本發(fā)明涉及像素電路和攝像裝置。本發(fā)明具體涉及用于攝取圖像的像素電路和攝像裝置。

背景技術(shù)：

過去人們已經(jīng)提出了能夠從像素直接輸出數(shù)字信號的全數(shù)字圖像傳感器(例如，參見專利文獻1)。在這些圖像傳感器中，由光電轉(zhuǎn)換元件產(chǎn)生的電荷被傳輸至且累積在浮動擴散層(FD：floating diffusion layer)中，并且與該FD所累積的電荷量相對應的信號由源極跟隨器電路輸出。

引用文獻列表

專利文獻

專利文獻1：日本專利申請?zhí)亻_JP 2011-71958A

專利文獻2：日本專利申請?zhí)亻_JP 2009-152234A

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題

然而，上述圖像傳感器需要例如在一幀中讀取1000次，并且還具有讀取電壓增大和讀取時間增加的問題。此外，因為每幀的讀取次數(shù)增多了，所以FD的暗電流也就成比例地增大。結(jié)果，F(xiàn)D的暗電流變成像素的暗電流的主要成分。FD的暗電流并不能容易地被減小，因此，即使能夠?qū)⑥D(zhuǎn)換效率設定為600μV/e^-，也會降低檢出一個光子的精度。如果沒有FD，則會提高檢出一個光子的精度，并且這種不使用FD的圖像傳感器的例子例如是單載波(single carrier)體電荷調(diào)制器件(BCMD：bulk charge modulated device)(例如，參見專利文獻2)。然而，在這個BCMD中，為了充分地提高將電荷轉(zhuǎn)換成信號電壓的轉(zhuǎn)換效率以便將檢出精度維持在一定水平以上，就需要將如下控制晶體管的面積設定為預定面積以下：該控制晶體管根據(jù)來自光電轉(zhuǎn)換部的輸入電壓來控制輸出電壓，所述光電轉(zhuǎn)換部用于將沿著光軸入射的光轉(zhuǎn)換成電荷。為了充分地提高轉(zhuǎn)換效率，例如就需要將控制晶體管的尺寸設定為0.5微米(μm)×0.5微米(μm)以下。

然而，在專利文獻2所披露的結(jié)構(gòu)中，控制晶體管的柵極長度在原理上是與電荷累積部和溢出屏障(overflow barrier)的組合長度相同的。因此，如果為了確保最小飽和電荷量而必需的電荷累積部的長度為0.2微米(μm)且溢出屏障的長度為0.2微米(μm)，那么由于在電荷累積部的兩側(cè)都必須有溢出屏障，所以電荷累積部和溢出屏障的組合長度(即，控制晶體管的柵極長度)需要至少為0.6微米(μm)。另外，考慮到源極和漏極的長度需要至少為0.15微米(μm)，所以控制晶體管在柵極長度方向上的長度不能被設定為0.9微米(μm)以下，由此就存在著如下問題：難以將轉(zhuǎn)換效率提高至能夠檢出一個電子的程度。此外，在專利文獻2所披露的結(jié)構(gòu)的情況下，由于該結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)限制而難以將電荷累積部的距表面的深度設定為例如0.3微米(μm)以上。因此，難以減少用于形成控制晶體管的溝道部的雜質(zhì)和用于形成控制晶體管的電荷累積部的雜質(zhì)的擴散，于是就存在著各雜質(zhì)的重疊變得非常大的問題，并且如果各雜質(zhì)的劑量即使輕微地發(fā)生改變，那么電位也會發(fā)生很大的變化。此外，雖然溢出屏障也用作復位屏障，但是為了既獲得復位電壓又獲得飽和電荷量，就需要將復位屏障形成得具有非常薄的寬度，而且復位屏障易于受到輕摻雜漏極(LDD：lightly-doped drain)寬度的變化的影響，所以還存在著如下問題：當LDD寬度發(fā)生改變時，電位會發(fā)生很大的變化，這導致穩(wěn)健性(robustness)很差。此外，它們的穩(wěn)健性隨著像素小型化而迅速劣化。因此，控制晶體管的小型化是非常困難的。如上所述，在上述圖像傳感器中，難以消除FD的暗電流且難以提高轉(zhuǎn)換效率。

本發(fā)明是鑒于上述情況而被創(chuàng)造出來的，且本發(fā)明的目的在于消除圖像傳感器中的FD的暗電流并且提高將電荷轉(zhuǎn)換成電壓的轉(zhuǎn)換效率。

問題的解決方案

本發(fā)明是為了解決上述問題而被做出的。本發(fā)明的第一方面是一種像素電路，其包括：光電轉(zhuǎn)換部，所述光電轉(zhuǎn)換部將沿著光軸入射的光轉(zhuǎn)換成電荷；控制晶體管，所述控制晶體管根據(jù)輸入電壓來控制輸出電壓；以及電荷累積部，所述電荷累積部在所述光軸上的位于所述控制晶體管與所述光電轉(zhuǎn)換部之間的區(qū)域中累積電荷，并且將與所累積的電荷量相對應的電壓作為所述輸入電壓而提供至所述控制晶體管。這帶來了如下效果：所述電荷被累積到在所述光軸上位于所述控制晶體管與所述光電轉(zhuǎn)換部之間的所述電荷累積部中。

在第一方面中，所述輸出電壓可以是所述控制晶體管的源極與所述控制晶體管的漏極之間的電壓，且所述電荷累積部可以在所述光軸上的位于所述控制晶體管的所述源極及所述漏極與所述光電轉(zhuǎn)換部之間的所述區(qū)域中累積所述電荷。這帶來了如下效果：所述電荷被累積到在所述光軸上位于所述源極及所述漏極與所述光電轉(zhuǎn)換部之間的所述電荷累積部中。

在第一方面中，在與所述光軸垂直的平面內(nèi)，所述電荷累積部的面積可以比所述控制晶體管的面積大。這帶來了如下效果：所述電荷被累積到在與所述光軸垂直的所述平面內(nèi)具有比所述控制晶體管的面積大的面積的所述電荷累積部中。

在第一方面中，所述控制晶體管可以是結(jié)型(junction)場效應晶體管。這帶來如下效果：所述輸出電壓由所述結(jié)型場效應晶體管控制。

在第一方面中，所述控制晶體管可以是金屬氧化物半導體(MOS：metal-oxide-semiconductor)型場效應晶體管。這帶來了如下效果：所述輸出電壓由所述MOS型場效應晶體管控制。

在第一方面中，所述像素電路還可以包括復位晶體管，所述復位晶體管通過將預定電位施加至復位柵極和復位漏極來將所述電荷量設定為初始值，所述復位柵極和所述復位漏極被設置在與所述光軸垂直的平面上。這帶來了如下效果：通過將所述預定電位施加至被設置在與所述光軸垂直的所述平面上的所述復位柵極和所述復位漏極，所述電荷量變成初始值。

在第一方面中，所述復位柵極和所述復位漏極可以沿著從所述控制晶體管的源極到所述控制晶體管的漏極的方向布置著。這帶來了如下效果：通過將所述預定電位施加至沿著從所述控制晶體管的源極至所述控制晶體管的漏極的方向布置著的所述復位柵極和所述復位漏極，所述電荷量變成初始值。

在第一方面中，所述復位柵極和所述復位漏極可以沿著與從所述控制晶體管的源極到所述控制晶體管的漏極的方向正交的方向布置著。這帶來了如下效果：通過將所述預定電位施加至沿著與從所述控制晶體管的源極至所述控制晶體管的漏極的方向正交的方向布置著的所述復位柵極和所述復位漏極，所述電荷量變成初始值。

在第一方面中，所述復位柵極和所述控制晶體管的溝道可以是按照相同的雜質(zhì)分布(impurity profile)而被形成的。這帶來了如下效果：通過將所述預定電位施加至按照與所述控制晶體管的所述溝道的雜質(zhì)分布相同的雜質(zhì)分布而形成的所述復位柵極，所述電荷量變成初始值。

