光接收元件、测距模块和电子设备

技术领域

本发明涉及光接收元件、测距模块和电子设备，并且更具体地涉及能够减少电荷传输期间的信号劣化的光接收元件、测距模块和电子设备。

背景技术

通过飞行时间(ToF：time of flight)方法来测量距物体的距离的半导体检测元件是已知的。在ToF方法半导体检测元件中，从光源发射的光照射在物体上并被反射，并且反射光被光电二极管光电转换。通过一对被交替驱动的栅电极将通过光电转换产生的信号电荷分配给两个浮动扩散部(FD)(例如，参见专利文献1)。

引用列表

专利文献

专利文献1：日本专利申请国家公开特开号2007-526448

发明内容

本发明要解决的问题

在使用上述一对栅电极结构的半导体检测元件中，需要减少由于在传输期间当导通的一个栅电极关断时信号电荷返回到光电二极管而导致的信号劣化。

考虑到这种情况而提出了本技术，并且本发明旨在能够减少电荷传输期间的信号劣化。

技术方案

本技术的第一方面的光接收元件包括像素，所述像素至少包括：第一电荷保持单元和第二电荷保持单元，它们每者保持由光电二极管产生的电荷；第一传输晶体管，其将所述电荷传输到所述第一电荷保持单元；和第二传输晶体管，其将所述电荷传输到所述第二电荷保持单元，其中，所述第一传输晶体管和所述第二传输晶体管均由包括垂直栅电极部的垂直晶体管构成。

本技术的第二方面的测距模块包括：光接收元件，其包括像素；光源，其发出亮度周期性变化的照射光；以及发光控制单元，其控制照射光的照射时序，所述像素包括至少包括：第一电荷保持单元和第二电荷保持单元，它们每者保持由光电二极管产生的电荷；第一传输晶体管，其将所述电荷传输到所述第一电荷保持单元；和第二传输晶体管，其将所述电荷传输到所述第二电荷保持单元，其中，所述第一传输晶体管和所述第二传输晶体管均由包括垂直栅电极部的垂直晶体管构成。

本技术的第三方面的一种包括光接收元件电子设备，所述光接收元件包括像素，所述像素至少包括：第一电荷保持单元和第二电荷保持单元，它们每者保持由光电二极管产生的电荷；第一传输晶体管，其将所述电荷传输到所述第一电荷保持单元；和第二传输晶体管，其将所述电荷传输到所述第二电荷保持单元，其中，所述第一传输晶体管和所述第二传输晶体管均由包括垂直栅电极部的垂直晶体管构成。

在本技术的第一至第三方面中，像素至少设置有：第一电荷保持单元和第二电荷保持单元，它们每者保持由光电二极管产生的电荷；第一传输晶体管，其将所述电荷传输到所述第一电荷保持单元；和第二传输晶体管，其将所述电荷传输到所述第二电荷保持单元，其中，所述第一传输晶体管和所述第二传输晶体管均由包括垂直栅电极部的垂直晶体管构成。

光接收元件、测距模块和电子设备可以是独立的设备或结合在另一设备中的模块。

发明的效果

根据本技术的第一至第三方面，可以减少电荷传输期间的信号劣化。

注意，这里说明的效果不必受到限制，并且可以是本公开中说明的任何效果。

附图说明

图1是示出应用了本技术的光接收元件的示意性构造示例的框图。

图2是示出像素的等效电路的图。

图3是像素的平面图。

图4是像素的剖视图。

图5是说明应用了本技术的像素的效果的图。

图6是说明应用了本技术的像素的效果的图。

图7是说明应用了本技术的像素的效果的图。

图8是说明垂直栅电极部的平面形状的平面图。

图9是示出像素阵列单元的像素布置示例的图。

图10是说明传输晶体管的驱动的图。

图11是说明传输晶体管的驱动的图。

图12是示出多层配线层的布置示例的平面图。

图13是示出像素的变形例的平面图。

图14是示出像素的变形例的剖视图。

图15是具有四个抽头的像素的平面图。

图16是说明具有四个抽头的像素的驱动的图。

图17是说明对电场控制型光接收元件的应用的图。

图18是示出应用了本技术的测距模块的构造示例的框图。

图19是示出作为应用了本技术的电子设备的智能电话的构造示例的框图。

图20是示出内窥镜手术系统的示意性构造的示例的图。

图21是示出相机头和CCU的功能构造的示例的框图。

图22是示出车辆控制系统的示意性构造的示例的框图。

图23是示出了车辆外部信息检测单元和成像单元的安装位置的示例的说明图。

具体实施方式

以下是用于实施本技术的模式的说明(该模式在下文中被称为实施例)。注意，将按以下顺序进行说明。

1.光接收元件的构造示例

2.像素的等效电路

3.像素的平面图

4.像素的剖视图

5.垂直晶体管的效果

6.垂直栅电极部的平面形状

7.多个像素的布置示例

8.传输晶体管的驱动

9.配线层的构造示例

10.像素的变形例

11.具有四个抽头的像素的构造示例

12.对电场控制型光接收元件的应用

13.测距模块的构造示例

14.电子设备的构造示例

15.对内窥镜手术系统的应用示例

16.对移动体的应用示例

<1.光接收元件的构造示例>

图1是示出应用了本技术的光接收元件的示意性构造示例的框图。

图1所示的光接收元件1是通过间接ToF方法输出测距信息的元件。

光接收元件1接收通过使从预定光源发射的光(照射光)照射在物体上并被物体反射而获得的光(反射光)，并输出深度图像，在该深度图像中，距物体的距离信息被作为深度值存储。注意，从光源发出的照射光例如是具有在780nm至1000nm范围内的波长的红外光，并且是以预定时序重复开/关的脉冲光。

光接收元件1包括形成在半导体基板(未示出)上的像素阵列单元21和集成在与形成有像素阵列单元21的半导体基板相同的半导体基板上的外围电路单元。外围电路单元例如包括垂直驱动单元22、列处理单元23、水平驱动单元24、系统控制单元25等。

光接收元件1还设置有信号处理单元26和数据存储单元27。注意，信号处理单元26和数据存储单元27可以安装在与安装有光接收元件1的基板相同的基板上，或者可以布置在与光接收元件1不同的成像设备中的基板上。

在像素阵列单元21的构造中，像素10在行方向和列方向上以矩阵形式二维地布置，每个像素产生与接收的光量相对应的电荷并输出与电荷相对应的信号。换句话说，像素阵列单元21包括多个像素10，每个像素执行入射光的光电转换并输出与作为光电转换的结果而获得的电荷相对应的信号。后面将在图2或下文中说明像素10的细节。

这里，行方向是指像素10在水平方向上的布置方向，而列方向是指像素10在垂直方向上的布置方向。行方向是图中的横向，而列方向是图中的纵向。

在像素阵列单元21中，对于矩阵形像素布置，沿行方向针对每个像素行布线有像素驱动线28，并且沿列方向针对每个像素列布线有两条垂直信号线29。例如，像素驱动线28传输用于在从每个像素10读取信号期间执行驱动的驱动信号。注意，在图1中，像素驱动线28被示出为一条配线，但是该配线不限于一条配线。像素驱动线28的一端连接到垂直驱动单元22的与每一行相对应的输出端。

垂直驱动单元22包括移位寄存器、地址解码器等，并且针对所有像素同时或以列为基础等驱动像素阵列单元21的每个像素10。换句话说，垂直驱动单元22与用于控制垂直驱动单元22的系统控制单元25一起构成用于控制像素阵列单元21的每个像素10的操作的驱动单元。

通过垂直信号线29将根据垂直驱动单元22的驱动控制从像素行的每个像素10输出的检测信号输入到列处理单元23。列处理单元23对通过垂直信号线29从每个像素10输出的检测信号执行预定的信号处理，并且在信号处理之后临时保持检测信号。具体地，列处理单元23执行噪声去除处理、模数(AD)转换处理等，作为信号处理。

水平驱动单元24包括移位寄存器、地址解码器等，并且顺序地选择列处理单元23的与像素列相对应的单元电路。通过水平驱动单元24的选择性扫描，针对列处理单元23中的每个单元电路顺序地输出经过信号处理的检测信号。

系统控制单元25包括时序发生器，该时序发生器产生各种时序信号等，并基于由时序发生器产生的各种时序信号执行垂直驱动单元22、列处理单元23、水平驱动单元24等的驱动控制。

