JP2009272528A - Photoelectric conversion element, method of manufacturing photoelectric conversion element, and solid-state image sensor - Google Patents

Photoelectric conversion element, method of manufacturing photoelectric conversion element, and solid-state image sensor Download PDF

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覚 入澤
Masayuki Hayashi
誠之 林
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photoelectric conversion element capable of supressing dark current without reducing the efficiency of photoelectric conversion, to provide a method of manufacturing the photoelectric conversion element, and to provide a solid-state image sensor. <P>SOLUTION: The photoelectric conversion element includes a photoelectric conversion layer 102 arranged between a pair of electrodes 101 and 104, and an electric charge blocking layer 105 formed between the electrodes 101 and 104, and the photoelectric conversion layer 102, wherein an average surface roughness of the electric charge blocking layer 105 is 2.0 nm or less. In other words, a diffraction peak can not be observed in a X-ray diffraction spectrum of the electric charge blocking layer 105, or a half width of the highest diffraction peak therein is ≥5 degrees. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、一対の電極間に光電変換膜を備えた光電変換素子に関し、特に、電極から光電変換膜への電荷注入に対して障壁となる電荷ブロッキング層を備えた光電変換素子に関する。   The present invention relates to a photoelectric conversion element including a photoelectric conversion film between a pair of electrodes, and more particularly to a photoelectric conversion element including a charge blocking layer that serves as a barrier against charge injection from an electrode to a photoelectric conversion film.

一般に、有機薄膜太陽電池では、電力を取り出すことを目的とするため外部電界は加えずに性能を評価する。一方で、有機光電変換素子は、画像入力素子や光センサー等のように光電変換効率を最大限に引き出す必要があるため、光電変換効率向上や応答速度向上のために外部から電圧を印加することが多い。有機光電変換素子において外部から電圧を印加する場合には、外部電界により電極からの正孔注入もしくは電子注入により暗電流が増加し、光電流と暗電流との比の大きな素子を得ることができなかった。そのため、光電流を減らさずに、いかに暗電流を抑制するかという技術が光電変換素子の重要な技術の一つであるといえる。そこで、従来の有機光電変換素子としては、電極からのキャリア注入(暗電流)に対してショットキー障壁となるブロッキング層を電極と光電変換層の間に挿入することにより暗電流を抑制する方法が知られている。この方法では、外部電界印加時に電極からのキャリア注入を抑えるために、できるだけ電極とのショットキー障壁が大きくなる材料をブロッキング層として用いられる。特に電極からの正孔注入を抑制する正孔ブロッキング層の材料としては、有機材料や無機酸化物などが知られている。ブロッキング層を備えた構成の光電変換素子としては、例えば、下記特許文献に示すものがある。   In general, an organic thin film solar cell is evaluated for performance without applying an external electric field because it aims to extract electric power. On the other hand, organic photoelectric conversion elements, such as image input elements and optical sensors, need to maximize photoelectric conversion efficiency, so voltage must be applied from the outside to improve photoelectric conversion efficiency and response speed. There are many. When an external voltage is applied to an organic photoelectric conversion element, dark current increases due to hole injection or electron injection from an electrode due to an external electric field, and an element having a large ratio of photocurrent to dark current can be obtained. There wasn't. Therefore, it can be said that the technique of suppressing the dark current without reducing the photocurrent is one of the important techniques of the photoelectric conversion element. Therefore, as a conventional organic photoelectric conversion element, there is a method of suppressing dark current by inserting a blocking layer serving as a Schottky barrier against carrier injection (dark current) from an electrode between the electrode and the photoelectric conversion layer. Are known. In this method, in order to suppress carrier injection from the electrode when an external electric field is applied, a material having a Schottky barrier with the electrode as large as possible is used as the blocking layer. In particular, organic materials and inorganic oxides are known as materials for the hole blocking layer that suppresses hole injection from the electrodes. As a photoelectric conversion element having a configuration including a blocking layer, for example, there are those shown in the following patent documents.

特開2007−273945号公報JP 2007-273945 A

ところで、有機材料を用いた場合、深い電子親和力Eaをもつ材料が少なく光電変換して発生したキャリアも阻害してしまうために光電変換効率の低下が問題となっていた。また、無機酸化物を用いた場合は、電子親和力が深い材料を選ぶことができ光電変換効率の低下は少ないが、十分な暗電流抑制効果が得られず、高いS/N比を実現できなかった。   By the way, when an organic material is used, since a material having a deep electron affinity Ea is small and carriers generated by photoelectric conversion are also inhibited, a decrease in photoelectric conversion efficiency has been a problem. In addition, when an inorganic oxide is used, a material having a deep electron affinity can be selected, and the decrease in photoelectric conversion efficiency is small, but a sufficient dark current suppressing effect cannot be obtained, and a high S / N ratio cannot be realized. It was.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、光電変換効率を低下させることなく、暗電流を抑制することができる光電変換素子、光電変換素子の製造方法及び固体撮像素子を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a photoelectric conversion element capable of suppressing dark current without reducing photoelectric conversion efficiency, a method for manufacturing the photoelectric conversion element, and a solid-state imaging element. It is to provide.

本発明者は、一般的に微結晶性で凹凸のある膜になりやすい無機酸化物をアモルファス性の平坦な膜にすることにより暗電流を抑制する方法を見出した。具体的には、2種類以上の無機酸化物を混合して結晶性を下げる方法や、基板冷却により結晶性を下げる方法、またはそれらを組み合わせる方法が有効である。このようなアモルファス性の無機酸化物層を正孔ブロッキング層として用いることにより、凹凸のある無酸化物層を用いる場合に比べて光電変換効率を低下させることなく暗電流を抑制することが可能となり、より高いS/N比を実現することができる。   The present inventor has found a method for suppressing dark current by forming an inorganic flat film from an inorganic oxide that tends to be a microcrystalline and uneven film. Specifically, a method of lowering crystallinity by mixing two or more kinds of inorganic oxides, a method of lowering crystallinity by cooling the substrate, or a method of combining them is effective. By using such an amorphous inorganic oxide layer as a hole blocking layer, it is possible to suppress dark current without lowering the photoelectric conversion efficiency compared to the case of using an uneven oxide-free layer. A higher S / N ratio can be realized.

本発明の上記目的は、下記構成によって達成される。
(1)一対の電極と、
前記一対の電極の間に配置された光電変換層と、
前記一方の電極と前記光電変換層との間に形成され、前記一対の電極への電圧印加時に前記一対の電極の一方から前記光電変換層に電荷が注入されるのを抑制する電荷ブロッキング層と、を備えた光電変換素子であって、
前記電荷ブロッキング層の表面の平均粗さが2.0nm以下である光電変換素子。
(2)一対の電極と、
前記一対の電極の間に配置された光電変換層と、
前記一方の電極と前記光電変換層との間に形成され、前記一対の電極への電圧印加時に前記一対の電極の一方から前記光電変換層に電荷が注入されるのを抑制する電荷ブロッキング層と、を備えた光電変換素子であって、
前記電荷ブロッキング層のX線回折スペクトルにおいて回折ピークが現れない、もしくはその中で最大となる回折ピークの半値幅が5°以上である光電変換素子。
(3)上記(1)又は(2)に記載の光電変換素子であって、
前記電荷ブロッキング層がアモルファス構造である光電変換素子。
(4)上記(1)から(3)のいずれか1つに記載の光電変換素子であって、
前記電荷ブロッキング層が2種類以上の無機酸化物を含む光電変換素子。
(5)上記(1)から(4)のいずれか1つに記載の光電変換素子であって、
前記電荷ブロッキング層が2種類以上の無機酸化物を混合したものである光電変換素子。
(6)上記(1)から(5)のいずれか1つに記載の光電変換素子であって、
前記電荷ブロッキング層に含まれる無機酸化物の1つとして、CeO2を用いた光電変換素子。
(7)上記(1)から(69のいずれか1つに記載の光電変換素子であって、
前記電荷ブロッキング層に含まれる無機酸化物の1つとして、SnO2を用いた光電変換素子。
(8)上記(1)から(7)のいずれか1つに記載の光電変換素子であって、
前記電荷ブロッキング層に含まれる無機酸化物の1つとして、Ta2O5を用いた光電変換素子。
(9)上記(1)から(8)のいずれか1つに記載の光電変換素子であって、
前記電荷ブロッキング層に含まれる無機酸化物として、CeO2とTa2O5を用いた光電変換素子。
(10)上記(1)から(9)のいずれか1つに記載の光電変換素子であって、
前記一対の電極の他方と前記光電変換層との間に、更に、前記電荷ブロッキング層が設けられた光電変換素子。
(11)上記(1)から(10)のいずれか1つに記載の光電変換素子であって、
前記電荷ブロッキング層の厚みが10nm〜200nmである光電変換素子。
(12)上記(1)から(11)のいずれか1つに記載の光電変換素子であって、
前記一対の電極に外部から印加される電圧を前記一対の電極間の距離で割った値が1.0×105V/cm〜1.0×107V/cmである光電変換素子。
(13)上記(1)から(12)のいずれか1つに記載の光電変換素子であって、
少なくとも1つの前記光電変換層が上方に積層された半導体基板と、
前記半導体基板内に形成され、前記光電変換層で発生した電荷を蓄積するための電荷蓄積部と、
前記光電変換層の前記一対の電極のうちの前記電荷を取り出すための電極と、前記電荷蓄積部とを電気的に接続する接続部とを備える光電変換素子。
(14)上記(13)に記載の光電変換素子であって、
前記半導体基板内に、前記光電変換層を透過した光を吸収し、該光に応じた電荷を発生してこれを蓄積する基板内光電変換部を備える光電変換素子。
(15)上記(14)に記載の光電変換素子であって、
前記基板内光電変換部が、前記半導体基板内に積層されたそれぞれ異なる色の光を吸収する複数のフォトダイオードである光電変換素子。
(16)上記(15)に記載の光電変換素子であって、
前記基板内光電変換部が、前記半導体基板内の入射光の入射方向に対して垂直な方向に配列されたそれぞれ異なる色の光を吸収する複数のフォトダイオードである光電変換素子。
(17)上記(1)から(16)のいずれか1つに記載の光電変換素子であって、
前記半導体基板上方に積層された前記光電変換層が1つであり、
前記複数のフォトダイオードが、青色の光を吸収可能な位置にpn接合面が形成された青色用フォトダイオードと、赤色の光を吸収可能な位置にpn接合面が形成された赤色用フォトダイオードであり、
前記光電変換層が緑色の光を吸収するものである光電変換素子。
(18)上記(1)から(17)のいずれか1つに記載の光電変換素子をアレイ状に複数配置した固体撮像素子であって、
前記複数の光電変換素子の各々の前記電荷蓄積部に蓄積された前記電荷に応じた信号を読み出す信号読み出し部を備える固体撮像素子。
(19)一対の電極と、
前記一対の電極の間に配置された光電変換層と、
前記一方の電極と前記光電変換層との間に形成され、前記一対の電極への電圧印加時に前記一対の電極の一方から前記光電変換層に電荷が注入されるのを抑制する電荷ブロッキング層と、を備えた光電変換素子の製造方法であって、
前記電荷ブロッキング層を形成する際に基板温度を0℃以下に維持する光電変換素子の製造方法。
The above object of the present invention is achieved by the following configurations.
(1) a pair of electrodes;
A photoelectric conversion layer disposed between the pair of electrodes;
A charge blocking layer that is formed between the one electrode and the photoelectric conversion layer, and suppresses injection of charge from one of the pair of electrodes to the photoelectric conversion layer when a voltage is applied to the pair of electrodes; A photoelectric conversion element comprising:
The photoelectric conversion element whose average roughness of the surface of the said charge blocking layer is 2.0 nm or less.
(2) a pair of electrodes;
A photoelectric conversion layer disposed between the pair of electrodes;
A charge blocking layer that is formed between the one electrode and the photoelectric conversion layer, and suppresses injection of charge from one of the pair of electrodes to the photoelectric conversion layer when a voltage is applied to the pair of electrodes; A photoelectric conversion element comprising:
A photoelectric conversion element in which a diffraction peak does not appear in an X-ray diffraction spectrum of the charge blocking layer, or a half-value width of a diffraction peak that is maximum therein is 5 ° or more.
(3) The photoelectric conversion element according to (1) or (2) above,
A photoelectric conversion element in which the charge blocking layer has an amorphous structure.
(4) The photoelectric conversion element according to any one of (1) to (3) above,
The photoelectric conversion element in which the said charge blocking layer contains 2 or more types of inorganic oxides.
(5) The photoelectric conversion element according to any one of (1) to (4) above,
The photoelectric conversion element in which the charge blocking layer is a mixture of two or more inorganic oxides.
(6) The photoelectric conversion element according to any one of (1) to (5) above,
A photoelectric conversion element using CeO 2 as one of the inorganic oxides included in the charge blocking layer.
(7) The photoelectric conversion element according to any one of (1) to (69),
A photoelectric conversion element using SnO 2 as one of the inorganic oxides included in the charge blocking layer.
(8) The photoelectric conversion element according to any one of (1) to (7) above,
A photoelectric conversion element using Ta 2 O 5 as one of the inorganic oxides included in the charge blocking layer.
(9) The photoelectric conversion element according to any one of (1) to (8) above,
A photoelectric conversion element using CeO 2 and Ta 2 O 5 as an inorganic oxide contained in the charge blocking layer.
(10) The photoelectric conversion element according to any one of (1) to (9) above,
A photoelectric conversion element in which the charge blocking layer is further provided between the other of the pair of electrodes and the photoelectric conversion layer.
(11) The photoelectric conversion element according to any one of (1) to (10) above,
The photoelectric conversion element whose thickness of the said charge blocking layer is 10 nm-200 nm.
(12) The photoelectric conversion element according to any one of (1) to (11) above,
A photoelectric conversion element in which a value obtained by dividing a voltage applied from the outside to the pair of electrodes by a distance between the pair of electrodes is 1.0 × 10 5 V / cm to 1.0 × 10 7 V / cm.
(13) The photoelectric conversion element according to any one of (1) to (12) above,
A semiconductor substrate having at least one photoelectric conversion layer laminated thereon;
A charge storage unit formed in the semiconductor substrate for storing the charge generated in the photoelectric conversion layer;
A photoelectric conversion element provided with the electrode for taking out the said electric charge of the said pair of electrodes of the said photoelectric converting layer, and the connection part which electrically connects the said charge storage part.
(14) The photoelectric conversion element according to (13) above,
A photoelectric conversion element comprising an in-substrate photoelectric conversion unit that absorbs light transmitted through the photoelectric conversion layer in the semiconductor substrate, generates a charge corresponding to the light, and accumulates the charge.
(15) The photoelectric conversion element according to (14) above,
The photoelectric conversion element in which the photoelectric conversion part in the substrate is a plurality of photodiodes that absorb light of different colors stacked in the semiconductor substrate.
(16) The photoelectric conversion element according to (15) above,
A photoelectric conversion element in which the in-substrate photoelectric conversion unit is a plurality of photodiodes that absorb light of different colors arranged in a direction perpendicular to an incident direction of incident light in the semiconductor substrate.
(17) The photoelectric conversion element according to any one of (1) to (16) above,
The photoelectric conversion layer laminated on the semiconductor substrate is one,
The plurality of photodiodes are a blue photodiode having a pn junction surface formed at a position capable of absorbing blue light, and a red photodiode having a pn junction surface formed at a position capable of absorbing red light. Yes,
A photoelectric conversion element in which the photoelectric conversion layer absorbs green light.
(18) A solid-state imaging device in which a plurality of the photoelectric conversion devices according to any one of (1) to (17) are arranged in an array,
A solid-state imaging device including a signal reading unit that reads a signal corresponding to the charge accumulated in the charge accumulation unit of each of the plurality of photoelectric conversion elements.
(19) a pair of electrodes;
A photoelectric conversion layer disposed between the pair of electrodes;
A charge blocking layer that is formed between the one electrode and the photoelectric conversion layer, and suppresses injection of charge from one of the pair of electrodes to the photoelectric conversion layer when a voltage is applied to the pair of electrodes; A method for producing a photoelectric conversion element comprising:
A method for producing a photoelectric conversion element, wherein the substrate temperature is maintained at 0 ° C. or lower when the charge blocking layer is formed.

