光电变换器与固态摄像元件的制作方法

专利名称：光电变换器与固态摄像元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种使用光电变换器的固态摄像元件。
背景技术：
固态摄像器，CCD型固态摄像器，典型地趋向于上型，并具有高分辨率，以安装到移动电子设备(诸如电视摄像机和电子静止摄象机)上。另外，为了防止由于小型化而降低灵敏度，必需使有效孔径区域接近于100％；为了满足这个需要，采用单片微透镜，为了在光电变换元件中，增加视在光接收区域，所述单片微透镜收集在光电变换元件的上侧面上的入射光束。
另一方面，不管这样的发明，S/N比(它是图片质量最重要的决定因素之一)，是唯一地由入射噪声确定的，所述入射噪声是入射光本身具有的，作为一种物理限制。在这种情况下S/N值与p的平方根成比例，其中p是可由单个象素检测到的入射光子总数。另外，由于p与累积时间以及每单位时间入射光子数成比例，故，如果通过长时间曝光而足够地增加P，则S/N比自然增加。即，如果光接收区域相同，则对于用少量入射光子的物体的图像摄像，换句话说对一个黑暗物体的图像摄像，理论上只有通过长时间曝光才能实现。
然而，NTSC系统的情况也是一样的，NTSC系统是目前使用的TV标准系统之一，每帧/场的累积时间是固定的。另外，为了确保动态分辨率的所需值，变化曝光时间使之超过某极限，以配合物体的相对亮度，是不现实的。
发明揭示本发明的一个目的是提供一种固态摄像器，以及用于该固态摄像器中的光电变换器，可以实现克服光子的入射噪声，增加S/N比。它考虑到光本身由于泊松分布而光子数有起伏这一事实引起的S/N比的限制。
为了达到这个目的，本发明的第一个发明(相应于权利要求1)是光电变换器，其特征在于包含一个光电变换装置1，用于根据入射光产生电荷；放大装置2，用于放大由光电变换产生的信号电荷；存储器，用于累积放大一规定增益的信号电荷，以及连续增益控制装置4，用于根据累积的电荷数，控制所述放大装置2的增益。
本发明的第二个发明(相应于权利要求2)是光电变换器，其特征在于包含第一光电变换部分12，用于根据入射光产生电荷，累积部分，用于累积由所述第一光电变换部分12产生的电荷，放大部分14，用于以一规定增益，放大从所述累积部分中输出的电荷，以及存储部分16，用于存储由放大部分14放大的信号电荷，其特征在于，根据在应用所述增益的时刻的时刻之前的规定时间内在所述存储部分16中累积的电荷数，在1场/1帧周期中，变化在放大部分中的所述规定增益。
本发明的第三个发明(相应于权利要求5)是一个光电变换器，包含设置在光接收部分中的第一光电变换部分，用于根据入射光产生电荷；累积部分，用于累积来自所述第一光电变换部分的信号电荷；以及负反馈放大部分，其特征在于所述负反馈放大部分是与所述第一光电变换部分反相的导电型，设置在接近于光接收部分中的所述第一光电变换部分，并包含第二光电变换部分，用于根据入射光产生电荷；以及电荷源，其导电类型与所述光电变换部分相同，用于将电荷施加到所述累积部分；以及通过由所述第二光电变换部分产生的或累积的信号电荷，在1场/1帧周期中，产生对从所述电荷源流出的信号电荷进行调制。
本发明的第四个发明(相应于权利要求7)是光电变换器，包含光电变换部分，用于根据入射光产生电荷；以及累积部分，用于累积由所述光电变换部分产生的电荷，其特征在于完成光电变换的部分是雪崩光电二极管，雪崩光电二极管由多个能带偏移置型雪崩倍增层薄膜构成，所述倍增层薄膜通过多个由固定电阻相互连接的导电薄膜，层叠在所述累积部分上，并且这些雪崩倍增层薄膜整体地沿层叠方向变化，在1场/1帧周期中，根据所述累积部分中电荷累积数，每一个层叠的雪崩倍增层薄膜的倍增率变化。
