JP2012169521A - Ultraviolet light sensor and method for manufacturing the same - Google Patents

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浩太 吉川
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultraviolet light sensor which separates ultraviolet light from visible light to detect the ultraviolet light, and a method for manufacturing the same.SOLUTION: An ultraviolet light sensor comprises: a first electrode layer; a photoelectric conversion layer which is formed on the first electrode layer, contains a P-type semiconductor material containing polysilane and an N-type semiconductor material, and absorbs only ultraviolet light; and a second electrode layer formed on the photoelectric conversion layer.

Description

本発明は、紫外光センサー及びその製造方法に関する。   The present invention relates to an ultraviolet light sensor and a method for manufacturing the same.

近年、紫外光を検出する光センサーの需要が高まっている。例えば、健康及び美容分野では、皮膚にダメージを与える紫外線を検出するために、紫外光を検出する光センサーが用いられている。紫外光を検出する光センサーは、健康及び美容分野のほか、気象モニターとしても用いられている。   In recent years, there has been an increasing demand for optical sensors that detect ultraviolet light. For example, in the health and beauty fields, an optical sensor that detects ultraviolet light is used to detect ultraviolet light that damages the skin. Optical sensors that detect ultraviolet light are used not only in the health and beauty fields but also as weather monitors.

従来、紫外光を検出する光センサーにはシリコンが広く用いられてきた。しかしながら、シリコンは紫外光のみならず可視光も吸収するので、紫外光を可視光から分離して検出することができなかった。   Conventionally, silicon has been widely used as an optical sensor for detecting ultraviolet light. However, since silicon absorbs not only ultraviolet light but also visible light, ultraviolet light could not be detected separately from visible light.

そこで、シリコンを用いた光センサーに可視光をカットするフィルターを設けたり、シリコンの代わりに可視光を吸収しないGaAsやGaAsPといった化合物半導体を用いたりすることにより、紫外光を可視光から分離して検出することが行われてきた。   Therefore, the ultraviolet light can be separated from the visible light by providing a filter that cuts visible light in an optical sensor using silicon, or using a compound semiconductor such as GaAs or GaAsP that does not absorb visible light instead of silicon. It has been done to detect.

特開2003−158254号公報JP 2003-158254 A 特開2005−303266号公報JP 2005-303266 A 特開平8−167728号公報JP-A-8-167728

しかしながら、シリコンを用いた光センサーに可視光をカットするフィルターを設ける方法では、可視光をカットするフィルターを素子に組み込むため、素子が大型になることと感度が落ちるということがあった。また、シリコンの代わりに可視光を吸収しない化合物半導体を用いる方法では、化合物半導体自体が高価であり、安価な光センサーを実現することが困難であった。   However, in the method of providing a filter that cuts visible light in a photosensor using silicon, a filter that cuts visible light is incorporated into the element, and thus the element becomes large and the sensitivity is lowered. Moreover, in the method using a compound semiconductor that does not absorb visible light instead of silicon, the compound semiconductor itself is expensive, and it is difficult to realize an inexpensive optical sensor.

本発明の目的は、紫外光を可視光から分離して検出する、安価で高効率の紫外光センサー及びその製造方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide an inexpensive and highly efficient ultraviolet light sensor that separates and detects ultraviolet light from visible light and a method for manufacturing the same.

実施形態の一観点によれば、第1の電極層と、前記第1の電極層上に形成され、ポリシランを含むP型半導体材料と、N型半導体材料とを含み、紫外光のみを吸収する光電変換層と、前記光電変換層上に形成された第2の電極層とを有する紫外光センサーが提供される。   According to one aspect of the embodiment, the first electrode layer is formed on the first electrode layer, includes a P-type semiconductor material containing polysilane, and an N-type semiconductor material, and absorbs only ultraviolet light. An ultraviolet light sensor having a photoelectric conversion layer and a second electrode layer formed on the photoelectric conversion layer is provided.

また、実施形態の他の観点によれば、第1の電極層を形成する工程と、前記第1の電極層上に、ポリシランを含むP型半導体材料とN型半導体材料を含み、紫外光のみを吸収する光電変換層を形成する工程と、前記光電変換層上に、第2の電極層を形成する工程とを有する紫外光センサーの製造方法が提供される。   According to another aspect of the embodiment, the step of forming the first electrode layer, and the first electrode layer includes a P-type semiconductor material and an N-type semiconductor material containing polysilane, and includes only ultraviolet light. There is provided a method for producing an ultraviolet light sensor, comprising a step of forming a photoelectric conversion layer that absorbs light and a step of forming a second electrode layer on the photoelectric conversion layer.

