WO2024253022A1 - 電荷輸送特性計算方法及び電荷輸送特性計算装置 - Google Patents

電荷輸送特性計算方法及び電荷輸送特性計算装置 Download PDF

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WO2024253022A1
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charge transport
extracting
charge
metastable
electrostatic potential
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風渡 橋本
潤 小町
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Sony Semiconductor Solutions Corp
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Sony Semiconductor Solutions Corp
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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass

Definitions

  • This disclosure relates to a charge transport property calculation method and a charge transport property calculation device.
  • Patent Document 1 proposes a simulation method that enables high-speed calculations by applying the Monte Carlo method in regions where the probability of existence of charged particles is low, and the iterative method in regions where the probability of existence is high.
  • Patent Documents 1 and 2 analyze the charge transport characteristics of all paths in the electrostatic potential field of an electronic device, which increases the amount of calculations required, and there is a problem in that the charge transport characteristics cannot be calculated accurately in a short time.
  • the present disclosure provides a charge transport property calculation method and a charge transport property calculation device that can calculate the charge transport property with high accuracy and with a small amount of calculation.
  • the present disclosure provides a method for calculating an electrostatic potential of an electronic device, comprising: extracting a plurality of metastable points in an electrostatic potential field of the electronic device; extracting a plurality of paths for transporting charges from a charge generation location of the electronic device to a charge readout location via the plurality of metastable points in the electrostatic potential field; A step of calculating a physical quantity of the electrostatic potential field in each of the plurality of paths; and calculating a charge transport characteristic from the charge generation position to the charge readout position based on a physical quantity of the electrostatic potential field in each of the plurality of paths.
  • a method for calculating charge transport properties is provided.
  • the metastable point may be a minimum point of the electrostatic potential field.
  • the metastable point may be a minimum point of the electrostatic potential of the electronic device when the electronic device transports the negative charge, and may be a minimum point after a sign reversal of the electrostatic potential of the electronic device when the electronic device transports the positive charge.
  • the charge for which the charge transport properties are calculated may be at least one of a hole, a cation, an electron, or an anion.
  • the step of extracting the multiple metastable points may include extracting the multiple minimum points according to the gradient of the electric field of the electrostatic potential field.
  • the procedure for extracting the multiple metastable points may involve setting multiple initial points in the electrostatic potential field, and extracting all of the minimum points in the electrostatic potential field based on the electric fields at the multiple initial points.
  • the procedure for extracting the multiple metastable points may involve dividing the electrostatic potential field into a mesh, and extracting as the metastable points points where the electric field at each lattice point of the mesh is zero and the differential value of the electric field is positive.
  • the step of extracting the multiple metastable points may involve moving an equipotential surface with equal potential in the electrostatic potential field of the electronic device while changing the potential, and extracting the points where at least a portion of the equipotential surface disappears as the metastable points.
  • the step of extracting the multiple metastable points may involve extracting the metastable points by moving the equipotential surface in a predetermined spatial region in which the charge generated by the electronic device can move.
  • the step of extracting the multiple metastable points may involve extracting the metastable points by moving the equipotential surface within a predetermined potential range in the electrostatic potential field.
  • the step of extracting the multiple metastable points may include extracting a barrier representing the magnitude of the obstruction to charge transfer between the multiple points when multiple points exist on the equipotential surface.
  • the step of extracting the multiple metastable points may include combining multiple metastable points located around the barrier that are equal to or less than a predetermined height.
  • the step of extracting the multiple paths may involve extracting the multiple paths based on a gradient method from the peak position of the barrier.
  • the step of extracting the multiple paths may involve extracting the multiple paths based on a gradient method from a peak position of the barrier that is equal to or less than a predetermined height.
  • the procedure for extracting the multiple paths may include the NEB (Nudged Elastic Band) method, the string method, the CPR (Conjugate Peak Refinement) method, the Ridge method, or the DHS (Dewar, Healy and Stewart) method.
  • NEB Nudged Elastic Band
  • CPR Conjugate Peak Refinement
  • Ridge method the Ridge method
  • DHS Dewar, Healy and Stewart
  • the step of extracting the multiple routes may involve extracting the multiple routes using a drag method.
  • the step of extracting the multiple paths may include preferentially selecting a path with a smaller electrostatic potential from among paths between any two metastable points included in the multiple metastable points to extract the multiple paths.
  • the step of calculating the physical quantity may include calculating a barrier representing the magnitude of the obstacle to charge transfer in each of the extracted multiple paths as the physical quantity.
  • the procedure for calculating the physical quantity may include calculating the resistance values of the multiple paths in a circuit model corresponding to the electrostatic potential field as the barrier.
  • the step of calculating the charge transport characteristics may include calculating a combined resistance value obtained by combining the resistance values of each of the multiple paths in the circuit model.
  • the procedure for calculating the charge transport characteristics may calculate the combined resistance value without taking into account the resistance values equal to or greater than a predetermined threshold, and taking into account the resistance values less than the predetermined threshold.
  • the step of calculating the charge transport characteristics may include calculating the charge transport characteristics based on a value obtained by multiplying the physical quantities of the multiple paths by the probability of selecting the multiple paths.
  • the step of extracting the multiple paths may involve determining the charge generation position from a charge generation distribution within a photoelectric conversion region.
  • the step of extracting the multiple paths may include setting the charge readout position to match the position of the transfer electrode.
  • a method for detecting an electrostatic potential of an electronic device comprising: a first extractor configured to extract a plurality of metastable points in an electrostatic potential field of the electronic device; a second extractor configured to extract a plurality of paths for transporting charges from a charge generation position of the electronic device to a charge readout position via the plurality of metastable points in the electrostatic potential field; a second calculation unit that calculates a physical quantity of the electrostatic potential field in each of the plurality of paths; and a third calculation unit that calculates a charge transport characteristic from the charge generation position to the charge readout position based on a physical quantity of the electrostatic potential field in each of the plurality of paths.
  • a charge transport property calculation apparatus is provided.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a charge transport characteristic calculation method according to the first embodiment of the present disclosure.
  • 4 is a flowchart of a charge transport property calculation method according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating electrostatic potential calculation according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an initial state of extraction of a metastable point according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a completed state of extraction of metastable points according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating extraction of major transportation routes according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating generation of a circuit model according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating extraction of major transportation routes according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 4B is a plan view of FIG. 4A seen from above.
  • FIG. 13 is a plan view showing a modified example of extraction of main transportation routes.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a method for calculating charge transport characteristics according to a comparative example.
  • 1 is a block diagram showing a configuration of a charge transport property calculation device according to a first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of an electronic device to which a charge transport property calculation method according to a first embodiment of the present disclosure can be applied.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an initial state of extraction of a metastable point according to a second embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a completed state of extraction of metastable points according to the second embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 13 is a diagram showing a circuit model according to a third embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a charge transport property calculation according to a fourth embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 13 is a schematic diagram showing extraction of a metastable point of a destination according to a fourth embodiment of the present disclosure. 13 is a pie chart showing the selection probability of major transportation routes.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating extraction of metastable points according to a fifth embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating the extraction of charge generation positions according to a sixth embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 13 is a diagram showing a circuit model according to a sixth embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 13 is a diagram showing an example of an electronic device to which the charge transport property calculation method according to the seventh embodiment of the present disclosure can be applied.
  • FIG. 13 is a diagram showing a second equipotential surface in the VG domain.
  • FIG. 13 is a diagram showing an example of an electronic device to which the charge transport property calculation method according to the eighth embodiment of the present disclosure can be applied.
  • FIG. 13A to 13C are diagrams illustrating a method for extracting a metastable point according to a ninth embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 23 illustrates a group of valleys according to a tenth embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 14 is the first diagram showing a method for extracting major transportation routes according to the eleventh embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a second diagram showing a method for extracting major transportation routes according to the eleventh embodiment of the present disclosure.
  • 1 is a diagram illustrating an example of a schematic configuration of an endoscopic surgery system.
  • 2 is a block diagram showing an example of the functional configuration of a camera head and a CCU.
  • charge transport property calculation method and charge transport property calculation device will be described with reference to the drawings.
  • the following description will focus on the main components of the charge transport property calculation method and charge transport property calculation device, but the charge transport property calculation method and charge transport property calculation device may have components and functions that are not shown or described.
  • the following description does not exclude components and functions that are not shown or described.
  • Fig. 1 is a diagram for explaining a charge transport property calculation method according to a first embodiment of the present disclosure.
  • the electronic device 1 in Fig. 1 generates charges (e.g., electrons e) and transmits the generated charges to a downstream device, etc., and includes an electrostatic potential field 2, a charge generation position 3, and a charge readout position 4.
  • charges e.g., electrons e
  • the charges to be calculated for transport properties may include holes, cations, or anions.
  • the charge transport property calculation method calculates the transport property of an electron e in an electrostatic potential field 2.
  • the electronic device 1 in FIG. 1 is a semiconductor device having a charge generation position 3 such as a photodiode and a charge readout position 4.
  • the electronic device 1 in FIG. 1 has an electrostatic potential field 2 disposed between the charge generation position 3 and the charge readout position 4.
  • the electrostatic potential field 2 has a potential distribution in which the potential changes depending on the location. Electrons e generated at the charge generation position 3 are transported to the charge readout position 4 through the electrostatic potential field 2.
  • a transfer electrode for transferring the electrons e is disposed near the charge readout position 4.
  • the path that electron e passes through in the electrostatic potential field 2 is called the transport path.
  • the potential energy required for electron e to pass through each transport path is different. It is known that electron e is more likely to pass through a transport path with low potential energy than a transport path with high potential energy.
  • the electrostatic potential field 2 has multiple peaks 5 with higher potential values than the surrounding areas, and multiple valleys 6 with lower potential values than the surrounding areas.
  • Each valley 6 has a metastable point 7 where an electron e can exist stably.
  • the metastable point 7 can be a minimum point of the electrostatic potential field 2. There are usually multiple metastable points 7 in the electrostatic potential field 2.
  • the main transport path 8 is the transport path that is most likely to be taken by the electron e.
  • the charge transport property calculation method is characterized in that it calculates the charge transport property of the electrostatic potential field 2 using multiple metastable points 7, multiple main transport paths 8, and barriers 9, without taking into account all the transport paths that exist within the electrostatic potential field 2.
  • FIG. 2 is a flowchart of a charge transport property calculation method according to a first embodiment of the present disclosure.
  • the processing of the flowchart in FIG. 2 is executed, for example, by a charge transport property calculation device, as described below.
  • the electrostatic potential in the electronic device 1 is calculated (step S1).
  • the electrostatic potential can be calculated using a model equation of the semiconductor device in question.
  • an electrostatic potential field 2 having multiple peaks 5 and multiple valleys 6 is generated using the calculated electrostatic potential.
  • step S2 multiple metastable points 7 are extracted in the electrostatic potential field 2 (step S2).
  • the metastable points 7 are extracted in step S2 using, for example, a gradient method.
  • multiple paths are extracted that transport electrons e from the charge generation position 3 of the electronic device 1 to the charge readout position 4 via multiple metastable points 7 in the electrostatic potential field 2 (step S3). More specifically, multiple main transport paths 8 connecting the charge generation position 3, the charge readout position 4, and the multiple metastable points 7 are extracted.
  • the main transport paths 8 in step S3 are extracted using, for example, the NEB (Nudged Elastic Band) method.
  • a circuit model is generated based on the physical quantity of the electrostatic potential field 2 in each of the multiple main transport paths 8 (step S4).
  • the physical quantity is, for example, the height of the barrier 9. From this circuit model, the overall charge transport characteristics of the electronic device 1, more specifically, the charge transport characteristics from the charge generation position 3 to the charge readout position 4, are calculated (step S5).
  • FIGS. 3A to 3E are diagrams for explaining the charge transport property calculation method of FIG. 2.
  • FIG. 3A is a diagram for explaining step S1.
  • the electronic device 1 in FIG. 3A includes a transfer electrode 11.
  • the electronic device 1 generates electrons e at a charge generation position 3, and the electrons e are read out from a charge readout position 4 by applying a voltage to the transfer electrode 11.
  • the charge readout position 4 is set to match the position of the transfer electrode 11.
  • An electrostatic potential field 2 having multiple peaks 5 and valleys 6 is generated in the electronic device 1 by step S1.
  • the charge generation position 3 and the charge readout position 4 are located inside the electrostatic potential field 2.
  • FIG. 3B is a diagram explaining the initial state of step S2.
  • step S2 metastable points 7 are extracted, for example, by the gradient method.
  • the initial state of the gradient method multiple initial points (initial electrons) 21 are set in the electrostatic potential field 2.
  • the multiple initial points 21 are set, for example, at regular intervals in the electrostatic potential field 2.
  • the number and placement locations of the multiple initial points 21 are arbitrary, but since all minimum points in the electrostatic potential field 2 are extracted based on the electric fields at the multiple initial points 21, the calculation accuracy of the gradient method changes depending on the setting of the initial points 21, and in some cases, metastable points 7 may not be extracted. In order to improve calculation accuracy, it is desirable to set more initial points 21.
  • Figure 3B shows an example in which multiple initial points 21 are set uniformly throughout the electrostatic potential field 2, but more initial points 21 may be set in locations where a large number of metastable points 7 are extracted.
  • step S2 multiple initial points 21 move little by little to positions with smaller electrostatic potential according to the gradient of the electric field of the electrostatic potential field 2.
  • the movement of the initial points 21 converges at a position that is a minimum point that is a valley of the electrostatic potential field (i.e., a metastable point 7).
  • This process of finding the position where the movement of the virtually placed initial points converges is also called optimization.
  • Figure 3C is a diagram explaining the state after the optimization of step S2 is completed. As shown in Figure 3C, multiple valleys 6 in the electrostatic potential field are each extracted as a metastable point 7.
  • FIG. 3D is a diagram explaining step S3.
  • step S3 main transport pathways 8 are extracted between the charge generation position 3 and the metastable point 7, between the metastable point 7 and the charge readout position 4, and between two metastable points 7. Details of the process of extracting the main transport pathways 8 will be described later.
  • Each of the multiple main transport routes 8 does not have a constant potential, but rather the potential changes along the route.
  • the degree of potential change along the route is the barrier 9.
  • the barrier 9 of each main transport route 8 is represented by an "X".
  • the barrier 9 represents the magnitude of the obstruction to charge transfer in the electrostatic potential field 2 along each of the multiple main transport routes 8.
  • the height of the barrier 9 is different for each of the multiple main transport routes 8.
  • FIG. 3E is a diagram for explaining steps S4 and S5.
  • step S4 for example, a circuit model 22 as shown in FIG. 3E is generated.
  • the circuit model 22 has a plurality of wirings 23 corresponding to a plurality of main transportation routes 8, a plurality of connection nodes 24 corresponding to a plurality of metastable points 7, and a plurality of resistors 25 corresponding to the barriers 9 of the plurality of main transportation routes 8.
  • resistors 25 are arranged on each of the plurality of wirings 23.
  • the resistors 25 have a resistance value according to the physical quantity of the electrostatic potential field 2 in each of the plurality of main transportation routes 8.
  • the resistors 25 have a resistance value according to the height of the barrier 9 of the corresponding main transportation route 8. In this way, by expressing the height of the barrier 9 of each main transportation route 8 by the resistance value of the resistor 25, it becomes easy to take into account the barrier 9 of each main transportation route 8.
  • step S5 a combined resistance value is calculated by combining the resistance values of the multiple resistors 25 in the circuit model 22.
  • This combined resistance value represents the magnitude of the obstruction to the charge transfer from the charge generation position 3 to the charge readout position 4 of the electronic device 1.
  • the circuit model 22 and the calculated combined resistance value the overall charge transport characteristics of the electronic device 1 are calculated.
  • FIGS. 4A and 4B are diagrams for explaining the process of step S3 in FIG. 2 in more detail.
  • FIG. 4A is a diagram for explaining the extraction of the main transport route 8 according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 4B is a plan view of FIG. 4A as viewed from above.
  • FIGs. 4A and 4B show an example of extracting the main transport route 8 between the metastable point 7a, which is the starting point, and the metastable point 7b, which is the end point, using the NEB method.
  • an initial transport path 31 is set that connects metastable points 7a and 7b.
  • the initial transport path 31 can be represented by a path that connects metastable points 7a and 7b with a straight line, as shown in Figure 4B, for example.
  • the initial transport path 31 has multiple saddle points 32a, and each saddle point 32a is set on the transport path 31, for example, at equal intervals.
  • the NEB method assumes a spring force F1 acting between adjacent saddle points 32a, and a spring force F2 acting perpendicular to this spring force F1.
  • the NEB method extracts the saddle point 32b where the spring forces F1 and F2 are minimum.
  • the NEB method makes it possible to extract a transportation route connecting multiple saddle points 32b as a main transportation route 8.
  • FIG. 4C is a plan view illustrating the extraction of the main transport route 8 using the drag method.
  • multiple planes 34 perpendicular to the straight line 33 connecting the metastable point 7a and the metastable point 7b are arranged.
  • a saddle point 32c where the potential is minimal is extracted.
  • the drag method extracts a transport route connecting the extracted multiple saddle points 32c as the main transport route 8a.
  • the drag method has the advantage of a simpler algorithm and a smaller amount of calculation.
  • the drag method only seeks saddle points 32c where the electrostatic potential is at a minimum, and does not take into account the gradient of the electric field between adjacent saddle points, so there is a problem with low extraction accuracy. For this reason, there is a possibility that a main transport route 8a different from the true main transport route 8b will be extracted, and there is also a possibility that the barrier between the metastable points 7a and 7b cannot be accurately extracted.
