JP2007053224A - Image sensors - Google Patents

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Takashi Kitada
貴司 北田
Masahiro Inoue
雅博 井上
Takahiro Komatsu
隆宏 小松
Masakazu Mizusaki
正和 水崎
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an image sensor which operates with high quality and at high speed and is inexpensive. <P>SOLUTION: The image sensor 1 includes: a glass substrate 10; a plurality of photoelectric conversion elements 20 each consisted of an organic material; a plurality of IC chips 30 each mounting thereon a drive circuit consisted of single crystal silicon; and wiring 40 for connecting the plurality of the photoelectric conversion elements 20 and the drive circuit mounted on each IC chip 30. The plurality of the photoelectric conversion elements 20 are integrated seamlessly so as to achieve a predetermined arrangement pitch over a predetermined sensor length. An arrangement pitch of a plurality of detection means provided on the drive circuits mounted on the IC chips 30 is less than that of the photoelectric conversion element. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、物体の形状や画像等の各種情報を電気信号として取り出すイメージセンサに関するものである。   The present invention relates to an image sensor that extracts various information such as an object shape and an image as an electrical signal.

従来、ファクシミリやスキャナ等におけるイメージセンサとしては、光学系がロッドレンズだけで良いことから、セットとして小型化できるという特長を有する密着型リニアセンサが用いられている。この密着型リニアセンサは、原稿と等サイズのセンサ長を持つものであり、このため単結晶シリコンで構成されるCMOSセンサチップやCCDセンサチップを複数個並べて構成される。   2. Description of the Related Art Conventionally, as an image sensor in a facsimile, a scanner, or the like, a contact type linear sensor having a feature that it can be miniaturized as a set because an optical system is only a rod lens. This close contact type linear sensor has a sensor length that is the same size as that of the original, and is therefore configured by arranging a plurality of CMOS sensor chips and CCD sensor chips made of single crystal silicon.

近年、イメージセンサに用いられる光電変換素子に関し、有機材料を使用し、しかも簡便な方法で光電変換素子を形成することができる技術が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。
特表2002―502120号公報
In recent years, a technique that uses an organic material and can form a photoelectric conversion element by a simple method has been disclosed for a photoelectric conversion element used in an image sensor (see, for example, Patent Document 1).
Special Table 2002-502120

しかしながら、上記従来の技術では、単結晶シリコンで構成されるCMOSセンサチップやCCDセンサチップを複数個並べて密着型リニアセンサを構成した場合、所定の画素ピッチを保ちつつ、所定のセンサ長を達成するためには、例えばA3サイズに対応した密着型リニアセンサの場合では約300mm程度の長さに相当する複数の単結晶シリコンチップが必要となり、しかも、これら複数の単結晶シリコンチップを正確に一直線上に配置しなければならないという問題があった。   However, in the above conventional technique, when a contact type linear sensor is configured by arranging a plurality of CMOS sensor chips and CCD sensor chips made of single crystal silicon, a predetermined sensor length is achieved while maintaining a predetermined pixel pitch. For this purpose, for example, in the case of a contact type linear sensor corresponding to the A3 size, a plurality of single crystal silicon chips corresponding to a length of about 300 mm are required, and these single crystal silicon chips are accurately aligned. There was a problem that had to be placed in.

特に画素ピッチが600DPI以上(画素ピッチ40μm程度)になると、前述したチップの端部に光電変換素子を形成できないため、チップ間のつなぎ目に相当する箇所の情報を読み込むことができず、読み出し品質が悪いという問題も発生していた。この問題は、光電変換素子とこの光電変換素子からの信号電荷の読み出しを行う駆動回路とが同一の単結晶シリコンで構成する限り、解決することはできない。   In particular, when the pixel pitch is 600 DPI or more (pixel pitch is about 40 μm), the photoelectric conversion element cannot be formed at the end portion of the chip described above, so that information on the portion corresponding to the joint between the chips cannot be read, and the read quality is high. There was also a problem of being bad. This problem cannot be solved as long as the photoelectric conversion element and the drive circuit for reading signal charges from the photoelectric conversion element are made of the same single crystal silicon.

この問題を解決すべく、上記(特許文献1)に記載されているように、単結晶シリコン上に形成される駆動回路上に有機材料を用いた光電変換素子を形成した場合は、確かに充填比(センサ面積/ピッチ面積)は向上するものの、センサ長に亘って単結晶シリコンが必要なことと、複数個のチップを精度よく配置しなければならないこと、などの問題が発生する。なお、原理的には、300mm長の単結晶シリコンの駆動チップは構成できるが、その取れ数や歩留りを考えると現実的ではない。   In order to solve this problem, as described in the above (Patent Document 1), when a photoelectric conversion element using an organic material is formed on a drive circuit formed on single crystal silicon, it is surely filled. Although the ratio (sensor area / pitch area) is improved, problems such as the need for single crystal silicon over the sensor length and the need to accurately place a plurality of chips occur. In principle, a single-crystal silicon driving chip having a length of 300 mm can be configured, but it is not realistic in view of the number and yield.

また、上記(特許文献1)に記載されているように、多結晶シリコンで形成される薄膜電界効果トランジスタTFTによって構成された検出回路上に有機材料を用いた光電変換素子を形成して密着型リニアセンサを構成するようにした場合は、チップ間のつなぎ目の問題はなくなるものの、多結晶シリコンでは単結晶シリコンに比べてキャリア移動度が1桁以上小さいため、上記検出回路は、高解像度化や高速動作に適応するには分割同時動作による複数の読み出し出力が必要となる。そのため、検出回路の回路構成が複雑化し、密着型リニアセンサを安価に提供することができないという問題があった。   Further, as described in the above (Patent Document 1), a photoelectric conversion element using an organic material is formed on a detection circuit constituted by a thin film field effect transistor TFT formed of polycrystalline silicon, and is a contact type. When a linear sensor is configured, the problem of joints between chips is eliminated, but the carrier mobility of polycrystalline silicon is one digit or more smaller than that of single crystal silicon. In order to adapt to high-speed operation, a plurality of read outputs by divided simultaneous operation are required. Therefore, the circuit configuration of the detection circuit is complicated, and there is a problem that the contact linear sensor cannot be provided at low cost.

さらに、しきい値や移動度のばらつきが大きいため、読み出し出力のばらつきが大きく、高品質な画像を得られないという問題があった。   Furthermore, since the variation in threshold value and mobility is large, there is a problem in that the variation in readout output is large and a high-quality image cannot be obtained.

そこで、本発明は、高品質でかつ高速動作を行うことができ、しかも低価格化を図ることのできるイメージセンサを提供することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an image sensor that can perform high-quality and high-speed operation and can reduce the price.

この課題を解決するために、本発明のイメージセンサは、陽極と陰極との間に狭持された有機化合物層である光電変換層を備え、該光電変換層が入射光を信号電荷に光電変換する光電変換素子と、前記光電変換素子からの信号電荷を読み出す駆動回路と、を有し、前記駆動回路は無機半導体で構成されることを特徴とする。   In order to solve this problem, the image sensor of the present invention includes a photoelectric conversion layer that is an organic compound layer sandwiched between an anode and a cathode, and the photoelectric conversion layer photoelectrically converts incident light into a signal charge. And a driving circuit for reading out signal charges from the photoelectric conversion element, and the driving circuit is made of an inorganic semiconductor.

この課題を解決するために、本発明のイメージセンサは、陽極と陰極との間に狭持された有機化合物層である光電変換層を備え、該光電変換層が入射光を信号電荷に光電変換する複数の光電変換素子と、前記複数の光電変換素子に対応して設けられ対応する光電変換素子からの信号電荷を検出する複数の検出手段と、該複数の検出手段によって検出された信号電荷を順次読み出す複数の読出手段とを含む駆動回路と、を有し、前記駆動回路は無機半導体で構成され、前記複数の光電変換素子に対応する前記複数の検出手段の配列ピッチが前記複数の光電変換素子の配列ピッチ以下であることを特徴とする。   In order to solve this problem, the image sensor of the present invention includes a photoelectric conversion layer that is an organic compound layer sandwiched between an anode and a cathode, and the photoelectric conversion layer photoelectrically converts incident light into a signal charge. A plurality of photoelectric conversion elements, a plurality of detection means provided corresponding to the plurality of photoelectric conversion elements and detecting signal charges from the corresponding photoelectric conversion elements, and a signal charge detected by the plurality of detection means A drive circuit including a plurality of readout means for sequentially reading, wherein the drive circuit is made of an inorganic semiconductor, and an array pitch of the plurality of detection means corresponding to the plurality of photoelectric conversion elements is the plurality of photoelectric conversions It is less than the arrangement pitch of the elements.

