JP3630832B2

JP3630832B2 - Photoelectric conversion device

Info

Publication number: JP3630832B2
Application number: JP07418396A
Authority: JP
Inventors: 登志男亀島; 紀之海部
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-03-28
Filing date: 1996-03-28
Publication date: 2005-03-23
Anticipated expiration: 2016-03-28
Also published as: JPH09266552A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＸ線撮影などに好適に用いられる光電変換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１０は従来の光電変換装置の概略の構成を示す模式的回路図である。図１０において、Ｓ１は光電変換素子であり、ここではフォトダイオードＰ１とコンデンサＣ１で構成されている。１は光電変換素子に接続され、フォトダイオードにバイアスを印加する電源である。Ｔ１は光電変換素子Ｓ１で入射光量に応じて発生した電荷を読み出し回路２に転送する薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴ）である。読み出し回路２はコンデンサＣ２、アンプＡ１およびコンデンサリセット用スイッチＳＷ１により構成されている。さらに３はＴＦＴＴ１のゲート電極に電圧（ゲートパルスＶｇ）を印加するゲート駆動回路である。なお、光電変換素子Ｓ１およびＴＦＴＴ１はアモルファスシリコンプロセスで同時に形成するのが一般的である。
【０００３】
図１１は上記従来の光電変換装置の読み出しタイミングを示すタイミングチャートである。図１１中のａに示されているように、光はＴ（ｌｉｇｈｔ）の時間照射されるパルス光である。光照射により光電変換素子Ｓ１に光電荷が蓄積された後に、ｂのようにゲート駆動回路３からゲートパルスＶｇ１（パルス幅Ｔ（Ｖｇ））が印加され、ＴＦＴＴ１がＯＮして光による電荷が読み出し回路２へ転送される。転送された電荷は読み出し回路２で増幅され、アナログ画像信号Ｓｉｇ（図中ｃ）として出力される。アナログ画像信号が出力された後で、読み出し回路２のコンデンサＣ２の電位はリセットスイッチＳＷ１によりリセットされる（図中ｄ）。
【０００４】
一般に従来の光電変換装置において、ＴＦＴのゲートをＯＮする時間Ｔ（Ｖｇ）は、
▲１▼ 光電変換素子の容量Ｃ１、及び読み出し回路の容量Ｃ２
▲２▼ ＴＦＴのＯＮ抵抗Ｒｏｎ
の値によって決まる時定数を基に設定される。
【０００５】
図１２に示すように、アモルファスシリコンのＴＦＴのＯＮ抵抗Ｒｏｎ（移動度を反映）は温度に大きく依存し、特に低温において抵抗値は高くなる（すなわち移動度は低下する。）。
【０００６】
図１３に光電変換素子で発生した電荷、すなわちコンデンサＣ１に蓄積される電荷を読み出し回路のコンデンサＣ２に転送する際の電荷転送効率と、ゲートパルス時間の関係および、温度依存を示す。温度によって、光電変換素子で発生した電荷を転送するのに必要なゲートパルス時間が異なり、温度が低下すると電荷転送に必要なゲートパルスの時間は長くなる。図１３では高温時に９９％転送（転送残り１％）に必要なゲートパルス時間をＴ（Ｖｇ）Ｈ、低温時に９９％転送に必要なゲートパルス時間をＴ（Ｖｇ）Ｌとしている。各温度のゲートパルス時間には、
Ｔ（Ｖｇ）Ｌ＞Ｔ（Ｖｇ）Ｈ
のような関係がある。
【０００７】
従って従来の光電変換装置では、低温においても十分に電荷転送が可能なようにＴＦＴのＯＮ時間をＴ（Ｖｇ）Ｌのように設定していた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来の光電変換装置には以下に示すような問題点があった。光電変換素子では常にダーク電流が流れる。図１４に示すように、センサのダーク電流Ｉｄも温度に依存し、温度が上昇するとダーク電流は増大する。すなわち、
Ｉｄ（ＨＴ）＞Ｉｄ（ＬＴ）
の関係がある。
【０００９】
光照射中および、光照射後ＴＦＴがＯＮして電荷が読み出される間も光電変換素子ではダーク電流Ｉｄが流れ続け、読み出される信号にノイズとして影響を与える。従って従来の光電変換装置のように、低温時の電荷転送を考慮して、ＴＦＴのＯＮ時間をＴ（Ｖｇ）Ｌのように長く設定すると、高温時と低温時におけるダーク電流による電荷は、
高温低温
Ｉｄ（ＨＴ）×（Ｔ（Ｖｇ）Ｌ＋Ｔ（Ｌｉｇｈｔ））＞Ｉｄ（ＬＴ）×（Ｔ（Ｖｇ）Ｌ＋Ｔ（Ｌｉｇｈｔ））
のようになり、光照射による電荷に対し、ダーク電流による電荷の量が異なる。
【００１０】
これは高温時のＳ／Ｎ比の低下として表れる。また光照射時間Ｔ（Ｌｉｇｈｔ）と、ＴＦＴをｏｎするＴ（Ｖｇ）の関係が
Ｔ（Ｖｇ）＞Ｔ（Ｌｉｇｈｔ）
の場合に特にＳ／Ｎ比の低下が顕著になる。
【００１１】
さらにダーク電流による問題（Ｓ／Ｎ比の低下）は図１５のように複数の光電変換素子およびＴＦＴを設けて、シフトレジスタなどを用いて順次読み出す構成とした場合、さらに顕著になる。
【００１２】
図１５において、Ｓ１〜Ｓｎは光電変換素子、ここではフォトダイオードＰ１〜ＰｎとコンデンサＣ１−１〜Ｃ１−ｎで構成されている。１は光電変換素子Ｓ１〜Ｓｎに接続され、フォトダイオードＰ１〜Ｐｎにバイアスを印加する電源である。Ｔ１〜Ｔｎは光電変換素子Ｓ１〜Ｓｎで入射光量に応じて発生した電荷を読み出し回路２に転送するＴＦＴである。ここでは読み出し回路２はコンデンサＣ２−１〜Ｃ２−ｎとアンプＡ１−１〜Ａ１−ｎとコンデンサリセット用スイッチＳＷ１−１〜ＳＷ１−ｎにより構成されている。４は読み出し回路２の出力を順次選択し、アナログ画像信号として出力するアナログマルチプレクサである。さらに５は各画素のＴＦＴＴ１〜Ｔｎにゲートパルスを印加するシフトレジスタである。
【００１３】
図１６は従来の光電変換装置の読み出しタイミングを示すタイミングチャートである。図１６中のａに示されているように、光はＴ（ｌｉｇｈｔ）の時間照射されるパルス光である。光照射により光電変換素子に光電荷が蓄積された後に、図１６のｂ〜ｅのようにシフトレジスタ５からゲートパルスＶｇ１〜ＶｇＮが印加され、ＴＦＴＴ１〜Ｔｎが順次ＯＮして光による電荷が読み出し回路２へ転送される。転送された電荷は読み出し回路２で増幅され、アナログマルチプレクサ４により順次アナログ画像信号Ｓｉｇ（図１６中ｆ）として出力される。
【００１４】
図１５のように、シフトレジスタ５を用いてｎ個のＴＦＴＴ１〜Ｔｎを順次ＯＮして信号を読み出す構成の場合、読み出しに必要な時間はＴ（Ｖｇ）×ｎとなり、この時間は駆動するライン数が増えると比例して増大する。
【００１５】
光照射後ＴＦＴがＯＮして電荷が読み出されるまでに各光電変換素子では、光による電荷Ｑｐだけでなく、ダーク電流Ｉｄによる電荷Ｑｄも蓄積される。たとえば図１５の光電変換素子ＳｎにはＴＦＴＴｎにＶｇｎが印加されるまでに、
Ｑｄ＝（Ｔ（ｌｉｇｈｔ）＋（Ｎ−１）×Ｔ（Ｖｇ））×Ｉｄ
のようなダーク電流による電荷が蓄積される。
【００１６】
従って前述の図１０で説明した場合と同様に、低温時の電荷転送を考慮して、ＴＦＴのＯＮ時間をＴ（Ｖｇ）Ｌのように長く設定すると、高温時と低温時では読み出される光信号（光による電荷Ｑｐ）に対し、ダーク電流による電荷Ｑｄの量が異なる。たとえば高温時のダーク電流をＩｄ（ＨＴ）、低温時のダーク電流をＩｄ（ＬＴ）とした場合の各温度における、光電変換素子ＳｎでのＳ／Ｎは、
Ｓ／Ｎ（高温）＝（Ｑｐ／Ｑｄ（ＨＴ））＝Ｑｐ／（Ｔ（ｌｉｇｈｔ）＋（Ｎ−１）×Ｔ（Ｖｇ）Ｌ）×Ｉｄ（ＨＴ）
Ｓ／Ｎ（低温）＝（Ｑｐ／Ｑｄ（ＬＴ））＝Ｑｐ／（Ｔ（ｌｉｇｈｔ）＋（Ｎ−１）×Ｔ（Ｖｇ）Ｌ）×Ｉｄ（ＬＴ）
のようになる。ここで、

