JP2006319275A - Photoelectric conversion element and imaging device - Google Patents

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Satoshi Aihara
聡 相原
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Nippon Hoso Kyokai NHK
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photoelectric conversion element which includes a layer comprised of an organic material and reduces an operating voltage, and an imaging device employing said photoelectric conversion element. <P>SOLUTION: A photoelectric conversion element comprises a photoelectric conversion film including an organic layer comprised of an organic material wherein the organic layer is comprised of any one of a micro-crystal, polycrystal, or monocrystal of organic molecules. The photoelectric conversion film may also be a multilayered structure including a photoelectric conversion layer, and the photoelectric conversion film may also include an electron injection blocking layer and a hole injection blocking layer. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、有機材料よりなる層を有する光電変換素子、および当該光電変換素子を用いた撮像素子に関する。   The present invention relates to a photoelectric conversion element having a layer made of an organic material, and an imaging element using the photoelectric conversion element.

現在、例えばテレビカメラなどの撮像素子に用いる光電変換素子では、Siやa―Se等が光電変換層として用いられている。これらの材料を用いた撮像装置においては、カラー対応とするために、入射光を青、緑、赤の三原色に分解するプリズムを有し、さらにそれぞれに色に対応する3枚の光電変換層を有する、いわゆる3板式が主流となっている。   Currently, for example, Si and a-Se are used as a photoelectric conversion layer in a photoelectric conversion element used for an imaging element such as a television camera. An imaging device using these materials has a prism that separates incident light into three primary colors of blue, green, and red in order to be color-compatible, and further includes three photoelectric conversion layers corresponding to the colors. It has a so-called three-plate type.

しかし、3板式撮像素子は、小型軽量化が困難であるために、小型軽量化が可能となる単板構造が提案されており、例えば、光電変換層の面内に色画素として、赤、緑、青のフィルタをベイヤー配列したものが提案されていた(例えば非特許文献1参照。)。   However, since it is difficult to reduce the size and weight of the three-plate image sensor, a single-plate structure that can be reduced in size and weight has been proposed. For example, red, green as color pixels in the plane of the photoelectric conversion layer. A blue filter with Bayer arrangement has been proposed (see, for example, Non-Patent Document 1).

しかし、上記のベイヤー構造では、赤、緑、青のいずれか1色のみで1画素を形成する必要があるために解像度が悪く、さらに所望の色以外の入射光は色フィルタに吸収されてしまうため、光の利用効率が悪い問題があった。   However, in the above Bayer structure, since it is necessary to form one pixel with only one of red, green, and blue, the resolution is poor, and incident light other than the desired color is absorbed by the color filter. Therefore, there was a problem that the light utilization efficiency was poor.

このような解像度や光の利用効率の問題は、例えば不純物濃度が光の進入方向において異なるように形成されたフォトダイオードを用いることで改善することができる(例えば特許文献1参照。)。   Such problems of resolution and light utilization efficiency can be improved by using, for example, a photodiode formed so that the impurity concentration differs in the light entrance direction (see, for example, Patent Document 1).

しかし、上記のフォトダイオードの電荷の読み出し部を設置する場合に、フォトダイオードの構造上、受光面と同一平面上に設置せざるを得ず、光電変換部の開口率が低下してしまうことは避けられなかった。   However, when the charge readout unit of the photodiode is installed, it must be installed on the same plane as the light receiving surface due to the structure of the photodiode, and the aperture ratio of the photoelectric conversion unit is reduced. It was inevitable.

そこで、このような問題を解決するため、波長選択性を有する光電変換層を多層に積層することにより、光電変換素子を形成する方法が提案されている(例えば特許文献2参照。)。このような波長選択性を有する光電変換層を形成する場合、有機材料は特定の波長域のみを吸収するといった特徴を有するものが多いため、好適である。例えば有機材料を用いて、青、緑、赤の三原色をそれぞれ効率よく吸収するように分子設計を行うことにより、それぞれの波長域に対して感度が良好である光電変換層を形成することができる。   Therefore, in order to solve such a problem, a method for forming a photoelectric conversion element by laminating a plurality of photoelectric conversion layers having wavelength selectivity has been proposed (see, for example, Patent Document 2). In the case of forming a photoelectric conversion layer having such wavelength selectivity, an organic material is preferable because many organic materials have a characteristic of absorbing only a specific wavelength region. For example, by using a molecular design to efficiently absorb the three primary colors of blue, green, and red using an organic material, a photoelectric conversion layer having good sensitivity for each wavelength region can be formed. .

このような波長選択性を有する光電変換層が積層された光電変換素子を用いることで、単板式で小型軽量化が容易であって、解像度、光の利用効率が良好な撮像素子を形成することが可能となる。   By using a photoelectric conversion element in which photoelectric conversion layers having such wavelength selectivity are laminated, a single-plate type, which can be easily reduced in size and weight, and has an excellent resolution and light utilization efficiency is formed. Is possible.

図1は、有機材料を用いて形成した光電変換素子の一例を模式的に示した断面図である。   FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of a photoelectric conversion element formed using an organic material.

図1を参照するに、本図に示す光電変換素子1Aは、光の入射により電子―正孔対が生成される、有機材料よりなる光電変換層3を含む光電変換膜1Bを有している。   Referring to FIG. 1, a photoelectric conversion element 1A shown in this figure has a photoelectric conversion film 1B including a photoelectric conversion layer 3 made of an organic material in which electron-hole pairs are generated by the incidence of light. .

当該光電変換膜1Bには、陽極1と陰極5が接続され、当該陽極1と陰極5の間には電圧印加手段6によって所定の電圧が印加される。また、当該光電変換膜1Bは、正孔注入阻止層2や電子注入阻止層4を有していても良い。   An anode 1 and a cathode 5 are connected to the photoelectric conversion film 1 </ b> B, and a predetermined voltage is applied between the anode 1 and the cathode 5 by a voltage applying means 6. In addition, the photoelectric conversion film 1 </ b> B may include the hole injection blocking layer 2 and the electron injection blocking layer 4.

例えば、前記正孔注入阻止層2は前記陽極1と前記光電変換層3の間に、前記電子注入阻止層4は、前記陰極5と前記光電変換層3の間に形成される。これらの前記正孔注入阻止層2、前記電子注入阻止層4は、電極から正孔または電子が前記光電変換層3に注入されて暗電流が発生することを抑制しており、光電変換素子のS/Nを向上させる機能を有している。   For example, the hole injection blocking layer 2 is formed between the anode 1 and the photoelectric conversion layer 3, and the electron injection blocking layer 4 is formed between the cathode 5 and the photoelectric conversion layer 3. The hole injection blocking layer 2 and the electron injection blocking layer 4 suppress the generation of dark current due to the injection of holes or electrons from the electrodes into the photoelectric conversion layer 3. It has a function to improve S / N.

