專利名稱：光電變換電路及其具備該電路的固體攝像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電變換電路及其具備該電路的固體攝像裝置。
背景技術(shù)：
圖8是表示CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)型 光電變換電路(所謂的CMOS傳感器)的一個(gè)以往例子的電路圖。
在圖8所示的CMOS傳感器中，光電二極管71的陽極與接地端連接。 光電二極管71的陰極與開關(guān)74的一端連接。開關(guān)74的另一端與電容器 72的一端、N溝道型場效應(yīng)晶體管73的柵極和開關(guān)75的一端連接。電 容器72的另一端與接地端連接。開關(guān)75的另一端與電源電壓VDD的施 加端連接。晶體管73的漏極與電源電壓VDD的施加端連接。晶體管73 的源極與開關(guān)76的一端連接。開關(guān)76的另一端與受光信號(hào)輸出線77連 接。
圖9是表示CMOS型光電變換電路的一個(gè)以往例子的設(shè)備結(jié)構(gòu)的縱 向剖視圖。
圖8及圖9表示的CMOS傳感器，在其初始化時(shí)，開關(guān)74為斷開狀 態(tài)，開關(guān)75、 76全都處于導(dǎo)通狀態(tài)。通過這樣的開關(guān)控制，電容器72 以流經(jīng)開關(guān)75的充電電流iy進(jìn)行充電，其端子電壓Vc上升到規(guī)定的初 始電壓電平(即，電容器72的滿充電電平)。其結(jié)果，晶體管73被復(fù)位 為初始狀態(tài)(完全導(dǎo)通狀態(tài))，在受光信號(hào)輸出線77中流動(dòng)的輸出電流 iz達(dá)到最大值。
CMOS傳感器初始化后，在光電二極管71曝光時(shí)，開關(guān)74為導(dǎo)通 狀態(tài)，開關(guān)75、 76全都處于斷開狀態(tài)。通過這樣的開關(guān)控制，電容器72 以與光電二極管71的受光量相應(yīng)的光電流ix被放電，其端子電壓Vc從 初始電壓電平開始降低。其結(jié)果，晶體管73依賴光電二極管71的受光量， 從初始狀態(tài)轉(zhuǎn)化為關(guān)閉狀態(tài)(導(dǎo)通電阻提高，導(dǎo)通度下降了的狀態(tài))。
4光電二極管71曝光后，在受光信號(hào)讀出時(shí)，開關(guān)74、 75全都處于 斷開狀態(tài)，開關(guān)76為導(dǎo)通狀態(tài)。通過這樣的開關(guān)控制，自受光信號(hào)輸出 線77引出與晶體管73的導(dǎo)通度(即光電二極管71的受光量)相應(yīng)的輸 出電流iz。因此，基于輸出電流iz的降低量，可以檢測(cè)光電二極管71的
受光量。
另外，作為與上述內(nèi)容相關(guān)聯(lián)的以往技術(shù)的一個(gè)例子，本申請(qǐng)的申 請(qǐng)人在日本特開2002—171142號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)1)中公開了以下技術(shù)。 即，具備有光電變換部，其產(chǎn)生與入射光的強(qiáng)度相應(yīng)的電流；對(duì)數(shù)變換 部，其生成對(duì)在光電變換部產(chǎn)生的電流進(jìn)行對(duì)數(shù)變換得到的電壓;偏移部， 其使由對(duì)數(shù)變換部生成的電壓僅變化規(guī)定值；場效應(yīng)晶體管，其在柵極-源極之間施加由對(duì)數(shù)變換部和偏移部得到的電壓；和電流電壓變換部，其 將晶體管的漏極電流通過流經(jīng)電阻而變換為電壓。
此外，本申請(qǐng)的申請(qǐng)人在日本特開2004—159155號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn) 2)中公開了以下技術(shù)?！熠?，面圖像傳感器具有形成像素行/像素列的多個(gè) 像素，作為各像素的構(gòu)成要素，具備光電變換元件、使光電變換元件的像 素信號(hào)為有效/無效的復(fù)位晶體管、放大有效的像素信號(hào)并輸出的讀出放 大器、導(dǎo)通/斷開讀出放大器的動(dòng)作的開關(guān)晶體管，其中所述各像素具備 有設(shè)置于光電變換元件和復(fù)位晶體管之間且暫時(shí)存儲(chǔ)像素信號(hào)的至少一 個(gè)電容器；設(shè)置于光電變換元件和電容器之間且在向該電容器傳遞像素信 號(hào)的同時(shí)使該傳遞導(dǎo)通/斷開的至少一個(gè)傳送晶體管。
