CN115428157A - 摄像元件和摄像装置 - Google Patents

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Abstract

根据本技术实施方案的摄像元件包括：第一电极；第二电极；第三电极；光电转换层；和半导体层。所述第一电极和所述第二电极并排布置着。所述第三电极被布置成与所述第一电极及所述第二电极相对。所述光电转换层被设置在所述第一电极及所述第二电极与所述第三电极之间。所述半导体层被设置在所述第一电极及所述第二电极与所述光电转换层之间。所述半导体层具有从所述光电转换层侧起依次层叠着的第一层和第二层。所述第二层的在导带最下端处的能级比所述第一层的在导带最下端处的能级浅。

Description

摄像元件和摄像装置
技术领域
本技术涉及例如使用了有机材料的摄像元件和包括该摄像元件的摄像装置。
背景技术
例如，专利文献1公开了一种摄像元件，在该摄像元件中，在通过将第一电极、光电转换层和第二电极层叠起来而形成的光电转换部中，设置有位于第一电极和光电转换层之间的包含铟镓锌复合氧化物(IGZO)的复合氧化物层，从而实现光响应性的改善。
引文列表
专利文献
专利文献1：国际申请公布第WO 2019/035252号
发明内容
顺便提及地，目前要求摄像装置将噪声降低。
期望提供能够实现噪声降低的摄像元件和摄像装置。
根据本发明实施方案的摄像元件包括：第一电极及第二电极；第三电极；光电转换层；和半导体层。所述第一电极和所述第二电极并排布置着。所述第三电极被布置为与所述第一电极及所述第二电极相对。所述光电转换层被设置在所述第一电极及所述第二电极与所述第三电极之间。所述半导体层被设置在所述第一电极及所述第二电极与所述光电转换层之间。所述半导体层具有从所述光电转换层侧起依次层叠着的第一层和第二层。所述第二层的在导带最下端处的能级比所述第一层的在导带最下端处的能级浅。
根据本技术实施方案的摄像装置针对多个像素中的每一者都包括一个以上的上述根据本技术实施方案的摄像元件。
在根据本技术实施方案的摄像元件和根据本技术实施方案的摄像装置中，都设置有在第一电极及第二电极与光电转换层之间的半导体层。所述第一电极和所述第二电极并排布置着。在所述半导体层中，层叠有第一层和第二层。所述第一层被设置在所述半导体层的光电转换层侧。所述第二层被设置在所述半导体层的第一电极及第二电极侧。此外，所述第二层的在导带最下端处的能级比所述第一层的在导带最下端处的能级浅。这改善了向所述第二电极传输电荷的特性。
附图说明
图1是示出根据本技术实施方案的摄像元件的构成示例的截面示意图。
图2是示出包括图1所示的摄像元件的摄像装置的像素结构的示例的平面示意图。
图3是示出图1所示的有机光电转换部的构成示例的截面示意图。
图4A是示出图3所示的有机光电转换部的累积电极上的各层的能级的图。
图4B是示出图3所示的有机光电转换部的读出电极上的各层的能级的图。
图5是图1所示的摄像元件的等效电路图。
图6是示出图1所示的摄像元件的下部电极和用于构成控制器的晶体管的布置的示意图。
图7是用于说明图1所示的摄像元件的制造方法的截面图。
图8是图7之后的步骤的截面图。
图9是图8之后的步骤的截面图。
图10是图9之后的步骤的截面图。
图11是图10之后的步骤的截面图。
图12是图11之后的步骤的截面图。
图13是示出图1所示的摄像元件的操作示例的时序图。
图14是示出根据本技术变形例1的有机光电转换部的构成示例的截面示意图。
图15A是示出图14所示的有机光电转换部的累积电极上的各层的能级的图。
图15B是示出图14所示的有机光电转换部的读出电极上的各层的能级的图。
图16是示出根据本技术变形例2的有机光电转换部的构成示例的截面示意图。
图17是示出根据本技术变形例3的有机光电转换部的构成示例的截面示意图。
图18是示出根据本技术变形例4的有机光电转换部的构成示例的截面示意图。
图19是示出根据本技术变形例5的有机光电转换部的构成示例的截面示意图。
图20是示出根据本技术变形例6的有机光电转换部的构成示例的截面示意图。
图21是示出根据本技术变形例7的有机光电转换部的一个构成示例的截面示意图。
图22A是用于说明图21所示的有机光电转换部的制造方法的截面图。
图22B是图22A之后的步骤的截面图。
图22C是图22B之后的步骤的截面图。
图22D是图22C之后的步骤的截面图。
图22E是图22D之后的步骤的截面图。
图23是示出根据本技术变形例7的有机光电转换部的另一构成示例的截面示意图。
图24A是用于说明图23所示的有机光电转换部的制造方法的截面图。
图24B是图24A之后的步骤的截面图。
图24C是图24B之后的步骤的截面图。
图24D是图24C之后的步骤的截面图。
图25是示出根据本技术变形例8的有机光电转换部的一个构成示例的截面示意图。
图26A是用于说明图25所示的有机光电转换部的制造方法的截面图。
图26B是图26A之后的步骤的截面图。
图26C是图26B之后的步骤的截面图。
图26D是图26C之后的步骤的截面图。
图26E是图26D之后的步骤的截面图。
图27是示出根据本技术变形例8的有机光电转换部的另一构成示例的截面示意图。
图28是示出根据本技术变形例8的有机光电转换部的又一构成示例的截面示意图。
图29是示出根据本技术变形例8的有机光电转换部的再一构成示例的截面示意图。
图30是示出根据本技术变形例9的有机光电转换部的一个构成示例的截面示意图。
图31是示出包括图30所示的有机光电转换部的摄像装置的平面构成的示例的示意图。
图32A是示出图30所示的有机光电转换部的累积电极上的各层的能级的图。
图32B是示出图30所示的有机光电转换部的读出电极上的各层的能级的图。
图33是示出有机光电转换部的在周边区域附近的侧面结构的另一示例的截面示意图。
图34是示出根据本技术变形例9的有机光电转换部的另一构成示例的截面示意图。
图35是示出根据本技术变形例10的有机光电转换部的一个构成示例的截面示意图。
图36A是用于说明图35所示的有机光电转换部的制造方法的截面图。
图36B是图36A之后的步骤的截面图。
图36C是图36B之后的步骤的截面图。
图36D是图36C之后的步骤的截面图。
图37是示出根据本技术变形例10的有机光电转换部的另一构成示例的截面示意图。
图38是示出根据本技术变形例10的有机光电转换部的又一构成示例的截面示意图。
图39是示出根据本技术变形例10的有机光电转换部的再一构成示例的截面示意图。
图40是示出根据本技术变形例11的有机光电转换部的构成示例的截面示意图。
图41A是用于说明图40所示的有机光电转换部的制造方法的截面图。
图41B是图41A之后的步骤的截面图。
图41C是图41B之后的步骤的截面图。
图41D是图41C之后的步骤的截面图。
图41E是图41D之后的步骤的截面图。
图41F是图41E之后的步骤的截面图。
图41G是图41F之后的步骤的截面图。
图42是示出图40所示的第一半导体层的平面布局的示例的示意图。
图43是示出图40所示的有机光电转换部的侧面形状的示例的示意图。
图44是示出在将图40所示的有机光电转换部用于摄像元件中的情况下像素部和周边区域中的第一半导体层的一个构成示例的截面示意图。
图45是示出在将图40所示的有机光电转换部用于摄像元件中的情况下像素部和周边区域中的第一半导体层的另一构成示例的截面示意图。
图46是示出在将图40所示的有机光电转换部用于摄像元件中的情况下像素部和周边区域中的第一半导体层的又一构成示例的截面示意图。
图47是示出图44等所示的像素部和周边区域中的有机光电转换部上的构成示例的截面示意图。
图48A是示出根据本技术变形例12的摄像元件的构成示例的截面示意图。
图48B是示出包括图48A所示的摄像元件的摄像装置的像素结构的示例的平面示意图。
图49A是示出根据本技术变形例13的摄像元件的构成示例的截面示意图。
图49B是示出包括图49A所示的摄像元件的摄像装置的像素结构的示例的平面示意图。
图50是示出根据本技术变形例14的摄像元件的构成示例的截面示意图。
图51是示出根据本技术变形例15的摄像元件的构成示例的截面示意图。
图52是示出根据本技术变形例16的摄像元件的构成示例的截面示意图。
图53是示出把图1等所示的摄像元件用作像素的摄像装置的构成的框图。
图54是示出使用了图53所示的摄像装置的电子设备(相机)的示例的功能框图。
图55是示出体内信息获取系统的示意性构成的示例的框图。
图56是示出内窥镜手术系统的示意性构成的示例的图。
图57是示出相机头和相机控制单元(CCU)的功能构成的示例的框图。
图58是示出车辆控制系统的示意性构成的示例的框图。
图59是用于辅助说明车外信息检测部和摄像部的安装位置的示例的图。
具体实施方式
下面参照附图详细说明本技术的实施方案。以下说明是本技术的具体示例，但本技术不限于以下模式。此外，本技术也不限于各个图中所示的各个组件的布置、尺寸、尺寸比等。应当注意，按以下顺序给出说明。
1.实施方案(包括位于下部电极和光电转换层之间的半导体层的摄像元件的示例，该半导体层包括具有导带最下端处的预定能级(Ec)的两个层)
1-1.摄像元件的构成
1-2.摄像元件的制造方法
1-3.摄像元件的信号获取操作
1-4.作用和效果
2.变形例
2-1.变形例1(其中在半导体层和光电转换层之间进一步设置有保护层的示例)
2-2.变形例2(其中在下部电极和光电转换层之间设置有具有三层结构的半导体层的示例)
2-3.变形例3(其中在与读出电极的连接部中设置有高载流子区域的示例)
2-4.变形例4(读出电极和第一半导体层之间的连接部分的另一示例)
2-5.变形例5(读出电极和第一半导体层之间的连接部分的另一示例)
2-6.变形例6(其中进一步设置有传输电极作为下部电极的示例)
2-7.变形例7(其中层叠有第一半导体层或第二半导体层的示例)
2-8.变形例8(其中在读出电极上方设置有金属膜的示例)
2-9.变形例9(其中第二半导体层被设为结晶层和非晶层的层叠膜的示例)
2-10.变形例10(其中读出电极上的第二半导体层的膜厚度被减小的示例)
2-11.变形例11(其中第一半导体层的端面被形成在有机光电转换部的端面内侧的示例)
2-12.变形例12(使用彩色滤光片来进行分光的摄像元件的一个示例)
2-13.变形例13(使用彩色滤光片来进行分光的摄像元件的另一示例)
2-14.变形例14(其中层叠有多个有机光电转换部的摄像元件的一个示例)
2-15.变形例15(其中层叠有多个有机光电转换部的摄像元件的另一示例)
2-16.变形例16(其中层叠有多个有机光电转换部的摄像元件的又一示例)
3.适用例
4.应用例
<1.实施方案>
图1示出了根据本技术实施方案的摄像元件(摄像元件10)的截面构成。图2示意性地示出了图1所示的摄像元件10的平面构成的示例。图1示出了沿图2所示的I-I线截取的截面。图3是图1所示的摄像元件10的主要部分(有机光电转换部20)的截面构成的示例的示意性放大图。例如，在用于诸如数码相机或摄像机等电子设备的诸如CMOS(互补金属氧化物半导体：Complementary Metal Oxide Semiconductor)图像传感器等摄像装置(摄像装置1；参见图53)中，在该摄像装置的像素部1A中以阵列状重复布置有像素(单位像素P)，每一个像素中都包含摄像元件10。在像素部1A中，像素单元1a作为重复单元被重复布置在具有行方向和列方向的阵列中。如图2所示，每个像素单元1a包括四个单位像素P，这些单位像素P例如被布置成两行和两列。
根据本实施方案的摄像元件10，在设置在半导体基板30上的有机光电转换部20中，在下部电极21和光电转换层24之间设置有具有层叠结构的半导体层23。下部电极21包括读出电极21A和累积电极21B。例如，半导体层23包括第一半导体层23A和第二半导体层23B。第一半导体层23A被设置在下部电极21侧上，并且第一半导体层23A的在导带最下端处的能级(Ec1)浅于第二半导体层23B的在导带最下端处的能级(Ec2)。该读出电极21A相当于根据本技术的“第二电极”的具体示例，并且累积电极21B相当于根据本技术的“第一电极”的具体示例。此外，第一半导体层23A相当于根据本技术的“第二层”的具体示例，并且第二半导体层23B相当于根据本技术的“第一层”的具体示例。
(1-1.摄像元件的构成)
摄像元件10是所谓的纵向分光型摄像元件，其中，一个有机光电转换部20以及两个无机光电转换部32B和32R在纵向上层叠着。有机光电转换部20被设置在半导体基板30的背面(第一表面30A)侧上。无机光电转换部32B和32R被形成为埋入在半导体基板30内，并且在半导体基板30的厚度方向上层叠。
有机光电转换部20以及无机光电转换部32B和32R通过选择性地检测相互不同的波长范围的光来进行光电转换。例如，有机光电转换部20获取绿色(G)的颜色信号。无机光电转换部32B和32R通过利用吸收系数之间的差异来分别获取蓝色(B)的颜色信号和红色(R)的颜色信号。这就允许摄像元件10无需使用任何彩色滤光片就能在一个像素中获取多种类型的颜色信号。
应当注意，在本实施方案中，说明了把通过光电转换产生的电子和空穴对(激子)中的电子作为信号电荷进行读出的情况(n型半导体区域被设为光电转换层的情况)。此外，在图中，标注在“p”和“n”上的“+(加号)”表示较高的p型或n型杂质浓度。
例如，在半导体基板30的正面(第二表面30B)上设置有浮动扩散部(浮动扩散层)FD1(半导体基板30中的区域36B)、FD2(半导体基板30中的区域37C)、FD3(半导体基板30中的区域38C)、传输晶体管Tr2和Tr3、放大晶体管(调制元件)AMP、复位晶体管RST和选择晶体管SEL。在半导体基板30的第二表面30B上还隔着栅极绝缘层33设置有多层配线层40。例如，多层配线层40具有其中在绝缘层44内层叠有配线层41、42和43的构成。在半导体基板30的周边部或在像素部1A的周围设置有包括逻辑电路等的周边电路部130(参见图53)。
应当注意，图1将半导体基板30的第一表面30A侧示出为光入射侧S1、且将半导体基板30的第二表面30B侧示出为配线层侧S2。
在有机光电转换部20中，在被布置为彼此相对着的下部电极21和上部电极25之间，从下部电极21侧依次层叠着半导体层23和光电转换层24。通过使用有机材料形成光电转换层24。如上所述，在半导体层23中，第一半导体层23A和第二半导体层23B从下部电极21侧按该顺序层叠着。第一半导体层23A的在导带最下端处的能级(Ec1)比第二半导体层23B的在导带最下端处的能级(Ec2)浅。光电转换层24包括p型半导体和n型半导体，并且在该层中具有体异质结(bulk heterojunction)结构。体异质结结构是通过由p型半导体和n型半导体混合而形成的p/n接合面。
有机光电转换部20还包括位于下部电极21和半导体层23之间的绝缘层22。例如，绝缘层22被设置为遍及于像素部1A全体上。此外，绝缘层22在下部电极21中所包含的读出电极21A上具有开口22H。读出电极21A通过该开口22H电连接到半导体层23。具体地，第一半导体层23A被形成得从绝缘层22的顶部遍及开口22H的侧面。读出电极21A和第二半导体层23B在开口22H的底面处直接连接。换句话说，例如，第一半导体层23A在开口22H内具有用于让读出电极21A露出的开口23AH。第二半导体层23B通过这些开口22H和23AH直接连接到读出电极21A。该开口22H相当于根据本技术的“第一开口”的具体示例，并且开口23AH相当于根据本技术的“第二开口”的具体示例。
应当注意，图1示出了其中针对每个摄像元件10都单独形成有半导体层23、光电转换层24和上部电极25的示例，但是半导体层23、光电转换层24和上部电极25也可以例如作为由多个摄像元件10共用的连续层而设置着。
例如，绝缘层26和层间绝缘层27被层叠在半导体基板30的第一表面30A和下部电极21之间。在绝缘层26中，具有固定电荷的层(固定电荷层)26A和具有绝缘性的介电层26B从半导体基板30侧按该顺序层叠着。
通过利用在包含硅基板的半导体基板30中随着光入射深度的不同，要被吸收的光的波长也不同的事实，无机光电转换部32B和32R各者允许在纵向上将光进行分光。无机光电转换部32B和32R在半导体基板30的预定区域中分别具有pn结(pn junction)。
贯通电极34被设置在半导体基板30的第一表面30A与第二表面30B之间。贯通电极34电连接到读出电极21A。有机光电转换部20通过贯通电极34连接到放大晶体管AMP的栅极Gamp和复位晶体管RST(复位晶体管TR1rst)的一个源极/漏极区域36B，这个源极/漏极区域36B也用作浮动扩散部FD1。藉此，在摄像元件10中，能够将由设置于半导体基板30的第一表面30A侧的有机光电转换部20产生的电荷(这里是电子)通过贯通电极34良好地传输到半导体基板30的第二表面30B侧，于是改善了特性。
贯通电极34的下端连接到配线层41中的配线(连接部41A)，并且连接部41A和放大晶体管AMP的栅极Gamp通过下部第一触点45相互连接。连接部41A和浮动扩散部FD1(源极/漏极区域36B)例如通过下部第二触点46相互连接。贯通电极34的上端例如通过焊盘部39A和上部第一触点39C连接到读出电极21A。
在有机光电转换部20上方设置有保护层51。在保护层51中设置有配线52和遮光膜53。例如，配线52在像素部1A的周围处将上部电极25与周边电路部130电连接。在保护层51上方还设置有诸如平坦化层(未示出)或晶片上透镜54等光学部件。
在根据本实施方案的摄像元件10中，从光入射侧S1入射至有机光电转换部20的光被光电转换层24吸收。由此产生的激子移动到光电转换层24中所包含的电子供体和电子受体之间的界面，并且进行激子分离。换句话说，激子被解离成电子和空穴。此处产生的电荷(电子和空穴)利用由于载流子浓度差而导致的扩散以及由于阳极(例如，上部电极25)与阴极(例如，下部电极21)之间的功函数差而引起的内部电场而被传输到相互不同的电极。进行传输的电荷作为光电流被检测出来。此外，通过在下部电极21和上部电极25之间施加电位，能够控制电子和空穴的传输方向。
下面详细说明各个部分的构成或材料等。
有机光电转换部20是吸收与选择性波长范围(例如，450nm以上且650nm以下)中的一部分波长范围或全部波长范围对应的例如绿色光、并且产生激子的有机光电转换元件。
下部电极21包括例如并排布置在层间绝缘层27上的读出电极21A和累积电极21B。读出电极21A用于将在光电转换层24中产生的电荷传输到浮动扩散部FD1。每个像素单元1a都设置有一个读出电极21A。像素单元1a包括例如布置成两行和两列的四个像素。读出电极21A例如通过上部第一触点39C、焊盘部39A、贯通电极34、连接部41A和下部第二触点46连接到浮动扩散部FD1。累积电极21B用于将在光电转换层24中产生的电荷之中的例如电子作为信号电荷累积到半导体层23中。针对每个像素都设置有累积电极21B。在每个单位像素P内，累积电极21B被设置在与形成于半导体基板30中的无机光电转换部32B和32R的光接收表面正对着、且覆盖该光接收表面的区域中。优选的是，累积电极21B大于读出电极21A。藉此，能够累积更多的电荷。