本発明によれば、光電変換効率を低下させることなく、暗電流を抑制することができる光電変換素子、光電変換素子の製造方法及び固体撮像素子を提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the photoelectric conversion element which can suppress a dark current, without reducing photoelectric conversion efficiency, the manufacturing method of a photoelectric conversion element, and a solid-state image sensor can be provided.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
(第一実施形態)
図1(a)は、本発明の第一実施形態である光電変換素子の基本的構成を示す断面模式図である。また、図1(b)は、第一実施形態の光電変換素子の変形例を示す断面模式図である。
図1(a)に示す光電変換素子は、基板Sと、該基板S上に形成された下部電極(画素電極)101と、下部電極101上に形成された光電変換層102と、光電変換層102上に形成された正孔ブロッキング層105と、正孔ブロッキング層105上に形成された上部電極(対向電極)104とを備える。また、図1(b)に示す光電変換素子は、基板Sと、該基板S上に形成された下部電極(画素電極)101と、下部電極101上に形成された電子ブロッキング層103と、電子ブロッキング層103上に形成された光電変換層102と、光電変換層102上に形成された正孔ブロッキング層105と、正孔ブロッキング層105上に形成された上部電極(対向電極)104とを備える。以下の説明においては、正孔ブロッキング層105と電子ブロッキング層103とを総称して、電荷ブロッキング層ともいう。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(First embodiment)
Fig.1 (a) is a cross-sectional schematic diagram which shows the basic composition of the photoelectric conversion element which is 1st embodiment of this invention. Moreover, FIG.1 (b) is a cross-sectional schematic diagram which shows the modification of the photoelectric conversion element of 1st embodiment.
The photoelectric conversion element shown in FIG. 1A includes a substrate S, a lower electrode (pixel electrode) 101 formed on the substrate S, a photoelectric conversion layer 102 formed on the lower electrode 101, and a photoelectric conversion layer. A hole blocking layer 105 formed on the hole 102 and an upper electrode (counter electrode) 104 formed on the hole blocking layer 105 are provided. 1B includes a substrate S, a lower electrode (pixel electrode) 101 formed on the substrate S, an electron blocking layer 103 formed on the lower electrode 101, an electron A photoelectric conversion layer 102 formed on the blocking layer 103, a hole blocking layer 105 formed on the photoelectric conversion layer 102, and an upper electrode (counter electrode) 104 formed on the hole blocking layer 105 are provided. . In the following description, the hole blocking layer 105 and the electron blocking layer 103 are collectively referred to as a charge blocking layer.

図1に示す光電変換素子は、上部電極104上方から光が入射するものとしている。又、図1に示す光電変換素子は、光電変換層102で発生した電荷(正孔及び電子)のうち、電子を上部電極104に移動させ、正孔を下部電極101に移動させるように、下部電極101及び上部電極104間にバイアス電圧が印加されるものとしている。つまり、上部電極104を電子捕集電極とし、下部電極101を正孔捕集電極としている。   In the photoelectric conversion element shown in FIG. 1, light enters from above the upper electrode 104. Further, the photoelectric conversion element shown in FIG. 1 has a lower portion so that electrons out of charges (holes and electrons) generated in the photoelectric conversion layer 102 are moved to the upper electrode 104 and holes are moved to the lower electrode 101. A bias voltage is applied between the electrode 101 and the upper electrode 104. That is, the upper electrode 104 is an electron collecting electrode and the lower electrode 101 is a hole collecting electrode.

上部電極104は、光電変換層102に光を入射させる必要があるため、透明な導電性材料で構成されている。ここで、透明とは、波長が約420nm〜約660nmの範囲の可視光を約80%以上透過することを言う。透明な導電性材料としてはITOを用いることが好ましい。   The upper electrode 104 is made of a transparent conductive material because light needs to be incident on the photoelectric conversion layer 102. Here, the term “transparent” means that visible light having a wavelength in the range of about 420 nm to about 660 nm is transmitted by about 80% or more. ITO is preferably used as the transparent conductive material.

下部電極101は導電性材料であればよく、透明である必要はない。しかし、図1に示す光電変換素子は、後述するが、下部電極101の下方にも光を透過させることが必要になる場合もあるため、下部電極101も透明な導電性材料で構成することが好ましい。上部電極104と同様に、下部電極101においてもITOを用いることが好ましい。   The lower electrode 101 may be any conductive material and need not be transparent. However, although the photoelectric conversion element shown in FIG. 1 will be described later, since it may be necessary to transmit light also below the lower electrode 101, the lower electrode 101 may also be formed of a transparent conductive material. preferable. Like the upper electrode 104, the lower electrode 101 is also preferably made of ITO.

光電変換層102は、光電変換機能を有する材料を含んで構成される。光電変換機能とは、波長の長い赤外線から、可視光線、波長の短い紫外線やX線を吸収し、それを電気に変換し外部に取り出すことができる機能を指す。光電変換層には可視・赤外以外のX線などの波長の光を吸収する材料を用いることができ、その光電変換層においても表面に凹凸の要因となる結晶性が示され(または示す場合があり)、本発明の電荷ブロッキング層を備えた構成とすることで同様に効果を得られる。以下には主に可視光を吸収する有機光電変換材料について詳細を説明するが、本特許の発明は、赤外線を光電変換するCIGS(Cu-In-Ga-Se)や、紫外線を光電変換するZnOなどのワイドギャップ酸化物にも適用することが可能である。また、X線を光電変換する光電変換材料を用いる場合にも有効であり、光電変換材料として、a−Se,Clを10〜200ppmドープしたa−Se、Se−Te,Se−As−Te,As2Se3、Bi12MO20 (M:Ti、Si、Ge)、Bi4312 (M:Ti、Si、Ge)、Bi23、BiMO4(M:Nb、Ta、V)、Bi2WO6、Bi24239、ZnO、ZnS、ZnSe、ZnTe,MNb03(M:Li、Na、K)、PbO,HgI2、PbI2 ,CdS、CdSe、CdTe、BiI3等を用いることができる。この中でも、放射線に対して比較的量子効率が高く、また暗抵抗が高いなどの点で優れているa−Seを主成分とするものが好適である。
光電変換層に適した有機材料としては、例えば電子写真の感光材料に用いられているような、様々な有機半導体材料を用いることができる。その中でも、高い光電変換性能を有すること、分光する際の色分離に優れていること、長時間の光照射に対する耐久性が高いこと、真空蒸着を行いやすいこと、等の観点から、キナクリドン骨格を含む材料やフタロシアニン骨格を含む有機材料が特に好ましい。
The photoelectric conversion layer 102 includes a material having a photoelectric conversion function. The photoelectric conversion function refers to a function capable of absorbing visible light, short-wavelength ultraviolet light, and X-rays from long-wavelength infrared rays, converting them into electricity, and extracting them to the outside. The photoelectric conversion layer can be made of a material that absorbs light having a wavelength such as X-rays other than visible and infrared, and the surface of the photoelectric conversion layer also exhibits crystallinity that causes unevenness (or shows The effect can be obtained in the same manner by providing the charge blocking layer of the present invention. The organic photoelectric conversion material that absorbs visible light will be described in detail below. The invention of this patent is based on CIGS (Cu-In-Ga-Se) for photoelectric conversion of infrared light and ZnO for photoelectric conversion of ultraviolet light. It is also possible to apply to wide gap oxides such as. It is also effective when using a photoelectric conversion material that photoelectrically converts X-rays. As a photoelectric conversion material, a-Se, Se-Te, Se-As-Te, doped with 10-200 ppm of a-Se, Cl, As 2 Se 3 , Bi 12 MO 20 (M: Ti, Si, Ge), Bi 4 M 3 O 12 (M: Ti, Si, Ge), Bi 2 O 3 , BiMO 4 (M: Nb, Ta, V) ), Bi 2 WO 6 , Bi 24 B 2 O 39 , ZnO, ZnS, ZnSe, ZnTe, MNb0 3 (M: Li, Na, K), PbO, HgI 2 , PbI 2 , CdS, CdSe, CdTe, BiI 3 Etc. can be used. Among these, those containing a-Se as a main component, which is excellent in that the quantum efficiency is relatively high with respect to radiation and the dark resistance is high, are preferable.
As the organic material suitable for the photoelectric conversion layer, various organic semiconductor materials such as those used in electrophotographic photosensitive materials can be used. Among them, the quinacridone skeleton is selected from the viewpoints of having high photoelectric conversion performance, excellent color separation at the time of spectroscopy, high durability against long-time light irradiation, and easy vacuum deposition. Particularly preferred are materials containing and organic materials containing a phthalocyanine skeleton.

光電変換層102として以下式で示されるキナクリドンを用いた場合には、光電変換層102にて緑色の波長域の光を吸収してこれに応じた電荷を発生することが可能となる。   When quinacridone represented by the following formula is used as the photoelectric conversion layer 102, the photoelectric conversion layer 102 can absorb light in the green wavelength region and generate a charge corresponding to the light.

Figure 2009272528
Figure 2009272528

光電変換層102として以下式で示される亜鉛フタロシアニンを用いた場合には、光電変換層102にて赤色の波長域の光を吸収してこれに応じた電荷を発生することが可能となる。   When zinc phthalocyanine represented by the following formula is used as the photoelectric conversion layer 102, the photoelectric conversion layer 102 can absorb light in the red wavelength region and generate a charge corresponding to the light.

Figure 2009272528
Figure 2009272528

また、光電変換層102を構成する有機材料は、有機p型半導体及び有機n型半導体の少なくとも一方を含んでいることが好ましい。有機p型半導体及び有機n型半導体として、それぞれキナクリドン誘導体、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、及びフルオランテン誘導体のいずれかを特に好ましく用いることができる。   Moreover, it is preferable that the organic material which comprises the photoelectric converting layer 102 contains at least one of an organic p-type semiconductor and an organic n-type semiconductor. As the organic p-type semiconductor and the organic n-type semiconductor, any of quinacridone derivatives, naphthalene derivatives, anthracene derivatives, phenanthrene derivatives, tetracene derivatives, pyrene derivatives, perylene derivatives, and fluoranthene derivatives can be particularly preferably used.

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 compounds, benzidine compounds, pyrazoline compounds, styrylamine compounds, hydrazone compounds, triphenylmethane compounds, carbazole compounds, polysilane compounds, thiophene compounds, phthalocyanine compounds, cyanine compounds, merocyanine compounds, oxonol compounds, polyamine compounds, indoles 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ないし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, o Metal complexes having ligands such as saziazole, imidazopyridine, pyralidine, pyrrolopyridine, thiadiazolopyridine, dibenzazepine, tribenzazepine), polyarylene compounds, fluorene compounds, cyclopentadiene compounds, silyl compounds, and nitrogen-containing heterocyclic compounds. 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.

p型有機色素、又はn型有機色素としては、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、フェナジン色素、フェノチアジン色素、キノン色素、インジゴ色素、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、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、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、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)が挙げられる。   Any p-type organic dye or n-type organic dye may be used, but preferably a cyanine dye, styryl dye, hemicyanine dye, merocyanine dye (including zero methine merocyanine (simple merocyanine)), three nucleus Merocyanine dye, 4-nuclear merocyanine dye, rhodacyanine 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, triphenyl Methane dye, azo dye, azomethine dye, spiro compound, metallocene dye, fluorenone dye, fulgide dye, perylene dye, phenazine dye, phenothiazine dye, quinone dye, indigo Dye, diphenylmethane dye, polyene dye, acridine dye, acridinone dye, diphenylamine dye, quinacridone dye, quinophthalone dye, phenoxazine dye, phthaloperylene dye, porphyrin dye, chlorophyll dye, phthalocyanine dye, metal complex dye, condensed aromatic carbocyclic dye (Naphthalene derivatives, anthracene derivatives, phenanthrene derivatives, tetracene derivatives, pyrene derivatives, perylene derivatives, fluoranthene derivatives).

次に金属錯体化合物について説明する。金属錯体化合物は金属に配位する少なくとも1つの窒素原子または酸素原子または硫黄原子を有する配位子をもつ金属錯体であり、金属錯体中の金属イオンは特に限定されないが、好ましくはベリリウムイオン、マグネシウムイオン、アルミニウムイオン、ガリウムイオン、亜鉛イオン、インジウムイオン、または錫イオンであり、より好ましくはベリリウムイオン、アルミニウムイオン、ガリウムイオン、または亜鉛イオンであり、更に好ましくはアルミニウムイオン、または亜鉛イオンである。前記金属錯体中に含まれる配位子としては種々の公知の配位子が有るが、例えば、「Photochemistry and Photophysics of Coordination Compounds」 Springer-Verlag社 H.Yersin著1987年発行、「有機金属化学−基礎と応用−」裳華房社山本明夫著1982年発行等に記載の配位子が挙げられる。   Next, the metal complex compound will be described. The metal complex compound is a metal complex having a ligand having at least one nitrogen atom or oxygen atom or sulfur atom coordinated to the metal, and the metal ion in the metal complex is not particularly limited, but preferably beryllium ion, magnesium Ion, aluminum ion, gallium ion, zinc ion, indium ion, or tin ion, more preferably beryllium ion, aluminum ion, gallium ion, or zinc ion, and still more preferably aluminum ion or zinc ion. There are various known ligands contained in the metal complex. For example, “Photochemistry and Photophysics of Coordination Compounds” published by Springer-Verlag H. Yersin in 1987, “Organometallic Chemistry— Examples of the ligands described in “Basics and Applications—” published by Akio Yamamoto, 1982, etc.

