CN111477692B - 光电二极管和有机传感器以及电子装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种光电二极管、包括该光电二极管的有机传感器、以及包括该光电二极管或者该有机传感器的电子装置。该光电二极管包括：彼此面对的第一电极和第二电极；在第一电极和第二电极之间的光电转换层；和在光电转换层上的补偿层，该补偿层配置为补偿光的吸收和反射。光电转换层与在第一波长处具有光吸收峰且在第二波长处具有反射峰的第一光谱相关，第一波长和第二波长都在大约750nm至大约1200nm的波长区域内。光电二极管与在第三波长处具有光吸收峰的第二光谱相关，第三波长在大约750nm至大约1200nm的波长区域内，第三波长不同于第一波长。

Description

光电二极管和有机传感器以及电子装置
技术领域
公开了光电二极管、有机传感器和电子装置。
背景技术
成像器件用于数字照相机、摄像放像机等中以拍摄图像并将所拍摄的图像储存为电信号，成像器件包括可以将入射光分离成由分离的波长区域定义的分离的分量并将每个分离的分量转换成电信号的传感器。因此，将理解，传感器可以检测在分离的波长区域中的入射光。
近年来，为了改善传感器在低照明环境中的灵敏性或为了用作生物器件，已经研究了配置为检测近红外波长区域中的光的光电二极管。
发明内容
一些示例实施方式提供一种光电二极管，该光电二极管配置为在近红外波长区域中表现出改善的光学性质和电特性。
一些示例实施方式提供一种包括光电二极管的光学传感器。
一些示例实施方式提供一种包括光电二极管或有机传感器的电子装置。
根据一些示例实施方式，一种光电二极管包括：彼此面对的第一电极和第二电极；在第一电极和第二电极之间的光电转换层，该光电转换层与在第一波长处具有光吸收峰且在第二波长处具有反射峰的第一光谱相关，第一波长和第二波长都在大约750nm至大约1200nm的波长区域内；以及在光电转换层上的补偿层，该补偿层配置为补偿光电二极管在一个或更多个波长区域中的光吸收特性和反射特性，其中光电二极管与在第三波长处具有光吸收峰的第二光谱相关，第三波长在大约750nm至大约1200nm的波长区域内，第三波长不同于第一波长。
第一波长和第二波长之差可以小于或等于大约50nm。
第三波长可以是比第一波长长的波长。
第三波长可以是比第一波长长大约5nm至大约50nm的波长。
光电二极管在第三波长处的吸收率和反射率之差可以大于光电转换层在第一波长处的吸收率和反射率之差。
补偿层可以包括传输电荷的光吸收材料。
补偿层可以在第二电极和光电转换层之间。
补偿层可以包括包含传输电荷的光吸收材料的第一补偿层和包含具有大约1.5至大约2.5的折射率的材料的第二补偿层。
第一补偿层可以在第二电极的第一表面上，第二补偿层可以在第二电极的相反的第二表面上。
第一补偿层和第二补偿层可以分别设置在第二电极上。
光电转换层可以包括有机光吸收材料，该有机光吸收材料与在第五波长处具有光吸收峰且在第六波长处具有反射峰的第三光谱相关，第五波长和第六波长在大约750nm至大约1200nm的波长区域内。第五波长和第六波长之差小于或等于大约50nm。
第五波长和第六波长可以在大约750nm至大约850nm的波长区域内。
第一波长和第二波长可以分别在大约750nm至大约850nm的波长区域内。
第三波长可以在大约755nm至大约900nm的波长区域内。
根据一些示例实施方式，一种光电二极管包括：第一电极；包括有机光吸收材料的光电转换层；以及第二电极，其中光电转换层与在第一波长处具有光吸收峰且在第二波长处具有反射峰的第一光谱相关，第一波长和第二波长都在大约750nm至大约1200nm的波长区域内，其中光电二极管还包括在光电转换层上的补偿层，其中光电二极管与在大约750nm至大约1200nm的波长区域内的第三波长处具有光吸收峰的第二光谱相关，光电二极管在第三波长处的吸收率和反射率之差大于光电转换层在第一波长处的吸收率和反射率之差。
第一波长和第二波长之差可以小于或等于大约50nm。
第一波长和第二波长可以在大约750nm至大约850nm的波长区域内。
第三波长可以在大约755nm至大约900nm的波长区域内。
有机光吸收材料可以与在第五波长处具有光吸收峰且在第六波长处具有反射峰的第三光谱相关，第五波长和第六波长在大约750nm至大约1200nm的波长区域内。第五波长和第六波长之差可以小于或等于大约50nm。
第五波长和第六波长可以在大约750nm至大约850nm的波长区域内。
补偿层可以包括传输电荷的光吸收材料。
补偿层可以包括包含传输电荷的光吸收材料的第一补偿层和包含具有大约1.5至大约2.5的折射率的材料的第二补偿层。
第一补偿层可以在光电转换层和第二电极之间并且可以在第二电极的第一表面上，第二补偿层可以在第二电极的相反的第二表面上。
第一补偿层和第二补偿层可以在第二电极的公共表面上，第一补偿层可以在第二电极和第二补偿层之间。
根据一些示例实施方式，提供一种包括光电二极管的有机传感器。
根据一些示例实施方式，提供一种包括光电二极管或有机传感器的电子装置。
根据一些示例实施方式，有机传感器可以包括半导体基板和在半导体基板上的第一光电二极管。第一光电二极管可以配置为吸收特定波长谱的入射光并将其转换成电信号。第一光电二极管可以包括：彼此面对的第一电极和第二电极；在第一电极和第二电极之间的光电转换层，该光电转换层与在第一波长处具有光吸收峰且在第二波长处具有反射峰的第一光谱相关，第一波长和第二波长都在大约750nm至大约1200nm的波长区域内；和在光电转换层上的补偿层。第一光电二极管可以与在第三波长处具有光吸收峰的第二光谱相关。第三波长可以在大约750nm至大约1200nm的波长区域内。第三波长可以不同于第一波长。第一光电二极管在第三波长处的吸收率和反射率之差可以大于光电转换层在第一波长处的吸收率和反射率之差。
有机传感器还可以包括在半导体基板上的多个光电二极管。所述多个光电二极管中的每个光电二极管可以配置为吸收不同波长谱的入射光并将其转换成电信号。所述多个光电二极管可以包括第一光电二极管。
所述多个光电二极管可以垂直地堆叠在半导体基板上，使得所述多个光电二极管在垂直于半导体基板的顶表面延伸的方向上彼此交叠。
所述多个光电二极管中的一个光电二极管可以在垂直于半导体基板的顶表面延伸的方向上与所述多个光电二极管中的另一个光电二极管的有限部分交叠。
所述多个光电二极管可以水平地布置在半导体基板上，使得所述多个光电二极管在平行于半导体基板的顶表面延伸的方向上彼此交叠。
特定波长谱的入射光可以包括红外或近红外波长谱的入射光。
有机传感器还可以包括被集成到半导体基板中的光传感器。光传感器可以配置为将分离的波长谱的入射光转换成电信号。
有机传感器还可以包括配置为选择性地透射另一波长谱的入射光到光传感器的滤色器。另一波长谱的入射光可以包括至少所述分离的波长谱的入射光，使得光传感器被配置为吸收所述分离的波长谱的入射光。
第一光电二极管可以在滤色器和光传感器之间。
光传感器可以在滤色器和第一光电二极管之间。
电子装置可以包括有机传感器。
根据一些示例实施方式，光电二极管可以包括彼此面对的第一电极和第二电极以及在第一电极和第二电极之间的光电转换层。光电转换层可以与在第一波长处具有光吸收峰且在第二波长处具有反射峰的第一光谱相关。第一波长和第二波长可以都在大约750nm至大约1200nm的波长区域内。光电二极管可以与在第三波长处具有光吸收峰的第二光谱相关。第三波长可以在大约750nm至大约1200nm的波长区域内。第三波长可以不同于第一波长。光电二极管在第三波长处的吸收率和反射率之差可以大于光电转换层在第一波长处的吸收率和反射率之差。
第二电极可以配置为补偿光电二极管在一个或更多个波长区域中的光吸收和反射特性。
第二电极可以包括传输电荷的光吸收材料。
第二电极还可以包括具有大约1.5至大约2.5的折射率的材料。
光电二极管还可以包括在光电转换层上的补偿层。补偿层可以配置为补偿光电二极管在一个或更多个波长区域中的光吸收和反射特性。
第一波长和第二波长之差可以小于或等于大约50nm。
第三波长可以是比第一波长长的波长。
第三波长可以是比第一波长长大约5nm至大约50nm的波长。
光电二极管在第三波长处的吸收率和反射率之差可以大于光电转换层在第一波长处的吸收率和反射率之差。
光电转换层可以包括有机光吸收材料。有机光吸收材料可以与在第五波长处具有光吸收峰且在第六波长处具有反射峰的第三光谱相关。第五波长和第六波长可以在大约750nm至大约1200nm的波长区域内。第五波长和第六波长之差可以小于或等于大约50nm。
第五波长和第六波长可以在大约750nm至大约850nm的波长区域内。
光电二极管可以表现出改善的光学性质和电特性。
附图说明
图1是根据一些示例实施方式的光电二极管的剖视图；