この課題を解決するために、本発明のイメージセンサは、陽極と陰極との間に狭持された有機化合物層である光電変換層を備え、該光電変換層が入射光を信号電荷に光電変換する複数の光電変換素子と、前記複数の光電変換素子に対応して設けられ対応する光電変換素子からの信号電荷を検出する複数の検出手段と、該複数の検出手段によって検出された信号電荷を順次読み出す複数の読出手段とを含む駆動回路と、を有し、前記複数の光電変換素子は所定の配列ピッチでシームレスな一体成型されたものであり、前記駆動回路は複数の駆動回路で構成され、当該複数の駆動回路は無機半導体で構成されることを特徴とする。   In order to solve this problem, the image sensor of the present invention includes a photoelectric conversion layer that is an organic compound layer sandwiched between an anode and a cathode, and the photoelectric conversion layer photoelectrically converts incident light into a signal charge. A plurality of photoelectric conversion elements, a plurality of detection means provided corresponding to the plurality of photoelectric conversion elements and detecting signal charges from the corresponding photoelectric conversion elements, and a signal charge detected by the plurality of detection means A drive circuit including a plurality of reading means for sequentially reading, wherein the plurality of photoelectric conversion elements are seamlessly integrally formed at a predetermined arrangement pitch, and the drive circuit is composed of a plurality of drive circuits. The plurality of drive circuits are formed of an inorganic semiconductor.

この課題を解決するために、本発明のイメージセンサは、陽極と陰極との間に狭持された有機化合物層である光電変換層を備え、該光電変換層が入射光を信号電荷に光電変換する複数の光電変換素子と、前記複数の光電変換素子に対応して設けられ対応する光電変換素子からの信号電荷を検出する複数の検出手段と、該複数の検出手段によって検出された信号電荷を順次読み出す複数の読出手段とを含み、無機半導体で構成される駆動回路と、を有し、前記複数の光電変換素子は、所定の配列ピッチでシームレスな一体成型されたものであり、前記駆動回路は、複数の駆動回路で構成されるとともに、前記複数の光電変換素子に対応する前記複数の検出手段の配列ピッチが前記複数の光電変換素子の配列ピッチ以下であることを特徴とする。   In order to solve this problem, the image sensor of the present invention includes a photoelectric conversion layer that is an organic compound layer sandwiched between an anode and a cathode, and the photoelectric conversion layer photoelectrically converts incident light into a signal charge. A plurality of photoelectric conversion elements, a plurality of detection means provided corresponding to the plurality of photoelectric conversion elements and detecting signal charges from the corresponding photoelectric conversion elements, and a signal charge detected by the plurality of detection means A plurality of readout means for sequentially reading out, and a drive circuit made of an inorganic semiconductor, wherein the plurality of photoelectric conversion elements are seamlessly integrally formed at a predetermined arrangement pitch, and the drive circuit Is constituted by a plurality of drive circuits, and the arrangement pitch of the plurality of detection means corresponding to the plurality of photoelectric conversion elements is equal to or less than the arrangement pitch of the plurality of photoelectric conversion elements.

本発明の好ましい形態において、前記無機半導体は、シリコントランジスタであることを特徴とする。   In a preferred embodiment of the present invention, the inorganic semiconductor is a silicon transistor.

本発明のさらに好ましい形態において、前記シリコントランジスタは、単結晶シリコンで構成されることを特徴とする。   In a further preferred aspect of the present invention, the silicon transistor is composed of single crystal silicon.

本発明によれば、光電変換素子と駆動回路とは異なる材料で構成されるので、駆動回路の配列ピッチを光電変換素子の配列ピッチと比較して短くすることが可能であり、そのため、所定のセンサ長に亘って所定の配列ピッチを達成したシームレスな光電変換素子を作製することが可能となるとともに、高速動作可能でしかも低価格化を図った駆動回路を実現することが可能となり、これにより高品質でかつ高速動作を行うことができ、しかも低価格化を図ることができるという有効な効果が得られる。   According to the present invention, since the photoelectric conversion element and the drive circuit are made of different materials, the arrangement pitch of the drive circuit can be shortened compared to the arrangement pitch of the photoelectric conversion elements. It is possible to produce a seamless photoelectric conversion element that achieves a predetermined arrangement pitch over the sensor length, and it is possible to realize a drive circuit that can operate at high speed and at low cost. High-quality and high-speed operation can be performed, and an effective effect that the cost can be reduced is obtained.

また、本発明によれば、複数の光電変換素子と駆動回路とは異なる材料で構成され、しかも駆動回路に設けられる複数の検出手段の配列ピッチが複数の光電変換素子の配列ピッチ以下になるようになっているので、無機半導体で構成される駆動回路のチップサイズ(ICチップサイズ)を所定のセンサ長よりも短くすることができ、また、所定のセンサ長に亘って所定の配列ピッチを達成したシームレスな複数の光電変換素子を作製することが可能となるので、高品質でかつ高速動作を行うことができ、しかも低価格化を図ることができるという有効な効果が得られる。   According to the present invention, the plurality of photoelectric conversion elements and the drive circuit are made of different materials, and the arrangement pitch of the plurality of detection means provided in the drive circuit is equal to or less than the arrangement pitch of the plurality of photoelectric conversion elements. Therefore, the chip size (IC chip size) of the drive circuit composed of inorganic semiconductor can be made shorter than the predetermined sensor length, and the predetermined arrangement pitch is achieved over the predetermined sensor length. Thus, it is possible to produce a plurality of seamless photoelectric conversion elements, so that it is possible to obtain a high-quality and high-speed operation, and to obtain an effective effect that the cost can be reduced.

さらに、本発明によれば、複数の光電変換素子と複数の駆動回路とは異なる材料で構成され、しかも複数の光電変換素子は所定の配列ピッチでシームレスな一体成型されるようになっているので、複数の駆動回路の配列ピッチを、所定のセンサ長に亘って所定の配列ピッチを達成したシームレスな複数の光電変換素子の配列ピッチと比較して、短くすることが可能となり、そのため、無機半導体で構成される複数の駆動回路の全体のチップサイズ(ICチップサイズ)を所定のセンサ長よりも短くすることが可能となり、高品質でかつ高速動作を行うことができ、しかも低価格化を図ることができるという有効な効果が得られる。   Furthermore, according to the present invention, the plurality of photoelectric conversion elements and the plurality of drive circuits are made of different materials, and the plurality of photoelectric conversion elements are seamlessly molded integrally at a predetermined arrangement pitch. The arrangement pitch of a plurality of drive circuits can be shortened compared to the arrangement pitch of a plurality of seamless photoelectric conversion elements that have achieved a predetermined arrangement pitch over a predetermined sensor length. The overall chip size (IC chip size) of a plurality of drive circuits composed of the above can be made shorter than a predetermined sensor length, high-quality and high-speed operation can be performed, and cost reduction is achieved. An effective effect is obtained.

さらに、本発明によれば、複数の光電変換素子と複数の駆動回路とは異なる材料で構成され、所定の配列ピッチでシームレスな一体成型された複数の光電変換素子と、複数の光電変換素子に対応する複数の検出手段の配列ピッチが複数の光電変換素子の配列ピッチ以下である複数の駆動回路とを用いることで、所定のセンサ長に亘って所定の配列ピッチを達成したシームレスな光電変換素子および高速動作可能でしかも低価格化を図った駆動回路を実現することができ、これにより高品質でかつ高速動作を行うことができ、しかも低価格化を図ることができるという有効な効果が得られる。   Furthermore, according to the present invention, the plurality of photoelectric conversion elements and the plurality of drive circuits are made of different materials and seamlessly molded at a predetermined arrangement pitch, and the plurality of photoelectric conversion elements Seamless photoelectric conversion element that achieves a predetermined arrangement pitch over a predetermined sensor length by using a plurality of drive circuits in which the arrangement pitch of a plurality of corresponding detection means is equal to or less than the arrangement pitch of the plurality of photoelectric conversion elements In addition, it is possible to realize a drive circuit that can operate at high speed and at low cost, thereby achieving an effective effect of being able to perform high-quality and high-speed operation and to reduce the price. It is done.