配位子として、好ましくは含窒素ヘテロ環配位子(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数2〜20、特に好ましくは炭素数3〜15であり、単座配位子であっても2座以上の配位子であってもよい。好ましくは2座配位子である。例えばピリジン配位子、ビピリジル配位子、キノリノール配位子、ヒドロキシフェニルアゾール配位子(ヒドロキシフェニルベンズイミダゾール、ヒドロキシフェニルベンズオキサゾール配位子、ヒドロキシフェニルイミダゾール配位子)などが挙げられる)、アルコキシ配位子(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。)、アリールオキシ配位子(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、2,4,6−トリメチルフェニルオキシ、4−ビフェニルオキシなどが挙げられる。)、ヘテロアリールオキシ配位子(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。)、アルキルチオ配位子(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。)、アリールチオ配位子(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。)、ヘテロ環置換チオ配位子(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。)、またはシロキシ配位子(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数3〜25、特に好ましくは炭素数6〜20であり、例えば、トリフェニルシロキシ基、トリエトキシシロキシ基、トリイソプロピルシロキシ基などが挙げられる)であり、より好ましくは含窒素ヘテロ環配位子、アリールオキシ配位子、ヘテロアリールオキシ基、またはシロキシ配位子であり、更に好ましくは含窒素ヘテロ環配位子、アリールオキシ配位子、またはシロキシ配位子が挙げられる。   The ligand is preferably a nitrogen-containing heterocyclic ligand (preferably having 1 to 30 carbon atoms, more preferably 2 to 20 carbon atoms, particularly preferably 3 to 15 carbon atoms, and a monodentate ligand. May also be a bidentate or higher ligand, preferably a bidentate ligand, such as a pyridine ligand, a bipyridyl ligand, a quinolinol ligand, a hydroxyphenylazole ligand (hydroxyphenylbenz). Imidazole, hydroxyphenylbenzoxazole ligand, hydroxyphenylimidazole ligand)), alkoxy ligand (preferably having 1 to 30 carbon atoms, more preferably 1 to 20 carbon atoms, particularly preferably carbon number). 1 to 10, for example, methoxy, ethoxy, butoxy, 2-ethylhexyloxy, etc.), aryloxy ligand (preferably Alternatively, it has 6 to 30 carbon atoms, more preferably 6 to 20 carbon atoms, and particularly preferably 6 to 12 carbon atoms. For example, phenyloxy, 1-naphthyloxy, 2-naphthyloxy, 2,4,6-trimethylphenyl Oxy, 4-biphenyloxy, etc.), heteroaryloxy ligands (preferably having 1 to 30 carbon atoms, more preferably 1 to 20 carbon atoms, particularly preferably 1 to 12 carbon atoms, such as pyridyl. Oxy, pyrazyloxy, pyrimidyloxy, quinolyloxy, etc.), alkylthio ligands (preferably having 1 to 30 carbon atoms, more preferably 1 to 20 carbon atoms, particularly preferably 1 to 12 carbon atoms, such as methylthio, Ethylthio etc.), an arylthio ligand (preferably having 6 to 30 carbon atoms, more preferably A prime number of 6 to 20, particularly preferably 6 to 12 carbon atoms, such as phenylthio, and the like, a heterocyclic substituted thio ligand (preferably 1 to 30 carbon atoms, more preferably 1 to 20 carbon atoms, Particularly preferably, it has 1 to 12 carbon atoms, and examples thereof include pyridylthio, 2-benzimidazolylthio, 2-benzoxazolylthio, 2-benzthiazolylthio and the like, or siloxy ligand (preferably carbon 1-30, more preferably 3-25 carbon atoms, particularly preferably 6-20 carbon atoms, and examples thereof include triphenylsiloxy group, triethoxysiloxy group, triisopropylsiloxy group, and the like. Preferred are nitrogen-containing heterocyclic ligands, aryloxy ligands, heteroaryloxy groups, or siloxy ligands, and more preferred. Examples thereof include a nitrogen-containing heterocyclic ligand, an aryloxy ligand, and a siloxy ligand.

本実施形態において、図1(a)に示す光電変換素子において、正孔ブロッキング層105は、表面の平均粗さが2.0nm以下とする。または、正孔ブロッキング層105は、X線回折スペクトルにおいて回折ピークが現れない、もしくはその中で最大となる回折ピークの半値幅が5°以上とする構成である。ここで、平均粗さの求め方しては、JIS規格により定められる算術平均粗さを用いることができる。正孔ブロッキング層105は、対向電極104と画素電極101のうち少なくとも一方の電極と光電変換層102との間に形成されている。また、図1(b)に示すように電子ブロッキング層103を加え、対向電極104と光電変換層102との間と、画素電極101と光電変換層102との間との両方に電荷ブロッキング層を設けた構成としてもよい。電圧を印加する方向に応じて正孔ブロッキング層105と電子ブロッキング層103を入れ替えてもよい。   In the present embodiment, in the photoelectric conversion element shown in FIG. 1A, the hole blocking layer 105 has an average surface roughness of 2.0 nm or less. Alternatively, the hole blocking layer 105 has a configuration in which a diffraction peak does not appear in the X-ray diffraction spectrum, or the half width of the maximum diffraction peak is 5 ° or more. Here, as an average roughness, an arithmetic average roughness defined by JIS standards can be used. The hole blocking layer 105 is formed between at least one of the counter electrode 104 and the pixel electrode 101 and the photoelectric conversion layer 102. Further, as shown in FIG. 1B, an electron blocking layer 103 is added, and a charge blocking layer is provided between both the counter electrode 104 and the photoelectric conversion layer 102 and between the pixel electrode 101 and the photoelectric conversion layer 102. It is good also as a provided structure. The hole blocking layer 105 and the electron blocking layer 103 may be interchanged depending on the direction in which the voltage is applied.

次に、正孔ブロッキング層105を構成する材料の候補について説明する。
正孔ブロッキング層105は、アモルファス構造を輸していることが好ましい。また、正孔ブロッキング層105は、2種類以上の無機酸化物を含むものが好ましく、これら無機酸化物は混合されていてもよい。本実施形態では、正孔ブロッキング層105は、酸化セリウム(CeO2)と、酸化タンタル(Ta2O5)とのうちいずれか1つを含むことが好ましく、両方含むものがより好ましい。正孔ブロッキング層105の厚みは、10nm〜200nmの範囲とすることが好ましい。
正孔ブロッキング層105に用いることができるそのほかの酸化物としては、正孔をブロックして電子を通す材料であることが好ましく、SiO、TiO2、GaO、TiO、WO3、In2O3、GeO2、Ga2O3、ZnO、CaO、MoO3などを用いることができる。
Next, candidate materials for the hole blocking layer 105 will be described.
The hole blocking layer 105 preferably has an amorphous structure. The hole blocking layer 105 preferably contains two or more kinds of inorganic oxides, and these inorganic oxides may be mixed. In the present embodiment, the hole blocking layer 105 preferably includes any one of cerium oxide (CeO 2 ) and tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), and more preferably includes both. The thickness of the hole blocking layer 105 is preferably in the range of 10 nm to 200 nm.
Other oxides that can be used for the hole blocking layer 105 are preferably materials that block holes and allow electrons to pass through, such as SiO, TiO 2 , GaO, TiO, WO 3 , In 2 O 3 , GeO 2 , Ga 2 O 3 , ZnO, CaO, MoO 3 and the like can be used.

Figure 2009272528
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また、電子ブロッキング層のみ無機酸化物を用い、正孔ブロッキング層として有機材料を用いる場合は、有機電子輸送性材料として、1,3−ビス(4−tert−ブチルフェニル−1,3,4−オキサジアゾリル)フェニレン(OXD−7)等のオキサジアゾール誘導体、アントラキノジメタン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、バソクプロイン、バソフェナントロリン、及びこれらの誘導体、トリアゾール化合物、トリス(8−ヒドロキシキノリナート)アルミニウム錯体、ビス(4−メチル−8−キノリナート)アルミニウム錯体、ジスチリルアリーレン誘導体、シロール化合物などを用いることができる。また、ポルフィリン系化合物や、DCM(4-ジシアノメチレン-2-メチル-6-(4-(ジメチルアミノスチリル))-4Hピラン)等のスチリル系化合物、4Hピラン系化合物なども用いることができる。   When an inorganic oxide is used only for the electron blocking layer and an organic material is used for the hole blocking layer, 1,3-bis (4-tert-butylphenyl-1,3,4) is used as the organic electron transporting material. Oxadiazole derivatives such as oxadiazolyl) phenylene (OXD-7), anthraquinodimethane derivatives, diphenylquinone derivatives, bathocuproine, bathophenanthroline, and derivatives thereof, triazole compounds, tris (8-hydroxyquinolinato) aluminum complexes, Bis (4-methyl-8-quinolinato) aluminum complexes, distyrylarylene derivatives, silole compounds, and the like can be used. Further, porphyrin compounds, styryl compounds such as DCM (4-dicyanomethylene-2-methyl-6- (4- (dimethylaminostyryl))-4H pyran), 4H pyran compounds, and the like can also be used.

(電子ブロッキング層)
電子ブロッキング層には正孔輸送性材料を用いることがく、さらにアモルファス構造を輸していることが好ましい。電子ブロッキング層103は、2種類以上の無機酸化物を含むものが好ましく、これら無機酸化物は混合されていてもよい。本実施形態では、電子ブロッキング層103は、酸化ニッケル(NiO)と、酸化イリジウム(IrO)とのうちいずれか1つを含むことが好ましく、両方含むものがより好ましい。電子ブロッキング層103の厚みは、10nm〜200nmの範囲とすることが好ましい。
電子ブロッキング層103に用いることができるそのほかの酸化物としては、CuAlO2、CuGaO2、CuScO2、CuCrO2、CuInO2、CuYO2、AgInO2、SrCu2O2、CuO、CoO、MnO2、Nb2O5、MoO3などが挙げられる。
また、正孔ブロッキング層のみ無機酸化物を用い、電子ブロッキング層として有機材料を用いる場合は、有機正孔輸送性材料として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。
具体的には、低分子材料では、N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−(1,1’−ビフェニル)−4,4’−ジアミン(TPD)や4,4’−ビス[N−(ナフチル)−N−フェニル−アミノ]ビフェニル(α−NPD)等の芳香族ジアミン化合物、オキサゾール、オキサジアゾール、トリアゾール、イミダゾール、イミダゾロン、スチルベン誘導体、ピラゾリン誘導体、テトラヒドロイミダゾール、ポリアリールアルカン、ブタジエン、4,4’,4”−トリス(N−(3−メチルフェニル)N−フェニルアミノ)トリフェニルアミン(m−MTDATA)、ポルフィン、テトラフェニルポルフィン銅、フタロシアニン、銅フタロシアニン、チタニウムフタロシアニンオキサイド等のポリフィリン化合物、トリアゾール誘導体、オキサジザゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体、ピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アニールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、オキサゾール誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、シラザン誘導体などを用いることができ、高分子材料では、フェニレンビニレン、フルオレン、カルバゾール、インドール、ピレン、ピロール、ピコリン、チオフェン、アセチレン、ジアセチレン等の重合体や、その誘導体を用いることができる。
(Electronic blocking layer)
It is preferable to use a hole transporting material for the electron blocking layer, and it is preferable to transport an amorphous structure. The electron blocking layer 103 preferably contains two or more inorganic oxides, and these inorganic oxides may be mixed. In the present embodiment, the electron blocking layer 103 preferably includes any one of nickel oxide (NiO) and iridium oxide (IrO), and more preferably includes both. The thickness of the electron blocking layer 103 is preferably in the range of 10 nm to 200 nm.
Other oxides that can be used for the electron blocking layer 103 include CuAlO 2 , CuGaO 2 , CuScO 2 , CuCrO 2 , CuInO 2 , CuYO 2 , AgInO 2 , SrCu 2 O 2 , CuO, CoO, MnO 2 , Nb 2 O 5 , MoO 3 and the like.
In addition, when an inorganic oxide is used only for the hole blocking layer and an organic material is used for the electron blocking layer, triarylamine compounds, benzidine compounds, pyrazoline compounds, styrylamine compounds, hydrazone compounds, Phenylmethane compounds, carbazole compounds, polysilane compounds, thiophene compounds, phthalocyanine compounds, cyanine compounds, merocyanine compounds, oxonol compounds, polyamine compounds, 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), and nitrogen-containing heterocyclic compounds as ligands It can be a metal complex.
Specifically, in a low molecular material, N, N′-bis (3-methylphenyl)-(1,1′-biphenyl) -4,4′-diamine (TPD) or 4,4′-bis [N Aromatic diamine compounds such as-(naphthyl) -N-phenyl-amino] biphenyl (α-NPD), oxazole, oxadiazole, triazole, imidazole, imidazolone, stilbene derivative, pyrazoline derivative, tetrahydroimidazole, polyarylalkane, butadiene 4,4 ′, 4 ″ -tris (N- (3-methylphenyl) N-phenylamino) triphenylamine (m-MTDATA), porphine, tetraphenylporphine copper, phthalocyanine, copper phthalocyanine, titanium phthalocyanine oxide, etc. Porphyrin compounds, triazole derivatives, oxazizazo Derivatives, imidazole derivatives, polyarylalkane derivatives, pyrazoline derivatives, pyrazolone derivatives, phenylenediamine derivatives, annealing amine derivatives, amino-substituted chalcone derivatives, oxazole derivatives, styrylanthracene derivatives, fluorenone derivatives, hydrazone derivatives, silazane derivatives, etc. As the polymer material, polymers such as phenylene vinylene, fluorene, carbazole, indole, pyrene, pyrrole, picoline, thiophene, acetylene, diacetylene, and derivatives thereof can be used.

上部電極104と下部電極101との間に外部から印加される電圧を、電極101,104間の距離で割った値が1.0×105V/cm〜1.0×107V/cmであることが好ましい。 A value obtained by dividing the voltage applied from the outside between the upper electrode 104 and the lower electrode 101 by the distance between the electrodes 101 and 104 is 1.0 × 10 5 V / cm to 1.0 × 10 7 V / cm. It is preferable that

電荷ブロッキング層の膜厚は、薄すぎると十分なブロッキング性を確保することができず、逆に厚すぎると光電変換層にかかる電界が小さくなるため効率の低下を招いてしまうので、0.01〜15μmであることが好ましい。より好ましくは、0.03〜1μm、さらに好ましくは、0.05〜0.2μmである。
また、電荷ブロッキング層の平坦化には、電荷ブロッキング層成膜時の基板冷却や成膜後の表面研磨などの方法が挙げられる。特に基板冷却は成膜面の温度を0℃以下にした場合に効果が高い。基板冷却方法としては、基板の裏面から銅製などの冷却ブロックを押し当てる方法が温度制御が容易であり好ましい。また表面研磨方法としては、化学機械研磨法(Chemical−Mechanical Polishing;CMP)を利用することができる。化学機械研磨技術は、化学助剤の提供する化学反応と、電荷ブロッキング層が研磨台上で受ける機械研磨を利用し、電荷ブロッキング層表面の凹凸の起伏の不均一な不平坦面を少しずつ除去して平坦化する技術である。
If the film thickness of the charge blocking layer is too thin, sufficient blocking properties cannot be ensured. Conversely, if the film is too thick, the electric field applied to the photoelectric conversion layer is reduced, resulting in a decrease in efficiency. It is preferable that it is ˜15 μm. More preferably, it is 0.03-1 micrometer, More preferably, it is 0.05-0.2 micrometer.
Examples of the flattening of the charge blocking layer include methods such as substrate cooling at the time of forming the charge blocking layer and surface polishing after the film formation. In particular, the substrate cooling is highly effective when the temperature of the film formation surface is set to 0 ° C. or lower. As a substrate cooling method, a method of pressing a cooling block made of copper or the like from the back surface of the substrate is preferable because temperature control is easy. As the surface polishing method, a chemical-mechanical polishing (CMP) can be used. Chemical mechanical polishing technology uses chemical reactions provided by chemical auxiliaries and mechanical polishing that the charge blocking layer receives on the polishing table, removing uneven uneven surfaces of the unevenness on the surface of the charge blocking layer little by little. And flattening technology.

