JP2014072328A - Photoelectric conversion element and image sensor using the same - Google Patents

Photoelectric conversion element and image sensor using the same Download PDF

Info

Publication number
JP2014072328A
JP2014072328A JP2012216558A JP2012216558A JP2014072328A JP 2014072328 A JP2014072328 A JP 2014072328A JP 2012216558 A JP2012216558 A JP 2012216558A JP 2012216558 A JP2012216558 A JP 2012216558A JP 2014072328 A JP2014072328 A JP 2014072328A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
photoelectric conversion
fullerene
conversion element
group
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2012216558A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5824436B2 (en
Inventor
Hideyuki Suzuki
秀幸 鈴木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujifilm Corp
Original Assignee
Fujifilm Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujifilm Corp filed Critical Fujifilm Corp
Priority to JP2012216558A priority Critical patent/JP5824436B2/en
Priority to PCT/JP2013/005558 priority patent/WO2014050046A1/en
Priority to KR1020157010602A priority patent/KR101676974B1/en
Publication of JP2014072328A publication Critical patent/JP2014072328A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5824436B2 publication Critical patent/JP5824436B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K39/00Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic radiation-sensitive element covered by group H10K30/00
    • H10K39/30Devices controlled by radiation
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/20Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising organic-organic junctions, e.g. donor-acceptor junctions
    • H10K30/211Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising organic-organic junctions, e.g. donor-acceptor junctions comprising multiple junctions, e.g. double heterojunctions
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/30Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising bulk heterojunctions, e.g. interpenetrating networks of donor and acceptor material domains
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K39/00Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic radiation-sensitive element covered by group H10K30/00
    • H10K39/30Devices controlled by radiation
    • H10K39/32Organic image sensors
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/60Organic compounds having low molecular weight
    • H10K85/615Polycyclic condensed aromatic hydrocarbons, e.g. anthracene
    • H10K85/621Aromatic anhydride or imide compounds, e.g. perylene tetra-carboxylic dianhydride or perylene tetracarboxylic di-imide
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/60Organic compounds having low molecular weight
    • H10K85/631Amine compounds having at least two aryl rest on at least one amine-nitrogen atom, e.g. triphenylamine
    • H10K85/633Amine compounds having at least two aryl rest on at least one amine-nitrogen atom, e.g. triphenylamine comprising polycyclic condensed aromatic hydrocarbons as substituents on the nitrogen atom
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/60Organic compounds having low molecular weight
    • H10K85/649Aromatic compounds comprising a hetero atom
    • H10K85/657Polycyclic condensed heteroaromatic hydrocarbons
    • H10K85/6572Polycyclic condensed heteroaromatic hydrocarbons comprising only nitrogen in the heteroaromatic polycondensed ring system, e.g. phenanthroline or carbazole

Landscapes

  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photoelectric conversion element exhibiting heat resistance during production process, and having excellent photoelectric conversion efficiency, sensitivity and response speed, and to provide a sensor and an image sensor including the same.SOLUTION: A photoelectric conversion element 1 comprises an electron blocking layer 31 provided between a photoelectric conversion layer 32 and a hole capturing electrode 20. The photoelectric conversion layer 32 consists of a bulk hetero-junction layer 32 of multiple layers mixing fullerene and a p-type organic semiconductor. The bulk hetero-junction layer 32 of multiple layers is laminated so that a layer closer to the electron blocking layer 31 has a higher content of fullerene. First bulk hetero-junction layer 32a adjacent to the electron blocking layer 31 has a content of fullerene of 70 vol% or more, and the difference of content of fullerene between adjacent bulk hetero-junction layers is 15 vol% or less.

Description

本発明は有機層からなる光電変換層を有する有機光電変換素子及びそれを備えてなる撮像素子に関するものである。   The present invention relates to an organic photoelectric conversion element having a photoelectric conversion layer made of an organic layer, and an imaging element including the same.

デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、携帯電話用カメラ、内視鏡用カメラ等に利用されているイメージセンサとして、CCDセンサやCMOSセンサなどの撮像素子が広く知られている。これらの素子には、光電変換層を含む受光層を備えた光電変換素子が備えられている。   Image sensors such as CCD sensors and CMOS sensors are widely known as image sensors used in digital still cameras, digital video cameras, mobile phone cameras, endoscope cameras, and the like. These elements include a photoelectric conversion element including a light receiving layer including a photoelectric conversion layer.

有機化合物を用いた光電変換素子及びそれを用いた撮像素子の開発が本出願人らによって進められている。上記センサや撮像素子等の用途で用いられる光電変換素子には、光電流/暗電流のS/N比、及び、応答速度がその性能において重要である。   Development of a photoelectric conversion element using an organic compound and an image pickup element using the photoelectric conversion element has been advanced by the present applicants. For photoelectric conversion elements used in applications such as the above-described sensors and imaging elements, the S / N ratio of photocurrent / dark current and the response speed are important in performance.

本出願人らは、外部電圧印加時に感度を低下させることなく光電変換効率(感度)や応答速度を向上させる有機受光素子として、外部電界により電極からのキャリア(電荷)注入を防ぐ電荷ブロッキング層を、電極と有機光電変換層との間に設けた有機光電変換素子を出願している(特許文献1)。   As an organic light-receiving element that improves photoelectric conversion efficiency (sensitivity) and response speed without reducing sensitivity when an external voltage is applied, the applicants have a charge blocking layer that prevents carrier (charge) injection from the electrode by an external electric field. Have applied for an organic photoelectric conversion element provided between an electrode and an organic photoelectric conversion layer (Patent Document 1).

また、本出願人らは、光電変換効率(感度)の向上を目的として、受光層の一部に、p型有機半導体とフラーレン又はフラーレン誘導体等のn型半導体との混合層(バルクへテロ層)を用いた有機光電変換素子を出願している(特許文献2)。   In addition, for the purpose of improving photoelectric conversion efficiency (sensitivity), the present applicants have a mixed layer (bulk hetero layer) of a p-type organic semiconductor and an n-type semiconductor such as fullerene or a fullerene derivative in a part of the light-receiving layer. ) Is used (Patent Document 2).

本出願人らは、受光層の一部にバルクへテロ層を備えた構成において、光電変換層を2層構造のバルクへテロ層とし、正孔捕集電極側と電子捕集電極側とでフラーレン含有量やフェルミ準位を異ならせて、より高い光電変換効率を実現できることを開示している(特許文献3、特許文献4)。   In the configuration in which a bulk hetero layer is provided in a part of the light receiving layer, the present applicants use a photoelectric conversion layer as a bulk hetero layer having a two-layer structure, and a hole collecting electrode side and an electron collecting electrode side. It is disclosed that higher photoelectric conversion efficiency can be realized by changing the fullerene content and the Fermi level (Patent Documents 3 and 4).

特開2007−88033号公報JP 2007-88033 A 特開2007−123707号公報JP 2007-123707 A 特開2009−99866号公報JP 2009-99866 A 特開2011−204802号公報JP 2011-204802 A

既に述べたように、センサや撮像素子等の用途で用いられる光電変換素子は、光電変換効率やS/N比に加えて、残像の原因となる応答速度がその性能において重要である。また、かかる用途の光電変換素子は、デバイス化する際に、カラーフィルタの形成や、ワイヤーボンディング工程等の加熱工程が必須であるため、有機層には、製造工程中の加熱に対する耐熱性も要求される。   As already described, in response to photoelectric conversion elements used in applications such as sensors and imaging elements, in addition to photoelectric conversion efficiency and S / N ratio, the response speed that causes afterimages is important in performance. In addition, when a photoelectric conversion element for such use is formed into a device, a heating process such as a color filter and a wire bonding process is indispensable. Therefore, the organic layer also requires heat resistance against heating during the manufacturing process. Is done.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、有機層からなる光電変換層を有する光電変換素子において、製造工程中における耐熱性を有し、且つ、光電変換効率及び応答速度が良好である光電変換素子を提供することを目的とするものである。   This invention is made | formed in view of the said situation, In the photoelectric conversion element which has the photoelectric converting layer which consists of an organic layer, it has heat resistance in a manufacturing process, and photoelectric conversion efficiency and a response speed are favorable. The object is to provide a photoelectric conversion element.

本発明はまた、製造工程中における耐熱性を有し、且つ、光電変換効率及び応答速度が良好であるセンサ及び撮像素子を提供することを目的とするものである。   Another object of the present invention is to provide a sensor and an imaging device that have heat resistance during the manufacturing process and that have good photoelectric conversion efficiency and response speed.

本発明の光電変換素子は、一対の電極と、前記一対の電極に挟持された少なくとも光電変換層を含む受光層を有する有機光電変換素子であって、
光電変換層と一方の電極との間に備えられた電子ブロッキング層を有し、
光電変換層が、フラーレンとp型有機半導体とが混合されてなる複数層のバルクへテロ層からなり、
複数層のバルクへテロ層は、電子ブロッキング層側の層ほどフラーレンの含有率が高くなるように積層されてなり、
電子ブロッキング層に隣接するバルクへテロ層のフラーレンの含有率が70体積%以上であり、且つ、隣接するバルクへテロ層同士のフラーレンの含有率の差が15体積%以下であることを特徴とするものである。
The photoelectric conversion element of the present invention is an organic photoelectric conversion element having a pair of electrodes and a light receiving layer including at least a photoelectric conversion layer sandwiched between the pair of electrodes,
Having an electron blocking layer provided between the photoelectric conversion layer and one of the electrodes;
The photoelectric conversion layer is composed of a plurality of bulk hetero layers formed by mixing fullerene and a p-type organic semiconductor,
The plurality of bulk hetero layers are laminated such that the electron blocking layer side layer has a higher fullerene content,
The fullerene content in the bulk hetero layer adjacent to the electron blocking layer is 70% by volume or more, and the difference in the fullerene content between adjacent bulk hetero layers is 15% by volume or less. To do.

本明細書において、「フラーレン」とは、フラーレン及びフラーレン誘導体を意味するモノとする。フラーレンの含有率とは、1層のバルクへテロ層中におけるフラーレン及びフラーレン誘導体の総量の体積%を意味する。   In the present specification, “fullerene” is mono which means fullerene and fullerene derivatives. The content of fullerene means the volume% of the total amount of fullerene and fullerene derivative in one bulk hetero layer.

本発明の光電変換素子において、複数層のバルクへテロ層は2層からなることが好ましく、フラーレンの混合比率が最も低い層のバルクへテロ層のフラーレンの含有率は50体積%以上であることが好ましい。   In the photoelectric conversion device of the present invention, the bulk hetero layer of the plurality of layers is preferably composed of two layers, and the fullerene content of the bulk hetero layer having the lowest mixing ratio of fullerene is 50% by volume or more. Is preferred.

また、電子ブロッキング層と隣接するバルクへテロ層の膜厚は50nm以下であることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the film thickness of the bulk hetero layer adjacent to the electron blocking layer is 50 nm or less.

本発明の光電変換素子において、他方の電極は、受光側に配された透明電極であることが好ましく、一対の電極に外部から印加される電圧を電極間距離で割った値が1×10V/cm〜1×107V/cmであることが好ましい。ここで他方の電極とは、一対の電極のうち、光電変換層との間に電子ブロッキング層を備えた電極と対を為している電極を意味する。 In the photoelectric conversion element of the present invention, the other electrode is preferably a transparent electrode disposed on the light receiving side, and a value obtained by dividing the voltage applied from the outside to the pair of electrodes by the distance between the electrodes is 1 × 10 5. V / cm to 1 × 10 7 V / cm is preferable. Here, the other electrode means an electrode paired with an electrode provided with an electron blocking layer between the pair of electrodes and the photoelectric conversion layer.

本発明の光センサは、撮像素子の態様が好適であり、複数の上記本発明の光電変換素子と、この光電変換素子の光電変換層で発生した電荷に応じた信号を読み出す信号読出し回路が形成された回路基板とを備えてなるものである。   The optical sensor of the present invention is preferably in the form of an image sensor, and includes a plurality of the photoelectric conversion elements of the present invention and a signal readout circuit that reads out a signal corresponding to the charge generated in the photoelectric conversion layer of the photoelectric conversion element. Circuit board.

本発明の光電変換素子は、光電変換層と一方の電極との間に電子ブロッキング層を有し、光電変換層が、フラーレンとp型有機半導体とが混合されてなる複数層のバルクへテロ層からなり、複数層のバルクへテロ層は、電子ブロッキング層側の層ほどフラーレンの含有率が高くなるように積層されてなり、電子ブロッキング層に隣接するバルクへテロ層のフラーレンの含有率が70体積%以上、且つ、隣接するバルクへテロ層同士のフラーレンの含有率の差が15体積%以下としている。かかる構成によれば、製造工程中における耐熱性を有し、且つ、光電変換効率及び応答速度が良好な光電変換素子及びそれを備えたセンサ及び撮像素子を提供することができる。   The photoelectric conversion element of the present invention has an electron blocking layer between a photoelectric conversion layer and one electrode, and the photoelectric conversion layer is a multi-layer bulk hetero layer formed by mixing fullerene and a p-type organic semiconductor. The plurality of bulk hetero layers are laminated such that the electron blocking layer side layer has a higher fullerene content, and the bulk hetero layer adjacent to the electron blocking layer has a fullerene content of 70. The difference in the content of fullerene between adjacent bulk hetero layers is 15% by volume or less. According to such a configuration, it is possible to provide a photoelectric conversion element that has heat resistance during the manufacturing process and that has good photoelectric conversion efficiency and response speed, and a sensor and an imaging element including the photoelectric conversion element.

本発明の一実施形態の光電変換素子の概略構成を示す断面模式図Sectional schematic diagram which shows schematic structure of the photoelectric conversion element of one Embodiment of this invention 本発明の一実施形態の撮像素子の概略構成を示す断面模式図1 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of an image sensor according to an embodiment of the present invention. バルクへテロ層のフラーレン含有率の差と残像との関係を示す図(実施例1〜5及び比較例1〜9)The figure which shows the relationship between the difference of the fullerene content rate of a bulk hetero layer, and an afterimage (Examples 1-5 and Comparative Examples 1-9) バルクへテロ層のフラーレン含有率の差と残像との関係を示す図(実施例6〜10及び比較例10〜16)The figure which shows the relationship between the difference of the fullerene content rate of a bulk hetero layer, and an afterimage (Examples 6-10 and Comparative Examples 10-16)

「光電変換素子」
図面を参照して、本発明にかかる一実施形態の光電変換素子について説明する。図1は、本実施形態の光電変換素子の構成を示す概略断面図である。本明細書の図面において、視認しやすくするため、各部の縮尺は適宜変更して示してある。
"Photoelectric conversion element"
With reference to drawings, the photoelectric conversion element of one Embodiment concerning this invention is demonstrated. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the photoelectric conversion element of this embodiment. In the drawings of this specification, the scale of each part is appropriately changed and shown for easy visual recognition.

図1に示されるように、有機光電変換素子1(光電変換素子1)は、基板10と、基板10上に形成された正孔捕集電極20と、正孔捕集電極20上に形成された電子ブロッキング層31と、電子ブロッキング層31上に形成された光電変換層32と、光電変換層32上に形成された正孔ブロッキング層33と、正孔ブロッキング層33上に形成された電子捕集電極40と、電子捕集電極40の表面及び、正孔捕集電極20から電子捕集電極40まで積層された積層体の側面を被覆してなる封止層50とを備える。   As shown in FIG. 1, the organic photoelectric conversion element 1 (photoelectric conversion element 1) is formed on a substrate 10, a hole collection electrode 20 formed on the substrate 10, and a hole collection electrode 20. The electron blocking layer 31, the photoelectric conversion layer 32 formed on the electron blocking layer 31, the hole blocking layer 33 formed on the photoelectric conversion layer 32, and the electron trap formed on the hole blocking layer 33 A collector electrode 40, and a sealing layer 50 that covers the surface of the electron collector electrode 40 and the side surface of the laminate that is laminated from the hole collector electrode 20 to the electron collector electrode 40 are provided.

光電変換素子1において、電子捕集電極40は透明電極であり、電子捕集電極40上方から光が入射すると、この光が電子捕集電極40を透過して光電変換層32に入射し、ここで電荷が発生する。発生した電荷のうちの正孔は正孔捕集電極20に移動し、電子は電子捕集電極40に移動する。   In the photoelectric conversion element 1, the electron collection electrode 40 is a transparent electrode, and when light enters from above the electron collection electrode 40, the light passes through the electron collection electrode 40 and enters the photoelectric conversion layer 32. A charge is generated. Of the generated charges, holes move to the hole collecting electrode 20, and electrons move to the electron collecting electrode 40.

電子捕集電極40及び正孔捕集電極20間にバイアス電圧(外部電場)を印加することで、光電変換層32で発生した電荷のうち、正孔を正孔捕集電極20に、電子を電子捕集電極40に移動させることができる。   By applying a bias voltage (external electric field) between the electron collection electrode 40 and the hole collection electrode 20, among the charges generated in the photoelectric conversion layer 32, holes are transferred to the hole collection electrode 20 and electrons are transferred. The electron collecting electrode 40 can be moved.