前記光電変換素子1Aに光が入射した場合、前記光電変換層3で発生した電子と正孔は、それぞれ前記陽極1と前記陰極5に移動し、光電流(光信号)として検出され、いわゆる光電変換が行われる。また、本図においては光電変換層3が単層の場合を例にとって示しているが、吸収する波長の領域が異なる複数の層よりなる構造にすればカラー対応が可能となる。
USP 5965875号公報 特開2002−217474号公報 木内雄二著、イメージセンサの基礎と応用、p145
When light is incident on the photoelectric conversion element 1A, electrons and holes generated in the photoelectric conversion layer 3 move to the anode 1 and the cathode 5, respectively, and are detected as photocurrents (optical signals). Conversion is performed. Further, in this figure, the case where the photoelectric conversion layer 3 is a single layer is shown as an example. However, if the photoelectric conversion layer 3 is composed of a plurality of layers having different wavelength regions to be absorbed, color correspondence is possible.
USP 5965875 gazette JP 2002-217474 A Yuji Kiuchi, Image Sensor Basics and Applications, p145

上記の光電変換層に用いる有機材料は、動作時の安定を確保するためにアモルファス(非晶質)系の材料が用いられてきた。アモルファス固体中での電子や正孔の伝導は、外部電界を駆動力として、個々の分子間を電子がホッピングすることにより生じ、この伝導はホッピング伝導と呼ばれている。   As the organic material used for the photoelectric conversion layer, an amorphous material has been used in order to ensure stability during operation. Electron and hole conduction in an amorphous solid is caused by electrons hopping between individual molecules using an external electric field as a driving force, and this conduction is called hopping conduction.

ホッピング伝導での電荷移動度は、10−3cm/Vs程度であるが、実際には深い準位に捕獲された電子や正孔をホッピングが生じる準位まで熱的に励起する必要があるため、電荷の移動度は10−3cm/Vs〜10−7cm/Vs程度となる場合が多い。 The charge mobility in hopping conduction is about 10 −3 cm 2 / Vs, but actually it is necessary to thermally excite electrons and holes trapped in a deep level to a level where hopping occurs. Therefore, the mobility of the charge is often a 10 -3 cm 2 / Vs~10 -7 cm 2 / Vs about.

このような有機材料は通常1015Ωcm以上の抵抗率を示す実質的な絶縁体であるため、例えば、上記の構造における図2の光電変換素子10において、一般的な有機材料を用いて前記光電変換層3を形成した場合、およそ10V/cm程度、もしくはそれ以上の電界を印加することで光電流が観測される。 Since such an organic material is a substantial insulator usually exhibiting a resistivity of 10 15 Ωcm or more, for example, in the photoelectric conversion element 10 of FIG. When the conversion layer 3 is formed, a photocurrent is observed by applying an electric field of about 10 6 V / cm or more.

例えば、有機EL素子(発光素子)の場合、有機膜全体の膜厚をある程度薄くすることに加えて、電極からの電流注入が容易となる層構造とすることで、動作電圧を抑制している。しかし、光電変換素子の場合には電極からの電流注入は素子のS/Nの低下(暗電流の増大)を引き起こすため、電流注入が容易な層構造とすることは困難であり、寧ろ上記のように電子または正孔の注入阻止層を設けることが好ましい。   For example, in the case of an organic EL element (light-emitting element), in addition to reducing the film thickness of the entire organic film to some extent, a layer structure that facilitates current injection from the electrode suppresses the operating voltage. . However, in the case of a photoelectric conversion element, current injection from the electrode causes a decrease in S / N (increase in dark current) of the element, so that it is difficult to form a layer structure in which current injection is easy. Thus, it is preferable to provide an electron or hole injection blocking layer.

そのため、光電変換素子では発光素子に比べてさらに大きい電界が必要となり、実用的な光電流を得るためには、光電変換膜の電界を10V/cm程度以上とすることが好ましい。例えば前記正孔注入阻止層2、前記電子注入阻止層4、および前記光電変換層3を合わせた厚さが300nmの場合、10V/cmの電界を得るためには、前記陽極1と前記陰極5の間の電圧を30Vとする必要が有る。 Therefore, the photoelectric conversion element requires a larger electric field than the light emitting element, and in order to obtain a practical photocurrent, the electric field of the photoelectric conversion film is preferably about 10 6 V / cm or more. For example, when the total thickness of the hole injection blocking layer 2, the electron injection blocking layer 4, and the photoelectric conversion layer 3 is 300 nm, in order to obtain an electric field of 10 6 V / cm, the anode 1 and the The voltage between the cathodes 5 needs to be 30V.

この場合、前記光電変換層3を薄くすると、動作電圧を低くすることができるが、当該光電変換層3が薄くなると、光が充分に光電変換層で吸収されなくなる懸念があるため、光電変換層を薄くすることで動作電圧を抑制することには限界があった。   In this case, if the photoelectric conversion layer 3 is thinned, the operating voltage can be lowered. However, if the photoelectric conversion layer 3 is thin, there is a concern that light is not sufficiently absorbed by the photoelectric conversion layer. There is a limit to the suppression of the operating voltage by reducing the thickness.

このように光電変換素子に高電圧の印加が必要であると、撮像装置の消費電力を増大させるのみならず、光電変換素子の電荷読み出し回路の耐圧が問題になる場合があった。   Thus, when application of a high voltage to the photoelectric conversion element is required, not only the power consumption of the imaging apparatus is increased, but also the breakdown voltage of the charge readout circuit of the photoelectric conversion element may be a problem.

例えば、電荷読み出し回路には、CMOS(相補型MOS)や、TFT(薄膜トランジスタ)、およびCCD(電荷結合素子)などが用いられる。このような読み出し回路は耐電圧が低く、上記のような電圧がかかると破損されてしまう場合がある。   For example, a CMOS (complementary MOS), a TFT (thin film transistor), a CCD (charge coupled device), or the like is used for the charge readout circuit. Such a read circuit has a low withstand voltage, and may be damaged when the above voltage is applied.

例えば有機材料よりなる層に短絡が生じるか、または部分的に抵抗値が低下する部分が発生するなどすると、読み出し回路に高電圧がかかることになり、当該読み出し回路が破損する可能性が生じる懸念があった。   For example, when a short circuit occurs in a layer made of an organic material or a part where the resistance value is partially reduced, a high voltage is applied to the read circuit, and the read circuit may be damaged. was there.

このため、有機層を含む光電変換素子を用いる場合には従来の電荷読み出し回路を用いることが困難となり、高電圧に耐える電荷読み出し回路を構成するか、または電荷読み出し回路の保護回路などを別途構成する必要が有り、撮像素子の構造が複雑になる問題があった。   For this reason, when using a photoelectric conversion element including an organic layer, it is difficult to use a conventional charge readout circuit, and a charge readout circuit that can withstand high voltage is configured, or a protection circuit for the charge readout circuit is separately configured. There is a problem that the structure of the image sensor is complicated.

本発明では上記の問題を解決した、新規で有用な光電変換素子、および当該光電変換素子を用いた撮像素子を提供することを目的としている。   It is an object of the present invention to provide a novel and useful photoelectric conversion element that solves the above problems, and an imaging element using the photoelectric conversion element.

本発明の具体的な課題は、有機材料よりなる層を含み、動作電圧が抑制された光電変換素子、および当該光電変換素子を用いた撮像素子を提供することである。   A specific problem of the present invention is to provide a photoelectric conversion element including an organic material layer in which an operating voltage is suppressed, and an imaging element using the photoelectric conversion element.