本実施形態の光電変換素子によれば、一般的に微結晶性で凹凸のある膜になりやすい無機酸化物をアモルファス性の平坦な膜にすることにより暗電流を抑制することができる。このような無機酸化物としては、2種類以上の無機酸化物を混合して結晶性が低く下げる方法や、基板冷却により結晶性を下げる方法、またはそれらを組み合わせる方法によって有効に形成することができる。また、光電変換素子の構造において、アモルファス性の無機酸化物層を電荷ブロッキング層として用いることにより、凹凸のある無酸化物層を用いる場合に比べて光電変換効率を低下させることなく暗電流を抑制することが可能となり、より高いS/N比を実現することができる。   According to the photoelectric conversion element of this embodiment, dark current can be suppressed by forming an amorphous flat film from an inorganic oxide that is generally microcrystalline and easily forms an uneven film. Such an inorganic oxide can be effectively formed by mixing two or more inorganic oxides to lower the crystallinity, reducing the crystallinity by cooling the substrate, or combining them. . In addition, in the structure of the photoelectric conversion element, the use of an amorphous inorganic oxide layer as a charge blocking layer suppresses dark current without lowering the photoelectric conversion efficiency compared to the case of using an uneven oxide-free layer. And a higher S / N ratio can be realized.

以下の第2実施形態〜第5実施形態では、上述したような光電変換素子を半導体基板上方に積層した構成のセンサとしてあげられる構成例を説明する。なお、以下に説明する実施形態において、すでに説明した部材などと同等な構成・作用を有する部材等については、図中に同一符号又は相当符号を付すことにより、説明を簡略化或いは省略する。   In the following second to fifth embodiments, description will be given of configuration examples that can be cited as sensors having a configuration in which the photoelectric conversion elements as described above are stacked above a semiconductor substrate. In the embodiments described below, members having the same configuration / action as those already described are denoted by the same or corresponding reference numerals in the drawings, and description thereof is simplified or omitted.

(第2実施形態)
図2は、本発明の第2実施形態を説明するための固体撮像素子の1画素分の断面模式図である。図2において図1と同等の構成には同一符号を付してある。
固体撮像素子100は、図2に示す1画素が同一平面上でアレイ状に多数配置されたものであり、この1画素から得られる信号によって画像データの1つの画素データを生成することができる。
(Second Embodiment)
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of one pixel of a solid-state image sensor for explaining the second embodiment of the present invention. In FIG. 2, the same components as those in FIG.
The solid-state imaging device 100 has a large number of one pixel shown in FIG. 2 arranged in an array on the same plane, and can generate one pixel data of image data by a signal obtained from the one pixel.

図2に示す固体撮像素子の1画素は、p型シリコン基板1と、p型シリコン基板1上に形成された透明な絶縁膜7と、絶縁膜7上に形成された下部電極101、下部電極101上に形成された光電変換層102、光電変換層102の上に形成された電子ブロッキング層103(図示省略)、光電変換層102の下に形成された正孔ブロッキング層105(図示省略)、及び、電子ブロッキング層103上に形成された上部電極104からなる第一実施形態で説明した構成の光電変換素子とを含んで構成され、光電変換素子上には開口の設けられた遮光膜14が形成されている。上部電極104上には透明な絶縁膜15が形成されている。   2 includes a p-type silicon substrate 1, a transparent insulating film 7 formed on the p-type silicon substrate 1, a lower electrode 101 formed on the insulating film 7, and a lower electrode. A photoelectric conversion layer 102 formed on 101, an electron blocking layer 103 (not shown) formed on the photoelectric conversion layer 102, a hole blocking layer 105 (not shown) formed on the photoelectric conversion layer 102, And the photoelectric conversion element having the structure described in the first embodiment formed of the upper electrode 104 formed on the electron blocking layer 103, and a light shielding film 14 having an opening is provided on the photoelectric conversion element. Is formed. A transparent insulating film 15 is formed on the upper electrode 104.

p型シリコン基板1内には、その浅い方からn型不純物領域(以下、n領域と略す)4と、p型不純物領域(以下、p領域と略す)3と、n領域2がこの順に形成されている。n領域4の遮光膜14によって遮光されている部分の表面部には、高濃度のn領域(n+領域という)6が形成され、n+領域6の周りはp領域5によって囲まれている。   In the p-type silicon substrate 1, an n-type impurity region (hereinafter abbreviated as n region) 4, a p-type impurity region (hereinafter abbreviated as p region) 3, and an n region 2 are formed in this order from the shallowest side. Has been. A high-concentration n region (referred to as n + region) 6 is formed on the surface portion of the n region 4 that is shielded by the light shielding film 14, and the n + region 6 is surrounded by the p region 5.

n領域4とp領域3とのpn接合面のp型シリコン基板1表面からの深さは、青色光を吸収する深さ(約0.2μm)となっている。したがって、n領域4とp領域3は、青色光を吸収してそれに応じた電荷を蓄積するフォトダイオード(Bフォトダイオード)を形成する。本実施形態において、Bフォトダイオードは、半導体基板内に形成され、光電変換部102の光電変換層で発生した電荷を蓄積するための電荷蓄積部として機能する。Bフォトダイオードで発生した電子は、n領域4に蓄積される。   The depth of the pn junction surface between the n region 4 and the p region 3 from the surface of the p-type silicon substrate 1 is a depth that absorbs blue light (about 0.2 μm). Therefore, the n region 4 and the p region 3 form a photodiode (B photodiode) that absorbs blue light and accumulates a charge corresponding thereto. In the present embodiment, the B photodiode is formed in the semiconductor substrate and functions as a charge accumulation unit for accumulating charges generated in the photoelectric conversion layer of the photoelectric conversion unit 102. Electrons generated in the B photodiode are accumulated in the n region 4.

n領域2とp型シリコン基板1とのpn接合面のp型シリコン基板1表面からの深さは、赤色光を吸収する深さ(約2μm)となっている。したがって、n領域2とp型シリコン基板1は、赤色光を吸収してそれに応じた電荷を蓄積するフォトダイオード(Rフォトダイオード)を形成する。Rフォトダイオードは、半導体基板内に形成され、光電変換部102の光電変換層で発生した電荷を蓄積するための電荷蓄積部として機能する。Rフォトダイオードで発生した電子は、n領域2に蓄積される。   The depth of the pn junction surface between the n region 2 and the p-type silicon substrate 1 from the surface of the p-type silicon substrate 1 is a depth that absorbs red light (about 2 μm). Therefore, the n region 2 and the p-type silicon substrate 1 form a photodiode (R photodiode) that absorbs red light and accumulates a charge corresponding thereto. The R photodiode is formed in the semiconductor substrate and functions as a charge accumulation unit for accumulating charges generated in the photoelectric conversion layer of the photoelectric conversion unit 102. Electrons generated in the R photodiode are accumulated in the n region 2.

n+領域6は、絶縁膜7に開けられた開口に形成された接続部9を介して下部電極101と電気的に接続されている。下部電極101で捕集された正孔は、n+領域6の電子と再結合するため、捕集した正孔の数に応じ、n+領域6にリセット時に蓄積された電子が減少することとなる。接続部9は、下部電極101とn+領域6以外とは絶縁膜8によって電気的に絶縁される。   The n + region 6 is electrically connected to the lower electrode 101 through a connection portion 9 formed in an opening opened in the insulating film 7. The holes collected by the lower electrode 101 recombine with the electrons in the n + region 6, so that the electrons accumulated in the n + region 6 at the time of reset decrease according to the number of collected holes. The connection portion 9 is electrically insulated by the insulating film 8 except for the lower electrode 101 and the n + region 6.

n領域2に蓄積された電子は、p型シリコン基板1内に形成されたnチャネルMOSトランジスタからなるMOS回路(不図示)によってその電荷量に応じた信号に変換され、n領域4に蓄積された電子は、p領域3内に形成されたnチャネルMOSトランジスタからなるMOS回路(不図示)によってその電荷量に応じた信号に変換され、n+領域6に蓄積されている電子は、p領域5内に形成されたnチャネルMOSトランジスタからなるMOS回路(不図示)によってその電荷量に応じた信号に変換されて、固体撮像素子100外部へと出力される。各MOS回路は配線10によって図示しない信号読み出しパッドに接続される。なお、n領域2、n領域4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pn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。   The electrons accumulated in the n region 2 are converted into a signal corresponding to the amount of charge by a MOS circuit (not shown) formed of an n channel MOS transistor formed in the p-type silicon substrate 1 and accumulated in the n region 4. The electrons are converted into a signal corresponding to the amount of charge by a MOS circuit (not shown) formed of an n-channel MOS transistor formed in the p region 3, and the electrons accumulated in the n + region 6 The signal is converted into a signal corresponding to the amount of charge by a MOS circuit (not shown) formed of an n-channel MOS transistor formed therein, and output to the outside of the solid-state imaging device 100. Each MOS circuit is connected to a signal readout pad (not shown) by wiring 10. If extraction electrodes are provided in the n region 2 and the n region 4 and a predetermined reset potential is applied, each region is depleted, and the capacitance of each pn junction becomes an extremely small value. Thereby, the capacity | capacitance produced in a joint surface can be made very small.

このような構成により、光電変換層102でG光を光電変換し、p型シリコン基板1中のBフォトダイオードとRフォトダイオードでB光およびR光を光電変換することができる。また上部でG光がまず吸収されるため、B−G間およびG−R間の色分離は優れている。これが、シリコン基板内に3つのPDを積層し、シリコン基板内でBGR光を全て分離する形式の固体撮像素子に比べ、大きく優れた点である。   With such a configuration, G light can be photoelectrically converted by the photoelectric conversion layer 102, and B light and R light can be photoelectrically converted by the B photodiode and the R photodiode in the p-type silicon substrate 1. In addition, since G light is first absorbed at the top, color separation between BG and between GR is excellent. This is a great advantage over a solid-state imaging device in which three PDs are stacked in a silicon substrate and all BGR light is separated in the silicon substrate.

本実施形態の固体撮像素子100において、正孔ブロッキング層が正孔ブロッキング層105は、表面の平均粗さが2.0nm以下とする。または、正孔ブロッキング層105は、X線回折スペクトルにおいて回折ピークが現れない、もしくはその中で最大となる回折ピークの半値幅が5°以上とする構成とする。上記実施系形態と同様に正孔ブロッキング層がアモルファス構造であり、2種類以上の無機酸化物を含むことが好ましい。こうすることで、凹凸のある無酸化物層を用いる場合に比べて光電変換効率を低下させることなく暗電流を抑制することが可能となり、より高いS/N比を実現することができる。   In the solid-state imaging device 100 of the present embodiment, the hole blocking layer 105 has an average surface roughness of 2.0 nm or less. Alternatively, the hole blocking layer 105 is configured such that a diffraction peak does not appear in the X-ray diffraction spectrum, or the half width of the maximum diffraction peak is 5 ° or more. Similar to the above embodiment, the hole blocking layer preferably has an amorphous structure, and preferably contains two or more kinds of inorganic oxides. By doing so, it becomes possible to suppress dark current without lowering the photoelectric conversion efficiency compared to the case of using an uneven oxide-free layer, and a higher S / N ratio can be realized.

(第3実施形態)
本実施形態では、図2のシリコン基板1内に2つのフォトダイオードを積層するのではなく、入射光の入射方向に対して垂直な方向に2つのフォトダイオードを配列して、p型シリコン基板内で2色の光を検出するようにしたものである。
(Third embodiment)
In the present embodiment, two photodiodes are not stacked in the silicon substrate 1 of FIG. 2, but two photodiodes are arranged in a direction perpendicular to the incident direction of incident light, and the p-type silicon substrate Thus, two colors of light are detected.

図3は、本発明の第3実施形態を説明するための固体撮像素子の1画素分の断面模式図である。図3において図1と同等の構成には同一符号を付してある。
図3に示す固体撮像素子200の1画素は、p型シリコン基板17と、p型シリコン基板17上方に形成された下部電極101、下部電極101上に形成された光電変換層102、光電変換層102上に形成された電子ブロッキング層103(図示省略)、光電変換層102の下に形成された正孔ブロッキング層105(図示省略)、及び、電子ブロッキング層103上に形成された上部電極104からなる第一実施形態で説明した構成の光電変換素子とを含んで構成され、光電変換素子上には開口の設けられた遮光膜34が形成されている。また、上部電極104上には透明な絶縁膜33が形成されている。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of one pixel of a solid-state image sensor for explaining a third embodiment of the present invention. In FIG. 3, the same components as those in FIG.
3 includes a p-type silicon substrate 17, a lower electrode 101 formed above the p-type silicon substrate 17, a photoelectric conversion layer 102 formed on the lower electrode 101, and a photoelectric conversion layer. An electron blocking layer 103 (not shown) formed on the photoelectric conversion layer 102, a hole blocking layer 105 (not shown) formed below the photoelectric conversion layer 102, and an upper electrode 104 formed on the electron blocking layer 103. The photoelectric conversion element having the configuration described in the first embodiment is configured, and a light shielding film 34 having an opening is formed on the photoelectric conversion element. A transparent insulating film 33 is formed on the upper electrode 104.

