摄像装置及电子设备的制作方法

本发明的一个方式涉及一种摄像装置。

注意，本发明的一个方式不局限于上述技术领域。本说明书等所公开的发明的一个方式的技术领域涉及一种物体、方法或制造方法。另外，本发明的一个方式涉及一种程序(process)、机器(machine)、产品(manufacture)或者组合物(compositionofmatter)。更具体而言，作为本说明书所公开的本发明的一个方式的技术领域的例子，可以举出半导体装置、显示装置、液晶显示装置、发光装置、照明装置、蓄电装置、存储装置、摄像装置、它们的驱动方法或者它们的制造方法。

注意，在本说明书等中，半导体装置是指能够通过利用半导体特性而工作的所有装置。晶体管、半导体电路为半导体装置的一个方式。另外，存储装置、显示装置、摄像装置、电子设备有时包含半导体装置。

背景技术：

使用形成在衬底上的氧化物半导体薄膜构成晶体管的技术受到关注。例如，专利文献1公开了将包括氧化物半导体的关态电流(off-statecurrent)非常低的晶体管用于像素电路的结构的摄像装置。

[先行技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利申请公开第2011-119711号公报

技术实现要素：

发明所要解决的技术问题

摄像装置不但被用作使可见光图像化的手段，而且还被用于各种用途。例如，摄像装置被用于个人识别、缺陷分析、医疗诊断、安全领域等用途等。在这些用途中，除了可见光之外根据用途分别使用x射线等短波长的光、红外线等长波长的光等。

有时作为可见光及红外线利用自然光或室内光，而且目前专用光源的使用也在普及中。在很多情况下，作为光源使用电球型灯、led及激光等，但是当它们与摄像装置组合时在小型化、薄型化的方面有课题。

因此，本发明的一个方式的目的之一是提供一种包括光源的摄像装置。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种包括薄型光源，并拍摄从该光源发射且来自拍摄对象的反射光的摄像装置。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种包括薄型红外光源的摄像装置。本发明的一个方式的目的之一是提供一种能够进行多个像素的积和运算的摄像装置。

另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种低功耗的摄像装置。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种能够进行高速摄像的摄像装置。本发明的一个方式的目的之一是提供一种可靠性高的摄像装置。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种新颖摄像装置。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种上述摄像装置的工作方法。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种新颖半导体装置等。

注意，这些目的的记载并不妨碍其他目的的存在。本发明的一个方式并不需要实现所有上述目的。注意，可以从说明书、附图、权利要求书等的记载得知并抽出上述以外的目的。

解决技术问题的手段

本发明的一个方式涉及一种包括光源的薄型摄像装置。此外，本发明的一个方式涉及一种能够运算的摄像装置。

本发明的一个方式是一种摄像装置，包括：第一像素；第二像素；第一相关双采样电路；第二相关双采样电路；以及a/d转换电路，其中，第一像素及第二像素分别包括发光器件、光电转换器件，第一像素与第一相关双采样电路电连接，第二像素与第一相关双采样电路电连接，第一相关双采样电路与第二相关双采样电路电连接，第二相关双采样电路与a/d转换电路电连接，并且，第一像素、第二像素、第一相关双采样电路以及第二相关双采样电路包括在沟道形成区域包含金属氧化物的晶体管。

第一像素及第二像素作为晶体管分别可以包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管以及第五晶体管，第一像素及第二像素分别还可以包括第一电容器、第二电容器、存储电路，第一晶体管的源极和漏极中的一个可以与光电转换器件的一个电极电连接，第一晶体管的源极和漏极中的另一个可以与第一电容器的一个电极电连接，第一电容器的一个电极可以与第二晶体管的源极和漏极中的一个电连接，第二晶体管的源极和漏极中的另一个可以与第三晶体管的源极和漏极中的一个电连接，第三晶体管的源极和漏极中的一个可以与第二电容器的一个电极电连接，第二电容器的一个电极可以与第四晶体管的栅极电连接，第四晶体管的源极和漏极中的一个可以与第五晶体管的源极和漏极中的一个电连接，第五晶体管的源极和漏极中的另一个可以与第一相关双采样电路电连接，并且第二电容器的另一个电极可以与存储电路电连接。

存储电路可以包括第六晶体管、第七晶体管、第八晶体管、第九晶体管，存储电路还可以包括第三电容器，第六晶体管的源极和漏极中的一个可以与第三电容器的一个电极电连接，第三电容器的一个电极可以与第七晶体管的栅极电连接，第七晶体管的源极和漏极中的一个可以与第八晶体管的源极和漏极中的一个电连接，第七晶体管的源极和漏极中的另一个可以与第九晶体管的源极和漏极中的一个电连接，并且第九晶体管的源极和漏极中的一个可以与第二电容器的另一个电极电连接。

第一像素所包括的第五晶体管的源极和漏极中的另一个也可以与第二像素所包括的第五晶体管的源极和漏极中的另一个电连接，并且第一像素所包括的第五晶体管的栅极也可以与第二像素所包括的第五晶体管的栅极电连接。

第一波长＜第二波长，第一像素及第二像素所包括的发光器件可以发射包含第一波长及第二波长的近红外光，第一像素所包括的光电转换器件的吸收端波长可以比第二波长短，并且第二像素所包括的光电转换器件的吸收端波长可以为第二波长以上。

第一波长＜第二波长，第一像素所包括的发光器件也可以发射在第一波长处具有峰的近红外光，第二像素所包括的发光器件也可以发射在第二波长处具有峰的近红外光，第一像素所包括的光电转换器件的吸收端波长也可以比第二波长短，并且第二像素所包括的光电转换器件的吸收端波长也可以为第二波长以上。

第一波长＜第二波长，第一像素所包括的发光器件也可以发射在第一波长处具有峰的近红外光，第二像素所包括的发光器件也可以发射在第二波长处具有峰的近红外光，并且第一像素及第二像素所包括的光电转换器件的吸收端波长也可以为第二波长以上。在该结构中，也可以在第一像素中设置选择性地透过第一波长及其附近的光的第一光学滤波器层，并且也可以在第二像素中设置选择性地透过第二波长及其附近的光的第二光学滤波器层。

第一像素、第二像素、第一相关双采样电路及第二相关双采样电路可以设置在第一柔性衬底与相对于第一柔性衬底的第二柔性衬底之间。

金属氧化物优选包含in、zn、m(m为al、ti、ga、ge、sn、y、zr、la、ce、nd或hf)。

发明效果

通过使用本发明的一个方式可以提供一种包括光源的摄像装置。另外，通过使用本发明的一个方式可以提供一种包括薄型光源，并拍摄从该光源发射且来自拍摄对象的反射光的摄像装置。另外，通过使用本发明的一个方式可以提供一种包括薄型红外光源的摄像装置。通过使用本发明的一个方式可以提供一种能够进行多个像素的积和运算的摄像装置。

另外，通过使用本发明的一个方式可以提供一种低功耗的摄像装置。另外，通过使用本发明的一个方式可以提供一种能够进行高速摄像的摄像装置。通过使用本发明的一个方式可以提供一种可靠性高的摄像装置。另外，通过使用本发明的一个方式可以提供一种新颖摄像装置。另外，通过使用本发明的一个方式可以提供一种上述摄像装置的工作方法。另外，通过使用本发明的一个方式可以提供一种新颖半导体装置等。

附图简要说明

图1是说明摄像装置的方框图。

图2a至图2c是说明像素阵列的图。

图3是说明像素电路的图。

图4a是说明卷帘快门方式的图。图4b是说明全局快门方式的图。

图5是说明读出电路的图。

图6是说明摄像装置的工作的时序图。

图7是说明摄像装置的方框图。

图8a至图8c是说明发光器件及光电转换器件的图。

图9a至图9c是说明像素电路的图。

图10a至图10c是说明像素电路的图。

图11a至图11c是说明像素电路的图。

图12a至图12c是说明像素电路的图。

图13a、图13b是说明像素电路的图。

图14a至图14c是说明摄像装置的像素的结构、光电转换器件的结构及发光器件的结构的图。

图15是说明摄像装置的像素的结构的图。

图16a至图16d是说明晶体管的图。

图17a1、图17a2、图17b1、图17b2是说明电子设备的图。

图18a、图18b是说明电子设备的图。

实施发明的方式

参照附图对实施方式进行详细说明。注意，本发明不局限于下面说明，所属技术领域的普通技术人员可以很容易地理解一个事实就是其方式及详细内容在不脱离本发明的宗旨及其范围的情况下可以被变换为各种各样的形式。因此，本发明不应该被解释为仅限定在以下所示的实施方式所记载的内容中。另外，在下面所说明的发明的结构中，在不同的附图中共同使用相同的附图标记来表示相同的部分或具有相同功能的部分，而省略其重复说明。另外，有时在不同的附图中适当地省略或改变相同构成要素的阴影。

