sel
(参见图3和图4)。
[0085]
第一浮动扩散层fd1连接到复位晶体管tr1
rst
的一个源极/漏极区域，放大晶体管tr1
amp
的一个源极/漏极区域连接到选择晶体管tr1
sel
的一个源极/漏极区域，并且选择晶体管tr1
sel
的另一个源极/漏极区域连接到信号线vsl1(参见图4)。放大晶体管tr1
amp
、复位晶体管tr1
rst
和选择晶体管tr1
sel
构成驱动电路。
[0086]
具体地，图3所示的像素101是背面照射型光电转换元件，也是多层光电转换元件，该多层光电转换元件具有其中三个光电转换单元层叠的结构，这三个光电转换单元分别是：第一类型的绿色光电转换单元(以下称为第一光电转换单元)，其对绿色敏感，并具有吸收绿色光的第一类型的绿色光电转换层；第二类型的蓝色光电转换单元(以下称为第二光电转换单元)，其对蓝色敏感，并具有吸收蓝色光的第二类型的蓝色光电转换层；和第二类型的红色光电转换单元(以下称为第三光电转换单元)，其对红色敏感，并具有吸收红色光的第二类型的红色光电转换层。
[0087]
这里，红色光电转换单元(第三光电转换单元)和蓝色光电转换单元(第二光电转换单元)设置在半导体基板70中，并且第二光电转换单元比第三光电转换单元更靠近光入射侧。绿色光电转换单元(第一光电转换单元)设置在蓝色光电转换单元(第二光电转换单
元)的上方。一个像素配置有其中第一光电转换单元、第二光电转换单元和第三光电转换单元层叠的结构。不设置滤色器。
[0088]
在第一光电转换单元中，第一电极11和电荷累积电极12彼此分开地形成在层间绝缘层81上。层间绝缘层81和电荷累积电极12被绝缘层82覆盖。光电转换层15形成在绝缘层82上，并且第二电极16形成在光电转换层15上。在包括第二电极16的整个表面上形成有保护层83，并且在保护层83上设置有芯片上微透镜90。
[0089]
例如，第一电极11、电荷累积电极12和第二电极16由铟锡氧化物(ito)制成的透明电极构成。光电转换层15由含有至少对绿色敏感的已知有机光电转换材料(例如，诸如罗丹明染料、部花青染料或喹吖啶酮等有机材料)的层(有机膜)构成。此外，光电转换层15还可以由适合于电荷累积的材料层构成。即，还可以在光电转换层15和第一电极11之间(例如，在连接部67中)形成适合于电荷累积的材料层。
[0090]
层间绝缘层81、绝缘层82和保护层83由已知的绝缘材料(sio2或sin)制成。光电转换层15和第一电极11通过设置于绝缘层82中的连接部67连接。光电转换层15延伸穿过连接部67。即，光电转换层15通过延伸穿过设置于绝缘层82中的开口84而与第一电极11连接。
[0091]
电荷累积电极12连接到驱动电路。具体地，电荷累积电极12经由设置在层间绝缘层81中的连接孔66、焊盘64和配线v
oa
(未示出)连接到构成驱动电路的垂直驱动电路112。
[0092]
电荷累积电极12具有比第一电极11大的尺寸(面积)。当电荷累积电极12的尺寸被定义为面积s2并且第一电极11的尺寸被定义为面积s1时，面积s1和s2之间的关系优选满足下式(1)。
[0093]
4≤s2/s1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0094]
图5是示出了像素101中的第一电极11和电荷累积电极12的布置示例的示意图。图5示意性地示出了从光接收面的上方观察像素101的状态。在图5的示例中，第一电极11沿着具有矩形形状的像素101的一边布置，并且电荷累积电极12布置成与第一电极11间隔开，即，与第一电极11之间具有预定宽度的间隙。在图5的示例中，第一电极11和电荷累积电极12被形成和布置成这样：第一电极11的面积s1和电荷累积电极12的面积s2具有满足下式(2)的关系。
[0095]
s2/s1＝8
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0096]
注意，面积s1和s2之间的关系不限于上述公式(1)和(2)表示的关系。
[0097]
图6是示出了成像元件100中的第二电极16的布置示例的示意图。图6示意性地示出了从光接收面的斜上方观察像素阵列单元111的一部分的样子。如图6所示，第二电极16是由像素101共享的公共电极。此外，在电荷累积电极12的下层中针对像素阵列单元111的各行设置的配线v
oa
连接到在该行中布置的每个像素101的电荷累积电极12。
[0098]
通过将施加到第一电极11、电荷累积电极12和第二电极16的电压控制为预定值，可以累积和传输通过第一光电转换单元中的光电转换生成的电荷。
[0099]
例如，当第一光电转换单元曝光时，向第二电极16施加负偏置电压，并且从配线v
oa
向电荷累积电极12施加正偏置电压。另外，也向第一电极11施加预定的正偏置电压。结果，在第一电极11和电荷累积电极12之间的间隙中产生势垒，并且通过光电转换生成的电荷累积在电荷累积电极12和第二电极16之间。
[0100]
随着曝光结束，从配线v
oa
向电荷累积电极12施加负偏置电压，使得对应于电荷累
积电极12的电位高于第一电极11和电荷累积电极12之间的间隙中的势垒。结果，在电荷累积电极12和第二电极16之间累积的电荷越过势垒流入第一电极11。流入第一电极11的电荷作为电流经由稍后所述的接触孔61被提供给配线层62的预定配线。
[0101]
接下来，将更详细地说明半导体基板70的构造。在半导体基板70的第一表面(前表面)70a侧形成有像素隔离区域71，并且在半导体基板70的第一表面70a上形成有氧化膜72。此外，在半导体基板70的第一表面侧设置有构成第一光电转换单元的控制部的复位晶体管tr1
rst
、放大晶体管tr1
amp
和选择晶体管tr1
sel
，并且还设置有第一浮动扩散层fd1。
[0102]
复位晶体管tr1
rst
包括栅极部51、沟道形成区域51a以及源极/漏极区域51b和51c。复位晶体管tr1
rst
的栅极部51连接到复位线rst1，复位晶体管tr1
rst
的一个源极/漏极区域51c兼用作第一浮动扩散层fd1，并且另一个源极/漏极区域51b连接到电源v
dd
(参见图4)。
[0103]
第一电极11经由设置于层间绝缘层81中的连接孔65和焊盘63、形成于半导体基板70和层间绝缘层76中的接触孔61以及形成于层间绝缘层76中的配线层62连接到复位晶体管tr1
rst
的一个源极/漏极区域51c(第一浮动扩散层fd1)。
[0104]
放大晶体管tr1
amp
包括栅极部52、沟道形成区域52a以及源极/漏极区域52b和52c。栅极部52经由配线层62连接到第一电极11和复位晶体管tr1
rst
的一个源极/漏极区域51c(第一浮动扩散层fd1)。此外，一个源极/漏极区域52b在与构成复位晶体管tr1
rst
的另一个源极/漏极区域51b共享区域的同时连接到电源v
dd
。
[0105]
选择晶体管tr1
sel
包括栅极部53、沟道形成区域53a以及源极/漏极区域53b和53c。栅极部53连接到选择线sel1(参见图4)。此外，一个源极/漏极区域53b与构成放大晶体管tr1
amp
的另一个源极/漏极区域52c共享区域，并且另一个源极/漏极区域53c连接到垂直信号线117(参见图2)。在这种情况下，垂直信号线117对应于图4中的vsl1。
[0106]
第二光电转换单元包括设置于半导体基板70中的n型半导体区域41作为光电转换层400。由垂直晶体管形成的传输晶体管tr2
trs
的栅极部45延伸到n型半导体区域41，并且连接到传输栅极线tg2(参见图4)。另外，在传输晶体管tr2
trs
的栅极部45附近的半导体基板70的区域45c中设置有第二浮动扩散层fd2(参见图4)。在n型半导体区域41中累积的电荷经由沿着栅极部45形成的传输沟道被读出到第二浮动扩散层fd2。
[0107]
在第二光电转换单元中，在半导体基板70的第一表面侧还设置有构成第二光电转换单元的控制部的复位晶体管tr2
rst
、放大晶体管tr2
amp
和选择晶体管tr2
sel
。
[0108]
复位晶体管tr2
rst
包括栅极部、沟道形成区域和源极/漏极区域。复位晶体管tr2
rst
的栅极部连接到复位线rst2，复位晶体管tr2
rst
的一个源极/漏极区域连接到电源v
dd
，并且另一个源极/漏极区域兼用作第二浮动扩散层fd2(参见图4)。
[0109]
放大晶体管tr2
amp
包括栅极部、沟道形成区域和源极/漏极区域。栅极部连接到复位晶体管tr2
rst
的另一个源极/漏极区域(第二浮动扩散层fd2，参见图4)。此外，一个源极/漏极区域在与构成复位晶体管tr2
rst
的一个源极/漏极区域共享区域的同时连接到电源v
dd
(参见图4)。
[0110]
选择晶体管tr2
sel
包括栅极部、沟道形成区域和源极/漏极区域。栅极部连接到选择线sel2(参见图4)。此外，一个源极/漏极区域与构成放大晶体管tr2
amp
的另一个源极/漏极区域共享区域，并且另一个源极/漏极区域连接到垂直信号线117(参见图2)。在这种情况下，垂直信号线117对应于图4中的vsl2。
[0111]
第三光电转换单元包括设置于半导体基板70中的n型半导体区域43作为光电转换层401。传输晶体管tr
trs
的栅极部46连接到传输栅极线tg3(参见图4)。另外，在传输晶体管tr3
trs
的栅极部46附近的半导体基板70的区域46c中设置有第三浮动扩散层fd3(参见图4)。在n型半导体区域43中累积的电荷经由沿着栅极部46形成的传输沟道46a被读出到第三浮动扩散层fd3。
[0112]
在第三光电转换单元中，在半导体基板70的第一表面侧还设置有构成第三光电转换单元的控制部的复位晶体管tr3
rst
、放大晶体管tr3
amp
和选择晶体管tr3
sel
。
[0113]
复位晶体管tr3
rst
包括栅极部、沟道形成区域和源极/漏极区域。复位晶体管tr3
rst
的栅极部连接到复位线rst3，复位晶体管tr3
rst
的一个源极/漏极区域连接到电源v
dd