本発明の請求項1に記載の発明は、陽極と陰極との間に狭持された有機化合物層である光電変換層を備え、該光電変換層が入射光を信号電荷に光電変換する光電変換素子と、光電変換素子からの信号電荷を読み出す駆動回路と、を有し、駆動回路は無機半導体で構成されるイメージセンサであり、光電変換素子と駆動回路とは異なる材料で構成されるので、駆動回路の配列ピッチを光電変換素子の配列ピッチと比較して短くすることが可能であり、そのため、所定のセンサ長に亘って所定の配列ピッチを達成したシームレスな光電変換素子を作製することが可能となるとともに、高速動作可能でしかも低価格化を図った駆動回路を実現することが可能となり、これにより高品質でかつ高速動作を行うことができ、しかも低価格化を図ることができるという作用効果を有する。   The invention according to claim 1 of the present invention includes a photoelectric conversion layer that is an organic compound layer sandwiched between an anode and a cathode, and the photoelectric conversion layer photoelectrically converts incident light into a signal charge. Element and a drive circuit that reads signal charges from the photoelectric conversion element, and the drive circuit is an image sensor made of an inorganic semiconductor, and the photoelectric conversion element and the drive circuit are made of different materials, The arrangement pitch of the drive circuit can be shortened as compared with the arrangement pitch of the photoelectric conversion elements. Therefore, it is possible to produce a seamless photoelectric conversion element that achieves a predetermined arrangement pitch over a predetermined sensor length. This makes it possible to realize a drive circuit that can operate at high speed and at a low price, thereby enabling high-quality and high-speed operation and lowering the price. It has the effect that kill.

本発明の請求項2に記載の発明は、陽極と陰極との間に狭持された有機化合物層である光電変換層を備え、該光電変換層が入射光を信号電荷に光電変換する複数の光電変換素子と、複数の光電変換素子に対応して設けられ対応する光電変換素子からの信号電荷を検出する複数の検出手段と、該複数の検出手段によって検出された信号電荷を順次読み出す複数の読出手段とを含む駆動回路と、を有し、駆動回路は無機半導体で構成され、複数の光電変換素子に対応する複数の検出手段の配列ピッチが複数の光電変換素子の配列ピッチ以下であるイメージセンサであり、複数の光電変換素子と駆動回路とは異なる材料で構成され、しかも駆動回路に設けられる複数の検出手段の配列ピッチが複数の光電変換素子の配列ピッチ以下になるようになっているので、無機半導体で構成される駆動回路のチップサイズ(ICチップサイズ)を所定のセンサ長よりも短くすることができ、また、所定のセンサ長に亘って所定の配列ピッチを達成したシームレスな複数の光電変換素子を作製することが可能となるので、高品質でかつ高速動作を行うことができ、しかも低価格化を図ることができるという作用効果を有する。   The invention according to claim 2 of the present invention includes a photoelectric conversion layer that is an organic compound layer sandwiched between an anode and a cathode, and the photoelectric conversion layer includes a plurality of photoelectric conversion layers that convert incident light into signal charges. A plurality of photoelectric conversion elements, a plurality of detection means provided corresponding to the plurality of photoelectric conversion elements to detect signal charges from the corresponding photoelectric conversion elements, and a plurality of signal charges sequentially read out by the plurality of detection means An image in which the drive circuit is made of an inorganic semiconductor, and the arrangement pitch of the plurality of detection means corresponding to the plurality of photoelectric conversion elements is equal to or less than the arrangement pitch of the plurality of photoelectric conversion elements. The sensor is composed of different materials from the plurality of photoelectric conversion elements and the drive circuit, and the arrangement pitch of the plurality of detection means provided in the drive circuit is equal to or less than the arrangement pitch of the plurality of photoelectric conversion elements. Therefore, the chip size (IC chip size) of the drive circuit made of inorganic semiconductor can be made shorter than the predetermined sensor length, and the seamless arrangement has achieved a predetermined arrangement pitch over the predetermined sensor length. Since a plurality of photoelectric conversion elements can be manufactured, high-quality and high-speed operation can be performed, and the cost can be reduced.

本発明の請求項3に記載の発明は、陽極と陰極との間に狭持された有機化合物層である光電変換層を備え、該光電変換層が入射光を信号電荷に光電変換する複数の光電変換素子と、複数の光電変換素子に対応して設けられ対応する光電変換素子からの信号電荷を検出する複数の検出手段と、該複数の検出手段によって検出された信号電荷を順次読み出す複数の読出手段とを含む駆動回路と、を有し、複数の光電変換素子は所定の配列ピッチでシームレスな一体成型されたものであり、駆動回路は複数の駆動回路で構成され、当該複数の駆動回路は無機半導体で構成されるイメージセンサであり、複数の光電変換素子と複数の駆動回路とは異なる材料で構成され、しかも複数の光電変換素子は所定の配列ピッチでシームレスな一体成型されるようになっているので、複数の駆動回路の配列ピッチを、所定のセンサ長に亘って所定の配列ピッチを達成したシームレスな複数の光電変換素子の配列ピッチと比較して、短くすることが可能となり、そのため、無機半導体で構成される複数の駆動回路の全体のチップサイズ(ICチップサイズ)を所定のセンサ長よりも短くすることが可能となり、高品質でかつ高速動作を行うことができ、しかも低価格化を図ることができるという作用効果を有する。   The invention according to claim 3 of the present invention includes a photoelectric conversion layer that is an organic compound layer sandwiched between an anode and a cathode, and the photoelectric conversion layer includes a plurality of photoelectric conversion layers that convert incident light into signal charges. A plurality of photoelectric conversion elements, a plurality of detection means provided corresponding to the plurality of photoelectric conversion elements to detect signal charges from the corresponding photoelectric conversion elements, and a plurality of signal charges sequentially read out by the plurality of detection means A plurality of photoelectric conversion elements that are seamlessly molded at a predetermined arrangement pitch, and the drive circuit includes a plurality of drive circuits, and the plurality of drive circuits. Is an image sensor composed of an inorganic semiconductor, and a plurality of photoelectric conversion elements and a plurality of drive circuits are composed of different materials, and the plurality of photoelectric conversion elements are seamlessly molded at a predetermined arrangement pitch. Therefore, it is possible to shorten the arrangement pitch of the plurality of drive circuits compared to the arrangement pitch of the plurality of seamless photoelectric conversion elements that have achieved the predetermined arrangement pitch over a predetermined sensor length. Therefore, it becomes possible to make the entire chip size (IC chip size) of a plurality of drive circuits composed of inorganic semiconductors shorter than a predetermined sensor length, and to perform high-quality and high-speed operation. The effect is that the price can be reduced.

本発明の請求項4に記載の発明は、陽極と陰極との間に狭持された有機化合物層である光電変換層を備え、該光電変換層が入射光を信号電荷に光電変換する複数の光電変換素子と、複数の光電変換素子に対応して設けられ対応する光電変換素子からの信号電荷を検出する複数の検出手段と、該複数の検出手段によって検出された信号電荷を順次読み出す複数の読出手段とを含み、無機半導体で構成される駆動回路と、を有し、複数の光電変換素子は、所定の配列ピッチでシームレスな一体成型されたものであり、駆動回路は、複数の駆動回路で構成されるとともに、複数の光電変換素子に対応する複数の検出手段の配列ピッチが複数の光電変換素子の配列ピッチ以下であるイメージセンサであり、複数の光電変換素子と複数の駆動回路とは異なる材料で構成され、所定の配列ピッチでシームレスな一体成型された複数の光電変換素子と、複数の光電変換素子に対応する複数の検出手段の配列ピッチが複数の光電変換素子の配列ピッチ以下である複数の駆動回路とを用いることで、所定のセンサ長に亘って所定の配列ピッチを達成したシームレスな光電変換素子および高速動作可能でしかも低価格化を図った駆動回路を実現することができ、これにより高品質でかつ高速動作を行うことができ、しかも低価格化を図ることができるという作用効果を有する。   The invention according to claim 4 of the present invention includes a photoelectric conversion layer that is an organic compound layer sandwiched between an anode and a cathode, and the photoelectric conversion layer includes a plurality of photoelectric conversion layers that convert incident light into signal charges. A plurality of photoelectric conversion elements, a plurality of detection means provided corresponding to the plurality of photoelectric conversion elements to detect signal charges from the corresponding photoelectric conversion elements, and a plurality of signal charges sequentially read out by the plurality of detection means A plurality of photoelectric conversion elements that are seamlessly molded at a predetermined arrangement pitch, and the drive circuit includes a plurality of drive circuits. An image sensor in which the arrangement pitch of the plurality of detection means corresponding to the plurality of photoelectric conversion elements is equal to or less than the arrangement pitch of the plurality of photoelectric conversion elements, and the plurality of photoelectric conversion elements and the plurality of drive circuits are Different A plurality of photoelectric conversion elements that are seamlessly molded at a predetermined arrangement pitch and a plurality of detection means corresponding to the plurality of photoelectric conversion elements are less than or equal to the arrangement pitch of the plurality of photoelectric conversion elements. By using a plurality of drive circuits, it is possible to realize a seamless photoelectric conversion element that achieves a predetermined arrangement pitch over a predetermined sensor length and a drive circuit that can operate at high speed and that is low in price. As a result, it is possible to perform a high-quality and high-speed operation and to achieve a cost reduction.