すなわち高温時には低温時に比べて、コンデンサＣ１に蓄積される電荷のうちダーク電流による成分が大きく、さらにライン数ｎが大きくなるとダーク電流による成分の割合はさらに増す。従って高温時にライン数の多い場合にもっともＳ／Ｎが不利となる。
【００１７】
すなわち従来の光電変換装置においては、高温時と低温時でＳ／Ｎが異なり、特に高温においては十分なＳ／Ｎが得られないという問題点が生じていた。
【００１８】
本発明は従来の光電変換装置における上述の問題点を鑑みてなされたものであり、温度変化による影響のない、良好なＳ／Ｎを有する光電変換装置を提供することを目的としている。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明は、入射した光信号を電気信号に変換する光電変換素子と、該光電変換素子からの電気信号の転送制御を行うトランジスタと、該トランジスタの制御電極に転送制御信号を印加する駆動手段と、を有する光電変換装置において、前記光電変換素子又は／及び前記トランジスタの温度を検出し、検出された温度に応じて前記トランジスタの導通時間が変化するように、前記駆動手段を制御する制御手段を有するものである。
また、本発明は、入射した光信号を電気信号に変換する光電変換素子と、該光電変換素子からの電気信号の転送制御を行う薄膜トランジスタと、該薄膜トランジスタの制御電極に転送制御信号を印加する駆動手段と、を有する光電変換装置において、前記光電変換素子又は／及び前記薄膜トランジスタの温度を検出し、検出された温度に応じて前記制御電極に印加される前記転送制御信号の印加時間が変化するよう前記駆動手段を制御する制御手段を有する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図を用いて詳しく説明する。
【００２１】
（第１の実施形態）
図１に本発明の光電変換装置の第１の実施形態の模式的回路図を示す。図１０に示した従来例と同じ機能のものに対しては同一の符号を用いて説明している。図１において、Ｓ１は光電変換素子であり、ここではフォトダイオードＰ１とコンデンサＣ１で構成され、電源１によりバイアスが印加されている。Ｔ１は光電変換素子Ｓ１で生じた電荷を読み出し回路２に転送するためのＴＦＴである。通常光電変換素子Ｓ１とＴＦＴＴ１はアモルファスシリコンプロセスなどで同時に成膜、形成される。ここでは読み出し回路２はコンデンサＣ２、アンプＡ１、コンデンサリセット用のスイッチＳＷ１で構成されている。一般にはこの読み出し回路は外付けのＩＣである。さらにＴＦＴＴ１のゲート電極（制御電極）には、ゲートをＯＮ／ＯＦＦするゲートパルスＶｇを印加するゲート駆動回路３（駆動手段）が接続されている。
【００２２】
光電変換素子Ｓ１または／及びＴＦＴＴ１の近傍には温度を検出し、温度信号を出力する温度センサ７（温度検出手段）が配置されている。制御回路６には温度センサ７からの温度信号が入力され、温度に応じてＴＦＴのゲートパルス時間を変化させるゲート制御信号をゲート駆動回路３へ出力する。ゲート駆動回路３は前述のゲート制御信号に従い、光電変換素子Ｓ１あるいはＴＦＴＴ１で検出された温度に応じてＴＦＴをＯＮする時間、すなわちゲートパルス時間を変化させる。具体的には、