另外，即使在电路图上为一个要素，如果在功能上没有问题，该要素也可以使用多个要素构成。例如，有时被用作开关的多个晶体管可以串联或并联连接。此外，有时也可以对电容器(也称为电容元件)进行分割并将其配置在多个位置上。

此外，有时一个导电体具有布线、电极及端子等多个功能，在本说明书中，有时对同一要素使用多个名称。另外，即使在电路图上示出要素之间直接连接的情况，有时实际上该要素之间通过一个或多个导电体连接，本说明书中这种结构也包括在直接连接的范畴内。

(实施方式1)

在本实施方式中，参照附图说明本发明的一个方式的摄像装置。

本发明的一个方式是一种在像素中包括发光器件及光电转换器件的摄像装置。由光电转换器件接收从发光器件发射并被拍摄对象反射的光。因为作为发光器件使用el元件，所以可以构成包括光源的薄型摄像装置。

此外，也可以采用设置多个发光波长不同的el元件的结构及设置多个受光波长不同的光电转换器件的结构。因此，可以得到相对于多个波长的拍摄对象的信息。

摄像装置具有输出由像素所取得的第一数据乘以第二数据(权重)而得的第三数据的功能。通过在外部运算第三数据，可以更详细地取得相对于特定波长的拍摄对象的信息。此外，通过一次性地读出适当地加权的多个像素，也可以输出像素间的差分数据等，由此也可以省略外部运算。

此外，通过作为发光器件使用发射红外光的元件，可以将摄像装置用于生物识别、身体活动测量、工业产品的缺陷分析、农产品挑选等的用途。此外，通过使用能够以全局快门方式进行摄像的像素电路，即使对运动对象进行拍摄，也可以得到没有畸变的图像。

<摄像装置>

图1是说明本发明的一个方式的摄像装置的方框图。该摄像装置包括具有以矩阵状排列的像素的像素阵列21、具有选择像素阵列21的行的功能的电路22(行驱动器)、具有从像素电路10读出数据的功能的电路23以及供应电源电位的电路28。像素上设置有像素电路10及发光器件11。

电路23为读出电路，也可以包括用来对像素电路10的输出数据进行相关双采样处理的电路24(第一cds电路)、用来对电路24的输出数据进行相关双采样处理的电路25(第二cds电路)、具有将从电路25输出的模拟数据转换为数字数据的功能的电路26(a/d转换电路等)、具有选择读出数据的像素阵列21的列的功能的电路27(列驱动器)等。在电路23中除此以外还可以设置电流源电路等。

注意，也可以采用像素电路10不与发光器件11重叠的结构。例如，如图2a所示，也可以以一定间隔交替配置像素电路10和发光器件11。此外，如图2b所示，也可以按行交替配置像素电路10和发光器件11。作为图2b所示的结构的变形例子，如以虚线表示那样，也可以采用发光器件11在一个方向上排列的结构。

此外，如图2c所示，也可以采用相邻的两个像素电路10之间配置有发光器件11的结构。在此情况下，发光器件11以包括重叠于与像素电路10连接的布线的区域的方式配置。此外，图2a至图2c中图示与像素电路10相同数量的发光器件11，但是发光器件11的数量也可以与像素电路10不同。

<像素电路>

图3是说明能够用于本发明的一个方式的摄像装置的像素电路10的电路图。像素电路10可以包括光电转换器件101、晶体管102、晶体管103、晶体管104、晶体管105、晶体管106、电容器107、电容器108、存储电路30。注意，也可以不设置电容器107。

光电转换器件101的一个电极(阴极)与晶体管102的源极和漏极中的一个电连接。晶体管102的源极和漏极中的另一个与电容器107的一个电极电连接。电容器107的一个电极与晶体管103的源极和漏极中的一个电连接。晶体管103的源极和漏极中的另一个与晶体管104的源极和漏极中的一个电连接。晶体管104的源极和漏极中的一个与电容器108的一个电极电连接。电容器108的一个电极与晶体管105的栅极电连接。晶体管105的源极和漏极中的一个与晶体管106的源极和漏极中的一个电连接。电容器108的另一个电极与存储电路30电连接。

存储电路30可以包括晶体管110、晶体管111、晶体管112、晶体管113、电容器114。

晶体管110的源极和漏极中的一个与电容器114的一个电极电连接。电容器114的一个电极与晶体管112的栅极电连接。晶体管112的源极和漏极中的一个与晶体管111的源极和漏极中的一个电连接。晶体管112的源极和漏极中的另一个与晶体管113的源极和漏极中的一个电连接。晶体管113的源极和漏极中的一个与电容器108的另一个电极电连接。

这里，将使晶体管102的源极和漏极中的另一个、电容器107的一个电极与晶体管103的源极和漏极中的一个连接的布线设为节点fd1。将使晶体管103的源极和漏极中的另一个、晶体管104的源极和漏极中的一个、电容器108的一个电极与晶体管105的栅极连接的布线设为节点fd2。

节点fd1可以被用作电荷存储部。节点fd2可以被用作电荷检测部。

在存储电路30中，将使晶体管110的源极和漏极中的一个、电容器114的一个电极与晶体管112的栅极连接的布线设为节点nw1。将使晶体管112的源极和漏极中的另一个、晶体管113的源极和漏极中的一个与电容器108的另一个电极连接的布线设为节点nw2。

节点nw1可以被用作数据保持节点。节点nw2可以被用作数据读出节点。

光电转换器件101的另一个电极(阳极)与布线121电连接。晶体管102的栅极与布线124电连接。晶体管103的栅极与布线125电连接。晶体管104的源极和漏极中的另一个及晶体管105的源极和漏极中的另一个与布线122电连接。晶体管104的栅极与布线126电连接。晶体管106的栅极与布线127电连接。晶体管106的源极和漏极中的另一个与布线123电连接。电容器107的另一个电极与例如gnd布线等基准电位线电连接。

在存储电路30中，晶体管110的源极和漏极中的另一个与布线133电连接。晶体管111的源极和漏极中的另一个与布线134电连接。晶体管113的源极和漏极中的另一个与布线135电连接。电容器114的另一个电极与例如gnd布线等基准电位线电连接。

布线124、125、126、127、136、137、138可以被用作控制各晶体管的导通的信号线。

布线121、122可以被用作电源线。图3所示的结构是光电转换器件101的阴极一侧与晶体管102电连接且使节点fd1及节点fd2复位到高电位而进行工作的结构，所以布线122为高电位(比布线121高的电位)。

在存储电路30中，晶体管112及晶体管113作为源极跟随工作，并可以将节点nw1的电位读出到节点nw2。布线134及布线135可以被用作使晶体管112工作的电源线，布线134为高电位(比布线135高的电位)。

布线123可以被用作输出线。存储电路中的布线133可以被用作数据(权重)写入信号线。

作为光电转换器件101，可以使用光电二极管。本发明的一个方式中进行使用红外线的摄像。因此，作为光电转换器件101使用至少可以对红外区域的光进行光电转换的光电二极管。

例如，可以使用在光电转换层中包括有机光导电膜的光电二极管。有机光导电膜为薄膜，在支撑衬底具有柔性时可以弯曲。因此，适合于形成柔性摄像装置。此外，摄像装置的大型化也很容易。注意，作为光电转换器件101，也可以使用包括有机光导电膜的光电导体。

此外，可以使用将单晶硅用于光电转换部的pn结型光电二极管、将多晶硅或微晶硅用于光电转换层的pin结型光电二极管等。或者，也可以使用包含化合物半导体等的能够对红外区域的光进行光电转换的材料的光电二极管。

此外，能够用于上述光电二极管或光电导体的大多数的材料在可见光区域也具有敏感度，因此可以取得可见光的图像。注意，在取得红外光的图像的情况下，可见光成为噪声时，优选在光电转换器件101与拍摄对象之间设置红外线透射滤光片(遮断可见光的滤光片)。

晶体管102具有控制节点fd1的电位的功能。晶体管103具有控制节点fd2的电位的功能。晶体管104具有使节点fd1及节点fd2的电位复位的功能。晶体管105被用作源极跟随电路，可以将节点fd2的电位作为图像数据输出到布线123。晶体管106具有选择输出图像数据的像素的功能。