光電変換素子1において、光電変換効率(感度)、暗電流、光応答速度において、優れた特性を得るために、正孔捕集電極20と電子捕集電極40との間に印加する外部電場としては、1V/cm以上1×10V/cm以下が好ましい。外部電場は、一対の電極に外部から印加される電圧を電極間距離で割った値である。 In the photoelectric conversion element 1, as an external electric field applied between the hole collection electrode 20 and the electron collection electrode 40 in order to obtain excellent characteristics in photoelectric conversion efficiency (sensitivity), dark current, and light response speed. Is preferably 1 V / cm or more and 1 × 10 7 V / cm or less. The external electric field is a value obtained by dividing the voltage applied from the outside to the pair of electrodes by the distance between the electrodes.

光電変換素子1は、電子ブロッキング層31と光電変換層32と正孔ブロッキング層33とによって受光層30が形成されている。本実施形態においては正孔ブロッキング層33を備えた態様について示しているが、正孔ブロッキング層33は正孔の流れには寄与しないことから、正孔ブロッキング層33の有無にかかわらず本発明の効果を得ることができる。   In the photoelectric conversion element 1, the light receiving layer 30 is formed by the electron blocking layer 31, the photoelectric conversion layer 32, and the hole blocking layer 33. In the present embodiment, the mode including the hole blocking layer 33 is shown. However, since the hole blocking layer 33 does not contribute to the flow of holes, the present invention can be used regardless of the presence or absence of the hole blocking layer 33. An effect can be obtained.

バルクへテロ層からなる光電変換層は、バルクへテロ層におけるフラーレンとp型有機半導体の混合比率によって、(1)バルクへテロ層中のキャリア輸送性、(2)可視光吸収率、(3)電子ブロッキング層との間のキャリア輸送性、(4)耐熱性について最適化することができる。これらの特性を良好にすることで、製造工程中における耐熱性を有し、且つ、光電変換効率、感度及び応答速度が良好な光電変換素子1とすることができる。   The photoelectric conversion layer composed of a bulk hetero layer has (1) carrier transport property in the bulk hetero layer, (2) visible light absorption rate, (3) depending on the mixing ratio of fullerene and p-type organic semiconductor in the bulk hetero layer. ) Carrier transportability with the electron blocking layer and (4) heat resistance can be optimized. By making these characteristics favorable, the photoelectric conversion element 1 having heat resistance during the manufacturing process and excellent photoelectric conversion efficiency, sensitivity, and response speed can be obtained.

(1)バルクヘテロ層中のキャリア輸送性の観点では、
バルクへテロ層中のフラーレンの含有率は、40%〜80%が好ましい。
(1) From the viewpoint of carrier transportability in the bulk hetero layer,
The content of fullerene in the bulk hetero layer is preferably 40% to 80%.

(2)光電変換層32の可視光吸収率の観点では、
可視領域に吸収ピーク波長を有するp型有機半導体の量が少ないと、入射光の吸収量が低下する。従って、充分な入射光吸収量を得るためにはp型有機半導体をバルクへテロ層中に充分混入する必要がある。
(2) From the viewpoint of the visible light absorption rate of the photoelectric conversion layer 32,
If the amount of p-type organic semiconductor having an absorption peak wavelength in the visible region is small, the amount of incident light absorbed is reduced. Therefore, in order to obtain a sufficient amount of incident light absorption, it is necessary to sufficiently mix the p-type organic semiconductor into the bulk hetero layer.

バルクへテロ層中のフラーレンの含有率が多い場合、p型有機半導体を充分混入させると、光電変換層の膜厚が厚くなる。光電変換素子1は、一対の電極間に外部電場を印加して駆動することが出来るが、光電変換層の膜厚が厚くなると、光電変換素子を駆動するために必要な電圧が高くなってしまうことから、光電変換層の膜厚はできるだけ薄い方が好ましい。光電変換層32の膜厚は、1000nm以下が好ましく、さらに好ましくは700nm以下、特に好ましくは500nm以下である。従って、可視光吸収性を高くするためにp型有機半導体を充分混入させるためには、光電変換層32中のフラーレンの含有率はできるだけ低くすることが好ましい。   When the fullerene content in the bulk hetero layer is large, if the p-type organic semiconductor is sufficiently mixed, the film thickness of the photoelectric conversion layer increases. The photoelectric conversion element 1 can be driven by applying an external electric field between a pair of electrodes. However, as the film thickness of the photoelectric conversion layer increases, the voltage necessary for driving the photoelectric conversion element increases. Therefore, it is preferable that the photoelectric conversion layer is as thin as possible. The film thickness of the photoelectric conversion layer 32 is preferably 1000 nm or less, more preferably 700 nm or less, and particularly preferably 500 nm or less. Therefore, in order to sufficiently mix the p-type organic semiconductor in order to increase the visible light absorption, it is preferable to reduce the fullerene content in the photoelectric conversion layer 32 as much as possible.

(3)電子ブロッキング層へのキャリア輸送性(正孔輸送性)の観点では、
光電変換層32で発生した光キャリアのうち正孔は、電子ブロッキング層31を経由して正孔捕集電極20で捕集される。本発明者は、電子ブロッキング層と隣接する光電変換層のフラーレンの含有率が高い程、界面の正孔輸送速度が速くなり、高速応答速度を実現しうることを見出した。
(3) From the viewpoint of carrier transportability (hole transportability) to the electron blocking layer,
Of the photocarriers generated in the photoelectric conversion layer 32, holes are collected by the hole collection electrode 20 via the electron blocking layer 31. The inventor has found that the higher the fullerene content in the photoelectric conversion layer adjacent to the electron blocking layer, the higher the hole transport speed at the interface, and the higher the response speed.

電子ブロッキング層31と、光電変換層32の接触界面において、電子ブロッキング層31を構成する有機半導体と、光電変換層中のp型有機半導体とが混合した領域が形成されると、その混合領域にトラップが形成され、応答速度の低下を引き起こす。   When a region in which the organic semiconductor constituting the electron blocking layer 31 and the p-type organic semiconductor in the photoelectric conversion layer are mixed is formed at the contact interface between the electron blocking layer 31 and the photoelectric conversion layer 32, the mixed region A trap is formed, causing a reduction in response speed.

本発明者は、電子ブロッキング層31と隣接する光電変換層のフラーレン含有率が70%以上であれば、電子ブロッキング層31を構成する有機半導体と、光電変換層中のp型有機半導体が混合した領域の形成を抑制可能であることを見出した(後記実施例及び比較例を参照)。また、バルクへテロ層中のキャリア輸送の観点から、バルクへテロ層中のフラーレンの含有量は80%以下が好ましい。   The present inventor mixed the organic semiconductor constituting the electron blocking layer 31 and the p-type organic semiconductor in the photoelectric conversion layer if the fullerene content of the photoelectric conversion layer adjacent to the electron blocking layer 31 is 70% or more. It was found that formation of the region can be suppressed (see Examples and Comparative Examples below). Further, from the viewpoint of carrier transport in the bulk hetero layer, the fullerene content in the bulk hetero layer is preferably 80% or less.

(4)耐熱性の観点では、
光電変換素子1を撮像素子等の光センサに用いる場合、デバイス化するために、カラーフィルターの形成や、ワイヤーボンディング工程等を行う必要がある。これらの工程で、撮像デバイスは200℃以上に加熱されるため、撮像デバイスに用いる有機光電変換膜には200℃以上の耐熱性が必要となる。
(4) From the viewpoint of heat resistance,
When the photoelectric conversion element 1 is used for an optical sensor such as an image sensor, it is necessary to form a color filter, perform a wire bonding process, or the like in order to make a device. In these steps, since the imaging device is heated to 200 ° C. or higher, the organic photoelectric conversion film used for the imaging device needs to have heat resistance of 200 ° C. or higher.

バルクへテロ層は、フラーレンの含有率が高い程、膜が安定となり、耐熱性が向上する。従って、充分高い耐熱性を実現するためには、バルクへテロ層32においてフラーレンの含有率は50%以上であることが好ましい。   In the bulk hetero layer, the higher the fullerene content, the more stable the film and the better the heat resistance. Therefore, in order to realize sufficiently high heat resistance, the fullerene content in the bulk hetero layer 32 is preferably 50% or more.

上記(1)〜(4)の観点による検討によれば、応答速度、キャリア輸送性、耐熱性の観点では、バルクへテロ層中のフラーレン含有率はより高い方がよいが、可視光吸収性の観点ではフラーレン含有率を下げてバルクへテロ層の膜厚増加を抑制する方がよい。とりわけ電子ブロッキング層31に隣接するバルクへテロ層のフラーレン含有率は70%以上である必要がある。   According to the examination from the viewpoints of (1) to (4) above, in terms of response speed, carrier transportability, and heat resistance, the fullerene content in the bulk heterolayer is better, but the visible light absorptivity. From this point of view, it is better to reduce the fullerene content to suppress the increase in the thickness of the bulk hetero layer. In particular, the fullerene content of the bulk hetero layer adjacent to the electron blocking layer 31 needs to be 70% or more.

上記検討結果から、本発明者は、製造工程中における耐熱性を有し、且つ、光電変換効率、感度及び応答速度が良好な光電変換素子1として、フラーレン含有率が70%以上である第1のバルクへテロ層32aと、キャリア輸送性と耐熱性を極端に損なわない範囲でフラーレン含有率が低い第2のバルクへテロ層32bとを少なくとも備えた複数層のバルクへテロ層32を備えた構成を見出した。   From the above examination results, the present inventor has a first fullerene content of 70% or more as the photoelectric conversion element 1 having heat resistance during the manufacturing process and good photoelectric conversion efficiency, sensitivity, and response speed. And a plurality of bulk hetero layers 32 including at least a second bulk hetero layer 32b having a low fullerene content within a range that does not significantly impair carrier transportability and heat resistance. Found the configuration.

すなわち、光電変換素子1において、光電変換層(バルクへテロ層)32は、フラーレンとp型有機半導体とが混合されてなる複数層のバルクへテロ層(32a,32b)からなり、電子ブロッキング層31の層ほどフラーレンの含有率が高くなるように積層されてなる。図1において、第1のバルクへテロ層32aのフラーレン含有率が70%以上であり、第2のバルクへテロ層32bのフラーレンの含有率は第1のバルクへテロ層32aよりも少なくなっている。   That is, in the photoelectric conversion element 1, the photoelectric conversion layer (bulk hetero layer) 32 includes a plurality of bulk hetero layers (32a, 32b) in which fullerene and a p-type organic semiconductor are mixed, and an electron blocking layer. The layers 31 are laminated so that the fullerene content is higher. In FIG. 1, the fullerene content of the first bulk hetero layer 32a is 70% or more, and the fullerene content of the second bulk hetero layer 32b is less than that of the first bulk hetero layer 32a. Yes.

隣接するバルクへテロ層同士のフラーレン含有率の差は、大きすぎると層間のキャリア輸送速度が低下してしまい、光電変換素子の応答速度低下を引き起こす。本発明者は、2層構造のバルクへテロ層を有する光電変換素子において、隣接するバルクへテロ層同士のフラーレン含有率の差を変化させた時の残像割合の変化について検討を行った(後記実施例及び比較例を参照)。残像の割合は応答速度が速いほど少なくなる。   If the difference in the fullerene content between adjacent bulk hetero layers is too large, the carrier transport speed between the layers is lowered, and the response speed of the photoelectric conversion element is lowered. The present inventor examined changes in the afterimage ratio when the difference in fullerene content between adjacent bulk hetero layers was changed in a photoelectric conversion element having a two-layer structure bulk hetero layer (described later). See Examples and Comparative Examples). The ratio of afterimages decreases as the response speed increases.

図3及び図4に示されるように、隣接するバルクへテロ層の、フラーレン含有率の差Δが15%以下であれば残像が0.05%以下とほぼ一定であり応答速度の低下は観られないが、15%超において急激に応答速度の低下を生じる。この結果より隣接するバルクへテロ層(例えば第1のバルクへテロ層32aと第2のバルクへテロ層32b)のフラーレン含有率の差を15体積%以下とすることにより、速い応答速度を維持しつつ、可視光吸収率を高めることができることが見出された。   As shown in FIGS. 3 and 4, if the difference Δ between the fullerene contents of adjacent bulk hetero layers is 15% or less, the afterimage is almost constant at 0.05% or less, and the decrease in response speed is observed. Although it is not possible, the response speed is suddenly reduced at over 15%. As a result, the difference in the fullerene content of adjacent bulk hetero layers (for example, the first bulk hetero layer 32a and the second bulk hetero layer 32b) is 15% by volume or less, thereby maintaining a high response speed. However, it has been found that the visible light absorption rate can be increased.

図1において、光電変換層32は2層のバルクへテロ層からなる態様について示してあるが、3層以上の場合においても、隣接するバルクへテロ層同士はそれぞれ、15%以下のフラーレン含有率差を有し、電子ブロッキング層31から遠くなるほどその含有率は小さくなるように積層される。実施例10は、3層構造のバルクへテロ層を有する態様の実施例であり、隣接する層同士のフラーレンの含有率の差はいずれも10体積%である。実施例10においても、2層構造と同様の効果が確認される。   In FIG. 1, the photoelectric conversion layer 32 is shown with respect to an embodiment composed of two bulk hetero layers. Even in the case of three or more layers, adjacent bulk hetero layers each have a fullerene content of 15% or less. The layers are laminated so that the content decreases as the distance from the electron blocking layer 31 increases. Example 10 is an example of an embodiment having a bulk hetero layer having a three-layer structure, and the difference in the content of fullerene between adjacent layers is 10% by volume. In Example 10, the same effect as that of the two-layer structure is confirmed.

バルクへテロ層の層数にかかわらず、耐熱性の観点から、フラーレンの混合比率が最も低い層のバルクへテロ層32bのフラーレンの含有率は50体積%以上であることが好ましい。耐熱性が充分でないと、デバイス化の製造工程中に光電変換層が劣化し、特性の悪化を引き起こす可能性が高くなる。   Regardless of the number of bulk hetero layers, from the viewpoint of heat resistance, the fullerene content of the bulk hetero layer 32b of the layer having the lowest fullerene mixing ratio is preferably 50% by volume or more. If the heat resistance is not sufficient, the photoelectric conversion layer deteriorates during the manufacturing process of device fabrication, and the possibility of causing deterioration of the characteristics increases.

また、電子ブロッキング層31と隣接するバルクへテロ層32aは、相対的にp型有機半導体の含有量が少ないため、光吸収率が低くなってしまう。光電変換層32が、できるだけ薄い膜厚で十分な光吸収を得るためには、バルクへテロ層32aの膜厚はできるだけ薄くすることが好ましい。電子ブロッキング層31と隣接するバルクへテロ層32aの膜厚は50nm以下であることが好ましい。バルクへテロ層32aが、界面の正孔輸送速度向上の効果を十分発揮するために、バルクへテロ層32aの膜厚は5nm以上であることが好ましい。   Moreover, since the bulk hetero layer 32a adjacent to the electron blocking layer 31 has a relatively small content of the p-type organic semiconductor, the light absorption rate becomes low. In order for the photoelectric conversion layer 32 to obtain sufficient light absorption with the smallest possible film thickness, it is preferable to make the bulk hetero layer 32a as thin as possible. The thickness of the bulk hetero layer 32a adjacent to the electron blocking layer 31 is preferably 50 nm or less. In order for the bulk hetero layer 32a to sufficiently exhibit the effect of improving the hole transport rate at the interface, the thickness of the bulk hetero layer 32a is preferably 5 nm or more.

