JP2008227091A - 光電変換素子及び固体撮像素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】一対の電極11,13と、一対の電極11,13間に設けられた光電変換膜12とを含む光電変換部Aを備える光電変換素子であって、光電変換膜12が、可視域と赤外域を併せた範囲における吸収スペクトルの吸収ピークを赤外域に持ち、吸収した光に応じた電荷を発生する有機光電変換材料を含んで構成され、光電変換部Aが全体として可視域の光を50%以上透過する。
【選択図】図1
Description
図1は、本発明の第一実施形態である光電変換素子の概略構成を示す断面模式図である。
図1に示す光電変換素子は、下部電極11と、下部電極11に対向する上部電極13と、下部電極11と上部電極13との間に設けられた光電変換膜12とを含む光電変換部Aを少なくとも備える。図1に示す光電変換素子は、上部電極13上方から光を入射して用いる。
図2は、本発明の第二実施形態である光電変換素子の概略構成を示す断面模式図である。
図2(a)に示す光電変換素子は、シリコン等の半導体基板Kと、半導体基板K上方に積層された可視光光電変換部Bと、可視光光電変換部B上方に積層された図1に示した光電変換部Aとを備える。
上部電極13をITO、IZO、ZnO2、SnO2、TiO2、及びFTO等の仕事関数が高く、透明性の高い材料にした場合、上部電極13へのバイアス印加時の暗電流は、電圧1V印加時で10μA/cm2程度とかなり大きなものとなる。暗電流の原因の一つとして、バイアス印加時に上部電極13から光電変換膜12へと流入する電流が考えられる。ITO、IZO、ZnO2、SnO2、TiO2、及びFTO等の透明性の高い電極を上部電極13として用いた場合は、その仕事関数が比較的大きい(4.5eV以上)ことにより、正孔が光電変換膜12へと移動する際の障壁が低くなり、光電変換膜12への正孔注入が起こりやすくなるのではないかと考えられた。実際、ITO、IZO、SnO2、TiO2、及びFTO等の透明性の高い金属酸化物系透明電極の仕事関数を調べてみると、例えばITO電極の仕事関数は4.8eV程度であり、Al(アルミニウム)電極の仕事関数が約4.3eVであるのと比べてかなり高く、また、ITO以外の他の金属酸化物系の透明電極も、最も小さいAZO(Alがドープされた酸化亜鉛)の4.5eV程度を除くと、約4.6〜5.4とその仕事関数は比較的大きいものであることが知られている(例えば、J.Vac.Sci.Technol.A17(4),Jul/Aug 1999 p.1765−1772のFig.12参照。)。
本実施形態では、図2(b)に示した構成の光電変換素子を用いて固体撮像素子を実現した構成について説明する。
図4は、本発明の実施形態を説明するための撮像素子の部分表面模式図である。図5は、図4に示す撮像素子のA−A線の断面模式図である。尚、図4では、マイクロレンズ14の図示を省略してある。又、図5において図1と同様の構成には同一符号を付してある。
12 光電変換膜
13 上部電極
Claims (19)
- 一対の電極と、前記一対の電極間に設けられた光電変換膜とを含む光電変換部を備える光電変換素子であって、
前記光電変換膜が、可視域と赤外域を併せた範囲における吸収スペクトルの吸収ピークを赤外域に持ち、吸収した光に応じた電荷を発生する有機光電変換材料を含んで構成され、
前記光電変換部が、全体として可視域の光を50%以上透過する光電変換素子。 - 請求項1記載の光電変換素子であって、
前記有機光電変換材料の前記吸収ピークにおける吸収率が50%以上である光電変換素子。 - 請求項1又は2記載の光電変換素子であって、
前記光電変換部の可視域の光の透過率が75%以上である光電変換素子。 - 請求項1〜3のいずれか1項記載の光電変換素子であって、
前記一対の電極のうちの光入射側の電極の可視域及び赤外域の光の透過率が95%以上である光電変換素子。 - 請求項1〜4のいずれか1項記載の光電変換素子であって、
前記一対の電極のうちの光入射側の反対側の電極の可視域の光の透過率が95%以上である光電変換素子。 - 請求項1〜5のいずれか1項記載の光電変換素子であって、
前記一対の電極がTCOを含んでなる光電変換素子。 - 請求項6記載の光電変換素子であって、
前記TCOがITOであり、
前記有機光電変換材料が錫フタロシアニンである光電変換素子。 - 請求項1〜6のいずれか1項記載の光電変換素子であって、
前記有機光電変換材料が、フタロシアニン、ナフタロシアニン、及びスクアリリウムのいずれかを含む光電変換素子。 - 請求項8記載の光電変換素子であって、
前記フタロシアニン及び前記ナフタロシアニンがそれぞれ軸配位子を有する光電変換素子。 - 請求項1〜9のいずれか1項記載の光電変換素子であって、
前記光電変換部が上方に積層された半導体基板を備え、
可視域と赤外域を併せた範囲における吸収スペクトルの吸収ピークを可視域に持ち、吸収した光に応じた電荷を発生する可視光光電変換部を前記半導体基板と前記光電変換部の間に少なくとも1つ備える光電変換素子。 - 請求項10記載の光電変換素子であって、
前記半導体基板が、前記光電変換部及び前記可視光光電変換部の各々で発生した電荷を蓄積する蓄積部と、前記蓄積部に蓄積された電荷に応じた信号を読み出す信号読み出し部とを備える光電変換素子。 - 請求項1〜9のいずれか1項記載の光電変換素子であって、
前記光電変換部が上方に積層された半導体基板を備え、
可視域と赤外域を併せた範囲における吸収スペクトルの吸収ピークを可視域に持ち、吸収した光に応じた電荷を発生する可視光光電変換部を前記半導体基板内に少なくとも1つ備える光電変換素子。 - 請求項12記載の光電変換素子であって、
前記半導体基板が、前記光電変換部で発生した電荷を蓄積する蓄積部と、前記蓄積部に蓄積された電荷に応じた信号を読み出す信号読み出し部とを備える光電変換素子。 - 請求項10〜13のいずれか1項記載の光電変換素子であって、
前記可視光光電変換部を複数備え、
前記複数の可視光光電変換部が、それぞれ異なる波長に吸収ピークを持つ光電変換素子。 - 請求項14記載の光電変換素子であって、
前記複数の可視光光電変換部が、前記光電変換部への光入射方向に積層されている光電変換素子。 - 請求項12又は13記載の光電変換素子であって、
前記可視光光電変換部を複数備え、
前記複数の可視光光電変換部が、それぞれ異なる波長に吸収ピークを持ち、且つ、前記光電変換部への光入射方向に対して垂直方向に配列されている光電変換素子。 - 請求項15又は16記載の光電変換素子であって、
前記可視光光電変換部を3つ備え、
前記3つの可視光光電変換部が、赤色の波長域の光を吸収するR光電変換部と、緑色の波長域の光を吸収するG光電変換部と、青色の波長域の光を吸収するB光電変換部である光電変換素子。 - 請求項10〜17のいずれか1項記載の光電変換素子であって、
前記光電変換部を透過した光が前記可視光光電変換部に入射するように、前記光電変換部と前記可視光光電変換部が平面視において重なっている光電変換素子。 - 少なくとも一方の光電変換部が同一平面上にアレイ状に配置された請求項1〜18のいずれか1項記載の光電変換素子
を備える固体撮像素子。
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