晶体管102、晶体管103及晶体管104优选使用沟道形成区域中使用金属氧化物的晶体管(下面称为os晶体管)。os晶体管具有关态电流极低的特性。通过作为晶体管102、晶体管103、104使用os晶体管，可以尽量延长能够在节点fd1及节点fd2中保持电荷的期间。因此，可以采用在所有像素中同时进行电荷的存储工作的全局快门方式而不使电路结构、工作方法复杂。

<摄像装置的工作模式>

图4a示意性地示出卷帘快门方式的工作方法，图4b示意性地示出全局快门方式。en表示第n列(n为自然数)的曝光(积累工作)、rn表示第n列的读出工作。图4a、图4b示出第1行(line[1])至第m行(line[m])(m为自然数)的工作。

卷帘快门方式是依次进行曝光及数据读出的工作方法，其中一个行的读出期间与其他行的曝光期间重叠。曝光后立刻进行读出工作，所以即使使用数据的保持期间较短的电路结构也可以进行摄像。但是，由于由没有摄像的同时性的数据构成1个帧的图像，所以在拍摄动体时在图像中产生歪曲。

另一方面，全局快门方式是在所有像素中同时进行曝光而在各像素保持数据，按每个行读出数据的工作方法。因此，在动体的摄像中也可以得到没有歪曲的图像。

在作为像素电路采用沟道形成区域使用si的晶体管(下面称为si晶体管)等关态电流较高的晶体管时，数据电位容易从电荷存储部流出，所以采用卷帘快门方式。为了使用si晶体管实现全局快门方式，需要另行设置存储电路等，而且还需要以高速进行复杂的工作。另一方面，当在像素电路中使用os晶体管时，从电荷存储部几乎没有流出数据电位，所以容易实现全局快门方式。

优选作为存储电路30中的晶体管110、晶体管111、晶体管112、晶体管113也使用os晶体管。通过作为晶体管110使用os晶体管，可以极长时间保持节点nw1的电位。因此，在保持相同数据的情况下可以减少写入到节点nw1的频率。

通过作为晶体管111、晶体管112、晶体管113使用os晶体管，可以极长时间保持节点nw2的电位。由于通过可以长期保持节点nw2的电位，节点fd2的电位稳定，所以可以从像素电路10读出具有可靠性的数据。

os晶体管可以用于像素电路10所包括的其他晶体管。另外，可以任意组合并使用os晶体管和si晶体管。另外，所有晶体管可以采用os晶体管。此外，所有晶体管可以采用si晶体管。作为si晶体管，可以举出含有非晶硅的晶体管、含有结晶性的硅(典型为低温多晶硅、单晶硅等)的晶体管等。

作为发光器件11也可以使用el元件。作为该el元件可以使用发射红外光的元件。尤其是，优选为发射在700nm以上且2500nm以下的波长中具有峰的近红外光的el元件。例如，波长为760nm及其附近的光容易被静脉中的还原血红蛋白吸收，因此通过接收来自手掌或指头的反射光等并进行图像化，可以检测静脉的位置。将该作用用作生物识别。

通过对还原血红蛋白的吸收大的波长的光与氧化血红蛋白的吸收大的波长(例如940nm)的光的受光量进行比较，可以检测生物的神经活动活跃的区域。该功能可以用于脑功能的分析等。此外，同样地通过对还原血红蛋白吸收的波长的光与氧化血红蛋白吸收的波长的光的受光量进行比较，也可以检测血氧浓度。注意，在红外光的吸收对象为血液中的葡萄糖时，也可以检测血糖值。

此外，也可以将适当的波长的近红外光利用于食品内的异物检测或工业产品的缺陷分析等无损检测。另外，通过与全局快门方式组合，即使被摄体移动，也可以进行精度高的检测。

由于脑功能的分析中，需要将较大面积的摄像装置(传感器)紧贴头部，所以该摄像装置优选具有柔性或者沿着头部形状的弯曲面上优选形成有柔性摄像装置。作为使摄像装置具有柔性的方法，首先在硬质衬底上形成摄像装置，然后将其转置到软质衬底。

此时，由于作为用来从硬质衬底剥离摄像装置的缓冲层使用聚酰亚胺等有机树脂，所以有时晶体管等的工序温度受到限制。由此，有时降低晶体管的电特性及可靠性。此外，为了形成使用多晶硅的晶体管需要照射激光，因此有时因对缓冲层及周边构件照射激光导致的损伤引起剥离不良。

因此，在形成柔性摄像装置时，优选使用os晶体管。os晶体管可以在较低的温度下形成，且不需要激光照射工序，因此不发生上述问题，由此os晶体管适合于柔性摄像装置。

此外，通过在发光器件11中使用el元件，可以实现包括光源的薄型摄像装置，容易将其安装于各种设备，而且可以提高便携性。

<读出电路>

图5是说明与像素阵列21的特定一列连接的电路23的图。从像素电路10输出数据的布线123与电流源电路29电连接。此外，布线123依次与电路24(第一cds电路)、电路25(第二cds电路)、电路26(a/d转换电路)、电路27(移位寄存器)连接。

电路24可以包括晶体管141及电容器143。此外，电路25可以包括晶体管142及电容器144。

电容器143的一个电极与布线123电连接。电容器143的另一个电极与晶体管141的源极和漏极中的一个电连接。晶体管141的源极和漏极中的一个与电容器144的一个电极电连接。电容器144的另一个电极与晶体管142的源极和漏极中的一个电连接。晶体管142的源极和漏极中的一个与电路26电连接。电路26与电路27电连接。电路26例如可以包括比较器、计数器及输出部(out)等。

这里，将使电容器143的另一个电极、晶体管141的源极和漏极中的一个及电容器144的一个电极连接的布线设为节点nc1。将使电容器144的另一个电极、晶体管142的源极和漏极中的一个及电路26连接的布线设为节点nc2。

晶体管141的源极和漏极中的另一个及晶体管142的源极和漏极中的另一个与能够供应基准电位(vcds)的布线电连接。

<摄像装置的输出数据>

在本发明的一个方式的摄像装置中，可以输出由像素取得的第一数据乘以第二数据(权重)而得的第三数据。第三数据可以通过使用像素电路10、电路24及电路25生成，不需要的成分被去除。接着对上述内容进行说明。

第三数据使用像素电路10所输出的没进行曝光的数据(dr)、对没进行曝光的数据加上权重的数据(dr+w)、进行了曝光的数据(dr+x)、对进行了曝光的数据加上权重的数据(dr+x+w)来生成。

在像素电路10输出dr时，在布线123中流过与算式(1)的函数成正比的电流。这里，r为复位电位，vth为晶体管105的阈值电压，r相当于读出时的节点fd2的电位。

(r-vth)²(1)

在像素电路10输出dr+w时，在布线123中流过与算式(2)的函数成正比的电流。这里，w为权重，r+w相当于读出时的节点fd2的电位。

(r+w-vth)²(2)

在像素电路10输出dr+x时，在布线123中流过与算式(3)的函数成正比的电流。这里，x为因曝光导致的电位变动量，r+x相当于读出时的节点fd2的电位。

(r+x-vth)²(3)

在像素电路10输出dr+x+w时，在布线123中流过与算数(4)的函数成正比的电流。r+x+w相当于读出时的节点fd2的电位。

(r+x+w-vth)²(4)

这里，在没有进行曝光的情况以及进行曝光的情况下，分别算出有无权重的变化量(差分)。具体而言，计算算式(2)-算式(1)以及算式(4)-算式(3)。

(r+w-vth)²-(r-vth)²＝w(2r+w-2vth)(5)

(r+x+w-vth)²-(r+x-vth)²＝w(2r+2x+w-2vth)(6)

再者，在计算算式(6)-算式(5)时，如算式(7)所示，解为2wx。

w(2r+2x+w-2vth)-w(2r+w-2vth)＝2wx(7)

就是说，可以抽出关于曝光数据(x)与权重(w)的积的信息。输出相当于上述算式(1)至(4)的数据的工作可以由像素电路10进行。相当于算式(5)及算式(6)的数据的算出工作可以主要由电路24进行。相当于算式(7)的数据的算出工作可以主要由电路25进行。

<摄像装置的工作>

接着，参照图6的时序图说明像素电路10、电路24及电路25的具体工作的一个例子。注意，在本说明书的时序图的说明中，将高电位表示为“h”，且将低电位表示为“l”。注意，布线121、123、135一直被供应“l”，布线122、134一直被供应“h”。

注意，虽然这里没有涉及发光器件11的工作，但是将用于至少在积蓄工作期间适当地发光的电源电位供应到发光器件11。

在期间t1，将布线124的电位设为“h”、布线125的电位设为“h”、布线126的电位设为“h”、布线127的电位设为“l”、布线136的电位设为“h”、布线137的电位设为“l”、布线138的电位设为“h”、布线151的电位设为“l”、布线152的电位设为“l”时，晶体管102、103、104导通，节点fd1及节点fd2被供应布线122的电位“h”(r：复位电位)(复位工作)。

