JP2014127444A - Photoelectric conversion element, image pickup element, and image pickup device - Google Patents

Photoelectric conversion element, image pickup element, and image pickup device Download PDF

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Kiyoaki Oshima
清朗 大島
Masaki Yoshinari
正樹 吉成
Ryota Tanaka
亮太 田中
Atsushi Watanabe
温 渡辺
Tetsuya Iida
哲哉 飯田
Takuo Shinohara
拓男 篠原
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-sensitivity photoelectric conversion element, etc.SOLUTION: The photoelectric conversion element comprises a charge generation layer 13 in which an electric charge is generated by incident light, and a near-field photoelectric conversion layer 14 in which near-field light is generated by incident light, and an electric charge is generated by the generated near-field light. The charge generation layer 13 may preferably be configured from an amorphous Se as main constituent, in which case it is preferable that, in the near-field photoelectric conversion layer 14, the near-field light is generated by a 600 nm-750 nm wavelength component among incident light.

Description

本発明は、光電変換を行う光電変換素子、該光電変換素子を備えた撮像素子、および該撮像素子を備えた撮像装置に関するものである。   The present invention relates to a photoelectric conversion element that performs photoelectric conversion, an imaging element that includes the photoelectric conversion element, and an imaging apparatus that includes the imaging element.

従来、面板、ターゲット電極、および光導電膜が設けられたターゲット部と、ターゲット部に電子ビームを照射する走査電子ビーム発生部とを備えた撮像装置が知られている。この撮像装置では、ターゲット部に光が入射すると、ターゲット電極近傍の光導電膜内に入射光の光強度に応じた電荷(電子・正孔対)が生成する。このうち正孔は、アバランシェ増倍により増幅され、ターゲット部の電子ビーム照射側に蓄積する。そして、ターゲット部に蓄積した正孔と電子ビームの電子とが結合し、結合時に外部回路に流れる電流を出力として取り出すことで、入射光像に対応した映像信号が得られる(特許文献1参照)。   2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known an imaging apparatus including a target unit provided with a face plate, a target electrode, and a photoconductive film, and a scanning electron beam generating unit that irradiates the target unit with an electron beam. In this imaging device, when light is incident on the target portion, charges (electron / hole pairs) corresponding to the light intensity of the incident light are generated in the photoconductive film near the target electrode. Of these, the holes are amplified by avalanche multiplication and accumulated on the electron beam irradiation side of the target portion. Then, the holes accumulated in the target unit and the electrons of the electron beam are combined, and a current flowing in the external circuit at the time of combination is taken out as an output, thereby obtaining a video signal corresponding to the incident light image (see Patent Document 1). .

特開平7−029507号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-029507

従来の撮像装置では、光導電膜(第1光電変換層)を構成するアモルファスSe(セレン)の特性(バンドギャップが約2.0eV)上、波長400nm前後に光電変換効率のピークを持っており、620nmより長波長の650nm付近(赤色光)では、ほとんど光電変換が行われない。このため、赤色光に対する感度が低く、特に撮像装置のカラー化にあたって問題となる。この問題に対し、バンドギャップが約0.3eVのTe(テルル)を増感材として添加し、赤色光に対する感度の改善を図ることが提案されている。しかしながら、Teの添加量を増やすほど、暗電流が増加したり、焼き付きや画像欠陥(いわゆる白キズ)が発生したりするため、Te添加による感度の改善には限界があった。   The conventional imaging device has a peak of photoelectric conversion efficiency at a wavelength of around 400 nm due to the characteristics of amorphous Se (selenium) constituting the photoconductive film (first photoelectric conversion layer) (band gap is about 2.0 eV). In the vicinity of 650 nm (red light) having a wavelength longer than 620 nm, almost no photoelectric conversion is performed. For this reason, the sensitivity to red light is low, which causes a problem particularly in colorization of the imaging device. To solve this problem, it has been proposed to add Te (tellurium) having a band gap of about 0.3 eV as a sensitizer to improve sensitivity to red light. However, as the amount of Te added is increased, dark current increases, burn-in and image defects (so-called white flaws) occur. Therefore, improvement in sensitivity due to Te addition has a limit.

本発明は、高感度の光電変換素子、該光電変換素子を備えた撮像素子、および該撮像素子を備えた撮像装置を提供することを課題としている。   An object of the present invention is to provide a high-sensitivity photoelectric conversion element, an image pickup element including the photoelectric conversion element, and an image pickup apparatus including the image pickup element.