信号处理单元26至少具有算术处理功能，并且基于从列处理单元23输出的检测信号执行各种类型的信号处理，例如算术处理。数据存储单元27临时存储信号处理单元26中的信号处理所需的数据。

如上所述地构造的光接收元件1输出深度图像，在深度图像中存储有被摄体的距离信息作为像素值中的深度值。光接收元件1可以例如安装在位于车辆上并测量距车辆外部物体的距离的车载系统、测量距诸如用户手部等物体的距离并基于测量结果识别用户手势的的手势识别装置等上。

<2.像素的等效电路>

图2示出了二维地布置在像素阵列单元21中的像素10的等效电路。

像素10包括作为光电转换元件的光电二极管PD。此外，像素10包括两个传输晶体管TRG、两个浮动扩散区域FD、两个附加电容FDL、两个开关晶体管FDG、两个复位晶体管RST、两个放大晶体管AMP和两个选择晶体管SEL。

在此，如图2所示，在设置在像素10中的两个传输晶体管TRG、两个浮动扩散区域FD、两个附加电容FDL、两个开关晶体管FDG、两个复位晶体管RST、两个放大晶体管AMP和两个选择晶体管SEL中，在区分每两者的情况下，它们被称为传输晶体管TRG1和TRG2、浮动扩散区域FD1和FD2、附加电容FDL1和FDL2、开关晶体管FDG1和FDG2、复位晶体管RST1和RST2、放大晶体管AMP1和AMP2以及选择晶体管SEL1和SEL2。

传输晶体管TRG、开关晶体管FDG、复位晶体管RST、放大晶体管AMP和选择晶体管SEL均例如包括N型MOS晶体管。

当提供给传输晶体管TRG1的栅电极的传输驱动信号TRG1g处于激活状态时，传输晶体管TRG1响应于传输驱动信号TRG1g而处于导通状态，从而将光电二极管PD中存储的电荷传输到浮动扩散区域FD1。当提供给传输晶体管TRG2的栅电极的传输驱动信号TRG2g处于激活状态时，传输晶体管TRG2响应于传输驱动信号TRG2g而处于导通状态，从而将光电二极管PD中存储的电荷传输到浮动扩散区域FD2。

浮动扩散区域FD1和FD2均是电荷保持单元，其临时保持从光电二极管PD传输的电荷。

当提供给开关晶体管FDG1的栅电极的FD驱动信号FDG1g处于激活状态时，开关晶体管FDG1响应于FD驱动信号FDG1g而处于导通状态，从而将附加电容FDL1连接至浮动扩散区域FD1。当提供给开关晶体管FDG2的栅电极的FD驱动信号FDG2g处于激活状态时，开关晶体管FDG2响应于FD驱动信号FDG2g而处于导通状态，从而将附加电容FDL2连接至浮动扩散区域FD2。

例如，在入射光量高的高照度的情况下，垂直驱动单元22使开关晶体管FDG1和FDG2处于激活状态，将浮动扩散区域FD1连接至附加电容FDL1，并且将浮动扩散区域FD2连接到附加电容FDL2。因此，在高照度的情况下可以存储更多的电荷。

另一方面，在入射光量低的低照度的情况下，垂直驱动单元22使开关晶体管FDG1和FDG2处于非激活状态，并且使附加电容FDL1和FDL2分别与浮动扩散区域FD1和FD2断开连接。因此，可以提高转换效率。

当提供给复位晶体管RST1的栅电极的复位驱动信号RST1g处于激活状态时，复位晶体管RST1响应于复位驱动信号RST1g而处于导通状态，从而将浮动扩散区域FD1的电势复位成预定电平(电源电压VDD)。当提供给复位晶体管RST2的栅电极的复位驱动信号RST2g处于激活状态时，复位晶体管RST2响应于复位驱动信号RST2g而处于导通状态，从而将浮动扩散区域FD2的电势复位成预定电平(电源电压VDD)。注意，当使复位晶体管RST1和RST2处于激活状态时，也使开关晶体管FDG1和FDG2同时处于激活状态。

放大晶体管AMP1的源电极经由选择晶体管SEL1连接到垂直信号线29A，从而放大晶体管AMP1连接到恒流源(未示出)以形成源极跟随器电路。放大晶体管AMP2的源电极经由选择晶体管SEL2连接到垂直信号线29B，从而放大晶体管AMP2连接到恒流源(未示出)以形成源极跟随器电路。

选择晶体管SEL1连接在放大晶体管AMP1的源电极和垂直信号线29A之间。当提供给选择晶体管SEL1的栅电极的选择信号SEL1g处于激活状态时，选择晶体管SEL1响应于选择信号SEL1g而处于导通状态，并将从放大晶体管AMP1输出的检测信号VSL1输出到垂直信号线29A。

选择晶体管SEL2连接在放大晶体管AMP2的源电极和垂直信号线29B之间。当提供给选择晶体管SEL2的栅电极的选择信号SEL2g处于激活状态时，选择晶体管SEL2响应于选择信号SEL2g而处于导通状态，并将从放大晶体管AMP2输出的检测信号VSL2输出到垂直信号线29B。

像素10的传输晶体管TRG1和TRG2、开关晶体管FDG1和FDG2、复位晶体管RST1和RST2、放大晶体管AMP1和AMP2以及选择晶体管SEL1和SEL2由垂直驱动单元22控制。

在图2的等效电路中，可以省略附加电容FDL1和FDL2以及控制它们的连接的开关晶体管FDG1和FDG2，但是通过提供附加电容FDL并根据入射光的量适当地使用它们来进行，可以确保高动态范围。

将简要说明像素10的操作。

首先，在开始光接收之前，对所有像素执行用于复位像素10的电荷的复位操作。换句话说，复位晶体管RST1和RST1、开关晶体管FDG1和FDG2以及传输晶体管TRG1和TRG2导通，并且光电二极管PD、浮动扩散区域FD1和FD2、附加电容FDL1和FDL2的电荷被放电至恒压源VDD，并复位电荷。

在放电所存储的电荷之后，在所有像素中开始光接收。

在光接收时段期间，交替地驱动传输晶体管TRG1和TRG2。换句话说，在第一时段中，传输晶体管TRG1被控制为导通，并且传输晶体管TRG2被控制为关断。在第一时段中，由光电二极管PD产生的电荷被传输到浮动扩散区域FD1。在第一时段之后的第二时段中，传输晶体管TRG1被控制为关断，并且传输晶体管TRG2被控制为导通。在第二时段中，由光电二极管PD产生的电荷被传输到浮动扩散区域FD2。因此，由光电二极管PD产生的电荷被分配到浮动扩散区域FD1和FD2并被存储。

然后，当光接收时段结束时，以行顺序选择像素阵列单元21的每个像素10。在被选择的像素10中，选择晶体管SEL1和SEL2导通。因此，存储在浮动扩散区域FD1中的电荷经由垂直信号线29A作为检测信号VSL1被输出到列处理单元23。经由垂直信号线29B将存储在浮动扩散区域FD2中的电荷作为检测信号VSL2输出至列处理单元23。

在上述情况下，一个光接收操作结束，并且执行从复位操作开始的下一光接收操作。

取决于距物体的距离，像素10接收的反射光相对于光源的照射时刻发生延迟。由于存储在两个扩散区域FD1和FD2中的电荷之间的分配比根据取决于距物体的距离的延迟时间而改变，所以可以根据存储在两个扩散区域FD1和FD2中的电荷之间的分配比来获得距物体的距离。

<3.像素的平面图>

图3是像素10的示出图2所示的像素电路的布置的平面图。

图3中的X方向对应于图1中的行方向(水平方向)，并且Y方向对应于图1中的列方向(垂直方向)。

如图3所示，在矩形像素10的中心区域中，光电二极管PD包括N型半导体区域41，并且传输晶体管TRG1和TRG2布置为在X方向上面对光电二极管PD。

此外，在布置成彼此面对的传输晶体管TRG1和TRG2之间的中间线(未示出)为基准的情况下，浮动扩散区域FD1、开关晶体管FDG1、附加电容FDL1、复位晶体管RST1、放大晶体管AMP1和选择晶体管SEL1相对于浮动扩散区域FD2、开关晶体管FDG2、附加电容FDL2、复位晶体管RST2、放大晶体管AMP2和选择晶体管SEL2镜像对称地布置。