在第一方面中，所述復位柵極可以與所述電荷累積部鄰接。這帶來了如下效果：通過將所述預定電位施加至與所述電荷累積部鄰接的所述復位柵極，所述電荷量變成初始值。

在第一方面中，所述控制晶體管可以包括：源極和漏極；溝道，所述溝道被設置在所述源極與所述漏極之間；以及溝道袋(channel pocket)，所述溝道袋沿著從所述漏極到所述源極的方向而被形成在所述源極與所述漏極之間。所述溝道袋的電位可以高于所述溝道的電位。這帶來了如下效果：所述輸出電壓由上述控制晶體管(在該控制晶體管中，所述溝道袋沿著從所述漏極至所述源極的方向而被形成在所述源極與所述漏極之間)控制。

在第一方面中，所述控制晶體管可以包括：源極和漏極；溝道，所述溝道被設置在所述源極與所述漏極之間；以及溝道屏障(channel barrier)，所述溝道屏障沿著與從所述漏極到所述源極的方向正交的方向而被形成在所述源極與所述漏極之間。所述溝道屏障的電位可以低于所述溝道的電位。這帶來了如下效果：所述輸出電壓由上述控制晶體管(在該控制晶體管中，所述溝道屏障沿著與從所述漏極至所述源極的方向正交的方向而被形成在所述源極與所述漏極之間)控制。

在第一方面中，所述像素電路還可以包括電荷累積部袋，所述電荷累積部袋的電位高于所述電荷累積部的電位。所述電荷累積部袋可以沿著與從所述控制晶體管的漏極到所述控制晶體管的源極的方向正交的方向而被設置在由所述電荷累積部包圍的區(qū)域中。這帶來了如下效果：所述電荷被累積到具有比所述電荷累積部的電位高的電位的所述電荷累積部袋中。

在第一方面中，所述控制晶體管的溝道和所述電荷累積部可以被電荷累積部與溝道間屏障(a barrier between the electric charge accumulation portion and the channel)分離，所述電荷累積部與溝道間屏障被添加有具有比所述溝道的雜質(zhì)的擴散系數(shù)小的擴散系數(shù)的雜質(zhì)。這帶來了如下效果：所述控制晶體管的所述溝道和所述電荷累積部通過所述電荷累積部與溝道間屏障而分離。

在第一方面中，被添加至所述電荷累積部與溝道間屏障中的所述雜質(zhì)可以是銦。這帶來了如下效果：所述控制晶體管的所述溝道和所述電荷累積部通過添加有銦的所述電荷累積部與溝道間屏障而分離。

在第一方面中，被添加至所述電荷累積部與溝道間屏障中的所述雜質(zhì)可以是砷。這帶來了如下效果：所述控制晶體管的所述溝道和所述電荷累積部通過添加有砷的所述電荷累積部與溝道間屏障而分離。

本發(fā)明的第二方面是一種攝像裝置，其包括圖像傳感器和信號處理部。所述圖像傳感器包括針對每個像素而設置的下列部件：光電轉(zhuǎn)換部，所述光電轉(zhuǎn)換部將沿著光軸入射的光轉(zhuǎn)換成電荷；控制晶體管，所述控制晶體管根據(jù)輸入電壓來控制輸出電壓；及電荷累積部，所述電荷累積部在所述光軸上的位于所述控制晶體管與所述光電轉(zhuǎn)換部之間的區(qū)域中累積電荷，并且將與所累積的電荷量相對應的電壓作為所述輸入電壓而提供至所述控制晶體管。所述信號處理部處理所述輸出電壓的電信號。這帶來了如下效果：所述電荷被累積到在所述光軸上位于所述控制晶體管與所述光電轉(zhuǎn)換部之間的所述電荷累積部中。

發(fā)明的有益效果

根據(jù)本發(fā)明，能夠獲得如下的優(yōu)異效果：消除了圖像傳感器中的FD的暗電流，且能夠提高將電荷轉(zhuǎn)換成電壓的轉(zhuǎn)換效率。需要注意的是，這里所說明的效果不一定是限制性的，而是可以表現(xiàn)出本發(fā)明中所說明的任何效果。

附圖說明

圖1是根據(jù)第一實施例的攝像裝置的整體視圖的示例。

圖2是圖示了根據(jù)第一實施例的圖像傳感器的一個構(gòu)造示例的框圖。

圖3是圖示了第一實施例中的像素電路的一個構(gòu)造示例的電路圖。

圖4是第一實施例中的像素電路的表面視圖的示例。

圖5是第一實施例中的像素電路沿著X軸的橫截面圖的示例。

圖6是第一實施例中的像素電路沿著Y軸的橫截面圖的示例。

圖7是第一實施例中的C-C'軸的電位圖。

圖8是第一實施例中的D-D'軸的電位圖。

圖9是第一實施例中的E-E'軸的電位圖。

圖10是第一實施例中的F-F'軸的電位圖。

圖11是第一實施例中的G-G'軸的電位圖。

圖12是圖示了第一實施例的變形例中的像素電路的一個構(gòu)造示例的電路圖。

圖13是圖示了第二實施例中的像素電路的一個構(gòu)造示例的電路圖。

圖14是第二實施例中的像素電路的表面視圖的示例。

圖15是第二實施例中的像素電路沿著X軸的橫截面圖的示例。

圖16是第二實施例中的像素電路沿著Y軸的橫截面圖的示例。

圖17是第二實施例中的C-C'軸的電位圖。

圖18是第二實施例中的D-D'軸的電位圖。

圖19是第二實施例中的E-E'軸的電位圖。

圖20是第二實施例中的F-F'軸的電位圖。

圖21是圖示了第三實施例中的像素電路的一個構(gòu)造示例的電路圖。

圖22是第三實施例中的像素電路的表面視圖的示例。

圖23是第三實施例中的像素電路沿著X軸的橫截面圖的示例。

圖24是第三實施例中的像素電路沿著Y軸的橫截面圖的示例。

圖25是第三實施例中的C-C'軸的電位圖。

圖26是第三實施例中的D-D'軸的電位圖。

圖27是第三實施例中的E-E'軸的電位圖。

圖28是第三實施例中的F-F'軸的電位圖。

圖29是第三實施例中的G-G'軸的電位圖。

圖30是圖示了第四實施例中的像素電路的一個構(gòu)造示例的電路圖。

圖31是第四實施例中的像素電路的表面視圖的示例。

圖32是第四實施例中的像素電路沿著X軸的橫截面圖的示例。

圖33是第四實施例中的像素電路沿著Y軸的橫截面圖的示例。

圖34是第四實施例中的C-C'軸的電位圖。

圖35是第四實施例中的D-D'軸的電位圖。

圖36是第四實施例中的E-E'軸的電位圖。

圖37是第四實施例中的F-F'軸的電位圖。

具體實施方式

下面，將會說明用來實施本發(fā)明的方式(在下文中，稱為實施例)。將按照以下順序進行說明。

1.第一實施例(電荷累積部被設置在JFET控制晶體管與光電轉(zhuǎn)換部之間的示例)

2.第二實施例(電荷累積部以在溝道寬度方向上被復位的方式被設置在JFET控制晶體管與光電轉(zhuǎn)換部之間的示例)

3.第三實施例(電荷累積部被設置在MOS型控制晶體管與光電轉(zhuǎn)換部之間的示例)

4.第四實施例(電荷累積部以在溝道寬度方向上被復位的方式被設置在MOS型控制晶體管與光電轉(zhuǎn)換部之間的示例)

1.第一實施例

[攝像裝置的構(gòu)造示例]

