阅读说明：本技术 光电转换元件和成像装置 (Photoelectric conversion element and imaging device ) 是由 坂东雅史 塩见治典 于 2019-01-17 设计创作，主要内容包括：一个实施方案的光电转换器设置有：第一电极,其由相互独立的多个电极构成；第二电极,其与所述第一电极相对；n型光电转换层,其包含半导体纳米粒子并且设置在所述第一电极和所述第二电极之间；以及半导体层,其包含氧化物半导体材料并且设置在所述第一电极和所述n型光电转换层之间。(A photoelectric converter of one embodiment is provided with: a first electrode composed of a plurality of electrodes independent of each other; a second electrode opposite to the first electrode; an n-type photoelectric conversion layer containing semiconductor nanoparticles and disposed between the first electrode and the second electrode; and a semiconductor layer including an oxide semiconductor material and disposed between the first electrode and the n-type photoelectric conversion layer.)

光电转换元件和成像装置

技术领域

例如，本公开涉及一种具有包含半导体纳米粒子的光电转换层的光电转换元件，和一种包含该光电转换元件的成像装置。

背景技术

诸如CCD(电荷连接器件：Charge Coupled Device)图像传感器或CMOS(互补金属氧化物半导体：Complementary Metal Oxide Semiconductor)图像传感器等成像装置的像素尺寸一直在减小。在半导体基板外部包括光电转换部的成像装置通常将通过光电转换生成的电荷累积在形成在半导体基板内部的浮动扩散层(浮动扩散：FD)中。

顺便提及，在半导体基板内部设置有光电转换部的成像装置暂时将通过光电转换生成的电荷累积在半导体基板内部的光电转换部中，然后将电荷传输到FD。这使得可以完全耗尽光电转换部。相反，由设置在半导体基板外部的光电转换部生成的电荷被直接累积在如上所述的FD中，因此很难完全耗尽光电转换部。这增大了kTC噪声并导致更不利的随机噪声，使得成像质量劣化。

为了解决这个问题，例如，PTL 1公开了一种设置有用于电荷累积的电极的成像元件。用于电荷累积的电极设置在第一电极和与第一电极间隔开的第二电极中的第一电极侧，并且与光电转换层以绝缘层介于其间的方式相对。第一电极和第二电极设置成以光电转换层介于其间的方式彼此相对。第一电极设置在与光入射侧相对的一侧。该成像元件能够将通过光电转换生成的电荷累积在光电转换层中，并且当曝光开始时可以完全耗尽电荷累积部。因此，可以减少成像质量劣化。

引用列表

专利文献

PTL 1：日本未经审查的专利申请公开第2017-157816号

PTL 2：日本未经审查的专利申请公开第2010-177392号

发明内容

顺便提及，例如，作为近年来开发的对近红外光具有灵敏度的光电转换元件，PTL2公开了一种光电转换元件，其中将半导体纳米粒子用于光电转换层。具有通过使用半导体纳米粒子在其中形成的光电转换层的光电转换元件需要提高量子效率。

期望提供一种使得可以提高量子效率的光电转换元件和成像装置。

根据本公开实施方案的光电转换元件包括：第一电极，其由彼此独立的多个电极构成；第二电极，其布置成与所述第一电极相对；n型光电转换层，其包含半导体纳米粒子，所述n型光电转换层设置在所述第一电极和所述第二电极之间；以及半导体层，其包含氧化物半导体材料，所述半导体层设置在所述第一电极和所述n型光电转换层之间。

根据本公开实施方案的成像装置包括多个像素，每个所述像素设置有一个或多个光电转换元件，并且所述光电转换元件为根据上述实施方案的光电转换元件。

在根据本公开的各个实施方案的光电转换元件和成像装置中，在设置在彼此相对布置的第一电极和第二电极之间的半导体层上，包含半导体纳米粒子的n型光电转换层设置为光电转换层。这通过向n型光电转换层施加强电场抑制了电荷再结合，所述电荷通过光电转换生成。

根据本公开的各个实施方案的光电转换元件和成像装置，将包含半导体纳米粒子的n型光电转换层设置为光电转换层，这使得可以将强电场施加到层叠在半导体层上的n型光电转换层。因此，可以抑制光电转换层中电荷再结合，并且可以提高量子效率。

需要指出的是，上面描述的效果不一定是限制性的。与上述效果同时或代替上述效果，可以实现本说明书中描述的任一效果或可以从本说明书掌握的其他效果。

附图说明

图1是根据本公开实施方案的成像元件的示意性断面图。

图2是图1中示出的光电转换元件的示意性断面图。

图3是图1中示出的成像元件的等效电路图。

图4是示出了图1中示出的成像元件的下部电极和控制部中包括的晶体管的配置的示意图。

图5A是描述了图1中示出的光电转换元件的操作原理的图。

图5B是描述了图1中示出的光电转换元件的操作原理的图。

图5C是描述了图1中示出的光电转换元件的操作原理的图。

图6A是用来描述图1中示出的成像元件的制造方法的示意性断面图。

图6B是示出了图6A之后的步骤的示意性断面图。

图6C是示出了图6B之后的步骤的示意性断面图。

图6D是示出了图6C之后的步骤的示意性断面图。

图6E是示出了图6D之后的步骤的示意性断面图。

图7是示出了图1中示出的光电转换元件的操作示例的时序图。

图8是当用作比较例的光电转换元件被光照射时电极之间的电位分布图。

图9是当图1中示出的光电转换元件被光照射时电极之间的电位分布图。

图10是示出了包括作为像素的图1中示出的成像元件的成像装置的配置的框图。

图11是示出了包括图10中示出的成像装置的电子设备(相机)的示例的功能框图。

图12是示出了体内信息获取系统的示意性配置示例的框图。

图13是示出了内窥镜手术系统的示意性配置示例的图。

图14是示出了摄像机头和相机控制单元(CCU)的功能配置示例的框图。

图15是示出了车辆控制系统的示意性配置示例的框图。

图16是车外信息检测部和成像部的安装位置的示例的辅助说明图。

图17是示出了根据实施例的光电转换层的掺杂浓度与量子效率之间的关系的特性图。

具体实施方式

以下，参照附图详细地描述本公开的一些实施方案。需要指出的是，按以下顺序进行描述。

1.实施方案(设置有n型光电转换层的光电转换元件的示例)

1-1.成像元件的配置

1-2.成像元件的制造方法

1-3.成像元件的控制方法

1-4.作用和效果

2.应用例

3.实施例

图1示意性地示出了根据本公开实施方案的成像元件(成像元件1)的断面构造。图2是图1中示出的成像元件1的主要部分(光电转换元件10)的断面构造的示意性放大图。图3是图1中示出的成像元件1的等效电路图。图4示意性地示出了图1中示出的成像元件1的下部电极11和控制部中包括的晶体管的配置。该成像元件1包含在一个像素(单位像素P)中，例如，包含在诸如CMOS图像传感器等成像装置(成像装置100；参照图10)中。

(1-1.成像元件的配置)

例如，成像元件1在半导体基板30的第一表面(后表面)30A侧设置有光电转换元件10。根据本实施方案的光电转换元件10包括在彼此相对布置的下部电极11(第一电极)和上部电极15(第二电极)之间包含半导体纳米粒子的n型掺杂光电转换层(n型光电转换层14)。半导体层13隔着绝缘层12设置在下部电极11和n型光电转换层14之间。下部电极11包括作为彼此独立的多个电极的读出电极11A、累积电极11B和传输电极11C。例如，传输电极11C设置在读出电极11A和累积电极11B之间。累积电极11B和传输电极11C被绝缘层12覆盖。读出电极11A经由设置到绝缘层12中的开口12H电连接到半导体层13。

需要指出的是，在本实施方案中，描述了以下这种情况：其中将通过光电转换生成的一对电子和空穴(电子-空穴对)中的电子作为信号电荷读出。此外，在附图中，附加到"p"或"n"上的"+(加号)"表示p型或n型杂质的浓度高，"++"表示p型或n型杂质的浓度比"+"更高。

光电转换元件10是吸收与选择的波长范围(例如，700nm以上且2500nm以下)的一部分或全部对应的光以生成电子-空穴对的光电转换元件。例如，如图2中示出的，光电转换元件10具有以下配置：其中下部电极11、绝缘层12、半导体层13、n型光电转换层14和上部电极15按此顺序层叠在半导体基板30的第一表面30A侧。需要指出的是，图2省略了固定电荷层16A、介电层16B、层间绝缘层17等。例如，下部电极11针对每个单位像素P分别形成。如下文详细描述的，下部电极11还包括通过绝缘层12彼此分开的读出电极11A、累积电极11B和传输电极11C。图1示出了其中半导体层13、n型光电转换层14和上部电极15针对每个成像元件1分别形成的示例。然而，例如，半导体层13、n型光电转换层14和上部电极15可以设置成多个成像元件1共用的连续层。