開示の紫外光センサー及びその製造方法によれば、紫外光を可視光から分離して検出する、安価で高効率の紫外光センサー及びその製造方法を提供することができる。   According to the disclosed ultraviolet light sensor and its manufacturing method, it is possible to provide an inexpensive and highly efficient ultraviolet light sensor that detects ultraviolet light separately from visible light and a manufacturing method thereof.

図1は、第1実施形態による紫外光センサーの構造を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of the ultraviolet light sensor according to the first embodiment. 図2は、ポリシランの光吸収スペクトルを示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing the light absorption spectrum of polysilane. 図3は、第1実施形態による紫外光センサーの動作を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating the operation of the ultraviolet light sensor according to the first embodiment. 図4は、第1実施形態による紫外光センサーのエネルギーダイアグラムである。FIG. 4 is an energy diagram of the ultraviolet light sensor according to the first embodiment. 図5は、第1実施形態による紫外光センサーの出力特性を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing output characteristics of the ultraviolet light sensor according to the first embodiment. 図6は、第2実施形態による紫外光センサーの構造を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing the structure of the ultraviolet light sensor according to the second embodiment. 図7は、第2実施形態による紫外光センサーの光電変換層の模式図である。FIG. 7 is a schematic diagram of a photoelectric conversion layer of the ultraviolet light sensor according to the second embodiment.

[第1実施形態]
第1実施形態による紫外光センサー及びその製造方法について図1乃至図5を用いて説明する。
[First Embodiment]
The ultraviolet light sensor and the manufacturing method thereof according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.

図1は、本実施形態による紫外光センサーの構造を示す断面図である。図2は、ポリシランの光吸収スペクトルを示すグラフである。図3は、本実施形態による紫外光センサーの動作を示す図である。図4は、本実施形態による紫外光センサーのエネルギーダイアグラムである。図5は、本実施形態による紫外光センサーの出力特性を示すグラフである。   FIG. 1 is a sectional view showing the structure of the ultraviolet light sensor according to the present embodiment. FIG. 2 is a graph showing the light absorption spectrum of polysilane. FIG. 3 is a diagram illustrating the operation of the ultraviolet light sensor according to the present embodiment. FIG. 4 is an energy diagram of the ultraviolet light sensor according to the present embodiment. FIG. 5 is a graph showing the output characteristics of the ultraviolet light sensor according to the present embodiment.

本実施形態による紫外光センサーの構造について図1を用いて説明する。   The structure of the ultraviolet light sensor according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

透明基板であるガラス基板10上には、インジウムスズ酸化物(ITO)を材料とする透明な第1の電極層12が形成されている。第1の電極層12上には、紫外光のみを吸収して光電流を発生する光電変換層13が形成されている。光電変換層13は、P型半導体であるポリシランを含み、紫外光のみを吸収するP型半導体層14と、P型半導体層14上に形成され、N型半導体であるフェニルC61酪酸メチルエステル(PCBM)を含むN型半導体層16とを有する。光電変換層13上には、アルミニウムを材料とする第2の電極層18が形成されている。   On the glass substrate 10 which is a transparent substrate, a transparent first electrode layer 12 made of indium tin oxide (ITO) is formed. A photoelectric conversion layer 13 that absorbs only ultraviolet light and generates a photocurrent is formed on the first electrode layer 12. The photoelectric conversion layer 13 includes a polysilane that is a P-type semiconductor and absorbs only ultraviolet light. The photoelectric conversion layer 13 is formed on the P-type semiconductor layer 14 and phenyl C61 butyric acid methyl ester (PCBM) that is an N-type semiconductor. ) Including an N-type semiconductor layer 16. A second electrode layer 18 made of aluminum is formed on the photoelectric conversion layer 13.

このように、本実施形態による紫外光センサーは、ガラス基板10上の第1の電極層12及び第2の電極層18を電極とし、その間のP型半導体層14及びN型半導体層16を光電変換層13とする構造を有している。   As described above, the ultraviolet light sensor according to the present embodiment uses the first electrode layer 12 and the second electrode layer 18 on the glass substrate 10 as electrodes, and the P-type semiconductor layer 14 and the N-type semiconductor layer 16 therebetween are photoelectrically connected. The conversion layer 13 is structured.

P型半導体層14は、前述のようにポリシランを含み、紫外線を吸収する層である。ポリシランは下記の構造で表される。   The P-type semiconductor layer 14 is a layer that contains polysilane and absorbs ultraviolet rays as described above. Polysilane is represented by the following structure.