圖1是根據(jù)第一實施例的攝像裝置100的整體視圖的示例。如圖1所示，攝像裝置100包括圖像傳感器200。此外，攝像裝置100包括光學系統(tǒng)，該光學系統(tǒng)將入射光引導至該圖像傳感器200的像素區(qū)域(形成被攝體圖像)，該光學系統(tǒng)例如是使入射光(圖像光)在成像表面上形成圖像的透鏡110。此外，攝像裝置100包括用于驅(qū)動圖像傳感器200的驅(qū)動電路130和用于處理圖像傳感器200的輸出信號的信號處理電路120。

驅(qū)動電路130包括時序發(fā)生器(未圖示)，該時序發(fā)生器用于產(chǎn)生包括啟動脈沖和時鐘脈沖在內(nèi)、用于驅(qū)動圖像傳感器200中的電路的各種時序信號，并且驅(qū)動電路130利用預定的時序信號來驅(qū)動圖像傳感器200。

此外，信號處理電路120對圖像傳感器200的輸出信號執(zhí)行預定的信號處理。通過信號處理電路120處理后的圖像信號例如被記錄在諸如存儲器等記錄介質(zhì)中。記錄在記錄介質(zhì)中的圖像信息由打印機等硬拷貝。此外，通過信號處理電路120處理后的圖像信號作為運動圖像而被顯示在由液晶顯示器等構(gòu)成的監(jiān)視器上。

[圖像傳感器的構(gòu)造示例]

圖2是圖示了第一實施例中的圖像傳感器200的一個構(gòu)造示例的框圖。圖像傳感器200包括行掃描電路210、像素陣列部220、感測電路部240和判定結(jié)果積分電路部260。

行掃描電路210根據(jù)驅(qū)動電路130的控制來依次使各行曝光。

在像素陣列部220中，多個像素電路300在行方向和列方向上以矩陣的形式布置著。各個像素電路都具有光電轉(zhuǎn)換元件并且具有輸出與光子入射相對應的電信號的功能。像素陣列部220例如被形成在第一半導體基板上。

感測電路部240被形成在與第一半導體基板不同的第二半導體基板上。在感測電路部240中，多個感測電路250例如以與像素陣列部220中以矩陣的形式布置著的所述多個像素電路300一一對應的方式、在行方向和列方向上以矩陣的形式布置著。每個感測電路250具有如下功能：從像素電路300接收信號，并且做出關(guān)于在預定時段內(nèi)是否有光子入射到像素電路300上的二值判定(binary determination)。

然后，堆疊第一半導體基板和第二半導體基板。例如，形成在第一半導體基板上的多個像素電路300和形成在第二半導體基板上的多個感測電路250被堆疊成以一一對應的方式彼此面對著。相對的像素電路300和感測電路250通過相應的輸出信號線229而被連接起來。在感測電路部240中，布置在同一行中的各感測電路250的輸出被連接到公共傳輸線259。

判定結(jié)果積分電路部260具有如下功能：針對各個像素，多次對感測電路250的判定結(jié)果進行積分，從而生成具有灰度的二維攝像數(shù)據(jù)。在判定結(jié)果積分電路部260中，判定結(jié)果積分電路261、262……以與感測電路部240中的感測電路250的行布局相對應的方式布置著。

判定結(jié)果積分電路261包括：寄存器271，其用于保持通過第0行的傳輸線259傳輸過來的判定值；計數(shù)電路281，其用于對保持在寄存器271中的值進行計數(shù)；以及存儲器291，其用于存儲計數(shù)電路281的計數(shù)結(jié)果。此外，判定結(jié)果積分電路262包括：寄存器272，其用于保持通過第1行的傳輸線259傳輸過來的判定值；計數(shù)電路282，其用于對保持在寄存器272中的值進行計數(shù)；以及存儲器292，其用于存儲計數(shù)電路282的計數(shù)結(jié)果。

[像素電路的構(gòu)造示例]

圖3是圖示了第一實施例中的像素電路300的一個構(gòu)造示例的電路圖。像素電路300包括復位晶體管301、控制晶體管302、電荷累積部303和光電轉(zhuǎn)換部304。作為復位晶體管301，例如使用了N型的金屬氧化物半導體型場效應晶體管(MOSFET：metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)。作為控制晶體管302，例如使用了N型的結(jié)型場效應晶體管(JFET：junction field-effect transistor)。就像這樣，在像素內(nèi)沒有設置FD的CMD中，能夠消除FD的暗電流并且能夠?qū)㈦姾赊D(zhuǎn)換成電壓時的轉(zhuǎn)換效率提高至比配備有FD的圖像傳感器的轉(zhuǎn)換效率更高的值。此外，在CMD中，通過光接收而產(chǎn)生的電荷會一直被保持著(除非被復位)，并且即使當該電荷作為信號而被讀出時，該電荷也會被保持在累積狀態(tài)中而不消失。由此，就能夠?qū)崿F(xiàn)所謂的非破壞性讀出(nondestructive readout)。

光電轉(zhuǎn)換部304的陽極被施加地電位，且陰極被連接到電荷累積部303。此外，控制晶體管302的柵極被連接到電荷累積部303、源極被連接到感測電路250和恒流電路230、并且漏極充當復位晶體管301的柵極的一部分且被連接到行掃描電路210。此外，復位晶體管301的源極被連接到電荷累積部303、且漏極被連接到行掃描電路210。此外，復位晶體管301具有兩個柵極，這兩個柵極中的一者被連接到控制晶體管302，且另一者被連接到行掃描電路210。在下文中，復位晶體管301的兩個柵極之中的與行掃描電路210連接的那個柵極將稱為“復位柵極”，且漏極將稱為“復位漏極”。

光電轉(zhuǎn)換部304將光轉(zhuǎn)換成電荷。電荷累積部303累積經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換后的電荷，并且將與所累積的電荷量相對應的信號電壓提供至控制晶體管302。

控制晶體管302根據(jù)來自電荷累積部303的信號電壓來控制源極電壓?？刂凭w管302將該源極電壓的電信號提供至感測電路250。需要注意的是，該信號電壓是權(quán)利要求中所說明的輸入電壓的一個示例，且該源極電壓是權(quán)利要求中所說明的輸出電壓的一個示例。

復位晶體管301根據(jù)行掃描電路210的控制而將電荷累積部303的電荷量設定為初始值。

當使電荷量復位時，行掃描電路210將復位漏極、復位柵極和控制晶體管302的漏極設定為高電平，并且當累積電荷(即，曝光)時，行掃描電路210將復位漏極、復位柵極和控制晶體管302的漏極設定為低電平。例如，在曝光開始的時機下，行掃描電路210在一個脈沖時段內(nèi)將復位漏極、復位柵極和控制晶體管302的漏極設定為高電平。即使當這種驅(qū)動被實施時，控制晶體管302也至少在復位的時候在飽和區(qū)域中操作，而且因此，即使漏極電壓發(fā)生改變，溝道電位也不會變化，且漏極電流也不會變化。于是，在復位的時候，電荷累積部303被有效地復位，但是不必要的電流不會從控制晶體管302的溝道泄漏至復位漏極。

圖4是第一實施例中的像素電路300的表面視圖的示例。該像素電路300被形成在半導體基板的兩個表面之中的一側(cè)上，且另一側(cè)用作光接收表面。以該光接收表面作為后表面，與該后表面相反的表面相當于圖4中的前表面。此外，在下文中，從前表面至后表面的方向是向下方向。在前表面上，形成有溝道阻擋部(channel stop)311、復位漏極312、復位漏極延伸部313、復位柵極314、漏極316和源極321。此外，在漏極316與源極321之間形成有溝道袋317、溝道屏障318、交叉區(qū)域319和溝道320。

此外，溝道阻擋部311例如由P型半導體形成。復位漏極312、復位漏極延伸部313、漏極316、溝道320、溝道袋317和源極321例如由N型半導體形成。此外，溝道屏障318例如由P型半導體形成。此外，復位柵極314由N型多晶硅等形成。

