JP2015159133A - 受光装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】素子の構造、および製造工程を簡素化し、製造コストを低減する。
【解決手段】光電変換素子１１０と、能動素子とを有する受光装置であって、上記能動素子は、上記光電変換素子１１０をリセットするリセット素子１２０、上記光電変換素子１１０に基づく検出信号を増幅する増幅素子１３０、および上記光電変換素子１１０に基づく検出信号を選択的に出力する選択素子１４０のうちの少なくとも１つを含み、上記光電変換素子１１０と、上記能動素子の少なくとも一部とが、同一の有機半導体材料、または高分子機能材料を用いて形成されていることを特徴とする。
【選択図】図３
【解決手段】光電変換素子１１０と、能動素子とを有する受光装置であって、上記能動素子は、上記光電変換素子１１０をリセットするリセット素子１２０、上記光電変換素子１１０に基づく検出信号を増幅する増幅素子１３０、および上記光電変換素子１１０に基づく検出信号を選択的に出力する選択素子１４０のうちの少なくとも１つを含み、上記光電変換素子１１０と、上記能動素子の少なくとも一部とが、同一の有機半導体材料、または高分子機能材料を用いて形成されていることを特徴とする。
【選択図】図３
Description
本発明は、光電変換素子を有するイメージセンサ等の受光装置に関し、特に、有機半導体材料を用いた受光装置に関するものである。
光電変換素子を形成する光導電膜の材料として、有機材料を用いる技術が知られている。そのような有機材料は、種類および特性が多様であり、また、加工形状の自由度が大きい等の利点を有している（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）。
また、上記のような光電変換素子を用いたイメージセンサ等の受光装置には、例えば光電変換された電気信号を選択的に取り出すスイッチング素子等のトランジスタが設けられる。そこで、例えばいわゆるＣＭＯＳプロセスによりトランジスタが形成されたシリコン単結晶基板や、透明有機薄膜トランジスタが形成されたガラス基板上に、有機材料を用いた光電変換素子を形成する技術が知られている（例えば、特許文献２、３参照）。
阪井淳、外１名、「塗布形成法による積層型有機薄膜太陽電池」、パナソニック電工技報、平成２１年９月、第５７巻、第１号、ｐ．４６〜５０
上記のようにシリコン単結晶基板に形成されたトランジスタやガラス基板上に形成された透明有機薄膜トランジスタと、有機材料を用いた光電変換素子とを積層する場合、素子の構造、および製造工程が複雑になりがちであるうえ、多くの互いに異なる材料を用いることになり、製造コストが高くなるという問題点を有していた。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、素子の構造、および製造工程を簡素化し、製造コストの低減を容易にすることにある。
第１の発明は、
光電変換素子と、能動素子とを有する受光装置であって、
上記能動素子は、上記光電変換素子をリセットするリセット素子、上記光電変換素子に基づく検出信号を増幅する増幅素子、および上記光電変換素子に基づく検出信号を選択的に出力する選択素子のうちの少なくとも１つを含み、
上記光電変換素子と、上記能動素子の少なくとも一部とが、同一の有機半導体材料、または高分子機能材料を用いて形成されていることを特徴とする。
光電変換素子と、能動素子とを有する受光装置であって、
上記能動素子は、上記光電変換素子をリセットするリセット素子、上記光電変換素子に基づく検出信号を増幅する増幅素子、および上記光電変換素子に基づく検出信号を選択的に出力する選択素子のうちの少なくとも１つを含み、
上記光電変換素子と、上記能動素子の少なくとも一部とが、同一の有機半導体材料、または高分子機能材料を用いて形成されていることを特徴とする。
これにより、積層構造が回避され、製造プロセスの簡素化、工程数の低減や、材料の共通化が容易に図られ、製造コストを低減することが容易にできる。
第２の発明は、
第１の発明の受光装置であって、