图2是根据一些示例实施方式的光电二极管的剖视图；
图3是根据一些示例实施方式的光电二极管的剖视图；
图4是根据一些示例实施方式的光电二极管的剖视图；
图5是根据一些示例实施方式的光电二极管的剖视图；
图6是根据一些示例实施方式的光电二极管的剖视图；
图7是根据一些示例实施方式的有机传感器的剖视图；
图8是根据一些示例实施方式的有机传感器的剖视图；
图9是根据一些示例实施方式的有机传感器的剖视图；
图10是根据一些示例实施方式的图9的有机传感器的透视图；
图11是根据一些示例实施方式的有机传感器的示意性剖视图；
图12是根据一些示例实施方式的有机传感器的示意性剖视图；
图13是根据一些示例实施方式显示有机传感器的剖视图；
图14是根据一些示例实施方式的有机传感器的透视图；
图15是根据一些示例实施方式的显示图14的有机传感器的示意性剖视图；
图16是根据一些示例实施方式的有机传感器的示意性剖视图；
图17是根据一些示例实施方式的有机传感器的透视图；
图18是根据一些示例实施方式的显示图17的有机传感器的示意性剖视图；
图19是根据一些示例实施方式的电子装置的示意图；
图20是显示根据示例2的光电二极管的光谱的曲线图；
图21是显示根据示例3的光电二极管的光谱的曲线图；
图22是显示根据参考示例II的光电二极管的光谱的曲线图；
图23是显示根据示例4的光电二极管的光谱的曲线图；
图24是显示根据示例5的光电二极管的光谱的曲线图；
图25是显示根据参考示例III的光电二极管的光谱的曲线图；
图26是显示根据示例6的光电二极管的光谱的曲线图；以及
图27是显示根据示例7的光电二极管的光谱的曲线图。
具体实施方式
在下文，将详细描述本公开的一些示例实施方式，使得本领域技术人员将理解该示例实施方式。然而，本公开可以以许多不同形式实施，且将不被理解为限于在这里阐述的示例实施方式。
在图中，为了清晰，夸大了层、膜、面板、区域等的厚度。
将理解，当元件诸如层、膜、区域或基板被称为“在”另一元件“上”时，它可以直接在所述另一元件上，或者也可以存在居间元件。相反，当一元件被称为“直接在”另一元件“上”时，不存在居间元件。
如本文所用，当没有另外提供定义时，“取代的”可以指化合物或基团的氢被选自以下的取代基取代：卤素原子、羟基、烷氧基、硝基、氰基、氨基、叠氮基、脒基、肼基、亚肼基、羰基、氨甲酰基、巯基、酯基、羧基或其盐、磺酸基或其盐、磷酸基或其盐、C1至C20烷基、C2至C20烯基、C2至C20炔基、C6至C30芳基、C7至C30芳烷基、C1至C30烷氧基、C1至C20杂烷基、C3至C20杂芳烷基、C3至C30环烷基、C3至C15环烯基、C6至C15环炔基、C3至C30杂芳基、C3至C30杂环烷基、及其组合。
在下文，描述了根据一些示例实施方式的光电二极管(“光电器件”、“光电转换器件”等)。
图1是根据一些示例实施方式的光电二极管的剖视图。
参考图1，根据一些示例实施方式的光电二极管100包括彼此面对的第一电极10和第二电极20、在第一电极10和第二电极20之间的光电转换层30、以及在光电转换层30上的补偿层40。
基板(未示出)可以设置在第一电极10侧或第二电极20侧。在一些示例实施方式中，基板可以由以下材料制成：诸如玻璃的无机材料；诸如聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙二醇对酞酸酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚酰胺聚醚砜或其组合的有机材料；或硅晶片。基板可以是密封基板。基板可以被省略。
第一电极10和第二电极20的其中之一是阳极，另一个是阴极。在一些示例实施方式中，第一电极10可以是阳极，第二电极20可以是阴极。在一些示例实施方式中，第一电极10可以是阴极，第二电极20可以是阳极。
第一电极10、第二电极20或第一电极10和第二电极20两者可以是光透射电极，在一些示例实施方式中，光透射电极可以由诸如铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、锌氧化物(ZnO)、锡氧化物(SnO)、铝锡氧化物(AlTO)和氟掺杂的锡氧化物(SnO)的导电氧化物、或单层或多层的金属薄层制成。当第一电极10和第二电极20的其中之一是非光透射电极时，在一些示例实施方式中，非光透射电极可以由诸如铝(Al)、银(Ag)或金(Au)的不透明导体制成。在一些示例实施方式中，第一电极10和第二电极20两者都可以是光透射电极。在一些示例实施方式中，第二电极20可以是设置在光接收侧的光接收电极。
光电转换层30可以配置为吸收近红外波长区域中的入射光并执行所吸收的入射光的光电转换，且光电转换层30的光吸收谱(例如，入射光中的可以被光电转换层30吸收的波长区域)可以具有在近红外波长区域内的第一波长处的光吸收峰。用另一种方式说，光电转换层30可以与在第一波长处具有光吸收峰的光谱(例如第一光谱)相关。在一些示例实施方式中，第一波长可以属于大于大约700nm、大于或等于大约720nm、大于或等于大约730nm、或大于或等于大约750nm的波长区域(“在该波长区域内”)，在一些示例实施方式中，第一波长可以在大于大约700nm且小于或等于大约3000nm、大约720nm至大约3000nm、大约730nm至大约3000nm、大约750nm至大约3000nm、大约750nm至大约2500nm、大约750nm至大约2200nm、大约750nm至大约2100nm、大约750nm至大约2000nm、大约750nm至大约1800nm、大约750nm至大约1500nm、大约750nm至大约1300nm、大约750nm至大约1200nm、大约750nm至大约1100nm、大约750nm至大约1000nm、大约750nm至大约950nm、大约750nm至大约900nm、或大约750nm至大约850nm的范围内。在一些示例实施方式中，第一波长可以属于大约750nm至大约1200nm的波长区域(“可以在该波长区域内”)，在一些示例实施方式中，可以属于大约750nm至大约950nm、大约750nm至大约900nm、或大约750nm至大约850nm的波长区域。
当结合数值在本说明书中使用术语“大约”或“基本上”时，相关的数值旨在包括所述数值周围±10％的容许量。当说明范围时，该范围包括在其间的所有值，诸如0.1％的增量。
在一些示例实施方式中，光电转换层30的反射谱(例如入射光的可以被光电转换层30反射的波长区域)可以在近红外波长区域内的第二波长处具有反射峰。用另一种方式说，光电转换层30可以与在第二波长处具有反射峰的光谱相关。因此，光电转换层30可以与在第一波长具有光吸收峰且在第二波长具有反射峰的光谱(例如第二光谱)相关。第二波长可以与第一波长相同或不同。在一些示例实施方式中，第二波长可以属于大于大约700nm、大于或等于大约720nm、大于或等于大约730nm或大于或等于大约750nm的波长区域，在一些示例实施方式中，第二波长可以属于在大于大约700nm且小于或等于大约3000nm、大约720nm至大约3000nm、大约730nm至大约3000nm、大约750nm至大约3000nm、大约750nm至大约2500nm、大约750nm至大约2200nm、大约750nm至大约2100nm、大约750nm至大约2000nm、大约750nm至大约1800nm、大约750nm至大约1500nm、大约750nm至大约1300nm、大约750nm至大约1200nm、大约750nm至大约110nm、大约750nm至大约1000nm、大约750nm至大约950nm、大约750nm至大约900nm或大约750nm至大约850nm的范围内的波长区域。
在一些示例实施方式中，第一波长和第二波长之差可以小于或等于大约50nm，在一些示例实施方式中，可以是大约1nm至大约50nm、大约3nm至大约50nm、或大约5nm至大约50nm。
在一些示例实施方式中，第一波长和第二波长可以共同地属于大约750nm至大约1500nm、大约750nm至大约1300nm、大约750nm至大约1200nm、大约750nm至大约1100nm、大约750nm至大约1000nm、大约750nm至大约950nm、大约750nm至大约900nm、或大约750nm至大约850nm的公共波长区域。
