JP2017059689A - Imaging element - Google Patents

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藤原 郁夫
Ikuo Fujiwara
郁夫 藤原
舟木 英之
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英之 舟木
崇 宮崎
Takashi Miyazaki
崇 宮崎
勇希 野房
Yuki Nofusa
勇希 野房
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an imaging element which is high in performance and suitable for miniaturization.SOLUTION: A solid-state imaging device 1 includes a first electrode 115, a second electrode 112, a photoelectric conversion layer 114 which is disposed between the first electrode 115 and the second electrode 112 and is made of an organic film, a charge accumulation layer 113 which is disposed between the photoelectric conversion layer 114 and the second electrode 112 and accumulates charges generated by the photoelectric conversion layer 114, a first element 101 for generating a control signal for resetting the charges accumulated in the charge accumulation layer 113, a second element 102 to which a charge signal indicating the charges accumulated in the charge accumulation layer 113 is input, and pixel signal wires 107, 108, 109, and 111 for connecting the first element 101, the second element 102, and the second electrode 112.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明の実施形態は、撮像素子に関する。   Embodiments described herein relate generally to an image sensor.

固体撮像素子に備えられる光電変換層として、光の吸収効率が高い有機膜が用いられている。   As the photoelectric conversion layer provided in the solid-state imaging device, an organic film having high light absorption efficiency is used.

例えば、有機層からなる光電変換領域と、光電変換領域で生成された電気信号(電荷信号)を伝達する第1のコンタクトと、電荷信号を読み取るタイミングを制御する制御信号を伝達する第1の電極と、光電変換領域と第1の電極との間に配置される絶縁層とを備え、第1のコンタクトと第1の電極とが別部材により構成された固体撮像素子がある。   For example, a photoelectric conversion region made of an organic layer, a first contact for transmitting an electrical signal (charge signal) generated in the photoelectric conversion region, and a first electrode for transmitting a control signal for controlling the timing of reading the charge signal And a solid-state imaging device that includes an insulating layer disposed between the photoelectric conversion region and the first electrode, and the first contact and the first electrode are formed of different members.

米国特許出願公開第2013/0093932号公報US Patent Application Publication No. 2013/0093932

撮像装置の小型化、処理能力の向上、及びストレージの大容量化等に伴い、撮像素子の小型化及び高性能化が求められている。従来のように、電荷信号を伝達する電極と制御信号を伝達する電極とが別部材からなる構成では、素子の小型化が困難となる。   Along with downsizing of imaging devices, improvement of processing capability, and storage capacity increase, downsizing and high performance of imaging devices are required. In the conventional configuration in which the electrode for transmitting the charge signal and the electrode for transmitting the control signal are formed of different members, it is difficult to reduce the size of the element.

そこで、以下の実施形態では、高性能で且つ小型化に適した撮像素子を提供することを目的とする。   In view of the above, an object of the following embodiments is to provide an imaging device that is high-performance and suitable for downsizing.

実施形態の撮像素子は、第1の電極と、第2の電極と、第1の電極と第2の電極との間に配置され、有機膜からなる光電変換層と、光電変換層と第2の電極との間に配置され、光電変換層により生成された電荷を蓄積する電荷蓄積層と、電荷蓄積層に蓄積された電荷をリセットするための制御信号を生成する第1の素子と、電荷蓄積層に蓄積された電荷を示す電荷信号が入力される第2の素子と、第1の素子、第2の素子、及び第2の電極を接続する画素信号配線と、を備えることを特徴とする。   The imaging device according to the embodiment includes a first electrode, a second electrode, a photoelectric conversion layer made of an organic film, a photoelectric conversion layer, and a second electrode, disposed between the first electrode and the second electrode. A charge storage layer that is disposed between the first electrode and the charge conversion layer and stores a charge generated by the photoelectric conversion layer; a first element that generates a control signal for resetting the charge stored in the charge storage layer; A second element to which a charge signal indicating the electric charge accumulated in the accumulation layer is input, and a pixel signal wiring that connects the first element, the second element, and the second electrode, To do.

第1の実施形態にかかる固体撮像素子の構成を例示する図。FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a solid-state imaging element according to the first embodiment. 第1の実施形態にかかる固体撮像素子の製造工程を例示する図。The figure which illustrates the manufacturing process of the solid-state image sensing device concerning a 1st embodiment. 第1の実施形態にかかる固体撮像素子の製造工程を例示する図。The figure which illustrates the manufacturing process of the solid-state image sensing device concerning a 1st embodiment. 第1の実施形態にかかる固体撮像素子の製造工程を例示する図。The figure which illustrates the manufacturing process of the solid-state image sensing device concerning a 1st embodiment. 第1の実施形態にかかる固体撮像素子の製造工程を例示する図。The figure which illustrates the manufacturing process of the solid-state image sensing device concerning a 1st embodiment. 第1の実施形態にかかる画素の回路構成を例示する図。FIG. 3 is a diagram illustrating a circuit configuration of a pixel according to the first embodiment. 第1の実施形態にかかる有機光電変換構造の印加電圧と電流密度との関係を例示するグラフ。The graph which illustrates the relationship between the applied voltage and current density of the organic photoelectric conversion structure concerning 1st Embodiment. 第1の実施形態にかかる有機光電変換構造のエネルギーバンド図及び電圧印加状態を例示するグラフ。The graph which illustrates the energy band figure and voltage application state of the organic photoelectric conversion structure concerning 1st Embodiment. 第1の実施形態にかかる有機光電変換構造のエネルギーバンド図及び電圧印加状態を例示するグラフ。The graph which illustrates the energy band figure and voltage application state of the organic photoelectric conversion structure concerning 1st Embodiment. 第1の実施形態にかかる有機光電変換構造のエネルギーバンド図及び電圧印加状態を例示するグラフ。The graph which illustrates the energy band figure and voltage application state of the organic photoelectric conversion structure concerning 1st Embodiment. 第1の実施形態にかかる有機光電変換構造のエネルギーバンド図及び電圧印加状態を例示するグラフ。The graph which illustrates the energy band figure and voltage application state of the organic photoelectric conversion structure concerning 1st Embodiment. 第1の実施形態にかかる固体撮像素子における入射光量と真空準位シフト量との関係を例示するグラフ。6 is a graph illustrating the relationship between the incident light amount and the vacuum level shift amount in the solid-state imaging device according to the first embodiment. 第1の実施形態にかかる有機光電変換構造の電流・電圧特性から見た各バイアスの印加状態を例示するグラフ。The graph which illustrates the application state of each bias seen from the electric current and voltage characteristic of the organic photoelectric conversion structure concerning 1st Embodiment. 第1の実施形態にかかる画素の回路構成及び各ノードのバイアス名を例示する図。FIG. 3 is a diagram illustrating a circuit configuration of a pixel according to the first embodiment and a bias name of each node. 第1の実施形態にかかる固体撮像素子において電荷信号を読み出す際のタイミングチャートを例示する図。FIG. 3 is a diagram illustrating a timing chart when a charge signal is read out in the solid-state imaging device according to the first embodiment. 第2の実施形態にかかる固体撮像素子において電荷信号を読み出す際のタイミングチャートを例示する図。The figure which illustrates the timing chart at the time of reading an electric charge signal in the solid-state image sensor concerning 2nd Embodiment. 第3の実施形態にかかる固体撮像素子の構成を例示する図。The figure which illustrates the composition of the solid-state image sensing device concerning a 3rd embodiment. 第3の実施形態にかかる固体撮像装置において電荷信号を読み出す際のタイミングチャートを例示する図。FIG. 10 is a diagram illustrating a timing chart when a charge signal is read out in the solid-state imaging device according to the third embodiment. 第4の実施形態にかかる半導体チップの構成を例示する図。The figure which illustrates the composition of the semiconductor chip concerning a 4th embodiment. 第5の実施形態にかかる携帯端末の構成を例示する図。The figure which illustrates the composition of the personal digital assistant concerning a 5th embodiment. 第6の実施形態にかかる自動車の構成を例示する図。The figure which illustrates the structure of the motor vehicle concerning 6th Embodiment.