传输晶体管TRG1包括栅电极42

开关晶体管FDG1包括栅电极44

复位晶体管RST1包括栅电极46

放大晶体管AMP1包括栅电极48

选择晶体管SEL1包括栅电极50

复位晶体管RST1、放大晶体管AMP1和选择晶体管SEL1按此顺序在Y方向上并排布置，并且传输晶体管TRG1和开关晶体管FDG1在X方向上并排布置。

传输晶体管TRG2、开关晶体管FDG2、复位晶体管RST2、放大晶体管AMP2和选择晶体管SEL2的栅电极、漏极区域和源极区域分别用下标2表示，并且在像素中，唯一的不同是它们相对于传输晶体管TRG1、开关晶体管FDG1、复位晶体管RST1、放大晶体管AMP1和选择晶体管SEL1在X方向上镜像对称地布置，因此将省略其说明。注意，关于传输晶体管TRG，在不需要区分传输晶体管TRG1和TRG2的栅电极、漏极区域和源极区域的情况下，省略下标。

形成像素10中的每个像素晶体管的漏极区域和源极区域的N型半导体区域的外部包括P型半导体区域52。

光电二极管PD以及浮动扩散区域FD1和FD2均包括在Y方向上比在X方向上更长的矩形区域。传输晶体管TRG1和TRG2的栅电极42

此外，传输晶体管的TRG1和TRG2的栅电极42

<4.像素的剖视图>

图4示出了像素10的剖视图。

图4的A是像素10沿图3的线a1-a2的剖视图，并且图4的B是像素10沿图3的线b1-b2的剖视图。图4中由Z轴表示的纵向方向对应于基板深度方向。

如图4的B所示，传输晶体管TRG1和TRG2均包括垂直晶体管，该垂直晶体管包括在基板深度方向上延伸的栅电极42。更具体地，传输晶体管TRG1的栅电极42

在图4中，半导体基板70的形成有传输晶体管TRG1和TRG2的上表面是半导体基板70的前表面侧，并且栅绝缘膜71形成在基板界面处。此外，在半导体基板70的前表面侧上形成有稍后参考图12说明的多层配线层。

在P型半导体区域52与垂直栅电极部42V之间形成有栅电极绝缘膜71和P型半导体区域72。P型半导体区域72中的杂质浓度被设定为比P型半导体区域52中的杂质浓度高的浓度，并且P型半导体区域72用作抑制暗电流的产生的钉扎区域。

半导体基板70的后表面侧是图4的B的下侧，其是入射有反射光的入射面，并且上面形成有片上透镜等(未图示)。

构成光电二极管PD的N型半导体区域41包括比传输晶体管TRG的垂直栅电极部42V更靠下侧(半导体基板的后表面侧)的N型半导体区域41A以及形成在两个传输晶体管TRG的垂直栅电极部42之间的N型半导体区域41B和N型半导体区域41C。N型半导体区域41A至N型半导体区域41C中的杂质浓度按照N型半导体区域41A、N型半导体区域41B和N型半导体区域41C的顺序增加。注意，在附图中，说明了诸如“N++”、“N+”、“N”或“N-”之类的N型半导体区域中的杂质浓度，并且其表示杂质浓度“N++”最高，并且杂质浓度按照“N++”、“N+”、“N”和“N-”的顺序降低。

垂直传输晶体管TRG可以通过以下方式形成：通过干法蚀刻从基板的前表面侧形成沟槽(垂直孔)，并形成栅绝缘膜71，并然后嵌入用作栅电极的多晶硅等。

在垂直传输晶体管TRG的栅电极42为中心的情况下，在构成光电二极管PD的N型半导体区域41侧的相反侧上形成作为浮动扩散区域FD1和FD2的N型半导体区域43

如图4的A所示，传输晶体管TRG以预定间隔包括多个垂直栅电极部42V，以在Y方向(栅极宽度61的方向)上的剖视图中具有梳齿形状。栅电极绝缘膜71和P型半导体区域72形成在传输晶体管TRG的多个垂直栅电极部42V的外周部分上，并且形成在垂直栅电极部42V的外周部分上的P型半导体区域72之间的区域包括浓度低于P型半导体区域72的浓度的P型半导体区域52。

如上所述，像素10的两个传输晶体管TRG1和TRG2均包括在栅极宽度方向上包括多个垂直栅电极部42V的垂直晶体管。

<5.垂直晶体管的作用>

接下来，参考图5，将在像素10的两个传输晶体管TRG1和TRG2包括垂直晶体管的情况与两个传输晶体管TRG1和TRG2包括普通平面晶体管的情况之间进行比较。

图5的A示出了在传输晶体管TRG1和TRG2均包括普通平面晶体管的情况下像素10X沿b1-b2线的剖视图。

图5的B是类似于图4的B的像素10沿b1-b2线的剖视图。

注意，为了便于比较，即使在图5的A的像素10X中，与像素10相同的附图标记也被给予与像素10相对应的部分。

例如，考虑如下状态：传输晶体管TRG1被控制为导通，并且在构成光电二极管PD的N型半导体区域41中产生的电子(电荷)80被传输到作为浮动扩散区域FD的N型半导体区域43。

如图5中的A所示，在两个传输晶体管TRG1和TRG2均包括仅具有平面栅电极部42T的平面晶体管的像素10X中，在N型半导体区域41中产生的电子80通过形成在平面栅电极部42T1下方的部分中的沟道传输到N型半导体区域43

另一方面，如图5的B所示，在两个传输晶体管TRG1和TRG2均包括具有垂直栅电极部42V的垂直晶体管的像素10中，除了通过平面栅电极部分42T

此外，由于设置有多个垂直栅电极部42V，所以即使在基板的较深位置产生的电子80也能够高速地传输，从而能够在基板后表面侧附近形成N型半导体区域41A，并且可以使具有高杂质浓度的N型半导体区域41C的深度81小于图5的A中的像素10X的深度81。

图6是示出在将图5的A的平面晶体管用作传输晶体管的情况以及将图5的B的垂直晶体管用作传输晶体管的情况下的电势和传输路径的曲线图。

图6的曲线图的纵轴表示电势，并且横轴表示电子从光电二极管PD到浮动扩散区域FD的传输路径。

图6的曲线图中的实线101示出了使用图5的A的平面晶体管的像素10X的电势梯度。

图6的曲线中的虚线102示出了在图5的A的像素10X的传输晶体管从平面晶体管变为与传输晶体管TRG相同的垂直晶体管的情况下的电势梯度。在虚线102中，作为光电二极管PD的N型半导体区域41与图5的A的像素10X的区域相似。

图6的曲线图中的实线103示出了图5的B的像素10的电势梯度。换句话说，实线103示出了在图5的A中的像素10X的传输晶体管从平面晶体管变为垂直晶体管的情况下的电势梯度，并且在作为光电二极管PD的N型半导体区域41中，如图5的B所示，使具有高杂质浓度的N型半导体区域41C的深度81更小，并且在基板后表面侧附近形成有N型半导体区域41A。

如图6所示，可以通过将传输晶体管TRG从平面晶体管改变为垂直晶体管来缩短传输路径。此外，通过使具有高杂质浓度的N型半导体区域41C的深度81变浅，并且在基板后表面侧附近形成有N型半导体区域41A，从而可以使光电二极管PD的深部的电位深化，并且可以使传输晶体管TRG附近的电势变浅。

通过在基板后表面侧附近形成N型半导体区域41A，可以扩大光电转换区域，并且可以增加饱和电荷量。

通过使传输晶体管TRG附近的电位变浅，可以进一步减少当传输晶体管TRG的栅电极关断时，在传输期间信号电荷返回到光电二极管的操作，即减小由所谓的信号返回导致的信号劣化。

图7示出对应于图6中的实线101、虚线102和实线103的电势分布。

图7的A示出了使用平面晶体管作为传输晶体管的像素10X的b1-b2线剖视图(上部行)和电势分布(下部行)。图7的A对应于图6中的实线101。

图7的B示出了使用垂直晶体管作为传输晶体管的像素10X的b1-b2线剖视图(上部行)和电势分布(下部行)。图7的B对应于图6中的虚线102。

图7的C示出了光接收元件1的像素10的b1-b2线剖视图(上部行)和电势分布(下部行)。图7的C对应于图6中的实线103。

注意，图7的A至C的电势分布全部示出了在传输晶体管TRG1被控制为导通的状态下的电势分布。此外，类似于图5，在图7的A和B的像素10X中，与像素10的那些相同的附图标记被给予与像素10的那些相同的部分。