这样的光电转换层30的光学性质可以根据光电转换层30中的光吸收材料的光学性质表现出，且在一些示例实施方式中，光吸收材料中的至少一种光吸收材料可以是有机光吸收材料。在一些示例实施方式中，光电转换层30中的光吸收材料的光吸收谱可以在第五波长处具有光吸收峰，第五波长可以与第一波长相同或不同。用另一种方式说，光电转换层30的有机光吸收材料可以与在第五波长处具有光吸收峰的光谱(例如第三光谱)相关。在一些示例实施方式中，第五波长可以属于大于大约700nm、大于或等于大约720nm、大于或等于大约730nm、或大于或等于大约750nm的波长区域，在一些示例实施方式中，第五波长可以属于在大于大约700nm且小于或等于大约3000nm、大约720nm至大约3000nm、大约730nm至大约3000nm、大约750nm至大约3000nm、大约750nm至大约2500nm、大约750nm至大约2200nm、大约750nm至大约2100nm、大约750nm至大约2000nm、大约750nm至大约1800nm、大约750nm至大约1500nm、大约750nm至大约1300nm、大约750nm至大约1200nm、大约750nm至大约1100nm、大约750nm至大约1000nm、大约750nm至大约950nm、大约750nm至大约900nm或大约750nm至大约850nm的范围内的波长区域。在一些示例实施方式中，第一波长可以属于大约750nm至大约1200nm的波长区域，在一些示例实施方式中，可以属于大约750nm至大约950nm、大约750nm至大约900nm、或大约750nm至大约850nm的波长区域。
在一些示例实施方式中，一部分光吸收材料可以在近红外波长区域同时表现出相对高的吸收率和相对高的反射率。在一些示例实施方式中，光吸收材料中的至少一种光吸收材料可以在近红外波长区域表现出彼此交叠的光吸收谱和反射谱。在一些示例实施方式中，如上所述，光吸收谱可以在属于近红外波长区域的第五波长处具有光吸收峰，反射谱可以在属于近红外波长区域的第六波长处具有反射峰。用另一种方式说，光电转换层30的有机光吸收材料可以与在第六波长处具有反射峰的光谱相关。因此，光电转换层30的有机光吸收材料可以与在第五波长处具有光吸收峰且在第六波长处具有反射峰的光谱(例如第三光谱)相关。有机光吸收材料的光谱可以与光电转换层30的光谱和/或光电二极管100的光谱不同。第六波长可以与第五波长相同或不同，在一些示例实施方式中，第六波长可以属于大于大约700nm、大于或等于大约720nm、大于或等于大约730nm、或大于或等于大约750nm的波长区域，在一些示例实施方式中，第六波长可以属于在大于大约700nm且小于或等于大约3000nm、大约720nm至大约3000nm、大约730nm至大约3000nm、大约750nm至大约3000nm、大约750nm至大约2500nm、大约750nm至大约2200nm、大约750nm至大约2100nm、大约750nm至大约2000nm、大约750nm至大约1800nm、大约750nm至大约1500nm、大约750nm至大约1300nm、大约750nm至大约1200nm、大约750nm至大约1100nm、大约750nm至大约1000nm、大约750nm至大约950nm、大约750nm至大约900nm或大约750nm至大约850nm的范围内的波长区域。
在一些示例实施方式中，第五波长和第六波长之差可以小于或等于大约50nm，在一些示例实施方式中，可以是大约1nm至大约50nm、大约3nm至大约50nm、或大约5nm至大约50nm。
在一些示例实施方式中，第五波长和第六波长可以共同地属于大约750nm至大约1500nm、大约750nm至大约1300nm、大约750nm至大约1200nm、大约750nm至大约1100nm、大约750nm至大约1000nm、大约750nm至大约950nm、大约750nm至大约900nm或大约750nm至大约850nm的公共波长区域。
在一些示例实施方式中，光吸收材料可以选自量子点、醌型金属配合物化合物、花菁化合物、亚胺化合物、二亚胺化合物、三芳基甲烷化合物、二吡咯化合物、二醌化合物、萘醌化合物、蒽醌化合物、方酸化合物、萘嵌苯(rylene)化合物、酞菁化合物、萘酞菁化合物、二萘嵌苯化合物、方酸菁化合物、硼-二吡咯化合物、镍-二硫酚复合物、部花青、吡咯并吡咯、克酮酸化合物、其衍生物、或其组合，但是不限于此。
在一些示例实施方式中，光吸收材料可以是花菁化合物或其衍生物，在一些示例实施方式中，可以是酞菁或其衍生物、萘酞或其衍生物。
在一些示例实施方式中，光吸收材料可以由化学式1表示，但是不限于此。
【化学式1】
在化学式1中：
M是M1或M1X2(其中M1是金属或半金属；X是卤化物或ORa，其中Ra是氢、取代的或未被取代的C1至C20烷基、取代的或未被取代的C6至C20芳基、或取代的或未被取代的甲硅烷基)，
R1至R16独立地是氢、取代的或未被取代的C1至C20烷基、取代的或未被取代的C1至C20烷氧基、取代的或未被取代的C6至C20芳基、取代的或未被取代的C3至C20杂芳基、卤素、氰基或其组合，以及
R1至R16可以独立地存在，或者相邻的两个可以彼此链接以形成环。
在一些示例实施方式中，M1可以是Si、Mg、Al或Sn。
在一些示例实施方式中，R2和R3、R6和R7、R10和R11、以及R14和R15可以彼此链接以形成苯环。
光电转换层30可以是包括至少一种p型半导体和至少一种n型半导体的层以提供pn结，且层可以通过接收来自外部的光产生电子空穴对，然后可以从所产生的电子空穴对分离空穴和电子。
p型半导体和n型半导体可以是配置为分别吸收波长区域的至少一部分的光吸收材料。p型半导体、n型半导体、或p型半导体和n型半导体两者可以是上述光吸收材料。在一些示例实施方式中，p型半导体可以是上述光吸收材料，n型半导体可以是富勒烯或富勒烯衍生物。这里，在一些示例实施方式中，富勒烯可以是C60、C70、C74、C76或C78。
光电转换层30可以包括其中p型半导体和n型半导体共沉积的本征层(I层)。这里，p型半导体和n型半导体可以以大约1：9至大约9：1的体积比(或厚度比)被包括，在一些示例实施方式中，可以以大约2：8至大约8：2、大约3：7至大约7：3、大约4：6至大约6：4或大约5：5的体积比(厚度比)被包括。
除了本征层之外，光电转换层30还可以包括p型层和/或n型层。p型层可以包括上述p型半导体，n型层可以包括上述n型半导体。在一些示例实施方式中，它们可以以p型层/I层、I层/n型层、p型层/I层/n型层等的各种各样的组合被包括。
光电转换层30的厚度可以是大约100nm至大约500nm、大约150nm至大约500nm、大约200nm至大约500nm、或大约230nm至大约500nm。
补偿层40可以设置在光电二极管100的光入射方向。在一些示例实施方式中，当第二电极20是光接收电极时，补偿层40可以设置在光电转换层30上，在一些示例实施方式中，可以设置在第二电极20和光电转换层30之间。但是将理解，补偿层40可以在除了第二电极20和光电转换层30之间以外的位置。补偿层40可以配置为补偿光电二极管100在一个或更多个波长区域(例如近红外波长区域)的光吸收和反射特性。
光电二极管100的光学性质可以通过上述光电转换层30的光学性质与补偿层40的光学性质的组合表现。因此，光电二极管100的光学性质可能由于补偿层40而不同于光电转换层30的光学性质。在一些示例实施方式中，光电二极管100的光谱(例如第二光谱)可以不同于光电转换层30的光谱。
在一些示例实施方式中，光电二极管100的光吸收谱可以不同于光电转换层30的光吸收谱。光电二极管100的光吸收谱可以在近红外波长区域内的第三波长处具有光吸收峰，第三波长可以不同于第一波长，第一波长是上述光电转换层30的光吸收峰波长。因此，光电二极管100可以与分离的光谱(例如第二光谱)相关，所述分离的光谱与光电转换层30的光谱分开且在第三波长处具有光吸收峰。在一些示例实施方式中，第三波长可以是比第一波长长的波长。在一些示例实施方式中，第三波长可以是比第一波长长大约5nm至大约50nm的波长。在一些示例实施方式中，第三波长在与第一波长和第二波长相同的波长区域内。在一些示例实施方式中，第三波长可以在大约750nm至大约1200nm的波长区域内。在一些示例实施方式中，第三波长可以在大约750nm至大约900nm的波长区域内。
在一些示例实施方式中，光电二极管100的反射谱可以不同于光电转换层30的反射谱。光电二极管100的反射谱可以在近红外波长区域内的第四波长处具有反射峰，第四波长可以不同于第二波长，第二波长是上述光电转换层30的反射峰波长。用另一种方式说，光电二极管100可以与在第四波长处具有反射峰的分离的光谱相关。因此，光电二极管100可以与在第三波长处具有光吸收峰且在第四波长处具有反射峰的分离的光谱相关。光电二极管100在第四波长处的反射率可以低于光电转换层30在第二波长处的反射率。在一些示例实施方式中，光电二极管100在第四波长处的反射率可以比光电转换层30在第二波长处的反射率低大约5％至大约80％、大约5％至大约60％、或大约5％至大约50％。