(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態にかかる固体撮像素子1の構成を例示する図である。固体撮像素子1は、画素アレイ11、垂直シフトレジスタ12、水平シフトレジスタ13、行選択線14A,14B,14C、パルス電源線15A,15B,15C、列選択線16A,16B,16C、相関二重サンプリング(CDS:Correlated Double Sampling)回路17A,17B,17C、アナログ−デジタル変換回路(ADC:Analog-to-Digital Converter)18A,18B,18C、出力バス19、及び定電流回路20A,20B,20Cを含む。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a solid-state imaging device 1 according to the first embodiment. The solid-state imaging device 1 includes a pixel array 11, a vertical shift register 12, a horizontal shift register 13, row selection lines 14A, 14B, and 14C, pulse power supply lines 15A, 15B, and 15C, column selection lines 16A, 16B, and 16C, and a correlated double. Sampling (CDS: Correlated Double Sampling) circuits 17A, 17B, 17C, analog-to-digital converter (ADC) 18A, 18B, 18C, output bus 19, and constant current circuits 20A, 20B, 20C Including.

画素アレイ11は複数の画素21がアレイ状に配置された領域である。図1においては、説明を容易にするため3×3の画素数を有する構成が示されているが、画素アレイ11の構成はこれに限られるものではない。   The pixel array 11 is an area where a plurality of pixels 21 are arranged in an array. In FIG. 1, a configuration having 3 × 3 pixels is shown for ease of explanation, but the configuration of the pixel array 11 is not limited to this.

先ず、垂直シフトレジスタ12により複数の行選択線14A〜14Cから1つの行選択線14Aが選択される。選択された行選択線14Aに接続された画素21A,21B,21Cの電荷信号が列選択線16A〜16Cに出力される。電荷信号とは、入射光が光電変換されることにより発生する電気の量を示す信号である。電荷信号はCDS回路17A〜17Cによりそのノイズが除去された後、ADC18A〜18Cにより10ビットのデジタル信号に変換される。変換されたデジタル信号は水平シフトレジスタ13により選択された列毎に、出力バス19を通して固体撮像素子1外に出力される。定電流源20A〜20Cは各画素21内にあるアンプトランジスタとソースフォロア動作を行う。垂直シフトレジスタ12は画素21から電荷信号を読み出す動作を制御するためのパルス電源線15A〜15Cの選択も行う。   First, one row selection line 14A is selected from the plurality of row selection lines 14A to 14C by the vertical shift register 12. The charge signals of the pixels 21A, 21B, and 21C connected to the selected row selection line 14A are output to the column selection lines 16A to 16C. The charge signal is a signal indicating the amount of electricity generated by photoelectric conversion of incident light. After the noise is removed by the CDS circuits 17A to 17C, the charge signals are converted into 10-bit digital signals by the ADCs 18A to 18C. The converted digital signal is output to the outside of the solid-state imaging device 1 through the output bus 19 for each column selected by the horizontal shift register 13. The constant current sources 20A to 20C perform a source follower operation with an amplifier transistor in each pixel 21. The vertical shift register 12 also selects the pulse power supply lines 15 </ b> A to 15 </ b> C for controlling the operation of reading the charge signal from the pixel 21.

図2〜図5は、第1の実施形態にかかる固体撮像素子1の製造工程を例示する図である。先ず、図2に示すように、単結晶からなるシリコン基板100上に、通常のLSI(Large Scale Integration)製造工程を用いてリセットトランジスタ101、アンプトランジスタ102、及び分離領域103を形成する。   2-5 is a figure which illustrates the manufacturing process of the solid-state image sensor 1 concerning 1st Embodiment. First, as shown in FIG. 2, a reset transistor 101, an amplifier transistor 102, and an isolation region 103 are formed on a single crystal silicon substrate 100 using a normal LSI (Large Scale Integration) manufacturing process.

次に、図3に示すように、シリコン基板100上に第1の中間層104を形成する。第1の中間層104の形成は、例えば化学気相堆積(CVD:Chemical Vapor Deposition)法を用いてシリコン酸化膜を500nm程度の厚さに堆積させることにより行われる。   Next, as shown in FIG. 3, a first intermediate layer 104 is formed on the silicon substrate 100. The first intermediate layer 104 is formed by depositing a silicon oxide film to a thickness of about 500 nm by using, for example, a chemical vapor deposition (CVD) method.

次に、リセットトランジスタ101のソース側拡散層105と接続する第1のコンタクトビア107、及びアンプトランジスタ102のゲート106と接続する第2のコンタクトビア108を形成する。両コンタクトビア107,108の形成は、例えばフォトリソグラフィー技術及び反応性イオンエッチング(RIE:Reactive Ion Etching)法を用いて第1の中間層104に開口を形成し、CVD法を用いて当該開口にタングステンを堆積させ、その表面を化学機械研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)法を用いて平坦化することにより行われる。   Next, a first contact via 107 connected to the source-side diffusion layer 105 of the reset transistor 101 and a second contact via 108 connected to the gate 106 of the amplifier transistor 102 are formed. The contact vias 107 and 108 are formed by forming an opening in the first intermediate layer 104 using, for example, a photolithography technique and a reactive ion etching (RIE) method, and then using the CVD method. Tungsten is deposited and the surface thereof is planarized by using a chemical mechanical polishing (CMP) method.

次に、図4に示すように、第1の中間層104上に第1の配線層109を形成する。第1の配線層109の形成は、例えばスパッタ法を用いてアルミニウムを300nm程度の厚さに堆積させた後、フォトリソグラフィー技術及びRIE法を用いて配線パターンを形成することにより行われる。第1の配線層109は第1のコンタクトビア107及び第2のコンタクトビア108と接続する。   Next, as shown in FIG. 4, a first wiring layer 109 is formed on the first intermediate layer 104. The first wiring layer 109 is formed by, for example, depositing aluminum to a thickness of about 300 nm using a sputtering method and then forming a wiring pattern using a photolithography technique and an RIE method. The first wiring layer 109 is connected to the first contact via 107 and the second contact via 108.

次に、第1の中間層104及び第1の配線層109上に第2の中間層110を形成する。第2の中間層110の形成は、例えばCVD法を用いてシリコン酸化膜を2000nm程度の厚さに堆積させることにより行われる。   Next, the second intermediate layer 110 is formed over the first intermediate layer 104 and the first wiring layer 109. The formation of the second intermediate layer 110 is performed by depositing a silicon oxide film to a thickness of about 2000 nm using, for example, a CVD method.