通过比较图7的A至C中的每一个中的在传输晶体管TRG1的基板前表面侧界面附近的区域111至113的电势分布，可以清楚地看出，在图7的A和B中，在传输晶体管TRG1附近的电势深(高)，而在图7的C中，传输晶体管TRG1附近的电势浅(低)。利用这种电势结构，可以实现抵抗由信号返回引起的传输劣化的传感器。

此外，在图7的C的像素10中，如在区域114中所示，与图7的A和B的像素10X相比，在靠近基板的后表面侧的区域中形成N型半导体区域41A，使得耗尽层扩展到基板的后表面侧的附近。利用这种电势结构，可以实现高灵敏度。

<6.垂直栅电极部的平面形状>

图8是说明垂直栅电极部42V的平面形状的平面图。

例如，如图8的A所示，垂直栅电极部42V的平面形状可以是圆形形状。然而，在垂直栅电极部42V的平面形状是圆形的情况下，垂直栅电极部42V的关于XY平面的面积增加，并且电子可能与垂直栅电极部42V碰撞，这可能会导致传输速度降低。

因此，例如如图8的B所示，垂直栅电极部42V的平面形状可以形成为细长形状，该细长形状的在与栅极宽度61的方向正交的方向(X方向)上的宽度大于在栅极宽度61的方向(Y方向)上的宽度。此外，垂直栅电极部42V的平面形状可以形成为在光电二极管PD侧凸出的细长形状。因此，电子不太可能与垂直栅电极部42V碰撞，并且可以抑制传输速度的降低。

<7.多个像素的布置示例>

图9示出了像素阵列单元21的像素布置示例。

在像素阵列单元21中，如图9所示，图3所示的像素10在行方向和列方向上二维地布置。注意，由于空间限制，图9仅示出了16个(4×4)像素的阵列，其中像素10布置成使得在行方向上布置有4个像素并且在列方向上布置有4个像素，但是像素数不限于此。在图9中，由于空间限制，附图标记也被省略。

<8.传输晶体管的驱动>

接下来，将参照图10和图11说明传输晶体管TRG的驱动。

图10是示出当驱动传输晶体管TRG时施加的电压的图。

如上所述，光接收元件1的像素10通过交替执行用于导通两个传输晶体管TRG1和TRG2中的一者并关断另一者的控制将电荷分配到浮动扩散区域FD1和FD2。

作为像素10的第一驱动，垂直驱动单元22可以执行如下控制：将待导通的一个传输晶体管TRG(例如，传输晶体管TRG1)的施加电压设置为正的预定电压VA，并且将待关断的另一传输晶体管TRG(例如，传输晶体管TRG2)的施加电压设置为负的预定电压VB(第一负偏压VB)。在此，第一负偏压VB是用于钉扎以抑制白点和暗电流的负偏压。

此外，作为像素10的第二驱动，如图10所示，垂直驱动单元22可以执行如下控制：将待导通的一个传输晶体管TRG(例如，传输晶体管TRG1)的施加电压设置为正的预定电压VA，并将待关断的另一传输晶体管TRG(例如，传输晶体管TRG2)的施加电压设定为负的预定电压VC(第二负偏压VC)。这里，第二负偏压VC是大于用于钉扎的第一负偏压VB的负偏压。

图11示出了在执行第二驱动的情况下两个传输晶体管TRG1和TRG2之间的电势。

图11的曲线图中的实线表示在执行第二驱动的情况下两个传输晶体管TRG1和TRG2之间的电势，并且虚线表示在传输晶体管TRG1和TRG2由第一负偏压VB关断的情况下的电势。

如图11中的实线所示，将大于用于钉扎的第一负偏置VB的第二负偏置VC施加到待处于关断侧的传输晶体管TRG，从而可以增加电场梯度并可以协助电荷传输。因此，可通过第二驱动来改善电荷的传递特性。

<9.配线层的布置示例>

图12示出了光接收元件1的形成在半导体基板70的前表面侧上的多层配线层的布置示例。

注意，在图12中，相同的附图标记被给予与图3中的部分相对应的部分，但一些附图标记被省略。

光接收元件1例如包括多层配线层，该多层配线层包括第一配线层M1至第四配线层M4这四个配线层以及层间绝缘层。从最靠近半导体基板70的一侧开始，四个配线层依次为第一配线层M1、第二配线层M2、第三配线层M3和第四配线层M4。

图12的A是示出形成在半导体基板70的前表面侧上的像素晶体管的栅电极和N型半导体区域、第一配线层M1以及像素晶体管的栅电极与第一配线层M1之间的接触部的布置的平面图。

如图12的A所示，第一配线层M1至少形成在像素10的边界部分处并且连接到GND。此外，第一配线层M1经由接触部连接到像素晶体管的栅电极。用作浮动扩散区域FD1的N型半导体区域43

图12的B是示出第一配线层M1、第二配线层M2以及将第一配线层M1和第二配线层M2连接在一起的通路(via)的布置的平面图。

在第二配线层M2中布置有用于中继到第三配线层M3和第四配线层M4的配线。

图12的C是示出第二配线层M2、第三配线层M3以及将第二配线层M2和第三配线层M3连接在一起的通路的布置的平面图。

在第三配线层M3中布置有电源线以及在水平方向上对像素阵列单元21进行传送的控制线。

具体地，第三配线层M3形成有用于传送被提供给传输晶体管TRG1和TRG2的栅电极的传输驱动信号TRG1g和TRG2g的配线1611和1612、用于传送被提供给开关晶体管FDG1和FDG2的栅电极的FD驱动信号FDG1g和FDG2g的配线162

用于传送传输驱动信号TRG1g和TRG2g的配线161

图12的D是示出第三配线层M3、第四配线层M4以及将第三配线层M3和第四配线层M4连接在一起的通路的布置的平面图。

在第四配线层M4中布置有电源线以及用于在垂直方向上对像素阵列单元21进行传送的垂直信号线29A和29B。

<10.像素的变形例>

图13和图14是示出像素10的变形例的图。

图13是像素10的变形例的平面图，并且图14是像素10的变形例的剖视图。图13的平面图对应于图3所示的像素10的平面图，并且图14的剖视图对应于图4所示的像素10的剖视图。

图13和图14所示的变型例示出了在减小浮动扩散区域FD1和FD2的电容以增加转换效率的情况下的像素结构。像素10的电路构造与图2所示的等效电路的电路构造相同。

如图13的平面图所示，作为浮动扩散区域FD1和FD2的N型半导体区域43

由于作为浮动扩散区域FD1和FD2的N型半导体区域43

在图13中，用作浮动扩散区域FD1的N型半导体区域43

图14的A是像素10沿图13的a1-a2线的剖视图，并且图14的B是像素10沿图13的b1-b2线的剖视图。

注意，图14的B所示的像素10的变形例沿线b1-b2剖视图与图4中的B的剖视图相似，并且将省略其说明。

在像素10的变形例中，作为浮动扩散区域FD的N型半导体区域43的面积(体积)形成为小于图3中的面积(体积)，并且传输晶体管TRG的栅电极42的栅极宽度201也小于图3中的宽度，从而垂直栅电极部42V的数量也小于图3中的数量。具体地，如图14的A所示，传输晶体管TRG2的栅电极42

注意，取决于传输晶体管TRG的栅电极电极42的栅极宽度201，垂直栅电极电极部42V的数量可以是多个，例如两个或三个。

<11.具有四个抽头的像素的构造示例>

图15是示出像素10的又一变形例的平面图。

图3和图13所示的像素10的像素结构具有两个抽头，其中，对于一个光电二极管PD，包括两个传输晶体管TRG1和TRG2以及两个浮动扩散区域FD1和FD2，并且由光电二极管PD产生的电荷被分配到两个浮动扩散区域FD1和FD2。

另一方面，图15所示的像素10的像素结构具有四个抽头，其中，对于一个光电二极管PD，包括四个传输晶体管TRG1至TRG4和四个浮动扩散区域FD1至FD4，并且由光电二极管PD产生的电荷被分配到四个浮动扩散区域FD1至FD4。

像素10包括四个传输晶体管TRG、四个浮动扩散区域FD、四个附加电容FDL、四个开关晶体管FDG、四个复位晶体管RST、四个放大晶体管AMP和四个选择晶体管SEL。