如上所述，例如，下部电极11包括彼此独立的读出电极11A、累积电极11B和传输电极11C。例如，可以通过使用具有光透过性的导电材料(透明导电材料)形成下部电极11。例如，优选地，透明导电材料具有2.5eV以上的带隙能量，并且期望具有3.1eV以上的带隙能量。透明导电材料包括金属氧化物。其具体示例包括氧化铟、氧化铟锡(ITO：Indium TinOxide，包括掺杂Sn的In₂O₃、结晶性ITO和非结晶的ITO)、通过将铟作为掺杂剂添加到氧化锌中获得的氧化铟锌(IZO：Indium Zinc Oxide)、通过将铟作为掺杂剂添加到氧化镓中获得的氧化铟镓(IGO)、通过将铟和镓作为掺杂剂添加到氧化锌中获得的氧化铟镓锌(IGZO：In-GaZnO₄)、通过将铟和锡作为掺杂剂添加到氧化锌中获得的氧化铟锡锌(ITZO)、IFO(掺杂F的In₂O₃)、氧化锡(SnO₂)、ATO(掺杂Sb的SnO₂)、FTO(掺杂F的SnO₂)、氧化锌(包含用另一种元素掺杂的ZnO)、通过将铝作为掺杂剂添加到氧化锌中获得的氧化铝锌(AZO)、通过将镓作为掺杂剂添加到氧化锌中获得的氧化镓锌(GZO)、氧化钛(TiO₂)、通过将铌作为掺杂剂添加到氧化钛中获得的氧化铌钛(TNO)、氧化锑、尖晶石型氧化物以及具有YbFe₂O₄结构的氧化物。此外，可以例举包括氧化镓、氧化钛、氧化铌、氧化镍等作为母层的透明电极。例如，下部电极11在Y轴方向上的膜厚度(以下简称为厚度)为2×10^-8m以上且2×10^-7m以下，并且优选地为3×10^-8m以上且1×10^-7m以下。

需要指出的是，在下部电极11中不需要透明性的情况下，例如，可以使用如铂(Pt)、金(Au)、钯(Pd)、铬(Cr)、镍(Ni)、铝(Al)、银(Ag)、钽(Ta)、钨(W)、铜(Cu)、钛(Ti)、铟(In)、锡(Sn)、铁(Fe)、钴(Co)或钼(Mo)等金属或其合金将下部电极11形成为单层膜或层叠膜。具体地，下部电极11可以使用Al-Nd(铝和钕的合金)、ASC(铝、钐和铜的合金)等形成。进一步地，可以通过使用如包括上面提到的金属或其合金的导电粒子、包含杂质的多晶硅、碳基材料、氧化物半导体材料、碳纳米管或石墨烯等导电材料形成下部电极11。此外，下部电极11可以通过使用如聚(3,4-乙烯二氧噻吩)/聚苯乙烯磺酸[PEDOT/PSS](poly(3,4-ethylenedioxythiophene)/polystyrenesulfonic acid)等有机材料(导电聚合物)形成，并且可以通过将这些导电材料混合到粘合剂(聚合物)中以形成膏或油墨，并使膏或油墨固化来形成。

读出电极11A将n型光电转换层14中生成的信号电荷传输到浮动扩散FD1。例如，读出电极11A经由上部第一触点17A、焊盘部39A、贯通电极34、连接部41A和下部第二触点46连接到设置在半导体基板20的第二表面(前表面)30B侧上的浮动扩散FD1。

累积电极11B在半导体层13中累积n型光电转换层14中生成的电荷的信号电荷(电子)。期望的是，累积电极11B比读出电极11A大，允许累积电极11B累积许多电荷。

传输电极11C提高了将累积电极11B上累积的电荷传输到读出电极11A的效率，并且设置在读出电极11A和累积电极11B之间。例如，该传输电极11C经由上部第三触点17C和焊盘部39C连接到像素驱动电路。像素驱动电路包括在驱动电路中。可以独立地将各个电压施加到读出电极11A、累积电极11B和传输电极11C。

绝缘层12将半导体层13与累积电极11B和传输电极11C电隔离。例如，绝缘层12设置在层间绝缘层17上以覆盖下部电极11。此外，绝缘层12在下部电极11的读出电极11A上设置有开口12H。读出电极11A和半导体层13经由该开口12H电连接。如图2示出的，例如，优选地，使开口12H的侧表面倾斜以使开口12H的侧表面朝向光入射侧S1延伸。这促进了电荷从半导体层13向读出电极11A移动。

绝缘层12的材料包括无机绝缘材料，例如包括氧化硅基材料、氮化硅(SiN_x)、氧化铝(Al₂O₃)等的金属氧化物高介电常数绝缘材料等。此外，绝缘层12的材料的示例可以包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯苯酚(PVP)、聚乙烯醇(PVA)、聚酰亚胺、聚碳酸脂(PC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚苯乙烯、诸如N-2(氨基乙基)3-氨基丙基三甲氧基硅烷(AEAPTMS)、3-巯基丙基三甲氧基硅烷(MPTMS)或十八烷基三氯硅烷(OTS)等硅醇衍生物(硅烷偶联剂)、热塑性酚醛树脂(novolak type phenolic resin)、氟树脂以及诸如十八烷硫醇或十二烷基异氰酸酯等一端具有能够结合到控制电极的官能团的直链烃等有机绝缘材料(有机聚合物)，并且可以使用它们的组合。需要指出的是，氧化硅基材料的示例包括氧化硅(SiOx)、BPSG、PSG、BSG、AsSG、PbSG、氮氧化硅(SiON)、SOG(旋转玻璃)以及低介电常数材料(例如，聚芳基醚、环氟碳聚合物和苯并环丁烯、环氟树脂、聚四氟乙烯、芳基醚氟化物、聚酰亚胺氟化物、无定形碳以及有机SOG)。

半导体层13累积在n型光电转换层14中生成的信号电荷，并且将该信号电荷传输到读出电极11A。优选地，例如，半导体层13具有10¹⁴cm^-3以上且10¹⁷cm^-3以下的载流子密度。优选地，半导体层13通过使用具有比n型光电转换层14高的电荷迁移率且具有大带隙的材料形成。例如，这使得可以以更高的速度传输电荷并且可以抑制从读出电极到半导体层的空穴注入。

例如，半导体层13包括氧化物半导体材料。氧化物半导体材料的示例包括IGZO(In-Ga-Zn-O基氧化物半导体)、ZTO(Zn-Sn-O基氧化物半导体；Zn₂SnO₄)、IGZTO(In-Ga-Zn-Sn-O基氧化物半导体；InGaZnSnO)、GTO(Ga-Sn-O基氧化物半导体；Ga₂O₃：SnO₂)以及IGO(In-Ga-O基氧化物半导体)。优选地，对于半导体层13使用上面描述的氧化物半导体材料中的至少一种，并且尤其有利地使用IGZO。例如，半导体层13具有30nm以上且200nm以下的厚度，并且优选地具有60nm以上且150nm以下的厚度。

n型光电转换层14将光能转换成电能。例如，n型光电转换层14提供了将当吸收700nm以上且2500nm以下的波长范围内的光时生成的激子分离为电子和空穴的场。n型光电转换层14包含半导体纳米粒子，并且例如，具有其中多个半导体纳米粒子分散在导电聚合物中的配置。半导体纳米粒子是通常具有几nm到几十nm的粒径的粒子，并且例如，包括核、设置在核周围的壳以及结合到壳表面的配体。需要指出的是，壳层不是必要元素，并且半导体纳米粒子可以包括核和结合到核表面的配体。根据本实施方案的n型光电转换层14是如上所述的n型掺杂的。例如，n型光电转换层14优选地具有n＝3×10¹⁶cm^-3以上且1×10¹⁸cm^-3以下的载流子密度，并且更优选地具有1×10¹⁷cm^-3以上且7×10¹⁷cm^-3以下的载流子密度。

例如，n型光电转换层14中包括的半导体纳米粒子包括以下材料。核中包括的材料的示例包括：硅，第IV族半导体，以及硒；和化合物半导体，例如包括CuInGaSe、CuInSe₂、CuInS₂、CuAlS₂、CuAlSe₂、CuGaS₂、CuGaSe₂、CuZnSnSSe、ZnCuInSe、AgAlS₂、AgAlSe₂、AgInS₂和AgInSe₂等的黄铜矿基化合物，包括GaAs、InAs、InP、AlGaAs、InGaP和AlGaInP的第III-V族化合物，包括CdS、CdSe、CdTe、ZnO、ZnS、ZnSe、ZnTe和HgTe的第II-VI族化合物，以及包括PbO、PbS、PbSe和PbTe的第IV-VI族化合物等。壳中包括的材料的示例包括PbO、PbO₂、Pb₃O₄、ZnS、ZnSe以及ZnTe。

当粒径小于材料的激子玻尔半径的两倍时，半导体纳米粒子由于量子限制效应而增大了带隙。例如，本实施方案的n型光电转换层14中包含的半导体纳米粒子的平均粒径优选地为3nm以上且6nm以下。这里，假设半导体纳米粒子的粒径是核的粒径或在核被壳覆盖的情况下是包含壳的核的粒径。对于核和包含壳的核的尺寸，可以根据其合成时的原材料的供给量和反应条件进行调整。例如，配体包括与核或壳的表面相互作用的吸附基团和与其结合的烷基链。例如，烷基链包括2到50个碳原子，而吸附基团的示例包括胺基、膦酸基(phosphone group)、膦化氢基(phosphine group)、羧基、羟基和硫醇基。此外，可以使用诸如氯(Cl)、溴(Br)和碘(I)等卤素原子。