次に、第2の中間層110にスルービア111を形成する。スルービア111の形成は、例えばフォトリソグラフィー技術及びRIE法を用いて第2の中間層110に開口を形成し、CVD法を用いて当該開口にタングステンを堆積させ、CMP法を用いてその表面を平坦化することにより行われる。   Next, a through via 111 is formed in the second intermediate layer 110. The through via 111 is formed by, for example, forming an opening in the second intermediate layer 110 using a photolithography technique and an RIE method, depositing tungsten in the opening using a CVD method, and planarizing the surface using a CMP method. This is done by

リセットトランジスタ101のソース側拡散層105、アンプトランジスタ102のゲート106、第1のコンタクトビア107、第2のコンタクトビア108、第1の配線層109、及びスルービア111をまとめて、画素信号配線と称する。   The source side diffusion layer 105 of the reset transistor 101, the gate 106 of the amplifier transistor 102, the first contact via 107, the second contact via 108, the first wiring layer 109, and the through via 111 are collectively referred to as a pixel signal wiring. .

次に、第2の中間層110の上端部に下部電極112(第2の電極)を形成する。下部電極112の形成は、例えばフォトリソグラフィー技術及びRIE法を用いて第2の中間層110に深さ300nm程度の溝パターンを形成し、CVD法を用いて当該溝パターンにタングステンを堆積させ、CMP法を用いてその表面を平坦化することにより行われる。   Next, a lower electrode 112 (second electrode) is formed on the upper end portion of the second intermediate layer 110. The lower electrode 112 is formed by forming a groove pattern with a depth of about 300 nm in the second intermediate layer 110 using, for example, a photolithography technique and an RIE method, depositing tungsten on the groove pattern using a CVD method, and performing CMP. This is done by flattening the surface using a method.

下部電極112としては、タングステンに限られるものではなく、ITO、Al、TiN等を用いることもできる。   The lower electrode 112 is not limited to tungsten, and ITO, Al, TiN, or the like can also be used.

次に、下部電極112上に電荷蓄積層113を形成する。本実施形態では、電荷蓄積層113はタングステンの酸化層である。例えば、タングステンを成膜した後、大気中に数日さらすことにより、厚さ25nm程度のタングステンの自然酸化膜を形成することができる。また、タングステンを成膜した後、酸素アニール、酸素プラズマ処理、又はタングステンターゲットを用い、酸素及びアルゴン雰囲気中でスパッタ成膜することによっても、タングステンの酸化層を形成することができる。   Next, the charge storage layer 113 is formed on the lower electrode 112. In this embodiment, the charge storage layer 113 is a tungsten oxide layer. For example, a tungsten natural oxide film having a thickness of about 25 nm can be formed by depositing tungsten and exposing it to the atmosphere for several days. Further, after the tungsten film is formed, the tungsten oxide layer can also be formed by oxygen annealing, oxygen plasma treatment, or sputter film formation in an oxygen and argon atmosphere using a tungsten target.

電荷蓄積層113として、MoO、TiO、HfO、WO等(Xは自然数)の二元型遷移金属酸化物、又はSTO(チタン酸ストロンチウム:SrTiO)、BTO(チタン酸バリウム:BaTiO)等のペロブスカイト型酸化物を用いることができる。このとき、強誘電性も併せ持つことから、WOの酸素の価数(X)は3であることが望ましい。また、電荷蓄積層113は、下部電極112上にスパッタ法、蒸着法、原子層堆積法(Atomic Layer Deposition)等を用いて形成することも可能である。 As the charge storage layer 113, a binary transition metal oxide such as MoO x , TiO x , HfO x , WO x or the like (X is a natural number), or STO (strontium titanate: SrTiO 3 ), BTO (barium titanate: BaTiO 3 ). Perovskite type oxides such as 3 ) can be used. At this time, since it also has ferroelectricity, it is desirable that the oxygen valence (X) of WO x is 3. The charge storage layer 113 can also be formed on the lower electrode 112 by using a sputtering method, a vapor deposition method, an atomic layer deposition method, or the like.

次に、図5に示すように、下部電極112上に有機膜からなる光電変換層114を形成する。光電変換層114の形成は、例えば真空蒸着法を用いてジメチルキナクリドン及びサブフタロシアニンの共蒸着膜を200nm程度の厚さに形成することにより行われる。   Next, as shown in FIG. 5, a photoelectric conversion layer 114 made of an organic film is formed on the lower electrode 112. The photoelectric conversion layer 114 is formed by forming a co-deposited film of dimethylquinacridone and subphthalocyanine to a thickness of about 200 nm using, for example, a vacuum deposition method.

次に、光電変換層114上に上部電極115(第1の電極)を形成する。上部電極115の形成は、例えばスパッタ法を用いて透明電極となるITO(Indium Tin Oxide)膜を50nm程度の厚さに形成し、リソグラフィー技術、ヨウ化水素、及びアルゴンガスを用いたRIEによりエッチングを行い、ITO膜をライン状にパターニングすることにより行われる。   Next, the upper electrode 115 (first electrode) is formed over the photoelectric conversion layer 114. The upper electrode 115 is formed by, for example, forming an ITO (Indium Tin Oxide) film to be a transparent electrode with a thickness of about 50 nm using a sputtering method, and etching by RIE using a lithography technique, hydrogen iodide, and argon gas. And patterning the ITO film in a line.

次に、上部電極115上に保護膜116を形成する。保護膜116の形成は、例えばCVD法を用いてシリコン窒化膜を400nm程度の厚さに形成することにより行われる。   Next, a protective film 116 is formed on the upper electrode 115. The protective film 116 is formed by forming a silicon nitride film with a thickness of about 400 nm by using, for example, a CVD method.

上部電極115及び保護膜116の透過率は、波長400nm〜700nmの範囲で90%以上であることが好ましい。   The transmittance of the upper electrode 115 and the protective film 116 is preferably 90% or more in the wavelength range of 400 nm to 700 nm.

下部電極112、電荷蓄積層113、光電変換層114、上部電極115、及び保護膜116を、有機光電変換構造117と称する。   The lower electrode 112, the charge storage layer 113, the photoelectric conversion layer 114, the upper electrode 115, and the protective film 116 are referred to as an organic photoelectric conversion structure 117.

光電変換層114は、例えばp型有機半導体単層、n型有機半導体層単層、又はp型有機半導体層とn型有機半導体層との混合膜であり得る。当該混合膜は、例えばp型有機半導体層とn型有機半導体層との積層構造、又はp型有機半導体層とn型有機半導体層とを混合塗布又は共蒸着させた混合構造であり得る。   The photoelectric conversion layer 114 can be, for example, a p-type organic semiconductor single layer, an n-type organic semiconductor layer single layer, or a mixed film of a p-type organic semiconductor layer and an n-type organic semiconductor layer. The mixed film may be, for example, a stacked structure of a p-type organic semiconductor layer and an n-type organic semiconductor layer, or a mixed structure in which a p-type organic semiconductor layer and an n-type organic semiconductor layer are mixedly coated or co-deposited.