復位漏極312和復位柵極314相當于復位晶體管301的漏極和柵極。此外，漏極316和源極321相當于控制晶體管302的漏極和源極。

在下文中，與從源極321至漏極316的方向平行的軸將稱為“Y軸”，光軸將稱為“Z軸”，且與Y軸和Z軸正交的軸將稱為“X軸”。

在Y軸方向上，復位柵極314被設置在與漏極316鄰接的位置處。此外，在Y軸方向上，復位漏極312被設置在復位柵極314的兩側(cè)之中的不與漏極316鄰接的一側(cè)上。此外，復位漏極延伸部313被設置于復位漏極312的在X軸方向上的兩側(cè)上。

此外，溝道袋317在Y軸方向上被設置在漏極316與源極321之間。溝道袋317的電位處于比溝道320的電位高的區(qū)域中。溝道袋317的中央部是跨過稍后所述的溝道屏障318的交叉區(qū)域319。

此外，溝道屏障318在X軸方向上被設置在漏極316與源極321之間。溝道屏障318的中央部是跨過溝道袋317的交叉區(qū)域319。溝道屏障318的電位低于溝道320的電位。

此外，在交叉區(qū)域319中，溝道袋317的N型雜質(zhì)和溝道屏障318的P型雜質(zhì)相互抵消，結(jié)果，交叉區(qū)域319是這樣的區(qū)域：其電位高于溝道屏障318但低于溝道袋317。即，交叉區(qū)域319在X軸方向上充當溝道屏障且在Y軸方向上充當溝道袋。

對于溝道袋317，在溝道320部位的處于溝道寬度方向上的中央部處形成了具有比周圍的電位高的電位的部分，且溝道320部位的電流密度比周圍的電流密度高。此外，電荷累積部303的電位最大值形成在溝道320部位的大體中央部處，且因此，溝道320部位的電流密度最大的部位與電荷累積部303部位的電位最大值的在平面上的位置一致，并且改善了溝道320部位的電位相對于電荷累積部303的電位的調(diào)制程度，由此像素電路300能夠提高將電荷轉(zhuǎn)換成電壓的轉(zhuǎn)換效率。

對于溝道屏障318，使界定溝道電流的鞍點(saddle point)與電荷累積部303的電位最大值的位置一致，因此，改善了溝道320部位的電位相對于電荷累積部303的電位的調(diào)制程度，且因此，像素電路300能夠提高將電荷轉(zhuǎn)換成電壓的轉(zhuǎn)換效率。

電荷累積部303被形成在漏極316和源極321下方，且光電轉(zhuǎn)換部304被形成在電荷累積部303下方。電荷累積部303和光電轉(zhuǎn)換部304是不能從前表面被看到的。因此，在圖4中，電荷累積部303和光電轉(zhuǎn)換部304各自的邊界都用虛線表示。如這些虛線所示，在與光軸垂直的平面中，電荷累積部303的面積大于包括漏極316和源極321的控制晶體管302的面積。

圖5是第一實施例中的像素電路300沿著圖4中的與X軸平行的A-A'軸的橫截面圖的示例。在像素電路300中，后表面P型區(qū)域329位于最低部分處，且在該后表面P型區(qū)域329上設置有溝道阻擋部322和光電轉(zhuǎn)換部304。在光電轉(zhuǎn)換部304上設置有電荷累積部303和電荷累積部袋328，且在電荷累積部303和電荷累積部袋328上設置有電荷累積部與溝道間屏障326。此外，光電轉(zhuǎn)換部304、電荷累積部303、電荷累積部袋328以及電荷累積部與溝道間屏障326被設置在由溝道阻擋部322包圍的區(qū)域中。在電荷累積部與溝道間屏障326上設置有溝道屏障318和交叉區(qū)域319。此外，在溝道阻擋部322以及電荷累積部與溝道間屏障326上設置有溝道阻擋部311，并且溝道屏障318和交叉區(qū)域319被設置在由溝道阻擋部311夾住的區(qū)域中。

后表面P型區(qū)域329、溝道阻擋部322以及電荷累積部與溝道間屏障326例如由P型半導體形成。此外，光電轉(zhuǎn)換部304、電荷累積部303和電荷累積部袋328例如由N型半導體形成。

此外，后表面P型區(qū)域329的下表面相當于像素電路300的后表面，且該后表面被光照射。以此方式被光照射后表面的圖像傳感器稱為背側(cè)照射型圖像傳感器。

為了防止由于在溝道320部位中形成溝道屏障318的影響而導致的電荷累積部303的電位最大值的位置發(fā)生偏離，用N型雜質(zhì)以與溝道屏障318大體相同的平面圖案來形成電荷累積部袋328，以便消除溝道屏障318對電荷累積部303的電位的影響。結(jié)果，就使得界定所述溝道電流的所述鞍點與電荷累積部303的電位最大值的位置一致，由此，改善了溝道320部位的電位相對于電荷累積部303的電位的調(diào)制程度，且因此，像素電路300能夠提高將電荷轉(zhuǎn)換成電壓的轉(zhuǎn)換效率。

電荷累積部與溝道間屏障326將漏極316、源極321及溝道320與電荷累積部303分離。電荷累積部與溝道間屏障326是通過摻雜具有比漏極316、源極321和溝道320的雜質(zhì)的擴散系數(shù)小的擴散系數(shù)的雜質(zhì)(例如，銦)而被形成的。需要注意的是，摻雜在電荷累積部與溝道間屏障326中的雜質(zhì)不限于銦，只要這些雜質(zhì)具有比溝道320等的雜質(zhì)的擴散系數(shù)小的擴散系數(shù)即可。一個示例可以是硼。此外，例如，當控制晶體管302是P溝道晶體管時，砷或磷能夠用作電荷累積部與溝道間屏障326的雜質(zhì)。

通過形成電荷累積部與溝道間屏障326而減小了各雜質(zhì)的重疊量，就能夠減小當像素電路300中的雜質(zhì)的總量發(fā)生波動時各個區(qū)域中的電位的變化量。即，能夠改善抵抗干擾(諸如雜質(zhì)總量的變化等)的穩(wěn)健性。

圖6是第一實施例中的像素電路300沿著圖4中的與Y軸平行的B-B'軸的橫截面圖的示例。在后表面P型區(qū)域329上設置有光電轉(zhuǎn)換部304和溝道阻擋部322，且在光電轉(zhuǎn)換部304上設置有電荷累積部303和P阱323。電荷累積部303的中央部是與沿X軸方向設置著的電荷累積部袋328交叉的交叉區(qū)域319。在電荷累積部袋328上方設置有電荷累積部與溝道間屏障326，且在電荷累積部與溝道間屏障326上設置有溝道袋317。溝道袋317的中央部是與沿X軸方向設置著的溝道屏障318交叉的交叉區(qū)域319。

在Z軸(光軸)上，在漏極316與電荷累積部303之間設置有漏極屏障325，以使漏極316與電荷累積部303分離，而且在源極321與電荷累積部303之間設置有源極屏障327，以使源極321與電荷累積部303分離。此外，在復位柵極314的正下方設置有溝道315，而且在Z軸(光軸)上在溝道315與電荷累積部303之間設置有電荷累積部與溝道間屏障324，以使溝道315與電荷累積部303分離。如上所述，在Z軸(光軸)上，電荷累積部303被設置在控制晶體管302的漏極316及源極321與光電轉(zhuǎn)換部304之間。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，與過去的將電荷累積部設置在控制晶體管內(nèi)側(cè)(在源極與漏極之間)的結(jié)構(gòu)相比，能夠減小控制晶體管302的在與光軸正交的平面上的面積。因此，能夠在維持檢出精度的同時使像素小型化。

此外，復位漏極312被形成得具有與電荷累積部303的深度相同的深度。由此，復位漏極312與電荷累積部303鄰接，且能夠通過在與Z軸(光軸)垂直的方向上施加電壓來使電荷累積部303復位。通過在與光軸垂直的方向上施加電壓而進行的這種復位稱為橫向復位(lateral reset)。