在一些示例实施方式中，光电二极管100的光吸收谱和反射谱之间的交叠可以小于光电转换层30的光吸收谱和反射谱之间的交叠。在一些示例实施方式中，在光电二极管100的光谱中的第三波长和第四波长之差可以大于光电转换层30的光谱中的第一波长和第二波长之差。在一些示例实施方式中，光电二极管100的光谱中的第三波长和第四波长之差可以大于大约50nm，在一些示例实施方式中，大于大约50nm且小于或等于大约200nm。
因此，光电二极管100在第三波长(其是光吸收峰波长)处的吸收率和反射率之差可以大于光电转换层30在第一波长(其是光吸收峰波长)处的吸收率和反射率之差。因而，即使光电转换层30包括在近红外波长区域表现出相对高的反射率的光吸收材料，其也可以被补偿层40补偿从而改善光电二极管100的光学性质并因而改善光电二极管100的性能、包括光电二极管100的传感器的性能和/或包括光电二极管100的电子装置的性能。
在一些示例实施方式中，补偿层40可以包括传输电荷的光吸收材料，但是不限于此。除了上述补偿功能之外，传输电荷的光吸收材料可以通过控制空穴迁移率或电子迁移率而增强空穴和电子之间的平衡。在一些示例实施方式中，补偿层40可以是富勒烯或富勒烯衍生物，但是不限于此。
补偿层40可以比光电转换层30薄，在一些示例实施方式中，补偿层40的厚度40T可以小于或等于大约100nm，在一些示例实施方式中，可以小于或等于大约5nm至大约100nm。在一些示例实施方式中，补偿层40的厚度40T与光电转换层30的厚度30T的厚度比可以是大约1：1.5至大约1：20，在一些示例实施方式中，可以是大约1：1.5至大约1：10、大约1：2至大约1：9、或大约1：2.4至大约1：8。
在一些示例实施方式中，图1所示的光电二极管100可以省略作为隔离层的补偿层40，且除了用作电极之外，第二电极20可以配置为补偿光电二极管100在一个或更多个波长区域中的光吸收和反射特性。例如，在一些示例实施方式中，第二电极20可以包括如在这里描述的传输电荷的光吸收材料的示例实施方式的任一种。在一些示例实施方式中，第二电极20可以包括传输电荷的光吸收材料以及具有大约1.5至大约2.5的折射率的材料。
图2是根据一些示例实施方式的光电二极管的剖视图。
参考图2，根据一些示例实施方式的光电二极管100包括第一电极10、第二电极20、光电转换层30和补偿层40，就像如参考图1描述的一些示例实施方式一样。
然而，根据一些示例实施方式的光电二极管100还包括在第一电极10和光电转换层30之间和/或在第二电极20和光电转换层30之间的电荷辅助层45a和45b。电荷辅助层45a和45b可以通过促进与光电转换层30分离的空穴和电子的转移而提高光电二极管100的效率，因而，增强其性能。
电荷辅助层45a和45b可以包括从用于促进空穴注入的空穴注入层(HIL)、用于促进空穴传输的空穴传输层(HTL)、用于防止电子传输的电子阻挡层(EBL)、用于促进电子注入的电子注入层(EIL)、用于促进电子传输的电子传输层(ETL)和用于防止空穴传输的空穴阻挡层(HBL)中选择的至少一种。
在一些示例实施方式中，电荷辅助层45a和45b可以包括有机材料、无机材料或有机/无机材料。有机材料可以是具有空穴或电子特性的有机材料，在一些示例实施方式中，无机材料可以是金属氧化物，诸如钼氧化物、钨氧化物或镍氧化物。
电荷辅助层45a和45b的其中之一可以被省略。
在一些示例实施方式中，图2所示的光电二极管100可以省略作为隔离层的补偿层40，且除了用作电极之外，第二电极20可以配置为补偿光电二极管100在一个或更多个波长区域中的光吸收和反射特性，如以上参考图1描述的。
图3是根据一些示例实施方式的光电二极管的剖视图。
参考图3，根据一些示例实施方式的光电二极管100包括第一电极10、第二电极20、光电转换层30和补偿层40，就像如参考图1描述的一些示例实施方式一样。
然而，根据一些示例实施方式的补偿层40包括在第二电极20上(例如在第二电极20和光电转换层30之间)的第一补偿层40a和在第二电极20上(例如相对于第二电极远离光电转换层30)的第二补偿层40b。如图3所示，第一补偿层40a可以在第二电极20的第一表面20a上，第二补偿层40b可以在第二电极20的相反的第二表面20b上。将理解，“在”另一元件“上”的元件可以在所述另一元件上方或下面，“在”另一元件“上”的元件可以直接在所述另一元件上使得所述元件彼此直接接触，或者所述元件可以间接地在所述另一元件上使得所述元件通过一个或更多个居间的结构和/或空间隔离而彼此不直接接触。
第一补偿层40a和第二补偿层40b可以配置为补偿光电二极管100在近红外波长区域中的光吸收和反射特性，如上所述。在一些示例实施方式中，第一补偿层40a可以与如参考图1描述的一些示例实施方式的补偿层40相同，第二补偿层40b可以进一步改善光电二极管100的反射特性。在一些示例实施方式中，第一补偿层40a可以包括如上所述的传输电荷的光吸收材料，第二补偿层40b可以包括具有大约1.5至大约2.5的折射率的高折射率材料。
在一些示例实施方式中，第一补偿层40a可以包括具有空穴或电子特性的半导体材料，在一些示例实施方式中，第二补偿层40b可以包括金属氧化物，诸如含铝的氧化物、含钼的氧化物、含钨的氧化物、含钒的氧化物、含铼的氧化物、含铌的氧化物、含钽的氧化物、含钛的氧化物、含镍的氧化物、含铜的氧化物、含钴的氧化物、含锰的氧化物、含铬的氧化物、含碲的氧化物或其组合，但是不限于此。在一些示例实施方式中，第一补偿层40a可以包括富勒烯或富勒烯衍生物，第二补偿层40b可以包括含铝的氧化物，诸如Al2O3。
图4是根据一些示例实施方式的光电二极管的剖视图。
参考图4，根据一些示例实施方式的光电二极管100包括第一电极10、第二电极20、光电转换层30、第一补偿层40a和第二补偿层40b，就像如参考图3描述的一些示例实施方式一样。
然而，根据一些示例实施方式的光电二极管100还包括在第一电极10和光电转换层30之间和/或在第二电极20和光电转换层30之间的电荷辅助层45a和45b。电荷辅助层45a和45b可以通过促进与光电转换层30分离的空穴和电子的转移而提高效率，其细节与以上描述的相同。
电荷辅助层45a和45b的其中之一可以被省略。
图5是根据一些示例实施方式的光电二极管的剖视图。
参考图5，根据一些示例实施方式的光电二极管100包括第一电极10、第二电极20、光电转换层30、第一补偿层40a和第二补偿层40b，就像如参考图3描述的一些示例实施方式一样。
然而，如图5所示，第一补偿层40a和第二补偿层40b设置在第二电极20的公共表面20b上，使得第一补偿层40a和第二补偿层40b两者都相对于第二电极20远离光电转换层30，且其中第一补偿层40a在第二电极20和第二补偿层40b之间，或第二补偿层40b在第二电极20和第一补偿层40a之间。
第一补偿层40a和第二补偿层40b可以配置为补偿如上所述的光电二极管100在近红外波长区域中的光吸收和反射特性。在一些示例实施方式中，第一补偿层40a可以包括具有光吸收特性的传输电荷的光吸收材料，第二补偿层40b可以包括具有大约1.5至大约2.5的折射率的高折射率材料。在一些示例实施方式中，第一补偿层40a可以包括具有空穴或电子特性的半导体材料，在一些示例实施方式中，第二补偿层40b可以包括金属氧化物，诸如含铝的氧化物、含钼的氧化物、含钨的氧化物、含钒的氧化物、含铼的氧化物、含铌的氧化物、含钽的氧化物、含钛的氧化物、含镍的氧化物、含铜的氧化物、含钴的氧化物、含锰的氧化物、含铬的氧化物、含碲的氧化物或其组合，但是不限于此。在一些示例实施方式中，第一补偿层40a可以包括富勒烯或富勒烯衍生物，第二补偿层40b可以包括含铝的氧化物，诸如Al2O3。
图6是根据一些示例实施方式的光电二极管的剖视图。
参考图6，根据一些示例实施方式的光电二极管100包括第一电极10、第二电极20、光电转换层30、第一补偿层40a和第二补偿层40b，就像如参考图5描述的一些示例实施方式一样。
然而，根据一些示例实施方式的光电二极管100还包括设置在第一电极10和光电转换层30之间和/或在第二电极20和光电转换层30之间的电荷辅助层45a和45b，与上述实施方式不同。电荷辅助层45a和45b可以通过促进与光电转换层30分离的空穴和电子的转移而提高效率，其细节与以上描述的相同。
电荷辅助层45a和45b的其中之一可以被省略。
光电二极管100可以应用于太阳能电池、图像传感器、光探测器和光传感器，但是不限于此。
在一些示例实施方式中，光电二极管可以应用于有机传感器。有机传感器可以是有机CMOS传感器，在一些示例实施方式中，可以是有机CMOS红外光传感器或有机CMOS图像传感器。
图7是根据一些示例实施方式的有机传感器的剖视图。
根据一些示例实施方式的有机传感器300包括半导体基板110、绝缘层80和光电二极管100。
