信號成分而導致的被施加到光電轉換單元 101上的電極間電壓的減小。
[0092] 此外，在這種情況下，可通過復位晶體管102產生復位噪聲（圖6D所示的噪聲 kTC2)。可在蓄積時段結束時通過步驟（1)中的復位操作，即第二復位操作來去除產生的復 位噪聲。
[0093] 圖6E和圖6F示出了光電轉換單元101在步驟（6)中的狀態。將第一電壓Vsl供 給到第一電極201，將復位電壓Vres供給到節點B。由于復位電壓Vres低于第一電壓Vsl， 所以光電轉換層205中的電子被排出到第一電極201。相對照地，光電轉換層205中的空 穴移動到光電轉換層205和絕緣層207之間的交界面。然而，空穴不能移動到絕緣層207， 從而在光電轉換層205中蓄積。另外，如之前所述，阻擋層203防止空穴注入到光電轉換層 205中。在這種狀態下，當光進入光電轉換層205時，只有通過光電轉換產生的電子-空穴 對中的空穴才作為信號電荷蓄積在光電轉換層205中。在已執行一定時段的蓄積操作之 后，重復執行步驟（1)到（6)中的操作。
[0094] 蓄積的空穴導致光電轉換層205的表面電勢發生變化。根據表面電勢的變化，第 二電極209上的電壓增大。這種增大在圖6F中以VpO表示。如上所述，在圖6A中的復位 操作中，第二電極209上的電壓變化以抵消電壓VpO的變化。即，第二電極209上的電壓減 小。因此，光電轉換層205的表面電勢在表面電勢升高的方向上變化。
[0095] 如果信號電荷為電子，貝>J第二電壓Vs2是高于第一電壓Vsl的電壓。從而，在圖6A 到6F中所示的電勢的梯度反轉。其它操作基本上相同。
[0096] 在參照圖6A~6F描述的操作中，光電轉換層205的電勢的梯度在圖6B所示的狀 態中反轉，從而使得能夠排出蓄積的信號電荷。光電轉換層205的電勢梯度不反轉導致出 現沒有被排出的信號電荷。因此，會出現噪聲。這里，當第一電極201上的電壓的變化量 dVs比第二電極209 (節點B)上的電壓的變化量dVB大的量增加時，電勢的梯度更可能反 轉。即，當第一電極201上的電壓的變化量dVs比第二電極209上的電壓的變化量dVB大 的量增加時，可實現進一步的噪聲減少。
[0097] 如上所述，第一電極201上的電壓的變化量dVs和節點B上的電壓的變化量dVB之 間存在由dVB = dVsXC2ACl+C2)表示的關系。修改該式得到針對第一電極201上的電壓 的變化量dVs的下式：dVs = dVB+(Cl/C2) XdVB。即，第一電極201上的電壓的變化量dVs 比第二電極209上的電壓的變化量dVB大（Cl/C2)XdVB。因此，當節點B的電容值Cl增大 時，第一電極201上的電壓的變化量dVs和第二電極209上的電壓的變化量dVB之差增大。
[0098] 在本示例性實施例中，第一電容器103與第二電極209連接。因此，可以增大節點 B的電容值Cl。這種配置使得第一電極201上的電壓的變化量dVs能夠大于第二電極209 上的電壓的變化量dVB。因此，更可能實現光電轉換層205的耗盡，導致減少沒有排出的電 荷。因此，根據本示例性實施例，可以實現噪聲減少。
[0099] 現在描述第一電容器103的電容值C1、包含于光電轉換單元101中的第二電容器 111的電容值C2與供給到各單元的電壓之間的關系。
[0100] 在本示例性實施例中，光電轉換單元101包括阻擋層203、光電轉換層205和絕緣 層207。阻擋層203具有比光電轉換層205和絕緣層207更高的電導率。因此，光電轉換單 元101中所包括的第二電容器111的電容值C2是由光電轉換層205形成的電容成分Ci和 由絕緣層207形成的電容成分Cins的組合電容。具體地，第二電容器111的電容值C2由 以下表達式（1)給出：
[0101] C2 = CiXCins/(Ci+Cins) · · · (1) 〇
[0102] 電容成分Ci和電容成分Cins分別由以下表達式（2)和表達式（3)給出：