P阱323例如由低濃度P型半導體形成。此外，溝道315例如由N型半導體形成。電荷累積部與溝道間屏障324、漏極屏障325和源極屏障327例如由P型半導體形成。此外，復位柵極314和控制晶體管302的溝道320是按照相同的雜質(zhì)分布而被形成的。

溝道315相當于復位晶體管301的溝道。除了用作控制晶體管302的漏極之外，漏極316還用作復位晶體管301的兩個柵極中的一個柵極。以此方式，漏極316還充當復位晶體管301的該柵極，并且因此，甚至用低電壓也能夠使漏極316完全復位。

圖7是第一實施例中的C-C'軸的電位圖。圖7的橫軸為圖5的C-C'軸，且縱軸為電位。在圖7中，粗線表示C-C'軸的在曝光和復位時的電位。如該粗線所示，交叉區(qū)域319的電位略高于溝道屏障318的電位。另一方面，粗虛線表示當在漏極316與源極321之間沿著Y軸(從漏極316至源極321的方向)移動C-C'軸時在曝光和復位時的電位。這里，進行如下假設：通過這種移動，C-C'軸經(jīng)過區(qū)域屏障318和交叉區(qū)域319的區(qū)域并且到達不存在溝道屏障318的區(qū)域。即，到達溝道320和溝道袋317。如上所述，溝道320和溝道袋317具有比溝道屏障318和交叉區(qū)域319的電位高的電位。因此，如圖7所示，粗虛線形狀是粗實線沿向下的方向(即，電位變高的方向)稍微位移的形狀。

圖8是第一實施例中的D-D'軸的電位圖。圖8的橫軸為圖5的D-D'軸，且縱軸為電位。在圖8中，粗線表示D-D'軸上的在曝光和復位時的電位。如該粗線所示，應當理解的是，由于電荷累積部袋328的效果，電荷累積部303中的具有最高電位的部分被形成在電荷累積部303的中央部中，即，處于與交叉區(qū)域319相對應的部分中。

圖9是第一實施例中的E-E'軸的電位圖。圖9的橫軸為圖6的E-E'軸，且縱軸為電位。在圖9中，粗線表示E-E'軸的在曝光時的電位，且點劃線表示E-E'軸的在復位時的電位。如圖9所示，在復位時，高電平電位被施加至復位漏極312、復位柵極314和漏極316。因此，復位晶體管301被接通，且電荷累積部303被初始化。另一方面，在曝光時，低電平電位被施加至復位漏極312、復位柵極314和漏極316。因此，復位晶體管301被關(guān)閉，且電荷被累積在電荷累積部303中。此外，交叉區(qū)域319的電位比溝道袋317的電位低。

這里，稍后所述的MOSFET具有這樣的結(jié)構(gòu)：在該結(jié)構(gòu)中，柵極與溝道二者之間的電容跟溝道與電荷累積部二者之間的電容是串聯(lián)連接的。因此，在設置有MOSFET的像素電路中，溝道電位的相對于電荷累積部的電位的調(diào)制程度M1和將電子轉(zhuǎn)換成電壓的轉(zhuǎn)換效率R1例如是通過以下表達式來獲得的：

M1＝C3/(C1+C2+C3) 表達式1

R1＝C3·q/{(C1+C2)·C3+(C1+C2+C3)·C4} 表達式2

在表達式1中，C1是柵極與溝道之間的電容，且C2是溝道阻擋部與溝道之間的電容。此外，C3是溝道與電荷累積部之間的電容。此外，在表達式2中，C4是電荷累積部與光電轉(zhuǎn)換部之間的電容，且q是電荷量。此外，轉(zhuǎn)換效率R1的單位例如為mV/e^-。

相比之下，作為JFET的控制晶體管302沒有柵極-溝道間電容(C1)。因此，像素電路300中的調(diào)制程度M2和轉(zhuǎn)換效率R2例如是通過以下表達式來獲得的：

M2＝C3/(C2+C3) 表達式3

R2＝C3·q/{C2·C3+(C2+C3)·C4} 表達式4

能夠理解的是，在表達式1中，MOS型的調(diào)制程度M1低至大約0.3，而在表達式3中，結(jié)型的調(diào)制程度M2大約為0.9，并且在該結(jié)型中，能夠使調(diào)制程度變成約3倍。此外，根據(jù)表達式2和表達式4，能夠理解的是，在結(jié)型中也能夠使轉(zhuǎn)換效率變成約3倍。例如，電荷累積部303被形成在距硅表面約0.5微米(μm)的深度處，且控制晶體管302的尺寸被設定為0.5微米(μm)×0.5微米(μm)，由此，轉(zhuǎn)換效率能夠為3mV/e^-。因此，控制晶體管302能夠檢出一個電子。

圖10是第一實施例中的F-F'軸的電位圖。圖10的橫軸為圖6的F-F'軸，且縱軸為電位。在圖10中，粗線表示F-F'軸的在曝光時的電位，且點劃線表示F-F'軸的在復位時的電位。如圖10所示，在復位時，高電平電位被施加至復位漏極312、復位柵極314和漏極316。另一方面，在曝光時，低電平電位被施加至復位漏極312、復位柵極314和漏極316。

圖11是第一實施例中的G-G'軸的電位圖。圖11的橫軸為圖6的G-G'軸，且縱軸為電位。如圖11所示，電荷累積部與溝道間屏障326具有比溝道320內(nèi)的交叉區(qū)域319和電荷累積部303的電位低的電位，并且電荷累積部與溝道間屏障326使溝道320與電荷累積部303分離。此外，溝道320的距Si表面的深度例如為0.1微米(μm)，且電荷累積部與溝道間屏障326的距Si表面的深度例如為0.3微米(μm)。此外，電荷累積部303的距Si表面的深度例如為0.5微米(μm)。各雜質(zhì)被形成在硅中的深度比在過去結(jié)構(gòu)中的深度更深，由此，減少了各雜質(zhì)的重疊，改善了穩(wěn)健性，并且減小了電容，因而能夠提高轉(zhuǎn)換效率。盡管飽和信號電荷量減少了，但是在全數(shù)字圖像傳感器的情況下，由于在原理上僅需要累積一個電子，所以上述減少并不會成為問題。

如上所述，溝道320和電荷累積部303由N型半導體形成，且電荷累積部與溝道間屏障326由P型半導體形成。這里，通常，在P型半導體和N型半導體相互交叉的區(qū)域中，因雜質(zhì)的劑量的制造差異而引起的電位的變化量變大。例如，進行如下假設：如果雜質(zhì)的制造差異為雜質(zhì)總量的1％，則當P型雜質(zhì)增加1個單位時，電位就增加1伏(V)，且當N型雜質(zhì)增加1個單位時，電位降低1伏(V)。此外，進行如下假設：如果P型雜質(zhì)和N型雜質(zhì)各者均增加1個單位，則有效量將會增加0.5個單位且無效量增加0.5個單位。在這種情況下，電位的變化量達到20V。

在未摻雜諸如銦等具有小的擴散系數(shù)的雜質(zhì)的構(gòu)造中，如上所述，在溝道320及電荷累積部303與電荷累積部與溝道間屏障326之間的邊界處的電位變化變大。結(jié)果，在雜質(zhì)分布中，溝道320等的分布跟電荷累積部與溝道間屏障326的分布之間的重疊部分可能增加。然而，由于在電荷累積部與溝道間屏障326中摻雜了具有小的擴散系數(shù)的雜質(zhì)(例如，銦)，所以重疊部分減少了，且相對于雜質(zhì)的劑量的差異而發(fā)生的電位變化量降低了。即，構(gòu)建出了如下結(jié)構(gòu)：在該結(jié)構(gòu)中，即使存在著諸如雜質(zhì)的劑量的差異等干擾，電位變化也會很小。換言之，構(gòu)建出了抗干擾的穩(wěn)健結(jié)構(gòu)。

