JP2008258421A - Organic photoelectric conversion element, and manufacturing method thereof - Google Patents

Organic photoelectric conversion element, and manufacturing method thereof Download PDF

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Satoshi Aihara
聡 相原
Hokuto Seo
北斗 瀬尾
Masayuki Hayashi
誠之 林
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Nippon Hoso Kyokai NHK
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing an organic photoelectric conversion element wherein the orientation in a photoelectric conversion layer is highly controlled, and to provide an imaging element into which the organic photoelectric conversion element is integrated. <P>SOLUTION: In the method for manufacturing the organic photoelectric conversion element wherein a layer containing an organic compound having light conductivity is arranged between a pair of electrodes, vapor phase epitaxy is performed while controlling a part or all of the layer containing the organic compound having light conductivity at a substrate temperature of 60°C to 250°C, and the organic compound is a quinacridone-based colorant which improves the orientation of molecules. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は有機光電変換素子、有機光電変換素子の製造方法及び撮像素子に関するものである。   The present invention relates to an organic photoelectric conversion element, a method for producing the organic photoelectric conversion element, and an imaging element.

特開平6−326338号公報では、コロナ放電を利用して光電変換層を形成する有機材料を自発分極させ、有機分子の配向を高めることにより、光電荷生成の効率とキャリヤ移動度を向上させる方法を開示しているが、その効果は不十分であり、光電変換効率も2%程度に留まっている。   In JP-A-6-326338, a method for improving the efficiency of photocharge generation and carrier mobility by spontaneously polarizing an organic material forming a photoelectric conversion layer using corona discharge and increasing the orientation of organic molecules. However, the effect is insufficient and the photoelectric conversion efficiency is only about 2%.

特開2005−235923号公報では、基板及び特定構造のフッ素化アセン化合物を含む有機半導体層を有する有機薄膜トランジスタにおいて、前記基板の温度を特定の化合物に応じて特定の範囲に制御し、前記特定の化合物を前記基板上に真空蒸着する前記有機半導体層を形成する方法が記載されている。特定構造のフッ素化アセン化合物としては、テトラデカフルオロペンタセン及びドデカフルオロナフタセンが記載され、テトラデカフルオロペンタセンの場合は前記基板の温度を30℃以上65℃以下に制御すること、ドデカフルオロナフタセンの場合は前記基板の温度を24℃以上60℃以下に制御することにより、高いキャリヤ移動度を有する有機薄膜トランジスタを製造することができると記載されているが、光電変換素子に関する記載はない。   In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-235923, in an organic thin film transistor having a substrate and an organic semiconductor layer containing a fluorinated acene compound having a specific structure, the temperature of the substrate is controlled in a specific range according to a specific compound, A method is described for forming the organic semiconductor layer in which a compound is vacuum deposited on the substrate. As the fluorinated acene compound having a specific structure, tetradecafluoropentacene and dodecafluoronaphthacene are described. In the case of tetradecafluoropentacene, the temperature of the substrate is controlled to 30 ° C. or more and 65 ° C. or less, dodecafluoronaphthacene, In this case, it is described that an organic thin film transistor having high carrier mobility can be produced by controlling the temperature of the substrate to 24 ° C. or more and 60 ° C. or less, but there is no description about a photoelectric conversion element.

特開2002−76027号公報では、太陽電池等に利用できる有機光電変換素子の光電変換層を形成する際に、基板の温度を変更しながら、2種の有機材料、具体的にはメタルフリーフタロシアニンとペリレン顔料を共蒸着する製膜方法を記載しているが、キャリヤ移動度との結びつきについては記載がない。   In JP 2002-76027 A, when forming a photoelectric conversion layer of an organic photoelectric conversion element that can be used for a solar cell or the like, two kinds of organic materials, specifically metal-free phthalocyanine, are changed while changing the temperature of the substrate. And perylene pigment are co-evaporated, but there is no description of the relationship with carrier mobility.

有機光電変換素子は、シリコン系などの無機光電変換素子に比べて光電変換効率が低い欠点を有している。その理由の一つとして、キャリヤ移動度が小さいという問題を有し、そのため、光吸収に続く電荷分離で発生したキャリヤの多くが電極に到達するまでに再結合等で消失してしまい、信号電流として読み出すことが出来なかった。キャリヤ移動度を向上させる技術は、有機光電変換素子の性能向上の鍵となる重要な技術の一つであり、更なる改良が求められている。
特開平6−326338号公報 特開2005−235923号公報 特開2002−76027号公報
The organic photoelectric conversion element has a drawback that the photoelectric conversion efficiency is lower than that of a silicon-based inorganic photoelectric conversion element. One of the reasons is that the carrier mobility is low, so that most of the carriers generated by charge separation following light absorption disappear by recombination before reaching the electrode, and the signal current Could not be read as. The technique for improving the carrier mobility is one of the important techniques for improving the performance of the organic photoelectric conversion element, and further improvement is required.
JP-A-6-326338 JP 2005-235923 A JP 2002-76027 A

本発明の目的は有機光電変換素子の有機膜(層)のキャリヤ移動度を向上させる方法を提供することであり、光電変換層の配向を高度に制御した有機光電変換素子の製造方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide a method for improving the carrier mobility of an organic film (layer) of an organic photoelectric conversion element, and to provide a method for producing an organic photoelectric conversion element in which the orientation of the photoelectric conversion layer is highly controlled. That is.

前記の課題は下記の手段により解決された。
(1) 一対の電極の間に、光導電性を有する有機化合物を含有する層を配置した有機光電変換素子の製造方法において、該光導電性を有する有機化合物を含有する層の一部、またはすべてを基板温度60℃〜250℃に制御しながら気相成長させることを特徴とする有機光電変換素子の製造方法。
(2) 前記光導電性を有する有機化合物がキナクリドン系色素であることを特徴とする(1)に記載の有機光電変換素子の製造方法。
(3) 一対の電極の間に、光導電性を有する有機化合物を含有する層を配置した有機光電変換素子において、該光導電性を有する有機化合物を含有する層の一部、またはすべてが配向されていることを特徴とする有機光電変換素子。
(4) 前記光導電性を有する有機化合物がキナクリドン系色素であることを特徴とする(3)に記載の有機光電変換素子。
(5) 前記光導電性を有する有機化合物を含有する層が、該有機化合物を含有する層に対しX線回折測定をした際に、回折角度2θの11度付近、23度付近、29度付近に強いX線回折ピークを有することを特徴とする(3)または(4)に記載の有機光電変換素子。
The above problems have been solved by the following means.
(1) In the method for manufacturing an organic photoelectric conversion element in which a layer containing a photoconductive organic compound is disposed between a pair of electrodes, a part of the layer containing the photoconductive organic compound, or A method for producing an organic photoelectric conversion element, characterized by performing vapor phase growth while controlling all of the substrate temperature at 60 ° C to 250 ° C.
(2) The method for producing an organic photoelectric conversion element according to (1), wherein the organic compound having photoconductivity is a quinacridone dye.
(3) In an organic photoelectric conversion element in which a layer containing a photoconductive organic compound is disposed between a pair of electrodes, a part or all of the layer containing the photoconductive organic compound is oriented. Organic photoelectric conversion element characterized by being made.
(4) The organic photoelectric conversion element according to (3), wherein the organic compound having photoconductivity is a quinacridone dye.
(5) When the layer containing the organic compound having photoconductivity is measured by X-ray diffraction with respect to the layer containing the organic compound, the diffraction angle 2θ is around 11 degrees, around 23 degrees, around 29 degrees. The organic photoelectric conversion device according to (3) or (4), which has a strong X-ray diffraction peak.

(6) 前記光導電性を有する有機化合物を含有する層と前記一対の電極のうち少なくとも一方の電極との間に、実質的に光吸収しない有機化合物もしくは無機物からなる層を配置すること特徴とする(3)〜(5)のいずれかに記載の有機光電変換素子。
(7) 前記一対の電極を介し有機光電変換素子に印加される電界が1.0×10V/cm〜1.0×10V/cmであること特徴とする(3)〜(6)のいずれかに記載の有機光電変換素子。
(8) 前記(3)〜(6)のいずれかに記載の有機光電変換素子を組み込んだことを特徴とする撮像素子。
(6) A layer made of an organic compound or an inorganic substance that does not substantially absorb light is disposed between the layer containing the photoconductive organic compound and at least one of the pair of electrodes. The organic photoelectric conversion device according to any one of (3) to (5).
(7) The electric field applied to the organic photoelectric conversion element via the pair of electrodes is 1.0 × 10 4 V / cm to 1.0 × 10 7 V / cm (3) to (6) ) The organic photoelectric conversion element according to any one of the above.
(8) An imaging device comprising the organic photoelectric conversion device according to any one of (3) to (6).

本願発明の第1の態様は、一対の電極の間に、光導電性を有する有機化合物を含有する層を配置した有機光電変換素子の製造方法において、該光導電性を有する有機化合物を含有する層(有機層)の一部、またはすべてを基板温度60℃〜250℃に制御しながら気相成長させることを特徴とする有機光電変換素子の製造方法である。   1st aspect of this invention contains the organic compound which has this photoconductivity in the manufacturing method of the organic photoelectric conversion element which has arrange | positioned the layer containing the organic compound which has photoconductivity between a pair of electrodes. It is a method for producing an organic photoelectric conversion element, characterized in that a part or all of a layer (organic layer) is vapor-phase grown while controlling the substrate temperature at 60 to 250 ° C.

本願発明の第2の態様は、一対の電極の間に、光導電性を有する有機化合物を含有する層を配置した有機光電変換素子において、該光導電性を有する有機化合物を含有する層(有機層)の一部、またはすべてが高度に配向されていることを特徴とする有機光電変換素子である。
〔有機層の配向制御〕
本発明においては、以下に記載の配向制御を適用できる。
According to a second aspect of the present invention, in an organic photoelectric conversion element in which a layer containing an organic compound having photoconductivity is disposed between a pair of electrodes, a layer containing an organic compound having photoconductivity (organic Part or all of the layer) is highly oriented, and is an organic photoelectric conversion element.
(Organic layer orientation control)
In the present invention, the orientation control described below can be applied.

本発明においては、有機化合物の配向がランダムな状態に比べて秩序を有していることが好ましい。ランダムでなければ秩序の程度は低くても高くても良いが、好ましくは高秩序の場合である。   In the present invention, the orientation of the organic compound is preferably ordered as compared to a random state. If it is not random, the degree of order may be low or high, but high order is preferable.

1対の電極間にp型半導体の層、n型半導体の層、(好ましくは混合・分散(バルクヘテロ接合構造)層)を持つ光電変換膜において、p型半導体及びn型半導体のうちの少なくとも1方に配向制御された有機化合物を含む光電変換膜の場合が好ましく、さらに好ましくは、p型半導体及びn型半導体の両方に配向制御された(可能な)有機化合物を含む場合である。   In a photoelectric conversion film having a p-type semiconductor layer, an n-type semiconductor layer (preferably a mixed / dispersed (bulk heterojunction structure) layer) between a pair of electrodes, at least one of the p-type semiconductor and the n-type semiconductor The case of a photoelectric conversion film containing an organic compound whose orientation is controlled in the direction is preferred, and the case where an organic compound whose orientation is controlled (possible) is contained in both the p-type semiconductor and the n-type semiconductor is more preferred.

光電変換素子の有機層に用いられる有機化合物としては、π共役電子を持つものが好ましく用いられるが、このπ電子平面が、基板(電極基板)に対してある特定の角度で配向していることが好ましい。この有機化合物を含有する層に対しX線回折測定を行うと配向されているため、キナクリドン系色素の場合、回折角度2θの11度付近、23度付近、29度付近に強いX線回折ピークが生じる。   As the organic compound used in the organic layer of the photoelectric conversion element, those having π-conjugated electrons are preferably used, and the π-electron plane is oriented at a certain angle with respect to the substrate (electrode substrate). Is preferred. Since X-ray diffraction measurement is performed on the layer containing the organic compound, the quinacridone dye has strong X-ray diffraction peaks at diffraction angles 2θ of around 11 degrees, 23 degrees, and 29 degrees. Arise.

上記のように、配向の制御された有機化合物の層は、有機層全体に対して一部でも含めば良い。好ましくは、有機層全体に対する配向の制御された部分の割合が10%以上の場合であり、さらに好ましくは30%以上、さらに好ましくは50%以上、さらに好ましくは70%以上、特に好ましくは90%以上、最も好ましくは100%である。このような状態は、光電変換膜において、有機層の有機化合物の配向を制御することにより有機層のキャリア拡散長が短いという欠点を補い、光電変換効率を向上させるものである。   As described above, the organic compound layer whose orientation is controlled may be partially included in the entire organic layer. Preferably, the proportion of the portion where the orientation is controlled with respect to the entire organic layer is 10% or more, more preferably 30% or more, more preferably 50% or more, further preferably 70% or more, and particularly preferably 90%. Above, most preferably 100%. Such a state compensates for the shortcoming of the short carrier diffusion length of the organic layer by controlling the orientation of the organic compound in the organic layer in the photoelectric conversion film, and improves the photoelectric conversion efficiency.

有機化合物の配向は、基板の選択・蒸着条件の調整等により制御が可能である。本発明においては、基板温度を60℃〜250℃、好ましくは60℃〜190℃、更に好ましくは80℃〜180℃に制御しながら気相成長させる有機光電変換層を製造する方法により高度に配向された有機光電変換層が得られる。   The orientation of the organic compound can be controlled by selecting the substrate and adjusting the deposition conditions. In the present invention, the substrate temperature is highly oriented by a method for producing an organic photoelectric conversion layer that is vapor-phase grown while controlling the substrate temperature at 60 ° C. to 250 ° C., preferably 60 ° C. to 190 ° C., more preferably 80 ° C. to 180 ° C. The obtained organic photoelectric conversion layer is obtained.

有機化合物として、キナクリドンを用いた場合の基板温度を60℃〜250℃に制御しながら気相成長させた結果、X線回折パターンにおいて、150℃では、回折角度2θの11度付近、23度付近、及び29度付近に強いX線回折ピークが出現する。これはキナクリドンが基板に対して高度に配向されていることを示している。この現象はキナクリドン以外のキナクリドン系色素でも見られる。
(本発明の有機層の形成法)
前記有機化合物を含有する層は、真空蒸着法により成膜される。
As a result of vapor phase growth while controlling the substrate temperature to 60 ° C. to 250 ° C. when quinacridone is used as the organic compound, in the X-ray diffraction pattern, at 150 ° C., the diffraction angle 2θ is around 11 degrees and around 23 degrees. , And a strong X-ray diffraction peak appears around 29 degrees. This indicates that quinacridone is highly oriented with respect to the substrate. This phenomenon is also observed with quinacridone pigments other than quinacridone.
(Formation method of the organic layer of the present invention)
The layer containing the organic compound is formed by a vacuum deposition method.

真空蒸着法は抵抗加熱蒸着法、電子線加熱蒸着法等の化合物の加熱の方法、るつぼ、ボ−ト等の蒸着源の形状、真空度、蒸着温度、基板温度、蒸着速度等が基本的なパラメ−タ−である。均一な蒸着を可能とするために基盤を回転させて蒸着することは好ましい。蒸着時のすべての工程は真空中で行われることが好ましく、基本的には化合物が直接、外気の酸素、水分と接触しないようにする。本発明では上記パラメ−タ−のうち真空度、及び基板温度が重要である。   The vacuum deposition method is basically based on the heating method of the compound such as resistance heating deposition method and electron beam heating deposition method, the shape of the deposition source such as crucible and boat, vacuum degree, deposition temperature, substrate temperature, deposition rate, etc. It is a parameter. In order to make uniform deposition possible, it is preferable to perform deposition by rotating the substrate. It is preferable that all steps during the vapor deposition are performed in a vacuum, and basically the compound is not directly in contact with oxygen and moisture in the outside air. In the present invention, the degree of vacuum and the substrate temperature are important among the above parameters.

基板温度を60℃〜250℃の範囲で制御しながら気相成長させることが好ましく、基板温度を60℃〜190℃の範囲で制御することがより好ましく、基板温度を80℃〜180℃で制御することが更に好ましく、基板温度を130℃〜170℃の範囲で制御することが特に好ましい。   Vapor phase growth is preferably performed while the substrate temperature is controlled in the range of 60 ° C. to 250 ° C., the substrate temperature is more preferably controlled in the range of 60 ° C. to 190 ° C., and the substrate temperature is controlled in the range of 80 ° C. to 180 ° C. More preferably, the substrate temperature is particularly preferably controlled in the range of 130 ° C to 170 ° C.