例如，可以通过选择合适的材料作为半导体纳米粒子中包含的配体来改变包含半导体纳米粒子的n型光电转换层14的极性。进一步地，可以通过改变半导体纳米粒子中包含的核的元素比来改变包含半导体纳米粒子的n型光电转换层14的极性。在本实施方案中，优选地，例如，包含在n型光电转换层14中的半导体纳米粒子包括PbS作为核，PbO作为壳，以及诸如氯(Cl)、溴(Br)和碘(I)等卤素原子作为配体。此外，在n型光电转换层14中，优选地，调整包含在半导体纳米粒子中的半导体纳米粒子的元素比以便富含Pb。这使得可以使n型光电转换层14的极性为n型。

例如，n型光电转换层14具有100nm以上且1000nm以下的厚度，并且优选地具有300nm以上且800nm以下的厚度。

上部电极16包括具有光透过性的导电材料。上部电极16可以针对每个单位像素P分离或可以形成为各个单位像素P共用的电极。例如，上部电极16具有10nm到200nm的厚度。

需要指出的是，其他层可以设置在n型光电转换层14和上部电极15之间。例如，如在本实施方案中那样，在将电子作为信号电荷读出的情况下，可以在n型光电转换层14和上部电极15之间增加由诸如MoO₃、WO₃或V₂O₅等具有大功函数的材料构成的层。这使得可以加强在下部电极11和上部电极15之间生成的内部电场。

在根据本实施方案的光电转换元件10中，从上部电极15侧输入到光电转换元件10的近红外光L被n型光电转换层14吸收。例如，如图5A中示出的，由此生成的激子被分离，并被分解成电子和空穴。例如，如图5B中示出的，通过由于载流子浓度差引起的扩散或通过由于阳极(这里为上部电极15)和阴极(这里为下部电极11)之间的功函数差引起的内部电场将这里生成的各个电荷(电子和空穴)传输给不同的电极。通过在下部电极11和上部电极15之间施加电位来控制电子和空穴传输的方向。这里，将电子作为信号电荷传送到下部电极11侧。将传送到下部电极11侧的电子累积在累积电极11B上方的半导体层13中，然后如图5C中示出的将其传输到读出电极11A。传输的电子被检测为光电流。

例如，半导体基板30的第二表面30B设置有浮动扩散(浮动扩散层)FD1(半导体基板30中的区域36B)、放大晶体管(调制元件)AMP、复位晶体管RST、选择晶体管SEL以及多层布线40。例如，多层布线40具有其中布线层41、42和43层叠在绝缘层44中的配置。

需要指出的是，该图示出了作为光入射侧S1的半导体基板30的第一表面30A侧，以及作为布线层侧S2的其第二表面30B侧。

例如，具有固定电荷的层16A(固定电荷层)、具有绝缘特性的介电层16B和层间绝缘层17设置在半导体基板30的第一表面30A和下部电极11之间。保护层18设置在上部电极15上。例如，遮光膜21设置在读出电极11A上方的保护层18中。如果该遮光膜21A设置成覆盖至少与n型光电转换层14直接接触的读出电极11A的区域，而至少不与累积电极11B重叠，就是足够的。例如，优选地，遮光膜21比在与累积电极11B相同的层中形成的读出电极11A略大。此外，例如，滤色器22设置在例如累积电极11B的上方。例如，滤色器22防止可见光输入到n型光电转换层14中，并且如果滤色器22设置成至少覆盖累积电极11B的区域，那么就是足够的。需要指出的是，图1示出了在保护层18的膜厚度方向上不同的位置处设置遮光膜21和滤色器22的示例，但是遮光膜21和滤色器22可以设置在相同的位置处。诸如平坦化层(未示出)和片上透镜23等光学部件设置在保护层18上方。

固定电荷层16A可以是具有正固定电荷的膜或是具有负固定电荷的膜。具有负固定电荷的膜的材料包括氧化铪、氧化铝、氧化锆、氧化钽、氧化钛等。此外，作为除了上面描述的材料之外的材料，还可以使用氧化镧、氧化镨、氧化铈、氧化钕、氧化钷、氧化钐、氧化铕、氧化钆、氧化铽、氧化镝、氧化钬、氧化铥、氧化镱、氧化镥、氧化钇、氮化铝膜、氧氮化铪膜、氧氮化铝膜等。

固定电荷层16A也可以具有其中两种以上类型的膜层叠的配置。例如，这使得在具有负固定电荷的膜的情况下可以进一步地提高空穴累积层的功能。

介电层16B的材料没有特别的限定，但是例如，介电层16B包括氧化硅膜、TEOS、氮化硅膜、氮氧化硅膜等。

例如，层间绝缘层17由包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅(SiON)等中的一种的单层膜构成或由其中两种以上的层叠膜构成。

保护层18由具有光透过性的材料构成，并且例如，由包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等中任一种的单层膜构成，或由其中两种以上的层叠膜构成。例如，保护层18具有100nm到30000nm的厚度。

贯通电极34设置在半导体基板30的第一表面30A和第二表面30B之间。光电转换元件10经由该贯通电极34连接到放大晶体管AMP的栅极Gamp和兼用作浮动扩散FD1的复位晶体管RST(复位晶体管Tr1rst)的一个源极/漏极区域36B。这使得可以在成像元件1中将半导体基板30的第一表面30A侧的光电转换元件10中生成的信号电荷经由贯通电极34中有利地传输到半导体基板30的第二表面30B侧，并提高特性。

贯通电极34的下端连接到布线层41中的连接部41A，并且连接部41A和放大晶体管AMP的栅极Gamp经由下部第一触点45连接。例如，连接部41A和浮动扩散FD1(区域36B)经由下部第二触点46连接。例如，贯通电极34的上端经由焊盘部39A和上部第一触点17A连接到读出电极11A。

对于光电转换元件10和放大晶体管AMP的栅极Gamp以及浮动扩散FD1，贯通电极34具有连接器的功能，并且用作光电转换元件10中生成的电荷(这里为电子)的传输路径。

复位晶体管RST的复位栅极Grst设置在浮动扩散FD1(复位晶体管RST的一个源极/漏极区域36B)旁边。这使得可以使复位晶体管RST将浮动扩散FD1中累积的电荷复位。

例如，半导体基板30包括n型硅(Si)基板并且在预定的区域中具有p阱31。p阱31的第二表面30B设置有上面描述的放大晶体管AMP、复位晶体管RST、选择晶体管SEL等。此外，半导体基板30的外围部分设置有包括逻辑电路等的外围电路(未示出)。

复位晶体管RST(复位晶体管Tr1rst)将从光电转换元件10传输到浮动扩散FD1的电荷复位，并且例如，由MOS晶体管构成。具体地，复位晶体管Tr1rst包括复位栅极Grst、通道形成区域36A和源极/漏极区域36B和36C。复位栅极Grst连接到复位线RST1。复位晶体管Tr1rst的一个源极/漏极区域36B兼用作浮动扩散FD1。复位晶体管Tr1rst中包括的另一源极/漏极区域36C连接到电源VDD。

放大晶体管AMP是将光电转换元件10中生成的电荷量调制成电压的调制元件，并且例如，由MOS晶体管构成。具体地，放大晶体管AMP包括栅极Gamp、通道形成区域35A和源极/漏极区域35B和35C。栅极Gamp经由下部第一触点45、连接部41A、下部第二触点46、贯通电极34等连接到读出电极11A和复位晶体管Tr1rst的一个源极/漏极区域36B(浮动扩散FD1)。此外，源极/漏极区域35B与复位晶体管Tr1rst中包括的另一源极/漏极区域36C共享区域，并且连接到电源VDD。

选择晶体管SEL(选择晶体管TR1sel)包括栅极Gsel、通道形成区域34A和源极/漏极区域34B和34C。栅极Gsel连接到选择线SEL1。此外，源极/漏极区域34B与放大晶体管AMP中包括的另一源极/漏极区域35C共享区域，并且另一源极/漏极区域34C连接到信号线(数据输出线)VSL1。

复位线RST1和选择线SEL1分别连接到驱动电路中包括的垂直驱动电路112。信号线(数据输出线)VSL1连接到驱动电路中包括的列信号处理电路113。

例如，下部第一触点45、上部第一触点17A、上部第二触点17B和上部第三触点17C分别包括诸如PDAS(磷掺杂非晶硅)等掺杂硅材料或诸如铝(Al)、钨(W)、钛(Ti)、钴(Co)、铪(Hf)或钽(Ta)等金属材料。

(1-2.成像元件的制造方法)