半导体基板110可以是硅基板，且与传输晶体管(未示出)和电荷储存器55集成。电荷储存器55可以被集成到每个像素中。电荷储存器55电连接到随后将描述的光电二极管100，且电荷储存器55的信息可以通过传输晶体管传送。
金属线(未示出)和焊盘(未示出)形成在半导体基板110上。为了减少信号延迟，金属线和焊盘可以由具有低电阻的金属制成，在一些示例实施方式中，可以由铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)和其合金制成，但是不限于此。此外，不限于该结构，金属线和焊盘可以设置半导体基板110下面。
绝缘层80形成在金属线和焊盘上。绝缘层80可以由无机绝缘材料诸如硅氧化物和/或硅氮化物或者低介电常数(低K)材料诸如SiC、SiCOH、SiCO和SiOF制成。绝缘层60具有暴露电荷储存器55的沟槽85。沟槽85可以用填充剂填充。
上述光电二极管100形成在绝缘层80上。如上所述，光电二极管100包括第一电极10、第二电极20、光电转换层30和补偿层40。
第一电极10和第二电极20可以都是透明电极，光电转换层30和补偿层40与以上描述的相同。光电转换层30可以配置为选择性地吸收近红外波长区域中的光。从第二电极20侧入射的光可以由于光电转换层30和补偿层40的组合而具有包括在近红外波长区域的高光吸收特性和低反射特性的良好光学性质，因而，可以表现出良好的光电转换特性。
图7示出了包括图1的光电二极管的一些示例实施方式，但是本公开不限于此，可以包括图2至图6的光电二极管。
聚焦透镜(未示出)可以被进一步形成在光电二极管100上。聚焦透镜可以控制入射光的方向并将光聚集在一个区域中。在一些示例实施方式中，聚焦透镜可以具有圆柱体或半球的形状，但是不限于此。
根据一些示例实施方式的有机传感器可以是有机红外光传感器，在一些示例实施方式中，可以是虹膜传感器或深度传感器。
虹膜传感器可以通过使用每个人的独特的虹膜特性且具体地，通过在适当距离内拍摄使用者的眼睛的图像、处理该图像以及把它与它/她的存储图像相比较而识别人。
深度传感器可以通过在距使用者适当的距离内拍摄物体的图像以及处理该图像而从其三维信息识别物体的形状和位置。在一些示例实施方式中，这样的深度传感器可以用作面貌识别传感器。
图8是根据一些示例实施方式的有机传感器的剖视图。
根据一些示例实施方式的有机传感器可以包括具有不同功能的多个传感器。在一些示例实施方式中，具有不同功能的所述多个传感器中的至少一个传感器可以是生物传感器，在一些示例实施方式中，生物传感器可以是虹膜传感器、深度传感器、指纹传感器、血管分布传感器等等，但是不限于此。在一些示例实施方式中，具有不同功能的所述多个传感器的其中之一可以是虹膜传感器，另一个可以是深度传感器。
在一些示例实施方式中，多个传感器可以在一些示例实施方式中包括配置为感测在近红外波长区域中的具有第一波长(λ1)的红外区域中的光的第一红外光传感器和配置为感测在近红外波长区域中的具有第二波长(λ2)的红外区域中的光的第二红外光传感器。
在一些示例实施方式中，第一波长(λ1)和第二波长(λ2)可以在大约750nm至大约3000nm的波长区域中是不同的，在一些示例实施方式中，第一波长(λ1)和第二波长(λ2)之差可以大于或等于大约30nm、大于或等于大约50nm、大于或等于大约70nm、大于或等于大约80nm、或大于或等于大约90nm。
在一些示例实施方式中，第一波长(λ1)和第二波长(λ2)的其中之一可以属于大约750nm至大约900nm的波长区域，第一波长(λ1)和第二波长(λ2)的另一个可以属于大约800nm至大约1000nm的波长区域。
在一些示例实施方式中，第一波长(λ1)和第二波长(λ2)的一个可以属于大约780nm至大约840nm的波长区域，第一波长(λ1)和第二波长(λ2)的另一个可以属于大约910nm至大约970nm的波长区域。
在一些示例实施方式中，第一波长(λ1)和第二波长(λ2)中的一个可以属于大约800nm至大约830nm的波长区域，第一波长(λ1)和第二波长(λ2)中的另一个可以属于大约930nm至大约950nm的波长区域。
在一些示例实施方式中，第一波长(λ1)和第二波长(λ2)中的一个可以属于大约805nm至大约815nm的波长区域，第一波长(λ1)和第二波长(λ2)中的另一个可以属于大约935nm至大约945nm的波长区域。
在一些示例实施方式中，第一波长(λ1)和第二波长(λ2)中的一个可以是大约810nm，第一波长(λ1)和第二波长(λ2)中的另一个可以是大约940nm。
根据一些示例实施方式的有机传感器400包括双带通滤波器401、第一红外光传感器100A、绝缘层80和与第二红外光传感器120集成的半导体基板110。第一红外光传感器100A和第二红外光传感器120可以堆叠。
双带通滤波器401可以设置在有机传感器400的前侧，可以配置为选择性地透射包括第一波长(λ1)的红外光和包括第二波长(λ2)的红外光，且可以配置为阻挡和/或吸收除了红外光之外的光。这里，除了红外光之外的光可以包括在紫外(UV)区和可见光谱区中的光。
第一红外光传感器100A可以是根据实施方式的光电二极管100，其细节被省略。图5示出了包括图1的光电二极管的一些示例实施方式，但是本公开不限于此，可以包括图2或图3的光电二极管。
第二红外光传感器120可以被集成到半导体基板110中且可以是光传感器。在一些示例实施方式中，半导体基板110可以是硅基板，并且可以与第二红外光传感器120、电荷储存器55和传输晶体管(未示出)集成。
第二红外光传感器120可以是光电二极管，且可以配置为感测进入的光，感测到的信息可以由传输晶体管传送。这里，进入第二红外光传感器120中的光是通过双带通滤波器401和第一红外光传感器100A的光，且可以是包括第二波长(λ2)的预定区域中的红外光。在包括第一波长(λ1)的预定区域中的所有红外光可以被光电转换层30吸收，不能达到第二红外光传感器120。在这种情形下，不再单独地需要用于相对于进入第二红外光传感器120的光的波长选择的分离的滤波器。然而，对于当包括第一波长(λ1)的预定区域中的所有红外光没有被光电转换层30吸收时，可能在第一红外光传感器100A和第二红外光传感器120之间另外设置滤波器。
根据一些示例实施方式的有机传感器可以包括分别分离地执行功能的两个红外光传感器，因而可以作为组合传感器工作。此外，分离地执行功能的两个传感器堆叠在每个像素中，因而，执行每个传感器的功能的像素的数目提高了两倍，同时保持了尺寸，结果，可以大大改善灵敏性。
图9是根据一些示例实施方式的有机传感器的剖视图。图10是根据一些示例实施方式的图9的有机传感器的透视图。
根据一些示例实施方式的有机传感器可以是有机CMOS图像传感器。
参考图9，根据一些示例实施方式的有机传感器500包括与光传感器50a、50b和50c、传输晶体管(未示出)和电荷储存器55集成的半导体基板110；下绝缘层60；滤色器70a、70b和70c；上绝缘层80；和光电二极管100。
半导体基板110可以与光传感器50a、50b和50c、传输晶体管(未示出)和电荷储存器55集成。光传感器50a、50b和50c可以是光电二极管。
光传感器50a、50b和50c、传输晶体管和/或电荷储存器55可以被集成到每个像素中。在一些示例实施方式中，光传感器50a可以被包括在红色像素中，光传感器50b可以被包括在绿色像素中，光传感器50c可以被包括在蓝色像素中。
光传感器50a、50b和50c可以配置为感测光，由光传感器感测的信息可以由传输晶体管传送，电荷储存器55电连接到随后将描述的光电二极管100，电荷储存器55的信息可以由传输晶体管转移。
金属线(未示出)和焊盘(未示出)形成在半导体基板110上。为了减少信号延迟，金属线和焊盘可以由具有低电阻的金属制成，在一些示例实施方式中，可以由铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)和其合金制成，但是不限于此。此外，不限于该结构，金属线和焊盘可以设置光传感器50a和50b下面。
下绝缘层60形成在金属线和焊盘上。
滤色器70a、70b和70c形成在下绝缘层60上。滤色器70a、70b和70c包括形成在红色像素中的红色滤色器70a、形成在绿色像素中的绿色滤色器70b和形成在蓝色像素中的蓝色滤色器70c。
上绝缘层80形成在滤色器70a、70b和70c上。上绝缘层80可以消除由滤色器70a、70b和70c所致的台阶并且可以平坦化表面。
光电二极管100形成在上绝缘层80上。如上所述，光电二极管100包括第一电极10、光电转换层30和第二电极20。即使其中第一电极10、光电转换层30和第二电极20顺序堆叠的结构作为一示例被显示在图中，但是本公开不限于这个结构，第二电极20、光电转换层30和第一电极10可以以这种顺序布置。