如上所述，根據(jù)本發(fā)明的第一實施例，電荷累積部303在光軸上位于控制晶體管302與光電轉(zhuǎn)換部304之間，且控制晶體管302的面積能夠變得小于電荷累積部303的面積。因此，能夠消除FD的暗電流并且能夠提高將電荷轉(zhuǎn)換成電壓的轉(zhuǎn)換效率。

[變形例]

在第一實施例中，設置有N型復位晶體管和控制晶體管，但是也可以設置P型復位晶體管和控制晶體管。第一實施例的變形例的像素電路300與第一實施例的像素電路300的不同之處在于設置有P型復位晶體管和控制晶體管。

圖12是圖示了第一實施例的變形例中的像素電路300的一個構(gòu)造示例的電路圖。該變形例的像素電路300與第一實施例的像素電路300的不同之處在于，設置了復位晶體管331和控制晶體管332來代替復位晶體管301和控制晶體管302。

復位晶體管331是P型MOSFET，且控制晶體管332是P型JFET。在這種情況下，電源被連接到光電轉(zhuǎn)換部304的陰極，且電荷累積部303被連接到光電轉(zhuǎn)換部304的陽極。此外，在復位時，低電平電位被施加至復位漏極312、復位柵極314和漏極316，并且在曝光時，高電平電位被施加至復位漏極312、復位柵極314和漏極316。

如上所述，根據(jù)第一實施例的變形例，設置有P型復位晶體管331和控制晶體管332，且因此，能夠用低電平電位來進行復位。

2.第二實施例

盡管在第一實施例中，復位晶體管301在Y軸方向(從源極321至漏極316的方向)上施加電壓，但是該電壓也能夠在與Y軸正交的X軸方向(即，溝道寬度的方向)上被施加。第二實施例的像素電路300與第一實施例的像素電路300的不同之處在于，復位晶體管在X軸方向上施加電壓。

圖13是圖示了第二實施例中的像素電路300的一個構(gòu)造示例的電路圖。第二實施例的像素電路300與第一實施例的像素電路300的不同之處在于，設置了復位晶體管305來代替復位晶體管301。作為復位晶體管305，例如使用N型MOSFET。復位晶體管305不具有兩個柵極，而是具有與行掃描電路210連接的一個柵極。此外，控制晶體管302的漏極僅被連接到行掃描電路210。盡管N型晶體管被設置為復位晶體管305，但是也可以將P型晶體管設置為復位晶體管305。

圖14是第二實施例中的像素電路300的表面視圖的示例。第二實施例的復位柵極314在X軸上被設置在與溝道320及溝道屏障318鄰接的位置處。此外，在第二實施例中，在復位柵極314的處于Y軸上的兩側(cè)上還設置有復位屏障330。此外，第二實施例的復位漏極312被設置在復位柵極314的處于X軸上的兩側(cè)之中的不與溝道320鄰接的一側(cè)上。如上所述，復位漏極312和復位柵極314沿著X軸布置著，因此，復位方向(即，施加電壓的方向)能夠被設定在X軸方向上。

圖15是第二實施例中的像素電路300沿著圖14中的與X軸平行的A-A'軸的橫截面圖的示例。后表面P型區(qū)域329被布置在最低部分處，且在該后表面P型區(qū)域329上設置有光電轉(zhuǎn)換部304和溝道阻擋部322。此外，在光電轉(zhuǎn)換部304上設置有電荷累積部袋328、電荷累積部303和P阱323。電荷累積部袋328被設置在由電荷累積部303包圍的區(qū)域中。在電荷累積部303和電荷累積部袋328上設置有電荷累積部與溝道間屏障326，且在電荷累積部與溝道間屏障326上設置有溝道屏障318和交叉區(qū)域319。在溝道屏障318上方設置有復位柵極314。此外，復位漏極312被形成得具有與電荷累積部303的深度相同的深度。

圖16是第二實施例中的像素電路300沿著圖14中的與Y軸平行的B-B'軸的橫截面圖的示例。如圖16所示，在后表面P型區(qū)域329上設置有溝道阻擋部322和光電轉(zhuǎn)換部304。此外，在光電轉(zhuǎn)換部304上設置有電荷累積部303和P阱323，且在電荷累積部303上設置有電荷累積部與溝道間屏障326。電荷累積部303的中央部是與沿X軸方向設置著的電荷累積部袋328交叉的交叉區(qū)域319。在電荷累積部與溝道間屏障326上設置有溝道袋317和交叉區(qū)域319。此外，在溝道阻擋部322和P阱323上設置有溝道阻擋部311。另外，在Z軸(光軸)上，在漏極316與電荷累積部303之間設置有漏極屏障325，且在源極321與電荷累積部303之間設置有源極屏障327。

圖17是第二實施例中的C-C'軸的電位圖。圖17的橫軸為圖15的C-C'軸，且縱軸為電位。在圖17中，粗線表示C-C'軸的在曝光時的電位，且點劃線表示C-C'軸的在復位時的電位。如圖17所示，在復位時，高電平電位被施加至復位柵極314，并且在曝光時，低電平電位被施加至復位柵極314。與第一實施例不同，復位漏極312的電位是未被控制的，而是固定值。與其中漏極316還充當復位晶體管的柵極的第一實施例不同，在第二實施例中，僅復位柵極314的電位是受到控制的，且因此，復位脈沖的振幅變大。然而，行掃描電路210僅需要驅(qū)動復位柵極314，且因此優(yōu)點在于：該驅(qū)動比第一實施例中的驅(qū)動更簡單。另外，復位方向與電荷累積部袋328的方向相同，且因此優(yōu)點還在于：與第一實施例相比，更少可能會出現(xiàn)“復位殘余(unresetting)”。這里，復位殘余是指如下的現(xiàn)象：在剛剛復位之后，在電荷累積部303中剩余了超過容許量的電荷。在第二實施例中，在復位漏極312和控制晶體管302的溝道320之間建立接通狀態(tài)，但是它們在結(jié)構(gòu)上與多漏極(multi-drain)晶體管是相同的。因此，如果控制晶體管302由恒流電路230驅(qū)動，則與第一實施例相比，總電流沒有增加。

圖18是第二實施例中的D-D'軸的電位圖。圖18的橫軸為圖15的D-D'軸，且縱軸為電位。在圖18中，粗線表示D-D'軸的在曝光時的電位，且點劃線表示D-D'軸的在復位時的電位。如圖18所示，在復位時，高電平電位被施加至復位柵極314，并且在曝光時，低電平電位被施加至復位柵極314。

圖19是第二實施例中的E-E'軸的電位圖。圖19的橫軸為圖16的E-E'軸，且縱軸為電位。在圖19中，粗線表示E-E'軸的在曝光和復位時的電位。如粗線所示，交叉區(qū)域319的電位略低于溝道袋317的電位。

圖20是第二實施例中的F-F'軸的電位圖。圖20的橫軸為圖16的F-F'軸，且縱軸為電位。在圖20中，粗線表示F-F'軸的在曝光和復位時的電位。如粗線所示，電荷累積部袋328的電位高于電荷累積部303的電位。

需要注意的是，第二實施例中的G-G'時的電位圖與第一實施例中的G-G'時的電位圖相同。

如上所述，根據(jù)第二實施例，復位柵極和復位漏極被布置在與從源極321至漏極316的方向正交的X軸方向上，且因此能夠通過在X軸方向上施加電場來執(zhí)行復位。因此，復位控制被簡化，且很難出現(xiàn)復位殘余。

3.第三實施例

在第一實施例中，JFET被設置為控制晶體管302，但是也能夠?qū)OSFET設置為控制晶體管302。第三實施例的像素電路300與第一實施例的像素電路300的不同之處在于，MOSFET被設置為控制晶體管302。

圖21是圖示了第三實施例中的像素電路300的一個構(gòu)造示例的電路圖。第三實施例的像素電路300與第一實施例的像素電路300的不同之處在于，包括了MOSFET的控制晶體管306來代替JFET的控制晶體管302。

