JP2019057704A - Photoelectric conversion element and imaging apparatus - Google Patents

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Yosuke Saito
陽介 齊藤
修 榎
Osamu Enoki
修 榎
一郎 竹村
Ichiro Takemura
一郎 竹村
佑樹 根岸
Yuki Negishi
佑樹 根岸
長谷川 雄大
Takehiro Hasegawa
雄大 長谷川
康晴 氏家
Yasuharu Ujiie
康晴 氏家
典一 中山
Norikazu Nakayama
典一 中山
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Abstract

To provide a photoelectric conversion element capable of improving heat resistance and an imaging apparatus.SOLUTION: A photoelectric conversion element according to an embodiment of the present disclosure includes: an anode; a cathode oppositely arranged relative to the anode; a photoelectric conversion layer provided between the anode and the cathode; and an electronic block layer that is provided between the anode and the photoelectric conversion layer and containing an organic semiconductor material represented by a general formula (1).SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、例えば、有機半導体材料を用いた光電変換素子およびこれを備えた撮像装置に関する。   The present disclosure relates to, for example, a photoelectric conversion element using an organic semiconductor material and an imaging apparatus including the photoelectric conversion element.

有機半導体材料を用いた撮像素子(光電変換素子)では、半導体製造過程における加熱プロセスを経ても、低い暗電流、高い量子効率および高い応答速度といった優れた素子性能を維持することが課題となっている。これに対して、例えば、特許文献1では、有機光電変換膜をガラス転移点(Tg)が100℃以上のp型有機光電変換材料を用いたアモルファス膜として形成し、さらに有機光電変換膜と電極との間に、Tgが140℃以上のブロッキング材料を含むブロッキング層を設けることで、耐熱性を向上させた光電変換素子が開示されている。   An imaging element (photoelectric conversion element) using an organic semiconductor material has a problem of maintaining excellent element performance such as low dark current, high quantum efficiency, and high response speed even after a heating process in a semiconductor manufacturing process. Yes. On the other hand, for example, in Patent Document 1, the organic photoelectric conversion film is formed as an amorphous film using a p-type organic photoelectric conversion material having a glass transition point (Tg) of 100 ° C. or higher, and further, the organic photoelectric conversion film and the electrode A photoelectric conversion element with improved heat resistance by providing a blocking layer containing a blocking material having a Tg of 140 ° C. or higher is disclosed.

特開2011−187937号公報JP 2011-187937 A

このように、例えば、耐熱性に優れた光電変換素子の開発が求められている。   Thus, for example, development of a photoelectric conversion element excellent in heat resistance is required.

耐熱性を向上させることが可能な光電変換素子および撮像装置を提供することが望ましい。   It is desirable to provide a photoelectric conversion element and an imaging device that can improve heat resistance.

本開示の一実施形態の光電変換素子は、陽極と、陽極と対向配置された陰極と、陽極と陰極との間に設けられた光電変換層と、陽極と光電変換層との間に設けられると共に、下記一般式(1)で表される有機半導体材料を含む電子ブロック層とを備えたものである。   A photoelectric conversion element according to an embodiment of the present disclosure is provided between an anode, a cathode disposed opposite to the anode, a photoelectric conversion layer provided between the anode and the cathode, and an anode and the photoelectric conversion layer. And an electron block layer containing an organic semiconductor material represented by the following general formula (1).

Figure 2019057704

(R1,R2,R3,R4は、各々独立して、水素原子または炭素数4以上40以下のアリール基、ヘテロアリール基、カルバゾール基、ジフェニルアミノ基あるいはそれらの誘導体であり、R1,R2,R3,R4のうちの少なくとも1つは、炭素数12以上40以下のカルバゾール基またはジフェニルアミノ基あるいはそれらの誘導体である。)
Figure 2019057704

(R1, R2, R3 and R4 are each independently a hydrogen atom or an aryl group, heteroaryl group, carbazole group, diphenylamino group or derivatives thereof having 4 to 40 carbon atoms, and R1, R2, R3 , R4 is a carbazole group having 12 to 40 carbon atoms, a diphenylamino group, or a derivative thereof.)

本開示の一実施形態の撮像装置は、各画素が1または複数の光電変換素子を含み、この光電変換素子として、上記本開示の一実施形態の光電変換素子を有するものである。   In the imaging apparatus according to an embodiment of the present disclosure, each pixel includes one or a plurality of photoelectric conversion elements, and the photoelectric conversion element according to the embodiment of the present disclosure is included as the photoelectric conversion element.

本開示の一実施形態の光電変換素子および一実施形態の撮像装置では、光電変換層と陽極との間に、上記一般式(1)で表される有機半導体材料を含む電子ブロック層を設けるようにした。これにより、半導体製造過程における加熱プロセスを経ても高い素子特性を維持することが可能となる。   In the photoelectric conversion element according to one embodiment of the present disclosure and the imaging device according to one embodiment, an electronic block layer including the organic semiconductor material represented by the general formula (1) is provided between the photoelectric conversion layer and the anode. I made it. This makes it possible to maintain high device characteristics even after a heating process in the semiconductor manufacturing process.

本開示の一実施形態の光電変換素子および一実施形態の撮像装置によれば、上記一般式(1)で表される有機半導体材料を含む電子ブロック層を光電変換層と陽極との間に設けるようにしたので、半導体製造過程における加熱プロセスを経ても高い素子特性が維持される。即ち、耐熱性に優れた光電変換素子および撮像装置を提供することが可能となる。   According to the photoelectric conversion element of one embodiment of the present disclosure and the imaging device of one embodiment, an electron block layer including the organic semiconductor material represented by the general formula (1) is provided between the photoelectric conversion layer and the anode. Thus, high device characteristics are maintained even after a heating process in the semiconductor manufacturing process. That is, it is possible to provide a photoelectric conversion element and an imaging device that are excellent in heat resistance.

なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれの効果であってもよい。   Note that the effects described here are not necessarily limited, and may be any effects described in the present disclosure.

本開示の第1の実施の形態に係る光電変換素子の構成を表す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram showing the structure of the photoelectric conversion element which concerns on 1st Embodiment of this indication. 図1に示した光電変換素子の単位画素の構成を表す平面模式図である。It is a plane schematic diagram showing the structure of the unit pixel of the photoelectric conversion element shown in FIG. 図1に示した光電変換素子の製造方法を説明するための断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram for demonstrating the manufacturing method of the photoelectric conversion element shown in FIG. 図3に続く工程を表す断面模式図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view illustrating a process following FIG. 3. 本開示の第2の実施の形態に係る光電変換素子の概略構成の一例を表す断面図である。It is sectional drawing showing an example of schematic structure of the photoelectric conversion element which concerns on 2nd Embodiment of this indication. 図5に示した光電変換素子の等価回路図である。FIG. 6 is an equivalent circuit diagram of the photoelectric conversion element shown in FIG. 5. 図5に示した光電変換素子の下部電極および制御部を構成するトランジスタの配置を表わす模式図である。It is a schematic diagram showing arrangement | positioning of the transistor which comprises the lower electrode and control part of the photoelectric conversion element shown in FIG. 図5に示した光電変換素子の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the photoelectric conversion element shown in FIG. 図8に続く工程を表す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional diagram illustrating a process following the process in FIG. 8. 図9に続く工程を表す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional diagram illustrating a process following the process in FIG. 9. 図10に続く工程を表す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional diagram illustrating a process following the process in FIG. 10. 図11に続く工程を表す断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional diagram illustrating a process following the process in FIG. 11. 図12に続く工程を表す断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional diagram illustrating a process following the process in FIG. 12. 図5に示した光電変換素子の一動作例を表すタイミング図である。FIG. 6 is a timing chart illustrating an operation example of the photoelectric conversion element illustrated in FIG. 5. 図1に示した光電変換素子を備えた撮像装置の全体構成を表すブロック図である。It is a block diagram showing the whole structure of the imaging device provided with the photoelectric conversion element shown in FIG. 図15に示した撮像装置を用いた電子機器(カメラ)の一例を表す機能ブロック図である。It is a functional block diagram showing an example of the electronic device (camera) using the imaging device shown in FIG. 体内情報取得システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of a schematic structure of an in-vivo information acquisition system. 本技術が適用され得る内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。1 is a diagram illustrating an example of a schematic configuration of an endoscopic surgery system to which the present technology can be applied. 図18に示したカメラヘッド及びCCUの機能構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of a function structure of the camera head shown in FIG. 18, and CCU. 車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the schematic structural example of a vehicle control system. 撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the installation position of an imaging part.

以下、本開示における実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。以下の説明は本開示の一具体例であって、本開示は以下の態様に限定されるものではない。また、本開示は、各図に示す各構成要素の配置や寸法、寸法比等についても、それらに限定されるものではない。なお、説明する順序は、下記の通りである。
1.第1の実施の形態(陽極と光電変換層との間にベンゾジフラン誘導体を含む電子ブロック層を有する光電変換素子の例)
1−1.光電変換素子の構成
1−2.光電変換素子の製造方法
1−3.作用・効果
2.第2の実施の形態(下部電極を複数の電極から構成した例)
2−1.光電変換素子の構成
2−2.光電変換素子の製造方法
2−3.作用・効果
3.適用例
4.実施例
Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. The following description is one specific example of the present disclosure, and the present disclosure is not limited to the following aspects. In addition, the present disclosure is not limited to the arrangement, dimensions, dimensional ratio, and the like of each component illustrated in each drawing. The order of explanation is as follows.
1. First embodiment (an example of a photoelectric conversion element having an electron block layer containing a benzodifuran derivative between an anode and a photoelectric conversion layer)
1-1. Configuration of photoelectric conversion element 1-2. Manufacturing method of photoelectric conversion element 1-3. Action / Effect Second embodiment (example in which the lower electrode is composed of a plurality of electrodes)
2-1. Configuration of photoelectric conversion element 2-2. Manufacturing method of photoelectric conversion element 2-3. Action and effect Application example 4. Example

<1.第1の実施の形態>
図1は、本開示の第1の実施の形態の光電変換素子(光電変換素子10A)の断面構成を表したものである。光電変換素子10Aは、例えば、裏面照射型(裏面受光型)のCCD(Charge Coupled Device)イメージセンサまたはCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサ等の撮像装置(撮像装置1)において1つの画素(単位画素P)を構成する撮像素子として用いられるものである(図15参照)。光電変換素子10Aは、それぞれ異なる波長域の光を選択的に検出して光電変換を行う1つの有機光電変換部11Gと、2つの無機光電変換部11B,11Rとが縦方向に積層された、いわゆる縦方向分光型のものである。本実施の形態の有機光電変換部11Gは、下部電極15と、電子ブロック層16と、光電変換層17と、上部電極18とがこの順に積層された構成を有する。電子ブロック層16は、後述する一般式(1)で表される有機半導体材料を含んで形成されている。
<1. First Embodiment>
FIG. 1 illustrates a cross-sectional configuration of the photoelectric conversion element (photoelectric conversion element 10 </ b> A) according to the first embodiment of the present disclosure. The photoelectric conversion element 10A is, for example, one pixel (unit) in an imaging device (imaging device 1) such as a backside illumination type (backside light receiving type) CCD (Charge Coupled Device) image sensor or a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor. The pixel P) is used as an imaging device (see FIG. 15). In the photoelectric conversion element 10A, one organic photoelectric conversion unit 11G that selectively detects light in different wavelength ranges and performs photoelectric conversion and two inorganic photoelectric conversion units 11B and 11R are stacked in the vertical direction. This is a so-called longitudinal spectroscopic type. The organic photoelectric conversion unit 11G of the present embodiment has a configuration in which a lower electrode 15, an electron block layer 16, a photoelectric conversion layer 17, and an upper electrode 18 are stacked in this order. The electronic block layer 16 is formed including an organic semiconductor material represented by the general formula (1) described later.

(1−1.光電変換素子の構成)
光電変換素子10Aは、単位画素P毎に、1つの有機光電変換部11Gと、2つの無機光電変換部11B,11Rとが縦方向に積層されものである。有機光電変換部11Gは、半導体基板11の裏面(第1面11S1)側に設けられている。無機光電変換部11B,11Rは、半導体基板11内に埋め込み形成されており、半導体基板11の厚み方向に積層されている。有機光電変換部11Gは、p型半導体およびn型半導体を含んで構成され、層内にバルクヘテロ接合構造を有する光電変換層17を含む。バルクヘテロ接合構造は、p型半導体およびn型半導体が混ざり合うことで形成されたp/n接合面である。
(1-1. Configuration of photoelectric conversion element)
In the photoelectric conversion element 10A, for each unit pixel P, one organic photoelectric conversion unit 11G and two inorganic photoelectric conversion units 11B and 11R are stacked in the vertical direction. The organic photoelectric conversion unit 11G is provided on the back surface (first surface 11S1) side of the semiconductor substrate 11. The inorganic photoelectric conversion units 11 </ b> B and 11 </ b> R are embedded in the semiconductor substrate 11 and are stacked in the thickness direction of the semiconductor substrate 11. The organic photoelectric conversion unit 11G includes a p-type semiconductor and an n-type semiconductor, and includes a photoelectric conversion layer 17 having a bulk heterojunction structure in the layer. The bulk heterojunction structure is a p / n junction surface formed by mixing a p-type semiconductor and an n-type semiconductor.

有機光電変換部11Gと、無機光電変換部11B,11Rとは、互いに異なる波長帯域の光を選択的に検出して光電変換を行うものである。具体的には、有機光電変換部11Gでは、緑(G)の色信号を取得する。無機光電変換部11B,11Rでは、吸収係数の違いにより、それぞれ、青(B)および赤(R)の色信号を取得する。これにより、光電変換素子10Aでは、カラーフィルタを用いることなく一つの画素において複数種類の色信号を取得可能となっている。   The organic photoelectric conversion unit 11G and the inorganic photoelectric conversion units 11B and 11R selectively detect light in different wavelength bands and perform photoelectric conversion. Specifically, the organic photoelectric conversion unit 11G acquires a green (G) color signal. In the inorganic photoelectric conversion units 11B and 11R, blue (B) and red (R) color signals are acquired based on the difference in absorption coefficient. Thereby, in the photoelectric conversion element 10A, it is possible to acquire a plurality of types of color signals in one pixel without using a color filter.

なお、本実施の形態では、光電変換によって生じる電子および正孔の対のうち、正孔を信号電荷として読み出す場合(p型半導体領域を光電変換層とする場合)について説明する。また、図中において、「p」「n」に付した「+(プラス)」は、p型またはn型の不純物濃度が高いことを表し、「++」はp型またはn型の不純物濃度が「+」よりも更に高いことを表している。   Note that in this embodiment, a case where a hole is read as a signal charge out of a pair of electrons and holes generated by photoelectric conversion (a case where a p-type semiconductor region is a photoelectric conversion layer) will be described. In the figure, “+ (plus)” attached to “p” and “n” indicates that the p-type or n-type impurity concentration is high, and “++” indicates that the p-type or n-type impurity concentration is high. It is higher than “+”.

半導体基板11は、例えば、n型のシリコン(Si)基板により構成され、所定領域にpウェル61を有している。pウェル61の第2面(半導体基板11の表面)11S2には、例えば、各種フローティングディフュージョン(浮遊拡散層)FD(例えば、FD1,FD2,FD3)と、各種トランジスタTr(例えば、縦型トランジスタ(転送トランジスタ)Tr1、転送トランジスタTr2、アンプトランジスタ(変調素子)AMPおよびリセットトランジスタRST)と、多層配線70とが設けられている。多層配線70は、例えば、配線層71,72,73を絶縁層74内に積層した構成を有している。また、半導体基板11の周辺部には、ロジック回路等からなる周辺回路(図示せず)が設けられている。   The semiconductor substrate 11 is composed of, for example, an n-type silicon (Si) substrate, and has a p-well 61 in a predetermined region. On the second surface (surface of the semiconductor substrate 11) 11S2 of the p-well 61, for example, various floating diffusions (floating diffusion layers) FD (for example, FD1, FD2, FD3) and various transistors Tr (for example, vertical transistors (for example, vertical transistors) Transfer transistor) Tr1, transfer transistor Tr2, amplifier transistor (modulation element) AMP and reset transistor RST), and multilayer wiring 70 are provided. The multilayer wiring 70 has a configuration in which, for example, wiring layers 71, 72, and 73 are stacked in an insulating layer 74. A peripheral circuit (not shown) made up of a logic circuit or the like is provided in the peripheral portion of the semiconductor substrate 11.

なお、図1では、半導体基板11の第1面11S1側を光入射面S1、第2面11S2側を配線層側S2と表している。   In FIG. 1, the first surface 11S1 side of the semiconductor substrate 11 is represented as a light incident surface S1, and the second surface 11S2 side is represented as a wiring layer side S2.

無機光電変換部11B,11Rは、例えばPIN(Positive Intrinsic Negative)型のフォトダイオードによって構成されており、それぞれ、半導体基板11の所定領域にpn接合を有する。無機光電変換部11B,11Rは、シリコン基板において光の入射深さに応じて吸収される波長帯域が異なることを利用して縦方向に光を分光することを可能としたものである。   The inorganic photoelectric conversion units 11 </ b> B and 11 </ b> R are configured by PIN (Positive Intrinsic Negative) type photodiodes, for example, and each have a pn junction in a predetermined region of the semiconductor substrate 11. The inorganic photoelectric conversion units 11B and 11R can split light in the vertical direction by utilizing the fact that the wavelength band absorbed by the silicon substrate differs depending on the incident depth of light.

無機光電変換部11Bは、青色光を選択的に検出して青色に対応する信号電荷を蓄積させるものであり、青色光を効率的に光電変換可能な深さに設置されている。無機光電変換部11Rは、赤色光を選択的に検出して赤色に対応する信号電荷を蓄積させるものであり、赤色光を効率的に光電変換可能な深さに設置されている。なお、青(B)は、例えば450nm〜495nmの波長帯域、赤(R)は、例えば620nm〜750nmの波長帯域にそれぞれ対応する色である。無機光電変換部11B,11Rはそれぞれ、各波長帯域のうちの一部または全部の波長帯域の光を検出可能となっていればよい。   The inorganic photoelectric conversion unit 11B selectively detects blue light and accumulates signal charges corresponding to blue, and is installed at a depth at which blue light can be efficiently photoelectrically converted. The inorganic photoelectric conversion unit 11R selectively detects red light and accumulates signal charges corresponding to red, and is installed at a depth at which red light can be efficiently photoelectrically converted. Note that blue (B) is a color corresponding to a wavelength band of 450 nm to 495 nm, for example, and red (R) is a color corresponding to a wavelength band of 620 nm to 750 nm, for example. Each of the inorganic photoelectric conversion units 11B and 11R only needs to be able to detect light in a part or all of the wavelength bands.

無機光電変換部11Bおよび無機光電変換部11Rは、具体的には、図1に示したように、それぞれ、例えば、正孔蓄積層となるp+領域と、電子蓄積層となるn領域とを有する(p−n−pの積層構造を有する)。無機光電変換部11Bのn領域は、縦型トランジスタTr1に接続されている。無機光電変換部11Bのp+領域は、縦型トランジスタTr1に沿って屈曲し、無機光電変換部11Rのp+領域につながっている。   Specifically, as shown in FIG. 1, each of the inorganic photoelectric conversion unit 11B and the inorganic photoelectric conversion unit 11R includes, for example, a p + region that becomes a hole accumulation layer and an n region that becomes an electron accumulation layer. (Having a p-n-p stacked structure). The n region of the inorganic photoelectric conversion unit 11B is connected to the vertical transistor Tr1. The p + region of the inorganic photoelectric conversion unit 11B is bent along the vertical transistor Tr1 and connected to the p + region of the inorganic photoelectric conversion unit 11R.

半導体基板11の第2面11S2には、上記のように、例えば、フローティングディフュージョン(浮遊拡散層)FD1,FD2,FD3と、縦型トランジスタ(転送トランジスタ)Tr1と、転送トランジスタTr2と、アンプトランジスタ(変調素子)AMPと、リセットトランジスタRSTとが設けられている。   On the second surface 11S2 of the semiconductor substrate 11, as described above, for example, floating diffusions (floating diffusion layers) FD1, FD2, FD3, vertical transistors (transfer transistors) Tr1, transfer transistors Tr2, and amplifier transistors ( A modulation element AMP and a reset transistor RST are provided.

縦型トランジスタTr1は、無機光電変換部11Bにおいて発生し、蓄積された、青色に対応する信号電荷(ここでは正孔)を、フローティングディフュージョンFD1に転送する転送トランジスタである。無機光電変換部11Bは半導体基板11の第2面11S2から深い位置に形成されているので、無機光電変換部11Bの転送トランジスタは縦型トランジスタTr1により構成されていることが好ましい。   The vertical transistor Tr1 is a transfer transistor that transfers signal charges (here, holes) corresponding to blue color generated and accumulated in the inorganic photoelectric conversion unit 11B to the floating diffusion FD1. Since the inorganic photoelectric conversion unit 11B is formed at a deep position from the second surface 11S2 of the semiconductor substrate 11, it is preferable that the transfer transistor of the inorganic photoelectric conversion unit 11B is configured by a vertical transistor Tr1.

転送トランジスタTr2は、無機光電変換部11Rにおいて発生し、蓄積された赤色に対応する信号電荷(ここでは正孔)を、フローティングディフュージョンFD2に転送するものであり、例えばMOSトランジスタにより構成されている。   The transfer transistor Tr2 transfers the signal charge (here, holes) corresponding to the red color generated and accumulated in the inorganic photoelectric conversion unit 11R to the floating diffusion FD2, and is configured by, for example, a MOS transistor.

アンプトランジスタAMPは、有機光電変換部11Gで生じた電荷量を電圧に変調する変調素子であり、例えばMOSトランジスタにより構成されている。   The amplifier transistor AMP is a modulation element that modulates the amount of charge generated in the organic photoelectric conversion unit 11G into a voltage, and is configured by, for example, a MOS transistor.

リセットトランジスタRSTは、有機光電変換部11GからフローティングディフュージョンFD3に転送された電荷をリセットするものであり、例えばMOSトランジスタにより構成されている。   The reset transistor RST resets the charge transferred from the organic photoelectric conversion unit 11G to the floating diffusion FD3, and is configured by, for example, a MOS transistor.

下部第1コンタクト75、下部第2コンタクト76および上部コンタクト13Bは、例えば、PDAS(Phosphorus Doped Amorphous Silicon)等のドープされたシリコン材料、または、アルミニウム(Al)、タングステン(W)、チタン(Ti)、コバルト(Co)、ハフニウム(Hf)、タンタル(Ta)等の金属材料により構成されている。   The lower first contact 75, the lower second contact 76, and the upper contact 13B are made of, for example, a doped silicon material such as PDAS (Phosphorus Doped Amorphous Silicon), or aluminum (Al), tungsten (W), titanium (Ti). , Cobalt (Co), hafnium (Hf), and tantalum (Ta).

半導体基板11の第1面11S1側には、有機光電変換部11Gが設けられている。有機光電変換部11Gは、例えば、下部電極15、電子ブロック層16、光電変換層17および上部電極18が、半導体基板11の第1面S1の側からこの順に積層された構成を有している。下部電極15は、例えば、単位画素Pごとに分離形成されている。電子ブロック層16、光電変換層17および上部電極18は、複数の単位画素Pごと(例えば、図5に示した撮像装置1の画素部1a)に共通した連続層として設けられている。有機光電変換部11Gは、選択的な波長帯域(例えば、450nm以上650nm以下)の一部または全部の波長帯域に対応する緑色光を吸収して、電子−正孔対を発生させる有機光電変換素子である。   An organic photoelectric conversion unit 11 </ b> G is provided on the first surface 11 </ b> S <b> 1 side of the semiconductor substrate 11. The organic photoelectric conversion unit 11G has, for example, a configuration in which a lower electrode 15, an electron block layer 16, a photoelectric conversion layer 17, and an upper electrode 18 are stacked in this order from the first surface S1 side of the semiconductor substrate 11. . For example, the lower electrode 15 is separately formed for each unit pixel P. The electronic block layer 16, the photoelectric conversion layer 17, and the upper electrode 18 are provided as a continuous layer common to a plurality of unit pixels P (for example, the pixel portion 1a of the imaging device 1 illustrated in FIG. 5). The organic photoelectric conversion unit 11G absorbs green light corresponding to a part or all of a selective wavelength band (for example, 450 nm or more and 650 nm or less) and generates an electron-hole pair. It is.

半導体基板11の第1面11S1と下部電極15との間には、例えば、層間絶縁層12,14が半導体基板11側からこの順に積層されている。層間絶縁層は、例えば、固定電荷を有する層(固定電荷層)12Aと、絶縁性を有する誘電体層12Bとが積層された構成を有する。上部電極18の上には、保護層19が設けられている。保護層19の上方には、オンチップレンズ50Lを構成すると共に、平坦化層を兼ねるオンチップレンズ層50が配設されている。   Between the first surface 11S1 of the semiconductor substrate 11 and the lower electrode 15, for example, interlayer insulating layers 12 and 14 are stacked in this order from the semiconductor substrate 11 side. The interlayer insulating layer has, for example, a configuration in which a layer (fixed charge layer) 12A having a fixed charge and a dielectric layer 12B having insulating properties are stacked. A protective layer 19 is provided on the upper electrode 18. Above the protective layer 19, an on-chip lens layer 50 that constitutes the on-chip lens 50 </ b> L and also serves as a planarization layer is disposed.

半導体基板11の第1面11S1と第2面11S2との間には、貫通電極63が設けられている。有機光電変換部11Gは、この貫通電極63を介して、アンプトランジスタAMPのゲートGampと、フローティングディフュージョンFD3とに接続されている。これにより、光電変換素子10Aでは、半導体基板11の第1面11S1側の有機光電変換部11Gで生じた電荷を、貫通電極63を介して半導体基板11の第2面11S2側に良好に転送し、特性を高めることが可能となっている。   A through electrode 63 is provided between the first surface 11S1 and the second surface 11S2 of the semiconductor substrate 11. The organic photoelectric conversion unit 11G is connected to the gate Gamp of the amplifier transistor AMP and the floating diffusion FD3 through the through electrode 63. Thereby, in the photoelectric conversion element 10A, the charge generated in the organic photoelectric conversion unit 11G on the first surface 11S1 side of the semiconductor substrate 11 is favorably transferred to the second surface 11S2 side of the semiconductor substrate 11 through the through electrode 63. It is possible to enhance the characteristics.