光電変換層(バルクへテロ層)32におけるフラーレンとしては特に制限なく、フラーレンC60、フラーレンC70、フラーレンC76、フラーレンC78、フラーレンC80、フラーレンC82、フラーレンC84、フラーレンC90、フラーレンC96、フラーレンC240、フラーレン540、ミックスドフラーレン、フラーレンナノチューブ等が挙げられる。以下に代表的なフラーレンの骨格を示す。
また、フラーレン誘導体とはこれらに置換基が付加された化合物のことを表す。フラーレン誘導体の置換基として好ましくは、アルキル基、アリール基、又は複素環基である。アルキル基として更に好ましくは、炭素数1〜12までのアルキル基であり、アリール基、及び複素環基として好ましくは、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環、フルオレン環、トリフェニレン環、ナフタセン環、ビフェニル環、ピロール環、フラン環、チオフェン環、イミダゾール環、オキサゾール環、チアゾール環、ピリジン環、ピラジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、インドリジン環、インドール環、ベンゾフラン環、ベンゾチオフェン環、イソベンゾフラン環、ベンズイミダゾール環、イミダゾピリジン環、キノリジン環、キノリン環、フタラジン環、ナフチリジン環、キノキサリン環、キノキサゾリン環、イソキノリン環、カルバゾール環、フェナントリジン環、アクリジン環、フェナントロリン環、チアントレン環、クロメン環、キサンテン環、フェノキサチイン環、フェノチアジン環、またはフェナジン環であり、さらに好ましくは、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環、ピリジン環、イミダゾール環、オキサゾール環、またはチアゾール環であり、特に好ましくはベンゼン環、ナフタレン環、またはピリジン環である。これらはさらに置換基を有していてもよく、その置換基は可能な限り結合して環を形成してもよい。なお、複数の置換基を有しても良く、それらは同一であっても異なっていてもよい。また、複数の置換基は可能な限り結合して環を形成してもよい。
The fullerene in the photoelectric conversion layer (bulk hetero layer) 32 is not particularly limited, and fullerene C 60 , fullerene C 70 , fullerene C 76 , fullerene C 78 , fullerene C 80 , fullerene C 82 , fullerene C 84 , fullerene C 90 , Examples include fullerene C 96 , fullerene C 240 , fullerene 540 , mixed fullerene, and fullerene nanotubes. A typical fullerene skeleton is shown below.
The fullerene derivative means a compound having a substituent added thereto. The substituent for the fullerene derivative is preferably an alkyl group, an aryl group, or a heterocyclic group. More preferably, the alkyl group is an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, and the aryl group and the heterocyclic group are preferably a benzene ring, naphthalene ring, anthracene ring, phenanthrene ring, fluorene ring, triphenylene ring, naphthacene ring. , Biphenyl ring, pyrrole ring, furan ring, thiophene ring, imidazole ring, oxazole ring, thiazole ring, pyridine ring, pyrazine ring, pyrimidine ring, pyridazine ring, indolizine ring, indole ring, benzofuran ring, benzothiophene ring, isobenzofuran Ring, benzimidazole ring, imidazopyridine ring, quinolidine ring, quinoline ring, phthalazine ring, naphthyridine ring, quinoxaline ring, quinoxazoline ring, isoquinoline ring, carbazole ring, phenanthridine ring, acridine ring, phenanthroline , Thianthrene ring, chromene ring, xanthene ring, phenoxathiin ring, phenothiazine ring, or phenazine ring, more preferably a benzene ring, naphthalene ring, anthracene ring, phenanthrene ring, pyridine ring, imidazole ring, oxazole ring, or A thiazole ring, particularly preferably a benzene ring, a naphthalene ring, or a pyridine ring. These may further have a substituent, and the substituents may be bonded as much as possible to form a ring. In addition, you may have a some substituent and they may be the same or different. A plurality of substituents may be combined as much as possible to form a ring.

バルクへテロ層32において、フラーレンと混合する有機p型半導体は特に制限されないが、吸収スペクトルのピーク波長は、可視領域の光を幅広く吸収するという観点から450nm以上700nm以下であることが好ましく、480nm以上700nm以下がより好ましく、510nm以上680nm以下であることが更に好ましい。光を効率よく利用する観点から、モル吸光係数は高ければ高いほどよい。吸収スペクトル(クロロホルム溶液)が、波長400nmから700nmまでの可視領域において、モル吸光係数は20000M−1cm−1以上が好ましく、30000M−1cm−1以上がより好ましく、40000M−1cm−1以上が更に好ましい。 In the bulk hetero layer 32, the organic p-type semiconductor mixed with fullerene is not particularly limited, but the peak wavelength of the absorption spectrum is preferably 450 nm or more and 700 nm or less from the viewpoint of broadly absorbing light in the visible region. The thickness is more preferably 700 nm or less and even more preferably 510 nm or more and 680 nm or less. From the viewpoint of efficiently using light, the higher the molar extinction coefficient, the better. Absorption spectrum (chloroform solution), in the visible region of the wavelength 400nm to 700 nm, the molar absorption coefficient preferably 20000 -1 cm -1 or more, more preferably 30000 m -1 cm -1 or more, 40000M -1 cm -1 or more Is more preferable.

p型有機半導体は、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あり、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である。従って、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。   A p-type organic semiconductor is a donor-type organic semiconductor (compound), which is mainly represented by a hole-transporting organic compound and has a property of easily donating electrons. More specifically, two organic materials are brought into contact with each other. Is an organic compound having a smaller ionization potential when used. Therefore, any organic compound can be used as the donor organic compound as long as it is an electron-donating organic compound.

p型有機半導体としては、例えば、トリアリールアミン化合物、ピラン化合物、キナクリドン化合物、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、トリアリールアミン化合物、ピラン化合物、キナクリドン化合物、ピロール化合物、フタロシアニン化合物、メロシアニン化合物、縮合芳香族炭素環化合物が好ましい。   Examples of p-type organic semiconductors include triarylamine compounds, pyran compounds, quinacridone 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, 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), metal complexes with nitrogen-containing heterocyclic compounds as ligands, and triarylamination Things, pyran compounds, quinacridone compounds, pyrrole compounds, phthalocyanine compounds, merocyanine compounds, fused aromatic carbocyclic compound.

p型有機半導体の好適な材料として例えば、下記一般式(1)で表される化合物が挙げられる。
(一般式(1)中、Zは5又は6員環を形成するのに必要な原子群を表す。L、L、及びLはそれぞれ独立に、無置換メチン基、又は置換メチン基を表す。Dは原子群を表す。nは0以上の整数を表す。)
一般式(1)中、Zは、少なくとも2つの炭素原子を含む環であって、5員環、6員環、又は、5員環及び6員環の少なくともいずれかを含む縮合環を表す。5員環、6員環、又は、5員環及び6員環の少なくともいずれかを含む縮合環としては、通常メロシアニン色素で酸性核として用いられるものが好ましく、その具体例としては例えば以下のものが挙げられる。
Examples of suitable materials for the p-type organic semiconductor include compounds represented by the following general formula (1).
(In General Formula (1), Z 1 represents an atomic group necessary for forming a 5- or 6-membered ring. L 1 , L 2 , and L 3 are each independently an unsubstituted methine group or a substituted methine. D 1 represents an atomic group, and n represents an integer of 0 or more.
In the general formula (1), Z 1 represents a ring containing at least two carbon atoms and represents a 5-membered ring, a 6-membered ring, or a condensed ring containing at least one of a 5-membered ring and a 6-membered ring. . As a condensed ring containing at least one of a 5-membered ring, a 6-membered ring, and a 5-membered ring and a 6-membered ring, those usually used as an acidic nucleus in a merocyanine dye are preferable. Specific examples thereof include the following: Is mentioned.

(a)1,3−ジカルボニル核:例えば1,3−インダンジオン核、1,3−シクロヘキサンジオン、5,5−ジメチル−1,3−シクロヘキサンジオン、1,3−ジオキサン−4,6−ジオン等。
(b)ピラゾリノン核:例えば1−フェニル−2−ピラゾリン−5−オン、3−メチル−1−フェニル−2−ピラゾリン−5−オン、1−(2−ベンゾチアゾイル)−3−メチル−2−ピラゾリン−5−オン等。
(c)イソオキサゾリノン核:例えば3−フェニル−2−イソオキサゾリン−5−オン、3−メチル−2−イソオキサゾリン−5−オン等。
(d)オキシインドール核:例えば1−アルキル−2,3−ジヒドロ−2−オキシインドール等。
(e)2,4,6−トリケトヘキサヒドロピリミジン核:例えばバルビツール酸又は2−チオバルビツール酸及びその誘導体等。誘導体としては例えば1−メチル、1−エチル等の1−アルキル体、1,3−ジメチル、1,3−ジエチル、1,3−ジブチル等の1,3−ジアルキル体、1,3−ジフェニル、1,3−ジ(p−クロロフェニル)、1,3−ジ(p−エトキシカルボニルフェニル)等の1,3−ジアリール体、1−エチル−3−フェニル等の1−アルキル−1−アリール体、1,3−ジ(2―ピリジル)等の1,3位ジヘテロ環置換体等が挙げられる。
(f)2−チオ−2,4−チアゾリジンジオン核:例えばローダニン及びその誘導体等。誘導体としては例えば3−メチルローダニン、3−エチルローダニン、3−アリルローダニン等の3−アルキルローダニン、3−フェニルローダニン等の3−アリールローダニン、3−(2−ピリジル)ローダニン等の3位ヘテロ環置換ローダニン等が挙げられる。
(A) 1,3-dicarbonyl nucleus: For example, 1,3-indandione nucleus, 1,3-cyclohexanedione, 5,5-dimethyl-1,3-cyclohexanedione, 1,3-dioxane-4,6- Zeon etc.
(B) pyrazolinone nucleus: for example 1-phenyl-2-pyrazolin-5-one, 3-methyl-1-phenyl-2-pyrazolin-5-one, 1- (2-benzothiazoyl) -3-methyl-2 -Pyrazolin-5-one and the like.
(C) Isoxazolinone nucleus: For example, 3-phenyl-2-isoxazolin-5-one, 3-methyl-2-isoxazolin-5-one and the like.
(D) Oxindole nucleus: For example, 1-alkyl-2,3-dihydro-2-oxindole and the like.
(E) 2,4,6-triketohexahydropyrimidine nucleus: for example, barbituric acid or 2-thiobarbituric acid and its derivatives. Examples of the derivatives include 1-alkyl compounds such as 1-methyl and 1-ethyl, 1,3-dialkyl compounds such as 1,3-dimethyl, 1,3-diethyl and 1,3-dibutyl, 1,3-diphenyl, 1,3-diaryl compounds such as 1,3-di (p-chlorophenyl) and 1,3-di (p-ethoxycarbonylphenyl), 1-alkyl-1-aryl compounds such as 1-ethyl-3-phenyl, Examples include 1,3-di (2-pyridyl) 1,3-diheterocyclic substituents and the like.
(F) 2-thio-2,4-thiazolidinedione nucleus: for example, rhodanine and derivatives thereof. Examples of the derivatives include 3-alkylrhodanine such as 3-methylrhodanine, 3-ethylrhodanine and 3-allylrhodanine, 3-arylrhodanine such as 3-phenylrhodanine, and 3- (2-pyridyl) rhodanine. And the like.

(g)2−チオ−2,4−オキサゾリジンジオン(2−チオ−2,4−(3H,5H)−オキサゾールジオン核:例えば3−エチル−2−チオ−2,4−オキサゾリジンジオン等。
(h)チアナフテノン核:例えば3(2H)−チアナフテノン−1,1−ジオキサイド等。
(i)2−チオ−2,5−チアゾリジンジオン核:例えば3−エチル−2−チオ−2,5−チアゾリジンジオン等。
(j)2,4−チアゾリジンジオン核:例えば2,4−チアゾリジンジオン、3−エチル−2,4−チアゾリジンジオン、3−フェニル−2,4−チアゾリジンジオン等。
(k)チアゾリン−4−オン核:例えば4−チアゾリノン、2−エチル−4−チアゾリノン等。
(l)2,4−イミダゾリジンジオン(ヒダントイン)核:例えば2,4−イミダゾリジンジオン、3−エチル−2,4−イミダゾリジンジオン等。
(m)2−チオ−2,4−イミダゾリジンジオン(2−チオヒダントイン)核:例えば2−チオ−2,4−イミダゾリジンジオン、3−エチル−2−チオ−2,4−イミダゾリジンジオン等。
(n)イミダゾリン−5−オン核:例えば2−プロピルメルカプト−2−イミダゾリン−5−オン等。
(o)3,5−ピラゾリジンジオン核:例えば1,2−ジフェニル−3,5−ピラゾリジンジオン、1,2−ジメチル−3,5−ピラゾリジンジオン等。
(p)ベンゾチオフェンー3−オン核:例えばベンゾチオフェンー3−オン、オキソベンゾチオフェンー3−オン、ジオキソベンゾチオフェンー3−オン等。
(q)インダノン核:例えば1−インダノン、3−フェニルー1−インダノン、3−メチルー1−インダノン、3,3−ジフェニルー1−インダノン、3,3−ジメチルー1−インダノン等。
(G) 2-thio-2,4-oxazolidinedione (2-thio-2,4- (3H, 5H) -oxazoledione nucleus: for example, 3-ethyl-2-thio-2,4-oxazolidinedione and the like.
(H) Tianaphthenone nucleus: For example, 3 (2H) -thianaphthenone-1,1-dioxide and the like.
(I) 2-thio-2,5-thiazolidinedione nucleus: for example, 3-ethyl-2-thio-2,5-thiazolidinedione and the like.
(J) 2,4-thiazolidinedione nucleus: For example, 2,4-thiazolidinedione, 3-ethyl-2,4-thiazolidinedione, 3-phenyl-2,4-thiazolidinedione, and the like.
(K) Thiazolin-4-one nucleus: For example, 4-thiazolinone, 2-ethyl-4-thiazolinone and the like.
(L) 2,4-imidazolidinedione (hydantoin) nucleus: for example, 2,4-imidazolidinedione, 3-ethyl-2,4-imidazolidinedione, etc.
(M) 2-thio-2,4-imidazolidinedione (2-thiohydantoin) nucleus: for example, 2-thio-2,4-imidazolidinedione, 3-ethyl-2-thio-2,4-imidazolidinedione etc.
(N) Imidazolin-5-one nucleus: for example, 2-propylmercapto-2-imidazolin-5-one and the like.
(O) 3,5-pyrazolidinedione nucleus: for example, 1,2-diphenyl-3,5-pyrazolidinedione, 1,2-dimethyl-3,5-pyrazolidinedione and the like.
(P) Benzothiophen-3-one nucleus: for example, benzothiophen-3-one, oxobenzothiophen-3-one, dioxobenzothiophen-3-one and the like.
(Q) Indanone nucleus: For example, 1-indanone, 3-phenyl-1-indanone, 3-methyl-1-indanone, 3,3-diphenyl-1-indanone, 3,3-dimethyl-1-indanone, and the like.

で表される環として好ましくは、1,3−ジカルボニル核、ピラゾリノン核、2,4,6−トリケトヘキサヒドロピリミジン核(チオケトン体も含み、例えばバルビツール酸核、2−チオバルビツール酸核)、2−チオ−2,4−チアゾリジンジオン核、2−チオ−2,4−オキサゾリジンジオン核、2−チオ−2,5−チアゾリジンジオン核、2,4−チアゾリジンジオン核、2,4−イミダゾリジンジオン核、2−チオ−2,4−イミダゾリジンジオン核、2−イミダゾリン−5−オン核、3,5−ピラゾリジンジオン核、ベンゾチオフェン−3−オン核、インダノン核であり、より好ましくは1,3−ジカルボニル核、2,4,6−トリケトヘキサヒドロピリミジン核(チオケトン体も含み、例えばバルビツール酸核、2−チオバルビツール酸核)、3,5−ピラゾリジンジオン核、ベンゾチオフェンー3−オン核、インダノン核であり、更に好ましくは1,3−ジカルボニル核、2,4,6−トリケトヘキサヒドロピリミジン核(チオケトン体も含み、例えばバルビツール酸核、2−チオバルビツール酸核)であり、特に好ましくは1,3−インダンジオン核、バルビツール酸核、2−チオバルビツール酸核及びそれらの誘導体である。 The ring represented by Z 1 is preferably a 1,3-dicarbonyl nucleus, a pyrazolinone nucleus, a 2,4,6-triketohexahydropyrimidine nucleus (including a thioketone body, for example, a barbituric acid nucleus, a 2-thiobarbi acid nucleus, Tool acid nucleus), 2-thio-2,4-thiazolidinedione nucleus, 2-thio-2,4-oxazolidinedione nucleus, 2-thio-2,5-thiazolidinedione nucleus, 2,4-thiazolidinedione nucleus, 2 , 4-imidazolidinedione nucleus, 2-thio-2,4-imidazolidinedione nucleus, 2-imidazolin-5-one nucleus, 3,5-pyrazolidinedione nucleus, benzothiophen-3-one nucleus, indanone nucleus And more preferably a 1,3-dicarbonyl nucleus, a 2,4,6-triketohexahydropyrimidine nucleus (including a thioketone body such as a barbituric acid nucleus, Rubituric acid nucleus), 3,5-pyrazolidinedione nucleus, benzothiophen-3-one nucleus, indanone nucleus, more preferably 1,3-dicarbonyl nucleus, 2,4,6-triketohexahydropyrimidine Nuclei (including thioketone bodies, such as barbituric acid nuclei, 2-thiobarbituric acid nuclei), particularly preferably 1,3-indandione nuclei, barbituric acid nuclei, 2-thiobarbituric acid nuclei and their Is a derivative.

一般式(1)において、L、L、及びLはそれぞれ独立に、無置換メチン基、又は置換メチン基を表す。置換メチン基同士が結合して環を形成してもよい。環としては6員環(例えば、ベンゼン環等)が挙げられる。置換メチン基の置換基としては後述の置換基Wが挙げられるが、L、L及びLは全てが無置換メチン基である場合が好ましい。 In the general formula (1), L 1 , L 2 , and L 3 each independently represent an unsubstituted methine group or a substituted methine group. The substituted methine groups may be bonded to form a ring. A 6-membered ring (for example, benzene ring etc.) is mentioned as a ring. Examples of the substituent of the substituted methine group include the substituent W described later, and it is preferable that all of L 1 , L 2 and L 3 are unsubstituted methine groups.