遮光膜34の開口下方のp型シリコン基板17表面には、p領域19とn領域18からなるフォトダイオードと、p領域21とn領域20からなるフォトダイオードとが、p型シリコン基板17表面に並んで形成されている。p型シリコン基板17表面上の任意の面方向が、入射光の入射方向に対して垂直な方向となる。   On the surface of the p-type silicon substrate 17 below the opening of the light shielding film 34, a photodiode composed of the p region 19 and the n region 18 and a photodiode composed of the p region 21 and the n region 20 are formed on the surface of the p-type silicon substrate 17. It is formed side by side. An arbitrary plane direction on the surface of the p-type silicon substrate 17 is a direction perpendicular to the incident direction of incident light.

p領域19とn領域18からなるフォトダイオードの上方には、透明な絶縁膜24を介してB光を透過するカラーフィルタ28が形成され、その上に下部電極101が形成されている。p領域21とn領域20からなるフォトダイオードの上方には、透明な絶縁膜24を介してR光を透過するカラーフィルタ29が形成され、その上に下部電極101が形成されている。カラーフィルタ28,29の周囲は、透明な絶縁膜25で覆われている。   Above the photodiode composed of the p region 19 and the n region 18, a color filter 28 that transmits B light is formed through a transparent insulating film 24, and a lower electrode 101 is formed thereon. Above the photodiode composed of the p region 21 and the n region 20, a color filter 29 that transmits R light is formed through a transparent insulating film 24, and a lower electrode 101 is formed thereon. The periphery of the color filters 28 and 29 is covered with a transparent insulating film 25.

p領域19とn領域18からなるフォトダイオードは、カラーフィルタ28を透過したB光を吸収してそれに応じた電子を発生し、発生した電子をn領域18に蓄積する基板内光電変換部として機能する。p領域21とn領域20からなるフォトダイオードは、カラーフィルタ29を透過したR光を吸収してそれに応じた電子を発生し、発生した電子をn領域20に蓄積する基板内光電変換部として機能する。   The photodiode composed of the p region 19 and the n region 18 functions as an in-substrate photoelectric conversion unit that absorbs the B light transmitted through the color filter 28 and generates electrons corresponding thereto and accumulates the generated electrons in the n region 18. To do. The photodiode composed of the p region 21 and the n region 20 functions as an in-substrate photoelectric conversion unit that absorbs R light transmitted through the color filter 29 and generates electrons corresponding thereto and accumulates the generated electrons in the n region 20. To do.

n型シリコン基板17表面の遮光膜34によって遮光されている部分には、n+領域23が形成され、n+領域23の周りはp領域22によって囲まれている。   An n + region 23 is formed in a portion of the surface of the n-type silicon substrate 17 that is shielded by the light shielding film 34, and the n + region 23 is surrounded by the p region 22.

n+領域23は、絶縁膜24,25に開けられた開口に形成された接続部27を介して下部電極101と電気的に接続されている。下部電極101で捕集された正孔は、n+領域23の電子と再結合するため、捕集した正孔の数に応じ、n+領域23にリセット時に蓄積された電子が減少することとなる。接続部27は、下部電極101とn+領域23以外とは絶縁膜26によって電気的に絶縁される。   The n + region 23 is electrically connected to the lower electrode 101 via a connection portion 27 formed in an opening opened in the insulating films 24 and 25. The holes collected by the lower electrode 101 recombine with the electrons in the n + region 23, so that the electrons accumulated in the n + region 23 at the time of resetting decrease according to the number of collected holes. The connecting portion 27 is electrically insulated by the insulating film 26 except for the lower electrode 101 and the n + region 23.

n領域18に蓄積された電子は、p型シリコン基板17内に形成されたnチャネルMOSトランジスタからなるMOS回路(不図示)によってその電荷量に応じた信号に変換され、n領域20に蓄積された電子は、p型シリコン基板17内に形成されたnチャネルMOSトランジスタからなるMOS回路(不図示)によってその電荷量に応じた信号に変換され、n+領域23に蓄積されている電子は、p領域22内に形成されたnチャネルMOSトランジスタからなるMOS回路(不図示)によってその電荷量に応じた信号に変換されて、固体撮像素子200外部へと出力される。各MOS回路は配線35によって図示しない信号読み出しパッドに接続される。
なお、信号読出し部は、MOS回路ではなくCCDとアンプによって構成してもよい。つまり、n領域18、n領域20、及びn+領域23に蓄積された電子をp型シリコン基板17内に形成したCCDに読み出し、これをCCDでアンプまで転送して、アンプからその電子に応じた信号を出力させるような信号読出し部であってもよい。
The electrons accumulated in the n region 18 are converted into a signal corresponding to the amount of charge by a MOS circuit (not shown) formed of an n channel MOS transistor formed in the p-type silicon substrate 17 and accumulated in the n region 20. The electrons are converted into a signal corresponding to the amount of charge by a MOS circuit (not shown) formed of an n-channel MOS transistor formed in the p-type silicon substrate 17, and the electrons accumulated in the n + region 23 are converted into p The signal is converted into a signal corresponding to the amount of charge by a MOS circuit (not shown) formed of an n-channel MOS transistor formed in the region 22 and output to the outside of the solid-state imaging device 200. Each MOS circuit is connected to a signal readout pad (not shown) by wiring 35.
The signal reading unit may be constituted by a CCD and an amplifier instead of the MOS circuit. That is, the electrons accumulated in the n region 18, the n region 20, and the n + region 23 are read out to a CCD formed in the p-type silicon substrate 17, and transferred to the amplifier by the CCD. It may be a signal reading unit that outputs a signal.

このように、信号読み出し部は、CCDおよびCMOS構造が挙げられるが、消費電力、高速読出し、画素加算、部分読出し等の点からは、CMOSの方が好ましい。   As described above, the signal reading unit includes a CCD and a CMOS structure, but CMOS is preferable in terms of power consumption, high-speed reading, pixel addition, partial reading, and the like.

なお、図3では、カラーフィルタ28,29によってR光とB光の色分離を行っているが、カラーフィルタ28,29を設けず、n領域20とp領域21のpn接合面の深さと、n領域18とp領域19のpn接合面の深さを各々調整して、それぞれのフォトダイオードでR光とB光を吸収するようにしてもよい。この場合、p型シリコン基板17と下部電極101との間(例えば絶縁膜24とp型シリコン基板17との間)に、光電変換層102を透過した光を吸収して、該光に応じた電荷を発生しこれを蓄積する無機材料からなる無機光電変換部を形成することも可能である。この場合、p型シリコン基板17内に、この無機光電変換部の電荷蓄積領域に蓄積された電荷に応じた信号を読み出すためのMOS回路を設け、このMOS回路にも配線35を接続しておけばよい。   In FIG. 3, the color filters 28 and 29 perform color separation of the R light and the B light. However, the color filters 28 and 29 are not provided, and the depths of the pn junction surfaces of the n region 20 and the p region 21 are as follows. The depths of the pn junction surfaces of the n region 18 and the p region 19 may be adjusted to absorb the R light and the B light with the respective photodiodes. In this case, the light transmitted through the photoelectric conversion layer 102 is absorbed between the p-type silicon substrate 17 and the lower electrode 101 (for example, between the insulating film 24 and the p-type silicon substrate 17), and according to the light. It is also possible to form an inorganic photoelectric conversion portion made of an inorganic material that generates and accumulates charges. In this case, a MOS circuit for reading a signal corresponding to the charge accumulated in the charge accumulation region of the inorganic photoelectric conversion unit is provided in the p-type silicon substrate 17, and the wiring 35 is also connected to the MOS circuit. That's fine.

また、p型シリコン基板17内に設けるフォトダイオードを1つとし、p型シリコン基板17上方に光電変換部を複数積層した構成としてもよい。更に、p型シリコン基板17内に設けるフォトダイオードを複数とし、p型シリコン基板17上方に光電変換部を複数積層した構成としてもよい。また、カラー画像を作る必要がないのであれば、p型シリコン基板17内に設けるフォトダイオードを1つとし、光電変換部を1つだけ積層した構成としてもよい。   Alternatively, a single photodiode may be provided in the p-type silicon substrate 17 and a plurality of photoelectric conversion units may be stacked above the p-type silicon substrate 17. Further, a plurality of photodiodes provided in the p-type silicon substrate 17 may be provided, and a plurality of photoelectric conversion units may be stacked above the p-type silicon substrate 17. If there is no need to create a color image, a single photodiode provided in the p-type silicon substrate 17 and only one photoelectric conversion unit may be stacked.

本実施形態の固体撮像素子200において、正孔ブロッキング層105は、表面の平均粗さが2.0nm以下とする。または、正孔ブロッキング層105は、X線回折スペクトルにおいて回折ピークが現れない、もしくはその中で最大となる回折ピークの半値幅が5°以上とする構成とする。上記実施系形態と同様に正孔ブロッキング層がアモルファス構造であり、2種類以上の無機酸化物を含むことが好ましい。こうすることで、凹凸のある無酸化物層を用いる場合に比べて光電変換効率を低下させることなく暗電流を抑制することが可能となり、より高いS/N比を実現することができる。   In the solid-state imaging device 200 of the present embodiment, the hole blocking layer 105 has an average surface roughness of 2.0 nm or less. Alternatively, the hole blocking layer 105 is configured such that a diffraction peak does not appear in the X-ray diffraction spectrum, or the half width of the maximum diffraction peak is 5 ° or more. Similar to the above embodiment, the hole blocking layer preferably has an amorphous structure, and preferably contains two or more kinds of inorganic oxides. By doing so, it becomes possible to suppress dark current without lowering the photoelectric conversion efficiency compared to the case of using an uneven oxide-free layer, and a higher S / N ratio can be realized.

(第4実施形態)
本実施形態の固体撮像素子は、図1のシリコン基板内にフォトダイオードを設けず、シリコン基板上方に複数(ここでは3つ)の光電変換素子を積層した構成である。
図4は、本発明の第4実施形態を説明するための固体撮像素子の1画素分の断面模式図である。
図4に示す固体撮像素子300は、シリコン基板41上方に、下部電極101r、下部電極101r上に積層された光電変換層102r、光電変換層102r上に形成された正孔ブロッキング層(図示省略)、光電変換層102rの下に形成された電子ブロッキング層(図示省略)、及び、正孔ブロッキング層上に積層された上部電極104rを含むR光電変換素子と、下部電極101b、下部電極101b上に積層された光電変換層102b、光電変換層102b上に形成された正孔ブロッキング層(図示省略)、光電変換層102rの下に形成された電子ブロッキング層(図示省略)、及び、正孔ブロッキング層上に積層された上部電極104bを含むB光電変換素子と、下部電極101g、下部電極101g上に積層された光電変換層102g、光電変換層102g上に形成された正孔ブロッキング層(図示省略)、光電変換層102rの下に形成された電子ブロッキング層(図示省略)、及び、正孔ブロッキング層上に積層された上部電極104gを含むG光電変換素子とが、それぞれに含まれる下部電極をシリコン基板41側に向けた状態で、この順に積層された構成となっている。
(Fourth embodiment)
The solid-state imaging device of the present embodiment has a configuration in which a photodiode is not provided in the silicon substrate of FIG. 1 and a plurality (three in this case) of photoelectric conversion elements are stacked above the silicon substrate.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of one pixel of a solid-state image sensor for explaining a fourth embodiment of the present invention.
4 includes a lower electrode 101r, a photoelectric conversion layer 102r stacked on the lower electrode 101r, and a hole blocking layer (not shown) formed on the photoelectric conversion layer 102r above the silicon substrate 41. An R photoelectric conversion element including an electron blocking layer (not shown) formed under the photoelectric conversion layer 102r and an upper electrode 104r stacked on the hole blocking layer, and the lower electrode 101b and the lower electrode 101b. The stacked photoelectric conversion layer 102b, the hole blocking layer (not shown) formed on the photoelectric conversion layer 102b, the electron blocking layer (not shown) formed below the photoelectric conversion layer 102r, and the hole blocking layer B photoelectric conversion element including upper electrode 104b laminated on top, lower electrode 101g, photoelectric conversion layer laminated on lower electrode 101g 02g, a hole blocking layer (not shown) formed on the photoelectric conversion layer 102g, an electron blocking layer (not shown) formed below the photoelectric conversion layer 102r, and an upper part laminated on the hole blocking layer The G photoelectric conversion element including the electrode 104g is stacked in this order with the lower electrode included in the G photoelectric conversion element facing the silicon substrate 41 side.

シリコン基板41上には透明な絶縁膜48が形成され、その上にR光電変換素子が形成され、その上に透明な絶縁膜59が形成され、その上にB光電変換素子が形成され、その上に透明な絶縁膜63が形成され、その上にG光電変換素子が形成され、その上に開口の設けられた遮光膜68が形成され、その上に透明な絶縁膜67が形成されている。   A transparent insulating film 48 is formed on the silicon substrate 41, an R photoelectric conversion element is formed thereon, a transparent insulating film 59 is formed thereon, and a B photoelectric conversion element is formed thereon, A transparent insulating film 63 is formed thereon, a G photoelectric conversion element is formed thereon, a light shielding film 68 having an opening is formed thereon, and a transparent insulating film 67 is formed thereon. .

G光電変換素子に含まれる下部電極101g、光電変換層102g、正孔ブロッキング層、電子ブロッキング層、及び上部電極104gは、それぞれ、図1に示す下部電極101、光電変換層102、電子ブロッキング層103、正孔ブロッキング層105、及び上部電極104と同じ構成である。ただし、光電変換層102gは、緑色光を吸収してこれに応じた電子及び正孔を発生する有機材料を用いる。   The lower electrode 101g, the photoelectric conversion layer 102g, the hole blocking layer, the electron blocking layer, and the upper electrode 104g included in the G photoelectric conversion element are respectively the lower electrode 101, the photoelectric conversion layer 102, and the electron blocking layer 103 illustrated in FIG. The hole blocking layer 105 and the upper electrode 104 have the same configuration. However, the photoelectric conversion layer 102g uses an organic material that absorbs green light and generates electrons and holes according to the green light.

B光電変換素子に含まれる下部電極101b、光電変換層102b、正孔ブロッキング層、電子ブロッキング層、及び上部電極104bは、それぞれ、図1に示す下部電極101、光電変換層102、電子ブロッキング層103、正孔ブロッキング層105、及び上部電極104と同じ構成である。ただし、光電変換層102bは、青色光を吸収してこれに応じた電子及び正孔を発生する有機材料を用いる。   The lower electrode 101b, the photoelectric conversion layer 102b, the hole blocking layer, the electron blocking layer, and the upper electrode 104b included in the B photoelectric conversion element are respectively the lower electrode 101, the photoelectric conversion layer 102, and the electron blocking layer 103 illustrated in FIG. The hole blocking layer 105 and the upper electrode 104 have the same configuration. However, the photoelectric conversion layer 102b uses an organic material that absorbs blue light and generates electrons and holes according to the blue light.

R光電変換素子に含まれる下部電極101r、光電変換層102r、正孔ブロッキング層、電子ブロッキング層、及び上部電極104rは、それぞれ、図1に示す下部電極101、光電変換層102、電子ブロッキング層103、正孔ブロッキング層105、及び上部電極104と同じ構成である。ただし、光電変換層102rは、赤色光を吸収してこれに応じた電子及び正孔を発生する有機材料を用いる。   The lower electrode 101r, the photoelectric conversion layer 102r, the hole blocking layer, the electron blocking layer, and the upper electrode 104r included in the R photoelectric conversion element are respectively the lower electrode 101, the photoelectric conversion layer 102, and the electron blocking layer 103 illustrated in FIG. The hole blocking layer 105 and the upper electrode 104 have the same configuration. However, the photoelectric conversion layer 102r uses an organic material that absorbs red light and generates electrons and holes corresponding to the red light.