下部电极21可由具有光透过性的导电膜形成。例如，下部电极21包括ITO(氧化铟锡)。作为下部电极21中所包含的材料，除了可使用ITO之外，也可以使用添加有掺杂剂的氧化锡(SnO2)系材料或通过将掺杂剂添加到氧化锌(ZnO)而获得的氧化锌系材料。氧化锌系材料的示例包括添加有作为掺杂剂的铝(Al)的氧化铝锌(AZO)、添加有镓(Ga)的氧化镓锌(GZO)和添加有铟(In)的氧化铟锌(IZO)。此外，除了这些之外，还可以使用IGZO、ITZO、CuI、InSbO4、ZnMgO、CuInO2、MgIn2O4、CdO、ZnSnO3等。
绝缘层22用于使累积电极21B和半导体层23电分离。绝缘层22以覆盖下部电极21的方式例如被设置在层间绝缘层27上方。绝缘层22在下部电极21的读出电极21A上设置有开口22H，并且读出电极21A和半导体层23通过该开口22H电连接。绝缘层22由例如含有氧化硅(SiOx)、氮化硅(SiNx)、氧氮化硅(SiON)等中的一者的单层膜构成，或者由含有它们中的两种以上的层叠膜构成。绝缘层22例如具有20nm至500nm的厚度。
半导体层23用于累积由光电转换层24产生的电荷。如上所述，半导体层23被设置在下部电极21和光电转换层24之间。半导体层23具有从下部电极21侧将第一半导体层23A和第二半导体层23B按该顺序层叠着的层叠结构。具体地，第一半导体层23A被设置在将下部电极21和半导体层23电分离的绝缘层22上。第一半导体层23A覆盖着设置在读出电极21A上的开口22H的侧面，并且第一半导体层23A在开口22H中具有用于让读出电极21A露出的开口23AH。第二半导体层23B被设置在第一半导体层23A和光电转换层24之间，并通过开口22H和23AH与读出电极21A直接电连接。第一半导体层23A和第二半导体层23B分别具有预定的能级。
图4A示出了层叠在累积电极21B上方的绝缘层22、第一半导体层23A、第二半导体层23B和光电转换层24的能级。图4B示出了层叠在设置于读出电极21A上的开口22H和23AH内的绝缘层22、第二半导体层23B和光电转换层24的能级。优选的是，第一半导体层23A的在导带最下端处的能级(Ec1)比第二半导体层23B的在导带最下端处的能级(Ec2)浅(在远离真空能级的方向被定义为能量较小(负值且绝对值更大)的情况下，Ec1>Ec2)。此外，优选的是，光电转换层24的在导带最下端处的能级(Ec0)比第二半导体层23B的在导带最下端处的能级(Ec2)浅(在远离真空能级的方向被定义为能量较小(负值且绝对值更大)的情况下，Ec0>Ec2)。关于第一半导体层23A和第二半导体层23B的在导带最下端处的能级的能级差(Ec2-Ec1)，在Ec1比Ec2浅的情况下就是尤其有效的，但优选地，上述能级差的绝对值大于0.2eV。此外，更优选地，上述能级差的绝对值大于0.4eV。
藉此，由光电转换层24产生的电荷(电子)依据能量梯度而被传输到累积电极21B侧。然而，因为第一半导体层23A的在导带最下端处的能级比第二半导体层23B的在导带最下端处的能级高(浅)，所以从光电转换层24传输过来的电子就被累积在第一半导体层23A上。之后，通过控制累积电极21B的电位并产生电位梯度，使得累积于累积电极21B上方的电子被传输到读出电极21A，这将在下面进行详细说明。在这种情况下，由于读出电极21A上的第一半导体层23A已被去除，所以读出电极21A能够在没有电子势垒的情况下将电子传输到浮动扩散部FD1。
能够通过使用例如以下材料来形成半导体层23(第一半导体层23A和第二半导体层23B)。在本实施方案中，由光电转换层24产生的电荷之中的电子被用作信号电荷。能够通过使用n型氧化物半导体材料来形成半导体层23。具体地，可以列举：IGZO(In-Ga-Zn-O系氧化物半导体)、ITZO(In-Sn-Zn-O系氧化物半导体)、ZTO(Zn-Sn-O系氧化物半导体)、IGZTO(In-Ga-Zn-Sn-O系氧化物半导体)、GTO(Ga-Sn-O系氧化物半导体)、IGO(In-Ga-O系氧化物半导体)等。此外，亦能够使用：通过将作为掺杂剂的铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)等添加到上述氧化物半导体而获得的AlZnO、GaZnO、InZnO等，或包括CuI、InSbO4、ZnMgO、CuInO2、MgIn2O4、CdO等的材料。
优选地，将上述氧化物半导体材料中的至少一种用于第一半导体层23A和第二半导体层23B。优选地，使用它们之中的IGZO。例如，能够通过利用镓(Ga)和锌(Zn)中的一者的含量或者它们两者的含量来控制第一半导体层23A和第二半导体层23B的在导带最下端处的能级(Ec)。例如，第一半导体层23A具有高于或等于第二半导体层23B的Ga含量的Ga含量，这就使得第一半导体层23A的在导带最下端处的能级(Ec1)比第二半导体层23B的在导带最下端处的能级(Ec2)浅。又例如，第一半导体层23A具有高于或等于第二半导体层23B的Zn含量的Zn含量，这就使得第一半导体层23A的在导带最下端处的能级(Ec1)比第二半导体层23B的在导带最下端处的能级(Ec2)浅。此外，通过使第一半导体层23A具有高于或等于第二半导体层23B的Si含量的Si含量，也能够获得类似的特性。
第一半导体层23A和第二半导体层23B各者都具有例如结晶性或非晶性。可替代地，第一半导体层23A和第二半导体层23B中的一者可以具有结晶性，并且另一者可以具有非晶性。此外，在第一半导体层23A和第二半导体层23B都具有结晶性的情况下，第一半导体层23A也可以具有非晶层和结晶层的层叠结构。具体地，第一半导体层23A的一部分(在让第一半导体层23A成膜时具有几nm膜厚度的初始层)可以是非晶层。在第一半导体层23A和第二半导体层23B都被形成为结晶层的情况下，第一半导体层23A起到第二半导体层23B的晶种的作用。这就使得能够形成具有良好膜质量的第二半导体层23B。于是，能够降低第一半导体层23A和第二半导体层23B之间的界面处的缺陷能级。在第一半导体层23A是结晶层且第二半导体层23B是非晶层的情况下，与直接形成于绝缘层22上的情况相比而言，层中的杂质减少了。这就使得能够降低由杂质引起的缺陷能级。此外，也减少了由杂质引起的对结晶生长的阻碍，从而能够提高结晶性。在第一半导体层23A是非晶层且第二半导体层23B是结晶层的情况下，以及在第一半导体层23A和第二半导体层23B都是非晶层的情况下，也减少了硅中的杂质。这使得能够降低缺陷能级。
第一半导体层23A的厚度没有特别规定，但优选的是，第一半导体层23A具有例如1nm以上且50nm以下的厚度。这是因为，在具有例如不足1nm的厚度的薄膜区域中，隧穿效应会致使电子穿过第一半导体层23A。这也是因为，在厚度大于例如50nm的情况下，电容增加并且饱和电荷量减少。优选的是，第二半导体层23B具有例如5nm以上的厚度。这是因为，在具有例如不足5nm的厚度的薄膜区域中，在电子被传输的情况下电子更容易逆流到光电转换膜。针对第二半导体层23B的厚度并未特别设定上限。例如，当厚度为200nm时，能够获得足够稳定的特性。通过在绝缘层22和光电转换层24之间设置有具有上述构成的半导体层23，就能够在避免了包括不同类型的材料的绝缘层22和半导体层23之间的界面处的电荷陷阱的同时，进行电荷的累积及传输。
光电转换层24将光能转换为电能。例如，光电转换层24包括两种以上的分别用作p型半导体或n型半导体的有机半导体材料(p型半导体材料或n型半导体材料)。光电转换层24在该层中具有p型半导体材料和n型半导体材料之间的接合面(p/n接合面)。p型半导体相对地用作电子供体(donor)，并且n型半导体相对地用作电子受体(acceptor)。光电转换层24提供了把在吸收光时产生的激子分离成电子和空穴的场所。具体地，在电子供体和电子受体之间的界面(p/n接合面)处，激子被分离成电子和空穴。
光电转换层24除了包括p型半导体材料和n型半导体材料之外，可以还包括有机材料或所谓的色素材料。有机材料或色素材料对预定波长范围内的光进行光电转换，并且让其他波长范围内的光透过。在通过使用包括p型半导体材料、n型半导体材料和色素材料这三种类型的有机材料来形成光电转换层24的情况下，优选的是，p型半导体材料和n型半导体材料分别是在可见光区域(例如，450nm至800nm)中具有光透过性的材料。光电转换层24具有例如50nm至500nm的厚度。
光电转换层24中所包含的有机材料的示例包括喹吖啶酮衍生物、萘衍生物、蒽衍生物、菲衍生物、并四苯衍生物、芘衍生物、苝衍生物和荧蒽衍生物。光电转换层24可以包括两种以上的上述有机材料的组合。上述有机材料通过它们的组合而起到p型半导体或n型半导体的作用。
应当注意，光电转换层24中所包含的有机材料不受特别限制。除了能够使用上述有机材料之外，例如还能够使用：包括苯撑乙烯撑、芴、咔唑、吲哚、芘、吡咯、甲基吡啶、噻吩、乙炔、联乙炔等的聚合物或其衍生物。可替代地，能够使用：金属络合物色素；花青类色素；部花青类色素；苯基呫吨类色素；三苯甲烷类色素；若丹青类色素；呫吨类色素；大环氮杂轮烯类色素；薁系色素；萘醌系色素；蒽醌系色素；链状化合物(其中稠合有包含芘等的稠合多环芳香族、芳香环或杂环化合物)；通过两个含氮杂环(其包括具有方酸鎓基和克酮酸次甲基作为键合链的喹啉、苯并噻唑、苯并噁唑等)进行键合或通过方酸鎓基和和克酮酸次甲基进行键合的类花青色素等。应当注意，作为金属络合物色素，可以列举：二硫醇金属络合物系色素、金属酞菁色素、金属卟啉色素或钌络合物色素。金属络合物色素特别优选的是它们之中的钌络合物色素，但不限于此。
上部电极25可与下部电极21一样由具有光透过性的导电膜形成。例如，上部电极25包括例如ITO(氧化铟锡)。作为上部电极25中所包含的材料，除了可以使用ITO之外，也可以使用添加有掺杂剂的氧化锡(SnO2)系材料或通过将掺杂剂添加到氧化锌(ZnO)而获得的氧化锌系材料。氧化锌系材料的示例包括：添加有作为掺杂剂的铝(Al)的氧化铝锌(AZO)、添加有镓(Ga)的氧化镓锌(GZO)、添加有铟(In)的氧化铟锌(IZO)。此外，除了这些之外，还可以使用IGZO、ITZO、CuI、InSbO4、ZnMgO、CuInO2、MgIn2O4、CdO、ZnSnO3等。上部电极25可以针对各个像素是分离的，或者上部电极25可以形成为由各个像素共用的电极。上部电极25具有例如10nm至200nm的厚度。
应当注意，有机光电转换部20可以在光电转换层24和下部电极21之间(例如，在半导体层23和光电转换层24之间)以及在光电转换层24和上部电极25之间设置有其他层。例如，在有机光电转换部20中，可以从下部电极21侧依次层叠有半导体层23、兼用作电子阻挡膜的缓冲层、光电转换层24、兼用作空穴阻挡膜的缓冲层、以及功函数调整层等。此外，光电转换层24可以具有其中层叠有例如p型阻挡层、包含p型半导体和n型半导体的层(i层)、以及n型阻挡层的pin体异质结构。
绝缘层26用于覆盖半导体基板30的第一表面30A，并且降低与半导体基板30的界面态。此外，绝缘层26用于抑制在与半导体基板30的界面处的暗电流的产生。此外，绝缘层26从半导体基板30的第一表面30A直至遍及于里面形成有贯通电极34的开口34H(参见图8)的侧面而延伸。贯通电极34贯通半导体基板30。绝缘层26具有例如固定电荷层26A和介电层26B的层叠结构。
固定电荷层26A可以是具有正固定电荷的膜或者具有负固定电荷的膜。优选的是，作为固定电荷层26A的材料，可以使用具有比半导体基板30的能带隙更宽的能带隙的半导体材料或导电材料。这能够抑制在半导体基板30的界面处的暗电流的产生。固定电荷层26A中所包含的材料的示例包括氧化铪(HfOx)、氧化铝(AlOx)、氧化锆(ZrOx)、氧化钽(TaOx)、氧化钛(TiOx)、氧化镧(LaOx)、氧化镨(PrOx)、氧化铈(CeOx)、氧化钕(NdOx)、氧化钷(PmOx)、氧化钐(SmOx)、氧化铕(EuOx)、氧化钆(GdOx)、氧化铽(TbOx)、氧化镝(DyOx)、氧化钬(HoOx)、氧化铥(TmOx)、氧化镱(YbOx)、氧化镥(LuOx)、氧化钇(YOx)、氮化铪(HfNx)、氮化铝(AlNx)、氧氮化铪(HfOxNy)、氧氮化铝(AlOxNy)等。
介电层26B用于防止由于半导体基板30和层间绝缘层27之间的折射率差而引起的光反射。优选的是，介电层26B中所包含的材料是具有半导体基板30的折射率与层间绝缘层27的折射率之间的折射率的材料。介电层26B中所包含的材料的示例包括氧化硅、TEOS(四乙氧基硅烷)、氮化硅、氧氮化硅(SiON)等。
层间绝缘层27例如由含有氧化硅、氮化硅、氧氮化硅等中的一者的单层膜构成，或者由包含它们中的两者以上的层叠膜构成。
尽管在图1中未示出，但是在层间绝缘层27上，与下部电极21一起设置有屏蔽电极28。屏蔽电极28用于防止相邻像素单元1a之间的电容耦合。屏蔽电极28被设置在像素单元1a周围，该像素单元1a各自包括例如被布置成两行和两列的四个像素。固定电位被施加到屏蔽电极28。屏蔽电极28进一步在像素单元1a中的在行方向(Z轴方向)及列方向(X轴方向)上相邻的像素之间延伸。
半导体基板30由例如n型硅(Si)基板构成，并且在预定区域中具有p阱31。
无机光电转换部32B和32R各自包括：在半导体基板30中的预定区域中的具有pn结的光电二极管(PD)。通过利用在Si基板中随着光入射深度的不同，要被吸收的光也具有不同波长的事实，无机光电转换部32B和32R各者允许在纵向上将光进行分光。无机光电转换部32B选择性地检测例如蓝色光，以累积对应于蓝色的信号电荷。无机光电转换部32B被设置在允许将蓝色光有效地进行光电转换的深度处。无机光电转换部32R选择性地检测例如红色光，以累积对应于红色的信号电荷。无机光电转换部32R被设置在允许将红色光有效地进行光电转换的深度处。应当注意，蓝色(B)是对应于例如450nm至495nm波长范围的颜色，并且红色(R)是对应于例如620nm至750nm波长范围的颜色。无机光电转换部32B和32R中的每者被构造为能够检测各自的波长范围中的一部分波长范围或全部波长范围的光即可。
例如，无机光电转换部32B包括用作空穴累积层的p+区域和用作电子累积层的n区域。例如，无机光电转换部32R包括用作空穴累积层的p+区域和用作电子累积层的n区域(具有p-n-p层叠结构)。无机光电转换部32B的n区域连接到纵型传输晶体管Tr2。无机光电转换部32B的p+区域沿着传输晶体管Tr2弯曲，并且延续至无机光电转换部32R的p+区域。
栅极绝缘层33由例如含有氧化硅、氮化硅、氧氮化硅等中的一者的单层膜构成，或者由含有它们中的两者以上的层叠膜构成。
贯通电极34被设置在半导体基板30的第一表面30A和第二表面30B之间。贯通电极34具有用作有机光电转换部20与放大晶体管AMP的栅极Gamp及浮动扩散部FD1之间的连接器的功能，并且用作由有机光电转换部20产生的电荷的传输路径。复位晶体管RST的复位栅极Grst被布置为紧邻于浮动扩散部FD1(复位晶体管RST的一个源极/漏极区域36B)。这允许复位晶体管RST把累积于浮动扩散部FD1中的电荷复位。
例如，能够通过使用例如PDAS(掺磷非晶硅：Phosphorus Doped AmorphousSilicon)等含有掺杂剂的硅材料或诸如铝(Al)、钨(W)、钛(Ti)、钴(Co)、铪(Hf)、钽(Ta)等的金属材料来形成焊盘部39A和39B、上部第一触点39C、上部第二触点39D、下部第一触点45、下部第二触点46、以及配线52。
保护层51和晶片上透镜54分别由具有光透过性的材料构成。保护层51和晶片上透镜54分别由例如包含氧化硅、氮化硅、氧氮化硅等中的任何一者的单层膜构成，或者由含有它们中的两者以上的层叠膜构成。该保护层51具有例如100nm至30000nm的厚度。
遮光膜53例如与配线52一起被设置在保护层51中，并且遮光膜53至少不与累积电极21B重叠，而覆盖读出电极21A的与半导体层23直接接触的区域。能够通过使用例如钨(W)、铝(Al)、或铝与铜(Cu)的合金等来形成遮光膜53。
图5是图1所示的摄像元件10的等效电路图。图6示意性地示出了图1所示的摄像元件10中的下部电极21和用于构成控制器的晶体管的布置。
复位晶体管RST(复位晶体管TR1rst)用于复位从有机光电转换部20传输到浮动扩散部FD1的电荷，并且例如由MOS晶体管构成。具体地，复位晶体管TR1rst包括复位栅极Grst、沟道形成区域36A以及源极/漏极区域36B和36C。复位栅极Grst连接到复位线RST1。复位晶体管TR1rst的一个源极/漏极区域36B也用作浮动扩散部FD1。复位晶体管TR1rst中所包含的另一个源极/漏极区域36C连接到电源线VDD。
放大晶体管AMP(放大晶体管TR1amp)是将由有机光电转换部20产生的电荷量调制为电压的调制元件，并且例如由MOS晶体管构成。具体地，放大晶体管AMP包括栅极Gamp、沟道形成区域35A以及源极/漏极区域35B和35C。栅极Gamp通过下部第一触点45、连接部41A、下部第二触点46、贯通电极34等连接到读出电极21A及复位晶体管TR1rst的一个源极/漏极区域36B(浮动扩散部FD1)。此外，放大晶体管AMP的一个源极/漏极区域35B与复位晶体管TR1rst中所包含的另一个源极/漏极区域36C共用区域，并且连接到电源线VDD。
选择晶体管SEL(选择晶体管TR1sel)包括栅极Gsel、沟道形成区域34A以及源极/漏极区域34B和34C。栅极Gsel连接到选择线SEL1。选择晶体管SEL的一个源极/漏极区域34B与放大晶体管AMP中所包含的另一个源极/漏极区域35C共用区域，并且选择晶体管SEL的另一个源极/漏极区域34C连接到信号线(数据输出线)VSL1。
传输晶体管Tr2(传输晶体管TR2trs)用于将在无机光电转换部32B中已经产生和累积的与蓝色相对应的信号电荷传输到浮动扩散部FD2。
无机光电转换部32B被形成在半导体基板30中的距第二表面30B较深的位置处，并且因此优选地，无机光电转换部32B的传输晶体管TR2trs由纵型晶体管构成。传输晶体管TR2trs连接到传输栅极线TG2。浮动扩散部FD2被设置在传输晶体管TR2trs的栅极Gtrs2附近的区域37C中。
无机光电转换部32B中累积的电荷经由沿栅极Gtrs2形成的传输通道被读出到浮动扩散部FD2。
传输晶体管Tr3(传输晶体管TR3trs)用于将在无机光电转换部32R中已经产生和累积的与红色相对应的信号电荷传输到浮动扩散部FD3。传输晶体管Tr3(传输晶体管TR3trs)例如由MOS晶体管构成。传输晶体管TR3trs连接到传输栅极线TG3。浮动扩散部FD3被设置在传输晶体管TR3trs的栅极Gtrs3附近的区域38C中。无机光电转换部32R中累积的电荷经由沿栅极Gtrs3形成的传输通道被读出到浮动扩散部FD3。