一般式(1)において、nは0以上の整数を表し、好ましくは0以上3以下の整数を表し、より好ましくは0である。nを増大させた場合、吸収波長域が長波長にすることができるが、熱による分解温度が低くなる。可視域に適切な吸収を有し、かつ蒸着成膜時の熱分解を抑制する点でn=0が好ましい。   In the general formula (1), n represents an integer of 0 or more, preferably 0 or more and 3 or less, more preferably 0. When n is increased, the absorption wavelength region can be made longer, but the decomposition temperature due to heat is lowered. N = 0 is preferable in that it has appropriate absorption in the visible region and suppresses thermal decomposition during vapor deposition.

一般式(1)において、Dは原子群を表す。Dは−NR(R)を含む基であることが好ましく、更に、前記Dが−NR(R)が置換したアリール基(好ましくは、置換基を有してもよい、フェニル基又はナフチル基)を表す場合が好ましい。R、及びRはそれぞれ独立に、水素原子、又は置換基を表し、該置換基としては後述する置換基Wが挙げられるが、好ましくは、脂肪族炭化水素基(好ましくは置換基を有してもよいアルキル基又はアルケニル基)、アリール基、又はヘテロ環基である。 In the general formula (1), D 1 represents an atomic group. D 1 is preferably a group containing —NR a (R b ), and D 1 is preferably an aryl group substituted with —NR a (R b ) (preferably, may have a substituent, Preferred is a phenyl group or a naphthyl group. R a and R b each independently represent a hydrogen atom or a substituent, and examples of the substituent include a substituent W described later, and preferably an aliphatic hydrocarbon group (preferably having a substituent). An alkyl group or an alkenyl group), an aryl group, or a heterocyclic group.

が表すアリーレン基としては、好ましくは炭素数6〜30のアリーレン基であり、より好ましくは炭素数6〜18のアリーレン基である。該アリーレン基は、後述の置換基Wを有していてもよく、好ましくは炭素数1〜4のアルキル基を有していてもよい炭素数6〜18のアリーレン基である。例えば、フェニレン基、ナフチレン基、アントラセニレン基、ピレニレン基、フェナントレニレン基、メチルフェニレン基、ジメチルフェニレン基等が挙げられ、フェニレン基又はナフチレン基が好ましい。 The arylene group represented by D 1 is preferably an arylene group having 6 to 30 carbon atoms, and more preferably an arylene group having 6 to 18 carbon atoms. The arylene group may have a substituent W described later, and is preferably an arylene group having 6 to 18 carbon atoms which may have an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. Examples include a phenylene group, a naphthylene group, an anthracenylene group, a pyrenylene group, a phenanthrenylene group, a methylphenylene group, and a dimethylphenylene group, and a phenylene group or a naphthylene group is preferable.

Ra、Rbで表される置換基としては後述の置換基Wが挙げられ、好ましくは、脂肪族炭化水素基(好ましくは置換されてよいアルキル基、アルケニル基)、アリール基(好ましくは置換されてよいフェニル基)、又はヘテロ環基である。   Examples of the substituent represented by Ra and Rb include a substituent W described later, and preferably an aliphatic hydrocarbon group (preferably an alkyl group or alkenyl group which may be substituted) or an aryl group (preferably substituted). A good phenyl group), or a heterocyclic group.

Ra、Rbが表すアリール基としては、それぞれ独立に、好ましくは炭素数6〜30のアリール基であり、より好ましくは炭素数6〜18のアリール基である。該アリール基は、置換基を有していてもよく、好ましくは炭素数1〜4のアルキル基又は炭素数6〜18のアリール基を有していてもよい炭素数6〜18のアリール基である。例えば、フェニル基、ナフチル基、アントラセニル基、ピレニル基、フェナントレニル基、メチルフェニル基、ジメチルフェニル基、ビフェニル基等が挙げられ、フェニル基又はナフチル基が好ましい。   The aryl groups represented by Ra and Rb are each independently preferably an aryl group having 6 to 30 carbon atoms, and more preferably an aryl group having 6 to 18 carbon atoms. The aryl group may have a substituent, preferably an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms or an aryl group having 6 to 18 carbon atoms which may have an aryl group having 6 to 18 carbon atoms. is there. Examples include a phenyl group, a naphthyl group, an anthracenyl group, a pyrenyl group, a phenanthrenyl group, a methylphenyl group, a dimethylphenyl group, and a biphenyl group, and a phenyl group or a naphthyl group is preferable.

Ra、Rbが表すヘテロ環基としては、それぞれ独立に、好ましくは炭素数3〜30のヘテロ環基であり、より好ましくは炭素数3〜18のヘテロ環基である。該ヘテロ環基は、置換基を有していてもよく、好ましくは炭素数1〜4のアルキル基又は炭素数6〜18のアリール基を有していてもよい炭素数3〜18のヘテロ環基である。また、Ra、Rbが表すヘテロ環基は縮環構造であることが好ましく、フラン環、チオフェン環、セレノフェン環、シロール環、ピリジン環、ピラジン環、ピリミジン環、オキサゾール環、チアゾール環、トリアゾール環、オキサジアゾール環、チアジアゾール環からから選ばれる環の組み合わせ(同一でも良い)の縮環構造が好ましく、キノリン環、イソキノリン環、ベンゾチオフェン環、ジベンゾチオフェン環、チエノチオフェン環、ビチエノベンゼン環、ビチエノチオフェン環が好ましい。   The heterocyclic groups represented by Ra and Rb are each independently preferably a heterocyclic group having 3 to 30 carbon atoms, and more preferably a heterocyclic group having 3 to 18 carbon atoms. The heterocyclic group may have a substituent, preferably a C3-18 heterocycle which may have a C1-4 alkyl group or a C6-18 aryl group. It is a group. The heterocyclic group represented by Ra and Rb is preferably a condensed ring structure, such as a furan ring, a thiophene ring, a selenophene ring, a silole ring, a pyridine ring, a pyrazine ring, a pyrimidine ring, an oxazole ring, a thiazole ring, a triazole ring, A condensed ring structure of a combination of rings selected from an oxadiazole ring and a thiadiazole ring (which may be the same) is preferable. A quinoline ring, an isoquinoline ring, a benzothiophene ring, a dibenzothiophene ring, a thienothiophene ring, a bithienobenzene ring, A thienothiophene ring is preferred.

、Ra、及びRbが表すアリーレン基及びアリール基はベンゼン環又は縮環構造であることが好ましく、ベンゼン環を含む縮環構造であることがより好ましく、ナフタレン環、アントラセン環、ピレン環、フェナントレン環を挙げることができ、ベンゼン環、ナフタレン環又はアントラセン環がより好ましくは、ベンゼン環又はナフタレン環が更に好ましい。 The arylene group and aryl group represented by D 1 , Ra and Rb are preferably a benzene ring or a condensed ring structure, more preferably a condensed ring structure containing a benzene ring, a naphthalene ring, an anthracene ring, a pyrene ring, A phenanthrene ring can be mentioned, a benzene ring, a naphthalene ring or an anthracene ring is more preferable, and a benzene ring or a naphthalene ring is still more preferable.

置換基Wとしてはハロゲン原子、アルキル基(シクロアルキル基、ビシクロアルキル基、トリシクロアルキル基を含む)、アルケニル基(シクロアルケニル基、ビシクロアルケニル基を含む)、アルキニル基、アリール基、複素環基(ヘテロ環基といっても良い)、シアノ基、ヒドロキシ基、ニトロ基、カルボキシ基、アルコキシ基、アリールオキシ基、シリルオキシ基、ヘテロ環オキシ基、アシルオキシ基、カルバモイルオキシ基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アミノ基(アニリノ基を含む)、アンモニオ基、アシルアミノ基、アミノカルボニルアミノ基、アルコキシカルボニルアミノ基、アリールオキシカルボニルアミノ基、スルファモイルアミノ基、アルキル及びアリールスルホニルアミノ基、メルカプト基、アルキルチオ基、アリールチオ基、ヘテロ環チオ基、スルファモイル基、スルホ基、アルキル及びアリールスルフィニル基、アルキル及びアリールスルホニル基、アシル基、アリールオキシカルボニル基、アルコキシカルボニル基、カルバモイル基、アリール及びヘテロ環アゾ基、イミド基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスフィニルオキシ基、ホスフィニルアミノ基、ホスホノ基、シリル基、ヒドラジノ基、ウレイド基、ボロン酸基(−B(OH))、ホスファト基(−OPO(OPO(OH))、スルファト基(−OSOH)、その他の公知の置換基が挙げられる。 As the substituent W, a halogen atom, an alkyl group (including a cycloalkyl group, a bicycloalkyl group, and a tricycloalkyl group), an alkenyl group (including a cycloalkenyl group and a bicycloalkenyl group), an alkynyl group, an aryl group, and a heterocyclic group (May be referred to as a heterocyclic group), cyano group, hydroxy group, nitro group, carboxy group, alkoxy group, aryloxy group, silyloxy group, heterocyclic oxy group, acyloxy group, carbamoyloxy group, alkoxycarbonyl group, aryl Oxycarbonyl group, amino group (including anilino group), ammonio group, acylamino group, aminocarbonylamino group, alkoxycarbonylamino group, aryloxycarbonylamino group, sulfamoylamino group, alkyl and arylsulfonylamino group, mercapto Alkylthio group, arylthio group, heterocyclic thio group, sulfamoyl group, sulfo group, alkyl and arylsulfinyl group, alkyl and arylsulfonyl group, acyl group, aryloxycarbonyl group, alkoxycarbonyl group, carbamoyl group, aryl and heterocyclic azo Group, imide group, phosphino group, phosphinyl group, phosphinyloxy group, phosphinylamino group, phosphono group, silyl group, hydrazino group, ureido group, boronic acid group (-B (OH) 2 ), phosphato group ( -OPO (OPO (OH) 2) , a sulfato group (-OSO 3 H), and other known substituents.

Ra、Rbが置換基(好ましくはアルキル基、アルケニル基)を表す場合、それらの置換基は、−NRa(Rb)が置換したアリール基の芳香環(好ましくはベンゼン環)骨格の水素原子、又は置換基と結合して環(好ましくは6員環)を形成してもよい。   When Ra and Rb represent a substituent (preferably an alkyl group or an alkenyl group), the substituent is a hydrogen atom of an aromatic ring (preferably benzene ring) skeleton of an aryl group substituted by —NRa (Rb), or It may combine with a substituent to form a ring (preferably a 6-membered ring).

Ra、Rbは互いに置換基同士が結合して環(好ましくは5員又は6員環、より好ましくは6員環)を形成してもよく、また、Ra、RbはそれぞれがL(L、L、Lのいずれかを表す)中の置換基と結合して環(好ましくは5員又は6員環、より好ましくは6員環)を形成してもよい。 Ra and Rb may be bonded to each other to form a ring (preferably a 5- or 6-membered ring, more preferably a 6-membered ring), and Ra and Rb are each L (L 1 , A ring (preferably a 5- or 6-membered ring, more preferably a 6-membered ring) may be formed by combining with a substituent in L 2 or L 3 .

一般式(1)で表される化合物は、特開2000−297068号公報に記載の化合物であり、前記公報に記載のない化合物も、前記公報に記載の合成方法に準じて製造することができる。   The compound represented by the general formula (1) is a compound described in JP 2000-297068 A, and a compound not described in the above publication can also be produced according to the synthesis method described in the above publication. .

一般式(1)で表される化合物は下記一般式(2)で表される化合物であることが好ましい。
(式中、Z、L21、L22、L23、及びnは一般式(1)におけるZ、L、L、L、及びnと同義であり、その好ましい例も同様である。D21は置換又は無置換のアリーレン基を表す。D22、及びD23はそれぞれ独立に、置換若しくは無置換のアリール基又は置換若しくは無置換のヘテロ環基を表す。)
21が表すアリーレン基としては、Dが表すアリーレン環基と同義であり、その好ましい例も同様である。
The compound represented by the general formula (1) is preferably a compound represented by the following general formula (2).
(In the formula, Z 2 , L 21 , L 22 , L 23 , and n are synonymous with Z 1 , L 1 , L 2 , L 3 , and n in the general formula (1), and preferred examples thereof are also the same. D 21 represents a substituted or unsubstituted arylene group, and D 22 and D 23 each independently represents a substituted or unsubstituted aryl group or a substituted or unsubstituted heterocyclic group.
The arylene group represented by D 21 has the same meaning as the arylene ring group represented by D 1 , and preferred examples thereof are also the same.

22、及びD23が表すアリール基としては、それぞれ独立に、Ra、及びRbが表すヘテロ環基と同義であり、その好ましい例も同様である。 The aryl group represented by D 22 and D 23 is independently the same as the heterocyclic group represented by Ra and Rb, and preferred examples thereof are also the same.

以下に一般式(1)で表される化合物の好ましい具体例を、一般式(3)を用いて示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
(式(3)中、Zは下記A−1〜A−12のいずれかを表す。L31がメチレンを表し、nが0を表す。D31がB−1〜B−9のいずれかであり、D32、及びD33がC−1〜C−16のいずれかを表す。)
としては、A−2が好ましく、D32、及びD33はC−1、C−2、C−15、C−16から選択されることが好ましく、D31はB−1又はB−9であることが好ましい。
特に好ましいp型有機材料としては、染料若しくは5個以上の縮環構造を持たない材料(縮環構造を0〜4個、好ましは1〜3個有する材料)が挙げられる。有機薄膜太陽電池で一般的に使用されている顔料系p型材料を用いると、pn界面での暗時電流が増大しやすい傾向になること、結晶性の粒界でのトラップにより光応答が遅くなりがちであることから、撮像素子用として用いることが難しい。このため、結晶化しにくい染料系のp型材料、若しくは5個以上の縮環構造を持たない材料が撮像素子用に好ましく用いることができる。
Although the preferable specific example of a compound represented by General formula (1) below is shown using General formula (3), this invention is not limited to these.
(In the formula (3), Z 3 represents any of the following A-1 to A-12. L 31 represents methylene and n represents 0. D 31 represents any of B-1 to B-9. D 32 and D 33 represent any one of C-1 to C-16.)
Z 3 is preferably A-2, D 32 and D 33 are preferably selected from C-1, C-2, C-15, and C-16, and D 31 is B-1 or B- 9 is preferred.
Particularly preferred p-type organic materials include dyes or materials not having 5 or more condensed ring structures (materials having 0 to 4, preferably 1 to 3 condensed ring structures). When using a pigment-based p-type material generally used in organic thin-film solar cells, the dark current tends to increase at the pn interface, and the light response is slow due to trapping at the crystalline grain boundary. Since it tends to be, it is difficult to use for an image sensor. For this reason, a dye-based p-type material that is difficult to crystallize, or a material that does not have five or more condensed ring structures can be preferably used for the imaging element.

一般式(1)で表される化合物の更に好ましい具体例は、一般式(3)における以下の置換基、連結基及び部分構造の組み合わせであるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
ここで、A−1〜A−12、B−1〜B−9、及びC−1〜C−16は既に示したものと同義である。
More preferred specific examples of the compound represented by the general formula (1) are combinations of the following substituents, linking groups and partial structures in the general formula (3), but the present invention is not limited thereto. .
Here, A-1 to A-12, B-1 to B-9, and C-1 to C-16 are synonymous with those already shown.

以下に一般式(1)で表される化合物の特に好ましい具体例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
光電変換層32は、有機ELの発光層(電気信号を光に変換する層)とは異なり非発光性の層である。非発光性層とは、可視光領域(波長400nm〜730nm)において発光量子効率が1%以下、好ましくは0.5%以下、より好ましくは0.1%以下の層であることを意味する。光電変換層32において、発光量子効率が1%を超えると、センサや撮像素子に適用した場合にセンシング性能又は撮像性能に影響を与えるため、好ましくない。
Although the especially preferable specific example of the compound represented by General formula (1) below is shown, this invention is not limited to these.
The photoelectric conversion layer 32 is a non-light-emitting layer, unlike an organic EL light-emitting layer (a layer that converts an electrical signal into light). The non-light emitting layer means a layer having a light emission quantum efficiency of 1% or less, preferably 0.5% or less, more preferably 0.1% or less in the visible light region (wavelength 400 nm to 730 nm). In the photoelectric conversion layer 32, if the emission quantum efficiency exceeds 1%, it is not preferable because it affects sensing performance or imaging performance when applied to a sensor or an imaging device.