さらに、上記光電変換素子と、上記能動素子とが、同一の電極材料、および同一の絶縁体の少なくとも１つを用いて形成されていることを特徴とする。
第１の発明の受光装置であって、
さらに、上記光電変換素子と、上記能動素子とが、同一の電極材料、および同一の絶縁体の少なくとも１つを用いて形成されていることを特徴とする。
これにより、やはり、製造プロセスの簡素化等が図られ、一層、製造コストを低減することが容易にできる。
第３の発明は、
第１の発明および第２の発明のうち何れか１つの受光装置であって、
上記光電変換素子は、ｐｎｐ型またはｎｐｎ型の積層型の有機半導体バイポーラトランジスタから構成されるフォトトランジスタであることを特徴とする。
第１の発明および第２の発明のうち何れか１つの受光装置であって、
上記光電変換素子は、ｐｎｐ型またはｎｐｎ型の積層型の有機半導体バイポーラトランジスタから構成されるフォトトランジスタであることを特徴とする。
第４の発明は、
第１の発明から第３の発明のうち何れか１つの受光装置であって、
上記フォトトランジスタのベース層の厚さが１０ｎｍ以上、４０ｎｍ以下であることを特徴とする。
第１の発明から第３の発明のうち何れか１つの受光装置であって、
上記フォトトランジスタのベース層の厚さが１０ｎｍ以上、４０ｎｍ以下であることを特徴とする。
これらにより、入射光に対する感度を高めることが比較的容易にできる。
第５の発明は、
第１の発明から第４の発明のうち何れか１つの受光装置であって、
上記光電変換素子、および能動素子が、ガラス基板上に形成されていることを特徴とする。
第１の発明から第４の発明のうち何れか１つの受光装置であって、
上記光電変換素子、および能動素子が、ガラス基板上に形成されていることを特徴とする。
これにより、各素子を形成することが容易にできる。
第６の発明は、
第１の発明から第４の発明のうち何れか１つの受光装置であって、
上記光電変換素子、および能動素子が、フィルム基板上に形成されていることを特徴とする。
第１の発明から第４の発明のうち何れか１つの受光装置であって、
上記光電変換素子、および能動素子が、フィルム基板上に形成されていることを特徴とする。
これにより、軽量で、曲げることが可能で、割れることのないイメージセンサを得ることが容易にできる。
本発明では、素子の構造、および製造工程を簡素化し、製造コストを低減することが容易にできる。
以下、本発明の例示的な実施形態として、有機半導体材料、または高分子機能材料を用いて形成された光電変換素子としてのフォトトランジスタがマトリクス状に配列されたイメージセンサの例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の各実施形態において、他の実施形態と同様の機能を有する構成要素については同一の符号を付して説明を省略する。
《実施形態１》
（回路構成）
イメージセンサの各画素は、例えば図１に示すように、ｐｎｐ型のフォトトランジスタ１１０と、それぞれ能動素子であるｐ型のＴＦＴ（Thin Film Transistor）であるリセットトランジスタ１２０（リセット素子）、増幅トランジスタ１３０（増幅素子）、および行選択トランジスタ１４０（選択素子）を備えて構成されている。
（回路構成）
イメージセンサの各画素は、例えば図１に示すように、ｐｎｐ型のフォトトランジスタ１１０と、それぞれ能動素子であるｐ型のＴＦＴ（Thin Film Transistor）であるリセットトランジスタ１２０（リセット素子）、増幅トランジスタ１３０（増幅素子）、および行選択トランジスタ１４０（選択素子）を備えて構成されている。
リセットトランジスタ１２０と、フォトトランジスタ１１０とは、電源ライン１５１と接地ライン１５２との間で互いに直列に接続され、リセットライン１５３がＬ（Ｌｏｗ）レベルになると、フォトトランジスタ１１０のエミッタに電源電圧が印加されるようになっている。増幅トランジスタ１３０は、上記フォトトランジスタ１１０のエミッタの電位を増幅するようになっている。また、行選択トランジスタ１４０は、選択ライン１５４がＬレベルになったときに、上記増幅トランジスタ１３０によって増幅された信号をカラム出力ライン１５５に出力するようになっている。