Figure 2012169521
(式中、Rは、炭化水素基又はハロゲン化炭化水素基を表し、Rは、炭化水素基又はハロゲン化炭化水素基を表し、nは、10〜1000の整数を表す。)
ポリシランの具体例としては、特に限定されるものではないが、例えば、下記の構造で表されるポリジフェニルシランが挙げられる。
Figure 2012169521
(In the formula, R 1 represents a hydrocarbon group or a halogenated hydrocarbon group, R 2 represents a hydrocarbon group or a halogenated hydrocarbon group, and n represents an integer of 10 to 1000.)
Although it does not specifically limit as a specific example of polysilane, For example, polydiphenylsilane represented by the following structure is mentioned.

Figure 2012169521
(式中、nは、10〜1000の整数を表す。)
或いは、下記の構造で表されるポリ(m−ヘキソキシフェニル)フェニルシランが挙げられる。
Figure 2012169521
(In the formula, n represents an integer of 10 to 1000.)
Alternatively, poly (m-hexoxyphenyl) phenylsilane represented by the following structure can be given.

Figure 2012169521
(式中、nは、10〜1000の整数を表す。)
或いは、下記の構造で表されるものが挙げられる。
Figure 2012169521
(In the formula, n represents an integer of 10 to 1000.)
Or what is represented by the following structure is mentioned.

Figure 2012169521
(式中、mは、1〜6の整数を表し、nは、10〜1000の整数を表す。)
この構造を満たす例として、m=4であるポリn−ブチルフェニルシランやm=6であるポリヘキシルフェニルシランが挙げられる。
Figure 2012169521
(In the formula, m represents an integer of 1 to 6, and n represents an integer of 10 to 1000.)
Examples of satisfying this structure include poly n-butylphenylsilane with m = 4 and polyhexylphenylsilane with m = 6.

或いは、下記の構造で表されるものが挙げられる。   Or what is represented by the following structure is mentioned.

Figure 2012169521
(式中、kは、1〜6の整数を表し、mは、1〜6を表し、nは、10〜1000を表す。)
図2は、ポリシランの光吸収スペクトルを示すグラフである。このグラフは、ポリシランとしてポリn−ブチルフェニルシランを用いた例である。図2に示すように、ポリn−ブチルフェニルシランは350nm以下の波長の光に強い吸収のピークを示す。この性質は、ポリシランの一般的な性質である。ポリシランは、紫外光を吸収するが、可視光を吸収しない。
Figure 2012169521
(In the formula, k represents an integer of 1 to 6, m represents 1 to 6, and n represents 10 to 1000.)
FIG. 2 is a graph showing the light absorption spectrum of polysilane. This graph is an example using poly n-butylphenylsilane as polysilane. As shown in FIG. 2, poly n-butylphenylsilane exhibits a strong absorption peak for light having a wavelength of 350 nm or less. This property is a general property of polysilane. Polysilane absorbs ultraviolet light but does not absorb visible light.

P型半導体層14は、必ずしも1種類のポリシランを含有するものである必要はなく、複数種類のポリシランを含有するものでもよい。また、P型半導体層14は、必ずしもポリシランのみにより形成される必要はないが、紫外光を選択的に検出する観点から、紫外光以外を吸収する物質、例えば、可視光や赤外光を吸収する色素物質を添加しないことが望ましい。   The P-type semiconductor layer 14 does not necessarily need to contain one type of polysilane, and may contain a plurality of types of polysilane. The P-type semiconductor layer 14 is not necessarily formed of only polysilane, but from the viewpoint of selectively detecting ultraviolet light, it absorbs substances other than ultraviolet light, such as visible light and infrared light. It is desirable not to add a coloring substance that does.

N型半導体層16は、N型半導体材料を含む層である。N型半導体材料の具体例としては、特に限定されるものではないが、例えば、フェニルC60酪酸メチルエステル、フェニルC61酪酸メチルエステル等のN型有機半導体材料が挙げられる。或いは、C70酪酸メチルエステル、C60フラーレン、C70フラーレン、ポリ{2,5−ジ(オクチルオキシ)シアノテレフタリリデン)}等のN型有機半導体材料が挙げられる。或いは、ポリ{5−(2−エチルヘキシルオキシ)−2−メトキシ−シアノテレフタリリデン}、ポリ(ベンゾイミダゾベンゾフェナントロリン)、ポリ(ベンゾビスイミダゾベンゾフェナントロリン)等のN型有機半導体材料が挙げられる。N型半導体層16は、必ずしも1種類のN型半導体を含有するものである必要はなく、複数種類のN型半導体を含有するものでもよい。また、N型半導体層16は、必ずしもN型有機半導体により形成される必要はなく、N型無機半導体により形成されてもよい。 The N-type semiconductor layer 16 is a layer containing an N-type semiconductor material. Specific examples of the N-type semiconductor material are not particularly limited, and examples thereof include N-type organic semiconductor materials such as phenyl C 60 butyric acid methyl ester and phenyl C 61 butyric acid methyl ester. Alternatively, C 70 butyric acid methyl ester, C 60 fullerene, C 70 fullerene, poly {2,5-di (octyloxy) cyano tele phthalidyl isopropylidene)} N-type organic semiconductor material and the like. Alternatively, N-type organic semiconductor materials such as poly {5- (2-ethylhexyloxy) -2-methoxy-cyanoterephthalylidene}, poly (benzimidazobenzophenanthroline), poly (benzobisimidazobenzophenanthroline), and the like can be given. The N-type semiconductor layer 16 does not necessarily include one type of N-type semiconductor, and may include a plurality of types of N-type semiconductors. Further, the N-type semiconductor layer 16 is not necessarily formed of an N-type organic semiconductor, and may be formed of an N-type inorganic semiconductor.