  • multiple main transport routes 8 are extracted by preferentially selecting routes with smaller electrostatic potential.
  • the string method, the CPR (Conjugate Peak Refinement) method, the Ridge method, the DHS (Dewar, Healy and Stewart) method, etc. may also be used to extract multiple main transport routes 8.
  • FIG. 5 is a diagram showing a charge transport characteristic calculation method according to a comparative example.
  • the charge transport characteristic calculation method in FIG. 5 updates the state of the electrostatic potential field 2 and the positions of the multiple electrons e at small time intervals, and performs a detailed analysis of the movement of the multiple electrons e throughout the entire electrostatic potential field 2.
  • transport paths other than the main transport path within the electrostatic potential field 2 are also calculated at small time intervals, which increases the amount of calculation and also results in a lot of unnecessary calculations.
  • the charge transport property calculation method according to the first embodiment of the present disclosure performs analysis only on the main transport pathway 8, and therefore requires less calculation and is more efficient.
  • FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of a charge transport property calculation device 40 according to a first embodiment of the present disclosure.
  • the charge transport property calculation device 40 can be realized by hardware such as a semiconductor chip.
  • the charge transport property calculation device 40 can be realized by a computer executing software (program).
  • the charge transport property calculation device 40 includes an electrostatic potential calculation unit (first calculation unit) 41, a metastable point extraction unit (first extraction unit) 42, a main transport path extraction unit (second extraction unit) 43, a circuit model generation unit (second calculation unit) 44, and a charge transport property calculation unit (third calculation unit) 45.
  • the electrostatic potential calculation unit 41 calculates the electrostatic potential of the electronic device 1 and generates the electrostatic potential field 2.
  • the metastable point extraction unit 42 extracts a plurality of metastable points 7 in the electrostatic potential field 2.
  • the main transport path extraction unit 43 extracts a plurality of main transport paths 8 connecting the charge generation position 3, the charge readout position 4, and the plurality of metastable points 7.
  • the circuit model generation unit 44 generates a circuit model 22 based on the physical quantities of the electrostatic potential field 2 in each of the plurality of main transport paths 8.
  • the charge transport property calculation unit 45 calculates the overall charge transport property of the electronic device 1 from the circuit model 22.
  • the lens 52 focuses the incident light 51 on the solid-state imaging device 50.
  • the color filter 53 separates the incident light 51 into wavelengths.
  • the photoelectric conversion region 54 receives the incident light 51 through the lens 52 and the color filter 53.
  • the photoelectric conversion region 54 is, for example, a photodiode, and generates electrons e according to the amount of incident light through photoelectric conversion.
  • the impurity ion concentration varies depending on the location in the photoelectric conversion region 54, and an electrostatic potential field 2 is formed.
  • the electrons e generated by photoelectric conversion pass through the electrostatic potential field 2 and are transferred to the transfer electrode 11.
  • the transfer electrode 11 is, for example, a gate electrode.
  • the charge transport property calculation method and charge transport property calculation device can analyze the transport path of electrons e in the photoelectric conversion region 54 of the solid-state imaging device 50 in FIG. 7.
  • the location where electrons e are generated by photoelectric conversion in the photoelectric conversion region 54 is the charge generation position 3
  • the location where electrons e are transferred from the photoelectric conversion region 54 to the transfer electrode is the charge readout position 4.
  • the transport path of electrons in the photoelectric conversion region 54 can be analyzed accurately in a short time, making it possible to optimize the design of the distribution of impurity ions in the photoelectric conversion region 54, the location of the light-shielding member, and the location of the transfer electrode.
  • FIGS. 8A to 8C are diagrams for explaining the extraction of the metastable point 7 according to the second embodiment of the present disclosure.
  • FIGS. 8A to 8C correspond to FIGS. 3B and 3C described in the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 8A is a diagram showing the initial state of the search method.
  • the entire electrostatic potential field 2 is meshed by a mesh 60.
  • FIG. 8B is an enlarged view of a valley 6 and the mesh 60.
  • the mesh 60 has lattice points 61 that are located at the contact points between the meshed elements. Note that, although an example in which the electrostatic potential field 2 is meshed into a plurality of quadrilateral elements is shown in this specification, this is not limiting.
  • the electrostatic potential field 2 may be meshed into a plurality of triangular elements, or may be meshed in a form that includes a mixture of quadrilaterals and triangles.
  • FIG. 8C is a diagram showing the completed state of the search method. As shown in Figure 8C, multiple metastable points 7 can be extracted by the search method in the same way as in Figure 3C.
  • the entire electrostatic potential field 2 is calculated, so it is unlikely that the metastable point 7 will be missed.
  • the calculation accuracy and amount of calculations vary depending on the mesh width. A finer mesh width improves the calculation accuracy, but increases the amount of calculations. Therefore, in the search method, it is desirable to set the mesh width according to the required calculation accuracy.
  • FIG. 9 is a diagram showing a circuit model 22a according to a third embodiment of the present disclosure.
  • the circuit model 22a is obtained by extracting resistors 25 having a resistance value equal to or greater than a predetermined threshold value from among the resistors 25 in the circuit model 22, and removing the wiring 23 having the extracted resistors 25.
  • the third embodiment of the present disclosure calculates the combined resistance value of the circuit model 22a described above. That is, the charge transport property calculation according to the third embodiment of the present disclosure calculates the combined resistance value without taking into account wiring having a resistance value equal to or greater than a predetermined threshold, and only wiring having a resistance value less than a predetermined threshold.
  • the wiring 23 having the resistance 25 whose resistance value is equal to or greater than a predetermined threshold value is ignored, and the main transport path 8, which has a high barrier and is unlikely to be passed by the electron e, is excluded from the calculation. This makes it possible to omit unnecessary calculations and perform charge transport characteristic calculations that consider only the main paths through which the electron e is likely to pass.
  • the charge transport property calculation according to the third embodiment of the present disclosure can further reduce the amount of calculation compared to the charge transport property calculation according to the first embodiment. Furthermore, in the third embodiment of the present disclosure, only the main transport pathway 8 through which the electron e is more likely to pass is extracted to calculate the charge transport property, so that the calculation accuracy can be maintained.
  • the third embodiment of the present disclosure can be applied to both the first and second embodiments.
  • the Monte Carlo method may be used for the calculation of the charge transport properties of the entire electronic device 1 in steps S4 and S5 in Fig. 2.
  • Fig. 10A is a diagram for explaining the charge transport property calculation according to the fourth embodiment of the present disclosure. As shown in Fig. 10A, the Monte Carlo method selects a main transport path 8 through which the electron e will next pass every time the electron e reaches one metastable point 7 in the process of moving from the charge generation position 3 to the charge readout position 4.
  • FIG. 10B is a schematic diagram showing the extraction of a metastable point 7 of a destination according to the fourth embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 10B shows an example in which an electron e exists at one metastable point 70.
  • metastable points 71a, 71b, and 71c are each located adjacent to metastable point 70.
  • Main transport routes 72a, 72b, and 72c extend from metastable point 70 to metastable points 71a, 71b, and 71c, respectively.
  • main transport routes 72a, 72b, and 72c have barriers 73a, 73b, and 73c, respectively.
  • An electron e present at the metastable point 70 selects one of the main transport routes 72a, 72b, and 72c as the next main transport route 8 to pass through.
  • the probabilities that the main transport routes 72a, 72b, and 72c are selected are represented by probabilities R1, R2, and R3, respectively.
  • FIG. 10C is a pie chart showing the selection probability of the main transportation routes 72a, 72b, and 72c. If the barrier heights of the barriers 73a, 73b, and 73c are ⁇ a, ⁇ b, and ⁇ c, respectively, the probabilities R1 , R2, and R3 are expressed as exp(- ⁇ a/k B T), exp(- ⁇ b/k B T), and exp(- ⁇ c/k B T), respectively, using the predetermined variables k B and T. That is, the higher the barrier height, the lower the probability of being selected as the main transportation route 8. The sum of the probabilities R1, R2, and R3 is 100%.
  • FIG. 10B and FIG. 10C show an example in which three main transportation routes 8 extend from the metastable point 70, but the selection probability of the main transportation route 8 can be calculated in the same way when there are two or less main transportation routes 8, or when there are four or more main transportation routes 8.
  • the charge transport characteristics are calculated based on the value obtained by multiplying the physical quantities of the multiple main transport pathways 8 by the probability of selecting the multiple main transport pathways 8. More specifically, in the fourth embodiment of the present disclosure, each time a new metastable point 7 is extracted, the selection probability is calculated for all main transport pathways 8 connected to that metastable point 7, and the process of extracting the next metastable point 7 is repeated. This makes it possible to extract the optimal metastable point 7 without omission, with a small amount of calculation. In addition, in the fourth embodiment of the present disclosure, a transient calculation is performed, so that the state in the middle of the transport of the electron e can be analyzed. Furthermore, the fourth embodiment of the present disclosure may calculate the time required for the electron e to be transported, etc.
  • the fourth embodiment of the present disclosure does not require calculations for all transport routes, and only requires calculations for the main transport route 8. Furthermore, while the comparative example of FIG. 5 requires calculations at fine time intervals, the fourth embodiment of the present disclosure requires calculations each time the electron e reaches the metastable point 7, and therefore requires less calculations than the comparative example of FIG. 5.
  • the fourth embodiment of the present disclosure can be applied to both the first and second embodiments.
  • Fig. 11 is a diagram showing the extraction of the metastable point 7c according to the fifth embodiment of the present disclosure.
  • the electrostatic potential field 2a in FIG. 11 the sign of the electrostatic potential is inverted.
  • the electrostatic potential field 2a has multiple potential peaks 5a corresponding to the valleys 6 in FIG. 3A, and multiple potential valleys 6a corresponding to the peaks 5.
  • the metastable points 7c are extracted from each of the valleys 6a.
  • steps S3 and S4 of FIG. 2 as in the first embodiment, the main transport route 8 is extracted for the metastable point 7c, and a circuit model 22 is generated.
  • the minimum point after the sign reversal of the electrostatic potential is extracted as the metastable point 7c, and the charge transport property calculations according to the first to fourth embodiments of the present disclosure can be applied to positive charges as well.
  • Fig. 12A is a diagram showing an electrostatic potential field of an electronic device that is the target of calculation by the charge transport property calculation method and the charge transport property calculation device according to the sixth embodiment of the present disclosure.
  • the electronic device 1a in Fig. 12A has a photoelectric conversion region 54a in which an electrostatic potential field 2b is generated.
  • the electrostatic potential field 2b has a charge generation distribution 80.
  • the charge generation distribution 80 is a distribution that indicates the positions at which electrons are generated by photoelectric conversion.
  • the position within the charge generation distribution 80 that generates electrons e with the highest frequency is set as the charge generation position 3a.
  • FIG. 12B is a diagram showing a circuit model 22b generated by a charge transport property calculation method and a charge transport property calculation device according to a sixth embodiment of the present disclosure.
  • the circuit model 22b starts from the charge generation position 3a obtained from the charge generation distribution 80 in FIG. 12A.
  • the circuit model 22b can be generated by a method similar to that of the first to third embodiments.
  • the Monte Carlo method similar to that of the fourth embodiment may be used.
  • Electron-hole pairs are generated at each location where photoelectric conversion is performed. Therefore, in the sixth embodiment, as in the fifth embodiment, it is also possible to calculate the transport characteristics of holes by taking the location where the most holes are generated as the charge generation position 3a.
  • the sixth embodiment of the present disclosure can use the charge generation distribution 80 of the charges generated by photoelectric conversion to calculate the charge transport characteristics starting from the charge generation position 3a, which is the starting point of the circuit model 22b. This allows for accurate analysis of the charge movement path within the photoelectric conversion region of the solid-state imaging device, which can be used in the design of the solid-state imaging device and can improve the quality of the solid-state imaging device.
  • a method other than the gradient method and the search method may be used to extract the metastable point 7 in step S2 in Fig. 2.
  • a method also called a potential scan method
  • an equipotential surface having equal potential is scanned to extract the metastable point 7.
  • FIG. 13 is a diagram showing an example of an electronic device 1 (solid-state imaging device 50) to which the charge transport property calculation method according to the seventh embodiment of the present disclosure can be applied.
  • a scan region (spatial region) 90 is set in the electrostatic potential field 2, in which an equipotential surface is scanned.
  • the scan region 90 is set over the entire electrostatic potential field 2.
  • FIG. 13 also shows a VG (Vertical Gate) region 91 extending from the transfer electrode 11 into the electrostatic potential field 2.
  • VG Very Gate
  • FIG. 14 is a diagram showing a method for extracting a metastable point 7 according to the seventh embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 14 illustrates the one-dimensional potential distribution of a scan area 90.
  • the horizontal axis of FIG. 14 indicates the one-dimensional coordinate position in the scan area 90, and the vertical axis indicates the magnitude of the potential.
  • the potential distribution of the scan area 90 spreads in two dimensions, but FIG. 14 shows the one-dimensional potential distribution for simplification.
  • the top surface of the potential distribution spreading in the two-dimensional direction is referred to as the potential surface.
  • the potential surface has a plurality of peaks 5 and a plurality of valleys 6.
  • the potential surface has minimum points (i.e., metastable points 7) at positions X0 and X2 , and maximum points (i.e., peak positions of the barrier 9a) at positions X1 and X3 .
  • the potentials at positions X0 , X1 , X2 , and X3 are P0 , P1 , P2 , and P3 , respectively.
  • the peak positions of the barrier 9a will also be simply referred to as the positions of the barrier 9a.
  • an equipotential surface 92 with equal potential is moved while changing the potential, and a point where at least a portion of the equipotential surface 92 disappears is extracted as a metastable point 7.
  • the equipotential surface 92 is a surface region of equal potential that is located in the spatial region above the potential surface.
  • the equipotential surface 92 When the equipotential surface 92 is moved while changing the potential, the equipotential surface 92 intersects with the potential surface. As a result, holes are formed in the equipotential surface 92 according to the size of the intersection region with the potential surface. Since the potential surface has multiple peaks 5 and multiple valleys 6 as described above, the number and area of the above-mentioned holes increase as the potential of the equipotential surface 92 is lowered, and eventually the equipotential surface 92 partially disappears. The partially disappeared parts of the equipotential surface 92 are the bottoms of the valleys 6, i.e., the metastable points 7.
  • the barrier 9a is extracted at position X3 in the remaining part (equipotential surface 92b) of the equipotential surface 92.
  • a part (equipotential surface 92c) of the equipotential surface 92 disappears at position X2 .
  • position X2 is extracted as the metastable point 7.
  • the equipotential surface 92 is gradually made smaller, and a position where at least a part of the equipotential surface 92 disappears is searched for, thereby extracting metastable point 7.
  • the metastable point 7 does not necessarily have to be extracted based on the disappearance position of the equipotential surface 92.
  • the equipotential surface 92 may be scanned, and when the area of at least a portion of the equipotential surface 92 becomes sufficiently small (e.g., below a predetermined threshold), that portion may be deemed to have disappeared, and the metastable point 7 may be extracted.
  • the center of gravity or the like of at least a portion of the equipotential surface 92 having a sufficiently small area may be extracted as the metastable point 7.
  • the extraction method in FIG. 14 can simultaneously extract not only the metastable point 7, but also the height of the barrier 9a, which indicates the magnitude of the obstacle to charge transfer, and the peak position of the barrier 9a.
  • the barrier 9a can be extracted from the position where the equipotential surface 92 disappears and the peak positions of the mountains 5 around it.
  • FIG. 15A shows an equipotential surface 92e in the VG region 91.
  • FIG. 15B shows an equipotential surface 92f with a lower potential than that of FIG. 15A.
  • FIGS. 15A and 15B by reducing the potential of the equipotential surface 92, the area of the equipotential surface 92 becomes smaller, and the position of the metastable point 7 is extracted from the point where part of the equipotential surface 92 disappears.
  • the equipotential surface 92 is scanned from the high potential side (top side of the potential) while gradually decreasing the size of the equipotential surface 92. Note that scanning of the equipotential surface 92 may also be performed from the low potential side (bottom side of the potential) in the scan area 90. In this case, if an equipotential surface 92 appears from a location where the equipotential surface 92 has disappeared, that location can be extracted as metastable point 7.
  • metastable points 7 are extracted by the potential scanning method.
  • the potential scanning method can extract metastable points 7 from the static potential in the electrostatic potential field 2, and therefore requires low calculation costs.
  • the potential scan method does not require calculation of the movements of a large number of initial points 21, and therefore has a lower calculation cost.
  • the potential scan method has a lower calculation cost because the calculation process at the interface of the electrostatic potential field 2 is easier.
  • the potential scanning method is characterized by low parameter dependency and high extraction accuracy.
  • An example of a parameter is the potential interval ⁇ E when scanning the equipotential surface 92.
  • the potential scanning method does not have the risk of missing the extraction of the metastable point 7 due to the initial placement of the initial point 21.
  • the search method according to the second embodiment there is no problem of a significant decrease in accuracy or a significant increase in calculation cost depending on the size of the mesh width.
  • the scan frequency of the equipotential surface 92 varies according to the potential interval ⁇ E.
  • the potential scan method even if the scan frequency is small, if the valley equipotential surface 92 can be extracted even once, the metastable point 7 can be extracted from within the extracted equipotential surface 92. Therefore, compared to the gradient method and search method described above, it is less likely that the metastable point 7 will be missed when extracted.