在半导体基板30的第二表面30B侧，还设置有无机光电转换部32B的用于构成控制器的复位晶体管TR2rst、放大晶体管TR2amp和选择晶体管TR2sel。此外，还设置了无机光电转换部32R的用于构成控制器的复位晶体管TR3rst、放大晶体管TR3amp和选择晶体管TR3sel。
复位晶体管TR2rst包含栅极、沟道形成区域、以及源极/漏极区域。复位晶体管TR2rst的栅极连接到复位线RST2，并且复位晶体管TR2rst的一个源极/漏极区域连接到电源线VDD。复位晶体管TR2rst的另一个源极/漏极区域也用作浮动扩散部FD2。
放大晶体管TR2amp包含栅极、沟道形成区域、以及源极/漏极区域。放大晶体管TR2amp的栅极连接到复位晶体管TR2rst中所包含的另一个源极/漏极区域(浮动扩散部FD2)。放大晶体管TR2amp中所包含的一个源极/漏极区域与复位晶体管TR2rst中所包含的一个源极/漏极区域共用区域，并且连接到电源线VDD。
选择晶体管TR2sel包含栅极、沟道形成区域、以及源极/漏极区域。选择晶体管TR2sel的栅极连接到选择线SEL2。选择晶体管TR2sel中所包含的一个源极/漏极区域与放大晶体管TR2amp中所包含的另一个源极/漏极区域共用区域。选择晶体管TR2sel中所包含的另一个源极/漏极区域连接到信号线(数据输出线)VSL2。
复位晶体管TR3rst包含栅极、沟道形成区域、以及源极/漏极区域。复位晶体管TR3rst的栅极连接到复位线RST3，并且复位晶体管TR3rst中所包含的一个源极/漏极区域连接到电源线VDD。复位晶体管TR3rst中所包含的另一个源极/漏极区域也用作浮动扩散部FD3。
放大晶体管TR3amp包含栅极、沟道形成区域、以及源极/漏极区域。放大晶体管TR3amp的栅极连接到复位晶体管TR3rst中所包含的另一个源极/漏极区域(浮动扩散部FD3)。放大晶体管TR3amp中所包含的一个源极/漏极区域与复位晶体管TR3rst中所包含的一个源极/漏极区域共用区域，并且连接到电源线VDD。
选择晶体管TR3sel包含栅极、沟道形成区域、以及源极/漏极区域。选择晶体管TR3sel的栅极连接到选择线SEL3。选择晶体管TR3sel中所包含的一个源极/漏极区域与放大晶体管TR3amp中所包含的另一个源极/漏极区域共用区域。选择晶体管TR3sel中所包含的另一个源极/漏极区域连接到信号线(数据输出线)VSL3。
复位线RST1、RST2和RST3、选择线SEL1、SEL2和SEL3、以及传输栅极线TG2和TG3分别连接到驱动电路中所包含的垂直驱动电路。信号线(数据输出线)VSL1、VSL2和VSL3连接到驱动电路中所包含的列信号处理电路113。
(1-2.摄像元件的制造方法)
例如，能够按如下方式来制造根据本实施方案的摄像元件10。
图7至图12按工序顺序示出了摄像元件10的制造方法。首先，如图7所示，例如，p阱31被形成在半导体基板30中。例如，n型无机光电转换部32B和32R被形成在该p阱31中。p+区域被形成在半导体基板30的第一表面30A附近。
也如图7所示，例如，在半导体基板30的第二表面30B上形成用作浮动扩散部FD1至FD3的n+区域，然后形成栅极绝缘层33和栅极配线层47。栅极配线层47包括传输晶体管Tr2、传输晶体管Tr3、选择晶体管SEL、放大晶体管AMP和复位晶体管RST的各个栅极。藉此，就形成了传输晶体管Tr2、传输晶体管Tr3、选择晶体管SEL、放大晶体管AMP和复位晶体管RST。此外，多层配线层40被形成在半导体基板30的第二表面30B上。多层配线层40包括配线层41至43和绝缘层44。配线层41至43包括下部第一触点45、下部第二触点46和连接部41A。
例如，作为半导体基板30的基材，可以使用SOI(绝缘体上覆硅)基板，该基板中层叠有半导体基板30、埋入氧化膜(未示出)和保持基板(未示出)。尽管在图7中未示出，但是埋入氧化膜和保持基板被接合到半导体基板30的第一表面30A。离子注入之后，进行退火处理。
接下来，把支撑基板(未示出)或其他半导体基材等接合到设置于半导体基板30的第二表面30B侧的多层配线层40上，并上下翻转。随后，将半导体基板30与SOI基板的埋入氧化膜及保持基板分离，以露出半导体基板30的第一表面30A。可利用离子注入法、化学气相沉积法(CVD：Chemical Vapor Deposition)等在通常CMOS工艺中使用的技术来执行上述步骤。
接下来，如图8所示，例如通过干法蚀刻从第一表面30A侧对半导体基板30进行加工，以形成例如环状开口34H。如图8所示，开口34H的深度从半导体基板30的第一表面30A延伸到第二表面30B，并且到达例如连接部41A。
随后，例如，在半导体基板30的第一表面30A和开口34H的侧面上依次形成固定电荷层26A和介电层26B。可以通过例如利用原子层沉积法(ALD法)形成氧化铪膜或氧化铝膜，来形成固定电荷层26A。可以通过例如利用等离子体CVD法形成氧化硅膜，来形成介电层26B。接下来，在介电层26B上的预定位置处形成焊盘部39A和39B。在焊盘部39A和39B每一者中，例如，层叠有势垒金属和钨膜，该势垒金属包括钛和氮化钛的层叠膜(Ti/TiN膜)。藉此，可以将焊盘部39A和39B用作遮光膜。之后，在介电层26B以及焊盘部39A和39B上形成层间绝缘层27，并且通过使用化学机械研磨(CMP：Chemical Mechanical Polishing)法使层间绝缘层27的表面平坦化。
随后，如图9所示，开口27H1和27H2分别被形成在焊盘部39A和39B上方。之后，例如利用诸如Al等导电材料埋入这些开口27H1和27H2，以形成上部第一触点39C和上部第二触点39D。
接下来，如图10所示，通过使用例如溅射法在层间绝缘层27上形成导电膜21x，然后使用光刻技术进行图案化。具体地，在导电膜21x上的预定位置处形成光刻胶PR，然后通过使用干法蚀刻或湿法蚀刻来加工导电膜21x。之后，如图11所示，通过去除光刻胶PR而形成了读出电极21A和累积电极21B。
随后，如图12所示，形成了绝缘层22、包括第一半导体层23A和第二半导体层23B的半导体层23、光电转换层24、以及上部电极25。例如，关于绝缘层22，通过使用例如ALD法来形成氧化硅膜。之后，通过使用CMP法使绝缘层22的表面平坦化。之后，通过使用例如湿法蚀刻在读出电极21A上形成开口22H。可以通过使用例如溅射法来形成半导体层23(第一半导体层23A和第二半导体层23B)。在这种情况下，可以通过调整镓(Ga)或锌(Zn)中的一者的含量或它们两者的含量，来形成如下这样的第一半导体层23A和第二半导体层23B：第一半导体层23A的在导带最下端处的能级为预定能级(Ec1)，第二半导体层23B的在导带最下端处的能级为比第一半导体层23A的预定能级(Ec1)深的预定能级(Ec2)。可替代地，通过将InGaSiO用于第一半导体层23A也能够期待类似的效果。通过使用例如湿法蚀刻来形成第一半导体层23A的开口23AH。通过使用例如真空蒸镀法来形成光电转换层24。与下部电极21一样，通过使用例如溅射法来形成上部电极25。最后，在上部电极25上设置：包括配线52和遮光膜53的保护层51；以及晶片上透镜54。因此，完成了图1所示的摄像元件10。
应当注意，如上所述，在半导体层23和光电转换层24之间以及在光电转换层24和上部电极25之间还形成诸如也用作电子阻挡膜的缓冲层、也用作空穴阻挡膜的缓冲层、或功函数调整层等分别含有有机材料的其他层的情况下，优选在真空步骤中连续地(在原位真空工艺中)形成各个层。此外，光电转换层24的形成方法并不一定限于使用真空蒸镀法的技术。例如，可以使用旋涂技术、印刷技术等。此外，作为透明电极(下部电极21和上部电极25)的形成方法，除了可以使用溅射法之外，取决于透明电极中所包含的材料，还可以列举：诸如真空蒸镀法、反应蒸镀法、电子束蒸镀法、或离子镀法等物理气相沉积法(PVD法)；高温溶胶法；将有机金属化合物热分解的方法；喷涂法；浸涂法；包括MOCVD法的各种CVD法；化学镀法；和电镀法。
(1-3.摄像元件的信号获取操作)
在摄像元件10中，当光经过晶片上透镜54入射到有机光电转换部20时，光依次通过有机光电转换部20、无机光电转换部32B和无机光电转换部32R。在光通过有机光电转换部20、无机光电转换部32B和无机光电转换部32R的过程中，针对绿(G)光、蓝(B)光和红(R)光中的各者进行光电转换。下面说明各个颜色的信号的获取操作。
(利用有机光电转换部20获取绿色信号)
首先，已经入射到摄像元件10的光之中的绿色光被有机光电转换部20选择性地检测出来(吸收)和进行光电转换。
有机光电转换部20通过贯通电极34连接到放大晶体管TR1amp的栅极Gamp及浮动扩散部FD1。因此，由有机光电转换部20产生的激子中的电子从下部电极21侧被提取，且通过贯通电极34传输到半导体基板30的第二表面30S2侧，并累积到浮动扩散部FD1中。与此同时，放大晶体管TR1amp把由有机光电转换部20产生的电荷量调制为电压。
此外，复位晶体管TR1rst的复位栅极Grst被布置为紧邻于浮动扩散部FD1。藉此，复位晶体管TR1rst能够将累积在浮动扩散部FD1中的电荷复位。
这里，有机光电转换部20通过贯通电极34不仅连接到放大晶体管TR1amp，而且连接到浮动扩散部FD1，因而使得复位晶体管TR1rst能够更容易地把累积在浮动扩散部FD1中的电荷复位。
相对照而言，如果贯通电极34和浮动扩散部FD1未连接，那么就难以将累积在浮动扩散部FD1中的电荷复位。为了将电荷引出到上部电极25侧，必须施加较大电压。因此，可能会损坏光电转换层24。此外，允许在短时间内复位的结构会导致暗时噪声(dark-timenoise)增大，并且就成为了折中方案。因此，这种结构是困难的。
图13示出了摄像元件10的操作示例。图13的(A)示出了累积电极21B的电位，图13的(B)示出了浮动扩散部FD1(读出电极21A)的电位，并且图13的(C)示出了复位晶体管TR1rst的栅极(Grst)处的电位。在摄像元件10中，读出电极21A和累积电极21B各自被单独地施加电压。
在摄像元件10中，在累积期间，驱动电路向读出电极21A施加电位V1，并且向累积电极21B施加电位V2。这里，假定电位V1和V2满足V2>V1。藉此，通过光电转换产生的电荷(信号电荷；电子)被吸引到累积电极21B并被累积到与累积电极21B相对着的半导体层23的区域中(累积期间)。顺便提及，与累积电极21B相对着的半导体层23的区域中的电位值随着光电转换的时间的流逝而变为更负的值。应当注意，空穴是从上部电极25被输送到驱动电路的。
在摄像元件10中，在累积期间的后期阶段中执行复位操作。具体地，在时刻t1，扫描部将复位信号RST的电压从低电平变为高电平。这使单位像素P中的复位晶体管TR1rst变为接通状态。结果，浮动扩散部FD1的电压被设定为电源电压，并且浮动扩散部FD1的电压被复位(复位期间)。
在完成复位操作之后，进行电荷读出。具体地，在时刻t2，驱动电路向读出电极21A施加电位V3，并且向累积电极21B施加电位V4。这里，假定电位V3和V4满足V3<V4。藉此，累积在与累积电极21B相对应的区域中的电荷从读出电极21A被读出到浮动扩散部FD1。换句话说，累积在半导体层23中的电荷被读出到控制器(传输期间)。
在完成读出操作之后，驱动电路再次向读出电极21A施加电位V1，并且向累积电极21B施加电位V2。藉此，通过光电转换产生的电荷被吸引到累积电极21B，并被累积到与累积电极21B相对着的光电转换层24的区域中(累积期间)。
(利用无机光电转换部32B和32R获取蓝色信号和红色信号)
随后，已经透过有机光电转换部20的光之中的蓝色光和红色光分别被无机光电转换部32B和无机光电转换部32R依次吸收并进行光电转换。在无机光电转换部32B中，与入射的蓝色光相对应的电子被累积在无机光电转换部32B的n区域中，并且所累积的电子通过传输晶体管Tr2传输到浮动扩散部FD2。类似地，在无机光电转换部32R中，与入射的红色光相对应的电子被累积在无机光电转换部32R的n区域中，并且所累积的电子通过传输晶体管Tr3传输到浮动扩散部FD3。
(1-4.作用和效果)
根据本实施方案的摄像元件10，在有机光电转换部20中，在包括读出电极21A和累积电极21B的下部电极21与光电转换层24之间设置有半导体层23。半导体层23包括第一半导体层23A和第二半导体层23B。第一半导体层23A被设置在下部电极21侧，并且第二半导体层23B被设置在光电转换层24侧。第一半导体层23A在导带最下端处具有能级(Ec1)，其比第二半导体层23B的在导带最下端处的能级(Ec2)浅。藉此，改善了向读出电极21A传输电荷的特性。下面对此进行说明。
近年来，作为CCD图像传感器、CMOS图像传感器等中所包含的摄像元件，已经不断开发出了其中将多个光电转换部在纵向上层叠起来的层叠型摄像元件。层叠型摄像元件例如具有如下的构成：其中，各自包括光电二极管(PD)的两个无机光电转换部被形成为层叠在例如硅(Si)基板中，并且包括含有有机材料的光电转换层的有机光电转换部被设置在Si基板上方。
在层叠型摄像元件中，需要拥有能够累积和传输由各个光电转换部产生的信号电荷的结构。例如，在有机光电转换部中，在被布置为夹着光电转换层而彼此相对着的成对电极之中，处于无机光电转换部侧的电极是由第一电极和电荷累积用电极这两个电极构成的。藉此，能够累积由光电转换层产生的信号电荷。在这种摄像元件中，信号电荷暂时被累积在电荷累积用电极上方，然后该信号电荷被传输到Si基板中的浮动扩散部FD。这样，可在曝光开始时将电荷累积部完全耗尽并且擦除了电荷。结果，能够抑制诸如kTC噪声增大、随机噪声劣化、或者所摄取图像的图像质量下降等现象的发生。
此外，如上所述，作为在无机光电转换部侧具有多个电极的摄像元件，曾经公开了如下的摄像元件：该摄像元件在包括电荷累积用电极的第一电极与光电转换层之间设置有包含铟镓锌复合氧化物(IGZO)的复合氧化物层，以便实现光响应性的改善。在这种摄像元件中，信号电荷的传输可能受到用于覆盖电荷累积用电极的绝缘膜与复合氧化物层之间的界面中所包含的陷阱的阻碍。传输信号电荷的效率降低就会导致产生噪声。
与此对照，在本实施方案中，在包括读出电极21A和累积电极21B的下部电极21与光电转换层24之间，设置有半导体层23，该半导体层23包括分别具有导带最下端处的预定能级(Ec)的第一半导体层23A和第二半导体层23B。第一半导体层23A和第二半导体层23B从下部电极21侧按该顺序层叠着。第一半导体层23A的在导带最下端处的能级(Ec1)比第二半导体层23B的在导带最下端处的能级(Ec2)浅。藉此，由光电转换层24产生的电荷之中的用作信号电荷的电子能够依据能量梯度而被传输到累积电极21B侧，但是该电子会被累积到具有比第二半导体层23B的在导带最下端处的能级更高(更浅)的在导带最下端处的能级的第一半导体层23A上。藉此，减少了绝缘层22和半导体层23之间的界面中所包含的陷阱的影响，并改善了向读出电极21A传输电荷的特性。
如上所述，在根据本实施方案的摄像元件10中，在包括读出电极21A和累积电极21B的下部电极21与光电转换层24之间设置有半导体层23。在半导体层23中，从下部电极21侧依次层叠有在导带最下端处的能级方面满足Ec1>Ec2这个能级关系的第一半导体层23A(Ec1)和第二半导体层23B(Ec2)。藉此，依据能量梯度而被输送到累积电极21B侧的信号电荷(电子)能够被累积到第一半导体层23A中，这降低了绝缘层22与半导体层23之间的界面中所包含的陷阱的影响，并且改善了向读出电极21A传输电荷的特性。藉此，能够提高向读出电极21A传输电荷的效率，并且能够降低噪声。
此外，在根据本实施方案的摄像元件10中，第一半导体层23A在读出电极21A上方设置有开口23AH，并且由此将读出电极21A和第二半导体层23B直接电连接。于是，能够从读出电极21A效率良好地读出信号电荷，并且能够进一步降低噪声。因此，能够提高所摄取图像中的图像质量。
此外，在根据本实施方案的摄像元件10中，第一半导体层23A和第二半导体层23B都被形成为结晶层。这使第一半导体层23A用作第二半导体层23B的晶种，并且因此提高了第二半导体层23B的膜质量。由此，能够降低第一半导体层23A和第二半导体层23B之间的界面处的缺陷能级。这能够进一步提高传输电荷的效率。应当注意，第一半导体层23A的初始层可以具有非晶性。
接下来，说明本技术的变形例(变形例1至16)。以下，对与上述实施方式相同的组件将会标注相同的符号，并适当省略说明。
<2.变形例>
(2-1.变形例1)
图14示意性地示出了根据本技术变形例1的摄像元件的主要部分(有机光电转换部20A)的截面构成。根据本变形例的有机光电转换部20A与上述实施方案的不同点在于，在半导体层23与光电转换层24之间设置有保护层29。
保护层29用于防止从半导体层23中所包含的氧化物半导体材料中脱氧。保护层29中所包含的材料的示例包括TiO2、氧硅化钛(TiSiO)、氧化铌(Nb2O5)、TaOx等。关于保护层29的厚度，例如其只要具有一个原子层就是有效的。优选的是，保护层29具有例如0.5nm以上且10nm以下的厚度。
图15A示出了层叠在累积电极21B上方的绝缘层22、第一半导体层23A、第二半导体层23B、保护层29和光电转换层24的能级。图15B示出了层叠在设置于读出电极21A上的开口22H和23AH内的绝缘层22、第二半导体层23B、保护层29和光电转换层24的能级。优选的是，保护层29具有如下的在导带最下端处的能级(Ecp)，其例如基本等于或深于光电转换层24的在导带最下端处的能级(Ec0)，并且基本等于或浅于第二半导体层23B的在导带最下端处的能级(Ec2)。藉此，能够防止信号电荷(电子)从半导体层23侧逆流到光电转换层24。
这样，在本变形例中，在半导体层23和光电转换层24之间设置有保护层29。这就能够减少从半导体层23的表面脱氧。藉此，减少了在半导体层23(具体地，第二半导体层23B)和光电转换层24之间的界面处的陷阱的产生。此外，能够防止信号电荷(电子)从半导体层23侧逆流到光电转换层24。由此，除了上述实施方案的效果之外，还获得了能够抑制因脱氧而导致的可靠性降低的效果。
(2-2.变形例2)
图16示意性地示出了根据本技术变形例2的摄像元件的主要部分(有机光电转换部20B)的截面构成。根据本变形例的有机光电转换部20B除了具有根据上述变形例1的有机光电转换部20A的构成之外，还在第二半导体层23B上设置有第三半导体层23C。
在根据本变形例的半导体层23中，第一半导体层23A、第二半导体层23B和第三半导体层23C从下部电极21侧按该顺序层叠着。第一半导体层23A和第二半导体层23B具有与上述实施方案类似的构成。与第一半导体层23A和第二半导体层23B一样，可以通过使用例如n型氧化物半导体材料来形成第三半导体层23C。具体地，可以列举：ITO、Ga2O3、TiO2、In2O3、ZnO、SnO2、AZO、GZO、IZO、IGZO、ITZO等。此外，可以使用包含CuI、InSbO4、ZnMgO、CuInO2、MgIn2O4、CdO、ZnSnO3、InGaSiO、InGaZnSiO、InGaSnZnO等的材料。