第一电极10和第二电极20可以都是透明电极，光电转换层30和补偿层40与以上描述的相同。光电转换层30可以配置为吸收近红外波长区域中的光以将其光电转换。
来自第二电极20侧的入射光可以通过在光电转换层30中主要地吸收近红外波长区域中的光而被光电转换。在剩余的波长区域中的光可以通过第一电极10和滤色器70a、70b和70c，通过滤色器70a的红色波长区域中的光可以被光传感器50a感测，通过滤色器70b的绿色波长区域中的光可以被光传感器50b感测，通过滤色器70c的蓝色波长区域中的光可以被光传感器50c感测。
上述有机传感器可以应用于各种各样的电子装置，在一些示例实施方式中，电子装置可以在一些示例实施方式中包括照相机、摄像放像机、内部有所述有机传感器的移动式电话、显示装置、安全装置或医疗设备，但是不限于此。
图11是根据一些示例实施方式的有机传感器的示意性剖视图。
参考图11，根据一些示例实施方式的有机传感器600包括与光传感器50a、50b和50c、传输晶体管(未示出)和电荷储存器55集成的半导体基板110、下绝缘层60、包括滤色器70a、70b和70c的滤色器层70、和光电二极管100。在图11中显示的光电二极管100可以是在这里关于图1-6描述的光电二极管100的示例实施方式中的任一个。
如图11所示，光电二极管100可以在半导体基板110和滤色器层70之间，使得滤色器层70相对于光电二极管100远离光传感器50a、50b和50c。其它结构与图9的有机传感器相同。在一些示例实施方式中，滤色器层70可以包括配置为过滤波长谱的光的混合物(例如混色)的滤色器。例如，在图11中，滤色器70a可以配置为过滤品红色光，滤色器70b可以配置为过滤青色光，滤色器70c可以配置为过滤黄光，同时光传感器50a可以配置为检测(“感测”)蓝光且光传感器50b可以配置为检测红光。
图12是根据一些示例实施方式的有机传感器的示意性剖视图。
参考图12，根据一些示例实施方式的有机传感器700包括：与光传感器50a、50b和50c、传输晶体管(未示出)和电荷储存器55集成的半导体基板110；在半导体基板110上的下绝缘层60、滤色器层70和上绝缘层80；以及在半导体基板110下面的光电二极管100。在图12中显示的光电二极管100可以是在这里关于图1-6描述的光电二极管100的示例实施方式中的任一个。
如图12所示，光电二极管100可以在半导体基板110上(例如上方或下方)，使得滤色器层70相对于光传感器50a、50b和50c远离光电二极管100。其它结构与图9的有机传感器相同。
图13是根据一些示例实施方式的有机传感器的剖视图。
根据一些示例实施方式的有机传感器800包括与光传感器50a、50b和50c、传输晶体管(未示出)和电荷储存器55集成的半导体基板110、具有沟槽85的绝缘层60、和光电二极管100。在图13中显示的光电二极管100可以是在这里关于图1-6描述的光电二极管100的示例实施方式中的任一个。
在根据一些示例实施方式的有机传感器800中，光传感器50a、50b和50c在垂直方向上堆叠且滤色器层70被省略。光传感器50a、50b和50c电连接到电荷储存器(未示出)且可以由传输晶体管传输。取决于各个光传感器50a、50b和50c的堆叠深度，光传感器50a、50b和50c可以选择性地吸收在光的分离的各个波长谱中的光。其它结构与图9的有机传感器相同。
图14是根据一些示例实施方式的有机传感器的透视图。图15是根据一些示例实施方式的显示图14的有机传感器的示意性剖视图。
如参考图15所示的，有机传感器900可以包括在半导体基板110上的包含多个光电二极管990a、990b、990c和990d的光电二极管990，其中所述多个光电二极管990a、990b、990c和990d配置为分别吸收蓝光、绿光、红光或红外光中的不同光(即，不同波长谱的入射光)并将其转换为电信号。
参考图15，根据一些示例实施方式的有机传感器900包括与电荷储存器55集成的半导体基板110、传输晶体管(未示出)、绝缘层60、和光电二极管990a、990b、990c和990d。
如参考图14-15所示的，有机传感器900可以包括在半导体基板110上的自身包含多个光电二极管990a、990b、990c和990d的光电二极管990，其中所述多个光电二极管990a、990b、990c和990d配置为分别吸收蓝光、绿光、红光或红外光中的不同光(即，不同波长谱的入射光)并将其转换为电信号。如图15所示，分离的光电二极管990a、990b、990c和990d可以水平地布置在半导体基板110上，使得光电二极管990a、990b、990c和990d在与半导体基板110的顶表面110a平行延伸的方向上部分地或全部地彼此交叠。如图所示，每个分离的光电二极管990a、990b、990c和990d经由分离的沟槽85连接到被集成到半导体基板110中的分离的电荷储存器55。
每个光电二极管990a、990b、990c和990d可以是在这里参考图1-6描述的光电二极管中的任一个。在一些示例实施方式中，分离的光电二极管990a、990b、990c和990d可以包括在光电二极管990a、990b、990c和990d中的两个或更多个之间连续延伸的公共连续层的不同部分。在一些示例实施方式中，光电二极管990a、990b、990c和990d可以共用公共的第二电极20。在另一示例中，光电二极管990a、990b、990c和990d中的两个或更多个可以具有配置为吸收不同波长谱的入射光的不同的光电转换层30a、30b，30c和30d。其它结构与图9的有机传感器相同。
图16是根据一些示例实施方式的有机传感器的示意性剖视图。
参考图16，有机传感器1100包括与电荷储存器集成的半导体基板110、传输晶体管(未示出)、绝缘层60、第一光电二极管1180、和包括第二光电二极管1190a、第三光电二极管1190b及第四光电二极管1190c的分离的光电二极管1190。第一光电二极管1180形成在分离的光电二极管1190的整个表面上，其中第一光电二极管1180可以是红外/近红外光电二极管并因而可以包括配置为吸收红外光和/或近红外光的光电转换层1185a。分离的光电二极管1190的第二至第四光电二极管1190a、1190b和1190c可以配置为分别吸收和转换蓝光、绿光和红光中的不同光(即，不同波长谱的入射光)。例如，如图所示，第二至第四光电二极管1190a、1190b和1190c可以共用连续的相反电极并且可以包括分离的各自的像素电极，且可以另外每个包括可以配置为吸收和转换分离的各自的波长谱的光(例如分别是红光、绿光和蓝光)的分离的各自的光电转换层1130a、1130b和1130c。其它结构与图9的图像传感器相同。
参考图16，第一光电二极管1180可以堆叠在分离的光电二极管1190上从而在垂直于半导体基板110的顶表面110a延伸的方向上至少部分地交叠，其中第二至第四光电二极管1190a至1190c在平行于半导体基板110的顶表面110a延伸的方向上交叠。将理解，在一些示例实施方式中，第二至第四光电二极管1190a至1190c包括配置为吸收不同波长谱的光的多个水平布置的光电二极管，同时第一光电二极管1180被限制为配置为吸收单一波长谱的光的单个光电二极管。在包括图16中显示的示例实施方式的一些示例实施方式中，第一光电二极管1180的全部在垂直于顶表面110a延伸的方向上交叠第二至第四光电二极管1190a至1190c的有限部分，且第一光电二极管1180的通过第二至第四光电二极管1190a至1190c暴露的剩余部分被绝缘层80覆盖。然而，将理解，在一些示例实施方式中，第一光电二极管1180的全部在垂直于顶表面110a延伸的方向上交叠第二至第四光电二极管1190a至1190c的有限部分。有机传感器1100的每个光电二极管可以是在这里参考图1-6描述的光电二极管中的任一个。
图17是根据一些示例实施方式的有机传感器的透视图，图18是显示根据一些示例实施方式的图17的有机传感器的示意性剖视图。
根据一些示例实施方式的有机传感器1200包括配置为选择性地吸收红外/近红外波长谱的入射光中的光的红外/近红外光电二极管、配置为选择性地吸收和转换(转换成电信号)红色波长谱的入射光中的光的红色光电二极管、配置为选择性地吸收和转换(转换成电信号)绿色波长谱的入射光中的光的绿色光电二极管、配置为选择性地吸收和转换(转换成电信号)蓝色波长谱的入射光中的光的蓝色光电二极管，且它们堆叠。
根据一些示例实施方式的有机传感器1200包括半导体基板110、下绝缘层80a、中间绝缘层80b、另一中间绝缘层80c、上绝缘层80d、第一光电二极管1200a、第二光电二极管1200b、第三光电二极管1200c和第四光电二极管1200d。如图所示，第一至第四光电二极管1200a至1200d垂直地堆叠在半导体基板110上，使得第一至第四光电二极管1200a至1200d在垂直于半导体基板110的顶表面110a延伸的方向上彼此交叠。