，并且另一个源极/漏极区域兼用作第三浮动扩散层fd3(参见图4)。
[0114]
放大晶体管tr3
amp
包括栅极部、沟道形成区域和源极/漏极区域。栅极部连接到复位晶体管tr3
rst
的另一个源极/漏极区域(第三浮动扩散层fd3)。此外，一个源极/漏极区域在与构成复位晶体管tr3
rst
的一个源极/漏极区域共享区域的同时连接到电源v
dd
(参见图4)。
[0115]
选择晶体管tr3
sel
包括栅极部、沟道形成区域和源极/漏极区域。栅极部连接到选择线sel3(参见图4)。此外，一个源极/漏极区域与构成放大晶体管tr3
amp
的另一个源极/漏极区域共享区域，并且另一个源极/漏极区域连接到垂直信号线117(参见图2)。在这种情况下，垂直信号线117对应于图4中的vsl3。
[0116]
上述的复位线rst1、rst2和rst3、选择线sel1、sel2和sel3、以及传输栅极线tg2和tg3连接到构成驱动电路的垂直驱动电路112。另外，第一光电转换单元、第二光电转换单元和第三光电转换单元的各条垂直信号线117(vsl1、vsl2和vsl3)连接到构成驱动电路的列信号处理电路113。
[0117]
在n型半导体区域43和半导体基板70的前表面70a之间设置有p

层44，以抑制暗电流的产生。在n型半导体区域41和n型半导体区域43之间形成有p

层42，并且n型半导体区域43的侧面部分地被p

层42包围。在半导体基板70的背面70b侧形成有p

层73，并且从p

层73到半导体基板70内形成有接触孔61的部分，形成有hfo2膜74和绝缘膜75，hfo2膜74是具有负固定电荷的膜。注意，在层间绝缘层76中，配线形成在多个层上，但是在图3中省略了。
[0118]
接下来，将参考图7说明上述第一光电转换单元的操作。这里，将第一电极11设置为具有比第二电极16高的电位。即，例如，将第一电极11设置为具有正电位，并且将第二电极16设置为具有负电位，使得在光电转换层15中进行光电转换后的电子被读出到浮动扩散层。注意，在第一电极11被设置为具有负电位并且第二电极16被设置为具有正电位使得在光电转换层15中基于光电转换产生的空穴被读出到浮动扩散层的模式下，只需将下述的电位电平反转。
[0119]
图7中使用的附图标记的含义如下。
[0120]
(1)pa：光电转换层15的面向电荷累积电极12的区域中的点pa处的电位(参见图7的左下图)。
[0121]
(2)pb：光电转换层15的面向位于电荷累积电极12和第一电极11之间的区域的区域中的点pb的电位(参见图7的左下图)。
[0122]
(3)fd：第一浮动扩散层fd1的电位。
[0123]
(4)voa：电荷累积电极12的电位。
[0124]
(5)rst：复位晶体管tr1
rst
的栅极部51的电位。
[0125]
(6)vdd：电源v
dd
的电位。
[0126]
将参考图7的左上图说明电荷累积时段。在电荷累积时段中，从驱动电路，向第一电极11施加电位v
11
，向电荷累积电极12施加电位v
12
。通过入射到光电转换层15上的光，在光电转换层15中发生光电转换。通过光电转换产生的空穴从第二电极16通过布线v
ou
(未示出)发送到驱动电路。
[0127]
另一方面，由于第一电极11被设置为具有比第二电极16高的电位，换句话说，例如，将正电位施加到第一电极11，并且将负电位施加到第二电极16，所以v
12
≥v
11
，优选地v
12
》v
11
。结果，通过光电转换产生的电子(电荷)被吸引到电荷累积电极12，并且电子保留在光电转换层15的面向电荷累积电极12的区域中。即，电荷累积于光电转换层15中。由于v
12
》v
11
，因此，在光电转换层15内部产生的电子不会向第一电极11移动。随着光电转换的时间流逝，光电转换层15的面向电荷累积电极12的区域中的电位变为更负的值。
[0128]
在电荷累积时段的后期，执行复位操作。图7上侧的中间图示意性地示出了在复位操作时各单元的状态的示例。通过复位操作，第一浮动扩散层fd1的电位fd被复位，并且第一浮动扩散层fd1的电位变为电源v
dd
的电位vdd。
[0129]
在完成复位操作之后，读出电荷。图7的右上图示意性地示出了在读出电荷时，即在电荷从电荷累积电极12传输到第一电极11时，各单元的状态。在电荷传输时段中，从驱动电路，向第一电极11施加电位v
21
，并且向电荷累积电极12施加电位v
22
。这里，电位被设置为v
22
《v
21
。结果，保留在光电转换层15的面向电荷累积电极12的区域中的电荷被读出到第一电极11，并进一步经由接触孔61从第一电极11读出到第一浮动扩散层fd1。即，累积于在光电转换层15中的电荷被读出到控制部。
[0130]
然后，完成了第一光电转换单元的一系列操作，例如电荷累积、复位操作和电荷传输。图7的右下图示出了在各个操作期间电位voa、pa、pb、fd和rst的变化的示例。
[0131]
在电子被读出到第一浮动扩散层fd1之后，放大晶体管tr1
amp
和选择晶体管tr1
sel
的操作与常规的放大晶体管和选择晶体管的操作相同。另外，第二光电转换单元和第三光电转换单元的诸如电荷累积、复位操作和电荷传输等的一系列操作与常规的诸如电荷累积、复位操作和电荷传输等的一系列操作相同。此外，能够以与现有技术类似的方式通过相关双采样(cds：correlated double sampling)处理去除第一浮动扩散层fd1的复位噪声。
[0132]
(1-0-3.根据现有技术的电极构造与累积电荷量之间的关系)
[0133]
接下来，将参考图8示意性地说明根据现有技术的电极构造与累积电荷量之间的关系。在图8的部分(a)中，其对应于参考图5所述的电极构造，第一电极11沿着具有矩形形状的像素101的一边设置，并且电荷累积电极12与第一电极11之间隔着预定间隙设置。
[0134]
在该部分(a)的构造中，如上所述，当在第一电极11和电荷累积电极12之间设置有间隙14时，通过第二电极16施加偏压以产生与间隙14的位置相对应的势垒。此时，通过将间隙14设置得较宽，由电荷累积电极12累积的累积电荷量qs增加。另一方面，当将间隙14设置得较宽时，电荷累积电极12的面积减小，即，灵敏区域减小，从而导致灵敏度降低。
[0135]
图8的部分(b)是其中在第一电极11和电荷累积电极12之间设置有传输栅电极13的示例。在这种情况下，通过向传输栅电极13施加电压，在第一电极11和电荷累积电极12之
间产生势垒。在该部分(b)的构造中，由于通过向传输栅电极13施加电压而形成势垒，因此能够产生更高的势垒，并且容易增加由电荷累积电极12所累积的累积电荷量qs。另一方面，通过设置传输栅电极13，电荷累积电极12的面积减小，从而导致灵敏度降低。
[0136]
[2.第一实施例]
[0137]
(2-0-1.根据第一实施例的成像元件的概述)
[0138]
接下来，将说明第一实施例。首先，将示意性地说明根据第一实施例的成像元件。图9是用于说明根据第一实施例的像素101中的电极构造及操作的示意图。在图9中，部分(a)是从上表面(光接收面)的上方观察根据第一实施例的像素的示意图，部分(b)是示出了像素的断面的示意图。此外，部分(c)是示意性地示出了与部分(a)和(b)相对应的电位pot的状态的图。
[0139]
如图9的部分(b)所示，在根据第一实施例的像素101中，第一电极11和电荷累积电极12以间隙14彼此间隔开，并且在第一电极11和电荷累积电极12的下表面侧(与光接收面相反的表面)布置有作为第三电极的势垒形成电极200。换句话说，势垒形成电极200布置在第一电极11和电荷累积电极12与半导体基板70之间。在这种情况下，势垒形成电极200布置成不与第一电极11和电荷累积电极12电连接。另外，势垒形成电极200布置于在垂直方向上第一电极11和电荷累积电极12之间的间隙14与光电转换层15的第一表面具有重叠部分的位置处。
[0140]
在图9的示例中，如部分(b)所示，势垒形成电极200的宽度大于间隙14的宽度14a，并且势垒形成电极200布置成在间隙14的整个宽度上具有重叠部分。势垒形成电极200不限于该示例，还可以布置成与间隙14的一部分具有重叠部分。可替代地，势垒形成电极200的宽度可以小于间隙14的宽度14a，使得重叠部分布置在间隙14内。在这种情况下，势垒形成电极200不具有与第一电极11和电荷累积电极12重叠的任何部分。
[0141]
在具有这种构造的像素101中，将偏置电压施加到势垒形成电极200，以使间隙14中的势垒变高。如图9的部分(c)示意性示出的，将预定的偏置电压施加到势垒形成电极200，使得间隙14部分中的电位pot变为比当不向势垒形成电极200施加偏置电压时的间隙14部分的电位pot(a)高的电位pot(b)，并且根据电位pot(b)产生势垒。在这种情况下，施加到势垒形成电极200的偏置电压是低于施加到第一电极11和电荷累积电极12的电压的负偏置电压。
[0142]
在第一实施例中，如上所述，势垒形成电极200布置成具有在第一电极11和电荷累积电极12之间的间隙14的向下方向与间隙14重叠的部分。然后，通过将负偏压施加到势垒形成电极200，能够在对应于间隙14的位置处产生更高的势垒。间隙14具有使得至少第一电极11和电荷累积电极12不彼此接触的宽度14a。
[0143]
在包括包含有机光电转换材料的层(有机膜)的光电转换单元中，应用了具有这种构造的第一实施例的像素101能够在保持宽的灵敏区域的同时确保累积电荷量qs。
[0144]
(2-0-2.根据第一实施例的成像元件的更具体的构造示例)
[0145]
接下来，将说明根据第一实施例的成像元件的更具体的构造示例。图10是根据第一实施例的像素101的示意性局部断面图。
[0146]
图10是对应于上述图3的图，并且将图3的hfo2膜74和绝缘膜75统一示出为绝缘膜700。此外，在图10中，省略了布置在半导体基板70的第一表面70a上的各个晶体管等。此外，
在图10中，在光电转换层15的与布置有第二电极16的表面相反的表面上，布置有累积传输层800，该累积传输层800由适合于电荷累积的材料制成。
[0147]