本发明的第五个发明(相应于权利要求14)是光电变换器，包含光电变换部分，用于根据入射光产生电荷；累积部分，用于累积由所述光电变换部分产生的电荷；以及A/D变换器，用于在每一个击穿或未击穿读出时使在所述累积部分中累积的信号电荷数字化，其特征在于关心每一个从A/D变换器连续输出的信号电荷，具有最大值和最小值的信号电荷，或在规定数量的连续信号电荷中多个规定的信号电荷被放弃。
通常，即使如果已经由光电变换器以某一量子效应得到的信号电荷受具有某一增益的倍增装置的某一输出放大的支配，但由光入射噪声确定的S/N比不变化。另一方面，根据本发明，倍增增益根据累积电荷数(到目前为止已经累积的电荷数)的滞后。由此，如此安排，从而如果已经累积的电荷数大，则增益减小，反之，如果累积的电荷数小，则增益保持高。图23是一概图，示出光入射噪声。可见，光子的数量有波动。相应地，在每一个时间周期中，Mt到Mt+1，Mt+1到Mt+2…，打算通过相应于先前阶段中光子的数量，改变每一周期中的中间阶段和后阶段的增益，增加S/N比。图24描述了波动的分布，本发明的意图是通过去掉阴影部分而增加S/N比。
结果，例如在入射光子P的平均数(光子/s)中，与入射有关的S/N比(在1场周期中在累积周期TF(S)中的入射光子数量)使其本身为(PTF)1/2，但是根据本发明，可能得到超过这个值的S/N比。图8描述了模拟图，它将本发明的一个实施例中的S/N比(实线)与根据现有技术的普通的S/N比(虚线)进行比较。这一点将在下面详细描述。
由于对于各种电磁波(不仅包括可见光，还有红外线、紫外线和X射线)的摄像器所持的上述逻辑，本发明可广泛地用于这些摄像器。
附图概述

图1是描述作为实施本发明的一个模式的固态摄像器基本电路配置的图；图2示出根据本发明的实施例1的摄像器配置的方块图；图3是描述根据本发明的实施例2的摄像器的平面图；图4是图3的A1-A2截面图；图5是图3的B1-B2截面图；图6示出根据本发明的实施例2的不同时间段的电极电位的示图；图7是在根据本发明的实施例2的摄像器中不同电极上施加电压的时间图。
图8是根据本发明的实施例3的摄像器模拟的入射光子数对S/N比的曲线图；图9是描述能带偏移型雪崩式倍增层薄膜中零偏置处的能带状态的图；图10是描述能带偏移型雪崩式倍增层薄膜中反相偏置处的能带状态的图；图11是描述能带偏移型倍增层薄膜以及普通Si-雪崩倍增层薄膜的增益特性和施加电压的关系图；图12是示出根据本发明的实施例3-2的光电变换器的截面图；图13是描述施加到根据本发明的实施例3-2的光电变换器的施加电压与施加到不同层的施加电压之间的关系图；图14示出施加到根据本发明的实施例3-2的光电变换器的不同层的电压与累积的电荷量之间的关系图；图15是描述累积的电荷数与根据本发明的实施例3-2的光电变换器中增益之间的关系图；图16示出入射光子数与根据本发明的实施例3-2的光电变换器中存储电荷数之间的关系图；图17是描述将根据本发明的实施例3-2的光电变换器应用于二维CCD摄像器的配置图；图18示出在二维CCD摄像器中组合地使用根据本发明的实施例3-2的光电变换器与传统的光电变换器的配置图；图19是描述根据本发明的实施例3-3的光电变换器的截面图；图20示出累积电荷数与根据本发明的实施例3-3的光电变换器中增益之间的关系图；图21是描述入射光子数与根据本发明的实施例3-3的光电变换器中累积电荷数之间的关系图；图22示出组合具有根据本发明的实施例3-2的光电变换器的二维CCD摄像器与实施例1的DSP的配置的图；图23是用于描述本发明的原理的图；及图24是用于描述本发明的原理的另一个图。