專利文獻(xiàn)1:日本特開2002—171142號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)2:日本特開2004—159155號(hào)公報(bào)
的確，圖8所示的以往的CMOS傳感器和CCD (Charge Coupled Devices)傳感器相比，不但可以以非常低的成本制造，而且元件小，另 外以單一的低電壓運(yùn)轉(zhuǎn)，因此近年來，被搭載于搭載了攝像功能的移動(dòng)電 話終端以及所謂的網(wǎng)絡(luò)攝像頭等各式各樣的應(yīng)用中。
但是，作為用于實(shí)現(xiàn)CMOS傳感器中的感光靈敏度的提高以及受光 信號(hào)S/N比(Signal to Noise Ratio)的改善的技術(shù)，舉薦利用光電變換元 件的雪崩倍增效應(yīng)。該雪崩倍增效應(yīng)是指通過對(duì)光電變換元件施加降伏 電壓附近的高反向偏壓(數(shù)十 數(shù)百[V])，擴(kuò)大耗盡層、提高場強(qiáng)度，誘發(fā)所謂的"電子雪崩倍增現(xiàn)象"，以得到大的光電流。
還有，雪崩倍增效應(yīng)中的光電流的放大率與反向偏壓成指數(shù)函數(shù)關(guān) 系變化。因此，為了利用雪崩倍增效應(yīng)，需要穩(wěn)定地對(duì)光電變換元件施加 高反向偏壓。
但是，在圖8所示的以往的CMOS傳感器中，因?yàn)楣怆姸O管71的 陰極電位依賴存儲(chǔ)在電容器72中的電荷量而變動(dòng)，所以偏壓相對(duì)于光電 二極管71而變動(dòng)，不能穩(wěn)定地施加任意的偏壓，不能利用所述雪崩倍增 效應(yīng)。
另外，即使在不利用雪崩倍增效應(yīng)的情況下，優(yōu)選對(duì)光電二極管穩(wěn)定 地施加任意的偏壓也是不言而喻的。
還有，專利文獻(xiàn)l中的以往技術(shù)終究是以偏置電源的對(duì)數(shù)變換為目的 的電路，在不是電流鏡電路這一點(diǎn)上，其本質(zhì)構(gòu)成區(qū)別于本發(fā)明申請(qǐng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于所述問題點(diǎn)，其目的在于提供一種能夠?qū)怆娮儞Q元件 穩(wěn)定地施加任意偏壓的光電變換電路以及具備該電路的固體攝像裝置。
本發(fā)明的某一局面涉及到的光電變換電路具備有光電變換元件， 其一端被施加偏壓，從另一端輸出與受光量相應(yīng)的光電流；和光電流檢測(cè)
部，其將光電變換元件的另 一端的電壓鉗制在規(guī)定的電位上并且檢測(cè)光電 流。
優(yōu)選，光電流檢測(cè)部是輸入端與光電變換元件的另一端連接、將光 電轉(zhuǎn)換元件的另一端電壓鉗制在規(guī)定的電位上并且生成與光電流相應(yīng)的 反射鏡電流的電流鏡電路。
更優(yōu)選，電流鏡電路為柵一陰放大器型的電流鏡電路。
更優(yōu)選，電流鏡電路具有多個(gè)反射鏡級(jí)，通過匯合各個(gè)反射鏡級(jí)生 成的電流而生成反射鏡電流。
更優(yōu)選，光電變換電路還具有將反射鏡電流變換為電壓的電流/電壓 變換部。
更優(yōu)選，電流/電壓變換部含有一端與電流鏡電路的輸出端連接，從 一端能引出與反射鏡電流的積分值相應(yīng)的端子電壓的電容器。
6更優(yōu)選，電容器為柵極與電流鏡電路的輸出端連接的MOS電容器。 更優(yōu)選，光電變換電路還具有生成與電容器的端子電壓相應(yīng)的放大 信號(hào)的放大器，并基于放大器的放大信號(hào)進(jìn)行最終的受光信號(hào)的輸出。
更優(yōu)選的是，光電變換電路還具有連接在電容器的一端和基準(zhǔn)電 壓施加端之間并根據(jù)復(fù)位信號(hào)被導(dǎo)通/斷開的第一開關(guān)；和連接在放大器 的輸出端和輸出線之間并根據(jù)讀出信號(hào)被導(dǎo)通/斷開的第二開關(guān)。
更優(yōu)選的是，放大器是采用在柵極接受電容器的端子電壓并自源極 引出輸出電流的場效應(yīng)晶體管的源極跟隨器(SourceFollower)電路。
本發(fā)明的某一局面涉及到的固體攝像裝置具備有多個(gè)光電變換電 路；和選擇電路，其選擇多個(gè)光電變換元件中的至少一個(gè)并且取得選擇出 的光電變換電路的光檢測(cè)結(jié)果，其中，光電變換電路具備有光電變換元 件，其一端被施加偏壓，從另一端輸出與受光量相應(yīng)的光電流；和光電流 檢測(cè)部，其將光電變換元件的另一端的電壓鉗制在規(guī)定的電位上并且檢測(cè) 光電流。