本発明の請求項5に記載の発明は、請求項1〜4の何れか一項に記載の発明において、無機半導体は、シリコントランジスタであるイメージセンサであり、駆動回路はシリコントランジスタで構成されるので、単結晶シリコンを用いてシリコントランジスタを形成するようにした場合には、その単結晶シリコンのキャリア移動度が十分大きいため、シリコントランジスタつまり駆動回路は高速動作が可能となり、高品質でかつ高速動作を行うことができ、しかも低価格化を図ることができるという作用効果を有する。   The invention according to claim 5 of the present invention is the image sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein the inorganic semiconductor is an image sensor that is a silicon transistor, and the drive circuit is configured by a silicon transistor. Therefore, when a silicon transistor is formed using single crystal silicon, the carrier mobility of the single crystal silicon is sufficiently large, so that the silicon transistor, that is, the drive circuit can be operated at high speed, and high quality and high speed are achieved. There is an effect that the operation can be performed and the cost can be reduced.

本発明の請求項6に記載の発明は、請求項5記載の発明において、シリコントランジスタは、単結晶シリコンで構成されるイメージセンサであり、駆動回路は単結晶シリコンで形成されるシリコントランジスタで構成されるので、単結晶シリコンのキャリア移動度が十分大きいため、シリコントランジスタつまり駆動回路は高速動作を行うことができ、高品質でかつ高速動作を行うことができ、しかも低価格化を図ることができるという作用効果を有する。   According to a sixth aspect of the present invention, in the fifth aspect of the present invention, the silicon transistor is an image sensor composed of single crystal silicon, and the drive circuit is composed of a silicon transistor formed of single crystal silicon. Therefore, since the carrier mobility of single crystal silicon is sufficiently large, the silicon transistor, that is, the driving circuit can operate at high speed, and can operate at high quality and at high speed, and the cost can be reduced. Has the effect of being able to.

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照しつつさらに具体的に説明する。ここで、添付図面において同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複した説明は省略されている。なお、ここでの説明は本発明が実施される最良の形態であることから、本発明は当該形態に限定されるものではない。   Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described more specifically with reference to the drawings. Here, in the accompanying drawings, the same reference numerals are given to the same members, and duplicate descriptions are omitted. In addition, since description here is the best form by which this invention is implemented, this invention is not limited to the said form.

(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1であるイメージセンサの概略構成を示す構成図、図2は本実施の形態1に係る光電変換素子の断面を示す断面図、図3は実施の形態1に係るイメージセンサにおける1画素分の光電変換素子および駆動回路の構成を示す構成図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an image sensor according to Embodiment 1 of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view showing a cross section of a photoelectric conversion element according to Embodiment 1, and FIG. It is a block diagram which shows the structure of the photoelectric conversion element for 1 pixel in this image sensor, and a drive circuit.

図1に示すように、イメージセンサ1は、基板としてのガラス基板10、有機材料で構成された光電変換素子(複数の光電変換素子)20、単結晶シリコンで構成された駆動回路を搭載した複数のICチップ30、光電変換素子20と各ICチップ30に搭載された駆動回路とを接続する配線40を備えている。ここでは、イメージセンサ1が、リニアセンサである場合について説明する。   As shown in FIG. 1, the image sensor 1 includes a glass substrate 10 as a substrate, photoelectric conversion elements (a plurality of photoelectric conversion elements) 20 made of an organic material, and a plurality of drive circuits made of single crystal silicon. The IC chip 30, the photoelectric conversion element 20, and a wiring 40 that connects the driving circuit mounted on each IC chip 30 are provided. Here, the case where the image sensor 1 is a linear sensor will be described.

本実施の形態1では、光電変換素子(複数の光電変換素子)20は所定サイズ長、所定ピッチ(所定の配列ピッチ)で配置されるが、単結晶シリコンで構成される駆動回路を搭載した複数のICチップ30は、全てのICチップ30を一列に並べても上記所定サイズ長より短いサイズで配置されている。従って、複数の光電変換素子20と各ICチップ30とを接続する複数の配線40は互いに平行にならない。   In the first embodiment, the photoelectric conversion elements (a plurality of photoelectric conversion elements) 20 are arranged with a predetermined size length and a predetermined pitch (predetermined arrangement pitch). The IC chips 30 are arranged in a size shorter than the predetermined size length even when all the IC chips 30 are arranged in a line. Accordingly, the plurality of wirings 40 that connect the plurality of photoelectric conversion elements 20 and the respective IC chips 30 are not parallel to each other.

光電変換素子20は、図2に示すように、第1の電極としてのITO(イリジウム−スズ酸化物)陽極21、電子供与性材料からなる電子供与性層と電子受容性材料からなる電子受容性層とで構成されている有機化合物層である有機光電変換層22、および第2の電極としてのアルミ陰極23を備えている。   As shown in FIG. 2, the photoelectric conversion element 20 includes an ITO (iridium-tin oxide) anode 21 as a first electrode, an electron-donating layer made of an electron-donating material, and an electron-accepting material made of an electron-accepting material. The organic photoelectric conversion layer 22 which is an organic compound layer comprised by the layer, and the aluminum cathode 23 as a 2nd electrode are provided.

次に、光電変換素子の製造方法について説明する。   Next, the manufacturing method of a photoelectric conversion element is demonstrated.

まず、スパッタリング法によりガラス基板10上に膜厚150nmのITO膜を成膜し、このITO膜の上部にレジスト材(東京応化製、OFPR−800)をスピンコート法により塗布して厚さ5μmのレジスト膜を形成した。そして、マスキング、露光、現像を行い、レジストをITO陽極21およびその配線の形状にパターニングした。   First, an ITO film having a film thickness of 150 nm is formed on the glass substrate 10 by a sputtering method, and a resist material (manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd., OFPR-800) is applied to the upper part of the ITO film by a spin coating method to have a thickness of 5 μm. A resist film was formed. Then, masking, exposure, and development were performed, and the resist was patterned into the shape of the ITO anode 21 and its wiring.

その後、このガラス基板10を温度60℃、18Nの塩酸水溶液中に浸潰し、レジスト膜が形成されていない部分のITO膜をエッチングした後、水洗し、最後にレジスト膜を除去して、所定のパターン形状のITO膜からなる陽極(ITO陽極21)および配線40を形成した。   Thereafter, the glass substrate 10 is immersed in a hydrochloric acid aqueous solution at a temperature of 60 ° C. and 18 N, and the ITO film in a portion where the resist film is not formed is etched, washed with water, and finally the resist film is removed, An anode (ITO anode 21) and a wiring 40 made of a patterned ITO film were formed.

次に、このガラス基板10を洗剤(フルウチ化学社製、セミコクリーン)による5分間の超音波洗浄、純水による10分間の超音波洗浄、アンモニア水(体積比)に対して「過酸化水素水が1に対し水が5の割合」で混合した溶液による5分間の超音波洗浄、および70℃の温度の純水による5分間の超音波洗浄の順に洗浄処理した後、窒素ブロアーでガラス基板10に付着した水分を除去し、さらに250℃の温度で加熱して乾燥させた。   Next, this glass substrate 10 was subjected to ultrasonic cleaning for 5 minutes with a detergent (Semico Clean, manufactured by Furuuchi Chemical Co., Ltd.), ultrasonic cleaning for 10 minutes with pure water, and aqueous solution of hydrogen peroxide against ammonia water (volume ratio). After cleaning in the order of ultrasonic cleaning for 5 minutes with a solution mixed at a ratio of 5 to 1 for water and ultrasonic cleaning for 5 minutes with pure water at a temperature of 70 ° C., the glass substrate 10 is cleaned with a nitrogen blower. The water adhering to was removed and further heated at a temperature of 250 ° C. for drying.