优选的是，第三半导体层23C具有如下的在导带最下端处的能级(Ec3)，其例如基本等于或深于保护层29的在导带最下端处的能级(Ecp)，并且基本等于或浅于第二半导体层23B的在导带最下端处的能级(Ec2)。第三半导体层23C优选使用不易脱氧的诸如InGaSiO等材料。
这样，在本变形例中，半导体层23具有第一半导体层23A、第二半导体层23B和第三半导体层23C的三层结构。此外，保护层29被设置在半导体层23和光电转换层24之间。藉此，能够进一步防止从半导体层23(具体地，第三半导体层23C)的表面脱氧，并且进一步提高可靠性。此外，第三半导体层23C是通过使用不易脱氧的诸如InGaSiO等材料来形成的。由此，与上述变形例1相比，能够进一步减少脱氧，并且提高可靠性。
(2-3.变形例3)
图17示意性地示出了根据本技术变形例3的摄像元件的主要部分(有机光电转换部20C)的截面构成。根据本变形例的有机光电转换部20C与上述实施方案的不同之处在于，在第一半导体层23A中未设置有开口23AH，而在开口22H的底面上的与读出电极21A接触的区域中设置有高浓度载流子区域23X。高浓度载流子区域23X的载流子浓度高于其他区域的载流子浓度。
如上所述，高浓度载流子区域23X被形成在与读出电极21A接触的区域中，并且载流子浓度高于其他区域的载流子浓度。例如，优选载流子浓度为1E17以上。这降低了读出电极21A和第二半导体层23b之间的势垒。
例如，能够以如下方式形成高浓度载流子区域23X。首先，绝缘层22在读出电极21A上具有开口22H，在该绝缘层22上形成第一半导体层23A。之后，在第一半导体层23A上将光刻胶PR图案化，该光刻胶PR具有例如在与开口22H对应的位置处的开口。随后，例如，照射氩(Ar)等离子体或氢(H2)等离子体。藉此，在第一半导体层23A中的预定位置(在开口22H中与读出电极21A接触的区域)处形成高浓度载流子区域23X。
这样，在本变形例中，在开口22H的底面上在第一半导体层23A与读出电极21A接触的区域中形成有高浓度载流子区域23X。这能够降低读出电极21A与第二半导体层23b之间的势垒，而无需在开口22H中设置开口23AH。这消除了用于在第一半导体层23A中形成开口23AH的一系列步骤的必要性，能够简化摄像元件10的制造方法，并且进一步使摄像元件10小型化。
(2-4.变形例4)
图18示意性地示出了根据本技术变形例4的摄像元件的主要部分(有机光电转换部20D)的截面构成。在上述实施方案中，已经说明了其中在读出电极21A上的绝缘层22中设置了例如锥形状的开口22H、形成了在绝缘层22上及在开口22H的侧面和底面上延伸的第一半导体层23A、然后在开口22H中形成了开口23AH的示例。然而，例如可以一次形成读出电极21A上的开口22H和23AH。这能够简化摄像元件10的制造方法。
应当注意，在这样得到的有机光电转换部20D中，如图18所示，绝缘层22的开口22H和第一半导体层23A的开口23AH在读出电极21A上具有同一侧面。
(2-5.变形例5)
图19示意性地示出了根据本技术变形例5的摄像元件的主要部分(有机光电转换部20E)的截面构成。在上述实施方案中，已经说明了其中在绝缘层22的开口22H中设置第一半导体层23A的开口23AH的示例，但这并非是限制性的。例如，如图19所示，开口23AH可以被设置于开口22H外侧的绝缘层22之上。这扩大了制造时的工艺裕量，并且能够提高制造成品率。
(2-6.变形例6)
图20示意性地示出了根据本技术变形例6的摄像元件的主要部分(有机光电转换部20F)的截面构成。根据本变形例的有机光电转换部20F与上述实施方案的不同之处在于，在读出电极21A和累积电极21B之间设置有传输电极21C。
传输电极21C用于提高将累积于累积电极21B上方的电荷传输到读出电极21A的效率。传输电极21C被设置在读出电极21A和累积电极21B之间。具体地，例如，传输电极21C被形成在比设置有读出电极21A和累积电极21B的层低的层中。传输电极21C被设置成使其一部分与读出电极21A及累积电极21B重叠。
能够向读出电极21A、累积电极21B和传输电极21C独立地施加各个电压。在本变形例中，在复位操作完成之后的传输期间，驱动电路向读出电极21A施加电位V5，向累积电极21B施加电位V6，向传输电极21C施加电位V7(V5>V6>V7)。藉此，累积在累积电极21B上方的电荷从累积电极21B上依次移动到传输电极21C上和读出电极21A上，并被读出到浮动扩散部FD1。
这样，在本变形例中，传输电极21C被设置在读出电极21A和累积电极21B之间。这能够更可靠地将电荷从读出电极21A移动到浮动扩散部FD1。于是，进一步改善了向读出电极21A传输电荷的特性，从而能够进一步降低噪声。
(2-7.变形例7)
图21示意性地示出了根据本技术变形例7的摄像元件的主要部分(有机光电转换部20G)的截面构成。根据本变形例的有机光电转换部20G与上述实施方案的不同之处在于，第一半导体层23A是层叠膜(第一半导体层23A1和23A2)。
具体地，根据本变形例的有机光电转换部20G在第一半导体层23A中所包含的第一半导体层23A1和第一半导体层23A2之间具有抗蚀剂71。在开口22H中，第一半导体层23A2覆盖由第一半导体层23A1形成的开口23AH的侧面以及露出的读出电极21A。
例如，按如下方式来形成根据本变形例的有机光电转换部20G。
首先，如图22A所示，在在读出电极21A上具有开口22H的绝缘层22上通过使用例如溅射法形成第一半导体层23A1。接下来，如图22B所示，在第一半导体层23A1上使抗蚀剂71图案化。随后，如图22C所示，通过使用例如湿法蚀刻来蚀刻读出电极21A上的第一半导体层23A1，以形成开口23AH。之后，去除抗蚀剂71。在这种情况下，在第一半导体层23A1上残留了抗蚀剂71的一部分。
接下来，如图22D所示，在残留了抗蚀剂71的第一半导体层23A1上方，通过使用例如溅射法等形成具有1nm至10nm的厚度的第一半导体层23A2。之后，如图22E所示，通过使用例如溅射法形成第二半导体层23B。之后，与上述实施方案相同，在第二半导体层23B上形成光电转换层24和上部电极25。因此，完成了图21所示的有机光电转换部20G。
在上述实施方案中，半导体层23具有包括彼此不同的材料的第一半导体层23A和第二半导体层23B的层叠结构。第一半导体层23A设置有用于将读出电极21A和第二半导体层23B直接连接的开口23AH。因此，第一半导体层23A和第二半导体层23B无法进行原位处理。这可能会在第一半导体层23A和第二半导体层23B之间的界面处产生陷阱。更具体地，例如，因为残留了在形成开口23AH时使用的抗蚀剂膜(抗蚀剂71)，可能会在第一半导体层23A和第二半导体层23B之间的界面处产生陷阱。
相对照地，在本变形例中，形成了在读出电极21A上具有开口23AH的第一半导体层23A。之后，将第一半导体层23A2形成为具有足以保持隧穿效应的膜厚度。这使得第一半导体层23A2和第二半导体层23B能够进行原位处理。换句话说，减少了在累积有信号电荷(电子)的第一半导体层23A和第二半导体层23B之间的界面处的电荷陷阱。这进一步提高了向读出电极21A传输电荷的效率，并且能够进一步降低噪声。
此外，图21示出了其中在第一半导体层23A的层中残留有抗蚀剂71的结构，但这并非是限制性的。例如，如同图23所示的有机光电转换部20H那样，第二半导体层23B具有层叠结构(第二半导体层23B1和23B2)并且在第二半导体层23B1和第二半导体层23B2之间残留有抗蚀剂71，即使是这样的构成，也提供了类似的效果。相应地，例如，按如下方式来形成有机光电转换部20H。
首先，如图24A所示，在在读出电极21A上具有开口22H的绝缘层22上，通过使用例如溅射法依次形成第一半导体层23A和第二半导体层23B1。接下来，如图24B所示，在第二半导体层23B1上使抗蚀剂71图案化。随后，如图24C所示，通过使用例如湿法蚀刻在读出电极21A上形成延伸贯穿第一半导体层23A和第二半导体层23B1的开口23BH。之后，去除抗蚀剂71。在这种情况下，抗蚀剂71的一部分保留在第二半导体层23B1上。
接下来，如图24D所示，在残留有抗蚀剂71的第二半导体层23B1上方通过使用例如溅射法形成第二半导体层23B2。之后，与上述实施方案一样，在第二半导体层23B上形成光电转换层24和上部电极25。因此，完成了图23所示的有机光电转换部20H。
应当注意，残留在第一半导体层23A或第二半导体层23B的层中的抗蚀剂71可通过使用例如二次离子质谱法(SIMS)来确认。例如，抗蚀剂71是用于曝光诸如包括例如化学放大型光酸产生剂(PAG)、乳酸乙酯、甲氧基乙酸丙酯(MPA)等聚羟基苯乙烯(PHS)树脂等KrF准分子激光的抗蚀剂，并且包含大量的碳。具体地，与其他区域相比，抗蚀剂71在残留有抗蚀剂71的层(例如，第一半导体层23A)中含有更多的碳。因此，抗蚀剂71能够通过SIMS以碳的峰值进行确认。
(2-8.变形例8)
图25示意性地示出了根据本技术变形例8的摄像元件的主要部分(有机光电转换部20I)的截面构成。根据本变形例的有机光电转换部20I与上述变形例3的不同点在于，在读出电极21A上设置有金属膜72，并且设置在读出电极21A上的高浓度载流子区域23X的载流子浓度比第一半导体层23A中的其他区域更高。
例如，以如下方式来形成根据本变形例的有机光电转换部20I。
首先，如图26A所示，在绝缘层22上和在开口22H中露出的读出电极21A上形成金属膜72。能够通过使用具有比第一半导体层23A中所包含的材料的吉布斯能更低的吉布斯能的金属来形成该金属膜72。金属膜72的材料的具体示例包括钛(Ti)、镓(Ga)、铌(Nb)、铝(Al)、钒(V)、锆(Ze)等。作为金属膜72的材料，还可以使用具有相等的吉布斯能的材料。也可以使用具有与第一半导体层23A中所包含的元素相同的元素的金属。可列举的示例包括铟(In)、锌(Zn)、锡(Sn)等。这些材料分别使氧量在金属氧化物和金属之间达到平衡，从而能够在第一半导体层中引起氧缺乏。接下来，如图26B所示，在金属膜72上使抗蚀剂(未示出)图案化。之后，通过湿法蚀刻在读出电极21A上，例如以在金属膜72和开口22H的侧面之间形成间隙的方式使金属膜72图案化。
随后，如图26C所示，通过使用例如溅射法形成第一半导体层23A。之后，如图26D所示，类似地形成第二半导体层23B。接下来，进行例如200℃至450℃左右的加热处理。如图26E所示，在金属膜72周围的第一半导体层23A中形成因氧缺乏而产生的高浓度载流子区域23X。之后，与上述实施方案一样，在第二半导体层23B上形成光电转换层24和上部电极25。因此，完成了图21所示的有机光电转换部20G。
这样，金属膜72被形成在开口22H中。这能够在读出电极21A上的第一半导体层23A中形成高浓度载流子区域23X。高浓度载流子区域23X的载流子浓度高于其他区域。换句话说，与上述变形例3中所述的有机光电转换部20C一样，能够降低读出电极21A和第二半导体层23B之间的势垒，而无需在开口22H中设置开口23AH。这消除了用于在第一半导体层23A中形成开口23AH的一系列步骤的必要性，并且能够简化摄像元件10的制造方法，并且进一步使摄像元件10小型化。
图25示出了如下示例，其中金属膜72被直接设置在读出电极21A上，而与图27所示的有机光电转换部20J一样，金属膜72可以在形成第一半导体层23A之后被设置在开口22H中的第一半导体层23A上。即使在这种情况下，形成第二半导体层23B之后的加热处理也会导致金属膜72周围的第一半导体层23A和第二半导体层23B的氧缺乏。在金属膜72周围的第一半导体层23A和第二半导体层23B上方能够形成高浓度载流子区域23X。
此外，与图28所示的有机光电转换部20K一样，薄膜(例如，0.1nm至2nm)用于金属膜72。这允许金属膜72不仅在读出电极21A上延伸，而且在绝缘层222的开口22H的侧面和顶面的一部分上延伸。在薄膜用于金属膜72的情况下，与图29所示的有机光电转换部20L一样，金属膜72可以形成在第一半导体层23A上方。即使是这种结构，也允许在金属膜72周围的第一半导体层23A或第一半导体层23A和第二半导体层23B中形成高浓度载流子区域23X。藉此，能够降低读出电极21A和第二半导体层23b之间的势垒，而无需设置具有开口23AH的第一半导体层23A。
应当注意，具有比第一半导体层23A中所包含的材料的吉布斯能更低的吉布斯能的金属氧化物可以用作金属膜72中所包含的材料。此外，通过不形成金属膜72，而是用包括金属膜72中所包含的金属的材料的读出电极21A也能够获得类似的效果。
(2-9.变形例9)
图30示意性地示出了根据本技术变形例9的摄像元件的主要部分(有机光电转换部20M)的截面构成。图31示意性地示出了其中使用有机光电转换部20的摄像装置1的整体平面构成。应当注意，图30示出了沿着图31所示的II-II线截取的截面。根据本变形例的有机光电转换部20M与上述实施方案的不同之处在于，第二半导体层23B是其中具有结晶性的层(结晶层23B1)和具有非晶性的层(非晶层23B2)从下部电极11侧按该顺序层叠的层叠膜。
图32A示出了层叠在累积电极21B上方的绝缘层22、第一半导体层23A、第二半导体层23B(结晶层23B1和非晶层23B2)、保护层29和光电转换层24的能级。图32B示出了层叠在设置于读出电极21A上的开口22H和23AH中的绝缘层22、第二半导体层23B(结晶层23B1和非晶层23B2)、保护层29和光电转换层24的能级。与上述实施方案一样，第二半导体层23B(结晶层23B1和非晶层23B2)的在导带最下端处的能级比第一半导体层23A的在导带最下端处的能级(Ec1)更深。此外，与上述变形例1一样，第二半导体层23B(结晶层23B1和非晶层23B2)的在导带最下端处的能级基本等于或深于保护层29的在导带最下端处的能级(Ecp)。
优选的是，结晶层23B1的在导带最下端处的能级(Ec2_c)与非晶层23B2的在导带最下端处的能级(Ec2_a)基本相等，或者非晶层23B2的在导带最下端处的能级(Ec2_a)比结晶层23B1的在导带最下端处的能级(Ec2_c)浅。此外，在远离真空能级的方向被定义为导致能量减小(负值且绝对值更大)的情况下，将0.4eV以上的绝对值设定为结晶层23B1的在导带最下端处的能级与非晶层23B2之间的差(Ec2_a-Ec2_c)能够防止累积在半导体层23中的电荷逆流到光电转换层24中。
结晶层23B1和非晶层23B2可以通过使用相同的材料来形成，或者可以通过使用不同的材料来形成。在使用不同的材料的情况下，优选组合包含相同种类的元素并且具有接近的晶格常数但不会使界面态劣化的材料。优选的是，结晶层23B1具有例如10nm以上且100nm以下的膜厚度。这能够减少结晶层23B1的本体部中缺陷的发生。非晶层23B2具有例如1nm以上且50nm以下的膜厚度。优选的是，非晶层23B2具有例如20nm以上且50nm以下的膜厚度。这不仅能够保护结晶层23B1的表面，而且能够防止累积在半导体层23中的电荷流入光电转换层24中。
应当注意，非晶层23B2和结晶层23B1可通过使用透射电子显微镜(TEM)图像的光束傅里叶变换(FFT)图像来确认。例如，在TEM中，在结晶层23B1上具有由于来自晶体的某个晶格面的衍射波和透射波之间的干涉引起的具有与晶格的两个间隔对应的明暗条纹图案的图像。这被称为晶格条纹。相对照地，在非晶层23B2的情况下，未确认到晶格条纹。此外，对TEM图像进行二维FFT。在结晶层23B1的情况下，这使得可确认到例如与晶格条纹的周期对应的且在一个方向上延伸的斑点状图案。相对照地，在非晶层23B2的情况下，可确认到宽的环状图案(晕环)。
通常，在无机氧化膜形成在具有结晶性的氧化物半导体层上的情况下，氧化物半导体层的表面有时会受到损伤和劣化。此外，在氧化物半导体层和无机氧化膜具有插入在其间并且包括与各个层的材料不同的材料的层的情况下，不同种类的材料之间的界面数量增加，并且不同类型的材料之间的界面处的陷阱有时会抑制电荷从光电转换层向氧化物半导体层的传输。
相对照地，在本变形例中，非晶层23B2形成在用作第二半导体层23B的结晶层23B1上。这减少了由保护层29的形成所导致的损坏而引起的第二半导体层23B的表面上的陷阱的发生。因此，除了上述实施方案和变形例1的效果之外，还能够提高可靠性和所摄取图像中的图像质量。
应当注意，保护层51和光学黑(OPB)层58被形成在摄像元件10中的设置于像素部1A周围的周边区域1B附近的有机光电转换部20上。例如，如图30所示，保护层51和OPB层58覆盖有机光电转换部20的侧面，并且延伸到周边区域1B。该周边区域1B附近的有机光电转换部20的侧面的结构不限于此。例如，如图33所示，非晶层23B2可以覆盖第一半导体层23A和结晶层23B1的侧面。在形成有保护层29和51的情况下，这减少了由对第一半导体层23A和结晶层23B1的侧面的损坏而引起的劣化。因此，能够进一步提高可靠性和所摄取图像中的图像质量。
此外，在本变形例中，已经说明了其中层叠有第一半导体层23A和第二半导体层23B的示例，但这并非是限制性的。例如，如图34所示，即使在第二半导体层23B(具体地，结晶层23B1)直接形成在绝缘层22上的情况下，也能够得到同样的效果。
(2-10.变形例10)
图35示意性地示出了根据本技术变形例10的摄像元件的主要部分(有机光电转换部20N)的截面构成。根据本变形例的有机光电转换部20N与上述实施方案的不同之处在于，除了具有根据上述变形例9的构成之外，沿着延伸得贯穿设置在读出电极21A上的绝缘层22、第一半导体层23A和结晶层23B1的开口23H形成了非晶层23B2和保护层29。
根据本变形例的第一半导体层23A、第二半导体层23B(结晶层23B1和非晶层23B2)、保护层29和光电转换层24具有与上述实施方案和变形例类似的能级之间的大小关系。换句话说，第一半导体层23A的在导带最下端处的能级比第二半导体层23B的在导带最下端处的能级(Ec2)浅(在远离真空能级的方向被定义为导致能量减小(负值且绝对值更大)的情况下，Ec1>Ec2)。光电转换层24的在导带最下端处的能级(Ec0)比第二半导体层23B的在导带最下端处的能级(Ec2)浅(在远离真空能级的方向被定义为导致能量减小(负值且绝对值更大)的情况下，Ec0>Ec2)。保护层29具有如下的在导带最下端处的能级(Ecp)，其基本等于或深于光电转换层24的在导带最下端处的能级(Ec0)，并且基本等于或浅于第二半导体层23B的在导带最下端处的能级(Ec2)。包含于第二半导体层23B中的结晶层23B1和非晶层23B2具有基本相等的能级，或者非晶层23B2的在导带最下端处的能级(Ec2_a)比结晶层23B1的在导带最下端处的能级(Ec2_c)浅。