本発明の光電変換素子は、入射した光により電荷が発生する第1光電変換層と、入射した光により近接場光が発生すると共に、発生した近接場光により電荷が発生する第2光電変換層と、を備えたことを特徴とする。   The photoelectric conversion element of the present invention includes a first photoelectric conversion layer in which charges are generated by incident light, and a second photoelectric conversion layer in which near-field light is generated by incident light and charges are generated by the generated near-field light. And.

実施形態に係る撮像装置を示す図である。It is a figure which shows the imaging device which concerns on embodiment. 撮像装置における各撮像素子の電子放出部を示す図である。It is a figure which shows the electron emission part of each image pick-up element in an imaging device. 撮像装置の第1変形例に係る撮像素子を示す図である。It is a figure which shows the image pick-up element which concerns on the 1st modification of an imaging device. 撮像装置の第2変形例に係る撮像素子を示す図である。It is a figure which shows the image pick-up element which concerns on the 2nd modification of an imaging device.

以下、添付の図面を参照して、本発明の一実施形態に係る光電変換素子、該光電変換素子を備えた撮像素子、および該撮像素子を備えた撮像装置について説明する。本実施形態の撮像装置は、例えばカラー撮像用のカメラであり、複数(例えば3つ)の撮像素子を備え、撮像対象物のカラーイメージデータを構成するものである。   Hereinafter, a photoelectric conversion element according to an embodiment of the present invention, an imaging element including the photoelectric conversion element, and an imaging apparatus including the imaging element will be described with reference to the accompanying drawings. The imaging apparatus according to the present embodiment is, for example, a color imaging camera, and includes a plurality of (for example, three) imaging elements and constitutes color image data of an imaging target.

図1に示すように、撮像装置100は、RGB3色に対応した3つの撮像素子1(赤用撮像素子1R、緑用撮像素子1Gおよび青用撮像素子1B)と、撮像対象となる物体から入射した光を、RGB3色の分岐光に分光する光学素子2(例えば色分解プリズム)とを備えている。撮像装置100では、撮像対象から入射した光が、光学素子2によってRGB3色の分岐光(赤色光R、緑色光Gおよび青色光B)に分光され、赤色光Rが赤用撮像素子1Rに、緑色光Gが緑用撮像素子1Gに、青色光Bが青用撮像素子1Bに、それぞれ入射する。   As shown in FIG. 1, the imaging apparatus 100 is incident from three imaging elements 1 (red imaging element 1R, green imaging element 1G, and blue imaging element 1B) corresponding to RGB three colors and an object to be imaged. And an optical element 2 (for example, a color separation prism) that splits the separated light into RGB three-color branched light. In the imaging apparatus 100, the light incident from the imaging target is split into RGB three-color branched light (red light R, green light G, and blue light B) by the optical element 2, and the red light R is applied to the red imaging element 1R. The green light G is incident on the green image sensor 1G, and the blue light B is incident on the blue image sensor 1B.

各撮像素子1は、撮像対象となる物体からの光が入射する光電変換素子10と、光電変換素子10に近接して対向配置された電子放出部20と、光電変換素子10と電子放出部20との間に離間配置され、放出された電子の軌道を制御するメッシュ電極30とを備えている。   Each imaging element 1 includes a photoelectric conversion element 10 on which light from an object to be imaged is incident, an electron emission unit 20 disposed in close proximity to the photoelectric conversion element 10, and the photoelectric conversion element 10 and the electron emission unit 20. And a mesh electrode 30 that controls the trajectory of emitted electrons.

詳細は後述するが、光電変換素子10では、入射した光により正孔が発生し、入射光像に対応した正孔パターンが光電変換素子10の電子放出部20側に蓄積する。一方、電子放出部20は、光電変換素子10に対し、メッシュ電極30を介して電子を放出する。光電変換素子10に蓄積した正孔と、電子放出部20から放出された電子とが結合すると、外部回路に電流が流れ、これを出力として取り出すことで、入射光像に応じた映像信号が得られる。そこで、まず、電子放出部20について説明する。   Although details will be described later, in the photoelectric conversion element 10, holes are generated by the incident light, and a hole pattern corresponding to the incident light image is accumulated on the electron emission unit 20 side of the photoelectric conversion element 10. On the other hand, the electron emission unit 20 emits electrons to the photoelectric conversion element 10 through the mesh electrode 30. When the holes accumulated in the photoelectric conversion element 10 and the electrons emitted from the electron emission unit 20 are combined, a current flows in the external circuit, and this is taken out as an output to obtain a video signal corresponding to the incident light image. It is done. First, the electron emission unit 20 will be described.