1，23光电转换部分2倍增(放大)装置3存储器
4增益控制部分11、21固态摄像器12CCD13线路存储器14运算器15DSP22纵向转移区24分隔部分26电荷(电子)源27绝缘层31、41光电变换器23、42电荷积累部分33、34、35能带偏移型雪崩式倍增层薄膜36、37、38、39导电薄膜40Si-雪崩式倍增层薄膜φV1到φV5、φVS电极最佳实施例下面将参照附图描述本发明的实施例。
图1是本发明的实施例的概图。该实施例是光电变换器，其特征在于包含光电转换装置1，用于根据入射光产生电荷；放大装置2，用于放大由光电转换产生的信号电荷；存储器，用于存储经过规定的增益放大的信号电荷，以及连续增益控制装置4，用于根据累积的电荷数控制放大装置2中的增益。其工作是如此的，即，当光入射到具有光电转换功能的装置1上，并被光电转换时，根据输入光的量产生信号电荷。信号电荷由具有放大功能的放大装置2以规定的增益放大。这些累积的电荷数反馈到连续的增益控制装置4，并且在此基础上控制装置4控制后来的电荷的增益。
顺便提及，因为所使用的读出等效电路图，虽然在图1中给出模拟符号表示法，但在使用ACD和DAC的数字符号表示法中仍然可以实现。
上述被反馈的累积电荷数最好是一个值的函数，该值为倍增增益M与每单位时间间隔内的累积电荷数n的乘积对积累时间积分而产生的结果。相应地，在这种情况下倍增增益由下面的等式1确定。
等式1Mt+1=f(∫0Mt·ndt)]]>其中df()d(pt)≤0]]>不必说，上述的电路配置可用于光电变换器，这种光电变换器能独立使用或在线传感器中使用。
作为放大装置，各种形式都可使用，诸如由数字信号处理器(DSP)代表的数字信号处理装置，负反馈电路和雪崩光电二极管。
当DSP设置在线传感器或面传感器下级时，由DSP执行通过连续近似而计算累积电荷数的滞后的运算表达式以近似上述积分表达式。当允许增益的精确的数字控制时是较好的。但是，为了减小随之而来的由数字反馈系统中的内部延迟导致的误差，连续计算的本质，必需使用读出速度尽可能快的固态摄象元件。
在象素部分或光电转换部分中，当使用负反馈电路与光电二极管时，提供第二光电转换部分，所述第二光电转换部分的导电类型与光电转换部分相反，并设置在光电转换部分内；提供导电类型与光电转换部分的导电类型相同的电荷源；并且使从电荷源流出的信号电荷受到已经产生或累积在第二光电转换部分内的信号电荷的调制。与上述DSP不同，每一个象素的信号电荷的增益从一个读出到另一个读出必需采用固定值，结合到象素部分的负反馈电路使减小上述连续计算本身随之而来的误差成为可能，因为增益不时地根据电荷的累积量而变化。
当在象素部分采用雪崩光电二极管(APD)时，将其以电荷累积模式用于光电转换部分中，以减小p-n结之间的电位差，并通过雪崩式倍增放大信号电荷，而且自主地抑制后继信号电荷的放大增益。但是，在传统Si-APD的情况下，倍增增益有波动，这是由于在耗尽层中雪崩倍增现象发生位置的随机性。这一般被认为是过度的噪声，引入向前新噪声。倍增增益设置得越高，这一过度噪声超明显。相比之下，使用斜超级点阵类型(这使得可准确找到雪崩倍增的发生位置)提供了能抑制过度噪声的有利之处。另外，如在本实施例的形式中建议的，由于可数字化地计算倍增增益，故可以精确地进行增益控制。同时，更大的增益导致抑制强度徒增2次幂。例如，在初始阶段，增益徒然从2的10次幂(1024)降到9次幂(512)。为了防止这一点，当要实现大的初始增益(例如8倍或更大)时，应将上层叠的异质结合部分中的至少一个能带偏移部分抑制在3/2·Eg(Eg能级距离)或以下的适当值，并且每一次经过能带偏移时，应该防止增益增加该幂数。