此外，在存储电路30中，晶体管113导通，节点nw2被写入布线135的电位“l”。此时，在电容器108中保持“r-l”。再者，晶体管110导通，节点nw1被写入从布线133供应的电位“w”。注意，对节点nw1写入权重的期间不局限于期间t1，也可以在权重读出到节点nw2之前进行。

在期间t2，将布线124的电位设为“h”、布线125的电位设为“l”、布线126的电位设为“l”、布线127的电位设为“l”、布线136的电位设为“l”、布线137的电位设为“l”、布线138的电位设为“h”、布线151的电位设为“l”、布线152的电位设为“l”时，晶体管103、104非导通，在节点fd2中保持复位电位“r”。此外，节点fd1的电位根据光电转换器件101的工作改变，其改变量相当于曝光量的电位“x”，成为“r+x”(积蓄工作)。

在期间t3，将布线124的电位设为“l”、布线125的电位设为“l”、布线126的电位设为“l”、布线127的电位设为“l”、布线136的电位设为“l”、布线137的电位设为“l”、布线138的电位设为“h”、布线151的电位设为“l”、布线152的电位设为“l”时，晶体管102非导通，节点fd1的电位确定并被保持。此外，晶体管110非导通，节点nw1的电位被保持。

此时，通过作为晶体管102、晶体管103、晶体管104及晶体管110使用关态电流较低的os晶体管，可以抑制从节点fd1、节点fd2及节点nw1流出过量电荷，由此可以延长各数据的保持时间。

在期间t4，将布线124的电位设为“l”、布线125的电位设为“l”、布线126的电位设为“l”、布线127的电位设为“h”、布线136的电位设为“l”、布线137的电位设为“l”、布线138的电位设为“h”、布线151的电位设为“h”、布线152的电位设为“h”时，晶体管106导通，通过晶体管105的源极跟随工作与包括节点fd2的电位“r”的函数(r-vth)²成正比的电流流过布线123(读出工作1)。该工作相当于上述算式(1)。

电路24的晶体管141及电路25的晶体管142导通，节点nc1及节点nc2分别被写入基准电位“vcds”。

在期间t5，将布线124的电位设为“l”、布线125的电位设为“l”、布线126的电位设为“l”、布线127的电位设为“h”、布线136的电位设为“l”、布线137的电位设为“h”、布线138的电位设为“l”、布线151的电位设为“l”、布线152的电位设为“h”时，在存储电路30中，晶体管111导通，晶体管113非导通，通过晶体管112的源极跟随工作节点nw1的电位“w”读出到节点nw2。

此时，节点fd2的电位通过电容器108的电容耦合成为“r-l+w”。这里，“l”＝0v时，节点fd2的电位为“r+w”。因此，通过晶体管105的源极跟随工作与包括“r+w”的函数(r+w-vth)²成正比的电流流过布线123。该工作相当于上述算式(2)。

此外，在电路24中晶体管141非导通。此时，节点nc1的电位在“vcds”＝0v时，通过电容器143的电容耦合成为(r+w-vth)²-(r-vth)²＝w(2r+w-2vth)。该工作相当于上述算式(5)。

在期间t6，将布线124的电位设为“l”、布线125的电位设为“h”、布线126的电位设为“l”、布线127的电位设为“h”、布线136的电位设为“l”、布线137的电位设为“l”、布线138的电位设为“h”、布线151的电位设为“h”、布线152的电位设为“l”时，晶体管103导通，节点fd1的电位“r+x”的电位读出到节点fd2。因此，通过晶体管105的源极跟随工作与包括“r+x”的函数(r+x-vth)²成正比的电流流过布线123。该工作相当于上述算式(3)。

在存储电路30中，晶体管111非导通，晶体管113导通，节点nw2被写入布线135的电位“l”。此时，在电容器108中保持“r+x-l”。

电路24的晶体管141导通，节点nc1被写入基准电位“vcds”。此外，电路25的晶体管142非导通。因此，节点nc2的电位通过电容器144的电容耦合成为“vcds-w(2r+w-2vth)”。就是说，在“vcds”＝0v时，节点nc2的电位成为“-w(2r+w-2vth)”。

在期间t7，将布线124的电位设为“l”、布线125的电位设为“h”、布线126的电位设为“l”、布线127的电位设为“h”、布线136的电位设为“l”、布线137的电位设为“h”、布线138的电位设为“l”、布线151的电位设为“l”、布线152的电位设为“l”时，在存储电路30中，晶体管111导通，晶体管113非导通，通过晶体管112的源极跟随工作节点nw1的电位“w”被读出到节点nw2。

此时，节点fd2的电位通过电容器108的电容耦合成为“r+x-l+w”。这里，“l”＝0v时，节点fd2的电位为“r+x+w”。因此，通过晶体管105的源极跟随工作与包括“r+x+w”的函数(r+x+w-vth)²成正比电流流过布线123。该工作相当于上述算式(4)。

此外，在电路24中晶体管141非导通。此时，节点nc1的电位在“vcds”＝0v时，通过电容器143的电容耦合成为(r+x+w-vth)²-(r+x-vth)²＝w(2r+2x+w-2vth)。该工作相当于上述算式(6)。

电路25的晶体管142非导通。此时，节点nc2的电位在“vcds”＝0v时通过电容器144的电容耦合成为w(2r+2x+w-2vth)-w(2r+w-2vth)＝2wx。该工作相当于上述算式(7)，因此，可以从电路25抽出关于曝光数据(x)及权重(w)的积的信息。

以上是像素电路10、电路24及电路25的具体工作的一个例子。

<摄像装置的变形例子>

本发明的一个方式的摄像装置也可以具有图7所示的方框图的结构。图7所示的摄像装置与图1的摄像装置的不同之处在于多个像素电路10共同使用读出栅极线(布线128)及输出线(布线123)。注意，虽然图7示出四个像素共同使用输出线等布线的例子，但只要个数为2以上且可以使全像素数等分就没有特别的限制。

通过该结构，可以一次性地读出从多个像素得到的曝光数据(x)与权重(w)的积的信息。就是说，可以进行使用多个像素的积和运算。多个像素的每一个可以输出乘以任意权重的数据。因此，通过多个像素的一部分乘以具有反转符号的权重，可以得到与其他像素的差分而不需要将数据取出到外部。

该摄像装置也可以根据图6所示的时序图及其说明进行工作。以下示出导出函数。注意，在一次性地读出的像素数为4时，n为1至4的整数。

在时刻t4被读出到布线123的电流与σn(r-vth)²成正比。

在时刻t5被读出到布线123的电流与σn(r+wn-vth)²成正比。

在时刻t6被读出到布线123的电流与σn(r+xn-vth)²成正比。

在时刻t7被读出到布线123的电流与σn(r+xn+wn-vth)²成正比。

在时刻t7的最后可以在电路25中得到σn(xn+wn)。

<发光器件及摄像器件>

接着，对各像素能够包括的发光器件与光电转换器件的组合进行说明。图8a至图8c是说明第一像素160、第二像素170及拍摄对象180的图。第一像素160及第二像素170可以用于像素阵列21所包括的像素。注意，将一个像素看作正方形时的一边尺寸为1mm以下，优选为100μm以下。

在图8a中，第一像素160包括光电转换器件101a，第二像素170包括光电转换器件101b，这两个像素都包括发光器件11a。从发光器件11a发射的光的一部分被拍摄对象180吸收，被拍摄对象180反射的光由各像素接收。注意，附图中所示的箭头示出光路径的一部分。

在拍摄对象的中心波长为波长a及波长b(波长a＜波长b)的两个时，作为发光器件11a可以使用el元件，该el元件发射包括波长a及波长b的较宽的波长分布的光。这里，光电转换器件101a的吸收端波长可以比波长b短，光电转换器件101b的吸收端波长可以为波长b以上。

作为光电转换器件101a，可以使用光电二极管，该光电二极管的光电转换层中使用波长a附近为吸收端波长的半导体材料。作为光电转换器件101b，可以使用光电二极管，该光电二极管的光电转换层中使用波长b附近为吸收端波长的半导体材料。

或者，光电转换器件101a、101b都可以使用对包括波长a及波长b的波长区域具有灵敏度的半导体材料形成光电转换层。此时，在光电转换器件101a上设置透过波长a及其附近的光学滤波器层，在光电转换器件101b上设置透过波长b及其附近的光学滤波器层即可。