電子放出部20は、熱電子源などを用いてもよいが、図2に示すように、冷陰極アレイ型のものを好適に用いることができる。電子放出部20は、シリコン基板等で構成された電子放出基板21と、電子放出基板21上に作り込まれた駆動回路層(図示省略)と、駆動回路層上にマトリクス状に配置された複数(例えば640×480個)の電子源22と、電子放出基板21の周囲に形成された水平走査回路23および垂直走査回路24とを備えている。   The electron emission unit 20 may be a thermal electron source or the like, but a cold cathode array type can be suitably used as shown in FIG. The electron emission unit 20 includes an electron emission substrate 21 made of a silicon substrate, a drive circuit layer (not shown) formed on the electron emission substrate 21, and a plurality of elements arranged in a matrix on the drive circuit layer. (For example, 640 × 480) electron sources 22 and a horizontal scanning circuit 23 and a vertical scanning circuit 24 formed around the electron emission substrate 21.

各電子源22は、図示省略したが、MIS(Metal-Insulator-Semiconductor)型の冷陰極電子源で構成されており、下部電極や上部電極等を備え、上部電極に下部電極より高い電圧が印加されると、表面に複数(例えば3×3個)設けられたエミッションサイト26(凹部)から電子が放出される。なお、下部電極は、電子源22ごとに形成され、上部電極は全電子源22共通である。   Although not shown, each electron source 22 is composed of a MIS (Metal-Insulator-Semiconductor) type cold cathode electron source, and includes a lower electrode and an upper electrode, and a higher voltage is applied to the upper electrode than the lower electrode. Then, electrons are emitted from the emission sites 26 (recesses) provided on the surface in a plurality (for example, 3 × 3). The lower electrode is formed for each electron source 22, and the upper electrode is common to all the electron sources 22.

駆動回路層は、MOS(Metal-Oxide-Semiconductor)トランジスタで構成されており、そのドレイン電極は、下部電極に、ゲート電極およびソース電極は、水平走査回路23および垂直走査回路24にそれぞれ接続されている。上部電極に正電圧を印加すると共に、外部からのクロック信号や同期信号等に基づいて水平走査回路23および垂直走査回路24により各電子源22のドレイン電位を制御することで、各電子源22から順次、電子を放出させることができる。放出された電子は、メッシュ電極30を介して光電変換素子10側に引き出され、光電変換素子10の電荷発生層13(後述する)に到達する。   The drive circuit layer is formed of a MOS (Metal-Oxide-Semiconductor) transistor, the drain electrode is connected to the lower electrode, and the gate electrode and the source electrode are connected to the horizontal scanning circuit 23 and the vertical scanning circuit 24, respectively. Yes. A positive voltage is applied to the upper electrode, and the drain potential of each electron source 22 is controlled by the horizontal scanning circuit 23 and the vertical scanning circuit 24 based on an external clock signal, synchronization signal, etc. Sequentially, electrons can be emitted. The emitted electrons are drawn out to the photoelectric conversion element 10 side through the mesh electrode 30 and reach the charge generation layer 13 (described later) of the photoelectric conversion element 10.

次に、図1を参照して、光電変換素子10および光電変換素子10から出力される映像信号について説明する。各撮像素子1の光電変換素子10は、透光性基板11と、透光性電極膜12と、電荷発生層13とが、光入射側からこの順で設けられている。さらに、赤用撮像素子1Rの光電変換素子10は、透光性電極膜12と電荷発生層13との間に、近接場光電変換層14を備えている。赤用撮像素子1Rにおける電荷発生層13が、特許請求の範囲における「第1光電変換層」の一例であり、近接場光電変換層14が、特許請求の範囲における「第2光電変換層」の一例である。   Next, the photoelectric conversion element 10 and the video signal output from the photoelectric conversion element 10 will be described with reference to FIG. The photoelectric conversion element 10 of each imaging element 1 is provided with a translucent substrate 11, a translucent electrode film 12, and a charge generation layer 13 in this order from the light incident side. Furthermore, the photoelectric conversion element 10 of the red imaging element 1 </ b> R includes a near-field photoelectric conversion layer 14 between the translucent electrode film 12 and the charge generation layer 13. The charge generation layer 13 in the red imaging device 1R is an example of the “first photoelectric conversion layer” in the claims, and the near-field photoelectric conversion layer 14 is the “second photoelectric conversion layer” in the claims. It is an example.