[0103] Ci = EOXEiXSs/di · · · (2)
[0104] Cins = EOXEinsXSs/dins · · · (3)，
[0105] 其中，Ss表示第二電極209在平面圖中的面積，di表示光電轉換層205的厚度， dins表示絕緣層207的厚度，Ei表示光電轉換層205的相對介電常數，Eins表示絕緣層 207的相對介電常數，E0表示真空的介電常數。
[0106] 第二電極209周圍的邊緣場（fringing field)基本上可忽略不計。因此，僅考慮 第二電極209在平面圖中的面積Ss作為用來計算電容的面積就足夠了。例如，第二電極 209在平面圖中的面積Ss為圖4中所示的第二電極209的面積。另外，在圖5A和5B中，示 出了光電轉換層205的厚度di和絕緣層207的厚度dins。
[0107] 第一電容器103的電容值Cl由以下表達式（4)給出：
[0108] Cl = EOXEdXSd/dd · · · (4)，
[0109] 其中，Sd表示上電極211或下電極213在平面圖中的面積，dd表示上電極211和 下電極213之間的距離，Ed表示上電極211和下電極213之間的絕緣層的介電常數。
[0110] 在本示例性實施例中，使用第一電壓Vsl和第二電壓Vs2來控制第一電極201 (節 點A)上的電壓Vs，以蓄積信號電荷并排出由于光電轉換層205的耗盡導致的信號電荷。第 一電容器103的電容值C1和第二電容器111的電容值C2滿足以下關系，由此實現上述在 排出信號電荷期間殘留在光電轉換層205中的電荷的減少。首先將描述其中信號電荷為空 穴的示例性實施例。
[0111] 下面為簡明起見，第一電容器103的電容值C1是第二電容器111的電容值C2的 k倍。即，電容值C1和電容值C2具有以下表達式（5)的關系：
[0112] Cl = kXC2 · · · (5)。
[0113] 如之前所述，第一電極201上的電壓的變化量dVs和第二電極209 (節點B)上的 電壓的變化量dVB具有由以下表達式（6)給出的關系：
[0114] dVB = dVsXC2/(Cl+C2) · · · (6) 〇
[0115] 由表達式（5)和表達式（6)得到以下表達式（7):
[0116] dVB = dVs/(l+k) · · · (7) 〇
[0117] 為蓄積作為信號電荷的空穴，希望第一電壓Vsl和復位電壓Vres滿足以下表達式 (8)的關系：
[0118] Vsl>Vres · · · (8) 〇
[0119] 為傳送信號電荷的空穴，希望第一電壓Vsl、復位電壓Vres、第一電極201上的電 壓的變化量dVs和第二電極209上的電壓的變化量dVB滿足以下表達式（9)的關系：
[0120] Vsl+dVs<Vres+dVB · · · (9) 〇
[0121] 如果滿足表達式（8)的關系，則可以在光電轉換層205中形成允許空穴向絕緣層 207漂移的電勢梯度。如果滿足表達式（9)的關系，則容易反轉光電轉換層205的電勢梯 度。
[0122] 由表達式（7)和表達式（9)得到表達式（10)。
[0123] Vsl_Vres+dVs〈dVs/(l+k) · · · (10)。
[0124] 這里，k>0。因此，通過在表達式（10)兩邊乘以（Ι+k)，將表達式（10)修改為下面 的表達式（11)。
[0125] (1+k) X (Vsl-Vres+dVs) <dVs · · · (11)
[0126] 第一電極201上的電壓的變化量dVs由dVs = Vs2_Vsl給出。因此，獲得了 Vsl-Vres+dVs = Vs2_Vres。在其中信號電荷為空穴的示例性實施例中，復位電壓Vres大 于第二電壓Vs2。即，獲得了 Vs2-Vres〈0。因此，滿足下面的表達式（12)的關系。
[0127] Vsl_Vres+dVs〈0 · · · (12)