第1の電極層12の材料は、P型半導体層14を形成するP型半導体が有する価電子帯によって決定される。第1の電極層12の材料が有する仕事関数は、P型半導体層14を形成するP型半導体の価電子帯より大きいことが望ましい。この条件を満たす例として、ITOが挙げられる。   The material of the first electrode layer 12 is determined by the valence band of the P-type semiconductor that forms the P-type semiconductor layer 14. The work function of the material of the first electrode layer 12 is desirably larger than the valence band of the P-type semiconductor forming the P-type semiconductor layer 14. An example of satisfying this condition is ITO.

第2の電極層18の材料は、N型半導体層16を形成するN型半導体が有する伝導帯によって決定される。第2の電極層18の材料が有する仕事関数は、N型半導体層16を形成するN型半導体が有する伝導帯より小さいことが望ましい。この条件を満たす例として、アルミニウムが挙げられる。   The material of the second electrode layer 18 is determined by the conduction band of the N-type semiconductor that forms the N-type semiconductor layer 16. The work function of the material of the second electrode layer 18 is desirably smaller than the conduction band of the N-type semiconductor forming the N-type semiconductor layer 16. An example of this condition is aluminum.

本実施形態による紫外光センサーの動作について図3を用いて説明する。   The operation of the ultraviolet light sensor according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

図3に示すように、第1の電極層12に正の電位を付加し、第2の電極層18に負の電位を付加する。また、検出対象の紫外光は、紫外光センサーのガラス基板10の裏側にから照射される。   As shown in FIG. 3, a positive potential is applied to the first electrode layer 12 and a negative potential is applied to the second electrode layer 18. Further, the ultraviolet light to be detected is irradiated from the back side of the glass substrate 10 of the ultraviolet light sensor.

図4は、本実施形態による紫外光センサーの電極及び光電変換層13のエネルギーダイアグラムである。P型半導体層14に紫外光が入射すると、P型半導体層14の材料であるポリシランは紫外光を吸収し、励起子を生成する。この励起子は電子と正孔の対であり、電荷を持たないのでP型半導体層14内を自由に拡散することができる。P型半導体層14とN型半導体層16の界面に励起子が到達すると、PN接合の内蔵電界によって励起子は電荷分離される。励起子から分離した電子は、より安定したエネルギー状態である層に移動する、つまり、N型半導体層16内に移動し、第2の電極層18まで到達する。励起子から分離した正孔は、よりエネルギー状態の安定した層に移動する、つまり、P型半導体層14内を逆戻りして第1の電極層12に到達する。このように、分離した電子及び正孔がそれぞれ第2の電極層18及び第1の電極層12に移動することにより、光電流が発生する。   FIG. 4 is an energy diagram of the electrodes of the ultraviolet light sensor and the photoelectric conversion layer 13 according to the present embodiment. When ultraviolet light is incident on the P-type semiconductor layer 14, the polysilane that is the material of the P-type semiconductor layer 14 absorbs the ultraviolet light and generates excitons. This exciton is a pair of an electron and a hole, and has no charge, so that it can diffuse freely in the P-type semiconductor layer 14. When excitons reach the interface between the P-type semiconductor layer 14 and the N-type semiconductor layer 16, the excitons are separated by the built-in electric field of the PN junction. The electrons separated from the excitons move to a layer in a more stable energy state, that is, move into the N-type semiconductor layer 16 and reach the second electrode layer 18. The holes separated from the excitons move to a layer in which the energy state is more stable, that is, return to the inside of the P-type semiconductor layer 14 and reach the first electrode layer 12. As described above, the separated electrons and holes move to the second electrode layer 18 and the first electrode layer 12, respectively, thereby generating a photocurrent.