在图10的示例中，势垒形成电极200具有在朝向半导体基板70的方向上与第一电极11和电荷累积电极12之间的间隙14重叠的部分，并且势垒形成电极200布置在与焊盘63和64相同的层中。势垒形成电极200具有使得与间隙14重叠的部分在间隙14内的宽度。即，在图10的示例中，势垒形成电极200被形成并布置成不具有在朝向半导体基板70的方向上与第一电极11和电荷累积电极12重叠的部分。例如，与焊盘64等类似，势垒形成电极200连接到层间绝缘层81中的配线，并且经由配线将固定的偏置电压施加到势垒形成电极200。
[0148]
如上所述，势垒形成电极200的布置不限于完全被包括在间隙14中的势垒形成电极200的布置或者完全包括间隙14的势垒形成电极200的布置。即，势垒形成电极200只需要具有在朝向半导体基板70方向上与间隙14重叠的部分，例如，如图11的另一布置示例所示，势垒形成电极200可以布置成部分地从间隙14伸出。
[0149]
注意，在下文中，为了避免复杂化，“在朝向半导体基板70的方向上与间隙14(或第一电极11和电荷累积电极12)重叠的部分”将被描述为“与间隙14(或第一电极11和电荷累积电极12)重叠的部分”等。
[0150]
(2-0-3.根据第一实施例的电极构造示例)
[0151]
接下来，将参考图12a至图16b说明适用于第一实施例的第一电极11、电荷累积电极12和势垒形成电极200的一些布置示例。
[0152]
与图9的示例类似，如最左边的图案300a所示，图12a所示的像素101a是这样的像素101a的示例：其中，第一电极11沿着具有矩形形状的像素101a的一边布置，并且电荷累积电极12布置成与第一电极11之间具有间隙14。在这种情况下，间隙14形成在第一电极11的与和像素101a的一边接触的一边相反的一边和电荷累积电极12的最靠近该一边的一边之间。
[0153]
在下文中，与图案300a一样，第一电极11沿着像素101a的一边布置的图案将被称为直线图案。
[0154]
图12a中的图案300b是这样的示例：其中，相对于图案300a的布置，势垒形成电极200布置成具有分别与第一电极11和电荷累积电极12重叠的部分210。在图案300b中，势垒形成电极200在间隙14的整个宽度上具有重叠部分。
[0155]
图12a中的图案300c是这样的示例：其中，相对于图案300a的布置，势垒形成电极200布置成具有与电荷累积电极12重叠的部分210。在图案300c中，势垒形成电极200具有与电荷累积电极12侧的间隙14重叠的部分，而不具有与第一电极11侧的间隙14重叠的部分。图12a中的图案300d是这样的示例：其中，相对于图案300a的布置，势垒形成电极200布置成具有与第一电极11重叠的部分210。在图案300c中，势垒形成电极200具有与第一电极11侧的间隙14重叠的部分，而不具有与电荷累积电极12侧的间隙14重叠的部分。
[0156]
图12a中的图案300e是这样的示例：其中，相对于图案300a的布置，势垒形成电极200布置成不具有与第一电极11和电荷累积电极12重叠的部分。在图案300e中，势垒形成电极200在间隙14内具有与间隙14重叠的部分。
[0157]
如图12b的最左边图案301a所示，图12b示出了像素101b的示例，其中相对于上述图12a的图案300a布置有像素分离电极220。像素分离电极220被布置在像素101b的外缘部
分，并且通过向其施加预定的电压(例如，负偏压)而将像素101b与相邻的像素101b电分离。在直线图案中，在布置有第一电极11的一边不布置像素分离电极220。
[0158]
图12b中的图案301b、301c、301d和301e分别对应于参考图12a所述的图案300b、300c、300d和300e。即，图案301b是这样的示例：其中，相对于图案301a的布置，势垒形成电极200布置成具有分别与第一电极11和电荷累积电极12重叠的部分210。图案301c是这样的示例：其中，相对于图案301a的布置，势垒形成电极200布置成具有与电荷累积电极12重叠的部分210。图案301d是这样的示例：其中，相对于图案301a的布置，势垒形成电极200布置成具有与第一电极11重叠的部分210。图案301e是这样的示例：其中，相对于图案301a的布置，势垒形成电极200布置成不具有与第一电极11和电荷累积电极12重叠的部分。
[0159]
如图13a的最左边图案302a所示，图13a是像素101c的示例，其中，第一电极11被布置在具有矩形形状的像素101c的一个角处，并且电荷累积电极12布置成与第一电极11之间具有间隙14。在这种情况下，间隙14形成在第一电极11的与和像素101c的角接触的角相对的角和电荷累积电极12的最靠近该角的角之间。即，在这种情况下，间隙14在相对于像素101c的矩形形状的倾斜方向上形成。
[0160]
在下文中，与图案302a一样，第一电极11被布置在像素101c的角处的图案将被称为角布置图案。
[0161]
图13a中的图案302b是这样的示例：其中，相对于图案302a的布置，势垒形成电极200布置成具有分别与第一电极11和电荷累积电极12重叠的部分210。在图案302b中，势垒形成电极200在间隙14的整个宽度上具有重叠部分。
[0162]
图13a中的图案302c是这样的示例：其中，相对于图案302a的布置，势垒形成电极200布置成具有与电荷累积电极12重叠的部分210。在图案302c中，势垒形成电极200具有与电荷累积电极12侧的间隙14重叠的部分，而不具有与第一电极11侧的间隙14重叠的部分。图13a中的图案302d是这样的示例：其中，相对于图案302a的布置，势垒形成电极200布置成具有与第一电极11重叠的部分210。在图案302c中，势垒形成电极200具有与第一电极11侧的间隙14重叠的部分，而不具有与电荷累积电极12侧的间隙14重叠的部分。
[0163]
图13a中的图案302e是这样的示例：其中，相对于图案302a的布置，势垒形成电极200布置成不具有与第一电极11和电荷累积电极12重叠的部分。在图案302e中，势垒形成电极200在间隙14内具有与间隙14重叠的部分。
[0164]
如图13b的最左边图案303a所示，图13b示出了像素101d的示例，其中相对于上述图13a的图案302a布置有像素分离电极220。在角布置图案中，在布置有第一电极11的角周围不布置像素分离电极220。
[0165]
图13b中的图案303b、303c、303d和303e分别对应于参考图13a所述的图案302b、302c、302d和302e。即，图案303b是像素101d的示例，其中，相对于图案303a的布置，势垒形成电极200布置成具有分别与第一电极11和电荷累积电极12重叠的部分210。图案303c是这样的示例：其中，相对于图案303a的布置，势垒形成电极200布置成具有与电荷累积电极12重叠的部分210。图案303d是这样的示例：其中，相对于图案303a的布置，势垒形成电极200布置成具有与第一电极11重叠的部分210。图案303e是这样的示例：其中，相对于图案303a的布置，势垒形成电极200布置成不具有与第一电极11和电荷累积电极12重叠的部分。
[0166]
图14a是示出了当像素101是直线图案时一个第一电极11由多个像素101共享的情
况下的势垒形成电极200的布置示例的图。注意，在图14a以及稍后所述的图14b、图15a、图15b、图16a和图16b中，图的水平方向是像素阵列单元111中的行方向，图的垂直方向是像素阵列单元111中的列方向。
[0167]
如图14a的左上图案304a所示，一个第一电极11a由在一个点处彼此接触的四个像素101e
11
、101e
12
、101e
13
和101e
14
共享。类似地，一个第一电极11b由在一个点处彼此接触的四个像素101e
21
、101e
22
、101e
23
和101e
24
共享。即，在图案304a中，在一个点处彼此接触的四个像素101作为共享单元，共享一个第一电极11。如上所述，在多个像素101共享一个第一电极11的情况下，例如，对于每个像素101，在不同的时间从每个像素101的电荷累积电极12读出电荷。
[0168]
在图案304a中，在这种情况下，在像素阵列单元111的一行中布置的所有像素101e
11
、101e
12
、101d
21
、102d
22
、....共享势垒形成电极200
row(a)
。类似地，像素101e
13
、101e
14
、101d
23
、102d
24
、...共享势垒形成电极200
row(b)
。
[0169]
由于向根据第一实施例的势垒形成电极200
row(a)
和200
row(b)
中的每个施加固定电压，因此能够在像素101之间共享该势垒形成电极。例如，关于像素101e
11
至101e
14
，在固定势垒形成电极200
row(a)
和200
row(b)
的电位的同时，选择性地控制像素101e
11
、101e
12
、101e
13
和101e
14
中的目标像素的电荷累积电极12，以从电荷累积电极12读出电荷。
[0170]
注意，图案304a中的势垒形成电极200
row(a)
和200
row(b)
被示出为不具有与各个第一电极11和各个电荷累积电极12重叠的部分，但不限于该示例。即，势垒形成电极200
row(a)
和200
row(b)
可以具有与各第一电极11和各电荷累积电极12两方重叠的部分，或者可以具有与各第一电极11和各电荷累积电极12中的一方重叠的部分。
[0171]
在图14a的图案304b中，图案304b是第一电极11由在一个点处彼此接触的四个像素101共享的直线图案，在像素阵列单元111的相邻两行中布置的所有像素，即像素101e
11
、101e
12
、101d
21
、102d
22
、...和像素101e
13
、101e
14
、101d
23
、102d
24
、...共享一个势垒形成电极200
row(2)
。即，在图案304b中，像素阵列单元111的每两行共享一个势垒形成电极200
row(2)