[0128] 因此，在表達式（11)兩邊除以（Vsl-Vres+dVs)改變不等號的方向，得到如下表達 式（13)的關系：
[0129] l+k>dVs/(Vsl-Vres+dVs) ··· (13) 〇
[0130] 由表達式（13)得到以下表達式（14)給出的用于電容值Cl與電容值C2的電容比 k的關系表不。
[0132] 如果滿足表達式（14)的關系，則可以減少未排出的電荷的量。因此，可以實現噪 聲減少。
[0133] 在本示例性實施例中，第一電壓Vsl等于5V，復位電壓Vres等于3. 3V。因為第二 電壓Vs2等于0V，所以第一電極201上的電壓的變化量dVs為-5V。因此，k值被設為大于 〇. 52的值。具體地，在本示例性實施例中，第一電容器103的電容值C1等于4fF，第二電容 器111的電容值C2等于IfF。即，得到k = 4。這種配置可以實現更多的噪聲減少。
[0134] 在本示例性實施例中，第一電容器103的上電極211或下電極213在平面圖中的 面積Sd和第二電極209在平面圖中的面積Ss滿足關系Sd>0. 5 X Ss。這種配置可以使得容 易獲得上述電容比的關系。
[0135] 此外，當k值增大時，噪聲減少效果提高。因此，在第一電容器103的電容值C1等 于或大于第二電容器111的電容值C2的情況下，可以進一步提高噪聲減少效果。
[0136] 利用第一電壓Vsl和第二電壓Vs2,第一電極201上的電壓的變化量dVs由dVs = Vs2-Vsl給出。因此，將表達式（14)修改為表達式（15)。
[0138] 特別地，如果第二電壓Vs2等于0V，那么式（15)可簡化為式（16)。
[0140] 現在描述信號電荷是電子的不例性實施例。如果信號電荷是電子，那么式⑶和 式（9)中的不等號的方向改變。因此，式（10)到式（11)中的不等號的方向也改變。如果信 號電荷是電子，那么復位電壓Vres低于第二電壓Vs2。因此，由式（11)中的Vsl-Vres+dVs = Vs2-Vres給出的值為正值。即，（Vsl-Vres+dVs)>0的關系成立。因此，將式（11)的兩 邊除以（Vsl-Vres+dVs)不改變不等號的方向。因此，與信號電荷是空穴的情況同樣，獲得 式（14)和式（15)。
[0141] 表達式（15)的左手邊可以使用表達式（5)以C1/C2替換。因為（Vs2-VreS)/ (Vs2-Vres) = 1，將表達式（15)的右手邊帶入公分母，得到如下表達式（17):
[0143] 在這里，將描述由表達式（17)給出的關系。復位電壓Vres是第一電壓Vsl和第 二電壓Vs2之間的中間值。
[0144] 當復位電壓Vres接近第一電壓Vsl時，右手邊的值減小。即，即使第一電容器103 的電容值C1小，光電轉換層205的電勢梯度也能反轉。如果復位電壓Vres與第一電壓Vs 1 之差小，貝可以在光電轉換層205中蓄積的電荷量小。
[0145] 相比之下，當復位電壓Vres接近第二電壓Vs2時，右手邊的值增大。即，針對第一 電容器103的電容值C1使用大的值。在這種情況下，復位電壓Vres與第一電壓Vsl之差 大。因此，可以在光電轉換層205中蓄積的電荷量可以增加。
[0146] 就電荷飽和量與第一電容器103的電容值C1之間的平衡而言，優選地，復位電壓 Vres在上限和下限（或下限和上限）分別等于第一電壓Vsl和第二電壓Vs2的范圍的20% 到80%的范圍內。例如，如果第一電壓Vsl等于5V且第二電壓Vs2等于0V，則希望復位電 壓Vres在IV到4V的范圍內。
[0147] 在光電轉換裝置用作照相機的圖像傳感器等的情況下，使用低電源電壓以降低功 耗。例如，供給到圖像傳感器的電源電壓典型地小于或等于5V。因此，對于表達式（14)至 表達式（17)中的電壓也使用小于或等于5V的值。在該情況下，第一電容器103的電容值 C1和第二電容器111的電容值C2滿足上述關系，使得能夠在低電壓驅動光電轉換裝置的情 況下降低噪聲。