図5は、本実施形態による紫外光センサーの出力特性を示すグラフである。測定条件として、330nmの紫外光を紫外光センサーに照射し続けた。このグラフは、本実施形態による紫外光センサーに印加する電圧を増加させた際の電流の変化を示している。   FIG. 5 is a graph showing the output characteristics of the ultraviolet light sensor according to the present embodiment. As measurement conditions, 330 nm ultraviolet light was continuously applied to the ultraviolet light sensor. This graph shows a change in current when the voltage applied to the ultraviolet light sensor according to the present embodiment is increased.

約0.45V以上の電圧を印加すると、電流密度はマイナスとなる。これは、紫外光がP型半導体層14に入射することによって形成された励起子がP型半導体層14とN型半導体層16の界面で電荷分離して光電流が流れたことを表している。印加する電圧を増加することにより、分離した電子は界面からN型半導体層16を経て負の電位を印加した第2の電極層18に移動しやすくなり、分離した正孔は界面からP型半導体層14を経て正の電位を印加した第1の電極層12に移動しやすくなるためである。つまり、図5の結果から、紫外光の照射により発生する光電流を検知することにより、本実施形態による紫外光センサーは紫外光に対応するセンサーとして動作することが検証された。   When a voltage of about 0.45 V or more is applied, the current density becomes negative. This indicates that photocurrent flows due to charge separation at the interface between the P-type semiconductor layer 14 and the N-type semiconductor layer 16 in the excitons formed when ultraviolet light is incident on the P-type semiconductor layer 14. . By increasing the applied voltage, the separated electrons easily move from the interface through the N-type semiconductor layer 16 to the second electrode layer 18 to which a negative potential is applied, and the separated holes are transferred from the interface to the P-type semiconductor. This is because it becomes easier to move to the first electrode layer 12 to which a positive potential is applied through the layer 14. That is, from the result of FIG. 5, it was verified that the ultraviolet light sensor according to the present embodiment operates as a sensor corresponding to ultraviolet light by detecting a photocurrent generated by irradiation with ultraviolet light.

次に、本実施形態による紫外光センサーの製造方法について図1を用いて説明する。   Next, the manufacturing method of the ultraviolet sensor according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

まず、透明基板であるガラス基板10上に、例えば、スパッタリング法により、例えば、膜厚200nmのITO膜を堆積する。これにより、ガラス基板10上に透明な第1の電極層であるITO層12が形成される。   First, an ITO film having a film thickness of, for example, 200 nm is deposited on the glass substrate 10 that is a transparent substrate, for example, by sputtering. Thereby, the ITO layer 12 which is a transparent first electrode layer is formed on the glass substrate 10.

次いで、ITO層12上に、例えば、ポリヘキシルフェニルシラン溶液を塗布し、ガラス基板10を高速回転させ、熱処理を加えることにより、膜厚50nmのポリヘキシルフェニルシラン膜を形成する。これにより、ITO層12上にP型半導体であるポリシラン層14が形成される。   Next, for example, a polyhexylphenylsilane solution is applied on the ITO layer 12, the glass substrate 10 is rotated at a high speed, and a heat treatment is applied to form a polyhexylphenylsilane film having a thickness of 50 nm. Thereby, the polysilane layer 14 which is a P-type semiconductor is formed on the ITO layer 12.

次いで、ポリシラン層14上に、例えば、PCBM溶液を塗布し、ガラス基板10を高速回転させ、熱処理を加えることにより、例えば、膜厚50nmのPCBM膜を形成する。これにより、ポリシラン層14上にN型半導体であるPCBM層16が形成される。   Next, for example, a PCBM solution is applied on the polysilane layer 14, the glass substrate 10 is rotated at a high speed, and a heat treatment is performed, thereby forming a PCBM film having a thickness of, for example, 50 nm. Thereby, the PCBM layer 16 which is an N-type semiconductor is formed on the polysilane layer 14.

次いで、PCBM層16上に、例えば、真空蒸着法により、例えば、膜厚350nmのアルミニウム膜を製膜する。これにより、PCBM層16上に第2の電極層であるアルミニウム層18が形成される。   Next, an aluminum film having a thickness of, for example, 350 nm is formed on the PCBM layer 16 by, for example, a vacuum deposition method. Thereby, the aluminum layer 18 as the second electrode layer is formed on the PCBM layer 16.

こうして、本実施形態の紫外光センサーを完成する。   In this way, the ultraviolet light sensor of this embodiment is completed.

このように、本実施形態によれば、紫外光センサーを安価に作製することができる。また、本実施形態による紫外光センサーは、可視光をカットするフィルターを用いる光センサーよりも紫外光を高効率で検出することができる。   Thus, according to this embodiment, an ultraviolet light sensor can be produced at low cost. Further, the ultraviolet light sensor according to the present embodiment can detect ultraviolet light with higher efficiency than an optical sensor using a filter that cuts visible light.