通过采用这种组合，可以在第一像素160中得到波长a附近及比波长a短的波长的光的信息。此外，可以在第二像素170中得到波长b附近及比波长b短的波长的光的信息。也就是说，通过取得第二像素170所得到的信息与第一像素160所得到的信息的差分，可以抽出波长b及其附近的数据。

通过使用图1所示的摄像装置，可以输出各像素所取得的图像数据乘以权重而得的数据。因此，通过将该数据取出到外部进行差分运算，可以仅得到波长b及其附近的信息。

此外，通过使用图7所示的摄像装置，对用于差分运算的像素适当地加权并一次性地读出，可以仅得到波长b及其附近的信息。

注意，上述是利用两个波长的光的例子，也可以利用更多的波长的光。

在图8b中，第一像素160包括光电转换器件101a及发光器件11b，第二像素170包括光电转换器件101b及发光器件11b。在发光器件11b中可以使用发射在波长a处具有峰的光的el元件。在发光器件11c中可以使用发射在波长b处具有峰的光的el元件。

在图8b所示的结构中，由于光源的波长分布不宽，所以光电转换器件101a可以直接取得在波长a处具有峰的光的信息。此外，光电转换器件101b可以直接取得在波长b处具有峰的光的信息。

在图8c中，第一像素160包括发光器件11b，第二像素170包括发光器件11c，这两个像素都包括光电转换器件101b。光电转换器件101b的吸收端波长为波长b以上，使第一像素160与第二像素170以时间差(t1、t2)工作。通过该工作，可以在t1像素170所包括的光电转换器件101b直接取得在波长b处具有峰的光的信息。此外，可以在t2像素160所包括的光电转换器件101b直接取得在波长a处具有峰的光的信息。

注意，在图8b、图8c所示的结构中，并不一定需要进行差分运算，但是通过进行差分运算有时可以减少不需要的波长的噪声成分。

<像素的变形例子>

图9a是说明可以设置于本发明的一个方式的摄像装置的像素中的像素电路10及发光器件11的电路图。像素电路10与图3所示的结构相同。

在该像素中，像素电路10不与发光器件11电连接，因此可以独立地控制对发光器件11输入的电位及发光的时机。发光器件11的一个电极与布线130电连接。布线130具有供应用来对发光器件11供应正向偏压使其发光的电位的功能。发光器件11的另一个电极例如与gnd布线等基准电位线电连接。

图9b是发光器件11的一个电极与布线122电连接的结构。在可以使节点fd1及节点fd2的复位电位、供应到晶体管105的电源电位及发光器件11的输入电位共同化时，可以采用该结构。

此外，如图9c所示，也可以对图9b的结构追加晶体管109。晶体管109的源极和漏极中的一个与发光器件11的一个电极电连接。晶体管109的源极和漏极中的另一个与布线122电连接。晶体管109的栅极与布线124电连接。通过采用该结构，可以使发光期间限定于晶体管102的导通期间，从而可以减少功耗。晶体管102需要导通的期间只是对节点fd1的复位工作期间及存储工作期间，因此可以抑制读出工作期间等中的不需要的发光。

此外，当与输入到发光器件11的适当的电位相比，节点fd1及节点fd2的复位电位等高得多时，如图10a所示，也可以将电阻器115电连接到发光器件11的一个电极和布线122之间。电阻器115被用作限流电阻，它可以限制流过发光器件11的电流，从而可以提高发光器件11的可靠性。作为电阻器115的电阻值，可以根据发光器件11的电特性选择适当的值，即可。

此外，如图10b所示，也可以使图9c所示的晶体管109工作代替电阻器115。该结构中晶体管109的栅极与布线131电连接。因此，通过改变布线131的电位，可以任意控制发光器件11的照度及发光时机，从而可以抑制功耗。

此外，如图10c所示，也可以采用如下结构：设置有晶体管109，晶体管109的源极和漏极中的另一个与布线130电连接，晶体管109的栅极与布线124电连接。在该结构中，由布线130控制对发光器件11输入的电位，且由布线124控制发光时机。

另外，图9a至图9c及图10a至图10c示出光电转换器件101的阴极与晶体管102电连接的结构，但是如图11a至图11c及图12a至图12c所示，也可以采用光电转换器件101的阳极与晶体管102电连接的结构。

在图11a至图11c及图12a至图12c所示的结构中，光电转换器件101的一个电极与布线122电连接，光电转换器件101的另一个电极与晶体管102的源极和漏极中的一个电连接。此外，晶体管104的源极和漏极中的另一个与布线132电连接。

布线132可以具有电源线或复位电位的供应线的功能。图11a至图11c及图12a至图12c所示的结构是使节点fd1及节点fd2复位到低电位而进行工作的结构，所以布线132处于低电位(低于布线122的电位)。

图11a至图11c及图12a至图12c所示的发光器件11和其周围的构成要素的连接方式的说明可以参照图9a至图9c及图10a至图10c的说明。

摄像装置所包括的os晶体管也可以采用设置背栅极的结构。图13a示出背栅极与前栅极电连接的结构，具有提高通态电流的效果。图13b示出背栅极与能够供应恒电位的布线电连接的结构，该结构可以控制晶体管的阈值电压。

另外，也可以使各晶体管可以进行适当的工作，诸如组合图13a、图13b所示的结构等。另外，像素电路也可以包括不设置有背栅极的晶体管。此外，晶体管中设置有背栅极的结构可以用于本实施方式所示的所有像素电路及外围电路。

本实施方式可以与其他实施方式的记载适当地组合而实施。

(实施方式2)

在本实施方式中对本发明的一个方式的摄像装置的结构例子等进行说明。

图14a示出摄像装置所包括的像素的结构。像素可以具有包括发光器件11及光电转换器件101的层510、包括构成像素电路10的晶体管等的层520的叠层结构。注意，每个层都有支撑衬底。

作为层510所包括的发光器件11，例如可以使用利用电致发光的发光器件(el元件)。el元件在一对电极之间具有包含发光化合物的层(el层)。当使一对电极之间产生高于el元件的阈值电压的电位差时，空穴从阳极一侧注入到el层中，而电子从阴极一侧注入到el层中。被注入的电子和空穴在el层中复合，由此，包含在el层中的发光物质发光。

el元件根据发光材料是有机化合物还是无机化合物被区别，通常前者被称为有机el元件，而后者被称为无机el元件。

在有机el元件中，通过施加电压，电子从一个电极注入到el层中，而空穴从另一个电极注入到el层中。通过这些载流子(电子及空穴)重新结合，发光有机化合物形成激发态，当从该激发态回到基态时发光。由于这种机理，这种发光器件被称为电流激发型发光器件。

el层可以通过蒸镀法(包括真空蒸镀法)、转印法、印刷法、喷墨法、涂敷法等的方法形成。

无机el元件根据其元件结构而分类为分散型无机el元件和薄膜型无机el元件。分散型无机el元件包括发光层，其中发光材料的粒子分散在粘合剂中，并且其发光机理是利用供体能级和受主能级的供体-受主重新结合型发光。薄膜型无机el元件是其中发光层夹在电介质层之间，并且该夹着发光层的电介质层夹在电极之间的结构，其发光机理是利用金属离子的内壳层电子跃迁的局部型发光。

图14b示出发光器件11(el元件)的结构。el层300可以由层330、发光层320、层340等多个层构成。层330例如可以包括包含电子注入性高的物质的层(电子注入层)及包含电子传输性高的物质的层(电子传输层)等。发光层320例如包含发光化合物。层340例如可以包括包含空穴注入性高的物质的层(空穴注入层)及包含空穴传输性高的物质的层(空穴传输层)。

设置在电极311和电极312之间的el层300也可以被用作单个发光单元。此外，层330和层340之间也可以设置有多个发光层。另外，在电极311和电极312中的任一个使用透光导电膜时决定光的射出方向。

发光器件11可以根据构成el层300的材料发射各种波长的光。本发明的一个方式中作为构成el层300的材料使用发射在近红外光(波长720至2500nm)处具有峰的光的材料。例如，根据用途使用发射720nm、760nm、850nm、900nm、940nm及该波长附近的光的材料，即可。

此外，在本发明的一个方式中，作为el层300的发光材料(也称为客体材料或掺杂剂材料)，优选具有呈现近红外光的有机金属铱配合物。作为该有机金属铱配合物，优选具有二甲基苯基骨架及喹喔啉骨架。另外，作为上述有机金属铱配合物，典型地可以使用双{4，6-二甲基-2-[3-(3，5-二甲基苯基)-2-喹喔啉基-κn]苯基-κc}(2，2’，6，6’-四甲基-3，5-庚二酮-κ²o，o’)铱(iii)(简称：ir(dmdpq)2(dpm))等。通过使用上述有机金属铱配合物，可以提供量子效率或发光效率高的摄像元件。