続いて、このITO陽極21が形成されたガラス基板10上に、ポリ(3,4)エチレンジオキシチオフェン/ポリスチレンスルフオネート(PEDT/PSS)を0.45μmのフィルターを通して滴下し、スピンコート法によって均一に塗布した。これを200℃の温度のクリーンオーブン中で10分間加熱することで、厚さ60nmの電荷輸送層を形成した。   Subsequently, poly (3,4) ethylenedioxythiophene / polystyrene sulphonate (PEDT / PSS) is dropped on the glass substrate 10 on which the ITO anode 21 is formed through a 0.45 μm filter, and spin coating is performed. Was applied uniformly. This was heated in a clean oven at a temperature of 200 ° C. for 10 minutes to form a charge transport layer having a thickness of 60 nm.

さらに、このようにして電荷輸送層が形成されたガラス基板10を抵抗加熱蒸着装置内に入れ、この抵抗加熱蒸着装置内において、0.27mPa(=2×10-6Torr)以下の真空度となるまで減圧した状態で酸化モリブデンを蒸着し、5nmのバッファ層を形成した。 Furthermore, the glass substrate 10 thus formed with the charge transport layer is placed in a resistance heating vapor deposition apparatus, and in this resistance heating vapor deposition apparatus, a vacuum degree of 0.27 mPa (= 2 × 10 −6 Torr) or less is obtained. Molybdenum oxide was evaporated under reduced pressure until a 5 nm buffer layer was formed.

そして、バッファ層が形成されたガラス基板10に対し、電子供与性有機材料として機能するポリ(2−メトキシ−5−(2’一エチルヘキシルオキシ)−1、4−フェニレンビニレン)(以下、MEH−PPVという。)と、電子受容性材料として機能する[5、6]−フェニルC61ブチリックアシッドメチルエステル(以下、[5、6]−PCBMという。)とが重量比1:4からなるクロロベンゼン溶液をスピンコートした後、100℃の温度のクリーンオーブン中で30分間加熱処理し、約100nmの有機光電変換層22を形成した。   Then, poly (2-methoxy-5- (2′-ethylhexyloxy) -1,4-phenylenevinylene) (hereinafter referred to as MEH-) that functions as an electron-donating organic material with respect to the glass substrate 10 on which the buffer layer is formed. And a [5,6] -phenyl C61 butyric acid methyl ester (hereinafter referred to as [5,6] -PCBM) functioning as an electron-accepting material in a weight ratio of 1: 4. After spin coating, heat treatment was performed in a clean oven at a temperature of 100 ° C. for 30 minutes to form an organic photoelectric conversion layer 22 having a thickness of about 100 nm.

なお、MEH−PPVはP型有機半導体であり、一方、[5、6]−PCBMはn型有機半導体である。光吸収により発生した励起子の電子はコンダクションバンドを拡散して[5、6]−PCBMに供与され、またホールはバレンスバンドを拡散してMEH−PPVに供与されて、電子およびホールは、これらを伝導してアルミ陰極23およびITO陽極21に伝導する。   Note that MEH-PPV is a P-type organic semiconductor, while [5,6] -PCBM is an n-type organic semiconductor. Exciton electrons generated by light absorption diffuse into the conduction band and donate to [5,6] -PCBM, and holes diffuse into the valence band and donate to MEH-PPV. These are conducted to the aluminum cathode 23 and the ITO anode 21.

この[5、6]−PCBMは、修飾されたフラーレン類であり、電子移動度が非常に大きく、しかも電子供与材料であるMEH−PPVとの混合物が利用できることから、電子−ホール対(電子とホールとの対)の分離搬送を効率的に行うことができる。これにより有機光電変換層22の光電効率を高くすることができ、かつ光電変換素子20つまりイメージセンサ1を低コストで作製することが可能となるという利点がある。   This [5,6] -PCBM is a modified fullerene, has a very high electron mobility, and a mixture with MEH-PPV which is an electron donating material can be used. Separation and conveyance of a pair with a hole can be performed efficiently. Thereby, there is an advantage that the photoelectric efficiency of the organic photoelectric conversion layer 22 can be increased, and the photoelectric conversion element 20, that is, the image sensor 1 can be manufactured at low cost.

最後に、0.27mPa(=2×10-6Torr)以下の真空度まで減圧した抵抗加熱蒸着装置内において、有機光電変換層22の上部に、フッ化リチウム(LiF)を約1nmの膜厚で成膜し、続いてアルミニウムを約10nmの膜厚で成膜してアルミ陰極23を形成した。このように所定センサ長かつ所定解像度の光電変換素子を、ガラス基板上にシームレスに、かつ安価に製造することができる。 Finally, in a resistance heating vapor deposition apparatus depressurized to a vacuum of 0.27 mPa (= 2 × 10 −6 Torr) or less, lithium fluoride (LiF) is formed to a thickness of about 1 nm on the organic photoelectric conversion layer 22. Then, aluminum was formed to a thickness of about 10 nm to form an aluminum cathode 23. In this way, photoelectric conversion elements having a predetermined sensor length and a predetermined resolution can be manufactured seamlessly and inexpensively on a glass substrate.

次に、上述した構成のイメージセンサの動作について、図3を参照しながら説明する。なお、図3は、増幅型イメージセンサの1画素分の光電変換素子および駆動回路の構成を示す構成図である。   Next, the operation of the image sensor configured as described above will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a configuration diagram showing the configuration of the photoelectric conversion element and the drive circuit for one pixel of the amplification type image sensor.

有機材料からなる光電変換素子20では、入射光が信号電荷に光電変換され、この信号電荷が蓄積される。   In the photoelectric conversion element 20 made of an organic material, incident light is photoelectrically converted into signal charges, and the signal charges are accumulated.

この蓄積された信号電荷による電位Vsは配線40を介して増幅用トランジスタ(検出手段)M2のゲートG2に印加される。増幅用トランジスタ(検出手段)M2は、ゲートG2に印加される電位Vsを基に信号電荷の出力を検出することになる。   The potential Vs due to the accumulated signal charge is applied to the gate G2 of the amplifying transistor (detecting means) M2 via the wiring 40. The amplifying transistor (detection means) M2 detects the output of the signal charge based on the potential Vs applied to the gate G2.

信号(信号電荷)の読出しに関しては、スイッチング用トランジスタ(読み出し手段)M3のゲートG3に入力される選択信号の制御により、スイッチング用トランジスタ(読み出し手段)M3を通して電流Isとして読み出される。すなわち、スイッチング用トランジスタM3のゲートG3に、対応する光電変換素子からの信号電荷の読み出しを実行すべき旨の選択信号が入力された場合に、スイッチング用トランジスタM3がオン動作するので、電流Isとして読み出される。   Regarding the reading of the signal (signal charge), it is read as the current Is through the switching transistor (reading means) M3 by controlling the selection signal input to the gate G3 of the switching transistor (reading means) M3. That is, the switching transistor M3 is turned on when the selection signal indicating that the signal charge is to be read from the corresponding photoelectric conversion element is input to the gate G3 of the switching transistor M3. Read out.

センサ電位Vsは、リセット用トランジスタM1のゲートG1に入力されるリセット信号の制御、およびリセット用トランジスタM1によってリセット電圧Vrにリセットされる。このリセット動作によりセンサ蓄積時間が決定される。   The sensor potential Vs is reset to the reset voltage Vr by the control of the reset signal input to the gate G1 of the reset transistor M1 and the reset transistor M1. The sensor accumulation time is determined by this reset operation.

上述した信号電荷の読み出し動作およびセンサ電位Vsのリセット動作は、図示しないシフトレジスタ等でタイミング制御される。   The above-described signal charge read operation and sensor potential Vs reset operation are timing-controlled by a shift register (not shown) or the like.