根據(jù)本發(fā)明涉及到的光電變換電路以及具備該電路的固體攝像裝 置，因?yàn)槟軐?duì)光電變換元件穩(wěn)定地施加任意的偏壓，所以能夠利用雪崩倍 增效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)受光靈敏度的提高及受光信號(hào)S/N比的改善。


圖1是表示涉及本發(fā)明第一實(shí)施方式的固體攝像裝置的大致結(jié)構(gòu)的 框圖。
圖2是表示本發(fā)明第一實(shí)施方式涉及的像素傳感器Pmn (共陰極)的 結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖3是表示光電探測(cè)器PD (photo detector)的設(shè)備結(jié)構(gòu)的縱向剖面圖。
圖4是用于說明像素傳感器Pmn動(dòng)作的時(shí)序圖。
圖5是表示本發(fā)明第二實(shí)施方式涉及的像素傳感器Pmn結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖6是表示本發(fā)明第三實(shí)施方式涉及的像素傳感器Pmn (共陽極) 結(jié)構(gòu)的電路圖。圖7是表示本發(fā)明第四實(shí)施方式涉及的像素傳感器Pmn (共陽極)結(jié) 構(gòu)的電路圖。
圖8是表示CMOS型光電變換電路的一個(gè)以往例子的電路圖。 圖9是表示CMOS型光電變換電路的一個(gè)以往例子的設(shè)備結(jié)構(gòu)的縱 向剖面圖。
圖中1—傳感器陣列，2 —行解碼器，3 —列解碼器、Pll Pmn —像 素傳感器(光電變換電路)、Xl Xm—行選擇線、Yl Yn—列選擇線、S 一受光信號(hào)輸出線、Ql Qn—列選擇開關(guān)(N溝道型場效應(yīng)晶體管)、PD —光電探測(cè)器(光電變換元件)、N1 N10—N溝道型場效應(yīng)晶體管、P1 P8 一P溝道型場效應(yīng)晶體管、Id—光電流、Im—反射鏡電流、Io—輸出電流、 Vo—輸出電壓、VDD—電源電壓、VDDPD—偏壓、RST—復(fù)位信號(hào)、RD 讀出信號(hào)。
具體實(shí)施例方式
以下，舉例說明作為搭載于附帶攝像功能的移動(dòng)電話終端以及網(wǎng)絡(luò)攝 像頭等的固體攝像裝置的受光部(像素傳感器)應(yīng)用光電轉(zhuǎn)換電路的情況。
<第一實(shí)施方式>
圖1是表示本發(fā)明第一實(shí)施方式涉及的固體攝像裝置的概況結(jié)構(gòu)的 框圖。
如圖1所示，固體攝像裝置101具備傳感器陣列l(wèi)、行解碼器2和
列解碼器3。
傳感器陣列1為二維矩陣結(jié)構(gòu)，即在水平方向和垂直方向分別遍布
行選擇線Xl Xm和列選擇線Yl Yn，在兩信號(hào)線交叉的每個(gè)場所配置像 素傳感器，有合計(jì)mXn個(gè)(其中，m、 n都是2以上的整數(shù))像素傳感 器Pll Pmn。再有，在圖1中雖未明確表示出來，但在傳感器陣列1中 除所述行選擇線Xl Xm及列選擇線Yl Yn之外，還連接有電源電壓線 及接地電壓線、各種時(shí)鐘線以及偏壓線等。再有，對(duì)像素傳感器Pll Pmn 的結(jié)構(gòu)及動(dòng)作在下文進(jìn)行詳細(xì)說明。
行解碼器2及列解碼器3選擇傳感器陣列1中的多個(gè)像素傳感器的至少一個(gè)，并且取得所選擇的像素傳感器的光檢測(cè)結(jié)果。
更詳細(xì)地說，行解碼器2通過經(jīng)由行選擇線Xl Xm進(jìn)行設(shè)置在各像 素傳感器Pll Pmn內(nèi)的行選擇開關(guān)(在下文的圖2中，晶體管N8相當(dāng) 于行選擇開關(guān))的開關(guān)控制，從而進(jìn)行傳感器陣列1的垂直掃描。
列解碼器3通過進(jìn)行設(shè)置在每條列選擇線Yl Yn中的列選擇開關(guān) Ql Qn的開關(guān)控制，從而進(jìn)行傳感器陣列1的水平掃描。再有，列選擇 開關(guān)Ql Qn都是以N溝道型場效應(yīng)晶體管形成的，各個(gè)漏極與列選擇線 Yl Yn連接，源極與最終的受光信號(hào)輸出線S連接，柵極與列解碼器3 連接。
接著，對(duì)像素傳感器(光電變換電路)Pmn的結(jié)構(gòu)及動(dòng)作進(jìn)行詳細(xì)的 說明。
圖2是表示本發(fā)明第一實(shí)施方式涉及的像素傳感器Pmn (共陰極)結(jié) 構(gòu)的電路圖。圖3是表示光電探測(cè)器PD的設(shè)備結(jié)構(gòu)的縱向剖面圖。