貫通電極63は、例えば、光電変換素子10Aの有機光電変換部11Gごとに、それぞれ設けられている。貫通電極63は、有機光電変換部11GとアンプトランジスタAMPのゲートGampおよびフローティングディフュージョンFD3とのコネクタとしての機能を有すると共に、有機光電変換部11Gにおいて生じた電荷の伝送経路となるものである。   The through electrode 63 is provided, for example, for each organic photoelectric conversion unit 11G of the photoelectric conversion element 10A. The through electrode 63 functions as a connector between the organic photoelectric conversion unit 11G, the gate Gamp of the amplifier transistor AMP, and the floating diffusion FD3, and serves as a transmission path for charges generated in the organic photoelectric conversion unit 11G.

貫通電極63の下端は、例えば、配線層71内の接続部71Aに接続されており、接続部71Aと、アンプトランジスタAMPのゲートGampとは、下部第1コンタクト75を介して接続されている。接続部71Aと、フローティングディフュージョンFD3とは、下部第2コンタクト76を介して下部電極15に接続されている。なお、図1では、貫通電極63を円柱形状として示したが、これに限らず、例えばテーパ形状としてもよい。   For example, the lower end of the through electrode 63 is connected to the connection portion 71A in the wiring layer 71, and the connection portion 71A and the gate Gamp of the amplifier transistor AMP are connected via the lower first contact 75. The connecting portion 71A and the floating diffusion FD3 are connected to the lower electrode 15 via the lower second contact 76. In addition, in FIG. 1, although the penetration electrode 63 was shown as a cylindrical shape, it is not restricted to this, For example, it is good also as a taper shape.

フローティングディフュージョンFD3の隣には、図1に示したように、リセットトランジスタRSTのリセットゲートGrstが配置されていることが好ましい。これにより、フローティングディフュージョンFD3に蓄積された電荷を、リセットトランジスタRSTによりリセットすることが可能となる。   Next to the floating diffusion FD3, as shown in FIG. 1, a reset gate Grst of the reset transistor RST is preferably arranged. As a result, the charge accumulated in the floating diffusion FD3 can be reset by the reset transistor RST.

本実施の形態の光電変換素子10Aでは、上部電極18側から有機光電変換部11Gに入射した光は、光電変換層17で吸収される。これによって生じた励起子は、光電変換層17を構成する電子供与体と電子受容体との界面に移動し、励起子分離、即ち、電子と正孔とに解離する。ここで発生した電荷(電子および正孔)は、キャリアの濃度差による拡散や、陽極(ここでは、下部電極15)と陰極(ここでは、上部電極18)との仕事関数の差による内部電界によって、それぞれ異なる電極へ運ばれ、光電流として検出される。また、下部電極15と上部電極18との間に電位を印加することによって、電子および正孔の輸送方向を制御することができる。   In the photoelectric conversion element 10 </ b> A according to the present embodiment, light incident on the organic photoelectric conversion unit 11 </ b> G from the upper electrode 18 side is absorbed by the photoelectric conversion layer 17. The excitons generated thereby move to the interface between the electron donor and the electron acceptor constituting the photoelectric conversion layer 17 and dissociate into exciton separation, that is, electrons and holes. The charges (electrons and holes) generated here are caused by diffusion due to the carrier concentration difference or an internal electric field due to the work function difference between the anode (here, the lower electrode 15) and the cathode (here, the upper electrode 18). Are carried to different electrodes and detected as photocurrents. Further, by applying a potential between the lower electrode 15 and the upper electrode 18, the transport direction of electrons and holes can be controlled.

以下、各部の構成や材料等について説明する。   Hereinafter, the configuration and materials of each part will be described.

有機光電変換部11Gは、選択的な波長帯域(例えば、450nm以上750nm以下)の一部または全部の波長帯域に対応する光を吸収して、電子−正孔対を発生させる有機光電変換素子である。有機光電変換部11Gは、上記のように、例えば、対向配置された下部電極15および上部電極18と、下部電極15と上部電極18との間に設けられた光電変換層17と、下部電極15と光電変換層17との間に設けられた電子ブロック層16とから構成されている。   The organic photoelectric conversion unit 11G is an organic photoelectric conversion element that absorbs light corresponding to a part or all of a selective wavelength band (for example, 450 nm or more and 750 nm or less) and generates electron-hole pairs. is there. As described above, the organic photoelectric conversion unit 11G includes, for example, the lower electrode 15 and the upper electrode 18, which are disposed to face each other, the photoelectric conversion layer 17 provided between the lower electrode 15 and the upper electrode 18, and the lower electrode 15 And an electronic block layer 16 provided between the photoelectric conversion layer 17 and the photoelectric conversion layer 17.

下部電極15は、半導体基板11内に形成された無機光電変換部11B,11Rの受光面と正対して、これらの受光面を覆う領域に設けられている。下部電極15は、光透過性を有する金属酸化物により構成されている。下部電極15の材料として用いられる金属酸化物を構成する金属原子としては、例えば、スズ(Sn)、亜鉛(Zn)、インジウム(In)、ケイ素(Si)、ジルコニウム(Zr)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、タングステン(W)、クロム(Cr)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、タンタル(Ta)、ニオブ(Nb)およびモリブデン(Mo)が挙げられる。上記金属原子を1種以上含む金属酸化物としては、例えば、ITO(インジウム錫酸化物)が挙げられる。但し、下部電極15の構成材料としては、このITOの他にも、ドーパントを添加した酸化スズ(SnO2)系材料、あるいはアルミニウム亜鉛酸化物(ZnO)にドーパントを添加してなる酸化亜鉛系材料を用いてもよい。酸化亜鉛系材料としては、例えば、ドーパントとしてアルミニウム(Al)を添加したアルミニウム亜鉛酸化物(AZO)、ガリウム(Ga)添加のガリウム亜鉛酸化物(GZO)、インジウム(In)添加のインジウム亜鉛酸化物(IZO)が挙げられる。また、この他にも、CuI、InSbO4、ZnMgO、CuInO2、MgIn24、CdO、ZnSnO3等を用いてもよい。 The lower electrode 15 is provided in a region that faces the light receiving surfaces of the inorganic photoelectric conversion units 11B and 11R formed in the semiconductor substrate 11 and covers these light receiving surfaces. The lower electrode 15 is made of a light-transmitting metal oxide. Examples of the metal atoms constituting the metal oxide used as the material of the lower electrode 15 include tin (Sn), zinc (Zn), indium (In), silicon (Si), zirconium (Zr), and aluminum (Al). Gallium (Ga), tungsten (W), chromium (Cr), cobalt (Co), nickel (Ni), tantalum (Ta), niobium (Nb) and molybdenum (Mo). Examples of the metal oxide containing one or more metal atoms include ITO (indium tin oxide). However, as a constituent material of the lower electrode 15, in addition to this ITO, a tin oxide (SnO 2 ) -based material to which a dopant is added, or a zinc oxide-based material obtained by adding a dopant to aluminum zinc oxide (ZnO) May be used. Examples of the zinc oxide-based material include aluminum zinc oxide (AZO) to which aluminum (Al) is added as a dopant, gallium zinc oxide (GZO) to which gallium (Ga) is added, and indium zinc oxide to which indium (In) is added. (IZO). In addition, CuI, InSbO 4 , ZnMgO, CuInO 2 , MgIn 2 O 4 , CdO, ZnSnO 3, or the like may be used.

電子ブロック層16は、後述する光電変換層17において発生した電荷のうち、正孔を選択的に下部電極15へ輸送すると共に、電子の下部電極15側への移動を阻害するためのものである。電子ブロック層16は、下記の特徴を有することが望ましい。まず、第1に、電子ブロック層16は、高い正孔輸送性を有することが望ましい。第2に、電子ブロック層16は、光電変換層17を構成する正孔輸送性材料のイオン化ポテンシャルと同程度のイオン化ポテンシャルを有する材料を用いて構成されていることが望ましい。以上により、光電変換層17における電荷分離過程によって発生した正孔を効率よく、速やかに下部電極15へ輸送することが可能となる。第3に、電子ブロック層16は、隣接する陽極(ここでは、下部電極15)の仕事関数より、電子親和力が、例えば1eV以上小さくなることが望ましい。それにより、電子ブロック層16は、陽極からの電子注入に対する障壁層となり、暗電流の発生が低減される。第4に、電子ブロック層16は、層表面の平滑性が高く、且つ、欠陥が少なく均質であることが望ましい。第5に、電子ブロック層16は、耐熱性、耐光性およびその他の環境下(例えば、高湿度環境下、酸素存在下、真空中または窒素中、あるいはこれらを組み合わせた環境下)において高い安定性を有することが望ましい。   The electron block layer 16 is used to selectively transport holes to the lower electrode 15 out of charges generated in the photoelectric conversion layer 17 described later, and to inhibit the movement of electrons to the lower electrode 15 side. . The electron blocking layer 16 desirably has the following characteristics. First, it is desirable that the electron blocking layer 16 has a high hole transport property. Secondly, it is desirable that the electron blocking layer 16 is made of a material having an ionization potential comparable to the ionization potential of the hole transporting material constituting the photoelectric conversion layer 17. As described above, holes generated by the charge separation process in the photoelectric conversion layer 17 can be efficiently and promptly transported to the lower electrode 15. Third, it is desirable that the electron block layer 16 has an electron affinity of, for example, 1 eV or more lower than the work function of the adjacent anode (here, the lower electrode 15). Thereby, the electron block layer 16 becomes a barrier layer against electron injection from the anode, and generation of dark current is reduced. Fourthly, it is desirable that the electron block layer 16 has high layer surface smoothness and is uniform with few defects. Fifth, the electron blocking layer 16 has high heat resistance, light resistance, and other stability (for example, in a high humidity environment, in the presence of oxygen, in a vacuum or nitrogen, or a combination thereof). It is desirable to have

また、電子ブロック層16は、上下に隣接する層(具体的には、下部電極15および光電変換層17)と安定な界面を形成し、加熱処理を経ても隣接する層へ拡散することなく隣接する層と界面を隔てて密着していることが望ましい。更に、蒸着あるいは塗布法による層形成のプロセスが容易であり、プロセスの歩留まりが良く、コストの低い材料によって構成されていることが望ましい。   The electron blocking layer 16 forms a stable interface with the upper and lower adjacent layers (specifically, the lower electrode 15 and the photoelectric conversion layer 17), and does not diffuse to the adjacent layers even after the heat treatment. It is desirable to adhere to the layer to be separated with an interface. Further, it is desirable that the layer formation process by vapor deposition or coating method is easy, the process yield is high, and the material is low in cost.

本実施の形態の電子ブロック層16は、上記条件を満たす材料として、下記一般式(1)で表される有機半導体材料を用いて構成されている。   The electron blocking layer 16 of the present embodiment is configured using an organic semiconductor material represented by the following general formula (1) as a material that satisfies the above conditions.

Figure 2019057704

(R1,R2,R3,R4は、各々独立して、水素原子または炭素数4以上40以下のアリール基、ヘテロアリール基、カルバゾール基、ジフェニルアミノ基あるいはそれらの誘導体であり、R1,R2,R3,R4のうちの少なくとも1つは、炭素数12以上40以下のカルバゾール基またはジフェニルアミノ基あるいはそれらの誘導体である。)
Figure 2019057704

(R1, R2, R3 and R4 are each independently a hydrogen atom or an aryl group, heteroaryl group, carbazole group, diphenylamino group or derivatives thereof having 4 to 40 carbon atoms, and R1, R2, R3 , R4 is a carbazole group having 12 to 40 carbon atoms, a diphenylamino group, or a derivative thereof.)

上記一般式(1)で表される有機半導体材料の具体例としては、例えば、下記式(1−1)〜(1−9)に示したベンゾジフラン誘導体が挙げられる。   Specific examples of the organic semiconductor material represented by the general formula (1) include benzodifuran derivatives represented by the following formulas (1-1) to (1-9).

Figure 2019057704
Figure 2019057704

Figure 2019057704
Figure 2019057704

光電変換層17は、光エネルギーを電気エネルギーに変換するものであり、例えば、2種以上の有機半導体材料を含んで構成されている。具体的には、光電変換層17は、例えば、可視光領域のうち、選択的な波長(例えば、400nm以上750nm以下の緑色光)で50000cm-1以上の吸収係数を有する色材を含んで構成されている。これにより、有機光電変換部11Gは、例えば、400nm以上750nm以下の緑色光を選択的に光電変換することが可能となる。このような有機半導体材料としては、例えば、下記一般式(2)に示したサブフタロシアニンまたはその誘導体が挙げられる。 The photoelectric conversion layer 17 converts light energy into electric energy, and includes, for example, two or more organic semiconductor materials. Specifically, the photoelectric conversion layer 17 includes, for example, a color material having an absorption coefficient of 50000 cm −1 or more at a selective wavelength (for example, green light of 400 nm or more and 750 nm or less) in the visible light region. Has been. Thereby, the organic photoelectric conversion unit 11G can selectively photoelectrically convert green light of 400 nm or more and 750 nm or less, for example. Examples of such an organic semiconductor material include subphthalocyanine represented by the following general formula (2) or a derivative thereof.

Figure 2019057704

(R5〜R16は、各々独立して、水素原子、ハロゲン原子、直鎖,分岐,または環状アルキル基、チオアルキル基、チオアリール基、アリールスルホニル基、アルキルスルホニル基、アミノ基、アルキルアミノ基、アリールアミノ基、ヒドロキシ基、アルコキシ基、アシルアミノ基、アシルオキシ基、フェニル基、カルボキシ基、カルボキソアミド基、カルボアルコキシ基、アシル基、スルホニル基、シアノ基およびニトロ基からなる群から選択され、且つ、隣接した任意のR5〜R16は縮合脂肪族環または縮合芳香環の一部であってもよい。前記縮合脂肪族環または縮合芳香環は、炭素以外の1または複数の原子を含んでいてもよい。Mはホウ素または2価あるいは3価の金属である。Xは、ハロゲン、ヒドロキシ基、チオール基、イミド基、置換もしくは未置換のアルコキシ基、置換もしくは未置換のアリールオキシ基、置換もしくは未置換のアルキル基、置換もしくは未置換のアルキルチオ基、置換もしくは未置換のアリールチオ基からなる群より選択されるいずれかの置換基である。)
Figure 2019057704

(R5 to R16 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, a linear, branched, or cyclic alkyl group, a thioalkyl group, a thioaryl group, an arylsulfonyl group, an alkylsulfonyl group, an amino group, an alkylamino group, an arylamino group. Selected from the group consisting of a group, hydroxy group, alkoxy group, acylamino group, acyloxy group, phenyl group, carboxy group, carboxamide group, carboalkoxy group, acyl group, sulfonyl group, cyano group and nitro group, and adjacent R5 to R16 may be a part of a condensed aliphatic ring or a condensed aromatic ring, and the condensed aliphatic ring or the condensed aromatic ring may contain one or more atoms other than carbon. M is boron or a divalent or trivalent metal, X is halogen, hydroxy group, thiol group, imi Group, substituted or unsubstituted alkoxy group, substituted or unsubstituted aryloxy group, substituted or unsubstituted alkyl group, substituted or unsubstituted alkylthio group, substituted or unsubstituted arylthio group Any substituent.)

この他、光電変換層17は、可視光に対して透過性を有すると共に、正孔輸送性または電子輸送性を有する有機半導体材料を1種以上含んで構成されていることが好ましい。正孔輸送性を有する有機半導体材料としては、例えば、下記式(5−1)〜式(5−11)に示した化合物が挙げられる。   In addition, the photoelectric conversion layer 17 is preferably configured to include one or more organic semiconductor materials having transparency to visible light and having hole transportability or electron transportability. Examples of the organic semiconductor material having a hole transporting property include compounds represented by the following formulas (5-1) to (5-11).

Figure 2019057704
Figure 2019057704

電子輸送性を有する有機半導体材料としては、例えば、下記一般式(3)で表されるC60フラーレンまたはその誘導体、あるいは、下記一般式(4)で表されるC70フラーレンまたはその誘導体が挙げられる。なお、ここでは、フラーレンを有機半導体として扱う。フラーレンC60およびフラーレンC70またはそれらの誘導体を少なくとも1種用いることによって、光電変換効率が向上すると共に、暗電流を低減させることが可能となる。 Examples of the organic semiconductor material having an electron transporting property include C 60 fullerene represented by the following general formula (3) or a derivative thereof, or C 70 fullerene represented by the following general formula (4) or a derivative thereof. It is done. Here, fullerene is treated as an organic semiconductor. By using at least one fullerene C 60 and fullerene C 70 or a derivative thereof, photoelectric conversion efficiency can be improved and dark current can be reduced.

Figure 2019057704
(R17,R18は、水素原子、ハロゲン原子、直鎖,分岐または環状のアルキル基、フェニル基、直鎖または縮環した芳香族化合物を有する基、ハロゲン化物を有する基、パーシャルフルオロアルキル基、パーフルオロアルキル基、シリルアルキル基、シリルアルコキシ基、アリールシリル基、アリールスルファニル基、アルキルスルファニル基、アリールスルホニル基、アルキルスルホニル基、アリールスルフィド基、アルキルスルフィド基、アミノ基、アルキルアミノ基、アリールアミノ基、ヒドロキシ基、アルコキシ基、アシルアミノ基、アシルオキシ基、カルボニル基、カルボキシ基、カルボキソアミド基、カルボアルコキシ基、アシル基、スルホニル基、シアノ基、ニトロ基、カルコゲン化物を有する基、ホスフィン基、ホスホン基あるいはそれらの誘導体である。n,mは2以上の整数である。)
Figure 2019057704
(R17 and R18 are a hydrogen atom, a halogen atom, a linear, branched or cyclic alkyl group, a phenyl group, a group having a linear or condensed aromatic compound, a group having a halide, a partial fluoroalkyl group, a perfluoroalkyl group, Fluoroalkyl group, silylalkyl group, silylalkoxy group, arylsilyl group, arylsulfanyl group, alkylsulfanyl group, arylsulfonyl group, alkylsulfonyl group, arylsulfide group, alkylsulfide group, amino group, alkylamino group, arylamino group Hydroxy group, alkoxy group, acylamino group, acyloxy group, carbonyl group, carboxy group, carboxamide group, carboalkoxy group, acyl group, sulfonyl group, cyano group, nitro group, chalcogenated group, phosphine group, phospho group Is a group, or a derivative thereof .n, m is an integer of 2 or more.)

光電変換層17は、層内にp型半導体とn型半導体との接合面(p/n接合面)を有する。p型半導体は、相対的に電子供与体(ドナー)として機能するものであり、n型半導体は、相対的に電子受容体(アクセプタ)として機能するものである。光電変換層17は、光を吸収した際に生じる励起子が電子と正孔とに分離する場を提供するものであり、電子供与体と電子受容体との界面(p/n接合面)において、励起子が電子と正孔とに分離する。光電変換層17の厚みは、例えば、50nm〜500nmである。   The photoelectric conversion layer 17 has a junction surface (p / n junction surface) between a p-type semiconductor and an n-type semiconductor in the layer. A p-type semiconductor functions relatively as an electron donor (donor), and an n-type semiconductor functions relatively as an electron acceptor. The photoelectric conversion layer 17 provides a field where excitons generated when light is absorbed are separated into electrons and holes, and at the interface (p / n junction surface) between the electron donor and the electron acceptor. , Excitons separate into electrons and holes. The thickness of the photoelectric conversion layer 17 is, for example, 50 nm to 500 nm.

上部電極18は、下部電極15と同様に光透過性を有する導電膜により構成されている。光電変換素子10Aでは、上部電極18が単位画素P毎に分離されていてもよいし、各単位画素P毎に共通の電極として形成されていてもよい。上部電極18の厚みは、例えば、10nm〜200nmである。   The upper electrode 18 is formed of a light-transmitting conductive film, like the lower electrode 15. In the photoelectric conversion element 10A, the upper electrode 18 may be separated for each unit pixel P, or may be formed as a common electrode for each unit pixel P. The thickness of the upper electrode 18 is, for example, 10 nm to 200 nm.

なお、光電変換層17と下部電極15との間、および光電変換層17と上部電極18との間には、他の層が設けられていてもよい。具体的には、例えば、下部電極15側から順に、下引き層、正孔輸送層、電子ブロック層16、光電変換層17、正孔ブロック層、バッファ層、電子輸送層および仕事関数調整層等が積層されていてもよい。   Note that another layer may be provided between the photoelectric conversion layer 17 and the lower electrode 15 and between the photoelectric conversion layer 17 and the upper electrode 18. Specifically, for example, an undercoat layer, a hole transport layer, an electron block layer 16, a photoelectric conversion layer 17, a hole block layer, a buffer layer, an electron transport layer, a work function adjustment layer, and the like in order from the lower electrode 15 side. May be laminated.

固定電荷層12Aは、正の固定電荷を有する膜でもよいし、負の固定電荷を有する膜でもよい。負の固定電荷を有する膜の材料としては、酸化ハフニウム(HfO2)、酸化アルミニウム(Al23)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、酸化タンタル(Ta25)、酸化チタン(TiO2)等が挙げられる。また上記以外の材料としては酸化ランタン、酸化プラセオジム、酸化セリウム、酸化ネオジム、酸化プロメチウム、酸化サマリウム、酸化ユウロピウム、酸化ガドリニウム、酸化テルビウム、酸化ジスプロシウム、酸化正孔ミウム、酸化ツリウム、酸化イッテルビウム、酸化ルテチウム、酸化イットリウム、窒化アルミニウム膜、酸窒化ハフニウム膜または酸窒化アルミニウム膜等を用いてもよい。 The fixed charge layer 12A may be a film having a positive fixed charge or a film having a negative fixed charge. As a material of the film having a negative fixed charge, hafnium oxide (HfO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), titanium oxide (TiO 2 ) Etc. In addition to the above materials, lanthanum oxide, praseodymium oxide, cerium oxide, neodymium oxide, promethium oxide, samarium oxide, europium oxide, gadolinium oxide, terbium oxide, dysprosium oxide, holeium oxide, thulium oxide, ytterbium oxide, lutetium oxide Alternatively, an yttrium oxide, an aluminum nitride film, a hafnium oxynitride film, an aluminum oxynitride film, or the like may be used.

固定電荷層12Aは、2種類以上の膜を積層した構成を有していてもよい。それにより、例えば負の固定電荷を有する膜の場合には正孔蓄積層としての機能をさらに高めることが可能である。   The fixed charge layer 12A may have a configuration in which two or more kinds of films are stacked. Thereby, for example, in the case of a film having a negative fixed charge, the function as the hole accumulation layer can be further enhanced.

誘電体層12Bの材料は特に限定されないが、例えば、シリコン酸化膜、TEOS膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜等によって形成されている。   The material of the dielectric layer 12B is not particularly limited. For example, the dielectric layer 12B is formed of a silicon oxide film, a TEOS film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, or the like.

層間絶縁層14は、例えば、酸化シリコン(SiO)、窒化シリコン(SiN)および酸窒化シリコン(SiON)等のうちの1種よりなる単層膜か、あるいはこれらのうちの2種以上よりなる積層膜により構成されている。   The interlayer insulating layer 14 is, for example, a single layer film made of one of silicon oxide (SiO), silicon nitride (SiN), silicon oxynitride (SiON), etc., or a laminate made of two or more of these. It is comprised by the film | membrane.

保護層19は、光透過性を有する材料により構成され、例えば、酸化シリコン、窒化シリコンおよび酸窒化シリコン等のうちのいずれかよりなる単層膜、あるいはそれらのうちの2種以上よりなる積層膜により構成されている。この保護層19の厚みは、例えば、100nm〜30000nmである。   The protective layer 19 is made of a light-transmitting material. For example, the protective layer 19 is a single-layer film made of any of silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, or the like, or a laminated film made of two or more of them. It is comprised by. The thickness of the protective layer 19 is, for example, 100 nm to 30000 nm.

保護層19上には、全面を覆うように、オンチップレンズ層50が形成されている。オンチップレンズ層50の表面には、複数のオンチップレンズ50L(マイクロレンズ)が設けられている。オンチップレンズ50Lは、その上方から入射した光を、有機光電変換部11G、無機光電変換部11B,11Rの各受光面へ集光させるものである。本実施の形態では、多層配線70が半導体基板11の第2面11S2側に形成されていることから、有機光電変換部11G、無機光電変換部11B,11Rの各受光面を互いに近づけて配置することができ、オンチップレンズ50LのF値に依存して生じる各色間の感度のばらつきを低減することができる。   An on-chip lens layer 50 is formed on the protective layer 19 so as to cover the entire surface. On the surface of the on-chip lens layer 50, a plurality of on-chip lenses 50L (microlenses) are provided. The on-chip lens 50L focuses light incident from above on the light receiving surfaces of the organic photoelectric conversion unit 11G and the inorganic photoelectric conversion units 11B and 11R. In the present embodiment, since the multilayer wiring 70 is formed on the second surface 11S2 side of the semiconductor substrate 11, the light receiving surfaces of the organic photoelectric conversion unit 11G and the inorganic photoelectric conversion units 11B and 11R are arranged close to each other. It is possible to reduce the variation in sensitivity between colors depending on the F value of the on-chip lens 50L.

図2は、本開示に係る技術を適用し得る複数の光電変換部(例えば、上記無機光電変換部11B,11Rおよび有機光電変換部11G)が積層された光電変換素子10Aの構成例を示した平面図である。即ち、図2は、例えば、図5に示した画素部1aを構成する単位画素Pの平面構成の一例を表したものである。   FIG. 2 shows a configuration example of a photoelectric conversion element 10A in which a plurality of photoelectric conversion units to which the technology according to the present disclosure can be applied (for example, the inorganic photoelectric conversion units 11B and 11R and the organic photoelectric conversion unit 11G) are stacked. It is a top view. That is, FIG. 2 illustrates an example of a planar configuration of the unit pixel P that configures the pixel unit 1a illustrated in FIG.