透光性基板11は、入射した光が透過する材料で構成されていればよく、撮像用途(光の波長)に応じて、ガラスや石英ガラスなどを適宜選択可能である。   The translucent substrate 11 only needs to be made of a material that allows incident light to pass therethrough, and glass, quartz glass, or the like can be selected as appropriate in accordance with an imaging application (light wavelength).

透光性電極膜12は、図示省略した接続端子を介して所定の正電圧が印加され、電荷発生層13に高電界(例えば108V/m以上)を生じさせる。透光性電極膜12は、入射した光が透過し且つ電気抵抗の低い材料で構成されていればよく、例えば、ITO(Indium Tin Oxide)、IZO(Indium Zinc Oxide)、AZO(Aluminium doped Zinc Oxide)などを用いることができる。 A predetermined positive voltage is applied to the translucent electrode film 12 via a connection terminal (not shown), and a high electric field (for example, 10 8 V / m or more) is generated in the charge generation layer 13. The translucent electrode film 12 only needs to be made of a material that transmits incident light and has a low electrical resistance. For example, ITO (Indium Tin Oxide), IZO (Indium Zinc Oxide), and AZO (Aluminium doped Zinc Oxide). ) Etc. can be used.

電荷発生層13では、入射光により電荷(電子・正孔対)が発生するものであれば特に限定されないが、感度を向上すべく、発生した正孔を増幅させる作用を有するものが好ましく、例えば、アバランシェ増倍が生じるアモルファスSeを好適に用いることができる。   The charge generation layer 13 is not particularly limited as long as charges (electron / hole pairs) are generated by incident light, but those having an action of amplifying the generated holes are preferable in order to improve sensitivity. Amorphous Se that causes avalanche multiplication can be preferably used.

電荷発生層13に光が入射すると、透光性電極膜12近傍の電荷発生層13内に入射光の光強度(光量)に応じた電子・正孔対が発生する。このうち正孔は、透光性電極膜12を介して印加された高電界により加速され、Se原子との衝突イオン化を繰り返すことで増幅する(アバランシェ増倍)。これにより、電荷発生層13の電子放出部20側には、増幅した正孔が蓄積し、入射光像を反映した正孔パターンが形成される。そして、上記した各電子源22から順次放出された電子と、各電子源22に対応した領域に蓄積された正孔とが順次結合する。この結合時に外部回路に流れる電流を出力として取り出すことで、入射光像に対応した映像信号が得られる。つまり、入射光像に対応した映像信号が、電子源22単位で出力される。   When light enters the charge generation layer 13, electron / hole pairs corresponding to the light intensity (light quantity) of the incident light are generated in the charge generation layer 13 in the vicinity of the translucent electrode film 12. Among these holes, holes are accelerated by a high electric field applied through the translucent electrode film 12, and are amplified by repeating collision ionization with Se atoms (avalanche multiplication). As a result, amplified holes are accumulated on the electron emission portion 20 side of the charge generation layer 13 and a hole pattern reflecting the incident light image is formed. The electrons sequentially emitted from each electron source 22 and the holes accumulated in the region corresponding to each electron source 22 are sequentially combined. A video signal corresponding to the incident light image can be obtained by taking out the current flowing in the external circuit as an output at the time of the coupling. That is, a video signal corresponding to the incident light image is output in units of the electron source 22.

なお、電荷発生層13に各種特性を付与するために、アモルファスSeに各種添加物を添加してもよく、例えば、アモルファスSeの熱的安定性を向上させるために、As(ヒ素)などを添加してもよく、電荷発生層13内の電界を制御するために、フッ化物などを添加してもよい。各種添加物については、電荷発生層13内で均一に含有されている必要はなく、膜厚方向に対して組成の分布が発生していてもよい。   Note that various additives may be added to the amorphous Se in order to impart various characteristics to the charge generation layer 13. For example, As (arsenic) is added to improve the thermal stability of the amorphous Se. Alternatively, fluoride or the like may be added to control the electric field in the charge generation layer 13. The various additives need not be contained uniformly in the charge generation layer 13, and the composition distribution may occur in the film thickness direction.