如圖2所示，本實(shí)施方式中的像素傳感器Pmn包含光電探測(cè)器PD、 電流鏡電路11和N溝道型場效應(yīng)晶體管N5 N8。電流鏡電路11包含N 溝道型場效應(yīng)晶體管N1 N4。
光電探測(cè)器PD是向陰極施加偏壓VDDPD(數(shù)十 數(shù)百[V]的正電壓)， 自陽極輸出與受光量相應(yīng)的光電流Id的光電變換元件。在本實(shí)施方式的 像素傳感器Pmn中，作為光電探測(cè)器，采用具有圖3的設(shè)備結(jié)構(gòu)的CIGS (Copper Indium Gallium Diselenide)系列太陽電池(光電二極管)。再有， 光電探測(cè)器PD以層疊在CM0S電路的上部的方式形成，經(jīng)由通孔(VIA3) 與CMOS電路連接。因此，與使用硅系列的光電二極管的結(jié)構(gòu)不同，能 不考慮光電探測(cè)器PD的占有面積來進(jìn)行CMOS電路的設(shè)計(jì)。
晶體管N1的漏極與光電探測(cè)器PD的陽極連接。晶體管N1、 N2的 柵極相互連接，其連接節(jié)點(diǎn)與晶體管N1的漏極連接。晶體管N1的源極 與晶體管N3的漏極連接。晶體管N2的源極與晶體管N4的漏極連接。 晶體管N3、 N4的柵極相互連接，其連接節(jié)點(diǎn)與晶體管N3的漏極連接。 晶體管N3、 N4的源極都與接地端連接。晶體管N1 N4的背柵都與接地 端連接。
艮口，在本實(shí)施方式的像素傳感器Pmn中，以使光電探測(cè)器PD的陽
9極電壓Va鉗制在規(guī)定電位(2XVth)上的方式，輸入端與光電探測(cè)器的 陽極連接，并且生成與光電流Id相應(yīng)的反射鏡電流Im的柵—陰放大器型 的電流鏡電路11通過利用晶體管N1 N4而形成。再有，所述參數(shù)Vth 是晶體管N1 N4的導(dǎo)通臨界值電壓。
晶體管N5的柵極與晶體管N2的漏極連接。晶體管N5的源極及漏 極都與接地端連接。晶體管N5的背柵與接地端連接。
艮P，在本實(shí)施方式的像素傳感器Pmn中，通過利用晶體管N5，從而 形成一端與電流鏡電路11的輸出端(反射鏡電流Im的引入端)連接且 由這一端引出與反射鏡電流Im的積分值相應(yīng)的端子電壓Vb的MOS電容 器。再有，以下，將晶體管N5酌情稱之為MOS電容器N5。
晶體管N6的漏極與電源電壓VDD的施加端連接。晶體管N6的源 極與MOS電容器N5的一端(柵極)連接。晶體管N6的柵極與復(fù)位信 號(hào)RST的施加端連接。晶體管N6的背柵與接地端連接。
艮P，在本實(shí)施方式的像素傳感器Pmn中，通過利用晶體管N6，從而 形成連接在MOS電容器N5的一端(柵極)和電源電壓VDD的施加端 之間且根據(jù)復(fù)位信號(hào)RST進(jìn)行導(dǎo)通/斷開的第一開關(guān)。
晶體管N7的漏極與電源電壓VDD的施加端連接。晶體管N7的柵 極與MOS電容器N5的一端(柵極)連接。晶體管N7的背柵與接地端 連接。
即，在本實(shí)施方式的像素傳感器Pmn中，通過利用柵極被輸入MOS 電容器N5的端子電壓Vb的晶體管N7，從而形成產(chǎn)生與MOS電容器 N5的端子電壓Vb相應(yīng)的放大信號(hào)(輸出電流Io)的放大器(源極跟隨 器電路"Source Follower")。
晶體管N8的漏極與晶體管N7的源極連接。晶體管N8的源極與列 選擇線(輸出線)Yn連接。晶體管N8的柵極與讀出信號(hào)RD的施加端 連接。晶體管N8的背柵與接地端連接。
艮P，在本實(shí)施方式的像素傳感器Pmn中，通過利用晶體管N8，從而 形成連接在晶體管N7的源極(放大器的輸出端)與輸出線Yn之間且根 據(jù)讀出信號(hào)RD導(dǎo)通/斷開的第二開關(guān)。
接著，對(duì)由上述結(jié)構(gòu)構(gòu)成的像素傳感器Pmn的動(dòng)作邊參照?qǐng)D4邊進(jìn)行詳細(xì)的說明。
圖4是用于說明像素傳感器Pmn的動(dòng)作的時(shí)序圖。
在圖4中，從上面開始順序表示復(fù)位信號(hào)RST、讀出信號(hào)RD、光電 探測(cè)器PD的陽極電壓Va、 MOS電容器N5的端子電壓Vb及輸出電壓 Vo (通過對(duì)輸出電流Io進(jìn)行電流/電壓變換得到的電壓信號(hào))的各舉動(dòng)。
由上述結(jié)構(gòu)構(gòu)成的像素傳感器Pmn中，其初始化時(shí)，復(fù)位信號(hào)RST 被提高為高電平，晶體管N6 (第一開關(guān))成導(dǎo)通狀態(tài)。另一方面，讀出 信號(hào)RD被維持在低電平上，晶體管N8 (第二開關(guān))成斷開狀態(tài)。因此， MOS電容器N5的一端(柵極)經(jīng)由晶體管N6而與電源電壓VDD的施 加端連接，端子電壓Vb處于被提高到規(guī)定的初始電壓電平(大致上與電 源電壓VDD相同)的狀態(tài)。其結(jié)果，晶體管N7被復(fù)位為其初始狀態(tài)(完 全導(dǎo)通狀態(tài))。
