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公開番号2023165327
公報種別公開特許公報(A)
公開日2023-11-15
出願番号2022076225
出願日2022-05-02
発明の名称積層型撮像素子
出願人日本放送協会
代理人個人,個人
主分類H01L 27/146 20060101AFI20231108BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】 素子全体の厚みを薄くしてコンパクト化を促進することができるとともに、光電変換層として有機膜を用いたことによる、下地回路への寄生容量成分の増加を抑制し得る垂直色分離型の積層型撮像素子を提供する。
【解決手段】 信号の読出し処理を行う信号読出し回路部111、121、131の上方位置に、上方からの光を光電変換する、画素電極116、126、136と対向電極114、124、134とで挟持した有機膜112、122、132を積層してなる光情報取得部110、120、130を少なくとも1つ備えてなる積層型撮像素子200において、画素電極116、126、136と対向電極114、124、134の間に有機膜112、122、132の比誘電率よりも低い比誘電率を有する無機材料からなる所定厚みの無機バッファ層113、123、133を配設した。
【選択図】図2

特許請求の範囲【請求項1】
信号の読出し処理を行う信号読出し回路部の上方位置に、上方からの光を光電変換する、画素電極と対向電極に挟持された有機膜を積層してなる光情報取得部を少なくとも1つ備えてなる積層型撮像素子であって、
前記画素電極と前記対向電極の間に該有機膜の比誘電率よりも低い比誘電率の無機材料からなる無機バッファ層が配設されたことを特徴とする積層型撮像素子。
続きを表示(約 410 文字)【請求項2】
前記無機バッファ層が、前記有機膜と前記対向電極の間に配設されたことを特徴とする請求項1に記載の積層型撮像素子。
【請求項3】
3原色光の各々の色光に対応した前記光情報取得部が上下方向に積層されてなることを特徴とする請求項1または2に記載の積層型撮像素子。
【請求項4】
前記無機バッファ層を構成する無機材料の比誘電率が3.5以下であることを特徴とする請求項1に記載の積層型撮像素子。
【請求項5】
前記無機バッファ層を構成する無機材料の比誘電率が3.0以下であることを特徴とする請求項4に記載の積層型撮像素子。
【請求項6】
前記無機バッファ層を構成する無機材料が、酸化シリコン、酸化マグネシウム、酸化ニッケル、酸化アルミニウムおよびフッ化アルミニウムの中から選択される材料であることを特徴とする請求項1に記載の積層型撮像素子。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、積層型撮像素子に関し、詳しくは、薄膜トランジスタを備えた垂直色分離型の積層型撮像素子に関する。
続きを表示(約 2,100 文字)【背景技術】
【0002】
現行のカメラにおいて、カラー画像を取得する手法としては、RGBの各色光毎に設けた3枚の撮像素子からの各出力を合成してカラー画像を取得する3板式と、RGBの各色光毎に感度を有する3種の画素を備えた1枚の撮像素子の出力を用いてカラー画像を取得する単板式の2つの方式が知られている。
上記3板式は、入射した光を色分解プリズムによって3原色光、すなわち赤(R)、緑(G)、青(B)の光に色分離し、この分離された各色光を、対応する各撮像素子に照射し、各々の撮像素子により得られた各色光の像を取得する。このため、入射光を効率よく利用でき、高画質な撮像が可能であるが、その一方で、色分解プリズムが必要であり小型化が困難である。
【0003】
他方、上記単板式は、1つの撮像素子の各画素にRGBのカラーフィルタを順次配置して色分離を行う。そのため、小型化が可能である反面、入射光のうち特定の波長域の光以外を吸収するカラーフィルタを用いているため、3板式に比べて光の利用効率が低く、画質の低下は避けられない。このように、3板式と単板式の方式には一長一短があるため、撮像素子の高画質化と小型化を両立させ得る撮像素子が望まれていた。
【0004】
そこで、撮像素子の高画質化と小型化の両立を目的として、R光、G光、B光それぞれにのみ感度をもつ有機光電変換膜(有機膜)と、光透過型の薄膜トランジスタ(TFT)を搭載した信号読出し回路とを交互に積層した構造により光の進行方向に色分離を行い、1枚の撮像素子を用いて全画素でRGBすべての情報を取得し得る垂直色分離型の有機撮像素子が、種々提案されている。
【0005】
具体的には、例えば1枚のガラス基板上に3層の有機膜およびTFTを用いた信号読出し回路を交互に直接積層したもの(下記特許文献1)や、ガラス基板上にTFTを用いた信号読出し回路と有機膜を成膜した素子を3枚積層したもの(下記特許文献2)、この特許文献2のものにおいて、最下部の有機膜および信号読出し回路をCMOSイメージセンサに置き換えたもの(下記特許文献3)等が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
特開2002-217174号公報
特開2005-51115号公報
特開2019-102623号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
上述した各特許文献1~3に示された技術のように、信号読出し回路の上部に、有機膜および対向電極を順に形成する場合、膜の製造手法として、一般的なメタルマスクを用いた真空加熱蒸着法等の真空製膜法を用いようとすると、信号読出し回路のTFT上にも上記有機膜および対向電極が積層されてしまう。
このようにして膜形成された素子の場合、一般的に有機膜はSiよりも吸光度が高く、より薄い膜厚で光電変換層を形成することが可能であるとともに、有機膜と対向電極は画素以外を含む回路全面の上部に共通で形成される。有機膜の膜厚を薄く形成することができれば、素子全体の厚みを薄くできコンパクト化が図れるが、その一方で、画素電極と対向電極の間隔が短縮されるため、下地駆動回路への寄生容量成分が大きくなり、CR時定数が大きくなるため、撮像素子の駆動速度が低下するという問題が生じている。
【0008】
本発明は、上述の問題に鑑みなされたものであり、光電変換層として有機膜を用いることにより、素子全体の厚みを薄くしてコンパクト化を促進するとともに、有機膜を用いたことによる、下地回路への寄生容量成分の増加を抑制し得る垂直色分離型の積層型撮像素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
以上の目的を達成するため、本発明の積層型撮像素子は以下のような構成とされている。
すなわち、本発明の積層型撮像素子は、
信号の読出し処理を行う信号読出し回路部の上方位置に、上方からの光を光電変換する、画素電極と対向電極に挟持された有機膜を積層してなる光情報取得部を少なくとも1つ備えてなる積層型撮像素子であって、
前記画素電極と前記対向電極の間に該有機膜の比誘電率よりも低い比誘電率の無機材料からなる無機バッファ層が配設されたことを特徴とするものである。
ここで、前記信号読出し回路部の上方に前記有機膜が積層されることが要件となるが、前記画素電極は前記信号読出し回路部と、同程度の上下方向位置に配されていてもよい。
【0010】
また、前記無機バッファ層が、前記有機膜と前記対向電極の間に配設されていることが好ましい。
また、3原色光の各々の色光に対応した前記光情報取得部が上下方向に積層されてなるものとすることができる。
また、前記無機バッファ層を構成する無機材料の比誘電率が3.5以下であることが好ましい。また、この比誘電率が3.0以下であることがさらに好ましい。
(【0011】以降は省略されています)

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