真空度は高い方が好ましく1.33×10−2Pa(10−4Torr)以下、好ましくは1.33×10−4Pa(10−6Torr)以下で真空蒸着が行われる。真空蒸着の上述した条件は有機膜の結晶性、アモルファス性、密度、緻密度等に影響するので厳密に制御する必要がある。水晶振動子、干渉計等の膜厚モニタ−を用いて蒸着速度をPIもしくはPID制御することは好ましく用いられる。2種以上の化合物を同時に蒸着する場合には共蒸着法、フラッシュ蒸着法等を好ましく用いることができる。 The degree of vacuum is preferably higher, and vacuum deposition is performed at 1.33 × 10 −2 Pa (10 −4 Torr) or less, preferably 1.33 × 10 −4 Pa (10 −6 Torr) or less. The above-described conditions for vacuum deposition need to be strictly controlled because they affect the crystallinity, amorphousness, density, density, etc. of the organic film. It is preferable to use PI or PID control of the deposition rate using a film thickness monitor such as a quartz crystal resonator or an interferometer. When two or more kinds of compounds are vapor-deposited simultaneously, a co-evaporation method, a flash vapor deposition method, or the like can be preferably used.

基板としては、透明基板でも、不透明基板でも、また半透明基板のいずれでもよく、透明基板としては透明石英ガラス、透明結晶化ガラス等が好ましく用いられる。   The substrate may be a transparent substrate, an opaque substrate, or a semi-transparent substrate, and transparent quartz glass, transparent crystallized glass, or the like is preferably used as the transparent substrate.

前記有機化合物としてはキナクリドン系色素を用いることが好ましい。好ましいキナクリドン系色素は下記一般式(I)で表される化合物である。   It is preferable to use a quinacridone dye as the organic compound. Preferred quinacridone dyes are compounds represented by the following general formula (I).

Figure 2008258421
式中、環Aは、
Figure 2008258421
Wherein ring A is

Figure 2008258421
を表し、n1は0または1を表す。但しn1が0の時、環Aが表す部分はビニル基を表す。環Aはさらに置換基を有してもよい。R1、R2は各々独立に水素原子、アルキル基、アリール基、またはヘテロ環基を表す。R3、R4は各々独立に置換基を表し、m1、m2は各々独立に0ないし4の整数を表す。m1、m2が2ないし4の整数の場合、複数のR3、R4は同じでも異なっていてもよく、また互いに連結して環を形成してもよい。
Figure 2008258421
N1 represents 0 or 1. However, when n1 is 0, the portion represented by ring A represents a vinyl group. Ring A may further have a substituent. R 1 and R 2 each independently represents a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group, or a heterocyclic group. R 3 and R 4 each independently represent a substituent, and m1 and m2 each independently represents an integer of 0 to 4. When m1 and m2 are integers of 2 to 4, a plurality of R 3 and R 4 may be the same or different, and may be connected to each other to form a ring.

一般式(I)のR3、R4で表される置換基としては、例えば、アルキル基(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜10であり、例えばメチル、エチル、iso−プロピル、tert−ブチル、n−オクチル、n−デシル、n−ヘキサデシル、シクロプロピル、シクロペンチル、シクロヘキシルなどが挙げられる。)、アルケニル基(好ましくは炭素数2〜30、より好ましくは炭素数2〜20、特に好ましくは炭素数2〜10であり、例えばビニル、アリル、2−ブテニル、3−ペンテニルなどが挙げられる。)、アルキニル基(好ましくは炭素数2〜30、より好ましくは炭素数2〜20、特に好ましくは炭素数2〜10であり、例えばプロパルギル、3−ペンチニルなどが挙げられる。)、アリール基(好ましくは炭素数6〜30、より好ましくは炭素数6〜20、特に好ましくは炭素数6〜12であり、例えばフェニル、p−メチルフェニル、ナフチル、アントラニルなどが挙げられる。)、アミノ基(アルキル基、アリール基もしくはヘテロ環基で置換されうるアミノ基、好ましくは炭素数0〜30、より好ましくは炭素数0〜20、特に好ましくは炭素数0〜10であり、例えばアミノ、メチルアミノ、ジメチルアミノ、ジエチルアミノ、ジベンジルアミノ、ジフェニルアミノ、ジトリルアミノなどが挙げられる。)、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜10であり、例えばメトキシ、エトキシ、ブトキシ、2−エチルヘキシロキシなどが挙げられる。)、アリールオキシ基(好ましくは炭素数6〜30、より好ましくは炭素数6〜20、特に好ましくは炭素数6〜12であり、例えばフェニルオキシ、1−ナフチルオキシ、2−ナフチルオキシなどが挙げられる。)、ヘテロアリールオキシ基(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばピリジルオキシ、ピラジルオキシ、ピリミジルオキシ、キノリルオキシなどが挙げられる。)、アシル基(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばアセチル、ベンゾイル、ホルミル、ピバロイルなどが挙げられる。)、アルコキシカルボニル基(好ましくは炭素数2〜30、より好ましくは炭素数2〜20、特に好ましくは炭素数2〜12であり、例えばメトキシカルボニル、エトキシカルボニルなどが挙げられる。)、アリールオキシカルボニル基(好ましくは炭素数7〜30、より好ましくは炭素数7〜20、特に好ましくは炭素数7〜12であり、例えばフェニルオキシカルボニルなどが挙げられる。)、アシルオキシ基(好ましくは炭素数2〜30、より好ましくは炭素数2〜20、特に好ましくは炭素数2〜10であり、例えばアセトキシ、ベンゾイルオキシなどが挙げられる。)、アシルアミノ基(好ましくは炭素数2〜30、より好ましくは炭素数2〜20、特に好ましくは炭素数2〜10であり、例えばアセチルアミノ、ベンゾイルアミノなどが挙げられる。)、アルコキシカルボニルアミノ基(好ましくは炭素数2〜30、より好ましくは炭素数2〜20、特に好ましくは炭素数2〜12であり、例えばメトキシカルボニルアミノなどが挙げられる。)、アリールオキシカルボニルアミノ基(好ましくは炭素数7〜30、より好ましくは炭素数7〜20、特に好ましくは炭素数7〜12であり、例えばフェニルオキシカルボニルアミノなどが挙げられる。)、スルホニルアミノ基(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばメタンスルホニルアミノ、ベンゼンスルホニルアミノなどが挙げられる。)、スルファモイル基(好ましくは炭素数0〜30、より好ましくは炭素数0〜20、特に好ましくは炭素数0〜12であり、例えばスルファモイル、メチルスルファモイル、ジメチルスルファモイル、フェニルスルファモイルなどが挙げられる。)、カルバモイル基(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばカルバモイル、メチルカルバモイル、ジエチルカルバモイル、フェニルカルバモイルなどが挙げられる。)、アルキルチオ基(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばメチルチオ、エチルチオなどが挙げられる。)、アリールチオ基(好ましくは炭素数6〜30、より好ましくは炭素数6〜20、特に好ましくは炭素数6〜12であり、例えばフェニルチオなどが挙げられる。)、ヘテロ環基置換チオ基(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばピリジルチオ、2−ベンズイミゾリルチオ、2−ベンズオキサゾリルチオ、2−ベンズチアゾリルチオなどが挙げられる。)、スルホニル基(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばメシル、トシルなどが挙げられる。)、スルフィニル基(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばメタンスルフィニル、ベンゼンスルフィニルなどが挙げられる。)、ウレイド基(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばウレイド、メチルウレイド、フェニルウレイドなどが挙げられる。)、リン酸アミド基(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばジエチルリン酸アミド、フェニルリン酸アミドなどが挙げられる。)、ヒドロキシ基、メルカプト基、ハロゲン原子(例えばフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子)、シアノ基、スルホ基、カルボキシル基、ニトロ基、ヒドロキサム酸基、スルフィノ基、ヒドラジノ基、イミノ基、ヘテロ環基(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜12であり、ヘテロ原子としては、例えば窒素原子、酸素原子、硫黄原子、具体的には例えばイミダゾリル、ピリジル、キノリル、フリル、チエニル、ピペリジル、モルホリノ、ベンズオキサゾリル、ベンズイミダゾリル、ベンズチアゾリル、カルバゾリル基、アゼピニル基などが挙げられる。)、シリル基(好ましくは炭素数3〜40、より好ましくは炭素数3〜30、特に好ましくは炭素数3〜24であり、例えばトリメチルシリル、トリフェニルシリルなどが挙げられる。)などが挙げられる。これらの置換基は更に置換されてもよい。 Examples of the substituent represented by R 3 and R 4 in formula (I) include an alkyl group (preferably having 1 to 30 carbon atoms, more preferably 1 to 20 carbon atoms, and particularly preferably 1 to 10 carbon atoms). For example, methyl, ethyl, iso-propyl, tert-butyl, n-octyl, n-decyl, n-hexadecyl, cyclopropyl, cyclopentyl, cyclohexyl, etc.), an alkenyl group (preferably having 2 to 2 carbon atoms). 30, more preferably 2 to 20 carbon atoms, particularly preferably 2 to 10 carbon atoms, such as vinyl, allyl, 2-butenyl, 3-pentenyl, etc.), an alkynyl group (preferably having 2 to 2 carbon atoms). 30, more preferably 2 to 20 carbon atoms, particularly preferably 2 to 10 carbon atoms, and examples thereof include propargyl, 3-pentynyl and the like. ), An aryl group (preferably having 6 to 30 carbon atoms, more preferably 6 to 20 carbon atoms, particularly preferably 6 to 12 carbon atoms, and examples thereof include phenyl, p-methylphenyl, naphthyl, and anthranyl). An amino group (an amino group that can be substituted with an alkyl group, an aryl group, or a heterocyclic group, preferably 0 to 30 carbon atoms, more preferably 0 to 20 carbon atoms, and particularly preferably 0 to 10 carbon atoms. , Methylamino, dimethylamino, diethylamino, dibenzylamino, diphenylamino, ditolylamino, etc.), an alkoxy group (preferably having 1 to 30 carbon atoms, more preferably 1 to 20 carbon atoms, and particularly preferably 1 carbon atom). -10, for example, methoxy, ethoxy, butoxy, 2-ethylhexyloxy, etc. ), An aryloxy group (preferably having 6 to 30 carbon atoms, more preferably 6 to 20 carbon atoms, particularly preferably 6 to 12 carbon atoms, such as phenyloxy, 1-naphthyloxy, 2-naphthyloxy and the like. And a heteroaryloxy group (preferably having 1 to 30 carbon atoms, more preferably 1 to 20 carbon atoms, particularly preferably 1 to 12 carbon atoms, such as pyridyloxy, pyrazyloxy, pyrimidyloxy, quinolyloxy and the like. An acyl group (preferably having 1 to 30 carbon atoms, more preferably 1 to 20 carbon atoms, and particularly preferably 1 to 12 carbon atoms, and examples thereof include acetyl, benzoyl, formyl, pivaloyl). Alkoxycarbonyl group (preferably having 2 to 30 carbon atoms, more preferably 2 to 20 carbon atoms, particularly preferred) Ku is a 2 to 12 carbon atoms, such as methoxycarbonyl and ethoxycarbonyl. ), An aryloxycarbonyl group (preferably having a carbon number of 7 to 30, more preferably a carbon number of 7 to 20, particularly preferably a carbon number of 7 to 12, such as phenyloxycarbonyl), an acyloxy group (preferably Has 2 to 30 carbon atoms, more preferably 2 to 20 carbon atoms, particularly preferably 2 to 10 carbon atoms, and examples thereof include acetoxy and benzoyloxy.), An acylamino group (preferably 2 to 30 carbon atoms, More preferably, it has 2 to 20 carbon atoms, particularly preferably 2 to 10 carbon atoms, and examples thereof include acetylamino, benzoylamino and the like, and an alkoxycarbonylamino group (preferably 2 to 30 carbon atoms, more preferably carbon atoms). 2 to 20, particularly preferably 2 to 12 carbon atoms, such as methoxycarbonylamino An aryloxycarbonylamino group (preferably having 7 to 30 carbon atoms, more preferably 7 to 20 carbon atoms, and particularly preferably 7 to 12 carbon atoms, such as phenyloxycarbonylamino). A sulfonylamino group (preferably having 1 to 30 carbon atoms, more preferably 1 to 20 carbon atoms, particularly preferably 1 to 12 carbon atoms, such as methanesulfonylamino and benzenesulfonylamino), a sulfamoyl group (Preferably having 0 to 30 carbon atoms, more preferably 0 to 20 carbon atoms, and particularly preferably 0 to 12 carbon atoms. Examples thereof include sulfamoyl, methylsulfamoyl, dimethylsulfamoyl, and phenylsulfamoyl. ), A carbamoyl group (preferably having 1 to 30 carbon atoms, more preferably A prime number of 1-20, particularly preferably a carbon number of 1-12, such as carbamoyl, methylcarbamoyl, diethylcarbamoyl, phenylcarbamoyl, etc., an alkylthio group (preferably having a carbon number of 1-30, more preferably a carbon number). 1 to 20, particularly preferably 1 to 12 carbon atoms, for example, methylthio, ethylthio, etc.), arylthio groups (preferably 6 to 30 carbon atoms, more preferably 6 to 20 carbon atoms, particularly preferably carbon atoms). And a heterocyclic group-substituted thio group (preferably having 1 to 30 carbon atoms, more preferably 1 to 20 carbon atoms, and particularly preferably 1 to 12 carbon atoms). For example, pyridylthio, 2-benzimidazolylthio, 2-benzoxazolylthio, 2-benzthiazoly Lucio etc. are mentioned. ), A sulfonyl group (preferably having 1 to 30 carbon atoms, more preferably 1 to 20 carbon atoms, particularly preferably 1 to 12 carbon atoms such as mesyl and tosyl), a sulfinyl group (preferably carbon). 1 to 30, more preferably 1 to 20 carbon atoms, particularly preferably 1 to 12 carbon atoms, such as methanesulfinyl, benzenesulfinyl, etc.), ureido group (preferably 1 to 30 carbon atoms, more Preferably it is C1-C20, Most preferably, it is C1-C12, for example, ureido, methylureido, phenylureido etc. are mentioned), phosphoric acid amide group (preferably C1-C30, more preferably It has 1 to 20 carbon atoms, particularly preferably 1 to 12 carbon atoms. Examples thereof include diethyl phosphoric acid amide and phenyl phosphoric acid amide. Hydroxy group, mercapto group, halogen atom (eg fluorine atom, chlorine atom, bromine atom, iodine atom), cyano group, sulfo group, carboxyl group, nitro group, hydroxamic acid group, sulfino group, hydrazino group, imino group Group, heterocyclic group (preferably having 1 to 30 carbon atoms, more preferably 1 to 12 carbon atoms, and examples of the hetero atom include a nitrogen atom, an oxygen atom and a sulfur atom, specifically, for example, imidazolyl, pyridyl and quinolyl. , Furyl, thienyl, piperidyl, morpholino, benzoxazolyl, benzimidazolyl, benzthiazolyl, carbazolyl group, azepinyl group, etc.), silyl group (preferably having 3 to 40 carbon atoms, more preferably 3 to 30 carbon atoms). Particularly preferably having 3 to 24 carbon atoms, such as trimethylsilyl, Such as Li triphenylsilyl and the like.) And the like. These substituents may be further substituted.

1、R2が表す置換基はアルキル基、アリール基、またはヘテロ環基であり、より好ましくは、前述のR3、R4、R5、R6が表す置換基の例で説明したアルキル基、アリール基、ヘテロ環基である。R1、R2は好ましくは水素原子、アルキル基、またはアリール基であり、より好ましくは水素原子、またはアルキル基であり、特に好ましくは水素原子、または炭素数1〜5のアルキル基である。 The substituent represented by R 1 and R 2 is an alkyl group, an aryl group, or a heterocyclic group, and more preferably, the alkyl described in the examples of the substituent represented by R 3 , R 4 , R 5 , and R 6 described above. Group, aryl group, and heterocyclic group. R 1 and R 2 are preferably a hydrogen atom, an alkyl group, or an aryl group, more preferably a hydrogen atom or an alkyl group, and particularly preferably a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms.