像素傳感器Pmn初始化后，在光電探測(cè)器PD曝光時(shí)，復(fù)位信號(hào)RST 被再次降至低電平，晶體管N6處于斷開狀態(tài)。另外，讀出信號(hào)RD繼續(xù) 被維持在低電平上，晶體管N8也處于斷開狀態(tài)。因此，MOS電容器N5 通過向電流鏡電路11引入的反射鏡電流Im而被放電，其端子電壓Vb由 初始電壓電平開始下降。其結(jié)果是，晶體管N7依賴光電探測(cè)器PD的受 光量，由初始狀態(tài)轉(zhuǎn)化為關(guān)閉狀態(tài)(導(dǎo)通電阻提高，導(dǎo)通度下降了的狀態(tài))。
光電探測(cè)器PD曝光后，在受光信號(hào)讀出時(shí)，讀出信號(hào)RD被提高為 高電平，晶體管N8(第二開關(guān))處于導(dǎo)通狀態(tài)。另一方面，復(fù)位信號(hào)RST 繼續(xù)被維持在低電平上，晶體管N7 (第一開關(guān))處于斷開狀態(tài)。因此， 晶體管N7的源極經(jīng)由晶體管N8而與列選擇線(輸出線)Yn連接。其結(jié) 果，自列選擇線(輸出線)Yn引出與晶體管N7的導(dǎo)通度(即，光電探 測(cè)器PD的受光量)相應(yīng)的輸出電流Io，因?yàn)榭梢缘玫脚c其相應(yīng)的輸出電 壓Vo,故通過檢測(cè)這個(gè)就可以得到光電探測(cè)器PD的受光量。具體說來， 就是光電探測(cè)器PD的受光量越多、輸出電流Io (進(jìn)而輸出電壓)越低。
如上所述，本實(shí)施方式中的像素傳感器Pmn包含光電探測(cè)器PD， 其陰極被施加偏壓VDDPD，自陽極輸出與受光量相應(yīng)的光電流Id;電流 鏡電路ll (N1 N4)，其輸入端與光電探測(cè)器PD的陽極連接，將光電探 測(cè)器PD的陽極電壓Va鉗制在規(guī)定電位(2XVth)上且生成與光電流Id
ii相應(yīng)的反射鏡電流Im; MOS電容器N5，其一端與電流鏡電路11的輸出端(反射鏡電流Im的引入端)連接，從這一端引出與反射鏡電流Im的積分值相應(yīng)的端子電壓Vb;和放大器N7，其生成與MOS電容器N5的端子電壓Vb相應(yīng)的放大信號(hào)(輸出電流Io)，該像素傳感器Pmn利用放大器(N7)的放大信號(hào)進(jìn)行最終的受光信號(hào)(輸出電壓Vo)的輸出。
通過采取這樣的結(jié)構(gòu)，能將光電探測(cè)器PD的陽極電壓Va總是鉗制在一定電位(額定值范圍內(nèi)的電位)上。為此，不需要用專用工藝去壓制偏壓依賴，對(duì)于光電探測(cè)器PD能穩(wěn)定施加不依賴于受光量的反向偏壓。
因此，根據(jù)本實(shí)施方式的像素傳感器Pmn，通過適當(dāng)?shù)恼{(diào)制施加在光電探測(cè)器PD的陰極上的偏壓VDDPD，從而能使光電探測(cè)器PD以最優(yōu)偏壓值動(dòng)作。由此，例如，能夠?qū)崿F(xiàn)基于雪崩倍增效應(yīng)的光電流放大(與硅系列光電二極管相比為20 100倍的光電流放大)，進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)受光靈敏度的提高及受光信號(hào)S/N比的改善。
另外，根據(jù)本實(shí)施方式的像素傳感器Pmn，因?yàn)閮H向光電探測(cè)器PD的陰極施加用于得到雪崩倍增效應(yīng)的高電壓(偏壓VDDPD)，能避免向CMOS電路施加高電壓，所以不存在CMOS耐壓不足的問題，還不會(huì)導(dǎo)致元件的大型化。
另外，本實(shí)施方式的像素傳感器Pmn，因?yàn)椴扇±肕OS電容器N5將反射鏡電流Im積分之后生成輸出電流Io的結(jié)構(gòu)，故能去除光源的波動(dòng)成分及噪聲成分。
另外，本實(shí)施方式的像素傳感器Pmn，作為對(duì)反射鏡電流Im積分的裝置，禾U用了 MOS電容器N5，因此與利用浮動(dòng)擴(kuò)散放大器(FloatingDiffusion)的電容器相比，能同時(shí)實(shí)現(xiàn)元件尺寸的縮小化和大容量化。