例如，根据本实施方案的成像元件1可以按如下进行制造。

图6A到6E分别按照步骤顺序示出了成像元件1的制造方法。首先，如图6A中示出的，例如，在半导体基板30中形成p阱31作为第一导电阱。在半导体基板30的第一表面30A旁边形成p⁺区域。

同样如图6A中示出的，在半导体基板30的第二表面30B上形成用作浮动扩散FD1的n⁺区域，然后形成栅极绝缘层32和栅极布线层47。栅极布线层47包括选择晶体管SEL、放大晶体管AMP和复位晶体管RST各自的栅极。这形成了选择晶体管SEL、放大晶体管AMP和复位晶体管RST。进一步地，在半导体基板30的第二表面30B上形成多层布线40。多层布线40包括布线层41到43以及绝缘层44。布线层41到43包括下部第一触点45、下部第二触点46以及连接部41A。

作为半导体基板30的基板，例如，使用其中半导体基板30、嵌入氧化膜(未示出)和保持基板(未示出)层叠的SOI(绝缘体上硅：Silicon on Insulator)基板。嵌入氧化膜和保持基板在图6A中未示出，但是都接合到半导体基板30的第一表面30A。离子注入之后，进行退火处理。

然后，支撑基板(未示出)、另一半导体基板等接合到半导体基板30的第二表面30B侧(多层布线40侧)，并且上下翻转。随后，将半导体基板30与SOI基板的嵌入氧化膜和保持基板分离以使半导体基板30的第一表面30A暴露。可以使用诸如离子注入和CVD(化学气相沉积：Chemical Vapor Deposition)等通常的CMOS工艺中使用的技术执行这些步骤。

然后，例如，如图6B中示出的，例如，通过干法刻蚀从第一表面30A侧处理半导体基板30，并且形成环形开口34H。如图6B中示出的，开口34H的深度从半导体基板30的第一表面30A延伸至第二表面30B，并且例如到达连接部41A。

随后，例如，在半导体基板30的第一表面30A和开口34H的侧表面上形成负固定电荷层16A。可以将两种以上的膜层叠作为负固定电荷层16A。这使得可以进一步地提高空穴累积层的功能。在形成负固定电荷层16A之后，形成介电层16B。接着，在介电层16B上预定的位置处形成焊盘部39A、39B和39C，然后在介电层16B以及焊盘部39A、39B和39C上形成层间绝缘层17。随后，形成层间绝缘层17，然后例如通过使用CMP(化学机械抛光：ChemicalMechanical Polishing)使层间绝缘层17的表面平坦化。

随后，如图6C中示出的，在焊盘部39A、39B及39C上在层间绝缘层17中分别形成开口18H1、18H2和18H3，然后例如，使用诸如Al等导电材料填充这些开口18H1、18H2和18H3，以形成上部第一触点18A、上部第二触点18B和上部第三触点18C。

随后，如图6D中示出的，在层间绝缘层17上形成导电膜21x，然后在导电膜21x上预定的位置处(例如，在焊盘部39A、焊盘部39B和焊盘部39C上)形成光致抗蚀剂PR。此后，通过蚀刻并除去光致抗蚀剂PR来对图6E中示出的读出电极A、累积电极11B和传输电极11C进行图案化。

随后，然后，在层间绝缘层17和读出电极11A以及累积电极11B和上部第三触点18C的上方形成绝缘层12。此后，在读出电极11A上设置开口12H。此后，在层间绝缘层17上方形成半导体层13、n型光电转换层14、上部电极15、保护层18、遮光膜21以及滤色器22。最后，设置诸如平坦化层和片上透镜23等光学部件。如上所述，完成了图1中示出的成像元件1。

(1-3.成像元件的控制方法)

(通过光电转换元件10获取信号)

在根据本实施方案的成像元件1中，选择性地检测(吸收)输入到成像元件1的光中的近红外区域的光，并通过光电转换元件10对其进行光电转换。

光电转换元件10经由贯通电极34连接到放大晶体管AMP的栅极Gamp和浮动扩散FD1。因此，从下部电极11侧将在光电转换元件10处生成的电子-空穴对的电子(信号电荷)取出，经由贯通电极34将其传输到半导体基板30的第二表面30B侧，并将其累积在浮动扩散FD1中。与此同时，放大晶体管AMP将光电转换元件10中生成的电荷量调制成电压。

此外，复位晶体管RST的复位栅极Grst设置在浮动扩散FD1旁边。这使得复位晶体管RST将浮动扩散FD1中累积的电荷复位。

在本实施方案中，光电转换元件10经由贯通电极34不仅连接到放大晶体管AMP，而且连接到浮动扩散FD1，使得可以促进复位晶体管RST将浮动扩散FD1中累积的电荷复位。

相反，在贯通电极34和浮动扩散FD1没有连接的情况下，很难将浮动扩散FD1中累积的电荷复位，导致施加大电压以将电荷拉出至上部电极15侧。因此，n型光电转换层14可能被损坏。此外，能够在短时间内实现复位的结构导致暗时噪声增大并且导致折衷。因此，该结构很困难。

图7示出了光电转换元件10的操作示例。(A)表示累积电极11B处的电位，(B)表示浮动扩散FD1(读出电极11A)处的电位，以及(C)表示复位晶体管TR1rst的栅极(Gsel)处的电位。在光电转换元件10中，向读出电极11A、累积电极11B和传输电极11C分别施加各个电压。

在光电转换元件10中，电位V1从驱动电路施加到读出电极11A，并且在累积时段向累积电极11B施加电位V2。这里，假设电位V1和V2满足V1>V2。这使得通过光电转换生成的信号电荷(这里为电子)被吸引到累积电极11B并累积在半导体层13的与累积电极11B相对的区域中(累积时段)。顺便提及，半导体层13的与累积电极11B相对的区域的电位具有随着光电转换时间的过去而变为更正的值。需要指出的是，将空穴从上部电极15发送到驱动电路。

在光电转换元件10中，在累积时段的后半部分执行复位操作。具体地，在时刻t1时，扫描部将复位信号RST的电压从低电平改变成高电平。这接通了单位像素P中的复位晶体管TR1rst。因此，浮动扩散FD1的电压被设定为电源电压VDD，而浮动扩散FD1的电压被复位(复位时段)。

在完成复位操作之后，电荷被读出。具体地，在时刻t2时，从驱动电路向读出电极11A施加电位V3，电位V4被施加到累积电极11B，且电位V5被施加到传输电极11C。这里，假设电位V3、V4和V5满足V4>V5>V3。这使得与累积电极11B对应的区域中累积的信号电荷从累积电极11B依次移动到传输电极11C和读出电极11A，并且将其从读出电极11A读出到浮动扩散FD1。即，半导体层13中累积的电荷被读出到控制部(传输时段)。

在读出操作结束之后，电位V1从驱动电路施加到读出电极11A，并且电位V2再一次施加到累积电极11B。这使得通过光电转换生成的信号电荷被吸引到累积电极11B并累积在的半导体层13的与累积电极11B相对区域中(累积时段)。

(1-4.作用和效果)

如上所述，近年来，其中半导体纳米粒子用于光电转换层的光电转换元件已经发展为对近红外光具有灵敏度的光电转换元件。从复位噪声的角度出发，例如，像图8中示出的光电转换元件1000一样，其中半导体纳米粒子用于光电转换层的光电转换元件在下部电极和光电转换层之间设置有半导体层。半导体层将光电转换层中生成的电荷累积在由下部电极构成的电荷累积电极上，并将累积的电荷传输到电荷收集电极。例如，通过使用具有高电荷迁移率的诸如IGZO等氧化物半导体材料形成半导体层。然而，其中半导体层和包含半导体纳米粒子的光电转换层层叠的光电转换元件担心暗电流增加和量子效率降低。

图8示出了当通常的光电转换元件被光照射时电极之间的电位分布。图8中的横轴表示距设置在光入射侧的电极和光电转换层之间的界面的距离。因此，0nm的膜厚度对应于与设置在光入射侧的电极之间的界面，300nm的膜厚度对应于与设置在光入射侧的另一侧的电极之间的界面，而200nm的膜厚度对应于光电转换层和半导体层之间的界面。例如，图8中的实线表示包括供体密度(N_D)为10¹⁵cm^-3的介电常数为10的半导体层和介电常数为30的本征光电转换层的光电转换元件的电极之间的电位分布。例如，图9中的虚线表示包括供体密度(N_D)为10¹⁸cm^-3的介电常数为10的半导体层和介电常数为30的本征光电转换层的光电转换元件的电极之间的电位分布。在通常的光电转换元件中，如图9中示出的，可以理解的是，与对应于半导体层的200nm到300nm范围内的能量变化相比，对应于光电转换层的0nm到200nm范围内的能量变化较小，并且当用光照射时施加到光电转换层的内部电场较弱。进一步地，可以理解的是，要接合的半导体层的载流子密度(供体密度)越低，当用光照射时，内部电场就越难施加到光电转换层。