作为用来使上述有机金属铱配合物处于分散状态的物质(即，主体材料)，例如，优选的是，除了具有芳基胺骨架的化合物诸如2，3-双(4-二苯基氨基苯基)喹喔啉(简称：tpaqn)、npb之外，还使用：咔唑衍生物诸如cbp、4，4’，4”-三(咔唑-9-基)三苯胺(简称：tcta)等；或者金属配合物诸如双[2-(2-羟基苯基)吡啶根合]锌(简称：znpp2)、双[2-(2-羟基苯基)苯并噁唑]锌(简称：zn(box)2)、双(2-甲基-8-羟基喹啉)(4-苯基苯酚)铝(iii)(简称：balq)或三(8-羟基喹啉)铝((iii)简称：alq3)等。此外，也可以使用高分子化合物诸如pvk。

另外，作为用来使上述有机金属铱配合物处于分散状态的材料(主体材料)，优选使用n-(1，1’-联苯基-4-基)-n-[4-(9-苯基-9h-咔唑-3-基)苯基]-9，9-二甲基-9h-芴-2-胺(简称：pcbbif)。

另外，通过包含上述有机金属铱配合物(客体材料)和上述主体材料形成发光层320，可以从el层300得到发光效率高的近红外的磷光发光。

作为层510所包括的光电转换器件101，可以使用光电二极管、光电导体等。例如，光电转换器件101如图14c所示，可以层叠层531、层540、层532。

图14c所示的光电转换器件101为有机光导电膜的一个例子，层531、层532相当于电极，通过其中一个具有透光性可以对光电转换部导入光。层540相当于光电转换部，并包括层541、层542以及层542。

光电转换部的层541、543中的任一个可以为空穴传输层，另一个为电子传输层。此外，层542可以为光电转换层。

作为空穴传输层，例如可以使用氧化钼等。作为电子传输层，例如可以使用c60、c70等富勒烯或其衍生物等。

作为光电转换层，可以使用n型有机半导体和p型有机半导体的混合层(本体异质结结构)。作为光电转换层的材料，可以举出铜(ii)酞菁(copper(ii)phthalocyanine:cupc)、四苯基二苯并二茚并芘(tetraphenyldibenzoperiflanthene：dbp)等的有机半导体材料。

作为光电转换器件101，可以使用由单晶硅形成的pn结型光电二极管、由单晶硅、微晶硅或多晶硅等的薄膜形成的pin结型光电二极管等。单晶硅、微晶硅、多晶硅对红外光具有灵敏度，它们适合于红外光的检测。

层520主要设置有像素电路10所包括的晶体管等构成要素。此外，也可以包括实施方式1所说明的外围电路所包括的部分或全部晶体管。该晶体管优选使用os晶体管。

作为用于os晶体管的半导体材料，可以使用能隙为2ev以上，优选为2.5ev以上，更优选为3ev以上的金属氧化物。典型的有含有铟的氧化物半导体等，例如，可以使用后面提到的caac-os或cac-os等。caac-os中构成晶体的原子稳定，适用于重视可靠性的晶体管等。cac-os呈现高迁移率特性，适用于进行高速驱动的晶体管等。

由于os晶体管的半导体层具有大能隙，所以呈现极低的关态电流特性，仅为几ya/μm(每沟道宽度1μm的电流值)。与si晶体管不同，os晶体管不会发生碰撞电离、雪崩击穿、短沟道效应等，因此能够形成具有高耐压性和高可靠性的电路。此外，si晶体管所引起的起因于结晶性的不均匀的电特性不均匀不容易产生在os晶体管中。

作为os晶体管所包括的半导体层，例如可以采用包含铟、锌及m(选自铝、钛、镓、锗、钇、锆、镧、铈、锡、钕或铪等金属中的一个或多个)的以“in-m-zn类氧化物”表示的膜。in-m-zn类氧化物可以典型地通过溅射法形成。或者,也可以通过ald(atomiclayerdeposition)法形成。

用来采用溅射法形成in-m-zn类氧化物的溅射靶材的金属元素的原子数比优选满足in≥m及zn≥m。这种溅射靶材的金属元素的原子数比优选为in:m:zn＝1:1:1、in:m:zn＝1:1:1.2、in:m:zn＝3:1:2、in:m:zn＝4:2:3、in:m:zn＝4:2:4.1、in:m:zn＝5:1:6、in:m:zn＝5:1:7、in:m:zn＝5:1:8等。注意，所形成的半导体层的原子数比分别有可能在上述溅射靶材中的金属元素的原子数比的±40％的范围内变动。

作为半导体层，使用载流子密度低的氧化物半导体。例如，作为半导体层可以使用载流子密度为1×10¹⁷/cm³以下，优选为1×10¹⁵/cm³以下，更优选为1×10¹³/cm³以下，进一步优选为1×10¹¹/cm³以下，更进一步优选为小于1×10¹⁰/cm³，1×10^-9/cm³以上的氧化物半导体。将这样的氧化物半导体称为高纯度本征或实质上高纯度本征的氧化物半导体。该氧化物半导体的缺陷态密度低，因此可以说是具有稳定的特性的氧化物半导体。

注意，本发明不局限于上述记载，可以根据所需的晶体管的半导体特性及电特性(场效应迁移率、阈值电压等)来使用具有适当的组成的材料。另外，优选适当地设定半导体层的载流子密度、杂质浓度、缺陷密度、金属元素与氧的原子数比、原子间距离、密度等，以得到所需的晶体管的半导体特性。

当构成半导体层的氧化物半导体包含第14族元素之一的硅或碳时，氧空位增加，会使该半导体层变为n型。因此，将半导体层中的硅或碳的浓度(通过二次离子质谱分析法(sims：secondaryionmassspectrometry)测得的浓度)设定为2×10¹⁸atoms/cm³以下，优选为2×10¹⁷atoms/cm³以下。

另外，有时当碱金属及碱土金属与氧化物半导体键合时生成载流子，而使晶体管的关态电流增大。因此，将半导体层的碱金属或碱土金属的浓度(通过sims测得的浓度)设定为1×10¹⁸atoms/cm³以下，优选为2×10¹⁶atoms/cm³以下。

另外，当构成半导体层的氧化物半导体含有氮时生成作为载流子的电子，载流子密度增加而容易n型化。其结果是，使用含有氮的氧化物半导体的晶体管容易具有常开启特性。因此，半导体层的氮浓度(通过sims测得的浓度)优选为5×10¹⁸atoms/cm³以下。

另外，当构成半导体层的氧化物半导体包含氢时，氢与键合于金属原子的氧起反应生成水，因此有时在氧化物半导体中形成氧空位。在氧化物半导体中的沟道形成区域包含氧空位的情况下，晶体管有可能具有常开启特性。再者，有时氢进入氧空位中而成的缺陷被用作供体而生成作为载流子的电子。此外，氢的一部分键合到与金属原子键合的氧而生成作为载流子的电子。因此，使用包含较多的氢的氧化物半导体的晶体管容易具有常开启特性。

氢进入氧空位中而成的缺陷会被用作氧化物半导体的供体。然而，定量地评价该缺陷是困难的。于是，在氧化物半导体中，有时不是根据供体浓度而是根据载流子浓度进行评价。由此，在本说明书等中，有时作为氧化物半导体的参数，不采用供体浓度而采用假定为不被施加电场的状态的载流子浓度。也就是说，本说明书等所记载的“载流子浓度”有时可以称为“供体浓度”。

此外，优选尽可能减少氧化物半导体中的氢。具体而言，在氧化物半导体中，利用sims测得的氢浓度低于1×10²⁰atoms/cm³，优选低于1×10¹⁹atoms/cm³，更优选低于5×10¹⁸atoms/cm³，进一步优选低于1×10¹⁸atoms/cm³。通过将氢等杂质被充分减少的氧化物半导体用于晶体管的沟道形成区域，可以赋予稳定的电特性。

另外，半导体层例如也可以具有非单晶结构。非单晶结构例如包括具有c轴取向的结晶的caac-os(c-axisalignedcrystallineoxidesemiconductor)、多晶结构、微晶结构或非晶结构。在非单晶结构中，非晶结构的缺陷态密度最高，而caac-os的缺陷态密度最低。

非晶结构的氧化物半导体膜例如具有无秩序的原子排列且不具有结晶成分。或者，非晶结构的氧化物膜例如是完全的非晶结构且不具有结晶部。

此外，半导体层也可以为具有非晶结构的区域、微晶结构的区域、多晶结构的区域、caac-os的区域和单晶结构的区域中的两种以上的混合膜。混合膜有时例如具有包括上述区域中的两种以上的区域的单层结构或叠层结构。