（実体的構成）
上記各素子は、例えば図２、および図３に示すように、ガラス基板１０１上に形成されている。すなわち、ガラス基板１０１上には、それぞれ互いに平行な電源ライン１５１、接地ライン１５２、およびリセットライン１５３が形成されるとともに、これらと垂直な方向にカラム出力ライン１５５が形成されている。それぞれ互いに隣り合う電源ライン１５１と、カラム出力ライン１５５とで囲まれた領域ごとに、１つの画素が構成され、開口領域１６１から入射して原稿Ｄにより反射した光Ｌが、フォトトランジスタ１１０によって検出されるようになっている。
上記各素子は、例えば図２、および図３に示すように、ガラス基板１０１上に形成されている。すなわち、ガラス基板１０１上には、それぞれ互いに平行な電源ライン１５１、接地ライン１５２、およびリセットライン１５３が形成されるとともに、これらと垂直な方向にカラム出力ライン１５５が形成されている。それぞれ互いに隣り合う電源ライン１５１と、カラム出力ライン１５５とで囲まれた領域ごとに、１つの画素が構成され、開口領域１６１から入射して原稿Ｄにより反射した光Ｌが、フォトトランジスタ１１０によって検出されるようになっている。
フォトトランジスタ１１０は、ガラス基板１０１上で接地ライン１５２に接続されたメタル配線１１１を覆うように、透明導電膜２０１、ｐ型有機半導体膜１１２、ｎ型有機半導体膜１１３、ｐ型有機半導体膜１１４、およびメタル配線２０３が順次積層されて形成されている。上記メタル配線１１１は、フォトトランジスタ１１０におけるコレクタ側の電流引き出し電極となるもので、例えば櫛形に形成され、ガラス基板１０１側からの光がフォトトランジスタ１１０に入射し得るようになっている。また、透明導電膜２０１、およびメタル配線２０３は、それぞれフォトトランジスタ１１０のコレクタ電極、またはエミッタ電極となるものである。メタル配線２０３は、また、図３における上方から入射する光が有機半導体膜１１２〜１１４に照射されるのを防ぐ遮光膜としての役目も有している。フォトトランジスタ１１０の端部における接地ライン１５２上には、例えば、有機半導体膜１１２〜１１４、およびメタル配線２０３や、これらと接地ライン１５２とを互いに絶縁する絶縁膜２０２が形成されている。
リセットトランジスタ１２０は、ガラス基板１０１上に形成されてゲート電極を兼ねるリセットライン１５３の一部の上に、絶縁膜２０２、およびｐ型有機半導体膜１２２が順次積層されて形成されている。上記ｐ型有機半導体膜１２２の一端側には、ソース電極１２３を介して電源ライン１５１が接続される一方、他端側には、上記フォトトランジスタ１１０のメタル配線２０３に連続して形成されたドレイン電極１２４が接続されている。
増幅トランジスタ１３０、および行選択トランジスタ１４０は、それぞれ、ガラス基板１０１上に形成されたゲート電極１３１、およびゲート電極を兼ねる選択ライン１５４の一部の上に、絶縁膜２０２、およびｐ型有機半導体膜１３２・１４２が順次積層されて形成されている。上記増幅トランジスタ１３０のゲート電極１３１は、フォトトランジスタ１１０のメタル配線２０３、およびリセットトランジスタ１２０のドレイン電極１２４に接続されるとともに、ｐ型有機半導体膜１３２の一端側には、ソース電極１３３を介して電源ライン１５１が接続される一方、他端側には、ドレイン電極１３４が接続されている。このドレイン電極１３４は、行選択トランジスタ１４０のｐ型有機半導体膜１４２の一端側に接続されたソース電極１４３に接続されている。行選択トランジスタ１４０のｐ型有機半導体膜１４２の他端側には、ドレイン電極を兼ねるカラム出力ライン１５５が接続されている。
上記フォトトランジスタ１１０、リセットトランジスタ１２０、増幅トランジスタ１３０、および行選択トランジスタ１４０を構成するｐ型有機半導体膜１１２・１２２・１３２・１４２等は、以下に詳述するように、同一の工程で同一の有機半導体材料等を用いて形成されている。
（製造工程）