シリコン基板41表面の遮光膜68によって遮光されている部分には、n+領域43,45,47が形成され、それぞれの周りはp領域42,44,46によって囲まれている。   N + regions 43, 45, and 47 are formed in portions of the surface of the silicon substrate 41 that are shielded by the light-shielding film 68, and each is surrounded by p regions 42, 44, and 46.

n+領域43は、絶縁膜48に開けられた開口に形成された接続部54を介して下部電極101rと電気的に接続されている。下部電極101rで捕集された正孔は、n+領域43の電子と再結合するため、捕集した正孔の数に応じ、n+領域43にリセット時に蓄積された電子が減少することとなる。接続部54は、下部電極101rとn+領域43以外とは絶縁膜51によって電気的に絶縁される。   The n + region 43 is electrically connected to the lower electrode 101r through a connection portion 54 formed in an opening opened in the insulating film 48. The holes collected by the lower electrode 101r recombine with the electrons in the n + region 43. Therefore, the electrons accumulated in the n + region 43 at the time of resetting decrease according to the number of collected holes. The connecting portion 54 is electrically insulated by the insulating film 51 except for the lower electrode 101r and the n + region 43.

n+領域45は、絶縁膜48、R光電変換素子、及び絶縁膜59に開けられた開口に形成された接続部53を介して下部電極101bと電気的に接続されている。下部電極101bで捕集された正孔は、n+領域45の電子と再結合するため、捕集した正孔の数に応じ、n+領域45にリセット時に蓄積された電子が減少することとなる。接続部53は、下部電極101bとn+領域45以外とは絶縁膜50によって電気的に絶縁される。   The n + region 45 is electrically connected to the lower electrode 101b through a connection portion 53 formed in an opening formed in the insulating film 48, the R photoelectric conversion element, and the insulating film 59. The holes collected by the lower electrode 101b recombine with the electrons in the n + region 45, so that the electrons accumulated in the n + region 45 at the time of resetting decrease according to the number of collected holes. The connection portion 53 is electrically insulated by the insulating film 50 except for the lower electrode 101b and the n + region 45.

n+領域47は、絶縁膜48、R光電変換素子、絶縁膜59、B光電変換素子、及び絶縁膜63に開けられた開口に形成された接続部52を介して下部電極101gと電気的に接続されている。下部電極101gで捕集された正孔は、n+領域47の電子と再結合するため、捕集した正孔の数に応じ、n+領域47にリセット時に蓄積された電子が減少することとなる。接続部52は、下部電極101gとn+領域47以外とは絶縁膜49によって電気的に絶縁される。   The n + region 47 is electrically connected to the lower electrode 101g through the insulating film 48, the R photoelectric conversion element, the insulating film 59, the B photoelectric conversion element, and the connection portion 52 formed in the opening opened in the insulating film 63. Has been. The holes collected by the lower electrode 101g recombine with the electrons in the n + region 47, so that the electrons accumulated in the n + region 47 at the time of resetting decrease according to the number of collected holes. The connection portion 52 is electrically insulated by the insulating film 49 except for the lower electrode 101g and the n + region 47.

n+領域43に蓄積されている電子は、p領域42内に形成されたnチャネルMOSトランジスタからなるMOS回路(不図示)によってその電荷量に応じた信号に変換され、n+領域45に蓄積されている電子は、p領域44内に形成されたnチャネルMOSトランジスタからなるMOS回路(不図示)によってその電荷量に応じた信号に変換され、n+領域47に蓄積されている電子は、p領域46内に形成されたnチャネルMOSトランジスタからなるMOS回路(不図示)によってその電荷量に応じた信号に変換されて、固体撮像素子300外部へと出力される。各MOS回路は配線55によって図示しない信号読み出しパッドに接続される。なお、信号読出し部は、MOS回路ではなくCCDとアンプによって構成してもよい。つまり、n+領域43,45,47に蓄積された電子をシリコン基板41内に形成したCCDに読み出し、これをCCDでアンプまで転送して、アンプからその正孔に応じた信号を出力させるような信号読出し部であってもよい。   The electrons accumulated in the n + region 43 are converted into a signal corresponding to the amount of charge by a MOS circuit (not shown) formed of an n-channel MOS transistor formed in the p region 42 and accumulated in the n + region 45. The electrons stored in the n + region 47 are converted into a signal corresponding to the amount of charge by a MOS circuit (not shown) formed of an n-channel MOS transistor formed in the p region 44. The signal is converted into a signal corresponding to the amount of charge by a MOS circuit (not shown) formed of an n-channel MOS transistor formed therein and output to the outside of the solid-state imaging device 300. Each MOS circuit is connected to a signal readout pad (not shown) by wiring 55. The signal reading unit may be constituted by a CCD and an amplifier instead of the MOS circuit. That is, the electrons accumulated in the n + regions 43, 45, and 47 are read out to a CCD formed in the silicon substrate 41, transferred to the amplifier by the CCD, and a signal corresponding to the hole is output from the amplifier. It may be a signal reading unit.

以上の説明において、B光を吸収する光電変換層とは、少なくとも400〜500nmの光を吸収することができ、好ましくはその波長域でのピ−ク波長の吸収率が50%以上であるものを意味する。G光を吸収する光電変換層とは、少なくとも500〜600nmの光を吸収することができ、好ましくはその波長域でのピ−ク波長の吸収率が50%以上であることを意味する。R光を吸収する光電変換層とは、少なくとも600〜700nmの光を吸収することができ、好ましくはその波長域でのピ−ク波長の吸収率が50%以上であることを意味する。   In the above description, the photoelectric conversion layer that absorbs B light can absorb light of at least 400 to 500 nm, and preferably has a peak wavelength absorptance of 50% or more in that wavelength region. Means. The photoelectric conversion layer that absorbs G light means that it can absorb light of at least 500 to 600 nm, and preferably has a peak wavelength absorptance of 50% or more in that wavelength region. The photoelectric conversion layer that absorbs R light means that it can absorb light of at least 600 to 700 nm, and preferably has an absorption factor of a peak wavelength in the wavelength region of 50% or more.

本実施形態の固体撮像素子300において、正孔ブロッキング層105は、表面の平均粗さが2.0nm以下とする。または、正孔ブロッキング層105は、X線回折スペクトルにおいて回折ピークが現れない、もしくはその中で最大となる回折ピークの半値幅が5°以上とする構成とする。上記実施系形態と同様に正孔ブロッキング層がアモルファス構造であり、2種類以上の無機酸化物を含むことが好ましい。こうすることで、凹凸のある無酸化物層を用いる場合に比べて光電変換効率を低下させることなく暗電流を抑制することが可能となり、より高いS/N比を実現することができる。   In the solid-state imaging device 300 of the present embodiment, the hole blocking layer 105 has an average surface roughness of 2.0 nm or less. Alternatively, the hole blocking layer 105 is configured such that a diffraction peak does not appear in the X-ray diffraction spectrum, or the half width of the maximum diffraction peak is 5 ° or more. Similar to the above embodiment, the hole blocking layer preferably has an amorphous structure, and preferably contains two or more kinds of inorganic oxides. By doing so, it becomes possible to suppress dark current without lowering the photoelectric conversion efficiency compared to the case of using an uneven oxide-free layer, and a higher S / N ratio can be realized.

(第5実施形態)
図5は、本発明の第五実施形態を説明するための固体撮像素子の断面模式図である。
p型シリコン基板81上方の同一面上の行方向とこれに直交する列方向には、主としてRの波長域の光を透過するカラーフィルタ93rと、主としてGの波長域の光を透過するカラーフィルタ93gと、主としてBの波長域の光を透過するカラーフィルタ93bとの3種類のカラーフィルタがそれぞれ多数配列されている。
(Fifth embodiment)
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a solid-state imaging device for explaining a fifth embodiment of the present invention.
In the row direction on the same plane above the p-type silicon substrate 81 and the column direction perpendicular thereto, a color filter 93r that mainly transmits light in the R wavelength region and a color filter that mainly transmits light in the G wavelength region. A large number of three types of color filters, 93g and a color filter 93b that mainly transmits light in the B wavelength range, are arranged.

カラーフィルタ93rは、公知の材料を用いることができるが、このような材料は、Rの波長域の光の他に、赤外域の光の一部も透過する。カラーフィルタ93gは、公知の材料を用いることができるが、このような材料は、Gの波長域の光の他に、赤外域の光の一部も透過する。カラーフィルタ93bは、公知の材料を用いることができるが、このような材料は、Bの波長域の光の他に、赤外域の光の一部も透過する。   A known material can be used for the color filter 93r, but such a material transmits a part of light in the infrared region in addition to the light in the R wavelength region. A known material can be used for the color filter 93g. However, such a material transmits part of light in the infrared region in addition to light in the G wavelength region. A known material can be used for the color filter 93b. However, such a material transmits part of light in the infrared region in addition to light in the B wavelength region.

カラーフィルタ93r,93g,93bの配列は、公知の単板式固体撮像素子に用いられているカラーフィルタ配列(ベイヤー配列や縦ストライプ、横ストライプ等)を採用することができる。   As the arrangement of the color filters 93r, 93g, 93b, a color filter arrangement (Bayer arrangement, vertical stripe, horizontal stripe, etc.) used in a known single-plate solid-state imaging device can be adopted.

カラーフィルタ93r下方には、カラーフィルタ93rに対応させてn型不純物領域(以下、n領域という)83rが形成されており、n領域83rとp型シリコン基板81とのpn接合によって、カラーフィルタ93rに対応するR光電変換素子が構成されている。   Below the color filter 93r, an n-type impurity region (hereinafter referred to as n region) 83r is formed corresponding to the color filter 93r, and the color filter 93r is formed by a pn junction between the n region 83r and the p-type silicon substrate 81. The R photoelectric conversion element corresponding to is configured.

カラーフィルタ93g下方には、カラーフィルタ93gに対応させてn領域83gが形成されており、n領域83gとp型シリコン基板81とのpn接合によって、カラーフィルタ93gに対応するG光電変換素子が構成されている。   Below the color filter 93g, an n region 83g is formed corresponding to the color filter 93g, and a G photoelectric conversion element corresponding to the color filter 93g is configured by a pn junction between the n region 83g and the p-type silicon substrate 81. Has been.

カラーフィルタ93b下方には、カラーフィルタ93bに対応させてn領域83bが形成されており、n領域83bとp型シリコン基板81とのpn接合によって、カラーフィルタ93bに対応するB光電変換素子が構成されている。   An n region 83b is formed below the color filter 93b so as to correspond to the color filter 93b, and a B photoelectric conversion element corresponding to the color filter 93b is configured by a pn junction between the n region 83b and the p-type silicon substrate 81. Has been.

n領域83r上方には下部電極87r(図1の下部電極101と同じ機能を持つ)が形成され、n領域83g上方には下部電極87g(図1の下部電極101と同じ機能を持つ)が形成され、n領域83b上方には下部電極87b(図1の下部電極101と同じ機能を持つ)が形成されている。下部電極87r,87g,87bは、それぞれカラーフィルタ93r,93g,93bの各々に対応して分割されている。下部電極87r,87g,87bは、それぞれ、可視光及び赤外光に対して透明な材料で構成され、例えばITO(Indium Tin Oxide)やIZO(Indium Zico Oxide)等を用いることができる。透明電極87r,87g,87bは、それぞれ、絶縁層内に埋設されている。   A lower electrode 87r (having the same function as the lower electrode 101 in FIG. 1) is formed above the n region 83r, and a lower electrode 87g (having the same function as the lower electrode 101 in FIG. 1) is formed above the n region 83g. A lower electrode 87b (having the same function as the lower electrode 101 in FIG. 1) is formed above the n region 83b. The lower electrodes 87r, 87g, 87b are divided corresponding to the color filters 93r, 93g, 93b, respectively. Each of the lower electrodes 87r, 87g, and 87b is made of a material that is transparent to visible light and infrared light. For example, ITO (Indium Tin Oxide), IZO (Indium Zico Oxide), or the like can be used. The transparent electrodes 87r, 87g, 87b are each embedded in the insulating layer.

下部電極87r,87g,87bの各々の上には、主として波長580nm以上の赤外域の光を吸収してこれに応じた電荷を発生し、赤外域以外の可視域(波長約380nm〜約580nm)の光を透過する、カラーフィルタ93r,93g,93bの各々で共通の一枚構成である光電変換層89(図1の光電変換層102と同じ機能を持つ)が形成されている。光電変換層89を構成する材料は、例えば、フタロシアニン系有機材料やナフタロシアニン系有機材料を用いる。   On each of the lower electrodes 87r, 87g, and 87b, light in the infrared region having a wavelength of 580 nm or more is mainly absorbed to generate a charge corresponding to the light, and a visible region other than the infrared region (wavelength of about 380 nm to about 580 nm). A photoelectric conversion layer 89 (having the same function as the photoelectric conversion layer 102 in FIG. 1) is formed, which is a single-sheet configuration common to each of the color filters 93r, 93g, and 93b. As a material constituting the photoelectric conversion layer 89, for example, a phthalocyanine-based organic material or a naphthalocyanine-based organic material is used.

光電変換層89上には、カラーフィルタ93r,93g,93bの各々で共通の一枚構成である上部電極80(図1の上部電極104と同じ機能を持つ)が形成されている。上部電極80は、可視光及び赤外光に対して透明な材料で構成され、例えばITOやIZO等を用いることができる。なお、図示していないが、光電変換層89と上部電極80との間には、図1の電子ブロッキング層103と同じ機能を持つ電子ブロッキング層が形成されている。   On the photoelectric conversion layer 89, an upper electrode 80 (having the same function as that of the upper electrode 104 in FIG. 1) is formed, which is a single-sheet configuration common to the color filters 93r, 93g, and 93b. The upper electrode 80 is made of a material transparent to visible light and infrared light, and for example, ITO or IZO can be used. Although not shown, an electron blocking layer having the same function as the electron blocking layer 103 in FIG. 1 is formed between the photoelectric conversion layer 89 and the upper electrode 80.

下部電極87rと、それに対向する上部電極80と、これらに挟まれる光電変換層89の一部とにより、カラーフィルタ93rに対応する光電変換素子が形成される。以下では、この光電変換素子を、半導体基板上に形成されたものであるため、R基板上光電変換素子という。   A photoelectric conversion element corresponding to the color filter 93r is formed by the lower electrode 87r, the upper electrode 80 facing the lower electrode 87r, and a part of the photoelectric conversion layer 89 sandwiched therebetween. Hereinafter, since this photoelectric conversion element is formed on a semiconductor substrate, it is referred to as an R-substrate photoelectric conversion element.

下部電極87gと、それに対向する上部電極80と、これらに挟まれる光電変換層89の一部とにより、カラーフィルタ93gに対応する光電変換素子が形成される。以下では、この光電変換素子をG基板上光電変換素子という。   A photoelectric conversion element corresponding to the color filter 93g is formed by the lower electrode 87g, the upper electrode 80 facing the lower electrode 87g, and a part of the photoelectric conversion layer 89 sandwiched therebetween. Hereinafter, this photoelectric conversion element is referred to as a G-substrate photoelectric conversion element.