控制晶體管306的背柵(back gate)被連接到電荷累積部303，且控制晶體管306的柵極被連接到行掃描電路210?？刂凭w管306的源極與漏極之間的連接與第一實施例中的連接相同。此外，第三實施例的行掃描電路210在復位時將低電平電位施加至控制晶體管306的柵極，并且在曝光時將高電平電位施加至控制晶體管306的柵極。需要注意的是，例如通過表達式1和表達式2來獲得第三實施例的調(diào)制程度M1和轉(zhuǎn)換效率R1。盡管N型晶體管被設置為復位晶體管301和控制晶體管306，但是也可將P型晶體管設置為復位晶體管301和控制晶體管306。

第三實施例的行掃描電路210能夠?qū)⒂糜谶x擇像素電路300的選擇脈沖提供至控制晶體管306的柵極。因此，在保持了高的轉(zhuǎn)換效率的同時還能選擇像素的應用能夠被適用至輻射檢測裝置100。這里，控制脈沖的脈沖時段相當于用于選擇像素的時段，且從復位脈沖至控制脈沖結(jié)束的時段相當于曝光時段。

圖22是第三實施例中的像素電路300的表面視圖的示例。第三實施例的像素電路300與第一實施例的像素電路300的不同之處在于，在漏極316與源極321之間還設置有像素柵極341。像素柵極341相當于控制晶體管306的柵極。

圖23是第三實施例中的像素電路300沿著圖22中的與X軸平行的A-A'軸的橫截面圖的示例。第三實施例的像素電路300與第一實施例的像素電路300的不同之處在于：還包括像素柵極341和表面P層342。表面P層342被設置在溝道屏障318和交叉區(qū)域319上，且像素柵極341被設置在該表面P層上方。需要注意的是，該構(gòu)造也可以是如下這樣：不設置表面P層342。

圖24是第三實施例中的像素電路300沿著圖22中的與Y軸平行的B-B'軸的橫截面圖的示例。表面P層342被設置在溝道袋317和交叉區(qū)域319上，且像素柵極341被設置在該表面P層上方。

圖25是第三實施例中的C-C'軸的電位圖。圖25的橫軸為圖23的C-C'軸，且縱軸為電位。在圖25中，粗線表示C-C'軸的在曝光時的電位，且點劃線表示C-C'軸的在復位時的電位。在復位時，低電平電位被施加至像素柵極341，且像素柵極341正下方的溝道屏障318和交叉區(qū)域319變?yōu)榈碗娖?。另一方面，在曝光時，高電平電位被施加至像素柵極341，且像素柵極341正下方的溝道屏障318和交叉區(qū)域319變?yōu)楦唠娖健?/p>

圖26是第三實施例中的D-D'軸的電位圖。圖26的橫軸為圖23的D-D'軸，且縱軸為電位。在圖26中，粗線表示D-D'軸的在曝光時的電位，且點劃線表示D-D'軸的在復位時的電位。如圖26所示，在復位時，低電平電位被施加至像素柵極341，且像素柵極341下方的電荷累積部303和電荷累積部袋328變?yōu)榈碗娖健Ａ硪环矫?，在曝光時，高電平電位被施加至像素柵極341，且像素柵極341下方的電荷累積部303和電荷累積部袋328變?yōu)楦唠娖健?/p>

圖27是第三實施例中的E-E'軸的電位圖。圖27的橫軸為圖24的E-E'軸，且縱軸為電位。在圖27中，粗線表示E-E'軸的在曝光時的電位，且點劃線表示在使E-E'軸復位時的電位。如圖27所示，在復位時，高電平電位被施加至復位漏極312、復位柵極314和漏極316。此外，低電平電位被施加至像素柵極341，且溝道袋317的電位和交叉區(qū)域319的電位變?yōu)榈碗娖?。另一方面，在曝光時，低電平電位被施加至復位漏極312、復位柵極314和漏極316。此外，高電平電位被施加至像素柵極341，且溝道袋317的電位和交叉區(qū)域319的電位變?yōu)楦唠娖健?/p>

圖28是第三實施例中的F-F'軸的電位圖。圖28的橫軸為圖24的F-F'軸，且縱軸為電位。在圖28中，粗線表示F-F'軸的在曝光時的電位，且點劃線表示F-F'軸的在復位時的電位。如圖28所示，在復位時，高電平電位被施加至復位漏極312和復位柵極314。另一方面，在曝光時，低電平電位被施加至復位漏極312和復位柵極314。

圖29是第三實施例中的G-G'軸的電位圖。圖29的橫軸為圖24的G-G'軸，且縱軸為電位。第三實施例的溝道320的距表面的深度例如為0.2微米(μm)。此外，第三實施例的電荷累積部與溝道間屏障326的深度以及電荷累積部303的深度與第一實施例中的深度相同。

如上所述，根據(jù)第三實施例，MOSFET被設置為控制晶體管，且由此，行掃描電路210還能夠提供用于選擇像素的選擇脈沖。

4.第四實施例

盡管在第三實施例中復位晶體管301在Y軸方向(從源極321至漏極316的方向)上施加電場，但是該電場也能夠在X軸方向上被施加。第四實施例的像素電路300與第三實施例的像素電路300的不同之處在于，復位晶體管在X軸方向上施加電場。

圖30是圖示了第四實施例中的像素電路300的一個構(gòu)造示例的電路。第四實施例的像素電路300與第三實施例的像素電路300的不同之處在于，包括了復位晶體管305來代替復位晶體管301。復位晶體管305的構(gòu)造與第二實施例的復位晶體管的構(gòu)造相同。盡管N型晶體管被設置為復位晶體管305和控制晶體管306，但是也可將P型晶體管設置為復位晶體管305和控制晶體管306。

圖31是第四實施例中的像素電路300的表面視圖的示例。第四實施例的復位柵極314在X軸方向上被設置在與溝道320及溝道屏障318鄰接的位置處。此外，在復位柵極314的處于Y軸方向上的兩側(cè)上還設置有復位屏障330。此外，第四實施例的復位漏極312被設置在復位柵極314的處于X軸方向上的兩側(cè)之中的不與溝道320鄰接的一側(cè)上。

圖32是第四實施例中的像素電路300沿著圖31中的與X軸平行的A-A'軸的橫截面圖的示例。以與第三實施例相同的方式，在第四實施例的溝道屏障318和交叉區(qū)域319上設置有表面P層342，并且在表面P層342上方設置有像素柵極341。此外，在第四實施例中，除了像素柵極341和表面P層342以外的構(gòu)造與第二實施例中的構(gòu)造相同。

圖33是第四實施例中的像素電路300沿著圖31中的與Y軸平行的B-B'軸的橫截面圖的示例。以與第三實施例相同的方式，在第四實施例的溝道袋317和交叉區(qū)域319上設置有表面P層342，且在表面P層342上方設置有像素柵極341。此外，在第四實施例中，除了像素柵極341和表面P層342之外的構(gòu)造與第二實施例中的構(gòu)造相同。

圖34是第四實施例中的C-C'軸的電位圖。圖34的橫軸為圖32的C-C'軸，且縱軸為電位。在圖34中，粗線表示C-C'軸的在曝光時的電位，且點劃線表示C-C'軸的在復位時的電位。如圖34所示，在復位時，高電平電位被施加至復位柵極314，低電平電位被施加至像素柵極341，且溝道屏障318的電位和交叉區(qū)域319的電位變?yōu)榈碗娖?。另一方面，在曝光時，低電平電位被施加至復位柵極314，高電平電位被施加至像素柵極341，且溝道屏障318的電位和交叉區(qū)域319的電位變?yōu)楦唠娖健?/p>