[第2実施形態]
第2実施形態による紫外光センサー及びその製造方法について図6及び図7を用いて説明する。図1乃至図5に示す第1実施形態による紫外光センサー及びその製造方法と同一の構成要素には同一の符号を付し説明を省略し又は簡潔にする。
[Second Embodiment]
The ultraviolet light sensor and its manufacturing method according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. The same components as those of the ultraviolet light sensor and the manufacturing method thereof according to the first embodiment shown in FIGS. 1 to 5 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted or simplified.

図6は、本実施形態による紫外光センサーの構造を示す断面図である。図7は、本実施形態による紫外光線センサーの光電変換層20の模式図である。   FIG. 6 is a cross-sectional view showing the structure of the ultraviolet light sensor according to the present embodiment. FIG. 7 is a schematic diagram of the photoelectric conversion layer 20 of the ultraviolet light sensor according to the present embodiment.

はじめに、本実施形態による紫外光センサーの構造について図6を用いて説明する。   First, the structure of the ultraviolet light sensor according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

透明基板であるガラス基板10上には、ITOを材料とする透明な第1の電極層12が形成されている。第1の電極層12上には、紫外光のみを吸収する光電変換層20が形成されている。光電変換層20は、P型半導体であるポリシランを含み、紫外光のみを吸収するP型半導体領域22と、N型半導体であるPCBMを含むN型半導体領域24とを有している。P型半導体領域22とN型半導体領域24とは、バルクヘテロ接合構造を形成している。光電変換層20上には、アルミニウムを材料とする第2の電極層18が形成されている。   A transparent first electrode layer 12 made of ITO is formed on a glass substrate 10 which is a transparent substrate. A photoelectric conversion layer 20 that absorbs only ultraviolet light is formed on the first electrode layer 12. The photoelectric conversion layer 20 includes a P-type semiconductor region 22 containing polysilane which is a P-type semiconductor and absorbing only ultraviolet light, and an N-type semiconductor region 24 containing PCBM which is an N-type semiconductor. The P-type semiconductor region 22 and the N-type semiconductor region 24 form a bulk heterojunction structure. A second electrode layer 18 made of aluminum is formed on the photoelectric conversion layer 20.

このように、本実施形態による紫外光センサーは、ガラス基板10上の第1の電極層12及び第2の電極層18を電極とし、その間に光電変換層20を有している。   As described above, the ultraviolet light sensor according to the present embodiment uses the first electrode layer 12 and the second electrode layer 18 on the glass substrate 10 as electrodes, and includes the photoelectric conversion layer 20 therebetween.

本実施形態による紫外光センサーにおいて、光電変換層20のP型半導体領域22は、第1実施形態による紫外光センサーの光電変換層13のP型半導体材料と同様の材料で形成されている。   In the ultraviolet light sensor according to the present embodiment, the P-type semiconductor region 22 of the photoelectric conversion layer 20 is formed of the same material as the P-type semiconductor material of the photoelectric conversion layer 13 of the ultraviolet light sensor according to the first embodiment.

また、本実施形態による紫外光センサーにおいて、光電変換層のN型半導体領域24は、第1実施形態による紫外光センサーの光電変換層13のN型半導体材料と同様の材料で形成されている。   In the ultraviolet light sensor according to the present embodiment, the N-type semiconductor region 24 of the photoelectric conversion layer is formed of the same material as the N-type semiconductor material of the photoelectric conversion layer 13 of the ultraviolet light sensor according to the first embodiment.

図7は、本実施形態による光電変換層20の模式図である。バルクヘテロ接合とは、P型半導体領域22とN型半導体領域24が無配向に層分離した状態のことである。このため、P型半導体領域22とN型半導体領域24との接触面積、つまり、電荷分離面積は、積層構造をとる光電変換層13のP型半導体層14とN型半導体層16との電荷分離面積より大きくなる。そのため、紫外光により励起した励起子が電荷分離界面に到達する確率が増加し、第1の電極層12及び第2の電極層18にそれぞれ移動する正孔及び電子の数が増えるので、光電流は大きくなる
次に、本実施形態による紫外光センサーの製造方法について図6を用いて説明する。
FIG. 7 is a schematic diagram of the photoelectric conversion layer 20 according to the present embodiment. A bulk heterojunction is a state in which the P-type semiconductor region 22 and the N-type semiconductor region 24 are separated in a non-oriented manner. Therefore, the contact area between the P-type semiconductor region 22 and the N-type semiconductor region 24, that is, the charge separation area, is charge separation between the P-type semiconductor layer 14 and the N-type semiconductor layer 16 of the photoelectric conversion layer 13 having a stacked structure. It becomes larger than the area. Therefore, the probability that excitons excited by ultraviolet light reach the charge separation interface increases, and the number of holes and electrons moving to the first electrode layer 12 and the second electrode layer 18 increase, respectively. Next, the manufacturing method of the ultraviolet light sensor according to the present embodiment will be explained with reference to FIG.