単位画素Pは、R(Red)、G(Green)およびB(Blue)のそれぞれの波長の光を光電変換する赤色光電変換部(図1における無機光電変換部11R)、青色光電変換部(図1における無機光電変換部11B)および緑色光電変換部(図1における有機光電変換部11G)(図2では、いずれも図示せず)が、例えば、受光面(図1における光入射面S1)側から、緑色光電変換部、青色光電変換部および赤色光電変換部の順番で3層に積層された光電変換領域1100を有する。更に、単位画素Pは、RGBのそれぞれの波長の光に対応する電荷を、赤色光電変換部、緑色光電変換部および青色光電変換部から読み出す電荷読み出し部としてのTr群1110、Tr群1120およびTr群1130を有する。撮像装置1では、1つの単位画素Pにおいて、縦方向の分光、即ち、光電変換領域1100に積層された赤色光電変換部、緑色光電変換部および青色光電変換部としての各層で、RGBのそれぞれの光の分光が行われる。   The unit pixel P includes a red photoelectric conversion unit (inorganic photoelectric conversion unit 11 </ b> R in FIG. 1) and a blue photoelectric conversion unit (see FIG. 1) that photoelectrically convert light of each wavelength of R (Red), G (Green), and B (Blue). Inorganic photoelectric conversion unit 11B in FIG. 1 and green photoelectric conversion unit (organic photoelectric conversion unit 11G in FIG. 1) (both not shown in FIG. 2) are, for example, on the light receiving surface (light incident surface S1 in FIG. 1) side. To a photoelectric conversion region 1100 stacked in three layers in the order of a green photoelectric conversion unit, a blue photoelectric conversion unit, and a red photoelectric conversion unit. Further, the unit pixel P has a Tr group 1110, a Tr group 1120, and a Tr as charge reading units that read out charges corresponding to light of RGB wavelengths from the red photoelectric conversion unit, the green photoelectric conversion unit, and the blue photoelectric conversion unit. It has a group 1130. In the imaging device 1, in one unit pixel P, vertical spectroscopy, that is, each layer of RGB in each layer as a red photoelectric conversion unit, a green photoelectric conversion unit, and a blue photoelectric conversion unit stacked in the photoelectric conversion region 1100. Spectroscopy of light is performed.

Tr群1110、Tr群1120およびTr群1130は、光電変換領域1100の周辺に形成されている。Tr群1110は、赤色光電変換部で生成、蓄積されたRの光に対応する信号電荷を画素信号として出力する。Tr群1110は、転送Tr(MOS FET)1111、リセットTr1112、増幅Tr1113および選択Tr1114で構成されている。Tr群1120は、青色光電変換部で生成、蓄積されたBの光に対応する信号電荷を画素信号として出力する。Tr群1120は、転送Tr1121、リセットTr1122、増幅Tr1123および選択Tr1124で構成されている。Tr群1130は、緑色光電変換部で生成、蓄積されたGの光に対応する信号電荷を画素信号として出力する。Tr群1130は、転送Tr1131、リセットTr1132、増幅Tr1133および選択Tr1134で構成されている。   The Tr group 1110, the Tr group 1120, and the Tr group 1130 are formed around the photoelectric conversion region 1100. The Tr group 1110 outputs a signal charge corresponding to the R light generated and accumulated by the red photoelectric conversion unit as a pixel signal. The Tr group 1110 includes a transfer Tr (MOS FET) 1111, a reset Tr 1112, an amplification Tr 1113, and a selection Tr 1114. The Tr group 1120 outputs a signal charge corresponding to the B light generated and accumulated by the blue photoelectric conversion unit as a pixel signal. The Tr group 1120 includes a transfer Tr 1121, a reset Tr 1122, an amplification Tr 1123, and a selection Tr 1124. The Tr group 1130 outputs a signal charge corresponding to the G light generated and accumulated by the green photoelectric conversion unit as a pixel signal. The Tr group 1130 includes a transfer Tr 1131, a reset Tr 1132, an amplification Tr 1133, and a selection Tr 1134.

転送Tr1111は、ゲートG、ソース/ドレイン領域S/DおよびFD(フローティングディフュージョン)1115(となっているソース/ドレイン領域)によって構成されている。転送Tr1121は、ゲートG、ソース/ドレイン領域S/D、および、FD1125によって構成される。転送Tr1131は、ゲートG、光電変換領域1100のうちの緑色光電変換部(と接続しているソース/ドレイン領域S/D)およびFD1135によって構成されている。なお、転送Tr1111のソース/ドレイン領域は、光電変換領域1100のうちの赤色光電変換部に接続され、転送Tr1121のソース/ドレイン領域S/Dは、光電変換領域1100のうちの青色光電変換部に接続されている。   The transfer Tr 1111 includes a gate G, source / drain regions S / D, and FD (floating diffusion) 1115 (source / drain regions). The transfer Tr 1121 includes a gate G, a source / drain region S / D, and an FD 1125. The transfer Tr 1131 is configured by a gate G, a green photoelectric conversion unit (source / drain region S / D connected to) of the photoelectric conversion region 1100, and an FD 1135. The source / drain region of the transfer Tr 1111 is connected to the red photoelectric conversion unit in the photoelectric conversion region 1100, and the source / drain region S / D of the transfer Tr 1121 is connected to the blue photoelectric conversion unit in the photoelectric conversion region 1100. It is connected.

リセットTr1112、1132および1122、増幅Tr1113、1133および1123ならびに選択Tr1114、1134および1124は、いずれもゲートGと、そのゲートGを挟むような形に配置された一対のソース/ドレイン領域S/Dとで構成されている。   Each of the reset Trs 1112, 1132, and 1122, the amplification Trs 1113, 1133, and 1123, and the selection Trs 1114, 1134, and 1124 includes a gate G and a pair of source / drain regions S / D arranged so as to sandwich the gate G. It consists of

FD1115、1135および1125は、リセットTr1112、1132および1122のソースになっているソース/ドレイン領域S/Dにそれぞれ接続されると共に、増幅Tr1113、1133および1123のゲートGにそれぞれ接続されている。リセットTr1112および増幅Tr1113、リセットTr1132および増幅Tr1133ならびにリセットTr1122および増幅Tr1123のそれぞれにおいて共通のソース/ドレイン領域S/Dには、電源Vddが接続されている。選択Tr1114、1134および1124のソースになっているソース/ドレイン領域S/Dには、VSL(垂直信号線)が接続されている。   The FDs 1115, 1135, and 1125 are connected to the source / drain regions S / D that are the sources of the reset Trs 1112, 1132, and 1122, respectively, and are connected to the gates G of the amplification Trs 1113, 1133, and 1123, respectively. A power source Vdd is connected to the common source / drain region S / D in each of the reset Tr 1112 and the amplification Tr 1113, the reset Tr 1132 and the amplification Tr 1133, and the reset Tr 1122 and the amplification Tr 1123. A VSL (vertical signal line) is connected to the source / drain regions S / D which are the sources of the selection Trs 1114, 1134 and 1124.

本開示に係る技術は、以上のような光電変換素子に適用することができる。   The technology according to the present disclosure can be applied to the photoelectric conversion element as described above.

(1−2.光電変換素子の製造方法)
本実施の形態の光電変換素子10Aは、例えば、次のようにして製造することができる。
(1-2. Method for producing photoelectric conversion element)
For example, the photoelectric conversion element 10A of the present embodiment can be manufactured as follows.

図3および図4は、光電変換素子10Aの製造方法を工程順に表したものである。まず、図3に示したように、半導体基板11内に、第1の導電型のウェルとして例えばpウェル61を形成し、このpウェル61内に第2の導電型(例えばn型)の無機光電変換部11B,11Rを形成する。半導体基板11の第1面11S1近傍にはp+領域を形成する。   3 and 4 show the manufacturing method of the photoelectric conversion element 10A in the order of steps. First, as shown in FIG. 3, for example, a p-well 61 is formed as a first conductivity type well in the semiconductor substrate 11, and a second conductivity type (for example, n-type) inorganic is formed in the p well 61. Photoelectric converters 11B and 11R are formed. A p + region is formed in the vicinity of the first surface 11S1 of the semiconductor substrate 11.

半導体基板11の第2面11S2には、同じく図3に示したように、フローティングディフュージョンFD1〜FD3となるn+領域を形成したのち、ゲート絶縁層62と、縦型トランジスタTr1、転送トランジスタTr2、アンプトランジスタAMPおよびリセットトランジスタRSTの各ゲートを含むゲート配線層64とを形成する。これにより、縦型トランジスタTr1、転送トランジスタTr2、アンプトランジスタAMPおよびリセットトランジスタRSTが形成される。更に、半導体基板11の第2面11S2上に、下部第1コンタクト75、下部第2コンタクト76、接続部71Aを含む配線層71〜73および絶縁層74からなる多層配線70を形成する。   As shown in FIG. 3, after forming n + regions to be the floating diffusions FD1 to FD3 on the second surface 11S2 of the semiconductor substrate 11, the gate insulating layer 62, the vertical transistor Tr1, the transfer transistor Tr2, and the amplifier A gate wiring layer 64 including the gates of the transistor AMP and the reset transistor RST is formed. Thereby, the vertical transistor Tr1, the transfer transistor Tr2, the amplifier transistor AMP, and the reset transistor RST are formed. Further, the multilayer wiring 70 including the lower first contact 75, the lower second contact 76, the wiring layers 71 to 73 including the connection portion 71 </ b> A, and the insulating layer 74 is formed on the second surface 11 </ b> S <b> 2 of the semiconductor substrate 11.

半導体基板11の基体としては、例えば、半導体基板11と、埋込み酸化膜(図示せず)と、保持基板(図示せず)とを積層したSOI(Silicon on Insulator)基板を用いる。埋込み酸化膜および保持基板は、図3には図示しないが、半導体基板11の第1面11S1に接合されている。イオン注入後、アニール処理を行う。   As the base of the semiconductor substrate 11, for example, an SOI (Silicon on Insulator) substrate in which a semiconductor substrate 11, a buried oxide film (not shown), and a holding substrate (not shown) are stacked is used. Although not shown in FIG. 3, the buried oxide film and the holding substrate are bonded to the first surface 11S1 of the semiconductor substrate 11. After ion implantation, annealing is performed.

次いで、半導体基板11の第2面11S2側(多層配線70側)に支持基板(図示せず)または他の半導体基板等を接合して、上下反転する。続いて、半導体基板11をSOI基板の埋込み酸化膜および保持基板から分離し、半導体基板11の第1面11S1を露出させる。以上の工程は、イオン注入およびCVD(Chemical Vapor Deposition)等、通常のCMOSプロセスで使用されている技術にて行うことが可能である。   Next, a support substrate (not shown) or another semiconductor substrate is joined to the second surface 11S2 side (multilayer wiring 70 side) of the semiconductor substrate 11 and turned upside down. Subsequently, the semiconductor substrate 11 is separated from the buried oxide film of the SOI substrate and the holding substrate, and the first surface 11S1 of the semiconductor substrate 11 is exposed. The above steps can be performed by techniques used in a normal CMOS process such as ion implantation and CVD (Chemical Vapor Deposition).

次いで、図4に示したように、例えばドライエッチングにより半導体基板11を第1面11S1側から加工し、環状の開口63Hを形成する。開口63Hの深さは、図4に示したように、半導体基板11の第1面11S1から第2面11S2まで貫通すると共に、例えば、接続部71Aまで達するものである。   Next, as shown in FIG. 4, the semiconductor substrate 11 is processed from the first surface 11S1 side by dry etching, for example, to form an annular opening 63H. As shown in FIG. 4, the depth of the opening 63H penetrates from the first surface 11S1 to the second surface 11S2 of the semiconductor substrate 11 and reaches, for example, the connection portion 71A.

続いて、図4に示したように、半導体基板11の第1面11S1および開口63Hの側面に、例えば負の固定電荷層12Aを形成する。負の固定電荷層12Aとして、2種類以上の膜を積層してもよい。それにより、正孔蓄積層としての機能をより高めることが可能となる。負の固定電荷層12Aを形成したのち、誘電体層12Bを形成する。   Subsequently, as illustrated in FIG. 4, for example, a negative fixed charge layer 12 </ b> A is formed on the first surface 11 </ b> S <b> 1 of the semiconductor substrate 11 and the side surface of the opening 63 </ b> H. Two or more types of films may be stacked as the negative fixed charge layer 12A. Thereby, the function as a hole accumulation layer can be further enhanced. After forming the negative fixed charge layer 12A, the dielectric layer 12B is formed.

次に、開口63Hに、導電体を埋設して貫通電極63を形成する。導電体としては、例えば、PDAS(Phosphorus Doped Amorphous Silicon)等のドープされたシリコン材料の他、アルミニウム(Al)、タングステン(W)、チタン(Ti)、コバルト(Co)、ハフニウム(Hf)およびタンタル(Ta)等の金属材料を用いることができる。   Next, a through electrode 63 is formed by embedding a conductor in the opening 63H. Examples of the conductor include doped silicon materials such as PDAS (Phosphorus Doped Amorphous Silicon), aluminum (Al), tungsten (W), titanium (Ti), cobalt (Co), hafnium (Hf), and tantalum. A metal material such as (Ta) can be used.

続いて、貫通電極63上にパッド部13Aを形成したのち、誘電体層12Bおよびパッド部13A上に、下部電極15と貫通電極63(具体的には、貫通電極63上のパッド部13A)とを電気的に接続する上部コンタクト13Bおよびパッド部13Cがパッド部13A上に設けられた層間絶縁層14を形成する。   Subsequently, after the pad portion 13A is formed on the through electrode 63, the lower electrode 15 and the through electrode 63 (specifically, the pad portion 13A on the through electrode 63) are formed on the dielectric layer 12B and the pad portion 13A. An interlayer insulating layer 14 is formed in which an upper contact 13B and a pad portion 13C are electrically connected to the pad portion 13A.

次に、層間絶縁層14上に、下部電極15、電子ブロック層16、光電変換層17、上部電極18および保護層19をこの順に形成する。電子ブロック層16は、例えば、上記一般式(1)に示したベンゾジフラン誘導体を、例えば真空蒸着法を用いて成膜する。光電変換層17は、例えば、上記3種類の有機半導体材料を、例えば真空蒸着法を用いて成膜する。最後に、表面に複数のオンチップレンズ50Lを有するオンチップレンズ層50を配設する。以上により、図1に示した光電変換素子10Aが完成する。   Next, the lower electrode 15, the electron blocking layer 16, the photoelectric conversion layer 17, the upper electrode 18, and the protective layer 19 are formed in this order on the interlayer insulating layer 14. For example, the electron block layer 16 is formed by depositing the benzodifuran derivative represented by the general formula (1) using, for example, a vacuum deposition method. For example, the photoelectric conversion layer 17 is formed by depositing the above-described three kinds of organic semiconductor materials using, for example, a vacuum deposition method. Finally, an on-chip lens layer 50 having a plurality of on-chip lenses 50L is disposed on the surface. Thus, the photoelectric conversion element 10A shown in FIG. 1 is completed.

なお、上記のように、光電変換層17の上層または下層に、他の有機層(例えば、電子ブロッキング層等)を形成する場合には、真空工程において連続的に(真空一貫プロセスで)形成することが望ましい。また、光電変換層17の成膜方法としては、必ずしも真空蒸着法を用いた手法に限らず、他の手法、例えば、スピンコート技術やプリント技術等を用いてもよい。   In addition, as mentioned above, when forming another organic layer (for example, electron blocking layer etc.) in the upper layer or lower layer of the photoelectric conversion layer 17, it forms continuously in a vacuum process (in a vacuum consistent process). It is desirable. Further, the method for forming the photoelectric conversion layer 17 is not necessarily limited to the method using the vacuum vapor deposition method, and other methods such as a spin coating technique and a printing technique may be used.

光電変換素子10Aでは、有機光電変換部11Gに、オンチップレンズ50Lを介して光が入射すると、その光は、有機光電変換部11G、無機光電変換部11B,11Rの順に通過し、その通過過程において緑、青、赤の色光毎に光電変換される。以下、各色の信号取得動作について説明する。   In the photoelectric conversion element 10A, when light is incident on the organic photoelectric conversion unit 11G via the on-chip lens 50L, the light passes through the organic photoelectric conversion unit 11G and the inorganic photoelectric conversion units 11B and 11R in this order, and the passing process. The photoelectric conversion is performed for each of the green, blue, and red color lights. Hereinafter, the signal acquisition operation for each color will be described.

(有機光電変換部11Gによる緑色信号の取得)
光電変換素子10Aへ入射した光のうち、まず、緑色光が、有機光電変換部11Gにおいて選択的に検出(吸収)され、光電変換される。
(Acquisition of green signal by organic photoelectric conversion unit 11G)
Of the light incident on the photoelectric conversion element 10A, first, green light is selectively detected (absorbed) in the organic photoelectric conversion unit 11G and subjected to photoelectric conversion.

有機光電変換部11Gは、貫通電極63を介して、アンプトランジスタAMPのゲートGampとフローティングディフュージョンFD3とに接続されている。よって、有機光電変換部11Gで発生した電子−正孔対のうちの正孔が、下部電極15側から取り出され、貫通電極63を介して半導体基板11の第2面11S2側へ転送され、フローティングディフュージョンFD3に蓄積される。これと同時に、アンプトランジスタAMPにより、有機光電変換部11Gで生じた電荷量が電圧に変調される。   The organic photoelectric conversion unit 11G is connected to the gate Gamp of the amplifier transistor AMP and the floating diffusion FD3 through the through electrode 63. Therefore, holes in the electron-hole pairs generated in the organic photoelectric conversion unit 11G are taken out from the lower electrode 15 side, transferred to the second surface 11S2 side of the semiconductor substrate 11 through the through electrode 63, and floated. Accumulated in the diffusion FD3. At the same time, the charge amount generated in the organic photoelectric conversion unit 11G is modulated into a voltage by the amplifier transistor AMP.

また、フローティングディフュージョンFD3の隣には、リセットトランジスタRSTのリセットゲートGrstが配置されている。これにより、フローティングディフュージョンFD3に蓄積された電荷は、リセットトランジスタRSTによりリセットされる。   Further, a reset gate Grst of the reset transistor RST is arranged next to the floating diffusion FD3. Thereby, the electric charge accumulated in the floating diffusion FD3 is reset by the reset transistor RST.

ここでは、有機光電変換部11Gが、貫通電極63を介して、アンプトランジスタAMPだけでなくフローティングディフュージョンFD3にも接続されているので、フローティングディフュージョンFD3に蓄積された電荷をリセットトランジスタRSTにより容易にリセットすることが可能となる。   Here, since the organic photoelectric conversion unit 11G is connected not only to the amplifier transistor AMP but also to the floating diffusion FD3 via the through electrode 63, the charge accumulated in the floating diffusion FD3 is easily reset by the reset transistor RST. It becomes possible to do.

これに対して、貫通電極63とフローティングディフュージョンFD3とが接続されていない場合には、フローティングディフュージョンFD3に蓄積された電荷をリセットすることが困難となり、大きな電圧をかけて上部電極18側へ引き抜くことになる。そのため、光電変換層17がダメージを受けるおそれがある。また、短時間でのリセットを可能とする構造は暗時ノイズの増大を招き、トレードオフとなるため、この構造は困難である。   On the other hand, when the through electrode 63 and the floating diffusion FD3 are not connected, it becomes difficult to reset the charge accumulated in the floating diffusion FD3, and a large voltage is applied to pull out the charge to the upper electrode 18 side. become. For this reason, the photoelectric conversion layer 17 may be damaged. In addition, a structure that can be reset in a short time causes an increase in dark noise, which is a trade-off, so that this structure is difficult.

(無機光電変換部11B,11Rによる青色信号,赤色信号の取得)
続いて、有機光電変換部11Gを透過した光のうち、青色光は無機光電変換部11B、赤色光は無機光電変換部11Rにおいて、それぞれ順に吸収され、光電変換される。無機光電変換部11Bでは、入射した青色光に対応した電子が無機光電変換部11Bのn領域に蓄積され、蓄積された電子は、縦型トランジスタTr1によりフローティングディフュージョンFD1へと転送される。同様に、無機光電変換部11Rでは、入射した赤色光に対応した電子が無機光電変換部11Rのn領域に蓄積され、蓄積された電子は、転送トランジスタTr2によりフローティングディフュージョンFD2へと転送される。
(Acquisition of blue and red signals by the inorganic photoelectric conversion units 11B and 11R)
Subsequently, among the light transmitted through the organic photoelectric conversion unit 11G, blue light is absorbed and photoelectrically converted in order by the inorganic photoelectric conversion unit 11B and red light by the inorganic photoelectric conversion unit 11R. In the inorganic photoelectric conversion unit 11B, electrons corresponding to the incident blue light are accumulated in the n region of the inorganic photoelectric conversion unit 11B, and the accumulated electrons are transferred to the floating diffusion FD1 by the vertical transistor Tr1. Similarly, in the inorganic photoelectric conversion unit 11R, electrons corresponding to the incident red light are accumulated in the n region of the inorganic photoelectric conversion unit 11R, and the accumulated electrons are transferred to the floating diffusion FD2 by the transfer transistor Tr2.

(1−3.作用・効果)
前述したように、有機半導体材料を用いた光電変換素子では、半導体製造過程における加熱製造プロセスを経ても、低い暗電流、高い量子効率および高い応答速度といった優れた素子特性を維持することが課題となっており、様々な光電変換素子が提案されている。
(1-3. Action and effect)
As described above, in photoelectric conversion elements using organic semiconductor materials, it is a problem to maintain excellent element characteristics such as low dark current, high quantum efficiency, and high response speed even after a heating manufacturing process in the semiconductor manufacturing process. Various photoelectric conversion elements have been proposed.

これに対して、本実施の形態では、陽極(下部電極15)と光電変換層17との間に、上記一般的(1)で表されるベンゾジフラン誘導体を含む電子ブロック層16を設けるようにした。一般式(1)で表されるベンゾジフラン誘導体を含む電子ブロック層16は、上述した第1〜第5の特徴を有している。   On the other hand, in the present embodiment, the electron blocking layer 16 containing the benzodifuran derivative represented by the above general (1) is provided between the anode (lower electrode 15) and the photoelectric conversion layer 17. . The electron block layer 16 containing the benzodifuran derivative represented by the general formula (1) has the first to fifth features described above.

即ち、本実施の形態の電子ブロック層16は、高い正孔輸送性を有すると共に、光電変換層17を構成する正孔輸送性材料のイオン化ポテンシャルと同程度のイオン化ポテンシャルを有する。これにより、本実施の形態の光電変換素子10Aは、光電変換層17における電荷分離過程によって発生した成功を効率よく、速やかに下部電極15へ輸送することが可能となる。   That is, the electron blocking layer 16 of the present embodiment has a high hole transport property and an ionization potential that is comparable to the ionization potential of the hole transport material that constitutes the photoelectric conversion layer 17. Thereby, the photoelectric conversion element 10A of the present embodiment can efficiently and quickly transport the success generated by the charge separation process in the photoelectric conversion layer 17 to the lower electrode 15.

更に、本実施の形態の電子ブロック層16は、層表面の高い平滑性を有すると共に、欠陥が少ない均質な層を構成するアモルファス層として形成することが可能となる。また、上記ベンゾジフラン誘導体は、高い耐熱性、耐光性およびその他の環境下における高い安定性を有する。よって、本実施の形態の電子ブロック層16は、下部電極15および光電変換層17と安定な界面を形成し、加熱処理をしてもこれら隣接する層へ拡散することなく、界面を隔てた密着性が維持される。これにより、本実施の形態の光電変換素子10Aは、半導体製造過程における加熱プロセスに対する耐久性が向上し、高い素子特性を維持することが可能となる。   Furthermore, the electron blocking layer 16 of the present embodiment can be formed as an amorphous layer that constitutes a homogeneous layer having high smoothness on the layer surface and few defects. The benzodifuran derivative has high heat resistance, light resistance, and high stability in other environments. Therefore, the electron blocking layer 16 of the present embodiment forms a stable interface with the lower electrode 15 and the photoelectric conversion layer 17, and does not diffuse to these adjacent layers even if heat treatment is performed, and the adhesion is separated from the interface. Sex is maintained. As a result, the photoelectric conversion element 10A of the present embodiment has improved durability against a heating process in the semiconductor manufacturing process, and can maintain high element characteristics.

以上、本実施の形態の光電変換素子10Aは、上記一般式(1)で表されるベンゾジフラン誘導体を含む電子ブロック層16を、陽極(下部電極15)と光電変換層17との間に設けるようにした。これにより、半導体製造過程における加熱プロセスを経ても、低い暗電流、高い量子効率および高い応答速度が維持される。即ち、高い素子特性を有すると共に、耐熱性に優れた光電変換素子10Aおよびこれを備えた撮像装置1を提供することが可能となる。   As described above, in the photoelectric conversion element 10A of the present embodiment, the electron block layer 16 including the benzodifuran derivative represented by the general formula (1) is provided between the anode (lower electrode 15) and the photoelectric conversion layer 17. I made it. Thereby, low dark current, high quantum efficiency, and high response speed are maintained even after a heating process in the semiconductor manufacturing process. That is, it is possible to provide the photoelectric conversion element 10A having high element characteristics and excellent heat resistance, and the imaging device 1 including the photoelectric conversion element 10A.

次に、第2の実施の形態について説明する。以下では、上記第1の実施の形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、適宜その説明を省略する。   Next, a second embodiment will be described. In the following, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted as appropriate.

<2.第2の実施の形態>
図5は、本開示の第2の実施の形態の光電変換素子(光電変換素子10B)の断面構成を表したものである。図6は、図5に示した光電変換素子10Bの等価回路図である。図7は、図5に示した光電変換素子10Bの下部電極21および制御部を構成するトランジスタの配置を模式的に表したものである。光電変換素子10Bは、光電変換素子10Aと同様に、例えば、裏面照射型(裏面受光型)のCCDイメージセンサまたはCMOSイメージセンサ等の撮像装置(撮像装置1)において1つの画素(単位画素P)を構成する撮像素子である(図15参照)。光電変換素子10Aは、それぞれ異なる波長域の光を選択的に検出して光電変換を行う1つの有機光電変換部20と、2つの無機光電変換部32B,32Rとが縦方向に積層された、いわゆる縦方向分光型のものである。
<2. Second Embodiment>
FIG. 5 illustrates a cross-sectional configuration of the photoelectric conversion element (photoelectric conversion element 10 </ b> B) according to the second embodiment of the present disclosure. 6 is an equivalent circuit diagram of the photoelectric conversion element 10B shown in FIG. FIG. 7 schematically shows the arrangement of the transistors constituting the lower electrode 21 and the control unit of the photoelectric conversion element 10 </ b> B shown in FIG. 5. Similarly to the photoelectric conversion element 10A, the photoelectric conversion element 10B is, for example, one pixel (unit pixel P) in an imaging device (imaging device 1) such as a backside illumination type (backside light receiving type) CCD image sensor or CMOS image sensor. (See FIG. 15). In the photoelectric conversion element 10A, one organic photoelectric conversion unit 20 that selectively detects light in different wavelength ranges and performs photoelectric conversion and two inorganic photoelectric conversion units 32B and 32R are stacked in the vertical direction. This is a so-called longitudinal spectroscopic type.