本発明の第1の観点では、上記の課題を、有機材料よりなる有機層を含む光電変換膜を有する光電変換素子であって、前記有機層が、有機分子の微結晶、多結晶、または単結晶のいずれかよりなる有機層であることを特徴とする光電変換素子により、解決する。   In the first aspect of the present invention, the above-described problem is a photoelectric conversion element having a photoelectric conversion film including an organic layer made of an organic material, wherein the organic layer is a microcrystal, a polycrystal, or a single molecule of an organic molecule. This is solved by a photoelectric conversion element characterized by being an organic layer made of any one of crystals.

当該光電変換素子は、構造が単純で小型・軽量化が可能であるとともに、動作電圧が低い特徴を有している。   The photoelectric conversion element has a simple structure, can be reduced in size and weight, and has a low operating voltage.

また、前記有機層が光電変換層であり、該光電変換層の厚さが50nm〜500nmであると、入射する光の光電変換効率を良好にしつつ動作電圧を抑制することが可能となる。   In addition, when the organic layer is a photoelectric conversion layer and the thickness of the photoelectric conversion layer is 50 nm to 500 nm, it is possible to suppress the operating voltage while improving the photoelectric conversion efficiency of incident light.

また、前記有機層が電子注入阻止層または正孔注入阻止層であり、該電子注入阻止層または正孔注入阻止層の厚さが10nm〜200nmであると、電子または正孔の光電変換層への注入が防止されるとともに、電荷の取り出しの効率が良好となり、好ましい。   Further, when the organic layer is an electron injection blocking layer or a hole injection blocking layer, and the thickness of the electron injection blocking layer or the hole injection blocking layer is 10 nm to 200 nm, an electron or hole photoelectric conversion layer is formed. Injection is prevented, and charge extraction efficiency is improved, which is preferable.

また、本発明の第2の観点では、上記の課題を、上記の光電変換素子と、当該光電変換素子で発生した電荷を読み出す電荷読み出し手段と、を有することを特徴とする撮像素子により、解決する。   According to a second aspect of the present invention, the above-described problem is solved by an imaging device comprising the above-described photoelectric conversion element and charge reading means for reading out the charge generated in the photoelectric conversion element. To do.

当該撮像素子は、構造が単純で小型・軽量化が可能であると共に、動作電圧が低い特徴を有している。   The image sensor has a simple structure, can be reduced in size and weight, and has a low operating voltage.

本発明によれば、有機材料よりなる層を含み、動作電圧が低減された光電変換素子、および当該光電変換素子を用いた撮像素子を提供することが可能となる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the photoelectric conversion element by which the layer which consists of organic materials and the operating voltage was reduced, and the image pick-up element using the said photoelectric conversion element.

本発明による光電変換素子は、有機材料よりなる有機層を含む光電変換膜を有する光電変換素子であって、当該有機層が、有機分子の微結晶、多結晶、または単結晶のいずれかの有機層であることを特徴としている。このため、当該有機層の電荷の移動度が向上し、光電変換層の動作電圧を低減することが可能となっている。   A photoelectric conversion element according to the present invention is a photoelectric conversion element having a photoelectric conversion film including an organic layer made of an organic material, and the organic layer is an organic molecule of a microcrystal, a polycrystal, or a single crystal of an organic molecule. It is characterized by being a layer. For this reason, the charge mobility of the organic layer is improved, and the operating voltage of the photoelectric conversion layer can be reduced.

この場合、前記光電変換膜は、光が入射することで電子―正孔対が生成される光電変換層を含む。また、必要に応じて当該光電変換層が、正孔注入阻止層や電子注入阻止層と積層されて当該光電変換層を構成するようにしてもよい。   In this case, the photoelectric conversion film includes a photoelectric conversion layer in which electron-hole pairs are generated when light enters. Further, if necessary, the photoelectric conversion layer may be laminated with a hole injection blocking layer or an electron injection blocking layer to constitute the photoelectric conversion layer.

上記の構成の場合、光電変換層、正孔注入阻止層、および電子注入阻止層のうち少なくとも1層が有機分子の微結晶、多結晶、または単結晶のいずれかの有機層で構成され、また、光電変換層、正孔注入阻止層、および電子注入阻止層のうち2層が有機分子の微結晶、多結晶、または単結晶のいずれかの有機層で構成されるようにしてもよい。さらに、光電変換層、正孔注入阻止層、および電子注入阻止層の3層が、有機分子の微結晶、多結晶、または単結晶のいずれかの有機層で構成されるようにしてもよい。   In the case of the above configuration, at least one of the photoelectric conversion layer, the hole injection blocking layer, and the electron injection blocking layer is formed of an organic layer of organic crystal microcrystal, polycrystal, or single crystal, and Two layers of the photoelectric conversion layer, the hole injection blocking layer, and the electron injection blocking layer may be formed of organic layers of organic crystal microcrystals, polycrystals, or single crystals. Further, the three layers of the photoelectric conversion layer, the hole injection blocking layer, and the electron injection blocking layer may be composed of organic layers of organic crystal microcrystals, polycrystals, or single crystals.

ここで、結晶とは、有機分子が三次元的に規則的に配列してできた固体をさすが、そのうち、ある有機分子からなる固体全ての領域において、実質的に完全に分子が規則配列しているものを単結晶と呼ぶ。また、結晶の細かい粒が異なった配向で多数結合しているものを多結晶と呼び、一粒の大きさが数μm以下、特に数nmから数百nmのものを微結晶と呼ぶ。(以下文中同じ)。   Here, the crystal refers to a solid formed by regularly arranging organic molecules three-dimensionally. Of these, in all regions of a solid made of a certain organic molecule, the molecules are substantially completely arranged regularly. This is called a single crystal. In addition, a crystal in which a large number of fine crystal grains are bonded in different orientations is called a polycrystal, and a crystal having a size of several μm or less, particularly a few to several hundred nm, is called a microcrystal. (Same below).

通常、無機半導体の結晶のように原子が周期的構造をとっている場合、価電子帯と伝導帯の間には、電子の存在が許されない禁制帯が存在する。このような構造をバンド構造と呼び、価電子帯から伝導帯に励起された電子や正孔は、バンド伝導機構により移動する。一般的に、バンド伝導電子の移動度は10cm/Vs以上である。 Usually, when an atom has a periodic structure like an inorganic semiconductor crystal, there is a forbidden band between which the existence of electrons is not allowed between the valence band and the conduction band. Such a structure is called a band structure, and electrons and holes excited from the valence band to the conduction band move by the band conduction mechanism. In general, the mobility of band conduction electrons is 10 cm 2 / Vs or more.

一方、一般的なアモルファス系の有機材料は、先に説明したようにアモルファス固体中での電子や正孔の伝導は、ホッピング伝導により生じている。   On the other hand, in general amorphous organic materials, as described above, conduction of electrons and holes in an amorphous solid is caused by hopping conduction.

ホッピング伝導での電荷移動度は、10−3cm/Vs程度であり、実際には深い準位に捕獲された電子や正孔をホッピングが生じる準位まで熱的に励起する必要があるため、10−3cm/Vs〜10−7cm/Vs程度となる場合が多い。 The charge mobility in hopping conduction is about 10 −3 cm 2 / Vs, and actually, it is necessary to thermally excite electrons and holes trapped in deep levels to the level where hopping occurs. It is often about 10 −3 cm 2 / Vs to 10 −7 cm 2 / Vs.