環Aは好ましくはベンゼン環であり、n1、n2は好ましくは1である。R3、R4が表す置換基は好ましくはハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、またはヘテロ環基であり、より好ましくは前述のR3、R4、R5、R6が表す置換基の例で説明したハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、ヘテロ環基であり、R3、R4、R5、R6は好ましくはハロゲン原子、アルキル基、またはアルコキシ基であり、より好ましくはハロゲン原子、またはアルキル基であり、特に好ましくはアルキル基である。m1、m2はそれぞれ好ましくは、0または1である。 Ring A is preferably a benzene ring, and n1 and n2 are preferably 1. The substituent represented by R 3 and R 4 is preferably a halogen atom, an alkyl group, an alkoxy group, an aryl group, or a heterocyclic group, and more preferably the substituent represented by the aforementioned R 3 , R 4 , R 5 , or R 6. A halogen atom, an alkyl group, an alkoxy group, an aryl group, or a heterocyclic group described in the example of the group, and R 3 , R 4 , R 5 , and R 6 are preferably a halogen atom, an alkyl group, or an alkoxy group; More preferred is a halogen atom or an alkyl group, and particularly preferred is an alkyl group. Each of m1 and m2 is preferably 0 or 1.

以下に、本発明で好ましく用いられる一般式(I)で表される化合物を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。   The compounds represented by formula (I) preferably used in the present invention are shown below, but the present invention is not limited to these.

Figure 2008258421
Figure 2008258421

Figure 2008258421
[有機層]
本発明における光導電性を有する有機化合物を含む有機層(有機膜)について説明する。
本発明の有機層からなる電磁波吸収/光電変換部位は1対の電極に挟まれた有機層から成る。有機層は電磁波を吸収する部位、光電変換部位、電子輸送部位、正孔輸送部位、電子ブロッキング部位、正孔ブロッキング部位、結晶化防止部位、電極ならびに層間接触改良部位等の積み重ねもしくは混合から形成される。
Figure 2008258421
[Organic layer]
The organic layer (organic film) containing the photoconductive organic compound in the present invention will be described.
The electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion site comprising the organic layer of the present invention comprises an organic layer sandwiched between a pair of electrodes. The organic layer is formed by stacking or mixing parts that absorb electromagnetic waves, photoelectric conversion parts, electron transport parts, hole transport parts, electron blocking parts, hole blocking parts, crystallization prevention parts, electrodes and interlayer contact improvement parts, etc. The

有機層は有機p型化合物または有機n型化合物を含有することが好ましい。   The organic layer preferably contains an organic p-type compound or an organic n-type compound.

有機層は有機p型半導体(化合物)、及び有機n型半導体(化合物)を含有することが好ましく、これらはいかなるものでも良い。また、可視及び赤外域に吸収を持っていても持っていなくても良いが、好ましくは可視域に吸収を持っている化合物(有機色素)を少なくとも一つ用いる場合である。更に、無色のp型化合物とn型化合物を用い、これらに有機色素を加えても良い。   The organic layer preferably contains an organic p-type semiconductor (compound) and an organic n-type semiconductor (compound), and any of these may be used. Further, it may or may not have absorption in the visible and infrared regions, but it is preferable to use at least one compound (organic dye) having absorption in the visible region. Further, a colorless p-type compound and an n-type compound may be used, and an organic dye may be added thereto.

p型層/バルクへテロ接合層/n型層の3層構造にする場合、入射光側のp型、又はn型半導体(化合物)は無色である場合が好ましい。   In the case of a three-layer structure of p-type layer / bulk heterojunction layer / n-type layer, the p-type or n-type semiconductor (compound) on the incident light side is preferably colorless.

有機p型半導体(化合物)は、ドナー性有機半導体(化合物)であり、主に正孔輸送性有機化合物に代表され、電子を供与しやすい性質がある有機化合物をいう。さらに詳しくは2つの有機材料を接触させて用いたときにイオン化ポテンシャルの小さい方の有機化合物をいう。したがって、ドナー性有機化合物は、電子供与性のある有機化合物であればいずれの有機化合物も使用可能である。例えば、トリアリールアミン化合物、ベンジジン化合物、ピラゾリン化合物、スチリルアミン化合物、ヒドラゾン化合物、トリフェニルメタン化合物、カルバゾール化合物、ポリシラン化合物、チオフェン化合物、フタロシアニン化合物、シアニン化合物、メロシアニン化合物、オキソノール化合物、ポリアミン化合物、インドール化合物、ピロール化合物、ピラゾール化合物、ポリアリーレン化合物、縮合芳香族炭素環化合物(ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、フェナントレン誘導体、テトラセン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体、フルオランテン誘導体)、含窒素ヘテロ環化合物を配位子として有する金属錯体等を用いることができる。なお、これに限らず、上記したように、n型(アクセプター性)化合物として用いた有機化合物よりもイオン化ポテンシャルの小さい有機化合物であればドナー性有機半導体として用いてよい。   The organic p-type semiconductor (compound) is a donor-type organic semiconductor (compound), which is mainly represented by a hole-transporting organic compound and refers to an organic compound having a property of easily donating electrons. More specifically, an organic compound having a smaller ionization potential when two organic materials are used in contact with each other. Therefore, any organic compound can be used as the donor organic compound as long as it is an electron-donating organic compound. For example, triarylamine compound, benzidine compound, pyrazoline compound, styrylamine compound, hydrazone compound, triphenylmethane compound, carbazole compound, polysilane compound, thiophene compound, phthalocyanine compound, cyanine compound, merocyanine compound, oxonol compound, polyamine compound, indole Compounds, pyrrole compounds, pyrazole compounds, polyarylene compounds, condensed aromatic carbocyclic compounds (naphthalene derivatives, anthracene derivatives, phenanthrene derivatives, tetracene derivatives, pyrene derivatives, perylene derivatives, fluoranthene derivatives), nitrogen-containing heterocyclic compounds The metal complex etc. which it has as can be used. Not limited to this, as described above, any organic compound having an ionization potential smaller than that of the organic compound used as the n-type (acceptor property) compound may be used as the donor organic semiconductor.

有機n型半導体(化合物)は、アクセプター性有機半導体(化合物)であり、主に電子輸送性有機化合物に代表され、電子を受容しやすい性質がある有機化合物をいう。さらに詳しくは2つの有機化合物を接触させて用いたときに電子親和力の大きい方の有機化合物をいう。したがって、アクセプター性有機化合物は、電子受容性のある有機化合物であればいずれの有機化合物も使用可能である。例えば、縮合芳香族炭素環化合物(ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、フェナントレン誘導体、テトラセン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体、フルオランテン誘導体)、窒素原子、酸素原子、硫黄原子を含有する5〜7員のヘテロ環化合物(例えばピリジン、ピラジン、ピリミジン、ピリダジン、トリアジン、キノリン、キノキサリン、キナゾリン、フタラジン、シンノリン、イソキノリン、プテリジン、アクリジン、フェナジン、フェナントロリン、テトラゾール、ピラゾール、イミダゾール、チアゾール、オキサゾール、インダゾール、ベンズイミダゾール、ベンゾトリアゾール、ベンゾオキサゾール、ベンゾチアゾール、カルバゾール、プリン、トリアゾロピリダジン、トリアゾロピリミジン、テトラザインデン、オキサジアゾール、イミダゾピリジン、ピラリジン、ピロロピリジン、チアジアゾロピリジン、ジベンズアゼピン、トリベンズアゼピン等)、ポリアリーレン化合物、フルオレン化合物、シクロペンタジエン化合物、シリル化合物、含窒素ヘテロ環化合物を配位子として有する金属錯体などが挙げられる。なお、これに限らず、上記したように、ドナー性有機化合物として用いた有機化合物よりも電子親和力の大きな有機化合物であればアクセプター性有機半導体として用いてよい。   Organic n-type semiconductors (compounds) are acceptor organic semiconductors (compounds), which are mainly represented by electron-transporting organic compounds and refer to organic compounds that easily accept electrons. More specifically, the organic compound having the higher electron affinity when two organic compounds are used in contact with each other. Therefore, as the acceptor organic compound, any organic compound can be used as long as it is an electron-accepting organic compound. For example, condensed aromatic carbocyclic compounds (naphthalene derivatives, anthracene derivatives, phenanthrene derivatives, tetracene derivatives, pyrene derivatives, perylene derivatives, fluoranthene derivatives), 5- to 7-membered heterocyclic compounds containing nitrogen atoms, oxygen atoms, and sulfur atoms (E.g., pyridine, pyrazine, pyrimidine, pyridazine, triazine, quinoline, quinoxaline, quinazoline, phthalazine, cinnoline, isoquinoline, pteridine, acridine, phenazine, phenanthroline, tetrazole, pyrazole, imidazole, thiazole, oxazole, indazole, benzimidazole, benzotriazole, Benzoxazole, benzothiazole, carbazole, purine, triazolopyridazine, triazolopyrimidine, tetrazaindene, oxa Azoles, imidazopyridines, pyralidines, pyrrolopyridines, thiadiazolopyridines, dibenzazepines, tribenzazepines, etc.), polyarylene compounds, fluorene compounds, cyclopentadiene compounds, silyl compounds, nitrogen-containing heterocyclic compounds as ligands Etc. Note that the present invention is not limited thereto, and as described above, any organic compound having an electron affinity higher than that of the organic compound used as the donor organic compound may be used as the acceptor organic semiconductor.

有機層に用いる有機色素としてはいかなるものでも良いが、p型有機色素、又はn型有機色素を用いる場合が好ましい。有機色素としては、いかなるものを用いても良いが、好ましくは、シアニン色素、スチリル色素、ヘミシアニン色素、メロシアニン色素(ゼロメチンメロシアニン(シンプルメロシアニン)を含む)、3核メロシアニン色素、4核メロシアニン色素、ロダシアニン色素、コンプレックスシアニン色素、コンプレックスメロシアニン色素、アロポーラー色素、オキソノール色素、ヘミオキソノール色素、スクアリウム色素、クロコニウム色素、アザメチン色素、クマリン色素、アリーリデン色素、アントラキノン色素、トリフェニルメタン色素、アゾ色素、アゾメチン色素、スピロ化合物、メタロセン色素、フルオレノン色素、フルギド色素、ペリレン色素、ペリノン色素、フェナジン色素、フェノチアジン色素、キノン色素、ジフェニルメタン色素、ポリエン色素、アクリジン色素、アクリジノン色素、ジフェニルアミン色素、キナクリドン色素(前記キナクリドン系色素)、キノフタロン色素、フェノキサジン色素、フタロペリレン色素、ジケトピロロピロール色素、ジオキサン色素、ポルフィリン色素、クロロフィル色素、フタロシアニン色素、金属錯体色素、または縮合芳香族炭素環系色素(ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、フェナントレン誘導体、テトラセン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体、フルオランテン誘導体等)が挙げられる。   Any organic dye may be used for the organic layer, but a p-type organic dye or an n-type organic dye is preferred. Any organic dye may be used, but preferably a cyanine dye, styryl dye, hemicyanine dye, merocyanine dye (including zero methine merocyanine (simple merocyanine)), trinuclear merocyanine dye, tetranuclear merocyanine dye, Rhodocyanine dye, complex cyanine dye, complex merocyanine dye, allopolar dye, oxonol dye, hemioxonol dye, squalium dye, croconium dye, azamethine dye, coumarin dye, arylidene dye, anthraquinone dye, triphenylmethane dye, azo dye, azomethine dye , Spiro compounds, metallocene dyes, fluorenone dyes, fulgide dyes, perylene dyes, perinone dyes, phenazine dyes, phenothiazine dyes, quinone dyes, diphenylmeta Dye, polyene dye, acridine dye, acridinone dye, diphenylamine dye, quinacridone dye (said quinacridone dye), quinophthalone dye, phenoxazine dye, phthaloperylene dye, diketopyrrolopyrrole dye, dioxane dye, porphyrin dye, chlorophyll dye, phthalocyanine dye , Metal complex dyes, or condensed aromatic carbocyclic dyes (naphthalene derivatives, anthracene derivatives, phenanthrene derivatives, tetracene derivatives, pyrene derivatives, perylene derivatives, fluoranthene derivatives, etc.).

有機色素が形成する膜は、回折角度2θに対してある特定の角度で、強いX線回折ピークを示すことが好ましい。
〔電子輸送性材料〕
本発明の光電変換膜において、電子輸送性を有する有機材料(n型化合物)として、イオン化ポテンシャルが6.0eVよりも大きい場合が好ましく、さらに下記一般式(X)で表わされる場合が好ましい。
The film formed by the organic dye preferably exhibits a strong X-ray diffraction peak at a specific angle with respect to the diffraction angle 2θ.
[Electron transporting materials]
In the photoelectric conversion film of the present invention, the organic material (n-type compound) having an electron transporting property preferably has an ionization potential larger than 6.0 eV, and more preferably represented by the following general formula (X).

一般式(X) L−(A)m
(式中、Aは二つ以上の芳香族へテロ環が縮合したヘテロ環基を表し、Aで表されるヘテロ環基は同一または異なってもよい。mは2以上(好ましくは2〜8)の整数を表す。Lは連結基を表す。)
なお、これらの電子輸送性を有する有機材料の詳細及び好ましい範囲については、特願2004−082002号において詳細に説明されている。
Formula (X) L- (A) m
(In the formula, A represents a heterocyclic group in which two or more aromatic heterocycles are condensed, and the heterocyclic group represented by A may be the same or different. M is 2 or more (preferably 2 to 8). ) Represents an integer, and L represents a linking group.)
Details and preferred ranges of these organic materials having electron transport properties are described in detail in Japanese Patent Application No. 2004-082002.

これらの電子輸送性の有機材料を用いるとき、得られる光電変換膜の光電変換効率が著しく高くなる。
(本発明以外の有機層の形成法)
本発明以外の有機化合物を含む層は、乾式成膜法あるいは湿式成膜法により成膜される。乾式成膜法の具体的な例としては、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、MBE法等の物理気相成長法あるいはプラズマ重合等のCVD法が挙げられる。湿式成膜法としては、キャスト法、スピンコート法、ディッピング法、LB法等が用いられる。
When these electron transporting organic materials are used, the photoelectric conversion efficiency of the obtained photoelectric conversion film is remarkably increased.
(Formation method of organic layer other than the present invention)
The layer containing an organic compound other than the present invention is formed by a dry film formation method or a wet film formation method. Specific examples of the dry film forming method include a vacuum vapor deposition method, a sputtering method, an ion plating method, a physical vapor deposition method such as an MBE method, or a CVD method such as plasma polymerization. As the wet film forming method, a casting method, a spin coating method, a dipping method, an LB method, or the like is used.

p型半導体(化合物)、又は、n型半導体(化合物)のうちの少なくとも一つとして高分子化合物を用いる場合は、作成の容易な湿式成膜法により成膜することが好ましい。蒸着等の乾式成膜法を用いた場合、高分子を用いることは分解のおそれがあるため難しく、代わりとしてそのオリゴマーを好ましく用いることができる。   In the case of using a polymer compound as at least one of the p-type semiconductor (compound) or the n-type semiconductor (compound), it is preferable to form the film by a wet film forming method that is easy to create. When a dry film formation method such as vapor deposition is used, it is difficult to use a polymer because it may be decomposed, and an oligomer thereof can be preferably used instead.