このように高温時にはＴＦＴのゲートをＯＮする時間を短くし、低温時には長くなるように制御回路６ではゲート制御信号を発生させる。本実施形態では制御回路６及び温度センサ７が制御手段を構成する。
【００２３】
図２は図１で説明した本発明の実施形態におけるタイミング図である。図２中のａは光電変換素子で読みとる被写体に光を照射するタイミングを示している（本図においてはパルス光で説明している。）。図２中のｂ，ｃはそれぞれ温度センサで検出された温度が低温の場合のゲートパルスＶｇ１、および読み出し回路からのアナログ画像信号Ｓｉｇを示したものである。同様に図２中のｂ’、ｃ’は高温の場合のゲートパルスおよびアナログ画像信号を示している。図２のｄは図１の読み出し回路２におけるコンデンサＣ２をリセットするタイミングを示している。図２のタイミング図ではコンデンサＣ２のリセットのタイミングは温度センサ７で検出された温度に対し不変としているが、ゲートパルス時間と同様にＣ２リセットの間隔を変化させる構成としてもよい。
【００２４】
ここで各温度におけるゲートパルス時間は図１３の転送効率の温度依存性および図１４に示すセンサダーク電流の温度依存性を鑑みて決定されるものである。以上のように光電変換素子およびＴＦＴの近傍に設けた温度センサからの温度情報により、ＴＦＴのゲートパルス時間を変化させれば、温度変化があっても光電変換素子のダーク電流によるＳ／Ｎ低下が小さい光電変換装置を実現できる。
【００２５】
以下、光電変換装置の具体的な光電変換素子，ＴＦＴの層構成及び温度センサの配置、及び模式的回路構成について説明する。
【００２６】
図１７は光電変換装置の光電変換素子，ＴＦＴ，接続部の層構成、及び温度センサを示す断面図、図１８は温度センサを具体化した模式的回路図である。
【００２７】
図１７からわかるように本実施形態の光電変換素子とＴＦＴは同一の層構成を有しており、従ってアモルファスシリコン成膜プロセスで同時に形成することができる。そして光電変換素子等が設けられた基板面とは反対側の面（裏面）に温度センサとして熱電対が（接着して）取付けられている。この熱電対により基板温度を電圧（熱起電力）に変換し、温度を検出し制御回路６に温度信号を入力する。なお、熱電対は光電変換素子等が設けられた基板面に設けることも可能である。
【００２８】
図１９は光電変換装置の光電変換素子，ＴＦＴ，接続部の層構成、及び他の温度センサを示す断面図、図２０は温度センサを具体化した模式的回路図である。ここでは、光電変換素子等が設けられた基板面に温度センサとして側温用ダイオード（ｐｉｎダイオード）が取付けられている。この側温用ダイオードのＶ_Ｆの温度依存性を利用して基板の温度が検出される。側温用ダイオードには光入射されないように（上部メタル電極を設けて）遮光される。光電変換素子，ＴＦＴ，接続部の層構成は図１７の層構成と同じである。なお、図１７及び図１９に示した光電変換素子の動作については第４の実施形態において説明する。
【００２９】
（第２の実施形態）
図３に本発明の光電変換装置の第２の実施形態の模式的回路図を示す。また図４は第２の実施形態の光電変換装置の駆動を説明するタイミング図である。本実施形態の構成では、光電変換素子ならびにＴＦＴの温度検出には別体の温度センサを用いていない。かわりに光電変換素子自体のダーク電流が温度によって変化するのを読み取り、温度信号として用いている。図３において、図１の第１の実施形態ならびに図１０の従来例と同じ機能を有するものについては同一の符号で表している。
【００３０】
図３の本発明第２の実施形態の光電変換装置においては、図４のタイミング図に示すように、光電変換素子ならびにＴＦＴの温度を検出する「温度検出モード」と被写体からの画像情報を読み取る「読み取りモード」の２通りの駆動モードを有している。このような駆動を実現するために図３の制御回路６は読み出し回路２に接続され、さらに光源８に対し光源制御信号を出力し、光のＯＮ／ＯＦＦを制御する構成となっている。本実施形態では制御回路６が制御手段を構成する。
【００３１】
まず、「温度検出モード」では、以下のステップで光電変換素子およびＴＦＴの温度を検出する。
（１）制御回路６から光源８に対し光源制御信号を与え、図４のａのように光をＯＦＦとする。光電変換素子にとってはダーク状態となる。
（２）ダーク状態で一定期間光電変換素子Ｓ１にダーク電流による電荷を蓄積させる。
（３）図４のｂのようにＴＦＴのゲートをＴ（Ｖｇ）ｐｒｅの期間ＯＮして、ダーク電流による電荷を読み出し回路２で読み取る。図１４に示すように光電変換装置のダーク電流は温度依存性を持つ。従って図４のｃで示すように、高温の場合（図中ｃの破線）は蓄積される電荷量が大きく、低温の場合（図中ｃの実線）は小さい。すなわちダーク時の画像信号は温度信号として利用することができる。
（４）制御回路６に上記（３）で得られたダーク時の画像信号を入力する。制御回路６では画像信号の大きさによって光電変換素子の温度を判断する。
【００３２】
次に「読み取りモード」は以下のステップで行われる。
（１）制御回路６より光源８に対し光源制御信号を出力し、被写体をＴ（Ｌｉｇｈｔ）の期間照明する。光電変換素子Ｓ１には被写体からの情報光に応じた電荷が蓄積される。
（２）前述の「温度検出モード」で制御回路６において判断された温度に応じて、ゲート駆動回路３によりＴＦＴＴ１のゲート電極に、
高温 → ゲートＯＮ短
低温 → ゲートＯＮ長
となるようにゲートパルスが印加される。
（３）ＴＦＴＴ１がＯＮすることにより、被写体情報光により光電変換素子Ｓ１に蓄積された電荷が読み出し回路２に転送され、アナログ画像信号Ｓｉｇ（図４のｃ）として出力される。
【００３３】
以上のように「温度検出モード」で光電変換装置の温度を検出し、「読み取りモード」で温度に応じてＴＦＴのゲートをＯＮする時間を変化させることによって、十分なＴＦＴの電荷転送効率を確保しつつ、光電変換素子のダーク電流による影響の小さい光電変換装置を実現することができる。
【００３４】
（第３の実施形態）
図５に本発明の光電変換装置の第３の実施形態の模式的回路図を示す。本実施形態において、Ｓ１〜ＳｎおよびＴ１〜Ｔｎは１次元あるいは２次元状に多数配列された光電変換素子とＴＦＴである。各ＴＦＴのゲート電極にはシフトレジスタ５が接続され、また各画素からの出力はアナログマルチプレクサ４に接続され、順次選択されて画像信号Ｓｉｇとして出力される。図５において、図３の第２の実施形態ならびに図１５の従来例と同じ機能を有するものについては同一の符号で表している。
【００３５】
第２の実施形態と同様に本実施形態では、光電変換素子Ｓ１〜Ｓｎにダーク時に蓄積される電荷を読み取ることによって、温度を検出し各ＴＦＴＴ１〜ＴｎのゲートをＯＮする時間を変化させる構成である。各ＴＦＴのゲートをＯＮする時間はＴＦＴ毎に変えてもよい。また制御回路６に入力する温度信号は図５のように読み出し回路２の各Ａｍｐからの出力としてもよいし、アナログマルチプレクサ４からの出力としてもよい。
【００３６】
（第４の実施形態）
図６に本発明の光電変換装置の第４の実施形態の模式的回路図を示す。本実施形態における光電変換装置は光源としてＸ線を用いている。また光電変換素子としてＭＩＳ構造のセンサを用いている。図７に本実施形態の光電変換装置の１画素の
等価回路を示す。また図８は本実施形態の光電変換素子およびＴＦＴの層構成を示す断面図である。図６及び図７において、図５の第３の実施形態と同じ機能を有するものについては同一の符号で表している。
【００３７】
図６において、９はＸ線用電源であり、スイッチがオンすると陰極から熱電子が放出されるようになっている。１０はＸ線ターゲット（陽極）であり熱電子が衝突することでＸ線が発生する。発生したＸ線は被写体１１に照射され、被写体１１を透過したＸ線は蛍光体１２で可視光に変換され、光電変換素子Ｓ１〜Ｓｎに入射される。Ｘ線用電源９は制御回路６から出力されるＸ線制御信号により制御される。
【００３８】
図８からわかるように本実施形態の光電変換素子とＴＦＴは同一の層構成を有しており、従ってアモルファスシリコン成膜プロセスで同時に形成することができる。
【００３９】
ここで本実施形態で使用しているＭＩＳ型光電変換素子の動作について説明する。図９（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本実施形態のリフレッシュモードおよび光電変換モードの動作を示す光電変換素子のエネルギバンド図で、図７（ｂ）の各層の厚さ方向の状態を表している。１０２はＣｒで形成された下部電極（以下Ｇ電極と記す）である。１０７は電子、ホール共に通過を阻止するＳｉＮで形成された絶縁層であり、その厚さはトンネル効果により電子、ホールが移動できないほどの厚さである５００オングストローム以上に設定される。１０４は水素化アモルファスシリコンａ−Ｓｉの真性半導体ｉ層で形成された光電変換半導体層、１０５は光電変換半導体層１０４にホールの注入を阻止するａ−Ｓｉのｎ層の注入阻止層、１０６はＡｌで形成される上部電極（以下Ｄ電極と記す）である。本実施形態ではＤ電極はｎ層を完全には覆っていないが、Ｄ電極とｎ層との間は電子の移動が自由に行われるためＤ電極とｎ層の電位は常に同電位であり以下説明ではそれを前提としている。本光電変換素子にはＤ電極、Ｇ電極の電圧の印加の仕方によりリフレッシュモードと光電変換モードという２種類の動作がある。
【００４０】
図９（ａ）に示すリフレッシュモードにおいて、Ｄ電極はＧ電極に対して負の電位が与えられており、ｉ層１０４中の黒丸で示されたホールは電界によりＤ電極に導かれる。同時に白丸で示された電子はｉ層１０４に注入される。このとき一部のホールと電子はｎ層１０５、ｉ層１０４において再結合して消滅する。十分に長い時間この状態が続けばｉ層１０４内のホールはｉ層１０４から掃き出される。
【００４１】
この状態から図９（ｂ）に示す光電変換モードにするにはＤ電極はＧ電極に対して正の電位を与える。すると、ｉ層１０４中の電子は瞬時にＤ電極に導かれる。しかし、ホールはｎ層１０５が注入阻止層として働くためｉ層１０４に導かれることはない。この状態でｉ層１０４内に光が入射すると、光は吸収され電子・ホール対が発生する。この電子は電界によりＤ電極に導かれ、ホールはｉ層１０４内を移動しｉ層１０４と絶縁層１０７の界面に達する。しかし、絶縁層１０７内には移動できないため、ｉ層１０４内に留まることになる。このとき電子はＤ電極に移動し、ホールはｉ層１０４内の絶縁層１０７界面に移動するため、素子内の電気的中性を保つため電流がＧ電極から電流が流れる。この電流は光により発生した電子・ホール対に対応するため、入射した光に比例する。ある期間、図９（ｂ）の光電変換モードを保った後、再び図９（ａ）のリフレッシュモードの状態になると、ｉ層１０４に留まっていたホールは前述のようにＤ電極に導かれ、同時にこのホールに対応した電流が流れる。このホールの量は光電変換モード期間に入射した光の総量に対応する。この時ｉ層１０４内に注入される電子の量に対応した電流も流れるが、この量はおよそ一定なため差し引いて検出すればよい。つまり、本実施形態においての光電変換素子はリアルタイムに入射する光の量を出力すると同時に、ある期間に入射した光の総量も出力することもできる。このことは本実施形態の光電変換素子の大きな特徴といえる。