そこで、本発明では、光電変換膜に用いる有機層が、微結晶、多結晶、および単結晶のいずれかを含むようにしている。当該有機層に用いられる有機分子は、有機分子同士が弱い相互作用で結合している。この場合、当該有機層では、バンド伝導より電荷の移動度は小さいものの、ホッピング伝導より電荷の移動度が大きく、このために、従来の有機層を用いた光電変換素子に比べて動作電圧を低くすることが可能となっている。   Therefore, in the present invention, the organic layer used for the photoelectric conversion film includes any one of a microcrystal, a polycrystal, and a single crystal. The organic molecules used in the organic layer are bonded with a weak interaction between the organic molecules. In this case, in the organic layer, although the charge mobility is smaller than the band conduction, the charge mobility is larger than the hopping conduction. For this reason, the operating voltage is lower than that of the photoelectric conversion element using the conventional organic layer. It is possible to do.

例えば、本発明による、微結晶、多結晶、および単結晶のいずれかを含む有機層では、電子の移動度は0.1−10cm/Vs程度となっており、バンド伝導とホッピング伝導の中間的な値となっている。 For example, in an organic layer containing any one of a microcrystal, a polycrystal, and a single crystal according to the present invention, the electron mobility is about 0.1-10 cm 2 / Vs, which is an intermediate between band conduction and hopping conduction. It is a typical value.

次に、本発明による光電変換素子の構成の具体的な例に関して、図面に基づき以下に説明する。   Next, specific examples of the configuration of the photoelectric conversion element according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

図2は、本発明の実施例1による光電変換素子の一例を模式的に示した断面図である。   FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an example of the photoelectric conversion element according to Example 1 of the present invention.

図2を参照するに、本実施例による光電変換素子10は、光の入射により電子―正孔対が生成される、有機材料よりなる光電変換層13を含む光電変換膜10Aを有している。   Referring to FIG. 2, the photoelectric conversion element 10 according to the present embodiment includes a photoelectric conversion film 10 </ b> A including a photoelectric conversion layer 13 made of an organic material in which electron-hole pairs are generated by the incidence of light. .

当該光電変換膜10Aには、陽極11と陰極15が接続され、当該陽極11と陰極15の間には電圧印加手段16によって所定の電圧が印加される。また、当該光電変換膜10Aは、正孔注入阻止層12や電子注入阻止層14を有していても良い。   An anode 11 and a cathode 15 are connected to the photoelectric conversion film 10 </ b> A, and a predetermined voltage is applied between the anode 11 and the cathode 15 by a voltage applying unit 16. Further, the photoelectric conversion film 10 </ b> A may include a hole injection blocking layer 12 and an electron injection blocking layer 14.

例えば、前記正孔注入阻止層12は前記陽極11と前記光電変換層13の間に、前記電子注入阻止層14は、前記陰極15と前記光電変換層13の間に形成される。前記正孔注入阻止層12、前記電子注入阻止層14は、電極から正孔または電子が前記光電変換層13に注入されて暗電流が発生することを抑制しており、光電変換素子のS/Nを向上させる機能を有している。   For example, the hole injection blocking layer 12 is formed between the anode 11 and the photoelectric conversion layer 13, and the electron injection blocking layer 14 is formed between the cathode 15 and the photoelectric conversion layer 13. The hole injection blocking layer 12 and the electron injection blocking layer 14 suppress the generation of dark current due to the injection of holes or electrons from the electrode into the photoelectric conversion layer 13, and the S / It has a function of improving N.

この場合、暗電流を抑制する効果を良好とするためには、例えば、前記陽極11から前記光電変換層13への正孔の注入を抑制する場合、前記陽極11の仕事関数と前記正孔注入阻止層12のイオン化ポテンシャルの差を大きくすればよい。また、前記陰極15から前記光電変換層13への電子の注入を抑制する場合、前記陰極15の仕事関数と前記電子注入阻止層14の電子親和力の差を大きくすればよい。   In this case, in order to improve the effect of suppressing dark current, for example, when the injection of holes from the anode 11 to the photoelectric conversion layer 13 is suppressed, the work function of the anode 11 and the hole injection What is necessary is just to enlarge the difference of the ionization potential of the blocking layer 12. Further, when the injection of electrons from the cathode 15 to the photoelectric conversion layer 13 is suppressed, the difference between the work function of the cathode 15 and the electron affinity of the electron injection blocking layer 14 may be increased.

前記光電変換素子10に光が入射した場合、前記光電変換層13で発生した電子と正孔は、それぞれ前記陽極11と前記陰極15に移動し、光電流(光信号)として検出され、いわゆる光電変換が行われる。また、本図においては光電変換層13が単層の場合を例にとって示しているが、吸収する波長の領域が異なる複数の層よりなる構造にすればカラー対応が可能となる。   When light enters the photoelectric conversion element 10, electrons and holes generated in the photoelectric conversion layer 13 move to the anode 11 and the cathode 15, respectively, and are detected as photocurrents (optical signals). Conversion is performed. Further, in this figure, the case where the photoelectric conversion layer 13 is a single layer is shown as an example. However, if the photoelectric conversion layer 13 is composed of a plurality of layers having different wavelength regions to be absorbed, color correspondence is possible.

本実施例による光電変換素子10では、前記光電変換層13を、有機分子の微結晶、多結晶、または単結晶のいずれかよりなる有機層で構成する(作成法は後述)。このため、当該光電変換層13での電子や正孔の移動度が、非晶質の有機層で形成された光電変換層の場合に比べて大きく、光電変換素子の動作電圧が低減される効果を奏する。   In the photoelectric conversion element 10 according to the present embodiment, the photoelectric conversion layer 13 is formed of an organic layer made of any one of an organic molecular microcrystal, a polycrystal, and a single crystal (the method of making will be described later). For this reason, the mobility of the electron and the hole in the said photoelectric converting layer 13 is large compared with the case of the photoelectric converting layer formed of the amorphous organic layer, and the effect that the operating voltage of a photoelectric conversion element is reduced. Play.

また、さらに、前記正孔注入阻止層12、前記電子注入阻止層14が有機分子の微結晶、多結晶、または単結晶のいずれかよりなる有機層で構成されていても同様の効果を奏する。   Further, the same effect can be obtained even when the hole injection blocking layer 12 and the electron injection blocking layer 14 are composed of organic layers made of organic crystal microcrystals, polycrystals, or single crystals.

上記のように、本実施例では、前記光電変換膜10Aが、有機分子の微結晶、多結晶、または単結晶のいずれかよりなる有機層で構成されることが特徴である。さらには、前記光電変換層13、前記正孔注入阻止層12、および前記電子注入阻止層14のうち少なくとも1層が有機分子の微結晶、多結晶、または単結晶のいずれかよりなる有機層より構成されていればよい。この場合、非晶質の有機層よりなる光電変換膜を用いた場合に比べて、動作電圧を低くすることができる。   As described above, this embodiment is characterized in that the photoelectric conversion film 10A is composed of an organic layer made of organic crystal microcrystals, polycrystals, or single crystals. Further, at least one of the photoelectric conversion layer 13, the hole injection blocking layer 12, and the electron injection blocking layer 14 is an organic layer made of any one of an organic molecular microcrystal, a polycrystal, or a single crystal. It only has to be configured. In this case, the operating voltage can be lowered as compared with the case where a photoelectric conversion film made of an amorphous organic layer is used.