p型有機半導体及びn型有機半導体として、「アミン誘導体」、「キナクリドン誘導体」、「ナフタレン誘導体」、「アントラセン誘導体」、「フェナントレン誘導体」、「テトラセン誘導体」、「ピレン誘導体」、「ペリレン誘導体」、「フルオランテン誘導体」、「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、又はジアセチレンの重合体及びその誘導体」、「ジチオール金属錯体系色素」、「金属フタロシアニン色素」、「金属ポルフィリン色素」、「ルテニウム錯体色素」、「シアニン系色素」、「メロシアニン系色素」、「フェニルキサンテン系色素」、「トリフェニルメタン系色素」、「ロダシアニン系色素」、「キサンテン系色素」、「大環状アザアヌレン系色素」、「アズレン系色素」、「ナフトキノン」、「アントラキノン系色素」、「アントラセン、ピレン等の縮合多環芳香族、芳香環、又は複素環化合物が縮合した鎖状化合物」、「スクアリリウム基及びクロコニックメチン基を結合鎖として持つキノリン」、「ベンゾチアゾール、ベンゾオキサゾール等の二つの含窒素複素環、又はスクアリリウム基及びクロコニックメチン基により結合したシアニン系類似の色素」等を用いることができる。また、n型有機半導体として、「C60、C70等のフラーレン及びその誘導体」を用いることができる。   As p-type organic semiconductors and n-type organic semiconductors, “amine derivatives”, “quinacridone derivatives”, “naphthalene derivatives”, “anthracene derivatives”, “phenanthrene derivatives”, “tetracene derivatives”, “pyrene derivatives”, “perylene derivatives” , "Fluoranthene derivatives", "phenylene vinylene, fluorene, carbazole, indole, pyrene, pyrrole, picoline, thiophene, acetylene, or diacetylene polymers and derivatives thereof", "dithiol metal complex dyes", "metal phthalocyanine dyes" , “Metal porphyrin dyes”, “ruthenium complex dyes”, “cyanine dyes”, “merocyanine dyes”, “phenylxanthene dyes”, “triphenylmethane dyes”, “rhodocyanine dyes”, “xanthene dyes” "," Macrocyclic Azaa "Len dyes", "Azulene dyes", "Naphthoquinones", "Anthraquinone dyes", "Linear compounds condensed with condensed polycyclic aromatic, aromatic or heterocyclic compounds such as anthracene and pyrene", "Squarylium Quinoline having a croconic methine group and a croconic methine group "," cyanine-like dyes linked by two nitrogen-containing heterocycles such as benzothiazole and benzoxazole, or squarylium group and croconic methine group " Can do. As the n-type organic semiconductor, “fullerene such as C60 and C70 and derivatives thereof” can be used.

光電変換効率の観点からは、光電変換層114はp型有機半導体とn型有機半導体との混合膜であることが好ましい。この場合、p型有機半導体としては、アミン、キナクリドン、チオフェン、カルバゾール等を含む誘導体及び重合体が好ましく、n型有機半導体としては、ペリレン誘導体、ナフタレン誘導体、チオフェン誘導体、又はフラーレン誘導体が好ましい。   From the viewpoint of photoelectric conversion efficiency, the photoelectric conversion layer 114 is preferably a mixed film of a p-type organic semiconductor and an n-type organic semiconductor. In this case, the p-type organic semiconductor is preferably a derivative or polymer containing amine, quinacridone, thiophene, carbazole, or the like, and the n-type organic semiconductor is preferably a perylene derivative, a naphthalene derivative, a thiophene derivative, or a fullerene derivative.

図6は、第1の実施形態にかかる画素21Aの回路構成を例示する図である。アンプトランジスタ102(第2の素子)は電荷蓄積層113に蓄積された電荷を示す電荷信号が入力されるトランジスタである。アンプトランジスタ102は画素信号配線118(ソース側拡散層105、ゲート106、第1のコンタクトビア107、第2のコンタクトビア108、第1の配線層109、及びスルービア111)の電位に応じた出力を行う。なお、電荷信号が入力される素子はこれに限定されるものではない。   FIG. 6 is a diagram illustrating a circuit configuration of the pixel 21A according to the first embodiment. The amplifier transistor 102 (second element) is a transistor to which a charge signal indicating the charge accumulated in the charge accumulation layer 113 is input. The amplifier transistor 102 outputs in accordance with the potential of the pixel signal wiring 118 (the source side diffusion layer 105, the gate 106, the first contact via 107, the second contact via 108, the first wiring layer 109, and the through via 111). Do. Note that an element to which a charge signal is input is not limited to this.

リセットトランジスタ101(第1の素子)は電荷蓄積層113に蓄積された電荷をリセットするための制御信号を生成するトランジスタである。リセットトランジスタ101は有機光電変換構造117(下部電極112、電荷蓄積層113、光電変換層114、上部電極115、及び保護膜116)に定電流を流すための定電流源となる。なお、制御信号を生成する素子はこれに限定されるものではない。   The reset transistor 101 (first element) is a transistor that generates a control signal for resetting the charge accumulated in the charge accumulation layer 113. The reset transistor 101 serves as a constant current source for supplying a constant current to the organic photoelectric conversion structure 117 (the lower electrode 112, the charge storage layer 113, the photoelectric conversion layer 114, the upper electrode 115, and the protective film 116). The element that generates the control signal is not limited to this.

有機光電変換構造117の上部電極115には、パルス電源139から正負両極性の電圧が印加される。選択トランジスタ140は行選択線14Aにより選択された画素21Aの信号の出力スイッチングを行うことで、逐次読出しを行う。アンプトランジスタ102からの出力は列選択線16Aに出力される。   A positive and negative voltage is applied from the pulse power source 139 to the upper electrode 115 of the organic photoelectric conversion structure 117. The selection transistor 140 performs sequential readout by switching the output of the signal of the pixel 21A selected by the row selection line 14A. The output from the amplifier transistor 102 is output to the column selection line 16A.

以下に図7〜図9を参照して有機光電変換構造117における電荷蓄積層113の作用効果を説明する。図7は、第1の実施形態にかかる有機光電変換構造117の印加電圧と電流密度との関係(電流−電圧特性の入射光量依存性)を例示するグラフである。図7の縦軸は電流値の絶対値の対数を表している。矢印51で示す点(Vrst)及び矢印52A,52Bで示す点(Vsig_1.2及びVsig_187)において、有機光電変換構造117を流れる電流の向きが反転したことが示されている。   Hereinafter, the function and effect of the charge storage layer 113 in the organic photoelectric conversion structure 117 will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a graph illustrating the relationship between applied voltage and current density (dependence of current-voltage characteristics on incident light amount) of the organic photoelectric conversion structure 117 according to the first embodiment. The vertical axis in FIG. 7 represents the logarithm of the absolute value of the current value. The point indicated by the arrow 51 (Vrst) and the points indicated by the arrows 52A and 52B (Vsig_1.2 and Vsig_187) indicate that the direction of the current flowing through the organic photoelectric conversion structure 117 is reversed.

図8A〜図8Dは、有機光電変換構造117のエネルギーバンド図及び電圧印加状態を例示するグラフである。図7のグラフの正側が順方向バイアス側(図8A〜図8DのW電極側にプラス電圧(+Vf)を印加)であり、負側が逆方向バイアス側(図8A〜図DのW電極側にマイナス電圧(−Vr)を印加)である。   8A to 8D are graphs illustrating an energy band diagram and a voltage application state of the organic photoelectric conversion structure 117. The positive side of the graph of FIG. 7 is the forward bias side (plus voltage (+ Vf) is applied to the W electrode side of FIGS. 8A to 8D), and the negative side is the reverse bias side (to the W electrode side of FIGS. 8A to D). Minus voltage (-Vr) is applied).