下面将分别解释具体例子，它们简要地参照上述执行本发明的模式。
实施例1这是一个将DSP用作倍增装置的实施例。图2是方块图，示出使用的配置，以及这个实施例用于线传感器或面传感器的改进。固态摄像器11设置有在线传感器或面传感器中的高速读出装置CCD12、A/D变换器121、具有线存储器13和运算部分14的DSP15，以及帧存储器16。
存储增益控制的等式2(如下所述)的运算器14输出信号。这里，Mt表示时间t点处的倍增增益；n表示每单位时间间隔内累积电荷数；Mt+1表示时间t+1处的倍增增益。
等式2Mt+1＝f{∑(Mt·n)}使用装置11，将从CCD12的第m线读出的信号电荷存储在线路存储器13内，将在第m线路之前的信号电荷存储到帧存储器16内。相应于要从CCD12读出送到DSP15的线的象素位置线，从帧存储器16输入到运算部分14在其中，执行上述根据等式2的计算，直至第(n-1)线，将存储在线存储器13中的第n线的信号电荷由经过计算的增益放大，并输出。
因此，在某一时刻，将信号电荷一条线一条线地存储在线存储器13内；运算部分14从帧存储器16读出累积到当前时刻的信号电荷的状态；根据增益判定表或判定功能决定增益，并且将线存储器13内的信号电荷用那个增益倍乘，并存储到帧存储器16内。
在下一个时刻，重复相同的步骤。例如，每一个这样的时刻的周期是1/1000秒。
这样继续1场/帧周期(1/30秒或1/60秒)，并且在完成了1场/帧周期后，信号电荷从帧存储器16输出。
换句话说，在1场/帧周期过程中，根据在存储部分16中增益应用前的规定周期内累积的信号电荷数变化增益。
实施例2这是一个根据本发明的CCD固态摄像器的实施例，它将负反馈型放大器用作倍增装置。图3到5示出这个实施例的硬件结构。图3是其平面图；图4是图3的A1-A2截面图，图5是图3的B1-B2截面图。
CCD固态摄像器21设置有由N型半导体构成的带状纵向转移区22、由沿相同方向排列的N型半导体构成的光电转换部分23、由P型半导体构成的隔离部分24，它用于使光电转换部分23相互隔离，还有转移电极φV1到φV5、虽然在本实施例中，光电转换部分23构成一配置，在该配置中，传统的没有负反馈放大器的部分，以及具有本实施例的结构的部分(每一个都具有负反馈放大器)相互交替，这种配置也可以单独地由具有负反馈放大器的部分构成。此后，将仅描述具有本实施例的这种结构的部分。
每一个光电转换部分23都具有第二光电转换部分25，它由P型半导体构成，其顶端从隔离部分24附近部分穿入内部；以及由N+型半导体构成的电子源26，它与第二光电光电转换部分25沿远离纵向转移区22的一侧相对。这些第二光电转换部分25和电极源26成对，以产生窄信道效应，并从电子源26到光电转换部分23完成电子流对信号电荷的控制，由此其功能就象负反馈型放大器。