众所周知，通过层叠n型半导体层和光电转换层提高了光电转换元件的量子效率。相反，在其中多个独立电极设置在与光入射侧相对的一侧以使得通过光电转换生成的电荷累积在半导体层中的光电转换元件中，为了电荷的累积和传输操作，必需耗尽半导体层。由于耗尽的半导体层和光电转换层之间的介电常数差，如图8中示出的，耗尽的半导体层和光电转换层的层叠使内部电场几乎不太可能施加到光电转换层。因此，电荷的传输依赖于扩散传导，并且降低了量子效率。

相反，在根据本实施方案的光电转换元件(光电转换元件10)中，作为n型掺杂的n型光电转换层14设置为光电转换层。图9示出了当光电转换元件10被光照射时电极之间的电位分布。与图8中一样，图9中的横轴表示距设置在光入射侧的电极(上部电极15)和光电转换层(n型光电转换层14)之间的界面的距离。因此，0nm的膜厚度对应于与上部电极15之间的界面，300nm的膜厚度对应于与下部电极11之间的界面，而200nm的膜厚度对应于n型光电转换层14和半导体层13之间的界面。图9中的实线表示包括根据本实施方案的光电转换层的光电转换元件的电极之间的电位分布。图9中的虚线表示用作比较例的包括图8中示出的本征光电转换层的光电转换元件的电极之间的电位分布。需要指出的是，两种光电转换元件中使用的各自半导体层都具有10¹⁵cm^-3的供体密度(ND)。在根据本实施方案的光电转换元件10中，如图9中示出的，可以理解的是，与比较例相比，当用光照射时，强内部电场施加到n型光电转换层14。因此，提高了n型光电转换层14中生成的电子到累积电极11B的传输效率，并且可以抑制n型光电转换层14中的电子-空穴对的再结合。

如上所述，在本实施方案中，在设置在由彼此独立的多个电极构成的下部电极11上的半导体层13上层叠n型光电转换层14作为光电转换层；因此，将强电场施加到n型光电转换层14。这是因为由于n型光电转换层14中的电子扩散到半导体层13中的结果，在接合面附近的n型光电转换层14中形成正空间电荷，并且降低了n型光电转换层14的势能。因此，抑制了n型光电转换层14中电荷的再结合，并且可以提高量子效率。

<2.应用例>

(应用例1)

图10示出了对于每个像素包括上面描述的实施方案中描述的成像元件1的成像装置(成像装置100)的整体配置。该成像装置100是CMOS图像传感器，并且在半导体基板30上包括作为成像区域的像素部1a和该像素部1a的外围区域中的外围电路部130。例如，外围电路部130包括行扫描仪131、水平选择器133、列扫描仪134和系统控制器132。

例如，像素部1a包括以矩阵形式二维排列的多个单位像素P。在这些单位像素P中，例如，像素驱动线Lread(具体地，行选择线和复位控制线)设置在每个像素行中，而垂直信号线Lsig设置在每个像素列中。像素驱动线Lread都用于传输用来从像素读出信号的驱动信号。每个像素驱动线Lread的一端连接到与每一行对应的行扫描仪131的输出端。

行扫描仪131是包括移位寄存器、地址解码器等的像素驱动器，并且例如，以行为单位驱动像素部1a的每一个单位像素P。通过每个垂直信号线Lsig将从由行扫描仪131选择性地扫描的像素行的每个单位像素P输出的信号提供给水平选择器133。水平选择器133包括针对每个垂直信号线Lsig设置的放大器、水平选择开关等。

列扫描仪134包括移位寄存器、地址解码器等，并且在扫描水平选择开关的同时依次驱动水平选择器133的每个水平选择开关。由该列扫描仪134进行的选择性扫描使得通过各条垂直信号线Lsig传输的各个像素的信号依次输出到水平信号线135，并且通过水平信号线135传输到半导体基板30外部。

包括行扫描仪131、水平选择器133、列扫描仪134和水平信号线135的电路组成部分可以直接形成在半导体基板30上或设置在外部控制IC中。此外，那些电路组成部分可以形成在通过电缆等连接的另一基板上。

系统控制器132接收从半导体基板30外部提供的时钟、关于操作模式的指令的数据等，并且输出诸如成像装置100的内部信息等数据。系统控制器132进一步地包括生成各种时序信号的时序发生器，并且基于由时序发生器生成的各种时序信号控制诸如行扫描仪131、水平选择器133和列扫描仪134等外围电路的驱动。

(应用例2)

例如，上面描述的成像装置100等适用于具有成像功能的任何类型的电子设备，例如包括数码相机、摄像机等的相机系统，以及具有成像功能的移动电话。图11示出了作为其示例的电子设备200(相机)的示意性配置。例如，该电子设备200是能够拍摄静止图像或移动图像的摄像机。电子设备200包括成像装置100、光学系统(光学透镜)210、快门装置211、驱动成像装置100和快门装置211的驱动部213以及信号处理部212。

光学系统210将来自被摄体的图像光(入射光)引导到成像装置100的像素部1a。该光学系统210可以包括多个光学透镜。快门装置211控制用光照射成像装置100和对成像装置100遮光的时段。驱动部213控制成像装置100的传输操作和快门装置211的快门操作。信号处理部212对从成像装置100输出的信号执行各种信号处理。将经过信号处理的图像信号Dout存储在诸如存储器等存储介质中或输出到监视器等。

(应用例3)

<体内信息获取系统的应用实例>

进一步地，根据本公开的技术(本技术)适用于各种产品。例如，根据本公开的技术可以应用于内窥镜手术系统。

图12是示出使用可以应用根据本公开的实施方案的技术(本技术)的胶囊型内窥镜的患者的体内信息获取系统的示意性配置示例的框图。

体内信息获取系统10001包括胶囊型内窥镜10100和外部控制装置10200。

检查时患者吞咽胶囊型内窥镜10100。胶囊型内窥镜10100具有摄像功能和无线通信功能，并且在其通过蠕动运动在诸如胃或肠等器官的内部移动一段时间的同时以预定间隔顺序地拍摄器官的内部的图像(在下文中称为体内图像)，直到其从患者体内自然排出。然后，胶囊型内窥镜10100通过无线传输将体内图像的信息顺序传输给体外的外部控制装置10200。

外部控制装置10200整体控制体内信息获取系统10001的操作。进一步地，外部控制装置10200接收从胶囊型内窥镜10100传输到其上的体内图像的信息，并基于接收的体内图像的信息生成用于在显示装置(未示出)上显示体内图像的图像数据。

在体内信息获取系统10001中，以这种方式在胶囊型内窥镜10100被吞下之后直到胶囊型内窥镜10100被排出的时间段内的任何时间可以获取对患者体内的状态进行成像的体内图像。

下面更详细地描述胶囊型内窥镜10100和外部控制装置10200的配置和功能。

胶囊型内窥镜10100包括胶囊型壳体10101，壳体10101中容纳有光源单元10111、摄像单元10112、图像处理单元10113、无线通信单元10114、供电单元10115、电源单元10116和控制单元10117。

光源单元10111由光源，例如发光二极管(LED：light emitting diode)构成，并且光源单元10111将光照射在摄像单元10112的摄像视场上。

摄像单元10112由成像元件和光学系统构成，该光学系统包括设置在成像元件的前一级的多个透镜。照射在作为观察目标的身体组织上的光的反射光(在下文中称为观察光)通过光学系统会聚并被引入到成像元件中。在摄像单元10112中，通过成像元件对入射的观察光进行光电转换，由此生成对应于观察光的图像信号。由摄像单元10112生成的图像信号被提供给图像处理单元10113。

图像处理单元10113由诸如中央处理器(CPU：central processing unit)或图形处理器元(GPU：graphics processing unit)等处理器构成，并且对由摄像单元10112生成的图像信号执行各种信号处理。因此，图像处理单元10113将已经执行了信号处理的图像信号作为原始(RAW)数据提供给无线通信单元10114。

无线通信单元10114对已经由图像处理单元10113执行了信号处理的图像信号执行诸如调制处理等预定处理，并且通过天线10114A将得到的图像信号传输到外部控制装置10200。此外，无线通信单元10114通过天线10114A从外部控制装置10200接收与胶囊型内窥镜10100的驱动控制有关的控制信号。无线通信单元10114将从外部控制装置10200接收到的控制信号提供给控制单元10117。

供电单元10115由用于电力接收的天线线圈、用于从天线线圈中产生的电流再生电力的电力再生电路和升压电路(voltage booster circuit)等构成。供电单元10115使用非接触充电原理产生电力。

电源单元10116由二次电池构成，并存储由供电单元10115产生的电力。在图12中，为了避免复杂的图示，省略了表示来自电源单元10116等的电力的供应目的地的箭头标记。然而，存储在电源单元10116中的电力被供应给光源单元10111、摄像单元10112、图像处理单元10113、无线通信单元10114和控制单元10117，并且可以用于驱动光源单元10111、摄像单元10112、图像处理单元10113、无线通信单元10114和控制单元10117。

控制单元10117由诸如CPU等处理器构成，并且根据从外部控制装置10200传输到其的控制信号适当地控制光源单元10111、摄像单元10112、图像处理单元10113、无线通信单元10114和供电单元10115的驱动。