+Vf側から−Vr側へ電圧掃引を行うと、+Vf領域で電流の向きが反転するが、この反転電圧値(Vrst)は光電変換層114の光起電力にほぼ等しい。これは、図8A及び図8Bに示すように、下部電極(W)112から電荷蓄積層113への暗電流電荷e(電子)の注入による界面電荷対が+Vf印加により放出され、真空準位シフトがリセットされることにより、光電変換層114を構成するp型及びn型有機半導体のHOMO(Highest Occupied Molecular Orbital)−LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital)エネルギー差が現れるためと考えられる。よって、+Vf側から−Vr側へ電圧掃引を行うと、光入射量等の外部条件に拠らない材料固有の一定値が表れ、電荷蓄積層113がリセットされた状態となる。   When a voltage sweep is performed from the + Vf side to the −Vr side, the direction of the current is inverted in the + Vf region, but this inverted voltage value (Vrst) is substantially equal to the photovoltaic power of the photoelectric conversion layer 114. As shown in FIGS. 8A and 8B, the interface charge pair due to the injection of dark current charge e (electrons) from the lower electrode (W) 112 to the charge storage layer 113 is released by + Vf application, and the vacuum level shift occurs. This is considered to be because a HOMO (Highest Occupied Molecular Orbital) -LUMO (Lowest Unoccupied Molecular Orbital) energy difference between the p-type and n-type organic semiconductors constituting the photoelectric conversion layer 114 appears. Therefore, when a voltage sweep is performed from the + Vf side to the −Vr side, a constant value unique to the material that does not depend on external conditions such as the amount of incident light appears, and the charge storage layer 113 is reset.

−Vf側から+Vr側へ電圧掃引を行うと、−Vf領域で電流の向きが反転する。これは、図8Bに示すように、下部電極112から電荷蓄積層113への暗電流電荷(電子)の注入による界面電荷対が発生し、真空準位シフトが起こるためであると考えられる。このとき、図7に示すように、当該真空準位シフト量は入射光量依存性を示す。その理由は次のように考えられる。入射光量が少ない場合(図8C)には、光電変換層114で生じた光電荷(四角枠付で示すホールh)は電荷蓄積層113の価電子帯を通った後下部電極(W)112に至る。そのため、真空準位シフトの影響が生ずる。一方、入射光量が多い場合(図8D)には、光電変換層114で生じた光電荷(四角枠付で示すホールh)は、電荷蓄積層113の価電子帯がホールで埋まるため、直接下部電極(W)112に至る。そのため、真空準位シフトの影響が小さくなる。入射光量が多くなると、見かけの真空準位シフト量(Vrst−Vsig)は減少する。   When a voltage sweep is performed from the −Vf side to the + Vr side, the current direction is reversed in the −Vf region. This is presumably because, as shown in FIG. 8B, an interface charge pair is generated by injection of dark current charges (electrons) from the lower electrode 112 into the charge storage layer 113, and a vacuum level shift occurs. At this time, as shown in FIG. 7, the amount of shift in the vacuum level shows dependency on the amount of incident light. The reason is considered as follows. When the amount of incident light is small (FIG. 8C), the photocharge generated in the photoelectric conversion layer 114 (hole h shown with a square frame) passes through the valence band of the charge storage layer 113 and then reaches the lower electrode (W) 112. It reaches. Therefore, the influence of the vacuum level shift occurs. On the other hand, when the amount of incident light is large (FIG. 8D), the photocharge generated in the photoelectric conversion layer 114 (hole h shown with a square frame) is directly below the valence band of the charge storage layer 113 because it is filled with holes. The electrode (W) 112 is reached. Therefore, the influence of the vacuum level shift is reduced. As the amount of incident light increases, the apparent vacuum level shift amount (Vrst−Vsig) decreases.

図9は、入射光量と真空準位シフト量(Vrst−Vsig)との関係(入射光量依存性)を例示するグラフである。真空準位シフト量ΔV=Vrst−Vsigは光検出に十分大きな値を示し、且つ入射光量に対して単調減少となる依存性を示す。図9に示すように、真空準位シフト量は入射光量が大きいときよりも入射光量が小さいときの方が大きい。従って、本実施形態にかかる有機光電変換構造117を備える固定撮像素子1によれば、ダイナミックレンジの拡張が可能である。   FIG. 9 is a graph illustrating the relationship (incident light amount dependency) between the incident light amount and the vacuum level shift amount (Vrst−Vsig). The vacuum level shift amount ΔV = Vrst−Vsig shows a sufficiently large value for light detection, and shows a dependency that monotonously decreases with respect to the amount of incident light. As shown in FIG. 9, the amount of vacuum level shift is larger when the amount of incident light is smaller than when the amount of incident light is large. Therefore, according to the fixed imaging device 1 including the organic photoelectric conversion structure 117 according to the present embodiment, the dynamic range can be expanded.

真空準位シフト量は電荷蓄積層113内の注入電荷量に依存する。従って、電荷蓄積層113の下部電極112に対する面積の割合を変えることにより、真空準位シフト量を任意に調整することが可能である。従って、本実施形態にかかる有機光電変換構造117を備える固定撮像素子1によれば、ゲイン値の設計が容易となる。電荷蓄積層113の下部電極112に対する面積の割合は、例えば40%程度であることが好ましい。電荷蓄積層113の面積の調整は、表面酸化処理における酸化時間、O流量、プラズマ条件等のプロセス条件の変更、フォトリソグラフィー及びエッチングを用いたパターニング等により行うことができる。 The amount of vacuum level shift depends on the amount of charge injected into the charge storage layer 113. Accordingly, the amount of vacuum level shift can be arbitrarily adjusted by changing the ratio of the area of the charge storage layer 113 to the lower electrode 112. Therefore, according to the fixed imaging device 1 including the organic photoelectric conversion structure 117 according to the present embodiment, the gain value can be easily designed. The ratio of the area of the charge storage layer 113 to the lower electrode 112 is preferably about 40%, for example. The area of the charge storage layer 113 can be adjusted by changing the process conditions such as the oxidation time, the O 2 flow rate, and the plasma conditions in the surface oxidation process, patterning using photolithography and etching, and the like.

以下に図10〜図12を参照して画素21Aからの電荷信号の読出し方法について述べる。図10は、第1の実施形態にかかる有機光電変換構造117の電流・電圧特性から見た各バイアスの印加状態を例示するグラフである。本例では、定電流印加時の真空準位シフト量(Vrst−Vsig)を電荷信号として読み出す。図11は、第1の実施形態にかかる画素21Aの回路構成及び各ノードのバイアス名を例示する図である。図12は、第1の実施形態にかかる固体撮像素子1において電荷信号を読み出す際のタイミングチャートを例示する図である。図12中、左端に記載されているバイアス名は図11に示す各ノードのバイアス名に対応している。   Hereinafter, a method for reading a charge signal from the pixel 21A will be described with reference to FIGS. FIG. 10 is a graph illustrating the application state of each bias as viewed from the current / voltage characteristics of the organic photoelectric conversion structure 117 according to the first embodiment. In this example, the vacuum level shift amount (Vrst−Vsig) when a constant current is applied is read out as a charge signal. FIG. 11 is a diagram illustrating a circuit configuration of the pixel 21A according to the first embodiment and a bias name of each node. FIG. 12 is a diagram illustrating a timing chart when the charge signal is read in the solid-state imaging device 1 according to the first embodiment. In FIG. 12, the bias name written at the left end corresponds to the bias name of each node shown in FIG.