  • the charge transport property calculation method according to any of the third to sixth embodiments can be applied to the seventh embodiment of the present disclosure.
  • the entire electrostatic potential field 2 is defined as the scan area 90.
  • a part of the electrostatic potential field 2 more specifically, a predetermined spatial area in which the charge generated by the electronic device 1 can move, may also be defined as the scan area 90.
  • FIG. 16 is a diagram showing an example of an electronic device 1 to which the charge transport property calculation method according to the eighth embodiment of the present disclosure can be applied.
  • a scan region (spatial region) 90a is set in the electrostatic potential field 2, excluding, for example, the P-well region 93 and the FD (Floating Diffusion) diffusion layer 94.
  • the P-well region 93 has a high potential and is not a transfer path for electrons e, so it has little effect on the transport properties of electrons e.
  • the FD diffusion layer 94 is the end point of the transfer path for electrons e, so it has little effect on the transport properties. Therefore, the scan region 90a in the eighth embodiment is set to a region that excludes the above-mentioned regions that have little effect on the transport properties from the electrostatic potential field 2.
  • the amount of calculations can be reduced and the extraction of the metastable point 7 can be accelerated.
  • the extraction of the metastable point 7 is accelerated by limiting the range of the scan region 90a in the electrostatic potential field 2.
  • the ninth embodiment of the present disclosure is characterized in that the extraction of the metastable point 7 is accelerated by limiting the potential range in which the equipotential surface 92 is extracted.
  • FIG. 17 is a diagram showing a method for extracting a metastable point 7 according to a ninth embodiment of the present disclosure.
  • the potential that the electronic device 1 can take is divided into three potential ranges 90b, 93a, and 94a.
  • the potential range 93a is the potential range of the P-well region 93.
  • the potential range 94a is the potential range of the FD diffusion layer 94. Since the potential ranges 93a and 94a do not affect the transport path of the electron e, in this embodiment, the potential ranges 93a and 94a are omitted, and an equipotential surface 92 is extracted within the potential range 90b. This allows the extraction of the metastable point 7 to be performed at high speed.
  • the extraction of metastable point 7 can also be sped up by limiting the potential range for extracting equipotential surface 92 to a range that affects transport.
  • Tenth Embodiment 18A and 18B are diagrams showing a method of extracting a metastable point 7 according to the tenth embodiment of the present disclosure.
  • the electrostatic potential field 2 may be divided into a mesh, and the potential may be calculated for each of the mesh-divided elements.
  • a plurality of small valleys 6 derived from the mesh are generated.
  • the plurality of small valleys 6 are called a valley group 6b.
  • Each of the plurality of valleys 6 in the valley group 6b has a metastable point 7.
  • one or more barriers 9a existing between the plurality of metastable points 7 are extracted, and among the extracted barriers 9a, a plurality of metastable points 7 located around the barriers 9a that are equal to or less than a predetermined height are combined to generate a new metastable point 7d.
  • the number of metastable points 7 can be reduced by combining multiple metastable points 7 derived from the mesh. Therefore, when generating a circuit model 22 as shown in FIG. 3E, the number of wirings 23 to be extracted can be reduced, and calculations can be speeded up. In addition, since the number of wirings 23 that become noise can be reduced, the prediction accuracy of the transfer characteristics can be improved.
  • the method for reducing the metastable points 7 according to the tenth embodiment may be applied to the full mesh search method according to the second embodiment.
  • the method for reducing the metastable points 7 according to this embodiment can be applied to the valley group 6b composed of the artificial valleys 6 formed due to the orthogonal mesh of the second embodiment.
  • the main transport route 8 is extracted by the NEB method or the like based on the metastable point 7.
  • the potential scan method or the like can extract the barrier 9a at the same time as the metastable point 7.
  • the eleventh embodiment of the present disclosure is characterized in that the main transport route 8 is extracted based on this barrier 9a.
  • FIGS. 19A and 19B are diagrams illustrating a method for extracting a main transport path 8c according to an eleventh embodiment of the present disclosure.
  • an equipotential surface 92 is scanned over the entire electrostatic potential field 2 or a partial range of the electrostatic potential field 2 as a scan region 90, and a plurality of metastable points 7 (e.g., positions X0 and X2 in Fig. 14) in the entire electrostatic potential field 2 or a partial range are extracted, and peak positions of a barrier 9a (e.g., positions X1 and X3 in Fig. 14) are extracted between the plurality of metastable points 7.
  • a barrier 9a e.g., positions X1 and X3 in Fig. 14
  • all of the barriers 9a extracted in FIG. 19A are used to extract the main transport routes 8c.
  • the gradient method is used to extract the main transport routes 8c.
  • the initial point is placed at the peak position of the barrier 9a, and the initial point is gradually moved in a direction in which the obstacle to charge transfer becomes smaller, making it possible to extract the position between multiple metastable points 7 through which the electron e is most likely to pass.
  • the main transport path 8c can be extracted.
  • a circuit model 22 can be generated based on the extracted main transportation route 8c, as shown in FIG. 3E, etc. Based on the circuit model 22, a combined resistance value can be calculated.
  • the main transportation route 8c is extracted using the gradient method, which makes it possible to speed up calculations compared to when the NEB method or the like is used.
  • the method for extracting the main transportation route 8c according to the eleventh embodiment may be applied to the full mesh search method according to the second embodiment, etc.
  • the main transportation route 8c is extracted from all the barriers 9a extracted at the same time as the metastable point 7, but the main transportation route 8c may be extracted from a part of the barriers 9a.
  • the main transportation route 8c may be extracted from the barriers 9a that are equal to or lower than a predetermined height among the extracted barriers 9a.
  • FIG. 20 is a diagram showing a method for extracting a main transport path 8c according to a twelfth embodiment of the present disclosure.
  • a main transport path 8c is not extracted from the peak position of the high barrier 9a.
  • the peak position of the high barrier 9a and its vicinity are unlikely to be passed by electrons e, and have little effect on the transport properties.
  • the extraction of transfer paths that have little effect on the transport properties can be omitted, and the amount of calculation can be further reduced from the eleventh embodiment.
  • At least a part of the charge transport property calculation device may be configured with hardware or software. If configured with software, a program that realizes at least a part of the functions of the charge transport property calculation device may be stored on a recording medium such as a flexible disk or CD-ROM, and may be read and executed by a computer.
  • the recording medium is not limited to removable recording media such as magnetic disks and optical disks, but may also be fixed recording media such as hard disk drives and memories.
  • a program that realizes at least a part of the functions of the charge transport property calculation method according to this embodiment may be distributed via a communication line (including wireless communication) such as the Internet.
  • the program may be encrypted, modulated, or compressed and distributed via a wired or wireless line such as the Internet, or stored on a recording medium.
  • the technology according to the present disclosure (the present technology) can be applied to various products.
  • the technology according to the present disclosure may be applied to an endoscopic surgery system.
  • FIG. 21 is a diagram showing an example of the general configuration of an endoscopic surgery system to which the technology disclosed herein (the present technology) can be applied.
  • an operator (doctor) 11131 is shown using an endoscopic surgery system 11000 to perform surgery on a patient 11132 on a patient bed 11133.
  • the endoscopic surgery system 11000 is composed of an endoscope 11100, other surgical tools 11110 such as an insufflation tube 11111 and an energy treatment tool 11112, a support arm device 11120 that supports the endoscope 11100, and a cart 11200 on which various devices for endoscopic surgery are mounted.
  • the endoscope 11100 is composed of a lens barrel 11101, the tip of which is inserted into the body cavity of the patient 11132 at a predetermined length, and a camera head 11102 connected to the base end of the lens barrel 11101.
  • the endoscope 11100 is configured as a so-called rigid scope having a rigid lens barrel 11101, but the endoscope 11100 may also be configured as a so-called flexible scope having a flexible lens barrel.
  • the tip of the tube 11101 has an opening into which an objective lens is fitted.
  • a light source device 11203 is connected to the endoscope 11100, and light generated by the light source device 11203 is guided to the tip of the tube by a light guide extending inside the tube 11101, and is irradiated via the objective lens towards an object to be observed inside the body cavity of the patient 11132.
  • the endoscope 11100 may be a direct-viewing endoscope, an oblique-viewing endoscope, or a side-viewing endoscope.
  • An optical system and an image sensor are provided inside the camera head 11102, and reflected light (observation light) from the object being observed is focused onto the image sensor by the optical system.
  • the image sensor converts the observation light into an electric signal corresponding to the observation light, i.e., an image signal corresponding to the observed image.
  • the image signal is sent to the camera control unit (CCU: Camera Control Unit) 11201 as RAW data.
  • CCU Camera Control Unit
  • the CCU 11201 is composed of a CPU (Central Processing Unit), a GPU (Graphics Processing Unit), etc., and controls the overall operation of the endoscope 11100 and the display device 11202. Furthermore, the CCU 11201 receives an image signal from the camera head 11102, and performs various types of image processing on the image signal, such as development processing (demosaic processing), in order to display an image based on the image signal.
  • a CPU Central Processing Unit
  • GPU Graphics Processing Unit
  • the display device 11202 under the control of the CCU 11201, displays an image based on the image signal that has been subjected to image processing by the CCU 11201.
  • the light source device 11203 is composed of a light source such as an LED (light emitting diode) and supplies illumination light to the endoscope 11100 when photographing the surgical site, etc.
  • a light source such as an LED (light emitting diode)
  • the input device 11204 is an input interface for the endoscopic surgery system 11000.
  • a user can input various information and instructions to the endoscopic surgery system 11000 via the input device 11204.
  • the user inputs an instruction to change the imaging conditions (type of irradiation light, magnification, focal length, etc.) of the endoscope 11100.
  • the treatment tool control device 11205 controls the operation of the energy treatment tool 11112 for cauterizing tissue, incising, sealing blood vessels, etc.
  • the insufflation device 11206 sends gas into the body cavity of the patient 11132 via the insufflation tube 11111 to inflate the body cavity in order to ensure a clear field of view for the endoscope 11100 and to ensure a working space for the surgeon.
  • the recorder 11207 is a device capable of recording various types of information related to the surgery.
  • the printer 11208 is a device capable of printing various types of information related to the surgery in various formats such as text, images, or graphs.
  • the light source device 11203 that supplies irradiation light to the endoscope 11100 when photographing the surgical site can be composed of a white light source composed of, for example, an LED, a laser light source, or a combination of these.
  • a white light source composed of, for example, an LED, a laser light source, or a combination of these.
  • the white light source is composed of a combination of RGB laser light sources, the output intensity and output timing of each color (each wavelength) can be controlled with high precision, so that the white balance of the captured image can be adjusted in the light source device 11203.
  • the light source device 11203 may be controlled to change the intensity of the light it outputs at predetermined time intervals.
  • the image sensor of the camera head 11102 may be controlled to acquire images in a time-division manner in synchronization with the timing of the change in the light intensity, and the images may be synthesized to generate an image with a high dynamic range that is free of so-called blackout and whiteout.
  • the light source device 11203 may be configured to supply light of a predetermined wavelength band corresponding to special light observation.
  • special light observation for example, by utilizing the wavelength dependency of light absorption in body tissue, a narrow band of light is irradiated compared to the light irradiated during normal observation (i.e., white light), and a specific tissue such as blood vessels on the surface of the mucosa is photographed with high contrast, so-called narrow band imaging is performed.
  • fluorescence observation may be performed in which an image is obtained by fluorescence generated by irradiating excitation light.
  • excitation light is irradiated to body tissue and fluorescence from the body tissue is observed (autofluorescence observation), or a reagent such as indocyanine green (ICG) is locally injected into the body tissue and excitation light corresponding to the fluorescence wavelength of the reagent is irradiated to the body tissue to obtain a fluorescent image.
  • the light source device 11203 may be configured to supply narrow band light and/or excitation light corresponding to such special light observation.
  • FIG. 22 is a block diagram showing an example of the functional configuration of the camera head 11102 and CCU 11201 shown in FIG. 21.
  • the camera head 11102 has a lens unit 11401, an imaging unit 11402, a drive unit 11403, a communication unit 11404, and a camera head control unit 11405.
  • the CCU 11201 has a communication unit 11411, an image processing unit 11412, and a control unit 11413.
  • the camera head 11102 and the CCU 11201 are connected to each other via a transmission cable 11400 so that they can communicate with each other.
  • the lens unit 11401 is an optical system provided at the connection with the lens barrel 11101. Observation light taken in from the tip of the lens barrel 11101 is guided to the camera head 11102 and enters the lens unit 11401.
  • the lens unit 11401 is composed of a combination of multiple lenses including a zoom lens and a focus lens.
  • the imaging unit 11402 may include one imaging element (a so-called single-plate type) or multiple imaging elements (a so-called multi-plate type).
  • each imaging element may generate an image signal corresponding to each of RGB, and a color image may be obtained by combining these.
  • the imaging unit 11402 may be configured to have a pair of imaging elements for acquiring image signals for the right eye and the left eye corresponding to a 3D (dimensional) display. By performing a 3D display, the surgeon 11131 can more accurately grasp the depth of the biological tissue in the surgical site.
  • multiple lens units 11401 may be provided corresponding to each imaging element.
  • the imaging unit 11402 does not necessarily have to be provided in the camera head 11102.
  • the imaging unit 11402 may be provided inside the lens barrel 11101, immediately after the objective lens.
  • the driving unit 11403 is composed of an actuator, and moves the zoom lens and focus lens of the lens unit 11401 a predetermined distance along the optical axis under the control of the camera head control unit 11405. This allows the magnification and focus of the image captured by the imaging unit 11402 to be adjusted appropriately.
  • the communication unit 11404 is configured with a communication device for transmitting and receiving various information to and from the CCU 11201.
  • the communication unit 11404 transmits the image signal obtained from the imaging unit 11402 as RAW data to the CCU 11201 via the transmission cable 11400.
  • the communication unit 11404 also receives control signals for controlling the operation of the camera head 11102 from the CCU 11201, and supplies them to the camera head control unit 11405.
  • the control signals include information on the imaging conditions, such as information specifying the frame rate of the captured image, information specifying the exposure value during imaging, and/or information specifying the magnification and focus of the captured image.
  • the above-mentioned frame rate, exposure value, magnification, focus, and other imaging conditions may be appropriately specified by the user, or may be automatically set by the control unit 11413 of the CCU 11201 based on the acquired image signal.
  • the endoscope 11100 is equipped with the so-called AE (Auto Exposure) function, AF (Auto Focus) function, and AWB (Auto White Balance) function.
  • the camera head control unit 11405 controls the operation of the camera head 11102 based on a control signal from the CCU 11201 received via the communication unit 11404.
  • the communication unit 11411 is configured with a communication device for transmitting and receiving various information to and from the camera head 11102.
  • the communication unit 11411 receives an image signal transmitted from the camera head 11102 via the transmission cable 11400.
  • the communication unit 11411 also transmits to the camera head 11102 a control signal for controlling the operation of the camera head 11102.
  • the image signal and the control signal can be transmitted by electrical communication, optical communication, etc.
  • the image processing unit 11412 performs various image processing operations on the image signal, which is the RAW data transmitted from the camera head 11102.
  • the control unit 11413 performs various controls related to the imaging of the surgical site, etc. by the endoscope 11100, and the display of the captured images obtained by imaging the surgical site, etc. For example, the control unit 11413 generates a control signal for controlling the driving of the camera head 11102.
  • the control unit 11413 also causes the display device 11202 to display the captured image showing the surgical site, etc., based on the image signal that has been image-processed by the image processing unit 11412. At this time, the control unit 11413 may recognize various objects in the captured image using various image recognition techniques. For example, the control unit 11413 can recognize surgical tools such as forceps, specific body parts, bleeding, mist generated when the energy treatment tool 11112 is used, etc., by detecting the shape and color of the edges of objects included in the captured image. When the control unit 11413 causes the display device 11202 to display the captured image, it may use the recognition result to superimpose various types of surgical support information on the image of the surgical site. By superimposing the surgical support information and presenting it to the surgeon 11131, the burden on the surgeon 11131 can be reduced and the surgeon 11131 can proceed with the surgery reliably.
  • various image recognition techniques such as forceps, specific body parts, bleeding, mist generated when the energy treatment tool 11112 is used, etc.
  • the transmission cable 11400 that connects the camera head 11102 and the CCU 11201 is an electrical signal cable that supports electrical signal communication, an optical fiber that supports optical communication, or a composite cable of these.
  • communication is performed wired using a transmission cable 11400, but communication between the camera head 11102 and the CCU 11201 may also be performed wirelessly.
  • the technology disclosed herein can be applied to the imaging section 11402 of the camera head 11102.
  • the solid-state imaging device 50 of FIG. 7, whose quality has been improved by the charge transport property calculation method disclosed herein, can be applied to the imaging section 11402.
  • the present technology can be configured as follows. (1) a procedure for calculating the electrostatic potential of an electronic device; extracting a plurality of metastable points in an electrostatic potential field of the electronic device; extracting a plurality of paths for transporting charges from a charge generation location of the electronic device to a charge readout location via the plurality of metastable points in the electrostatic potential field; A step of calculating a physical quantity of the electrostatic potential field in each of the plurality of paths; and calculating a charge transport characteristic from the charge generation position to the charge readout position based on a physical quantity of the electrostatic potential field in each of the plurality of paths. Calculation method for charge transport properties.
  • the metastable point is a minimum point of the electrostatic potential field.