。
[0172]
注意，图案304b中的势垒形成电极200
row(2)
被示出为不具有与各个第一电极11和各个电荷累积电极12重叠的部分，但不限于该示例。即，势垒形成电极200
row(2)
可以具有与各第一电极11和各电荷累积电极12两方重叠的部分，或者可以具有与各第一电极11和各电荷累积电极12中的一方重叠的部分。
[0173]
在图14a的图案304c中，图案304c是在一个点处彼此接触的四个像素101作为共享单元共享一个第一电极11的直线图案，跨像素共享单元的多个像素101共享一个势垒形成电极200。例如，共享一个第一电极11a的第一共享单元包括像素101e
11
至102e
14
。类似地，共享一个第一电极11b的第二共享单元包括像素101e
21
至102e
24
。在这种情况下，跨第一共享单元和第二共享单元的在一个点处彼此接触的像素101e
12
、101e
21
、101e
14
和101e
23
共享一个势垒形成电极200
cen
。
[0174]
类似地，尽管未示出，但是像素101e
11
和101e
13
也与跨共享单元的左侧相邻的且在一个点处彼此接触的两个像素101共享势垒形成电极200
rht
。另外，尽管未示出，但是像素101e
22
和101e
24
也与跨共享单元的右侧相邻的且在一个点处彼此接触的两个像素101共享势垒形成电极200
lft
。
[0175]
注意，作为示例，图案304c中的势垒形成电极200
cen
被示出为具有与第一电极11a
和11b重叠的部分而不具有与上侧和下侧的电荷累积电极12重叠的部分，但不限于该示例。例如，势垒形成电极200
cen
可以具有与第一电极11a和11b以及上下侧的电荷累积电极12两方重叠的部分。
[0176]
在图14a的图案304d中，图案304d是在一个点处彼此接触的四个像素101共享第一电极11的直线图案，在像素阵列单元111的相邻两列中布置的所有像素，即像素101e
12
、101e
14
、101d
21
、102d
23
、...共享一个势垒形成电极200
col(a)
。即，在图案304d中，像素阵列单元111的每两列共享一个势垒形成电极200
col(a)
。
[0177]
在这种情况下，势垒形成电极200
col(a)
具有在相邻的电荷累积电极12之间在列方向上布置的垂直部分和在一个像素101中的第一电极11与电荷累积电极12之间的间隙14中布置且从垂直部分延伸的突出部分。突出部分是有助于在与第一电极11和电荷累积电极12之间的间隙14对应的位置处产生势垒的部分。
[0178]
类似地，布置在一列中的像素101e
11
、101e
13
、...和布置在与像素101e
11
、101e
13
、...的左侧相邻的列中的像素101共享势垒形成电极200
col(c)
。另外，布置在一列中的像素101e
22
、101e
24
、...也和布置在与像素101e
22
、101e
24
、...的右侧相邻的列中的像素101共享势垒形成电极200
col(b)
。
[0179]
注意，例如，图案304d中的势垒形成电极200
col(a)
的每个突出部分被示出为不具有与各个第一电极11和各个电荷累积电极12重叠的部分，但是不限于该示例。即，势垒形成电极200
col(a)
的每个突出部分可以具有与各个第一电极11和各个电荷累积电极12双方重叠的部分，或者可以具有与各个第一电极11和各个电荷累积电极12中的一方重叠的部分。
[0180]
图14b是示出了针对上述图14a的图案304a至304d中的每一个在像素101f
11
至101f
14
和像素101f
21
至101f
24
中布置有像素分离电极220的示例的图。即，在图14b中，图案305a是在图案304a中布置有像素分离电极220的示例，图案305b是在图案304b中布置像素分离电极220的示例，图案305c是在图案304c中布置像素分离电极220的示例，图案305d是在图案304a中布置像素分离电极220的示例。图案305a至305d中的每一个中的势垒形成电极200的布置与上述图案304a至304d的中的每一个中的示例类似，因此这里省略了其说明。
[0181]
注意，在图14b所示的图案305a至305d中，势垒形成电极200
row(a)
、200
row(b)
、200
row(2)
、200
cen
、200
rht
、200
lft
、200
col(a)
、200
col(b)
和200
col(c)
中的每一个具有与像素分离电极220重叠的部分。由于像素分离电极220无助于在第一电极11和电荷累积电极12之间产生势垒，因此该重叠部分可以忽略。
[0182]
图15a是示出了在当像素101是角布置图案时一个第一电极11由多个像素101共享的情况下的势垒形成电极200的布置示例的图。在图15a中，图案306a是角布置图案的四个像素101g
11
、101g
12
、101g
13
和101g
14
共享一个第一电极11的示例。在图案306a中，在一个点处彼此接触的四个像素101g
11
至101g
14
构成共享第一电极11的单元，并且第一电极11布置成包括四个像素101g
11
至101g
14
彼此接触的点。
[0183]
在图15a的示例中，在作为角布置图案的图案306a中，势垒形成电极200通过将分别布置在第一电极11和像素101g
11
至101g
14
中的各者的电荷累积电极12之间的间隙14中的势垒形成电极彼此连接而具有菱形形状。
[0184]
注意，图案306a中的势垒形成电极200被示出为不具有与各个第一电极11和各个电荷累积电极12重叠的部分，但是不限于该示例。即，势垒形成电极200可以具有与各个第
一电极11和各个电荷累积电极12双方重叠的部分，或者可以具有与各个第一电极11和各个电荷累积电极12中的一方重叠的部分。
[0185]
在图15a的图案306b中，图案306b是在一个点处彼此接触的四个像素101共享第一电极11的角布置图案，布置在像素阵列单元111的相邻两行中的所有像素，即像素101g
11
、101g
12
、101g
21
、102g
22
、...和像素101g
13
、101g
14
、101g
23
、102g
24
、...共享一个势垒形成电极200
row
。即，在图案306b中，像素阵列单元111的每两行共享一个势垒形成电极200
row
。
[0186]
这里，在图案306b中，布置在一行中的多个势垒形成电极200，即构成共享第一电极11的单元的像素101g
11
至101g
14
共享的势垒形成电极200，以及像素101g
21
至101g
24
共享的势垒形成电极200、...通过配线等彼此连接，以构成一整行的一个势垒形成电极200
row
。布置在一行中的势垒形成电极200不限于此，并且可以通过使各个势垒形成电极200延伸而彼此连接。
[0187]
在图15a的图案306c中，图案306c是在一个点处彼此接触的四个像素101共享第一电极11的角布置图案，布置在像素阵列单元111的相邻两列中的所有像素，即像素101g
11
、101g
13
、101g
31
、102g
33
、...和像素101g
12
、101g
14
、101g
32
、102g
34
、...共享一个势垒形成电极200
col
。即，在图案306c中，像素阵列单元111的每两列共享一个势垒形成电极200
col
。
[0188]
这里，在图案306c中，沿列方向布置的多个势垒形成电极200，即构成共享第一电极11的单元的像素101g
11
至101g
14
共享的势垒形成电极200，以及像素101g
31
至101g
34
共享的势垒形成电极200、...通过配线等彼此连接，以构成一整行的一个势垒形成电极200
col
。布置在一列中的势垒形成电极200不限于此，并且可以通过使各个势垒形成电极200延伸而彼此连接。
[0189]
注意，上述图案306a、306b和306c中的每一个中的势垒形成电极200都被示出为不具有与各个第一电极11和各个电荷累积电极12重叠的部分，但是不限于该示例。即，势垒形成电极200可以具有与各个第一电极11和各个电荷累积电极12双方重叠的部分，或者可以具有与各个第一电极11和各个电荷累积电极12中的一方重叠的部分。
[0190]
图15b是示出了针对上述图15a的图案306a至306c中的每一个在像素101h
11
至101h
14
和像素101h
21
至101h
24
中布置有像素分离电极220的示例的图。即，在图15b中，图案307a是在图案306a中布置像素分离电极220的示例，图案307b是在图案306b中布置像素分离电极220的示例，图案307c是在图案306c中布置像素分离电极220的示例。图案307a至307c中的每一个中的势垒形成电极200的布置与上述图案306a至306c的每一个中的示例类似，因此这里省略了其说明。
[0191]
在图15b所示的图案307b和307c中，将势垒形成电极200彼此连接的配线具有与像素分离电极220重叠的部分。由于像素分离电极220无助于在第一电极11和电荷累积电极12之间产生势垒，因此该重叠部分可以忽略。
[0192]
这里，在图案307a至307d中的每一个中，第一电极11的周边是没有设置像素分离电极220的区域。即，在图案307a至307d中的每一个中，布置在共享第一电极11的像素101h
11
至101h
14
中的像素分离电极220具有这样的形状：由像素101h
11
至101h
14
的外周部分形成的格子之间的中央部分被切除。
[0193]
(2-0-4.根据第一实施例的向势垒形成电极施加电压的方法)
[0194]
接下来，将说明根据第一实施例的向势垒形成电极200施加电压的方法。例如，在
参考图12a和图12b所述的图案300b至300e和图案301b至301e(它们是直线图案)中的每一个中，参考例如参考图14a所述的图案304a、304b和304d以及图案305a、305b和305d等，通过由像素阵列单元111的每行或每列中的像素101共享势垒形成电极200或者将势垒形成电极200彼此连接，能够从像素阵列单元111的外周部分向势垒形成电极200施加电压。这同样适用于参考图14a所述的图案304a、304b和304d以及图案305a、305b和305d。