一方、本発明において、低分子を用いる場合は、乾式成膜法が好ましく用いられ、特に真空蒸着法が好ましく用いられる。真空蒸着法は抵抗加熱蒸着法、電子線加熱蒸着法等の化合物の加熱の方法、るつぼ、ボ−ト等の蒸着源の形状、真空度、蒸着温度、基盤温度、蒸着速度等が基本的なパラメ−タ−である。均一な蒸着を可能とするために基盤を回転させて蒸着することは好ましい。真空度は高い方が好ましく1.33×10−2Pa(10−4Torr)以下、好ましくは1.33×10−4Pa(10−6Torr)以下、特に好ましくは1.33×10−6Pa(10−8Torr)以下で真空蒸着が行われる。蒸着時のすべての工程は真空中で行われることが好ましく、基本的には化合物が直接、外気の酸素、水分と接触しないようにする。真空蒸着の上述した条件は有機膜の結晶性、アモルファス性、密度、緻密度等に影響するので厳密に制御する必要がある。水晶振動子、干渉計等の膜厚モニタ−を用いて蒸着速度をPIもしくはPID制御することは好ましく用いられる。2種以上の化合物を同時に蒸着する場合には共蒸着法、フラッシュ蒸着法等を好ましく用いることができる。
[有機色素層の膜厚規定]
本発明の光電変換膜をカラー撮像素子(イメージセンサー)として用いる場合、B、G、R層各々の有機色素層の光吸収率を、好ましくは50%以上、さらに好ましくは70%以上、特に好ましくは90%(吸光度=1)以上、最も好ましくは99%以上にすることが光電変換効率を向上させるために好ましい。従って、光吸収の点では有機色素層の膜厚は大きいほど好ましいが、電荷分離に寄与する割合を考慮すると、本発明における有機色素層の膜厚として好ましくは、30nm以上300nm以下、さらに好ましくは50nm以上250nm以下、特に好ましくは60nm以上200nm以下、最も好ましくは80nm以上130nm以下である。
[電圧印加]
本発明の光電変換膜に一対の電極を介し電圧を印加した場合、光電変換効率が向上する点で好ましい。印加電圧としては、いかなる電圧でも良いが、光電変換膜の膜厚により必要な電圧は変わってくる。すなわち、光電変換効率は、光電変換膜に加わる電場が大きいほど向上するが、同じ印加電圧でも光電変換膜の膜厚が薄いほど加わる電場は大きくなる。従って、光電変換膜の膜厚が薄い場合は、印加電圧は相対的に小さくでも良い。光電変換膜に加える電場として好ましくは、10−2V/cm以上であり、さらに好ましくは10V/cm以上、さらに好ましくは1×10V/cm以上、特に好ましくは1×10V/cm以上、最も好ましくは1×10V/cm以上である。上限は特にないが、電場を加えすぎると暗所でも電流が流れ好ましくないので、1×1010V/cm以下が好ましく、さらに1×10V/cm以下が好ましい。
〔一般的要件〕
本発明において好ましくは、少なくとも光電変換膜が2層以上、さらに好ましくは3層又は4層、特に好ましくは3層積層した構成を用いる場合である。
On the other hand, in the present invention, when a low molecule is used, a dry film forming method is preferably used, and a vacuum deposition method is particularly preferably used. The vacuum deposition method is basically based on the method of heating compounds such as resistance heating deposition method and electron beam heating deposition method, shape of deposition source such as crucible and boat, degree of vacuum, deposition temperature, base temperature, deposition rate, etc. It is a parameter. In order to make uniform deposition possible, it is preferable to perform deposition by rotating the substrate. The higher the degree of vacuum is, preferably 1.33 × 10 −2 Pa (10 −4 Torr) or less, preferably 1.33 × 10 −4 Pa (10 −6 Torr) or less, particularly preferably 1.33 × 10 Vacuum deposition is performed at 6 Pa (10 −8 Torr) or less. It is preferable that all steps during the vapor deposition are performed in a vacuum, and basically the compound is not directly in contact with oxygen and moisture in the outside air. The above-described conditions for vacuum deposition need to be strictly controlled because they affect the crystallinity, amorphousness, density, density, etc. of the organic film. It is preferable to use PI or PID control of the deposition rate using a film thickness monitor such as a quartz crystal resonator or an interferometer. When two or more kinds of compounds are vapor-deposited simultaneously, a co-evaporation method, a flash vapor deposition method, or the like can be preferably used.
[Organic dye layer thickness regulation]
When the photoelectric conversion film of the present invention is used as a color image sensor (image sensor), the light absorption rate of each of the organic dye layers of the B, G, and R layers is preferably 50% or more, more preferably 70% or more, and particularly preferably. Is preferably 90% (absorbance = 1) or more, most preferably 99% or more in order to improve the photoelectric conversion efficiency. Therefore, in terms of light absorption, the larger the thickness of the organic dye layer, the better. However, considering the ratio contributing to charge separation, the thickness of the organic dye layer in the present invention is preferably 30 nm or more and 300 nm or less, more preferably It is 50 nm or more and 250 nm or less, particularly preferably 60 nm or more and 200 nm or less, and most preferably 80 nm or more and 130 nm or less.
[Voltage application]
When a voltage is applied to the photoelectric conversion film of the present invention via a pair of electrodes, it is preferable in that the photoelectric conversion efficiency is improved. The applied voltage may be any voltage, but the required voltage varies depending on the film thickness of the photoelectric conversion film. That is, the photoelectric conversion efficiency improves as the electric field applied to the photoelectric conversion film increases, but the applied electric field increases as the film thickness of the photoelectric conversion film decreases even at the same applied voltage. Therefore, when the photoelectric conversion film is thin, the applied voltage may be relatively small. The electric field applied to the photoelectric conversion film is preferably 10 −2 V / cm or more, more preferably 10 V / cm or more, further preferably 1 × 10 3 V / cm or more, and particularly preferably 1 × 10 4 V / cm. As described above, it is most preferably 1 × 10 5 V / cm or more. There is no particular upper limit, but if an electric field is applied too much, an electric current flows even in a dark place, which is not preferable. Therefore, it is preferably 1 × 10 10 V / cm or less, and more preferably 1 × 10 7 V / cm or less.
[General requirements]
In the present invention, it is preferable to use a structure in which at least two photoelectric conversion films are laminated, more preferably three or four layers, and particularly preferably three layers.

本発明においては、これらの光電変換素子を、好ましくは撮像素子、特に好ましく固体撮像素子として好ましく用いることができる。また、本発明においては、これらの光電変換素子、及び、撮像素子に電圧を印加する場合が好ましい。   In the present invention, these photoelectric conversion elements can be preferably used as imaging elements, particularly preferably as solid-state imaging elements. Moreover, in this invention, the case where a voltage is applied to these photoelectric conversion elements and an image pick-up element is preferable.

本発明における光電変換素子として好ましくは、1対の電極間にp型半導体の層とn型半導体の層が積層構造を持つ光電変換膜を有する場合である。また、好ましくは、p型及びn型半導体のうち少なくとも一方は有機化合物を含む場合であり、さらに好ましくはp型及びn型半導体の両方とも有機化合物を含む場合である。
[積層構造]
本発明の一つの好ましい態様として、光電変換膜に電圧を印加しない場合は、少なくとも2つの光電変換膜が積層している場合が好ましい。積層撮像素子は特に制限はなく、この分野で用いられているものは全て適用できるが好ましくは、BGR3層積層構造であり、BGR積層構造の好ましい例を図3に示す。
The photoelectric conversion element in the present invention is preferably a case where a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer have a photoelectric conversion film having a stacked structure between a pair of electrodes. Preferably, at least one of the p-type and n-type semiconductors contains an organic compound, and more preferably, both the p-type and n-type semiconductors contain an organic compound.
[Laminated structure]
As one preferable aspect of the present invention, when no voltage is applied to the photoelectric conversion film, it is preferable that at least two photoelectric conversion films are laminated. There are no particular limitations on the multilayer imaging device, and any of those used in this field can be applied. However, a BGR three-layer structure is preferable, and a preferred example of the BGR multilayer structure is shown in FIG.

つぎに、本発明に係る固体撮像素子は、例えば、本実施の態様で示されるような光電変換膜を有する。そして、図3に示されるような固体撮像素子は、走査回路部の上に積層型光電変換膜が設けられる。走査回路部は、半導体基板上にMOSトランジスタが各画素単位に形成された構成や、あるいは、撮像素子としてCCDを有する構成を適宜採用することができる。   Next, the solid-state imaging device according to the present invention has, for example, a photoelectric conversion film as shown in this embodiment. In the solid-state imaging device as shown in FIG. 3, a stacked photoelectric conversion film is provided on the scanning circuit unit. The scanning circuit unit can appropriately adopt a configuration in which a MOS transistor is formed on a semiconductor substrate for each pixel unit, or a configuration having a CCD as an image sensor.

例えばMOSトランジスタを用いた固体撮像素子の場合、電極を透過した入射光によって光電変換膜の中に電荷が発生し、電極に電圧を印加することにより電極と電極との間に生じる電界によって電荷が光電変換膜の中を電極まで走行し、さらにMOSトランジスタの電荷蓄積部まで移動し、電荷蓄積部に電荷が蓄積される。電荷蓄積部に蓄積された電荷は、MOSトランジスタのスイッチングにより電荷読出し部に移動し、さらに電気信号として出力される。これにより、フルカラーの画像信号が、信号処理部を含む固体撮像装置に入力される。   For example, in the case of a solid-state imaging device using a MOS transistor, charges are generated in the photoelectric conversion film by incident light transmitted through the electrodes, and the charges are generated by an electric field generated between the electrodes by applying a voltage to the electrodes. It travels to the electrode through the photoelectric conversion film, and further moves to the charge storage part of the MOS transistor, and charges are stored in the charge storage part. The charge accumulated in the charge accumulation unit moves to the charge readout unit by switching of the MOS transistor, and is further output as an electric signal. Thereby, a full-color image signal is input to the solid-state imaging device including the signal processing unit.

これらの積層撮像素子については、特開昭58−103165号公報の第2図及び特開昭58−103166号公報の第2図等で代表される固体カラー撮像素子も適用できる。   As these laminated image pickup devices, solid color image pickup devices represented by FIG. 2 of JP-A-58-103165, FIG. 2 of JP-A-58-103166, and the like can also be applied.

上記の積層型撮像素子好ましくは3層積層型撮像素子の製造工程については特開2002−83946号公報記載の方法(同公報の図7〜23及び段落番号0026〜0038参照)が適用できる。
(光電変換素子)
以下に本発明の好ましい態様の光電変換素子について説明する。
The method described in JP-A-2002-83946 (see FIGS. 7 to 23 and paragraph numbers 0026 to 0038 of the same publication) can be applied to the manufacturing process of the above-described multilayer image sensor, preferably a three-layer image sensor.
(Photoelectric conversion element)
The photoelectric conversion element of the preferable aspect of this invention is demonstrated below.

本発明の光電変換素子は電磁波吸収/光電変換部位と光電変換により生成した電荷の電荷蓄積/転送/読み出し部位よりなる。   The photoelectric conversion element of the present invention comprises an electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion site and a charge accumulation / transfer / readout site for charges generated by photoelectric conversion.

本発明において電磁波吸収/光電変換部位は、少なくとも青光、緑光、赤光を各々吸収し光電変換することができる少なくとも2層の積層型構造を有する。青光吸収層(B)は少なくとも400nm以上500nm以下の光を吸収することができる。緑光吸収層(G)は少なくとも500nm以上600nm以下の光を吸収することができる。赤光吸収層(R)は少なくとも600nm以上700nm以下の光を吸収することができる。これらの層の序列はいずれの序列でも良く、3層積層型構造の場合は上層(光入射側)からBGR、BRG、GBR、GRB、RBG、RGBの序列が可能である。好ましくは最上層がGである。2層積層型構造の場合は上層がR層の場合は下層が同一平面状にBG層、上層がB層の場合は下層が同一平面状にGR層、上層がG層の場合は下層が同一平面状にBR層が形成される。好ましくは上層がG層で下層が同一平面状にBR層である。   In the present invention, the electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion site has a laminated structure of at least two layers capable of absorbing and photoelectrically converting at least blue light, green light, and red light. The blue light absorbing layer (B) can absorb light of at least 400 nm to 500 nm. The green light absorbing layer (G) can absorb light of at least 500 nm and 600 nm. The red light absorbing layer (R) can absorb light of at least 600 nm and 700 nm. The order of these layers may be any order, and in the case of a three-layer stacked structure, the order of BGR, BRG, GBR, GRB, RBG, and RGB is possible from the upper layer (light incident side). Preferably, the uppermost layer is G. In the case of a two-layer structure, when the upper layer is the R layer, the lower layer is the same BG layer, when the upper layer is the B layer, the lower layer is the same planar GR layer, and when the upper layer is the G layer, the lower layer is the same A BR layer is formed in a planar shape. Preferably, the upper layer is a G layer and the lower layer is a BR layer in the same plane.

本発明における電荷蓄積/転送/読み出し部位は電磁波吸収/光電変換部位の下に設ける。下層の電磁波吸収/光電変換部位が電荷蓄積/転送/読み出し部位を兼ねることは好ましい。   In the present invention, the charge accumulation / transfer / readout part is provided under the electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion part. It is preferable that the electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion site in the lower layer also serves as a charge storage / transfer / readout site.

本発明において電磁波吸収/光電変換部位は有機層または無機層または有機層と無機層の混合よりなる。有機層がB/G/R層を形成していても良いし無機層がB/G/R層を形成していても良い。好ましくは有機層と無機層の混合である。この場合、基本的には有機層が1層の時は無機層は1層または2層であり、有機層が2層の時は無機層は1層である。有機層と無機層が1層の場合には無機層が同一平面状に2色以上の電磁波吸収/光電変換部位を形成する。好ましくは上層が有機層でG層であり、下層が無機層で上からB層、R層の序列である。有機層がB/G/R層を形成する場合には、その下に電荷蓄積/転送/読み出し部位を設ける。電磁波吸収/光電変換部位として無機層を用いる場合には、この無機層が電荷蓄積/転送/読み出し部位を兼ねる。   In the present invention, the electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion site is composed of an organic layer, an inorganic layer, or a mixture of an organic layer and an inorganic layer. The organic layer may form a B / G / R layer, or the inorganic layer may form a B / G / R layer. A mixture of an organic layer and an inorganic layer is preferred. In this case, basically, when the organic layer is one layer, the inorganic layer is one or two layers, and when the organic layer is two layers, the inorganic layer is one layer. When the organic layer and the inorganic layer are one layer, the inorganic layer forms electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion sites of two or more colors on the same plane. Preferably, the upper layer is an organic layer and is a G layer, and the lower layer is an inorganic layer and is an order of B layer and R layer from the top. In the case where the organic layer forms a B / G / R layer, a charge accumulation / transfer / readout portion is provided thereunder. When an inorganic layer is used as the electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion site, this inorganic layer also serves as a charge accumulation / transfer / readout site.

本発明において、上記で説明した素子のなかで特に好ましい一つの態様は以下の通りである。   In the present invention, one particularly preferable aspect among the elements described above is as follows.

少なくとも2つの電磁波吸収/光電変換部位を有し、これらのうち少なくとも一つの部位が本発明の光電変素子(好ましくは撮像素子)の場合である。   This is a case where at least two electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion sites are included, and at least one of these sites is the photoelectric conversion element (preferably an image sensor) of the present invention.

さらに、少なくとも2つの電磁波吸収/光電変換部位が少なくとも2層の積層型構造を有する素子の場合が好ましい。さらに、上層が緑光を吸収し光電変換することができる部位からなる素子である場合が好ましい。   Furthermore, it is preferable that the element has a laminated structure in which at least two electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion sites have at least two layers. Furthermore, it is preferable that the upper layer is an element composed of a part capable of absorbing green light and performing photoelectric conversion.

また、特に好ましくは、少なくとも3つの電磁波吸収/光電変換部位を有し、これらのうち少なくとも一つの部位が本発明の光電変素子(好ましくは撮像素子)の場合である。   Particularly preferably, it has at least three electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion sites, and at least one of them is the photoelectric conversion element (preferably an image sensor) of the present invention.

さらに、上層が緑光を吸収し光電変換することができる部位からなる素子である場合が好ましい。さらに、3つのうち少なくとも2つの電磁波吸収/光電変換部位が無機層(好ましくはシリコン基盤内に形成されている)の場合である。
(電極)
本発明の有機層からなる電磁波吸収/光電変換部位は1対の電極に挟まれており、各々が画素電極と対向電極を形成している。好ましくは下層が画素電極である。
Furthermore, it is preferable that the upper layer is an element composed of a part capable of absorbing green light and performing photoelectric conversion. Further, at least two of the three electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion sites are inorganic layers (preferably formed in a silicon substrate).
(electrode)
The electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion site made of the organic layer of the present invention is sandwiched between a pair of electrodes, each of which forms a pixel electrode and a counter electrode. The lower layer is preferably a pixel electrode.