また、前記光電変換層13、正孔注入阻止層12、および電子注入阻止層14のうち2層が、それぞれ、有機分子の微結晶、多結晶、または単結晶のいずれかよりなる有機層より構成されていてもよい。さらに、前記光電変換層13、正孔注入阻止層12、および電子注入阻止層14が、それぞれ、有機分子の微結晶、多結晶、または単結晶のいずれかよりなる有機層より構成されていてもよい。   Further, two of the photoelectric conversion layer 13, the hole injection blocking layer 12, and the electron injection blocking layer 14 are each composed of an organic layer made of any one of organic crystal microcrystals, polycrystals, or single crystals. May be. Further, the photoelectric conversion layer 13, the hole injection blocking layer 12, and the electron injection blocking layer 14 may each be composed of an organic layer made of organic crystal microcrystal, polycrystal, or single crystal. Good.

また、上記の有機層の結晶化の手法については、有機分子に関する通常の単結晶、多結晶、微結晶を形成する方法を用いることが可能であるが、大別して溶液からの結晶化と、気相成長による結晶化に分類することができる。   In addition, as a method for crystallization of the organic layer, a method for forming a normal single crystal, polycrystal, or microcrystal related to an organic molecule can be used. It can be classified into crystallization by phase growth.

例えば溶液からの結晶化では、結晶化する分子の飽和溶液を調整した後、ゆっくりと過飽和状態へ変化させる。例えば、溶液の温度を制御することによる結晶化、溶媒を蒸発させることによる結晶化、上記拡散による結晶化、溶液拡散による結晶化、などの方法がある。   For example, in crystallization from a solution, a saturated solution of molecules to be crystallized is prepared and then slowly changed to a supersaturated state. For example, there are methods such as crystallization by controlling the temperature of the solution, crystallization by evaporating the solvent, crystallization by diffusion, and crystallization by solution diffusion.

一方、気相成長による結晶化の例としては以下の方法がある。例えば温度変化に対して安定性の良好な分子の場合、ガラス管などを用い、昇華法による気相成長を行うことによって分子結晶を得ることができる。   On the other hand, examples of crystallization by vapor phase growth include the following methods. For example, in the case of a molecule having good stability against temperature change, a molecular crystal can be obtained by performing vapor phase growth by a sublimation method using a glass tube or the like.

上記以外でも、例えば溶融成長法やゲル状態からの成長法、非晶質状態の有機層の熱処理による成長法など、用いる分子の性質や形成したい結晶状態などによって適宜結晶成長法を選択できる。   In addition to the above, the crystal growth method can be appropriately selected depending on the properties of the molecules to be used and the crystal state to be formed, such as a melt growth method, a growth method from a gel state, or a growth method by heat treatment of an amorphous organic layer.

また、上記の有機層を構成する有機材料としては、結晶を形成する様々な材料を用いることが可能であり、例えば、有機顔料、有機非線形結晶材料、アミノ酸、タンパク質、低分子系電子輸送材料、低分子系正孔輸送材料、低分子系電子注入阻止材料、低分子系正孔注入阻止材料などを用いることができる。   In addition, as the organic material constituting the organic layer, various materials that form crystals can be used. For example, organic pigments, organic nonlinear crystal materials, amino acids, proteins, low molecular electron transport materials, A low molecular hole transport material, a low molecular electron injection blocking material, a low molecular hole injection blocking material, or the like can be used.

次に、前記光電変換膜10Aを構成する層の厚さの一例について説明する。まず、前記正孔注入阻止層12、前記電子注入阻止層14の膜厚は、薄すぎると電荷注入阻止機能が作用しないため、所定の厚さ以上であることが好ましい。また、これらの膜厚が厚すぎると前記光電変換層13で生成された電荷の取り出し効率が低下するため、所定の厚さ以下であることが好ましい。   Next, an example of the thickness of the layer constituting the photoelectric conversion film 10A will be described. First, since the hole injection blocking layer 12 and the electron injection blocking layer 14 are too thin, the charge injection blocking function does not work. Moreover, since the extraction efficiency of the electric charge produced | generated in the said photoelectric converting layer 13 will fall when these film thickness is too thick, it is preferable that it is below predetermined thickness.

これらの条件より、例えば、前記正孔注入阻止層12、前記電子注入阻止層14が、有機分子の微結晶、多結晶、または単結晶よりなる有機層である場合、前記正孔注入阻止層12、前記電子注入阻止層14の厚さは、10nm〜200nm程度であることが好ましい。また、前記正孔注入阻止層12、前記電子注入阻止層14が有機分子の非晶質の有機層よりなる場合には、これらの膜厚は、10nm〜100nm程度であることが好ましい。   From these conditions, for example, when the hole injection blocking layer 12 and the electron injection blocking layer 14 are organic layers made of microcrystals, polycrystals, or single crystals of organic molecules, the hole injection blocking layer 12 is used. The thickness of the electron injection blocking layer 14 is preferably about 10 nm to 200 nm. When the hole injection blocking layer 12 and the electron injection blocking layer 14 are made of an amorphous organic layer of organic molecules, the film thickness is preferably about 10 nm to 100 nm.

また、前記光電変換層13の膜厚は、光吸収率のピークが90%程度か、あるいはそれ以上となるように設定することが好ましく、このため、前記光電変換層13の膜厚は所定の厚さ以上であることが好ましい。また、前記光電変換層13が厚くなりすぎると、生成された電荷を効率よく取り出すことが困難となるため、前記光電変換層13の厚さは所定の厚さ以下であることが好ましい。   Further, the film thickness of the photoelectric conversion layer 13 is preferably set so that the peak of the light absorption rate is about 90% or more. For this reason, the film thickness of the photoelectric conversion layer 13 is a predetermined value. The thickness is preferably greater than or equal to the thickness. In addition, if the photoelectric conversion layer 13 becomes too thick, it is difficult to efficiently take out the generated charges. Therefore, the thickness of the photoelectric conversion layer 13 is preferably equal to or less than a predetermined thickness.

これらの条件より、例えば、前記光電変換層13が、微結晶、多結晶、または単結晶を含む有機層よりなる場合、前記光電変換層13の厚さは、50nm〜500nm程度であることが好ましい。また、前記光電変換層13が非晶質の有機層よりなる場合には、前記光電変換層13の膜厚は、50nm〜200nm程度であることが好ましい。   From these conditions, for example, when the photoelectric conversion layer 13 is made of an organic layer containing a microcrystal, a polycrystal, or a single crystal, the thickness of the photoelectric conversion layer 13 is preferably about 50 nm to 500 nm. . Moreover, when the said photoelectric converting layer 13 consists of an amorphous organic layer, it is preferable that the film thickness of the said photoelectric converting layer 13 is about 50 nm-200 nm.