上記のようなイメージセンサは、有機半導体や高分子機能材料などを用いることにより、いわゆる塗布工程をベースとする、高真空を必要としない製造プロセスにより、シリコンなどの無機材料に比べて低温でフィルム状に低コストで形成することが容易である。すなわち、具体的には、例えば以下のようにして製造することができる。
上記のようなイメージセンサは、有機半導体や高分子機能材料などを用いることにより、いわゆる塗布工程をベースとする、高真空を必要としない製造プロセスにより、シリコンなどの無機材料に比べて低温でフィルム状に低コストで形成することが容易である。すなわち、具体的には、例えば以下のようにして製造することができる。
（１） ガラス基板１０１上に金属電極パターンを形成して、電源ライン１５１、接地ライン１５２、フォトトランジスタ１１０のメタル配線１１１、リセットトランジスタ１２０のゲート電極を兼ねるリセットライン１５３、増幅トランジスタ１３０のゲート電極１３１、および行選択トランジスタ１４０のゲート電極を兼ねる選択ライン１５４を設ける。
具体的には、例えば、導電性ポリマー溶液、もしくは分散液、または金属微粒子分散液を、グラビア印刷や、オフセット印刷、反転オフセット印刷等によりパターニングして形成することができる。上記金属電極の材料としては、銀、金、または銅などが適用でき、例えばナノメーターサイズの粒径で溶液中に分散させた状態である。金属電極の膜厚は例えば１００〜５００ｎｍ程度である。パターニング後に例えば１００〜１５０℃程度で焼成を数分〜数十分程度行い、溶剤を蒸発させるとともに、金属配線を低抵抗化することが好ましい。
（２） 上記金属配線上に、パターニングされた絶縁膜２０２を形成する。この絶縁膜２０２は、フォトトランジスタ１１０における有機半導体膜１１２〜１１４やメタル配線２０３等を絶縁する絶縁膜、またはリセットトランジスタ１２０、増幅トランジスタ１３０、および行選択トランジスタ１４０のゲート絶縁膜となるものである。
上記絶縁膜２０２のパターニング形成も上記金属電極パターンと同様に印刷で行うことができる。絶縁膜の材料としては、例えばポリイミド、ポリスチレン、ＰＶＰ（Poly(4-vinylphenol)）、ＰＶＡ（Poly(vinyl alcohol)）、ＰＭＭＡ（Poly(methyl methacrylate)）、ＢＣＢ（divinyl-tetramethyl-disiloxane-bis(benzocy-clobutene）などが適用でき、絶縁膜の膜厚は例えば１００〜１０００ｎｍ程度である。パターニング後に例えば１００〜１５０℃程度で数分から数十分程度焼成を行い、溶剤を揮発させて、絶縁膜を形成することが好ましい。
（３） フォトトランジスタ１１０を形成する部分に例えば塗布型の透明導電膜２０１を印刷パターニングして形成する。
透明導電膜２０１の材料としては、例えば塗布型ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、金属ナノワイヤ、カーボンナノチューブなどが適用できる。膜厚は例えば１００〜３００ｎｍ程度である。パターニング後に例えば１００〜１５０℃程度で焼成を数分〜数十分程度行い、溶剤を蒸発させるとともに、透明導電膜を低抵抗化することが好ましい。
（４） フォトトランジスタのコレクタ層として機能するｐ型有機半導体膜１１２、並びにリセットトランジスタ１２０、増幅トランジスタ１３０、および行選択トランジスタ１４０の活性層として機能するｐ型有機半導体膜１２２・１３２・１４２を印刷でパターニング形成する。
ｐ型有機半導体層の材料としては、例えばＴＩＰＳペンタセン（6,13-Bis(triisopropylsilylethynyl) pentacene）、ＴＩＰＳアントラセン（9,10-Bis[(triisopropylsilyl)ethynyl]anthracene）、ＴＥＳペンタセン（6,13-Bis((triethylsilyl)ethynyl)pentacene）などの可溶性半導体、またはＮＳＦＡＡＰ（13,6-N-Sulfinylacetamidopentacene）、ペンタセン−Ｎ−スルフィニル−ｔｅｒｔ−ブチルカルバミン酸（Pentacene-N-sulfinyl-tert-butylcarbamate）などの可溶性前駆体有機半導体などの低分子ｐ型有機半導体などが適用できる。