外部控制装置10200由处理器(诸如CPU或GPU)或混合地安装有处理器和存储元件(诸如存储器)的微型计算机或控制板等构成。外部控制装置10200通过天线10200A将控制信号传输到胶囊型内窥镜10100的控制单元10117，以控制胶囊型内窥镜10100的操作。在胶囊型内窥镜10100中，例如，可以根据来自外部控制装置10200的控制信号来改变光源单元10111的在观察目标时的光照射条件。此外，可以根据来自外部控制装置10200的控制信号来改变摄像条件(例如，摄像单元10112的帧速率或曝光值等)。此外，可以根据来自外部控制装置10200的控制信号来改变图像处理单元10113的处理的内容或用于从无线通信单元10114传输图像信号的条件(例如，传输间隔或传输图像数量等)。

此外，外部控制装置10200对从胶囊型内窥镜10100发送到其的图像信号执行各种图像处理，以生成用于在显示装置上显示拍摄的体内图像的图像数据。作为图像处理，可以执行各种信号处理，例如，显影处理(去马赛克处理)、图像质量改善处理(带宽增强处理、超分辨率处理、降噪(NR：noise reduction)处理和/或图像稳定处理(image stabilizationprocess))和/或放大处理(电子变焦处理)。外部控制装置10200控制显示装置的驱动，以使显示装置显示基于所生成的图像数据的拍摄的体内图像。或，外部控制装置10200还可以控制记录装置(未示出)以记录所生成的图像数据，或控制打印装置(未示出)以通过打印输出所生成的图像数据。

以上描述了可以应用根据本公开的技术的体内信息获取系统的例子。例如，根据本公开的技术可以应用于上述部件中的摄像单元10112。这使得可以增大检测精度。

(应用例4)

<内窥镜手术系统的应用示例>

根据本公开的技术(本技术)可以应用于各种产品。例如，根据本公开的技术可以应用于内窥镜手术系统。

图13是示出可以应用根据本公开实施方案的技术(本技术)的内窥镜手术系统的示意性配置的示例的图。

在图13中，示出了其中手术者(医生)11131正在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、如气腹管11111和能量装置11112等其他手术工具11110、支撑其上的内窥镜11100的支撑臂装置11120和其上安装了用于内窥镜手术的各种装置的推车11200。

内窥镜11100包括透镜镜筒11101和摄像机头11102，该透镜镜筒的从其远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近端。在所示出的示例中，示出了配置为具有硬性透镜镜筒11101的刚性内窥镜的内窥镜11100。然而，也可以将内窥镜11100配置为具有柔性透镜镜筒11101的柔性内窥镜。

透镜镜筒11101在其远端具有物镜装配在其中的开口。光源装置11203与内窥镜11100连接以便将由光源装置11203生成的光通过延伸到透镜镜筒11101内部的光导引入透镜镜筒11101的远端，并通过物镜将其照射到患者11132体腔内的观察目标上。需要指出的是，内窥镜11100可以是前视内窥镜或可以是斜视内窥镜或侧视内窥镜。

光学系统和成像元件设置在摄像机头11102的内部以便通过光学系统将来自观察目标的反射光(观察光)聚集在成像元件上。通过成像元件将观察光光电转换以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。将图像信号作为原始(RAW)数据传输到CCU 11201。

CCU 11201包括中央处理器(CPU)、图形处理器(GPU)等，并集中控制内窥镜11100和显示装置11202的操作。进一步地，例如，CCU 11201接收来自摄像机头11102的图像信号，并对图像信号执行如显影处理(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。

显示装置11202在CCU 11201的控制下在其上显示基于已经由CCU 11201进行过图像处理的图像信号的图像。

例如，光源装置11203包括如发光二极管(LED)等光源并将对手术区域成像时的照射光提供给内窥镜11100。

输入装置11204是内窥镜手术系统11000的输入接口。使用者可以通过输入装置11204向内窥镜手术系统11000输入各种信息或指令。例如，使用者会输入改变内窥镜11100的摄像条件(照射光的类型、放大率、焦距等)的指令等。

治疗工具控制装置11205控制能量装置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。

需要指出的是，将当对手术区域进行成像时的照射光提供到内窥镜11100的光源装置11203可以由白光光源构成，例如，白光光源由LED、激光光源或它们的组合构成。在白光光源由红色、绿色和蓝色(RGB)激光光源的组合构成的情况下，由于可以高精度地控制每种颜色(每个波长)的输出强度和输出时序，所以可以由光源装置11203调整所拍摄的图像的白平衡。进一步地，在这种情况下，如果来自各个RGB激光光源的激光束以时分的方式照射在观察目标上，那么与照射时序同步地控制摄像机头11102的成像元件的驱动。然后也可以以时分的方式拍摄分别与R、G和B颜色相对应的图像。根据这种方法，即使没有为成像元件配置滤色器，也可以获得彩色图像。

进一步地，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控制摄像机头11102的成像元件的驱动来以时分的方式获取图像并合成图像，可以创建高动态范围的图像，而该图像不会存在曝光不足的遮挡阴影和曝光过度的高光。

进一步地，光源装置11203可以配置成提供对应于特殊光观察的预定波长带的光。例如，在特殊光观察中，通过利用身体组织的光吸收的波长依赖性，照射与普通观察时的照射光(即，白色光)相比窄带的光，以高对比度对如黏膜表层部分的血管等预定组织执行窄带观察(窄带成像)。可选择地，在特殊光观察中，可以执行用于从通过照射激发光生成的荧光获得图像的荧光观察。在荧光观察中，可以通过将激发光照射在身体组织上来执行身体组织的荧光观察(自发荧光观察)，或可以通过将如吲哚菁绿(indocyanine green:ICG)等试剂局部注射到身体组织内并将与试剂的荧光波长相对应的激发光照射在身体组织上来获得荧光图像。光源装置11203可以配置成提供这种适用于如上所述的特殊光观察的窄带光和/或激发光。

图14是示出图13中所示出的摄像机头11102和CCU 11201的功能配置示例的框图。

摄像机头11102包括透镜单元11401、摄像单元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连接以便相互通信。

透镜单元11401是设置在与透镜镜筒11101的连接位置的光学系统。从透镜镜筒11101的远端进入的观察光被引导到摄像机头11102并引入透镜单元11401中。透镜单元11401由包括变焦透镜和聚焦透镜的多个透镜的组合构成。

摄像单元11402所包含的成像元件的数量可以是一个(单板型)或多个(多板型)。例如，在摄像单元11402配置为多板型的情况下，通过成像元件生成与各个R、G和B相对应的图像信号，并且可以合成图像信号以获得彩色图像。摄像单元11402也可以配置成具有用于获取与三维(3D)显示相对应的右眼图像信号和左眼图像信号的一对成像元件。如果执行3D显示，然后手术者11131可以更精确地掌握手术区域活体组织的深度。需要指出的是，在摄像单元11402配置为立体式的情况下，对应于各个成像元件设置多个透镜单元11401系统。

进一步地，摄像单元11402可能不一定设置在摄像机头11102上。例如，摄像单元11402可以设置在透镜镜筒11101内部物镜的正后方。

驱动单元11403由致动器构成，并且在摄像机头控制单元11405的控制下使透镜单元11401的变焦透镜和聚焦透镜沿着光轴移动预定的距离。因此，可以适当地调整由摄像单元11402拍摄的图像的放大率和焦点。

通信单元11404由用于向CCU 11201发送和从CCU 11201接收各种信息的通信装置构成。通信单元11404通过传输电缆11400将从摄像单元11402获取的图像信号作为RAW数据传输到CCU 11201。

另外，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，并将控制信号提供给摄像机头控制单元11405。例如，控制信号包括与摄像条件相关的信息，如指定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/或指定拍摄的图像的放大率和焦点的信息。

需要指出的是，如帧速率、曝光值、放大率或焦点等摄像条件可以由使用者指定或可以由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，在内窥镜11100中设置自动曝光(AE)功能、自动聚焦(AF)功能和自动白平衡(AWB)功能。

摄像机头控制单元11405基于通过通信单元11404从CCU 11201接收的控制信号控制摄像机头11102的驱动。

通信单元11411由用于向摄像机头11102发送和从摄像机头11102接收各种信息的通信装置构成。通信单元11411接收通过传输电缆11400从摄像机头11102传输到其上的图像信号。

进一步地，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。

图像处理单元11412对从摄像机头11102传输到其上的RAW数据形式的图像信号执行各种图像处理。

控制单元11413执行与通过内窥镜11100对手术区域等进行图像拍摄和通过对手术区域等进行图像拍摄获得的拍摄图像的显示相关的各种控制。例如，控制单元11413创建用于控制摄像机头11102的驱动的控制信号。

进一步地，控制单元11413基于已经由图像处理单元11412进行过图像处理的图像信号控制显示装置11202显示其中对手术区域等进行了成像的拍摄的图像。此时，控制单元11413可以使用各种图像识别技术来识别拍摄的图像中的各种物体。例如，控制单元11413可以通过检测拍摄的图像中所包含的物体的边缘的形状、颜色等来识别例如手术钳等手术工具、特定的活体区域、出血、使用能量装置11112时的雾等。控制单元11413当控制显示装置11202显示拍摄的图像时，可以使用识别的结果使各种手术支持信息与手术区域的图像以重叠方式显示。在手术支持信息以重叠方式显示并呈现给手术者11131的情况下，可以减轻手术者11131的负担并且手术者11131可以可靠地进行手术。