先ず、パルス電源139により上部電極115に負電圧を印加する。これにより、有機光電変換構造117に順方向バイアスが印加され、電荷蓄積層113中の注入電荷がリセットされる。このリセット動作は読出しのタイミングの直前に行われてもよいし、図12に示すように、いわゆる電子シャッターとして読出しタイミングの複数行前に行われてもよい。   First, a negative voltage is applied to the upper electrode 115 by the pulse power source 139. As a result, a forward bias is applied to the organic photoelectric conversion structure 117 and the injected charge in the charge storage layer 113 is reset. This reset operation may be performed immediately before the read timing, or may be performed as a so-called electronic shutter a plurality of rows before the read timing as shown in FIG.

次に、パルス電源139により上部電極115に正電圧を印加する。これにより、有機光電変換構造117に逆方向バイアスが印加され、電荷蓄積層113中に電荷が注入され、光電変換層114による光電変換が行われる。ここでは、蓄積動作は必要なく、光入射時の電流量の変化が読み取られる。電荷蓄積層113への電荷注入が完了し、安定した後に読出しが可能となる。   Next, a positive voltage is applied to the upper electrode 115 by the pulse power source 139. As a result, a reverse bias is applied to the organic photoelectric conversion structure 117, charges are injected into the charge storage layer 113, and photoelectric conversion by the photoelectric conversion layer 114 is performed. Here, no accumulation operation is required, and a change in the amount of current at the time of light incidence is read. Reading is possible after charge injection into the charge storage layer 113 is completed and stabilized.

次に、選択トランジスタ140をONにし、列選択線16Aへの電荷信号の出力が可能となった後、リセットトランジスタ101のゲートバイアスを所定の定電流が得られるように設定する。これにより、アンプトランジスタ102のゲートノードの電位は電荷信号の出力値であるVsigとなる。この出力値Vsigを、列選択線16Aを介してCDS回路17Aに記憶させる。   Next, after the selection transistor 140 is turned on and a charge signal can be output to the column selection line 16A, the gate bias of the reset transistor 101 is set so as to obtain a predetermined constant current. As a result, the potential of the gate node of the amplifier transistor 102 becomes Vsig which is the output value of the charge signal. This output value Vsig is stored in the CDS circuit 17A via the column selection line 16A.

その後、再度パルス電源139により上部電極115に負電圧を印加することにより、有機光電変換構造117に順方向バイアスを印加し、電荷蓄積層113中の注入電荷をリセットする。このとき、リセットトランジスタ101のゲートバイアスを所定の定電流が得られるように設定し、アンプトランジスタ102のゲートノード電位としてのリセット電位Vrstが出力されるようにする。そして、この出力値Vrstを、列選択線16Aを介してCDS回路17Aに送ることにより、真空準位シフト量Vrst−Vsigが所得される。   After that, by applying a negative voltage to the upper electrode 115 again by the pulse power source 139, a forward bias is applied to the organic photoelectric conversion structure 117, and the injected charge in the charge storage layer 113 is reset. At this time, the gate bias of the reset transistor 101 is set so as to obtain a predetermined constant current so that the reset potential Vrst as the gate node potential of the amplifier transistor 102 is output. Then, this output value Vrst is sent to the CDS circuit 17A via the column selection line 16A, so that the vacuum level shift amount Vrst−Vsig is obtained.

リセット読出し時におけるアンプトランジスタ102のゲート電圧が負電圧となる場合がある。この場合には、アンプトランジスタ102として、ノーマリーオンタイプのトランジスタを用いればよい。   The gate voltage of the amplifier transistor 102 at the time of reset read may be a negative voltage. In this case, a normally-on type transistor may be used as the amplifier transistor 102.

上記固定撮像素子1によれば、リセットトランジスタ101と接続する電極とアンプトランジスタ102と接続する電極とが共通の部材(第1の配線層109、スルービア111、及び下部電極112)により構成されているため、小型化が容易となる。また、真空準位シフト量は入射光量が大きいときよりも入射光量が小さいときの方が大きくなるため、ダイナミックレンジの拡張が可能となる。また、電荷蓄積層113の下部電極112に対する面積の割合を変えることにより、真空準位シフト量を任意に調整することが可能であるため、ゲイン値の設計が容易となる。以上のことから、上記実施形態によれば、高性能で且つ小型化に適した撮像素子を提供することが可能となる。   According to the fixed imaging element 1, the electrode connected to the reset transistor 101 and the electrode connected to the amplifier transistor 102 are configured by a common member (first wiring layer 109, through via 111, and lower electrode 112). Therefore, downsizing becomes easy. Further, since the vacuum level shift amount becomes larger when the incident light amount is smaller than when the incident light amount is large, the dynamic range can be expanded. Further, since the amount of vacuum level shift can be arbitrarily adjusted by changing the ratio of the area of the charge storage layer 113 to the lower electrode 112, the gain value can be easily designed. From the above, according to the above-described embodiment, it is possible to provide an image sensor that has high performance and is suitable for downsizing.

以下、図面を参照して他の実施形態について説明するが、上記第1の実施形態と同一又は同様の作用効果を奏する箇所については同一の符号を付してその説明を省略する。   Hereinafter, other embodiments will be described with reference to the drawings, but the same or similar portions as those of the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

(第2の実施形態)
図13は、第2の実施形態にかかる固体撮像素子において電荷信号を読み出す際のタイミングチャートを例示する図である。
(Second Embodiment)
FIG. 13 is a diagram illustrating a timing chart when a charge signal is read out in the solid-state imaging device according to the second embodiment.

第2の実施形態においては、パルス電源139が出力するパルス電圧とリセットトランジスタ101が出力する電圧とに基づいて、電荷蓄積層113のリセットを行う。   In the second embodiment, the charge storage layer 113 is reset based on the pulse voltage output from the pulse power source 139 and the voltage output from the reset transistor 101.

図13に示す第2の実施形態にかかるタイミングチャートのVpulseの波形は、図12に示す第1の実施形態にかかるタイミングチャートと異なっている。第2の実施形態においては、リセット(電子シャッター)時及び電荷読出し時におけるパルス電源139の負バイアス印加をなくし、リセットトランジスタ101により+3.3Vのパルスを供給する。これにより、第1の実施形態と同様の作用効果を得ることができ、回路上から負電源を削除することができる。   The Vpulse waveform of the timing chart according to the second embodiment shown in FIG. 13 is different from the timing chart according to the first embodiment shown in FIG. In the second embodiment, the negative bias is not applied to the pulse power source 139 at the time of reset (electronic shutter) and charge readout, and a pulse of +3.3 V is supplied by the reset transistor 101. Thereby, the same effect as 1st Embodiment can be acquired, and a negative power supply can be deleted from a circuit.

(第3の実施形態)
図14は、第3の実施形態にかかる固体撮像素子2の構成を例示する図である。図15は、第3の実施形態にかかる固体撮像装置2において電荷信号を読み出す際のタイミングチャートを例示する図である。
(Third embodiment)
FIG. 14 is a diagram illustrating the configuration of the solid-state imaging device 2 according to the third embodiment. FIG. 15 is a diagram illustrating a timing chart when a charge signal is read in the solid-state imaging device 2 according to the third embodiment.