また、ｐ型有機半導体層の材料として、Ｐ３ＨＴ：ポリ(3-ヘキシルチオフェン-2,5-ジイル)（Poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl)）、Ｐ３ＯＴ：ポリ(3-オクチルチオフェン-2,5-ジイル)（Poly(3-octylthiophene-2,5-diyl)）、ＭＥＨ−ＰＰＶ：ポリ（2-メトキシ-5-（2-エチルヘキシルオキシ）-1,4-フェニレンビニレン）（Poly(2-methoxy-5-(2-ethylhexyloxy)-1,4-phenylenevinylene)、Ｐ３ＤＤＴ：ポリ（3-ドデシルチオフェン-2,5-ジイル）（Poly(3-dodecylthiophene-2,5-diyl)）、Ｆ８Ｔ２（Poly((9,9-diocthlfluorennyl-2,7-diyl)-co-bithiophene)）、Ｆ８ＢＴ（Poly((9,9-di-n-octylfluorenyl-2,7-diyl)-alt-(benzo(2,1,3)thiadiazol-4,8-diyl))）、ＰＴＡＡ（Poly(bis(4-phenyl)(2,4,6-trimethylphenyl)amine)）などの高分子ｐ型半導体が適用されてもよい。さらに、上記低分子、および高分子ｐ型有機半導体をブレンドして用いてもよい。
パターニング後に例えば１００〜１５０℃程度で焼成を数分〜数十分程度行い、溶剤を蒸発させて、ｐ型有機半導体層を形成することが好ましい。
（５） フォトトランジスタ１１０のベース層として機能するｎ型有機半導体膜１１３を印刷でパターニング形成する。なお、リセットトランジスタ１２０等としてｎ型のトランジスタが用いられる場合などには、その活性層として機能するｎ型有機半導体膜も同時に形成されるようにしてもよい。
ｎ型有機半導体層の材料としては、例えば［６０］ＰＣＢＭ（(6,6)-Phenyl C61 butyric acid methyl ester）、［７０］ＰＣＢＭ（(6,6)-Phenyl C71 butyric acid methyl ester）、ＰＣＢＯ（(6,6)-Phenyl C61 butyric acid octyl ester、PCBB((6,6)-Phenyl-C61 butyric acid butyl ester）、［６０］ＴｈＰＣＢＭ（(6,6)-Thienyl C61 butyric acid methyl ester）、(6,6)-ジフェニルC62ヒ゛ス（酪酸メチルエステル）（(6,6)Diphenyl C62 bis(butyric acid methyl ester)、フラーレン−Ｃ６０、フラーレン−Ｃ７０などの低分子ｎ型有機半導体などが適用できる。
また、ｎ型有機半導体層の材料としては、ＢＢＬ：ポリ（ベンゾイミダゾベンゾフェナントロリン）（Poly(benzimidazobenzophenanthroline)）などの高分子ｐ型有機半導体が適用されてもよい。さらに、低分子および高分子ｎ型有機半導体をブレンドして用いてもよい。
パターニング後に例えば１００〜１５０℃程度で焼成を数分〜数十分程度行い、溶剤を蒸発させて、ｐ型有機半導体層を形成することが好ましい。
ベース層の厚さは、一般に、光起電力に寄与可能な領域がｐｎ接合から±２０ｎｍ程度の距離の範囲であることを考慮すれば、例えば１０ｎｍ以上、４０ｎｍ以下程度であることが好ましい。
（６） 上記（４）と同様の材料、および工程によって、フォトトランジスタ１１０のエミッタ層として機能するｐ型有機半導体膜１１４を形成する。なお、リセットトランジスタ１２０等のｐ型有機半導体膜１２２等の全て、または一部は、上記（４）に代えてこの工程で形成されるようにしてもよい。
（７） 上記（１）と同様の材料、および工程によって、フォトトランジスタ１１０のメタル配線２０３、リセットトランジスタ１２０のソース電極１２３とドレイン電極１２４、増幅トランジスタ１３０のソース電極１３３とドレイン電極１３４、行選択トランジスタ１４０のソース電極１４３、および行選択トランジスタ１４０のドレイン電極を兼ねるカラム出力ライン１５５が形成される。