(2−1.光電変換素子の構成)
有機光電変換部20は、半導体基板30の第1面(裏面)30A側に設けられている。無機光電変換部32B,32Rは、半導体基板30内に埋め込み形成されており、半導体基板30の厚み方向に積層されている。本実施の形態の有機光電変換部20は、光電変換層17と上部電極18との間に上記第1の実施の形態と同様の構成を有する電子ブロック層16が設けられたものである。また、有機光電変換部20では、下部電極21が複数の電極(読み出し電極21Aおよび蓄積電極21B)からなる共に、下部電極21と光電変換層17との間に電荷蓄積層23が設けられている。
(2-1. Configuration of photoelectric conversion element)
The organic photoelectric conversion unit 20 is provided on the first surface (back surface) 30 </ b> A side of the semiconductor substrate 30. The inorganic photoelectric conversion units 32 </ b> B and 32 </ b> R are embedded in the semiconductor substrate 30 and are stacked in the thickness direction of the semiconductor substrate 30. In the organic photoelectric conversion unit 20 of the present embodiment, an electronic block layer 16 having the same configuration as that of the first embodiment is provided between the photoelectric conversion layer 17 and the upper electrode 18. Further, in the organic photoelectric conversion unit 20, the lower electrode 21 includes a plurality of electrodes (readout electrode 21 </ b> A and storage electrode 21 </ b> B), and the charge storage layer 23 is provided between the lower electrode 21 and the photoelectric conversion layer 17. .

有機光電変換部20と、無機光電変換部32B,32Rとは、互いに異なる波長域の光を選択的に検出して光電変換を行うものである。具体的には、有機光電変換部20では、緑(G)の色信号を取得する。無機光電変換部32B,32Rでは、吸収係数の違いにより、それぞれ、青(B)および赤(R)の色信号を取得する。これにより、光電変換素子10Bでは、カラーフィルタを用いることなく一つの画素において複数種類の色信号を取得可能となっている。   The organic photoelectric conversion unit 20 and the inorganic photoelectric conversion units 32B and 32R selectively detect light in different wavelength ranges and perform photoelectric conversion. Specifically, the organic photoelectric conversion unit 20 acquires a green (G) color signal. In the inorganic photoelectric conversion units 32B and 32R, blue (B) and red (R) color signals are acquired based on the difference in absorption coefficient. Thereby, in the photoelectric conversion element 10B, it is possible to acquire a plurality of types of color signals in one pixel without using a color filter.

半導体基板30の第2面(表面)30Bには、例えば、フローティングディフュージョンFD1(半導体基板30内の領域36B),FD2(半導体基板30内の領域37C),FD3(半導体基板30内の領域38C)と、転送トランジスタTr2,Tr3と、アンプトランジスタAMPと、リセットトランジスタRSTと、選択トランジスタSELと、多層配線40とが設けられている。多層配線40は、例えば、配線層41,42,43が絶縁層44内に積層された構成を有している。   The second surface (front surface) 30B of the semiconductor substrate 30 includes, for example, a floating diffusion FD1 (region 36B in the semiconductor substrate 30), FD2 (region 37C in the semiconductor substrate 30), and FD3 (region 38C in the semiconductor substrate 30). The transfer transistors Tr2 and Tr3, the amplifier transistor AMP, the reset transistor RST, the selection transistor SEL, and the multilayer wiring 40 are provided. The multilayer wiring 40 has a configuration in which, for example, wiring layers 41, 42, and 43 are laminated in an insulating layer 44.

なお、図5では、半導体基板30の第1面30A側を光入射側S1、第2面30B側を配線層側S2と表している。   In FIG. 5, the first surface 30A side of the semiconductor substrate 30 is represented as the light incident side S1, and the second surface 30B side is represented as the wiring layer side S2.

有機光電変換部20は、例えば、下部電極21、電荷蓄積層23、光電変換層17、電子ブロック層16および上部電極18が、半導体基板30の第1面30Aの側からこの順に積層された構成を有している。なお、下部電極21と電荷蓄積層23との間には絶縁層22が設けられている。下部電極21は、例えば、光電変換素子10Bごとに分離形成されると共に、詳細は後述するが、絶縁層22を間に互いに分離された読み出し電極21Aおよび蓄積電極21Bとから構成されている。読み出し電極21A上の絶縁層22には開口22Hが設けられており、読み出し電極21Aと電荷蓄積層23とは、この開口22Hを介して電気的に接続されている。なお、図5では、電子蓄積層23、光電変換層17、電子ブロック層16および上部電極18が、光電変換素子10Bごとに分離して形成されている例を示したが、例えば、複数の光電変換素子10Bに共通した連続層として設けられていてもよい。半導体基板30の第1面30Aと下部電極21との間には、第1の実施の形態と同様に、例えば、固定電荷層12Aと、誘電体層12Bと、層間絶縁層14とが設けられている。上部電極18の上には、遮光膜51を含む保護層19が設けられている。保護層19の上には、オンチップレンズ50Lを有するオンチップレンズ層50等の光学部材が配設されている。   The organic photoelectric conversion unit 20 has a configuration in which, for example, a lower electrode 21, a charge storage layer 23, a photoelectric conversion layer 17, an electron block layer 16, and an upper electrode 18 are stacked in this order from the first surface 30A side of the semiconductor substrate 30. have. An insulating layer 22 is provided between the lower electrode 21 and the charge storage layer 23. For example, the lower electrode 21 is formed separately for each photoelectric conversion element 10B, and, as will be described in detail later, includes a read electrode 21A and a storage electrode 21B that are separated from each other with an insulating layer 22 interposed therebetween. An opening 22H is provided in the insulating layer 22 on the readout electrode 21A, and the readout electrode 21A and the charge storage layer 23 are electrically connected through the opening 22H. 5 shows an example in which the electron storage layer 23, the photoelectric conversion layer 17, the electron block layer 16, and the upper electrode 18 are separately formed for each photoelectric conversion element 10B. It may be provided as a continuous layer common to the conversion element 10B. As in the first embodiment, for example, a fixed charge layer 12A, a dielectric layer 12B, and an interlayer insulating layer 14 are provided between the first surface 30A of the semiconductor substrate 30 and the lower electrode 21. ing. A protective layer 19 including a light shielding film 51 is provided on the upper electrode 18. On the protective layer 19, an optical member such as an on-chip lens layer 50 having an on-chip lens 50L is disposed.

半導体基板30の第1面30Aと第2面30Bとの間には、貫通電極63が設けられている。有機光電変換部20は、この貫通電極63を介して、アンプトランジスタAMPのゲートGampと、フローティングディフュージョンFD1を兼ねるリセットトランジスタRST(リセットトランジスタTr1rst)の一方のソース/ドレイン領域36Bに接続されている。これにより、光電変換素子10Bでは、半導体基板30の第1面30A側の有機光電変換部20で生じた電荷(ここでは、電子)を、貫通電極63を介して半導体基板30の第2面30B側に良好に転送し、特性を高めることが可能となっている。   A through electrode 63 is provided between the first surface 30 </ b> A and the second surface 30 </ b> B of the semiconductor substrate 30. The organic photoelectric conversion unit 20 is connected to the gate Gamp of the amplifier transistor AMP and one source / drain region 36B of the reset transistor RST (reset transistor Tr1rst) also serving as the floating diffusion FD1 through the through electrode 63. Thereby, in the photoelectric conversion element 10 </ b> B, charges (here, electrons) generated in the organic photoelectric conversion unit 20 on the first surface 30 </ b> A side of the semiconductor substrate 30 are transferred to the second surface 30 </ b> B of the semiconductor substrate 30 through the through electrode 63. It is possible to improve the characteristics by transferring well to the side.

貫通電極63の下端は、配線層41内の接続部41Aに接続されており、接続部41Aと、アンプトランジスタAMPのゲートGampとは、下部第1コンタクト45を介して接続されている。接続部41Aと、フローティングディフュージョンFD1(領域36B)とは、例えば、下部第2コンタクト46を介して接続されている。貫通電極63の上端は、例えば、パッド部39Aおよび上部第1コンタクト24Aを介して読み出し電極21Aに接続されている。   The lower end of the through electrode 63 is connected to the connection portion 41A in the wiring layer 41, and the connection portion 41A and the gate Gamp of the amplifier transistor AMP are connected via the lower first contact 45. The connection portion 41A and the floating diffusion FD1 (region 36B) are connected via, for example, the lower second contact 46. The upper end of the through electrode 63 is connected to the readout electrode 21A via, for example, the pad portion 39A and the upper first contact 24A.

フローティングディフュージョンFD1(リセットトランジスタRSTの一方のソース/ドレイン領域36B)の隣にはリセットトランジスタRSTのリセットゲートGrstが配置されている。これにより、フローティングディフュージョンFD1に蓄積された電荷を、リセットトランジスタRSTによりリセットすることが可能となる。   Next to the floating diffusion FD1 (one source / drain region 36B of the reset transistor RST), the reset gate Grst of the reset transistor RST is arranged. Thereby, the charge accumulated in the floating diffusion FD1 can be reset by the reset transistor RST.

本実施の形態の光電変換素子10Bでは、光電変換素子10Aと同様に、上部電極18側から有機光電変換部20に入射した光は、光電変換層17で吸収される。これによって生じた励起子は、光電変換層17を構成する電子供与体と電子受容体との界面に移動し、励起子分離、即ち、電子と正孔とに解離する。ここで発生した電荷(電子および正孔)は、キャリアの濃度差による拡散や、陽極と陰極との仕事関数の差による内部電界によって、それぞれ異なる電極へ運ばれ、光電流として検出される。また、下部電極21と上部電極18との間に電位を印加することによって、電子および正孔の輸送方向を制御することができる。   In the photoelectric conversion element 10 </ b> B of the present embodiment, light that has entered the organic photoelectric conversion unit 20 from the upper electrode 18 side is absorbed by the photoelectric conversion layer 17 as in the photoelectric conversion element 10 </ b> A. The excitons generated thereby move to the interface between the electron donor and the electron acceptor constituting the photoelectric conversion layer 17 and dissociate into exciton separation, that is, electrons and holes. The charges (electrons and holes) generated here are carried to different electrodes by the diffusion due to the carrier concentration difference and the internal electric field due to the work function difference between the anode and the cathode, and are detected as photocurrents. In addition, by applying a potential between the lower electrode 21 and the upper electrode 18, the transport direction of electrons and holes can be controlled.

以下、各部の構成や材料等について説明する。   Hereinafter, the configuration and materials of each part will be described.

有機光電変換部20は、選択的な波長域(例えば、450nm以上650nm以下)の一部または全部の波長域に対応する緑色光を吸収して、電子−正孔対を発生させる有機光電変換素子である。   The organic photoelectric conversion unit 20 absorbs green light corresponding to a part or all of a selective wavelength range (for example, 450 nm or more and 650 nm or less) and generates an electron-hole pair. It is.

下部電極21は、上記のように、分離形成された読み出し電極21Aと蓄積電極21Bとから構成されている。読み出し電極21Aは、光電変換層17内で発生した電荷(ここでは、電子)をフローティングディフュージョンFD1に転送するためのものであり、例えば、上部第1コンタクト24A、パッド部39A、貫通電極63、接続部41Aおよび下部第2コンタクト46を介してフローティングディフュージョンFD1(36B)に接続されている。蓄積電極21Bは、光電変換層17内で発生した電荷のうち、信号電荷として電子を電荷蓄積23内に蓄積させるため、および蓄積した電子を読み出し電極21Aに転送するためのものである。蓄積電極21Bは、半導体基板30内に形成された無機光電変換部32B,32Rの受光面と正対して、これらの受光面を覆う領域に設けられている。蓄積電極21Bは、読み出し電極21Aよりも大きいことが好ましく、これにより、電荷蓄積層23内に多くの電荷を蓄積させることが可能となる。   As described above, the lower electrode 21 includes the readout electrode 21A and the storage electrode 21B that are separately formed. The readout electrode 21A is for transferring charges (electrons here) generated in the photoelectric conversion layer 17 to the floating diffusion FD1, and for example, the upper first contact 24A, the pad portion 39A, the through electrode 63, the connection The floating diffusion FD1 (36B) is connected via the portion 41A and the lower second contact 46. The storage electrode 21B is for accumulating electrons in the charge accumulation 23 as signal charges out of the charges generated in the photoelectric conversion layer 17, and for transferring the accumulated electrons to the readout electrode 21A. The storage electrode 21 </ b> B is provided in a region facing the light receiving surfaces of the inorganic photoelectric conversion units 32 </ b> B and 32 </ b> R formed in the semiconductor substrate 30. The storage electrode 21 </ b> B is preferably larger than the readout electrode 21 </ b> A, so that a large amount of charge can be stored in the charge storage layer 23.

下部電極21は、光透過性を有する導電膜により構成され、例えば、ITO(インジウム錫酸化物)により構成されている。但し、下部電極21の構成材料としては、このITOの他にも、ドーパントを添加した酸化スズ(SnO2)系材料、あるいはアルミニウム亜鉛酸化物(ZnO)にドーパントを添加してなる酸化亜鉛系材料を用いてもよい。酸化亜鉛系材料としては、例えば、ドーパントとしてアルミニウム(Al)を添加したアルミニウム亜鉛酸化物(AZO)、ガリウム(Ga)添加のガリウム亜鉛酸化物(GZO)、インジウム(In)添加のインジウム亜鉛酸化物(IZO)が挙げられる。また、この他にも、CuI、InSbO4、ZnMgO、CuInO2、MgIn24、CdO、ZnSnO3等を用いてもよい。 The lower electrode 21 is made of a light-transmitting conductive film, for example, ITO (Indium Tin Oxide). However, as a constituent material of the lower electrode 21, in addition to this ITO, a tin oxide (SnO 2 ) -based material to which a dopant is added, or a zinc oxide-based material obtained by adding a dopant to aluminum zinc oxide (ZnO) May be used. Examples of the zinc oxide-based material include aluminum zinc oxide (AZO) to which aluminum (Al) is added as a dopant, gallium zinc oxide (GZO) to which gallium (Ga) is added, and indium zinc oxide to which indium (In) is added. (IZO). In addition, CuI, InSbO 4 , ZnMgO, CuInO 2 , MgIn 2 O 4 , CdO, ZnSnO 3, or the like may be used.

電子ブロック層16は、第1の実施の形態と同様に、光電変換層17において発生した電荷のうち、正孔を選択的に下部電極15へ輸送すると共に、電子の下部電極15側への移動を阻害するためのものである。電子ブロック層16は、上記一般式(1)で表される有機半導体材料を用いて構成されている。   As in the first embodiment, the electron blocking layer 16 selectively transports holes out of the charges generated in the photoelectric conversion layer 17 to the lower electrode 15 and moves electrons to the lower electrode 15 side. It is for inhibiting. The electron block layer 16 is configured using the organic semiconductor material represented by the general formula (1).

光電変換層17は、第1の実施の形態と同様に、光エネルギーを電気エネルギーに変換するものであり、例えば、2種以上の有機半導体材料(p型半導体材料およびn型半導体材料)を含んで構成されている。光電変換層17は、p型半導体材料およびn型半導体材料の他に、例えば、可視光領域のうち、選択的な波長(例えば、400nm以上750nm以下の緑色光)で50000cm-1以上の吸収係数を有する色材を含んで構成されている。本実施の形態の光電変換層17には、第1の実施の形態と同様の有機半導体材料を用いることができる。例えば、色材としては、上記一般式(2)に示したサブフタロシアニンまたはその誘導体を用いることができる。この他、p型半導体材料として、正孔輸送性を有する、例えば、上記式(5−1)〜式(5−11)に示した化合物を用いることができる。型半導体材料として、電子輸送性を有する、例えば、上記一般式(3)で表されるフラーレンC60またはその誘導体、あるいは、上記一般式(4)で表されるおよびフラーレンC70またはその誘導体を用いることができる。 Similar to the first embodiment, the photoelectric conversion layer 17 converts light energy into electrical energy, and includes, for example, two or more organic semiconductor materials (p-type semiconductor material and n-type semiconductor material). It consists of In addition to the p-type semiconductor material and the n-type semiconductor material, the photoelectric conversion layer 17 has, for example, an absorption coefficient of 50000 cm −1 or more at a selective wavelength (eg, green light of 400 nm or more and 750 nm or less) in the visible light region. It is comprised including the color material which has. For the photoelectric conversion layer 17 of the present embodiment, the same organic semiconductor material as that of the first embodiment can be used. For example, as the color material, subphthalocyanine represented by the general formula (2) or a derivative thereof can be used. In addition, as the p-type semiconductor material, for example, compounds having a hole transporting property and represented by the above formulas (5-1) to (5-11) can be used. As the type semiconductor material, for example, fullerene C 60 represented by the above general formula (3) or a derivative thereof, or fullerene C 70 represented by the above general formula (4) or a derivative thereof having an electron transport property Can be used.

なお、光電変換層17を構成する有機半導体材料は特に限定されない。上記した有機半導体材料以外には、例えば、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、テトラセン、ピレン、ペリレン、およびフルオランテンあるいはそれらの誘導体のうちのいずれか1種が好適に用いられる。あるいは、フェニレンビニレン、フルオレン、カルバゾール、インドール、ピレン、ピロール、ピコリン、チオフェン、アセチレン、ジアセチレン等の重合体やそれらの誘導体を用いてもよい。加えて、金属錯体色素、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、アントラセンおよびピレン等の縮合多環芳香族および芳香環あるいは複素環化合物が縮合した鎖状化合物、または、スクアリリウム基およびクロコニツ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、または、スクアリリウム基およびクロコニツクメチン基により結合したシアニン系類似の色素等を好ましく用いることができる。なお、上記金属錯体色素としては、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、またはルテニウム錯体色素が好ましいが、これに限定されるものではない。光電変換層17の厚みは、例えば、50nm〜500nmである。   In addition, the organic-semiconductor material which comprises the photoelectric converting layer 17 is not specifically limited. In addition to the organic semiconductor materials described above, for example, any one of naphthalene, anthracene, phenanthrene, tetracene, pyrene, perylene, and fluoranthene or derivatives thereof is preferably used. Alternatively, polymers such as phenylene vinylene, fluorene, carbazole, indole, pyrene, pyrrole, picoline, thiophene, acetylene, diacetylene, and derivatives thereof may be used. In addition, metal complex dyes, cyanine dyes, merocyanine dyes, phenylxanthene dyes, triphenylmethane dyes, rhodacyanine dyes, xanthene dyes, macrocyclic azaannulene dyes, azulene dyes, naphthoquinone, anthraquinone dyes, Condensed polycyclic aromatic compounds such as anthracene and pyrene and chain compounds condensed with aromatic rings or heterocyclic compounds, or two compounds such as quinoline, benzothiazole and benzoxazole having a squarylium group and a croconic methine group as a binding chain. A cyanine-like dye or the like bonded by a nitrogen heterocycle or a squarylium group and a croconite methine group can be preferably used. The metal complex dye is preferably a dithiol metal complex dye, a metal phthalocyanine dye, a metal porphyrin dye, or a ruthenium complex dye, but is not limited thereto. The thickness of the photoelectric conversion layer 17 is, for example, 50 nm to 500 nm.

上部電極18は、第1の実施の形態と同様に光透過性を有する導電膜により構成されている。光電変換素子10Bでは、上部電極18が単位画素P毎に分離されていてもよいし、各単位画素P毎に共通の電極として形成されていてもよい。上部電極18の厚みは、例えば、10nm〜200nmである。   The upper electrode 18 is made of a light-transmitting conductive film as in the first embodiment. In the photoelectric conversion element 10B, the upper electrode 18 may be separated for each unit pixel P, or may be formed as a common electrode for each unit pixel P. The thickness of the upper electrode 18 is, for example, 10 nm to 200 nm.

なお、光電変換層17と下部電極15との間、および光電変換層17と上部電極18との間には、光電変換素子10Aと同様に、他の層が設けられていてもよい。   Note that other layers may be provided between the photoelectric conversion layer 17 and the lower electrode 15 and between the photoelectric conversion layer 17 and the upper electrode 18 in the same manner as the photoelectric conversion element 10A.

絶縁層22は、蓄積電極21Bと電荷蓄積層23とを電気的に分離するためのものである。絶縁層22は、下部電極21を覆うように、例えば、層間絶縁層14上に設けられている。また、絶縁層22には、下部電極21のうち、読み出し電極21A上に開口22Hが設けられており、この開口22Hを介して、読み出し電極21Aと電荷蓄積層23とが電気的に接続されている。絶縁層22は、例えば、層間絶縁層14と同様の材料を用いて形成することができ、例えば、酸化シリコン、窒化シリコンおよび酸窒化シリコン(SiON)等のうちの1種よりなる単層膜か、あるいはこれらのうちの2種以上よりなる積層膜により構成されている。絶縁層22の厚みは、例えば、20nm〜500nmである。   The insulating layer 22 is for electrically separating the storage electrode 21B and the charge storage layer 23 from each other. For example, the insulating layer 22 is provided on the interlayer insulating layer 14 so as to cover the lower electrode 21. The insulating layer 22 is provided with an opening 22H on the readout electrode 21A in the lower electrode 21, and the readout electrode 21A and the charge storage layer 23 are electrically connected through the opening 22H. Yes. The insulating layer 22 can be formed using, for example, the same material as that of the interlayer insulating layer 14. Or a laminated film composed of two or more of these. The thickness of the insulating layer 22 is, for example, 20 nm to 500 nm.

保護層19内には、例えば、読み出し電極21A上に遮光膜51が設けられている。遮光膜51は、少なくとも蓄積電極21Bにはかからず、少なくとも電荷蓄積層23と直接接している読み出し電極21Aの領域を覆うように設けられていればよい。例えば、蓄積電極21Bと同じ層に形成されている導電膜21aよりも一回り大きく設けられていることが好ましい。保護層19の上には、全面を覆うように、オンチップレンズ層50が形成されている。オンチップレンズ層50の表面には、複数のオンチップレンズ50L(マイクロレンズ)が設けられている。   In the protective layer 19, for example, a light shielding film 51 is provided on the readout electrode 21A. The light shielding film 51 may be provided so as not to cover at least the storage electrode 21B but to cover at least the region of the readout electrode 21A in direct contact with the charge storage layer 23. For example, it is preferable that the conductive film 21a is slightly larger than the conductive film 21a formed in the same layer as the storage electrode 21B. An on-chip lens layer 50 is formed on the protective layer 19 so as to cover the entire surface. On the surface of the on-chip lens layer 50, a plurality of on-chip lenses 50L (microlenses) are provided.

半導体基板30は、例えば、n型のシリコン(Si)基板により構成され、所定領域にpウェル31を有している。pウェル31の第2面30Bには、上述した転送トランジスタTr2,Tr3と、アンプトランジスタAMPと、リセットトランジスタRSTと、選択トランジスタSEL等が設けられている。また、半導体基板30の周辺部には、ロジック回路等からなる周辺回路(図示せず)が設けられている。   The semiconductor substrate 30 is composed of, for example, an n-type silicon (Si) substrate, and has a p-well 31 in a predetermined region. On the second surface 30B of the p-well 31, the transfer transistors Tr2 and Tr3, the amplifier transistor AMP, the reset transistor RST, the selection transistor SEL, and the like described above are provided. In addition, a peripheral circuit (not shown) including a logic circuit or the like is provided in the peripheral portion of the semiconductor substrate 30.

リセットトランジスタRST(リセットトランジスタTr1rst)は、有機光電変換部20からフローティングディフュージョンFD1に転送された電荷をリセットするものであり、例えばMOSトランジスタにより構成されている。具体的には、リセットトランジスタTr1rstは、リセットゲートGrstと、チャネル形成領域36Aと、ソース/ドレイン領域36B,36Cとから構成されている。リセットゲートGrstは、リセット線RST1に接続され、リセットトランジスタTr1rstの一方のソース/ドレイン領域36Bは、フローティングディフュージョンFD1を兼ねている。リセットトランジスタTr1rstを構成する他方のソース/ドレイン領域36Cは、電源VDDに接続されている。   The reset transistor RST (reset transistor Tr1rst) resets the charge transferred from the organic photoelectric conversion unit 20 to the floating diffusion FD1, and is configured by, for example, a MOS transistor. Specifically, the reset transistor Tr1rst includes a reset gate Grst, a channel formation region 36A, and source / drain regions 36B and 36C. The reset gate Grst is connected to the reset line RST1, and one source / drain region 36B of the reset transistor Tr1rst also serves as the floating diffusion FD1. The other source / drain region 36C constituting the reset transistor Tr1rst is connected to the power supply VDD.

アンプトランジスタAMPは、有機光電変換部20で生じた電荷量を電圧に変調する変調素子であり、例えばMOSトランジスタにより構成されている。具体的には、アンプトランジスタAMPは、ゲートGampと、チャネル形成領域35Aと、ソース/ドレイン領域35B,35Cとから構成されている。ゲートGampは、下部第1コンタクト45、接続部41A、下部第2コンタクト46および貫通電極63等を介して、読み出し電極21AおよびリセットトランジスタTr1rstの一方のソース/ドレイン領域36B(フローティングディフュージョンFD1)に接続されている。また、一方のソース/ドレイン領域35Bは、リセットトランジスタTr1rstを構成する他方のソース/ドレイン領域36Cと、領域を共有しており、電源VDDに接続されている。   The amplifier transistor AMP is a modulation element that modulates the amount of charge generated in the organic photoelectric conversion unit 20 into a voltage, and is configured by, for example, a MOS transistor. Specifically, the amplifier transistor AMP includes a gate Gamp, a channel formation region 35A, and source / drain regions 35B and 35C. The gate Gamp is connected to the read electrode 21A and one source / drain region 36B (floating diffusion FD1) of the reset transistor Tr1rst through the lower first contact 45, the connection portion 41A, the lower second contact 46, the through electrode 63, and the like. Has been. Also, one source / drain region 35B shares a region with the other source / drain region 36C constituting the reset transistor Tr1rst and is connected to the power supply VDD.

選択トランジスタSEL(選択トランジスタTR1sel)は、ゲートGselと、チャネル形成領域34Aと、ソース/ドレイン領域34B,34Cとから構成されている。ゲートGselは、選択線SEL1に接続されている。また、一方のソース/ドレイン領域34Bは、アンプトランジスタAMPを構成する他方のソース/ドレイン領域35Cと、領域を共有しており、他方のソース/ドレイン領域34Cは、信号線(データ出力線)VSL1に接続されている。   The selection transistor SEL (selection transistor TR1sel) includes a gate Gsel, a channel formation region 34A, and source / drain regions 34B and 34C. The gate Gsel is connected to the selection line SEL1. One source / drain region 34B shares a region with the other source / drain region 35C constituting the amplifier transistor AMP, and the other source / drain region 34C is a signal line (data output line) VSL1. It is connected to the.