第3の実施形態にかかる固体撮像装置2は、画素アレイ11内の全ての上部電極115と接続する1つの部材からなるパルス電源電極144を含む。リセットトランジスタ101から出力される電圧の変化に基づいて、電荷蓄積層113のリセットを行う。   The solid-state imaging device 2 according to the third embodiment includes a pulse power supply electrode 144 made of one member connected to all the upper electrodes 115 in the pixel array 11. Based on the change in voltage output from the reset transistor 101, the charge storage layer 113 is reset.

図14に示す固体撮像装置2は、図1に示す第1の実施形態にかかる固体撮像装置1のパルス電源線15A〜15Cを含んでおらず、これに代わるものとして、全画素21共通の電極であるパルス電源電極144を含んでいる。これにより、光電変換層114上に複雑なパターニングを施す必要をなくすことができる。   The solid-state imaging device 2 shown in FIG. 14 does not include the pulse power supply lines 15A to 15C of the solid-state imaging device 1 according to the first embodiment shown in FIG. The pulse power supply electrode 144 is included. This eliminates the need for complicated patterning on the photoelectric conversion layer 114.

図15に示す第3の実施形態にかかるタイミングチャートのVpulse及びVrst_dの波形が図12に示す第1の実施形態にかかるタイミングチャートと異なっている。   The waveforms of Vpulse and Vrst_d in the timing chart according to the third embodiment shown in FIG. 15 are different from those in the timing chart according to the first embodiment shown in FIG.

第3の実施形態においては、パルス電源139は+1.5VのDCバイアスを印加する。リセットトランジスタ101はリセット時に+3.3V、安定化時及び信号読出し時に−3.3Vのパルスバイアスを印加する。これにより、リセット時における順方向電圧の印加電圧値が低くなるが、順方向電流は逆方向に比べ大きくなるため、十分にリセット機能を果たすことができる。   In the third embodiment, the pulse power source 139 applies a DC bias of + 1.5V. The reset transistor 101 applies a pulse bias of +3.3 V at reset, and −3.3 V at stabilization and signal readout. As a result, the applied voltage value of the forward voltage at the time of reset is lowered, but the forward current is larger than that in the reverse direction, so that the reset function can be sufficiently achieved.

(第4の実施形態)
以下に、上記固体撮像素子1,2の搭載例を示す。図16は、第4の実施形態にかかる半導体チップ201の構成を例示する図である。半導体チップ201は基板211及び半導体素子212を含む。半導体素子212は基板211上に固定されている。
半導体素子212は上記固体撮像素子1,2を含み、光電変換処理を行う。このような半導体チップ201は、例えば撮像装置の一部として使用され得る。
(Fourth embodiment)
Examples of mounting the solid-state imaging devices 1 and 2 will be shown below. FIG. 16 is a diagram illustrating the configuration of a semiconductor chip 201 according to the fourth embodiment. The semiconductor chip 201 includes a substrate 211 and a semiconductor element 212. The semiconductor element 212 is fixed on the substrate 211.
The semiconductor element 212 includes the solid-state imaging elements 1 and 2 and performs photoelectric conversion processing. Such a semiconductor chip 201 can be used as a part of an imaging device, for example.

(第5の実施形態)
図17は、第5の実施形態にかかる携帯端末301の構成を例示する図である。携帯端末301は筐体311及び撮像装置312を含む。本例の撮像装置312は筐体311の裏面(ディスプレイが設置された面とは反対側の面)に搭載されている。撮像装置312は上記固体撮像装置1,2又はこれを含む半導体チップ201を含む。
(Fifth embodiment)
FIG. 17 is a diagram illustrating the configuration of the mobile terminal 301 according to the fifth embodiment. The portable terminal 301 includes a housing 311 and an imaging device 312. The imaging device 312 of this example is mounted on the back surface of the housing 311 (the surface opposite to the surface on which the display is installed). The imaging device 312 includes the solid-state imaging devices 1 and 2 or the semiconductor chip 201 including the same.

(第6の実施形態)
図18は、第6の実施形態にかかる自動車401の構成を例示する図である。自動車401は車体411及び撮像装置412を含む。本例の撮像装置412は車体411の後方に搭載されている。撮像装置412は上記固体撮像装置1,2又はこれを含む半導体チップ201を含む。
(Sixth embodiment)
FIG. 18 is a diagram illustrating the configuration of an automobile 401 according to the sixth embodiment. The automobile 401 includes a vehicle body 411 and an imaging device 412. The imaging device 412 of this example is mounted behind the vehicle body 411. The imaging device 412 includes the solid-state imaging devices 1 and 2 or the semiconductor chip 201 including the same.

以上、本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図するものではない。この新規な実施形態はその他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態及びその変形は発明の範囲及び要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. The novel embodiment can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

1,2 固体撮像装置
11 画素アレイ
12 垂直シフトレジスタ
13 水平シフトレジスタ
14A,14B,14C 行選択線
15A,15B,15C パルス電源線
16A,16B,16C 列選択線
17A,17B,17C 相関二重サンプリング(CDS)回路
18A,18B,18C アナログ−デジタル変換回路(ADC)
19 出力バス
20A,20B,20C 定電流回路
21,21A,21B,21C 画素
100 シリコン基板
101 リセットトランジスタ
102 アンプトランジスタ
103 分離領域
104 第1の中間層
105 ソース側拡散層
106 ゲート
107 第1のコンタクトビア
108 第2のコンタクトビア
109 第1の配線層
110 第2の中間層
111 スルービア
112 下部電極
113 電荷蓄積層
114 光電変換層
115 上部電極
116 保護膜
117 有機光電変換構造
118 画素信号配線
139 パルス電源
140 選択トランジスタ
144 パルス電源電極
201 半導体チップ
211 基板
212 半導体素子
301 携帯端末
311 筐体
312,412 撮像装置
401 自動車
411 車体
1, 2 Solid-state imaging device 11 Pixel array 12 Vertical shift register 13 Horizontal shift register 14A, 14B, 14C Row selection line 15A, 15B, 15C Pulse power supply line 16A, 16B, 16C Column selection line 17A, 17B, 17C Correlated double sampling (CDS) circuit 18A, 18B, 18C Analog-digital conversion circuit (ADC)
19 Output bus 20A, 20B, 20C Constant current circuit 21, 21A, 21B, 21C Pixel 100 Silicon substrate 101 Reset transistor 102 Amplifier transistor 103 Isolation region 104 First intermediate layer 105 Source side diffusion layer 106 Gate 107 First contact via 108 second contact via 109 first wiring layer 110 second intermediate layer 111 through via 112 lower electrode 113 charge storage layer 114 photoelectric conversion layer 115 upper electrode 116 protective film 117 organic photoelectric conversion structure 118 pixel signal wiring 139 pulse power supply 140 Selection transistor 144 Pulse power supply electrode 201 Semiconductor chip 211 Substrate 212 Semiconductor element 301 Portable terminal 311 Housing 312 and 412 Imaging device 401 Car 411 Car body

Claims (8)