また、上記の光電変換素子10により発生した電荷を読み出すための電荷読み出し手段(電荷読み出し回路)は、例えば従来用いられているCMOSやTFT、CCD、撮像管などを実質的に変更することなく用いることが可能である。本実施例による光電変換素子では動作電圧が抑制されるため、従来用いられている電荷読み出し手段を、耐圧のための対策などを加える事無く、実質的に変更する事無く、そのまま用いることができることが特徴である。そのため、単純な構成で有機材料を含む光電変換素子を有する撮像素子を形成することが可能となっている。   Further, the charge reading means (charge reading circuit) for reading the charges generated by the photoelectric conversion element 10 is used without substantially changing, for example, a conventionally used CMOS, TFT, CCD, image pickup tube, or the like. It is possible. Since the operation voltage is suppressed in the photoelectric conversion element according to the present embodiment, the conventionally used charge read-out means can be used as it is without substantially changing without adding countermeasures for withstand voltage. Is a feature. Therefore, it is possible to form an imaging element having a photoelectric conversion element including an organic material with a simple configuration.

次に、実施例1に記載した光電変換素子10に相当する構造と、電荷読み出し手段を組み合わせて、撮像素子を構成した例を以下に示す。   Next, an example in which an imaging device is configured by combining the structure corresponding to the photoelectric conversion element 10 described in Example 1 and the charge reading unit will be described below.

図3は、X−Yアドレス方式を用いた撮像素子の基本構造を模式的に示した図である。図3を参照するに、本実施例による撮像素子200では、基板(図示せず)上に、前記光電変換素子10に相当する構造が形成されている。前記基板上には、アレイ状に複数配列された、画素ごとに形成された画素電極215(前記陰極15に相当)上に、前記光電変換膜10Aに相当する構造(図示せず)が積層され、さらに透明電極211(前記陽極11に相当)が積層されている。   FIG. 3 is a diagram schematically showing the basic structure of an image sensor using the XY address method. Referring to FIG. 3, in the image sensor 200 according to this embodiment, a structure corresponding to the photoelectric conversion element 10 is formed on a substrate (not shown). On the substrate, a structure (not shown) corresponding to the photoelectric conversion film 10A is stacked on a plurality of pixel electrodes 215 (corresponding to the cathode 15) formed for each pixel arranged in an array. Further, a transparent electrode 211 (corresponding to the anode 11) is laminated.

前記透明電極211の材料としては、可視光が透過する透明性の高い材料を用いることが好ましく、例えば、インジウム錫酸化膜(ITO)などの無機透明材料、またはPEDT/PSS(Polyethylene dioxythiophene polystyrene sulphonate)などの有機導電材料などを用いてもよい。   The material of the transparent electrode 211 is preferably a highly transparent material that transmits visible light. For example, an inorganic transparent material such as indium tin oxide film (ITO), or PEDT / PSS (Polyethylene dioxythiophene polystyrene sulphonate) Organic conductive materials such as may be used.

さらに、画素に対応して互いに直交するように形成された、垂直選択線201および水平選択線202が、それぞれ垂直走査制御回路201Aおよび水平走査制御回路202Aに接続されている。また、各画素ごとにトランジスタ203が設置され(1画素のみ図示)、当該トランジスタ203のゲート電極が前記垂直選択線201に、ドレイン電極が前記画素電極211に、ソース電極が前記水平選択線202に接続されている。   Further, a vertical selection line 201 and a horizontal selection line 202 formed so as to be orthogonal to each other corresponding to the pixel are connected to the vertical scanning control circuit 201A and the horizontal scanning control circuit 202A, respectively. In addition, a transistor 203 is provided for each pixel (only one pixel is shown), the gate electrode of the transistor 203 is the vertical selection line 201, the drain electrode is the pixel electrode 211, and the source electrode is the horizontal selection line 202. It is connected.

本実施例による撮像素子では、前記垂直走査制御回路201Aおよび水平走査制御回路202Aによって適宜画素が選択されることで、当該画素からの信号を取り出すことができる。   In the image sensor according to the present embodiment, a signal from the pixel can be extracted by appropriately selecting the pixel by the vertical scanning control circuit 201A and the horizontal scanning control circuit 202A.

例えば、まず、前記垂直走査制御回路201Aにより、複数の前記垂直選択線201のうちの一つが選択される。次に、前記水平走査制御回路202Aにより、図の右から左へとパルスが順次加えられ、各画素に蓄積された電荷が出力される。   For example, first, one of the plurality of vertical selection lines 201 is selected by the vertical scanning control circuit 201A. Next, pulses are sequentially applied from the right to the left in the figure by the horizontal scanning control circuit 202A, and the charges accumulated in each pixel are output.

次に、実施例1に記載した光電変換素子10に相当する構造と、電荷転送方式を組み合わせた撮像素子の基本構造の一例について説明する。   Next, an example of a basic structure of an image sensor in which a structure corresponding to the photoelectric conversion element 10 described in Embodiment 1 and a charge transfer method are combined will be described.

図4は、実施例1に記載した光電変換素子10に相当する構造と、インターライン型CCD(電荷結合素子)を組み合わせた撮像素子を模式的に示した図である。   FIG. 4 is a diagram schematically showing an image pickup device that combines a structure corresponding to the photoelectric conversion device 10 described in the first embodiment and an interline CCD (charge coupled device).

図4を参照するに、本実施例による撮像素子300では、基板(図示せず)上に、前記光電変換素子10に相当する構造(フォトダイオード)が形成されている。前記基板上には、アレイ状に複数配列された、画素ごとに形成された画素電極315(前記陰極15に相当)上に、前記光電変換膜10Aに相当する構造(図示せず)が積層され、さらに透明電極311(前記陽極11に相当)が積層されている。   Referring to FIG. 4, in the image sensor 300 according to the present embodiment, a structure (photodiode) corresponding to the photoelectric conversion element 10 is formed on a substrate (not shown). On the substrate, a structure (not shown) corresponding to the photoelectric conversion film 10A is laminated on pixel electrodes 315 (corresponding to the cathode 15) formed for each pixel, which are arranged in an array. Further, a transparent electrode 311 (corresponding to the anode 11) is laminated.

前記透明電極311の材料としては、可視光が透過する透明性の高い材料を用いることが好ましく、例えば、インジウム錫酸化膜などの無機透明材料、またはPEDT/PSSなどの有機導電材料などを用いてもよい。   As the material of the transparent electrode 311, it is preferable to use a highly transparent material that transmits visible light. For example, an inorganic transparent material such as an indium tin oxide film or an organic conductive material such as PEDT / PSS is used. Also good.

本実施例による撮像素子300では、図面の縦方向に複数配列された前記フォトダイオードの間に、縦方向に垂直転送CCD316が複数配列され、さらに、端部の垂直転送CCD316に接続される水平転送CCD317が、横方向に複数配列されている。   In the image pickup device 300 according to the present embodiment, a plurality of vertical transfer CCDs 316 are arranged in the vertical direction between the photodiodes arranged in the vertical direction in the drawing, and are further connected to the vertical transfer CCD 316 at the end. A plurality of CCDs 317 are arranged in the horizontal direction.