無機光電変換部32B,32Rは、それぞれ、半導体基板30の所定領域にpn接合を有する。無機光電変換部32B,32Rは、シリコン基板において光の入射深さに応じて吸収される光の波長が異なることを利用して縦方向に光を分光することを可能としたものである。無機光電変換部32Bは、青色光を選択的に検出して青色に対応する信号電荷を蓄積させるものであり、青色光を効率的に光電変換可能な深さに設置されている。無機光電変換部32Rは、赤色光を選択的に検出して赤色に対応する信号電荷を蓄積させるものであり、赤色光を効率的に光電変換可能な深さに設置されている。なお、青(B)は、例えば450nm〜495nmの波長域、赤(R)は、例えば620nm〜750nmの波長域にそれぞれ対応する色である。無機光電変換部32B,32Rはそれぞれ、各波長域のうちの一部または全部の波長域の光を検出可能となっていればよい。   Each of the inorganic photoelectric conversion units 32 </ b> B and 32 </ b> R has a pn junction in a predetermined region of the semiconductor substrate 30. The inorganic photoelectric conversion units 32B and 32R are capable of spectrally separating light in the vertical direction by utilizing the fact that the wavelength of light absorbed in accordance with the incident depth of light in the silicon substrate is different. The inorganic photoelectric conversion unit 32B selectively detects blue light and accumulates signal charges corresponding to blue, and is installed at a depth at which blue light can be efficiently photoelectrically converted. The inorganic photoelectric conversion unit 32R selectively detects red light and accumulates signal charges corresponding to red, and is installed at a depth at which red light can be efficiently photoelectrically converted. Note that blue (B) is a color corresponding to a wavelength range of 450 nm to 495 nm, for example, and red (R) is a color corresponding to a wavelength range of 620 nm to 750 nm, for example. Each of the inorganic photoelectric conversion units 32B and 32R only needs to be able to detect light in a part or all of the wavelength ranges.

無機光電変換部32Bは、例えば、正孔蓄積層となるp+領域と、電子蓄積層となるn領域とを含んで構成されている。無機光電変換部32Rは、例えば、正孔蓄積層となるp+領域と、電子蓄積層となるn領域とを有する(p−n−pの積層構造を有する)。無機光電変換部32Bのn領域は、縦型の転送トランジスタTr2に接続されている。無機光電変換部32Bのp+領域は、転送トランジスタTr2に沿って屈曲し、無機光電変換部32Rのp+領域につながっている。   The inorganic photoelectric conversion unit 32B includes, for example, a p + region that becomes a hole accumulation layer and an n region that becomes an electron accumulation layer. The inorganic photoelectric conversion unit 32R includes, for example, a p + region serving as a hole accumulation layer and an n region serving as an electron accumulation layer (having a p-n-p stacked structure). The n region of the inorganic photoelectric conversion unit 32B is connected to the vertical transfer transistor Tr2. The p + region of the inorganic photoelectric conversion unit 32B is bent along the transfer transistor Tr2, and is connected to the p + region of the inorganic photoelectric conversion unit 32R.

転送トランジスタTr2(転送トランジスタTR2trs)は、無機光電変換部32Bにおいて発生し、蓄積された、青色に対応する信号電荷(ここでは、電子)を、フローティングディフュージョンFD2に転送するためのものである。無機光電変換部32Bは半導体基板30の第2面30Bから深い位置に形成されているので、無機光電変換部32Bの転送トランジスタTR2trsは縦型のトランジスタにより構成されていることが好ましい。また、転送トランジスタTR2trsは、転送ゲート線TG2に接続されている。更に、転送トランジスタTR2trsのゲートGtrs2の近傍の領域37Cには、フローティングディフュージョンFD2が設けられている。無機光電変換部32Bに蓄積された電荷は、ゲートGtrs2に沿って形成される転送チャネルを介してフローティングディフュージョンFD2に読み出される。   The transfer transistor Tr2 (transfer transistor TR2trs) is for transferring the signal charge (here, electrons) corresponding to blue generated and accumulated in the inorganic photoelectric conversion unit 32B to the floating diffusion FD2. Since the inorganic photoelectric conversion unit 32B is formed at a deep position from the second surface 30B of the semiconductor substrate 30, the transfer transistor TR2trs of the inorganic photoelectric conversion unit 32B is preferably formed of a vertical transistor. The transfer transistor TR2trs is connected to the transfer gate line TG2. Further, a floating diffusion FD2 is provided in a region 37C in the vicinity of the gate Gtrs2 of the transfer transistor TR2trs. The charges accumulated in the inorganic photoelectric conversion unit 32B are read out to the floating diffusion FD2 through a transfer channel formed along the gate Gtrs2.

転送トランジスタTr3(転送トランジスタTR3trs)は、無機光電変換部32Rにおいて発生し、蓄積された赤色に対応する信号電荷(ここでは、電子)を、フローティングディフュージョンFD3に転送するものであり、例えばMOSトランジスタにより構成されている。また、転送トランジスタTR3trsは、転送ゲート線TG3に接続されている。更に、転送トランジスタTR3trsのゲートGtrs3の近傍の領域38Cには、フローティングディフュージョンFD3が設けられている。無機光電変換部32Rに蓄積された電荷は、ゲートGtrs3に沿って形成される転送チャネルを介してフローティングディフュージョンFD3に読み出される。   The transfer transistor Tr3 (transfer transistor TR3trs) transfers the signal charge (here, electrons) generated in the inorganic photoelectric conversion unit 32R and corresponding to the accumulated red color to the floating diffusion FD3. It is configured. The transfer transistor TR3trs is connected to the transfer gate line TG3. Further, a floating diffusion FD3 is provided in a region 38C in the vicinity of the gate Gtrs3 of the transfer transistor TR3trs. The charge accumulated in the inorganic photoelectric conversion unit 32R is read out to the floating diffusion FD3 through a transfer channel formed along the gate Gtrs3.

半導体基板30の第2面30B側には、さらに、無機光電変換部32Bの制御部を構成するリセットトランジスタTR2rstと、アンプトランジスタTR2ampと、選択トランジスタTR2selが設けられている。また、無機光電変換部32Rの制御部を構成するリセットトランジスタTR3rstと、アンプトランジスタTR3ampおよび選択トランジスタTR3selが設けられている。   On the second surface 30B side of the semiconductor substrate 30, a reset transistor TR2rst, an amplifier transistor TR2amp, and a selection transistor TR2sel that form a control unit of the inorganic photoelectric conversion unit 32B are further provided. Further, a reset transistor TR3rst, an amplifier transistor TR3amp, and a selection transistor TR3sel that constitute a control unit of the inorganic photoelectric conversion unit 32R are provided.

リセットトランジスタTR2rstは、ゲート、チャネル形成領域およびソース/ドレイン領域から構成されている。リセットトランジスタTR2rstのゲートはリセット線RST2に接続され、リセットトランジスタTR2rstの一方のソース/ドレイン領域は電源VDDに接続されている。リセットトランジスタTR2rstの他方のソース/ドレイン領域は、フローティングディフュージョンFD2を兼ねている。   The reset transistor TR2rst includes a gate, a channel formation region, and a source / drain region. The gate of the reset transistor TR2rst is connected to the reset line RST2, and one source / drain region of the reset transistor TR2rst is connected to the power supply VDD. The other source / drain region of the reset transistor TR2rst also serves as the floating diffusion FD2.

アンプトランジスタTR2ampは、ゲート、チャネル形成領域およびソース/ドレイン領域から構成されている。ゲートは、リセットトランジスタTR2rstの他方のソース/ドレイン領域(フローティングディフュージョンFD2)に接続されている。また、アンプトランジスタTR2ampを構成する一方のソース/ドレイン領域は、リセットトランジスタTR2rstを構成する一方のソース/ドレイン領域と領域を共有しており、電源VDDに接続されている。   The amplifier transistor TR2amp includes a gate, a channel formation region, and a source / drain region. The gate is connected to the other source / drain region (floating diffusion FD2) of the reset transistor TR2rst. Further, one source / drain region constituting the amplifier transistor TR2amp shares a region with one source / drain region constituting the reset transistor TR2rst, and is connected to the power supply VDD.

選択トランジスタTR2selは、ゲート、チャネル形成領域およびソース/ドレイン領域から構成されている。ゲートは、選択線SEL2に接続されている。また、選択トランジスタTR2selを構成する一方のソース/ドレイン領域は、アンプトランジスタTR2ampを構成する他方のソース/ドレイン領域と領域を共有している。選択トランジスタTR2selを構成する他方のソース/ドレイン領域は、信号線(データ出力線)VSL2に接続されている。   The selection transistor TR2sel is composed of a gate, a channel formation region, and a source / drain region. The gate is connected to the selection line SEL2. One source / drain region constituting the selection transistor TR2sel shares a region with the other source / drain region constituting the amplifier transistor TR2amp. The other source / drain region constituting the selection transistor TR2sel is connected to a signal line (data output line) VSL2.

リセットトランジスタTR3rstは、ゲート、チャネル形成領域およびソース/ドレイン領域から構成されている。リセットトランジスタTR3rstのゲートはリセット線RST3に接続され、リセットトランジスタTR3rstを構成する一方のソース/ドレイン領域は電源VDDに接続されている。リセットトランジスタTR3rstを構成する他方のソース/ドレイン領域は、フローティングディフュージョンFD3を兼ねている。   The reset transistor TR3rst includes a gate, a channel formation region, and a source / drain region. The gate of the reset transistor TR3rst is connected to the reset line RST3, and one source / drain region constituting the reset transistor TR3rst is connected to the power supply VDD. The other source / drain region constituting the reset transistor TR3rst also serves as the floating diffusion FD3.

アンプトランジスタTR3ampは、ゲート、チャネル形成領域およびソース/ドレイン領域から構成されている。ゲートは、リセットトランジスタTR3rstを構成する他方のソース/ドレイン領域(フローティングディフュージョンFD3)に接続されている。また、アンプトランジスタTR3ampを構成する一方のソース/ドレイン領域は、リセットトランジスタTR3rstを構成する一方のソース/ドレイン領域と、領域を共有しており、電源VDDに接続されている。   The amplifier transistor TR3amp includes a gate, a channel formation region, and a source / drain region. The gate is connected to the other source / drain region (floating diffusion FD3) constituting the reset transistor TR3rst. Further, one source / drain region constituting the amplifier transistor TR3amp shares a region with one source / drain region constituting the reset transistor TR3rst, and is connected to the power supply VDD.

選択トランジスタTR3selは、ゲート、チャネル形成領域およびソース/ドレイン領域から構成されている。ゲートは、選択線SEL3に接続されている。また、選択トランジスタTR3selを構成する一方のソース/ドレイン領域は、アンプトランジスタTR3ampを構成する他方のソース/ドレイン領域と、領域を共有している。選択トランジスタTR3selを構成する他方のソース/ドレイン領域は、信号線(データ出力線)VSL3に接続されている。   The select transistor TR3sel includes a gate, a channel formation region, and a source / drain region. The gate is connected to the selection line SEL3. Further, one source / drain region constituting the selection transistor TR3sel shares a region with the other source / drain region constituting the amplifier transistor TR3amp. The other source / drain region constituting the selection transistor TR3sel is connected to a signal line (data output line) VSL3.

リセット線RST1,RST2,RST3、選択線SEL1,SEL2,SEL3、転送ゲート線TG2,TG3は、それぞれ、駆動回路を構成する垂直駆動回路112に接続されている。信号線(データ出力線)VSL1,VSL2,VSL3は、駆動回路を構成するカラム信号処理回路113に接続されている。   The reset lines RST1, RST2, RST3, the selection lines SEL1, SEL2, SEL3, and the transfer gate lines TG2, TG3 are respectively connected to the vertical drive circuit 112 that constitutes the drive circuit. The signal lines (data output lines) VSL1, VSL2, and VSL3 are connected to a column signal processing circuit 113 that constitutes a drive circuit.

下部第1コンタクト45、下部第2コンタクト46、上部第1コンタクト24Aおよび上部第2コンタクト24Bは、例えば、PDAS(Phosphorus Doped Amorphous Silicon)等のドープされたシリコン材料、または、アルミニウム(Al)、タングステン(W)、チタン(Ti)、コバルト(Co)、ハフニウム(Hf)、タンタル(Ta)等の金属材料により構成されている。   The lower first contact 45, the lower second contact 46, the upper first contact 24A, and the upper second contact 24B are made of, for example, a doped silicon material such as PDAS (Phosphorus Doped Amorphous Silicon), or aluminum (Al), tungsten It is made of a metal material such as (W), titanium (Ti), cobalt (Co), hafnium (Hf), and tantalum (Ta).

(2−2.光電変換素子の製造方法)
本実施の形態の光電変換素子10Bは、例えば、次のようにして製造することができる。
(2-2. Manufacturing method of photoelectric conversion element)
The photoelectric conversion element 10B of the present embodiment can be manufactured, for example, as follows.

図8〜図13は、光電変換素子10Bの製造方法を工程順に表したものである。まず、図8に示したように、半導体基板30内に、第1の導電型のウェルとして例えばpウェル31を形成し、このpウェル31内に第2の導電型(例えばn型)の無機光電変換部32B,32Rを形成する。半導体基板30の第1面30A近傍にはp+領域を形成する。   8 to 13 show the manufacturing method of the photoelectric conversion element 10B in the order of steps. First, as shown in FIG. 8, for example, a p-well 31 is formed as a first conductivity type well in a semiconductor substrate 30, and a second conductivity type (for example, n-type) inorganic is formed in the p well 31. Photoelectric converters 32B and 32R are formed. A p + region is formed in the vicinity of the first surface 30 </ b> A of the semiconductor substrate 30.

半導体基板30の第2面30Bには、同じく図8に示したように、例えばフローティングディフュージョンFD1〜FD3となるn+領域を形成したのち、ゲート絶縁層33と、転送トランジスタTr2、転送トランジスタTr3、選択トランジスタSEL、アンプトランジスタAMPおよびリセットトランジスタRSTの各ゲートを含むゲート配線層47とを形成する。これにより、転送トランジスタTr2、転送トランジスタTr3、選択トランジスタSEL、アンプトランジスタAMPおよびリセットトランジスタRSTを形成する。更に、半導体基板30の第2面30B上に、下部第1コンタクト45、下部第2コンタクト46および接続部41Aを含む配線層41〜43および絶縁層44からなる多層配線40を形成する。   As shown in FIG. 8, for example, n + regions to be the floating diffusions FD <b> 1 to FD <b> 3 are formed on the second surface 30 </ b> B of the semiconductor substrate 30, and then the gate insulating layer 33, the transfer transistor Tr <b> 2, the transfer transistor Tr <b> 3 are selected. A gate wiring layer 47 including the gates of the transistor SEL, the amplifier transistor AMP, and the reset transistor RST is formed. Thereby, the transfer transistor Tr2, the transfer transistor Tr3, the selection transistor SEL, the amplifier transistor AMP, and the reset transistor RST are formed. Furthermore, the multilayer wiring 40 including the lower first contact 45, the lower second contact 46, the wiring layers 41 to 43 including the connection portion 41 </ b> A, and the insulating layer 44 is formed on the second surface 30 </ b> B of the semiconductor substrate 30.

半導体基板30の基体としては、例えば、半導体基板30と、埋込み酸化膜(図示せず)と、保持基板(図示せず)とを積層したSOI(Silicon on Insulator)基板を用いる。埋込み酸化膜および保持基板は、図8には図示しないが、半導体基板30の第1面30Aに接合されている。イオン注入後、アニール処理を行う。   As the base of the semiconductor substrate 30, for example, an SOI (Silicon on Insulator) substrate in which a semiconductor substrate 30, a buried oxide film (not shown), and a holding substrate (not shown) are stacked is used. Although not shown in FIG. 8, the buried oxide film and the holding substrate are bonded to the first surface 30 </ b> A of the semiconductor substrate 30. After ion implantation, annealing is performed.

次いで、半導体基板30の第2面30B側(多層配線40側)に支持基板(図示せず)または他の半導体基体等を接合して、上下反転する。続いて、半導体基板30をSOI基板の埋込み酸化膜および保持基板から分離し、半導体基板30の第1面30Aを露出させる。以上の工程は、イオン注入およびCVD(Chemical Vapor Deposition)等、通常のCMOSプロセスで使用されている技術にて行うことが可能である。   Next, a support substrate (not shown) or another semiconductor substrate is joined to the second surface 30B side (multilayer wiring 40 side) of the semiconductor substrate 30 and turned upside down. Subsequently, the semiconductor substrate 30 is separated from the buried oxide film of the SOI substrate and the holding substrate, and the first surface 30A of the semiconductor substrate 30 is exposed. The above steps can be performed by techniques used in a normal CMOS process such as ion implantation and CVD (Chemical Vapor Deposition).

次いで、図9に示したように、例えばドライエッチングにより半導体基板30を第1面30A側から加工し、例えば環状の開口34Hを形成する。開口34Hの深さは、図9に示したように、半導体基板30の第1面30Aから第2面30Bまで貫通すると共に、例えば、接続部41Aまで達するものである。   Next, as shown in FIG. 9, the semiconductor substrate 30 is processed from the first surface 30A side, for example, by dry etching to form, for example, an annular opening 34H. As shown in FIG. 9, the depth of the opening 34H penetrates from the first surface 30A to the second surface 30B of the semiconductor substrate 30 and reaches, for example, the connection portion 41A.

続いて、半導体基板30の第1面30Aおよび開口34Hの側面に、例えば負の固定電荷層12Aを形成する。負の固定電荷層12Aとして、2種類以上の膜を積層してもよい。それにより、正孔蓄積層としての機能をより高めることが可能となる。負の固定電荷層12Aを形成したのち、誘電体層12Bを形成する。次に、誘電体層12B上の所定の位置にパッド部39A,39Bを形成したのち、誘電体層12Bおよびパッド部39A,39B上に、絶縁層26を成膜したのち、例えば、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法を用いて絶縁層26Bの表面を平坦化する。   Subsequently, the negative fixed charge layer 12A, for example, is formed on the first surface 30A of the semiconductor substrate 30 and the side surface of the opening 34H. Two or more types of films may be stacked as the negative fixed charge layer 12A. Thereby, the function as a hole accumulation layer can be further enhanced. After forming the negative fixed charge layer 12A, the dielectric layer 12B is formed. Next, after the pad portions 39A and 39B are formed at predetermined positions on the dielectric layer 12B, the insulating layer 26 is formed on the dielectric layer 12B and the pad portions 39A and 39B, and then, for example, CMP (Chemical The surface of the insulating layer 26B is planarized using a mechanical polishing method.

続いて、図10に示したように、層間絶縁層14にパッド部39A,39Bまで貫通する開口14H1,14H2を形成する。次に、開口14H1,14H2内に、例えばAl等の導電材料を埋め込み、上部第1コンタクト24Aおよび上部第2コンタクト24Bをそれぞれ形成する。続いて、図11に示したように、層間絶縁層14上に導電膜21xを成膜したのち、導電膜21xの所定の位置(例えば、パッド部39Aとパッド部39Bとの間)にフォトレジストPRを形成する。その後、エッチングおよびフォトレジストPRを除去することで、図12に示した、読み出し電極21Aおよび蓄積電極21Bがパターニングされる。   Subsequently, as shown in FIG. 10, openings 14H1 and 14H2 penetrating to the pad portions 39A and 39B are formed in the interlayer insulating layer 14. Next, a conductive material such as Al is embedded in the openings 14H1 and 14H2 to form the upper first contact 24A and the upper second contact 24B, respectively. Subsequently, as shown in FIG. 11, after a conductive film 21x is formed on the interlayer insulating layer 14, a photoresist is formed at a predetermined position (for example, between the pad portion 39A and the pad portion 39B) of the conductive film 21x. PR is formed. Thereafter, etching and photoresist PR are removed to pattern the read electrode 21A and the storage electrode 21B shown in FIG.

次いで、図13に示したように、層間絶縁層14、読み出し電極21Aおよび蓄積電極21B上に絶縁層22を成膜したのち、読み出し電極21A上に開口22Hを設ける。この後、絶縁層22上に、電荷蓄積層23、光電変換層17、電子ブロック層16、上部電極18、保護層19および遮光膜51を形成する。なお、上記のように、光電変換層17の上層または下層に、他の有機層を形成する場合には、真空工程において連続的に(真空一貫プロセスで)形成することが望ましい。また、光電変換層17の成膜方法としては、必ずしも真空蒸着法を用いた手法に限らず、他の手法、例えば、スピンコート技術やプリント技術等を用いてもよい。最後に、平坦化層等の光学部材およびオンチップレンズ層50を配設する。以上により、図5に示した光電変換素子10Bが完成する。   Next, as shown in FIG. 13, after the insulating layer 22 is formed on the interlayer insulating layer 14, the readout electrode 21A, and the storage electrode 21B, an opening 22H is provided on the readout electrode 21A. Thereafter, the charge storage layer 23, the photoelectric conversion layer 17, the electron blocking layer 16, the upper electrode 18, the protective layer 19, and the light shielding film 51 are formed on the insulating layer 22. As described above, when another organic layer is formed on the upper layer or the lower layer of the photoelectric conversion layer 17, it is desirable to form the organic layer continuously (by a vacuum consistent process) in the vacuum process. Further, the method for forming the photoelectric conversion layer 17 is not necessarily limited to the method using the vacuum vapor deposition method, and other methods such as a spin coating technique and a printing technique may be used. Finally, an optical member such as a planarizing layer and the on-chip lens layer 50 are disposed. Thus, the photoelectric conversion element 10B illustrated in FIG. 5 is completed.

光電変換素子10Bでは、有機光電変換部20に、オンチップレンズ50Lを介して光が入射すると、その光は、上記第1の実施の形態の光電変換素子10Aと同様に、有機光電変換部20、無機光電変換部32B,32Rの順に通過し、その通過過程において緑、青、赤の色光毎に光電変換される。   In the photoelectric conversion element 10B, when light enters the organic photoelectric conversion unit 20 via the on-chip lens 50L, the light is emitted from the organic photoelectric conversion unit 20 in the same manner as the photoelectric conversion element 10A of the first embodiment. The inorganic photoelectric conversion units 32B and 32R pass through in order, and photoelectric conversion is performed for each of the green, blue, and red color lights in the passing process.

図14は、光電変換素子10Bの一動作例を表したものである。(A)は、蓄積電極21Bにおける電位を示し、(B)は、フローティングディフュージョンFD1(読み出し電極21A)における電位を示し、(C)は、リセットトランジスタTR1rstのゲート(Gsel)における電位を示したものである。光電変換素子10Bでは、読み出し電極21Aおよび蓄積電極21Bは、それぞれ個別に電圧が印加されるようになっている。   FIG. 14 illustrates an operation example of the photoelectric conversion element 10B. (A) shows the potential at the storage electrode 21B, (B) shows the potential at the floating diffusion FD1 (readout electrode 21A), and (C) shows the potential at the gate (Gsel) of the reset transistor TR1rst. It is. In the photoelectric conversion element 10B, voltages are individually applied to the readout electrode 21A and the storage electrode 21B, respectively.

光電変換素子10Bでは、蓄積期間においては、駆動回路から読み出し電極21Aに電位V1が印加され、蓄積電極21Bに電位V2が印加される。ここで、電位V1,V2は、V2>V1とする。これにより、光電変換によって生じた電荷(ここでは、電子)は、蓄積電極21Bに引きつけられ、蓄積電極21Bと対向する光電変換層17の領域に蓄積される(蓄積期間)。因みに、蓄積電極21Bと対向する光電変換層17の領域の電位は、光電変換の時間経過に伴い、より負側の値となる。なお、正孔は、上部電極18から駆動回路へと送出される。   In the photoelectric conversion element 10B, in the accumulation period, the potential V1 is applied from the drive circuit to the readout electrode 21A, and the potential V2 is applied to the storage electrode 21B. Here, the potentials V1 and V2 satisfy V2> V1. Thereby, charges (here, electrons) generated by the photoelectric conversion are attracted to the storage electrode 21B and stored in the region of the photoelectric conversion layer 17 facing the storage electrode 21B (storage period). Incidentally, the potential of the region of the photoelectric conversion layer 17 facing the storage electrode 21B becomes a more negative value as the photoelectric conversion time elapses. The holes are sent from the upper electrode 18 to the drive circuit.

光電変換素子10Bでは、蓄積期間の後期においてリセット動作がなされる。具体的には、タイミングt1において、走査部は、リセット信号RSTの電圧を低レベルから高レベルに変化させる。これにより、単位画素Pでは、リセットトランジスタTR1rstがオン状態になり、その結果、フローティングディフュージョンFD1の電圧が電源電圧VDDに設定され、フローティングディフュージョンFD1の電圧がリセットされる(リセット期間)。   In the photoelectric conversion element 10B, a reset operation is performed in the later stage of the accumulation period. Specifically, at timing t1, the scanning unit changes the voltage of the reset signal RST from a low level to a high level. Thereby, in the unit pixel P, the reset transistor TR1rst is turned on. As a result, the voltage of the floating diffusion FD1 is set to the power supply voltage VDD, and the voltage of the floating diffusion FD1 is reset (reset period).

リセット動作の完了後、電荷の読み出しが行われる。具体的には、タイミングt2において、駆動回路から読み出し電極21Aには電位V3が印加され、蓄積電極21Bには電位V4が印加される。ここで、電位V3,V4は、V3<V4とする。これにより、蓄積電極21Bに対応する領域に蓄積されていた電荷(ここでは、電子)は、読み出し電極21AからフローティングディフュージョンFD1へと読み出される。即ち、光電変換層17に蓄積された電荷が制御部に読み出される(転送期間)。   After the reset operation is completed, charge is read out. Specifically, at timing t2, the potential V3 is applied from the drive circuit to the readout electrode 21A, and the potential V4 is applied to the storage electrode 21B. Here, the potentials V3 and V4 are set to V3 <V4. Thereby, the electric charge (here, electrons) accumulated in the region corresponding to the accumulation electrode 21B is read out from the readout electrode 21A to the floating diffusion FD1. That is, the charge accumulated in the photoelectric conversion layer 17 is read out to the control unit (transfer period).