  • the charge transport characteristic calculation method according to (1). (3) the charge transported by the electronic device is a positive charge or a negative charge; the metastable point is a minimum point of the electrostatic potential of the electronic device when the electronic device transports the negative charge, and is a minimum point after a sign reversal of the electrostatic potential of the electronic device when the electronic device transports the positive charge;
  • the charge transport characteristic calculation method according to (2).
  • the charge for which the charge transport properties are calculated is at least one of a hole, a cation, an electron, or an anion.
  • the charge transport characteristic calculation method according to (3).
  • the step of extracting the plurality of metastable points includes extracting the plurality of minimum points according to a gradient of an electric field of the electrostatic potential field;
  • the step of extracting the plurality of metastable points includes setting a plurality of initial points in the electrostatic potential field, and extracting all of the minimum points in the electrostatic potential field based on electric fields at the plurality of initial points.
  • the step of extracting the plurality of metastable points includes dividing the electrostatic potential field into a mesh, and extracting, as the metastable points, points at which the electric field at each lattice point of the mesh is zero and the differential value of the electric field is positive.
  • the charge transport characteristic calculation method according to any one of (2) to (4).
  • the step of extracting the plurality of metastable points includes moving an equipotential surface having an equal potential in an electrostatic potential field of the electronic device while changing the potential, and extracting a point where at least a part of the equipotential surface disappears as the metastable point.
  • the charge transport characteristic calculation method according to any one of (2) to (4).
  • the step of extracting the plurality of metastable points includes extracting the metastable points by moving the equipotential surface in a predetermined spatial region in which a charge generated in the electronic device can move.
  • the step of extracting the plurality of metastable points includes extracting the metastable points by moving the equipotential surface within a predetermined potential range in the electrostatic potential field.
  • (11) In the step of extracting the plurality of metastable points when a plurality of the points exist on the equipotential surface, a barrier representing a magnitude of an obstacle to charge transfer is extracted between the plurality of points.
  • the step of extracting the plurality of metastable points includes combining the plurality of metastable points located around the barrier at a height equal to or less than a predetermined height.
  • (13) In the step of extracting the plurality of paths the plurality of paths are extracted based on a gradient method from a peak position of the barrier.
  • (14) In the step of extracting the plurality of paths, the plurality of paths are extracted based on a gradient method from a peak position of the barrier that is equal to or less than a predetermined height.
  • the step of extracting the plurality of paths includes extracting the plurality of paths using a Nudged Elastic Band (NEB) method, a string method, a Conjugate Peak Refinement (CPR) method, a Ridge method, or a Dewar, Healy and Stewart (DHS) method.
  • the plurality of paths are extracted using a drag method.
  • the step of extracting the plurality of paths includes preferentially selecting a path having a smaller electrostatic potential from among paths between any two metastable points included in the plurality of metastable points to extract the plurality of paths.
  • the charge transport characteristic calculation method includes calculating, as the physical quantity, a barrier that represents a magnitude of an obstacle to charge transfer in each of the extracted paths.
  • the charge transport characteristic calculation method according to any one of (1) to (17).
  • the step of calculating the physical quantity includes calculating resistance values of the plurality of paths in a circuit model corresponding to the electrostatic potential field as the barrier.
  • the step of calculating the charge transport characteristic includes calculating a combined resistance value obtained by combining the resistance values of the plurality of paths in the circuit model.
  • the step of calculating the charge transport characteristic includes calculating the combined resistance value without taking into account the resistance value equal to or greater than a predetermined threshold value, and taking into account the resistance value less than the predetermined threshold value.
  • the step of calculating the charge transport characteristics includes calculating the charge transport characteristics based on a value obtained by multiplying physical quantities of the plurality of paths by probabilities of selecting the plurality of paths.
  • the charge transport characteristic calculation method according to any one of (1) to (21).
  • (23) In the step of extracting the plurality of paths when the electronic device is a solid-state imaging device, the charge generation positions are obtained from a charge generation distribution in a photoelectric conversion region.
  • the charge readout position is set in accordance with a position of a transfer electrode.
  • a first calculation unit that calculates an electrostatic potential of the electronic device; a first extractor configured to extract a plurality of metastable points in an electrostatic potential field of the electronic device; a second extractor configured to extract a plurality of paths for transporting charges from a charge generation position of the electronic device to a charge readout position via the plurality of metastable points in the electrostatic potential field; a second calculation unit that calculates a physical quantity of the electrostatic potential field in each of the plurality of paths; and a third calculation unit that calculates a charge transport characteristic from the charge generation position to the charge readout position based on a physical quantity of the electrostatic potential field in each of the plurality of paths.
  • Charge transport property calculation device that calculates an electrostatic potential of the electronic device.

Landscapes

  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Abstract

［課題］少ない計算量で精度よく電荷輸送特性を計算する。 ［解決手段］電荷輸送特性計算方法は、電子デバイスの静電ポテンシャルを計算する手順と、前記電子デバイスの静電ポテンシャル場における複数の準安定点を抽出する手順と、前記電子デバイスの電荷生成位置から電荷読出位置まで、前記静電ポテンシャル場における前記複数の準安定点を経由して電荷を輸送する複数の経路を抽出する手順と、前記複数の経路のそれぞれにおける前記静電ポテンシャル場の物理量を計算する手順と、前記複数の経路のそれぞれにおける前記静電ポテンシャル場の物理量に基づいて、前記電荷生成位置から前記電荷読出位置までの電荷輸送特性を計算する手順と、を備える。

Description

電荷輸送特性計算方法及び電荷輸送特性計算装置
　本開示は、電荷輸送特性計算方法及び電荷輸送特性計算装置に関する。
　最近の電子デバイスの開発コストの増大に伴い、電子デバイスの設計及び開発における開発効率化のためのシミュレーションの重要度が高まっている。電子デバイスの設計及び開発におけるシミュレーションの１つに、電子デバイスの電気的な特性をシミュレーションするデバイスシミュレーションがある。このデバイスシミュレーションにおいては電子デバイス内の静電ポテンシャル場での電荷の振舞い、すなわち電荷輸送特性を解析する必要がある（特許文献１、２参照）。例えば、特許文献１は、電荷の粒子の存在確率が低い領域ではモンテカルロ法を適用し、存在確率が高い領域では繰り返し法を適用することで、高速な計算を可能にしたシミュレーション方法を提案している。
特開平９－２４５０１８号公報 特開平１１－２０４３８３号公報
　しかしながら、特許文献１及び２のシミュレーション方法では、電子デバイスの静電ポテンシャル場の全経路での電荷輸送特性を解析するため、計算量が増大し、短時間で精度よく電荷輸送特性を計算できないという課題がある。
　そこで、本開示では、少ない計算量で精度よく電荷輸送特性を計算可能な電荷輸送特性計算方法及び電荷輸送特性計算装置を提供するものである。
　上記の課題を解決するために、本開示によれば、電子デバイスの静電ポテンシャルを計算する手順と、
　前記電子デバイスの静電ポテンシャル場における複数の準安定点を抽出する手順と、
　前記電子デバイスの電荷生成位置から電荷読出位置まで、前記静電ポテンシャル場における前記複数の準安定点を経由して電荷を輸送する複数の経路を抽出する手順と、
　前記複数の経路のそれぞれにおける前記静電ポテンシャル場の物理量を計算する手順と、
　前記複数の経路のそれぞれにおける前記静電ポテンシャル場の物理量に基づいて、前記電荷生成位置から前記電荷読出位置までの電荷輸送特性を計算する手順と、を備える、
　電荷輸送特性計算方法が提供される。
　前記準安定点は、前記静電ポテンシャル場の極小点であってもよい。
　前記電子デバイスが輸送する電荷は、正の電荷又は負の電荷であり、
　前記準安定点は、前記電子デバイスが前記負の電荷を輸送する場合、前記電子デバイスの静電ポテンシャルの極小点であり、前記電子デバイスが前記正の電荷を輸送する場合、前記電子デバイスの静電ポテンシャルの符号反転後の極小点であってもよい。
　前記電荷輸送特性を計算する対象の前記電荷は、正孔、陽イオン、電子、又は陰イオンの少なくとも一つであってもよい。
　前記複数の準安定点を抽出する手順は、前記静電ポテンシャル場の電界の勾配に従って複数の前記極小点を抽出してもよい。
　前記複数の準安定点を抽出する手順は、前記静電ポテンシャル場に複数の初期点を設定し、前記複数の初期点での電界に基づいて前記静電ポテンシャル場におけるすべての前記極小点を抽出してもよい。