【００４２】
しかしながら、何らかの理由により光電変換モードの期間が長くなったり、入射する光の照度が強い場合、Ｄのように光の入射があるにもかかわらず電流が流れないことがある。これは図９（ｃ）のように、ｉ層１０４内にホールが多数留まり、このホールのためｉ層１０４内の電界が小さくなり、発生した電子がＤ電極に導かれなくなりｉ層１０４内のホールと再結合してしまうからである。この状態で光の入射の状態が変化すると、電流が不安定に流れることもあるが、再びリフレッシュモードにすればｉ層１０４内のホールは掃き出され次の光電変換モードでは再び光に比例した電流が得られる。
【００４３】
また、前述の説明において、リフレッシュモードでｉ層１０４内のホールを掃き出す場合、全てのホールを掃き出すのが理想であるが、一部のホールを掃き出すだけでも効果はあり、前述と等しい電流が得られ、問題はない。つまり、次の光電変換モードでの検出機会において図９（ｃ）の状態になっていなければよく、リフレッシュモードでのＤ電極のＧ電極に対する電位、リフレッシュモードの期間およびｎ層１０５の注入阻止層の特性を決めればよい。また、さらにリフレッシュモードにおいてｉ層１０４への電子の注入は必要条件でなく、Ｄ電極のＧ電極に対する電位は負に限定されるものでもない。ホールが多数ｉ層１０４に留まっている場合には例えＤ電極のＧ電極に対する電位が正の電位であってもｉ層内の電界はホールをＤ電極に導く方向に加わるからである。ｎ層１０５の注入阻止層の特性も同様に電子をｉ層１０４に注入できることが必要条件ではない。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、簡単な構成で温度変化によるＳ／Ｎの影響が小さく、良好な画像を提供する光電変換装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の模式的回路図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の動作を説明するタイミング図である。
【図３】本発明の第２の実施形態の模式的回路図である。
【図４】本発明の第２の実施形態の動作を説明するタイミング図である。
【図５】本発明の第３の実施形態の模式的回路図である。
【図６】本発明の第４の実施形態の模式的回路図である。
【図７】本発明の光電変換装置の１画素の等価回路図である。
【図８】本発明の光電変換装置の１画素の断面図である。
【図９】図８に示した光電変換素子の動作を説明する図である。
【図１０】従来技術の模式的回路図である。
【図１１】従来技術の動作を説明するタイミング図である。
【図１２】ＴＦＴのＯＮ抵抗の温度依存性の説明図である。
【図１３】ＴＦＴの電荷転送効率の温度依存性の説明図である。
【図１４】光電変換素子のダーク電流の温度依存性の説明図である。
【図１５】従来技術の模式的回路図である。
【図１６】従来技術の動作を説明するタイミング図である。
【図１７】光電変換装置の光電変換素子，ＴＦＴ，接続部の層構成、及び温度センサを示す断面図である。
【図１８】温度センサを具体化した模式的回路図である。
【図１９】光電変換装置の光電変換素子，ＴＦＴ，接続部の層構成、及び他の温度センサを示す断面図である。
【図２０】温度センサを具体化した模式的回路図である。
【符号の説明】
１電源
２読み出し回路
３ゲート駆動回路
４アナログマルチプレクサ
５シフトレジスタ
６制御回路
７温度センサ
８光源
９Ｘ線電源
１０Ｘ線ターゲット
１１被写体
１２蛍光体
Ｓ１〜Ｓｎ光電変換素子
Ｔ１〜Ｔｎ薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a photoelectric conversion device suitably used for X-ray imaging and the like.
[0002]
[Prior art]
FIG. 10 is a schematic circuit diagram showing a schematic configuration of a conventional photoelectric conversion device. In FIG. 10, S1 is a photoelectric conversion element, which is composed of a photodiode P1 and a capacitor C1. A power source 1 is connected to the photoelectric conversion element and applies a bias to the photodiode. T1 is a thin film transistor (hereinafter referred to as TFT) that transfers charges generated in the photoelectric conversion element S1 according to the amount of incident light to the readout circuit 2. The readout circuit 2 includes a capacitor C2, an amplifier A1, and a capacitor reset switch SW1. Reference numeral 3 denotes a gate driving circuit for applying a voltage (gate pulse Vg) to the gate electrode of the TFT T1. Note that the photoelectric conversion element S1 and the TFT T1 are generally formed simultaneously by an amorphous silicon process.
[0003]
FIG. 11 is a timing chart showing the read timing of the conventional photoelectric conversion device. As indicated by a in FIG. 11, the light is pulsed light that is irradiated for a time of T (light). After photocharge is accumulated in the photoelectric conversion element S1 by light irradiation, a gate pulse Vg1 (pulse width T (Vg)) is applied from the gate drive circuit 3 as shown in b, and the TFT T1 is turned on to charge by light. It is transferred to the reading circuit 2. The transferred charge is amplified by the readout circuit 2 and output as an analog image signal Sig (c in the figure). After the analog image signal is output, the potential of the capacitor C2 of the readout circuit 2 is reset by the reset switch SW1 (d in the figure).
[0004]
In general, in a conventional photoelectric conversion device, the time T (Vg) for turning on the gate of the TFT is:
(1) Capacitance C1 of the photoelectric conversion element and capacitance C2 of the readout circuit
(2) TFT ON resistance Ron
It is set based on the time constant determined by the value of.
[0005]
As shown in FIG. 12, the ON resistance Ron (reflecting the mobility) of the amorphous silicon TFT greatly depends on the temperature, and the resistance value increases (that is, the mobility decreases) particularly at a low temperature.
[0006]
FIG. 13 shows the relationship between the charge transfer efficiency when the charge generated in the photoelectric conversion element, that is, the charge accumulated in the capacitor C1, is transferred to the capacitor C2 of the readout circuit, the gate pulse time, and the temperature dependence. The gate pulse time required to transfer the charge generated in the photoelectric conversion element differs depending on the temperature, and the gate pulse time required for charge transfer becomes longer as the temperature decreases. In FIG. 13, the gate pulse time required for 99% transfer at the high temperature (transfer remaining 1%) is T (Vg) H, and the gate pulse time required for the 99% transfer at the low temperature is T (Vg) L. The gate pulse time for each temperature is