読み出し動作完了後、再び、駆動回路から読み出し電極21Aに電位V1が印加され、蓄積電極21Bに電位V2が印加される。これにより、光電変換によって生じた電荷(ここでは、電子)は、蓄積電極21Bに引きつけられ、蓄積電極21Bと対向する光電変換層17の領域に蓄積される(蓄積期間)。   After the read operation is completed, the potential V1 is again applied from the drive circuit to the read electrode 21A, and the potential V2 is applied to the storage electrode 21B. Thereby, charges (here, electrons) generated by the photoelectric conversion are attracted to the storage electrode 21B and stored in the region of the photoelectric conversion layer 17 facing the storage electrode 21B (storage period).

(2−3.作用・効果)
以上のように、本実施の形態の光電変換素子10Bでは、陽極(上部電極18)と光電変換層17との間に上記一般式(1)で表されるベンゾジフラン誘導体を含む電子ブロック層16を設けると共に、下部電極21を読み出し電極21Aと蓄積電極21Bとに分割し、それぞれ独立して電圧を印加するようにした。これにより、光電変換素子10Bでは、光電変換層17内に生成された電荷を、下部電極21と光電変換層17との間に配置した電荷蓄積層23に蓄積することが可能となると共に、蓄積された電荷を適宜読み出し電極21Aを介してフローティングディフュージョンFD1に読み出すことが可能となる。よって、露光開始時に電荷蓄積部を完全に空乏化することが可能となる。即ち、高い素子特性および優れた耐熱性を有すると共に、さらに撮像画質が改善された光電変換素子10Bおよびこれを備えた撮像装置1を提供することが可能となる。
(2-3. Action and effect)
As described above, in the photoelectric conversion element 10B of the present embodiment, the electronic block layer 16 including the benzodifuran derivative represented by the general formula (1) is provided between the anode (upper electrode 18) and the photoelectric conversion layer 17. In addition, the lower electrode 21 was divided into a read electrode 21A and a storage electrode 21B, and a voltage was applied independently. Thereby, in the photoelectric conversion element 10B, the charge generated in the photoelectric conversion layer 17 can be stored in the charge storage layer 23 disposed between the lower electrode 21 and the photoelectric conversion layer 17 and stored. It is possible to read out the charged charges to the floating diffusion FD1 through the readout electrode 21A as appropriate. Therefore, it is possible to completely deplete the charge storage portion at the start of exposure. That is, it is possible to provide the photoelectric conversion element 10B having high element characteristics and excellent heat resistance, and further improved in image quality, and the image pickup apparatus 1 including the photoelectric conversion element 10B.

<3.適用例>
(適用例1)
図15は、例えば、上記第1の実施の形態等において説明した光電変換素子10A(あるいは光電変換素子10B)を各画素に用いた撮像装置1の全体構成を表したものである。この撮像装置1は、CMOSイメージセンサであり、半導体基板11上に、撮像エリアとしての画素部1aを有すると共に、この画素部1aの周辺領域に、例えば、行走査部131、水平選択部133、列走査部134およびシステム制御部132からなる周辺回路部130を有している。
<3. Application example>
(Application example 1)
FIG. 15 illustrates an entire configuration of the imaging apparatus 1 using, for example, the photoelectric conversion element 10A (or the photoelectric conversion element 10B) described in the first embodiment or the like for each pixel. The imaging device 1 is a CMOS image sensor, and has a pixel unit 1a as an imaging area on a semiconductor substrate 11, and a peripheral region of the pixel unit 1a includes, for example, a row scanning unit 131, a horizontal selection unit 133, A peripheral circuit unit 130 including a column scanning unit 134 and a system control unit 132 is provided.

画素部1aは、例えば、行列状に2次元配置された複数の単位画素P(例えば、光電変換素子10Aに相当)を有している。この単位画素Pには、例えば、画素行ごとに画素駆動線Lread(具体的には行選択線およびリセット制御線)が配線され、画素列ごとに垂直信号線Lsigが配線されている。画素駆動線Lreadは、画素からの信号読み出しのための駆動信号を伝送するものである。画素駆動線Lreadの一端は、行走査部131の各行に対応した出力端に接続されている。   The pixel unit 1a includes, for example, a plurality of unit pixels P (for example, equivalent to the photoelectric conversion element 10A) that are two-dimensionally arranged in a matrix. In the unit pixel P, for example, a pixel drive line Lread (specifically, a row selection line and a reset control line) is wired for each pixel row, and a vertical signal line Lsig is wired for each pixel column. The pixel drive line Lread transmits a drive signal for reading a signal from the pixel. One end of the pixel drive line Lread is connected to an output end corresponding to each row of the row scanning unit 131.

行走査部131は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成され、画素部1aの各単位画素Pを、例えば、行単位で駆動する画素駆動部である。行走査部131によって選択走査された画素行の各単位画素Pから出力される信号は、垂直信号線Lsigの各々を通して水平選択部133に供給される。水平選択部133は、垂直信号線Lsigごとに設けられたアンプや水平選択スイッチ等によって構成されている。   The row scanning unit 131 includes a shift register, an address decoder, and the like, and is a pixel driving unit that drives each unit pixel P of the pixel unit 1a, for example, in units of rows. A signal output from each unit pixel P of the pixel row that is selectively scanned by the row scanning unit 131 is supplied to the horizontal selection unit 133 through each of the vertical signal lines Lsig. The horizontal selection unit 133 is configured by an amplifier, a horizontal selection switch, and the like provided for each vertical signal line Lsig.

列走査部134は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成され、水平選択部133の各水平選択スイッチを走査しつつ順番に駆動するものである。この列走査部134による選択走査により、垂直信号線Lsigの各々を通して伝送される各画素の信号が順番に水平信号線135に出力され、当該水平信号線135を通して半導体基板11の外部へ伝送される。   The column scanning unit 134 includes a shift register, an address decoder, and the like, and drives each of the horizontal selection switches of the horizontal selection unit 133 in order while scanning. By the selective scanning by the column scanning unit 134, the signal of each pixel transmitted through each of the vertical signal lines Lsig is sequentially output to the horizontal signal line 135 and transmitted to the outside of the semiconductor substrate 11 through the horizontal signal line 135. .

行走査部131、水平選択部133、列走査部134および水平信号線135からなる回路部分は、半導体基板11上に直に形成されていてもよいし、あるいは外部制御ICに配設されたものであってもよい。また、それらの回路部分は、ケーブル等により接続された他の基板に形成されていてもよい。   The circuit portion including the row scanning unit 131, the horizontal selection unit 133, the column scanning unit 134, and the horizontal signal line 135 may be formed directly on the semiconductor substrate 11, or provided in the external control IC. It may be. In addition, these circuit portions may be formed on another substrate connected by a cable or the like.

システム制御部132は、半導体基板11の外部から与えられるクロックや、動作モードを指令するデータ等を受け取り、また、撮像装置1の内部情報等のデータを出力するものである。システム制御部132はさらに、各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータを有し、当該タイミングジェネレータで生成された各種のタイミング信号を基に行走査部131、水平選択部133および列走査部134等の周辺回路の駆動制御を行う。   The system control unit 132 receives a clock given from the outside of the semiconductor substrate 11, data for instructing an operation mode, and the like, and outputs data such as internal information of the imaging device 1. The system control unit 132 further includes a timing generator that generates various timing signals, and the row scanning unit 131, the horizontal selection unit 133, the column scanning unit 134, and the like based on the various timing signals generated by the timing generator. Peripheral circuit drive control.

(適用例2)
上述の撮像装置1は、例えば、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等のカメラシステムや、撮像機能を有する携帯電話等、撮像機能を備えたあらゆるタイプの電子機器に適用することができる。図16に、その一例として、カメラ2の概略構成を示す。このカメラ2は、例えば、静止画または動画を撮影可能なビデオカメラであり、撮像装置1と、光学系(光学レンズ)310と、シャッタ装置311と、撮像装置1およびシャッタ装置311を駆動する駆動部313と、信号処理部312とを有する。
(Application example 2)
The above-described imaging device 1 can be applied to all types of electronic devices having an imaging function, such as a camera system such as a digital still camera and a video camera, and a mobile phone having an imaging function. FIG. 16 shows a schematic configuration of the camera 2 as an example. The camera 2 is, for example, a video camera that can capture a still image or a moving image, and drives the imaging device 1, the optical system (optical lens) 310, the shutter device 311, the imaging device 1 and the shutter device 311. A unit 313 and a signal processing unit 312.

光学系310は、被写体からの像光(入射光)を撮像装置1の画素部1aへ導くものである。この光学系310は、複数の光学レンズから構成されていてもよい。シャッタ装置311は、撮像装置1への光照射期間および遮光期間を制御するものである。駆動部313は、撮像装置1の転送動作およびシャッタ装置311のシャッタ動作を制御するものである。信号処理部312は、撮像装置1から出力された信号に対し、各種の信号処理を行うものである。信号処理後の映像信号Doutは、メモリ等の記憶媒体に記憶されるか、あるいは、モニタ等に出力される。   The optical system 310 guides image light (incident light) from a subject to the pixel unit 1 a of the imaging device 1. The optical system 310 may be composed of a plurality of optical lenses. The shutter device 311 controls the light irradiation period and the light shielding period to the imaging apparatus 1. The drive unit 313 controls the transfer operation of the imaging device 1 and the shutter operation of the shutter device 311. The signal processing unit 312 performs various types of signal processing on the signal output from the imaging device 1. The video signal Dout after the signal processing is stored in a storage medium such as a memory, or is output to a monitor or the like.

(適用例3)
<体内情報取得システムへの応用例>
更に、本開示に係る技術(本技術)は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、内視鏡手術システムに適用されてもよい。
(Application example 3)
<Application example to in-vivo information acquisition system>
Furthermore, the technology (present technology) according to the present disclosure can be applied to various products. For example, the technology according to the present disclosure may be applied to an endoscopic surgery system.

図17は、本開示に係る技術(本技術)が適用され得る、カプセル型内視鏡を用いた患者の体内情報取得システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。   FIG. 17 is a block diagram illustrating an example of a schematic configuration of a patient in-vivo information acquisition system using a capsule endoscope to which the technique according to the present disclosure (present technique) can be applied.

体内情報取得システム10001は、カプセル型内視鏡10100と、外部制御装置10200とから構成される。   The in-vivo information acquisition system 10001 includes a capsule endoscope 10100 and an external control device 10200.

カプセル型内視鏡10100は、検査時に、患者によって飲み込まれる。カプセル型内視鏡10100は、撮像機能及び無線通信機能を有し、患者から自然排出されるまでの間、胃や腸等の臓器の内部を蠕動運動等によって移動しつつ、当該臓器の内部の画像(以下、体内画像ともいう)を所定の間隔で順次撮像し、その体内画像についての情報を体外の外部制御装置10200に順次無線送信する。   The capsule endoscope 10100 is swallowed by a patient at the time of examination. The capsule endoscope 10100 has an imaging function and a wireless communication function, and moves inside the organ such as the stomach and the intestine by peristaltic motion or the like until it is spontaneously discharged from the patient. Images (hereinafter also referred to as in-vivo images) are sequentially captured at predetermined intervals, and information about the in-vivo images is sequentially wirelessly transmitted to the external control device 10200 outside the body.

外部制御装置10200は、体内情報取得システム10001の動作を統括的に制御する。また、外部制御装置10200は、カプセル型内視鏡10100から送信されてくる体内画像についての情報を受信し、受信した体内画像についての情報に基づいて、表示装置(図示せず)に当該体内画像を表示するための画像データを生成する。   The external control device 10200 comprehensively controls the operation of the in-vivo information acquisition system 10001. Further, the external control device 10200 receives information about the in-vivo image transmitted from the capsule endoscope 10100 and, based on the received information about the in-vivo image, displays the in-vivo image on the display device (not shown). The image data for displaying is generated.

体内情報取得システム10001では、このようにして、カプセル型内視鏡10100が飲み込まれてから排出されるまでの間、患者の体内の様子を撮像した体内画像を随時得ることができる。   In the in-vivo information acquisition system 10001, in this way, an in-vivo image obtained by imaging the state of the patient's body can be obtained at any time from when the capsule endoscope 10100 is swallowed until it is discharged.

カプセル型内視鏡10100と外部制御装置10200の構成及び機能についてより詳細に説明する。   The configurations and functions of the capsule endoscope 10100 and the external control device 10200 will be described in more detail.

カプセル型内視鏡10100は、カプセル型の筐体10101を有し、その筐体10101内には、光源部10111、撮像部10112、画像処理部10113、無線通信部10114、給電部10115、電源部10116、及び制御部10117が収納されている。   The capsule endoscope 10100 includes a capsule-type casing 10101. In the casing 10101, a light source unit 10111, an imaging unit 10112, an image processing unit 10113, a wireless communication unit 10114, a power supply unit 10115, and a power supply unit 10116 and the control unit 10117 are stored.

光源部10111は、例えばLED(light emitting diode)等の光源から構成され、撮像部10112の撮像視野に対して光を照射する。   The light source unit 10111 is composed of a light source such as an LED (light emitting diode), for example, and irradiates the imaging field of the imaging unit 10112 with light.

撮像部10112は、撮像素子、及び当該撮像素子の前段に設けられる複数のレンズからなる光学系から構成される。観察対象である体組織に照射された光の反射光(以下、観察光という)は、当該光学系によって集光され、当該撮像素子に入射する。撮像部10112では、撮像素子において、そこに入射した観察光が光電変換され、その観察光に対応する画像信号が生成される。撮像部10112によって生成された画像信号は、画像処理部10113に提供される。   The imaging unit 10112 includes an imaging device and an optical system including a plurality of lenses provided in the preceding stage of the imaging device. Reflected light (hereinafter referred to as observation light) of light irradiated on the body tissue to be observed is collected by the optical system and enters the image sensor. In the imaging unit 10112, in the imaging element, the observation light incident thereon is photoelectrically converted, and an image signal corresponding to the observation light is generated. The image signal generated by the imaging unit 10112 is provided to the image processing unit 10113.

画像処理部10113は、CPU(Central Processing Unit)やGPU(Graphics Processing Unit)等のプロセッサによって構成され、撮像部10112によって生成された画像信号に対して各種の信号処理を行う。画像処理部10113は、信号処理を施した画像信号を、RAWデータとして無線通信部10114に提供する。   The image processing unit 10113 is configured by a processor such as a CPU (Central Processing Unit) or a GPU (Graphics Processing Unit), and performs various signal processing on the image signal generated by the imaging unit 10112. The image processing unit 10113 provides the radio communication unit 10114 with the image signal subjected to signal processing as RAW data.

無線通信部10114は、画像処理部10113によって信号処理が施された画像信号に対して変調処理等の所定の処理を行い、その画像信号を、アンテナ10114Aを介して外部制御装置10200に送信する。また、無線通信部10114は、外部制御装置10200から、カプセル型内視鏡10100の駆動制御に関する制御信号を、アンテナ10114Aを介して受信する。無線通信部10114は、外部制御装置10200から受信した制御信号を制御部10117に提供する。   The wireless communication unit 10114 performs predetermined processing such as modulation processing on the image signal subjected to signal processing by the image processing unit 10113, and transmits the image signal to the external control apparatus 10200 via the antenna 10114A. In addition, the wireless communication unit 10114 receives a control signal related to drive control of the capsule endoscope 10100 from the external control device 10200 via the antenna 10114A. The wireless communication unit 10114 provides a control signal received from the external control device 10200 to the control unit 10117.

給電部10115は、受電用のアンテナコイル、当該アンテナコイルに発生した電流から電力を再生する電力再生回路、及び昇圧回路等から構成される。給電部10115では、いわゆる非接触充電の原理を用いて電力が生成される。   The power feeding unit 10115 includes a power receiving antenna coil, a power regeneration circuit that regenerates power from a current generated in the antenna coil, a booster circuit, and the like. In the power feeding unit 10115, electric power is generated using a so-called non-contact charging principle.

電源部10116は、二次電池によって構成され、給電部10115によって生成された電力を蓄電する。図17では、図面が煩雑になることを避けるために、電源部10116からの電力の供給先を示す矢印等の図示を省略しているが、電源部10116に蓄電された電力は、光源部10111、撮像部10112、画像処理部10113、無線通信部10114、及び制御部10117に供給され、これらの駆動に用いられ得る。   The power supply unit 10116 is configured by a secondary battery and stores the electric power generated by the power supply unit 10115. In FIG. 17, in order to avoid complication of the drawing, illustration of an arrow or the like indicating a power supply destination from the power supply unit 10116 is omitted, but power stored in the power supply unit 10116 is stored in the light source unit 10111. The imaging unit 10112, the image processing unit 10113, the wireless communication unit 10114, and the control unit 10117 can be used for driving them.

制御部10117は、CPU等のプロセッサによって構成され、光源部10111、撮像部10112、画像処理部10113、無線通信部10114、及び、給電部10115の駆動を、外部制御装置10200から送信される制御信号に従って適宜制御する。   The control unit 10117 includes a processor such as a CPU, and a control signal transmitted from the external control device 10200 to drive the light source unit 10111, the imaging unit 10112, the image processing unit 10113, the wireless communication unit 10114, and the power feeding unit 10115. Control accordingly.

外部制御装置10200は、CPU,GPU等のプロセッサ、又はプロセッサとメモリ等の記憶素子が混載されたマイクロコンピュータ若しくは制御基板等で構成される。外部制御装置10200は、カプセル型内視鏡10100の制御部10117に対して制御信号を、アンテナ10200Aを介して送信することにより、カプセル型内視鏡10100の動作を制御する。カプセル型内視鏡10100では、例えば、外部制御装置10200からの制御信号により、光源部10111における観察対象に対する光の照射条件が変更され得る。また、外部制御装置10200からの制御信号により、撮像条件(例えば、撮像部10112におけるフレームレート、露出値等)が変更され得る。また、外部制御装置10200からの制御信号により、画像処理部10113における処理の内容や、無線通信部10114が画像信号を送信する条件(例えば、送信間隔、送信画像数等)が変更されてもよい。   The external control device 10200 is configured by a processor such as a CPU or GPU, or a microcomputer or a control board in which a processor and a storage element such as a memory are mounted. The external control device 10200 controls the operation of the capsule endoscope 10100 by transmitting a control signal to the control unit 10117 of the capsule endoscope 10100 via the antenna 10200A. In the capsule endoscope 10100, for example, the light irradiation condition for the observation target in the light source unit 10111 can be changed by a control signal from the external control device 10200. In addition, an imaging condition (for example, a frame rate or an exposure value in the imaging unit 10112) can be changed by a control signal from the external control device 10200. Further, the contents of processing in the image processing unit 10113 and the conditions (for example, the transmission interval, the number of transmission images, etc.) by which the wireless communication unit 10114 transmits an image signal may be changed by a control signal from the external control device 10200. .

また、外部制御装置10200は、カプセル型内視鏡10100から送信される画像信号に対して、各種の画像処理を施し、撮像された体内画像を表示装置に表示するための画像データを生成する。当該画像処理としては、例えば現像処理(デモザイク処理)、高画質化処理(帯域強調処理、超解像処理、NR(Noise reduction)処理及び/又は手ブレ補正処理等)、並びに/又は拡大処理(電子ズーム処理)等、各種の信号処理を行うことができる。外部制御装置10200は、表示装置の駆動を制御して、生成した画像データに基づいて撮像された体内画像を表示させる。あるいは、外部制御装置10200は、生成した画像データを記録装置(図示せず)に記録させたり、印刷装置(図示せず)に印刷出力させてもよい。   Further, the external control device 10200 performs various image processing on the image signal transmitted from the capsule endoscope 10100, and generates image data for displaying the captured in-vivo image on the display device. As the image processing, for example, development processing (demosaic processing), high image quality processing (band enhancement processing, super-resolution processing, NR (Noise reduction) processing and / or camera shake correction processing, etc.), and / or enlargement processing ( Various signal processing such as electronic zoom processing can be performed. The external control device 10200 controls driving of the display device to display an in-vivo image captured based on the generated image data. Alternatively, the external control device 10200 may cause the generated image data to be recorded on a recording device (not shown) or may be printed out on a printing device (not shown).

以上、本開示に係る技術が適用され得る体内情報取得システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、例えば、撮像部10112に適用され得る。これにより、検出精度が向上する。   Heretofore, an example of the in-vivo information acquisition system to which the technology according to the present disclosure can be applied has been described. The technology according to the present disclosure can be applied to, for example, the imaging unit 10112 among the configurations described above. Thereby, detection accuracy improves.

(適用例4)
<4.内視鏡手術システムへの応用例>
本開示に係る技術(本技術)は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、内視鏡手術システムに適用されてもよい。
(Application example 4)
<4. Application example to endoscopic surgery system>
The technology according to the present disclosure (present technology) can be applied to various products. For example, the technology according to the present disclosure may be applied to an endoscopic surgery system.

図18は、本開示に係る技術(本技術)が適用され得る内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。   FIG. 18 is a diagram illustrating an example of a schematic configuration of an endoscopic surgery system to which the technology (present technology) according to the present disclosure can be applied.

図18では、術者(医師)11131が、内視鏡手術システム11000を用いて、患者ベッド11133上の患者11132に手術を行っている様子が図示されている。図示するように、内視鏡手術システム11000は、内視鏡11100と、気腹チューブ11111やエネルギー処置具11112等の、その他の術具11110と、内視鏡11100を支持する支持アーム装置11120と、内視鏡下手術のための各種の装置が搭載されたカート11200と、から構成される。   FIG. 18 shows a state where an operator (doctor) 11131 is performing surgery on a patient 11132 on a patient bed 11133 using an endoscopic surgery system 11000. As shown in the figure, an endoscopic surgery system 11000 includes an endoscope 11100, other surgical instruments 11110 such as an insufflation tube 11111 and an energy treatment instrument 11112, and a support arm device 11120 that supports the endoscope 11100. And a cart 11200 on which various devices for endoscopic surgery are mounted.

内視鏡11100は、先端から所定の長さの領域が患者11132の体腔内に挿入される鏡筒11101と、鏡筒11101の基端に接続されるカメラヘッド11102と、から構成される。図示する例では、硬性の鏡筒11101を有するいわゆる硬性鏡として構成される内視鏡11100を図示しているが、内視鏡11100は、軟性の鏡筒を有するいわゆる軟性鏡として構成されてもよい。   The endoscope 11100 includes a lens barrel 11101 in which a region having a predetermined length from the distal end is inserted into the body cavity of the patient 11132, and a camera head 11102 connected to the proximal end of the lens barrel 11101. In the illustrated example, an endoscope 11100 configured as a so-called rigid mirror having a rigid lens barrel 11101 is illustrated, but the endoscope 11100 may be configured as a so-called flexible mirror having a flexible lens barrel. Good.

鏡筒11101の先端には、対物レンズが嵌め込まれた開口部が設けられている。内視鏡11100には光源装置11203が接続されており、当該光源装置11203によって生成された光が、鏡筒11101の内部に延設されるライトガイドによって当該鏡筒の先端まで導光され、対物レンズを介して患者11132の体腔内の観察対象に向かって照射される。なお、内視鏡11100は、直視鏡であってもよいし、斜視鏡又は側視鏡であってもよい。   An opening into which the objective lens is fitted is provided at the tip of the lens barrel 11101. A light source device 11203 is connected to the endoscope 11100, and light generated by the light source device 11203 is guided to the tip of the lens barrel by a light guide extending inside the lens barrel 11101. Irradiation is performed toward the observation target in the body cavity of the patient 11132 through the lens. Note that the endoscope 11100 may be a direct endoscope, a perspective mirror, or a side endoscope.

カメラヘッド11102の内部には光学系及び撮像素子が設けられており、観察対象からの反射光(観察光)は当該光学系によって当該撮像素子に集光される。当該撮像素子によって観察光が光電変換され、観察光に対応する電気信号、すなわち観察像に対応する画像信号が生成される。当該画像信号は、RAWデータとしてカメラコントロールユニット(CCU: Camera Control Unit)11201に送信される。   An optical system and an imaging device are provided inside the camera head 11102, and reflected light (observation light) from the observation target is condensed on the imaging device by the optical system. Observation light is photoelectrically converted by the imaging element, and an electrical signal corresponding to the observation light, that is, an image signal corresponding to the observation image is generated. The image signal is transmitted to a camera control unit (CCU) 11201 as RAW data.

CCU11201は、CPU(Central Processing Unit)やGPU(Graphics Processing Unit)等によって構成され、内視鏡11100及び表示装置11202の動作を統括的に制御する。さらに、CCU11201は、カメラヘッド11102から画像信号を受け取り、その画像信号に対して、例えば現像処理(デモザイク処理)等の、当該画像信号に基づく画像を表示するための各種の画像処理を施す。   The CCU 11201 is configured by a CPU (Central Processing Unit), a GPU (Graphics Processing Unit), and the like, and comprehensively controls operations of the endoscope 11100 and the display device 11202. Further, the CCU 11201 receives an image signal from the camera head 11102 and performs various kinds of image processing for displaying an image based on the image signal, such as development processing (demosaic processing), for example.

表示装置11202は、CCU11201からの制御により、当該CCU11201によって画像処理が施された画像信号に基づく画像を表示する。   The display device 11202 displays an image based on an image signal subjected to image processing by the CCU 11201 under the control of the CCU 11201.

光源装置11203は、例えばLED(light emitting diode)等の光源から構成され、術部等を撮影する際の照射光を内視鏡11100に供給する。   The light source device 11203 is composed of a light source such as an LED (light emitting diode), for example, and supplies irradiation light to the endoscope 11100 when photographing a surgical site or the like.

入力装置11204は、内視鏡手術システム11000に対する入力インタフェースである。ユーザは、入力装置11204を介して、内視鏡手術システム11000に対して各種の情報の入力や指示入力を行うことができる。例えば、ユーザは、内視鏡11100による撮像条件(照射光の種類、倍率及び焦点距離等)を変更する旨の指示等を入力する。   The input device 11204 is an input interface for the endoscopic surgery system 11000. A user can input various information and instructions to the endoscopic surgery system 11000 via the input device 11204. For example, the user inputs an instruction to change the imaging conditions (type of irradiation light, magnification, focal length, etc.) by the endoscope 11100.