さらに、電荷発生層13は、アモルファスSeを主体とした層のほかに、各種機能を有する、他の材料で構成された層を有していてもよい。例えば、暗電流(ノイズ)の原因となる、外部から電荷発生層13への正孔や電子の注入を阻止すべく、電荷発生層13の透光性電極膜12側に、CeO2(酸化セリウム)などで構成された正孔注入阻止層を設けてもよく、電荷発生層13の電子放出部20側に、Sb23(硫化アンチモン)などで構成された電子注入阻止層を設けてもよい。 Furthermore, the charge generation layer 13 may have a layer made of other materials having various functions in addition to a layer mainly composed of amorphous Se. For example, CeO 2 (cerium oxide) is formed on the translucent electrode film 12 side of the charge generation layer 13 in order to prevent the injection of holes and electrons from the outside to the charge generation layer 13 which causes dark current (noise). May be provided, or an electron injection blocking layer formed of Sb 2 S 3 (antimony sulfide) or the like may be provided on the electron emission portion 20 side of the charge generation layer 13. Good.

ここで、アモルファスSeは、上述したように高電界下でアバランシェ増倍を引き起こすが、他方、バンドギャップが約2.0eVであるため、400nm付近に光電変換効率のピークがあり、波長620nm以上の光に対してはほとんど光電変換が行われない。そのため、電荷発生層13に緑色光Gや青色光Bが入射すると、正孔が蓄積するが、電荷発生層13に赤色光Rが入射しても、正孔がほとんど蓄積しない。そこで、3つの撮像素子1のうち、赤用撮像素子1Rの光電変換素子10は、入射した赤色光Rにより近接場光が発生すると共に、発生した近接場光により電荷(電子・正孔対)が発生する近接場光電変換層14を備えている。   Here, amorphous Se causes avalanche multiplication under a high electric field as described above. On the other hand, since the band gap is about 2.0 eV, there is a peak of photoelectric conversion efficiency in the vicinity of 400 nm, and a wavelength of 620 nm or more. Almost no photoelectric conversion is performed on the light. Therefore, when green light G or blue light B is incident on the charge generation layer 13, holes are accumulated, but even when red light R is incident on the charge generation layer 13, almost no holes are accumulated. Therefore, among the three image pickup devices 1, the photoelectric conversion element 10 of the red image pickup device 1R generates near-field light by the incident red light R and charges (electron / hole pairs) by the generated near-field light. The near-field photoelectric conversion layer 14 is generated.

近接場光電変換層14は、赤色光Rを含む600nm〜750nmの波長域の光が入射すると近接場光が発生するように、ナノ構造体で構成されている。近接場光電変換層14の材質としては、近接場光により電荷が発生するものであれば特に限定されるものではなく、例えば、金属、透明電極、半導体、導電性高分子などを用いることができる。   The near-field photoelectric conversion layer 14 is configured by a nanostructure so that near-field light is generated when light in a wavelength region of 600 nm to 750 nm including red light R is incident. The material of the near-field photoelectric conversion layer 14 is not particularly limited as long as charges are generated by near-field light. For example, a metal, a transparent electrode, a semiconductor, a conductive polymer, or the like can be used. .

近接場光電変換層14に赤色光Rが当たると、その表面(ナノ構造体)に近接場光が発生する。発生した近接場光(仮想光子)は、近接場光電変換層14の表面にある自由電子と結び付き、ドレスト光子フォトン(ドレストフォトン)となる。このドレスト光子フォトンの近傍にある原子のエネルギー準位が励起され、電子・正孔対が生成する。この近接場光電変換層14で発生した正孔についても、電荷発生層13に注入されると、アバランシェ増倍により増幅する。   When the red light R hits the near-field photoelectric conversion layer 14, near-field light is generated on the surface (nanostructure). The generated near-field light (virtual photons) is combined with free electrons on the surface of the near-field photoelectric conversion layer 14 to become dressed photon photons (dressed photons). The energy level of the atoms in the vicinity of the dressed photon photon is excited, and an electron / hole pair is generated. The holes generated in the near-field photoelectric conversion layer 14 are also amplified by avalanche multiplication when injected into the charge generation layer 13.

以上のように構成された各撮像素子1のうち、赤用撮像素子1Rでは、電荷発生層13においては、入射した赤色光Rにより電荷がほとんど発生しないが、近接場光電変換層14において、入射した赤色光Rにより近接場光が発生し、この近接場光により電荷が発生する。そして、近接場光電変換層14で発生した正孔が、電荷発生層13で増幅し、赤色光Rの光強度に応じた量の正孔が蓄積する。この正孔と電子とが結合することで、赤色光Rの光強度を反映した映像信号が出力される。この赤色映像信号に基づいて、赤色光Rの光強度を得ることができる。   Among the image pickup devices 1 configured as described above, in the red image pickup device 1R, in the charge generation layer 13, almost no charge is generated by the incident red light R, but in the near-field photoelectric conversion layer 14, Near-field light is generated by the red light R, and electric charges are generated by the near-field light. Then, the holes generated in the near-field photoelectric conversion layer 14 are amplified in the charge generation layer 13, and an amount of holes corresponding to the light intensity of the red light R is accumulated. By combining these holes and electrons, an image signal reflecting the light intensity of the red light R is output. Based on this red video signal, the light intensity of the red light R can be obtained.