圖35是第四實施例中的D-D'軸的電位圖。圖35的橫軸為圖32的D-D'軸，且縱軸為電位。在圖35中，粗線表示D-D'軸的在曝光時的電位，且點劃線表示D-D'軸的在復位時的電位。如圖35所示，在復位時，高電平電位被施加至復位柵極314，并且在曝光時，低電平電位被施加至復位柵極314。

圖36是第四實施例中的E-E'軸的電位圖。圖36的橫軸為圖33中的E-E'軸，且縱軸為電位。在圖36中，粗線表示E-E'軸的在曝光時的電位，且點劃線表示E-E'軸的在復位時的電位。如圖36所示，在復位時，低電平電位被施加至像素柵極341，且溝道袋317的電位和交叉區(qū)域319的電位變?yōu)榈碗娖健Ａ硪环矫?，在曝光時，高電平電位被施加至像素柵極341，且溝道袋317的電位和交叉區(qū)域319的電位變?yōu)楦唠娖健?/p>

圖37是第四實施例中的F-F'軸的電位圖。圖37的橫軸為圖33的F-F'軸，且縱軸為電位。在圖37中，粗線表示F-F'軸的在曝光時的電位，且點劃線表示F-F'軸的在復位時的電位。如圖37所示，在復位時，低電平電位被施加至像素柵極341，且像素柵極341下面的電荷累積部303和電荷累積部袋328變?yōu)榈碗娖?。另一方面，在曝光時，高電平電位被施加至像素柵極341，且像素柵極341下面的電荷累積部303和電荷累積部袋328變?yōu)楦唠娖健?/p>

需要注意的是，第四實施例中的G-G'時的電位圖與第三實施例中的G-G'時的電位圖相同。

如上所述，根據(jù)第四實施例，MOSFET被設置為控制晶體管，且復位柵極和復位漏極被布置在X軸方向上，因此，能夠通過在X軸方向上施加電場來復位，并且能夠提供選擇脈沖。

上述各實施例是用于體現(xiàn)本發(fā)明的示例，且各實施例中的各事項與權(quán)利要求中的發(fā)明特定事項具有對應關(guān)系。同樣地，各實施例中的事項和權(quán)利要求中的由相同名稱表示的發(fā)明特定事項具有相互對應的關(guān)系。然而，本發(fā)明不限于這些實施例，并且在不偏離本發(fā)明的實質(zhì)的情況下，可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)實施這些實施例的各種修改。

另外，本說明書中所說明的效果不是限制性的，而僅僅是示例，且可以存在額外的效果。

另外，本發(fā)明還可以按如下方式配置而成。

(1)一種像素電路，其包括：

光電轉(zhuǎn)換部，其將沿著光軸入射的光轉(zhuǎn)換成電荷；

控制晶體管，其根據(jù)輸入電壓來控制輸出電壓；以及

電荷累積部，其在所述光軸上的位于所述控制晶體管與所述光電轉(zhuǎn)換部之間的區(qū)域中累積電荷，并且將與所累積的電荷量相對應的電壓作為所述輸入電壓而提供至所述控制晶體管。

(2)如(1)所述的像素電路，其中，

所述輸出電壓是所述控制晶體管的源極與所述控制晶體管的漏極之間的電壓，且

所述電荷累積部在所述光軸上的位于所述源極和所述漏極與所述光電轉(zhuǎn)換部之間的所述區(qū)域中累積所述電荷。

(3)如(1)或(2)所述的像素電路，其中，

在與所述光軸垂直的平面內(nèi)，所述電荷累積部具有比所述控制晶體管的面積大的面積。

(4)如(1)至(3)中任一項所述的像素電路，其中，

所述控制晶體管是結(jié)型場效應晶體管。

(5)如(1)至(3)中任一項所述的像素電路，其中，

所述控制晶體管是金屬氧化物半導體(MOS)型場效應晶體管。

(6)如(1)所述的像素電路，其還包括：

復位晶體管，其通過將預定電位施加至復位柵極和復位漏極來將所述電荷量設定為初始值，所述復位柵極和所述復位漏極被設置在與所述光軸垂直的平面上。

(7)如(6)所述的像素電路，其中，

所述復位柵極和所述復位漏極沿著從所述控制晶體管的源極到所述控制晶體管的漏極的方向布置著。

(8)如(6)所述的像素電路，其中，

所述復位柵極和所述復位漏極沿著與從所述控制晶體管的源極到所述控制晶體管的漏極的方向正交的方向布置著。

(9)如(6)至(8)中任一項所述的像素電路，其中，

所述復位柵極和所述控制晶體管的溝道是按照相同的雜質(zhì)分布而被形成的。

(10)如(6)至(9)中任一項所述的像素電路，其中

所述復位柵極與所述電荷累積部鄰接。

(11)如(1)至(10)中任一項所述的像素電路，

其中所述控制晶體管包括：

源極和漏極；

溝道，其被設置在所述源極與所述漏極之間；以及

溝道袋，其沿著從所述漏極到所述源極的方向而被形成在所述源極與所述漏極之間，

其中所述溝道袋的電位高于所述溝道的電位。

(12)如(1)至(11)中任一項所述的像素電路，

其中所述控制晶體管包括：

源極和漏極；

溝道，其被設置在所述源極與所述漏極之間；以及

溝道屏障，其沿著與從所述漏極到所述源極的方向正交的方向而被形成在所述源極與所述漏極之間，

其中所述溝道屏障的電位低于所述溝道的電位。

(13)如(1)至(12)中任一項所述的像素電路，其還包括：

電荷累積部袋，所述電荷累積部袋的電位高于所述電荷累積部的電位，

其中，所述電荷累積部袋沿著與從所述控制晶體管的漏極到所述控制晶體管的源極的方向正交的方向而被設置在由所述電荷累積部包圍的區(qū)域中。

(14)如(1)至(13)中任一項所述的像素電路，其中，

所述控制晶體管的溝道和所述電荷累積部被電荷累積部與溝道間屏障而分離，所述電荷累積部與溝道間屏障被添加有具有比所述溝道的雜質(zhì)的擴散系數(shù)小的擴散系數(shù)的雜質(zhì)。

(15)如(14)所述的像素電路，其中，

被添加至所述電荷累積部與溝道間屏障中的所述雜質(zhì)是銦。

(16)如(14)所述的像素電路，其中，

被添加至所述電荷累積部與溝道間屏障中的所述雜質(zhì)是砷。

(17)一種攝像裝置，其包括：

圖像傳感器，其包括針對每個像素而設置的下列部件：光電轉(zhuǎn)換部，所述光電轉(zhuǎn)換部將沿著光軸入射的光轉(zhuǎn)換成電荷；控制晶體管，所述控制晶體管根據(jù)輸入電壓來控制輸出電壓；及電荷累積部，所述電荷累積部在所述光軸上的位于所述控制晶體管與所述光電轉(zhuǎn)換部之間的區(qū)域中累積電荷，并且將與所累積的電荷量相對應的電壓作為所述輸入電壓而提供至所述控制晶體管；以及

信號處理部，其處理所述輸出電壓的電信號。

附圖標記列表

100 攝像裝置

110 透鏡

120 信號處理部

130 驅(qū)動電路

200 圖像傳感器

210 行掃描電路

220 像素陣列部

230 恒流電路

240 感測電路部

250 感測電路

260 判定結(jié)果積分電路部

261、262 判斷結(jié)果積分電路

271、272 寄存器

281、282 計數(shù)電路

291、292 存儲器

300 像素電路

301、305、331 復位晶體管

302、306、332 控制晶體管

303 電荷累積部

304 光電轉(zhuǎn)換部

311、322 溝道阻擋部

312 復位漏極

313 復位漏極延伸部

314 復位柵極

315、320 溝道

316 漏極

317 溝道袋

318 溝道屏障

319 交叉區(qū)域

321 源極

323 P阱

324、326 電荷累積部與溝道間屏障

325 漏極屏障

327 源極屏障

328 電荷累積部袋

329 后表面P型區(qū)域

330 復位屏障

341 像素柵極

342 表面P層