ところで、上述した構成の増幅型イメージセンサにおける1画素分の駆動回路(検出回路)を現時点においても最新ではない0.35μmのCMOSプロセスに実装した場合、その1画素当たりの検出回路の配列ピッチを40μm以下に容易に構成することができる。これにより、解像度600DPI対応の密着型イメージセンサ(増幅型イメージセンサ)を構成する場合には、各検出回路の配列ピッチを、有機材料で構成される光電変換素子20の配列ピッチに比べて十分に短くすることができる。   By the way, when the drive circuit (detection circuit) for one pixel in the amplification type image sensor having the above-described configuration is mounted on a 0.35 μm CMOS process which is not the latest at present, the arrangement pitch of the detection circuits per one pixel is set. It can be easily configured to be 40 μm or less. Accordingly, when a contact image sensor (amplification image sensor) compatible with a resolution of 600 DPI is configured, the arrangement pitch of each detection circuit is sufficiently larger than the arrangement pitch of the photoelectric conversion elements 20 made of an organic material. Can be shortened.

このように、各検出回路の配列ピッチを光電変換素子20の配列ピッチよりも短くすることができるので、本実施の形態1によれば、従来の技術において光電変換素子と駆動回路とが同一プロセスにて一体となる構成の場合に、光電変換素子の配列ピッチおよびイメージセンサのセンサ長を基に決定される単結晶シリコンサイズ長を、極めて短くすることができる。   Thus, since the arrangement pitch of the detection circuits can be made shorter than the arrangement pitch of the photoelectric conversion elements 20, according to the first embodiment, the photoelectric conversion elements and the drive circuits are the same process in the prior art. In the case of an integrated configuration, the single crystal silicon size length determined based on the arrangement pitch of the photoelectric conversion elements and the sensor length of the image sensor can be extremely shortened.

そのため、本実施の形態1に係るイメージセンサは、検出回路の取れ数や歩留りの観点から、従来の密着型イメージセンサに比べて、飛躍的に安価に製造することができる。しかも、駆動回路は、単結晶シリコンで構成されているため、そのキャリア移動度も十分大きいので、高速動作が可能である。   Therefore, the image sensor according to the first embodiment can be manufactured at a significantly lower cost than conventional contact image sensors in terms of the number of detection circuits and the yield. In addition, since the drive circuit is made of single crystal silicon, its carrier mobility is sufficiently high, so that high-speed operation is possible.

なお、本実施の形態1では、検出回路を一列に並べた構成について説明したが、検出回路の取れ数や歩留りの観点から、検出回路を複数列に配置し、幅方向は増えるが長さ方向をさらに短くした構成としてもよい。   In the first embodiment, the configuration in which the detection circuits are arranged in a row has been described. However, from the viewpoint of the number of detection circuits and the yield, the detection circuits are arranged in a plurality of rows and the width direction increases but the length direction increases. It is good also as a structure which shortened.

次に、ICチップに搭載される駆動回路の実装について説明する。   Next, mounting of a driving circuit mounted on the IC chip will be described.

A3サイズで600DPI対応の場合、約7500画素が必要となり、1チップ当たり250入力を備えた単結晶シリコンチップにおいては30個配置することになるが、ベアチップICに金バンプを付け、ワイヤー接続をしないで、ガラス基板と直接接合する実装方法で対応することができる。   In the case of A3 size and 600 DPI support, about 7500 pixels are required, and 30 single-crystal silicon chips with 250 inputs per chip will be placed, but gold bumps are attached to the bare chip IC and no wire connection is made Thus, a mounting method in which the glass substrate is directly bonded can be used.

このように駆動回路は複数に分割されるものの(複数の駆動回路で構成されるものの)、光電変換素子はシームレスなので、従来の技術の如くチップ(CMOSセンサチップ、CCDセンサチップ)間の情報が読み込めない、という問題はない。   In this way, although the drive circuit is divided into a plurality of parts (though composed of a plurality of drive circuits), the photoelectric conversion elements are seamless, so that information between chips (CMOS sensor chip, CCD sensor chip) is not obtained as in the prior art. There is no problem of being unable to read.

上述したように、光電変換素子を有機材料で構成することで、所定センサ長、所定解像度の光電変換素子を安価な製造プロセスでシームレスに作製できる。また、光電変換素子からの信号電荷を検出、読み出す駆動回路を単結晶シリコンで構成することで、当該駆動回路を所定センサ長以下のチップサイズにすることができる。これにより、高速動作可能なイメージセンサを安価に実現することができる。   As described above, by configuring the photoelectric conversion element with an organic material, a photoelectric conversion element having a predetermined sensor length and a predetermined resolution can be seamlessly manufactured by an inexpensive manufacturing process. In addition, when the driving circuit that detects and reads out signal charges from the photoelectric conversion element is made of single crystal silicon, the driving circuit can be reduced to a chip size that is equal to or smaller than a predetermined sensor length. Thereby, an image sensor capable of high-speed operation can be realized at low cost.

なお、本実施の形態1では、光電変換素子、つまり有機材料で構成される光電変換素子(以下、有機光電変換素子という。)を作製するときの作製方法については、均質で平滑性の高い薄膜を安定して形成できるものであれば、どのような方法であっても良く、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法等の各種真空プロセスや、スピンコート法、ディッピング法、インクジェット法等のウェットプロセス等の作製方法を用いることができる。   Note that in this first embodiment, a thin film with high uniformity and smoothness is manufactured as a method for manufacturing a photoelectric conversion element, that is, a photoelectric conversion element formed of an organic material (hereinafter referred to as an organic photoelectric conversion element). Any method may be used as long as it can be stably formed, for example, various vacuum processes such as vacuum deposition and sputtering, and wet processes such as spin coating, dipping, and inkjet The manufacturing method can be used.

しかし、これらの作製方法の中から、使用する材料、構成等にあったものを任意に選択することが可能であるものの、有機光電変換素子の特長の一つである低コスト化を生かすためには、大掛かりな製造装置が不要なウェットプロセスで有機層を形成することが好ましい。   However, in order to take advantage of the cost reduction that is one of the features of the organic photoelectric conversion element, it is possible to arbitrarily select the material, configuration, etc. to be used from these manufacturing methods. Preferably, the organic layer is formed by a wet process that does not require a large-scale manufacturing apparatus.

また、本実施の形態1では、イメージセンサをリニアセンサに適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、エリアセンサに適用するようにしてもよい。この場合、信号の読出しを2個のスイッチング用トランジスタによるX−Yアドレス型とすれば良い。   In the first embodiment, the case where the image sensor is applied to a linear sensor has been described. However, the present invention is not limited to this and may be applied to an area sensor. In this case, the signal may be read out as an XY address type using two switching transistors.

さらに、本実施の形態1では、基板としてガラス(ガラス基板)を用いる構成としたが、本発明はこれに限定されることなく、基板は、第1の電極(例えばITO陽極)、有機光電変換層および第2の電極(例えばアルミ陰極)を支持できるものであれば、どのようなものであっても良い。   Furthermore, in the first embodiment, glass (glass substrate) is used as the substrate. However, the present invention is not limited to this, and the substrate is composed of the first electrode (for example, ITO anode), organic photoelectric conversion. Any material can be used as long as it can support the layer and the second electrode (for example, an aluminum cathode).

基板としては、たとえば、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリエーテルスルフォン、ポリフッ化ビニル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアクリレート、非晶質ポリオレフィン、フッ素系樹脂等の各種高分子材料、さらにはシリコンウエハーをはじめとする各種金属材料等を用いることができる。   As the substrate, for example, polyethylene terephthalate, polycarbonate, polymethyl methacrylate, polyether sulfone, polyvinyl fluoride, polypropylene, polyethylene, polyacrylate, amorphous polyolefin, fluorine-based resin, and other polymer materials, as well as silicon wafers are used. Various metal materials including the above can be used.

本実施の形態1において、有機光電変換層(有機化合物層)22の構成材料である電子供与性材料としては、フェニレンビニレンおよびその誘導体、フルオレンおよびその誘導体、特に骨格にキノリン基またはピリジン基を有するフルオレン系コポリマー(P0F66、P1F66、PFPV)、フルオレン含有アリールアミンポリマー、カルバゾールおよびその誘導体、インドールおよびその誘導体、ピレンおよびその誘導体、ピロールおよびその誘導体、ピコリンおよびその誘導体、チオフェンおよびその誘導体、アセチレンおよびその誘導体、ジアセチレンおよびその誘導体を繰り返し単位として有する重合体および他のモノマーとの共重合体、またデンドリマーとして総称される一群の高分子材料が用いられる。   In this Embodiment 1, as an electron-donating material which is a constituent material of the organic photoelectric conversion layer (organic compound layer) 22, phenylene vinylene and its derivatives, fluorene and its derivatives, particularly a skeleton having a quinoline group or a pyridine group Fluorene-based copolymer (P0F66, P1F66, PFPV), fluorene-containing arylamine polymer, carbazole and derivatives thereof, indole and derivatives thereof, pyrene and derivatives thereof, pyrrole and derivatives thereof, picoline and derivatives thereof, thiophene and derivatives thereof, acetylene and derivatives thereof A polymer having a derivative, diacetylene and a derivative thereof as a repeating unit, a copolymer with another monomer, and a group of polymer materials collectively referred to as a dendrimer are used.