[0195]
另外，在图案300b至300e和图案301b至301e中的每一个中，通过设置贯穿半导体基板70并连接到配线层62的贯通电极，能够向势垒形成电极200施加电压。这同样适用于参考图13a和图13b所述的图案302b至302e和图案303b至303e，图案302b至302e和图案303b至303e是角布置图案。
[0196]
这里，将说明在角布置图案中多个像素共享势垒形成电极的情况下的电压施加方法。例如，如图15b的图案307a中那样，在角布置图案中，在四个像素101h
11
至101h
14
共享第一电极11的布置中，可能难以直接相对于势垒形成电极200设置贯通电极。将参考图16a至图16c说明在这种情况下向势垒形成电极200施加电压的方法的示例。
[0197]
图16a是示出了适用于第一实施例的向势垒形成电极200施加电压的方法的第一示例的示意图。在电压施加方法的第一示例中，势垒形成电极200和像素分离电极220彼此连接，并且从像素分离电极220向势垒形成电极200施加电压。
[0198]
在根据图16a的左侧所示的图15b的图案307a的布置中，势垒形成电极200布置在像素分离电极220的下方。因此，如图16a的右侧所示，像素分离电极220和势垒形成电极200经由垂直通孔221彼此连接。在图16a的示例中，像素分离电极220的根据第一电极11的布置而切出的端部和倾斜地布置在第一电极11与电荷累积电极12之间的势垒形成电极200的端部经由垂直通孔221彼此连接。向像素分离电极220施加预定的负偏置电压，以使其与相邻像素电分离。因此，能够向经由垂直通孔221与像素分离电极220连接的势垒形成电极200施加负偏置电压。
[0199]
图16b是示出了适用于第一实施例的向势垒形成电极200施加电压的方法的第二示例的示意图。在电压施加方法的第二示例中，在半导体基板70的上方设置有配线230，并且经由配线23将电压施加到势垒形成电极200。该第二示例能够应用于例如上述图15b的图案307b和307c。
[0200]
图16c是示出了适用于第一实施例的向势垒形成电极200施加电压的方法的第三示例的示意图。在电压施加方法的第三示例中，通过使用与配线层62连接的贯通电极240，从配线层62经由贯通电极240向势垒形成电极200施加电压。在这种情况下，贯通电极240被设置在例如对共享第一电极11的像素101h
11
至101h
14
中的各者的操作具有很小影响的位置，并且势垒形成电极200和贯通电极240通过配线231彼此连接。在图16c的示例中，贯通电极240设置在像素101h
11
至101h
14
中的各者的电荷累积电极12的外侧的预定位置处。
[0201]
在上述电压施加方法的第一至第三示例之中，第一示例比第二和第三示例更有利，原因是势垒形成电极200不占据布置有第一电极11、电荷累积电极12和像素分离电极220的平面，并且对其他电极的影响小。
[0202]
此外，将说明在直线图案中跨共享第一电极的单元的多个像素共享势垒形成电极的情况下的电压施加方法。在上述图14b的图案305c中，例如，跨共享第一电极11a的第一共享单元(像素101f
11
至101f
14
)和共享第一电极11b的第二共享单元(像素101f
21
至102f
24
)共
享势垒形成电极200
cen
。在这种情况下，例如，与图14b的图案305a、305b和305d中一样，难以从像素阵列单元111的外周部分向势垒形成电极200
cen
施加电压。
[0203]
图17是示出了适用于第一实施例的向势垒形成电极200
cen
施加电压的方法的第四示例的示意图。在图17所示的图案305c’中，相对于图14b的图案305c设置有垂直通孔232，该垂直通孔232用于将势垒形成电极200
cen
和像素分离电极220彼此连接。例如，图17示意性示出的垂直通孔232实际上被设置为将像素分离电极220的布置在像素101f
12
和101f
14
与像素101f
21
和101f
23
之间的部分与势垒形成电极200
cen
连接。通过以这种方式设置垂直通孔232，能够将施加到像素分离电极220的电压施加到势垒形成电极200
cen
。
[0204]
(2-1.第一实施例的第一变形例)
[0205]
接下来，将说明第一实施例的第一变形例。在上述第一实施例中，像素101具有其中作为绿色光电转换单元的第一光电转换单元、作为蓝色光电转换单元的第二光电转换单元和作为红色光电转换单元的第三光电转换单元层叠的结构。根据本公开的技术不限于该示例，并且还能够应用于具有其他构造的像素101，只要像素101包括第一电极11和电荷累积电极12并且在第一电极11和电荷累积电极12之间的间隙14中产生势垒以累积电荷即可。
[0206]
将参考图18a至图18c示意性地说明具有能够应用根据本公开的技术的其他构造的像素101。
[0207]
图18a是示出了根据第一实施例的第一变形例的像素构造的第一示例的示意图。第一示例是其中使第一光电转换单元对应于全色(panchromatic)光电转换单元的示例。即，在图18a的示例中，第一光电转换单元包括使用对具有可见光区域中的波长的光敏感的有机光电转换材料的光电转换层15pan。另外，半导体基板70不设置构成第二光电转换单元的光电转换层400和构成第三光电转换单元的光电转换层401。例如，通过在光接收面上设置红色、绿色和蓝色等滤色器，能够输出与滤色器的颜色对应的像素信号。可以不设置滤色器，并且在这种情况下，能够输出单色(灰度)像素信号。
[0208]
同样在图18a的构造中，通过将势垒形成电极200布置成具有与第一电极11和电荷累积电极12之间的间隙14重叠的部分，可以在保持宽的灵敏区域的同时确保累积电荷量qs。
[0209]
图18b是示出了根据第一实施例的第一变形例的像素构造的第二示例的示意图。第二示例是其中第一光电转换单元保持为绿色光电转换单元并且第二光电转换单元是红色光电转换单元的示例。在这种情况下，在半导体基板70的上方布置有让红色波长区域中的光透过的滤色器cf(red)。结果，能够输出绿色像素信号和红色像素信号。另外，图18c是示出了根据第一实施例的第一变形例的像素构造的第三示例的示意图。第三示例是其中第一光电转换单元与图18b一样地保持为绿色光电转换单元并且第二光电转换单元是蓝色光电转换单元的示例。在这种情况下，在半导体基板70的上方布置有让蓝色波长区域中的光透过的滤色器cf(blue)。结果，能够输出绿色像素信号和蓝色像素信号。
[0210]
在像素阵列单元111中，例如通过将具有图18b所示的构造的像素101和具有图18c所示的构造的像素101布置为方格图案，能够实现全色成像。
[0211]
同样在图18b和图18c的构造中，通过将势垒形成电极200布置成具有与第一电极11和电荷累积电极12之间的间隙14重叠的部分，可以在保持宽的灵敏区域的同时确保累积电荷量qs。
[0212]
(2-2.第一实施例的第二变形例)
[0213]
接下来，将说明第一实施例的第二变形例。在上述第一实施例和第一实施例的第一变形例中，势垒形成电极200布置在布置有第一电极11和电荷累积电极12的层的下方。相比之下，在第一实施例的第二变形例中，如图19所示，势垒形成电极200布置在与第一电极11和电荷累积电极12相同的层中，即，在第一电极11和电荷累积电极12之间的间隙14中。同样在图19的布置中，通过将负偏置电压施加到势垒形成电极200，能够在第一电极11和电荷累积电极12之间产生较高的势垒。另一方面，在图19的构造中，由于势垒形成电极200布置在与第一电极11和电荷累积电极12相同的层中，因此灵敏区域减小了与势垒形成电极200的宽度一样多的量。
[0214]
[3.第二实施例]
[0215]
接下来，将说明本公开的第二实施例。在上述第一实施例及其变形例中，将固定电压施加到势垒形成电极200。相比之下，在第二实施例中，势垒形成电极200被驱动以改变施加到势垒形成电极200的电压。
[0216]
图20a是示出了根据第二实施例的在电荷累积电极12中累积电荷的累积状态下的势垒的状态的示意图。另外，图20b是示出了根据第二实施例的累积在电荷累积电极12中的电荷被传输到第一电极11的传输状态下的势垒的状态的示意图。
[0217]
在图20a中，电位pot(a)例如是不向势垒形成电极200施加电压的状态下的电位。例如，电位pot(a)是根据施加到第二电极16的电压而产生的。在累积状态下，负偏置电压作为累积电压被施加到势垒形成电极200。结果，与间隙14相对应的位置的电位从电位pot(a)上升到电位pot(b)，并且势垒变高。
[0218]
在累积在电荷累积电极12中的电荷被传输到第一电极11的传输状态下，如图20b所示，正偏置电压作为传输电压被施加到势垒形成电极200。即，在传输时，向势垒形成电极200施加比在累积时更高的电压。结果，与间隙14相对应的位置的电位下降到比电位pot(b)更低的电位pot(c)，并且势垒变低。此时，施加到势垒形成电极200的电压优选是能够使电位pot(c)低于电位pot(a)的电压。
[0219]
在传输时，在将传输电压施加到势垒形成电极200时，将低于累积时的电压的电压施加到电荷累积电极12。更具体地，能够使对应于电荷累积电极12的电位高于电位pot(c)的电压被施加到电荷累积电极12。结果，对应于电荷累积电极12的电位变得高于与间隙14相对应的位置处的电位pot(c)，并且累积在电荷累积电极12中的电荷越过势垒流入第一电极11。此时，由于施加到势垒形成电极200的电压被控制为降低势垒，因此能够降低用于传输的施加到电荷累积电极12的电压。
[0220]
注意，不优选将第二实施例应用于其中多个像素101共享势垒形成电极200的电极布置。作为示例，可以考虑将第二实施例应用于图15b所示的图案307a的情况。在这种情况下，由于像素101e