第一半导体层23A具有例如1nm以上且20nm以下的膜厚度。结晶层23B1具有例如10nm以上且30nm以下的膜厚度。非晶层23B2具有例如1nm以上且100nm以下的膜厚度。更优选的是，非晶层23B2具有例如1nm以上且10nm以下的膜厚度。保护层29具有例如1nm以上且10nm以下的膜厚度。
例如，如下形成根据本变形例的有机光电转换部20N。
首先，通过使用例如溅射法在绝缘层22上依次形成第一半导体层23A和结晶层23B1。之后，如图36A所示，在结晶层23B1上使抗蚀剂71图案化。随后，如图36B所示，通过使用例如干法蚀刻来蚀刻读出电极21A上的结晶层23B1、第一半导体层23A1和绝缘层22，以形成让读出电极21A露出的开口23H。之后，去除抗蚀剂71。
接下来，如图36C所示，通过使用例如溅射法在结晶层23B1的顶部和开口23H的侧面上形成非晶层23B2。随后，如图36D所示，通过使用例如ALD法在非晶层23B2上形成保护层29。之后，与上述实施方案一样，在保护层29上形成光电转换层24和上部电极25。因此，完成了图35所示的有机光电转换部20N。
这样，在本变形例中，延伸得贯穿绝缘层22、第一半导体层23A和结晶层23B1的开口23H形成在读出电极21A上，并且非晶层23B2和保护层29沿着结晶层23B1的顶部和开口23H的侧面形成。这减少了读出电极21A上的陷阱量。与上述实施方案相比，这能够进一步提高向读出电极21A传输电荷的效率，并且提高所摄取图像中的图像质量。
图37示意性地示出了根据本技术变形例10的有机光电转换部20N的截面构成的另一示例。与上述变形例2一样，根据本变形例的有机光电转换部20N也可以设置有第二半导体层23B和保护层29之间的第三半导体层23C。第三半导体层23C具有如下的在导带最下端处的能级(Ec3)，其基本等于或深于保护层29的在导带最下端处的能级(Ecp)，并且基本等于或浅于第二半导体层23B的在导带最下端处的能级(Ec2)。这能够防止累积在第二半导体层23B中的电荷流入光电转换层24中。
此外，图35和图37分别示出了其中开口23H的侧面由绝缘层22、第一半导体层23A和结晶层23B1的连续端面形成的示例，但这并非是限制性的。例如，开口23H的侧面可以形成为具有如图38所示的阶梯形状。此外，例如，如图39所示，延伸得贯穿绝缘层22的开口22H可以形成在读出电极21A上，并且开口23H则可以形成得直径小于开口22H并且延伸得贯穿第一半导体层23A和结晶层23B1。
(2-11.变形例11)
图40示意性地示出了根据本技术变形例11的摄像元件的主要部分(有机光电转换部20O)的截面构成。根据本变形例的有机光电转换部20O与上述实施方案的不同之处在于，除了根据上述变形例9的构成之外，在有机光电转换部20O的端部处，第一半导体层23A具有在第二半导体层23B内侧的端部。此外，有机光电转换部20O与上述实施方案的不同之处在于，之后形成的膜在端部未与第一半导体层23A接触。这缩短了有机光电转换部中所包含的层叠膜的加工时间。
此外，在本变形例中，作为下部电极21中所包含的多个电极，例如在读出电极21A和累积电极21B的周围设置有屏蔽电极21D。屏蔽电极21D对传输和累积电荷的第二半导体层23B提供电场效应。例如，向屏蔽电极21D施加固定电位。在本变形例中，在该屏蔽电极21D上方也去除了第一半导体层23A。这增加了第二半导体层23B的电场效应。
例如，如下形成根据本变形例的有机光电转换部20O。
首先，如图41A所示，通过使用例如溅射法在绝缘层22上形成包括例如IGZO(例如，In:Ga:Zn＝1:3:4)的第一半导体层23A。随后，通过使用例如干法蚀刻处理第一半导体层23A。具体地，如图41B所示，在读出电极21A上形成开口23AH，并且例如，去除屏蔽电极21D上和周边区域1B附近的第一半导体层23A。在这种情况下，因为氧化物半导体是难以蚀刻的材料，所以在处理时可能会再次附着物质。在再次发生该物质附着的情况下，通过其他干法蚀刻去除该物质，或者将该物质与将要剥离的抗蚀剂一起去除。已经形成抗蚀剂，以处理第一半导体层23A。
接下来，如图41C所示，通过例如使用溅射法形成包括例如IGZO(例如，In:Ga:Zn＝1:1:1)的第二半导体层23B。随后，如图41D所示，形成了：由例如含有SiO或TiO的单层膜或它们的层叠膜构成的保护层29、由有机材料构成的光电转换层24、由例如IZO构成的上部电极25、以及由例如AlO构成的保护层51。通过使用例如ALD法形成保护层29和51。通过使用例如真空蒸镀形成光电转换层24。通过使用例如溅射法形成上部电极25。之后，如图41D所示，在保护层51上使抗蚀剂72图案化。
接下来，通过使用例如干法蚀刻一次执行直至第二半导体层23B的处理。则抗蚀剂72在蚀刻步骤的中间用作掩模，但抗蚀剂72在蚀刻步骤中消失。之后，保护层51起到硬掩模的作用。具体地，例如，抗蚀剂72作为掩模保留直至光电转换层24(图41E)，但例如在保护层29的加工阶段，抗蚀剂72与保护层29一起被蚀刻而消失(图41F)。之后，保护层51用作硬掩模，并且蚀刻第二半导体层23B(图41G)。应当注意，抗蚀剂72不仅在保护层29的加工阶段消失，而且例如在诸如第二半导体层23B的蚀刻等蚀刻处理的后期阶段中也容易消失。然而，即使在这种情况下，保护层51也如上所述用作硬掩模并且被蚀刻。因此，完成图40中所示的有机光电转换部20O。
通常，一次处理无机材料和有机材料的层叠膜在技术上是困难的。此外，诸如IGZO等氧化物半导体是难以加工的材料(难以蚀刻的材料)。例如，与有机膜相比，更难进行蚀刻。因此，与在有机光电转换部20O中相同，在对其中层叠有氧化物半导体层(半导体层23)、有机膜(光电转换层24)和无机氧化膜(保护层51)的层叠膜进行一次干法蚀刻的情况下，在氧化物半导体层的蚀刻步骤中容易产生温度升高等。这种温度升高会导致有机膜损坏。此外，在该构成中，半导体层23和用作蚀刻半导体层23的硬掩模的保护层51都是氧化物。因此，在蚀刻半导体层23的情况下，保护层51也被蚀刻和损坏。这一系列步骤具有较低的可控性，并且可能会损坏光电转换层24和保护层51。
例如，解决该问题的可能的方法包括增加用作抗蚀剂或硬掩模的无机氧化膜(保护层51)的膜厚度。在某些情况下，保护层51的膜厚度变厚会产生诸如产生膜应力等副作用。膜应力的产生会导致下面的光电转换层24被剥离。此外，在抗蚀剂的膜厚度发生变化的情况下，整体设计也会发生变化。
相对照地，在有机光电转换部20O的端部(例如，像素部1A的周边部)处，第一半导体层23A具有位于第二半导体层23B内侧的端部。换句话说，例如，在开口23AH形成在读出电极21A上的第一半导体层23A中的情况下，像素部1A的周边部中的第一半导体层23A也被去除。这使例如像素部1A的周边部中的半导体层23的膜厚度减小了第一半导体层23A的膜厚度。这缩短了在通过干法蚀刻一次处理包括半导体层23、保护层29、光电转换层24、上部电极25和保护层51的层叠膜的步骤中的半导体层23的加工时间。因此，能够减少对光电转换层24和保护层51的损坏。此外，提高了制造步骤的可控性。这种影响在第一半导体层23A比第二半导体层23B具有更慢的蚀刻速率或更长的加工时间的情况下变得更大。
此外，在本变形例中，如上所述，屏蔽电极21D被设置在读出电极21A和累积电极21B周围，并且在该屏蔽电极21D上方也去除了第一半导体层23A。与第一半导体层23A形成在屏蔽电极21D和第二半导体层23B之间的情况相比，这例如针对第二半导体层23B的电场效应增加了大约25％。
这种增加的电场效应基于以下计算。例如，绝缘层22中所包含的氧化硅(例如，SiO2)具有4左右的介电常数，并且第一半导体层23A和第二半导体层23B中所包含的IGZO具有16左右的介电常数。在针对SiO2和IGZO设定的10nm的膜厚度，并且SiO2的电容被表示为C的情况下，IGZO的电容为4C。在屏蔽电极21D和第二半导体层23B之间存在绝缘层22和第一半导体层23A的层叠膜的情况下，其组合电容Ctotal有助于第二半导体层23B的电场效应。具体地，1/Ctotal＝1/C+1/4C，结果是Ctotal＝0.8C。相对照地，在屏蔽电极21D和第二半导体层23B之间仅存在绝缘层22的情况下，电容被表示为C，并且这表明电场效应增强了大约25％。该施加电压为数V(例如，约5V)。在这种情况下，这会导致大约1V的有效电压作为差值。
应当注意，根据本变形例的有机光电转换部20O可以进一步被如下构造。例如，如图42所示，第一半导体层23A的端部和开口23AH在平面图中可以分别具有圆形形状。这增加了第一半导体层23A和第二半导体层23B之间的粘附性，并且减小了应力。此外，例如，如图43所示，第一半导体层23A的加工端部可以形成为在截面图中具有倾斜面(例如，正锥形形状)。这增加了第二半导体层23B的覆盖率，并且能够增加对第二半导体层23B的粘附性。
图44示意性地示出了在使用图40所示的有机光电转换部20O的情况下，摄像装置1的像素部1A和位于像素部1A周围的周边区域1B中的有机光电转换部20O的截面构成。图44示出了其中已经去除了位于设置在像素部1A的最外周处的屏蔽电极21D的顶部且位于屏蔽电极21D外侧的第一半导体层23A的示例，但这并非是限制性的。例如，如图45所示，第一半导体层23A的几何图案可以留在延伸到周边区域1B的有机光电转换部20O的端部附近。这能够确保干法蚀刻的加工均匀性以及绝缘层22和第二半导体层23B之间的粘附性。应当注意，如图46所示，还可以在保护层51上进一步设置平坦化层56和配线57，或者可以在保护层51上设置图1所示的晶片上透镜54等。在这种情况下，本变形例的特征是显而易见的，平坦化层56在有机光电转换部20O的侧面与第二半导体层23B接触，但未与第一半导体层23A接触。此外，图40、图44等分别示出了其中去除了屏蔽电极21D上方的第一半导体层23A的示例。然而，例如图47所示，在周边区域1B中，只要第一半导体层23A的端部被形成为处于有机光电转换部20的端部内侧，能够得到本变形例的效果，即，缩短半导体层23的加工时间，并且提高制造步骤的可控性。
此外，本技术还适用于具有以下构成的摄像元件。
(2-12.变形例12)
图48A示意性地示出了根据本技术变形例12的摄像元件10A的截面构成。图48B示意性地示出了图48A所示的摄像元件10A的平面构成的示例。图48A示出了沿着图48B所示的III-III线截取的截面。摄像元件10A是层叠型摄像元件，其中层叠有例如无机光电转换部32和有机光电转换部60。在包含该摄像元件10A的摄像装置(例如，摄像装置1)的像素部1A中，如上述实施方案中一样，像素单元1a作为重复单元被重复布置在具有行方向和列方向的阵列中。例如，如图48B所示，每个像素单元1a包括被布置成例如两行和两列的四个像素。
根据本变形例的摄像元件10A在用于各个单位像素P的有机光电转换部60(光入射侧S1)上方设置有彩色滤光片55。各个彩色滤光片55选择性地透过红色光(R)、绿色光(G)和蓝色光(B)。具体地，在包括被布置成两行和两列的四个像素的像素单元1a中，分别选择性地透过绿色光(G)的两个彩色滤光片被布置在对角线上，并且选择性地透过红色光(R)和蓝色光(B)的彩色滤光片被一一布置在正交的对角线上。例如，在有机光电转换部60中，设置有各个彩色滤光片的单位像素(Pr、Pg和Pb)分别检测相应的颜色光。换句话说，检测红色光(R)、绿色光(G)和蓝色光(B)的各个像素(Pr、Pg和Pb)在像素单元1a中具有拜耳排列。
有机光电转换部60包括例如下部电极61、绝缘层62、半导体层63、光电转换层64和上部电极65。下部电极61、绝缘层62、半导体层63、光电转换层64和上部电极65分别具有与根据上述实施方案的有机光电转换部20类似的构成。无机光电转换部32检测与有机光电转换部60不同的波长范围内的光。
在摄像元件10A中，透过彩色滤光片55的光之中的可见光区域中的光(红色光(R)、绿色光(G)和蓝色光(B))被设置有各个彩色滤光片的单位像素(Pr、Pg和Pb)的有机光电转换部60吸收。包括例如红外光区域(例如，700nm以上且1000nm以下)中的光(红外光(IR))的其他光透过有机光电转换部60。透过有机光电转换部60的该红外光(IR)被每个单位像素Pr、Pg和Pb的无机光电转换部32检测。每个单位像素Pr、Pg和Pb产生对应于红外光(IR)的信号电荷。换句话说，包括摄像元件10A的摄像装置1能够同时生成可见光图像和红外光图像两者。
(2-13.变形例13)
图49A示意性地示出了根据本技术变形例13的摄像元件10B的截面构成。图49B示意性地示出了图49A所示的摄像元件10B的平面构成的示例。图49A示出了沿着图49B所示的IV-IV线截取的截面。在上述变形例7中，说明了其中在有机光电转换部60上方(光入射侧S1)设置有选择性地透过红色光(R)、绿色光(G)和蓝色光(B)的彩色滤光片55的示例，但是例如，如图49A所示，彩色滤光片55可以被设置在无机光电转换部32和有机光电转换部60之间。
例如，摄像元件10B中的彩色滤光片55具有如下构成，其中分别选择性地透过至少红色光(R)的彩色滤光片(彩色滤光片55R)和分别选择性地透过至少蓝色光(B)的彩色滤光片(彩色滤光片55B)被布置在像素单元1a中的各个对角线上。例如，与上述实施方案中一样，有机光电转换部60(光电转换层64)被构造为选择性地吸收对应于绿色光的波长。这允许有机光电转换部60和布置在彩色滤光片55R和55B下方的各个无机光电转换部(无机光电转换部32R和32G)获取对应于R、G和B的信号。根据本变形例的摄像元件10B允许R、G和B的各个光电转换部别具有比具有典型拜耳排列的摄像元件更大的面积。这能够增加S/N比。
(2-14.变形例14)
图50示意性地示出了根据本技术变形例14的摄像元件10C的截面构成。在根据本变形例的摄像元件10C中，两个有机光电转换部20和80以及一个无机光电转换部32被层叠在纵向上。
有机光电转换部20和80以及无机光电转换部32通过选择性地检测相互不同波长范围内的光来进行光电转换。例如，有机光电转换部20获取绿色(G)的颜色信号。例如，有机光电转换部80获取蓝色(B)的颜色信号。例如，无机光电转换部32获取红色(R)的颜色信号。这允许摄像元件10C在一个像素中获取多种类型的颜色信号，而无需使用任何彩色滤光片。
有机光电转换部80例如被层叠在有机光电转换部20上方。与有机光电转换部20一样，有机光电转换部80具有其中从半导体基板30的第一表面30A侧按该顺序层叠有下部电极81、半导体层83、光电转换层84和上部电极85的构成。半导体层83包括例如第一半导体层83A和第二半导体层83B。与有机光电转换部20一样，下部电极81包括读出电极81A和累积电极81B。利用绝缘层82将下部电极81电分离。绝缘层82设置有在读出电极81A上的开口82H。在有机光电转换部80和有机光电转换部20之间设置有层间绝缘层87。
贯通电极88连接到读出电极81A。贯通电极88贯通层间绝缘层87和有机光电转换部20。贯通电极88电连接到有机光电转换部20的读出电极21A。此外，读出电极81A通过贯通电极34和88电连接到设置在半导体基板30中的浮动扩散部FD。读出电极81A能够暂时累积由光电转换层84产生的电荷。此外，读出电极81A通过贯通电极34和88电连接到设置在半导体基板30中的放大晶体管AMP等。
(2-15.变形例15)
图51示出了根据本技术变形例15的摄像元件(摄像元件10D)的截面构成。例如，在用于诸如数码相机或摄像机等电子设备的诸如CMOS图像传感器等摄像装置(摄像装置1)中，在该摄像装置的像素部1A中以阵列状重复布置有多个像素(多个单位像素P)，每一个像素中都包含摄像元件10D。在根据本变形例的摄像元件10D中，两个有机光电转换部20和70以及一个无机光电转换部32被层叠在纵向上。
有机光电转换部20和70以及无机光电转换部32通过选择性地检测相互不同波长范围中的光来进行光电转换。例如，有机光电转换部20获取绿色(G)的颜色信号。例如，有机光电转换部70获取蓝色(B)的颜色信号。例如，无机光电转换部32获取红色(R)的颜色信号。这允许摄像元件10D获取一个单位像素P中的多种类型的颜色信号，而无需使用任何彩色滤光片。
有机光电转换部70例如被层叠在有机光电转换部20上方。与有机光电转换部20一样，有机光电转换部70具有其中从半导体基板30的第一表面30A侧按该顺序层叠有下部电极71、半导体层73、光电转换层74和上部电极75的构成。半导体层73包括例如第一半导体层73A和第二半导体层73B。此外，在下部电极71和半导体层73之间设置有绝缘层72。例如，下部电极71针对各个摄像元件10D而单独形成。此外，下部电极71分别包括隔着插入其间的绝缘层72彼此分离的读出电极71A和累积电极71B。下部电极71的读出电极71A通过设置在绝缘层72中的开口72H电连接到第一半导体层72A。图51示出了其中针对各个摄像元件10D单独形成半导体层73、光电转换层74和上部电极75的示例。然而，例如，半导体层73、光电转换层74和上部电极75可以形成为多个摄像元件10D共用的连续层。
半导体层73用于累积由光电转换层74产生的电荷。与半导体层23一样，半导体层73具有其中从下部电极71侧按该顺序层叠有第一半导体层73A和第二半导体层73B的层叠结构。具体地，第一半导体层73A被设置在将下部电极71和半导体层73电分离的绝缘层72上。第一半导体层73A电连接到设置在读出电极71A上的开口72H中的读出电极71A。第二半导体层73B被设置在第一半导体层73A和光电转换层74之间。
第一半导体层73A和第二半导体层73B分别具有与根据上述实施方案的第一半导体层23A和第二半导体层23B类似的构成。
光电转换层74将光能转换成电能。与光电转换层24一样，光电转换层74包括分别用作p型半导体或n型半导体的两种以上的有机材料(p型半导体材料或n型半导体材料)。除了p型半导体和n型半导体之外，光电转换层74还包括有机材料或所谓的色素材料。有机材料或色素材料对预定波长范围内的光进行光电转换，并透过另一波长范围内的光。在通过使用包括p型半导体、n型半导体和色素材料这三种类型的有机材料形成光电转换层74的情况下，优选的是，p型半导体和n型半导体分别具有可见区域(例如，450nm至800nm)中的光透过性的材料。光电转换层74具有例如50nm至500nm的厚度。用于光电转换层74的色素材料的示例包括香豆素和重氮化合物、它们的衍生物等。
在半导体基板30的第一表面30A和第二表面30B之间设置有两个贯通电极34X和34Y。