（８） なお、フォトトランジスタ１１０上（すなわちメタル配線２０３上）や、リセットトランジスタ１２０等の上に、保護膜などの絶縁層を形成してもよい。また、上記メタル配線１１１や、絶縁膜２０２、有機半導体膜１１２〜１１４などの種々の層が形成される前に、適宜、紫外線照射や、プラズマ処理、ウェット洗浄処理などの表面洗浄処理等が行われるようにしてもよい。
（イメージセンサの動作）
上記のように構成されたイメージセンサでは、例えば図４に示すように、リセットトランジスタ１２０がＯＮ状態オンになってフォトトランジスタ１１０がリセットされた後、リセットトランジスタ１２０がＯＦＦ状態になると、フォトトランジスタ１１０のエミッタの電位は、入射する光の強度に応じて低下する。その低下量が信号成分として、増幅トランジスタ１３０により増幅され、行選択トランジスタ１４０がＯＮ状態になったときにカラム出力ライン１５５を介して出力されることにより、各画素についての光電変換が行われ、撮像が行われる。
上記のように構成されたイメージセンサでは、例えば図４に示すように、リセットトランジスタ１２０がＯＮ状態オンになってフォトトランジスタ１１０がリセットされた後、リセットトランジスタ１２０がＯＦＦ状態になると、フォトトランジスタ１１０のエミッタの電位は、入射する光の強度に応じて低下する。その低下量が信号成分として、増幅トランジスタ１３０により増幅され、行選択トランジスタ１４０がＯＮ状態になったときにカラム出力ライン１５５を介して出力されることにより、各画素についての光電変換が行われ、撮像が行われる。
上記のように、フォトトランジスタ１１０や、リセットトランジスタ１２０等が、同一の工程で同一の有機半導体材料や、メタル配線、絶縁膜等を用いて構成されることにより、積層構造を回避し、製造プロセスを簡素化したり工程数を低減したりし、また、材料の共通化を図って、製造コストを低減することが容易にできる。
《実施形態２》
上記のようにガラス基板１０１が用いられるのに限らず、フィルム基板上に上記各素子等が形成されるようにしてもよい。フィルム基板の材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルスルフォン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、またはポリエステルなどの透明性の高い材料が好ましい。このようなフィルム基板上に素子等を形成することにより、ガラス基板１０１に比べて軽量で、曲げることが可能となり、割れることのないイメージセンサを実現することができる。
上記のようにガラス基板１０１が用いられるのに限らず、フィルム基板上に上記各素子等が形成されるようにしてもよい。フィルム基板の材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルスルフォン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、またはポリエステルなどの透明性の高い材料が好ましい。このようなフィルム基板上に素子等を形成することにより、ガラス基板１０１に比べて軽量で、曲げることが可能となり、割れることのないイメージセンサを実現することができる。
《実施形態３》
上記実施形態１では、メタル配線１１１は、櫛形に形成された例を示したが、これに限らず、例えば図５に示すように格子状に形成されるなどしてもよい。また、メタル配線１１１は連続的に形成する一方、図３におけるフォトトランジスタ１１０の上方のメタル配線２０３を櫛形や格子状などに形成して、上方から入射する光を受光するようにしてもよい。さらに、メタル配線１１１、およびメタル配線２０３を共に櫛形や格子状などに形成して、上下両方から入射する光を受光し得るようにしてもよい。上記のように櫛形や格子状などのメタル配線１１１と透明導電膜２０１との２層構造とする場合には、光吸収によって生成された励起子によって発生する電流を効率良く収集することができる。