以下对非单晶半导体层的一个方式的cac(cloud-alignedcomposite)-os的构成进行说明。

cac-os例如是指包含在氧化物半导体中的元素不均匀地分布的构成，其中包含不均匀地分布的元素的材料的尺寸为0.5nm以上且10nm以下，优选为1nm以上且2nm以下或近似的尺寸。注意，在下面也将在氧化物半导体中一个或多个金属元素不均匀地分布且包含该金属元素的区域以0.5nm以上且10nm以下，优选为1nm以上且2nm以下或近似的尺寸混合的状态称为马赛克(mosaic)状或补丁(patch)状。

氧化物半导体优选至少包含铟。尤其优选包含铟及锌。除此之外，也可以还包含选自铝、镓、钇、铜、钒、铍、硼、硅、钛、铁、镍、锗、锆、钼、镧、铈、钕、铪、钽、钨和镁等中的一种或多种。

例如，in-ga-zn氧化物中的cac-os(在cac-os中，尤其可以将in-ga-zn氧化物称为cac-igzo)是指材料分成铟氧化物(以下，称为inox1(x1为大于0的实数))或铟锌氧化物(以下，称为inx2zny2oz2(x2、y2及z2为大于0的实数))以及镓氧化物(以下，称为gaox3(x3为大于0的实数))或镓锌氧化物(以下，称为gax4zny4oz4(x4、y4及z4为大于0的实数))等而成为马赛克状，且马赛克状的inox1或inx2zny2oz2均匀地分布在膜中的构成(以下，也称为云状)。

换言之，cac-os是具有以gaox3为主要成分的区域和以inx2zny2oz2或inox1为主要成分的区域混在一起的构成的复合氧化物半导体。在本说明书中，例如，当第一区域的in与元素m的原子数比大于第二区域的in与元素m的原子数比时，第一区域的in浓度高于第二区域。

注意，igzo是通称，有时是指包含in、ga、zn及o的化合物。作为典型例子，可以举出以ingao3(zno)m1(m1为自然数)或in(1+x0)ga(1-x0)o3(zno)m0(-1≤x0≤1，m0为任意数)表示的结晶性化合物。

上述结晶性化合物具有单晶结构、多晶结构或caac结构。caac结构是多个igzo的纳米晶具有c轴取向性且在a-b面上以不取向的方式连接的结晶结构。

另一方面，cac-os与氧化物半导体的材料构成有关。cac-os是指如下构成：在包含in、ga、zn及o的材料构成中，一部分中观察到以ga为主要成分的纳米粒子状区域，一部分中观察到以in为主要成分的纳米粒子状区域，并且，这些区域以马赛克状无规律地分散。因此，在cac-os中，结晶结构是次要因素。

cac-os不包含组成不同的两种以上的膜的叠层结构。例如，不包含由以in为主要成分的膜与以ga为主要成分的膜的两层构成的结构。

注意，有时观察不到以gaox3为主要成分的区域与以inx2zny2oz2或inox1为主要成分的区域之间的明确的边界。

在cac-os中包含选自铝、钇、铜、钒、铍、硼、硅、钛、铁、镍、锗、锆、钼、镧、铈、钕、铪、钽、钨和镁等中的一种或多种以代替镓的情况下，cac-os是指如下构成：一部分中观察到以该金属元素为主要成分的纳米粒子状区域以及一部分中观察到以in为主要成分的纳米粒子状区域以马赛克状无规律地分散。

cac-os例如可以通过在对衬底不进行意图性的加热的条件下利用溅射法来形成。在利用溅射法形成cac-os的情况下，作为沉积气体，可以使用选自惰性气体(典型的是氩)、氧气体和氮气体中的一种或多种。另外，成膜时的沉积气体的总流量中的氧气体的流量比越低越好，例如，将氧气体的流量比设定为0％以上且低于30％，优选为0％以上且10％以下。

cac-os具有如下特征：通过根据x射线衍射(xrd：x-raydiffraction)测定法之一的out-of-plane法利用θ/2θ扫描进行测定时，观察不到明确的峰值。也就是说，根据x射线衍射测定，可知在测定区域中没有a-b面方向及c轴方向上的取向。

另外，在通过照射束径为1nm的电子束(也称为纳米束)而取得的cac-os的电子衍射图案中，观察到环状的亮度高的区域(环状区域)以及在该环状区域内的多个亮点。由此，根据电子衍射图案，可知cac-os的结晶结构具有在平面方向及截面方向上没有取向的nc(nano-crystal)结构。

另外，例如在in-ga-zn氧化物的cac-os中，根据通过能量分散型x射线分析法(edx：energydispersivex-rayspectroscopy)取得的edx面分析(edx-mapping)图像，可确认到：具有以gaox3为主要成分的区域及以inx2zny2oz2或inox1为主要成分的区域不均匀地分布而混合的构成。

cac-os的结构与金属元素均匀地分布的igzo化合物不同，具有与igzo化合物不同的性质。换言之，cac-os具有以gaox3等为主要成分的区域及以inx2zny2oz2或inox1为主要成分的区域互相分离且以各元素为主要成分的区域为马赛克状的构成。

在此，以inx2zny2oz2或inox1为主要成分的区域的导电性高于以gaox3等为主要成分的区域。换言之，当载流子流过以inx2zny2oz2或inox1为主要成分的区域时，呈现氧化物半导体的导电性。因此，当以inx2zny2oz2或inox1为主要成分的区域在氧化物半导体中以云状分布时，可以实现高场效应迁移率(μ)。

另一方面，以gaox3等为主要成分的区域的绝缘性高于以inx2zny2oz2或inox1为主要成分的区域。换言之，当以gaox3等为主要成分的区域在氧化物半导体中分布时，可以抑制泄漏电流而实现良好的开关工作。

因此，当将cac-os用于半导体元件时，通过起因于gaox3等的绝缘性及起因于inx2zny2oz2或inox1的导电性的互补作用可以实现高通态电流(ion)及高场效应迁移率(μ)。

另外，使用cac-os的半导体元件具有高可靠性。因此，cac-os适用于各种半导体装置的构成材料。

层510及层520所包括的支撑衬底优选使用柔性衬底。通过使支撑衬底具有柔性，可以构成柔性摄像装置。例如，容易将摄像装置紧贴地安装在生物的一部分。

作为柔性支撑衬底的材料，可以使用如下材料：聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)或聚萘二甲酸乙二醇酯(pen)等聚酯树脂、聚丙烯腈树脂、丙烯酸树脂、聚酰亚胺树脂、聚甲基丙烯酸甲酯树脂、聚碳酸酯(pc)树脂、聚醚砜(pes)树脂、聚酰胺树脂(尼龙、芳族聚酰胺等)、聚硅氧烷树脂、环烯烃树脂、聚苯乙烯树脂、聚酰胺-酰亚胺树脂、聚氨酯树脂、聚氯乙烯树脂、聚偏二氯乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚四氟乙烯(ptfe)树脂、abs树脂以及纤维素纳米纤维等。

作为层520所包括的支撑衬底，也可以使用硅片等的半导体衬底、玻璃衬底、陶瓷衬底、具有绝缘表面的金属衬底等。优选以使这些衬底加工到具有柔性的薄度。根据用途也可以使用没有柔性的支撑衬底。

层510所包括的支撑衬底可以从上述材料选择使用对利用的波长的光具有透光性的衬底。

注意，在作为层520所包括的支撑衬底使用硅片等半导体衬底时，可以在该半导体衬底上设置驱动像素电路的电路、图像信号的读出电路、图像处理电路等。具体而言，可以将实施方式1所说明的电路(像素电路10、电路22、23、28等)所包括的部分或全部晶体管设置在支撑衬底上。通过采用该结构，可以使构成像素电路的要素及外围电路分散到多个层，将该要素彼此重叠或者该要素与该外围电路重叠而设置，所以可以减小摄像装置的面积。

图15是说明图14a所示的像素的截面的一个例子的图。层510作为发光器件11包括图14b所示的el元件。作为光电转换器件101包括图14c所示的有机光导电膜。层520包括os晶体管，在图15中以图9c所示的结构为例示出与光电转换器件101连接的晶体管102以及与发光器件11连接的晶体管109。

在发光器件11中，电极312相当于图9c所示的基准电位线(gnd)。在光电转换器件101中，层532相当于电源线(布线121)。

图16a详细地示出os晶体管。图16a所示的os晶体管具有通过在氧化物半导体层及导电层的叠层上设置绝缘层而设置到达该半导体层的槽来形成源电极205及漏电极206的自对准型结构。