半导体基板110可以是硅基板，并且与传输晶体管(未示出)以及电荷储存器55a、55b、55c和55d集成。
第一光电二极管1200a形成在下绝缘层80a上。第一光电二极管1200a包括光电转换层1230a。第一光电二极管1200a可以是在这里参考图1-6描述的光电二极管中的任一个。光电转换层1230a可以选择性地吸收和转换(转换成电信号)红外、红色、蓝色和绿色波长谱的入射光中的一种。例如，第一光电二极管1200a可以是蓝色光电二极管。
中间绝缘层80b形成在第一光电二极管1200a上。
第二光电二极管1200b形成在中间绝缘层80b上。第二光电二极管1200b包括光电转换层1230b。第二光电二极管1200b可以是在这里参考图1-6描述的光电二极管中的任一个。光电转换层1230b可以选择性地吸收和转换(转换成电信号)红外、红色、蓝色和绿色波长谱的入射光中的一种。例如，第二光电二极管1200b可以是绿色光电二极管。
另一中间绝缘层80c形成在第二光电二极管1200b上。
第三光电二极管1200c形成在中间绝缘层80c上。第三光电二极管1200c包括光电转换层1230c。第三光电二极管1200c可以是在这里参考图1-6描述的光电二极管中的任一个。光电转换层1230c可以选择性地吸收和转换(转换成电信号)红外、红色、蓝色和绿色波长谱的入射光中的一种。例如，第三光电二极管1200c可以是红色光电二极管。
上绝缘层80d形成在第三光电二极管1200c上。
下绝缘层80a、中间绝缘层80b和80c和上绝缘层80d具有暴露电荷储存器55a、55b、55c和55d的多个通孔。
第四光电二极管1200d形成在上绝缘层80d上。第四光电二极管1200d包括光电转换层1230d。第四光电二极管1200d可以是在这里参考图1-6描述的光电二极管中的任一个。光电转换层1230d可以选择性地吸收红外、红色、蓝色和绿色波长谱的光中的一种。例如，第四光电二极管1200d可以是红外/近红外光电二极管。
聚焦透镜(未示出)可以被进一步形成在第四光电二极管1200d上。聚焦透镜可以控制入射光的方向并将光聚集在一个区域中。聚焦透镜可以具有例如圆柱体或半球的形状，但是不限于此。
在图中，第一光电二极管1200a、第二光电二极管1200b、第三光电二极管1200c和第四光电二极管1200d顺序堆叠，但是本公开不限于此，它们可以以各种顺序堆叠。
如上所述，第一光电二极管1200a、第二光电二极管1200b、第三光电二极管1200c和第四光电二极管1200d具有堆叠结构，因而图像传感器的尺寸可以减小以实现尺寸减小的图像传感器。
图19是根据一些示例实施方式的电子装置的示意图。
如图19所示，电子装置1400可以包括经由总线1410电联接到一起的处理器1420、存储器1430和有机传感器1440。有机传感器1440可以是如这里描述的示例实施方式的任一个的有机传感器，在有机传感器1440中包括的有机传感器可以包括根据本发明构思的示例实施方式的任一个在这里描述的光电二极管中的任一个。存储器1430，其可以是非暂时计算机可读介质，可以储存指令程序。处理器1420可以执行所储存的指令程序以执行一个或更多个功能。在一些示例实施方式中，处理器1420可以配置为处理由有机传感器1440生成的电信号。处理器1420可以配置为基于处理所述电信号而生成输出(例如将被显示在显示界面上的图像)。
虽然在这里显示的光电二极管的一些示例实施方式包括彼此面对的第一电极10和第二电极20以及在其间的光电转换层30，但是将理解，在一些示例实施方式中，可以从光电二极管省略至少第一电极10和第二电极20。
在下文，参考示例更详细地示出上述示例实施方式中的一些。然而，本公开不限于这些示例。
示例I
参考示例I
通过溅射在玻璃基板上形成ITO以形成150nm厚的第一电极。随后，在第一电极上，共沉积厚度比为2：1的由化学式1a(光吸收峰(λpeak,ab)＝805nm，反射峰(λpeak,re)＝816nm)表示的化合物和C60以形成240nm厚的光电转换层(光吸收峰(λpeak,ab)＝760nm)。然后，通过溅射在光电转换层上形成ITO以形成7nm厚的第二电极。然后，用玻璃板密封第二电极以制造光电二极管。
【化学式1a】
示例1
通过溅射在玻璃基板上形成ITO以形成150nm厚的第一电极。随后，在第一电极上，共沉积厚度比为2：1的由化学式1a表示的化合物和C60以形成240nm厚的光电转换层。在光电转换层上，热沉积C60以形成30nm厚的补偿层。在补偿层上，通过溅射形成ITO以形成第二电极，并且通过玻璃板密封第二电极以制造光电二极管。
示例2
通过溅射在玻璃基板上形成ITO以形成150nm厚的第一电极。随后，在第一电极上，共沉积厚度比为2：1的由化学式1a表示的化合物和C60以形成240nm厚的光电转换层。在光电转换层上，热沉积C60以形成30nm厚的第一补偿层。随后，在第一补偿层上，通过溅射形成ITO以形成第二电极，在第二电极上，热沉积铝氧化物(Al2O3，折射率：1.6)以形成50nm厚的第二补偿层。通过玻璃板密封第二补偿层以制造光电二极管。
示例3
通过溅射在玻璃基板上形成ITO以形成150nm厚的第一电极。随后，在第一电极上，共沉积厚度比为2：1的由化学式1a表示的化合物和C60以形成240nm厚的光电转换层。在光电转换层上，热沉积C60以形成30nm厚的第一补偿层。随后，在第一补偿层上，通过溅射形成ITO以形成第二电极，在第二电极上，热沉积铝氧化物(Al2O3，折射率：1.6)以形成70nm厚的第二补偿层。通过玻璃板密封第二补偿层以制造光电二极管。
评价I
根据示例1至3的光电二极管的光学性质和电特性被评价，然后，与根据参考示例I的光电二极管的光学性质和电特性相比较。
在吸收率和反射率方面评价光学性质。吸收率通过测量在300nm至1100nm的波长区域中光电二极管的光谱(透射率和反射率)并根据<吸收率＝1-透射率-反射率>计算获得。透射率是光透射比，反射率通过基于在镜子上的100％的光反射测量在光电二极管的表面上的光反射的比。光学性质通过使用UV-VIS-NIR分光光度计(制造商：Shimadzu，日本)评价。
电特性从外部量子效率(EQE)评价，外量子效率(EQE)通过使用IPCE测量系统(TNE技术有限公司，韩国)测量。首先，IPCE测量系统通过使用Si光电二极管(HamamatsuPhotonics K.K.，日本)校准且分别装备有所述光电二极管，然后，在大约400nm至大约1000nm的波长范围内测量光电二极管的外部量子效率。外部量子效率(EQE)通过使用光谱QE(量子效率)测量系统(TNE技术有限公司，韩国)测量。
在表1和图20和图21中显示了结果。
图20是显示了根据示例2的光电二极管的光谱的曲线图，图21是显示了根据示例3的光电二极管的光谱的曲线图。
表1
*λpeak：光吸收峰波长
*EQE：@3V
参考表1，与根据参考示例I的光电二极管相比较，根据示例1至3的光电二极管在λpeak处表现出增大的吸收率和反射率之差，因而，表现出改善的电特性。
此外，参考图20和图21，根据示例2和3的光电二极管也表现出在λpeak处的增大的吸收率和反射率之差。
示例II
参考示例II
通过溅射在玻璃基板上形成ITO以形成150nm厚的第一电极。随后，在第一电极上，共沉积厚度比为0.83：1的由化学式1a表示的化合物和C60以形成220nm厚的光电转换层(光吸收峰(λpeak,ab)＝780nm，反射峰(λpeak,re)＝809nm)。然后，通过溅射在光电转换层上形成ITO以形成第二电极。然后，用玻璃板密封第二电极以制造光电二极管。
示例4
通过溅射在玻璃基板上形成ITO以形成150nm厚的第一电极。随后，在第一电极上，共沉积厚度比为0.83：1的由化学式1a表示的化合物和C60以形成220nm厚的光电转换层。在光电转换层上，热沉积C60以形成30nm厚的补偿层。随后，在补偿层上，通过溅射形成ITO以形成第二电极，并且通过玻璃板密封第二电极以制造光电二极管。
示例5
通过溅射在玻璃基板上形成ITO以形成150nm厚的第一电极。随后，在第一电极上，共沉积厚度比为0.83：1的由化学式1a表示的化合物和C60以形成220nm厚的光电转换层。在光电转换层上，热沉积C60以形成30nm厚的第一补偿层。随后，在第一补偿层上，通过溅射形成ITO以形成第二电极，且在第二电极上，热沉积铝氧化物以形成50nm厚的第二补偿层。由玻璃板密封第二补偿层以制造光电二极管。
评价II
根据示例4和5的光电二极管的光吸收特性和电特性被评价，并且与根据参考示例II的光电二极管的光吸收电特性和电特性相比较。
在表2和图22、图23和图24中显示了结果。