再有，MOS電容器N5在施加于柵極上的端子電壓Vb低于導(dǎo)通臨界值電壓時(shí)不會(huì)形成溝道且電容值變小。為此，當(dāng)使用MOS電容器N5時(shí)，需要克服電容值根據(jù)端子電壓Vb而變動(dòng)這一弊端，但是根據(jù)本實(shí)施方式的像素傳感器Pmn，因?yàn)樗龆俗与妷篤b —定被維持在比MOS電容器N5的導(dǎo)通臨界值電壓更高的狀態(tài)，所以能夠得到穩(wěn)定的電容值。
另外，本實(shí)施方式的像素傳感器Pmn，因?yàn)樽鳛楦鶕?jù)光電流Id生成反射鏡電流Im的裝置而利用柵一陰放大器型的電流鏡電路，所以能夠提
12高光電流Id和反射鏡電流Im的電流匹配且提高檢測(cè)精度。
再有，本實(shí)施方式的像素傳感器Pmn，因?yàn)樽鳛樯膳cMOS電容器N5的端子電壓Vb相應(yīng)的放大信號(hào)(輸出電流Io)的裝置，利用使用了柵極被輸入MOS電容器N5的端子電壓且自源極引出輸出電流Io的場效應(yīng)晶體管N7的源極跟隨器(Source Follower)電路，所以能夠?qū)崿F(xiàn)極其簡易且小型的電流輸出放大器。
接著，利用附圖對(duì)本發(fā)明的其他實(shí)施方式進(jìn)行說明。再有，在圖中相同或者相應(yīng)部分上標(biāo)注相同的符號(hào)，其說明不再重復(fù)。
再有，以下的第二實(shí)施方式至第四實(shí)施方式中的像素傳感器Pmn是與上述第一實(shí)施方式大致相同的結(jié)構(gòu)。因此，對(duì)于與第一實(shí)施方式相同的結(jié)構(gòu)部分，標(biāo)注和圖2相同的符號(hào)且不再進(jìn)行重復(fù)說明，以下，僅對(duì)各實(shí)施方式的特征部分進(jìn)行重點(diǎn)的說明。
<第二實(shí)施方式>
圖5是表示本發(fā)明第二實(shí)施方式涉及的像素傳感器Pmn結(jié)構(gòu)的電路圖。
如圖5所示，在本實(shí)施方式的像素傳感器Pmn中，根據(jù)光電流Id產(chǎn)生反射鏡電流Im的電流鏡電路12除了包括所述第一反射鏡級(jí)(晶體管N2、 N4)之外，還包括圖中虛線包圍的第二反射鏡級(jí)(晶體管N9、 NIO)，并通過匯合在各反射鏡級(jí)生成的電流Iml、 Im2，從而生成用于放電MOS電容器的反射鏡電流Im。
為此，通過增加電流鏡電路的反射鏡級(jí)數(shù)，能夠放大光電流Id，進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)受光靈敏度的提高及受光信號(hào)S/N比的改善。
<第三實(shí)施方式>
圖6是表示本發(fā)明第三實(shí)施方式涉及的像素傳感器Pmn (共陽極)結(jié)構(gòu)的電路圖。
如圖6所示，本實(shí)施方式的像素傳感器Pmn具備光電探測(cè)器PD、電流鏡電路13和P溝道型場效應(yīng)晶體管P5 P8。電流鏡電路13包含有P溝道型場效應(yīng)晶體管P1 P4。光電探測(cè)器PD的陽極被施加偏壓VDDPD (數(shù)十 數(shù)百[V]的負(fù)電壓)，自陰極輸出與受光量相應(yīng)的光電流Id。
電流鏡電路13以使光電探測(cè)器PD的陰極電壓Vc鉗制在規(guī)定的電位(VDD-2XVht)上的方式，輸入端與光電探測(cè)器PD的陰極連接，并生成與光電流Id相應(yīng)的反射鏡電流Im。
由P溝道型場效應(yīng)晶體管P5形成的MOS電容器P5，其一端與電流鏡電路13的輸出端(反射鏡電流Im的引出端)連接，自這一端引出與反射鏡電流Im的積分值相應(yīng)的端子電壓Vd。
由P溝道型場效應(yīng)晶體管P7形成的放大器P7，生成與MOS電容器P5的端子電壓Vd相應(yīng)的放大信號(hào)(輸出電流Io)。用該放大器P7的放大信號(hào)進(jìn)行最終的受光信號(hào)(輸出電壓Vo)的輸出。
為此，本發(fā)明的適用對(duì)象不限定于光電探測(cè)器PD的陰極連接共用的電源端的結(jié)構(gòu)(所謂的共陰極)，也能適用光電探測(cè)器PD的陽極連接共用端的結(jié)構(gòu)(所謂的共陽極)。因此，作為光電探測(cè)器PD，即使使用成為共陽極的硅系列光電二極管等的情況下，也能夠起到與本發(fā)明的第一實(shí)施方式同樣的效果。
再有，在上述各實(shí)施方式中，雖然只對(duì)二維矩陣結(jié)構(gòu)的CMOS圖像傳感器適用本發(fā)明的情況舉例進(jìn)行了說明，但是本發(fā)明的適用對(duì)象并不限定于此，也能夠廣泛地適用于其他的固體攝像裝置(光電探測(cè)器、線傳感器或者面?zhèn)鞲衅?。
另外，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，除上述各實(shí)施方式之外，在不脫離發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)可以添加各種變化。