包括传输晶体管TRG、浮动扩散区域FD、附加电容FDL、开关晶体管FDG、复位晶体管RST、放大晶体管AMP和选择晶体管SEL的一个组合的布置与图3中的布置相似。

在图3所示的具有两个抽头的像素中，传输晶体管TRG、浮动扩散区域FD、附加电容FDL、开关晶体管FDG、复位晶体管RST、放大晶体管AMP和选择晶体管SEL仅布置在矩形像素区域的彼此面对的两侧，而在图15中的具有四个抽头的像素中，组合布置在每一侧。

在图15中的具有四个抽头的像素中，下标1至4中的任何一者添加到传输晶体管TRG、浮动扩散区域FD、附加电容FDL、开关晶体管FDG、复位晶体管RST、放大晶体管AMP和选择晶体管SEL的每一组，以区分各个组。

图15的像素10沿线a1-a2的剖视图与图4的A中的剖视图相似，并且所有传输晶体管TRG均包括垂直晶体管。注意，当然，传输晶体管TRG的垂直栅电极部42V的数量可以与具有两个抽头的像素的情况下的数量不同。

在具有四个抽头的像素10中，如图15所示，彼此面对的两个传输晶体管TRG的栅电极42之间的距离222与传输栅晶体管TRG的电极42的栅极宽度221的长度大约相同；然而，通过使用垂直晶体管作为传输晶体管TRG来提高调制能力，并且对将要位于关断侧的传输晶体管TRG执行用于施加大于用于钉扎的第一负偏压VB的第二负偏压VC的第二驱动，从而可以实现电荷的高速传输。

图16是说明具有四个抽头的像素10中的第二驱动的时序图。

在具有四个抽头的像素10中执行第二驱动的情况下，垂直驱动单元22执行如下控制：为面向预定的一个被控制为导通的传输晶体管TRG的传输晶体管TRG设置第二负偏压VC，并且为其余的两个正交传输晶体管TRG设置第一负偏压VB。

在图16的示例中，在时段T1中，垂直驱动单元22导通传输晶体管TRG1，并且执行用于为传输晶体管TRG3设置第二负偏压VC的控制，并且执行用于为传输晶体管TRG2和TRG4设置第一负偏压VB的控制。

在时段T1之后的时段T2中，垂直驱动单元22导通传输晶体管TRG2，并且执行用于为传输晶体管TRG4设置第二负偏压VC的控制，并且执行用于为传输晶体管TRG1和TRG3设置第一负偏压VB的控制。

在时段T2之后的时段T3中，垂直驱动单元22导通传输晶体管TRG3，并且执行用于为传输晶体管TRG1设置第二负偏压VC的控制，并且执行用于为传输晶体管TRG2和TRG4设置第一负偏压VB的控制。

在时段T3之后的时段T4中，垂直驱动单元22导通传输晶体管TRG4，并且执行用于为传输晶体管TRG2设置第二负偏压VC的控制，并且执行用于为传输晶体管TRG1和TRG3设置第一负偏压VB的控制。

<12.电场控制型光接收元件的应用>

上述的光接收元件1的垂直晶体管的结构也可以应用于如图17所示的电场控制型光接收元件。

图17的A是电场控制型光接收元件的像素的平面图，并且图17的B是电场控制型光接收元件的像素的剖视图和电位图。

在电场控制型光接收元件的像素300中，彼此不同的电场控制电压分别施加到一对第一电场控制电极311a和311b以及与一对第一电场控制电极311a和311b相邻的一对第二电场控制电极312a和312b，从而在作为光电转换区域的N型半导体区域301中产生的电荷被分配到两个电荷存储区域313a和313b。存储在两个电荷存储区域313a和313b中的电荷分别通过传输晶体管TRGa和TRGb传输到电荷读取区域314a和314b。

穿过图17的B所示的遮光板302的矩形开口区域的光入射在作为光电转换区域的N型半导体区域301上。图17的A所示的一对第一电场控制电极311a和311b以及与一对第一电场控制电极311a和311b相邻的一对第二电场控制电极312a和312b布置在遮光板302和绝缘膜303之间。N型半导体区域301和绝缘膜303之间的P型半导体区域304是钉扎层。

例如，在将-2V的电压施加到一对第一电场控制电极311a和311b并且将1V的电压施加到与一对第一电场控制电极311a和311b相邻的一对第二电场控制电极312a和312b的情况下，通过光电转换产生的电荷被传输到右侧的电荷存储区域313b。

另一方面，在将1V的电压施加到一对第一电场控制电极311a和311b并且将-2V的电压施加到与一对第一电场控制电极311a和311b相邻的一对第二电场控制电极312a和312b的情况下，通过光电转换产生的电荷被传输到左侧的电荷存储区域313a。

代替如上所述的电场控制型光接收元件的像素300的第一电场控制电极311a和311b以及第二电场控制电极312a和312b，可以采用如上所述的传输晶体管TRG1和TRG2的构造，即包括梳齿形垂直栅电极部42V的垂直晶体管的结构。因此，提高了调制能力并且容易施加电场，从而可以改善传输特性。

<13.测距模块的构造示例>

图18是示出通过使用上述光接收元件1输出测距信息的测距模块的构造示例的框图。

测距模块500包括发光单元511、发光控制单元512和光接收单元513。

发光单元511包括光源，该光源发射具有预定波长的光，并且发射亮度周期性地波动的照射光，以照射物体。例如，发光单元511包括发光二极管作为光源，该发光二极管发射具有在780nm至1000nm范围内的波长的红外光，并且发光单元511以与从发光控制单元512提供的方波的发光控制信号CLKp同步的方式产生照射光。

注意，发光控制信号CLKp不限于方波，只要它是周期性信号即可。例如，发光控制信号CLKp可以是正弦波。

发光控制单元512将发光控制信号CLKp提供给发光单元511和光接收单元513，并且控制照射光的照射时序。发光控制信号CLKp的频率例如为20兆赫兹(MHz)。注意，发光控制信号CLKp的频率不限于20兆赫(MHz)，并且可以是5兆赫(MHz)等。

光接收单元513接收从物体反射的反射光，根据光接收结果针对每个像素计算距离信息，并且生成并输出深度图像，在深度图像中，距该物体的距离由每个像素的灰度值表示。

图1的光接收元件1用于光接收单元513。作为光接收单元513的光接收元件1例如基于发光控制信号CLKp交替地驱动像素阵列单元21的每个像素10的多个传输晶体管TRG，并将由光电二极管PD产生的电荷传输到多个电荷存储单元(浮动扩散区域FD)。光接收元件1根据在多个电荷存储单元中检测到的信号强度针对每个像素计算距离信息。

如上所述，上述光接收元件1可以作为测距模块500的光接收单元513进行并入，该测距模块500通过间接ToF方法获得并输出距被摄体的距离信息。因此，可以改善测距模块500的距离测量特性。

<14.电子设备的构造示例>

注意，除了适用于如上所述的测距模块之外，光接收元件1还可以应用于各种电子设备，例如，具有距离处理功能的数字照相机或数字照相机等成像设备以及具有测距功能的智能手机。

图19是示出作为应用了本技术的电子设备的智手机的构造示例的框图。

如图19所示，智能手机601包括经由总线611彼此连接的测距模块602、成像设备603、显示器604、扬声器605、麦克风606、通信模块607、传感器单元608、触摸板609和控制器单元610。此外，控制器单元610通过由CPU执行程序而具有作为应用处理单元621和操作系统处理单元622的功能。

图18的测距模块500被应用于测距模块602。例如，测距模块602布置在智能手机601的前方，并且为智能手机601的用户执行测距，从而能够输出用户的脸、手、手指和手指等的表面形状的深度值，作为测距结果。

成像装置603布置在智能电话601的前方，并且执行智能电话601的作为被摄体的用户的成像，从而获取用户的图像。注意，尽管未示出，但成像装置603可以布置在智能电话601的后表面上。

显示器604显示由应用处理单元621和操作系统处理单元622执行的处理、由成像装置603拍摄的图像等。例如，当用智能手机601打电话时，扬声器605和麦克风606输出对方的声音并收集用户的声音。