まず、透明基板であるガラス基板10上に、例えば、スパッタリング法により、例えば、膜厚200nmのITO膜を堆積する。これにより、ガラス基板10上に透明な第1の電極層12が形成される。   First, an ITO film having a film thickness of, for example, 200 nm is deposited on the glass substrate 10 that is a transparent substrate, for example, by sputtering. Thereby, the transparent first electrode layer 12 is formed on the glass substrate 10.

次いで、第1の電極層12上に、ポリヘキシルフェニルシランとPCBMとの混合ポリマー溶液を塗布し、熱処理を加えることにより、ポリヘキシルフェニルシランとPCBMの混合層を形成する。これにより、第1の電極層12上にP型半導体領域22とN型半導体領域24を有する光電変換層20が形成される。   Next, a mixed polymer solution of polyhexylphenylsilane and PCBM is applied on the first electrode layer 12, and a heat treatment is performed to form a mixed layer of polyhexylphenylsilane and PCBM. Thereby, the photoelectric conversion layer 20 having the P-type semiconductor region 22 and the N-type semiconductor region 24 is formed on the first electrode layer 12.

次いで、光電変換層20上に、例えば、真空蒸着法により、例えば、膜厚350nmのアルミニウム膜を製膜する。これにより、光電変換層20上に第2の電極層18が形成される。   Next, an aluminum film having a thickness of, for example, 350 nm is formed on the photoelectric conversion layer 20 by, for example, a vacuum deposition method. Thereby, the second electrode layer 18 is formed on the photoelectric conversion layer 20.

こうして、本実施形態の紫外光センサーを完成する。   In this way, the ultraviolet light sensor of this embodiment is completed.

このように、本実施形態によれば、光電変換層20がバルクヘテロ接合を有することにより、紫外光センサーの感度を向上させることができる。
[変形実施形態]
上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
Thus, according to the present embodiment, the photoelectric conversion layer 20 has a bulk heterojunction, whereby the sensitivity of the ultraviolet light sensor can be improved.
[Modified Embodiment]
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible.

例えば、上記実施形態では、透明基板としてガラス基板用いたが、紫外光を透過するものであれば、特に限定されるものではない。例えば、プラスチック基板でもよい。   For example, in the above embodiment, a glass substrate is used as the transparent substrate, but it is not particularly limited as long as it transmits ultraviolet light. For example, a plastic substrate may be used.

上記実施形態では、第1の電極層の材料にITOを用いたが、P型半導体層を形成するP型半導体が有する価電帯より大きな仕事関数を有する材料であれば、特に限定されるものではない。   In the above embodiment, ITO is used as the material for the first electrode layer. However, the material is particularly limited as long as the material has a work function larger than the valence band of the P-type semiconductor forming the P-type semiconductor layer. is not.

また、第2の電極層の材料にはアルミニウムを用いたが、N型半導体層を形成するN型半導体が有する伝導帯より小さな仕事関数を有する材料であれば、特に限定されるものではない。   In addition, although aluminum is used as the material of the second electrode layer, there is no particular limitation as long as the material has a work function smaller than the conduction band of the N-type semiconductor forming the N-type semiconductor layer.

例えば、ITOを陽極である第1の電極層に用いる場合、陰極である第2の電極層の材料は、アルミニウム、マグネシウム、アルミニウム−リチウム合金、カルシウム、アルミニウム/フッ化リチウム、セシウムでもよい。或いは、銀、マグネシウム−銀合金、マグネシウム−インジウム合金、アルミニウム/カルシウム、アルミニウム/二酸化セシウムでもよい。   For example, when ITO is used for the first electrode layer serving as the anode, the material of the second electrode layer serving as the cathode may be aluminum, magnesium, an aluminum-lithium alloy, calcium, aluminum / lithium fluoride, or cesium. Alternatively, silver, magnesium-silver alloy, magnesium-indium alloy, aluminum / calcium, and aluminum / cesium dioxide may be used.

例えば、ITOを陰極である第2の電極層に用いる場合、陽極である第1の電極層の材料は、金、銅、銀、アルミニウムでもよい。   For example, when ITO is used for the second electrode layer that is a cathode, the material of the first electrode layer that is an anode may be gold, copper, silver, or aluminum.