T (Vg) L> T (Vg) H
There is a relationship like
[0007]
Therefore, in the conventional photoelectric conversion device, the ON time of the TFT is set to T (Vg) L so that charge transfer can be sufficiently performed even at a low temperature.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional photoelectric conversion device has the following problems. A dark current always flows in the photoelectric conversion element. As shown in FIG. 14, the dark current Id of the sensor also depends on the temperature, and the dark current increases as the temperature rises. That is,
Id (HT)> Id (LT)
There is a relationship.
[0009]
The dark current Id continues to flow in the photoelectric conversion element during the light irradiation and during the period in which the TFT is turned on after the light irradiation and the charge is read, and the read signal is affected as noise. Therefore, as in the conventional photoelectric conversion device, considering the charge transfer at low temperature, if the TFT ON time is set long as T (Vg) L, the charge due to the dark current at high temperature and low temperature is
High temperature low temperature
Id (HT) × (T (Vg) L + T (Light))> Id (LT) × (T (Vg) L + T (Light))
Thus, the amount of charge due to dark current differs from the charge due to light irradiation.
[0010]
This appears as a decrease in the S / N ratio at high temperatures. The relationship between the light irradiation time T (Light) and T (Vg) for turning on the TFT is
T (Vg)> T (Light)
In this case, the decrease in the S / N ratio becomes particularly significant.
[0011]
Further, the problem due to the dark current (decrease in the S / N ratio) becomes more prominent when a plurality of photoelectric conversion elements and TFTs are provided as shown in FIG. 15 and read out sequentially using a shift register or the like.
[0012]
In FIG. 15, S1 to Sn are constituted by photoelectric conversion elements, here photodiodes P1 to Pn and capacitors C1-1 to C1-n. A power source 1 is connected to the photoelectric conversion elements S1 to Sn and applies a bias to the photodiodes P1 to Pn. T1 to Tn are TFTs that transfer charges generated by the photoelectric conversion elements S1 to Sn according to the amount of incident light to the readout circuit 2. Here, the readout circuit 2 includes capacitors C2-1 to C2-n, amplifiers A1-1 to A1-n, and capacitor reset switches SW1-1 to SW1-n. An analog multiplexer 4 sequentially selects the output of the readout circuit 2 and outputs it as an analog image signal. Reference numeral 5 denotes a shift register that applies a gate pulse to the TFTs T1 to Tn of each pixel.
[0013]
FIG. 16 is a timing chart showing the read timing of the conventional photoelectric conversion device. As indicated by a in FIG. 16, the light is pulsed light that is irradiated for a time of T (light). After photocharge is accumulated in the photoelectric conversion element by light irradiation, gate pulses Vg1 to VgN are applied from the shift register 5 as shown in b to e of FIG. It is transferred to the reading circuit 2. The transferred charge is amplified by the readout circuit 2 and is sequentially output as an analog image signal Sig (f in FIG. 16) by the analog multiplexer 4.
[0014]
As shown in FIG. 15, in the configuration in which n TFTs T1 to Tn are sequentially turned on using the shift register 5 and the signal is read out, the time required for reading is T (Vg) × n, and this time is driven. It increases proportionally as the number of lines increases.
[0015]
In each photoelectric conversion element, not only the charge Qp due to light but also the charge Qd due to the dark current Id is accumulated until the TFT is turned on after the light irradiation and the charge is read out. For example, until Vgn is applied to the TFT Tn in the photoelectric conversion element Sn in FIG.
Qd = (T (light) + (N−1) × T (Vg)) × Id
The charge due to the dark current is accumulated.
[0016]
Therefore, as in the case described with reference to FIG. 10 described above, if the TFT ON time is set to a long value such as T (Vg) L in consideration of charge transfer at low temperature, the optical signal read out at high and low temperatures. The amount of charge Qd due to the dark current is different from (charge Qp due to light). For example, the S / N of the photoelectric conversion element Sn at each temperature when the dark current at high temperature is Id (HT) and the dark current at low temperature is Id (LT) is
S / N (high temperature) = (Qp / Qd (HT)) = Qp / (T (light) + (N−1) × T (Vg) L) × Id (HT)
S / N (low temperature) = (Qp / Qd (LT)) = Qp / (T (light) + (N−1) × T (Vg) L) × Id (LT)
become that way. here,