また、緑用撮像素子1Gでは、緑色光Gが電荷発生層13に入射すると、電荷発生層13では、緑色光Gの光強度に応じた量の正孔が蓄積する。この正孔と電子とが結合することで、緑色光Gの光強度を反映した映像信号(緑色映像信号)が出力される。この緑色映像信号に基づいて、緑色光Gの光強度を得ることができる。同様に、青用撮像素子1Bに青色光Bが入射すると、青色光Bの光強度を反映した映像信号(青色映像信号)が得られ、青色映像信号に基づいて、青色光Bの光強度を得ることができる。   In the green image sensor 1G, when the green light G is incident on the charge generation layer 13, holes in an amount corresponding to the light intensity of the green light G accumulate in the charge generation layer 13. By combining the holes and the electrons, a video signal (green video signal) reflecting the light intensity of the green light G is output. Based on the green video signal, the light intensity of the green light G can be obtained. Similarly, when the blue light B is incident on the blue image sensor 1B, a video signal (blue video signal) reflecting the light intensity of the blue light B is obtained, and the light intensity of the blue light B is determined based on the blue video signal. Can be obtained.

以上のように、本実施形態の撮像装置100によれば、複数の撮像素子1のうち、赤用撮像素子1Rが、電荷発生層13だけでなく、入射した赤色光Rにより近接場光が発生すると共に発生した近接場光により電荷が発生する近接場光電変換層14を備えたことで、赤色光Rに対する感度を向上させることができる。さらに、緑用撮像素子1Gおよび青用撮像素子1Bから、緑色光Gの波長成分の光強度および青色光Bの波長成分の光強度を得ることができるため、これらに基づいて、撮像対象物のカラーイメージデータを構成することができる。   As described above, according to the imaging apparatus 100 of the present embodiment, the red imaging element 1R among the plurality of imaging elements 1 generates near-field light not only from the charge generation layer 13 but also from the incident red light R. In addition, by providing the near-field photoelectric conversion layer 14 in which charges are generated by the generated near-field light, the sensitivity to the red light R can be improved. Furthermore, the light intensity of the wavelength component of the green light G and the light intensity of the wavelength component of the blue light B can be obtained from the green image sensor 1G and the blue image sensor 1B. Color image data can be constructed.

なお、緑用撮像素子1Gおよび青用撮像素子1Bについては、電荷発生層13における光電変換効率の高い緑色光Gおよび青色光Bが入射するため、特に必要はないが、赤用撮像素子1Rと同様に、光電変換素子10が近接場光電変換層14を備えていてもよい。この場合、ナノ構造体の凹凸の大きさ(近接場光が最も多く発生する波長)を最適化することで、ドレスト光子フォトンが生成する光の波長を制御することができる。すなわち、赤用撮像素子1Rにおける近接場光電変換層14と、赤用撮像素子1Rにおける近接場光電変換層14と、緑用撮像素子1Gにおける近接場光電変換層14と、青用撮像素子1Bにおける近接場光電変換層14とで、ナノ構造体の凹凸の大きさを変えてやればよい。   The green image sensor 1G and the blue image sensor 1B are not particularly necessary because the green light G and the blue light B having high photoelectric conversion efficiency in the charge generation layer 13 are incident. Similarly, the photoelectric conversion element 10 may include a near-field photoelectric conversion layer 14. In this case, the wavelength of the light generated by the dressed photon photons can be controlled by optimizing the size of the unevenness of the nanostructure (the wavelength at which the most near-field light is generated). That is, the near-field photoelectric conversion layer 14 in the red image sensor 1R, the near-field photoelectric conversion layer 14 in the red image sensor 1R, the near-field photoelectric conversion layer 14 in the green image sensor 1G, and the blue image sensor 1B. What is necessary is just to change the magnitude | size of the unevenness | corrugation of a nanostructure with the near field photoelectric conversion layer 14. FIG.