また、高分子に限定されるものではなく、例えば、ポルフィン、テトラフェニルポルフィン銅、フタロシアニン、銅フタロシアニン、チタニウムフタロシアニンオキサイド等のポリフィリン化合物や、「1,1−ビス{4−(ジ−P−トリルアミノ)フェニル}シクロヘキサン」、「4,4’,4’’−トリメチルトリフェニルアミン」、「N,N,N’,N’−テトラキス(P−トリル)−P−フェニレンジアミン」、「1−(N,N−ジ−P−トリルアミノ)ナフタレン」、「4,4’−ビス(ジメチルアミノ)−2−2’−ジメチルトリフェニルメタン」、「N,N,N’,N’−テトラフェニル−4,4’−ジアミノビフェニル」、「N、N’−ジフェニル−N」、「N’−ジ−m−トリル−4」、「4’−ジアミノビフェニル」、N−フェニルカルバゾ−ル等の芳香族第三級アミンや、「4−ジ−P−トリルアミノスチルベン」、「4−(ジ−P−トリルアミノ)−4’−〔4−(ジ−P−トリルアミノ)スチリル〕スチルベン」などのスチルベン化合物や、トリアゾールおよびその誘導体、オキサジザゾールおよびその誘導体、イミダゾールおよびその誘導体、ポリアリールアルカンおよびその誘導体、ピラゾリンおよびその誘導体、ピラゾロンおよびその誘導体、フェニレンジアミンおよびその誘導体、アニールアミンおよびその誘導体、アミノ置換カルコンおよびその誘導体、オキサゾールおよびその誘導体、スチリルアントラセンおよびその誘導体、フルオレノンおよびその誘導体、ヒドラゾンおよびその誘導体、シラザンおよびその誘導体、ポリシラン系アニリン系共重合体、高分子オリゴマー、スチリルアミン化合物、芳香族ジメチリディン系化合物、ポリ3−メチルチオフェン等も用いることができる。   Moreover, it is not limited to a polymer, for example, porphyrin compounds such as porphine, tetraphenylporphine copper, phthalocyanine, copper phthalocyanine, titanium phthalocyanine oxide, and “1,1-bis {4- (di-P-tolylamino) ) Phenyl} cyclohexane "," 4,4 ', 4 "-trimethyltriphenylamine", "N, N, N', N'-tetrakis (P-tolyl) -P-phenylenediamine", "1- ( N, N-di-P-tolylamino) naphthalene ”,“ 4,4′-bis (dimethylamino) -2-2′-dimethyltriphenylmethane ”,“ N, N, N ′, N′-tetraphenyl- ” 4,4′-diaminobiphenyl ”,“ N, N′-diphenyl-N ”,“ N′-di-m-tolyl-4 ”,“ 4′-diaminobiphenyl ”, -Aromatic tertiary amines such as phenylcarbazole, "4-di-P-tolylaminostilbene", "4- (di-P-tolylamino) -4 '-[4- (di-P- Stilbene compounds such as “tolylamino) styryl] stilbene”, triazole and its derivatives, oxazizazole and its derivatives, imidazole and its derivatives, polyarylalkane and its derivatives, pyrazoline and its derivatives, pyrazolone and its derivatives, phenylenediamine and its derivatives, Annealing amine and its derivatives, amino-substituted chalcone and its derivatives, oxazole and its derivatives, styrylanthracene and its derivatives, fluorenone and its derivatives, hydrazone and its derivatives, silazane and its derivatives, polysilane-based anion Emissions-based copolymer, molecular oligomers, styrylamine compounds, aromatic dimethylidine compounds, poly 3-methylthiophene and the like can also be used.

また、有機光電変換層(有機化合物層)22の構成材料である電子受容性材料としては「1,3−ビス(4−tert−ブチルフェニル−1,3,4−オキサジアゾリル)フェニレン(OXD−7)」等のオキサジアゾールおよびその誘導体、アントラキノジメタンおよびその誘導体、ジフェニルキノンおよびその誘導体、フラーレンおよびその誘導体、特にPCBM([6,6]−phenyl C61 butyric acid methyl ester)カーボンナノチューブおよびその誘導体等が用いられる。   Moreover, as an electron-accepting material which is a constituent material of the organic photoelectric conversion layer (organic compound layer) 22, "1,3-bis (4-tert-butylphenyl-1,3,4-oxadiazolyl) phenylene (OXD-7) is used. Oxadiazole and its derivatives, anthraquinodimethane and its derivatives, diphenylquinone and its derivatives, fullerene and its derivatives, in particular PCBM ([6,6] -phenyl C61 butyric acid methyl ester) carbon nanotubes and its Derivatives and the like are used.

有機光電変換層22の下(基板側)に設ける第1の電極として用いられる透明電極には、上述したITO(イリジウム−スズ酸化物)やATO(SbをドープしたSnO2)、AZO(AlをドープしたZnO)等が用いられる。さらには透明電極をAl、Ag、Au等の金属薄膜といった光透過性の材料で構成することにより、この透明電極に光透過性を付与することも可能となる。これにより光透過性の受光部を提供することもできる。 The transparent electrode used as the first electrode provided under the organic photoelectric conversion layer 22 (substrate side) includes the above-mentioned ITO (iridium-tin oxide), ATO (Sb-doped SnO 2 ), and AZO (Al. Doped ZnO) or the like is used. Furthermore, by forming the transparent electrode with a light-transmitting material such as a metal thin film of Al, Ag, Au, etc., it becomes possible to impart light transparency to the transparent electrode. Thereby, a light-transmitting light-receiving part can also be provided.

有機光電変換層22の上に設ける第2の電極には、通常Al、Ag、Au等の金属材料が用いられる。また、この第2の電極には、Al、Ag、Au、Cr、Cu、In、Mg、Ni、Si、Ti等の金属や、Mg−Ag合金、Mg−In合金等のMg合金や、Al−Li合金、Al−Sr合金、Al−Ba合金等のAl合金等の薄膜が用いられる。さらに、短絡電流の改善を図るため、有機層と陰極との間に金属酸化物、金属フッ化物等の薄膜を導入する手法も好適に用いられる。さらにはITO、ATO、AZO等を使用することも可能である。   For the second electrode provided on the organic photoelectric conversion layer 22, a metal material such as Al, Ag, or Au is usually used. The second electrode includes a metal such as Al, Ag, Au, Cr, Cu, In, Mg, Ni, Si, and Ti, a Mg alloy such as a Mg—Ag alloy and a Mg—In alloy, Al A thin film made of Al alloy such as -Li alloy, Al-Sr alloy, Al-Ba alloy or the like is used. Furthermore, in order to improve the short circuit current, a method of introducing a thin film of metal oxide, metal fluoride or the like between the organic layer and the cathode is also preferably used. Furthermore, ITO, ATO, AZO, etc. can be used.

さらに、本実施の形態1において、必要に応じて上記第1の電極あるいは上記第2の電極と有機光電変換層との間にPEDOT:PSS(ポリチオフェンとポリスチレンスルホン酸の混合物)等の高分子材料バッファ層として導入する光電変換素子の構成、あるいはシリコン、チタニア、アルミナ、カーボン、ジルコニアなどの無機物をモレ電流のブロック層として導入する光電変換素子の構成も好適に用いられる。   Furthermore, in the first embodiment, a polymer material such as PEDOT: PSS (a mixture of polythiophene and polystyrene sulfonic acid) is provided between the first electrode or the second electrode and the organic photoelectric conversion layer as necessary. A configuration of a photoelectric conversion element introduced as a buffer layer or a configuration of a photoelectric conversion element in which an inorganic substance such as silicon, titania, alumina, carbon, zirconia or the like is introduced as a block layer for a mole current is also preferably used.