通信模块607经由诸如因特网等通信网络、公共电话线网络、诸如所谓的3G线路和4G线路等用于无线移动体的广域通信网络、广域网(WAN)、局域网(LAN)，诸如蓝牙(注册商标)和近场通信(NFC)等短程无线通信等执行网络通信。传感器单元608感测速度、加速度、接近度等，并且触摸面板609获取在显示器604上显示的操作屏幕上的用户触摸操作。

应用处理单元621执行用于通过智能手机601提供各种服务的处理。例如，应用处理单元621可以执行以下处理：通过基于从测距模块602提供的深度值来虚拟地再现用户的面部表情的计算机图形来创建面部，并且在显示器604上显示面部。此外，应用处理单元621可以以下处理：例如，基于从测距模块602提供的深度值来执行创建任意三维物体的三维形状数据。

操作系统处理单元622执行用于实现智能电话601的基本功能和操作的处理。例如，操作系统处理单元622可以基于从测距模块602提供的深度值来执行用于认证用户的面部并解锁智能手机601的处理。此外，操作系统处理单元622可以基于从测距模块602提供的深度值执行例如用于识别用户的手势的处理，并且执行用于输入与手势相对应的各种操作的处理。

在如上所述构造的智能手机601中，例如，通过将上述测距模块500用作测距模块602，可以测量和显示距预定对象的距离，执行用于创建和显示预定物体的三维形状数据等的处理。

<15.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20是示出可以应用根据本公开的技术(本技术)的内窥镜手术系统的示意性构造示例的图。

图20示出了如下状态：外科医师(医生)11131正在使用内窥镜手术系统11000对病床11133上的患者11132执行手术。如图所示，内窥镜手术系统11000包括内窥镜11100、诸如气腹管11111和能量设备11112等其他手术工具11110、用于在其上支撑内窥镜11100的支撑臂装置11120以及安装有各种内窥镜手术装置的推车11200。

内窥镜11100包括镜筒11101和与镜筒11101的近端连接的相机头11102，镜筒11101的从远端开始的预定长度的区域插入到患者11132的体腔中。在图示的示例中，示出了形成为包括硬镜筒11101的硬型内窥镜的内窥镜11100，但内窥镜11100也可以形成为包括柔性镜筒11101的柔性型内窥镜。

在镜筒11101的远端处设置有开口，物镜适配在该开口中。光源装置11203连接到内窥镜11100，并且由光源装置11203产生的光通过在镜筒11101内部延伸的光导被引入到镜筒11101的远端，并通过物镜朝向患者11132的体腔中的观察目标照射光。注意，内窥镜11100可以是前视内窥镜，或者可以是斜视内窥镜或侧视内窥镜。

在相机头11102内部设置有光学系统和成像元件，使得来自观察目标的反射光(观察光)通过光学系统会聚在成像元件上。通过成像元件对观察光执行光电转换，并且产生与观察光相对应的电信号，即与观察图像对应的图像信号。图像信号作为原始数据被传输到相机控制单元(CCU：camera control unit)11201。

CCU 11201包括中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)等，并且整体地控制内窥镜11100和显示装置11202的操作。另外，CCU 11201从相机头11102接收图像信号，并对图像信号执行诸如显影处理(去马赛克处理)等各种图像处理，以基于图像信号来显示图像。

在CCU 11201的控制下，显示装置11202基于已被CCU 11201执行图像处理的图像信号来在其上显示图像。

光源装置11203例如包括诸如发光二极管(LED)之类的光源，并且向内窥镜11100提供照射光以对手术部分等成像。

输入装置11204是与内窥镜手术系统11000的输入接口。用户可以通过输入装置11204在内窥镜手术系统11000中输入各种类型的信息或指令。例如，用户可以输入用于改变内窥镜11100的成像条件(照射光的类型、放大系数、焦距等)的指令等。

治疗工具控制装置11205控制用于烧灼组织、切割组织和密封血管等的能量治疗设备11112的驱动。气腹装置11206通过气腹管11111将气体注入到患者11132的体腔中，以使体腔膨胀，从而确保内窥镜11100的视野并确保治手术的工作空间。记录仪11207是能够记录与手术有关的各种信息的装置。打印机11208是能够以诸如文本、图像和图表之类的各种形式打印与手术有关的各种信息的装置。

注意，例如，用于向内窥镜11100提供照射光以对手术部分成像的光源装置11203可以包括白光源，该白光源例如包括LED、激光光源或它们的组合。在白光源包括红色、绿色和蓝色(RGB)激光光源的组合的情况下，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，因此能够通过光源装置11203调节拍摄图像的白平衡。另外，在这种情况下，如果通过以时分方式向观察目标照射来自RGB激光光源的激光束并以与发射时序同步的方式控制相机头11102的成像元件的驱动，则可以以时分方式拍摄分别对应于RGB的图像。根据该方法，即使不为成像元件设置滤色器，也能够获取彩色图像。

另外，可以控制光源装置11203，使得以每段预定时间间隔改变输出光的强度。通过以与光强度的改变时序同步的方式控制相机头11102的成像元件的驱动以便按照时分方式获取图像并且合成图像，可以产生不具有欠曝光阴影和过曝光高光的高动态范围图像。

此外，光源装置11203可以提供对应于特定光观察的预定波长带的光。在特定光观察中，例如，通过利用身体组织中的光吸收的波长依赖性来照射比正常观察时的照射光(即，白光)的窄带光，执行用于对诸如具有高对比度的诸如粘膜层表层部分的血管等预定组织的成像(窄带成像)。或者，在特定光观察中，可以执行用于根据由激发光的照射产生的荧光来获得图像的荧光观察。在荧光观察中，可以通过向身体组织照射来执行来自身体组织的荧光的观察(自发荧光观察)，或者通过局部地在身体组织中注射诸如吲哚菁绿(ICG)等试剂并向身体组织照射与试剂的荧光波长相对应的激发光来获得荧光图像。光源装置11203可以被构造为提供适于如上所述的特定光观察的窄带光和/或激发光。

图21是示出图20所示的相机头11102和CCU 11201的功能构造的示例的框图。

相机头11102包括透镜单元11401、成像单元11402、驱动单元11403、通信单元11404和相机头控制单元11405。CCU 11201包括通信单元11411、图像处理单元11412和控制单元11413。相机头11102和CCU 11201经由传输电缆11400通信地彼此连接。

透镜单元11401是设置在与镜筒11101连接的部分处的光学系统。从镜筒11101的远端获取的观察光被引导至相机头11102并入射在透镜单元11401上。透镜单元11401包括多个透镜的组合，这些透镜包括变焦透镜和聚焦透镜。

成像单元11402包括成像元件。构成成像单元11402的成像元件的数量可以是一个(单芯片型)或多个(多芯片型)。在成像单元11402包括多芯片型的情况下，例如，通过各个成像元件产生对应于R、G和B的图像信号，并且可以通过合成这些图像信号来获得彩色图像。或者，成像单元11402也可以包括一对成像元件，以用于获取对应于三维(3D)显示的右眼图像信号和左眼图像信号。如果执行3D显示，则外科医师11131能够更准确地感知身体组织在手术部位处的深度。注意，在成像单元11402包括多芯片型的情况下，可以以与各个成像元件相对应的方式设置透镜单元11401的多个系统。

另外，成像单元11402不必设置在相机头11102中。例如，成像单元11402可以设置成在镜筒11101内部紧接物镜之后。

驱动单元11403包括致动器，并且在相机头控制单元11405的控制下，驱动单元11403使透镜单元11401的变焦透镜和聚焦透镜沿着光轴移动预定距离。因此，可以适当地调节由成像单元11402拍摄的图像的放大倍数和焦点。

通信单元11404包括用于向/从CCU 11201传送/接收各种信息的通信装置。通信单元11404通过传输电缆11400将从成像单元11402获得的图像信号作为原始数据传送到CCU11201。

另外，通信单元11404从CCU 11201接收用于控制相机头11102的驱动的控制信号，并将控制信号提供到相机头控制单元11405。例如，控制信号包括关于成像条件的信息，例如为用于指定拍摄图像的帧速率的信息和用于指定成像时的曝光值的信息和/或用于指定拍摄图像的放大倍数和焦点的信息。

注意，上述的诸如帧速率、曝光值、放大倍数和焦点等成像条件可以由用户适当地指定或者由CCU 11201的控制单元11413基于获得的图像信号自动地设置。在后一种情况下，在内窥镜11100中组合有所谓的自动曝光(AE)功能、自动聚焦(AF)功能和自动白平衡(AWB)功能。