そして、緑用撮像素子1Gが近接場光電変換層14を備えた場合、近接場光電変換層14においても電荷が発生することから、電荷発生層13では、電荷発生層13で発生した正孔に加え、近接場光電変換層14で発生した正孔も増幅・蓄積するため、緑色光Gに対する感度をより向上させることができる。同様に、青用撮像素子1Bが近接場光電変換層14を備えた場合、青色光Bに対する感度をより向上させることができる。
もちろん、ナノ構造体の凹凸の大きさ最適化することで、紫外線や赤外線を含め、RGB以外の波長域に対する感度を向上させることも可能である。
When the green imaging element 1G includes the near-field photoelectric conversion layer 14, charges are also generated in the near-field photoelectric conversion layer 14, and therefore, in the charge generation layer 13, holes generated in the charge generation layer 13 are generated. In addition, since holes generated in the near-field photoelectric conversion layer 14 are amplified and accumulated, the sensitivity to the green light G can be further improved. Similarly, when the blue imaging element 1B includes the near-field photoelectric conversion layer 14, the sensitivity to the blue light B can be further improved.
Of course, by optimizing the size of the unevenness of the nanostructure, it is possible to improve the sensitivity to wavelength regions other than RGB including ultraviolet rays and infrared rays.

続いて、本実施形態に係る光電変換素子10の変形例について説明する。各変形例については、上記した撮像素子1と異なる点を中心に説明する。同様の構成部分については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。   Then, the modification of the photoelectric conversion element 10 which concerns on this embodiment is demonstrated. About each modification, it demonstrates centering on a different point from the above-mentioned image sensor 1. FIG. Similar components are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

第1および第2変形例の撮像装置100は、赤用撮像素子1Rの光電変換素子10において、近接場光電変換層14の位置が、上記した光電変換素子10と異なっている。   In the imaging device 100 of the first and second modified examples, the position of the near-field photoelectric conversion layer 14 in the photoelectric conversion element 10 of the red imaging element 1R is different from that of the photoelectric conversion element 10 described above.

図3に示すように、第1変形例に係る赤用撮像素子1Rの光電変換素子10は、光入射側から、透光性基板11、透光性電極膜12および電荷発生層13が、この順に設けられると共に、近接場光電変換層14を、電荷発生層13の中に設けたものである。   As shown in FIG. 3, the photoelectric conversion element 10 of the red imaging element 1 </ b> R according to the first modified example includes a light-transmitting substrate 11, a light-transmitting electrode film 12, and a charge generation layer 13 from the light incident side. The near-field photoelectric conversion layer 14 is provided in the charge generation layer 13 in order.

図4に示すように、第2変形例に係る赤用撮像素子1Rの光電変換素子10は、光入射側から、透光性基板11、透光性電極膜12、電荷発生層13および近接場光電変換層14が、この順に設けられている。すなわち、近接場光電変換層14を、電子放出部20側に設けたものである。   As shown in FIG. 4, the photoelectric conversion element 10 of the red imaging element 1 </ b> R according to the second modified example includes a translucent substrate 11, a translucent electrode film 12, a charge generation layer 13, and a near field from the light incident side. The photoelectric conversion layer 14 is provided in this order. That is, the near-field photoelectric conversion layer 14 is provided on the electron emission unit 20 side.

以上の第1変形例および第2変形例においても、赤用撮像素子1Rにおいて、光電変換素子10が近接場光電変換層14を備えたことで、赤色光Rに対する感度を向上させることができる。   Also in the first modification and the second modification described above, the sensitivity to the red light R can be improved because the photoelectric conversion element 10 includes the near-field photoelectric conversion layer 14 in the red imaging element 1R.

なお、以上の実施形態およびその変形例においては、撮像装置100が、複数の撮像素子1を備えた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、単一の撮像素子1を備えたものであってもよい。この場合、近接場光電変換層14が、光の入射側から見て、入射光のうちのある波長成分(例えば赤色光R)により近接場光が発生すると共に発生した近接場光により電荷が発生する近接場領域と、入射光のうちの該波長成分(赤色光R)により近接場光が発生しない(電荷も発生しない)非近接場領域とに、例えばストライプ状やドット状に区分されていることが好ましい。この場合、撮像素子1では、近接場領域に入射した光に基づいて得られる映像信号(赤色光Rの波長成分の光強度を反映)と、非近接場領域に入射した光に基づいて得られる映像信号(赤色光Rの波長成分の光強度を反映していない)との差分により、赤色光Rの光強度を算出することができる。このようにすることで、単一の撮像素子1により、撮像対象物のカラーイメージデータを構成することができる。   In the above embodiment and its modification, the case where the imaging apparatus 100 includes a plurality of imaging elements 1 has been described. However, the present invention is not limited to this, and a single imaging element 1 is provided. It may be a thing. In this case, when the near-field photoelectric conversion layer 14 is viewed from the light incident side, near-field light is generated by a certain wavelength component (for example, red light R) of the incident light, and charges are generated by the generated near-field light. And a non-near field region in which near-field light is not generated (no charge is generated) by the wavelength component (red light R) of incident light, for example, is divided into stripes or dots. It is preferable. In this case, the imaging device 1 is obtained based on the video signal (reflecting the light intensity of the wavelength component of the red light R) obtained based on the light incident on the near-field region and the light incident on the non-near-field region. The light intensity of the red light R can be calculated based on the difference from the video signal (not reflecting the light intensity of the wavelength component of the red light R). By doing in this way, the color image data of an imaging target object can be comprised with the single image pick-up element 1. FIG.