在纵向转移区22和光电转换部分23的表面上，通过由氧化膜构成的绝缘层27，设置各种电极。在与纵向转移区22相对的位置上，平行于纵向转移区22设置由例如铝制成的电极φVS，并通过由X指出的接触孔，将其连接到电子源26，其中所述转移区22和电极φVS之间夹有光电转换部分23。在相邻的光电转换部分23之间的表面上，通过图中未示的氧化膜设置φV3；相对和部分重叠在φV3上的φV2和φV4；以及φV4上的φV1(它们都是由多硅晶制成的)，并延伸到纵向转移区22上。在这个附图中，由粗折线示出φV1的形状；由细实线指出φV2和φV4的形状，而用双点划线示出φV3的形状。φV1还延伸到第二光电转换部分25上。虽然纵向转移区22和光电转换部分23由以带状安排在纵向转移区22两侧上的P+层隔开，但φV1在纵向转移区22上无其它电极的部分上延伸，还穿过P+层重叠在光电转换部分23的边缘上。φV1和纵向转移区22之间的重叠部分的功能为转移电极，而φV1和光电转换部分23之间的重叠部分的功能为读选通。φV5具有与φV1相同的形状，除了它不在第二光电转换部分25上延伸。
下面继续参照图6和7，描述这个实施例的工作。图6是示出在每一点时刻的电极电位的图，图7是施加到不同电极的电压的时间图。
在累积周期t1中的状态是这样的，φV1和φV5是0V，将负电压(例如，-8V)施加到除φVS外的其它电极；在光电转换部分23中根据接收的光的量累积信号电荷(这里是电子)。此时刻产生的与电荷数相等的空穴在第二光电转换部分25内累积。虽然φVS通常地施加有比光电转换部分23的耗尽电压大的电压(例如，8V)，但电压在t1时减小到光电转换部分中的上述耗尽电压(例如，4V)，并且电子从电子源26流到光电转换部分23，作为第二信号电荷。但是，它们的量被调制，因为根据在第二光电转换部分25内累积的空穴数产生了窄信道效应。
当在读出时刻t2将15V施加给φV1和φV5时，作为φV1和φV5的一部分的读选通的电位降低，并根据接收到的光的量将第二信号电荷加到信号电荷上，它将被读出到纵向转移区22。在完成了读出，并在时刻t3到来时，φV1和φV5的电压减少到0V，读选通关闭。在时刻t4，φV2的电压也降低到0V，以去除障碍，信号电荷的一半转移到φV2。在时刻t5，将φV1的电压设置到-8V，以建立一障碍，信号电荷的另外一半也转移到φV2。结果，在时刻t6，信号电荷的一半以相同方式转移到φV3，并且剩下的也在时刻t7转移，然后在时刻t8将信号电荷的一半转移至φV4。此后，通过这样的蠕动式动作(电荷转移)的重复，信号电荷纵向地转移到水平转移区域(图中未示)。
另外，当大的正电压(例如大约20V)在1场内的适当时刻提供给φV1时，使累积在第二光电转换部分25中的空穴复位，并且电荷通过周围的P+层流到GND(地)，通过与它们正电压的库仑斥力，保持在GND电压。
光电转换部分23、第二光电转换部分25以及电子源26的面积和形状设计得能立即重复Mt+1＜Mt，以及上述等式1中的电荷累积量。由此，设计得使它们更块地反馈，以使dt无限小。
由此，本实施例的CCD固态摄像器可以用空穴减小光的入射噪声，在用于信号电荷的增益控制的其他情况下，空气是弃之不用的。
实施例3这是一个使用雪崩光电二极管(APD)的例子，其中它也用作光电转换部分中的倍增装置。
假设将设计得与上述等式1一致的Si-雪崩光电二极管被结合在CCD固态摄像器中，作为光电变换器元件，还假设由倍增增益的波动引起的过度噪声在雪崩倍增时小，相对于入射光子数的S/N比的模拟的结果示于图8中。将初始增益设置为10。
另外，当由施加的电压控制实际的倍增增益时，将下面的等式3代入前面示出的等式1中进行计算。
等式3M＝1/[1+(V/VB)1/3+MoffMoff偏移增益V施加的电压VB击穿电压在图中，虚线表示本实施例的结果，实线表示传统光电二极管的模拟结果。从图8清楚地看到，光的入射噪声减小了。但是，等式3不是可以代入公式1中的唯一的倍增增益M和施加带电压之间关系的表达式，可以使用任何关系表达式，如果它与(dM/dV)＞0，其中M＝f(V)一致。