That is, the component due to the dark current is larger in the charge accumulated in the capacitor C1 at the high temperature than at the low temperature, and the proportion of the component due to the dark current further increases as the number of lines n increases. Therefore, S / N is most disadvantageous when the number of lines is large at high temperatures.
[0017]
That is, in the conventional photoelectric conversion device, the S / N is different between the high temperature and the low temperature, and there is a problem that a sufficient S / N cannot be obtained particularly at a high temperature.
[0018]
The present invention has been made in view of the above-described problems in conventional photoelectric conversion devices, and an object thereof is to provide a photoelectric conversion device having a good S / N without being affected by temperature changes.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
The present invention for solving the above-described problems is directed to a photoelectric conversion element that converts an incident optical signal into an electric signal, a transistor that controls transfer of an electric signal from the photoelectric conversion element, and a transfer control signal to a control electrode of the transistor. In the photoelectric conversion device having the application means, the temperature of the photoelectric conversion element or / and the transistor is detected, and the conduction means of the transistor is changed according to the detected temperature. It has a control means to control.
The present invention also provides a photoelectric conversion element that converts an incident optical signal into an electric signal, a thin film transistor that performs transfer control of the electric signal from the photoelectric conversion element, and a drive that applies a transfer control signal to the control electrode of the thin film transistor. Means for detecting a temperature of the photoelectric conversion element or / and the thin film transistor, and changing an application time of the transfer control signal applied to the control electrode according to the detected temperature. Control means for controlling the drive means.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0021]
(First embodiment)
FIG. 1 shows a schematic circuit diagram of a first embodiment of the photoelectric conversion device of the present invention. Components having the same functions as those of the conventional example shown in FIG. 10 are described using the same reference numerals. In FIG. 1, S <b> 1 is a photoelectric conversion element, which is composed of a photodiode P <b> 1 and a capacitor C <b> 1, and a bias is applied by the power source 1. T1 is a TFT for transferring charges generated in the photoelectric conversion element S1 to the readout circuit 2. Usually, the photoelectric conversion element S1 and the TFT T1 are simultaneously formed and formed by an amorphous silicon process or the like. Here, the readout circuit 2 includes a capacitor C2, an amplifier A1, and a capacitor reset switch SW1. Generally, this readout circuit is an external IC. Further, a gate drive circuit 3 (drive means) for applying a gate pulse Vg for turning on / off the gate is connected to the gate electrode (control electrode) of the TFT T1.
[0022]
In the vicinity of the photoelectric conversion element S1 and / or TFT T1, a temperature sensor 7 (temperature detection means) that detects a temperature and outputs a temperature signal is disposed. A temperature signal from the temperature sensor 7 is input to the control circuit 6, and a gate control signal for changing the gate pulse time of the TFT according to the temperature is output to the gate drive circuit 3. The gate drive circuit 3 changes the time to turn on the TFT, that is, the gate pulse time in accordance with the temperature detected by the photoelectric conversion element S1 or TFT T1, according to the gate control signal. In particular,