将摄像机头11102和CCU 11201相互连接的传输电缆11400是用于电信号通信的电信号电缆、用于光学通信的光纤或用于电通信和光学通信的复合电缆。

这里，虽然在所示出的示例中，使用传输电缆11400通过有线通信进行通信，但是摄像机头11102和CCU 11201之间的通信可以通过无线通信进行。

上面描述了可以应用根据本公开的技术的内窥镜手术系统的例子。根据本公开的技术可以应用于上述部件中的摄像单元11402。将根据本公开实施方案的技术应用于摄像单元11402增大了检测精度。

需要指出的是，这里作为示例描述了内窥镜手术系统，但是根据本公开的技术还可以应用于例如显微手术系统等。

(应用例5)

<移动体的应用示例>

根据本公开的技术可应用于各种产品。例如，根据本公开的技术可以实现为安装在如汽车、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、船、机器人、建筑机械或农业机械(拖拉机)等任何一种类型的移动体上的装置。

图15是示出了作为可以应用根据本公开的实施方案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配置示例的框图。

车辆控制系统12000包括经由通信网络12001彼此连接的多个电子控制单元。在图15所示的示例中，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，微型计算机12051、声音/图像输出部12052和车载网络接口(I/F)12053被示出为综合控制单元12050的功能构成。

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：诸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；用于将驱动力传递至车轮的驱动力传递机构；用于调整车辆的转向角的转向机构；以及用于产生车辆的制动力的制动装置等。

车身系统控制单元12020根据各种程序控制设置到车身上的各种装置的操作。例如，车身系统控制单元12020用作无钥匙进入系统、智能钥匙系统、电动窗装置或诸如车头灯、车尾灯、刹车灯、转向信号灯或雾灯等各种灯的控制装置。在这种情况下，从作为钥匙的替代的便携式装置传输过来的无线电波或各种开关的信号能够输入至车身系统控制单元12020。车身系统控制单元12020接收这些输入的无线电波或信号，并且控制车辆的门锁装置、电动窗装置和灯等。

车外信息检测单元12030检测关于具有车辆控制系统12000的车辆的外部的信息。例如，车外信息检测单元12030与成像部12031连接。车外信息检测单元12030使成像部12031对车辆外部的图像进行成像，并且接收所拍摄的图像。在接收的图像的基础上，车外信息检测单元12030可以对诸如人、车辆、障碍物、标记或路面上的符号等物体执行检测处理或距这些物体的距离的检测处理。

成像部12031是光学传感器，其用于接收光并且输出与接收的光的光量对应的电信号。成像部12031可以输出电信号作为图像，或可以输出电信号作为关于测量距离的信息。此外，成像部12031接收的光可以是可见光，或可以是诸如红外线等不可见光。

车内信息检测单元12040检测关于车辆内部的信息。例如，车内信息检测单元12040与检测驾驶员状态的驾驶员状态检测部12041连接。驾驶员状态检测部12041例如包括对驾驶员进行成像的相机。在从驾驶员状态检测部12041输入的检测信息的基础上，车内信息检测单元12040可以计算驾驶员的疲劳程度或驾驶员的集中程度，或可以判断驾驶员是否正在打瞌睡。

微型计算机12051可以在关于车辆内部或外部的信息(该信息是由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的)的基础上计算驱动力产生装置、转向机构或制动装置的控制目标值，并向驱动系统控制单元12010输出控制命令。例如，微型计算机12051可以执行旨在实现先进驾驶员辅助系统(ADAS：advanced driver assistancesystem)的功能的协同控制，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、车辆速度维持行驶、车辆碰撞警告或车辆偏离车道警告等。

此外，微型计算机12051可以执行旨在用于自动驾驶的协同控制，其在关于车辆内部或外部的信息(该信息是由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的)的基础上通过控制驱动力产生装置、转向机构或制动装置等使车辆自主行驶，而不依赖于驾驶员的操作等。

此外，微型计算机12051可以在关于车辆外部的信息(该信息是由车外信息检测单元12030获得的)的基础上向车身系统控制单元12020输出控制命令。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车头灯以从远光灯变为近光灯来执行旨在防止眩光的协同控制。

声音/图像输出部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或听觉上将信息通知车辆的乘客或车辆的外部。在图15的示例中，音频扬声器12061、显示部12062和仪表面板12063被示出为输出装置。例如，显示部12062可以包括车载显示器和平视显示器中的至少一者。

图16是示出了成像部12031的安装位置的示例的图。

在图16中，成像部12031包括成像部12101、12102、12103、12104和12105。

成像部12101、12102、12103、12104和12105例如设置在车辆12100的前鼻、侧视镜、后保险杠和后门上的位置以及车辆内部挡风玻璃的上部上的位置。设置到前鼻上的成像部12101和设置到车辆内部挡风玻璃的上部上的成像部12105主要获得车辆12100的前方的图像。设置到侧视镜上的成像部12102和12103主要获得车辆12100的侧面的图像。设置到后保险杠或后门上的成像部12104主要获得车辆12100的后方的图像。设置到车辆内部挡风玻璃的上部上的成像部12105主要用于检测前方车辆、行人、障碍物、信号、交通标志或车道等。

顺便提及，图16示出了成像部12101至12104的拍摄范围的示例。成像范围12111表示设置到前鼻上的成像部12101的成像范围。成像范围12112和12113分别表示设置到侧视镜上的成像部12102和12103的成像范围。成像范围12114表示设置到后保险杠或后门上的成像部12104的成像范围。例如，通过叠加由成像部12101至12104拍摄的图像数据，获得从上方观看到的车辆12100的俯瞰图像。

成像部12101至12104中的至少一者可以具有获得距离信息的功能。例如，成像部12101至12104中的至少一者可以是由多个成像元件构成的立体相机，或可以是具有用于相位差检测的像素的成像元件。

例如，微型计算机12051可以在从成像部12101至12104获得的距离信息的基础上确定到成像范围12111到12114内的每个三维物体的距离和距离的时间变化(相对于车辆12100的相对速度)，从而提取最近的三维物体作为前方车辆，特别地，该三维物体存在于车辆12100的行驶路径上并且以预定速度(例如，等于或大于0千米/小时)在与车辆12100基本相同的方向上行驶。此外，微型计算机12051可以预先设定在前方车辆前方要保持的车间距离，并且执行自动制动控制(包括跟车停止控制)或自动加速控制(包括跟车启动控制)等。因此，可以执行旨在用于自动驾驶的协同控制，其使得车辆自主行驶而不依赖于驾驶员的操作等。

例如，微型计算机12051可以在从成像部12101至12104获得的距离信息的基础上将关于三维物体的三维物体数据分类为两轮车辆、标准尺寸车辆、大型车辆、行人、电线杆和其他三维物体的三维物体数据，提取分类后的三维物体数据，并使用所提取的三维物体数据来自动避开障碍物。例如，微型计算机12051将车辆12100周围的障碍物识别为车辆12100的驾驶员可以在视觉上识别的障碍物以及车辆12100的驾驶员难以在视觉上识别的障碍物。然后，微型计算机12051确定表示与每个障碍物碰撞的风险的碰撞风险。在碰撞风险等于或高于设定值并且因此存在碰撞可能性的情况下，微型计算机12051经由音频扬声器12061或显示部12062向驾驶员输出警告，并通过驱动系统控制单元12010执行强制减速或避让转向。微型计算机12051由此可以辅助驱动以避免碰撞。

成像部12101至12104中的至少一者可以是检测红外线的红外摄像机。例如，微型计算机12051可以通过确定成像部12101至12104的拍摄图像中是否存在行人来识别行人。例如，通过在作为红外摄像机的成像部12101至12104的拍摄图像中提取特征点的程序以及通过对表示物体轮廓的一系列特征点执行图案匹配处理来确定是否是行人的程序来执行对行人的这种识别。当微型计算机12051确定成像部12101至12104的拍摄图像中存在行人并且因此识别出行人时，声音/图像输出部12052控制显示部12062，使得用于强调的方形轮廓线以叠加在识别出的行人上的方式显示。声音/图像输出部12052还可以控制显示部12062，使得表示行人的图标等显示在期望的位置处。