　前記複数の準安定点を抽出する手順は、前記静電ポテンシャル場をメッシュ分割して、メッシュの各格子点の電界がゼロで、かつ前記電界の微分値が正の点を前記準安定点として抽出してもよい。
　前記複数の準安定点を抽出する手順は、前記電子デバイスの静電ポテンシャル場において、ポテンシャルが等しい等ポテンシャル面をポテンシャルを変えながら移動させて、前記等ポテンシャル面の少なくとも一部が消失する箇所を前記準安定点として抽出してもよい。
　前記複数の準安定点を抽出する手順は、前記電子デバイスで生成された電荷が移動可能な所定の空間領域において、前記等ポテンシャル面を移動させて前記準安定点を抽出してもよい。
　前記複数の準安定点を抽出する手順は、前記静電ポテンシャル場における所定のポテンシャル範囲内で前記等ポテンシャル面を移動させて前記準安定点を抽出してもよい。
　前記複数の準安定点を抽出する手順は、前記等ポテンシャル面に複数の前記箇所が存在する場合に、前記複数の箇所の間から、電荷転送の障害の大きさを表すバリアを抽出してもよい。
　前記複数の準安定点を抽出する手順は、所定の高さ以下の前記バリアの周囲に位置する複数の前記準安定点を合体させてもよい。
　前記複数の経路を抽出する手順は、前記バリアのピーク位置から、勾配法に基づいて前記複数の経路を抽出してもよい。
　前記複数の経路を抽出する手順は、所定の高さ以下の前記バリアのピーク位置から、勾配法に基づいて前記複数の経路を抽出してもよい。
　前記複数の経路を抽出する手順は、ＮＥＢ（Nudged Elastic Band）法、ストリング法、ＣＰＲ（Conjugate Peak Refinement）法、Ｒｉｄｇｅ法、又はＤＨＳ（Dewar, Healy and Stewart）法を用いて、前記複数の経路を抽出してもよい。
　前記複数の経路を抽出する手順は、ドラッグ法を用いて前記複数の経路を抽出してもよい。
　前記複数の経路を抽出する手順は、前記複数の準安定点に含まれる任意の２つの準安定点の間の経路のうち、より静電ポテンシャルの小さい経路を優先的に選択して前記複数の経路を抽出してもよい。
　前記物理量を計算する手順は、抽出された前記複数の経路のそれぞれにおける電荷転送の障害の大きさを表すバリアを前記物理量として計算してもよい。
　前記物理量を計算する手順は、前記静電ポテンシャル場に対応する回路モデルにおける前記複数の経路の抵抗値を前記バリアとして計算してもよい。
　前記電荷輸送特性を計算する手順は、前記回路モデルにおける前記複数の経路のそれぞれの前記抵抗値を合成した合成抵抗値を計算してもよい。
　前記電荷輸送特性を計算する手順は、所定の閾値以上の前記抵抗値を考慮に入れず、前記所定の閾値未満の前記抵抗値を考慮に入れて、前記合成抵抗値を計算してもよい。
　前記電荷輸送特性を計算する手順は、前記複数の経路の物理量と、前記複数の経路を選択する確率とを乗じた値に基づいて、前記電荷輸送特性を計算してもよい。
　前記複数の経路を抽出する手順は、前記電子デバイスが固体撮像装置の場合、光電変換領域内の電荷生成分布から前記電荷生成位置を求めてもよい。
　前記複数の経路を抽出する手順は、転送電極の位置に合わせて前記電荷読出位置を設定してもよい。
　また、本開示によれば、電子デバイスの静電ポテンシャルを計算する第１計算部と、
　前記電子デバイスの静電ポテンシャル場における複数の準安定点を抽出する第１抽出部と、
　前記電子デバイスの電荷生成位置から電荷読出位置まで、前記静電ポテンシャル場における前記複数の準安定点を経由して電荷を輸送する複数の経路を抽出する第２抽出部と、
　前記複数の経路のそれぞれにおける前記静電ポテンシャル場の物理量を計算する第２計算部と、
　前記複数の経路のそれぞれにおける前記静電ポテンシャル場の物理量に基づいて、前記電荷生成位置から前記電荷読出位置までの電荷輸送特性を計算する第３計算部と、を備える、
　電荷輸送特性計算装置が提供される。
本開示の第１の実施形態に係る電荷輸送特性計算方法を説明する図である。 本開示の第１の実施形態に係る電荷輸送特性計算方法のフローチャートである。 本開示の第１の実施形態に係る静電ポテンシャル計算を説明する図である。 本開示の第１の実施形態に係る準安定点の抽出の初期状態を説明する図である。 本開示の第１の実施形態に係る準安定点の抽出の完了状態を説明する図である。 本開示の第１の実施形態に係る主要輸送経路の抽出を説明する図である。 本開示の第１の実施形態に係る回路モデル生成を説明する図である。 本開示の第１の実施形態に係る主要輸送経路の抽出を説明する図である。 図４Ａを上方から見た平面図である。 主要輸送経路の抽出の変形例を示す平面図である。 一比較例に係る電荷輸送特性計算方法を示す図である。 本開示の第１の実施形態に係る電荷輸送特性計算装置の構成を示すブロック図である。 本開示の第１の実施形態に係る電荷輸送特性計算方法が適用されうる電子デバイスの一例を示す図である。 本開示の第２の実施形態に係る準安定点の抽出の初期状態を説明する図である。 谷及びメッシュの拡大図である。 本開示の第２の実施形態に係る準安定点の抽出の完了状態を説明する図である。 本開示の第３の実施形態に係る回路モデルを示す図である。 本開示の第４の実施形態に係る電荷輸送特性計算を説明する図である。 本開示の第４の実施形態に係る移動先の準安定点の抽出を示す模式図である。 主要輸送経路の選択確率を示す円グラフである。 本開示の第５の実施形態に係る準安定点の抽出を示す図である。 本開示の第６の実施形態に係る電荷生成位置の抽出を示す図である。 本開示の第６の実施形態に係る回路モデルを示す図である。 本開示の第７の実施形態に係る電荷輸送特性計算方法が適用されうる電子デバイスの一例を示す図である。 本開示の第７の実施形態に係る準安定点の抽出手法を説明する図である。 ＶＧ領域における第１の等ポテンシャル面を示す図である。 ＶＧ領域における第２の等ポテンシャル面を示す図である。 本開示の第８の実施形態に係る電荷輸送特性計算方法が適用されうる電子デバイスの一例を示す図である。 本開示の第９の実施形態に係る準安定点の抽出手法を説明する図である。 本開示の第１０の実施形態に係る谷群を示す図である。 本開示の第１０の実施形態に係る準安定点の合体手法を示す図である。 本開示の第１１の実施形態に係る主要輸送経路の抽出手法を示す第１図である。 本開示の第１１の実施形態に係る主要輸送経路の抽出手法を示す第２図である。 本開示の第１２の実施形態に係る主要輸送経路の抽出手法を示す図である。 内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。 カメラヘッド及びＣＣＵの機能構成の一例を示すブロック図である。
　以下、図面を参照して、電荷輸送特性計算方法及び電荷輸送特性計算装置の実施形態について説明する。以下では、電荷輸送特性計算方法及び電荷輸送特性計算装置の主要な構成部分を中心に説明するが、電荷輸送特性計算方法及び電荷輸送特性計算装置には、図示又は説明されていない構成部分や機能が存在しうる。以下の説明は、図示又は説明されていない構成部分や機能を除外するものではない。
　（第１の実施形態）
　図１は、本開示の第１の実施形態に係る電荷輸送特性計算方法を説明する図である。図１の電子デバイス１は、電荷（例えば、電子ｅ）を生成するとともに、生成した電荷を後段の装置等に伝達するものであり、静電ポテンシャル場２、電荷生成位置３及び電荷読出位置４を備える。なお、本明細書では、電荷が電子である例を主に説明するが、輸送特性を計算する対象の電荷は、正孔、陽イオン、又は陰イオンを含んでもよい。
　本開示の第１の実施形態に係る電荷輸送特性計算方法は、静電ポテンシャル場２における電子ｅの輸送特性を計算する。
　図１の電子デバイス１は、フォトダイオード等の電荷生成位置３と電荷読出位置４を有する半導体デバイスである。図１の電子デバイス１は、電荷生成位置３と電荷読出位置４の間に配置される静電ポテンシャル場２を有する。静電ポテンシャル場２は、場所によってポテンシャルが変化するポテンシャル分布を有する。電荷生成位置３で生成された電子ｅは、静電ポテンシャル場２を通って電荷読出位置４まで輸送される。電荷読出位置４の近傍には、電子ｅを転送するための転送電極が配置される。
　静電ポテンシャル場２における電子ｅが通過する経路は、輸送経路と呼ばれる。輸送経路は、静電ポテンシャル場２内に複数存在し、輸送経路ごとに電子ｅが通過する際に要するポテンシャルエネルギが異なる。電子ｅは、ポテンシャルエネルギが高い輸送経路よりも、ポテンシャルエネルギが低い輸送経路を通る確率が高いことが知られている。
　静電ポテンシャル場２は、周囲よりもポテンシャル値が高い山５と、周囲よりもポテンシャル値が低い谷６とを、それぞれ複数有する。谷６はそれぞれ、電子ｅが安定的に存在しうる準安定点７を有する。準安定点７は、静電ポテンシャル場２の極小点でありうる。静電ポテンシャル場２には、通常、複数の準安定点７が存在する。
　２つの準安定点７を繋ぐ輸送経路のうち、通過に要するポテンシャルエネルギが最小となる経路は、ＭＥＰ（Minimum Energy Path）あるいは主要輸送経路８とも呼ばれる。主要輸送経路８は、電子ｅが通る可能性が最も高い輸送経路である。静電ポテンシャル場２には、準安定点７同士を接続する複数の主要輸送経路８が存在しうる。同様に、電荷生成位置３と準安定点７との間、及び準安定点７と電荷読出位置４との間においても、主要輸送経路８が存在しうる。
　複数の主要輸送経路８は、それぞれバリア９を有する。バリア９は、電子ｅの通りにくさ、すなわち複数の主要輸送経路８のそれぞれにおける電荷転送の障害の大きさを表す指標であり、ポテンシャルバリアとも呼ばれる。より具体的には、バリア９は、電子ｅが主要輸送経路８を通過するために必要なポテンシャルエネルギを決定する。バリア９の高さは、個々の主要輸送経路８上のポテンシャル変化の度合いによって決まる。ポテンシャル変化が大きいほど、バリア９はより高くなる。バリア９が高い主要輸送経路８ほど、電子ｅは通過しにくくなる。
　本実施形態に係る電荷輸送特性計算方法は、静電ポテンシャル場２内に存在する全ての輸送経路を考慮せずに、複数の準安定点７、複数の主要輸送経路８及びバリア９によって、静電ポテンシャル場２の電荷輸送特性を計算することを特徴する。
　図２は、本開示の第１の実施形態に係る電荷輸送特性計算方法のフローチャートである。図２のフローチャートの処理は、後述するように、例えば、電荷輸送特性計算装置によって実行される。まず、電子デバイス１内における静電ポテンシャルが計算される（ステップＳ１）。静電ポテンシャルは、対象とする半導体デバイスのモデル式を用いて計算することができる。ステップＳ１では、計算された静電ポテンシャルを用いて、複数の山５と複数の谷６を有する静電ポテンシャル場２が生成される。
　続いて、静電ポテンシャル場２において、複数の準安定点７が抽出される（ステップＳ２）。ステップＳ２における準安定点７の抽出には、例えば勾配法が用いられる。
　続いて、電子デバイス１の電荷生成位置３から電荷読出位置４まで、静電ポテンシャル場２における複数の準安定点７を経由して電子ｅを輸送する複数の経路が抽出される（ステップＳ３）。より具体的には、電荷生成位置３、電荷読出位置４、及び複数の準安定点７を繋ぐ複数の主要輸送経路８が抽出される。ステップＳ３における主要輸送経路８の抽出には、例えばＮＥＢ(Nudged Elastic Band)法が用いられる。
　最後に、複数の主要輸送経路８のそれぞれにおける静電ポテンシャル場２の物理量に基づいて回路モデルが生成される（ステップＳ４）。物理量とは、例えばバリア９の高さである。この回路モデルから電子デバイス１の全体の電荷輸送特性、より具体的には、電荷生成位置３から電荷読出位置４までの電荷輸送特性が計算される（ステップＳ５）。
　図３Ａ～図３Ｅは、図２の電荷輸送特性計算方法を説明する図である。図３Ａは、ステップＳ１を説明する図である。図３Ａにおける電子デバイス１は、転送電極１１を備える。電子デバイス１は、電荷生成位置３において電子ｅを生成し、転送電極１１に電圧が印加されることにより、電荷読出位置４から電子ｅが読み出される。なお、電荷読出位置４は、転送電極１１の位置に合わせて設定される。ステップＳ１によって、電子デバイス１内に複数の山５と谷６を有する静電ポテンシャル場２が生成される。図３Ａの例では、電荷生成位置３及び電荷読出位置４は静電ポテンシャル場２の内部に配置される。
　図３Ｂは、ステップＳ２の初期状態を説明する図である。上述のように、ステップＳ２においては、例えば勾配法で準安定点７が抽出される。勾配法の初期状態として、静電ポテンシャル場２に複数の初期点（初期電子）２１が設定される。複数の初期点２１は、例えば静電ポテンシャル場２に一定間隔で設定される。
　複数の初期点２１の数及び配置場所は任意であるが、複数の初期点２１での電界に基づいて静電ポテンシャル場２におけるすべての極小点が抽出されるため、初期点２１の設定に応じて勾配法の計算精度が変化し、場合によっては準安定点７の抽出漏れなどが生じうる。計算精度向上のためには、より多くの初期点２１を設定することが望ましい。図３Ｂでは、複数の初期点２１を静電ポテンシャル場２の全体に、均一に設定する例を示すが、準安定点７が多数抽出される場所に、より多くの初期点２１を設定してもよい。
　ステップＳ２の勾配法においては、複数の初期点２１が、静電ポテンシャル場２の電界の勾配に従って、より静電ポテンシャルの小さい位置へと少しずつ移動する。初期点２１の移動は、静電ポテンシャル場の谷である極小点となる位置（すなわち、準安定点７）において収束する。このような、仮想的に配置した初期点の移動が収束する位置を求める処理は、最適化とも呼ばれる。図３Ｃは、ステップＳ２の最適化が完了した状態を説明する図である。図３Ｃに示すように、静電ポテンシャル場における複数の谷６が、それぞれ準安定点７として抽出される。
　図３Ｄは、ステップＳ３を説明する図である。ステップＳ３においては電荷生成位置３と準安定点７の間、準安定点７と電荷読出位置４の間、及び２つの準安定点７の間に、それぞれ主要輸送経路８が抽出される。主要輸送経路８の抽出処理の詳細については、後述する。
　複数の主要輸送経路８のそれぞれは、ポテンシャルが一定ではなく、経路途中でポテンシャルが変化する。経路途中のポテンシャル変化の度合いがバリア９である。図３Ｄでは、各主要輸送経路８のバリア９を「Ｘ」で表記している。バリア９は、複数の主要輸送経路８のそれぞれにおける静電ポテンシャル場２の電荷転送の障害の大きさを表している。バリア９の高さは、複数の主要輸送経路８のそれぞれごとに異なる。
　図３Ｅは、ステップＳ４及びＳ５を説明する図である。ステップＳ４においては、例えば、図３Ｅに示すような回路モデル２２が生成される。回路モデル２２は、複数の主要輸送経路８に対応する複数の配線２３と、複数の準安定点７に対応する複数の接続ノード２４と、複数の主要輸送経路８のバリア９に対応する複数の抵抗２５とを有する。また、複数の配線２３に、それぞれ抵抗２５が配置される。抵抗２５は、複数の主要輸送経路８のそれぞれにおける静電ポテンシャル場２の物理量に応じた抵抗値を有する。より具体的には、抵抗２５は、対応する主要輸送経路８のバリア９の高さに応じた抵抗値を有する。このように、各主要輸送経路８のバリア９の高さを抵抗２５の抵抗値で表現することで、各主要輸送経路８のバリア９を考慮に入れることが容易になる。
　ステップＳ５では、回路モデル２２における複数の抵抗２５のそれぞれの抵抗値を合成した合成抵抗値が計算される。この合成抵抗値が、電子デバイス１の電荷生成位置３から電荷読出位置４までの電荷転送の障害の大きさを表す。回路モデル２２と、計算された合成抵抗値とを用いて、電子デバイス１の全体の電荷輸送特性が計算される。
　図４Ａ及び図４Ｂは、図２のステップＳ３の処理をより具体的に説明する図である。図４Ａは、本開示の第１の実施形態に係る主要輸送経路８の抽出を説明する図である。図４Ｂは、図４Ａを上方から見た平面図である。図４Ａ及び図４Ｂは、始点となる準安定点７ａと、終点となる準安定点７ｂとの間の主要輸送経路８を、ＮＥＢ法で抽出する例を示している。
　ＮＥＢ法においては、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、まず準安定点７ａと準安定点７ｂとの間を繋ぐ初期の輸送経路３１が設定される。初期の輸送経路３１は、例えば図４Ｂで示すような、準安定点７ａ及び７ｂを直線でつなぐ経路で表すことができる。初期の輸送経路３１は、複数の鞍点３２ａを有し、各鞍点３２ａは、輸送経路３１上に、例えば等間隔に設定される。
　ＮＥＢ法は、隣り合う鞍点３２ａ同士に作用するばね力Ｆ１と、このばね力Ｆ１に対し垂直方向に作用するばね力Ｆ２を想定する。ＮＥＢ法は、ばね力Ｆ１とばね力Ｆ２とが最小となる鞍点３２ｂを抽出する。ＮＥＢ法により、複数の鞍点３２ｂを繋ぐ輸送経路を、主要輸送経路８として抽出することができる。
　また、変形例として、主要輸送経路８の抽出にドラッグ法が用いられてもよい。図４Ｃは、ドラッグ法による主要輸送経路８の抽出を説明する平面図である。ドラッグ法は、準安定点７ａと準安定点７ｂとの間を繋ぐ直線３３に対し垂直な面３４を複数配置する。これらの面３４のそれぞれで、ポテンシャルが極小となる鞍点３２ｃが抽出される。ドラッグ法は、抽出された複数の鞍点３２ｃを繋ぐ輸送経路を、主要輸送経路８ａとして抽出する。
　ドラッグ法は、ＮＥＢ法と比較してアルゴリズムが簡単であり、計算量が少ないという特徴がある。一方、ドラッグ法は、単に静電ポテンシャルが極小となる鞍点３２ｃをそれぞれ求めているにすぎず、隣り合う鞍点の間の電界の勾配などを考慮しないため、抽出精度が低いという課題がある。このため、真の主要輸送経路８ｂとは異なる主要輸送経路８ａが抽出される可能性があるとともに、準安定点７ａと準安定点７ｂとの間のバリアが正確に抽出できない可能性がある。
　図４Ａ～図４Ｃで説明するように、図２のステップＳ３においては、より静電ポテンシャルの小さい経路を優先的に選択することで、複数の主要輸送経路８が抽出される。複数の主要輸送経路８の抽出には、ＮＥＢ法及びドラッグ法のほか、ストリング法、ＣＰＲ（Conjugate Peak Refinement）法、Ｒｉｄｇｅ法、ＤＨＳ（Dewar, Healy and Stewart）法などが用いられてもよい。
　図５は、一比較例に係る電荷輸送特性計算方法を示す図である。図５の電荷輸送特性計算方法は、静電ポテンシャル場２の状態及び複数の電子ｅの位置を細かい時間刻みで更新し、静電ポテンシャル場２の全域において複数の電子ｅの移動を詳細に解析する。
　一比較例に係る電荷輸送特性計算方法では、静電ポテンシャル場２内の、主要な輸送経路以外の輸送経路も、細かい時間刻みで計算されるため、計算量が増大してしまう上に、無駄な計算も多くなる。
　これに対して、本開示の第１の実施形態に係る電荷輸送特性計算方法は、主要輸送経路８のみを対象として解析を行うため、計算量が少なく効率的である。