In this way, the control circuit 6 generates a gate control signal so that the time during which the TFT gate is turned on is shortened when the temperature is high, and is long when the temperature is low. In the present embodiment, the control circuit 6 and the temperature sensor 7 constitute a control means.
[0023]
FIG. 2 is a timing chart in the embodiment of the present invention described in FIG. In FIG. 2, a indicates the timing of irradiating light on the subject read by the photoelectric conversion element (in this figure, it is described with pulsed light). In FIG. 2, b and c show the gate pulse Vg1 when the temperature detected by the temperature sensor is low, and the analog image signal Sig from the readout circuit. Similarly, b 'and c' in FIG. 2 indicate a gate pulse and an analog image signal at a high temperature. FIG. 2d shows the timing for resetting the capacitor C2 in the readout circuit 2 of FIG. In the timing chart of FIG. 2, the reset timing of the capacitor C2 is not changed with respect to the temperature detected by the temperature sensor 7, but the C2 reset interval may be changed similarly to the gate pulse time.
[0024]
Here, the gate pulse time at each temperature is determined in consideration of the temperature dependence of the transfer efficiency in FIG. 13 and the temperature dependence of the sensor dark current shown in FIG. As described above, if the gate pulse time of the TFT is changed based on the temperature information from the photoelectric conversion element and the temperature sensor provided in the vicinity of the TFT, the S / N decrease due to the dark current of the photoelectric conversion element even if the temperature changes. A small photoelectric conversion device can be realized.
[0025]
Hereinafter, a specific photoelectric conversion element of the photoelectric conversion device, a layer configuration of the TFT, an arrangement of the temperature sensor, and a schematic circuit configuration will be described.
[0026]
FIG. 17 is a cross-sectional view showing a photoelectric conversion element, a TFT, a layer configuration of a connection portion, and a temperature sensor of the photoelectric conversion device, and FIG. 18 is a schematic circuit diagram embodying the temperature sensor.
[0027]
As can be seen from FIG. 17, the photoelectric conversion element and the TFT of this embodiment have the same layer structure, and therefore can be simultaneously formed by an amorphous silicon film forming process. A thermocouple is attached (adhered) as a temperature sensor to the surface (back surface) opposite to the substrate surface on which the photoelectric conversion elements and the like are provided. The thermocouple converts the substrate temperature into a voltage (thermoelectromotive force), detects the temperature, and inputs a temperature signal to the control circuit 6. Note that the thermocouple can be provided on a substrate surface provided with a photoelectric conversion element or the like.
[0028]
FIG. 19 is a cross-sectional view showing a photoelectric conversion element, a TFT, a layer structure of a connection portion, and other temperature sensors of the photoelectric conversion device, and FIG. 20 is a schematic circuit diagram embodying the temperature sensor. Here, a side temperature diode (pin diode) is attached as a temperature sensor to a substrate surface on which a photoelectric conversion element or the like is provided. V of this side temperature diode_FThe temperature of the substrate is detected by utilizing the temperature dependence of. The side temperature diode is shielded from light (provided with an upper metal electrode) so as not to enter the light. The layer configuration of the photoelectric conversion element, TFT, and connection portion is the same as the layer configuration of FIG. Note that the operation of the photoelectric conversion element shown in FIGS. 17 and 19 will be described in a fourth embodiment.
[0029]
(Second Embodiment)
FIG. 3 shows a schematic circuit diagram of a second embodiment of the photoelectric conversion device of the present invention. FIG. 4 is a timing chart for explaining the driving of the photoelectric conversion apparatus according to the second embodiment. In the configuration of this embodiment, a separate temperature sensor is not used for temperature detection of the photoelectric conversion element and the TFT. Instead, the fact that the dark current of the photoelectric conversion element itself changes with temperature is read and used as a temperature signal. 3, components having the same functions as those of the first embodiment of FIG. 1 and the conventional example of FIG. 10 are denoted by the same reference numerals.
[0030]
In the photoelectric conversion apparatus according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 3, as shown in the timing chart of FIG. 4, a “temperature detection mode” for detecting the temperatures of the photoelectric conversion elements and TFTs and image information from the subject are read. There are two drive modes of “read mode”. In order to realize such driving, the control circuit 6 in FIG. 3 is connected to the readout circuit 2 and further outputs a light source control signal to the light source 8 to control ON / OFF of light. In the present embodiment, the control circuit 6 constitutes a control means.
[0031]
First, in the “temperature detection mode”, the temperatures of the photoelectric conversion element and the TFT are detected by the following steps.
(1) A light source control signal is given from the control circuit 6 to the light source 8, and the light is turned off as shown in FIG. It becomes a dark state for the photoelectric conversion element.
(2) Charges due to dark current are accumulated in the photoelectric conversion element S1 for a certain period in the dark state.
(3) As shown in FIG. 4B, the gate of the TFT is turned ON for a period of T (Vg) pre, and the charge due to the dark current is read by the readout circuit 2. As shown in FIG. 14, the dark current of the photoelectric conversion device has temperature dependence. Therefore, as indicated by c in FIG. 4, the accumulated charge amount is large when the temperature is high (the broken line c in the figure), and is small when the temperature is low (the solid line c in the figure). That is, the dark image signal can be used as a temperature signal.
(4) The dark image signal obtained in (3) above is input to the control circuit 6. The control circuit 6 determines the temperature of the photoelectric conversion element based on the magnitude of the image signal.
[0032]
Next, the “read mode” is performed in the following steps.
(1) A light source control signal is output from the control circuit 6 to the light source 8, and the subject is illuminated for a period of T (Light). Charges corresponding to information light from the subject are accumulated in the photoelectric conversion element S1.
(2) In accordance with the temperature determined by the control circuit 6 in the “temperature detection mode” described above, the gate drive circuit 3 applies the gate electrode of the TFT T1 to
High temperature → Gate ON short
Low temperature → Gate ON length
A gate pulse is applied so that
(3) When the TFT T1 is turned on, the electric charge accumulated in the photoelectric conversion element S1 by the subject information light is transferred to the readout circuit 2 and output as an analog image signal Sig (c in FIG. 4).
[0033]
As described above, by detecting the temperature of the photoelectric conversion device in the “temperature detection mode” and changing the time to turn on the TFT gate according to the temperature in the “reading mode”, sufficient charge transfer efficiency of the TFT is secured. However, a photoelectric conversion device that is less affected by the dark current of the photoelectric conversion element can be realized.
[0034]
(Third embodiment)
FIG. 5 shows a schematic circuit diagram of a third embodiment of the photoelectric conversion device of the present invention. In the present embodiment, S1 to Sn and T1 to Tn are photoelectric conversion elements and TFTs that are arranged one-dimensionally or two-dimensionally. The shift register 5 is connected to the gate electrode of each TFT, and the output from each pixel is connected to the analog multiplexer 4 and sequentially selected and output as an image signal Sig. 5, components having the same functions as those of the second embodiment of FIG. 3 and the conventional example of FIG. 15 are denoted by the same reference numerals.
[0035]
As in the second embodiment, in this embodiment, the temperature is detected and the time for turning on the gates of the TFTs T1 to Tn is changed by reading the charges accumulated in the photoelectric conversion elements S1 to Sn when dark. It is. The time for turning on the gate of each TFT may be changed for each TFT. The temperature signal input to the control circuit 6 may be output from each Amp of the readout circuit 2 as shown in FIG. 5 or may be output from the analog multiplexer 4.
[0036]
(Fourth embodiment)
FIG. 6 shows a schematic circuit diagram of a fourth embodiment of the photoelectric conversion device of the present invention. The photoelectric conversion device in this embodiment uses X-rays as a light source. A MIS structure sensor is used as the photoelectric conversion element. FIG. 7 shows one pixel of the photoelectric conversion device of this embodiment.
An equivalent circuit is shown. FIG. 8 is a cross-sectional view showing the layer structure of the photoelectric conversion element and TFT of this embodiment. 6 and 7, the same reference numerals are used for the same functions as those in the third embodiment shown in FIG.
[0037]
In FIG. 6, reference numeral 9 denotes a power source for X-rays. When the switch is turned on, thermal electrons are emitted from the cathode. Reference numeral 10 denotes an X-ray target (anode), which generates X-rays when thermal electrons collide. The generated X-ray is irradiated onto the subject 11, and the X-ray transmitted through the subject 11 is converted into visible light by the phosphor 12, and is incident on the photoelectric conversion elements S1 to Sn. The X-ray power supply 9 is controlled by an X-ray control signal output from the control circuit 6.
[0038]
As can be seen from FIG. 8, the photoelectric conversion element and the TFT of this embodiment have the same layer structure, and therefore can be simultaneously formed by an amorphous silicon film forming process.
[0039]
Here, the operation of the MIS type photoelectric conversion element used in this embodiment will be described. FIGS. 9A and 9B are energy band diagrams of the photoelectric conversion element showing the operation of the refresh mode and the photoelectric conversion mode of the present embodiment, respectively, and represent the state of each layer in FIG. 7B in the thickness direction. Yes. Reference numeral 102 denotes a lower electrode (hereinafter referred to as G electrode) made of Cr. Reference numeral 107 denotes an insulating layer made of SiN that blocks passage of both electrons and holes, and the thickness thereof is set to 500 angstroms or more, which is a thickness that prevents electrons and holes from moving due to the tunnel effect. 104 is a photoelectric conversion semiconductor layer formed of an intrinsic semiconductor i layer of hydrogenated amorphous silicon a-Si, 105 is an n-layer injection blocking layer of a-Si that blocks hole injection into the photoelectric