第1の電極と、
第2の電極と、
前記第1の電極と前記第2の電極との間に配置され、有機膜からなる光電変換層と、
前記光電変換層と前記第2の電極との間に配置され、前記光電変換層により生成された電荷を蓄積する電荷蓄積層と、
前記電荷蓄積層に蓄積された前記電荷をリセットするための制御信号を生成する第1の素子と、
前記電荷蓄積層に蓄積された前記電荷を示す電荷信号が入力される第2の素子と、
前記第1の素子、前記第2の素子、及び前記第2の電極を接続する画素信号配線と、
を備えることを特徴とする撮像素子。
A first electrode;
A second electrode;
A photoelectric conversion layer made of an organic film, disposed between the first electrode and the second electrode;
A charge storage layer that is disposed between the photoelectric conversion layer and the second electrode and stores charges generated by the photoelectric conversion layer;
A first element that generates a control signal for resetting the charge accumulated in the charge accumulation layer;
A second element to which a charge signal indicating the charge accumulated in the charge accumulation layer is input;
A pixel signal wiring connecting the first element, the second element, and the second electrode;
An image pickup device comprising:
前記有機膜は、「アミン誘導体」、「キナクリドン誘導体」、「ナフタレン誘導体」、「アントラセン誘導体」、「フェナントレン誘導体」、「テトラセン誘導体」、「ピレン誘導体」、「ペリレン誘導体」、「フルオランテン誘導体」、「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、又はジアセチレンの重合体及びその誘導体」、「ジチオール金属錯体系色素」、「金属フタロシアニン色素」、「金属ポルフィリン色素」、「ルテニウム錯体色素」、「シアニン系色素」、「メロシアニン系色素」、「フェニルキサンテン系色素」、「トリフェニルメタン系色素」、「ロダシアニン系色素」、「キサンテン系色素」、「大環状アザアヌレン系色素」、「アズレン系色素」、「ナフトキノン」、「アントラキノン系色素」、「アントラセン、ピレン等の縮合多環芳香族、芳香環、又は複素環化合物が縮合した鎖状化合物」、「スクアリリウム基及びクロコニックメチン基を結合鎖として持つキノリン」、「ベンゾチアゾール、ベンゾオキサゾール等の二つの含窒素複素環、又はスクアリリウム基及びクロコニックメチン基により結合したシアニン系類似の色素」、及び「C60又はC70のフラーレン及びその誘導体(前記有機膜がn型有機半導体である場合)」からなる群より選ばれる物質を含む、
ことを特徴とする請求項1に記載の撮像素子。
The organic film is composed of “amine derivative”, “quinacridone derivative”, “naphthalene derivative”, “anthracene derivative”, “phenanthrene derivative”, “tetracene derivative”, “pyrene derivative”, “perylene derivative”, “fluoranthene derivative”, “Polyphenylene vinylene, fluorene, carbazole, indole, pyrene, pyrrole, picoline, thiophene, acetylene, or diacetylene polymer and derivatives thereof”, “dithiol metal complex dyes”, “metal phthalocyanine dyes”, “metal porphyrin dyes” , “Ruthenium complex dyes”, “cyanine dyes”, “merocyanine dyes”, “phenylxanthene dyes”, “triphenylmethane dyes”, “rhodocyanine dyes”, “xanthene dyes”, “macrocyclic azaannulene” Dyes "," azulene " `` Dye '', `` Naphthoquinone '', `` Anthraquinone dye '', `` A chain compound condensed with condensed polycyclic aromatic, aromatic ring or heterocyclic compound such as anthracene, pyrene '', `` Squarylium group and croconic methine group '' “Quinoline having a chain”, “cyanine-like dyes bonded by two nitrogen-containing heterocycles such as benzothiazole and benzoxazole, or squarylium group and croconic methine group”, and “C60 or C70 fullerene and its derivatives ( A substance selected from the group consisting of “when the organic film is an n-type organic semiconductor)”,
The imaging device according to claim 1.
前記電荷蓄積層は、二元型遷移金属酸化物又はペロブスカイト型酸化物からなる、
ことを特徴とする請求項1に記載の撮像素子。
The charge storage layer is made of a binary transition metal oxide or a perovskite oxide,
The imaging device according to claim 1.
前記二元型遷移金属酸化物は、MoO、TiO、HfO、及びWO(Xは自然数)からなる群より選ばれる物質を含む、
ことを特徴とする請求項3に記載の撮像素子。
The binary transition metal oxide includes a material selected from the group consisting of MoO x , TiO x , HfO x , and WO x (X is a natural number).
The imaging device according to claim 3.
前記ペロブスカイト型酸化物は、チタン酸ストロンチウム及びチタン酸バリウムからなる群より選ばれる物質を含む、
ことを特徴とする請求項3に記載の撮像素子。
The perovskite oxide includes a material selected from the group consisting of strontium titanate and barium titanate,
The imaging device according to claim 3.
前記第1の電極に供給される印加電圧をプラス側からマイナス側へ掃引した場合に、前記電荷を示す電流値が前記プラス側の領域で反転し、前記印加電圧をマイナス側からプラス側へ掃引した場合に、前記電流値が前記マイナス側の領域で反転する、
ことを特徴とする請求項1に記載の撮像素子。
When the applied voltage supplied to the first electrode is swept from the plus side to the minus side, the current value indicating the charge is reversed in the plus side region, and the applied voltage is swept from the minus side to the plus side. The current value is inverted in the negative region,
The imaging device according to claim 1.
前記第1の電極、前記第2の電極、前記光電変換層、及び前記電荷蓄積層を含む複数の画素が配列されてなる画素アレイと、
パルス電圧を生成するパルス電源と、
前記パルス電圧を前記各画素の前記第1の電極に供給するパルス電源線と、
を更に備え、
前記パルス電圧及び第1の素子が出力する電圧の変化に応じて前記電荷蓄積層に蓄積された前記電荷がリセットされる、
ことを特徴とする請求項1に記載の撮像素子。
A pixel array in which a plurality of pixels including the first electrode, the second electrode, the photoelectric conversion layer, and the charge storage layer are arranged;
A pulse power supply for generating a pulse voltage;
A pulse power line for supplying the pulse voltage to the first electrode of each pixel;
Further comprising
The charge accumulated in the charge accumulation layer is reset according to a change in the pulse voltage and a voltage output from the first element.
The imaging device according to claim 1.
前記第1の電極、前記第2の電極、前記光電変換層、及び前記電荷蓄積層を含む複数の画素が配列されてなる画素アレイと、
パルス電圧を生成するパルス電源と、
前記パルス電圧を前記各画素の前記第1の電極に供給し、前記画素アレイ内の全ての前記第1の電極と接続する1つの部材からなるパルス電源電極と、
を更に備え、
前記第1の素子が出力する電圧の変化に応じて前記電荷蓄積層に蓄積された前記電荷がリセットされる、
ことを特徴とする請求項1に記載の撮像素子。
A pixel array in which a plurality of pixels including the first electrode, the second electrode, the photoelectric conversion layer, and the charge storage layer are arranged;
A pulse power supply for generating a pulse voltage;
A pulse power supply electrode comprising one member for supplying the pulse voltage to the first electrode of each pixel and connecting to all the first electrodes in the pixel array;
Further comprising
The charge accumulated in the charge accumulation layer is reset according to a change in voltage output from the first element.
The imaging device according to claim 1.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019121804A (en) * 2018-01-10 2019-07-22 パナソニックIpマネジメント株式会社 Image sensor
CN111868795A (en) * 2018-03-20 2020-10-30 松下知识产权经营株式会社 Flame detection system, report system, flame detection method, and program
US11152575B2 (en) 2017-12-04 2021-10-19 Kabushiki Kaisha Toshiba Photoelectric conversion element and radiation detector
US11925040B2 (en) 2021-08-05 2024-03-05 Samsung Electronics Co., Ltd. Hybrid image sensors having optical and short-wave infrared pixels integrated therein

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