相机头控制单元11405基于通过通信单元11404从CCU 11201接收的控制信号来控制相机头11102的驱动。

通信单元11411包括用于向/从相机头11102传送/接收各种类型的信息的通信装置。通信单元11411通过传输电缆11400接收从相机头11102传送的图像信号。

另外，通信单元11411将用于控制相机头11102的驱动的控制信号传送到相机头11102。可以通过电通信、光通信等传送图像信号和控制信号。

图像处理单元11412对从相机头11102作为原始数据传送的图像信号执行各种图像处理。

控制单元11413执行与内窥镜11100执行的手术区域等的成像以及通过手术部分的成像等获得的拍摄图像的显示有关的各种类型的控制。例如，控制单元11413产生用于控制相机头11102的驱动的控制信号。

此外，控制单元11413基于已被图像处理单元11412执行图像处理的图像信号来使显示装置11202显示手术部分等的拍摄图像。此时，控制单元11413可以通过使用各种图像识别技术来识别拍摄图像中的各种物体。例如，控制单元11413可以检测拍摄图像中包括的物体的边缘的形状、颜色等，由此能够识别诸如镊子等手术工具、特定活体部位、出血、在使用能量设备11112时的雾等。在使显示装置11202显示拍摄图像时，控制单元11413可以通过使用识别结果在手术部分的图像上叠加并显示各种手术辅助信息。叠加并显示手术辅助信息并呈现给外科医师11131，由此可以减轻外科医师11131的负担，或者能够使外科医师11131更可靠地进行手术。

用于将相机头11102和CCU 11201彼此连接的传输电缆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者用于电通信和光学通信二者的复合电缆。

这里，在示出的示例中，虽然通过使用传输电缆11400的有线通信执行通信，但相机头11102和CCU 11201之间的通信可以通过无线通信来执行。

在上文中，已经说明了能够应用根据本公开的技术的内窥镜手术系统。根据本公开的技术可以应用到上述构造中的成像单元11402.具体地，包括像素10的光接收单元1可以作为成像单元11402的构造的一部分来应用。通过将根据本公开的技术应用为成像单元11402的构造的一部分，可以高精度地测量手术部分，并且可以获得更清晰的手术部分图像。

注意，这里以示例的方式说明了内窥镜手术系统；然而，根据本公开的技术可以应用到其它，例如显微镜手术系统等。

<16.移动体的应用示例>

根据本公开的技术(本技术)可以应用到各种产品。例如，根据本公开的技术可以实现为安装在任何类型的移动体上的设备的形式，移动体例如是汽车、电动车、混合动力电动车、摩托车、自行车、个人移动装置、飞机、无人机、船舶、机器人等。

图22是示出作为可应用根据本公开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构造的示例的框图。

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22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和集成控制单元12050。另外，微型计算机12051、音频图像输出单元12052和车载网络接口(I/F)12053被作为集成控制单元12050的功能构造示出。

驱动系统控制单元12010根据各种类型的程序来控制与车辆的驱动系统相关的设备的操作。例如，驱动系统控制单元12010用作诸如内燃机或驱动马达之类的用于产生车辆驱动力的驱动力产生设备、用于将驱动力传送到车轮的驱动力传送机构、用于调节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设备等的控制设备。

车身系统控制单元12020根据各种类型的程序来控制设置在车身上的各种设备的操作。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、电动车窗设备或诸如前照灯、倒车灯、刹车灯、转向灯或雾灯之类的各种灯的控制设备。在这种情况下，可以将从移动设备传送的代替钥匙的无线电波或各种类型的开关的信号输入到车身系统控制单元12020中。车身系统控制单元12020接收这些无线电波或信号的输入，并控制车辆的门锁设备、电动车窗设备、车灯等。

车辆外部信息检测单元12030检测安装有车辆控制系统12000的车辆的外部的信息。例如，成像单元12031连接到车辆外部信息检测单元12030。车辆外部信息检测单元12030使成像单元12031拍摄车辆外部的图像，并接收拍摄图像。基于所接收的图像，车辆外部信息检测单元12030可以对人、车辆、障碍物、标志、路面上的字符等执行物体检测处理或距离检测处理。

成像单元12031是光学传感器，其接收光并输出取决于所接收的光量的电信号。成像单元12031可以输出电信号作为图像或者作为测距信息。另外，由成像单元12031接收的光可以是可见光，或者可以是诸如红外线等之类的不可见光。

车内信息检测单元12040检测有关车辆内部的信息。例如，车内信息检测单元12040连接到用于检测驾驶员状态的驾驶员状态检测单元12041。驾驶员状态检测单元12041例如包括拍摄驾驶员的图像的照相机。基于从驾驶员状态检测单元12041输入的检测信息，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，或者可以确定驾驶员是否在打瞌睡。

基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的有关车辆内部或外部的信息，微型计算机12051可以计算驱动力产生设备、转向机构或制动设备的控制目标值，并可以将控制命令输出到行驶系控制单元统12010。例如，微型计算机12051可以执行旨在实现高级驾驶员辅助系统(ADAS)的功能的协同控制，这些功能包括车辆碰撞避免或车辆碰撞减震、基于车间距离的跟随行驶、车辆速度维持行驶、车辆碰撞警告、车辆偏离车道警告等。

另外，通过基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的有关车辆内部或外部的信息控制驱动力产生设备、转向机构或制动设备等，微型计算机12051可以执行旨在实现自主驾驶的协同控制，该自动驾驶使车辆自动行驶而不取决于驾驶员的操作。

另外，微型计算机12051可以基于由车外信息检测单元12030获得的关于车辆外部的信息向车身系统控制单元12020输出控制命令。例如，微型计算机12051可以执行旨在通过根据由车辆外部信息检测单元12030检测的前方车辆或迎面车辆的位置控制前照灯并将远光灯改变为近光灯以防止眩光的协同控制。

音频图像输出单元12052将音频输出信号和图像输出信号中的至少一者传送到能够在视觉上或听觉上将信息通知给车辆的乘客或车辆外部的输出设备。在图22的示例中，音频扬声器12061、显示单元12062和仪表板12063被作为输出设备的示例示出。显示单元12062可以例如包括车载显示器和抬头显示器中的至少一者。

图23是示出成像单元12031的安装位置的示例的图。

在图23中，车辆12100包括成像单元12101、12102、12103、12104和12105，作为成像单元12031。

例如，成像单元12101、12102、12103、12104和12105设置在诸如车辆12100的前鼻、后视镜、后保险杠和后门以及车辆内部挡风玻璃上部的位置。设置在前鼻处的成像单元12101和设置在车辆内部挡风玻璃上部处的成像单元12105主要获得车辆12100前方的图像。设置在后视镜处的成像单元12102和12103主要获得车辆12100两侧的图像。设置在后保险杠或后门处的成像单元12104主要获得车辆12100后方的图像。由成像单元12101和12105获得的前方图像主要用于检测前方车辆、行人、障碍物、交通灯、交通标志或车道等。

注意，图23示出了成像单元12101至12104的成像范围的示例。成像范围12111表示设置在前鼻处的成像单元12101的成像范围。成像范围12112和12113分别表示设置在后视镜处的成像单元12102和12103的成像范围。成像范围12114表示设置在后保险杠或后门处的成像单元12104的成像范围。例如，通过使由成像单元12101至12104拍摄的图像数据叠加来获得车辆12100的如从上方观察的鸟瞰图像。

成像单元12101至12104中的至少一者可以具有获得距离信息的功能。例如，成像单元12101至12104中的至少一者可以是由多个成像元件组成的立体照相机，或者可以是包括用于相位差检测的像素的成像元件。

例如，基于从成像单元12101至12104获得的距离信息，微型计算机12051能够确定距成像范围12111到12114内的每个三维物体的距离以及该距离的时间变化(相对于车辆12100的相对速度)，并由此提取尤其存在于车辆12100的行驶路径上并且在与车辆12100基本上相同的方向上以预定速度(例如，等于或大于0km/h)行进的最近的三维物体，以作为前方车辆。此外，微型计算机12051可以预先设置前方车辆的前方所要维持的车间距离，并执行自动制动控制(包括跟随停止控制)、自动加速控制(包括跟随启动驾驶控制)等。因而，可以执行旨在实现自主驾驶的协同控制，自主驾驶使车辆自动行驶而不取决于驾驶员的操作等。