以上述べたように、光電変換素子1は、光電変換層32と正孔捕集電極20との間に備えられた電子ブロッキング層31を有し、光電変換層32が、フラーレンとp型有機半導体とが混合されてなる複数層のバルクへテロ層32からなり、複数層のバルクへテロ層32は、電子ブロッキング層31側の層ほどフラーレンの含有率が高くなるように積層されてなり、電子ブロッキング層31に隣接する第1のバルクへテロ層32aのフラーレンの含有率が70体積%以上、且つ、隣接するバルクへテロ層同士のフラーレンの含有率の差が15体積%以下となっている。かかる構成の光電変換素子は、製造工程中における耐熱性を有し、且つ、光電変換効率及び応答速度が良好なものとなる。   As described above, the photoelectric conversion element 1 has the electron blocking layer 31 provided between the photoelectric conversion layer 32 and the hole collecting electrode 20, and the photoelectric conversion layer 32 is composed of fullerene and p-type organic semiconductor. And a plurality of bulk hetero layers 32 are laminated such that the fullerene content is higher in the electron blocking layer 31 side, The fullerene content of the first bulk hetero layer 32a adjacent to the blocking layer 31 is 70% by volume or more, and the difference in fullerene content between adjacent bulk hetero layers is 15% by volume or less. . The photoelectric conversion element having such a configuration has heat resistance during the manufacturing process, and has good photoelectric conversion efficiency and response speed.

以下に、光電変換素子1における光電変換層32以外の構成について説明する。
<基板及び電極>
基板10としては特に制限なく、シリコン基板、ガラス基板等を用いることができる。
Below, configurations other than the photoelectric conversion layer 32 in the photoelectric conversion element 1 will be described.
<Substrate and electrode>
There is no restriction | limiting in particular as the board | substrate 10, A silicon substrate, a glass substrate, etc. can be used.

正孔捕集電極20は、光電変換層32で発生した電荷のうちの正孔を捕集するための電極であり、後記する撮像素子の構成においては画素電極に相当する。正孔捕集電極20としては、導電性が良好であれば特に制限されないが、用途に応じて、透明性を持たせる場合と、逆に透明を持たせず光を反射させるような材料を用いる場合等がある。   The hole collection electrode 20 is an electrode for collecting holes out of the charges generated in the photoelectric conversion layer 32, and corresponds to a pixel electrode in the configuration of the imaging device described later. The hole collecting electrode 20 is not particularly limited as long as it has good conductivity. However, depending on the application, a material that does not have transparency but reflects light can be used. There are cases.

具体的には、金属、金属酸化物、金属窒化物、金属硼化物、有機導電性化合物、これらの混合物等が挙げられ、更に具体的には、アンチモンやフッ素等をドープした酸化錫(ATO、FTO)、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫(ITO)、酸化亜鉛インジウム(IZO)等の導電性金属酸化物、金、銀、クロム、ニッケル、チタン、タングステン、アルミ等の金属及びこれらの金属の酸化物や窒化物などの導電性化合物(一例として窒化チタン(TiN)を挙げる)、更にこれらの金属と導電性金属酸化物との混合物又は積層物、ヨウ化銅、硫化銅などの無機導電性物質、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロールなどの有機導電性材料、及びこれらとITO又は窒化チタンとの積層物などが挙げられる。正孔捕集電極20として特に好ましいのは、窒化チタン、窒化モリブデン、窒化タンタル、窒化タングステンのいずれかの材料である。   Specific examples include metals, metal oxides, metal nitrides, metal borides, organic conductive compounds, and mixtures thereof. More specifically, tin oxide doped with antimony or fluorine (ATO, FTO), tin oxide, zinc oxide, indium oxide, indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO) and other conductive metal oxides, gold, silver, chromium, nickel, titanium, tungsten, aluminum and other metals Conductive compounds such as oxides and nitrides of these metals (titanium nitride (TiN) is given as an example), a mixture or laminate of these metals and conductive metal oxides, copper iodide, copper sulfide, etc. And inorganic conductive materials, organic conductive materials such as polyaniline, polythiophene, and polypyrrole, and laminates of these with ITO or titanium nitride. Particularly preferred as the hole collecting electrode 20 is any material of titanium nitride, molybdenum nitride, tantalum nitride, and tungsten nitride.

電子捕集電極40は、光電変換層32で発生した電荷のうちの電子を捕集する電極であり、本実施形態では受光側に配された透明電極である。電子捕集電極40としては、光電変換層32に光を入射させるために、光電変換層32が感度を持つ波長の光に対して十分に透明な導電性材料であれば特に制限されないいが、光電変換層32に入射する光の絶対量が大きく、外部量子効率を高くするために、透明導電性酸化物(TCO)を用いることが好ましい。電子捕集電極40は、後記する撮像素子の構成においては画素電極に相当する。   The electron collection electrode 40 is an electrode that collects electrons out of charges generated in the photoelectric conversion layer 32, and is a transparent electrode disposed on the light receiving side in the present embodiment. The electron collecting electrode 40 is not particularly limited as long as it is a conductive material that is sufficiently transparent to light having a wavelength with which the photoelectric conversion layer 32 has sensitivity in order to make light incident on the photoelectric conversion layer 32. In order to increase the absolute amount of light incident on the photoelectric conversion layer 32 and increase the external quantum efficiency, it is preferable to use a transparent conductive oxide (TCO). The electron collection electrode 40 corresponds to a pixel electrode in the configuration of the imaging device described later.

電子捕集電極40としては、具体的には、ITO、IZO、SnO2、ATO(アンチモンドープ酸化スズ)、ZnO、AZO(Alドープ酸化亜鉛)、GZO(ガリウムドープ酸化亜鉛)、TiO2、FTO(フッ素ドープ酸化スズ)のいずれかの材料が挙げられる。 Specifically, as the electron collecting electrode 40, ITO, IZO, SnO 2 , ATO (antimony-doped tin oxide), ZnO, AZO (Al-doped zinc oxide), GZO (gallium-doped zinc oxide), TiO 2 , FTO Any material of (fluorine-doped tin oxide) is mentioned.

電子捕集電極40の光透過率は、可視光波長において、60%以上が好ましく、より好ましくは80%以上で、より好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上である。   The light transmittance of the electron collection electrode 40 is preferably 60% or more, more preferably 80% or more, more preferably 90% or more, and more preferably 95% or more in the visible light wavelength.

電極(20,40)を形成する方法は特に限定されず、電極材料との適正を考慮して適宜選択することができる。具体的には、印刷方式、コーティング方式等の湿式方式、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の物理的方式、CVD、プラズマCVD法等の化学的方式等により形成することができる。   The method for forming the electrodes (20, 40) is not particularly limited, and can be appropriately selected in consideration of appropriateness with the electrode material. Specifically, it can be formed by a wet method such as a printing method or a coating method, a physical method such as a vacuum deposition method, a sputtering method, or an ion plating method, or a chemical method such as CVD or plasma CVD method.

電極の材料がITOの場合、電子ビーム法、スパッタリング法、抵抗加熱蒸着法、化学反応法(ゾルーゲル法など)、酸化インジウムスズの分散物の塗布などの方法で形成することができる。更に、ITOを用いて作製された膜に、UV−オゾン処理、プラズマ処理などを施すことができる。電極の材料がTiNの場合、反応性スパッタリング法をはじめとする各種の方法が用いられ、更にアニール処理、UV−オゾン処理、プラズマ処理などを施すことができる。   When the material of the electrode is ITO, it can be formed by a method such as an electron beam method, a sputtering method, a resistance heating vapor deposition method, a chemical reaction method (such as a sol-gel method), or a dispersion of indium tin oxide. Furthermore, UV-ozone treatment, plasma treatment, or the like can be performed on a film formed using ITO. When the electrode material is TiN, various methods including a reactive sputtering method are used, and further, annealing treatment, UV-ozone treatment, plasma treatment, and the like can be performed.

TCOなどの透明導電膜を電子捕集電極40とした場合、DCショート、あるいはリーク電流増大が生じる場合がある。この原因の一つは、光電変換層32に導入される微細なクラックがTCOなどの緻密な膜によってカバレッジされ、反対側の下部電極20との間の導通が増すためと考えられる。そのため、Alなど膜質が比較的劣る電極の場合、リーク電流の増大は生じにくい。電子捕集電極40の膜厚を、光電変換層32の膜厚(すなわち、クラックの深さ)に対して制御する事により、リーク電流の増大を大きく抑制できる。電子捕集電極40の厚みは、光電変換層32厚みの1/5以下、好ましくは1/10以下であるようにする事が望ましい。   When a transparent conductive film such as TCO is used as the electron collecting electrode 40, a DC short circuit or an increase in leakage current may occur. One reason for this is thought to be that fine cracks introduced into the photoelectric conversion layer 32 are covered with a dense film such as TCO, and conduction between the lower electrode 20 on the opposite side is increased. Therefore, in the case of an electrode having a relatively poor film quality such as Al, an increase in leakage current is unlikely to occur. By controlling the film thickness of the electron collection electrode 40 with respect to the film thickness of the photoelectric conversion layer 32 (that is, the depth of cracks), an increase in leakage current can be largely suppressed. The thickness of the electron collection electrode 40 is desirably 1/5 or less, preferably 1/10 or less of the thickness of the photoelectric conversion layer 32.

通常、導電性膜をある範囲より薄くすると、急激な抵抗値の増加をもたらすが、本実施形態に係る光電変換素子を組み込んだ固体撮像素子では、シート抵抗は、好ましくは100〜10000Ω/□でよく、薄膜化できる膜厚の範囲の自由度は大きい。また、上部電極40は厚みが薄いほど吸収する光の量は少なくなり、一般に光透過率が増す。光透過率の増加は、光電変換層32での光吸収を増大させ、光電変換能を増大させるため、非常に好ましい。薄膜化に伴う、リーク電流の抑制、薄膜の抵抗値の増大、透過率の増加を考慮すると、電子捕集電極40の膜厚は、5〜100nmであることが好ましく、5〜20nmである事がより好ましい。   Usually, when the conductive film is made thinner than a certain range, a rapid increase in resistance value is caused. However, in the solid-state imaging device incorporating the photoelectric conversion element according to the present embodiment, the sheet resistance is preferably 100 to 10,000 Ω / □. Well, the degree of freedom in the range of film thickness that can be made thin is great. Further, the thinner the upper electrode 40 is, the less light is absorbed, and the light transmittance is generally increased. The increase in light transmittance is very preferable because it increases the light absorption in the photoelectric conversion layer 32 and increases the photoelectric conversion ability. Considering the suppression of leakage current, the increase in the resistance value of the thin film, and the increase in transmittance due to the thinning, the thickness of the electron collection electrode 40 is preferably 5 to 100 nm, and preferably 5 to 20 nm. Is more preferable.

<受光層>
受光層30は、少なくとも電子ブロッキング層31と既に述べた光電変換層32を含む層である。
<Light receiving layer>
The light receiving layer 30 is a layer including at least the electron blocking layer 31 and the already described photoelectric conversion layer 32.

受光層30の成膜方法は特に制限されず、それぞれの乾式成膜法又は湿式成膜法により形成することができるが、成膜時のすべての工程は真空中で行われることが好ましく、基本的には化合物が直接、外気の酸素、水分と接触しないようにすることが好ましい。かかる成膜方法としては真空蒸着法が挙げられる。真空蒸着法においては、水晶振動子、干渉計等の膜厚モニタ−を用いて蒸着速度をPIもしくはPID制御することが好ましい。また、2種以上の化合物を同時に蒸着する場合には共蒸着法を用いることができ、共蒸着法は、抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着、フラッシュ蒸着等を用いて実施することが好ましい。   The film formation method of the light receiving layer 30 is not particularly limited, and can be formed by each dry film formation method or wet film formation method. However, it is preferable that all the steps at the time of film formation are performed in a vacuum. Specifically, it is preferable that the compound does not come into direct contact with oxygen or moisture in the outside air. An example of such a film forming method is a vacuum deposition method. In the vacuum deposition method, it is preferable to perform PI or PID control of the deposition rate using a film thickness monitor such as a crystal resonator or an interferometer. In the case where two or more kinds of compounds are vapor-deposited at the same time, a co-evaporation method can be used, and the co-evaporation method is preferably performed using resistance heating vapor deposition, electron beam vapor deposition, flash vapor deposition, or the like.

受光層30を乾式成膜法により形成する場合、形成時の真空度は、受光層形成時の素子特性の劣化を防止することを考慮すると、1×10−3Pa以下が好ましく、4×10−4Pa以下がさらに好ましく、1×10−4Pa以下が特に好ましい。 When the light receiving layer 30 is formed by a dry film forming method, the degree of vacuum at the time of formation is preferably 1 × 10 −3 Pa or less in consideration of preventing deterioration of element characteristics at the time of forming the light receiving layer. −4 Pa or less is more preferable, and 1 × 10 −4 Pa or less is particularly preferable.

受光層30の厚みは、10nm以上1000nm以下が好ましく、さらに好ましくは50nm以上800nm以下、特に好ましくは100nm以上600nm以下である。10nm以上とすることにより、好適な暗電流抑制効果が得られ、1000nm以下とすることにより、好適な光電変換効率(感度)が得られる。   The thickness of the light receiving layer 30 is preferably 10 nm to 1000 nm, more preferably 50 nm to 800 nm, and particularly preferably 100 nm to 600 nm. By setting it to 10 nm or more, a suitable dark current suppressing effect is obtained, and by setting it to 1000 nm or less, suitable photoelectric conversion efficiency (sensitivity) is obtained.

<<電子ブロッキング層>>
電子ブロッキング層31は、正孔捕集電極20から光電変換層32に電子が注入されるのを抑制するための層である。有機材料単独膜で構成されてもよいし、複数の異なる有機材料あるいは無機材料の混合膜で構成されていてもよい。
<< Electron blocking layer >>
The electron blocking layer 31 is a layer for suppressing injection of electrons from the hole collection electrode 20 into the photoelectric conversion layer 32. It may be composed of a single organic material film, or may be composed of a mixed film of a plurality of different organic materials or inorganic materials.

電子ブロッキング層31は、複数層で構成してあってもよい。このようにすることで、電子ブロッキング層31を構成する各層の間に界面ができ、各層に存在する中間準位に不連続性が生じる。この結果、中間準位等を介した電荷の移動がしにくくなるため電子ブロッキング効果を高めることができる。但し、電子ブロッキング層31を構成する各層が同一材料であると、各層に存在する中間準位が全く同じとなる場合も有り得るため、電子ブロッキング効果を更に高めるために、各層を構成する材料を異なるものにすることが好ましい。   The electron blocking layer 31 may be composed of a plurality of layers. By doing in this way, an interface is formed between each layer which comprises the electron blocking layer 31, and a discontinuity arises in the intermediate level which exists in each layer. As a result, it becomes difficult for the charge to move through the intermediate level and the like, so that the electron blocking effect can be enhanced. However, if the layers constituting the electron blocking layer 31 are made of the same material, the intermediate levels existing in the layers may be exactly the same. Therefore, in order to further enhance the electron blocking effect, the materials constituting the layers are different. It is preferable to make it.

電子ブロッキング層31は、正孔捕集電極20からの電子注入障壁が高くかつ正孔輸送性が高い材料で構成することが好ましい。電子注入障壁としては、隣接する電極の仕事関数よりも、電子ブロッキング層の電子親和力が1eV以上小さいことが好ましい、より好ましくは1.3eV以上、特に好ましいのは1.5eV以上である。   The electron blocking layer 31 is preferably made of a material having a high electron injection barrier from the hole collection electrode 20 and a high hole transport property. As the electron injection barrier, the electron affinity of the electron blocking layer is preferably 1 eV or less, more preferably 1.3 eV or more, and particularly preferably 1.5 eV or more than the work function of the adjacent electrode.

電子ブロッキング層31は、正孔捕集電極20と光電変換層32との接触を充分に抑制し、また正孔捕集電極20表面に存在する欠陥やゴミの影響を避けるために、20nm以上であることが好ましく、40nm以上であることがより好ましい。   The electron blocking layer 31 sufficiently suppresses the contact between the hole collecting electrode 20 and the photoelectric conversion layer 32, and also avoids the influence of defects and dust existing on the surface of the hole collecting electrode 20 at 20 nm or more. It is preferable that it is 40 nm or more.

電子ブロッキング層31には、電子供与性有機材料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、アリールアミン誘導体、フルオレン誘導体、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。電子供与性化合物でなくとも、充分な正孔輸送性を有する化合物であれば用いることは可能である。具体的には、例えば、特開2008−72090号公報に記載された化合物等を好ましく用いることができる。   An electron-donating organic material can be used for the electron blocking layer 31. 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. Polyphyrin compounds, triazole derivatives, oxa Zazole derivatives, imidazole derivatives, polyarylalkane derivatives, pyrazoline derivatives, pyrazolone derivatives, phenylenediamine derivatives, arylamine derivatives, fluorene 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. Even if it is a compound having a sufficient hole transporting property, it is possible to use it, and specifically, for example, the compounds described in JP-A-2008-72090 are preferred. Can be used.