対向電極は正孔輸送性光電変換膜または正孔輸送層から正孔を取り出すことが好ましく、金属、合金、金属酸化物、電気伝導性化合物、またはこれらの混合物などを用いることができる材料である。画素電極は電子輸送性光電変換層または電子輸送層から電子を取り出すことが好ましく、電子輸送性光電変換層、電子輸送層などの隣接する層との密着性や電子親和力、イオン化ポテンシャル、安定性等を考慮して選ばれる。これらの具体例としては酸化スズ、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウムスズ(ITO)等の導電性金属酸化物、あるいは金、銀、クロム、ニッケル等の金属、さらにこれらの金属と導電性金属酸化物との混合物または積層物、ヨウ化銅、硫化銅などの無機導電性物質、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロールなどの有機導電性材料、シリコン化合物およびこれらとITOとの積層物などが挙げられ、好ましくは、導電性金属酸化物であり、特に、生産性、高導電性、透明性等の点からITO、IZOが好ましい。膜厚は材料により適宜選択可能であるが、通常10nm以上1μm以下の範囲のものが好ましく、より好ましくは30nm以上500nm以下であり、更に好ましくは50nm以上300nm以下である。   The counter electrode is preferably a material that can take out holes from the hole transport photoelectric conversion film or the hole transport layer, and can use a metal, an alloy, a metal oxide, an electrically conductive compound, or a mixture thereof. . The pixel electrode preferably takes out electrons from the electron-transporting photoelectric conversion layer or the electron-transporting layer. Selected in consideration of Specific examples of these include conductive metal oxides such as tin oxide, zinc oxide, indium oxide and indium tin oxide (ITO), or metals such as gold, silver, chromium and nickel, and these metals and conductive metal oxides. Inorganic conductive materials such as copper iodide and copper sulfide, organic conductive materials such as polyaniline, polythiophene and polypyrrole, silicon compounds and laminates of these with ITO, etc. In particular, ITO and IZO are preferable from the viewpoints of productivity, high conductivity, transparency, and the like. Although the film thickness can be appropriately selected depending on the material, it is usually preferably in the range of 10 nm to 1 μm, more preferably 30 nm to 500 nm, and still more preferably 50 nm to 300 nm.

画素電極、対向電極の作製には材料によって種々の方法が用いられるが、例えばITOの場合、電子ビーム法、スパッタリング法、抵抗加熱蒸着法、化学反応法(ゾルーゲル法など)、酸化インジウムスズの分散物の塗布などの方法で膜形成される。ITOの場合、UV−オゾン処理、プラズマ処理などを施すことができる。   Various methods are used for manufacturing the pixel electrode and the counter electrode depending on the material. For example, in the case of ITO, electron beam method, sputtering method, resistance heating vapor deposition method, chemical reaction method (sol-gel method, etc.), dispersion of indium tin oxide A film is formed by a method such as application of an object. In the case of ITO, UV-ozone treatment, plasma treatment, etc. can be performed.

本発明においては透明電極膜をプラズマフリーで作製することが好ましい。プラズマフリーで透明電極膜を作成することで、プラズマが基板に与える影響を少なくすることができ、光電変換特性を良好にすることができる。ここで、プラズマフリーとは、透明電極膜の成膜中にプラズマが発生しないか、またはプラズマ発生源から基体までの距離が2cm以上、好ましくは10cm以上、更に好ましくは20cm以上であり、基体に到達するプラズマが減ずるような状態を意味する。   In the present invention, it is preferable to produce the transparent electrode film free of plasma. By creating a transparent electrode film free from plasma, the influence of plasma on the substrate can be reduced, and the photoelectric conversion characteristics can be improved. Here, plasma free means that no plasma is generated during the formation of the transparent electrode film, or the distance from the plasma generation source to the substrate is 2 cm or more, preferably 10 cm or more, more preferably 20 cm or more. It means a state in which the plasma that reaches is reduced.

透明電極膜の成膜中にプラズマが発生しない装置としては、例えば、電子線蒸着装置(EB蒸着装置)やパルスレーザー蒸着装置がある。EB蒸着装置またはパルスレーザー蒸着装置については、沢田豊監修「透明導電膜の新展開」(シーエムシー刊、1999年)、沢田豊監修「透明導電膜の新展開II」(シーエムシー刊、2002年)、日本学術振興会著「透明導電膜の技術」(オーム社、1999年)、及びそれらに付記されている参考文献等に記載されているような装置を用いることができる。以下では、EB蒸着装置を用いて透明電極膜の成膜を行う方法をEB蒸着法と言い、パルスレーザー蒸着装置を用いて透明電極膜の成膜を行う方法をパルスレーザー蒸着法と言う。   Examples of an apparatus that does not generate plasma during the formation of the transparent electrode film include an electron beam vapor deposition apparatus (EB vapor deposition apparatus) and a pulse laser vapor deposition apparatus. Regarding EB deposition equipment or pulse laser deposition equipment, “Surveillance of Transparent Conductive Films” supervised by Yutaka Sawada (published by CMC, 1999), “New Development of Transparent Conductive Films II” supervised by Yutaka Sawada (published by CMC, 2002) ), "Transparent conductive film technology" by the Japan Society for the Promotion of Science (Ohm Co., 1999), and the references attached thereto, etc. can be used. Hereinafter, a method of forming a transparent electrode film using an EB vapor deposition apparatus is referred to as an EB vapor deposition method, and a method of forming a transparent electrode film using a pulse laser vapor deposition apparatus is referred to as a pulse laser vapor deposition method.

プラズマ発生源から基体への距離が2cm以上であって基体へのプラズマの到達が減ずるような状態を実現できる装置(以下、プラズマフリーである成膜装置という)については、例えば、対向ターゲット式スパッタ装置やアークプラズマ蒸着法などが考えられ、それらについては沢田豊監修「透明導電膜の新展開」(シーエムシー刊、1999年)、沢田豊監修「透明導電膜の新展開II」(シーエムシー刊、2002年)、日本学術振興会著「透明導電膜の技術」(オーム社、1999年)、及びそれらに付記されている参考文献等に記載されているような装置を用いることができる。   For an apparatus that can realize a state in which the distance from the plasma generation source to the substrate is 2 cm or more and the arrival of plasma to the substrate is reduced (hereinafter referred to as a plasma-free film forming apparatus), for example, an opposed target sputtering Equipment, arc plasma deposition, etc. are considered, and these are supervised by Yutaka Sawada "New development of transparent conductive film" (published by CMC, 1999), and supervised by Yutaka Sawada "New development of transparent conductive film II" (published by CMC) 2002), “Transparent conductive film technology” (Ohm Co., 1999) by the Japan Society for the Promotion of Science, and references and the like attached thereto can be used.

本発明の有機電磁波吸収/光電変換部位の電極についてさらに詳細に説明する。有機層の光電変換膜(層)は、画素電極膜、対向電極膜により挟まれ、電極間材料等を含むことができる。画素電極膜とは、電荷蓄積/転送/読み出し部位が形成された基板上方に作成された電極膜のことで、通常1ピクセルごとに分割される。これは、光電変換膜により変換された信号電荷を電荷蓄積/転送/信号読出回路基板上に1ピクセルごとに読み出すことで、画像を得るためである。   The electrode of the organic electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion site of the present invention will be described in more detail. The photoelectric conversion film (layer) of the organic layer is sandwiched between the pixel electrode film and the counter electrode film, and can include an interelectrode material or the like. The pixel electrode film is an electrode film formed above the substrate on which the charge accumulation / transfer / read-out site is formed, and is usually divided for each pixel. This is to obtain an image by reading out the signal charges converted by the photoelectric conversion film on a charge storage / transfer / signal readout circuit substrate for each pixel.

対向電極膜とは、光電変換膜(層)を画素電極膜と共にはさみこむことで信号電荷と逆の極性を持つ信号電荷を吐き出す機能をもっている。この信号電荷の吐き出しは各画素間で分割する必要がないため、通常、対向電極膜は各画素間で共通にすることができる。そのため、共通電極膜(コモン電極膜)と呼ばれることもある。   The counter electrode film has a function of discharging a signal charge having a polarity opposite to that of the signal charge by sandwiching the photoelectric conversion film (layer) together with the pixel electrode film. Since the discharge of the signal charge does not need to be divided between the pixels, the counter electrode film can be commonly used between the pixels. Therefore, it may be called a common electrode film (common electrode film).

光電変換膜(層)は、画素電極膜と対向電極膜との間に位置する。光電変換機能は、この光電変換膜と画素電極膜及び対向電極膜により機能する。   The photoelectric conversion film (layer) is located between the pixel electrode film and the counter electrode film. The photoelectric conversion function functions by the photoelectric conversion film, the pixel electrode film, and the counter electrode film.

光電変換膜積層の構成例としては、まず基板上に積層される有機層が一つの場合として、基板から画素電極膜(基本的に透明電極膜)、光電変換膜(層)、対向電極膜(透明電極膜)を順に積層した構成が挙げられるが、これに限定されるものではない。   As an example of the configuration of the photoelectric conversion film stack, first, when there is one organic layer stacked on the substrate, the pixel electrode film (basically a transparent electrode film), the photoelectric conversion film (layer), the counter electrode film ( Although the structure which laminated | stacked the transparent electrode film | membrane in order is mentioned, it is not limited to this.

さらに、基板上に積層される有機層が2つの場合、例えば、基板から画素電極膜(基本的に透明電極膜)、光電変換膜(層)、対向電極膜(透明電極膜)、層間絶縁膜、画素電極膜(基本的に透明電極膜)、光電変換膜(層)、対向電極膜(透明電極膜)を順に積層した構成が挙げられる。   Furthermore, when there are two organic layers stacked on the substrate, for example, from the substrate to the pixel electrode film (basically a transparent electrode film), a photoelectric conversion film (layer), a counter electrode film (transparent electrode film), an interlayer insulating film , A configuration in which a pixel electrode film (basically a transparent electrode film), a photoelectric conversion film (layer), and a counter electrode film (transparent electrode film) are sequentially stacked.

本発明の光電変換部位を構成する透明電極膜の材料は、プラズマフリーである成膜装置、EB蒸着装置、及びパルスレーザー蒸着装置により成膜できるものが好ましい。例えば、金属、合金、金属酸化物、金属窒化物、金属ホウ化物、有機導電性化合物、これらの混合物等が好適に挙げられ、具体例としては、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム亜鉛(IZO)、酸化インジウム錫(ITO)、酸化インジウムタングステン(IWO)等の導電性金属酸化物、窒化チタン等の金属窒化物、金、白金、銀、クロム、ニッケル、アルミニウム等の金属、更にこれらの金属と導電性金属酸化物との混合物又は積層物、ヨウ化銅、硫化銅などの無機導電性物質、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロ−ル等の有機導電性材料、これらとITOとの積層物、などが挙げられる。また、沢田豊監修「透明導電膜の新展開」(シーエムシー刊、1999年)、沢田豊監修「透明導電膜の新展開II」(シーエムシー刊、2002年)、日本学術振興会著「透明導電膜の技術」(オーム社、1999年)等に詳細に記載されているものを用いても良い。   The material of the transparent electrode film constituting the photoelectric conversion site of the present invention is preferably one that can be formed by a plasma-free film forming apparatus, an EB vapor deposition apparatus, and a pulse laser vapor deposition apparatus. For example, a metal, an alloy, a metal oxide, a metal nitride, a metal boride, an organic conductive compound, a mixture thereof, and the like are preferable. Specific examples include tin oxide, zinc oxide, indium oxide, and indium zinc oxide. (IZO), indium tin oxide (ITO), conductive metal oxides such as indium tungsten oxide (IWO), metal nitrides such as titanium nitride, metals such as gold, platinum, silver, chromium, nickel, aluminum, and these A mixture or laminate of a metal and a conductive metal oxide, an inorganic conductive material such as copper iodide or copper sulfide, an organic conductive material such as polyaniline, polythiophene or polypyrrole, a laminate of these and ITO, Etc. Also, supervised by Yutaka Sawada “New Development of Transparent Conductive Film” (published by CMC, 1999), supervised by Yutaka Sawada “New Development of Transparent Conductive Film II” (published by CMC, 2002), “Transparency by Japan Society for the Promotion of Science” Those described in detail in “Technology of Conductive Film” (Ohm Co., 1999) may be used.

透明電極膜の材料として特に好ましいのは、ITO、IZO、SnO、ATO(アンチモンドープ酸化スズ)、ZnO、AZO(Alドープ酸化亜鉛)、GZO(ガリウムドープ酸化亜鉛)、TiO、FTO(フッ素ドープ酸化スズ)のいずれかの材料である。 Particularly preferable materials for the transparent electrode film are ITO, IZO, SnO 2 , ATO (antimony-doped tin oxide), ZnO, AZO (Al-doped zinc oxide), GZO (gallium-doped zinc oxide), TiO 2 , FTO (fluorine). Doped tin oxide).

透明電極膜の光透過率は、その透明電極膜を含む光電変換素子に含まれる光電変換膜の光電変換光吸収ピーク波長において、60%以上が好ましく、より好ましくは80%以上で、より好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上である。また、透明電極膜の表面抵抗は、画素電極であるか対向電極であるか、さらには電荷蓄積/転送・読み出し部位がCCD構造であるかCMOS構造であるか等により好ましい範囲は異なる。対向電極に使用し電荷蓄積/転送/読み出し部位がCMOS構造の場合には10000Ω/□以下が好ましく、より好ましくは、1000Ω/□以下である。対向電極に使用し電荷蓄積/転送/読み出し部位がCCD構造の場合には1000Ω/□以下が好ましく、より好ましくは、100Ω/□以下である。画素電極に使用する場合には1000000Ω/□以下が好ましく、より好ましくは、100000Ω/□以下である。
(無機層)
電磁波吸収/光電変換部位としての無機層について説明する。この場合、上層の有機層を通過した光を無機層で光電変換することになる。無機層としては結晶シリコン、アモルファスシリコン、GaAsなどの化合物半導体のpn接合またはpin接合が一般的に用いられる。積層型構造として米国特許第5965875号に開示されている方法を採用することができる。すなわちシリコンの吸収係数の波長依存性を利用して積層された受光部を形成し、その深さ方向で色分離を行う構成である。この場合、シリコンの光進入深さで色分離を行っているため積層された各受光部で検知するスペクトル範囲はブロードとなる。しかしながら、前述した有機層を上層に用いることにより、すなわち有機層を透過した光をシリコンの深さ方向で検出することにより色分離が顕著に改良される。特に有機層にG層を配置すると有機層を透過する光はB光とR光になるためにシリコンでの深さ方向での光の分別はBR光のみとなり色分離が改良される。有機層がB層またはR層の場合でもシリコンの電磁波吸収/光電変換部位を深さ方向で適宜選択することにより顕著に色分離が改良される。有機層が2層の場合にはシリコンでの電磁波吸収/光電変換部位としての機能は基本的には1色で良く、好ましい色分離が達成できる。
The light transmittance of the transparent electrode film is preferably 60% or more, more preferably 80% or more, more preferably, in the photoelectric conversion light absorption peak wavelength of the photoelectric conversion film included in the photoelectric conversion element including the transparent electrode film. It is 90% or more, more preferably 95% or more. The preferred range of the surface resistance of the transparent electrode film varies depending on whether it is a pixel electrode or a counter electrode, and whether the charge storage / transfer / read-out site is a CCD structure or a CMOS structure. When it is used for the counter electrode and the charge storage / transfer / readout part has a CMOS structure, it is preferably 10000Ω / □ or less, more preferably 1000Ω / □ or less. When it is used for the counter electrode and the charge storage / transfer / readout part has a CCD structure, it is preferably 1000Ω / □ or less, more preferably 100Ω / □ or less. When used for a pixel electrode, it is preferably 1000000 Ω / □ or less, more preferably 100000 Ω / □ or less.
(Inorganic layer)
The inorganic layer as the electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion site will be described. In this case, light passing through the upper organic layer is photoelectrically converted by the inorganic layer. As the inorganic layer, a pn junction or a pin junction of a compound semiconductor such as crystalline silicon, amorphous silicon, or GaAs is generally used. The method disclosed in US Pat. No. 5,965,875 can be adopted as the laminated structure. In other words, a stacked light receiving portion is formed using the wavelength dependence of the absorption coefficient of silicon, and color separation is performed in the depth direction. In this case, since color separation is performed based on the light penetration depth of silicon, the spectral range detected by each stacked light receiving unit is broad. However, color separation is remarkably improved by using the above-described organic layer as an upper layer, that is, by detecting light transmitted through the organic layer in the depth direction of silicon. In particular, when the G layer is disposed in the organic layer, the light transmitted through the organic layer becomes B light and R light, so that the separation of light in the depth direction in silicon becomes only BR light, and color separation is improved. Even when the organic layer is a B layer or an R layer, color separation is remarkably improved by appropriately selecting the electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion site of silicon in the depth direction. When the organic layer has two layers, the function as an electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion site in silicon may be basically one color, and preferable color separation can be achieved.