除了形成在氧化物半导体层207的沟道形成区域、源区域203及漏区域204以外，os晶体管还可以包括栅电极201、栅极绝缘膜202。在该槽中至少设置栅极绝缘膜202及栅电极201。在该槽中也可以还设置氧化物半导体层208。

如图16b所示，os晶体管也可以采用使用栅电极201作为掩模在半导体层形成源区域203及漏区域204的自对准型结构。

或者，如图16c所示，可以采用具有源电极205或漏电极206与栅电极201重叠的区域的非自对准型的顶栅极型晶体管。

晶体管102、109包括背栅极535，但也可以不包括背栅极。如图16d所示的晶体管的沟道宽度方向的截面图那样，背栅极535也可以与相对的晶体管的前栅极电连接。作为一个例子，图16d中以图16a所示的晶体管为例进行图示，其他结构的晶体管也是同样的。另外，也可以采用能够对背栅极535供应与前栅极不同的固定电位的结构。

晶体管102、109上设置有平坦化膜551、552。由平坦化膜551、552使产生在晶体管或接触部中的凹凸部平坦化的面上设置有发光器件11(电极311、el层300、电极312)以及光电转换器件101(层531、层540、层532)。

作为电极311及层531可以使用金属等低电阻的导电膜。例如，电极311可以使用钨(w)、钼(mo)、锆(zr)、铪(hf)、钒(v)、铌(nb)、钽(ta)、铬(cr)、钴(co)、镍(ni)、钛(ti)、铂(pt)、铝(al)、铜(cu)、银(ag)等金属、或者、其合金或其金属氮化物中的一种以上形成。

作为电极312及层532可以使用使近红外光透过的透光导电膜。作为电极312及层532，例如可以使用具有透光性的导电材料诸如包含氧化钨的铟氧化物、包含氧化钨的铟锌氧化物、包含氧化钛的铟氧化物、铟锡氧化物、包含氧化钛的铟锡氧化物、铟锌氧化物、添加有氧化硅的铟锡氧化物等。

在图15所示的像素结构中，从层510所包括的发光器件11向外部射出光601，由层510所包括的光电转换器件101接收反射光602。

为了防止氧、氢、水分、二氧化碳等侵入到发光器件11及光电转换器件101，也可以在发光器件11及光电转换器件101上设置保护层553。作为保护层553，优选使用氮化硅、氮氧化硅、氧化铝、氮化铝、氧氮化铝、氮氧化铝、dlc(diamondlikecarbon)等的无机绝缘膜。

此外，优选在保护层553与衬底582之间设置密封层570进行密封。作为密封层570，除了氮或氩等惰性气体以外，也可以使用紫外线固化树脂或热固化树脂，可以使用pvc(聚氯乙烯)、丙烯酸类树脂、聚酰亚胺、环氧类树脂、硅酮类树脂、pvb(聚乙烯醇缩丁醛)或eva(乙烯-醋酸乙烯酯)等。此外，也可以在密封层570中包含干燥剂。

在保护层553与衬底582之间，优选发光器件11与光电转换器件101的边界及其附近设置遮光层571。有时从发光器件11发射的光的一部分被密封层570、保护层553、衬底582等散射或反射，该光被光电转换器件101接收。通过设置遮光层571，可以防止这些包含无用的信息的散光被光电转换器件101接收。遮光层571优选使用所利用的波长的光的反射率较高的金属或吸收率高的树脂等而形成。

衬底581、582为支撑衬底。在作为衬底581、582使用柔性衬底时，优选在衬底581与设置有晶体管等的区域之间设置层591。此外，优选在衬底582与设置有密封层570的区域之间设置层592。

在柔性衬底上直接形成形成温度高且需要进行精密的位置对准的结构体(例如晶体管等)是很困难的，通常是首先在硬质衬底上形成结构体然后将其转置到柔性衬底上。层591、592为用来将该结构体从硬质衬底剥离的缓冲层，例如可以使用聚酰亚胺等具有耐热性且线膨胀系数小的树脂。注意，也可以将层591用作支撑衬底而不设置衬底581。此外，也可以将层592用作支撑衬底而不设置衬底582。

本实施方式可以与其他实施方式的记载适当地组合而实施。

(实施方式3)

在本实施方式中，对能够使用根据本发明的一个方式的摄像装置的电子设备的一个例子进行说明。

图17a1是分析脑功能的红外分光装置。如图17a2所示，以盖住头部的方式安装在人体上。由于本发明的一个方式的摄像装置912具有柔性，所以可以安装在头盔型外壳911的内侧曲面上。注意，摄像装置912也可以只在需要的部分上安装，而不是安装在外壳911的内侧的整个面上。此外，红外分光装置可以包括数据记录存储器、控制lsi、电池等。取出数据及供应电源可以经过外部接口913进行。

在该红外分光装置中，通过对氧化血红蛋白具有吸收峰的红外光的吸光度与还原血红蛋白具有吸收峰的红外光的吸光度进行比较(取得差分)，可以检测大脑皮质中的神经活动。由于可以确认到脑的活动部位及活动强度，所以可以用于掌握或研究伤病。由于本发明的一个方式的摄像装置912具有光源且薄型，可以形成薄型轻量的红外分光装置。

图17b1是其基本功能与图17a1相同但其形状及用途与图17a1不同的分析脑功能的红外分光装置。该红外分光装置包括内藏在头带921中的两个摄像装置922、电池923以及无线通信单元924。如图17b2所示，人体上利用头带921的弹性安装在头部的一部分。头带921由树脂或金属等的弹性体形成。电源可以从电池923供应，且数据可以通过无线通信单元924进行发送和接收。该红外分光装置小型轻量，可以用于脑的特定部位的活动检测。

图18a是血氧浓度计。手指放在设置在外壳931中的检测部932上，然后由配置在检测部932正下的摄像装置934进行拍摄。摄像结果显示在设置在外壳931上部的显示部933上。该血氧浓度计中，可以从对两个不同的波长的光的氧化血红蛋白与还原血红蛋白的吸光度之间的差分算出血液中的氧浓度。由于本发明的一个方式的摄像装置912具有光源且薄型，所以可以形成薄型轻量的血氧浓度计。

图18b是食品分选设备，包括框体941、操作按钮942、显示部943、遮光盖944等。通过以将设置于受光部周围的遮光盖944紧密接触于水果等被检测食品的方式进行拍摄，可以检测出混入食品中的异物、虫以及食品内部的空洞或腐败等。此外，也可以从检测出的多个红外光的差分得到红外分光光谱，由此可以检测食品的含糖量。食品分选设备可以进行次品分类、分级或收获期的判断。由于设置于受光部的本发明的一个方式的摄像装置945不需要设有另外的光源，因此可以廉价地形成薄型、轻量且便携性高的食品分选设备。

本实施方式可以与其他实施方式的记载适当地组合而实施。

[符号说明]

10：像素电路、11：发光器件、11a：发光器件、11b：发光器件、11c：发光器件、21：像素阵列、22：电路、23：电路、24：电路、25：电路、26：电路、27：电路、28：电路、29：电流源电路、30：存储电路、101：光电转换器件、101a：光电转换器件、101b：光电转换器件、102：晶体管、103：晶体管、104：晶体管、105：晶体管、106：晶体管、107：电容器、108：电容器、109：晶体管、110：晶体管、111：晶体管、112：晶体管、113：晶体管、114：电容器、115：电阻器、121：布线、122：布线、123：布线、124：布线、125：布线、126：布线、127：布线、128：布线、130：布线、131：布线、132：布线、133：布线、134：布线、135：布线、136：布线、137：布线、138：布线、141：晶体管、142：晶体管、143：电容器、144：电容器、151：布线、152：布线、160：像素、170：像素、180：拍摄对象、201：栅电极、202：栅极绝缘膜、203：源区域、204：漏区域、205：源电极、206：漏电极、207：氧化物半导体层、208：氧化物半导体层、300：el层、311：电极、312：电极、320：发光层、330：层、340：层、510：层、520：层、531：层、532：层、535：背栅极、540：层、541：层、542：层、543：层、551：平坦化膜、552：平坦化膜、553：保护层、570：密封层、571：遮光层、581：衬底、582：衬底、591：层、592：层、601：光、602：反射光911：外壳、912：摄像装置、913：外部接口、921：头带、922：摄像装置、923：电池、924：无线通信单元、931：外壳、932：检测部、933：显示部、934：摄像装置、941：外壳、942：操作按钮、943：显示部、944：遮光盖、945：摄像装置。