また必要に応じて有機光電変換層と、その上層に形成される第2の電極あるいは第3の電極との間にフッ化リチウム(LiF)をはじめとする金属フッ化物や酸化物等をバッファ層として導入する光電変換素子の構成も好適に用いられる。   If necessary, a metal fluoride or oxide such as lithium fluoride (LiF) is provided between the organic photoelectric conversion layer and the second or third electrode formed thereon as a buffer layer. The structure of the photoelectric conversion element introduced as is also suitably used.

以上説明したように、本実施の形態1によれば、光電変換素子(複数の光電変換素子)を安価な製造プロセスで作製できる有機材料で構成し、かつ駆動回路を単結晶シリコンで作製し、さらに駆動回路の各検出手段の配列ピッチが複数の光電変換素子の配列ピッチよりも短くなるように構成しているので、所定のセンサ長に亘って所定の配列ピッチを達成したシームレスな光電変換素子(複数の光電変換素子)および高速動作可能な安価な駆動回路を実現することができる。   As described above, according to the first embodiment, the photoelectric conversion element (a plurality of photoelectric conversion elements) is formed of an organic material that can be manufactured by an inexpensive manufacturing process, and the drive circuit is formed of single crystal silicon. Furthermore, since the arrangement pitch of the detection means of the drive circuit is configured to be shorter than the arrangement pitch of the plurality of photoelectric conversion elements, the seamless photoelectric conversion element that achieves the predetermined arrangement pitch over a predetermined sensor length An inexpensive driving circuit capable of operating at a high speed (a plurality of photoelectric conversion elements) can be realized.

そのため、所定のセンサ長に亘って所定画素ピッチを達成でき、かつ高速動作可能なイメージセンサを安価に実現することができる。   Therefore, an image sensor capable of achieving a predetermined pixel pitch over a predetermined sensor length and capable of operating at high speed can be realized at low cost.

本発明は、物体の形状や画像等の各種情報を電気信号として取り出すスキャナ、ファックスなどに用いられるイメージセンサに適用することができる。   The present invention can be applied to image sensors used in scanners, fax machines, and the like that extract various information such as object shapes and images as electrical signals.

本発明の実施の形態1であるイメージセンサの概略構成を示す構成図1 is a configuration diagram showing a schematic configuration of an image sensor that is Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態1に係る光電変換素子の断面を示す断面図Sectional drawing which shows the cross section of the photoelectric conversion element which concerns on Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態1に係るイメージセンサにおける1画素分の光電変換素子および駆動回路の構成を示す構成図1 is a configuration diagram showing a configuration of a photoelectric conversion element and a drive circuit for one pixel in an image sensor according to Embodiment 1 of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 イメージセンサ
10 ガラス基板
20 光電変換素子
21 ITO陽極
22 有機光電変換層(有機化合物層)
23 アルミ陰極
30 ICチップ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Image sensor 10 Glass substrate 20 Photoelectric conversion element 21 ITO anode 22 Organic photoelectric conversion layer (organic compound layer)
23 Aluminum cathode 30 IC chip

Claims (6)

陽極と陰極との間に狭持された有機化合物層である光電変換層を備え、該光電変換層が入射光を信号電荷に光電変換する光電変換素子と、
前記光電変換素子からの信号電荷を読み出す駆動回路と、
を有し、
前記駆動回路は無機半導体で構成される
ことを特徴とするイメージセンサ。
A photoelectric conversion layer comprising a photoelectric conversion layer that is an organic compound layer sandwiched between an anode and a cathode, and the photoelectric conversion layer photoelectrically converts incident light into a signal charge;
A drive circuit for reading out signal charges from the photoelectric conversion elements;
Have
The image sensor, wherein the drive circuit is made of an inorganic semiconductor.
陽極と陰極との間に狭持された有機化合物層である光電変換層を備え、該光電変換層が入射光を信号電荷に光電変換する複数の光電変換素子と、
前記複数の光電変換素子に対応して設けられ対応する光電変換素子からの信号電荷を検出する複数の検出手段と、該複数の検出手段によって検出された信号電荷を順次読み出す複数の読出手段とを含む駆動回路と、
を有し、
前記駆動回路は無機半導体で構成され、
前記複数の光電変換素子に対応する前記複数の検出手段の配列ピッチが前記複数の光電変換素子の配列ピッチ以下である
ことを特徴とするイメージセンサ。
A plurality of photoelectric conversion elements comprising a photoelectric conversion layer that is an organic compound layer sandwiched between an anode and a cathode, and the photoelectric conversion layer photoelectrically converts incident light into a signal charge;
A plurality of detection means provided corresponding to the plurality of photoelectric conversion elements and detecting signal charges from the corresponding photoelectric conversion elements; and a plurality of reading means for sequentially reading the signal charges detected by the plurality of detection means. Including a driving circuit;
Have
The drive circuit is composed of an inorganic semiconductor,
An image sensor, wherein an arrangement pitch of the plurality of detection units corresponding to the plurality of photoelectric conversion elements is equal to or less than an arrangement pitch of the plurality of photoelectric conversion elements.
陽極と陰極との間に狭持された有機化合物層である光電変換層を備え、該光電変換層が入射光を信号電荷に光電変換する複数の光電変換素子と、
前記複数の光電変換素子に対応して設けられ対応する光電変換素子からの信号電荷を検出する複数の検出手段と、該複数の検出手段によって検出された信号電荷を順次読み出す複数の読出手段とを含む駆動回路と、
を有し、
前記複数の光電変換素子は所定の配列ピッチでシームレスな一体成型されたものであり、
前記駆動回路は複数の駆動回路で構成され、当該複数の駆動回路は無機半導体で構成される
ことを特徴とするイメージセンサ。
A plurality of photoelectric conversion elements comprising a photoelectric conversion layer that is an organic compound layer sandwiched between an anode and a cathode, and the photoelectric conversion layer photoelectrically converts incident light into a signal charge;
A plurality of detection means provided corresponding to the plurality of photoelectric conversion elements and detecting signal charges from the corresponding photoelectric conversion elements; and a plurality of reading means for sequentially reading the signal charges detected by the plurality of detection means. Including a driving circuit;
Have
The plurality of photoelectric conversion elements are seamlessly integrated with a predetermined arrangement pitch,
The image sensor according to claim 1, wherein the drive circuit includes a plurality of drive circuits, and the plurality of drive circuits include an inorganic semiconductor.
陽極と陰極との間に狭持された有機化合物層である光電変換層を備え、該光電変換層が入射光を信号電荷に光電変換する複数の光電変換素子と、
前記複数の光電変換素子に対応して設けられ対応する光電変換素子からの信号電荷を検出する複数の検出手段と、該複数の検出手段によって検出された信号電荷を順次読み出す複数の読出手段とを含み、無機半導体で構成される駆動回路と、
を有し、
前記複数の光電変換素子は、
所定の配列ピッチでシームレスな一体成型されたものであり、
前記駆動回路は、
複数の駆動回路で構成されるとともに、前記複数の光電変換素子に対応する前記複数の検出手段の配列ピッチが前記複数の光電変換素子の配列ピッチ以下である
ことを特徴とするイメージセンサ。
A plurality of photoelectric conversion elements comprising a photoelectric conversion layer that is an organic compound layer sandwiched between an anode and a cathode, and the photoelectric conversion layer photoelectrically converts incident light into a signal charge;
A plurality of detection means provided corresponding to the plurality of photoelectric conversion elements and detecting signal charges from the corresponding photoelectric conversion elements; and a plurality of reading means for sequentially reading the signal charges detected by the plurality of detection means. Including a drive circuit composed of an inorganic semiconductor;
Have
The plurality of photoelectric conversion elements are:
It is a seamless integral molding with a predetermined arrangement pitch,
The drive circuit is
An image sensor comprising: a plurality of drive circuits; and an arrangement pitch of the plurality of detection means corresponding to the plurality of photoelectric conversion elements is equal to or less than an arrangement pitch of the plurality of photoelectric conversion elements.
前記無機半導体は、シリコントランジスタであることを特徴とする請求項1〜4のうち何れか一項に記載のイメージセンサ。 The image sensor according to claim 1, wherein the inorganic semiconductor is a silicon transistor. 前記シリコントランジスタは、単結晶シリコンで構成されることを特徴とする請求項5記載のイメージセンサ。 6. The image sensor according to claim 5, wherein the silicon transistor is made of single crystal silicon.
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