例如，基于从成像单元12101到12104获得的距离信息，微型计算机12051可以通过将物体分类为两轮车辆、标准车辆、大型车辆、行人、电线杆或诸如电线杆等其它三维物体来关于三维物体的三维物体数据，并将数据用于自动避障。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辨认的障碍物以及驾驶员难以在视觉上辨认的障碍物。然后，微型计算机12051确定用于指示与每个障碍物发生碰撞的危险水平的碰撞风险，并且在碰撞风险等于或高于预设值时并且存在碰撞可能的情形下，微型计算机12051经由音频扬声器12061或显示单元12062向驾驶员输出警告，并且经由驱动系统控制单元12010执行强制减速或防撞转向，由此能够执行驾驶辅助以避免碰撞。

成像单元12101至12104中的至少一者可以是检测红外光的红外照相机。例如，微型计算机12051可以通过确定成像单元12101至12104的拍摄图像中是否存在行人来识别行人。行人的这种识别例如通过如下过程来执行：在作为红外照相机的成像单元12101至12104的拍摄图像中提取特征点的过程；以及通过执行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其是否是行人的过程。当微型计算机12051确定成像单元12101至12104的拍摄图像中存在行人并且识别出行人时，音频图像输出单元12052控制显示单元12062，使得在所识别的行人上叠加并示方形轮廓线以进行强调。此外，音频图像输出单元12052还可以控制显示单元12062，以将用于表示行人的图标等显示在期望位置。

在下文中，已经说明了可以应用根据本公开的技术的车辆控制系统的示例。根据本公开的技术可以应用于上述构造中的车辆外部信息检测单元12030和成像单元12031。具体地，可以将光接收元件1或测距模块500应用于车辆外部信息检测单元12030和成像单元12031的距离检测处理块。通过将根据本公开的技术应用于车辆外部信息检测单元12030和成像单元12031，可以高精度地测量距诸如人、汽车、障碍物、标志或路面上的字符等物体的距离，并且通过使用所获得的距离信息，可以减轻驾驶员的疲劳并提高驾驶员和车辆的安全性。

本技术的实施例不限于上述实施例，并且在不脱离本技术要旨的情况下可以进行各种修改。

此外，在上述的光接收元件1中，已经说明了将电子用作信号载流子的示例；然而，可以将由光电转换产生的空穴用作信号载流子。在这种情况下，充分的是，光电转换区域包括P型半导体区域，半导体基板70包括N型半导体区域，并且在光电转换区域中检测出作为信号载流子的空穴。

在上述的光接收元件1中，从光电二极管PD传输的电荷被保持在浮动扩散区域FD1和FD2中；然而，可以形成作为电荷保持单元的存储器单元，以保持电荷。

例如，在上述光接收元件1中，可以采用其中组合有一些或全部实施例的模式。

上述的光接收元件1可以被单独构造为单芯片型，或者可以被构造为诸如封装有光源、光学系统、信号处理电路等的模块或测距装置的任何形式。

注意，本说明书中说明的效果仅是示例并且不受限制，并且可以具有除本说明书中说明的效果以外的效果。

注意，本技术还可以如下构造。

(1)一种光接收元件，其包括像素，所述像素至少包括：

第一电荷保持单元和第二电荷保持单元，它们每者保持由光电二极管产生的电荷；

第一传输晶体管，其将所述电荷传输到所述第一电荷保持单元；和

第二传输晶体管，其将所述电荷传输到所述第二电荷保持单元，

其中，所述第一传输晶体管和所述第二传输晶体管均由包括垂直栅电极部的垂直晶体管构成。

(2)根据(1)所述的光接收元件，其中，

所述第一电荷保持单元和所述第二电荷保持单元布置成隔着介于它们之间的所述光电二极管彼此面对。

(3)根据(1)或(2)所述的光接收元件，其中，

所述第一传输晶体管和所述第二传输晶体管之间的距离短于所述第一传输晶体管或所述第二传输晶体管的栅极宽度。

(4)根据(1)至(3)中任一项的光接收元件，其中，

所述第一传输晶体管和所述第二传输晶体管的栅极宽度大于所述光电二极管在与所述栅极宽度的方向相同的方向上的宽度。

(5)根据(1)至(4)中任一项的光接收元件，其中，

所述第一传输晶体管和第二传输晶体管均包括多个垂直栅电极部。

(6)根据(5)所述的光接收元件，其中，

所述第一传输晶体管和第二传输晶体管均在剖视图中形成为梳齿形状。

(7)根据(1)至(6)中任一项的光接收元件，其中

所述垂直栅电极部的平面形状形成为细长形状，所述细长形状的与栅极宽度方向正交的第二宽度长于在所述栅极宽度方向上的第一宽度。

(8)根据(7)所述的光接收元件，其中，

所述垂直栅电极部的平面形状形成为在所述光电二极管这一侧凸出的所述细长形状。

(9)根据(1)至(8)中任一项的光接收元件，其中，

在所述第一传输晶体管和第二传输晶体管的所述垂直栅电极部之间并且在所述垂直栅电极部下方的区域中形成有用于形成所述光电二极管的光电转换区域的N型半导体区域或P型半导体区域，并且耗尽层扩展到位于所述第一传输晶体管和第二传输晶体管的形成面的相对侧上的基板界面附近。

(10)根据(1)至(9)中任一项的光接收元件，其中，所述像素还包括：

第一附加电容，其存储所述电荷；

第一连接晶体管，其将所述第一附加电容连接到所述第一电荷保持单元；

第二附加电容，其存储所述电荷；和

第二连接晶体管，将所述第二附加电容连接到所述第二电荷保持单元。

(11)根据(1)至(10)中任一项的光接收元件，其中，所述像素还包括：

第三电荷保持单元，其保持所述电荷；

第三传输晶体管，其将所述电荷传输到所述第三电荷保持单元；

第四电荷保持单元，其保持所述电荷；和

第四传输晶体管，其将所述电荷传输到所述第四电荷保持单元，且

所述第三传输晶体管和所述第四传输晶体管均由包括垂直栅电极部的垂直晶体管构成。

(12)根据(1)至(11)中任一项的光接收元件，其中，

所述光接收元件被构造为使得当所述第一传输晶体管被导通并且所述电荷被传输到所述第一电荷保持单元时，大于第一负偏压的第二负偏压被施加到面对所述第一传输晶体管的所述第二传输晶体管，并且所述第一负偏压被施加到所述第三传输晶体管和所述第四传输晶体管。

(13)根据(1)至(10)中任一项的光接收元件，其中，

所述光接收元件被构造为使得当所述第一传输晶体管被导通并且所述电荷被传输到所述第一电荷保持单元时，负偏压被施加到所述第二传输晶体管。

(14)根据(13)所述的光接收元件，其中，

所述负偏压是大于用于钉扎的负偏压的负偏压。

(15)一种测距模块，其包括：

光接收元件，其包括像素，所述像素至少包括：

第一电荷保持单元和第二电荷保持单元，它们每者保持由光电二极管产生的电荷；

第一传输晶体管，其将所述电荷传输到所述第一电荷保持单元；和

第二传输晶体管，其将所述电荷传输到所述第二电荷保持单元，其中，所述第一传输晶体管和所述第二传输晶体管均由包括垂直栅电极部的垂直晶体管构成；

光源，其发出亮度周期性波动的照射光；和

发光控制单元，其控制所述照射光的照射时序。

(16)一种包括光接收元件的电子设备，所述光接收元件包括像素，所述像素至少包括：

第一电荷保持单元和第二电荷保持单元，它们每者保持由光电二极管产生的电荷；

第一传输晶体管，其将所述电荷传输到所述第一电荷保持单元；和

第二传输晶体管，其将所述电荷传输到所述第二电荷保持单元，

其中，所述第一传输晶体管和所述第二传输晶体管均由包括垂直栅电极部的垂直晶体管构成。

附图标记列表

1 光接收元件

10 像素

21 像素阵列单元

FD1、FD2 浮动扩散区域

FDG1、FDG2 开关晶体管

FDL1、FDL2 附加电容

PD 光电二极管

RST1、RST2 复位晶体管

SEL1、SEL2 选择晶体管

TRG1、TRG2 传输晶体管

42 栅电极

42T 平面栅电极部

42V 垂直栅电极部

61 栅极宽度

500 测距模块

511 发光单元

512 发光控制单元

513 光接收单元

601 智能手机

602 测距模块