<3.实施例>

接着，详细地描述本公开的实施例。

通过使用以下方法制备用于评价的样品，并且对量子效率(QE)和响应性进行评价。

首先，通过UV/臭氧处理清洗设置有50nm膜厚度的ITO电极的玻璃基板，此后，通过溅射法在ITO电极上形成包括IGZO且具有100nm厚度的半导体层。随后，使该基板在大气中经受350℃、1小时的热处理以耗尽IGZO。接着，通过旋涂法以2500rpm的旋转速度将油墨涂布在半导体层上作为光电转换层。该油墨通过将PbS纳米粒子以50mg/ml的浓度分散在辛烷溶剂中来获得。油酸与纳米粒子表面上的每个PbS纳米粒子配位。随后，在大气下滴入通过将TBAI(碘化四丁基铵：tetrabutylammonium iodide)以0.1vol％的浓度分散在甲醇溶剂中获得的溶液，进行10秒钟的浸渍处理，并且进行了从油酸到TBAI的配体交换。接着，滴入甲醇以清洗掉诸如油酸等多余的有机物质。该操作重复十次以形成具有大约300nm厚度的光电转换层。该层形成之后，在惰性气体气氛中在120℃下进行五分钟的热处理以去除残留溶剂。随后，通过真空蒸镀法在光电转换层上形成具有10nm厚度的MoO₃膜，然后通过溅射法层叠50nm的ITO膜以形成上部电极。如上所述，制备了包括1mm×1mm的光电转换区域的光电转换元件(样品1)。

以上获得的光电转换层的载流子密度和极性从具有分别使用类似的方法制备的光电转换层作为活性层的薄膜晶体管的栅极电压-漏极电流特性和漏极电压-漏极电流特性来估算。该薄膜晶体管具有使用玻璃基板上的Al的栅极电极、其中Al₂O₃表面用三氯十八烷基硅烷(trichlorooctadecylsilane)改性的栅极绝缘膜，并且通过使用与光电转换元件类似的方法形成光电转换层作为活性层，且将Al用作源极/漏极电极来制备。如此获得的样品1的光电转换层是p型，并且其载流子密度为p＝1×10¹⁶cm^-3。

此外，作为样品2到6，制备了具有载流子密度不同的n型光电转换层的光电转换元件。具体地，将其中TBAI或TBAB(四丁基溴化铵：tetrabutylammonium bromide)以0.1vol％到5vol％的浓度分散在甲醇溶剂中的溶液在惰性气氛下滴入，并且在10秒钟到200秒钟范围内调整浸渍时间，从而制备出分别具有对应于如下其中一个载流子密度的样品：n＝3×10¹⁶cm^-3(样品2)、n＝1×10¹⁷cm^-3(样品3)、n＝4×10¹⁷cm^-3(样品4)、n＝7×10¹⁷cm^-3(样品5)和n＝1×1018cm-3(样品6)。需要指出的是，配体置换之后样品的制备方法与样品1类似。

图17是总结了使用上面描述的样品1到6的光电转换层的载流子密度和量子效率之间的关系的特性图。需要指出的是，图17的纵轴表示其中将具有p型光电转换层的样品1的量子效率设定成1的相对值。从图17中可以确认的是，在包含半导体纳米粒子的光电转换元件中，通过在半导体层上设置n型光电转换层提高了量子效率。进一步地，应该理解的是，n型光电转换层的载流子密度优选地设定为n＝3×10¹⁶cm^-3以上且1×10¹⁸cm^-3以下，并且更优选地设定为1×10¹⁷cm^-3以上且7×10¹⁷cm^-3以下。应该注意的是，当将掺杂浓度设定为7×10¹⁷cm^-3以上时量子效率的降低被认为是由于在n型光电转换层和半导体层之间的接合面附近的n型光电转换层被正固定电荷强烈耗尽，从而使得光电转换层中的电子密度过剩，使光电转换层的内部电场变弱，并且促进了电荷的再结合。

上面已经参照实施方案、应用例以及实施例做出了描述，但是本公开的内容不限于上面描述的实施方案等，并且各种变形是可能的。例如，在上面描述的实施方案中，已经描述了光电转换元件10单独用在成像元件1中的示例。光电转换元件10对具有近红外区域波长的光执行了光电转换。然而，例如，可以结合并使用另一个光电转换元件以对诸如具有除了近红外区域之外的区域的波长的可见光等的光执行光电转换。其他光电转换元件的示例包括嵌入并形成在半导体基板30中的所谓的无机光电转换元件和通过使用有机半导体材料形成光电转换层的所谓的有机光电转换元件。

此外，在上面描述的实施方案等中，将背面照射型成像元件1的配置描述为示例。然而，也可以将实施方案等应用于前面照射型成像元件。进一步地，如上所述，在结合并使用另一个光电转换元件的情况下，成像元件1可以配置为所谓的垂直光谱型成像元件或可以是包括半导体基板的成像元件，在该半导体基板上，对另一波长范围内的光进行光电转换的光电转换元件二维排列(例如，拜耳排列)。此外，例如，设置有诸如存储器元件等另一个功能元件的基板可以层叠在多层布线侧上。

此外，根据本公开的光电转换元件10、成像元件1和成像装置100每一个都不一定必须包括上面描述的实施方案等中描述的各个部件中的所有部件，而是相反可以包括另一层。

此外，例如，除该成像装置之外，可以将根据本公开的技术应用于光伏电池。

需要指出的是，这里描述的效果仅仅是示例性的，而不是限制性的。此外，可以存在其他效果。

需要指出的是，本公开可以具有以下配置。

(1)一种光电转换元件，包括：

第一电极，其由彼此独立的多个电极构成；

第二电极，其布置成与所述第一电极相对；

n型光电转换层，其包含半导体纳米粒子，所述n型光电转换层设置在所述第一电极和所述第二电极之间；以及

半导体层，其包含氧化物半导体材料，所述半导体层设置在所述第一电极和所述n型光电转换层之间。

(2)根据(1)所述的光电转换元件，其中所述n型光电转换层具有3×10¹⁶cm^-3以上且1×10¹⁸cm^-3以下的载流子密度。

(3)根据(1)或(2)所述的光电转换元件，其中所述半导体层具有1×10¹⁷cm^-3以下的载流子密度。

(4)根据(1)至(3)中任一项所述的光电转换元件，其中

所述半导体纳米粒子包括核和配体，所述配体结合到所述核的表面上，并且

所述核包括PbS、PbSe、PbTe、CuInSe₂、ZnCuInSe、CuInS₂、HgTe、InAs、InSb、Ag₂S或CuZnSnSSe中的至少一种。

(5)根据(1)至(4)中任一项所述的光电转换元件，其中

所述半导体纳米粒子包括核和配体，所述配体结合到所述核的表面上，并且

所述配体包括氯原子、溴原子和碘原子中的任意一种。

(6)根据(4)或(5)所述的光电转换元件，其中

所述半导体纳米粒子进一步地包括围绕所述核设置的壳，并且

所述壳包括PbO、PbO₂、Pb₃O₄、ZnS、ZnSe和ZnTe中的至少一种。

(7)根据(1)至(6)中任一项所述的光电转换元件，其中所述半导体层包括IGZO、ZTO、Zn₂SnO₄、InGaZnSnO、GTO、Ga₂O₃:SnO₂或IGO中的至少一种。

(8)根据(1)至(7)中任一项所述的光电转换元件，其中

所述第一电极通过使用钛(Ti)、银(Ag)、铝(Al)、镁(Mg)、铬(Cr)、镍(Ni)、钨(W)和铜(Cu)中的任意一种来形成，并且

所述第二电极通过使用氧化铟锡(ITO)来形成。

(9)根据(1)至(8)中任一项所述的光电转换元件，包括

绝缘层，其在所述第一电极和所述半导体层之间，其中

所述第一电极包括电荷读出电极和电荷累积电极，所述电荷读出电极经由设置在所述绝缘层中的开口电连接到所述n型光电转换层，所述电荷累积电极与所述n型光电转换层以所述绝缘层介于其间的方式相对布置。

(10)根据(9)所述的光电转换元件，其中所述第一电极包括在所述电荷读出电极和所述电荷累积电极之间的电荷传输电极。

(11)根据(1)至(10)中任一项所述的光电转换元件，其中将各个电压分别施加到包含在所述第一电极中的所述多个电极。

(12)根据(1)至(11)中任一项所述的光电转换元件，进一步地包括

半导体基板，其中

所述第一电极、所述半导体层、所述n型光电转换层以及所述第二电极按此顺序设置在所述半导体基板的第一表面侧。

(13)根据(12)所述的光电转换元件，其中所述半导体基板包括驱动电路，并且构成所述第一电极的所述多个电极分别连接到所述驱动电路。

(14)根据(12)或(13)所述的光电转换元件，其中在与所述半导体基板的所述第一表面相对的第二表面侧形成多层布线层。

(15)一种成像装置，包括

多个像素，每个所述像素设置有一个或多个光电转换元件，

所述一个或多个光电转换元件分别包括

第一电极，其由彼此独立的多个电极构成，

第二电极，其布置成与所述第一电极相对，

n型光电转换层，其包含半导体纳米粒子，所述n型光电转换层设置在所述第一电极和所述第二电极之间，以及

半导体层，其包含氧化物半导体材料，所述半导体层设置在所述第一电极和所述n型光电转换层之间。

该申请要求于2018年1月31日向日本专利局提交的日本在先专利申请JP2018-015406的权益，其全部内容通过引用的方式并入本文。

本领域技术人员应当理解，依据设计要求和其他因素，可以在随附的权利要求或其等同物的范围内进行各种修改、组合、次组合以及改变。