　図６は、本開示の第１の実施形態に係る電荷輸送特性計算装置４０の構成を示すブロック図である。電荷輸送特性計算装置４０は、例えば半導体チップなどのハードウェアにより実現可能である。あるいは、電荷輸送特性計算装置４０は、コンピュータがソフトウェア（プログラム）を実行することにより実現可能である。
　電荷輸送特性計算装置４０は、静電ポテンシャル計算部（第１計算部）４１、準安定点抽出部（第１抽出部）４２、主要輸送経路抽出部（第２抽出部）４３、回路モデル生成部（第２計算部）４４、電荷輸送特性計算部（第３計算部）４５を備える。
　静電ポテンシャル計算部４１は、電子デバイス１の静電ポテンシャルを計算し、静電ポテンシャル場２を生成する。準安定点抽出部４２は、静電ポテンシャル場２における複数の準安定点７を抽出する。主要輸送経路抽出部４３は、電荷生成位置３、電荷読出位置４、及び複数の準安定点７を繋ぐ複数の主要輸送経路８を抽出する。回路モデル生成部４４は、複数の主要輸送経路８のそれぞれにおける静電ポテンシャル場２の物理量に基づいて回路モデル２２を生成する。電荷輸送特性計算部４５は、回路モデル２２から電子デバイス１の全体の電荷輸送特性を計算する。
　図７は、本開示の第１の実施形態に係る電荷輸送特性計算方法が適用されうる電子デバイス１の一例を示す図である。図７の電子デバイスは固体撮像装置５０である。図７に示す固体撮像装置５０は、本開示の第１の実施形態に係る電荷輸送特性計算方法によって、電荷（例えば、電子ｅ）の輸送特性を計算することができる。以下では、固体撮像装置５０が光電変換により生じた電子ｅを転送する例を説明するが、光電変換により生じた正孔を転送する場合にも適用可能である。
　固体撮像装置５０において、光電変換により生じた電子ｅが転送電極を介して画素回路に転送され、画素信号が生成される。各画素の画素信号により、画像データが生成される。固体撮像装置５０は、二元方向に配置された複数の画素を備え、各画素は、レンズ５２、カラーフィルタ５３、光電変換領域５４及び転送電極１１を備える。図７は、１画素分の断面構造を示す。
　レンズ５２は、固体撮像装置５０への入射光５１を集光する。カラーフィルタ５３は、入射光５１を波長ごとに分離する。光電変換領域５４は、レンズ５２及びカラーフィルタ５３を介して入射光５１を受光する。光電変換領域５４は、例えばフォトダイオードであり、光電変換により入射光の光量に応じた電子ｅを生成する。光電変換領域５４は、不純物イオン濃度が場所によって異なっており、静電ポテンシャル場２が形成されている。光電変換により生じた電子ｅは、静電ポテンシャル場２を通過して転送電極１１まで転送される。転送電極１１は、例えば、ゲート電極である。
　第１の実施形態に係る電荷輸送特性計算方法及び電荷輸送特性計算装置は、図７の固体撮像装置５０の光電変換領域５４での電子ｅの輸送経路を解析することができる。この場合、光電変換領域５４において光電変換により電子ｅが生じる箇所が電荷生成位置３であり、光電変換領域５４から転送電極に電子ｅが転送される箇所が電荷読出位置４である。
　本実施形態によれば、光電変換領域５４での電子の輸送経路を短時間で精度よく解析できるため、光電変換領域５４の不純物イオンの分布の設計、遮光部材の配置場所、及び転送電極の配置場所などを最適化することができる。
　このように、本開示の第１の実施形態では、静電ポテンシャル場におけるポテンシャルの山と谷を結ぶすべての経路を解析するのではなく、主要輸送経路のみを抽出して、各主要輸送経路のバリアに基づいて、電荷生成位置から電荷読出位置までの電荷輸送特性を計算する。これにより、第１の実施形態によれば、図５の一比較例と比べて少ない計算量で精度よく電荷輸送特性を計算できる。また、第１の実施形態によれば、複雑な電界の勾配を有する静電ポテンシャル場を回路モデルとして単純化できるため、電荷輸送のボトルネックとなる領域の抽出などの解析が容易である。これにより、電子デバイスの性能及び評価を効率的かつ精度よく行うことができるとともに、電子デバイスの設計を効率化でき、電子デバイスの品質を向上できる。
　（第２の実施形態）
　本開示に係る電荷輸送特性計算方法には、様々な変形例が考えられる。例えば、図２のステップＳ２における準安定点７の抽出に、探索法が用いられてもよい。図８Ａ～図８Ｃは、本開示の第２の実施形態に係る準安定点７の抽出を説明する図である。図８Ａ～図８Ｃは、本開示の第１の実施形態で説明する図３Ｂ及び図３Ｃに対応している。
　図８Ａは、探索法の初期状態を示す図である。探索法は、静電ポテンシャル場２の全体を、メッシュ６０によりメッシュ分割する。図８Ｂは、谷６及びメッシュ６０の拡大図である。メッシュ６０は、メッシュ分割された要素同士の接点に配置される格子点６１を有する。なお、本明細書では静電ポテンシャル場２が、複数の四角形の要素にメッシュ分割される例を示すが、これに限られない。例えば、静電ポテンシャル場２は複数の三角形の要素にメッシュ分割されてもよいし、四角形と三角形が混在する形でメッシュ分割されてもよい。
　格子点６１では、それぞれの位置における静電ポテンシャル場２の電界が設定される。探索法は、格子点６１を移動させて電界がゼロかつ電界の微分値が正の値を探索し、探索により発見された位置を準安定点７とする。図８Ｃは、探索法の完了状態を示す図である。図８Ｃに示すように、探索法によっても、図３Ｃと同様に複数の準安定点７が抽出できる。
　探索法では、静電ポテンシャル場２の全体が計算されるため、準安定点７の抽出漏れが生じにくい。一方、計算精度及び計算量はメッシュ幅に依存して変化する。メッシュ幅が細かい方が計算精度は向上するが、計算量は増大する。したがって、探索法においては要求される計算精度に応じたメッシュ幅が設定されることが望ましい。
　（第３の実施形態）
　図２のステップＳ４及びＳ５における回路モデル２２の計算は、一部の回路の計算が省略されてもよい。図９は、本開示の第３の実施形態に係る回路モデル２２ａを示す図である。回路モデル２２ａは、回路モデル２２の各抵抗２５のうち、抵抗値が所定の閾値以上となる抵抗２５を抽出し、抽出された抵抗２５を有する配線２３を除去したものである。
　本開示の第３の実施形態は、上述した回路モデル２２ａの合成抵抗値を計算する。すなわち、本開示の第３の実施形態に係る電荷輸送特性計算は、所定の閾値以上の抵抗値を有する配線を考慮に入れず、所定の閾値未満の抵抗値を有する配線のみを考慮に入れて、合成抵抗値を計算する。
　このように、第３の実施形態によれば、抵抗値が所定の閾値以上の抵抗２５を有する配線２３が無視されることにより、バリアが高くて、電子ｅが通過する可能性が低い主要輸送経路８が計算対象から除外される。これにより、無駄な計算を省略して、電子ｅが通過する確率の高い主要な経路のみを考慮した電荷輸送特性計算を行える。
　本開示の第３の実施形態に係る電荷輸送特性計算は、第１の実施形態に係る電荷輸送特性計算と比較してさらに計算量を削減できる。また、本開示の第３の実施形態では、より電子ｅが通過する確率の高い主要輸送経路８のみを抽出して電荷輸送特性を計算するため、計算精度を維持できる。本開示の第３の実施形態は、第１の実施形態及び第２の実施形態のいずれにも適用できる。
　（第４の実施形態）
　図２のステップＳ４及びＳ５における電子デバイス１の全体の電荷輸送特性計算に、モンテカルロ法が用いられてもよい。図１０Ａは、本開示の第４の実施形態に係る電荷輸送特性計算を説明する図である。モンテカルロ法は、図１０Ａに示すように、電子ｅが電荷生成位置３から電荷読出位置４まで移動する過程において、電子ｅが１つの準安定点７に到達するごとに、電子ｅが次に通過する主要輸送経路８を選択する。
　図１０Ｂは、本開示の第４の実施形態に係る移動先の準安定点７の抽出を示す模式図である。図１０Ｂは、電子ｅが１つの準安定点７０に存在している例を示している。図１０Ｂの例では、準安定点７１ａ、７１ｂ、７１ｃがそれぞれ準安定点７０に隣接して配置されている。準安定点７０からは準安定点７１ａ、７１ｂ、７１ｃのそれぞれに対して主要輸送経路７２ａ、７２ｂ、７２ｃが延びている。また、主要輸送経路７２ａ、７２ｂ、７２ｃは、それぞれバリア７３ａ、７３ｂ、７３ｃを有する。
　準安定点７０に存在する電子ｅは、次に通過する主要輸送経路８として、主要輸送経路７２ａ、７２ｂ、７２ｃのいずれかを選択する。主要輸送経路７２ａ、７２ｂ、７２ｃが選択される確率は、それぞれ確率Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３で表される。
　図１０Ｃは、主要輸送経路７２ａ、７２ｂ、７２ｃの選択確率を示す円グラフである。バリア７３ａ、７３ｂ、７３ｃのバリアの高さがそれぞれΔa、Δb、Δcとすると、所定の変数kBおよびTを用いて、確率Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３はそれぞれexp(-Δa/kBT)、exp(-Δb/kBT) 、exp(-Δc/kBT)で表される。すなわち、バリアの高さが高いほど、主要輸送経路８として選択される確率が下がる。また、確率Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の総和は１００％である。図１０Ｂ及び図１０Ｃは、準安定点７０から３つの主要輸送経路８が延びている例を示しているが、主要輸送経路８が２つ以下の場合、あるいは４つ以上の場合も同様に主要輸送経路８の選択確率を算出できる。
　本開示の第４の実施形態では、複数の主要輸送経路８の物理量と、複数の主要輸送経路８を選択する確率とを乗じた値に基づいて、電荷輸送特性を計算する。より具体的には、本開示の第４の実施形態では、新たな準安定点７が抽出されるたびに、その準安定点７に接続されるすべての主要輸送経路８について選択確率を計算して、次の準安定点７を抽出する処理を繰り返し行う。これにより、少ない計算量で、かつ漏れなく最適な準安定点７を抽出できる。また、本開示の第４の実施形態では、過渡計算が行われるため、電子ｅが輸送される中途の状態を解析できる。また、本開示の第４の実施形態によって、電子ｅが輸送されるための所要時間などを算出してもよい。
　本開示の第４の実施形態は、図５の一比較例と比較して、全ての輸送経路について計算する必要はなく、主要輸送経路８に関する計算のみでよい。また、図５の一比較例は細かい時間刻みの計算が必要であるのに対し、本開示の第４の実施形態は、電子ｅが準安定点７に到達するごとの計算でよいため、図５の一比較例よりも計算量が少ない。本開示の第４の実施形態は、第１の実施形態及び第２の実施形態のいずれにも適用できる。
　（第５の実施形態）
　本開示の第１～４の実施形態では、負の電荷（すなわち、電子ｅ）の輸送特性を計算する例を主に説明したが、本開示の電荷輸送特性計算は、正の電荷（例えば、正孔ｈ）に対しても適用できる。この場合、図２のステップＳ２において、静電ポテンシャルの符号反転後の極小点が、準安定点７として抽出される。図１１は、本開示の第５の実施形態に係る準安定点７ｃの抽出を示す図である。
　図１１における静電ポテンシャル場２ａは、静電ポテンシャルが符合反転されている。静電ポテンシャル場２ａは、図３Ａの谷６に対応する複数のポテンシャルの山５ａと、山５に対応する複数のポテンシャルの谷６ａを有する。準安定点７ｃは、谷６ａからそれぞれ抽出される。
　準安定点７ｃの抽出には、図３Ｂ及び図３Ｃの勾配法、図８Ａ～８Ｃの探索法のどちらが用いられてもよい。図２のステップＳ３及びＳ４については、第１の実施形態と同様に、準安定点７ｃに対して主要輸送経路８が抽出され、回路モデル２２が生成される。
　このように、本開示の第５の実施形態においては、静電ポテンシャルの符号反転後の極小点が準安定点７ｃとして抽出されることにより、正の電荷に対しても本開示の第１～４の実施形態に係る電荷輸送特性計算が適用できる。
　（第６の実施形態）
　第１～第５の実施形態に係る電荷輸送特性計算方法及び電荷輸送特性計算装置は、例えば図７の固体撮像装置５０などの光電変換により電荷を発生させる電子デバイスに適用可能である。図１２Ａは、本開示の第６の実施形態に係る電荷輸送特性計算方法及び電荷輸送特性計算装置が計算対象とする電子デバイスの静電ポテンシャル場を示す図である。図１２Ａの電子デバイス１ａは、静電ポテンシャル場２ｂが生成される光電変換領域５４ａを有する。
　静電ポテンシャル場２ｂは、電荷生成分布８０を有する。電荷生成分布８０は、光電変換により電子を発生させる位置を示す分布である。第６の実施形態は、電荷生成分布８０のうち、最も高い頻度で電子ｅを発生させる位置を、電荷生成位置３ａとする。
　図１２Ｂは、本開示の第６の実施形態に係る電荷輸送特性計算方法及び電荷輸送特性計算装置により生成される回路モデル２２ｂを示す図である。回路モデル２２ｂは、図１２Ａの電荷生成分布８０により求められる電荷生成位置３ａを始点とする。なお、回路モデル２２ｂは、第１～３の実施形態と同様の手法で生成することができる。また、本開示の第６の実施形態に係る電荷輸送特性計算においては、第４の実施形態と同様のモンテカルロ法を用いてもよい。
　光電変換を行う場所ごとに、電子と正孔の対が発生される。このため、第６の実施形態では、第５の実施形態と同様に、最も多く正孔が発生される場所を電荷生成位置３ａとして、正孔の輸送特性を計算することも可能である。
　このように、本開示の第６の実施形態は、光電変換により生成される電荷の電荷生成分布８０を用いて、回路モデル２２ｂの始点となる電荷生成位置３ａを始点として、電荷輸送特性を計算できる。このため、固体撮像装置の光電変換領域内での電荷の移動経路を精度よく解析でき、固体撮像装置の設計に利用できるとともに、固体撮像装置の品質向上を図れる。
　（第７の実施形態）
　図２のステップＳ２における準安定点７の抽出に、勾配法及び探索法以外の手法が用いられてもよい。本開示の第７の実施形態に係る電荷輸送特性計算方法では、ポテンシャルが等しい等ポテンシャル面をスキャンして、準安定点７を抽出する手法（ポテンシャルスキャン法、とも呼ぶ）が用いられる。
　図１３は、本開示の第７の実施形態に係る電荷輸送特性計算方法が適用されうる電子デバイス１（固体撮像装置５０）の一例を示す図である。図１３に示す固体撮像装置５０には、静電ポテンシャル場２に、等ポテンシャル面をスキャンさせるスキャン領域（空間領域）９０が設定される。図１３の例では、スキャン領域９０は、静電ポテンシャル場２の全域に設定される。また、図１３には、転送電極１１から静電ポテンシャル場２に延びるＶＧ（Vertical Gate）領域９１が図示される。
　図１４は、本開示の第７の実施形態に係る準安定点７の抽出手法を示す図である。図１４には、スキャン領域９０の、一次元方向のポテンシャル分布が図示される。図１４の横軸は、スキャン領域９０における一次元方向の座標位置を示し、縦軸は、ポテンシャルの大きさを示す。実際には、スキャン領域９０のポテンシャル分布は、二次元方向に広がっているが、図１４では、簡略化のために一次元方向のポテンシャル分布を示す。以下では、二次元方向に広がるポテンシャル分布の最上面をポテンシャル曲面と呼ぶ。
　図１４に示すように、ポテンシャル曲面は、複数の山５及び複数の谷６を有する。図１４の例では、ポテンシャル曲面は、位置Ｘ0及びＸ2に極小点（すなわち、準安定点７）を有し、位置Ｘ1及びＸ3に極大点（すなわち、バリア９ａのピーク位置）を有する。位置Ｘ0、Ｘ1、Ｘ2、及びＸ3におけるポテンシャルは、それぞれＰ0、Ｐ1、Ｐ2、及びＰ3である。以下、本明細書では、バリア９ａのピーク位置を、単にバリア９ａの位置とも呼ぶ。
　本開示の第７の実施形態に係る準安定点７の抽出手法では、ポテンシャルが等しい等ポテンシャル面９２を、ポテンシャルを変えながら移動させて、等ポテンシャル面９２の少なくとも一部が消失する箇所を準安定点７として抽出する。
　等ポテンシャル面９２は、ポテンシャル曲面の上方の空間領域に配置されるポテンシャルが等しい面領域である。ポテンシャルを変えながら等ポテンシャル面９２を移動させると、等ポテンシャル面９２がポテンシャル曲面と交差する。これにより、等ポテンシャル面９２には、ポテンシャル曲面との交差領域の大きさに応じた孔が形成される。ポテンシャル曲面は、上述したように複数の山５と複数の谷６を有するため、等ポテンシャル面９２のポテンシャルを低くするに従って、上述した孔の数と面積が大きくなり、やがて等ポテンシャル面９２が部分的に消失する。等ポテンシャル面９２のうち、部分的に消失した箇所が谷６の底であり、すなわち、準安定点７である。
　図１４の例で説明すると、等ポテンシャル面９２を次第に小さくすると、等ポテンシャル面９２が位置Ｘ1で最初にポテンシャル曲面と交差するため、位置Ｘ1で山５のピーク位置（バリア９ａ）が抽出される。さらに、等ポテンシャル面９２を小さくしていくと、等ポテンシャル面９２の一部（等ポテンシャル面９２ａ）が位置Ｘ0で消失する。これにより、位置Ｘ0が谷６の底（準安定点７）として抽出される。
　さらに、等ポテンシャル面９２を小さくしていくと、等ポテンシャル面９２の残る一部（等ポテンシャル面９２ｂ）において位置Ｘ3でバリア９ａが抽出される。さらに、等ポテンシャル面９２を小さくしていくと、等ポテンシャル面９２の一部（等ポテンシャル面９２ｃ）が位置Ｘ2で消失する。これにより、位置Ｘ2が準安定点７として抽出される。
　同様に、等ポテンシャル面９２の残る一部（等ポテンシャル面９２ｄ）においても、等ポテンシャル面９２を次第に小さくし、等ポテンシャル面９２の少なくとも一部が消失する位置を探索することで、準安定点７を抽出する。
　ポテンシャルスキャン法では、例えば、等ポテンシャル面９２が一定のポテンシャル間隔ΔＥ小さくなるごとに、等ポテンシャル面９２をスキャンし、等ポテンシャル面９２の少なくとも一部が消失しているか否かを判定する。
　準安定点７は、必ずしも、等ポテンシャル面９２の消失位置に基づいて抽出されなくてもよい。例えば、等ポテンシャル面９２をスキャンして、等ポテンシャル面９２の少なくとも一部の面積が十分に小さくなった（例えば、所定の閾値以下となった）場合に、当該一部が消失したとみなして、準安定点７を抽出してもよい。あるいは、十分に小さい面積を持つ等ポテンシャル面９２の少なくとも一部の重心等を、準安定点７として抽出してもよい。
　図１４の抽出手法では、準安定点７だけではなく、電荷転送の障害の大きさを表すバリア９ａの高さと、バリア９ａのピーク位置を同時に抽出することもできる。例えば、等ポテンシャル面９２が消失する位置と、その周囲の山５のピーク位置から、バリア９ａを抽出することができる。
　図１５Ａは、ＶＧ領域９１における、等ポテンシャル面９２ｅを示す図である。図１５Ｂは、図１５Ａよりもポテンシャルの低い等ポテンシャル面９２ｆを示す図である。図１５Ａ及び図１５Ｂに示すように、等ポテンシャル面９２のポテンシャルを小さくすることにより、等ポテンシャル面９２の面積が小さくなり、その一部が消失していく箇所から、準安定点７の位置が抽出される。