图22是显示了根据参考示例II的光电二极管的光谱的曲线图，图23是显示了根据示例4的光电二极管的光谱的曲线图，图24是显示了根据示例5的光电二极管的光谱的曲线图。
表2
参考表2和图22、图23和图24，与根据参考示例II的光电二极管相比较，根据示例4和5的光电二极管表现出在λpeak处的增大的吸收率和反射率之差，并因而，表现出改善的电特性。
示例III
参考示例III
通过溅射在玻璃基板上形成ITO以形成150nm厚的第一电极。随后，在第一电极上，共沉积厚度比为1：1的由化学式1b(光吸收峰(λpeak,ab)＝826nm，反射峰(λpeak,re)＝817nm)表示的化合物和C60以形成150nm厚的光电转换层(光吸收峰(λpeak,ab)＝776nm，反射峰(λpeak,re)＝805nm)。然后，通过溅射在光电转换层上形成ITO以形成7nm厚的第二电极。然后，用玻璃板密封第二电极以制造光电二极管。
【化学式1b】
示例6
通过溅射在玻璃基板上形成ITO以形成150nm厚的第一电极。随后，在第一电极上，共沉积厚度比为1：1的由化学式1b表示的化合物和C60以形成150nm厚的光电转换层。然后，通过溅射在光电转换层上形成ITO以形成第二电极。随后，在第二电极上，热沉积C60以形成30nm厚的第一补偿层，在第一补偿层上，热沉积铝氧化物以形成50nm厚的第二补偿层。用玻璃板密封第二补偿层以制造光电二极管。
示例7
通过溅射在玻璃基板上形成ITO以形成150nm厚的第一电极。随后，在第一电极上，共沉积厚度比为1：1的由化学式1b表示的化合物和C60以形成180nm厚的光电转换层。在光电转换层上，热沉积C60以形成30nm厚的第一补偿层。随后，在补偿层上，通过溅射形成ITO以形成第二电极，在第二电极上，热沉积铝氧化物以形成50nm厚的第二补偿层。由玻璃板密封第二补偿层以制造光电二极管。
评价III
根据示例6和7的光电二极管的光吸收特性和电特性被评价，并且与根据参考示例III的光电二极管的光吸收电特性和电特性相比较。
在表3和图25、图26和图27中显示了结果。
图25是显示了根据参考示例III的光电二极管的光谱的曲线图，图26是显示了根据示例6的光电二极管的光谱的曲线图，图27是显示了根据示例7的光电二极管的光谱的曲线图。
表3
参考表3和图25、图26和图27，与根据参考示例III的光电二极管相比较，根据示例6和7的光电二极管在λpeak处表现出增大的吸收率和反射率之差，并因而表现出改善的电特性。
虽然已经结合目前被认为是可行的示例实施方式描述了本公开，但是将理解，本发明构思不限于所公开的示例实施方式。相反，其旨在涵盖在所附权利要求的精神和范围内包括的各种变形和等效布置。
本申请要求享有2019年1月22日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2019-0008330号的优先权和权益，其全部内容通过引用合并于此。

Claims (32)

1.一种光电二极管，包括：
彼此面对的第一电极和第二电极；
在所述第一电极和所述第二电极之间的光电转换层，所述光电转换层包括至少一种p型半导体和至少一种n型半导体以提供pn结，所述光电转换层与在第一波长处具有光吸收峰且在第二波长处具有反射峰的第一光谱相关，所述第一波长和所述第二波长都在750nm至1200nm的波长区域内；以及
在所述光电转换层上的补偿层，所述补偿层配置为补偿所述光电二极管在一个或更多个波长区域中的光吸收特性和反射特性，
其中所述光电二极管与在第三波长处具有光吸收峰的第二光谱相关，所述第三波长在750nm至1200nm的所述波长区域内，所述第三波长不同于所述第一波长。
2.根据权利要求1所述的光电二极管，其中所述第一波长和所述第二波长之差小于或等于50nm。
3.根据权利要求1所述的光电二极管，其中所述第三波长是比所述第一波长长的波长。
4.根据权利要求1所述的光电二极管，其中所述第三波长是比所述第一波长长5nm至50nm的波长。
5.根据权利要求1所述的光电二极管，其中所述光电二极管在所述第三波长处的吸收率和反射率之差大于所述光电转换层在所述第一波长处的吸收率和反射率之差。
6.根据权利要求1所述的光电二极管，其中所述补偿层包括传输电荷的光吸收材料。
7.根据权利要求1所述的光电二极管，其中所述补偿层在所述第二电极和所述光电转换层之间。
8.根据权利要求1所述的光电二极管，其中
所述补偿层包括：
包含传输电荷的光吸收材料的第一补偿层，和
包含具有1.5至2.5的折射率的材料的第二补偿层。
9.根据权利要求8所述的光电二极管，其中
所述第一补偿层在所述第二电极的第一表面上，和
所述第二补偿层在所述第二电极的相反的第二表面上。
10.根据权利要求8所述的光电二极管，其中
所述第一补偿层和所述第二补偿层在所述第二电极的公共表面上，以及
所述第一补偿层在所述第二电极和所述第二补偿层之间。
11.根据权利要求1所述的光电二极管，其中所述光电二极管与在第四波长处具有反射峰的所述第二光谱相关，所述第四波长在750nm至1200nm的所述波长区域内，所述第四波长不同于所述第二波长。
12.根据权利要求1所述的光电二极管，其中
所述光电转换层包括有机光吸收材料，所述有机光吸收材料与在第五波长处具有光吸收峰且在第六波长处具有反射峰的第三光谱相关，所述第五波长和所述第六波长在750nm至1200nm的所述波长区域内，以及
所述第五波长和所述第六波长之差小于或等于50nm。
13.根据权利要求12所述的光电二极管，其中所述第五波长和所述第六波长在750nm至850nm的波长区域内。
14.根据权利要求1所述的光电二极管，其中所述第一波长和所述第二波长在750nm至850nm的波长区域内。
15.根据权利要求1所述的光电二极管，其中所述第三波长在755nm至900nm的波长区域内。
16.一种光电二极管，包括：
第一电极；
光电转换层，所述光电转换层包括至少一种p型半导体和至少一种n型半导体以提供pn结，所述至少一种p型半导体和所述至少一种n型半导体中的一个是有机光吸收材料；以及
第二电极，
其中所述光电转换层与在第一波长处具有光吸收峰且在第二波长处具有反射峰的第一光谱相关，所述第一波长和所述第二波长都在750nm至1200nm的波长区域内，
其中所述光电二极管还包括在所述光电转换层上的补偿层，
其中所述光电二极管与在750nm至1200nm的所述波长区域内的第三波长处具有光吸收峰的第二光谱相关，
其中所述光电二极管在所述第三波长处的吸收率和反射率之差大于所述光电转换层在所述第一波长处的吸收率和反射率之差。
17.根据权利要求16所述的光电二极管，其中所述第一波长和所述第二波长之差小于或等于50nm。
18.根据权利要求16所述的光电二极管，其中所述第一波长和所述第二波长在750nm至850nm的波长区域内。
19.根据权利要求16所述的光电二极管，其中所述第三波长在755nm至900nm的波长区域内。
20.根据权利要求16所述的光电二极管，其中所述光电二极管与在第四波长处具有反射峰的所述第二光谱相关，所述第四波长在750nm至1200nm的所述波长区域内，所述第四波长不同于所述第二波长。
21.根据权利要求16所述的光电二极管，其中
所述有机光吸收材料与在第五波长处具有光吸收峰且在第六波长处具有反射峰的第三光谱相关，所述第五波长和所述第六波长在750nm至1200nm的所述波长区域内，以及
所述第五波长和所述第六波长之差小于或等于50nm。
22.根据权利要求21所述的光电二极管，其中所述第五波长和所述第六波长在750nm至850nm的波长区域内。
23.根据权利要求16所述的光电二极管，其中所述补偿层包括传输电荷的光吸收材料。
24.根据权利要求16所述的光电二极管，其中
所述补偿层包括：
包含传输电荷的光吸收材料的第一补偿层，和
包含具有1.5至2.5的折射率的材料的第二补偿层。
25.根据权利要求24所述的光电二极管，其中
所述第一补偿层在所述光电转换层和所述第二电极之间并且在所述第二电极的第一表面上，以及
所述第二补偿层在所述第二电极的相反的第二表面上。
26.根据权利要求24所述的光电二极管，其中
所述第一补偿层和所述第二补偿层在所述第二电极的公共表面上，以及
所述第一补偿层在所述第二电极和所述第二补偿层之间。
27.一种包括权利要求1的所述光电二极管的有机传感器。
28.一种包括权利要求16的所述光电二极管的有机传感器。
29.一种包括权利要求27的所述有机传感器的电子装置。
30.一种包括权利要求28的所述有机传感器的电子装置。
31.一种包括权利要求1的所述光电二极管的电子装置。
32.一种包括权利要求16的所述光电二极管的电子装置。
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