処置具制御装置11205は、組織の焼灼、切開又は血管の封止等のためのエネルギー処置具11112の駆動を制御する。気腹装置11206は、内視鏡11100による視野の確保及び術者の作業空間の確保の目的で、患者11132の体腔を膨らめるために、気腹チューブ11111を介して当該体腔内にガスを送り込む。レコーダ11207は、手術に関する各種の情報を記録可能な装置である。プリンタ11208は、手術に関する各種の情報を、テキスト、画像又はグラフ等各種の形式で印刷可能な装置である。   The treatment instrument control device 11205 controls driving of the energy treatment instrument 11112 for tissue ablation, incision, blood vessel sealing, or the like. In order to inflate the body cavity of the patient 11132 for the purpose of securing the field of view by the endoscope 11100 and securing the operator's work space, the pneumoperitoneum device 11206 passes gas into the body cavity via the pneumoperitoneum tube 11111. Send in. The recorder 11207 is an apparatus capable of recording various types of information related to surgery. The printer 11208 is a device that can print various types of information related to surgery in various formats such as text, images, or graphs.

なお、内視鏡11100に術部を撮影する際の照射光を供給する光源装置11203は、例えばLED、レーザ光源又はこれらの組み合わせによって構成される白色光源から構成することができる。RGBレーザ光源の組み合わせにより白色光源が構成される場合には、各色(各波長)の出力強度及び出力タイミングを高精度に制御することができるため、光源装置11203において撮像画像のホワイトバランスの調整を行うことができる。また、この場合には、RGBレーザ光源それぞれからのレーザ光を時分割で観察対象に照射し、その照射タイミングに同期してカメラヘッド11102の撮像素子の駆動を制御することにより、RGBそれぞれに対応した画像を時分割で撮像することも可能である。当該方法によれば、当該撮像素子にカラーフィルタを設けなくても、カラー画像を得ることができる。   Note that the light source device 11203 that supplies the irradiation light when imaging the surgical site to the endoscope 11100 can be configured by a white light source configured by, for example, an LED, a laser light source, or a combination thereof. When a white light source is configured by a combination of RGB laser light sources, the output intensity and output timing of each color (each wavelength) can be controlled with high accuracy. Therefore, the light source device 11203 adjusts the white balance of the captured image. It can be carried out. In this case, laser light from each of the RGB laser light sources is irradiated on the observation target in a time-sharing manner, and the drive of the image sensor of the camera head 11102 is controlled in synchronization with the irradiation timing, thereby corresponding to each RGB. It is also possible to take the images that have been taken in time division. According to this method, a color image can be obtained without providing a color filter in the image sensor.

また、光源装置11203は、出力する光の強度を所定の時間ごとに変更するようにその駆動が制御されてもよい。その光の強度の変更のタイミングに同期してカメラヘッド11102の撮像素子の駆動を制御して時分割で画像を取得し、その画像を合成することにより、いわゆる黒つぶれ及び白とびのない高ダイナミックレンジの画像を生成することができる。   Further, the driving of the light source device 11203 may be controlled so as to change the intensity of light to be output every predetermined time. Synchronously with the timing of changing the intensity of the light, the drive of the image sensor of the camera head 11102 is controlled to acquire an image in a time-sharing manner, and the image is synthesized, so that high dynamic without so-called blackout and overexposure A range image can be generated.

また、光源装置11203は、特殊光観察に対応した所定の波長帯域の光を供給可能に構成されてもよい。特殊光観察では、例えば、体組織における光の吸収の波長依存性を利用して、通常の観察時における照射光(すなわち、白色光)に比べて狭帯域の光を照射することにより、粘膜表層の血管等の所定の組織を高コントラストで撮影する、いわゆる狭帯域光観察(Narrow Band Imaging)が行われる。あるいは、特殊光観察では、励起光を照射することにより発生する蛍光により画像を得る蛍光観察が行われてもよい。蛍光観察では、体組織に励起光を照射し当該体組織からの蛍光を観察すること(自家蛍光観察)、又はインドシアニングリーン(ICG)等の試薬を体組織に局注するとともに当該体組織にその試薬の蛍光波長に対応した励起光を照射し蛍光像を得ること等を行うことができる。光源装置11203は、このような特殊光観察に対応した狭帯域光及び/又は励起光を供給可能に構成され得る。   The light source device 11203 may be configured to be able to supply light of a predetermined wavelength band corresponding to special light observation. In special light observation, for example, by utilizing the wavelength dependence of light absorption in body tissue, the surface of the mucous membrane is irradiated by irradiating light in a narrow band compared to irradiation light (ie, white light) during normal observation. A so-called narrow band imaging is performed in which a predetermined tissue such as a blood vessel is imaged with high contrast. Alternatively, in special light observation, fluorescence observation may be performed in which an image is obtained by fluorescence generated by irradiating excitation light. In fluorescence observation, the body tissue is irradiated with excitation light to observe fluorescence from the body tissue (autofluorescence observation), or a reagent such as indocyanine green (ICG) is locally administered to the body tissue and applied to the body tissue. It is possible to obtain a fluorescence image by irradiating excitation light corresponding to the fluorescence wavelength of the reagent. The light source device 11203 can be configured to be able to supply narrowband light and / or excitation light corresponding to such special light observation.

図19は、図18に示すカメラヘッド11102及びCCU11201の機能構成の一例を示すブロック図である。   FIG. 19 is a block diagram illustrating an example of functional configurations of the camera head 11102 and the CCU 11201 illustrated in FIG.

カメラヘッド11102は、レンズユニット11401と、撮像部11402と、駆動部11403と、通信部11404と、カメラヘッド制御部11405と、を有する。CCU11201は、通信部11411と、画像処理部11412と、制御部11413と、を有する。カメラヘッド11102とCCU11201とは、伝送ケーブル11400によって互いに通信可能に接続されている。   The camera head 11102 includes a lens unit 11401, an imaging unit 11402, a driving unit 11403, a communication unit 11404, and a camera head control unit 11405. The CCU 11201 includes a communication unit 11411, an image processing unit 11412, and a control unit 11413. The camera head 11102 and the CCU 11201 are connected to each other by a transmission cable 11400 so that they can communicate with each other.

レンズユニット11401は、鏡筒11101との接続部に設けられる光学系である。鏡筒11101の先端から取り込まれた観察光は、カメラヘッド11102まで導光され、当該レンズユニット11401に入射する。レンズユニット11401は、ズームレンズ及びフォーカスレンズを含む複数のレンズが組み合わされて構成される。   The lens unit 11401 is an optical system provided at a connection portion with the lens barrel 11101. Observation light taken from the tip of the lens barrel 11101 is guided to the camera head 11102 and enters the lens unit 11401. The lens unit 11401 is configured by combining a plurality of lenses including a zoom lens and a focus lens.

撮像部11402を構成する撮像素子は、1つ(いわゆる単板式)であってもよいし、複数(いわゆる多板式)であってもよい。撮像部11402が多板式で構成される場合には、例えば各撮像素子によってRGBそれぞれに対応する画像信号が生成され、それらが合成されることによりカラー画像が得られてもよい。あるいは、撮像部11402は、3D(dimensional)表示に対応する右目用及び左目用の画像信号をそれぞれ取得するための1対の撮像素子を有するように構成されてもよい。3D表示が行われることにより、術者11131は術部における生体組織の奥行きをより正確に把握することが可能になる。なお、撮像部11402が多板式で構成される場合には、各撮像素子に対応して、レンズユニット11401も複数系統設けられ得る。   One (so-called single plate type) image sensor may be included in the imaging unit 11402, or a plurality (so-called multi-plate type) may be used. In the case where the imaging unit 11402 is configured as a multi-plate type, for example, image signals corresponding to RGB may be generated by each imaging element, and a color image may be obtained by combining them. Alternatively, the imaging unit 11402 may be configured to include a pair of imaging elements for acquiring right-eye and left-eye image signals corresponding to 3D (dimensional) display. By performing the 3D display, the operator 11131 can more accurately grasp the depth of the living tissue in the surgical site. Note that in the case where the imaging unit 11402 is configured as a multi-plate type, a plurality of lens units 11401 can be provided corresponding to each imaging element.

また、撮像部11402は、必ずしもカメラヘッド11102に設けられなくてもよい。例えば、撮像部11402は、鏡筒11101の内部に、対物レンズの直後に設けられてもよい。   Further, the imaging unit 11402 is not necessarily provided in the camera head 11102. For example, the imaging unit 11402 may be provided inside the lens barrel 11101 immediately after the objective lens.

駆動部11403は、アクチュエータによって構成され、カメラヘッド制御部11405からの制御により、レンズユニット11401のズームレンズ及びフォーカスレンズを光軸に沿って所定の距離だけ移動させる。これにより、撮像部11402による撮像画像の倍率及び焦点が適宜調整され得る。   The drive unit 11403 includes an actuator, and moves the zoom lens and focus lens of the lens unit 11401 by a predetermined distance along the optical axis under the control of the camera head control unit 11405. Thereby, the magnification and the focus of the image captured by the imaging unit 11402 can be adjusted as appropriate.

通信部11404は、CCU11201との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部11404は、撮像部11402から得た画像信号をRAWデータとして伝送ケーブル11400を介してCCU11201に送信する。   The communication unit 11404 is configured by a communication device for transmitting / receiving various types of information to / from the CCU 11201. The communication unit 11404 transmits the image signal obtained from the imaging unit 11402 as RAW data to the CCU 11201 via the transmission cable 11400.

また、通信部11404は、CCU11201から、カメラヘッド11102の駆動を制御するための制御信号を受信し、カメラヘッド制御部11405に供給する。当該制御信号には、例えば、撮像画像のフレームレートを指定する旨の情報、撮像時の露出値を指定する旨の情報、並びに/又は撮像画像の倍率及び焦点を指定する旨の情報等、撮像条件に関する情報が含まれる。   In addition, the communication unit 11404 receives a control signal for controlling driving of the camera head 11102 from the CCU 11201 and supplies the control signal to the camera head control unit 11405. The control signal includes, for example, information for designating the frame rate of the captured image, information for designating the exposure value at the time of imaging, and / or information for designating the magnification and focus of the captured image. Contains information about the condition.

なお、上記のフレームレートや露出値、倍率、焦点等の撮像条件は、ユーザによって適宜指定されてもよいし、取得された画像信号に基づいてCCU11201の制御部11413によって自動的に設定されてもよい。後者の場合には、いわゆるAE(Auto Exposure)機能、AF(Auto Focus)機能及びAWB(Auto White Balance)機能が内視鏡11100に搭載されていることになる。   Note that the imaging conditions such as the frame rate, exposure value, magnification, and focus may be appropriately specified by the user, or automatically set by the control unit 11413 of the CCU 11201 based on the acquired image signal. Good. In the latter case, the so-called AE (Auto Exposure) function, AF (Auto Focus) function, and AWB (Auto White Balance) function are mounted on the endoscope 11100.

カメラヘッド制御部11405は、通信部11404を介して受信したCCU11201からの制御信号に基づいて、カメラヘッド11102の駆動を制御する。   The camera head control unit 11405 controls driving of the camera head 11102 based on a control signal from the CCU 11201 received via the communication unit 11404.

通信部11411は、カメラヘッド11102との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部11411は、カメラヘッド11102から、伝送ケーブル11400を介して送信される画像信号を受信する。   The communication unit 11411 is configured by a communication device for transmitting and receiving various types of information to and from the camera head 11102. The communication unit 11411 receives an image signal transmitted from the camera head 11102 via the transmission cable 11400.

また、通信部11411は、カメラヘッド11102に対して、カメラヘッド11102の駆動を制御するための制御信号を送信する。画像信号や制御信号は、電気通信や光通信等によって送信することができる。   The communication unit 11411 transmits a control signal for controlling driving of the camera head 11102 to the camera head 11102. The image signal and the control signal can be transmitted by electrical communication, optical communication, or the like.

画像処理部11412は、カメラヘッド11102から送信されたRAWデータである画像信号に対して各種の画像処理を施す。   The image processing unit 11412 performs various types of image processing on an image signal that is RAW data transmitted from the camera head 11102.

制御部11413は、内視鏡11100による術部等の撮像、及び、術部等の撮像により得られる撮像画像の表示に関する各種の制御を行う。例えば、制御部11413は、カメラヘッド11102の駆動を制御するための制御信号を生成する。   The control unit 11413 performs various types of control related to imaging of the surgical site or the like by the endoscope 11100 and display of a captured image obtained by imaging of the surgical site or the like. For example, the control unit 11413 generates a control signal for controlling driving of the camera head 11102.

また、制御部11413は、画像処理部11412によって画像処理が施された画像信号に基づいて、術部等が映った撮像画像を表示装置11202に表示させる。この際、制御部11413は、各種の画像認識技術を用いて撮像画像内における各種の物体を認識してもよい。例えば、制御部11413は、撮像画像に含まれる物体のエッジの形状や色等を検出することにより、鉗子等の術具、特定の生体部位、出血、エネルギー処置具11112の使用時のミスト等を認識することができる。制御部11413は、表示装置11202に撮像画像を表示させる際に、その認識結果を用いて、各種の手術支援情報を当該術部の画像に重畳表示させてもよい。手術支援情報が重畳表示され、術者11131に提示されることにより、術者11131の負担を軽減することや、術者11131が確実に手術を進めることが可能になる。   In addition, the control unit 11413 causes the display device 11202 to display a captured image in which an operation part or the like is reflected based on the image signal subjected to image processing by the image processing unit 11412. At this time, the control unit 11413 may recognize various objects in the captured image using various image recognition techniques. For example, the control unit 11413 detects surgical tools such as forceps, specific biological parts, bleeding, mist when using the energy treatment tool 11112, and the like by detecting the shape and color of the edge of the object included in the captured image. Can be recognized. When displaying the captured image on the display device 11202, the control unit 11413 may display various types of surgery support information superimposed on the image of the surgical unit using the recognition result. Surgery support information is displayed in a superimposed manner and presented to the operator 11131, thereby reducing the burden on the operator 11131 and allowing the operator 11131 to proceed with surgery reliably.

カメラヘッド11102及びCCU11201を接続する伝送ケーブル11400は、電気信号の通信に対応した電気信号ケーブル、光通信に対応した光ファイバ、又はこれらの複合ケーブルである。   A transmission cable 11400 connecting the camera head 11102 and the CCU 11201 is an electric signal cable corresponding to electric signal communication, an optical fiber corresponding to optical communication, or a composite cable thereof.

ここで、図示する例では、伝送ケーブル11400を用いて有線で通信が行われていたが、カメラヘッド11102とCCU11201との間の通信は無線で行われてもよい。   Here, in the illustrated example, communication is performed by wire using the transmission cable 11400, but communication between the camera head 11102 and the CCU 11201 may be performed wirelessly.

以上、本開示に係る技術が適用され得る内視鏡手術システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、撮像部11402に適用され得る。撮像部11402に本開示に係る技術を適用することにより、検出精度が向上する。   Heretofore, an example of an endoscopic surgery system to which the technology according to the present disclosure can be applied has been described. The technology according to the present disclosure can be applied to the imaging unit 11402 among the configurations described above. By applying the technique according to the present disclosure to the imaging unit 11402, the detection accuracy is improved.

なお、ここでは、一例として内視鏡手術システムについて説明したが、本開示に係る技術は、その他、例えば、顕微鏡手術システム等に適用されてもよい。   Here, although an endoscopic surgery system has been described as an example, the technology according to the present disclosure may be applied to, for example, a microscope surgery system and the like.

(適用例5)
<移動体への応用例>
本開示に係る技術は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット、建設機械、農業機械(トラクター)などのいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
(Application example 5)
<Application examples to mobile objects>
The technology according to the present disclosure can be applied to various products. For example, the technology according to the present disclosure may be any kind of movement such as an automobile, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a motorcycle, a bicycle, personal mobility, an airplane, a drone, a ship, a robot, a construction machine, and an agricultural machine (tractor). You may implement | achieve as an apparatus mounted in a body.

図20は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。   FIG. 20 is a block diagram illustrating a schematic configuration example of a vehicle control system that is an example of a mobile control system to which the technology according to the present disclosure can be applied.

車両制御システム12000は、通信ネットワーク12001を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図20に示した例では、車両制御システム12000は、駆動系制御ユニット12010、ボディ系制御ユニット12020、車外情報検出ユニット12030、車内情報検出ユニット12040、及び統合制御ユニット12050を備える。また、統合制御ユニット12050の機能構成として、マイクロコンピュータ12051、音声画像出力部12052、及び車載ネットワークI/F(interface)12053が図示されている。   The vehicle control system 12000 includes a plurality of electronic control units connected via a communication network 12001. In the example illustrated in FIG. 20, the vehicle control system 12000 includes a drive system control unit 12010, a body system control unit 12020, a vehicle exterior information detection unit 12030, a vehicle interior information detection unit 12040, and an integrated control unit 12050. Further, as a functional configuration of the integrated control unit 12050, a microcomputer 12051, an audio image output unit 12052, and an in-vehicle network I / F (interface) 12053 are illustrated.

駆動系制御ユニット12010は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット12010は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。   The drive system control unit 12010 controls the operation of the device related to the drive system of the vehicle according to various programs. For example, the drive system control unit 12010 includes a driving force generator for generating a driving force of a vehicle such as an internal combustion engine or a driving motor, a driving force transmission mechanism for transmitting the driving force to wheels, and a steering angle of the vehicle. It functions as a control device such as a steering mechanism that adjusts and a braking device that generates a braking force of the vehicle.

ボディ系制御ユニット12020は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット12020は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット12020には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット12020は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。   The body system control unit 12020 controls the operation of various devices mounted on the vehicle body according to various programs. For example, the body system control unit 12020 functions as a keyless entry system, a smart key system, a power window device, or a control device for various lamps such as a headlamp, a back lamp, a brake lamp, a blinker, or a fog lamp. In this case, the body control unit 12020 can be input with radio waves transmitted from a portable device that substitutes for a key or signals from various switches. The body system control unit 12020 receives input of these radio waves or signals, and controls a door lock device, a power window device, a lamp, and the like of the vehicle.

車外情報検出ユニット12030は、車両制御システム12000を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット12030には、撮像部12031が接続される。車外情報検出ユニット12030は、撮像部12031に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット12030は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。   The vehicle outside information detection unit 12030 detects information outside the vehicle on which the vehicle control system 12000 is mounted. For example, the imaging unit 12031 is connected to the vehicle exterior information detection unit 12030. The vehicle exterior information detection unit 12030 causes the imaging unit 12031 to capture an image outside the vehicle and receives the captured image. The vehicle outside information detection unit 12030 may perform an object detection process or a distance detection process such as a person, a car, an obstacle, a sign, or a character on a road surface based on the received image.

撮像部12031は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部12031は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部12031が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。   The imaging unit 12031 is an optical sensor that receives light and outputs an electrical signal corresponding to the amount of received light. The imaging unit 12031 can output an electrical signal as an image, or can output it as distance measurement information. Further, the light received by the imaging unit 12031 may be visible light or invisible light such as infrared rays.

車内情報検出ユニット12040は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット12040には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部12041が接続される。運転者状態検出部12041は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット12040は、運転者状態検出部12041から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。   The vehicle interior information detection unit 12040 detects vehicle interior information. For example, a driver state detection unit 12041 that detects a driver's state is connected to the in-vehicle information detection unit 12040. The driver state detection unit 12041 includes, for example, a camera that images the driver, and the vehicle interior information detection unit 12040 determines the degree of fatigue or concentration of the driver based on the detection information input from the driver state detection unit 12041. It may be calculated or it may be determined whether the driver is asleep.

マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030又は車内情報検出ユニット12040で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット12010に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ12051は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むADAS(Advanced Driver Assistance System)の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。   The microcomputer 12051 calculates a control target value of the driving force generator, the steering mechanism, or the braking device based on the information inside / outside the vehicle acquired by the vehicle outside information detection unit 12030 or the vehicle interior information detection unit 12040, and the drive system control unit A control command can be output to 12010. For example, the microcomputer 12051 realizes ADAS (Advanced Driver Assistance System) functions including vehicle collision avoidance or impact mitigation, tracking based on inter-vehicle distance, vehicle speed maintenance, vehicle collision warning, or vehicle lane departure warning. It is possible to perform cooperative control for the purpose.

また、マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030又は車内情報検出ユニット12040で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。   Further, the microcomputer 12051 controls the driving force generator, the steering mechanism, the braking device, and the like based on the information around the vehicle acquired by the vehicle exterior information detection unit 12030 or the vehicle interior information detection unit 12040. It is possible to perform cooperative control for the purpose of automatic driving that autonomously travels without depending on the operation.

また、マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット12020に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。   Further, the microcomputer 12051 can output a control command to the body system control unit 12020 based on information outside the vehicle acquired by the vehicle outside information detection unit 12030. For example, the microcomputer 12051 controls the headlamp according to the position of the preceding vehicle or the oncoming vehicle detected by the outside information detection unit 12030, and performs cooperative control for the purpose of anti-glare, such as switching from a high beam to a low beam. It can be carried out.

音声画像出力部12052は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図20の例では、出力装置として、オーディオスピーカ12061、表示部12062及びインストルメントパネル12063が例示されている。表示部12062は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。   The sound image output unit 12052 transmits an output signal of at least one of sound and image to an output device capable of visually or audibly notifying information to a vehicle occupant or the outside of the vehicle. In the example of FIG. 20, an audio speaker 12061, a display unit 12062, and an instrument panel 12063 are illustrated as output devices. The display unit 12062 may include at least one of an on-board display and a head-up display, for example.

図21は、撮像部12031の設置位置の例を示す図である。   FIG. 21 is a diagram illustrating an example of the installation position of the imaging unit 12031.

図21では、撮像部12031として、撮像部12101,12102,12103,12104,12105を有する。   In FIG. 21, the imaging unit 12031 includes imaging units 12101, 12102, 12103, 12104, and 12105.

撮像部12101,12102,12103,12104,12105は、例えば、車両12100のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部12101及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部12105は、主として車両12100の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部12102,12103は、主として車両12100の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部12104は、主として車両12100の後方の画像を取得する。車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部12105は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。   The imaging units 12101, 12102, 12103, 12104, and 12105 are provided, for example, at positions such as a front nose, a side mirror, a rear bumper, a back door, and an upper part of a windshield in the vehicle interior of the vehicle 12100. The imaging unit 12101 provided in the front nose and the imaging unit 12105 provided in the upper part of the windshield in the vehicle interior mainly acquire an image in front of the vehicle 12100. The imaging units 12102 and 12103 provided in the side mirror mainly acquire an image of the side of the vehicle 12100. The imaging unit 12104 provided in the rear bumper or the back door mainly acquires an image behind the vehicle 12100. The imaging unit 12105 provided on the upper part of the windshield in the passenger compartment is mainly used for detecting a preceding vehicle or a pedestrian, an obstacle, a traffic light, a traffic sign, a lane, or the like.

なお、図21には、撮像部12101ないし12104の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲12111は、フロントノーズに設けられた撮像部12101の撮像範囲を示し、撮像範囲12112,12113は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部12102,12103の撮像範囲を示し、撮像範囲12114は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部12104の撮像範囲を示す。例えば、撮像部12101ないし12104で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両12100を上方から見た俯瞰画像が得られる。   FIG. 21 shows an example of the imaging range of the imaging units 12101 to 12104. The imaging range 12111 indicates the imaging range of the imaging unit 12101 provided in the front nose, the imaging ranges 12112 and 12113 indicate the imaging ranges of the imaging units 12102 and 12103 provided in the side mirrors, respectively, and the imaging range 12114 The imaging range of the imaging part 12104 provided in the rear bumper or the back door is shown. For example, by superimposing the image data captured by the imaging units 12101 to 12104, an overhead image when the vehicle 12100 is viewed from above is obtained.

撮像部12101ないし12104の少なくとも1つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部12101ないし12104の少なくとも1つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。   At least one of the imaging units 12101 to 12104 may have a function of acquiring distance information. For example, at least one of the imaging units 12101 to 12104 may be a stereo camera including a plurality of imaging elements, or may be an imaging element having pixels for phase difference detection.

例えば、マイクロコンピュータ12051は、撮像部12101ないし12104から得られた距離情報を基に、撮像範囲12111ないし12114内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化(車両12100に対する相対速度)を求めることにより、特に車両12100の進行路上にある最も近い立体物で、車両12100と略同じ方向に所定の速度(例えば、0km/h以上)で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ12051は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御(追従停止制御も含む)や自動加速制御(追従発進制御も含む)等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。   For example, the microcomputer 12051, based on the distance information obtained from the imaging units 12101 to 12104, the distance to each three-dimensional object in the imaging range 12111 to 12114 and the temporal change in this distance (relative speed with respect to the vehicle 12100). In particular, it is possible to extract, as a preceding vehicle, a three-dimensional object that travels at a predetermined speed (for example, 0 km / h or more) in the same direction as the vehicle 12100, particularly the closest three-dimensional object on the traveling path of the vehicle 12100. it can. Further, the microcomputer 12051 can set an inter-vehicle distance to be secured in advance before the preceding vehicle, and can perform automatic brake control (including follow-up stop control), automatic acceleration control (including follow-up start control), and the like. Thus, cooperative control for the purpose of autonomous driving or the like autonomously traveling without depending on the operation of the driver can be performed.

例えば、マイクロコンピュータ12051は、撮像部12101ないし12104から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、2輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ12051は、車両12100の周辺の障害物を、車両12100のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ12051は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ12061や表示部12062を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット12010を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。   For example, the microcomputer 12051 converts the three-dimensional object data related to the three-dimensional object to other three-dimensional objects such as a two-wheeled vehicle, a normal vehicle, a large vehicle, a pedestrian, and a utility pole based on the distance information obtained from the imaging units 12101 to 12104. It can be classified and extracted and used for automatic avoidance of obstacles. For example, the microcomputer 12051 identifies obstacles around the vehicle 12100 as obstacles that are visible to the driver of the vehicle 12100 and obstacles that are difficult to see. The microcomputer 12051 determines the collision risk indicating the risk of collision with each obstacle, and when the collision risk is equal to or higher than the set value and there is a possibility of collision, the microcomputer 12051 is connected via the audio speaker 12061 or the display unit 12062. By outputting an alarm to the driver and performing forced deceleration or avoidance steering via the drive system control unit 12010, driving assistance for collision avoidance can be performed.