電子ブロッキング層31として好適な化合物の一例を以下に示す。
電子ブロッキング層31としては無機材料を用いることもできる。一般的に、無機材料は有機材料よりも誘電率が大きいため、電子ブロッキング層31に用いた場合に、光電変換層32に電圧が多くかかるようになり、光電変換効率(感度)を高くすることができる。電子ブロッキング層31となりうる材料としては、酸化カルシウム、酸化クロム、酸化クロム銅、酸化マンガン、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化銅、酸化ガリウム銅、酸化ストロンチウム銅、酸化ニオブ、酸化モリブデン、酸化インジウム銅、酸化インジウム銀、酸化イリジウム等がある。
An example of a compound suitable as the electron blocking layer 31 is shown below.
An inorganic material can also be used as the electron blocking layer 31. In general, since an inorganic material has a dielectric constant larger than that of an organic material, a large voltage is applied to the photoelectric conversion layer 32 when the electron blocking layer 31 is used, and the photoelectric conversion efficiency (sensitivity) is increased. Can do. Materials that can be the electron blocking layer 31 include calcium oxide, chromium oxide, chromium oxide copper, manganese oxide, cobalt oxide, nickel oxide, copper oxide, gallium copper oxide, strontium copper oxide, niobium oxide, molybdenum oxide, indium copper oxide, Examples include indium silver oxide and iridium oxide.

電子ブロッキング層31が単層の場合にはその層を無機材料からなる層とすることができ、または、複数層の場合には1つ又は2以上の層を無機材料からなる層とすることができる。
<<光電変換層>>
複数層のバルクへテロ層からなる光電変換層32については既に述べたとおりであるのでここでは説明を省略する。
<<正孔ブロッキング層>>
光電変換素子1において、正孔ブロッキング層33は、外部電圧印加時に電子捕集電極40からの正孔注入を抑制する層であり、上に形成する層(本実施形態では電子捕集電極40)の形成時、光電変換層32を保護して成膜ダメージを抑制する機能を有する。
When the electron blocking layer 31 is a single layer, the layer can be a layer made of an inorganic material, or in the case of a plurality of layers, one or more layers can be a layer made of an inorganic material. it can.
<< Photoelectric conversion layer >>
Since the photoelectric conversion layer 32 composed of a plurality of bulk hetero layers is as already described, the description thereof is omitted here.
<< Hole blocking layer >>
In the photoelectric conversion element 1, the hole blocking layer 33 is a layer that suppresses injection of holes from the electron collection electrode 40 when an external voltage is applied, and is a layer formed on the layer (in this embodiment, the electron collection electrode 40). When the film is formed, it has a function of protecting the photoelectric conversion layer 32 and suppressing film formation damage.

正孔ブロッキング層には、電子受容性有機材料を用いることができる。電子受容性材料は特に制限されないが、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、電子受容性有機材料でなくとも、十分な電子輸送性を有する材料ならば使用することは可能である。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ピラン系化合物を用いることができる。   An electron-accepting organic material can be used for the hole blocking layer. Although the electron-accepting material is not particularly limited, oxadiazole derivatives such as 1,3-bis (4-tert-butylphenyl-1,3,4-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, etc. Can be used. Moreover, even if it is not an electron-accepting organic material, it can be used if it is a material which has sufficient electron transport property. A porphyrin-based compound or a styryl-based compound such as DCM (4-dicyanomethylene-2-methyl-6- (4- (dimethylaminostyryl))-4H pyran) or a 4H pyran-based compound can be used.

正孔ブロッキング層33及び電子ブロッキング層31より構成される電荷ブロッキング層は、厚くしすぎると、光電変換層に適切な電界強度を印加するために必要な、供給電圧が高くなってしまう問題や、電荷ブロッキング層中のキャリア輸送過程が、光電変換素子の性能に悪影響を与えてしまう問題を生じる可能性がある。従って、正孔ブロッキング層33及び電子ブロッキング層31の合計膜厚は、300nm以下となるように設計されることが好ましい。該合計膜厚は、200nm以下がより好ましく、100nm以下が更に好ましい。   If the charge blocking layer composed of the hole blocking layer 33 and the electron blocking layer 31 is too thick, the supply voltage necessary for applying an appropriate electric field strength to the photoelectric conversion layer is increased, The carrier transport process in the charge blocking layer may cause a problem that adversely affects the performance of the photoelectric conversion element. Accordingly, the total film thickness of the hole blocking layer 33 and the electron blocking layer 31 is preferably designed to be 300 nm or less. The total film thickness is more preferably 200 nm or less, and still more preferably 100 nm or less.

<封止層>
封止層50は、光電変換素子1、もしくは後記する撮像素子100の作製後に、水分子や酸素分子などの光電変換材料を劣化させる因子の侵入を阻止して、長期間の保存/使用にわたって、光電変換層の劣化を防止するための層である。また、封止層50は、封止層成膜後の撮像素子100の作製工程において溶液、プラズマなどに含まれる光電変換層を劣化させる因子の侵入を阻止して光電変換層を保護するための層でもある。
<Sealing layer>
The sealing layer 50 prevents entry of factors that degrade the photoelectric conversion material such as water molecules and oxygen molecules after the photoelectric conversion element 1 or the imaging element 100 described later, and can be stored and used for a long period of time. It is a layer for preventing deterioration of the photoelectric conversion layer. In addition, the sealing layer 50 protects the photoelectric conversion layer by preventing intrusion of factors that degrade the photoelectric conversion layer included in the solution, plasma, and the like in the manufacturing process of the imaging element 100 after the sealing layer is formed. It is also a layer.

封止層50は、正孔捕集電極20、電子ブロッキング層31、光電変換層32、正孔ブロッキング層33及び電子捕集電極40を覆って形成されている。   The sealing layer 50 is formed so as to cover the hole collection electrode 20, the electron blocking layer 31, the photoelectric conversion layer 32, the hole blocking layer 33, and the electron collection electrode 40.

光電変換素子1では、入射光は封止層50を通じて光電変換層32に到達するので、光光電変換層32に光を効率よく入射させるために、封止層50は、光電変換層32が感度を持つ波長の光に対して十分に透明である必要がある。かかる封止層50としては、水分子を浸透させない緻密な金属酸化物・金属窒化物・金属窒化酸化物などセラミクスやダイヤモンド状炭素(DLC)などがあげられ、従来から、酸化アルミニウム、酸化珪素、窒化珪素、窒化酸化珪素やそれらの積層膜、それらと有機高分子の積層膜などが用いられている。   In the photoelectric conversion element 1, since incident light reaches the photoelectric conversion layer 32 through the sealing layer 50, the photoelectric conversion layer 32 is sensitive to the sealing layer 50 in order to allow light to efficiently enter the photoelectric conversion layer 32. It is necessary to be sufficiently transparent to light having a wavelength. Examples of the sealing layer 50 include ceramics such as dense metal oxide, metal nitride, and metal nitride oxide that do not allow water molecules to permeate, diamond-like carbon (DLC), and the like. Conventionally, aluminum oxide, silicon oxide, Silicon nitride, silicon nitride oxide, a laminated film thereof, a laminated film of them and an organic polymer, or the like is used.

封止層50は、単一材料からなる薄膜で構成することもできるが、多層構成にして各層に別々の機能を付与することで、封止層50全体の応力緩和、製造工程中の発塵等によるクラック、ピンホールなどの欠陥発生の抑制、材料開発の最適化が容易になることなどの効果が期待できる。例えば、封止層50は、水分子などの劣化因子の浸透を阻止する本来の目的を果たす層の上に、その層で達成することが難しい機能を持たせた「封止補助層」を積層した2層構成を形成することができる。3層以上の構成も可能だが、製造コストを勘案するとなるべく層数は少ない方が好ましい。   The sealing layer 50 can be composed of a thin film made of a single material, but by providing a separate function for each layer in a multi-layer structure, the stress relaxation of the entire sealing layer 50 and dust generation during the manufacturing process Such effects as the suppression of defects such as cracks and pinholes caused by the above, and the optimization of material development can be expected. For example, the sealing layer 50 is formed by laminating a “sealing auxiliary layer” having a function that is difficult to achieve on the layer that serves the original purpose of preventing the penetration of deterioration factors such as water molecules. A two-layer structure can be formed. Although it is possible to have three or more layers, it is preferable that the number of layers is as small as possible in consideration of manufacturing costs.

封止層50の形成方法は、特に制限されず、既に成膜された光電変換層32等の性能、膜質をなるべく劣化させない方法で成膜されることが好ましい。   The formation method of the sealing layer 50 is not particularly limited, and is preferably formed by a method that does not deteriorate the performance and film quality of the already formed photoelectric conversion layer 32 and the like as much as possible.

有機光電変換材料は、水分子、酸素分子などの劣化因子の存在で顕著に性能が劣化してしまう。そのために劣化因子を浸透させない緻密な金属酸化物、金属窒化酸化物などで光電変換層全体を被覆して封止することが必要である。従来から、酸化アルミニウム、酸化珪素、窒化珪素、窒化酸化珪素やそれらの積層構成、それらと有機高分子の積層構成などを封止層として、各種真空成膜技術で形成されている。   The performance of organic photoelectric conversion materials is significantly deteriorated due to the presence of deterioration factors such as water molecules and oxygen molecules. Therefore, it is necessary to cover and seal the entire photoelectric conversion layer with a dense metal oxide, metal nitride oxide or the like that does not permeate deterioration factors. Conventionally, aluminum oxide, silicon oxide, silicon nitride, silicon nitride oxide, a laminated structure thereof, a laminated structure of them and an organic polymer, or the like is used as a sealing layer by various vacuum film forming techniques.

しかしながら、従来の封止層は、基板表面の構造物、基板表面の微小欠陥、基板表面に付着したパーティクルなどによる段差において、薄膜の成長が困難なので(段差が影になるので)平坦部と比べて膜厚が顕著に薄くなる。このために段差部分が劣化因子の浸透する経路になってしまう。この段差を封止層で完全に被覆するには、平坦部において1μm以上の膜厚になるように成膜して、封止層全体を厚くする必要がある。封止層形成時の真空度は、1×10Pa以下が好ましく、5×10Pa以下がさらに好ましい。 However, the conventional sealing layer is difficult to grow a thin film at a step due to a structure on the substrate surface, minute defects on the substrate surface, particles adhering to the substrate surface, etc. As a result, the film thickness is significantly reduced. For this reason, the step portion becomes a path through which the deterioration factor penetrates. In order to completely cover the step with the sealing layer, it is necessary to form the film so as to have a film thickness of 1 μm or more in the flat portion, and to increase the thickness of the entire sealing layer. The degree of vacuum when forming the sealing layer is preferably 1 × 10 3 Pa or less, and more preferably 5 × 10 2 Pa or less.

画素寸法が2μm未満、特に1μm程度の撮像素子とした場合、封止層50の膜厚が大きいと、カラーフィルタと光電変換層との距離が大きくなり、封止層内で入射光が回折/発散し、混色が発生する恐れがある。従って、画素寸法が1μm程度の撮像素子への適用を考えた場合、封止層50の膜厚を減少させても素子性能が劣化しないような封止層材料/製造方法が必要になる。   In the case of an imaging device having a pixel size of less than 2 μm, particularly about 1 μm, if the sealing layer 50 is thick, the distance between the color filter and the photoelectric conversion layer increases, and incident light is diffracted / Diversity and color mixing may occur. Therefore, when considering application to an image sensor having a pixel size of about 1 μm, a sealing layer material / manufacturing method is required that does not deteriorate the device performance even if the thickness of the sealing layer 50 is reduced.

原子層堆積(ALD)法は、CVD法の一種で、薄膜材料となる有機金属化合物分子、金属ハロゲン化物分子、金属水素化物分子の基板表面への吸着/反応と、それらに含まれる未反応基の分解を、交互に繰返して薄膜を形成する技術である。基板表面へ薄膜材料が到達する際は上記低分子の状態なので、低分子が入り込めるごくわずかな空間さえあれば薄膜が成長可能である。そのために、従来の薄膜形成法では困難であった段差部分を完全に被覆し(段差部分に成長した薄膜の厚さが平坦部分に成長した薄膜の厚さと同じ)、すなわち段差被覆性が非常に優れる。そのため、基板表面の構造物、基板表面の微小欠陥、基板表面に付着したパーティクルなどによる段差を完全に被覆できるので、そのような段差部分が光電変換材料の劣化因子の浸入経路にならない。封止層50の形成を原子層堆積法で行なった場合は従来技術よりも効果的に必要な封止層膜厚を薄くすることが可能になる。   The atomic layer deposition (ALD) method is a kind of CVD method, and adsorption / reaction of organometallic compound molecules, metal halide molecules, and metal hydride molecules, which are thin film materials, onto the substrate surface and unreacted groups contained therein. Is a technique for forming a thin film by alternately repeating decomposition. When the thin film material reaches the substrate surface, it is in the above-mentioned low molecular state, so that the thin film can be grown in a very small space where the low molecule can enter. For this reason, the step portion, which was difficult with the conventional thin film formation method, is completely covered (the thickness of the thin film grown on the step portion is the same as the thickness of the thin film grown on the flat portion), that is, the step coverage is very high. Excellent. For this reason, steps due to structures on the substrate surface, minute defects on the substrate surface, particles adhering to the substrate surface, and the like can be completely covered, and such a step portion does not become an intrusion path for a deterioration factor of the photoelectric conversion material. When the sealing layer 50 is formed by the atomic layer deposition method, the required sealing layer thickness can be effectively reduced as compared with the prior art.

原子層堆積法で封止層50を形成する場合は、先述した封止層50に好ましいセラミクスに対応した材料を適宜選択できる。もっとも、本発明の光電変換層は有機光電変換材料を使用するために、有機光電変換材料が劣化しないような、比較的に低温で薄膜成長が可能な材料に制限される。アルキルアルミニウムやハロゲン化アルミニウムを材料とした原子層堆積法によると、有機光電変換材料が劣化しない200℃未満で緻密な酸化アルミニウム薄膜を形成することができる。特にトリメチルアルミニウムを使用した場合は100℃程度でも酸化アルミニウム薄膜を形成でき好ましい。酸化珪素や酸化チタンも材料を適切に選択することで酸化アルミニウムと同様に200℃未満で緻密な薄膜を形成することができ好ましい。   In the case of forming the sealing layer 50 by the atomic layer deposition method, a material corresponding to the ceramics preferable for the sealing layer 50 described above can be appropriately selected. However, since the photoelectric conversion layer of the present invention uses an organic photoelectric conversion material, it is limited to a material capable of growing a thin film at a relatively low temperature so that the organic photoelectric conversion material does not deteriorate. According to the atomic layer deposition method using alkyl aluminum or aluminum halide as the material, a dense aluminum oxide thin film can be formed at less than 200 ° C. at which the organic photoelectric conversion material does not deteriorate. In particular, when trimethylaluminum is used, an aluminum oxide thin film can be formed even at about 100 ° C. Silicon oxide and titanium oxide are also preferable because a dense thin film can be formed at less than 200 ° C., similarly to aluminum oxide, by appropriately selecting materials.

封止層は、水分子などの光電変換材料を劣化させる因子の侵入を十分阻止するために、10nm以上の膜厚であることが好ましい。撮像素子において、封止層の膜厚が大きいと、封止層内で入射光が回折または発散してしまい、混色が発生する。封止層の膜厚としては、200nm以下であることが好ましい。   The sealing layer preferably has a thickness of 10 nm or more in order to sufficiently prevent the entry of factors that degrade the photoelectric conversion material such as water molecules. In the imaging device, when the sealing layer has a large film thickness, incident light is diffracted or diverged in the sealing layer, and color mixing occurs. The film thickness of the sealing layer is preferably 200 nm or less.

なお、原子層堆積法により形成した薄膜は、段差被覆性、緻密性という観点からは比類なく良質な薄膜形成を低温で達成できる。もっとも、薄膜材料の物性が、フォトリソグラフィ工程で使用する薬品で劣化してしまうことがある。例えば、原子層堆積法で成膜した酸化アルミニウム薄膜は非晶質なので、現像液や剥離液のようなアルカリ溶液で表面が侵食されてしまう。   In addition, the thin film formed by the atomic layer deposition method can achieve a high-quality thin film formation at a low temperature that is unparalleled from the viewpoint of step coverage and denseness. However, the physical properties of the thin film material may be deteriorated by chemicals used in the photolithography process. For example, since an aluminum oxide thin film formed by atomic layer deposition is amorphous, the surface is eroded by an alkaline solution such as a developer or a stripping solution.

また、原子層堆積法のようなCVD法で形成した薄膜は内部応力が非常に大きな引張応力を持つ例が多く、半導体製造工程のように、断続的な加熱、冷却が繰返される工程や、長期間の高温/高湿度雰囲気下での保存/使用により、薄膜自体に亀裂の入る劣化が発生することがある。   In addition, thin films formed by CVD, such as atomic layer deposition, often have tensile stresses with very large internal stress, such as processes that repeat intermittent heating and cooling, such as semiconductor manufacturing processes, Due to storage / use in a high temperature / high humidity atmosphere for a period, deterioration of the thin film itself may occur.