本実施例の場合、前記フォトダイオードに蓄積された電荷は、フィールドシフトパルスにより、一斉に前記垂直転送CCD316に転送される。続いて、前記垂直転送CCD316全てが並列に下方(前記水平転送CCD317の方向)に電荷転送を始め、水平1行分の信号が前記水平転送CCD317に送り込まれるたびに、前記前記水平転送CCD317は、出力回路318を介して信号を出力する。   In this embodiment, the charges accumulated in the photodiode are transferred to the vertical transfer CCD 316 all at once by a field shift pulse. Subsequently, all the vertical transfer CCDs 316 start to transfer charges in parallel downward (in the direction of the horizontal transfer CCD 317), and each time a signal for one horizontal row is sent to the horizontal transfer CCD 317, the horizontal transfer CCD 317 A signal is output via the output circuit 318.

上記の実施例はインターライン型のCCDを例にとって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、フルフレーム型、フレーム転送型、フレームインターライン転送型、などを用いてもよい。   The above embodiment has been described by taking an interline type CCD as an example, but the present invention is not limited to this, and for example, a full frame type, a frame transfer type, a frame interline transfer type, etc. may be used. Good.

また、読み出し回路に用いるCMOSやTFT、CCDなどの回路を、光透過性のものとすると、開口率を大きくとることが可能であり、好ましい。また、光透過型の読み出し回路は、例えば以下に示すように光電変換層が積層型である場合に用いると、更に好ましい。   In addition, it is preferable that a circuit such as a CMOS, a TFT, or a CCD used for the reading circuit be light-transmitting because an aperture ratio can be increased. Further, the light transmission type readout circuit is more preferably used when the photoelectric conversion layer is a laminated type as shown below, for example.

先に説明したように、光電変換層は吸収する光の波長領域が異なる複数の層よりなる積層構造とすると、単純な構造でカラー対応が可能となり、好ましい。例えば、光の三原色のうち、主に青に光感度を有する光電変換層とこの読み出し回路、主に赤に光感度を有する光電変換層とこの読み出し回路、主に緑に光感度を有する光電変換層とこの読み出し回路を順に積層することで、光の利用効率が高く、高解像度な単板式の多層型撮像素子を構成することができる。   As described above, it is preferable that the photoelectric conversion layer has a stacked structure including a plurality of layers having different wavelength regions of light to be absorbed because a simple structure enables color correspondence. For example, among the three primary colors of light, the photoelectric conversion layer and its readout circuit that have photosensitivity mainly in blue, the photoelectric conversion layer and this readout circuit that mainly has photosensitivity in red, and the photoelectric conversion that mainly has photosensitivity in green By laminating the layer and this readout circuit in order, a single-plate multilayer image sensor with high light utilization efficiency and high resolution can be configured.

また、光透過性読み出し回路の作成方法は、公知の技術(例えば特開2005−51115号公報記載の方法)を用いることができる。   A known technique (for example, a method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-51115) can be used as a method for creating a light transmissive readout circuit.

また、光電変換素子の電荷読み出し回路は、固体素子に限定されるものではない。例えば、撮像素子は、従来の撮像管の構成とすることも可能である。   Further, the charge readout circuit of the photoelectric conversion element is not limited to a solid state element. For example, the image sensor can be configured as a conventional image pickup tube.

図5には、本発明の実施例4による撮像管(撮像素子)400を模式的に示した図である。図5を参照するに、本実施例による撮像管400は、実施例1の前記光電変換膜10Aに相当する、光電変換膜400Aを有している。   FIG. 5 is a diagram schematically illustrating an imaging tube (imaging device) 400 according to the fourth embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5, the imaging tube 400 according to the present embodiment includes a photoelectric conversion film 400 </ b> A corresponding to the photoelectric conversion film 10 </ b> A according to the first embodiment.

前記光電変換膜400Aは、光電変換層413(前記光電変換層13に相当)の第1の側に正孔注入阻止層412(前記正孔注入阻止層12に相当)、第1の側の反対側の第2の側に、電子注入阻止層414(前記電子注入阻止層14に相当)が形成された構造となっている。また、前記正孔注入阻止層412上には、透明電極411(前記陽極11に相当)が形成され、前記透明電極411は、光透過性のフェースプレート416に貼り付けられている。   The photoelectric conversion film 400A has a hole injection blocking layer 412 (corresponding to the hole injection blocking layer 12) on the first side of the photoelectric conversion layer 413 (corresponding to the photoelectric conversion layer 13), and the opposite of the first side. The electron injection blocking layer 414 (corresponding to the electron injection blocking layer 14) is formed on the second side. A transparent electrode 411 (corresponding to the anode 11) is formed on the hole injection blocking layer 412, and the transparent electrode 411 is attached to a light transmissive face plate 416.

また、前記光電変換膜400Aと前記透明電極411は、電子銃筐体417に収納されるように設置され、当該電子銃筐体417の開口部を前記フェースプレート416が塞ぐように設置されている。   The photoelectric conversion film 400A and the transparent electrode 411 are installed so as to be housed in an electron gun casing 417, and the face plate 416 is installed so as to block the opening of the electron gun casing 417. .

前記電子銃筐体417内には、前記電子注入阻止層414と対向するように、電子銃415が設置されている。前記透明電極411と前記電子銃415の間には所定の電圧が印加され、前記電子銃415から放射された電子ビーム419は、前記電子注入阻止層414上を走査される。ここで、前記光電変換層413に蓄積された電荷は、負荷抵抗418の両端に映像信号となって検出される。   An electron gun 415 is installed in the electron gun casing 417 so as to face the electron injection blocking layer 414. A predetermined voltage is applied between the transparent electrode 411 and the electron gun 415, and the electron beam 419 emitted from the electron gun 415 is scanned on the electron injection blocking layer 414. Here, the charges accumulated in the photoelectric conversion layer 413 are detected as video signals at both ends of the load resistor 418.

このように、電荷の読み出しは、電子銃を用いた電子ビームの走査によっても行うことが可能である。   As described above, the charge can be read out by scanning the electron beam using the electron gun.

次に、微結晶、多結晶、および単結晶のいずれかを含む有機層を含む光電変換素子を形成した例について、その詳細を以下に説明する。   Next, the detail is demonstrated below about the example which formed the photoelectric conversion element containing the organic layer containing either a microcrystal, a polycrystal, and a single crystal.

本実施例では、光電変換層として赤色に感度のある亜鉛フタロシアニン(ZnPc)を、正孔注入阻止層としてバソクプロイン(BCP)を用いた例について示す。   In this embodiment, an example in which zinc phthalocyanine (ZnPc) having sensitivity to red is used as a photoelectric conversion layer and bathocuproine (BCP) is used as a hole injection blocking layer will be described.

まず、ZnPc、BCPをそれぞれ別々に真空蒸着装置内のルツボに充填し、透明電極付ガラス基板をルツボ上部から20cmの高さに設置した。   First, ZnPc and BCP were separately filled in a crucible in a vacuum deposition apparatus, and a glass substrate with a transparent electrode was placed at a height of 20 cm from the top of the crucible.