上記実施形態１では、メタル配線１１１は、櫛形に形成された例を示したが、これに限らず、例えば図５に示すように格子状に形成されるなどしてもよい。また、メタル配線１１１は連続的に形成する一方、図３におけるフォトトランジスタ１１０の上方のメタル配線２０３を櫛形や格子状などに形成して、上方から入射する光を受光するようにしてもよい。さらに、メタル配線１１１、およびメタル配線２０３を共に櫛形や格子状などに形成して、上下両方から入射する光を受光し得るようにしてもよい。上記のように櫛形や格子状などのメタル配線１１１と透明導電膜２０１との２層構造とする場合には、光吸収によって生成された励起子によって発生する電流を効率良く収集することができる。
《実施形態４》
上記のようにフォトトランジスタ１１０やリセットトランジスタ１２０等に加えて、例えば図６に示すように、ＣＭＯＳ回路等によって構成され、各画素の回路を駆動する垂直シフトレジスタ３０１や、ノイズキャンセル回路３０２、水平シフトレジスタ３０３、列選択トランジスタ３０４、および出力ライン３０５などを同一基板上に形成してもよい。ここで、同図においては、説明の簡素化のために、電源ライン１５１、接地ライン１５２、およびリセットライン１５３は省略されるとともに、リセットトランジスタ１２０、増幅トランジスタ１３０、および行選択トランジスタ１４０は、代表して増幅・動作制御回路１７０として描かれている。
上記のようにフォトトランジスタ１１０やリセットトランジスタ１２０等に加えて、例えば図６に示すように、ＣＭＯＳ回路等によって構成され、各画素の回路を駆動する垂直シフトレジスタ３０１や、ノイズキャンセル回路３０２、水平シフトレジスタ３０３、列選択トランジスタ３０４、および出力ライン３０５などを同一基板上に形成してもよい。ここで、同図においては、説明の簡素化のために、電源ライン１５１、接地ライン１５２、およびリセットライン１５３は省略されるとともに、リセットトランジスタ１２０、増幅トランジスタ１３０、および行選択トランジスタ１４０は、代表して増幅・動作制御回路１７０として描かれている。
このような回路が形成される場合にも、これらを構成するｐ型および／またはｎ型のトランジスタ等として、上記フォトトランジスタ１１０を構成する有機半導体膜１１２〜１１４等と同一の工程で形成された同一の有機半導体材料等を用いて構成されたものを適用することにより、一層、製造コストの低減等を図ることが容易にできる。
（その他の事項）
なお、上記の例では、フォトトランジスタ１１０としてｐｎｐ型のフォトトランジスタ１１０が用いられる例を示したが、これに限らず、ｎｐｎ型のフォトトランジスタが用いられてもよい。また、ｐ型のリセットトランジスタ１２０等が用いられる例を示したが、これに限らず、ｎ型のトランジスタが用いられたり、ｐ型とｎ型のトランジスタが混在して用いられるようにしてもよい。
なお、上記の例では、フォトトランジスタ１１０としてｐｎｐ型のフォトトランジスタ１１０が用いられる例を示したが、これに限らず、ｎｐｎ型のフォトトランジスタが用いられてもよい。また、ｐ型のリセットトランジスタ１２０等が用いられる例を示したが、これに限らず、ｎ型のトランジスタが用いられたり、ｐ型とｎ型のトランジスタが混在して用いられるようにしてもよい。
また、上記のように光電変換素子としてフォトトランジスタが用いられる場合には、生成されたキャリアをベース電流とするバイポーラトランジスタ構造によって電流増幅作用が得られるので、入射光に対する感度を高めることが比較的容易であるが、これに限らず、ｐ型およびｎ型の有機半導体を接合させたヘテロ接合構造の光電変換素子や、ｎ型有機半導体とｐ型有機半導体がナノスケールで混在した光電変換層が設けられて、生成された励起子がｐｎ接合面に到達する確率を向上させ得るバルクヘテロ構造の光電変換素子が用いられる場合でも、やはり、同一の有機半導体材料とを用いて行選択トランジスタ１４０等を形成することにより、製造コストの低減等を図ることができる。