従って、原子層堆積法により成膜した封止層50を用いる場合は、耐薬品性に優れ、且つ、封止層50の内部応力を相殺可能な封止補助層を形成することが好ましい。   Therefore, when the sealing layer 50 formed by the atomic layer deposition method is used, it is preferable to form a sealing auxiliary layer that has excellent chemical resistance and can cancel the internal stress of the sealing layer 50.

かかる補助封止層としては、例えば、スパッタ法などの物理的気相成膜(PVD)法で成膜した耐薬品性に優れる金属酸化物、金属窒化物、金属窒化酸化物などのセラミクスのいずれか1つを含む層が挙げられる。スパッタ法などのPVD法で成膜したセラミクスは大きな圧縮応力を持つことが多く、原子層堆積法で形成した封止層50の引張応力を相殺することができる。   Examples of the auxiliary sealing layer include any of ceramics such as metal oxide, metal nitride, and metal nitride oxide that are excellent in chemical resistance formed by physical vapor deposition (PVD) such as sputtering. Or a layer containing one of them. Ceramics formed by a PVD method such as sputtering often has a large compressive stress, and can cancel the tensile stress of the sealing layer 50 formed by an atomic layer deposition method.

「撮像素子」
次に、光電変換素子1を備えた撮像素子100の構成について、図2を参照して説明する。図2は、本発明の一実施形態を説明するための撮像素子の概略構成を示す断面模式図である。この撮像素子は、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ等の撮像装置、電子内視鏡、携帯電話機等の撮像モジュール等に搭載して用いられる。
"Image sensor"
Next, the configuration of the image sensor 100 including the photoelectric conversion element 1 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of an image sensor for explaining an embodiment of the present invention. This imaging device is used by being mounted on an imaging device such as a digital camera or a digital video camera, an imaging module such as an electronic endoscope or a mobile phone, or the like.

撮像素子100は、図1に示したような構成の複数の有機光電変換素子1と、各有機光電変換素子の光電変換層で発生した電荷に応じた信号を読み出す読み出し回路が形成された回路基板とを有し、該回路基板上方の同一面上に、複数の有機光電変換素子が1次元状又は二次元状に配列された構成となっている。   The image pickup device 100 is a circuit board on which a plurality of organic photoelectric conversion elements 1 configured as shown in FIG. 1 and a readout circuit that reads out signals corresponding to charges generated in the photoelectric conversion layer of each organic photoelectric conversion element are formed. And a plurality of organic photoelectric conversion elements are arranged one-dimensionally or two-dimensionally on the same surface above the circuit board.

撮像素子100は、基板101と、絶縁層102と、接続電極103と、画素電極104と、接続部105と、接続部106と、受光層107と、対向電極108と、緩衝層109と、封止層110と、カラーフィルタ(CF)111と、隔壁112と、遮光層113と、保護層114と、対向電極電圧供給部115と、読出し回路116とを備える。   The image sensor 100 includes a substrate 101, an insulating layer 102, a connection electrode 103, a pixel electrode 104, a connection portion 105, a connection portion 106, a light receiving layer 107, a counter electrode 108, a buffer layer 109, a sealing layer. A stop layer 110, a color filter (CF) 111, a partition wall 112, a light shielding layer 113, a protective layer 114, a counter electrode voltage supply unit 115, and a readout circuit 116 are provided.

画素電極104は、図1に示した有機光電変換素子1の正孔捕集電極20と同じ機能を有する。対向電極108は、図1に示した有機光電変換素子1の電子捕集電極40と同じ機能を有する。受光層107は、図1に示した有機光電変換素子1の正孔捕集電極20と電子捕集電極40との間に設けられる受光層30と同じ構成である。封止層110は、図1に示した有機光電変換素子1の封止層50と同じ機能を有する。画素電極104と、これに対向する対向電極108の一部と、これら電極で挟まれる受光層107と、画素電極104に対向する緩衝層109及び封止層110の一部とが、有機光電変換素子を構成している。   The pixel electrode 104 has the same function as the hole collection electrode 20 of the organic photoelectric conversion element 1 shown in FIG. The counter electrode 108 has the same function as the electron collection electrode 40 of the organic photoelectric conversion element 1 shown in FIG. The light receiving layer 107 has the same configuration as the light receiving layer 30 provided between the hole collecting electrode 20 and the electron collecting electrode 40 of the organic photoelectric conversion element 1 shown in FIG. The sealing layer 110 has the same function as the sealing layer 50 of the organic photoelectric conversion element 1 shown in FIG. The pixel electrode 104, a part of the counter electrode 108 facing the pixel electrode 104, the light receiving layer 107 sandwiched between the electrodes, and the buffer layer 109 and the part of the sealing layer 110 facing the pixel electrode 104 are subjected to organic photoelectric conversion. The element is configured.

基板101は、ガラス基板又はSi等の半導体基板である。基板101上には絶縁層102が形成されている。絶縁層102の表面には複数の画素電極104と複数の接続電極103が形成されている。   The substrate 101 is a glass substrate or a semiconductor substrate such as Si. An insulating layer 102 is formed on the substrate 101. A plurality of pixel electrodes 104 and a plurality of connection electrodes 103 are formed on the surface of the insulating layer 102.

受光層107は、複数の画素電極104の上にこれらを覆って設けられた全ての有機光電変換素子で共通の層である。   The light receiving layer 107 is a layer common to all the organic photoelectric conversion elements provided on the plurality of pixel electrodes 104 so as to cover them.

対向電極108は、受光層107上に設けられた、全ての有機光電変換素子で共通の1つの電極である。対向電極108は、受光層107よりも外側に配置された接続電極103の上にまで形成されており、接続電極103と電気的に接続されている。   The counter electrode 108 is one electrode provided on the light receiving layer 107 and common to all organic photoelectric conversion elements. The counter electrode 108 is formed up to the connection electrode 103 disposed outside the light receiving layer 107 and is electrically connected to the connection electrode 103.

接続部106は、絶縁層102に埋設されており、接続電極103と対向電極電圧供給部115とを電気的に接続するためのプラグ等である。対向電極電圧供給部115は、基板101に形成され、接続部106及び接続電極103を介して対向電極108に所定の電圧を印加する。対向電極108に印加すべき電圧が撮像素子の電源電圧よりも高い場合は、チャージポンプ等の昇圧回路によって電源電圧を昇圧して上記所定の電圧を供給する。   The connection part 106 is embedded in the insulating layer 102 and is a plug or the like for electrically connecting the connection electrode 103 and the counter electrode voltage supply part 115. The counter electrode voltage supply unit 115 is formed on the substrate 101 and applies a predetermined voltage to the counter electrode 108 via the connection unit 106 and the connection electrode 103. When the voltage to be applied to the counter electrode 108 is higher than the power supply voltage of the image sensor, the power supply voltage is boosted by a booster circuit such as a charge pump to supply the predetermined voltage.

読出し回路116は、複数の画素電極104の各々に対応して基板101に設けられており、対応する画素電極104で捕集された電荷に応じた信号を読出すものである。読出し回路116は、例えばCCD、MOS回路、又はTFT回路等で構成されており、絶縁層102内に配置された図示しない遮光層によって遮光されている。読み出し回路116は、それに対応する画素電極104と接続部105を介して電気的に接続されている。   The readout circuit 116 is provided on the substrate 101 corresponding to each of the plurality of pixel electrodes 104, and reads out a signal corresponding to the charge collected by the corresponding pixel electrode 104. The reading circuit 116 is configured by, for example, a CCD, a MOS circuit, or a TFT circuit, and is shielded from light by a light shielding layer (not shown) disposed in the insulating layer 102. The readout circuit 116 is electrically connected to the corresponding pixel electrode 104 via the connection unit 105.

緩衝層109は、対向電極108上に、対向電極108を覆って形成されている。封止層110は、緩衝層109上に、緩衝層109を覆って形成されている。カラーフィルタ111は、封止層110上の各画素電極104と対向する位置に形成されている。隔壁112は、カラーフィルタ111同士の間に設けられており、カラーフィルタ111の光透過効率を向上させるためのものである。   The buffer layer 109 is formed on the counter electrode 108 so as to cover the counter electrode 108. The sealing layer 110 is formed on the buffer layer 109 so as to cover the buffer layer 109. The color filter 111 is formed at a position facing each pixel electrode 104 on the sealing layer 110. The partition wall 112 is provided between the color filters 111 and is for improving the light transmission efficiency of the color filter 111.

遮光層113は、封止層110上のカラーフィルタ111及び隔壁112を設けた領域以外に形成されており、有効画素領域以外に形成された受光層107に光が入射する事を防止する。保護層114は、カラーフィルタ111、隔壁112、及び遮光層113上に形成されており、撮像素子100全体を保護する。   The light shielding layer 113 is formed in a region other than the region where the color filter 111 and the partition 112 on the sealing layer 110 are provided, and prevents light from entering the light receiving layer 107 formed outside the effective pixel region. The protective layer 114 is formed on the color filter 111, the partition 112, and the light shielding layer 113, and protects the entire image sensor 100.

このように構成された撮像素子100では、光が入射すると、この光が受光層107に入射し、ここで電荷が発生する。発生した電荷のうちの正孔は、画素電極104で捕集され、その量に応じた電圧信号が読み出し回路116によって撮像素子100外部に出力される。   In the imaging device 100 configured as described above, when light is incident, the light is incident on the light receiving layer 107, and charges are generated here. Holes in the generated charges are collected by the pixel electrode 104, and a voltage signal corresponding to the amount is output to the outside of the image sensor 100 by the readout circuit 116.

撮像素子100の製造方法は、次の通りである。
対向電極電圧供給部115と読み出し回路116が形成された回路基板上に、接続部105,106、複数の接続電極103、複数の画素電極104、及び絶縁層102を形成する。複数の画素電極104は、絶縁層102の表面に例えば正方格子状に配置する。
The manufacturing method of the image sensor 100 is as follows.
On the circuit substrate on which the common electrode voltage supply unit 115 and the readout circuit 116 are formed, the connection units 105 and 106, the plurality of connection electrodes 103, the plurality of pixel electrodes 104, and the insulating layer 102 are formed. The plurality of pixel electrodes 104 are arranged on the surface of the insulating layer 102 in a square lattice pattern, for example.

次に、複数の画素電極104上に、受光層107、対向電極108、緩衝層109、封止層110を順次形成する。受光層107、対向電極108、封止層110の形成方法は、上記光電変換素子1の説明において記したとおりである。緩衝層109については、例えば真空抵抗加熱蒸着法によって形成する。次に、カラーフィルタ111、隔壁112、遮光層113を形成後、保護層114を形成して、撮像素子100を完成する。   Next, the light receiving layer 107, the counter electrode 108, the buffer layer 109, and the sealing layer 110 are sequentially formed on the plurality of pixel electrodes 104. The formation method of the light receiving layer 107, the counter electrode 108, and the sealing layer 110 is as described in the description of the photoelectric conversion element 1. The buffer layer 109 is formed by, for example, a vacuum resistance heating vapor deposition method. Next, after forming the color filter 111, the partition 112, and the light shielding layer 113, the protective layer 114 is formed, and the imaging element 100 is completed.

(実施例1)
基板として、ガラス基板を用意し、基板上に、TiN正孔捕集電極(15nm厚)をスパッタ法により成膜し、次いで、真空蒸着法により電子ブロッキング層(上記化合物10)を成膜した(50nm厚)。
Example 1
A glass substrate was prepared as a substrate, and a TiN hole collecting electrode (15 nm thickness) was formed on the substrate by a sputtering method, and then an electron blocking layer (the compound 10) was formed by a vacuum deposition method ( 50 nm thickness).

次に、第1のバルクへテロ層(光電変換層)として、上記化合物1とC60の混合層を共蒸着により成膜し(20nm厚,C60含有率75体積%)、次いでその上に第2のバルクへテロ層(光電変換層)として、上記化合物1とC60の混合層(380nm厚,C60含有率65体積%)を同様に共蒸着により成膜した。電子ブロッキング層、バルクへテロ層の蒸着は、いずれも真空蒸着装置を用いて、5.0×10-4Pa以下真空度で、蒸着速度3Å/sで成膜を行った。 Next, as a first bulk hetero layer (photoelectric conversion layer), a mixed layer of the compound 1 and C 60 was formed by co-evaporation (20 nm thickness, C 60 content 75% by volume), and then on that As the second bulk hetero layer (photoelectric conversion layer), a mixed layer of compound 1 and C 60 (thickness: 380 nm, content of C 60 : 65% by volume) was similarly formed by co-evaporation. Both the electron blocking layer and the bulk hetero layer were deposited using a vacuum deposition apparatus at a vacuum degree of 5.0 × 10 −4 Pa or less and a deposition rate of 3 Å / s.

更に、複数のバルクへテロ層からなる光電変換層上に、電子捕集電極としてITO(酸化インジウム錫)をDCスパッタ法により、10nmの膜厚で形成し、更に、正孔捕集電極、電子ブロッキング層、光電変換層、電子捕集電極を被覆する封止層として、100nm厚の酸化アルミニウム層を原子層堆積法により形成して本発明の光電変換素子を得た。   Furthermore, ITO (indium tin oxide) is formed as a electron collecting electrode with a film thickness of 10 nm on a photoelectric conversion layer composed of a plurality of bulk hetero layers by a DC sputtering method, and further, a hole collecting electrode, an electron As a sealing layer covering the blocking layer, the photoelectric conversion layer, and the electron collection electrode, an aluminum oxide layer having a thickness of 100 nm was formed by an atomic layer deposition method to obtain the photoelectric conversion element of the present invention.

作製した光電変換素子の電子捕集電極に正のバイアスを10V印加した状態での光電変換効率及び光応答速度を測定した。光電変換効率の測定は、封止層側から、波長550nm、50μW/cmの単色光を入射した時の光電流をソースメーターで検出して算出した。光応答速度は、素子に中心波長525nmのLED光を入射し、入射した光をオフにした時間から100μs後における残像電流の割合にて評価した(100μs後の電流値/光入射時の電流値)。 Photoelectric conversion efficiency and light response speed in a state where a positive bias of 10 V was applied to the electron collection electrode of the produced photoelectric conversion element were measured. The photoelectric conversion efficiency was calculated by detecting the photocurrent when a monochromatic light having a wavelength of 550 nm and 50 μW / cm 2 was incident from the sealing layer side with a source meter. The optical response speed was evaluated based on the ratio of the afterimage current after 100 μs from the time when the light with the central wavelength of 525 nm was incident on the device and the incident light was turned off (current value after 100 μs / current value when light was incident). ).

(実施例2〜5,比較例1〜9)
バルクへテロ層のフラーレン(C60)含有率又は第1のバルクへテロ層の膜厚を変化させた以外は実施例1と同様にして、各例の光電変換素子を作製し、実施例1と同様にして光電変換効率及び光応答速度を評価した。評価結果は、各例の電子ブロッキング層及びバルクへテロ層(光電変換層)の条件と共に表1に示した。表1において、光電変換効率は実施例1の光電変換効率を1とした場合の相対感度にて示してある。
(Examples 2-5, Comparative Examples 1-9)
A photoelectric conversion element of each example was produced in the same manner as in Example 1 except that the fullerene (C 60 ) content of the bulk hetero layer or the film thickness of the first bulk hetero layer was changed. The photoelectric conversion efficiency and the light response speed were evaluated in the same manner. The evaluation results are shown in Table 1 together with the conditions of the electron blocking layer and the bulk hetero layer (photoelectric conversion layer) in each example. In Table 1, the photoelectric conversion efficiency is shown by the relative sensitivity when the photoelectric conversion efficiency of Example 1 is 1.

表1に示されるように、比較例1に対して、実施例1〜5は、光電変換効率が低下することなく、光応答速度が改善する効果が得られた。比較例2は、光応答速度は、実施例同等だが、光電変換層中の化合物1の含有量が少ないために光吸収率が小さく、光電変換効率が低下している。比較例3は、光電変換層中の膜厚を増加させることで光吸収量が増えたが、10V印加時の光電変換層に印加される電界強度が低下するために、光電変換効率と光応答速度が低下している。比較例9はフラーレン(C60)含有率の異なる光電変換層を積層しているが、電子ブロッキング層に隣接する層のフラーレン(C60)含有率が70%以下のため、応答速度が低下している。 As shown in Table 1, with respect to Comparative Example 1, Examples 1 to 5 obtained the effect of improving the optical response speed without lowering the photoelectric conversion efficiency. In Comparative Example 2, the light response speed is the same as that of the example, but the light absorption rate is small and the photoelectric conversion efficiency is lowered because the content of the compound 1 in the photoelectric conversion layer is small. In Comparative Example 3, the amount of light absorption was increased by increasing the film thickness in the photoelectric conversion layer. However, since the electric field strength applied to the photoelectric conversion layer when 10 V was applied decreased, the photoelectric conversion efficiency and the optical response were reduced. The speed is decreasing. In Comparative Example 9, photoelectric conversion layers having different fullerene (C 60 ) contents are laminated, but the response speed is lowered because the fullerene (C 60 ) content of the layer adjacent to the electron blocking layer is 70% or less. ing.