無機半導体として、InGaN系、InAlN系、InAlP系、又はInGaAlP系の無機半導体を用いることもできる。InGaN系の無機半導体は、Inの含有組成を適宜変更し、青色の波長範囲内に極大吸収値を有するよう調整されたものである。すなわち、InGaN(0<X<1)の組成となる。 As the inorganic semiconductor, an InGaN-based, InAlN-based, InAlP-based, or InGaAlP-based inorganic semiconductor can also be used. The InGaN-based inorganic semiconductor is adjusted so as to have a maximum absorption value in a blue wavelength range by appropriately changing the In-containing composition. That, In x Ga 1 - a composition of x N (0 <X <1 ).

このような化合物半導体は、有機金属気相成長法(MOCVD法)を用いて製造される。   Such a compound semiconductor is manufactured using a metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD method).

無機半導体は、埋め込み構造となっていてもよい。埋め込み構造とは、短波長受光部部分の両端を短波長受光部とは異なる半導体で覆われる構成のものをいう。両端を覆う半導体としては、短波長受光部のバンドギャップ波長より短い又は同等のバンドギャップ波長を有する半導体であることが好ましい。   The inorganic semiconductor may have a buried structure. The embedded structure means a structure in which both ends of the short wavelength light receiving part are covered with a semiconductor different from the short wavelength light receiving part. The semiconductor covering both ends is preferably a semiconductor having a band gap wavelength shorter than or equivalent to the band gap wavelength of the short wavelength light receiving part.

有機層と無機層とは、どのような形態で結合されていてもよい。また、有機層と無機層との間には、電気的に絶縁するために、絶縁層を設けることが好ましい。   The organic layer and the inorganic layer may be combined in any form. In addition, it is preferable to provide an insulating layer between the organic layer and the inorganic layer in order to electrically insulate.

接合は、光入射側から、npn、又はpnpnとなっていることが好ましい。特に、表面にp層を設け表面の電位を高くしておくことで、表面付近で発生した正孔、及び暗電流をトラップすることができ暗電流を低減できるため、pnpn接合とすることがより好ましい。   The junction is preferably npn or pnpn from the light incident side. In particular, by providing a p layer on the surface and increasing the surface potential, holes generated in the vicinity of the surface and dark current can be trapped and dark current can be reduced. preferable.

このようなフォトダイオードは、p型シリコン基板表面から順次拡散される、n型層、p型層、n型層、p型層をこの順に深く形成することで、pn接合ダイオードがシリコンの深さ方向にpnpnの4層が形成される。ダイオードに表面側から入射した光は波長の長いものほど深く侵入し、入射波長と減衰係数はシリコン固有の値を示すので、pn接合面の深さが可視光の各波長帯域をカバーするように設計する。同様に、n型層、p型層、n型層の順に形成することで、npnの3層の接合ダイオードが得られる。ここで、n型層から光信号を取り出し、p型層はアースに接続する。   In such a photodiode, an n-type layer, a p-type layer, an n-type layer, and a p-type layer that are sequentially diffused from the surface of the p-type silicon substrate are formed deeply in this order, so that the pn junction diode has a silicon depth. Four layers of pnpn are formed in the direction. The light incident on the diode from the surface side penetrates deeper as the wavelength is longer, and the incident wavelength and attenuation coefficient show values specific to silicon, so that the depth of the pn junction surface covers each wavelength band of visible light. design. Similarly, an n-type layer, a p-type layer, and an n-type layer are formed in this order to obtain a npn three-layer junction diode. Here, an optical signal is taken out from the n-type layer, and the p-type layer is connected to the ground.

また、各領域に引き出し電極を設け、所定のリセット電位をかけると、各領域が空乏化し、各接合部の容量は限りなく小さい値になる。これにより、接合面に生じる容量を極めて小さくすることができる。
(補助層)
本発明においては、好ましくは電磁波吸収/光電変換部位の最上層に紫外線吸収層および/または赤外線吸収層を有する。紫外線吸収層は少なくとも400nm以下の光を吸収または反射することができ、好ましくは400nm以下の波長域での吸収率は50%以上である。赤外線吸収層は少なくとも700nm以上の光を吸収または反射することができ、好ましくは700nm以上の波長域での吸収率は50%以上である。
Further, when an extraction electrode is provided in each region and a predetermined reset potential is applied, each region is depleted, and the capacitance of each junction becomes an extremely small value. Thereby, the capacity | capacitance produced in a joint surface can be made very small.
(Auxiliary layer)
In the present invention, an ultraviolet absorption layer and / or an infrared absorption layer are preferably provided on the uppermost layer of the electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion site. The ultraviolet absorbing layer can absorb or reflect at least light of 400 nm or less, and preferably has an absorptance of 50% or more in a wavelength region of 400 nm or less. The infrared absorbing layer can absorb or reflect light of at least 700 nm or more, and preferably has an absorptance of 50% or more in a wavelength region of 700 nm or more.

これらの紫外線吸収層、赤外線吸収層は従来公知の方法によって形成できる。例えば基板上にゼラチン、カゼイン、グリューあるいはポリビニルアルコールなどの親水性高分子物質からなる媒染層を設け、その媒染層に所望の吸収波長を有する色素を添加もしくは染色して着色層を形成する方法が知られている。さらには、ある種の着色材が透明樹脂中に分散されてなる着色樹脂を用いた方法が知られている。例えば、特開昭58−46325号公報、特開昭60−78401号公報、特開昭60−184202号公報、特開昭60−184203号公報、特開昭60−184204号公報、特開昭60−184205号公報等に示されている様に、ポリアミノ系樹脂に着色材を混合した着色樹脂膜を用いることができる。感光性を有するポリイミド樹脂を用いた着色剤も可能である。   These ultraviolet absorbing layer and infrared absorbing layer can be formed by a conventionally known method. For example, a method of forming a colored layer by providing a mordanting layer made of a hydrophilic polymer material such as gelatin, casein, mulled or polyvinyl alcohol on a substrate and adding or dyeing a dye having a desired absorption wavelength to the mordanting layer. Are known. Furthermore, a method using a colored resin in which a certain kind of coloring material is dispersed in a transparent resin is known. For example, JP-A-58-46325, JP-A-60-78401, JP-A-60-184202, JP-A-60-184203, JP-A-60-184204, JP-A-60-184204 As shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-184205 and the like, a colored resin film obtained by mixing a colorant with a polyamino resin can be used. A colorant using a polyimide resin having photosensitivity is also possible.

特公平7−113685記載の感光性を有する基を分子内に持つ、200℃以下にて硬化膜を得ることのできる芳香族系のポリアミド樹脂中に着色材料を分散すること、特公平7−69486記載の含量を分散着色樹脂を用いることも可能である。   Dispersing a coloring material in an aromatic polyamide resin having a photosensitivity group described in JP-B-7-113685 in the molecule and capable of obtaining a cured film at 200 ° C. or lower, JP-B-7-69486 It is also possible to use dispersed colored resins with the stated content.

本発明においては好ましくは誘電体多層膜が用いられる。誘電体多層膜は光の透過の波長依存性がシャ−プであり、好ましく用いられる。   In the present invention, a dielectric multilayer film is preferably used. The dielectric multilayer film is preferably used because the wavelength dependency of light transmission is sharp.

各電磁波吸収/光電変換部位は絶縁層により分離されていることが好ましい。絶縁層は、ガラス、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルサルフォン、ポリプロピレン等の透明性絶縁材料を用いて形成することができる。窒化珪素、酸化珪素等も好ましく用いられる。プラズマCVDで製膜した窒化珪素は緻密性が高く透明性も良いために本発明においては好ましく用いられる。   Each electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion site is preferably separated by an insulating layer. The insulating layer can be formed using a transparent insulating material such as glass, polyethylene, polyethylene terephthalate, polyethersulfone, and polypropylene. Silicon nitride, silicon oxide and the like are also preferably used. Silicon nitride formed by plasma CVD is preferably used in the present invention because it has high density and good transparency.

酸素や水分等との接触を防止する目的で保護層あるいは封止層を設けることもできる。   A protective layer or a sealing layer can be provided for the purpose of preventing contact with oxygen or moisture.

保護層としては、ダイヤモンド薄膜、金属酸化物、金属窒化物等の無機材料膜、フッ素樹脂、ポリパラキシレン、ポリエチレン、シリコン樹脂、ポリスチレン樹脂等の高分子膜、さらには、光硬化性樹脂等が挙げられる。また、ガラス、気体不透過性プラスチック、金属などで素子部分をカバーし、適当な封止樹脂により素子自体をパッケージングすることもできる。この場合吸水性の高い物質をパッケージング内に存在させることも可能である。   Examples of protective layers include diamond thin films, inorganic material films such as metal oxides and metal nitrides, polymer films such as fluororesins, polyparaxylene, polyethylene, silicon resins, and polystyrene resins, and photocurable resins. Can be mentioned. Further, the element portion can be covered with glass, gas-impermeable plastic, metal, etc., and the element itself can be packaged with an appropriate sealing resin. In this case, a substance having high water absorption can be present in the packaging.

更に、マイクロレンズアレイを受光素子の上部に形成することにより、集光効率を向上させることができるため、このような態様も好ましい。
(電荷蓄積/転送/読み出し部位)
電荷転送/読み出し部位については特開昭58−103166、特開昭58−103165、特開2003−332551等を参考にすることができる。半導体基板上にMOSトランジスタが各画素単位に形成された構成や、あるいは、素子としてCCDを有する構成を適宜採用することができる。例えばMOSトランジスタを用いた光電変換素子の場合、電極を透過した入射光によって光導電膜の中に電荷が発生し、電極に電圧を印加することにより電極と電極との間に生じる電界によって電荷が光導電膜の中を電極まで走行し、さらにMOSトランジスタの電荷蓄積部まで移動し、電荷蓄積部に電荷が蓄積される。電荷蓄積部に蓄積された電荷は、MOSトランジスタのスイッチングにより電荷読出し部に移動し、さらに電気信号として出力される。これにより、フルカラーの画像信号が、信号処理部を含む固体撮像装置に入力される。
Furthermore, since the light collection efficiency can be improved by forming the microlens array on the light receiving element, such an embodiment is also preferable.
(Charge accumulation / transfer / readout part)
Regarding the charge transfer / readout part, reference can be made to JP-A-58-103166, JP-A-58-103165, JP-A-2003-332551 and the like. A configuration in which a MOS transistor is formed in each pixel unit on a semiconductor substrate or a configuration having a CCD as an element can be appropriately employed. For example, in the case of a photoelectric conversion element using a MOS transistor, charges are generated in the photoconductive film by incident light transmitted through the electrodes, and the charges are generated by an electric field generated between the electrodes by applying a voltage to the electrodes. It travels to the electrode through the photoconductive film, and further moves to the charge storage part of the MOS transistor, and charges are stored in the charge storage part. The charge accumulated in the charge accumulation unit moves to the charge readout unit by switching of the MOS transistor, and is further output as an electric signal. Thereby, a full-color image signal is input to the solid-state imaging device including the signal processing unit.

一定量のバイアス電荷を蓄積ダイオードに注入して(リフレッシュモード)おき、一定の電荷を蓄積(光電変換モード)後、信号電荷を読み出すことが可能である。受光素子そのものを蓄積ダイオードとして用いることもできるし、別途、蓄積ダイオードを付設することもできる。   It is possible to inject a certain amount of bias charge into the storage diode (refresh mode) and store the constant charge (photoelectric conversion mode), and then read out the signal charge. The light receiving element itself can be used as a storage diode, or a storage diode can be additionally provided.

信号の読み出しについてさらに詳細に説明する。信号の読み出しは、通常のカラー読み出し回路を用いることができる。受光部で光/電気変換された信号電荷もしくは信号電流は、受光部そのものもしくは付設されたキャパシタで蓄えられる。蓄えられた電荷は、X−Yアドレス方式を用いたMOS型撮像素子(いわゆるCMOSセンサ)の手法により、画素位置の選択とともに読み出される。他には、アドレス選択方式として、1画素づつ順次マルチプレクサスイッチとデジタルシフトレジスタで選択し、共通の出力線に信号電圧(または電荷)として読み出す方式が挙げられる。2次元にアレイ化されたX−Yアドレス操作の撮像素子がCMOSセンサとして知られる。これは、X−Yの交点に接続された画素に儲けられたスイッチは垂直シフトレジスタに接続され、垂直操走査シフトレジスタからの電圧でスイッチがオンすると同じ行に儲けられた画素から読み出された信号は、列方向の出力線に読み出される。この信号は水平走査シフトレジスタにより駆動されるスイッチを通して順番に出力端から読み出される。   The signal readout will be described in more detail. An ordinary color readout circuit can be used for signal readout. The signal charge or signal current optically / electrically converted by the light receiving unit is stored in the light receiving unit itself or an attached capacitor. The stored charge is read out together with the selection of the pixel position by a technique of a MOS type image pickup device (so-called CMOS sensor) using an XY address method. In addition, as an address selection method, there is a method in which each pixel is sequentially selected by a multiplexer switch and a digital shift register and read as a signal voltage (or charge) to a common output line. An image sensor for XY address operation that is two-dimensionally arrayed is known as a CMOS sensor. This is because a switch connected to a pixel connected to the intersection of XY is connected to a vertical shift register, and when a switch is turned on by a voltage from the vertical scanning shift register, it is read from a pixel placed in the same row. The signal is read out to the output line in the column direction. This signal is sequentially read from the output through a switch driven by a horizontal scanning shift register.

出力信号の読み出しには、フローティングディフュージョン検出器や、フローティングゲート検出器を用いることができる。また画素部分に信号増幅回路を設けることや、相関二重サンプリング(Correlated Double Sampling)の手法などにより、S/Nの向上をはかることができる。   For reading out the output signal, a floating diffusion detector or a floating gate detector can be used. Further, the S / N can be improved by providing a signal amplification circuit in the pixel portion or a correlated double sampling technique.

信号処理には、ADC回路によるガンマ補正、AD変換機によるデジタル化、輝度信号処理や、色信号信号処理を施すことができる。色信号処理としては、ホワイトバランス処理や、色分離処理、カラーマトリックス処理などが挙げられる。NTSC信号に用いる際は、RGB信号をYIQ信号の変換処理を施すことができる。   For signal processing, gamma correction by an ADC circuit, digitization by an AD converter, luminance signal processing, and color signal signal processing can be performed. Examples of the color signal processing include white balance processing, color separation processing, and color matrix processing. When used for NTSC signals, RGB signals can be converted to YIQ signals.