与根据上述实施方案的贯通电极34一样，贯通电极34X电连接到有机光电转换部20的读出电极21A。有机光电转换部20通过贯通电极34X连接到放大晶体管AMP的栅极Gamp和也作为浮动扩散部FD1的复位晶体管RST(复位晶体管Tr1rst)的一个源极/漏极区域36B1。贯通电极34X的上端例如通过焊盘部39A和上部第一触点39C连接到读出电极21A。
贯通电极34Y电连接到有机光电转换部70的读出电极71A。有机光电转换部70通过贯通电极34Y连接到放大晶体管AMP的栅极Gamp和也用作浮动扩散部FD2的复位晶体管RST(复位晶体管Tr2rst)的一个源极/漏极区域36B2。贯通电极34Y的上端例如通过焊盘部39E、上部第三触点39F、焊盘部A和上部第四触点76C连接到读出电极71A。此外，焊盘部76B通过上部第五触点76D连接到累积电极71B。累积电极71B与读出电极71A一起被包含于下部电极71中。
如上所述，根据本变形例的摄像元件10D具有其中层叠有两个有机光电转换部20和70以及一个无机光电转换部32的构成。与有机光电转换部20一样，有机光电转换部70也在包括读出电极71A和累积电极71B的下部电极71与光电转换层74之间设置有半导体层73。在半导体层73中，第一半导体层73A(Ec1)和第二半导体层73B(Ec2)从下部电极71侧按该顺序层叠着。第一半导体层73A(Ec1)和第二半导体层73B具有满足Ec1>Ec2的在导带最下端处的能级之间的关系。这能够获得与上述实施方案类似的效果。
(2-16.变形例16)
图52示意性地示出了根据本技术变形例16的摄像元件(摄像元件10E)的截面构成。例如，在用于诸如数码相机或摄像机等电子设备的诸如CMOS图像传感器等摄像装置(摄像装置1)中，在该摄像装置的像素部1A中以阵列状重复布置有像素(单位像素P)，每一个像素中都包含摄像元件10E。根据本变形例的摄像元件10E具有其中隔着夹在其间的绝缘层92在半导体基板30上方按该顺序层叠有红色光电转换部90R、绿色光电转换部90G和蓝色光电转换部90B的构成。红色光电转换部90R、绿色光电转换部90G和蓝色光电转换部90B分别通过使用有机材料来形成。应当注意，图52示出了有机光电转换部90R、90G和90B中的每个的简化构成。具体构成类似于根据上述实施方案的有机光电转换部20的构成。
红色光电转换部90R、绿色光电转换部90G和蓝色光电转换部90B分别包括电极对之间的半导体层93R、93G和93B以及光电转换层94R、94G和94B。具体地，红色光电转换部90R、绿色光电转换部90G和蓝色光电转换部90B分别在下部电极91R和上部电极95R、下部电极91G和上部电极95G之间以及下部电极91B和上部电极95B之间包括半导体层93R、93G和93B以及光电转换层94R、94G和94B。
在蓝色光电转换部90B上设置有保护层98和晶片上透镜层99。晶片上透镜层99包括正面上的晶片上透镜99L。在半导体基板30中设置有红色蓄电层310R、绿色蓄电层310G和蓝色蓄电层310B。入射到晶片上透镜99L的光由红色光电转换部90R、绿色光电转换部90G和蓝色光电转换部90B进行光电转换，并且信号电荷从红色光电转换部90R传送到红色蓄电层310R、从绿色光电转换部90G传送到绿色蓄电层310G以及从蓝色光电转换部90B传送到蓝色蓄电层310B。尽管通过光电转换产生的任何电子或空穴可以用作信号电荷，但下面以读出电子作为信号电荷的情况为例进行说明。
半导体基板30包括例如p型硅基板。设置在该半导体基板30中的红色蓄电层310R、绿色蓄电层310G和蓝色蓄电层310B分别包括n型半导体区域，并且从红色光电转换部90R、绿色光电转换部90G和蓝色光电转换部90B提供的信号电荷(电子)被累积在这些n型半导体区域中。红色蓄电层310R、绿色蓄电层310G和蓝色蓄电层310B的n型半导体区域例如通过以诸如磷(P)或砷(As)等n型杂质掺杂半导体基板30来形成。应当注意，半导体基板30也可以被设置在包括玻璃等的支撑基板(未示出)上。
半导体基板30设置有像素晶体管，其用于从红色蓄电层310R、绿色蓄电层310G和蓝色蓄电层310B中的每个读出电子并将电子传输到例如垂直信号线(例如，下面所述的图32中的垂直信号线Lsig)。该像素晶体管的浮动扩散部被设置在半导体基板30中，并且该浮动扩散部连接到红色蓄电层310R、绿色蓄电层310G和蓝色蓄电层310B。浮动扩散部包括n型半导体区域。
绝缘层92包括例如包括氧化硅(SiOx)、氮化硅(SiNx)、氧氮化硅(SiON)、氧化铪(HfOx)等中的一种单层膜或包括它们中的两种以上的层叠膜。此外，绝缘层92可以通过使用有机绝缘材料来形成。尽管未示出，但绝缘层92设置有用于连接红色蓄电层310R和红色光电转换部90R、绿色蓄电层310G和绿色光电转换部90G以及蓝色蓄电层310B和蓝色光电转换部90B的各个插塞和电极。
红色光电转换部90R从靠近半导体基板30的位置按该顺序包括下部电极91R、半导体层93R(第一半导体层93RA和第二半导体层93RB)、光电转换层94R和上部电极95R。绿色光电转换部90G从靠近红色光电转换部90R的位置按该顺序包括下部电极91G、半导体层93G(第一半导体层93GA和第二半导体层93GB)、光电转换层94G和上部电极95G。蓝色光电转换部90B从靠近蓝色光电转换部90G的位置按该顺序包括下部电极91B、半导体层93B(第一半导体层93BA和第二半导体层93BB)、光电转换层94B和上部电极95B。在红色光电转换部90R和绿色光电转换部90G之间还设置有绝缘层96，并且在绿色光电转换部90G和蓝色光电转换部90B之间还设置有绝缘层97。红色光电转换部90R、绿色光电转换部90G和蓝色光电转换部90B分别选择性地吸收红色(例如，620nm以上且小于750nm的波长)光、绿色(例如，495nm以上且小于620nm的波长)光和蓝色(例如，400nm以上且小于495nm的波长)光，以产生电子-空穴对。
下部电极91R、下部电极91G和下部电极91B分别提取由光电转换层94R产生的信号电荷、由光电转换层94G产生的信号电荷和由光电转换层94B产生的信号电荷。尽管未示出，但与根据上述实施方案的有机光电转换部20的下部电极21一样，下部电极91R、91G和91B中的每一者都包括：在每个单位像素P中通过绝缘层彼此分离的多个电极(例如，读出电极和累积电极)。
下部电极91R、91G和91B中的每个包括例如具有光透过性的导电材料。例如，下部电极91R、91G和91B中的每个包括ITO。除了ITO之外，添加有掺杂剂的氧化锡(SnO2)系材料或通过将掺杂剂添加到氧化锌(ZnO)而获得的氧化锌系材料可以用作下部电极21中所包含的材料。氧化锌系材料的示例包括添加有作为掺杂剂的铝(Al)的氧化铝锌(AZO)、添加有镓(Ga)的氧化镓锌(GZO)和添加有铟(In)的氧化铟锌(IZO)。此外，除了这些之外，还可以使用IGZO、ITZO、CuI、InSbO4、ZnMgO、CuInO2、MgIn2O4、CdO、ZnSnO3等。
半导体层93R、93G和93B用于分别累积由光电转换层94R、94G和94B产生的电荷。与根据上述实施方案的有机光电转换部20的半导体层23一样，半导体层93R、93G和93B具有其中从下部电极91R、91G和91B按该顺序层叠有第一半导体层93RA、93GA和93BA以及第二半导体层93RB、93GB和93BB的层叠结构。具体地，例如，在有机光电转换部90R中，从下部电极91R侧按该顺序层叠有第一半导体层93RA、第二半导体层93RB、光电转换层94R和上部电极95R。这同样适用于有机光电转换部90G和有机光电转换部90B。
第一半导体层93RA、93GA和93BA以及第二半导体层93RB、93GB和93BB分别具有与第一半导体层23A和第二半导体层23B类似的构成。
光电转换层94R、94G和94B中的每个将光能转换为电能。光电转换层94R、94G和94B中的每个吸收和光电转换选择性波长范围内的光，并透射其他波长范围内的光。这里，选择性波长范围内的光例如是用于光电转换层94R的波长为620nm以上且小于750nm的波长范围内的光。选择性波长范围内的光例如是用于光电转换层94G的波长为495nm以上且小于620nm的波长范围内的光。选择性波长范围内的光例如是用于光电转换层94B的波长为400nm以上且小于495nm的波长范围内的光。
与光电转换层24一样，光电转换层94R、94G和94B中的每个包括分别用作p型半导体或n型半导体的两种以上的有机材料。除了p型半导体和n型半导体之外，光电转换层94R、94G和94B中的每个还包括有机材料或所谓的色素材料。有机材料或色素材料对预定波长范围内的光进行光电转换，并透射另一波长范围内的光。这种材料的示例包括用于光电转换层94R的罗丹明和部花青或其衍生物。这种材料的示例包括用于光电转换层94G的BODIPY色素。这种材料的示例包括用于光电转换层94B的香豆素、重氮化合物和花青类色素、其衍生物等。
上部电极95R、上部电极95G和上部电极95B用于分别提取由光电转换层94R产生的空穴、由光电转换层94G产生的空穴和由光电转换层94B产生的空穴。从上部电极95R、95G和95B提取的空穴例如通过各个传输路径(未示出)排出到半导体基板30中的p型半导体区域(未示出)。
与下部电极91R、91G和91B一样，上部电极95R、95G和95B分别包括具有光透过性的导电材料。例如，上部电极95R、95G和95B中的每个包括ITO。此外，上部电极95R、95G和95B可以包括例如包括金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、铝(Al)等的导电材料。
绝缘层96用于使上部电极95R和下部电极91G绝缘。绝缘层97用于使上部电极95G和下部电极91B绝缘。绝缘层96和97中的每个包括例如金属氧化物、金属硫化物或有机物质。金属氧化物的示例包括氧化硅(SiOx)、氧化铝(AlOx)、氧化锆(ZrOx)、氧化钛(TiOx)、氧化锌(ZnOx)、氧化钨(WOx)、氧化镁(MgOx)、氧化铌(NbOx)、氧化锡(SnOx)、氧化镓(GaOx)等。金属硫化物包括硫化锌(ZnS)、硫化镁(MgS)等。
如上所述，根据本变形例的摄像元件10E具有其中层叠有三个有机光电转换部(红色光电转换部90R、绿色光电转换部90G和蓝色光电转换部90B)的构成。与根据上述实施方案的有机光电转换部20一样，各个有机光电转换部90R、90G和90B在下部电极91R、91G和91B与光电转换层94R、94G和94B之间设置有半导体层93R、93G和93B。在半导体层93R、93G和93B中，第一半导体层93RA、93GA和93BA(Ec1)与第二半导体层93RB、93GB和93BB(Ec2)分别从下部电极91R、91G和91B侧按该顺序层叠着。第一半导体层93RA、93GA和93BA(Ec1)与第二半导体层93RB、93GB和93BB(Ec2)具有满足Ec1>Ec2的在导带最下端处的能级之间的关系。这能够获得类似于上述实施方案的效果。
<3.适用例>
(适用例1)
图53示出了其中根据本技术的摄像元件(例如，摄像元件10)被用于每个像素的摄像装置(摄像装置1)的整体构成。该摄像装置1是CMOS图像传感器。摄像装置1包括设置于半导体基板30上的作为摄像区域的像素部1A和位于该像素部1A的周边区域中的周边电路部130。周边电路部130包括例如行扫描部131、水平选择部133、列扫描部134和系统控制单元132。
像素部1A例如包括以矩阵状二维布置的多个单位像素P(分别对应于摄像元件10)。这些单位像素P例如针对每个像素行设置有像素驱动线Lread(具体地，行选择线和复位控制线)以及针对每个像素列设置有垂直信号线Lsig。像素驱动线Lread传送用于从像素读出信号的驱动信号。像素驱动线Lread的一端连接到对应于每一行的行扫描部131的输出端。
行扫描部131是包括移位寄存器、地址解码器等的像素驱动部，并且例如逐行驱动像素部1A的各个单位像素P。从由行扫描部131选择性地扫描的像素行中的各个单位像素P输出的信号通过各个垂直信号线Lsig提供给水平选择部133。水平选择部133包括针对每条垂直信号线Lsig设置的放大器、水平选择开关等。
列扫描部134包括移位寄存器、地址解码器等。列扫描部134在扫描水平选择开关的同时依次驱动水平选择部133的各个水平选择开关。该列扫描部134的选择性扫描使得通过每条垂直信号线Lsig传送的各个像素的信号依次输出到水平信号线135，并且使得信号通过水平信号线135传送到半导体基板30的外部。
包括行扫描部131、水平选择部133、列扫描部134和水平信号线135的电路部可以直接形成在半导体基板30上或者可以被设置在外部控制IC上。此外，其电路部可以形成在由电缆等连接的另一基板上。
系统控制单元132接收从半导体基板30的外部提供的时钟、用于指示关于操作模式的数据等，并且还输出诸如摄像装置1的内部信息等数据。系统控制单元132还包括生成各种时序信号的时序发生器，并且基于由时序发生器生成的各种时序信号控制诸如行扫描部131、水平选择部133和列扫描部134等周边电路的驱动。
(适用例2)
上述摄像装置1例如可适用于具有包括数码相机和摄像机等相机系统的摄像功能的任意类型的电子设备、具有摄像功能的移动电话等。图54示出了作为其示例的电子设备2(相机)的示意性构成。该电子设备2例如是能够拍摄静止图像或运动图像的摄像机。电子设备2包括摄像装置1、光学系统(光学透镜)210、快门装置211、驱动摄像装置1和快门装置211的驱动部213以及信号处理部212。
光学系统210将来自被摄体的图像光(入射光)引导到摄像装置1的像素部1A。该光学系统210可以包括多个光学透镜。快门装置211控制针对摄像装置1的光照期间和遮光期间。驱动部213控制摄像装置1的传输操作和快门装置211的快门操作。信号处理部212对从摄像装置1输出的信号进行各种信号处理。经过信号处理的图像信号Dout被存储在诸如存储器等存储介质中或被输出到监视器等。
<4.应用例>
此外，上述摄像装置1也可适用于以下电子设备(胶囊型内窥镜10100和诸如车辆等移动体)。
(体内信息获取系统的应用例)
此外，根据本技术的技术(本技术)可适用于多种产品。例如，根据本技术的技术可以应用于内窥镜手术系统。
图55是示出能够应用本发明的实施方式(本技术)的技术的使用胶囊型内窥镜的患者的体内信息取得系统的概略结构的一例的框图。
体内信息获取系统10001包括胶囊型内窥镜10100和外部控制装置10200。
胶囊型内窥镜10100在检查时被患者吞入。胶囊型内窥镜10100具有摄像功能和无线通信功能，并且在直到其从患者自然排出期间，在其通过蠕动运动在脏器内部移动的同时，以规定的间隔依次摄取诸如胃或肠等脏器内部的图像(在下文中，被称为体内图像)。然后，胶囊型内窥镜10100将关于体内图像的信息依次通过无线传送发送到体外的外部控制装置10200。
外部控制装置10200综合地控制体内信息获取系统10001的操作。此外，外部控制装置10200接收从胶囊型内窥镜10100发送过来的体内图像的信息，并且基于所接收到的体内图像的信息生成用于在显示装置(未示出)上显示该体内图像的图像数据。
在体内信息获取系统10001中，在从胶囊型内窥镜10100被吞入之后到其被排出的期间内的任何时刻，可以以这种方式获取通过对患者体内的状态进行摄像而得到的体内图像。
下面更详细地说明胶囊型内窥镜10100和外部控制装置10200的构成和功能。
胶囊型内窥镜10100包括胶囊型壳体10101，其中容纳有光源部10111、摄像部10112、图像处理部10113、无线通信部10114、给电部10115、电源部10116和控制部10117。
例如，光源部10111包括诸如发光二极管(LED)等光源，并且将光照射到摄像部10112的图像摄像视场。
摄像部10112包括摄像元件和光学系统，该光学系统包括设置在摄像元件的前级的多个透镜。照射到作为观察对象的身体组织的光的反射光(在下文中被称为观察光)被光学系统会聚，并且引导到摄像元件。在摄像部10112中，入射的观察光被摄像元件进行光电转换，由此生成与观察光相对应的图像信号。由摄像部10112生成的图像信号被提供给图像处理部10113。
图像处理部10113包括诸如中央处理单元(CPU)或图形处理单元(GPU)等处理器，并且对由摄像部10112生成的图像信号执行各种信号处理。图像处理部10113将已经由此执行了信号处理的图像信号作为RAW数据提供给无线通信部10114。
无线通信部10114对已经由图像处理部10113执行了信号处理的图像信号执行诸如调制处理等预定处理，并且将产生的图像信号通过天线10114A发送到外部控制装置10200。此外，无线通信部10114通过天线10114A从外部控制装置10200接收与胶囊型内窥镜10100的驱动控制有关的控制信号。无线通信部10114把从外部控制装置10200接收到的控制信号提供给控制部10117。
给电部10115包括电力接收用天线线圈、用于由在该天线线圈中产生的电流进行电力再生的电力再生电路以及电压升压器电路等。给电部10115通过利用感应式充电的原理来产生电力。
电源部10116包括可再充电电池，并且储存由给电部10115生成的电力。在图55中，为了避免复杂的图示，省略了表示来自电源部10116的电力的供给目的地的箭头等。然而，储存在电源部10116中的电力被提供给光源部10111、摄像部10112、图像处理部10113、无线通信部10114和控制部10117，并且可以被用于驱动它们。
控制部10117包括诸如CPU等处理器，并且根据从外部控制装置10200发送过来的控制信号适当地控制光源部10111、摄像部10112、图像处理部10113、无线通信部10114和给电部10115的驱动。
外部控制装置10200包括诸如CPU或GPU等处理器、微型计算机、其中混合地合并有处理器和诸如存储器等存储元件的控制板等。外部控制装置10200通过天线10200A向胶囊型内窥镜10100的控制部10117发送控制信号，以控制胶囊型内窥镜10100的操作。在胶囊型内窥镜10100中，例如，根据来自外部控制装置10200的控制信号，可以改变对光源部10111中的观察对象的光的照射条件。此外，根据来自外部控制装置10200的控制信号，可以改变摄像条件(例如，摄像部10112中的帧速率、曝光值等)。此外，根据来自外部控制装置10200的控制信号，可以改变图像处理部10113的处理内容或用于传送来自无线通信部10114的图像信号的条件(例如，传送间隔、传送图像数量等)。
此外，外部控制装置10200对从胶囊型内窥镜10100向其传送的图像信号进行各种图像处理，以生成用于在显示装置上显示所拍摄的体内图像的图像数据。作为图像处理，可以执行诸如显像处理(去马赛克处理)、图像增强处理(频带响应提升处理、超分辨率处理、降噪(NR)处理和/或手抖校正处理)和/或放大处理(电子变焦处理)等各种信号处理。外部控制装置10200控制显示装置的驱动，以使显示装置显示出基于所生成的图像数据的摄取的体内图像。可替代地，外部控制装置10200可以控制记录装置(未示出)记录所生成的图像数据，或者控制印刷装置(未示出)通过打印输出所生成的图像数据。