实施例3-2实施例3的模拟是假设由倍增增益的波动引起的过度噪声在雪崩增益时小而得到结果。在这样的关系中，该过度噪声将在下面解释，并将示出用于减小它的配置的例子。
在传统Si-APD中，由于发生雪崩倍增的位置无法指定，故在倍增增益中发生统计起伏。这是由于雪崩增益所需的碰撞电离能量是(3/2Gg+α)，这里的α根据统计概率是不确定的。所以，由此引起的新的噪声被称为过度噪声(当信号电荷是电子时它被称为电子噪声)，并认为它对于S/N比的降低负有部分的责任。
但是，具有一个能带偏移结构的雪崩倍增层薄膜总是可以满足条件(3/2Eg+α)＜(1/2mv2+ΔE)其中，m是电子的质量，而v是电子的速度，把能带偏移值ΔE放大。由此，通过允许足够大的能带偏移不受值α的影响，可仅在能带偏移部分产生碰撞电离，从而可使上述过度噪声为无限小。
当施加的电压为零时，图9中所示的状态呈现一种结构，其中能带偏移型雪崩倍增层薄膜层叠。这里，能带偏移ΔE由材料之间的组成比例确定。只有在所有的层都耗尽能量后，才可以得到具有图10所示的倾角的能带状态，从而可以在能带偏移的位置上产生碰撞电离。这样的能带偏移型雪崩倍增层薄膜与普通硅雪崩倍增层薄膜(Si-APD)之间增益特性的差异示于图11中。如图11所示，在普通Si-APD中，增益在击穿电压VB附近急剧地升高，但在能带偏移型中，施加电压是Vth_H或更高时增益是2，而电压是Vth_L或更低时，增益降到1。在图10中，层叠的雪崩倍增层的数量是3，得到23-倍增益。但是，在这样的简单层叠的结构中，根据施加的电压增益从1到8徒变。因此，当以电荷累积模式使用时，增益不随电荷累积以8→4→2→1的顺序逐步降低，从而无法期望作为本发明的目的的抑制光的入射噪声的效应。
因此在这个实施例中，采用抑制电荷的增益与累积量的结构以及能带偏移型雪崩倍增层薄膜被采用，目的是减小光的过度噪声和入射噪声二者。
图12是沿薄膜厚度方向的截面图，它示出了这个例子的光电变换器。光电变换器31具有三个能带偏移型雪崩倍增层薄膜33、34和35，层叠在电荷累积部分32上，其中导电薄膜36、37、38和39设置在层之间，并具有在薄膜之间的每一个空间都连接到固定电阻R1，R2和R3的结构。电荷累积部分32由普通硅光电二极管(Si-PD)32构成。薄膜36到39由例如，铟(In)、多晶硅等等材料制成。固定的电阻R1到R3由例如多晶硅等材料制成。但是，这组电阻由具有相同表面电阻值的材料制成，并精确地控制，从而每一个都具有精确值，通过变化连接处面积，满足三个电阻之间的阻值比为R1＜R2＜R3的需要。
在这样的结构中，将下面的电压施加给各相应层Vin＝V0＝(-Q/C)V1＝{R1/(R1+R2+R3)}·VinV2＝{R2/(R1+R2+R3)}·VinV3＝{R3/(R1+R2+R3)}·Vin其中，V0是初始的施加电压；Vin是总的施加电压；Q是累积信号电荷量；C是累积容量。总的施加电压Vin与施加到各层的电压之间的关系如图13所示。每一个直线的斜度相应于R1、R2、R3之间的比。在图13中，Vin随Q的增加而变小，原因在于Vin＝(-Q/C)的关系。施加给不同层的电压V1到V3相应地变小。由此，V1到V3与Q之间的关系如图14所示。如已经描述过的，在每一层中，施加电压是Vth_H或更高时增益是2，而电压是Vth_L或更低时，增益降到1。因此，如图15所示，当该层叠的薄膜结构以电荷累积模式使用时，增益特性随着累积电荷量的增加而逐步抑制增益。相应地，当将原始光电转换效率设置为常数时，得到如图16所示的与入射光的量相关的输入/输出特性。