下部電極87bと、それに対向する上部電極80と、これらに挟まれる光電変換層89の一部とにより、カラーフィルタ93bに対応する光電変換素子が形成される。以下では、この光電変換素子をB基板上光電変換素子という。   A photoelectric conversion element corresponding to the color filter 93b is formed by the lower electrode 87b, the upper electrode 80 facing the lower electrode 87b, and a part of the photoelectric conversion layer 89 sandwiched therebetween. Hereinafter, this photoelectric conversion element is referred to as a B-substrate photoelectric conversion element.

n領域83rの隣には、R基板上光電変換素子の下部電極87rと接続された高濃度のn型不純物領域(以下、n+領域という)84rが形成されている。尚、n+領域84rに光が入るのを防ぐために、n+領域84r上には遮光膜を設けておくことが好ましい。   Next to the n region 83r, a high concentration n-type impurity region (hereinafter referred to as an n + region) 84r connected to the lower electrode 87r of the photoelectric conversion element on the R substrate is formed. In order to prevent light from entering the n + region 84r, it is preferable to provide a light shielding film on the n + region 84r.

n領域83gの隣には、G基板上光電変換素子の下部電極87gと接続されたn+領域84gが形成されている。なお、n+領域84gに光が入るのを防ぐために、n+領域84g上には遮光膜を設けておくことが好ましい。   Next to the n region 83g, an n + region 84g connected to the lower electrode 87g of the photoelectric conversion element on the G substrate is formed. In order to prevent light from entering the n + region 84g, it is preferable to provide a light shielding film on the n + region 84g.

n領域83bの隣には、B基板上光電変換素子の下部電極87bと接続されたn+領域84bが形成されている。なお、n+領域84bに光が入るのを防ぐために、n+領域84b上には遮光膜を設けておくことが好ましい。   Next to the n region 83b, an n + region 84b connected to the lower electrode 87b of the photoelectric conversion element on the B substrate is formed. In order to prevent light from entering the n + region 84b, it is preferable to provide a light shielding film on the n + region 84b.

n+領域84r上にはタングステン、アルミニウム等の金属からなるコンタクト部86rが形成され、コンタクト部86r上に下部電極87rが形成されており、n+領域84rと下部電極87rはコンタクト部86rによって電気的に接続されている。コンタクト部86rは、可視光及び赤外光に対して透明な絶縁層85内に埋設されている。   A contact portion 86r made of a metal such as tungsten or aluminum is formed on the n + region 84r, and a lower electrode 87r is formed on the contact portion 86r. The n + region 84r and the lower electrode 87r are electrically connected by the contact portion 86r. It is connected. The contact portion 86r is embedded in an insulating layer 85 that is transparent to visible light and infrared light.

n+領域84g上にはタングステン、アルミニウム等の金属からなるコンタクト部86gが形成され、コンタクト部86g上に下部電極87gが形成されており、n+領域84gと下部電極87gはコンタクト部86gによって電気的に接続されている。コンタクト部86gは絶縁層85内に埋設されている。   A contact portion 86g made of a metal such as tungsten or aluminum is formed on the n + region 84g, and a lower electrode 87g is formed on the contact portion 86g. The n + region 84g and the lower electrode 87g are electrically connected by the contact portion 86g. It is connected. The contact portion 86g is embedded in the insulating layer 85.

n+領域84b上にはタングステン、アルミニウム等の金属からなるコンタクト部86bが形成され、コンタクト部86b上に下部電極87bが形成されており、n+領域84bと下部電極87bはコンタクト部86bによって電気的に接続されている。コンタクト部86bは絶縁層85内に埋設されている。   A contact portion 86b made of a metal such as tungsten or aluminum is formed on the n + region 84b, and a lower electrode 87b is formed on the contact portion 86b. The n + region 84b and the lower electrode 87b are electrically connected by the contact portion 86b. It is connected. The contact part 86 b is embedded in the insulating layer 85.

n領域83r,83g,83b、n+領域84r,84g,84bが形成されている以外の領域には、n領域83r及びn+領域84rに蓄積されている電子に応じた信号をそれぞれ読み出すためのnチャネルMOSトランジスタからなる信号読み出し部85rと、n領域83g及びn+領域84gに蓄積されている電子に応じた信号をそれぞれ読み出すためのnチャネルMOSトランジスタからなる信号読み出し部85gと、n領域83b及びn+領域84bに蓄積されている電子に応じた信号をそれぞれ読み出すためのnチャネルMOSトランジスタからなる信号読み出し部85bとが形成されている。信号読み出し部85r,85g,85bは、それぞれ、CCDによって構成してもよい。尚、信号読み出し部85r,85g,85bに光が入るのを防ぐために、信号読み出し部85r,85g,85b上には遮光膜を設けておくことが好ましい。   In the regions other than the n regions 83r, 83g, 83b and the n + regions 84r, 84g, 84b, n channels for reading out signals corresponding to electrons accumulated in the n region 83r and the n + region 84r, respectively. A signal reading unit 85r made of a MOS transistor, a signal reading unit 85g made of an n-channel MOS transistor for reading signals corresponding to electrons accumulated in the n region 83g and the n + region 84g, and an n region 83b and an n + region A signal reading unit 85b composed of an n-channel MOS transistor for reading signals corresponding to electrons stored in 84b is formed. Each of the signal reading units 85r, 85g, and 85b may be configured by a CCD. In order to prevent light from entering the signal readout portions 85r, 85g, and 85b, it is preferable to provide a light shielding film on the signal readout portions 85r, 85g, and 85b.

このような構成によれば、RGBカラー画像と、赤外画像とを同一解像度で同時に得ることができる。このため、この固体撮像素子を電子内視鏡等に応用すること等が可能となる。   According to such a configuration, an RGB color image and an infrared image can be obtained simultaneously with the same resolution. For this reason, this solid-state imaging device can be applied to an electronic endoscope or the like.

本実施形態の固体撮像素子400において、正孔ブロッキング層105は、表面の平均粗さが2.0nm以下とする。または、正孔ブロッキング層105は、X線回折スペクトルにおいて回折ピークが現れない、もしくはその中で最大となる回折ピークの半値幅が5°以上とする構成とする。上記実施系形態と同様に正孔ブロッキング層がアモルファス構造であり、2種類以上の無機酸化物を含むことが好ましい。こうすることで、凹凸のある無酸化物層を用いる場合に比べて光電変換効率を低下させることなく暗電流を抑制することが可能となり、より高いS/N比を実現することができる。   In the solid-state imaging device 400 of this embodiment, the hole blocking layer 105 has an average surface roughness of 2.0 nm or less. Alternatively, the hole blocking layer 105 is configured such that a diffraction peak does not appear in the X-ray diffraction spectrum, or the half width of the maximum diffraction peak is 5 ° or more. Similar to the above embodiment, the hole blocking layer preferably has an amorphous structure, and preferably contains two or more kinds of inorganic oxides. By doing so, it becomes possible to suppress dark current without lowering the photoelectric conversion efficiency compared to the case of using an uneven oxide-free layer, and a higher S / N ratio can be realized.

上記実施形態の光電変換部のうち、のいずれかの光電変換材料が近赤外域に吸収スペクトルの最大ピークをもつ有機半導体とすることができる。このとき、光電変換材料が可視域の光に対して透明とすることが好ましい。さらに、光電変換材料がSnPcもしくはシリコンナフタロシアニン類であることが好ましい。   Any one of the photoelectric conversion materials in the photoelectric conversion part of the above embodiment can be an organic semiconductor having a maximum absorption spectrum peak in the near infrared region. At this time, the photoelectric conversion material is preferably transparent to visible light. Further, the photoelectric conversion material is preferably SnPc or silicon naphthalocyanines.

次に、本発明にかかる実施例を説明する。
(実施例1)
25mm角のITO電極付ガラス基板を、アセトン、セミコクリーン、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。最後にIPA煮沸洗浄を行った後、UV/O3洗浄を行った。
その基板をスパッタ装置の成膜室に移動し1×10−4Pa以下に真空引きした後、基板ホルダーを回転させながら、アルゴンガスと酸素ガスを流し、当該雰囲気中において、CeO2ターゲットとTa2O5ターゲットをそれぞれ同時にスパッタし、体積比2:1となるように正孔ブロッキング層を500Å成膜した。このとき、真空度5×10−1Pa、基板温度25℃、投入電力100W、成膜時間15分の条件で、スパッタリングを行った。この基板ホルダーを真空中で有機成膜室に搬送し、1×10−4Pa以下の真空中で、正孔ブロッキング層上に、十分な昇華精製を施した4-dicyanomethylene-2-methyl-6-(p-dimethylaminostyryl)-4H-pyran(DCM)を蒸着速度3.0Å/secに保ちながら、1000Åとなるように蒸着して光電変換層を形成した。
続いてこの光電変換層上に電子ブロッキング層として、昇華精製を施した下記一般式で示すEBM-1を蒸着速度3.0Å/secに保ちながら、1000Åとなるように蒸着した。
Next, examples according to the present invention will be described.
(Example 1)
A 25 mm square glass substrate with an ITO electrode was ultrasonically cleaned with acetone, semicoclean, and isopropyl alcohol (IPA) for 15 minutes. Finally, after IPA boiling cleaning, UV / O 3 cleaning was performed.
After moving the substrate to the film forming chamber of the sputtering apparatus and evacuating to 1 × 10 −4 Pa or less, argon gas and oxygen gas were allowed to flow while rotating the substrate holder, and in this atmosphere, the CeO 2 target and Ta 2 O 5 targets were sputtered at the same time, and 500 hole-blocking layers were formed to have a volume ratio of 2: 1. At this time, sputtering was performed under the conditions of a degree of vacuum of 5 × 10 −1 Pa, a substrate temperature of 25 ° C., an input power of 100 W, and a film formation time of 15 minutes. This substrate holder was transferred to an organic film forming chamber in a vacuum, and 4-dicyanomethylene-2-methyl-6 was subjected to sufficient sublimation purification on the hole blocking layer in a vacuum of 1 × 10 −4 Pa or less. While maintaining-(p-dimethylaminostyryl) -4H-pyran (DCM) at a deposition rate of 3.0 Å / sec, it was deposited to 1000 Å to form a photoelectric conversion layer.
Subsequently, EBM-1 represented by the following general formula subjected to sublimation purification was deposited as an electron blocking layer on this photoelectric conversion layer so as to be 1000 liters while maintaining a deposition rate of 3.0 liters / sec.

Figure 2009272528
Figure 2009272528

この基板ホルダーを、真空中でスパッタ室に搬送し、電子ブロッキング層上に、対向電極としてITOを厚み100Åとなるように成膜した。また、最下層のITO電極と、ITO対向電極とが形成する光電変換領域の面積は2mm×2mmとした。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、吸湿剤を張ったガラスで封止を行った。   This substrate holder was transferred to a sputtering chamber in a vacuum, and ITO was deposited as a counter electrode on the electron blocking layer to a thickness of 100 mm. The area of the photoelectric conversion region formed by the lowermost ITO electrode and the ITO counter electrode was 2 mm × 2 mm. 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 glass which put the moisture absorption agent using UV curable resin.

このようにして作製した素子を、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5.0×105V/cm2の外部電界を与えた場合において、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を測定し外部量子効率を算出した。光電変換領域の面積は2mm×2mmのうち1.5mmφの領域に対して光照射を行った。照射した光量は50μW/cm2とした。波長は光電変換層DCMの最大吸収波長である480nmで測定を行った。また、光照射時に得られた外部量子効率を光非照射時に得られた暗電流密度で割った値をS/N比とした。 When an external electric field of 5.0 × 10 5 V / cm 2 is applied to the device manufactured in this way by using an optical constant energy quantum efficiency measuring device (source meter uses Keithley 6430). The external quantum efficiency was calculated by measuring the dark current value flowing when light was not irradiated and the photocurrent value flowing when light was irradiated. The area of the photoelectric conversion region was irradiated with light to a 1.5 mmφ region out of 2 mm × 2 mm. The amount of light irradiated was 50 μW / cm 2 . The wavelength was measured at 480 nm which is the maximum absorption wavelength of the photoelectric conversion layer DCM. Moreover, the value which divided the external quantum efficiency obtained at the time of light irradiation by the dark current density obtained at the time of light non-irradiation was made into S / N ratio.

また、無機酸化物を含む正孔ブロッキング層の物性を調べるために、上記とは別に正孔ブロッキング層まで成膜したあと、成膜装置から取り出しX線回折測定とAFM測定を行った。   In addition, in order to investigate the physical properties of the hole blocking layer containing an inorganic oxide, the film was formed up to the hole blocking layer separately from the above, and then taken out from the film forming apparatus and subjected to X-ray diffraction measurement and AFM measurement.

X線回折は理学ガイガーフレックスを用い、Cu−Kα線により測定を行った。平均表面粗さはAFM(Atomic Force MicroScope)を用いて測定した。25μm×25μmの範囲を走査した。平均表面粗さはこの範囲で求めた。   X-ray diffraction was measured with Cu-Kα rays using a scientific Geiger flex. The average surface roughness was measured using an AFM (Atomic Force MicroScope). A range of 25 μm × 25 μm was scanned. The average surface roughness was determined within this range.

(実施例2)
実施例1において、CeO2ターゲットの代わりにSnO2ターゲットを用いたこと以外は実施例1と同様にしてS/N比等を算出した。
(Example 2)
In Example 1, the S / N ratio and the like were calculated in the same manner as in Example 1 except that the SnO 2 target was used instead of the CeO 2 target.

(実施例3)
実施例1において、Ta2O5ターゲットの代わりにAl2O3ターゲットを用いたこと以外は実施例1と同様にしてS/N比等を算出した。
(実施例4)
実施例1において、EBM-1の代わりにNiOターゲットとIrOターゲットを用いスパッタにより電子ブロッキング層を成膜したこと以外は実施例1と同様にしてS/N比等を算出した。
電子ブロッキング層の成膜は、NiOターゲットとIrOターゲットをそれぞれ同時にスパッタし、真空度5×10−1Pa、基板温度25℃、投入電力100W、成膜時間30分の条件で、NiOとIrOの体積比1:1、膜厚1000Åとした。
また、実施例1と同様に、別途電子ブロッキング層まで成膜したサンプルについてX線回折測定とAFM測定を行った。
(Example 3)
In Example 1, the S / N ratio and the like were calculated in the same manner as in Example 1 except that an Al 2 O 3 target was used instead of the Ta 2 O 5 target.
Example 4
In Example 1, the S / N ratio and the like were calculated in the same manner as in Example 1 except that a NiO target and an IrO target were used instead of EBM-1 to form an electron blocking layer by sputtering.
The electron blocking layer is formed by sputtering a NiO target and an IrO target at the same time, under the conditions of a degree of vacuum of 5 × 10 −1 Pa, a substrate temperature of 25 ° C., an input power of 100 W, and a film formation time of 30 minutes. The volume ratio was 1: 1 and the film thickness was 1000 mm.
Further, in the same manner as in Example 1, X-ray diffraction measurement and AFM measurement were performed on a sample separately formed up to the electron blocking layer.