　上記のように、本開示の第７の実施形態に係る準安定点７の抽出手法では、ポテンシャルの高い側（ポテンシャルの上面側）から、等ポテンシャル面９２を次第に小さくしながら、等ポテンシャル面９２をスキャンする。なお、等ポテンシャル面９２のスキャンは、スキャン領域９０におけるポテンシャルの低い側（ポテンシャルの下面側）から行われてもよい。この場合、等ポテンシャル面９２が消失している箇所から等ポテンシャル面９２が発生した場合に、その箇所を準安定点７として抽出すればよい。
　このように、本開示の第７の実施形態に係る準安定点７の抽出手法では、ポテンシャルスキャン法によって準安定点７を抽出する。ポテンシャルスキャン法は、静電ポテンシャル場２における静的なポテンシャルから準安定点７を抽出できるため、計算コストが小さくて済む。
　具体的には、ポテンシャルスキャン法は、第１の実施形態に係る勾配法と比較すると、多数の初期点２１の移動を計算する必要がないため、計算コストが小さくなる。また、ポテンシャルスキャン法は、第２の実施形態に係る探索法（全メッシュ探索法、とも呼ぶ）と比較して、静電ポテンシャル場２の界面における計算処理が容易であるため、計算コストが小さくなる。
　また、ポテンシャルスキャン法は、パラメータ依存性が小さく、抽出精度が高いという特徴がある。パラメータとは、例えば、等ポテンシャル面９２をスキャンさせる際のポテンシャル間隔ΔＥなどである。ポテンシャルスキャン法は、第１の実施形態に係る勾配法と比較して、初期点２１の初期配置により準安定点７の抽出漏れが発生するおそれがない。また、第２の実施形態に係る探索法と比較して、メッシュ幅の大きさによっては、精度が著しく減少するか又は計算コストが著しく上昇するといった問題が起きない。また、第２の実施形態に係る探索法と比較して、メッシュに由来する人工的な谷６が抽出されるおそれがなく、準安定点７の抽出速度及び抽出精度を向上できる。
　ポテンシャルスキャン法は、ポテンシャル間隔ΔＥに応じて等ポテンシャル面９２のスキャン頻度が変動する。ポテンシャルスキャン法では、スキャン頻度が小さくなっても、谷の等ポテンシャル面９２が一度でも抽出できれば、抽出された等ポテンシャル面９２内から準安定点７を抽出できるため、上記の勾配法及び探索法と比較して、準安定点７の抽出漏れが生じにくい。
　本開示の第７の実施形態には、第３～第６実施形態のいずれかに係る電荷輸送特性計算方法を適用可能である。
　（第８の実施形態）
　上述した第７の実施形態では、静電ポテンシャル場２の全域をスキャン領域９０としたが、静電ポテンシャル場２の一部、より具体的には、電子デバイス１で生成される電荷が移動可能な所定の空間領域をスキャン領域９０としてもよい。
　図１６は、本開示の第８の実施形態に係る電荷輸送特性計算方法が適用されうる電子デバイス１の一例を示す図である。図１６の例では、静電ポテンシャル場２のうち、例えば、Ｐ－Ｗｅｌｌ領域９３と、ＦＤ（Floating Diffusion）拡散層９４と、を除く領域に、スキャン領域（空間領域）９０ａが設定される。
　Ｐ－Ｗｅｌｌ領域９３はポテンシャルが高く、電子ｅの転送経路にはならないため、電子ｅの輸送特性への影響が少ない。ＦＤ拡散層９４は、電子ｅの転送経路の終着点であるため、輸送特性への影響が少ない。そこで、第８の実施形態におけるスキャン領域９０ａは、静電ポテンシャル場２から、上記のような輸送特性への影響が少ない領域を除外した領域に設定される。
　等ポテンシャル面９２を抽出するスキャン領域９０ａの範囲を、静電ポテンシャル場２の一部に制限することで、計算量を削減でき、準安定点７の抽出を高速化できる。
　（第９の実施形態）
　上述した第８の実施形態では、静電ポテンシャル場２におけるスキャン領域９０ａの範囲を制限することで、準安定点７の抽出を高速化している。これに対して、本開示の第９の実施形態では、等ポテンシャル面９２を抽出するポテンシャル範囲を制限することで、準安定点７の抽出を高速化することに特徴がある。
　図１７は、本開示の第９の実施形態に係る準安定点７の抽出手法を示す図である。図１７では、電子デバイス１が取りうるポテンシャルを、３つのポテンシャル範囲９０ｂ、９３ａ、及び９４ａに分ける。ポテンシャル範囲９３ａは、Ｐ－Ｗｅｌｌ領域９３のポテンシャル範囲である。ポテンシャル範囲９４ａは、ＦＤ拡散層９４のポテンシャル範囲である。ポテンシャル範囲９３ａ及び９４ａは、電子ｅの輸送経路に影響しないため、本実施形態では、ポテンシャル範囲９３ａ及び９４ａを省略して、ポテンシャル範囲９０ｂの範囲内で、等ポテンシャル面９２を抽出する。これにより、準安定点７の抽出を高速化できる。
　図１７のように、等ポテンシャル面９２を抽出するポテンシャル範囲を、輸送に影響する範囲に制限することでも、準安定点７の抽出を高速化できる。
　（第１０の実施形態）
　図１８Ａ及び図１８Ｂは、本開示の第１０の実施形態に係る準安定点７の抽出手法を示す図である。電子デバイス１の静電ポテンシャル場２におけるポテンシャルを計算する際、静電ポテンシャル場２をメッシュに分割して、メッシュ分割された要素ごとにポテンシャルを計算する場合がある。この場合、メッシュ由来の複数の小さな谷６が生成される。図１８Ａでは、複数の小さな谷６を谷群６ｂと呼ぶ。谷群６ｂ内の複数の谷６は、それぞれ準安定点７を有する。本開示の第１０の実施形態では、図１８Ｂに示すように、複数の準安定点７の間に存在するバリア９ａを１つ以上抽出し、抽出されたバリア９ａのうち、所定の高さ以下のバリア９ａの周囲に位置する複数の準安定点７を合体させて、新たな準安定点７ｄを生成する。
　これにより、準安定点７の数を削減できる。実際には、メッシュ由来の複数の準安定点７を合体させて、準安定点７の数を減らすことができる。よって、図３Ｅのように回路モデル２２を生成する際に、抽出する配線２３の数を削減でき、計算が高速化できる。また、ノイズとなる配線２３を削減できるため、転送特性の予測精度を向上できる。
　第１０の実施形態に係る準安定点７の削減手法は、第２の実施形態に係る全メッシュ探索法等に適用されてもよい。例えば、第２の実施形態の直交メッシュに由来して形成される人工的な谷６から構成される谷群６ｂに対して、本実施形態に係る準安定点７の削減手法が適用できる。
　（第１１の実施形態）
　第1の実施形態等においては、準安定点７に基づいて、ＮＥＢ法等により主要輸送経路８を抽出する。上述のようにポテンシャルスキャン法等では、準安定点７と同時にバリア９ａを抽出することができる。本開示の第１１の実施形態では、このバリア９ａに基づいて、主要輸送経路８を抽出することに特徴がある。
　図１９Ａ及び図１９Ｂは、本開示の第１１の実施形態に係る主要輸送経路８ｃの抽出手法を示す図である。図１９Ａの例では、静電ポテンシャル場２の全域、又は静電ポテンシャル場２の一部の範囲をスキャン領域９０として等ポテンシャル面９２をスキャンし、静電ポテンシャル場２の全域又は一部の範囲における複数の準安定点７（例えば、図１４の位置Ｘ0及びＸ2）を抽出するとともに、複数の準安定点７の間から、バリア９ａのピーク位置（例えば、図１４の位置Ｘ1及びＸ3）を抽出する。
　図１９Ｂの例では、図１９Ａで抽出された全てのバリア９ａを用いて、主要輸送経路８ｃを抽出する。主要輸送経路８ｃの抽出には、例えば、勾配法が用いられる。
　勾配法では、例えば、バリア９ａのピーク位置に初期点を配置し、電荷転送の障害がより小さくなる方向へと初期点を少しずつ移動させることにより、複数の準安定点７の間における電子ｅが通る可能性が最も高い位置を抽出できる。勾配法により抽出された位置に基づいて、主要輸送経路８ｃが抽出できる。
　本開示の第１１の実施形態では、抽出された主要輸送経路８ｃに基づいて、図３Ｅ等のように回路モデル２２を生成できる。回路モデル２２に基づいて、合成抵抗値が算出できる。
　本開示の第１１の実施形態では、主要輸送経路８ｃを、勾配法を用いて抽出することにより、ＮＥＢ法等を用いる場合よりも計算を高速化できる。
　第１１の実施形態に係る主要輸送経路８ｃの抽出手法は、第２の実施形態に係る全メッシュ探索法等に適用されてもよい。
　（第１２の実施形態）
　第１１の実施形態に係る主要輸送経路８ｃの抽出手法では、準安定点７と同時に抽出される全てのバリア９ａから、主要輸送経路８ｃを抽出したが、主要輸送経路８ｃは、バリア９ａの一部から抽出されてもよい。例えば、主要輸送経路８ｃは、抽出されたバリア９ａのうち、所定の高さ以下のバリア９ａから抽出されてもよい。
　図２０は、本開示の第１２の実施形態に係る主要輸送経路８ｃの抽出手法を示す図である。図２０では、高いバリア９ａのピーク位置からは、主要輸送経路８ｃを抽出しない。高いバリア９ａのピーク位置及びその近傍は、電子ｅが通過する可能性が低く、輸送特性への影響が少ない。本開示の第１２の実施形態では、輸送特性への影響が少ない転送パスの抽出を省略でき、第１１の実施形態からさらに計算量を削減できる。
　本実施形態に係る電荷輸送特性計算装置の少なくとも一部は、ハードウェア又はソフトウェアで構成されてもよい。ソフトウェアで構成される場合には、電荷輸送特性計算装置の少なくとも一部の機能を実現するプログラムをフレキシブルディスクやＣＤ－ＲＯＭ等の記録媒体に収納し、コンピュータに読み込ませて実行させてもよい。記録媒体は、磁気ディスクや光ディスク等の着脱可能なものに限定されず、ハードディスク装置やメモリなどの固定型の記録媒体でもよい。
　また、本実施形態に係る電荷輸送特性計算方法の少なくとも一部の機能を実現するプログラムを、インターネット等の通信回線（無線通信も含む）を介して頒布してもよい。さらに、同プログラムを暗号化したり、変調をかけたり、圧縮した状態で、インターネット等の有線回線や無線回線を介して、あるいは記録媒体に収納して頒布してもよい。
　（応用例）
　本開示に係る技術（本技術）は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、内視鏡手術システムに適用されてもよい。
　図２１は、本開示に係る技術（本技術）が適用され得る内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。
　図２１では、術者（医師）１１１３１が、内視鏡手術システム１１０００を用いて、患者ベッド１１１３３上の患者１１１３２に手術を行っている様子が図示されている。図示するように、内視鏡手術システム１１０００は、内視鏡１１１００と、気腹チューブ１１１１１やエネルギー処置具１１１１２等の、その他の術具１１１１０と、内視鏡１１１００を支持する支持アーム装置１１１２０と、内視鏡下手術のための各種の装置が搭載されたカート１１２００と、から構成される。
　内視鏡１１１００は、先端から所定の長さの領域が患者１１１３２の体腔内に挿入される鏡筒１１１０１と、鏡筒１１１０１の基端に接続されるカメラヘッド１１１０２と、から構成される。図示する例では、硬性の鏡筒１１１０１を有するいわゆる硬性鏡として構成される内視鏡１１１００を図示しているが、内視鏡１１１００は、軟性の鏡筒を有するいわゆる軟性鏡として構成されてもよい。
　鏡筒１１１０１の先端には、対物レンズが嵌め込まれた開口部が設けられている。内視鏡１１１００には光源装置１１２０３が接続されており、当該光源装置１１２０３によって生成された光が、鏡筒１１１０１の内部に延設されるライトガイドによって当該鏡筒の先端まで導光され、対物レンズを介して患者１１１３２の体腔内の観察対象に向かって照射される。なお、内視鏡１１１００は、直視鏡であってもよいし、斜視鏡又は側視鏡であってもよい。
　カメラヘッド１１１０２の内部には光学系及び撮像素子が設けられており、観察対象からの反射光（観察光）は当該光学系によって当該撮像素子に集光される。当該撮像素子によって観察光が光電変換され、観察光に対応する電気信号、すなわち観察像に対応する画像信号が生成される。当該画像信号は、ＲＡＷデータとしてカメラコントロールユニット（ＣＣＵ: Camera Control Unit）１１２０１に送信される。
　ＣＣＵ１１２０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等によって構成され、内視鏡１１１００及び表示装置１１２０２の動作を統括的に制御する。さらに、ＣＣＵ１１２０１は、カメラヘッド１１１０２から画像信号を受け取り、その画像信号に対して、例えば現像処理（デモザイク処理）等の、当該画像信号に基づく画像を表示するための各種の画像処理を施す。
　表示装置１１２０２は、ＣＣＵ１１２０１からの制御により、当該ＣＣＵ１１２０１によって画像処理が施された画像信号に基づく画像を表示する。
　光源装置１１２０３は、例えばＬＥＤ（light emitting diode）等の光源から構成され、術部等を撮影する際の照射光を内視鏡１１１００に供給する。
　入力装置１１２０４は、内視鏡手術システム１１０００に対する入力インタフェースである。ユーザは、入力装置１１２０４を介して、内視鏡手術システム１１０００に対して各種の情報の入力や指示入力を行うことができる。例えば、ユーザは、内視鏡１１１００による撮像条件（照射光の種類、倍率及び焦点距離等）を変更する旨の指示等を入力する。
　処置具制御装置１１２０５は、組織の焼灼、切開又は血管の封止等のためのエネルギー処置具１１１１２の駆動を制御する。気腹装置１１２０６は、内視鏡１１１００による視野の確保及び術者の作業空間の確保の目的で、患者１１１３２の体腔を膨らめるために、気腹チューブ１１１１１を介して当該体腔内にガスを送り込む。レコーダ１１２０７は、手術に関する各種の情報を記録可能な装置である。プリンタ１１２０８は、手術に関する各種の情報を、テキスト、画像又はグラフ等各種の形式で印刷可能な装置である。
　なお、内視鏡１１１００に術部を撮影する際の照射光を供給する光源装置１１２０３は、例えばＬＥＤ、レーザ光源又はこれらの組み合わせによって構成される白色光源から構成することができる。ＲＧＢレーザ光源の組み合わせにより白色光源が構成される場合には、各色（各波長）の出力強度及び出力タイミングを高精度に制御することができるため、光源装置１１２０３において撮像画像のホワイトバランスの調整を行うことができる。また、この場合には、ＲＧＢレーザ光源それぞれからのレーザ光を時分割で観察対象に照射し、その照射タイミングに同期してカメラヘッド１１１０２の撮像素子の駆動を制御することにより、ＲＧＢそれぞれに対応した画像を時分割で撮像することも可能である。当該方法によれば、当該撮像素子にカラーフィルタを設けなくても、カラー画像を得ることができる。
　また、光源装置１１２０３は、出力する光の強度を所定の時間ごとに変更するようにその駆動が制御されてもよい。その光の強度の変更のタイミングに同期してカメラヘッド１１１０２の撮像素子の駆動を制御して時分割で画像を取得し、その画像を合成することにより、いわゆる黒つぶれ及び白とびのない高ダイナミックレンジの画像を生成することができる。
　また、光源装置１１２０３は、特殊光観察に対応した所定の波長帯域の光を供給可能に構成されてもよい。特殊光観察では、例えば、体組織における光の吸収の波長依存性を利用して、通常の観察時における照射光（すなわち、白色光）に比べて狭帯域の光を照射することにより、粘膜表層の血管等の所定の組織を高コントラストで撮影する、いわゆる狭帯域光観察（Narrow Band Imaging）が行われる。あるいは、特殊光観察では、励起光を照射することにより発生する蛍光により画像を得る蛍光観察が行われてもよい。蛍光観察では、体組織に励起光を照射し当該体組織からの蛍光を観察すること（自家蛍光観察）、又はインドシアニングリーン（ICG）等の試薬を体組織に局注するとともに当該体組織にその試薬の蛍光波長に対応した励起光を照射し蛍光像を得ること等を行うことができる。光源装置１１２０３は、このような特殊光観察に対応した狭帯域光及び／又は励起光を供給可能に構成され得る。
　図２２は、図２１に示すカメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１の機能構成の一例を示すブロック図である。
　カメラヘッド１１１０２は、レンズユニット１１４０１と、撮像部１１４０２と、駆動部１１４０３と、通信部１１４０４と、カメラヘッド制御部１１４０５と、を有する。ＣＣＵ１１２０１は、通信部１１４１１と、画像処理部１１４１２と、制御部１１４１３と、を有する。カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１とは、伝送ケーブル１１４００によって互いに通信可能に接続されている。
　レンズユニット１１４０１は、鏡筒１１１０１との接続部に設けられる光学系である。鏡筒１１１０１の先端から取り込まれた観察光は、カメラヘッド１１１０２まで導光され、当該レンズユニット１１４０１に入射する。レンズユニット１１４０１は、ズームレンズ及びフォーカスレンズを含む複数のレンズが組み合わされて構成される。
　撮像部１１４０２を構成する撮像素子は、１つ（いわゆる単板式）であってもよいし、複数（いわゆる多板式）であってもよい。撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、例えば各撮像素子によってＲＧＢそれぞれに対応する画像信号が生成され、それらが合成されることによりカラー画像が得られてもよい。あるいは、撮像部１１４０２は、３Ｄ（dimensional）表示に対応する右目用及び左目用の画像信号をそれぞれ取得するための１対の撮像素子を有するように構成されてもよい。３Ｄ表示が行われることにより、術者１１１３１は術部における生体組織の奥行きをより正確に把握することが可能になる。なお、撮像部１１４０２が多板式で構成される場合には、各撮像素子に対応して、レンズユニット１１４０１も複数系統設けられ得る。
　また、撮像部１１４０２は、必ずしもカメラヘッド１１１０２に設けられなくてもよい。例えば、撮像部１１４０２は、鏡筒１１１０１の内部に、対物レンズの直後に設けられてもよい。
　駆動部１１４０３は、アクチュエータによって構成され、カメラヘッド制御部１１４０５からの制御により、レンズユニット１１４０１のズームレンズ及びフォーカスレンズを光軸に沿って所定の距離だけ移動させる。これにより、撮像部１１４０２による撮像画像の倍率及び焦点が適宜調整され得る。
　通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部１１４０４は、撮像部１１４０２から得た画像信号をＲＡＷデータとして伝送ケーブル１１４００を介してＣＣＵ１１２０１に送信する。
　また、通信部１１４０４は、ＣＣＵ１１２０１から、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を受信し、カメラヘッド制御部１１４０５に供給する。当該制御信号には、例えば、撮像画像のフレームレートを指定する旨の情報、撮像時の露出値を指定する旨の情報、並びに／又は撮像画像の倍率及び焦点を指定する旨の情報等、撮像条件に関する情報が含まれる。