11
至101e
14
共享势垒形成电极200，因此，当传输电压被施加到势垒形成电极200时，在像素101e
11
至101e
14
中的每一个中，与电荷累积电极12和第一电极11之间的间隙14相对应的位置处的势垒降低。因此，在共享势垒形成电极200的多个像素101e
11
至101e
14
中除了期望读出电荷的像素(假设为像素101e
11
)以外的像素101e
12
至101e
14
中，电荷也从它们的电荷累积电极12被传输到第一电极11。
[0221]
[4.第三实施例]
[0222]
接下来，将说明本公开的第三实施例。在上述第一实施例及其变形例以及第二实施例中，已经说明了势垒形成电极200不与第一电极11和电荷累积电极12连接。相反，在第三实施例中，势垒形成电极200连接到第一电极11。
[0223]
图21是示出了适用于第二实施例的势垒形成电极200的布置示例的图。如图21所示，在第二实施例中，势垒形成电极11ex连接到用于将第一电极11连接到配线层22的连接部。更具体地，构成用于将第一电极11连接到配线层22的连接部的焊盘63延伸到间隙14的位置，使得焊盘63用作势垒形成电极11ex。势垒形成电极11ex只需要具有与间隙14重叠的部分即可，但是优选地不到达电荷累积电极12的位置。
[0224]
图22是示出了根据第二实施例的在电荷累积电极12中累积电荷的累积状态下的势垒的状态的示意图。在累积状态下，例如，将2.7[v]的电压施加到电荷累积电极12，并且将0[v]的电压施加到第一电极11。此时，施加到第二电极16的电压能够使得与间隙14相对应的位置处的电位变得高于第一电极11的电位。
[0225]
结果，与未设置势垒形成电极11ex的情况相比，在与第一电极11和电荷累积电极12之间的间隙14相对应的位置处产生更高的势垒。因此，与未设置势垒形成电极11ex的情况相比，电荷累积电极12所累积的累积电荷量qs增加。
[0226]
在将累积在电荷累积电极12中的电荷传输到第一电极11时，将2.7[v]的电压施加到第一电极11，并且将0[v]的电压施加到电荷累积电极12。结果，电荷累积电极12的电位升高，第一电极11的电位降低。另外，根据施加到第二电极16的电压，势垒形成电极11ex的电位例如变为电荷累积电极12的电位和第一电极11的电位之间的中间电位。因此，电荷累积电极12所累积的电荷越过势垒流入第一电极11。
[0227]
根据第三实施例，由于通过延伸现有的焊盘63来形成势垒形成电极11ex，因此可以在保持宽的灵敏区域的同时确保累积电荷量qs，而无需添加新的构造。
[0228]
注意，出于与第二实施例相同的原因，不优选将第三实施例应用于其中多个像素101共享势垒形成电极200的电极布置。
[0229]
[5.第四实施例]
[0230]
(5-1.根据本公开的技术的应用例)
[0231]
接下来，作为第四实施例，将说明根据本公开的第一实施例及其变形例以及第二和第三实施例的成像元件的应用例。图23是示出了使用根据上述第一实施例及其变形例以及第二实施例的成像元件的示例的图。
[0232]
例如，根据上述第一实施例及其变形例以及第二和第三实施例的成像元件能够用于如下所述的感测诸如可见光、红外光、紫外光和x射线等光的各种情况。
[0233]
拍摄用于观赏的图像的设备，例如数码相机或具有相机功能的便携式设备。
[0234]
用于交通的设备，例如，为了自动停车等安全驾驶或识别驾驶员状态等，用于对汽车的前方、后方、周围和内部等进行成像的车载传感器；用于监视行驶车辆和道路的监控相机；或者用于测量车辆间的距离的测距传感器等。
[0235]
用于诸如电视、冰箱或空调等家用电器的设备，用于对用户的手势进行成像并根据该手势操作设备。
[0236]
用于医疗或保健的设备，例如内窥镜或通过接收红外光进行血管造影的设备。
[0237]
用于安保的设备，例如用于预防犯罪的监控相机或用于个人身份验证的相机。
[0238]
用于美容的设备，例如用于对皮肤进行成像的皮肤测量仪器或用于对头皮进行成像的显微镜。
[0239]
用于运动的设备，例如用于运动等的动作相机或可穿戴相机。
[0240]
用于农业的设备，例如用于监测田地或农作物状况的相机。
[0241]
(5-2.内窥镜手术系统的应用例)
[0242]
根据本公开的技术(本技术)能够应用于各种产品。例如，根据本公开的技术可以应用于内窥镜手术系统。
[0243]
图24是示出了能够应用根据本公开的技术(本技术)的内窥镜手术系统的示意性构造示例的图。
[0244]
在图24中，示出了手术者(医生)11131通过使用内窥镜手术系统11000对病床11133上的患者11132进行手术的状态。如图所示，内窥镜手术系统11000包括内窥镜11100、诸如气腹管11111和能量治疗工具11112等其他手术工具11110、支撑内窥镜11100的支撑臂装置11120和其上安装有用于内窥镜手术的各种装置的推车11200。
[0245]
内窥镜11100包括透镜镜筒11101和摄像机头11102，该透镜镜筒的从其前端起的预定长度的区域插入患者11132的体腔内，该摄像机头连接到透镜镜筒11101的后端。在示出的示例中，示出了构造为包括刚性透镜镜筒11101的所谓的刚性镜的内窥镜11100，但是内窥镜11100也可以构造为包括柔性透镜镜筒的所谓的柔性镜。
[0246]
在透镜镜筒11101的前端设置有物镜装配在其中的开口。光源装置11203连接到内窥镜11100，并且由光源装置11203生成的光通过延伸到透镜镜筒11101内部的光导引导到透镜镜筒的前端，并经由物镜将其照射到患者11132的体腔内的观察对象上。注意，内窥镜11100可以是前视内窥镜、斜视内窥镜或侧视内窥镜。
[0247]
光学系统和成像元件设置在摄像机头11102的内部，并且来自观察对象的反射光(观察光)通过光学系统会聚在成像元件上。通过成像元件对观察光进行光电转换，并且生成与观察光相对应的电信号，即，与观察图像相对应的图像信号。图像信号作为原始(raw)数据传输到相机控制单元(ccu)11201。
[0248]
ccu 11201包括中央处理器(cpu)、图形处理器(gpu)等，并且综合控制内窥镜11100和显示装置11202的操作。此外，例如，ccu 11201接收来自摄像机头11102的图像信号，并且对图像信号执行诸如显影处理(去马赛克处理)等各种图像处理，以显示基于图像信号的图像。
[0249]
显示装置11202根据ccu 11201的控制显示基于经过ccu 11201的图像处理的图像信号的图像。
[0250]
例如，光源装置11203包括诸如发光二极管(led)等光源，并且在对手术部位等进行成像时将照射光提供给内窥镜11100。
[0251]
输入装置11204是内窥镜手术系统11000的输入接口。使用者可以经由输入装置11204向内窥镜手术系统11000输入各种类型的信息或指令。例如，使用者输入改变内窥镜11100的成像条件(照射光的类型、放大率、焦距等)的指令等。
[0252]
治疗工具控制装置11205控制能量治疗工具11112的驱动以烧灼或切开组织、封闭血管等。气腹装置11206通过气腹管11111将气体供给到患者11132的体腔内以使患者11132的体腔膨胀，以便确保内窥镜11100的视野并确保手术者的工作空间。记录器11207是能够
记录与手术相关的各种信息的装置。打印机11208是能够以如文本、图像或图形等各种形式打印与手术相关的各种信息的装置。
[0253]
注意，在对手术部位进行成像时向内窥镜11100提供照射光的光源装置11203能够包括例如led、激光光源或由led和激光光源的组合构成的白光源。当白光源由rgb激光光源的组合构成时，能够以高精度来控制各颜色(各波长)的输出强度和输出时序，从而在光源装置11203中调整所拍摄图像的白平衡。此外，在这种情况下，通过以时分的方式将来自各个rgb激光光源的激光照射在观察对象上，并且与照射时序同步地控制摄像机头11102的成像元件的驱动，可以以时分的方式拍摄与rgb相对应的图像。根据该方法，在没有在成像元件上设置滤色器的情况下，也可以获得彩色图像。
[0254]
此外，可以控制光源装置11203的驱动以便每隔预定的时间改变将要输出的光的强度。通过与光强度的改变时序同步地控制摄像机头11102的成像元件的驱动而以时分的方式获取图像并合成图像，能够产生没有所谓的曝光不足和曝光过度的高动态范围图像。
[0255]
此外，光源装置11203可以被构造成能够提供与特殊光观察对应的预定波长带的光。在特殊光观察中，例如，利用人体组织对光的吸收取决于光的波长这一事实，通过照射比普通观察时的照射光(即，白光)的波长带更窄的波长带的光，来执行所谓的窄带成像，即，以高对比度对诸如黏膜表层中的血管等预定组织进行成像。可替代地，在特殊光观察中，可以执行通过照射激发光而产生的荧光来获得图像的荧光观察。在荧光观察中，能够通过用激发光照射人体组织来观察来自该人体组织的荧光(自发荧光观察)，或者能够通过将诸如吲哚菁绿(icg：indocyanine green)等试剂局部注射到人体组织中并且利用与该试剂的荧光波长对应的激发光照射人体组织来获得荧光图像。光源装置11203能够被构造成能够提供与这种特殊光观察对应的窄带光和/或激发光。
[0256]
图25是示出了图24所示的摄像机头11102和ccu 11201的功能构造的示例的框图。
[0257]
摄像机头11102包括透镜单元11401、成像单元11402、驱动单元11403、通信单元11404和摄像机头控制单元11405。ccu 11201包括通信单元11411、图像处理单元11412和控制单元11413。摄像机头11102和ccu 11201通过传输电缆11400彼此可通信地连接。
[0258]
透镜单元11401是设置在与透镜镜筒11101的连接部分的光学系统。从透镜镜筒11101的前端进入的观察光被引导到摄像机头11102并入射到透镜单元11401上。透镜单元11401通过组合包括变焦透镜和聚焦透镜的多个透镜构成。
[0259]