1:撮像素子、2:光学素子、10:光電変換素子、13:電荷発生層、14:近接場光電変換層、20:電子放出部、100:撮像素子   1: imaging element, 2: optical element, 10: photoelectric conversion element, 13: charge generation layer, 14: near-field photoelectric conversion layer, 20: electron emission unit, 100: imaging element

Claims (8)

入射した光により電荷が発生する第1光電変換層と、
入射した前記光により近接場光が発生すると共に、発生した前記近接場光により電荷が発生する第2光電変換層と、
を備えたことを特徴とする光電変換素子。
A first photoelectric conversion layer in which charges are generated by incident light;
A second photoelectric conversion layer in which near-field light is generated by the incident light and a charge is generated by the generated near-field light;
A photoelectric conversion element comprising:
前記第1光電変換層は、アモルファスSeを主体として構成されており、
前記第2光電変換層は、前記光のうち600nm〜750nmの波長成分により前記近接場光が発生することを特徴とする請求項1に記載の光電変換素子。
The first photoelectric conversion layer is mainly composed of amorphous Se,
2. The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the second photoelectric conversion layer generates the near-field light with a wavelength component of 600 nm to 750 nm in the light.
基板と、
前記第1光電変換層に電界を印加するための電極と、をさらに備え、
前記光の入射側から、前記基板、前記電極、前記第2光電変換層および前記第1光電変換層が、この順に設けられていることを特徴とする請求項1または2のいずれかに記載の光電変換素子。
A substrate,
An electrode for applying an electric field to the first photoelectric conversion layer,
3. The device according to claim 1, wherein the substrate, the electrode, the second photoelectric conversion layer, and the first photoelectric conversion layer are provided in this order from the light incident side. Photoelectric conversion element.
基板と、
前記第1光電変換層に電界を印加するための電極と、をさらに備え、
前記光の入射側から、前記基板、前記電極、および前記第1光電変換層が、この順に設けられると共に、前記第2光電変換層が、前記第1光電変換層の中に設けられていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の光電変換素子。
A substrate,
An electrode for applying an electric field to the first photoelectric conversion layer,
The substrate, the electrode, and the first photoelectric conversion layer are provided in this order from the light incident side, and the second photoelectric conversion layer is provided in the first photoelectric conversion layer. The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein:
基板と、
前記第1光電変換層に電界を印加するための電極と、をさらに備え、
前記光の入射側から、前記基板、前記電極、前記第1光電変換層および前記第2光電変換層が、この順に設けられていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の光電変換素子。
A substrate,
An electrode for applying an electric field to the first photoelectric conversion layer,
4. The device according to claim 1, wherein the substrate, the electrode, the first photoelectric conversion layer, and the second photoelectric conversion layer are provided in this order from the light incident side. 5. Photoelectric conversion element.
請求項1ないし5のいずれかに記載の光電変換素子と、
前記光電変換素子に電子を放出する電子放出部と、
を備えたことを特徴とする撮像素子。
The photoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 5,
An electron emission portion for emitting electrons to the photoelectric conversion element;
An image pickup device comprising:
請求項6に記載の撮像素子を、備えたことを特徴とする撮像装置。   An image pickup apparatus comprising the image pickup device according to claim 6. 複数の撮像素子と、
入射した前記光を、複数の分岐光に分光して前記複数の撮像素子に入射させる分光素子と、を備え、
前記複数の撮像素子のうち、少なくとも1つが、請求項6に記載の撮像素子で構成されていることを特徴とする撮像装置。
A plurality of image sensors;
A spectroscopic element that splits the incident light into a plurality of branched lights and enters the plurality of imaging elements, and
An image pickup apparatus, wherein at least one of the plurality of image pickup elements includes the image pickup element according to claim 6.
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