图17是指出一种配置的图，在这种配置中，为二维CCD摄像器中的每一个象素指定一个该例子的光电转换器31。在这个附图中，每一个Vref是公共电极，用于施加一个固定的电压；每一个VCCD，用于纵向转移区；而HCCD用于横向转移区。图18是示出一种配置的附图，其中每一个具有一个普通的光电二极管的象素和每一个具有本例子的光电转换器的象素沿垂直转移方向交替地安排。
实施例3-3在实施例3-2中，如图15所示，初始增益徒然升高到八。由此，如图19所示，可推荐在最接近于电荷累积部分42的位置设置一普通Si-APD薄膜40。这使得虽然因为过度噪声而引起了S/N比降低，仍然能够得到连续的初始增益。根据McIntyre过度电子噪声公式，对于Si-APD，有S/N＝M2{kM+(1-k)(2-1/M)}其中，M是增益，α和β分别是电子和空穴的每单位距离碰撞电离率，α/β＝k；增益越大，S/N比越降低。相应地，Si-APD与能带偏移型的结合使用与单单使用Si-PAD相比，有助于减小过度电子噪声，并可得与其不相上下的增益。在这种情况下，入射光量和输入/输出特性的关系示于图21内。
实施例3-4有了上述两个实施例，可通过2的幂改变倍增增益。但是，当以电荷累积模式使用时，如果通过增加层叠层的数量将初始增益放大，则增益随入射光的变化将是突然的和不连续的，从而不可能有精细的增益控制。如果层叠层的数量例如是10，倍增增益将突然和不连续地从210(＝1024)降到29(＝512)。
由此，如图22所示，通过连接和使用实施例1中揭示的DSP，就可能得到增益从1024、1023到1022的平滑控制。
顺便提及，虽然上述的所有实施例都已经在假定它们与CCD型摄像传感器一起使用的条件下进行了描述，显然，如果与摄像管或MOS型摄像传感器，或在将来将出现的任何摄像器，或摄取所有各种电磁波(如上所述)的装置一起使用，则本发明也可以是有效的。
工业应用如上所述，根据本发明，减小了光的入射噪声，从而即使曝光时间短，也可以得到高质量图像，尤其地，即使在黑如新月的夜晚，可以以高分辨率拍摄清楚的图像。
权利要求
1.一种光电变换器，其特征在于包括光电转换器装置，用于根据入射光产生电荷，放大装置，用于放大由光电变换所产生的信号电荷；存储器，用于累积以规定的增益放大的信号电荷，以及连续增益控制装置，用于根据累积电荷数，控制所述放大装置的增益。
2.一种光电变换器，包含第一光电变换部分，用于根据入射光产生电荷；累积部分，用于累积由所述第一光电变换部分产生的电荷，放大部分，用于将从所述累积部分输出的电荷以规定的增益放大，以及存储部分，用于存储由放大部分放大的信号电荷，其特征在于在所述放大部分中的规定增益在1场/1帧周期中，根据在应用该增益前的规定周期中在所述存储部分中累积的电荷数的基础上变化。
3.如权利要求2所述的光电变换器，其特征在于提供A/D变换器，用于将从所述累积部分输出的模拟信号转换为数字信号，并且所述放大部分和所述累积部分执行数字处理。
4.如权利要求2或3所述的光电变换器，其特征在于先前累积的电荷数是一个值的函数，所述值是从要改变的增益M和每单位时间的累积电荷数n的乘积从累积时间到当前时刻的积分所得的结果。
5.一种光电变换器，包含设置在光接收部分中的第一光电变换部分，用于根据入射光产生电荷；累积部分，用于累积来自所述第一光电变换部分的信号电荷；以及负反馈放大部分，其特征在于所述负反馈放大部分是与所述第一光电变换部分反相的导电类型，设置成接近于光接收部分中的所述第一光电变换部分；并包括第二光电变换部分，用于根据入射光产生电荷，以及与所述光电变换部分有相同的导电类型的电荷源，用于将电荷施加到所述累积部分；以及在1场/1帧周期内，由所述第二光电变换部分产生或累积的信号电荷对从所述电荷源流出的信号电荷调制。