上面已经说明了可以应用根据本技术技术的体内信息获取系统的示例。例如，根据本技术的技术可以应用于上述组件中的摄像部10112。这提高了检测精度。
(内窥镜手术系统的应用例)
根据本技术的技术(本技术)可适用于多种产品。例如，根据本技术的技术可以应用于内窥镜手术系统。
图56是示出根据本技术实施方案的的技术(本技术)可以适用的内窥镜手术系统的示意性构成的示例的图。
在图56中，示出了其中手术医师(医生)11131使用内窥镜手术系统11000对病床11133上的患者11132进行手术的状态。如该图所示，内窥镜手术系统11000包括内窥镜11100、诸如气腹管11111和能量装置11112等其他手术器械11110、支撑其上的内窥镜11100的支撑臂装置11120、以及其上安装有用于内窥镜手术的各种装置的推车11200。
内窥镜11100包括：镜筒11101，该镜筒具有从其前端起的预定长度的区域被插入患者11132的体腔内；和相机头11102，其连接到镜筒11101的基端。在该图所示的示例中，示出了包括具有硬性镜筒11101的硬性内窥镜11100。然而，内窥镜11100还可以包括具有软性镜筒11101的软镜内窥镜。
镜筒11101在其前端处具有其中装配有物镜的开口部。光源装置11203连接到内窥镜11100，使得由光源装置11203生成的光通过在镜筒11101内部延伸的光导件而被引导到镜筒的前端，并且该光经由物镜而朝着患者11132的体腔内的观察对象照射。应当注意，内窥镜11100可以是直视镜，或者可以是斜视镜或侧视镜。
光学系统和摄像元件被设置在相机头11102的内部，使得来自观察对象的反射光(观察光)通过该光学系统会聚在该摄像元件上。由该摄像元件对观察光执行光电转换，以生成与观察光相对应的电信号，即，与观察图像相对应的图像信号。该图像信号作为RAW数据被传送到相机控制单元(CCU：camera control unit)11201。
CCU 11201包括中央处理单元(CPU：central processing unit)、或图形处理单元(GPU：graphics processing unit)等，并且综合地控制内窥镜11100和显示装置11202的操作。另外，CCU 11201接收来自相机头11102的图像信号，并且例如，对图像信号执行例如显像处理(去马赛克处理)等各种图像处理，以显示基于该图像信号的图像。
显示装置11202在CCU 11201的控制下在其上显示基于已经由CCU11201对其执行了图像处理的图像信号的图像。
光源装置11203包括诸如发光二极管(LED)等光源，并且在对手术区域进行摄像时将照射光提供给内窥镜11100。
输入装置11204是用于内窥镜手术系统11000的输入接口。用户可以通过输入装置11204向内窥镜手术系统11000输入各种信息和指令。例如，用户可以输入用于改变内窥镜11100的摄像条件(照射光的类型、倍率、焦距等)的指令等。
处置器械控制装置11205控制用于组织的烧灼和切开、血管的密封等的能量装置11112的驱动。气腹装置11206通过气腹管11111向患者11132的体腔内注入气体以使该体腔膨胀，从而确保内窥镜11100的视野并确保手术医师的作业空间。记录器11207是能够记录与手术有关的各种信息的装置。打印机11208是能够以诸如文本、图像或图形等各种形式打印与手术有关的各种信息的装置。
应当注意，把当对手术部位进行摄像时的照射光供给到内窥镜11100的光源装置11203可以包括例如包括LED、激光光源或它们的组合的白色光源。在白色光源包括红、绿和蓝(RGB)激光光源的组合的情况下，由于可以针对各种颜色(各种波长)高精度地控制输出强度和输出时序，所以可以由光源装置11203进行所摄取图像的白平衡的调整。此外，在这种情况下，通过把来自各个RGB激光光源的激光时分(time-divisionally)地照射到观察对象上，并且与照射时序同步地控制相机头11102的摄像元件的驱动。则可以时分地拍摄出单独对应于R、G和B颜色的图像。根据该方法，即使针对摄像元件未设置彩色滤光片，也可以获得彩色图像。
此外，可以控制光源装置11203，使得要输出的光的强度每隔预定时间发生变化。通过与光强度的变化时序同步地控制相机头11102的摄像元件的驱动以时分地获取图像和合成这些图像，可以生成没有曝光不足和曝光过度的所谓高动态范围图像。
此外，光源装置11203可以被构造成提供用于特殊光观察的预定波长带域的光。在特殊光观察中，可以执行例如如下的窄带域观察(窄带域成像)：通过利用身体组织中的光吸收的波长依赖性而照射出与普通观察时的照射光(即，白光)相比的窄带域的光，以高对比度对诸如粘膜表层中的血管等预定组织进行摄像。可替代地，在特殊光观察中，可以执行由通过照射激发光而产生的荧光来获得图像的荧光观察。在该荧光观察中，能够以如下方式执行：通过向身体组织照射激发光从而执行来自身体组织的荧光观察(自荧光观察)，或者通过将诸如吲哚菁绿(ICG：indocyanine green)等试剂局部注射到身体组织中并且用与该试剂的荧光波长相对应的激发光照射该身体组织来获得荧光图像。光源装置11203可以被构造成提供适于如上所述的特殊光观察的这种窄带域光和/或激发光。
图57是示出图56所示的相机头11102和CCU 11201的功能构成的示例的框图。
相机头11102包括透镜部11401、摄像部11402、驱动部11403、通信部11404和相机头控制部11405。CCU 11201包括通信部11411、图像处理部11412和控制部11413。相机头11102和CCU 11201通过传输线缆11400可通信地相互连接。
透镜部11401是设置在与镜筒11101的连接位置处的光学系统。从镜筒11101的前端摄入的观察光被引导到相机头11102，并且被引入透镜部11401中。透镜部11401包括含有变焦透镜和聚焦透镜的多个透镜的组合。
摄像部11402包括的摄像元件的数量可以是一个元件(单板型)或者多个(多板型)。在摄像部11402被构造成多板型的情况下，例如，可以由摄像元件生成与各个R、G和B相对应的图像信号，并且图像信号可以被合成，以获得彩色图像。摄像部11402还可以被构造为具有一对摄像元件，其用于获取用于三维(3D)显示的右眼和左眼用图像信号。通过进行3D显示，手术医师11131则可以更加准确地把握手术部位中的活体组织的深度。应当注意，在摄像部11402被构造成多板型的情况下，可以与单个摄像元件相对应地设置透镜部11401的多个系统。
此外，摄像部11402并非必须被设置在相机头11102上。例如，摄像部11402可以设置在镜筒11101内部紧跟在物镜的后方。
驱动部11403包括致动器，并且在相机头控制部11405的控制下使透镜部11401的变焦透镜和聚焦透镜沿着光轴移动预定距离。于是，可以适宜地调整由摄像部11402摄取的图像的倍率和焦点。
通信部11404包括用于向CCU 11201传送各种信息和从CCU 11201接收各种信息的通信装置。通信部11404将从摄像部11402获取的图像信号作为RAW数据经由传输线缆11400传送到CCU 11201。
此外，通信部11404从CCU 11201接收用于控制相机头11102的驱动的控制信号，并将该控制信号提供给相机头控制部11405。例如，控制信号包括如下的与摄像条件有关的信息：用于指定所摄取图像的帧速率的信息、用于指定摄像时的曝光值的信息、和/或用于指定所摄取图像的倍率及焦点的信息等。
应当注意，诸如帧速率、曝光值、倍率或焦点等摄像条件可以由用户适宜地指定，或者可以基于所获取的图像信号由CCU 11201的控制部11413自动设定。在后一种情况下，在内窥镜11100中合并有自动曝光(AE：auto exposure)功能、自动对焦(AF：auto focus)功能和自动白平衡(AWB：auto white balance)功能。
相机头控制部11405基于经由通信部11404接收到的来自CCU 11201的控制信号来控制相机头11102的驱动。
通信部11411包括用于向相机头11102传送各种信息和从相机头11102接收各种信息的通信装置。通信部11411接收从相机头11102经由传输线缆11400传送过来的图像信号。
此外，通信部11411将用于控制相机头11102的驱动的控制信号传送到相机头11102。图像信号和控制信号可以通过电通信、或光通信等传送。
图像处理部11412对以RAW数据的形式的从相机头11102传送过来的图像信号实施各种图像处理。
控制部11413进行与利用内窥镜11100对手术部位等的摄像以及通过对手术部位等的摄像而获得的所摄取图像的显示有关的各种控制。例如，控制部11413生成用于控制相机头11102的驱动的控制信号。
此外，控制部11413控制显示装置11202基于已经由图像处理部11412实施了图像处理的图像信号而显示出对手术部位等进行摄像的所摄取图像。于是，控制部11413可以使用各种图像识别技术来识别所摄取图像内的各种物体。例如，控制部11413可以通过检测所摄取图像中所包含的物体的边缘形状、颜色等来识别诸如钳子等手术器械、特定活体部位、出血、当使用能量装置11112时的薄雾等。当控制部11413控制显示装置11202显示出所摄取图像时，控制部11413可以利用识别结果而致使各种手术辅助信息以叠加的方式显示在手术部位的图像上。当手术辅助信息以叠加的方式显示并且呈现给手术医师11131时，就可以减轻手术医师11131的负担，并且手术医师11131可以可靠地进行手术。
将相机头11102和CCU 11201连接起来的传输线缆11400是用于电信号通信的电信号线缆、用于光通信的光纤、或者用于电通信和光通信的复合线缆。
这里，在图示的示例中，尽管通过使用传输线缆11400的有线通信执行通信，但是相机头11102和CCU 11201之间的通信也可以通过无线通信执行。
上面已经说明了可以应用根据本技术的技术的内窥镜手术系统的示例。根据本技术的技术可以应用于上述组件中的摄像部11402。将根据本技术的技术应用于摄像部11402提高了检测精度。
应当注意，这里已经作为示例而说明了内窥镜手术系统，但是根据本技术的技术可以另外应用于例如显微手术系统等。
(移动体的应用例)
根据本技术的技术适用于多种产品。例如，根据本技术的技术可以实现为安装在诸如汽车、电动汽车、混合动力汽车、摩托车、自行车、个人移动设备、飞机、无人机、船舶、机器人、建筑机械或农用机械(拖拉机)等任何类型的移动体上的装置。
图58是示出车辆控制系统的示意性构成的示例的框图，该车辆控制系统作为根据本技术实施方案的技术可以应用的移动体控制系统的示例。
车辆控制系统12000包括经由通信网络12001相互连接的多个电子控制单元。在图58所示的示例中，车辆控制系统12000包括驱动系统控制单元12010、车身系统控制单元12020、车外信息检测单元12030、车内信息检测单元12040和综合控制单元12050。另外，作为综合控制单元12050的功能构成，示出了微型计算机12051、声音/图像输出部12052和车载网络I/F(接口：interface)12053。
驱动系统控制单元12010根据各种程序来控制与车辆的驱动系统有关的设备的操作。例如，驱动系统控制单元12010起到诸如下列等各种设备的控制装置的作用：诸如内燃机或驱动马达等用于产生车辆驱动力的驱动力产生装置；用于将驱动力传送到车轮的驱动力传递机构；用于调节车辆的转向角的转向机构；以及用于产生车辆制动力的制动装置。
车身系统控制单元12020根据各种程序来控制设置于车身的各种设备的操作。例如，车身系统控制单元12020起到诸如下列等各种设备的控制装置的作用：无钥匙进入系统；智能钥匙系统；电动车窗装置；或者诸如前照灯、倒车灯、刹车灯、转向灯、雾灯等各种灯。在这种情况下，可以向车身系统控制单元12020输入从代替钥匙的便携装置发出的无线电波或来自各种开关的信号。车身系统控制单元12020接收这些无线电波或信号的输入，并且控制车辆的门锁装置、电动车窗装置、灯等。
车外信息检测单元12030检测包括车辆控制系统12000的车辆的外部有关的信息。例如，车外信息检测单元12030连接有摄像部12031。车外信息检测单元12030使摄像部12031摄取车辆外部的图像，并接收所摄取的图像。车外信息检测单元12030可以基于所接收到的图像执行检测诸如人、车、障碍物、标志、路面上的文字等物体的处理或检测距其距离的处理。
摄像部12031是接收光的光学传感器，其输出与所接收到的光的光量对应的电信号。摄像部12031可以将电信号作为图像而输出，或者可以将电信号作为测距信息而输出。另外，由摄像部12031接收的光可以是可见光或者可以是诸如红外线等非可见光。
车内信息检测单元12040检测车辆内部有关的信息。例如，车内信息检测单元12040连接有检测驾驶员的状态的驾驶员状态检测部12041。例如，驾驶员状态检测部12041包括对驾驶员进行摄像的相机。车内信息检测单元12040可以基于从驾驶员状态检测部12041输入的检测信息来计算出驾驶员的疲劳程度或驾驶员的专注程度，并且可以判别出驾驶员是否在打瞌睡。
基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获取的车辆内部或外部有关的信息，微型计算机12051可以计算驱动力产生装置、转向机构或制动装置的控制目标值，并且向驱动系统控制单元12010输出控制指令。例如，微型计算机12051可以执行旨在实现高级驾驶员辅助系统(ADAS：advanced driver assistance system)的功能的协调控制，该ADAS的功能包括车辆碰撞规避或冲击减缓、基于车间距离的追随行驶、车辆定速行驶、车辆碰撞警告、车辆偏离车道警告等。
另外，基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获取的车辆外部或内部有关的信息，微型计算机12051可以通过控制驱动力产生装置、转向机构、制动装置等，来执行用于使车辆无需驾驶员的操作就能自主行驶的自动驾驶等的协调控制。
另外，基于由车外信息检测单元12030获得的车辆外部有关的信息，微型计算机12051可以将控制指令输出到车身系统控制单元12020。例如，根据由车外信息检测单元12030检测到的前车或迎面来车的位置，微型计算机12051可以执行例如通过控制前照灯使其从远光切换为近光等旨在实现防眩的协调控制。
声音/图像输出部12052将声音和图像中至少一者的输出信号发送到能够在视觉上或听觉上把信息通知给车辆乘客或车辆外部的输出装置。在图58所示的示例中，作为输出装置，示出了音频扬声器12061、显示部12062和仪表面板12063。例如，显示部12062可以包括板载显示器和平视显示器中的至少一者。
图59是示出了摄像部12031的安装位置的一个示例的图。
在图59中，摄像部12031包括摄像部12101、12102、12103、12104和12105。
摄像部12101、12102、12103、12104和12105被设置在车辆12100的例如前鼻、侧视镜、后保险杠和后备箱门的位置处以及车厢内挡风玻璃的上部的位置处。设置于前鼻的摄像部12101和设置于车厢内挡风玻璃的上部的摄像部12105主要获取车辆12100前方的图像。设置于侧视镜的摄像部12102和12103主要获取车辆12100侧方的图像。设置于后保险杠或后备箱门的摄像部12104主要获取车辆12100后方的图像。设置于车厢内挡风玻璃的上部的摄像部12105主要用来检测前方车辆、行人、障碍物、信号灯、交通标志、车道等。
顺便提及地，图59示出了摄像部12101至12104的拍摄范围的示例。摄像范围12111表示设置于前鼻的摄像部12101的摄像范围。摄像范围12112和12113分别表示设置于侧视镜的摄像部12102和12103的摄像范围。摄像范围12114表示设置于后保险杠或后备箱门的摄像部12104的摄像范围。例如，通过把由摄像部12101至12104摄取的图像数据叠加，获得车辆12100的从上方观看的俯瞰图像。
摄像部12101至12104中的至少一者可以具有获取距离信息的功能。例如，摄像部12101至12104中的至少一者可以是由多个摄像元件构成的立体相机，或者可以是具有相位差检测用像素的摄像元件。
例如，基于从摄像部12101至12104获得的距离信息，微型计算机12051可以求出与摄像范围12111至12114内的各立体物相距的距离以及该距离的时间变化(相对于车辆12100的相对速度)，并且从而将如下立体物作为前车提取出来：其尤其作为车辆12100的行驶路径上的最接近的立体物，是在与车辆12100大致相同的方向上以预定速度(例如，0km/h以上)行驶的立体物。另外，微型计算机12051可以设定关于前车的近前应当预先确保的车间距离，并且可以执行自动制动控制(包括追随停止控制)、自动加速控制(包括追随启动控制)等。因此，能够执行旨在实现使车辆无需驾驶员的操作就能够自主行驶等的自动驾驶的协调控制。
例如，基于从摄像部12101至12104获得的距离信息，微型计算机12051可以将立体物的立体物数据分类为两轮车、普通汽车、大型车辆、行人、电线杆和其他立体物的立体物数据，提取所分类的立体物数据，并且使用所提取的立体物数据来自动规避障碍物。例如，微型计算机12051将车辆12100周围的障碍物区分为车辆12100的驾驶员可以在视觉上识别的障碍物和车辆12100的驾驶员难以在视觉上识别的障碍物。则微型计算机12051判断表示与各障碍物的碰撞的风险的碰撞风险。在碰撞风险等于或大于设定值并有可能发生碰撞的情形下，微型计算机12051通过音频扬声器12061或显示部12062向驾驶员输出警告，或者通过驱动系统控制单元12010进行强制减速或规避转向。微型计算机12051可以由此提供能够规避碰撞的驾驶辅助。
摄像部12101至12104中的至少一者可以是检测红外线的红外相机。例如，微型计算机12051可以通过判定在摄像部12101至12104的所摄取图像中是否存在行人来识别行人。这种对行人的识别例如是通过如下的过程来执行的：从作为红外相机的摄像部12101至12104的所摄取图像中提取特征点的过程；以及对表示物体轮廓的一系列特征点执行图案匹配处理且判别该物体是否为行人的过程。当微型计算机12051判定在摄像部12101至12104的所摄取图像中存在行人，并且由此识别出该行人时，声音/图像输出部12052控制显示部12062使其在识别出来的行人上叠加地显示出用于强调的方形轮廓线。另外，声音/图像输出部12052也可以控制显示部12062使其在期望位置处显示出用于表示行人的图标等。
尽管已经参照实施方案和变形例1至16以及适用例和应用例给出了说明，但是本技术的内容不限于上述实施方案等。多种变形都是可能的。例如，在上述实施方案中，摄像元件具有其中层叠有检测绿色光的有机光电转换部20以及分别检测蓝色光和红色光的无机光电转换部32B和32R的构成。然而，本技术的内容不限于这种结构。例如，有机光电转换部可以检测红色光或蓝色光，或者无机光电转换部可以各自检测绿色光。