　なお、上記のフレームレートや露出値、倍率、焦点等の撮像条件は、ユーザによって適宜指定されてもよいし、取得された画像信号に基づいてＣＣＵ１１２０１の制御部１１４１３によって自動的に設定されてもよい。後者の場合には、いわゆるＡＥ（Auto Exposure）機能、ＡＦ（Auto Focus）機能及びＡＷＢ（Auto White Balance）機能が内視鏡１１１００に搭載されていることになる。
　カメラヘッド制御部１１４０５は、通信部１１４０４を介して受信したＣＣＵ１１２０１からの制御信号に基づいて、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御する。
　通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２から、伝送ケーブル１１４００を介して送信される画像信号を受信する。
　また、通信部１１４１１は、カメラヘッド１１１０２に対して、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を送信する。画像信号や制御信号は、電気通信や光通信等によって送信することができる。
　画像処理部１１４１２は、カメラヘッド１１１０２から送信されたＲＡＷデータである画像信号に対して各種の画像処理を施す。
　制御部１１４１３は、内視鏡１１１００による術部等の撮像、及び、術部等の撮像により得られる撮像画像の表示に関する各種の制御を行う。例えば、制御部１１４１３は、カメラヘッド１１１０２の駆動を制御するための制御信号を生成する。
　また、制御部１１４１３は、画像処理部１１４１２によって画像処理が施された画像信号に基づいて、術部等が映った撮像画像を表示装置１１２０２に表示させる。この際、制御部１１４１３は、各種の画像認識技術を用いて撮像画像内における各種の物体を認識してもよい。例えば、制御部１１４１３は、撮像画像に含まれる物体のエッジの形状や色等を検出することにより、鉗子等の術具、特定の生体部位、出血、エネルギー処置具１１１１２の使用時のミスト等を認識することができる。制御部１１４１３は、表示装置１１２０２に撮像画像を表示させる際に、その認識結果を用いて、各種の手術支援情報を当該術部の画像に重畳表示させてもよい。手術支援情報が重畳表示され、術者１１１３１に提示されることにより、術者１１１３１の負担を軽減することや、術者１１１３１が確実に手術を進めることが可能になる。
　カメラヘッド１１１０２及びＣＣＵ１１２０１を接続する伝送ケーブル１１４００は、電気信号の通信に対応した電気信号ケーブル、光通信に対応した光ファイバ、又はこれらの複合ケーブルである。
　ここで、図示する例では、伝送ケーブル１１４００を用いて有線で通信が行われていたが、カメラヘッド１１１０２とＣＣＵ１１２０１との間の通信は無線で行われてもよい。
　以上、本開示に係る技術が適用され得る内視鏡手術システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、カメラヘッド１１１０２の撮像部１１４０２に適用され得る。具体的には、本開示に係る電荷輸送特性計算方法によって品質が改善された図７の固体撮像装置５０を、撮像部１１４０２に適用することができる。撮像部１１４０２に本開示に係る技術を適用することにより、より鮮明な術部画像を得ることができるため、術者が術部を確実に確認することが可能になる。
　なお、ここでは、一例として内視鏡手術システムについて説明したが、本開示に係る技術は、その他、例えば、顕微鏡手術システム等に適用されてもよい。
　なお、本技術は以下のような構成を取ることができる。
（１）電子デバイスの静電ポテンシャルを計算する手順と、
　前記電子デバイスの静電ポテンシャル場における複数の準安定点を抽出する手順と、
　前記電子デバイスの電荷生成位置から電荷読出位置まで、前記静電ポテンシャル場における前記複数の準安定点を経由して電荷を輸送する複数の経路を抽出する手順と、
　前記複数の経路のそれぞれにおける前記静電ポテンシャル場の物理量を計算する手順と、
　前記複数の経路のそれぞれにおける前記静電ポテンシャル場の物理量に基づいて、前記電荷生成位置から前記電荷読出位置までの電荷輸送特性を計算する手順と、を備える、
　電荷輸送特性計算方法。
（２）前記準安定点は、前記静電ポテンシャル場の極小点である、
　（１）に記載の電荷輸送特性計算方法。
（３）前記電子デバイスが輸送する電荷は、正の電荷又は負の電荷であり、
　前記準安定点は、前記電子デバイスが前記負の電荷を輸送する場合、前記電子デバイスの静電ポテンシャルの極小点であり、前記電子デバイスが前記正の電荷を輸送する場合、前記電子デバイスの静電ポテンシャルの符号反転後の極小点である、
　（２）に記載の電荷輸送特性計算方法。
（４）前記電荷輸送特性を計算する対象の前記電荷は、正孔、陽イオン、電子、又は陰イオンの少なくとも一つである、
　（３）に記載の電荷輸送特性計算方法。
（５）前記複数の準安定点を抽出する手順は、前記静電ポテンシャル場の電界の勾配に従って複数の前記極小点を抽出する、
　（２）乃至（４）のいずれか一項に記載の電荷輸送特性計算方法。
（６）前記複数の準安定点を抽出する手順は、前記静電ポテンシャル場に複数の初期点を設定し、前記複数の初期点での電界に基づいて前記静電ポテンシャル場におけるすべての前記極小点を抽出する、
　（５）に記載の電荷輸送特性計算方法。
（７）前記複数の準安定点を抽出する手順は、前記静電ポテンシャル場をメッシュ分割して、メッシュの各格子点の電界がゼロで、かつ前記電界の微分値が正の点を前記準安定点として抽出する、
　（２）乃至（４）のいずれか一項に記載の電荷輸送特性計算方法。
（８）前記複数の準安定点を抽出する手順は、前記電子デバイスの静電ポテンシャル場において、ポテンシャルが等しい等ポテンシャル面をポテンシャルを変えながら移動させて、前記等ポテンシャル面の少なくとも一部が消失する箇所を前記準安定点として抽出する、
　（２）乃至（４）のいずれか一項に記載の電荷輸送特性計算方法。
（９）前記複数の準安定点を抽出する手順は、前記電子デバイスで生成された電荷が移動可能な所定の空間領域において、前記等ポテンシャル面を移動させて前記準安定点を抽出する、
　（８）に記載の電荷輸送特性計算方法。
（１０）前記複数の準安定点を抽出する手順は、前記静電ポテンシャル場における所定のポテンシャル範囲内で前記等ポテンシャル面を移動させて前記準安定点を抽出する、
　（８）又は（９）に記載の電荷輸送特性計算方法。
（１１）前記複数の準安定点を抽出する手順は、前記等ポテンシャル面に複数の前記箇所が存在する場合に、前記複数の箇所の間から、電荷転送の障害の大きさを表すバリアを抽出する、
　（８）乃至（１０）のいずれか一項に記載の電荷輸送特性計算方法。
（１２）前記複数の準安定点を抽出する手順は、所定の高さ以下の前記バリアの周囲に位置する複数の前記準安定点を合体させる、
　（１１）に記載の電荷輸送特性計算方法。
（１３）前記複数の経路を抽出する手順は、前記バリアのピーク位置から、勾配法に基づいて前記複数の経路を抽出する、
　（１１）又は（１２）に記載の電荷輸送特性計算方法。
（１４）前記複数の経路を抽出する手順は、所定の高さ以下の前記バリアのピーク位置から、勾配法に基づいて前記複数の経路を抽出する、
　（１３）に記載の電荷輸送特性計算方法。
（１５）前記複数の経路を抽出する手順は、ＮＥＢ（Nudged Elastic Band）法、ストリング法、ＣＰＲ（Conjugate Peak Refinement）法、Ｒｉｄｇｅ法、又はＤＨＳ（Dewar, Healy and Stewart）法を用いて、前記複数の経路を抽出する、
　（１）乃至（１１）のいずれか一項に記載の電荷輸送特性計算方法。
（１６）前記複数の経路を抽出する手順は、ドラッグ法を用いて前記複数の経路を抽出する、
　（１）乃至（１１）のいずれか一項に記載の電荷輸送特性計算方法。
（１７）前記複数の経路を抽出する手順は、前記複数の準安定点に含まれる任意の２つの準安定点の間の経路のうち、より静電ポテンシャルの小さい経路を優先的に選択して前記複数の経路を抽出する、
　（１５）又は（１６）に記載の電荷輸送特性計算方法。
（１８）前記物理量を計算する手順は、抽出された前記複数の経路のそれぞれにおける電荷転送の障害の大きさを表すバリアを前記物理量として計算する、
　（１）乃至（１７）のいずれか一項に記載の電荷輸送特性計算方法。
（１９）前記物理量を計算する手順は、前記静電ポテンシャル場に対応する回路モデルにおける前記複数の経路の抵抗値を前記バリアとして計算する、
　（１８）に記載の電荷輸送特性計算方法。
（２０）前記電荷輸送特性を計算する手順は、前記回路モデルにおける前記複数の経路のそれぞれの前記抵抗値を合成した合成抵抗値を計算する、
　（１９）に記載の電荷輸送特性計算方法。
（２１）前記電荷輸送特性を計算する手順は、所定の閾値以上 の前記抵抗値を考慮に入れず、前記所定の閾値未満の前記抵抗値を考慮に入れて、前記合成抵抗値を計算する、
　（２０）に記載の電荷輸送特性計算方法。
（２２）前記電荷輸送特性を計算する手順は、前記複数の経路の物理量と、前記複数の経路を選択する確率とを乗じた値に基づいて、前記電荷輸送特性を計算する、
　（１）乃至（２１）のいずれか一項に記載の電荷輸送特性計算方法。
（２３）前記複数の経路を抽出する手順は、前記電子デバイスが固体撮像装置の場合、光電変換領域内の電荷生成分布から前記電荷生成位置を求める、
　（１）乃至（２２）のいずれか一項に記載の電荷輸送特性計算方法。
（２４）前記複数の経路を抽出する手順は、転送電極の位置に合わせて前記電荷読出位置を設定する、
　（２３）に記載の電荷輸送特性計算方法。
（２５）電子デバイスの静電ポテンシャルを計算する第１計算部と、
　前記電子デバイスの静電ポテンシャル場における複数の準安定点を抽出する第１抽出部と、
　前記電子デバイスの電荷生成位置から電荷読出位置まで、前記静電ポテンシャル場における前記複数の準安定点を経由して電荷を輸送する複数の経路を抽出する第２抽出部と、
　前記複数の経路のそれぞれにおける前記静電ポテンシャル場の物理量を計算する第２計算部と、
　前記複数の経路のそれぞれにおける前記静電ポテンシャル場の物理量に基づいて、前記電荷生成位置から前記電荷読出位置までの電荷輸送特性を計算する第３計算部と、を備える、
　電荷輸送特性計算装置。
　本開示の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本開示の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本開示の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。
　１、１ａ　電子デバイス、２、２ａ、２ｂ　静電ポテンシャル場、３、３ａ　電荷生成位置、４　電荷読出位置、５、５ａ　山、６、６ａ　谷、６ｂ　谷群、７、７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７０、７１ａ、７１ｂ、７１ｃ　準安定点、８、８ａ、８ｂ、８ｃ、７２ａ、７２ｂ、７２ｃ　主要輸送経路、９、９ａ、７３ａ、７３ｂ、７３ｃ　バリア、１１　転送電極、２１　初期点、２２、２２ａ、２２ｂ　回路モデル、２３　配線、２４　接続ノード、２５　抵抗、３１　輸送経路、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ　鞍点、３３　直線、３４　面、４０　電荷輸送特性計算装置、４１　静電ポテンシャル計算部、４２　準安定点抽出部、４３　主要輸送経路抽出部、４４　回路モデル生成部、４５　電荷輸送特性計算部、５０　固体撮像装置、５１　入射光、５２　レンズ、５３　カラーフィルタ、５４、５４ａ　光電変換領域、６０　メッシュ、６１　格子点、８０　電荷生成分布、９０、９０ａ　スキャン領域、９０ｂ、９３ａ、９４ａ　ポテンシャル範囲、９１　ＶＧ領域、９２、９２ａ、９２ｂ、９２ｃ、９２ｄ、９２ｅ、９２ｆ　等ポテンシャル面、９３　Ｐ－Ｗｅｌｌ領域、９４　ＦＤ拡散層

Claims (25)

  1. 　電子デバイスの静電ポテンシャルを計算する手順と、
    　前記電子デバイスの静電ポテンシャル場における複数の準安定点を抽出する手順と、
    　前記電子デバイスの電荷生成位置から電荷読出位置まで、前記静電ポテンシャル場における前記複数の準安定点を経由して電荷を輸送する複数の経路を抽出する手順と、
    　前記複数の経路のそれぞれにおける前記静電ポテンシャル場の物理量を計算する手順と、
    　前記複数の経路のそれぞれにおける前記静電ポテンシャル場の物理量に基づいて、前記電荷生成位置から前記電荷読出位置までの電荷輸送特性を計算する手順と、を備える、
    　電荷輸送特性計算方法。
  2. 　前記準安定点は、前記静電ポテンシャル場の極小点である、
    　請求項１に記載の電荷輸送特性計算方法。
  3. 　前記電子デバイスが輸送する電荷は、正の電荷又は負の電荷であり、
    　前記準安定点は、前記電子デバイスが前記負の電荷を輸送する場合、前記電子デバイスの静電ポテンシャルの極小点であり、前記電子デバイスが前記正の電荷を輸送する場合、前記電子デバイスの静電ポテンシャルの符号反転後の極小点である、
    　請求項２に記載の電荷輸送特性計算方法。
  4. 　前記電荷輸送特性を計算する対象の前記電荷は、正孔、陽イオン、電子、又は陰イオンの少なくとも一つである、
    　請求項３に記載の電荷輸送特性計算方法。
  5. 　前記複数の準安定点を抽出する手順は、前記静電ポテンシャル場の電界の勾配に従って複数の前記極小点を抽出する、
    　請求項２に記載の電荷輸送特性計算方法。
  6. 　前記複数の準安定点を抽出する手順は、前記静電ポテンシャル場に複数の初期点を設定し、前記複数の初期点での電界に基づいて前記静電ポテンシャル場におけるすべての前記極小点を抽出する、
    　請求項５に記載の電荷輸送特性計算方法。
  7. 　前記複数の準安定点を抽出する手順は、前記静電ポテンシャル場をメッシュ分割して、メッシュの各格子点の電界がゼロで、かつ前記電界の微分値が正の点を前記準安定点として抽出する、
    　請求項２に記載の電荷輸送特性計算方法。
  8. 　前記複数の準安定点を抽出する手順は、前記電子デバイスの静電ポテンシャル場において、ポテンシャルが等しい等ポテンシャル面をポテンシャルを変えながら移動させて、前記等ポテンシャル面の少なくとも一部が消失する箇所を前記準安定点として抽出する、
    　請求項２に記載の電荷輸送特性計算方法。
  9. 　前記複数の準安定点を抽出する手順は、前記電子デバイスで生成された電荷が移動可能な所定の空間領域において、前記等ポテンシャル面を移動させて前記準安定点を抽出する、
    　請求項８に記載の電荷輸送特性計算方法。
  10. 　前記複数の準安定点を抽出する手順は、前記静電ポテンシャル場における所定のポテンシャル範囲内で前記等ポテンシャル面を移動させて前記準安定点を抽出する、
    　請求項８に記載の電荷輸送特性計算方法。
  11. 　前記複数の準安定点を抽出する手順は、前記等ポテンシャル面に複数の前記箇所が存在する場合に、前記複数の箇所の間から、電荷転送の障害の大きさを表すバリアを抽出する、
    　請求項８に記載の電荷輸送特性計算方法。
  12. 　前記複数の準安定点を抽出する手順は、所定の高さ以下の前記バリアの周囲に位置する複数の前記準安定点を合体させる、
    　請求項１１に記載の電荷輸送特性計算方法。
  13. 　前記複数の経路を抽出する手順は、前記バリアのピーク位置から、勾配法に基づいて前記複数の経路を抽出する、
    　請求項１１に記載の電荷輸送特性計算方法。
  14. 　前記複数の経路を抽出する手順は、所定の高さ以下の前記バリアのピーク位置から、勾配法に基づいて前記複数の経路を抽出する、
    　請求項１３に記載の電荷輸送特性計算方法。
  15. 　前記複数の経路を抽出する手順は、ＮＥＢ（Nudged Elastic Band）法、ストリング法、ＣＰＲ（Conjugate Peak Refinement）法、Ｒｉｄｇｅ法、又はＤＨＳ（Dewar, Healy and Stewart）法を用いて、前記複数の経路を抽出する、
    　請求項１に記載の電荷輸送特性計算方法。
  16. 　前記複数の経路を抽出する手順は、ドラッグ法を用いて前記複数の経路を抽出する、
    　請求項１に記載の電荷輸送特性計算方法。
  17. 　前記複数の経路を抽出する手順は、前記複数の準安定点に含まれる任意の２つの準安定点の間の経路のうち、より静電ポテンシャルの小さい経路を優先的に選択して前記複数の経路を抽出する、
    　請求項１５に記載の電荷輸送特性計算方法。
  18. 　前記物理量を計算する手順は、抽出された前記複数の経路のそれぞれにおける電荷転送の障害の大きさを表すバリアを前記物理量として計算する、
    　請求項１に記載の電荷輸送特性計算方法。
  19. 　前記物理量を計算する手順は、前記静電ポテンシャル場に対応する回路モデルにおける前記複数の経路の抵抗値を前記バリアとして計算する、
    　請求項１８に記載の電荷輸送特性計算方法。
  20. 　前記電荷輸送特性を計算する手順は、前記回路モデルにおける前記複数の経路のそれぞれの前記抵抗値を合成した合成抵抗値を計算する、
    　請求項１９に記載の電荷輸送特性計算方法。
  21. 　前記電荷輸送特性を計算する手順は、所定の閾値以上の前記抵抗値を考慮に入れず、前記所定の閾値未満の前記抵抗値を考慮に入れて、前記合成抵抗値を計算する、
    　請求項２０に記載の電荷輸送特性計算方法。
  22. 　前記電荷輸送特性を計算する手順は、前記複数の経路の物理量と、前記複数の経路を選択する確率とを乗じた値に基づいて、前記電荷輸送特性を計算する、
    　請求項１に記載の電荷輸送特性計算方法。
  23. 　前記複数の経路を抽出する手順は、前記電子デバイスが固体撮像装置の場合、光電変換領域内の電荷生成分布から前記電荷生成位置を求める、
    　請求項１に記載の電荷輸送特性計算方法。
  24. 　前記複数の経路を抽出する手順は、転送電極の位置に合わせて前記電荷読出位置を設定する、
    　請求項２３に記載の電荷輸送特性計算方法。
  25. 　電子デバイスの静電ポテンシャルを計算する第１計算部と、
    　前記電子デバイスの静電ポテンシャル場における複数の準安定点を抽出する第１抽出部と、
    　前記電子デバイスの電荷生成位置から電荷読出位置まで、前記静電ポテンシャル場における前記複数の準安定点を経由して電荷を輸送する複数の経路を抽出する第２抽出部と、
    　前記複数の経路のそれぞれにおける前記静電ポテンシャル場の物理量を計算する第２計算部と、
    　前記複数の経路のそれぞれにおける前記静電ポテンシャル場の物理量に基づいて、前記電荷生成位置から前記電荷読出位置までの電荷輸送特性を計算する第３計算部と、を備える、
    　電荷輸送特性計算装置。
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