例如，在上述各實(shí)施方式中，作為光電探測(cè)器PD，雖然只對(duì)采用CIGS系列太陽電池及硅系列光電二極管結(jié)構(gòu)舉例進(jìn)行了說明，但是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)并不限定于此，也可以采取利用光電晶體管及有機(jī)光電變換膜等的光電變換元件的結(jié)構(gòu)。
另外，在上述各實(shí)施方式中，雖然作為生成與電容器的端子電壓相應(yīng)的放大信號(hào)(輸出電流Io)的裝置，只對(duì)用由單一的場效應(yīng)晶體管構(gòu)成的源極跟隨器(Source Follower)電路的結(jié)構(gòu)舉例進(jìn)行了說明，但是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)并不限定于此，也可以采取利用運(yùn)算放大器等的結(jié)構(gòu)。通過這樣的結(jié)構(gòu)，能夠更進(jìn)一步地提高檢測(cè)精度及檢測(cè)靈敏度。另外，若向數(shù)據(jù)
線(列選擇線Yl Yn)發(fā)送適當(dāng)?shù)男盘?hào)(列選擇線Yl Yn)，則未必一定 要利用放大器，可以僅用讀出用的開關(guān)。
另外，在上述各實(shí)施方式中，雖然只對(duì)例示了在共陰極形式的情況 下僅用N溝道型場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)或例示了在共陽極形式的情況下僅 用P溝道型場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了說明，但是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)并不限 定于此。對(duì)于根據(jù)復(fù)位信號(hào)RST導(dǎo)通/斷開的第一開關(guān)(晶體管N6、 P6) 而言也可以采用和其余的晶體管相反的極性。通過這樣的結(jié)構(gòu)，雖然設(shè)備 的規(guī)模會(huì)變大些許，但是能夠擴(kuò)大端子電壓Vb的動(dòng)態(tài)范圍。
另外，在上述各實(shí)施方式中，雖然作為積分反射鏡電流Im的裝置只 對(duì)采用MOS電容器的結(jié)構(gòu)舉例進(jìn)行了說明，但是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)并不限定 于此，也可以采用浮動(dòng)電容器及利用了浮動(dòng)擴(kuò)散放大器(Floating Diffusion)的電容器等其他種類的電容器。
另外，在上述各實(shí)施方式中，雖然作為由光電流Id生成反射鏡電流 Im的裝置只對(duì)利用柵一陰放大器型的反射鏡電路的結(jié)構(gòu)舉例進(jìn)行了說 明，但是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)并不限定于此。只要將光電變換元件的另一端電壓 鉗制在規(guī)定的電位上且適當(dāng)?shù)厝〉霉怆娏鱅d和反射鏡電流Im的電流匹 配，就可以采用任何結(jié)構(gòu)。
<第四實(shí)施方式>
圖7是表示本發(fā)明第四實(shí)施方式涉及的像素傳感器Pmn (共陽極)結(jié) 構(gòu)的電路圖。
在上述各實(shí)施方式中，作為將光電探測(cè)器PD的陽極電壓(或者陰極 電壓)鉗制在規(guī)定的電位上且檢測(cè)光電流Id的光電流檢測(cè)部，雖然只對(duì) 采用輸入端與光電探測(cè)器PD的陽極(或者陰極)連接且生成與光電流Id 相應(yīng)的反射鏡電流Im的電流鏡電路的結(jié)構(gòu)舉例進(jìn)行了說明，但是本發(fā)明 的結(jié)構(gòu)并不限定于此。例如，如圖7所示，也可以采用連接于光電探測(cè)器 PD的陽極(或者陰極)的積分電路51。
另外，若無需對(duì)光電流Id (或反射鏡電流Im)進(jìn)行積分，則替代構(gòu) 成電流/電壓變換部的電容器，也可采用電阻。應(yīng)認(rèn)為本次公開的實(shí)施方式在所有方面都只是例示而不使加以限 定。本發(fā)明的范圍不是由上述說明來示出而是由技術(shù)方案的范圍來示出 的，并意味著包含有與技術(shù)方案的范圍均等的含義及范圍內(nèi)的所有變更。
(工業(yè)上的可利用性) 在謀求例如搭載了附帶攝像機(jī)功能的移動(dòng)電話終端及網(wǎng)絡(luò)攝像頭等