電荷転送・読み出し部位は電荷の移動度が100cm/volt・sec以上であることが必要であり、この移動度は、材料をIV族、III−V族、II−VI族の半導体から選択することによって得ることができる。その中でも微細化技術が進んでいることと、低コストであることからシリコン半導体(Si半導体共記す)が好ましい。電荷転送・電荷読み出しの方式は数多く提案されているが、何れの方式でも良い。特に好ましい方式はCMOS型あるいはCCD型のデバイスである。更に本発明の場合、CMOS型の方が高速読み出し、画素加算、部分読み出し、消費電力などの点で好ましいことが多い。
(接続)
電磁波吸収/光電変換部位と電荷転送/読み出し部位を連結する複数のコンタクト部位はいずれの金属で連結してもよいが、銅、アルミ、銀、金、クロム、タングステンの中から選択するのが好ましく、特に銅が好ましい。複数の電磁波吸収/光電変換部位に応じて、それぞれのコンタクト部位を電荷転送・読み出し部位との間に設置する必要がある。青・緑・赤光の複数感光ユニットの積層構造を採る場合、青光用取り出し電極と電荷転送/読み出し部位の間、緑光用取り出し電極と電荷転送/読み出し部位の間および赤光用取り出し電極と電荷転送/読み出し部位の間をそれぞれ連結する必要がある。
(プロセス)
本発明の積層光電変換素子は、公知の集積回路などの製造に用いるいわゆるミクロファブリケーションプロセスにしたがって製造することができる。基本的には、この方法は活性光や電子線などによるパターン露光(水銀のi,g輝線、エキシマレーザー、さらにはX線、電子線)、現像及び/又はバーニングによるパターン形成、素子形成材料の配置(塗設、蒸着、スパッタ、CVなど)、非パターン部の材料の除去(熱処理、溶解処理など)の反復操作による。
(用途)
本発明の光電変換素子(好ましくは撮像素子)は、デジタルスチルカメラに利用することが出来る。また、TVカメラに用いることも好ましい。その他の用途として、デジタルビデオカメラ、下記用途などでの監視カメラ(オフィスビル、駐車場、金融機関・無人契約機、ショッピングセンター、コンビニエンスストア、アウトレットモール、百貨店、パチンコホール、カラオケボックス、ゲームセンター、病院)、その他各種のセンサー(テレビドアホン、個人認証用センサー、ファクトリーオートメーション用センサー、家庭用ロボット、産業用ロボット、配管検査システム)、医療用センサー(内視鏡、眼底カメラ)、テレビ会議システム、テレビ電話、カメラつきケータイ、自動車安全走行システム(バックガイドモニタ、衝突予測、車線維持システム)、テレビゲーム用センサーなどの用途に用いることが出来る。
The charge transfer / readout site needs to have a charge mobility of 100 cm 2 / volt · sec or more, and this mobility is selected from a group IV, III-V, or II-VI group semiconductor. Can be obtained. Of these, silicon semiconductors (also referred to as Si semiconductors) are preferable because miniaturization technology is advanced and the cost is low. Many methods of charge transfer and charge reading have been proposed, but any method may be used. A particularly preferred method is a CMOS type or CCD type device. Furthermore, in the case of the present invention, the CMOS type is often preferable in terms of high-speed readout, pixel addition, partial readout, power consumption, and the like.
(Connection)
A plurality of contact parts for connecting the electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion part and the charge transfer / reading part may be connected by any metal, but preferably selected from copper, aluminum, silver, gold, chromium, and tungsten. In particular, copper is preferred. In accordance with a plurality of electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion parts, it is necessary to install each contact part between the charge transfer / readout part. When a laminated structure of a plurality of photosensitive units of blue, green, and red light is adopted, between the blue light extraction electrode and the charge transfer / readout portion, between the green light extraction electrode and the charge transfer / readout portion, and the red light extraction electrode; It is necessary to connect between the charge transfer / readout portions.
(process)
The laminated photoelectric conversion device of the present invention can be manufactured according to a so-called microfabrication process used for manufacturing a known integrated circuit or the like. Basically, this method uses pattern exposure by active light or electron beam (mercury i, g emission line, excimer laser, X-ray, electron beam), pattern formation by development and / or burning, element formation material By repeated operation of arrangement (coating, vapor deposition, sputtering, CV, etc.) and removal of non-patterned material (heat treatment, dissolution treatment, etc.).
(Use)
The photoelectric conversion element (preferably imaging element) of the present invention can be used for a digital still camera. It is also preferable to use it for a TV camera. Other applications include digital video cameras, surveillance cameras for the following applications (office buildings, parking lots, financial institutions and unmanned contractors, shopping centers, convenience stores, outlet malls, department stores, pachinko halls, karaoke boxes, game centers, Hospital), various other sensors (TV door phone, personal authentication sensor, factory automation sensor, home robot, industrial robot, piping inspection system), medical sensor (endoscope, fundus camera), video conference system, It can be used for applications such as videophones, mobile phones with cameras, safe driving systems for vehicles (back guide monitors, collision prediction, lane keeping systems), and video game sensors.

中でも、本発明の光電変換素子(好ましくは撮像素子)は、テレビカメラ用途としても適するものである。その理由は、色分解光学系を必要としないためにテレビカメラの小型軽量化を達成することが出来るためである。また、高感度で高解像力を有することから、ハイビジョン放送用テレビカメラに特に好ましい。この場合のハイビジョン放送用テレビカメラとは、デジタルハイビジョン放送用カメラを含むものである。   Among these, the photoelectric conversion element (preferably the image pickup element) of the present invention is suitable for use as a television camera. This is because a television camera can be reduced in size and weight because no color separation optical system is required. Further, since it has high sensitivity and high resolution, it is particularly preferable for a television camera for high-definition broadcasting. In this case, the high-definition broadcast television camera includes a digital high-definition broadcast camera.

更に、本発明の光電変換素子においては、光学ローパスフィルターを不要とすることが出来、更なる高感度、高解像力が期待できる点で好ましい。   Furthermore, the photoelectric conversion element of the present invention is preferable in that an optical low-pass filter can be omitted, and higher sensitivity and higher resolution can be expected.

更に、本発明の光電変換素子においては厚みを薄くすることが可能であり、かつ色分解光学系が不要となる為、「日中と夜間のように異なる明るさの環境」、「静止している被写体と動いている被写体」など、異なる感度が要求される撮影シーン、その他分光感度、色再現性に対する要求が異なる撮影シーンに対して、本発明の光電変換素子を交換して撮影する事により1台のカメラにて多様な撮影のニーズにこたえることが出来、同時に複数台のカメラを持ち歩く必要がない為、撮影者の負担も軽減する。交換の対象となる光電変換素子としては、上記の他に赤外光撮影用、白黒撮影用、ダイナミックレンジの変更を目的に交換光電変換素子を用意することが出来る。   Furthermore, in the photoelectric conversion element of the present invention, it is possible to reduce the thickness and eliminate the need for a color separation optical system, so that "an environment with different brightness such as daytime and nighttime" For shooting scenes that require different sensitivities, such as `` subjects that are moving and subjects that are moving, '' and other shooting scenes that require different spectral sensitivity and color reproducibility, replace the photoelectric conversion element of the present invention and shoot. A single camera can meet a variety of shooting needs, and it is not necessary to carry multiple cameras at the same time, reducing the burden on the photographer. As the photoelectric conversion element to be exchanged, an exchange photoelectric conversion element can be prepared for infrared light photography, black-and-white photography, and dynamic range change in addition to the above.

本発明のTVカメラは、映像情報メディア学会編、テレビジョンカメラの設計技術(1999年8月20日、コロナ社発行、ISBN 4−339−00714−5)第2章の記述を参考にし、例えば図2.1テレビカメラの基本的な構成の色分解光学系及び撮像デバイスの部分を、本発明の光電変換素子と置き換えることにより作製することができる。   The TV camera of the present invention can be obtained by referring to the description in Chapter 2 of the TV Information Technology Society, Television Camera Design Technology (August 20, 1999, Corona, ISBN 4-339-00714-5). Fig. 2.1 The television camera can be manufactured by replacing the part of the color separation optical system and the imaging device in the basic configuration with the photoelectric conversion element of the present invention.

上述の積層された受光素子は、配列することで撮像素子として利用することができるだけでなく、単体としてバイオセンサや化学センサなどの光センサやカラー受光素子としても利用可能である。
(本発明の好ましい光電変換素子)
本発明の好ましい光電変換素子について図4により説明する。13はシリコン単結晶基盤でありB光とR光の電磁波吸収/光電変換部位と光電変換により生成した電荷の電荷蓄積/転送/読み出し部位を兼ねている。通常、p型のシリコン基盤が用いられる。21、22、23はシリコン基盤中に設けられたn層、p層、n層を各々示す。21のn層はR光の信号電荷の蓄積部でありpn接合により光電変換されたR光の信号電荷を蓄積する。蓄積された電荷は26に示したトランジスタを介して19のメタル配線により27の信号読み出しパッドに接続される。23のn層はB光の信号電荷の蓄積部でありpn接合により光電変換されたB光の信号電荷を蓄積する。蓄積された電荷は26に類似のトランジスタを介して19のメタル配線により27の信号読み出しパッドに接続される。ここでp層、n層、トランジスタ、メタル配線等は模式的に示したが、それぞれが前論で詳述したように、構造等は適宜最適なものが選ばれる。B光、R光はシリコン基盤の深さにより分別しているのでpn接合等のシリコン基盤からの深さ、ドープ濃度の選択などは重要である。12はメタル配線を含む層であり酸化珪素、窒化珪素等を主成分とする層である。12の層の厚みは薄いほど好ましく5μm以下、好ましくは3μm以下、さらに好ましくは2μm以下である。11も同様に酸化珪素、窒化珪素等を主成分とする層である。11と12の層にはG光の信号電荷をシリコン基盤に送るためのプラグが設けられている。プラグは11と12の層の間で16のパッドにより接続されている。プラグはタングステンを主成分としたものが好ましく用いられる。パッドはアルミニウムを主成分としたものが好ましく用いられる。前述したメタル配線も含めてバリア層が設けられていることが好ましい。15のプラグを通して送られるG光の信号電荷はシリコン基盤中の25に示したn層に蓄積される。25に示したn層は24に示したp層により分離されている。蓄積された電荷は26に類似のトランジスタを介して19のメタル配線により27の信号読み出しパッドに接続される。24と25のpn接合による光電変換は雑音となるために11の層中に17に示した遮光膜が設けられる。遮光膜は通常、タングステン、アルミニウム等を主成分としたものが用いられる。12の層の厚みは薄いほど好ましく3μm以下、好ましくは2μm以下、さらに好ましくは1μm以下である。27の信号読み出しパッドはB、G、R信号別に設ける方が好ましい。以上のプロセスは従来公知のプロセス、いわゆるCMOSプロセスにより調製できる。
The above-described stacked light receiving elements can be used not only as an image pickup element by arranging them but also as a light sensor such as a biosensor or a chemical sensor or a color light receiving element as a single unit.
(Preferred photoelectric conversion element of the present invention)
A preferred photoelectric conversion element of the present invention will be described with reference to FIG. Reference numeral 13 denotes a silicon single crystal substrate, which serves as an electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion site for B light and R light and a charge accumulation / transfer / readout site for charges generated by photoelectric conversion. Usually, a p-type silicon substrate is used. Reference numerals 21, 22, and 23 denote an n layer, a p layer, and an n layer provided in the silicon substrate, respectively. The n layer 21 is an R light signal charge accumulating unit for accumulating the R light signal charge photoelectrically converted by the pn junction. The accumulated charges are connected to 27 signal readout pads through 19 transistors through 19 transistors. The n layer 23 is a B light signal charge accumulating unit for accumulating B light signal charges photoelectrically converted by a pn junction. The accumulated electric charge is connected to 27 signal readout pads through 19 metal wires through transistors similar to 26. Here, the p layer, the n layer, the transistor, the metal wiring, and the like are schematically shown. However, as described in detail in the previous discussion, an optimal structure is appropriately selected. Since B light and R light are separated according to the depth of the silicon substrate, selection of the depth from the silicon substrate such as a pn junction and the doping concentration is important. Reference numeral 12 denotes a layer containing metal wiring, which is mainly composed of silicon oxide, silicon nitride, or the like. The thickness of the layer 12 is preferably as thin as possible, and is 5 μm or less, preferably 3 μm or less, and more preferably 2 μm or less. Similarly, 11 is a layer mainly composed of silicon oxide, silicon nitride or the like. The layers 11 and 12 are provided with plugs for sending the signal charges of G light to the silicon substrate. The plug is connected by 16 pads between the 11 and 12 layers. The plug is preferably made mainly of tungsten. A pad mainly composed of aluminum is preferably used. It is preferable that a barrier layer is provided including the metal wiring described above. The signal charges of G light transmitted through the 15 plugs are accumulated in the n layer indicated by 25 in the silicon substrate. The n layer shown in 25 is separated by the p layer shown in 24. The accumulated electric charge is connected to 27 signal readout pads through 19 metal wires through transistors similar to 26. Since photoelectric conversion by the pn junctions 24 and 25 causes noise, the light shielding film shown in 17 is provided in 11 layers. As the light shielding film, a film mainly composed of tungsten, aluminum or the like is usually used. The thickness of the layer 12 is preferably as small as possible, but is 3 μm or less, preferably 2 μm or less, and more preferably 1 μm or less. 27 signal readout pads are preferably provided for each of the B, G, and R signals. The above process can be prepared by a conventionally known process, a so-called CMOS process.

G光の電磁波吸収/光電変換部位は6、7、8、9、10、14により示される。6と14は透明電極であり、各々、対向電極、画素電極に相当する。画素電極14は透明電極であるが、15のプラグと電気的接続を良好にするために接続部にアルミニウム、モリブデン等の部位が必要な場合が多い。これらの透明電極間には18の接続電極、20の対向電極パッドからの配線を通じてバイアスがかけられる。透明対向電極6に対して画素電極14に正のバイアスをかけて25に電子が蓄積できる構造が好ましい。この場合7は電子ブロッキング層、8がp層、9がn層、10が正孔ブロッキング層であり、有機層の代表的な層の構成を示した。7、8、9、10から成る有機層の厚みは好ましくは合わせて0.5μm以下、より好ましくは0.4μm以下、特に好ましくは0.3μm以下である。6の透明対向電極、14の透明画素電極の厚みは特に好ましくは0.2μm以下である。3、4、5は窒化珪素等を主成分とする保護膜である。これらの保護膜により、有機層を含む層の製造プロセスが容易となる。特にこれらの層は18等の接続電極作成時のレジストパタ−ン作成、エッチング時等の有機層に対するダメ−ジを低減させることができる。また、レジストパタ−ン作成、エッチング等を避けるために、マスクによる製造も可能である。3、4、5の保護膜の厚みは上述した条件を満足する限りにおいて、好ましくは0.5μm以下である。3は18の接続電極の保護膜である。2は赤外カット誘電体多層膜である。1は反射防止膜である。1、2、3の層の厚みは合わせて1μm以下が好ましい。
[実施例]
本発明の実施例及び実施態様例を以下に記載するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
The electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion site of G light is indicated by 6, 7, 8, 9, 10, and 14. Reference numerals 6 and 14 denote transparent electrodes, which correspond to a counter electrode and a pixel electrode, respectively. Although the pixel electrode 14 is a transparent electrode, a part such as aluminum or molybdenum is often required for the connection portion in order to improve electrical connection with the 15 plugs. A bias is applied between these transparent electrodes through wiring from 18 connection electrodes and 20 counter electrode pads. A structure in which electrons can be stored in 25 by applying a positive bias to the pixel electrode 14 with respect to the transparent counter electrode 6 is preferable. In this case, 7 is an electron blocking layer, 8 is a p layer, 9 is an n layer, and 10 is a hole blocking layer, showing a typical organic layer structure. The total thickness of the organic layer composed of 7, 8, 9, 10 is preferably 0.5 μm or less, more preferably 0.4 μm or less, and particularly preferably 0.3 μm or less. The thicknesses of the transparent counter electrode 6 and the transparent pixel electrode 14 are particularly preferably 0.2 μm or less. Reference numerals 3, 4, and 5 are protective films mainly composed of silicon nitride or the like. These protective films facilitate the manufacturing process of the layer including the organic layer. In particular, these layers can reduce damage to the organic layer at the time of forming a resist pattern at the time of forming connection electrodes such as 18 and etching. Further, in order to avoid the formation of a resist pattern, etching, etc., it is possible to manufacture with a mask. The thicknesses of the protective films 3, 4, and 5 are preferably 0.5 μm or less as long as the above-described conditions are satisfied. 3 is a protective film of 18 connection electrodes. Reference numeral 2 denotes an infrared cut dielectric multilayer film. Reference numeral 1 denotes an antireflection film. The total thickness of the layers 1, 2, and 3 is preferably 1 μm or less.
[Example]
Examples and embodiment examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited thereto.