上記実施形態では、ガラス基板上に、第1の電極層、P型半導体層、N型半導体層、第2の電極層の順に形成したが、第2の電極層、N型半導体層、P型半導体層、第1の電極層の順で形成してもよい。その際の基板は透明でなくても電極層を支持するものであれば、特に限定されるものではない。例えば、Si基板やプラスチック基板でもよい。   In the above embodiment, the first electrode layer, the P-type semiconductor layer, the N-type semiconductor layer, and the second electrode layer are formed on the glass substrate in this order. However, the second electrode layer, the N-type semiconductor layer, and the P-type are formed. You may form in order of a semiconductor layer and a 1st electrode layer. The substrate in that case is not particularly limited as long as it supports the electrode layer even if it is not transparent. For example, a Si substrate or a plastic substrate may be used.

10…ガラス基板
12…第1の電極層
13…光電変換層
14…P型半導体層
16…N型半導体層
18…第2の電極層
20…光電変換層
22…P型半導体領域
24…N型半導体領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Glass substrate 12 ... 1st electrode layer 13 ... Photoelectric conversion layer 14 ... P-type semiconductor layer 16 ... N-type semiconductor layer 18 ... 2nd electrode layer 20 ... Photoelectric conversion layer 22 ... P-type semiconductor region 24 ... N-type Semiconductor area

Claims (6)

第1の電極層と、
前記第1の電極層上に形成され、ポリシランを含むP型半導体材料と、N型半導体材料とを含み、紫外光のみを吸収する光電変換層と、
前記光電変換層上に形成された第2の電極層と
を有することを特徴とする紫外光センサー。
A first electrode layer;
A photoelectric conversion layer formed on the first electrode layer, including a P-type semiconductor material containing polysilane and an N-type semiconductor material, and absorbing only ultraviolet light;
An ultraviolet light sensor comprising: a second electrode layer formed on the photoelectric conversion layer.
請求項1記載の紫外光センサーにおいて、
前記光電変換層は、
前記第1の電極層上に形成され、前記P型半導体材料を含むP型半導体層と、
前記P型半導体層上に形成され、前記N型半導体材料を含むN型半導体層と
を有することを特徴とする紫外光センサー。
The ultraviolet light sensor according to claim 1,
The photoelectric conversion layer is
A P-type semiconductor layer formed on the first electrode layer and including the P-type semiconductor material;
An ultraviolet light sensor comprising: an N-type semiconductor layer formed on the P-type semiconductor layer and including the N-type semiconductor material.
請求項1の紫外光センサーにおいて、
前記光電変換層は、前記P型半導体材料と前記N型半導体材料とのバルクヘテロ接合を有する
ことを特徴とする紫外光センサー。
The ultraviolet light sensor of claim 1,
The photoelectric conversion layer has a bulk heterojunction of the P-type semiconductor material and the N-type semiconductor material. An ultraviolet light sensor.
請求項1乃至3のいずれか1項に記載の紫外光センサーにおいて、
前記ポリシランは、一般式
Figure 2012169521
(式中、Rは炭化水素基又はハロゲン化炭化水素基を表し、Rは、炭化水素基又はハロゲン化炭化水素基を表し、nは、10〜1000の整数を表す)
で表される構造を有する
ことを特徴とする紫外光センサー。
The ultraviolet light sensor according to any one of claims 1 to 3,
The polysilane has the general formula
Figure 2012169521
(In the formula, R 1 represents a hydrocarbon group or a halogenated hydrocarbon group, R 2 represents a hydrocarbon group or a halogenated hydrocarbon group, and n represents an integer of 10 to 1000)
The ultraviolet light sensor characterized by having the structure represented by these.
請求項1乃至4のいずれか1項に記載の紫外光センサーにおいて、
前記第1の電極層の材料は、インジウムスズ酸化物であり、
前記第2の電極層の材料は、アルミニウムである
ことを特徴とする紫外光センサー。
The ultraviolet light sensor according to any one of claims 1 to 4,
The material of the first electrode layer is indium tin oxide,
The material for the second electrode layer is aluminum.
第1の電極層を形成する工程と、
前記第1の電極層上に、ポリシランを含むP型半導体材料とN型半導体材料を含み、紫外光のみを吸収する光電変換層を形成する工程と、
前記光電変換層上に、第2の電極層を形成する工程と
を有することを特徴とする紫外光センサーの製造方法。
Forming a first electrode layer;
Forming a photoelectric conversion layer including a P-type semiconductor material containing polysilane and an N-type semiconductor material and absorbing only ultraviolet light on the first electrode layer;
And a step of forming a second electrode layer on the photoelectric conversion layer.
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