(実施例5)
25mm角のITO電極付ガラス基板を、アセトン、セミコクリーン、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。最後にIPA煮沸洗浄を行った後、UV/O3洗浄を行った。その基板を蒸着装置の有機成膜室に移動し1×10−4Pa以下に真空引きした後、基板ホルダーを回転させながら、電子ブロッキング層として、昇華精製を施したEBM-1を蒸着速度3.0Å/secに保ちながら、1000Åとなるように蒸着した。続いて十分な昇華精製を施した4-dicyanomethylene-2-methyl-6-(p-dimethylaminostyryl)-4H-pyran(DCM)を蒸着速度3.0Å/secに保ちながら、1000Åとなるように蒸着して光電変換層を形成した。
続いてこの基板ホルダーを真空中で無機成膜室に搬送し、基板の上面に銅ブロックを押し当て、該銅ブロック中に−40℃のエタノールを循環させることにより基板温度を0℃以下に冷却した。この状態で、光電変換層上に正孔ブロッキング層として、純度99.99%(フルウチ化学)のCeO2を蒸着速度1.0Å/secに保ちながら、500Åとなるように蒸着した。このとき、CeO2の蒸着には高温が必要となるため、ルツボ中のCeO2を直接タングステンフィラメントで加熱することにより蒸着を行った。
この基板ホルダーを、真空中でスパッタ室に搬送し、正孔ブロッキング層上に、対向電極としてITOを厚み100Åとなるように成膜した。また、最下層のITO電極と、ITO対向電極とが形成する光電変換領域の面積は2mm×2mmとした。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、吸湿剤を張ったガラスで封止を行った。このようにして作製した素子について、実施例1と同様にしてS/N比等を算出した。
(Example 5)
A 25 mm square glass substrate with an ITO electrode was ultrasonically cleaned with acetone, semicoclean, and isopropyl alcohol (IPA) for 15 minutes. Finally, after IPA boiling cleaning, UV / O 3 cleaning was performed. After moving the substrate to the organic film forming chamber of the vapor deposition apparatus and evacuating it to 1 × 10 −4 Pa or less, while rotating the substrate holder, EBM-1 subjected to sublimation purification as an electron blocking layer was vapor deposition rate 3 While maintaining 0.0 kg / sec, vapor deposition was performed so as to be 1000 kg. Subsequently, 4-dicyanomethylene-2-methyl-6- (p-dimethylaminostyryl) -4H-pyran (DCM), which has been subjected to sufficient sublimation purification, was deposited to 1000 liters while maintaining a deposition rate of 3.0 liters / sec. Thus, a photoelectric conversion layer was formed.
Subsequently, the substrate holder is transferred to an inorganic film forming chamber in vacuum, a copper block is pressed against the upper surface of the substrate, and -40 ° C ethanol is circulated through the copper block to cool the substrate temperature to 0 ° C or lower. did. In this state, CeO 2 having a purity of 99.99% (Furuuchi Chemical) was deposited as a hole blocking layer on the photoelectric conversion layer so as to be 500 Å while maintaining a deposition rate of 1.0 Å / sec. At this time, the deposition of the CeO 2 because it requires a high temperature, was subjected to vapor deposition by heating directly tungsten filament to CeO 2 in the crucible.
This substrate holder was transported to a sputtering chamber in a vacuum, and an ITO film having a thickness of 100 mm was formed as a counter electrode on the hole blocking layer. The area of the photoelectric conversion region formed by the lowermost ITO electrode and the ITO counter electrode was 2 mm × 2 mm. 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 glass which put the moisture absorption agent using UV curable resin. For the device thus fabricated, the S / N ratio and the like were calculated in the same manner as in Example 1.

(比較例1)
実施例1において、Ta2O5ターゲットを用いることなく、CeO2ターゲットのみで正孔ブロッキング層を形成したこと以外は実施例1と同様にしてS/N比等を算出した。
(Comparative Example 1)
In Example 1, the S / N ratio and the like were calculated in the same manner as in Example 1 except that the hole blocking layer was formed only with the CeO 2 target without using the Ta 2 O 5 target.

(比較例2)
実施例1において、CeO2ターゲットを用いることなく、Ta2O5ターゲットのみで正孔ブロッキング層を形成したこと以外は実施例1と同様にしてS/N比等を算出した。
(Comparative Example 2)
In Example 1, the S / N ratio and the like were calculated in the same manner as in Example 1 except that the hole blocking layer was formed only with the Ta 2 O 5 target without using the CeO 2 target.

(比較例3)
実施例4において、IrOターゲットを用いることなく、NiOターゲットのみで電子ブロッキング層を形成したこと以外は実施例4と同様にしてS/N比等を算出した。
(比較例4)
実施例4において、基板を冷却することなく室温のままCeO2を蒸着して正孔ブロッキング層を形成したこと以外は実施例1と同様にしてS/N比等を算出した。
(Comparative Example 3)
In Example 4, the S / N ratio and the like were calculated in the same manner as in Example 4 except that the electron blocking layer was formed only with the NiO target without using the IrO target.
(Comparative Example 4)
In Example 4, the S / N ratio and the like were calculated in the same manner as in Example 1 except that CeO 2 was deposited at room temperature without cooling the substrate to form a hole blocking layer.

本測定の結果を表1に示す。実施例1から5は、比較例1から4に比べてS/Nが大幅に改善されることがわかった。   The results of this measurement are shown in Table 1. In Examples 1 to 5, it was found that S / N was significantly improved as compared with Comparative Examples 1 to 4.

Figure 2009272528
Figure 2009272528

光電変換素子の第1実施形態の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of 1st Embodiment of a photoelectric conversion element. 光電変換素子の第2実施形態の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of 2nd Embodiment of a photoelectric conversion element. 光電変換素子の第3実施形態の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of 3rd Embodiment of a photoelectric conversion element. 光電変換素子の第4実施形態の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of 4th Embodiment of a photoelectric conversion element. 光電変換素子の第5実施形態の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of 5th Embodiment of a photoelectric conversion element.

符号の説明Explanation of symbols

100,200,300,400 光電変換素子
101 画素電極
102 光電変換層
103 電子ブロッキング層(電荷ブロッキング層)
104 対向電極
105 正孔ブロッキング層(電荷ブロッキング層)
100, 200, 300, 400 Photoelectric conversion element 101 Pixel electrode 102 Photoelectric conversion layer 103 Electron blocking layer (charge blocking layer)
104 Counter electrode 105 Hole blocking layer (charge blocking layer)

Claims (19)

一対の電極と、
前記一対の電極の間に配置された光電変換層と、
前記一方の電極と前記光電変換層との間に形成され、前記一対の電極への電圧印加時に前記一対の電極の一方から前記光電変換層に電荷が注入されるのを抑制する電荷ブロッキング層と、を備えた光電変換素子であって、
前記電荷ブロッキング層の表面の平均粗さが2.0nm以下である光電変換素子。
A pair of electrodes;
A photoelectric conversion layer disposed between the pair of electrodes;
A charge blocking layer that is formed between the one electrode and the photoelectric conversion layer, and suppresses injection of charge from one of the pair of electrodes to the photoelectric conversion layer when a voltage is applied to the pair of electrodes; A photoelectric conversion element comprising:
The photoelectric conversion element whose average roughness of the surface of the said charge blocking layer is 2.0 nm or less.
一対の電極と、
前記一対の電極の間に配置された光電変換層と、
前記一方の電極と前記光電変換層との間に形成され、前記一対の電極への電圧印加時に前記一対の電極の一方から前記光電変換層に電荷が注入されるのを抑制する電荷ブロッキング層と、を備えた光電変換素子であって、
前記電荷ブロッキング層のX線回折スペクトルにおいて回折ピークが現れない、もしくはその中で最大となる回折ピークの半値幅が5°以上である光電変換素子。
A pair of electrodes;
A photoelectric conversion layer disposed between the pair of electrodes;
A charge blocking layer that is formed between the one electrode and the photoelectric conversion layer, and suppresses injection of charge from one of the pair of electrodes to the photoelectric conversion layer when a voltage is applied to the pair of electrodes; A photoelectric conversion element comprising:
A photoelectric conversion element in which a diffraction peak does not appear in an X-ray diffraction spectrum of the charge blocking layer, or a half-value width of a diffraction peak that is maximum therein is 5 ° or more.
請求項1又は2に記載の光電変換素子であって、
前記電荷ブロッキング層がアモルファス構造である光電変換素子。
The photoelectric conversion element according to claim 1 or 2,
A photoelectric conversion element in which the charge blocking layer has an amorphous structure.
請求項1から3のいずれか1つに記載の光電変換素子であって、
前記電荷ブロッキング層が2種類以上の無機酸化物を含む光電変換素子。
The photoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 3, wherein
The photoelectric conversion element in which the said charge blocking layer contains 2 or more types of inorganic oxides.
請求項1から4のいずれか1つに記載の光電変換素子であって、
前記電荷ブロッキング層が2種類以上の無機酸化物を混合したものである光電変換素子。
The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein
The photoelectric conversion element in which the charge blocking layer is a mixture of two or more inorganic oxides.
請求項1から5のいずれか1つに記載の光電変換素子であって、
前記電荷ブロッキング層に含まれる無機酸化物の1つとして、CeO2を用いた光電変換素子。
The photoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 5,
A photoelectric conversion element using CeO 2 as one of the inorganic oxides included in the charge blocking layer.
請求項1から6のいずれか1つに記載の光電変換素子であって、
前記電荷ブロッキング層に含まれる無機酸化物の1つとして、SnO2を用いた光電変換素子。
The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein
A photoelectric conversion element using SnO 2 as one of the inorganic oxides included in the charge blocking layer.
請求項1から7のいずれか1つに記載の光電変換素子であって、
前記電荷ブロッキング層に含まれる無機酸化物の1つとして、Ta2O5を用いた光電変換素子。
The photoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 7,
A photoelectric conversion element using Ta 2 O 5 as one of the inorganic oxides included in the charge blocking layer.
請求項1から8のいずれか1つに記載の光電変換素子であって、
前記電荷ブロッキング層に含まれる無機酸化物として、CeO2とTa2O5を用いた光電変換素子。
The photoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 8,
A photoelectric conversion element using CeO 2 and Ta 2 O 5 as an inorganic oxide contained in the charge blocking layer.
請求項1から9のいずれか1つに記載の光電変換素子であって、
前記一対の電極の他方と前記光電変換層との間に、更に、前記電荷ブロッキング層が設けられた光電変換素子。
The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein
A photoelectric conversion element in which the charge blocking layer is further provided between the other of the pair of electrodes and the photoelectric conversion layer.
請求項1から10のいずれか1つに記載の光電変換素子であって、
前記電荷ブロッキング層の厚みが10nm〜200nmである光電変換素子。
It is a photoelectric conversion element given in any 1 paragraph of Claims 1-10,
The photoelectric conversion element whose thickness of the said charge blocking layer is 10 nm-200 nm.
請求項1から11のいずれか1つに記載の光電変換素子であって、
前記一対の電極に外部から印加される電圧を前記一対の電極間の距離で割った値が1.0×105V/cm〜1.0×107V/cmである光電変換素子。
The photoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 11,
A photoelectric conversion element in which a value obtained by dividing a voltage applied from the outside to the pair of electrodes by a distance between the pair of electrodes is 1.0 × 10 5 V / cm to 1.0 × 10 7 V / cm.
請求項1から12のいずれか1つに記載の光電変換素子であって、
少なくとも1つの前記光電変換層が上方に積層された半導体基板と、
前記半導体基板内に形成され、前記光電変換層で発生した電荷を蓄積するための電荷蓄積部と、
前記光電変換層の前記一対の電極のうちの前記電荷を取り出すための電極と、前記電荷蓄積部とを電気的に接続する接続部とを備える光電変換素子。
The photoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 12,
A semiconductor substrate having at least one photoelectric conversion layer laminated thereon;
A charge storage unit formed in the semiconductor substrate for storing the charge generated in the photoelectric conversion layer;
A photoelectric conversion element provided with the electrode for taking out the said electric charge of the said pair of electrodes of the said photoelectric converting layer, and the connection part which electrically connects the said charge storage part.
請求項13に記載の光電変換素子であって、
前記半導体基板内に、前記光電変換層を透過した光を吸収し、該光に応じた電荷を発生してこれを蓄積する基板内光電変換部を備える光電変換素子。
The photoelectric conversion element according to claim 13,
A photoelectric conversion element comprising an in-substrate photoelectric conversion unit that absorbs light transmitted through the photoelectric conversion layer in the semiconductor substrate, generates a charge corresponding to the light, and accumulates the charge.
請求項14に記載の光電変換素子であって、
前記基板内光電変換部が、前記半導体基板内に積層されたそれぞれ異なる色の光を吸収する複数のフォトダイオードである光電変換素子。
The photoelectric conversion element according to claim 14,
The photoelectric conversion element in which the photoelectric conversion part in the substrate is a plurality of photodiodes that absorb light of different colors stacked in the semiconductor substrate.
請求項15に記載の光電変換素子であって、
前記基板内光電変換部が、前記半導体基板内の入射光の入射方向に対して垂直な方向に配列されたそれぞれ異なる色の光を吸収する複数のフォトダイオードである光電変換素子。
The photoelectric conversion device according to claim 15,
A photoelectric conversion element in which the in-substrate photoelectric conversion unit is a plurality of photodiodes that absorb light of different colors arranged in a direction perpendicular to an incident direction of incident light in the semiconductor substrate.
請求項1から16のいずれか1つに記載の光電変換素子であって、
前記半導体基板上方に積層された前記光電変換層が1つであり、
前記複数のフォトダイオードが、青色の光を吸収可能な位置にpn接合面が形成された青色用フォトダイオードと、赤色の光を吸収可能な位置にpn接合面が形成された赤色用フォトダイオードであり、
前記光電変換層が緑色の光を吸収するものである光電変換素子。
The photoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 16, wherein
The photoelectric conversion layer laminated on the semiconductor substrate is one,
The plurality of photodiodes are a blue photodiode having a pn junction surface formed at a position capable of absorbing blue light, and a red photodiode having a pn junction surface formed at a position capable of absorbing red light. Yes,
A photoelectric conversion element in which the photoelectric conversion layer absorbs green light.
請求項1から17のいずれか1つに記載の光電変換素子をアレイ状に複数配置した固体撮像素子であって、
前記複数の光電変換素子の各々の前記電荷蓄積部に蓄積された前記電荷に応じた信号を読み出す信号読み出し部を備える固体撮像素子。
A solid-state imaging device in which a plurality of the photoelectric conversion devices according to claim 1 are arranged in an array,
A solid-state imaging device including a signal reading unit that reads a signal corresponding to the charge accumulated in the charge accumulation unit of each of the plurality of photoelectric conversion elements.
一対の電極と、
前記一対の電極の間に配置された光電変換層と、
前記一方の電極と前記光電変換層との間に形成され、前記一対の電極への電圧印加時に前記一対の電極の一方から前記光電変換層に電荷が注入されるのを抑制する電荷ブロッキング層と、を備えた光電変換素子の製造方法であって、
前記電荷ブロッキング層を形成する際に基板温度を0℃以下に維持する光電変換素子の製造方法。
A pair of electrodes;
A photoelectric conversion layer disposed between the pair of electrodes;
A charge blocking layer that is formed between the one electrode and the photoelectric conversion layer, and suppresses injection of charge from one of the pair of electrodes to the photoelectric conversion layer when a voltage is applied to the pair of electrodes; A method for producing a photoelectric conversion element comprising:
A method for producing a photoelectric conversion element, wherein the substrate temperature is maintained at 0 ° C. or lower when the charge blocking layer is formed.
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