25mm角のITO付ガラス基板を、アセトン、セミコクリーン(フルウチ化学の商品名)、イソプロピルアルコール(IPA)でそれぞれ15分超音波洗浄した。
その基板を有機蒸着室に移動し、室内を1×10-4Pa以下に減圧した。その後、ランプ照射により、基板温度を100℃に保持した状態で、3回以上昇華精製したキナクリドン(DOJINDO社製)を抵抗加熱法により蒸着速度0.5〜1Å/secで厚み1000Åとなるように蒸着した。
A 25 mm square glass substrate with ITO was ultrasonically cleaned with acetone, semi-coclean (trade name of Furuuchi Chemical), and isopropyl alcohol (IPA) for 15 minutes.
The substrate was moved to the organic vapor deposition chamber, and the pressure in the chamber was reduced to 1 × 10 −4 Pa or less. Then, quinacridone (manufactured by DOJINDO) purified by sublimation three times or more with a lamp heating so that the substrate temperature is kept at 100 ° C. by a resistance heating method to a thickness of 1000 mm at a deposition rate of 0.5 to 1 mm / sec. Vapor deposited.

次に、有機材料を蒸着した基板を真空中で金属蒸着室に搬送した。その後、室内を1×10-4Pa以下に保ったまま、基板温度は室温のまま対向電極としてAlを厚み800Åとなるように蒸着した。また、画素電極となるITOと対向電極となるAlが形成する光電変換領域の面積は2mm×2mmとした。 Next, the board | substrate which vapor-deposited organic material was conveyed in the metal vapor deposition chamber in the vacuum. After that, while keeping the room at 1 × 10 −4 Pa or less, Al was vapor-deposited so as to have a thickness of 800 mm as a counter electrode while keeping the substrate temperature at room temperature. The area of the photoelectric conversion region formed by ITO serving as the pixel electrode and Al serving as the counter electrode was set to 2 mm × 2 mm.

この基板を大気に曝すことなく、水分、酸素をそれぞれ1ppm以下に保ったグローブボックスに搬送し、UV硬化性樹脂を用いて、吸湿剤を張ったステンレスの封止缶で封止を行った。   Without exposing this board | substrate to air | atmosphere, it conveyed to the glove box which kept the water | moisture content and oxygen each 1 ppm or less, and sealed with the stainless steel sealing can which stretched | stretched the moisture absorption agent using UV curable resin.

この素子をオプテル製定エネルギー量子効率測定装置(ソースメータはケースレー6430を使用)を用いて、素子に対して6.0 ×10V/cmの外部電界を与えた場合の、光非照射時に流れる暗電流値と光照射時に流れる光電流値の測定を行った。IPCEについては、光電流値から暗電流値を引いた信号電流値を用いて量子効率を計算した。 照射した光量は50μW/cmとした。 This element flows when light is not irradiated when an external electric field of 6.0 × 10 5 V / cm is applied to the element by using an optical constant energy efficiency measurement device (source meter uses Keithley 6430). The dark current value and the photocurrent value flowing during light irradiation were measured. For IPCE, the quantum efficiency was calculated using the signal current value obtained by subtracting the dark current value from the photocurrent value. The amount of light irradiated was 50 μW / cm 2 .

キャリア移動度については、上記と同様の条件で、基板温度100℃にて成膜したキナクリドンの膜厚を2μmとした素子を作製し、オプテル製TOF測定装置にて電子キャリア移動度の測定を行った。   Regarding the carrier mobility, an element having a quinacridone film thickness of 2 μm formed at a substrate temperature of 100 ° C. under the same conditions as described above was prepared, and the electron carrier mobility was measured with an Optel TOF measuring device. It was.

実施例1と同様に洗浄したITO付基板に対して、基板温度をランプ照射により、150℃に保持した状態で、3回以上昇華精製したキナクリドン(DOJINDO社製)を抵抗加熱法により蒸着速度0.5〜1Å/secで厚み1000Åとなるように蒸着した。
次に、実施例1と同様に、この基板を金属蒸着室に搬送し、基板温度は室温のままAlの蒸着を行い、さらに封止した上で、光電流、暗電流、IPCEの測定を行った。
With respect to the substrate with ITO washed in the same manner as in Example 1, quinacridone (manufactured by DOJINDO) purified by sublimation three times or more with the substrate temperature kept at 150 ° C. by lamp irradiation was deposited at a deposition rate of 0 by the resistance heating method. Vapor deposition was carried out at a thickness of 1000 Å at 5 to 1 Å / sec.
Next, in the same manner as in Example 1, this substrate was transported to a metal vapor deposition chamber, Al was vapor deposited while the substrate temperature was at room temperature, and after further sealing, photocurrent, dark current, and IPCE were measured. It was.

キャリア移動度については、上記と同様の条件で、基板温度150℃にて成膜したキナクリドンの膜厚を2μmとした素子を作製し、オプテル製TOF測定装置にて電子キャリア移動度の測定を行った。
[比較例1]
実施例1と同様に、洗浄したITO付基板に対して、基板温度を室温(約25℃)に保持した状態で、3回以上昇華精製したキナクリドン(DOJINDO社製)を抵抗加熱法により蒸着速度0.5〜1Å/secで厚み1000Åとなるように蒸着した。
Regarding the carrier mobility, an element having a quinacridone film thickness of 2 μm formed at a substrate temperature of 150 ° C. under the same conditions as described above was prepared, and the electron carrier mobility was measured with an Optel TOF measurement device. It was.
[Comparative Example 1]
As in Example 1, quinacridone (manufactured by DOJINDO) purified by sublimation three or more times with the substrate temperature kept at room temperature (about 25 ° C.) with respect to the washed ITO-attached substrate was deposited by a resistance heating method. It vapor-deposited so that it might become a thickness of 1000 で at 0.5-1 liter / sec.

次に、実施例1と同様に、この基板を金属蒸着室に搬送し、基板温度は室温のままAlの蒸着を行い、さらに封止した上で、光電流、暗電流、IPCEの測定を行った。   Next, in the same manner as in Example 1, this substrate was transported to a metal vapor deposition chamber, Al was vapor deposited while the substrate temperature was at room temperature, and after further sealing, photocurrent, dark current, and IPCE were measured. It was.

キャリア移動度については、上記と同様の条件で、基板温度室温にて成膜したキナクリドンの膜厚を2μmとした素子を作製し、オプテル製TOF測定装置にて電子キャリア移動度の測定を行った。
[比較例2]
実施例1と同様に、洗浄したITO付基板に対して、基板温度をランプ照射により、50℃に保持した状態で、3回以上昇華精製したキナクリドン(DOJINDO社製)を抵抗加熱法により蒸着速度0.5〜1Å/secで厚み1000Åとなるように蒸着した。
次に、実施例1と同様に、この基板を金属蒸着室に搬送し、基板温度は室温のままAlの蒸着を行い、さらに封止した上で、光電流、暗電流、IPCEの測定を行った。
Regarding the carrier mobility, an element in which the film thickness of quinacridone formed at a substrate temperature of room temperature was set to 2 μm under the same conditions as described above was prepared, and the electron carrier mobility was measured with an Optel TOF measuring device. .
[Comparative Example 2]
Similarly to Example 1, quinacridone (manufactured by DOJINDO) purified by sublimation three times or more with the substrate temperature kept at 50 ° C. by lamp irradiation on the cleaned ITO-attached substrate was deposited by a resistance heating method. It vapor-deposited so that it might become a thickness of 1000 で at 0.5-1 liter / sec.
Next, in the same manner as in Example 1, this substrate was transported to a metal vapor deposition chamber, Al was vapor deposited while the substrate temperature was at room temperature, and after further sealing, photocurrent, dark current, and IPCE were measured. It was.

キャリア移動度については、上記と同様の条件で、基板温度50℃にて成膜したキナクリドンの膜厚を2μmとした素子を作製し、オプテル製TOF測定装置にて電子キャリア移動度の測定を行った。
[比較例3]
実施例1と同様に、洗浄したITO付基板に対して、基板温度をランプ照射により、300℃に保持した状態で、3回以上昇華精製したキナクリドン(DOJINDO社製)を抵抗加熱法により蒸着速度0.5〜1Å/secで蒸着しようとしたが、基板表面温度が高すぎる為、基板に付着したキナクリドンの再昇華が起こり、成膜することができなかった。
Regarding the carrier mobility, an element having a quinacridone film thickness of 2 μm formed at a substrate temperature of 50 ° C. under the same conditions as described above was prepared, and the electron carrier mobility was measured with an Optel TOF measuring device. It was.
[Comparative Example 3]
In the same manner as in Example 1, quinacridone (manufactured by DOJINDO) purified by sublimation three times or more with the substrate temperature kept at 300 ° C. by lamp irradiation on the cleaned ITO-attached substrate was deposited by a resistance heating method. An attempt was made to deposit at 0.5 to 1 liter / sec. However, since the substrate surface temperature was too high, re-sublimation of quinacridone adhering to the substrate occurred and no film could be formed.

X線回折パターンの測定に使用したX線は、波長5.14ÅのCu−Kα線であった。   The X-ray used for the measurement of the X-ray diffraction pattern was a Cu-Kα ray having a wavelength of 5.14Å.

図1は比較例1、図2は実施例2におけるキナクリドンに対して行ったX線回折パターンの結果を示す。
結果を下表に示す。
FIG. 1 shows the results of an X-ray diffraction pattern performed on quinacridone in Comparative Example 1 and FIG.
The results are shown in the table below.

Figure 2008258421
基板温度を室温や50℃でキナクリドン成膜した比較例1、2と比べて、基板温度100℃や150℃でキナクリドンを成膜した実施例1、2では、電子キャリア移動度が高くなると共に光電変換効率の向上が見られた。また、基板温度300℃という高温でキナクリドンを成膜しようとした比較例3では、温度が高すぎて成膜することができなかった。
Figure 2008258421
Compared with Comparative Examples 1 and 2 where the quinacridone film was formed at room temperature or 50 ° C., in Examples 1 and 2 where quinacridone was formed at a substrate temperature of 100 ° C. or 150 ° C., the electron carrier mobility increased and The conversion efficiency was improved. In Comparative Example 3 in which quinacridone was formed at a substrate temperature of 300 ° C., the temperature was too high to form a film.

また、基板温度150℃で成膜した実施例2のキナクリドンのX線回折パターンでは、図2のように回折角度2θの11度付近、23度付近、29度付近に強いX線回折ピークが見られ、キナクリドンが配向されていることが分かる。同様に基板温度100℃で成膜した実施例1のキナクリドンに対するX線回折パターンも図2同様に同じ回折角度に強いピークが見られた。   In addition, in the X-ray diffraction pattern of quinacridone of Example 2 formed at a substrate temperature of 150 ° C., strong X-ray diffraction peaks were observed at diffraction angles 2θ of around 11 degrees, 23 degrees, and 29 degrees as shown in FIG. It can be seen that quinacridone is oriented. Similarly, the X-ray diffraction pattern for quinacridone of Example 1 deposited at a substrate temperature of 100 ° C. also showed a strong peak at the same diffraction angle as in FIG.

一方、室温で成膜した比較例1のキナクリドンに対するX線回折パターンは図1のようにブロードなパターンとなっており、配向されていないことが分かる。   On the other hand, the X-ray diffraction pattern for quinacridone of Comparative Example 1 formed at room temperature is a broad pattern as shown in FIG.

は比較例1におけるX線回折パターンを示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an X-ray diffraction pattern in Comparative Example 1. は実施例2におけるX線回折パターンを示す図である。These are the figures which show the X-ray-diffraction pattern in Example 2. FIG. は本発明によるBGR3層積層の光電変換膜積層撮像素子の1画素分の断面模式図である。These are the cross-sectional schematic diagrams for 1 pixel of the photoelectric conversion film laminated | stacked image pick-up element of BGR 3 layer lamination by this invention. は本発明による好ましい撮像素子の断面模式図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a preferred image sensor according to the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 反射防止膜
2 赤外カット誘電体多層膜
3、4、5 保護膜
6 透明対向電極
7 電子ブロッキング層
8 p層
9 n層
10 正孔ブロッキング層
11,12 メタル配線を含む層
13 シリコン単結晶基盤
14 透明画素電極
15 プラグ
16 パッド
17 遮光膜
18 接続電極
19 メタル配線
20 対向電極パッド
21 n層
22 p層
23 n層
24 p層
25 n層
26 トランジスタ
27 信号読み出しパッド
101 Pウェル層
102,104,106 高濃度不純物領域
103,105,107 MOS回路
108 ゲート絶縁膜
109,110 絶縁膜
111,114,116,119,121,124, 透明電極膜
112,117,122, 電極
113,118,123 光電変換膜
110,115,120,125 透明絶縁膜
126 遮光膜
150 半導体基板











DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Antireflection film 2 Infrared cut dielectric multilayer film 3, 4, 5 Protective film 6 Transparent counter electrode 7 Electron blocking layer 8 P layer 9 N layer 10 Hole blocking layer 11, 12 Layer including metal wiring 13 Silicon single crystal Base 14 Transparent pixel electrode 15 Plug 16 Pad 17 Light shielding film 18 Connection electrode 19 Metal wiring 20 Counter electrode pad 21 n layer 22 p layer 23 n layer 24 p layer 25 n layer 26 Transistor 27 Signal readout pad 101 P well layers 102, 104 , 106 High-concentration impurity regions 103, 105, 107 MOS circuit 108 Gate insulating film 109, 110 Insulating film 111, 114, 116, 119, 121, 124, transparent electrode film 112, 117, 122, electrode 113, 118, 123 photoelectric Conversion film 110, 115, 120, 125 Transparent insulating film 126 Light shielding film 150 Semiconductor Substrate











Claims (8)

一対の電極の間に、光導電性を有する有機化合物を含有する層を配置した有機光電変換素子の製造方法において、該光導電性を有する有機化合物を含有する層の一部、またはすべてを基板温度60℃〜250℃に制御しながら気相成長させることを特徴とする有機光電変換素子の製造方法。   In the method of manufacturing an organic photoelectric conversion element in which a layer containing a photoconductive organic compound is disposed between a pair of electrodes, a part or all of the layer containing the photoconductive organic compound is a substrate. A method for producing an organic photoelectric conversion element, wherein vapor phase growth is performed while controlling the temperature at 60 ° C to 250 ° C. 前記光導電性を有する有機化合物がキナクリドン系色素であることを特徴とする請求項1に記載の有機光電変換素子の製造方法。   The method for producing an organic photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the organic compound having photoconductivity is a quinacridone dye. 一対の電極の間に、光導電性を有する有機化合物を含有する層を配置した有機光電変換素子において、該光導電性を有する有機化合物を含有する層の一部、またはすべてが配向されていることを特徴とする有機光電変換素子。   In the organic photoelectric conversion element in which a layer containing a photoconductive organic compound is disposed between a pair of electrodes, a part or all of the layer containing the photoconductive organic compound is oriented. The organic photoelectric conversion element characterized by the above-mentioned. 前記光導電性を有する有機化合物がキナクリドン系色素であることを特徴とする請求項3に記載の有機光電変換素子。   The organic photoelectric conversion element according to claim 3, wherein the organic compound having photoconductivity is a quinacridone dye. 前記光導電性を有する有機化合物を含有する層が、該有機化合物を含有する層に対しX線回折測定をした際に、回折角度2θの11度付近、23度付近、29度付近に強いX線回折ピークを有することを特徴とする請求項3または4に記載の有機光電変換素子。   When the layer containing the organic compound having photoconductivity is subjected to X-ray diffraction measurement with respect to the layer containing the organic compound, X is strong around 11 degrees, 23 degrees, and 29 degrees of the diffraction angle 2θ. The organic photoelectric conversion device according to claim 3, wherein the organic photoelectric conversion device has a line diffraction peak. 前記光導電性を有する有機化合物を含有する層と前記一対の電極のうち少なくとも一方の電極との間に、実質的に光吸収しない有機化合物もしくは無機物からなる層を配置すること特徴とする請求項3〜5のいずれかに記載の有機光電変換素子。   The layer made of an organic compound or an inorganic substance that does not substantially absorb light is disposed between the layer containing the organic compound having photoconductivity and at least one of the pair of electrodes. The organic photoelectric conversion element in any one of 3-5. 前記一対の電極を介し有機光電変換素子に印加される電界が1.0×10V/cm〜1.0×10V/cmであること特徴とする請求項3〜6のいずれかに記載の有機光電変換素子。 The electric field applied to the organic photoelectric conversion element through the pair of electrodes is 1.0 × 10 4 V / cm to 1.0 × 10 7 V / cm. The organic photoelectric conversion element as described. 前記請求項3〜6のいずれかに記載の有機光電変換素子を組み込んだことを特徴とする撮像素子。   An image pickup device comprising the organic photoelectric conversion device according to any one of claims 3 to 6.
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