成像单元11402包括成像元件。成像单元11402可以包括一个成像元件(所谓的单板型)或多个成像元件(所谓的多板型)。例如，在成像单元11402被构造为多板型的情况下，可以通过各个成像元件产生分别与r、g和b对应的图像信号，并且可以将所产生的图像信号组合在一起，从而获得彩色图像。可替代地，成像单元11402还可以包括一对成像元件，用以分别获取与三维(3d)显示对应的右眼图像信号和左眼图像信号。通过3d显示，手术者11131能够更精确地掌握手术部位中的活体组织的深度。注意，在成像单元11402被构造为多板型的情况下，能够与各个成像元件对应地设置多个透镜单元11401。
[0260]
此外，成像单元11402不一定设置在摄像机头11102上。例如，成像单元11402可以设置在透镜镜筒11101内部物镜的正后方。
[0261]
驱动单元11403包括致动器，并且根据摄像机头控制单元11405的控制使透镜单元11401的变焦透镜和聚焦透镜沿光轴移动预定的距离。因此，可以适当地调整由成像单元
11402拍摄的图像的放大率和焦点。
[0262]
通信单元11404包括用于向ccu 11201发送和从ccu 11201接收各种信息的通信装置。通信单元11404经由传输电缆11400将从成像单元11402获取的图像信号作为raw数据传输到ccu 11201。
[0263]
此外，通信单元11404从ccu 11201接收用于控制摄像机头11102的驱动的控制信号，并将其提供给摄像机头控制单元11405。例如，控制信号包括与成像条件有关的信息，诸如指定所拍摄的图像的帧速率的信息、指定拍摄图像时的曝光值的信息和/或指定所拍摄的图像的放大率和焦点的信息等。
[0264]
注意，诸如帧速率、曝光值、放大率或焦点等成像条件可以由使用者适当指定或可以由ccu 11201的控制单元11413基于获取的图像信号自动设定。在后一种情况下，内窥镜11100具有所谓的自动曝光(ae)功能、自动聚焦(af)功能和自动白平衡(awb)功能。
[0265]
摄像机头控制单元11405基于经由通信单元11404从ccu 11201接收的控制信号控制摄像机头11102的驱动。
[0266]
通信单元11411包括用于向摄像机头11102传输和从摄像机头接收各种类型的信息的通信装置。通信单元11411接收经由传输电缆11400从摄像机头11102传输的图像信号。
[0267]
此外，通信单元11411将用于控制摄像机头11102的驱动的控制信号传输到摄像机头11102。可以通过电通信、光学通信等传输图像信号和控制信号。
[0268]
图像处理单元11412对从摄像机头11102传输的作为raw数据的图像信号执行各种图像处理。
[0269]
控制单元11413执行与通过内窥镜11100对手术部位等进行成像和通过对手术部位等进行成像所获得的拍摄图像的显示相关的各种控制。例如，控制单元11413生成用于控制摄像机头11102的驱动的控制信号。
[0270]
此外，控制单元11413使显示装置11202显示基于经过图像处理单元11412的图像处理的图像信号的手术部位等的拍摄图像。此时，控制单元11413可以利用各种图像识别技术来识别拍摄图像中的各种物体。例如，控制单元11413能够通过检测拍摄图像所包括的物体的边缘的形状和颜色等，来识别出诸如手术钳等手术工具、特定活体部位、出血、以及在使用能量治疗工具11112时的薄雾等。当在显示装置11202上显示出拍摄图像时，控制单元11413可以通过利用识别结果来将各种手术辅助信息叠加在手术部位的图像上。由于以叠加的方式显示手术辅助信息并且将手术辅助信息呈现给手术者11131，因此能够减轻手术者11131的负担，并且手术者11131能够可靠地进行手术。
[0271]
连接摄像机头11102和ccu 11201的传输电缆11400是处理电信号通信的电信号电缆、处理光学通信的光纤或其复合电缆。
[0272]
这里，在示出的示例中，使用传输电缆11400通过有线方式进行通信，但是摄像机头11102和ccu 11201之间的通信可以无线地进行。
[0273]
上面，已经说明了能够应用根据本公开的技术的内窥镜手术系统的示例。例如，根据本公开的技术能够应用于上述部件中的内窥镜11100或摄像机头11102的成像单元11402。具体地，上述成像元件能够应用于成像单元10112。根据本公开的成像元件能够同时确保宽的灵敏区域(电荷累积电极12)和各像素101中的累积电荷量qs，从而获得更高质量的拍摄图像。结果，例如，手术者11131能够更可靠地进行手术。
[0274]
注意，尽管这里以内窥镜手术系统为例进行了说明，但是根据本公开的技术还可以应用于例如其他显微手术系统等。
[0275]
(5-3.移动体的应用例)
[0276]
根据本公开的技术还可以应用于安装在以下任何类型的移动体上的装置，所述移动体例如是：汽车、电动汽车、混合动力电动汽车、摩托车、自行车、个人移动装置、飞机、无人机、轮船和机器人等。
[0277]
图26是示出了作为可以应用根据本公开的技术的移动体控制系统的示例的车辆控制系统的示意性构造示例的框图。
[0278]
车辆控制系统12000包括通过通信网络12001彼此连接的多个电子控制单元。在图26示出的示例中，车辆控制系统12000包括驱动系统控制单元12010、车身系统控制单元12020、车外信息检测单元12030、车内信息检测单元12040和综合控制单元12050。此外，作为综合控制单元12050的功能组件，示出了微型计算机12051、声音图像输出单元12052和车载网络接口(i/f)12053。
[0279]
驱动系统控制单元12010根据各种程序控制与车辆的驱动系统相关的装置的操作。例如，驱动系统控制单元12010用作以下装置的控制装置：如内燃机或驱动电机等用于产生车辆的驱动力的驱动力产生装置；用于将驱动力传递到车轮的驱动力传递机构；调整车辆的转向角的转向机构；产生车辆的制动力的制动装置等。
[0280]
车身系统控制单元12020根据各种程序控制安装在车身上的各种装置的操作。例如，车身系统控制单元12020充当以下装置的控制装置：无钥匙进入系统、智能钥匙系统、电动车窗装置以及如前照灯、后照灯、刹车灯、转向信号灯和雾灯等各种灯。在这种情况下，可以将从替代钥匙的便携式设备发送的无线电波或各种开关的信号输入到车身系统控制单元12020。车身系统控制单元12020接收这些无线电波或信号的输入，并且控制车辆的门锁装置、电动车窗装置、灯等。
[0281]
车外信息检测单元12030检测安装了车辆控制系统12000的车辆的外部的信息。例如，成像单元12031连接到车外信息检测单元12030上。车外信息检测单元12030使得成像单元12031拍摄车辆外部的图像，并且接收拍摄到的图像。车外信息检测单元12030可以基于接收到的图像对人、车辆、障碍物、标志或路面上的字符等执行物体检测处理或距离检测处理。例如，车外信息检测单元12030对所接收的图像进行图像处理，并且基于图像处理结果执行物体检测处理或距离检测处理。
[0282]
成像单元12031是接收光并且输出与接收光的光量相对应的电信号的光学传感器。成像单元12031可以输出电信号作为图像，或者可以输出电信号作为距离测量信息。此外，由成像单元12031接收到的光可以是可见光或可以是如红外线等的不可见光。
[0283]
车内信息检测单元12040检测车辆内部的信息。例如，检测驾驶员的状态的驾驶员状态检测单元12041连接到车内信息检测单元12040。例如，驾驶员状态检测单元12041包括拍摄驾驶员的相机，并且车内信息检测单元12040可以基于从驾驶员状态检测单元12041输入的检测信息计算驾驶员的疲劳程度或集中程度，或可以判定驾驶员是否在打瞌睡。
[0284]
微型计算机12051基于车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的车辆内部和外部的信息计算驱动力产生装置、转向机构或制动装置的控制目标值，并且向驱动系统控制单元12010输出控制指令。例如，微型计算机12051可以执行协同控制以实现
高级驾驶员辅助系统(adas)的功能，该功能包括车辆的碰撞避免或撞击减轻、基于车间距离的跟车行驶、车速保持行驶、车辆的碰撞警告和车辆的车道偏离警告等。
[0285]
此外，微型计算机12051可以通过基于车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的车辆周围的信息控制驱动力产生装置、转向机构或制动装置等，来执行旨在实现车辆不依赖驾驶员的操作的自主行驶的自动驾驶等的协同控制。
[0286]
此外，微型计算机12051可以基于车外信息检测单元12030获得的车辆外部的信息向车身系统控制单元12020输出控制指令。例如，微型计算机12051可以根据车外信息检测单元12030检测到的前方车辆或对向车辆的位置通过控制前照灯例如将远光灯切换为近光灯等来执行防止眩光的协同控制。
[0287]
声音图像输出单元12052将声音和图像中的至少一种的输出信号传输到输出装置，该输出装置能够在视觉上和听觉上向车辆的乘客或车辆的外部通知信息。在图26的示例中，作为输出装置，示出了音频扬声器12061、显示单元12062和仪表面板12063。例如，显示单元12062可以包括车载显示器和平视显示器中的至少一者。
[0288]
图27是示出了成像单元12031的安装位置的示例的图。在图27中，作为成像单元12031，车辆12100包括成像单元12101、12102、12103、12104和12105。
[0289]
例如，成像单元12101、12102、12103、12104和12105设置在车辆12100的前鼻、侧视镜、后保险杠或后门以及车内挡风玻璃的上部等位置。设置在前鼻上的成像单元12101和设置在车内挡风玻璃的上部的成像单元12105主要获取车辆12100的前方图像。设置在侧视镜上的成像单元12102和12103主要获取车辆12100的侧面的图像。设置在后保险杠或后门上的成像单元12104主要获取车辆12100的后面的图像。成像单元12101和成像单元12105获取的前方车辆主要用于检测前方车辆、行人、障碍物、交通信号灯、交通标志或车道等。