6.如权利要求5所述的光电变换器，其特征在于所述调制是这样的，即，所述累积部分中累积的信号电荷变多时，从所述电荷源提供给所述累积部分的信号电荷减少，当所述累积部分中累积的信号电荷变少时，从所述电荷源提供给累积部分的信号电荷增加。
7.一种光电变换器，包含光电变换部分，用于根据入射光产生电荷，以及累积部分，用于累积由所述光电变换部分产生的电荷，其特征在于进行光电变换的部分是雪崩光电二极管，雪崩光电二极管由多个能带偏移型雪崩倍增层薄膜构成，它们通过多个由固定电阻相互连接的导电薄膜层叠在所述累积部分上，这些雪崩倍增层薄膜根据层叠方向整体地变化。层叠的每一个雪崩倍增层薄膜的倍增速率，在1场/1帧周期中，根据在所述累积部分中累积的电荷数而变化。
8.如权利要求7所述的光电变换器，其特征在于在所述组成是(无定形硅a-Si)/(无定形碳化硅a-SiC)或(无定形硅a-Si)/(无定形锗化硅a-SiGe)，并且碳C和硅Si之间的比例连续地逐步地减小或逐步地增加。
9.如权利要求7所述的光电变换器，其特征在于所述固定电阻的阻值随与入射光侧距离的增加而增加。
10.如权利要求7到9中的任一条所述的光电变换器，其特征在于所述固定电阻由多晶硅构成。
11.如权利要求7到10中任一条所述的光电变换器，其特征在于所述多个能带偏移型雪崩倍增层薄膜与所述累积部分之间存在硅雪崩倍增层薄膜。
12.如权利要求2到4中任一条所述的光电变换器，其特征在于所述第一光电变换器和所述累积部分构成根据权利要求5到11中任一条所述的光电变换器。
13.一种固态摄像元件，其特征在于包含如权利要求5到12中的任一条所述的光电变换器，以及转移区域，用于转移所述光电累积的信号电荷。
14.一种光电变换器，包含光电变换部分，用于根据入射光产生电荷；累积部分，用于累积由所述光电变换部分产生的电荷；和A/D变换器，用于使在所述累积部分中所累积的信号电荷在每一个击穿或未击穿读出处数字化；其特征在于关心每一个连续地从A/D变换器输出的信号电荷，具有最大值和最小值的信号电荷，或在预定数量的连续信号电荷内废弃多个规定的信号电荷。
15.如权利要求14所述的光电变换器，其特征在于连续选出所述规定数量的连续信号电荷，不与任何前面的连续信号电荷重叠。
16.如权利要求14所述的光电变换器，其特征在于连续选出所述规定数量的连续信号电荷，部分与前面的连续信号电荷重叠。
17.一种光电变换器，包含如权利要求14到16任一条所述的光电变换器，放大部分，用于以规定的增益放大从所述累积部分输出的电荷；以及存储部分，用于存储经放大部分放大的信号电荷；其特征在于在增益应用前的中，在所述累积部分中累积的电荷数，在1场/1帧周期中，变化在放大部分中的规定增益。
全文摘要
本发明提供了一种光电变换器,其特征在于设置有第一光电变换部分,用于根据入射光产生电荷;累积部分,用于累积由第一光电变换部分产生的电荷;放大部分,用于以规定的增益放大从累积部分输出的电荷;以及存储部分,用于存储经放大部分放大的信号电荷;其特征在于根据在增益应用前的规定周期中在所述累积部分中累积的电荷数,在1场/1帧周期中变化在放大部分中的规定增益。
文档编号H04N5/32GK1243633SQ9880166
公开日2000年2月2日 申请日期1998年11月4日 优先权日1997年11月7日
发明者菰渕宽仁, 山田隆博, 尾上顺一 申请人:松下电器产业株式会社