比較例4〜8は、フラーレン(C60)含有率の異なる光電変換層を積層し、電子ブロッキング層に隣接する層のフラーレン(C60)含有率が70%以上としているが、隣接する層間のフラーレン(C60)含有率の差が15%以上であるため、光応答速度が低下している。 In Comparative Examples 4 to 8, the photoelectric conversion layers having different fullerene (C 60 ) contents are laminated, and the fullerene (C 60 ) content of the layer adjacent to the electron blocking layer is 70% or more. Since the difference in the fullerene (C 60 ) content is 15% or more, the optical response speed is lowered.

表2及び図3に、電子ブロッキング層に隣接する層のフラーレン(C60)含有率が70%以上である実施例及び比較例について、バルクへテロ層間のフラーレン(C60)含有率の差(Δ)と、残像(%)の関係を示す。図3には、Δ=15%超において、急激な応答速度が低下(残像の増加)が示されている。 Table 2 and FIG. 3 show the difference in the fullerene (C 60 ) content between the bulk hetero layers (Examples) in which the fullerene (C 60 ) content of the layer adjacent to the electron blocking layer is 70% or more. The relationship between Δ) and afterimage (%) is shown. FIG. 3 shows a rapid decrease in response speed (increase in afterimage) when Δ = over 15%.

(実施例6〜10、比較例10〜16)
バルクへテロ層(光電変換層)のp型有機半導体を化合物2に変更し、種々のフラーレン(C60)含有率又は第1のバルクへテロ層の膜厚にて各例の光電変換素子を作製し、実施例1と同様にして光電変換効率及び光応答速度を評価した。評価結果は、各例の電子ブロッキング層及びバルクへテロ層(光電変換層)の条件と共に表3に示した。表3において、光電変換効率は実施例10の光電変換効率を1とした場合の相対感度にて示してある。
(Examples 6 to 10, Comparative Examples 10 to 16)
The p-type organic semiconductor of the bulk hetero layer (photoelectric conversion layer) is changed to the compound 2, and the photoelectric conversion elements of the respective examples are obtained with various fullerene (C 60 ) contents or the film thickness of the first bulk hetero layer. The photoelectric conversion efficiency and the light response speed were evaluated in the same manner as in Example 1. The evaluation results are shown in Table 3 together with the conditions of the electron blocking layer and the bulk hetero layer (photoelectric conversion layer) in each example. In Table 3, the photoelectric conversion efficiency is shown as a relative sensitivity when the photoelectric conversion efficiency of Example 10 is 1.

比較例10に対して、実施例6〜10は、光電変換効率が低下することなく、光応答速度が改善する効果が得られた。実施例10は、フラーレン(C60)含有率の異なるバルクへテロ層を3層積層しているが、光電変換層中の化合物3の含有量を、より増やすことができるため、光吸収率が増加し光電変換効率が向上している。 Compared to Comparative Example 10, Examples 6 to 10 had the effect of improving the optical response speed without lowering the photoelectric conversion efficiency. In Example 10, three bulk hetero layers having different fullerene (C 60 ) contents are laminated. However, since the content of the compound 3 in the photoelectric conversion layer can be further increased, the light absorption rate is increased. Increasing the photoelectric conversion efficiency.

比較例11は、光応答速度は、実施例同等だが、光電変換層中の化合物3の含有量が少ないために光吸収率が小さく、光電変換効率が低下している。比較例12は、光電変換層中の膜厚を増加させることで光吸収量が増えたが、10V印加時の光電変換層に印加される電界強度が低下するために、光電変換効率と光応答速度が低下している。   In Comparative Example 11, the light response speed is the same as that of the example, but the light absorption rate is small and the photoelectric conversion efficiency is lowered because the content of the compound 3 in the photoelectric conversion layer is small. In Comparative Example 12, the amount of light absorption increased by increasing the film thickness in the photoelectric conversion layer. However, since the electric field strength applied to the photoelectric conversion layer when 10 V was applied decreased, the photoelectric conversion efficiency and the optical response were reduced. The speed is decreasing.

比較例16はフラーレン(C60)含有率の異なる光電変換層を積層しているが、電子ブロッキング層に隣接する層のフラーレン(C60)含有率が70%以下のため、応答速度が低下している。比較例13〜15は、フラーレン(C60)含有率の異なる光電変換層を積層し、電子ブロッキング層に隣接する層のフラーレン比率が70%以上としているが、隣接する層間のフラーレン(C60)含有率の差が15%以上であるため、光応答速度が低下している。 In Comparative Example 16, photoelectric conversion layers having different fullerene (C 60 ) contents are stacked, but the response speed is lowered because the fullerene (C 60 ) content of the layer adjacent to the electron blocking layer is 70% or less. ing. In Comparative Examples 13 to 15, photoelectric conversion layers having different fullerene (C 60 ) content rates are stacked, and the fullerene ratio of the layer adjacent to the electron blocking layer is 70% or more. However, the fullerene (C 60 ) between adjacent layers is used. Since the difference in content is 15% or more, the light response speed is lowered.

表4、図4に、電子ブロッキング層に隣接する層のフラーレン(C60)含有率が70%以上の実施例及び比較例について、バルクへテロ層間のフラーレン(C60)含有率の差(Δ)と、残像(%)の関係を示す。 Table 4 and FIG. 4 show the difference in the fullerene (C 60 ) content between bulk hetero layers (Δ 60 ) in Examples and Comparative Examples in which the fullerene (C 60 ) content of the layer adjacent to the electron blocking layer is 70% or more. ) And afterimage (%).

図4においても、Δ=15%超において、急激な応答速度が低下(残像の増加)が示されている。
Also in FIG. 4, when Δ is greater than 15%, a rapid response speed is decreased (an increase in afterimage).

1 有機光電変換素子(光電変換素子)
10,101 基板
20 正孔捕集電極(電極)
30 受光層
31 電子ブロッキング層
32 光電変換層(バルクへテロ層)
32a 第1のバルクへテロ層
32b 第2のバルクへテロ層
33 正孔ブロッキング層
40 電子捕集電極(電極)
50 封止層
100 撮像素子
106 信号読み出し回路
120 回路基板
1 Organic photoelectric conversion device (photoelectric conversion device)
10, 101 Substrate 20 Hole collecting electrode (electrode)
30 Photosensitive layer 31 Electron blocking layer 32 Photoelectric conversion layer (bulk hetero layer)
32a First bulk hetero layer 32b Second bulk hetero layer 33 Hole blocking layer 40 Electron collecting electrode (electrode)
50 sealing layer 100 image sensor 106 signal readout circuit 120 circuit board

Claims (9)

一対の電極と、前記一対の電極に挟持された少なくとも光電変換層を含む受光層を有する有機光電変換素子であって、
前記光電変換層と一方の前記電極との間に備えられた電子ブロッキング層を有し、
前記光電変換層が、フラーレンとp型有機半導体とが混合されてなる複数層のバルクへテロ層からなり、
前記複数層のバルクへテロ層は、前記電子ブロッキング層側の層ほど前記フラーレンの含有率が高くなるように積層されてなり、
前記電子ブロッキング層に隣接する前記バルクへテロ層の前記フラーレンの含有率が70体積%以上であり、且つ、隣接するバルクへテロ層同士の前記フラーレンの含有率の差が15体積%以下であることを特徴とする光電変換素子。
An organic photoelectric conversion element having a pair of electrodes and a light receiving layer including at least a photoelectric conversion layer sandwiched between the pair of electrodes,
Having an electron blocking layer provided between the photoelectric conversion layer and one of the electrodes;
The photoelectric conversion layer is composed of a plurality of bulk hetero layers formed by mixing fullerene and a p-type organic semiconductor,
The plurality of bulk hetero layers are laminated so that the electron blocking layer side layer has a higher content of the fullerene,
The fullerene content in the bulk hetero layer adjacent to the electron blocking layer is 70% by volume or more, and the difference in the fullerene content between adjacent bulk hetero layers is 15% by volume or less. The photoelectric conversion element characterized by the above-mentioned.
前記バルクへテロ層のフラーレンの混合比率が最も低い層の前記フラーレンの含有率が50体積%以上であることを特徴とする請求項1に記載の光電変換素子。   2. The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the content of the fullerene in the layer having the lowest mixing ratio of the fullerene in the bulk hetero layer is 50% by volume or more. 前記電子ブロッキング層と隣接する層の膜厚が50nm以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載の光電変換素子。 3. The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein a film thickness of a layer adjacent to the electron blocking layer is 50 nm or less. 前記複数層のバルクへテロ層が2層からなることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の光電変換素子。 The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the plurality of bulk hetero layers are composed of two layers. 他方の電極が、受光側に配された透明電極であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の光電変換素子。   5. The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the other electrode is a transparent electrode disposed on the light receiving side. 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1×10V/cm〜1×107V/cmであることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の光電変換素子。 The value obtained by dividing the voltage applied from the outside to the pair of electrodes by the distance between the pair of electrodes is 1 × 10 5 V / cm to 1 × 10 7 V / cm. The photoelectric conversion element according to any one of 5. 前記p型有機半導体材料は、下記一般式(1)で表される化合物を含む請求項1〜6のいずれか1項に記載の光電変換素子の製造方法。
(一般式(1)中、Zは少なくとも2つの炭素原子を含む環であって、5員環、6員環、または5員環および6員環の少なくともいずれかを含む縮合環を表す。L、L、およびLはそれぞれ独立に無置換メチン基、または置換メチン基を表す。Dは原子群を表す。nは0以上の整数を表す。)
The said p-type organic-semiconductor material is a manufacturing method of the photoelectric conversion element of any one of Claims 1-6 containing the compound represented by following General formula (1).
(In the general formula (1), Z 1 represents a ring containing at least two carbon atoms and represents a 5-membered ring, a 6-membered ring, or a condensed ring containing at least one of a 5-membered ring and a 6-membered ring. L 1 , L 2 , and L 3 each independently represents an unsubstituted methine group or a substituted methine group, D 1 represents an atomic group, and n represents an integer of 0 or more.)
複数の、請求項1〜7のいずれかに記載の光電変換素子と、
前記光電変換素子の前記光電変換層で発生した電荷に応じた信号を読み出す信号読出し回路が形成された回路基板とを備えてなることを特徴とする光センサ。
A plurality of photoelectric conversion elements according to claim 1;
An optical sensor comprising: a circuit board on which a signal reading circuit for reading a signal corresponding to a charge generated in the photoelectric conversion layer of the photoelectric conversion element is formed.
撮像素子であることを特徴とする請求項8に記載の光センサ。   The optical sensor according to claim 8, wherein the optical sensor is an image sensor.
JP2012216558A 2012-09-28 2012-09-28 Photoelectric conversion device and imaging device using the same Active JP5824436B2 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012216558A JP5824436B2 (en) 2012-09-28 2012-09-28 Photoelectric conversion device and imaging device using the same
PCT/JP2013/005558 WO2014050046A1 (en) 2012-09-28 2013-09-20 Photoelectric conversion element and imaging element using same
KR1020157010602A KR101676974B1 (en) 2012-09-28 2013-09-20 Photoelectric conversion element and imaging element using same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012216558A JP5824436B2 (en) 2012-09-28 2012-09-28 Photoelectric conversion device and imaging device using the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2014072328A true JP2014072328A (en) 2014-04-21
JP5824436B2 JP5824436B2 (en) 2015-11-25

Family

ID=50387487

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012216558A Active JP5824436B2 (en) 2012-09-28 2012-09-28 Photoelectric conversion device and imaging device using the same

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP5824436B2 (en)
KR (1) KR101676974B1 (en)
WO (1) WO2014050046A1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160004455A (en) * 2014-07-02 2016-01-13 삼성디스플레이 주식회사 Organic Light Emitting Device
KR20170031650A (en) 2014-07-17 2017-03-21 소니 주식회사 Photoelectric conversion element, image pickup device, optical sensor, and photoelectric conversion element manufacturing method
JPWO2016017350A1 (en) * 2014-07-31 2017-04-27 富士フイルム株式会社 Photoelectric conversion device and imaging device
US10516124B2 (en) 2015-06-11 2019-12-24 Sony Corporation Photoelectric conversion elements, method of manufacturing photoelectric conversion element, and solid-state imaging device
US10608050B2 (en) 2015-09-16 2020-03-31 Sony Semiconductor Solutions Corporation Solid-state imaging device to improve photoelectric efficiency

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102718282B1 (en) 2019-01-22 2024-10-15 삼성전자주식회사 Photoelectric diode and organic sensor and electronic device

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009099866A (en) * 2007-10-18 2009-05-07 Fujifilm Corp Photoelectric conversion element and solid-state imaging device
JP2011204802A (en) * 2010-03-24 2011-10-13 Fujifilm Corp Organic photoelectric conversion element, imaging element, and imaging apparatus

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4677314B2 (en) 2005-09-20 2011-04-27 富士フイルム株式会社 Sensor and organic photoelectric conversion element driving method
JP4914597B2 (en) 2005-10-31 2012-04-11 富士フイルム株式会社 Photoelectric conversion element, imaging element, and method of applying electric field to them
KR20110010490A (en) * 2009-07-24 2011-02-01 현대제철 주식회사 Work table for gas cutting
JP5323025B2 (en) * 2010-10-26 2013-10-23 富士フイルム株式会社 Solid-state image sensor

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009099866A (en) * 2007-10-18 2009-05-07 Fujifilm Corp Photoelectric conversion element and solid-state imaging device
JP2011204802A (en) * 2010-03-24 2011-10-13 Fujifilm Corp Organic photoelectric conversion element, imaging element, and imaging apparatus

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160004455A (en) * 2014-07-02 2016-01-13 삼성디스플레이 주식회사 Organic Light Emitting Device
KR102269488B1 (en) * 2014-07-02 2021-06-25 삼성디스플레이 주식회사 Organic Light Emitting Device
KR20170031650A (en) 2014-07-17 2017-03-21 소니 주식회사 Photoelectric conversion element, image pickup device, optical sensor, and photoelectric conversion element manufacturing method
JPWO2016017350A1 (en) * 2014-07-31 2017-04-27 富士フイルム株式会社 Photoelectric conversion device and imaging device
US10516124B2 (en) 2015-06-11 2019-12-24 Sony Corporation Photoelectric conversion elements, method of manufacturing photoelectric conversion element, and solid-state imaging device
US10608050B2 (en) 2015-09-16 2020-03-31 Sony Semiconductor Solutions Corporation Solid-state imaging device to improve photoelectric efficiency
US11211409B2 (en) 2015-09-16 2021-12-28 Sony Semiconductor Solutions Corporation Solid-state imaging device to improve photoelectric efficiency

Also Published As

Publication number Publication date
JP5824436B2 (en) 2015-11-25
KR20150058495A (en) 2015-05-28
WO2014050046A1 (en) 2014-04-03
KR101676974B1 (en) 2016-11-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6046649B2 (en) Photoelectric conversion device and imaging device using the same
JP5323025B2 (en) Solid-state image sensor
JP5270642B2 (en) Photoelectric conversion element and imaging element
JP6059697B2 (en) Photoelectric conversion device and imaging device
JP6010514B2 (en) Photoelectric conversion device and imaging device
JP6047109B2 (en) Photoelectric conversion device, optical sensor, and imaging device
JP6145872B2 (en) Method for forming photoelectric conversion layer
WO2011125526A1 (en) Photoelectric conversion element and image pickup element
JP5814293B2 (en) PHOTOELECTRIC CONVERSION ELEMENT AND IMAGING ELEMENT, PHOTOELECTRIC CONVERSION ELEMENT MANUFACTURING METHOD, AND IMAGING ELEMENT MANUFACTURING METHOD
JP6010567B2 (en) Photoelectric conversion material, photoelectric conversion element, optical sensor, and imaging element
JP5662893B2 (en) Vapor deposition material for photoelectric conversion element, photoelectric conversion element, sensor, imaging element
JP5824436B2 (en) Photoelectric conversion device and imaging device using the same
JP2015043362A (en) Photoelectric conversion element and image pickup element
JP6077426B2 (en) PHOTOELECTRIC CONVERSION ELEMENT AND METHOD OF USING THE SAME, OPTICAL SENSOR
WO2013031471A1 (en) Photoelectric conversion element manufacturing method and image capture element manufacturing method
JP5992378B2 (en) Photoelectric conversion device, optical sensor, and imaging device
JP5651507B2 (en) Manufacturing method of organic photoelectric conversion element, organic photoelectric conversion element, imaging element, imaging apparatus
JP6231435B2 (en) Solid-state image sensor
JP6059616B2 (en) Photoelectric conversion material, photoelectric conversion element and method of using the same, optical sensor, imaging element
JP2013055248A (en) Manufacturing method of photoelectric conversion element

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20141024

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20150714

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20150825

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20151006

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20151009

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5824436

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250