conversion semiconductor layer

104, and 106 is An upper electrode formed of Al (hereinafter referred to as a D electrode). In this embodiment, the D electrode does not completely cover the n layer. However, since electrons move freely between the D electrode and the n layer, the potentials of the D electrode and the n layer are always the same. The explanation assumes that. This photoelectric conversion element has two types of operations, a refresh mode and a photoelectric conversion mode, depending on how the voltages of the D electrode and G electrode are applied.
[0040]
In the refresh mode shown in FIG. 9A, a negative potential is applied to the D electrode with respect to the G electrode, and holes indicated by black circles in the i layer 104 are guided to the D electrode by an electric field. At the same time, electrons indicated by white circles are injected into the i layer 104. At this time, some holes and electrons recombine in the n layer 105 and the i layer 104 and disappear. If this state continues for a sufficiently long time, holes in i layer 104 are swept out of i layer 104.
[0041]
To make the photoelectric conversion mode shown in FIG. 9B from this state, the D electrode gives a positive potential to the G electrode. Then, the electrons in the i layer 104 are instantaneously guided to the D electrode. However, the holes are not guided to the i layer 104 because the n layer 105 serves as an injection blocking layer. When light enters the i layer 104 in this state, the light is absorbed and an electron / hole pair is generated. The electrons are guided to the D electrode by the electric field, and the holes move in the i layer 104 and reach the interface between the i layer 104 and the insulating layer 107. However, since it cannot move into the insulating layer 107, it remains in the i layer 104. At this time, electrons move to the D electrode, and holes move to the interface of the insulating layer 107 in the i layer 104. Therefore, a current flows from the G electrode to maintain electrical neutrality in the element. Since this current corresponds to the electron-hole pair generated by light, it is proportional to the incident light. After maintaining the photoelectric conversion mode of FIG. 9B for a certain period and then entering the refresh mode state of FIG. 9A again, the holes remaining in the i layer 104 are guided to the D electrode as described above, At the same time, a current corresponding to this hole flows. The amount of holes corresponds to the total amount of light incident during the photoelectric conversion mode period. At this time, a current corresponding to the amount of electrons injected into the i layer 104 also flows, but since this amount is approximately constant, it may be detected by subtracting. That is, the photoelectric conversion element in the present embodiment can output the amount of light incident in real time, and can also output the total amount of light incident in a certain period. This can be said to be a major feature of the photoelectric conversion element of this embodiment.
[0042]
However, when the period of the photoelectric conversion mode becomes long for some reason or the illuminance of incident light is strong, current may not flow even though light is incident as in D. As shown in FIG. 9C, a large number of holes remain in the i layer 104, and the electric field in the i layer 104 is reduced due to the holes, and the generated electrons are not guided to the D electrode. This is because they recombine with holes. If the incident state of light changes in this state, the current may flow in an unstable manner. However, if the refresh mode is set again, the holes in the i layer 104 are swept out, and in the next photoelectric conversion mode, the current is again proportional to the light. A current is obtained.
[0043]
In the above description, when holes in the i layer 104 are swept out in the refresh mode, it is ideal to sweep out all the holes. However, sweeping out some of the holes is effective, and a current equal to that described above can be obtained. There is no problem. That is, it is sufficient that the state shown in FIG. 9C is not obtained in the next detection opportunity in the photoelectric conversion mode, the potential of the D electrode with respect to the G electrode in the refresh mode, the period of the refresh mode, and the injection blocking layer of the n layer 105 What is necessary is just to decide the characteristic. Further, in the refresh mode, injection of electrons into the i layer 104 is not a necessary condition, and the potential of the D electrode with respect to the G electrode is not limited to negative. This is because when many holes remain in the i layer 104, even if the potential of the D electrode with respect to the G electrode is a positive potential, the electric field in the i layer is applied in the direction in which the holes are guided to the D electrode. Similarly, the characteristics of the injection blocking layer of the n layer 105 are not necessarily required to be able to inject electrons into the i layer 104.
[0044]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to realize a photoelectric conversion device that provides a good image with a simple configuration and a small influence of S / N due to a temperature change.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic circuit diagram of a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a timing chart for explaining the operation of the first exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic circuit diagram of a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a timing chart for explaining the operation of the second exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic circuit diagram of a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic circuit diagram of a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is an equivalent circuit diagram of one pixel of the photoelectric conversion device of the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view of one pixel of the photoelectric conversion device of the present invention.
9 is a diagram illustrating an operation of the photoelectric conversion element illustrated in FIG.
FIG. 10 is a schematic circuit diagram of the prior art.
FIG. 11 is a timing chart for explaining the operation of the prior art.
FIG. 12 is an explanatory diagram of the temperature dependence of the ON resistance of a TFT.
FIG. 13 is an explanatory diagram of temperature dependence of charge transfer efficiency of a TFT.
FIG. 14 is an explanatory diagram of temperature dependence of dark current of a photoelectric conversion element.
FIG. 15 is a schematic circuit diagram of the prior art.
FIG. 16 is a timing chart for explaining the operation of the prior art.
FIG. 17 is a cross-sectional view illustrating a photoelectric conversion element, a TFT, a layer configuration of a connection portion, and a temperature sensor of the photoelectric conversion device.
FIG. 18 is a schematic circuit diagram embodying a temperature sensor.
FIG. 19 is a cross-sectional view illustrating a photoelectric conversion element, a TFT, a layer configuration of a connection portion, and another temperature sensor of the photoelectric conversion device.
FIG. 20 is a schematic circuit diagram embodying a temperature sensor.
[Explanation of symbols]
1 Power supply
2 Read circuit
3 Gate drive circuit
4 Analog multiplexer
5 Shift register
6 Control circuit
7 Temperature sensor
8 Light source
9 X-ray power supply
10 X-ray target
11 Subject
12 phosphor
S1-Sn photoelectric conversion element
T1-Tn Thin Film Transistor (TFT)

Claims

A photoelectric conversion element for converting an optical signal incident into an electrical signal, and a thin film transistor for transferring control of the electrical signals from the photoelectric conversion element, and driving means for applying a transfer control signal to the control electrode of the thin film transistor, the In the photoelectric conversion device having
Detecting a temperature of said photoelectric conversion element or / and the thin film transistors, a control means for controlling said drive means so that the application time of the transfer control signal applied to the control electrode in accordance with the detected temperature changes A photoelectric conversion device.

The photoelectric conversion device and the thin film transistor is provided on the same substrate, said control means the detected temperature of the substrate, the application time of the transfer control signal applied to said control electrode in response to the detection out temperature The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the driving unit is controlled so that the voltage changes .

The control means shortens the application time of the transfer control signal applied to the control electrode when the detected temperature is high, and the transfer applied to the control electrode when the detected signal is low. 3. The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the photoelectric conversion device is a means for controlling the application time of the control signal to be long .

It said temperature detecting means is a photoelectric conversion device according to claim 2 or claim 3, characterized in that provided on the same substrate as the photoelectric conversion element and the thin film transistor.

A read means for reading an electrical signal transferred from the thin film transistor, the control means photoelectric conversion according to claim 1 or claim 3, characterized in that to determine the temperature by the output signal from said reading means apparatus.

6. The photoelectric conversion apparatus according to claim 5, wherein the control unit determines a temperature based on an output signal from the reading unit in a dark state.

The photoelectric conversion according to claim 1, further comprising: a light source that provides an optical signal incident on the photoelectric conversion element; and a unit that controls on / off of the light source. apparatus.

8. The photoelectric conversion device according to claim 7, wherein the photoelectric conversion device has means for switching between a temperature detection mode and a reading mode, and in the temperature detection mode, the light source is turned off to be in a dark state. .

8. The photoelectric conversion apparatus according to claim 7, wherein the light source includes an X-ray source and a phosphor that converts at least part of the X-rays emitted from the X-ray source into light.

The photoelectric conversion device according to any one of claims 1, 2, 4, characterized in that it is formed by said photoelectric conversion element and the thin film transistor is an amorphous silicon process.

The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the photoelectric conversion element is a photodiode .

The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the photoelectric conversion element is a MIS type sensor.