次に、真空蒸着装置内を10−5Pa程度に排気し、ガラス基板を50℃に加熱しながらBCPを180nmの厚さになるよう蒸着し、続いてZnPcを120nmの厚さになるよう蒸着し、光電変換膜を構成した。 Next, the inside of the vacuum deposition apparatus is evacuated to about 10 −5 Pa, and while heating the glass substrate to 50 ° C., BCP is deposited to a thickness of 180 nm, and then ZnPc is deposited to a thickness of 120 nm. And the photoelectric conversion film was comprised.

この場合、基板を50℃に加熱しながらBCPを蒸着することで、BCPが多結晶膜を形成したことを、目視および光学顕微鏡により確認した。本実施例でZnPcが電子注入阻止層の機能を兼ねている。   In this case, it was confirmed by visual observation and an optical microscope that BCP formed a polycrystalline film by evaporating BCP while heating the substrate to 50 ° C. In this embodiment, ZnPc also functions as an electron injection blocking layer.

次に、形成された光電変換素子を撮像管に組み込み、印加電圧―信号電流の測定を行った結果を図6に示す。   Next, FIG. 6 shows the result of measuring the applied voltage-signal current by incorporating the formed photoelectric conversion element into the imaging tube.

この場合、作成した光電変換素子を、2/3インチ電磁収束・電磁偏向撮像管に組み込んだ。当該撮像管をモノクロカメラに装着し、5750ルクスの光を照射して、印加電圧―信号電流の測定を行っている。その結果を図6に実験EX2として示している。また、比較のため、有機層が結晶化していない状態の光電変換素子を用いた場合の、印加電圧―信号電流の測定結果を実験EX1として示している。当該実験EX1に用いる光電変換素子を形成する場合、蒸着時のガラス基板の温度は室温に保持した。ガラス基板の温度以外は実験EX2と同様の成膜条件で光電変換素子を形成し、実験EX1と同条件として印加電圧―信号電流の測定を行った。   In this case, the produced photoelectric conversion element was incorporated into a 2/3 inch electromagnetic convergence / electromagnetic deflection imaging tube. The imaging tube is attached to a monochrome camera and irradiated with light of 5750 lux to measure applied voltage-signal current. The result is shown as Experiment EX2 in FIG. For comparison, the measurement result of the applied voltage-signal current when using a photoelectric conversion element in which the organic layer is not crystallized is shown as Experiment EX1. When forming the photoelectric conversion element used for the experiment EX1, the temperature of the glass substrate during vapor deposition was kept at room temperature. A photoelectric conversion element was formed under the same film forming conditions as in Experiment EX2 except for the temperature of the glass substrate, and the applied voltage-signal current was measured under the same conditions as in Experiment EX1.

図6を参照するに、例えば信号電流40nAを得るために、実験EX1の場合には、略33Vの電圧が必要であるのに対し、実験EX2の場合には略9Vの電圧でよいことがわかる。このため、BCPが多結晶化したことにより、光電変換層に印加する電圧が低電圧化されたことが確認された。   Referring to FIG. 6, for example, in order to obtain a signal current of 40 nA, in the case of Experiment EX1, a voltage of about 33V is required, whereas in the case of Experiment EX2, a voltage of about 9V is sufficient. . For this reason, it was confirmed that the voltage applied to the photoelectric conversion layer was lowered by polycrystallizing BCP.

また、実験EX1に用いた光電変換素子と実験EX2で用いた光電変換素子を用いて、TV映像の撮影を行ってその画像の画質を比較した。この場合、画質の優劣は観測されず、多結晶膜を用いた場合であっても、撮像特性の劣化が生じないことが確認された。   Further, using the photoelectric conversion element used in Experiment EX1 and the photoelectric conversion element used in Experiment EX2, TV images were taken and the image quality of the images was compared. In this case, superiority or inferiority in image quality was not observed, and it was confirmed that the imaging characteristics did not deteriorate even when a polycrystalline film was used.

以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明は上記の特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。   Although the present invention has been described with reference to the preferred embodiments, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and various modifications and changes can be made within the scope described in the claims.

従来の光電変換素子の構成の一例である。It is an example of the structure of the conventional photoelectric conversion element. 実施例1による光電変換素子を模式的に示した図である。1 is a diagram schematically illustrating a photoelectric conversion element according to Example 1. FIG. 実施例2による撮像素子を模式的に示した図である。FIG. 6 is a diagram schematically illustrating an image sensor according to a second embodiment. 実施例3による撮像素子を模式的に示した図である。FIG. 6 is a diagram schematically illustrating an image sensor according to a third embodiment. 実施例4による撮像素子を模式的に示した図である。FIG. 6 is a diagram schematically illustrating an image sensor according to Example 4. 本発明の効果を示す図である。It is a figure which shows the effect of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1A,10 光電変換素子
1B,10A 光電変換膜
200,300,400 撮像素子
1,11 陽極
2,12,412 電子注入阻止層
3,13,413 光電変換層
4,14,414 電子注入抑制層
5,15 陰極
201 垂直選択線
201A 垂直走査制御回路
202 水平選択線
202A 水平走査制御回路
203 トランジスタ
211,311,411 透明電極
215,311 画素電極
316 垂直転送CCD
317 水平転送CCD
318 出力回路
415 電子銃
416 フェースプレート
417 電子銃筐体
418 負荷抵抗
1A, 10 Photoelectric conversion element 1B, 10A Photoelectric conversion film 200, 300, 400 Image sensor 1,11 Anode 2,12,412 Electron injection blocking layer 3,13,413 Photoelectric conversion layer 4,14,414 Electron injection suppression layer 5 , 15 Cathode 201 Vertical selection line 201A Vertical scanning control circuit 202 Horizontal selection line 202A Horizontal scanning control circuit 203 Transistor 211, 311, 411 Transparent electrode 215, 311 Pixel electrode 316 Vertical transfer CCD
317 Horizontal transfer CCD
318 Output circuit 415 Electron gun 416 Face plate 417 Electron gun housing 418 Load resistance

Claims (4)

有機材料よりなる有機層を含む光電変換膜を有する光電変換素子であって、
前記有機層が、有機分子の微結晶、多結晶、または単結晶のいずれかよりなる有機層であることを特徴とする光電変換素子。
A photoelectric conversion element having a photoelectric conversion film including an organic layer made of an organic material,
The photoelectric conversion element, wherein the organic layer is an organic layer made of any one of microcrystals, polycrystals, and single crystals of organic molecules.
前記有機層が光電変換層であり、該光電変換層の厚さが50nm〜500nmであることを特徴とする請求項1記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the organic layer is a photoelectric conversion layer, and the thickness of the photoelectric conversion layer is 50 nm to 500 nm. 前記有機層が電子注入阻止層または正孔注入阻止層であり、該電子注入阻止層または正孔注入阻止層の厚さが10nm〜200nmであることを特徴とする請求項1記載の光電変換素子。   2. The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the organic layer is an electron injection blocking layer or a hole injection blocking layer, and the thickness of the electron injection blocking layer or the hole injection blocking layer is 10 nm to 200 nm. . 請求項1乃至3のうち、いずれか1項記載の光電変換素子と、当該光電変換素子で発生した電荷を読み出す電荷読み出し手段と、を有することを特徴とする撮像素子。

An image pickup device comprising: the photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 3; and charge reading means for reading out electric charges generated in the photoelectric conversion device.

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