[0290]
注意，图27示出了成像单元12101到12104的成像范围的示例。成像范围12111表示设置在前鼻上的成像单元12101的成像范围，成像范围12112和12113分别表示设置在侧视镜上的成像单元12102和12103的成像范围，以及成像范围12114表示设置在后保险杠或后门上的成像单元12104的成像范围。例如，通过叠加成像单元12101到12104拍摄的图像数据可以获得从上方观察到的车辆12100的俯瞰图像。
[0291]
成像单元12101到12104中至少一个可以具有获得距离信息的功能。例如，成像单元12101到12104中的至少一个可以是包括多个成像元件的立体相机，或可以是具有用于相位差检测的像素的成像元件。
[0292]
例如，微型计算机12051可以基于从成像单元12101到12104中获得的距离信息获得到成像范围12111到12114中的每个三维物体的距离以及距离的时间变化(相对于车辆12100的相对速度)，从而将在行驶路径上以预定的速度(例如，等于或大于0km/h)在与车辆12100大致相同的方向上行驶的三维物体(特别地，最接近车辆12100的三维物体)提取为前方车辆。此外，微型计算机12051可以预先设定与前方车辆之间要确保的车间距离，并且执行自动制动控制(包括跟车停止控制)和自动加速控制(包括跟车启动控制)等。如上所述，可以执行旨在实现车辆不依赖驾驶员的操作的自主行驶的自动驾驶等的协同控制。
[0293]
例如，微型计算机12051基于从成像单元12101到12104获得的距离信息可以将关于三维物体的三维物体数据分类为两轮车辆、普通车辆、大型车辆、行人和如电线杆等其他三维物体，提取三维物体数据，以用于自动避开障碍物。例如，微型计算机12051将车辆
12100周围的障碍物区分为由车辆12100的驾驶员视觉上可以识别的障碍物和由车辆12100的驾驶员视觉上无法识别的障碍物。然后，微型计算机12051可以判定表示与每一个障碍物碰撞的风险程度的碰撞风险。在碰撞风险为设定值或高于设定值，表示存在碰撞可能的情况下，微型计算机12051可以通过经由音频扬声器12061或显示单元12062向驾驶员输出警告或者通过驱动系统控制单元12010执行强制减速或避让转向来执行碰撞避免的驾驶辅助。
[0294]
成像单元12101到12104中的至少一个可以是检测红外线的红外相机。例如，微型计算机12051可以通过判定在成像单元12101到12104的拍摄图像中是否存在行人来识别行人。例如，通过提取在作为红外相机的成像单元12101到12104的拍摄图像中的特征点的过程和通过对表示物体轮廓的一系列特征点进行图案匹配处理并且判断是否是行人的过程进行这种行人的识别。例如，当微型计算机12051判定在成像单元12101到12104的拍摄图像中存在行人并且识别出行人时，声音图像输出单元12052控制显示单元12062叠加并且显示用于强调所识别出的行人的方形轮廓线。此外，声音图像输出单元12052可以使显示单元12062在期望的位置显示表示行人灯的图标。
[0295]
上面，已经说明了能够应用根据本公开的技术的车辆控制系统的示例。例如，根据本公开的技术能够应用于上述组件中的成像单元12031。
[0296]
具体地，上述成像元件能够应用于成像单元12031。根据本公开的成像元件能够同时确保宽的灵敏区域(电荷累积电极12)和每个像素101中的累积电荷量qs，从而获得更高质量的拍摄图像。因此，可以更准确地识别行人并控制车辆。
[0297]
注意，本说明书中所记载的效果仅是示例而不是限制性的，并且还可以具有其他效果。
[0298]
注意，本技术还能够具有以下构造。
[0299]
(1)一种成像装置，其包括像素，其中，所述像素包括：
[0300]
光电转换层；
[0301]
第一电极，其位于所述光电转换层的第一表面侧，并且电连接到所述光电转换层；
[0302]
第二电极，其位于所述光电转换层的与所述第一表面相反的第二表面上；
[0303]
电荷累积电极，其布置在所述光电转换层的所述第一表面侧并且在平行于所述第一表面的方向上与所述第一电极间隔开；和
[0304]
第三电极，其布置于在与所述第一表面垂直的方向上与所述第一电极和所述电荷累积电极之间的间隙具有重叠部分的位置处。
[0305]
(2)根据上面(1)所述的成像装置，其中，所述第三电极不与所述第一电极和所述电荷累积电极连接。
[0306]
(3)根据上面(1)或(2)所述的成像装置，其中，所述第三电极具有在与所述第一表面垂直的方向上与所述第一电极和所述电荷累积电极中的至少一者重叠的部分。
[0307]
(4)根据上面(1)或(2)所述的成像装置，其中，所述第三电极不具有在与所述第一表面垂直的方向上与所述第一电极和所述电荷累积电极重叠的部分。
[0308]
(5)根据上面(1)至(4)中任一项所述的成像装置，其中，所述第三电极布置在多个所述像素共享的位置。
[0309]
(6)根据上面(1)至(5)中任一项所述的成像装置，其中，所述第一电极由作为共享
单元的多个所述像素共享，并且
[0310]
所述第三电极布置在由跨所述共享单元的多个所述像素共享的位置。
[0311]
(7)根据上面(1)至(6)中任一项所述的成像装置，其中，多个所述像素布置成矩阵阵列，并且
[0312]
所述第三电极布置在由多个所述像素之中的布置在所述矩阵阵列的一行或一列中的像素共享的位置。
[0313]
(8)根据上面(1)至(6)中任一项所述的成像装置，其中，多个所述像素布置成矩阵阵列，并且
[0314]
所述第三电极布置在由多个所述像素之中的布置在所述矩阵阵列的相邻两行或相邻两列中的像素共享的位置。
[0315]
(9)根据上面(1)至(8)中任一项所述的成像装置，还包括分离电极，所述分离电极用于将所述像素与和所述像素相邻的其他像素电分离，
[0316]
其中，所述第三电极连接到所述分离电极。
[0317]
(10)根据上面(9)所述的成像装置，其中，所述第三电极经由垂直通孔连接到所述分离电极。
[0318]
(11)根据上面(1)至(8)中任一项所述的成像装置，其中，所述光电转换层、所述第一电极、所述第二电极、所述电荷累积电极和所述第三电极布置在半导体基板的第三表面侧，并且
[0319]
所述第三电极通过贯穿所述半导体基板而与布置在形成在所述半导体基板的与所述第三表面相反的第四表面上配线层中的配线连接。
[0320]
(12)根据上面(1)至(11)中任一项所述的成像装置，其中，所述像素具有矩形形状，并且
[0321]
所述第一电极沿着所述矩形形状的任意边布置。
[0322]
(13)根据上面(1)至(11)中任一项所述的成像装置，其中，所述像素具有矩形形状，并且
[0323]
所述第一电极布置在所述矩形形状的任意角处。
[0324]
(14)根据上面(1)至(5)和(9)至(13)中任一项所述的成像装置，其中，在第一状态下，向所述第三电极施加第一电压，所述第一电压低于施加到所述电荷累积电极的电压，并且
[0325]
在从所述第一状态转变的第二状态下，向所述第三电极施加第二电压，所述第二电压高于施加到所述电荷累积电极的电压并且高于所述第一电压。
[0326]
(15)根据上面(1)或(3)或(4)或(12)或(13)所述的成像装置，其中，所述第三电极连接到所述第一电极。
[0327]
(16)根据上面(15)所述的成像装置，其中，在第一状态下，向所述第三电极施加第三电压，并且向所述电荷累积电极施加高于所述第三电压的第四电压，并且
[0328]
在从所述第一状态转变的第二状态下，向所述第三电极施加所述第四电压，并且向所述电荷累积电极施加所述第三电压。
[0329]
(17)一种电子设备，其包括：
[0330]
成像装置，所述成像装置包括像素，其中，所述像素包括：光电转换层；第一电极，
其位于所述光电转换层的第一表面侧，并且电连接到所述光电转换层；第二电极，其位于所述光电转换层的与所述第一表面相反的第二表面上；电荷累积电极，其布置在所述光电转换层的所述第一表面侧并且在平行于所述第一表面的方向上与所述第一电极间隔开；和第三电极，其布置于在与所述第一表面垂直的方向上与所述第一电极和所述电荷累积电极之间的间隙具有重叠部分的位置处；
[0331]
图像处理单元，其对基于所述光电转换层产生的电荷的像素信号进行图像处理以生成图像数据；和
[0332]
存储单元，其存储由所述图像处理单元生成的所述图像数据。
[0333]
附图标记列表
[0334]
11,11a,11b 第一电极
[0335]
11ex,200,200
cen
,200
col
,200
col(a)
,200
col(b)
,200
col(c)
,200
lft
,200
rht
,200
row
,200
row(2)
,200
row(a)
,200
row(b) 势垒形成电极
[0336]
12 电荷累积电极
[0337]
14 间隙
[0338]
15,15pan 光电转换层
[0339]
16 第二电极
[0340]
61 接触孔
[0341]
63 焊盘
[0342]
70 半导体基板
[0343]
101,101a,101b,101c,101d,101e
11
,101e
12
,101e
13
,101e
14
,101e
21
,101e
22
,101e
23
,101e
24
,101f
11
,101f
12
,101f
13
,101f
14
,101f
21
,101f
22
,101f
23
,101f
24
,101g
11
,101g
12
,101g
13
,101g
14
,101g
21
,101g
22
,101g
23
,101g
24
,101h
11
,101h
12
,101h
13
,101h
14
,101h
21
,101h
22
,101h
23
,101h
24 像素
[0344]
221 垂直通孔
[0345]
220 像素分离电极
[0346]
240 贯通电极