此外，这些有机光电转换部和无机光电转换部的数量或其比例不受限制。可以设置两个以上的有机光电转换部，或者可以仅利用有机光电转换部获得多种颜色的颜色信号。
此外，在上述实施方案等中，已经说明了下部电极21中所包含的多个电极包括读出电极21A和累积电极21B这两种电极、或者包括读出电极21A、累积电极21B和传输电极21C这三种电极、或包括读出电极21A、累积电极21B和屏蔽电极21D这三种电极的示例。此外，也可以设置成包括还包含排出电极等在内的四种以上电极。
应当注意，这里所述的效果仅仅是示例性的，而非限制性的。此外，可能还有其他效果。
应当注意，本技术还可以具有如下构成。根据具有以下构成的本技术，半导体层被设置在所述第一电极及所述第二电极与包括有机材料的光电转换层之间。第一电极与第二电极被并排布置。在半导体层中，层叠有第一层和第二层。第一层被设置在光电转换层侧上。第二层被设置在所述第一电极及所述第二电极侧上。此外，第二层的在导带最下端处的能级比第一层的在导带最下端处的能级浅。这改善了向第二电极传输电荷的特性，并且能够降低噪声。
(1)一种摄像元件，包括：
第一电极及第二电极，它们并排布置着；
第三电极，其被布置成与所述第一电极及所述第二电极相对；
光电转换层，其被设置在所述第一电极及所述第二电极与所述第三电极之间；和
半导体层，其被设置在所述第一电极及所述第二电极与所述光电转换层之间，所述半导体层具有从所述光电转换层侧起依次层叠着的第一层和第二层，所述第二层的在导带最下端处的能级比所述第一层的在导带最下端处的能级浅。
(2)根据(1)所述的摄像元件，还包括：
绝缘层，所述绝缘层被设置在所述第一电极及所述第二电极与所述半导体层之间，并且所述绝缘层在所述第二电极上方具有第一开口，
其中，所述第二电极和所述半导体层通过所述第一开口电连接。
(3)根据(1)或(2)所述的摄像元件，还包括：
位于所述光电转换层和所述半导体层之间的保护层，所述保护层包含无机材料。
(4)根据(3)所述的摄像元件，其中，
所述半导体层还包括位于所述保护层和所述第一层之间的第三层，所述第三层的在导带最下端处的能级基本等于或浅于所述第一层的在导带最下端处的能级。
(5)根据(2)至(4)中任一项所述的摄像元件，其中，
所述第一开口的侧面和底面被所述第二层覆盖，并且所述第二层的覆盖着所述底面的至少一部分的载流子浓度高于所述第二层的其他区域的载流子浓度。
(6)根据(5)所述的摄像元件，其中，
所述第二层具有位于所述第一开口内的第二开口，所述第二电极和所述第一层在所述第二开口中直接电连接。
(7)根据(6)所述的摄像元件，其中，所述第一开口的侧面被所述第二层覆盖。
(8)根据(6)所述的摄像元件，其中，
所述第一开口和所述第二开口具有同一侧面。
(9)根据(6)所述的摄像元件，其中，
所述第二开口的侧面被设置在所述第一开口的侧面的外侧。
(10)根据(1)至(9)中任一项所述的摄像元件，其中，
所述第二层所包含的硅的含量不低于所述第一层所包含的硅的含量。
(11)根据(1)至(10)中任一项所述的摄像元件，其中，
所述第一层和所述第二层各自包含镓，并且
所述第二层所包含的镓的含量不低于所述第一层所包含的镓的含量。
(12)根据(1)至(10)中任一项所述的摄像元件，其中，
所述第一层和所述第二层各自包含锌，并且
所述第二层所包含的锌的含量不低于所述第一层所包含的锌的含量。
(13)根据(1)至(12)中任一项所述的摄像元件，其中，
各自第一层和各自第二层各自具有结晶性。
(14)根据(13)所述的摄像元件，其中，
所述第二层包括非晶层和结晶层，并且所述非晶层和所述结晶层从所述第一电极及所述第二电极侧按该顺序层叠着。
(15)根据(1)至(14)中任一项所述的摄像元件，其中，
所述第一层和所述第二层各自具有非晶性。
(16)根据(1)至(14)中任一项所述的摄像元件，其中，
所述第一层或所述第二层中的一个具有结晶性，所述第一层或所述第二层中的另一个具有非晶性。
(17)根据(2)至(16)中任一项所述的摄像元件，其中，
所述第二层包括如下的层：所述第二层在该层内所包含的碳比所述第二层的其他区域中的碳更多。
(18)根据(17)所述的摄像元件，其中，
所述第二层覆盖所述第一开口的侧面和底面，并且所述包含更多的碳的层被设置成在所述第二层中处于所述第一开口的外侧。
(19)根据(1)至(16)中任一项所述的摄像元件，其中，
所述第一层包括如下的层：所述第一层在该层内所包含的碳比所述第一层的其他区域中的碳更多。
(20)根据(18)或(19)所述的摄像元件，其中，
所述第一层在所述第一开口中与所述第二电极直接接触，并且所述包含更多的碳的层被设置成在所述第一层中处于所述第一开口的外侧。
(21)根据(2)至(20)中任一项所述的摄像元件，还包括：
金属膜或金属氧化物膜，其在第一开口中，且位于所述第一电极和所述半导体层之间或位于所述第一层和所述第二层之间。
(22)根据(21)所述的摄像元件，其包括：
在所述金属膜或所述金属氧化物膜与所述第一开口的侧面之间的间隙。
(23)根据(21)或(22)所述的摄像元件，其中，
所述半导体层具有位于所述金属膜或所述金属氧化物膜周围的如下区域：所述半导体层在该区域内的载流子浓度高于其他区域内的载流子浓度。
(24)根据(21)至(23)中任一项所述的摄像元件，其中，
所述金属膜或所述金属氧化物膜覆盖所述第一开口的侧面和底面。
(25)根据(21)至(24)中任一项所述的摄像元件，其中，
所述金属膜或所述金属氧化物膜各自包括如下材料：该材料的吉布斯能小于或等于用于构成所述第二层的材料的吉布斯能。
(26)根据(1)至(26)中任一项所述的摄像元件，其中，
所述第一电极及所述第二电极各自被形成为包含如下材料：该材料的吉布斯能小于或等于用于构成所述第二层的材料的吉布斯能。
(27)根据(1)至(26)中任一项所述的摄像元件，其中，
所述第二层具有1nm以上且50nm以下的厚度。
(28)根据(1)至(27)中任一项所述的摄像元件，还包括：
位于所述第一电极与所述第二电极之间的第四电极。
(29)根据(28)所述的摄像元件，其中，
所述第四电极被设置在比所述第一电极及所述第二电极低的层中。
(30)根据(1)至(29)中任一项所述的摄像元件，其中，
所述第一层具有层叠结构，所述层叠结构含有具有结晶性的层和具有非晶性的层。
(31)根据(30)所述的摄像元件，其中，
所述具有结晶性的层和所述具有非晶性的层从所述第一电极及所述第二电极侧按该顺序层叠着。
(32)根据(31)所述的摄像元件，其中，
所述具有非晶性的层的在导带最下端处的能级基本等于或浅于所述具有结晶性的层的在导带最下端处的能级。
(33)根据(30)至(32)中任一项所述的摄像元件，其中，
所述具有非晶性的层覆盖所述具有结晶性的层的顶面和侧面。
(34)根据(31)至(31)中任一项所述的摄像元件，还包括：
在所述第二电极的上方且延伸得贯穿所述具有结晶性的层的开口，其中，所述具有非晶性的层通过所述开口与所述第二电极电连接。
(35)根据(34)所述的摄像元件，还包括：
位于所述光电转换层和所述具有非晶性的层之间的保护层，所述保护层包含无机材料，
其中，所述具有非晶性的层和所述保护层在所述开口中层叠着。
(36)根据(1)至(35)中任一项所述的摄像元件，其中，
在平面图中，所述第二层的端部位于所述第一层的端部内侧。
(37)根据(36)所述的摄像元件，其中，
所述第二层的所述端部具有倾斜面。
(38)根据(36)或(37)所述的摄像元件，其中，
所述第二层还具有第二开口，所述第二电极和所述第一层在所述第二开口中直接电连接，并且
所述第二层的所述端部和所述第二开口各者在平面图中具有圆形形状。
(39)根据(1)至(38)中任一项所述的摄像元件，还包括：
第五电极，其在平面图中位于所述第一电极及所述第二电极周围，并且所述第五电极被施加有固定电位。
(40)根据(39)所述的摄像元件，其中，
所述第一层被形成在所述第五电极上方，它们二者之间未插入有所述第二层。
(41)根据(1)至(40)中任一项所述的摄像元件，其中，
所述第一电极及所述第二电极被布置在所述光电转换层的与光入射面相反的一侧上。
(42)根据(1)至(41)中任一项所述的摄像元件，其中，
所述第一电极和所述第二电极独立地被施加各自的电压。
(43)根据(42)所述的摄像元件，其中，
一个以上的有机光电转换部和一个以上的无机光电转换部被层叠着，所述有机光电转换部各自包括所述第一电极、所述第二电极、所述第三电极、所述光电转换层和所述半导体层，所述无机光电转换部各自在与所述有机光电转换部各者的波长范围不同的波长范围中进行光电转换。
(44)根据(43)所述的摄像元件，其中，
所述无机光电转换部被形成为埋入在半导体基板中，并且
所述有机光电转换部被形成在所述半导体基板的第一表面侧上。
(45)一种摄像装置，包括：
多个像素，每个所述像素设置有一个以上的摄像元件，
其中，所述摄像元件分别包括：
第一电极及第二电极，它们并排布置着；
第三电极，其被布置成与所述第一电极及所述第二电极相对；光电转换层，其被设置在所述第一电极及所述第二电极与所述第三电极之间；和
半导体层，其被设置在所述第一电极及所述第二电极与所述光电转换层之间，所述半导体层具有从所述光电转换层侧起依次层叠着的第一层和第二层，所述第二层的在导带最下端处的能级比所述第一层的在导带最下端处的能级浅。
本申请要求基于2020年3月31日向日本专利局提交的日本专利申请第2020-064017号和2021年3月19日向日本专利局提交的日本专利申请第2021-045945号的优先权，其全部内容以引用的方式并入本申请中。
本领域技术人员应当理解，可以根据设计要求和其他因素进行各种变形、组合、子组合和变化，只要它们在所附权利要求或其等同物的保护范围内即可。

Claims (45)

1.一种摄像元件，包括：
第一电极及第二电极，它们并排布置着；
第三电极，其被布置成与所述第一电极及所述第二电极相对；
光电转换层，其被设置在所述第一电极及所述第二电极与所述第三电极之间；和
半导体层，其被设置在所述第一电极及所述第二电极与所述光电转换层之间，所述半导体层具有从所述光电转换层侧起依次层叠着的第一层和第二层，所述第二层的在导带最下端处的能级比所述第一层的在导带最下端处的能级浅。
2.根据权利要求1所述的摄像元件，还包括：
绝缘层，所述绝缘层被设置在所述第一电极及所述第二电极与所述半导体层之间，并且所述绝缘层在所述第二电极上方具有第一开口，
其中，所述第二电极和所述半导体层通过所述第一开口电连接。
3.根据权利要求1所述的摄像元件，还包括：
位于所述光电转换层和所述半导体层之间的保护层，所述保护层包含无机材料。
4.根据权利要求3所述的摄像元件，其中，
所述半导体层还包括位于所述保护层和所述第一层之间的第三层，所述第三层的在导带最下端处的能级基本等于或浅于所述第一层的在导带最下端处的能级。
5.根据权利要求2所述的摄像元件，其中，
所述第一开口的侧面和底面被所述第二层覆盖，并且所述第二层的覆盖着所述底面的至少一部分的载流子浓度高于所述第二层的其他区域的载流子浓度。
6.根据权利要求5所述的摄像元件，其中，
所述第二层具有位于所述第一开口内的第二开口，所述第二电极和所述第一层在所述第二开口中直接电连接。
7.根据权利要求6所述的摄像元件，其中，
所述第一开口的侧面被所述第二层覆盖。
8.根据权利要求6所述的摄像元件，其中，
所述第一开口和所述第二开口具有同一侧面。
9.根据权利要求6所述的摄像元件，其中，
所述第二开口的侧面被设置在所述第一开口的侧面的外侧。
10.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，
所述第二层所包含的硅的含量不低于所述第一层所包含的硅的含量。
11.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，
所述第一层和所述第二层各自包含镓，并且
所述第二层所包含的镓的含量不低于所述第一层所包含的镓的含量。
12.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，
所述第一层和所述第二层各自包含锌，并且
所述第二层所包含的锌的含量不低于所述第一层所包含的锌的含量。
13.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，
所述第一层和所述第二层各自具有结晶性。
14.根据权利要求13所述的摄像元件，其中，
所述第二层包括非晶层和结晶层，并且所述非晶层和所述结晶层从所述第一电极及所述第二电极侧按该顺序层叠着。
15.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，
所述第一层和所述第二层各自具有非晶性。
16.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，
所述第一层和所述第二层中的一者具有结晶性，所述第一层和所述第二层中的另一者具有非晶性。
17.根据权利要求2所述的摄像元件，其中，
所述第二层包括如下的层：所述第二层在该层内所包含的碳比所述第二层的其他区域中的碳更多。
18.根据权利要求17所述的摄像元件，其中，
所述第二层覆盖所述第一开口的侧面和底面，并且所述包含更多的碳的层被设置成在所述第二层中处于所述第一开口的外侧。
19.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，
所述第一层包括如下的层：所述第一层在该层内所包含的碳比所述第一层的其他区域中的碳更多。
20.根据权利要求18所述的摄像元件，其中，
所述第一层在所述第一开口中与所述第二电极直接接触，并且所述包含更多的碳的层被设置成在所述第一层中处于所述第一开口的外侧。
21.根据权利要求2所述的摄像元件，还包括：
金属膜或金属氧化物膜，其在所述第一开口中，且位于所述第一电极与所述半导体层之间或者位于所述第一层与所述第二层之间。
22.根据权利要求21所述的摄像元件，还包括：
在所述金属膜或所述金属氧化物膜与所述第一开口的侧面之间的间隙。
23.根据权利要求21所述的摄像元件，其中，
所述半导体层具有位于所述金属膜或所述金属氧化物膜周围的如下区域：所述半导体层在该区域内的载流子浓度高于其他区域内的载流子浓度。
24.根据权利要求21所述的摄像元件，其中，
所述金属膜或所述金属氧化物膜覆盖所述第一开口的侧面和底面。
25.根据权利要求21所述的摄像元件，其中，
所述金属膜或所述金属氧化物膜各自包括如下材料：该材料的吉布斯能小于或等于用于构成所述第二层的材料的吉布斯能。
26.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，
所述第一电极及所述第二电极各自被形成为包含如下材料：该材料的吉布斯能小于或等于用于构成所述第二层的材料的吉布斯能。
27.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，
所述第二层具有1nm以上且50nm以下的厚度。
28.根据权利要求1所述的摄像元件，还包括：
位于所述第一电极与所述第二电极之间的第四电极。
29.根据权利要求28所述的摄像元件，其中，
所述第四电极被设置在比所述第一电极及所述第二电极低的层中。
30.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，
所述第一层具有层叠结构，所述层叠结构含有具有结晶性的层和具有非晶性的层。
31.根据权利要求30所述的摄像元件，其中，
所述具有结晶性的层和所述具有非晶性的层从所述第一电极及所述第二电极侧按该顺序层叠着。
32.根据权利要求31所述的摄像元件，其中，
所述具有非晶性的层的在导带最下端处的能级基本等于或浅于所述具有结晶性的层的在导带最下端处的能级。
33.根据权利要求30所述的摄像元件，其中，
所述具有非晶性的层覆盖所述具有结晶性的层的顶面和侧面。
34.根据权利要求31所述的摄像元件，还包括：
在所述第二电极的上方且延伸得贯穿所述具有结晶性的层的开口，
其中，所述具有非晶性的层通过所述开口与所述第二电极电连接。
35.根据权利要求34所述的摄像元件，还包括：
位于所述光电转换层和所述具有非晶性的层之间的保护层，所述保护层包含无机材料，
其中，所述具有非晶性的层和所述保护层在所述开口中层叠着。
36.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，
在平面图中，所述第二层的端部位于所述第一层的端部内侧。
37.根据权利要求36所述的摄像元件，其中，
所述第二层的所述端部具有倾斜面。
38.根据权利要求36所述的摄像元件，其中，
所述第二层还具有第二开口，所述第二电极和所述第一层在所述第二开口中直接电连接，并且
所述第二层的所述端部和所述第二开口各者在平面图中具有圆形形状。
39.根据权利要求1所述的摄像元件，还包括：
第五电极，其在平面图中位于所述第一电极及所述第二电极周围，并且所述第五电极被施加有固定电位。
40.根据权利要求39所述的摄像元件，其中，
所述第一层被形成在所述第五电极上方，它们二者之间未插入有所述第二层。
41.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，
所述第一电极及所述第二电极被布置在所述光电转换层的与光入射面相反的一侧上。
42.根据权利要求1所述的摄像元件，其中，
所述第一电极和所述第二电极独立地被施加各自的电压。
43.根据权利要求42所述的摄像元件，其中，
一个以上的有机光电转换部和一个以上的无机光电转换部被层叠着，所述有机光电转换部各自包括所述第一电极、所述第二电极、所述第三电极、所述光电转换层和所述半导体层，所述无机光电转换部各自在与所述有机光电转换部各者的波长范围不同的波长范围中进行光电转换。
44.根据权利要求43所述的摄像元件，其中，
所述无机光电转换部被形成为埋入在半导体基板中，并且
所述有机光电转换部被形成在所述半导体基板的第一表面侧上。
45.一种摄像装置，包括：
多个像素，每个所述像素设置有一个以上的摄像元件，
其中，所述摄像元件分别包括：
第一电极及第二电极，它们并排布置着；
第三电极，其被布置成与所述第一电极及所述第二电极相对；
光电转换层，其被设置在所述第一电极及所述第二电极与所述第三电极之间；和
半导体层，其被设置在所述第一电极及所述第二电极与所述光电转换层之间，所述半导体层具有从所述光电转换层侧起依次层叠着的第一层和第二层，所述第二层的在导带最下端处的能级比所述第一层的在导带最下端处的能级浅。
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