[0148] 如上所述，可以使用第一電容器103的電容值C1與光電轉換單元101中所包括的 第二電容器111的電容值C2之間的關系來實現噪聲減少。應當理解，即使電容值C1和電 容值C2的比率不滿足式（14)~式（17)的關系，也實現噪聲減少效果。前面給出的數值只 是示例，而非意在限制。
[0149] 在光電轉換層205和絕緣層207之間的交界面處可能存在有缺陷的能級等。在這 種情況下，通過使用已知的技術考慮平帶（flatband)電壓可能就足夠了。
[0150] 接下來，將描述根據本示例性實施例的光電轉換裝置的驅動方法。圖7示出了在 根據本示例性實施例的光電轉換裝置中所使用的驅動信號的時序圖。在圖7中，示出了針 對第η行和第n+1行或總共兩行的信號讀出的驅動信號。
[0151] 向選擇晶體管105的柵極供給驅動信號pSEL。向復位晶體管102的柵極供給驅 動信號PRES。向光電轉換單元101的第一電極201供給電壓信號Vs。向S/Η開關303供 給驅動信號PTS。向S/Η開關305供給驅動信號pTN。向列驅動器電路150供給驅動信號 CSEL〇
[0152] 當驅動信號pSEL、驅動信號pRES、驅動信號pTN或驅動信號pTS處于高電平時，相 應的晶體管或開關接通。當驅動信號pSEL、驅動信號pRES、驅動信號pTN或驅動信號pTS處 于低電平時，相應的晶體管或開關關斷。電壓信號Vs包括第一電壓Vs 1和第二電壓Vs2。
[0153] 根據本示例性實施例的光電轉換裝置執行"卷簾快門"（rolling shutter)操作。 在時刻tl之前，第η行中的像素100的光電轉換單元101和第n+1行中的像素100的光電 轉換單元101蓄積信號電荷。另外，在時刻tl之前，用于第η行的電壓信號Vs(n)和用于 第n+1行的電壓信號Vs(n+1)均等于第一電壓Vsl。
[0154] 在時刻tl，驅動信號pSEL(n)上升到高電平，第η行中的像素100的選擇晶體管 105接通。因此，第η行中的像素100的放大器晶體管104輸出信號。
[0155] 在時刻tl，驅動信號pRES(n)上升到高電平，第η行中的像素100的復位晶體管 102接通。因此，第η行中的像素100的節點Β上的電壓被復位為復位電壓Vres。之后，在 時刻t2,驅動信號pRES(η)下降到低電平，復位晶體管102關斷。在圖6A中示出了每個光 電轉換單元101在此時的能帶狀態。
[0156] 然后，驅動信號pTN (η)在時刻t3上升到高電平，并在時刻t4下降到低電平。因 此，在列電路140的電容器CTN中保持包括復位噪聲（圖6A中所示的kTCl)的噪聲信號。
[0157] 在時刻七5，電壓信號￥8(11)從第一電壓￥81轉變到第二電壓￥82。在圖68中示出 了每個光電轉換單元101在此時的能帶狀態。隨后，在時刻t6,電壓信號Vs (η)從第二電壓 Vs2轉變到第一電壓Vsl。在圖6C中示出了每個光電轉換單元101在此時的能帶狀態。通 過從時刻t5到時刻t6的操作，信號電荷以上述方式傳送。因此，在節點B中產生與所蓄積 的信號電荷的量對應的電壓Vp。
[0158] 驅動信號PTS(n)在時刻t7上升到高電平，并在時刻t8下降到低電平。因此，在 列電路140的電容器CTS中保持包括電壓Vp和復位噪聲（圖6C中所示的kTCl)的光學信 號。
[0159] 隨后，驅動信號pRES(n)在時刻t9上升到高電平，并在時刻tlO下降到低電平。因 此，第η行中的像素100的節點B上的電壓再次被復位為復位電壓Vres。在圖6D中示出了 每個光電轉換單元101在此時的能帶狀態。
[0160] 之后，第η行中的像素100開始蓄積后一幀的信號電荷。在圖6E和6F中示出了 每個光電轉換單元101在信號電荷的蓄積期間的能帶狀態。
[0161] 在時刻tll，驅動信號pSEL(n)下降到低電平，并且信號從第η行中的像素100到 列電路