固體攝像裝置的受光靈敏度的提高及受光信號(hào)S/N比的改善的方面，本
發(fā)明是有用的技術(shù)。
1權(quán)利要求
1.一種光電變換電路，包括光電變換元件(PD)，其一端被施加偏壓，從另一端輸出與受光量相應(yīng)的光電流；和光電流檢測(cè)部(11～13)，其將所述光電變換元件(PD)的另一端電壓鉗制在規(guī)定的電位上且檢測(cè)所述光電流。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光電變換電路，其中，所述光電流檢測(cè)部(11~13)是輸入端與所述光電變換元件(PD)的 另一端連接，將所述光電變換元件(PD)的另一端電壓鉗制在規(guī)定的電位 上且生成與所述光電流相應(yīng)的反射鏡電流的電流鏡電路。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的光電變換電路，其中， 所述電流鏡電路(11~13)是柵一陰放大器型的電流鏡電路。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的光電變換電路，其中， 所述電流鏡電路(12)具有多個(gè)反射鏡級(jí)，通過匯合在各所述反射鏡級(jí)生成的電流，從而生成所述反射鏡電流。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的光電變換電路，其中， 所述光電變換電路還具備將所述反射鏡電流變換為電壓的電流/電壓變換部(N5， P5)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的光電變換電路，其中， 所述電流/電壓變換部(N5， P5)包含電容器，該電容器的一端與所述電流鏡電路(11-13)的輸出端連接且從所述一端引出與所述反射鏡電 流的積分值相應(yīng)的端子電壓。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的光電變換電路，其中，所述電容器(N5， P5)是柵極與所述電流鏡電路(11-13)輸出端連 接的MOS電容器。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的光電變換電路，其中， 所述光電變換電路還具有生成與所述電容器的端子電壓相應(yīng)的放大信號(hào)的放大器(N7， P7)，并基于所述放大器的放大信號(hào)進(jìn)行最終的受光 信號(hào)的輸出。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的光電變換電路，其中，所述光電變換電路還具有第一開關(guān)(N6， P6)，其連接在所述電容器的所述一端與基準(zhǔn)電壓的 施加端之間，并根據(jù)復(fù)位信號(hào)被導(dǎo)通/斷開；和第二開關(guān)(N8， P8)，其連接在所述放大器(N7， P7)的輸出端與輸 出線之間，并根據(jù)讀出信號(hào)被導(dǎo)通/斷開。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的光電變換電路，其中，所述放大器(N7， P7)是使用在柵極接受所述電容器的端子電壓、從 源極引出輸出電流的場效應(yīng)晶體管的源極跟隨器電路。
11. 一種固體攝像裝置，具備-多個(gè)光電變換電路(Pll Pmn);禾口選擇電路(2， 3)，其選擇所述多個(gè)光電變換元件(PD)中的至少一 個(gè)并且取得選擇出的所述光電變換電路的光檢測(cè)結(jié)果， 其中，所述光電變換電路，具備-光電變換元件(PD)，其一端被施加偏壓，從另一端輸出與受光量相 應(yīng)的光電流；禾口光電流檢測(cè)部(11~13)，其將所述光電變換元件(PD)的另一端電壓 鉗制在規(guī)定的電位上且檢測(cè)所述光電流。
全文摘要
本發(fā)明提供一種光電變換電路。光電變換電路(P11～Pmn)具備光電變換元件(PD)，其一端被施加偏壓，從另一端輸出與受光量相應(yīng)的光電流；和光電流檢測(cè)部(11～13)，將光電變換元件(PD)的另一端電壓鉗制在規(guī)定的電位上且檢測(cè)所述光電流。
文檔編號(hào)H04N5/335GK101690176SQ200880021649
公開日2010年3月31日 申請(qǐng)日期2008年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月31日
發(fā)明者關(guān)口大志, 淵上貴昭 申請(qǐng)人:羅姆股份有限公司