また、上記のようなリセットトランジスタ１２０、増幅トランジスタ１３０、および行選択トランジスタ１４０は、必ずしも全て設けるのに限らず、必要に応じて設ければよく、また、それらの少なくとも一部のｐ型有機半導体膜１２２・１３２・１４２等がフォトトランジスタ１１０のｐ型有機半導体膜１１２等と共通に形成されることによって、製造コストの低減等が図られる。
また、上記の例では、光電変換素子がマトリクス状に配列されたイメージセンサの例を示したが、これに限らず、光電変換素子が直線状に配列されたラインセンサを構成してもよい。
また、上記の例では、開口領域１６１から入射して、ガラス基板１０１に密着させた原稿Ｄにより反射した光Ｌが、フォトトランジスタ１１０に入射する例を示したが、これに限らず、上記のような開口領域１６１を設けることなく、離れた被写体からの光がフォトトランジスタ１１０に入射するようにしてもよい。
以上説明したように、本発明は、有機半導体材料を用いたイメージセンサ等について有用である。
１０１ ガラス基板
１１０ フォトトランジスタ
１１１ メタル配線
１１２・１１４・１２２・１３２・１４２ ｐ型有機半導体膜
１１３ ｎ型有機半導体膜
１２０ リセットトランジスタ
１２３ ソース電極
１２４ ドレイン電極
１３０ 増幅トランジスタ
１３１ ゲート電極
１３３ ソース電極
１３４ ドレイン電極
１４０ 行選択トランジスタ
１４３ ソース電極
１５１ 電源ライン
１５２ 接地ライン
１５３ リセットライン
１５４ 選択ライン
１５５ カラム出力ライン
１６１ 開口領域
１７０ 増幅・動作制御回路
２０１ 透明導電膜
２０２ 絶縁膜
２０３ メタル配線
３０１ 垂直シフトレジスタ
３０２ ノイズキャンセル回路
３０３ 水平シフトレジスタ
３０４ 列選択トランジスタ
３０５ 出力ライン
１１０ フォトトランジスタ
１１１ メタル配線
１１２・１１４・１２２・１３２・１４２ ｐ型有機半導体膜
１１３ ｎ型有機半導体膜
１２０ リセットトランジスタ
１２３ ソース電極
１２４ ドレイン電極
１３０ 増幅トランジスタ
１３１ ゲート電極
１３３ ソース電極
１３４ ドレイン電極
１４０ 行選択トランジスタ
１４３ ソース電極
１５１ 電源ライン
１５２ 接地ライン
１５３ リセットライン
１５４ 選択ライン
１５５ カラム出力ライン
１６１ 開口領域
１７０ 増幅・動作制御回路
２０１ 透明導電膜
２０２ 絶縁膜
２０３ メタル配線
３０１ 垂直シフトレジスタ
３０２ ノイズキャンセル回路
３０３ 水平シフトレジスタ
３０４ 列選択トランジスタ
３０５ 出力ライン
Claims (6)
- 光電変換素子と、能動素子とを有する受光装置であって、
上記能動素子は、上記光電変換素子をリセットするリセット素子、上記光電変換素子に基づく検出信号を増幅する増幅素子、および上記光電変換素子に基づく検出信号を選択的に出力する選択素子のうちの少なくとも１つを含み、
上記光電変換素子と、上記能動素子の少なくとも一部とが、同一の有機半導体材料、または高分子機能材料を用いて形成されていることを特徴とする受光装置。 - 請求項１の受光装置であって、
さらに、上記光電変換素子と、上記能動素子とが、同一の電極材料、および同一の絶縁体の少なくとも１つを用いて形成されていることを特徴とする受光装置。 - 請求項１および請求項２のうち何れか１項の受光装置であって、
上記光電変換素子は、ｐｎｐ型またはｎｐｎ型の積層型の有機半導体バイポーラトランジスタから構成されるフォトトランジスタであることを特徴とする受光装置。 - 請求項１から請求項３のうち何れか１項の受光装置であって、
上記フォトトランジスタのベース層の厚さが１０ｎｍ以上、４０ｎｍ以下であることを特徴とする受光装置。 - 請求項１から請求項４のうち何れか１項の受光装置であって、
上記光電変換素子、および能動素子が、ガラス基板上に形成されていることを特徴とする受光装置。 - 請求項１から請求項４のうち何れか１項の受光装置であって、
上記光電変換素子、および能動素子が、フィルム基板上に形成されていることを特徴とする受光装置。
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