撮像部12101ないし12104の少なくとも1つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ12051は、撮像部12101ないし12104の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部12101ないし12104の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ12051が、撮像部12101ないし12104の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部12052は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部12062を制御する。また、音声画像出力部12052は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部12062を制御してもよい。   At least one of the imaging units 12101 to 12104 may be an infrared camera that detects infrared rays. For example, the microcomputer 12051 can recognize a pedestrian by determining whether a pedestrian is present in the captured images of the imaging units 12101 to 12104. Such pedestrian recognition is, for example, whether or not the user is a pedestrian by performing a pattern matching process on a sequence of feature points indicating the outline of an object and a procedure for extracting feature points in the captured images of the imaging units 12101 to 12104 as infrared cameras. It is carried out by the procedure for determining. When the microcomputer 12051 determines that there is a pedestrian in the captured images of the imaging units 12101 to 12104 and recognizes the pedestrian, the audio image output unit 12052 has a rectangular contour line for emphasizing the recognized pedestrian. The display unit 12062 is controlled so as to be superimposed and displayed. Moreover, the audio | voice image output part 12052 may control the display part 12062 so that the icon etc. which show a pedestrian may be displayed on a desired position.

<4.実施例>
次に、本開示の実施例について詳細に説明する。実験1では、電子ブロック層として用いられるベンゾジフラン誘導体(CZBDF)およびtBPA−ICからなるそれぞれの単層の特性評価を行った。実験2では、CZBDFおよびtBPA−ICからなる電子ブロック層を備えた光電変換素子を作製し、その特性を評価した。
<4. Example>
Next, examples of the present disclosure will be described in detail. In Experiment 1, the characteristics of each single layer composed of a benzodifuran derivative (CZBDF) and tBPA-IC used as an electron blocking layer were evaluated. In Experiment 2, a photoelectric conversion element including an electron block layer made of CZBDF and tBPA-IC was produced, and its characteristics were evaluated.

[実験1]
実験1として、上記式(1−1)で表されるCZBDFからなる電子ブロック層および下記式(6)で表されるtBPA−ICからなる電子ブロック層単層のそれぞれの特性(正孔移動度、イオン化ポテンシャル、電子親和力、結晶性、算術平均粗さおよびガラス転移点)について評価した。
[Experiment 1]
As Experiment 1, each characteristic (hole mobility) of the electron block layer which consists of CZBDF represented by said Formula (1-1), and the electron block layer single layer which consists of tBPA-IC represented by following formula (6) , Ionization potential, electron affinity, crystallinity, arithmetic average roughness, and glass transition point).

Figure 2019057704
Figure 2019057704

正孔移動度は、正孔移動評価素子を作製し、その計測結果より算出した。正孔移動評価素子は、以下の方法を用いて作製した。まず、厚み50nmの電極が設けられた基板を洗浄したのち、この基板に酸化モリブデン(MoO3)を0.8nmの厚みで成膜した。続いて、CZBDFを基板温度0℃、成膜レート0.3Å/秒で150nmの厚みで成膜した。次に、CZBDF膜上に酸化モリブデン(MoO3)を3nmの厚みで成膜したのち、酸化モリブデン(MoO3)上に、電極として金(Au)を膜厚100nmで成膜し、CZBDFからなる電子ブロック層を備えた正孔移動評価素子を作製した。tBPA−ICからなる電子ブロック層を備えた正孔移動評価素子についても、上記と同様の方法を用いて作製した。正孔移動度は、半導体パラメータアナライザを用いて電極間に印加されるバイアス電圧を0Vから10Vまで掃引した電流−電圧曲線を得たのち、この曲線を空間電荷制限電流モデルに従ってフィッティングして移動度と電圧との関係式を求めた。なお、ここで得られた正孔移動度の値は、1Vにおけるものである。 The hole mobility was calculated from a measurement result obtained by preparing a hole mobility evaluation element. The hole transfer evaluation element was produced using the following method. First, after cleaning a substrate provided with an electrode having a thickness of 50 nm, molybdenum oxide (MoO 3 ) was formed to a thickness of 0.8 nm on the substrate. Subsequently, CZBDF was deposited to a thickness of 150 nm at a substrate temperature of 0 ° C. and a deposition rate of 0.3 Å / sec. Next, after depositing molybdenum oxide (MoO 3 ) with a thickness of 3 nm on the CZBDF film, a gold (Au) film with a thickness of 100 nm is formed on the molybdenum oxide (MoO 3 ) as an electrode, and made of CZBDF. A hole transfer evaluation element provided with an electron blocking layer was produced. A hole transfer evaluation element provided with an electron block layer made of tBPA-IC was also produced using the same method as described above. The hole mobility is obtained by obtaining a current-voltage curve obtained by sweeping the bias voltage applied between the electrodes from 0 V to 10 V using a semiconductor parameter analyzer, and then fitting the curve according to the space charge limited current model. The relationship between the voltage and the voltage was obtained. The hole mobility value obtained here is at 1V.

イオン化ポテンシャルおよび電子親和力は、以下の方法を用いて算出した。まず、ガラス基板上に、CZBDF(またはtBPA−IC)を基板温度0℃、成膜レート1.0Å/秒で35nmの厚みに成膜した。続いて、得られたCZBDFの単膜およびtBPA−ICの単膜のUV−Visスペクトルをそれぞれ測定し、吸収端の波長からエネルギーギャップをそれぞれ求めた。また、同様の膜をそれぞれITO基板上に成膜し、紫外線光電子分光法(UPS)によってそれぞれのイオン化ポテンシャルを求めた。電子親和力は、イオン化ポテンシャルからエネルギーギャップを差し引くことで求めた。   The ionization potential and electron affinity were calculated using the following methods. First, CZBDF (or tBPA-IC) was deposited on a glass substrate to a thickness of 35 nm at a substrate temperature of 0 ° C. and a deposition rate of 1.0 kg / sec. Subsequently, UV-Vis spectra of the obtained single film of CZBDF and single film of tBPA-IC were measured, and the energy gap was determined from the wavelength of the absorption edge. Moreover, the same film | membrane was each formed on the ITO substrate, and each ionization potential was calculated | required by the ultraviolet photoelectron spectroscopy (UPS). The electron affinity was determined by subtracting the energy gap from the ionization potential.

結晶性は、上記イオン化ポテンシャルの測定時にガラス基板上に成膜したCZBDFおよびtBPA−ICのそれぞれの単膜を用いて評価した。具体的には、X線回折装置(リガク社製 RINT−TTRII)を用い、それぞれの単膜に銅のKα線を照射した際の回折パターンを計測し、その結晶性のピークの有無で、各単膜が結晶による構成かアモルファスによる構成かを判断した。   The crystallinity was evaluated using each single film of CZBDF and tBPA-IC formed on the glass substrate when the ionization potential was measured. Specifically, using an X-ray diffractometer (RINT-TTRII manufactured by Rigaku Corporation), the diffraction pattern when each single film was irradiated with copper Kα rays was measured. It was judged whether the single film was composed of crystals or amorphous.

表面粗さについては、原子間力顕微鏡を用いて算術平均粗さRaを算出した。具体的には、原子間力顕微鏡AFM(キーエンス社製 VN−8010)を用い、上記イオン化ポテンシャルの測定時にガラス基板上に成膜したCZBDFおよびtBPA−ICのそれぞれの単膜の表面形状を10μm×10μm角の領域で計測し、そのうち任意の2つの線分についてJIS B 601:2001に基づいてそれぞれの算術平均粗さRaを算出した。   For the surface roughness, the arithmetic average roughness Ra was calculated using an atomic force microscope. Specifically, using an atomic force microscope AFM (VN-8010 manufactured by Keyence Corporation), the surface shape of each single film of CZBDF and tBPA-IC formed on the glass substrate at the time of measuring the ionization potential was 10 μm × Measurement was performed in a 10 μm square area, and an arithmetic average roughness Ra was calculated for any two line segments based on JIS B 601: 2001.

ガラス転移点は示差走査熱量分析法を用いて測定した。具体的には、示差走査熱量分析装置(セイコーインスツルメンツ社製 DSC6200)を用い、CZBDFおよびtBPA−ICの粉末をそれぞれ5mg〜10mg秤量し、それぞれアルミニウム(Al)パンに入れ、窒素雰囲気下において、20℃/minの昇温速度にて各粉末が融解する温度まで加熱した。その後、示差走査熱量分析装置からAlパンを取り出し、Al製ブロックに乗せて急冷し、これを1回目の測定とした。続いて、30℃からCZBDFおよびtBPA−ICのそれぞれの融点まで20℃/minの昇温速度で加熱し、2次の相転移が現れる温度をガラス転移点温度として測定し、これを2回目の測定とした。   The glass transition point was measured using differential scanning calorimetry. Specifically, using a differential scanning calorimeter (DSC6200, manufactured by Seiko Instruments Inc.), 5 mg to 10 mg of CZBDF and tBPA-IC powders were weighed and placed in aluminum (Al) pans, respectively, in a nitrogen atmosphere. It heated to the temperature which each powder fuse | melts with the temperature increase rate of (degreeC / min). Thereafter, the Al pan was taken out from the differential scanning calorimeter, placed on an Al block and rapidly cooled, and this was the first measurement. Subsequently, heating was performed from 30 ° C. to the melting points of CZBDF and tBPA-IC at a rate of temperature increase of 20 ° C./min, and the temperature at which the secondary phase transition appears was measured as the glass transition temperature. Measurement was taken.

上記実験からCZBDFおよびtBPA−ICからなる電子ブロック層の物性として下記の値を得た。まず、CZBDFの正孔移動度は1E−6cm2/Vsであり、イオン化ポテンシャルは6.0eV、電子親和力は2.9eV、算術平均粗さRaは1.0nm、ガラス転移点は162℃であり、結晶性はXRD測定からアモルファスであることがわかった。tBPA−ICの正孔移動度は1E−5cm2/Vsであり、イオン化ポテンシャルは5.5eV、電子親和力は2.4eV、算術平均粗さ(Ra)は1.1nm、ガラス転移点は171℃であり、結晶性はXRD測定からアモルファスであることがわかった。表1は、CZBDFからなる電子ブロック層およびtBPA−ICからなる電子ブロック層の各特性をまとめたものである。 From the above experiment, the following values were obtained as physical properties of the electron block layer composed of CZBDF and tBPA-IC. First, the hole mobility of CZBDF is 1E-6 cm 2 / Vs, the ionization potential is 6.0 eV, the electron affinity is 2.9 eV, the arithmetic average roughness Ra is 1.0 nm, and the glass transition point is 162 ° C. From the XRD measurement, the crystallinity was found to be amorphous. The hole mobility of tBPA-IC is 1E-5 cm 2 / Vs, the ionization potential is 5.5 eV, the electron affinity is 2.4 eV, the arithmetic average roughness (Ra) is 1.1 nm, and the glass transition point is 171 ° C. From the XRD measurement, it was found that the crystallinity was amorphous. Table 1 summarizes the characteristics of the electron block layer made of CZBDF and the electron block layer made of tBPA-IC.

Figure 2019057704
Figure 2019057704

後述する実験2で用いた光電変換層のイオン化ポテンシャルは5.6eV〜5.8eVであった。また、ITO電極の仕事関数は5.0eVであった。このことから、CZBDFおよびtBPA−ICとも上述した電子ブロック層として必要な特性を有していることがわかった。即ち、光電変換層で電荷分離過程により発生した正孔を効率よく速やかに陽極へ輸送するため、高い正孔輸送性を有すると共に、光電変換層の正孔輸送材料のイオン化ポテンシャルと同レベルのイオン化ポテンシャルを有していることがわかった。また、各材料からなる単層は、それぞれ、隣接する陽極(ITO電極)の仕事関数よりも1eV以上低い電子親和力を有していることがわかった。更に、CZBDFおよびtBPA−IC共に、平滑性が高く、欠陥が少ない均質なアモルファス性の層を形成することがわかった。更にまた、CZBDFおよびtBPA−ICともにガラス転移点が140℃以上と高かった。   The ionization potential of the photoelectric conversion layer used in Experiment 2 described later was 5.6 eV to 5.8 eV. The work function of the ITO electrode was 5.0 eV. From this, it was found that both CZBDF and tBPA-IC have the necessary characteristics as the above-described electron blocking layer. That is, in order to efficiently and quickly transport holes generated by the charge separation process in the photoelectric conversion layer to the anode, it has high hole transportability and ionization potential at the same level as the ionization potential of the hole transport material of the photoelectric conversion layer It was found to have potential. Moreover, it turned out that the single layer which consists of each material has an electron affinity lower 1 eV or more than the work function of an adjacent anode (ITO electrode), respectively. Furthermore, it has been found that both CZBDF and tBPA-IC form a uniform amorphous layer having high smoothness and few defects. Furthermore, both CZBDF and tBPA-IC had a high glass transition point of 140 ° C. or higher.

[実験2]
次に、実験2として、CZBDFおよびtBPA−ICからなる電子ブロック層をそれぞれ備えた光電変換素子(実験例1〜5)を作製し、その素子特性(暗電流特性、外部量子効率(EQE)および応答速度)の評価を行った。
[Experiment 2]
Next, as Experiment 2, photoelectric conversion elements (Experimental Examples 1 to 5) each including an electron block layer made of CZBDF and tBPA-IC were prepared, and the element characteristics (dark current characteristics, external quantum efficiency (EQE) and (Response speed) was evaluated.

(実験例1)
まず、ITO電極(下部電極)付きガラス基板をUV/オゾン処理にて洗浄し、この基板を真空蒸着機に移動し室内を1×10-5Pa以下に減圧した。続いて、基板ホルダーを回転させながら、基板温度0℃にて、CZBDFを成膜レート0.3Å/秒で10nmの厚みで成膜し、電子ブロック層を形成した。次に、光電変換層として電子ブロック層状に、下記式(7)に示したDP−BTBT、下記式(9)に示したF6−SubPc−OC65およびフラーレンC60を、それぞれ、成膜レート0.75Å/秒、0.75Å/秒、0.50Å/秒で蒸着し、その厚みが合計200nmとなるように成膜した。続いて、バッファ層として、下記式(8)に示したB4PyMPMを成膜レート0.3Å/秒で5nmの厚みで成膜した。最後に、上部電極としてAlSiCu合金を厚み100nmとなるように蒸着成膜した。こののち、窒素雰囲気下にて、上部電極上にカラーフィルタ、保護層および光電変換素子のはんだ付け等の加熱工程を想定した150℃、3.5時間の熱処置を施した。以上の作製方法により、1mm×1mmの光電変換領域を有する光電変換素子(実験例1)を作製した。
(Experimental example 1)
First, a glass substrate with an ITO electrode (lower electrode) was washed by UV / ozone treatment, the substrate was moved to a vacuum deposition machine, and the interior of the chamber was decompressed to 1 × 10 −5 Pa or less. Subsequently, while rotating the substrate holder, CZBDF was deposited to a thickness of 10 nm at a deposition rate of 0.3 Å / sec at a substrate temperature of 0 ° C. to form an electronic block layer. Next, DP-BTBT represented by the following formula (7), F 6 -SubPc-OC 6 F 5 and fullerene C 60 represented by the following formula (9) were formed as an electronic block layer as a photoelectric conversion layer, respectively. Vapor deposition was performed at a film rate of 0.75 Å / sec, 0.75 Å / sec, and 0.50 、 / sec. Subsequently, as a buffer layer, B4PyMPM represented by the following formula (8) was formed to a thickness of 5 nm at a film formation rate of 0.3 l / sec. Finally, an AlSiCu alloy was deposited as an upper electrode so as to have a thickness of 100 nm. After that, under a nitrogen atmosphere, heat treatment was performed on the upper electrode at 150 ° C. for 3.5 hours assuming a heating process such as soldering of the color filter, the protective layer, and the photoelectric conversion element. A photoelectric conversion element (Experimental Example 1) having a 1 mm × 1 mm photoelectric conversion region was manufactured by the above manufacturing method.

Figure 2019057704
Figure 2019057704

なお、フラーレンC60は、フロンティアカーボン株式会社製のnanon purple SUH(HPLC純度:>99.9%、昇華精製品)を用いた。F6−SubPc−OC65(式(9))は、下記スキームを用いて合成を行い、得られた生成物を昇華精製によって精製して用いた。 As fullerene C 60 , nano purple SUH (HPLC purity:> 99.9%, sublimation purified product) manufactured by Frontier Carbon Co., Ltd. was used. F 6 -SubPc-OC 6 F 5 (formula (9)) was synthesized using the following scheme, and the resulting product was purified by sublimation purification and used.

Figure 2019057704
Figure 2019057704

(実験例2)
電子ブロック層の膜厚を5nmにした以外は、実験例1と同様の方法を用いて光電変換素子(実験例2)を作製した。
(Experimental example 2)
A photoelectric conversion element (Experimental Example 2) was produced using the same method as in Experimental Example 1 except that the thickness of the electron blocking layer was changed to 5 nm.

(実験例3)
電子ブロック層の材料として、上記式(6)に示したtBPA−ICを用いた以外は、実験例1と同様の方法を用いて光電変換素子(実験例3)を作製した。
(Experimental example 3)
A photoelectric conversion element (Experimental Example 3) was produced using the same method as in Experimental Example 1 except that tBPA-IC shown in the above formula (6) was used as the material of the electron blocking layer.

(実験例4)
電子ブロック層の膜厚を5nmにした以外は、実験例3と同様の方法を用いて光電変換素子(実験例4)を作製した。
(Experimental example 4)
A photoelectric conversion element (Experimental Example 4) was produced using the same method as in Experimental Example 3 except that the thickness of the electron blocking layer was changed to 5 nm.

(実験例5)
電子ブロック層を形成しない以外は、実験例1と同様の方法を用いて光電変換素子(実験例5)を作製した。
(Experimental example 5)
A photoelectric conversion element (Experimental Example 5) was produced using the same method as in Experimental Example 1 except that no electron blocking layer was formed.

実験例1〜5の暗電流特性および外部量子効率(EQE)を、半導体パラメータアナライザを用いて評価した。また、応答速度を評価した。暗電流特性については、暗状態にて、光電変換素子の電極間に印加されるバイアス電圧を、−1Vとした場合の電流値を計測した。外部量子効率については、フィルタを介して光源から光電変換素子に照射される光(波長560nmのLED光)の光量を1.62μW/cm2とし、電極間に印加されるバイアス電圧を半導体パラメータアナライザを用いて制御し、上部電極に対して下部電極に印加する電圧を−1Vとした場合の明電流値から暗電流値を差し引くことで、実効的なキャリア数を求め、それを入射光子数で除算することで算出した。応答速度については、上部電極に対して下部電極に印加する電圧を−1Vとしながら、波長560nm、光量1.62μW/cm2の光を照射し、次いで、光の照射を留めた時の光照射中止直後に上部電極と下部電極との間を流れた電流が3%となるまでの時間を測定した。 The dark current characteristics and external quantum efficiency (EQE) of Experimental Examples 1 to 5 were evaluated using a semiconductor parameter analyzer. Moreover, the response speed was evaluated. Regarding the dark current characteristics, the current value was measured when the bias voltage applied between the electrodes of the photoelectric conversion element was set to −1 V in the dark state. Regarding the external quantum efficiency, the amount of light (LED light with a wavelength of 560 nm) irradiated from the light source to the photoelectric conversion element through the filter is 1.62 μW / cm 2, and the bias voltage applied between the electrodes is the semiconductor parameter analyzer. The effective number of carriers is obtained by subtracting the dark current value from the bright current value when the voltage applied to the lower electrode with respect to the upper electrode is set to -1 V with respect to the upper electrode. Calculated by dividing. Regarding the response speed, the light applied when the voltage applied to the lower electrode with respect to the upper electrode is set to -1 V, the light having a wavelength of 560 nm and the light amount of 1.62 μW / cm 2 is irradiated, and then the light irradiation is stopped. Immediately after stopping, the time until the current flowing between the upper electrode and the lower electrode became 3% was measured.

表1は、実験例1〜5の電子ブロック層の材料および膜厚、暗電流、外部量子効率および規格化応答速度をまとめたものである。なお、規格化応答速度は、実験例1の結果を1とした場合の相対値である。   Table 1 summarizes the material and film thickness, dark current, external quantum efficiency, and normalized response speed of the electron block layers of Experimental Examples 1 to 5. The normalized response speed is a relative value when the result of Experimental Example 1 is 1.

Figure 2019057704
Figure 2019057704

電子ブロック層の材料としてCZBDFを用い、その厚みを10nm実験例1では、電子ブロック層の材料としてtBPA−ICを用い、膜厚10nmとした実験例3と比較して、同等の暗電流と、同等の外部電子効率および高速な応答速度とを示した。実験例2は、実験例1と比較して電子ブロック層の膜厚を半分(5nm)にしたものであり、同様に、電子ブロック層の厚みを5nmとした実験例4と比較して、同等の暗電流と、高い外部電子効率および高速な応答速度とを示した。実験例1,2の結果は、電子ブロック層を設けなかった実験例5と比較して、低い暗電流、同等の外部量子効率および高速な規格化応答速度を示した。   CZBDF is used as the material of the electron blocking layer and the thickness thereof is 10 nm in Experimental Example 1, compared with Experimental Example 3 where tBPA-IC is used as the material of the electron blocking layer and the film thickness is 10 nm. Equivalent external electronic efficiency and fast response speed are shown. In Experimental Example 2, the thickness of the electron blocking layer is halved (5 nm) compared to Experimental Example 1, and similarly, in comparison with Experimental Example 4 in which the thickness of the electron blocking layer is 5 nm. High external electron efficiency and fast response speed. The results of Experimental Examples 1 and 2 showed lower dark current, equivalent external quantum efficiency, and faster normalized response speed compared with Experimental Example 5 in which no electron blocking layer was provided.

実験例5では、高い暗電流を示した理由は、電子ブロック層がないため、隣接する下部電極からの電子が注入されたためと推察される。また、実験例5では、低い応答速度を示した。これは、下部電極への正孔の取り出しが遅くなったためと推測される。後者のメカニズムは、アニール後の下部電極界面に光電変換層中の正孔輸送材料以外の成分が凝集あるいは偏析したことが原因と考えられる。なお、外部量子効率は、実験例1等と同等の値であるが、実際は光誘起された注入電流の影響があるため、過大評価していると思われる。   In Experimental Example 5, the reason for the high dark current is presumed to be that electrons from the adjacent lower electrode were injected because there was no electron blocking layer. In Experimental Example 5, a low response speed was shown. This is presumably because the extraction of holes into the lower electrode was delayed. The latter mechanism is considered to be caused by aggregation or segregation of components other than the hole transport material in the photoelectric conversion layer at the interface of the lower electrode after annealing. The external quantum efficiency is the same value as in Experimental Example 1 and the like, but since it is actually influenced by the photo-induced injection current, it seems to be overestimated.

CZBDFと比較してtBPA−ICの方がガラス転移点(Tg)が高いため、実験例3,4と比較して実験例1,2の素子特性が優れていた理由をガラス転移点(Tg)で説明することはできないが、その他の理由として、実験例1,2の光電変換素子の方が、下部電極のITOとの密着性が高かったためと考えられる。実験例3,4において、tBPA−ICからなる電子ブロック層の膜厚を5nmとした場合、10nmの場合よりも特に外部量子効率が低くなった。これは、膜厚5nmの実験例4では、アニール後にtBPA−ICが隣接する層へ拡散したためと考えられる。これに対して、CZBDFを用いた実験例1,2では、CZBDFが分子内に酸素原子を有するため、下部電極を構成するITOの酸素原子との間に分子間力が働き、酸素を持たないtBPA−ICと比べて密着性が向上し、これにより、耐熱性の高い電子ブロック層が形成されたと考えられる。実験例3,4と比較して実験例1,2が高い応答速度を示したのは、密着性の高い実験例1,2の電子ブロック層の方が、界面のキャリアの移動がスムーズであったためと推察される。以上のように、ベンゾジフラン誘導体を用いた電子ブロック層は、アニール後でも、優れた電子ブロック層として機能し、低い暗電流、高い外部量子効率および高速な規格化応答速度を示したと考えられる。   The reason why the device characteristics of Experimental Examples 1 and 2 were superior to that of Experimental Examples 3 and 4 was that the glass transition point (Tg) of tBPA-IC was higher than that of CZBDF. However, it is considered that the photoelectric conversion elements of Experimental Examples 1 and 2 have higher adhesiveness with the ITO of the lower electrode as another reason. In Experimental Examples 3 and 4, when the thickness of the electron block layer made of tBPA-IC was 5 nm, the external quantum efficiency was particularly lower than that of 10 nm. This is presumably because in Experimental Example 4 having a film thickness of 5 nm, tBPA-IC diffused into an adjacent layer after annealing. On the other hand, in Experimental Examples 1 and 2 using CZBDF, since CZBDF has oxygen atoms in the molecule, intermolecular force works between the oxygen atoms of ITO constituting the lower electrode and does not have oxygen. It is considered that the adhesiveness was improved as compared with tBPA-IC, and as a result, an electron block layer having high heat resistance was formed. Compared with Experimental Examples 3 and 4, Experimental Examples 1 and 2 showed a higher response speed because the electron block layers of Experimental Examples 1 and 2 with higher adhesion showed smoother carrier movement at the interface. This is probably because of As described above, it is considered that the electron blocking layer using the benzodifuran derivative functions as an excellent electron blocking layer even after annealing, and exhibits a low dark current, a high external quantum efficiency, and a high standardized response speed.

以上、第1、第2の実施の形態および実施例を挙げて説明したが、本開示内容は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記光電変換素子では、下部電極15を陽極として、上部電極18を陰極として用いた例を示したがこれに限らず、下部電極15を陰極として、上部電極18を陽極として用いた構成としてもよい。その場合には、電子ブロック層16は、光電変換層17と上部電極18との間に設けられる。   The first and second embodiments and examples have been described above, but the present disclosure is not limited to the above-described embodiments and the like, and various modifications are possible. For example, in the photoelectric conversion element described above, the lower electrode 15 is used as an anode and the upper electrode 18 is used as a cathode. However, the present invention is not limited thereto, and the lower electrode 15 is used as a cathode and the upper electrode 18 is used as an anode. Also good. In that case, the electron block layer 16 is provided between the photoelectric conversion layer 17 and the upper electrode 18.

また、上記実施の形態では、光電変換素子として、緑色光を検出する有機光電変換部11Gと、青色光,赤色光をそれぞれ検出する無機光電変換部11Bおよび無機光電変換部11Rとを積層させた構成としたが、本開示内容はこのような構造に限定されるものではない。即ち、有機光電変換部において赤色光あるいは青色光を検出するようにしてもよいし、無機光電変換部において緑色光を検出するようにしてもよい。   Moreover, in the said embodiment, the organic photoelectric conversion part 11G which detects green light, the inorganic photoelectric conversion part 11B and the inorganic photoelectric conversion part 11R which each detect blue light and red light were laminated | stacked as a photoelectric conversion element. Although configured, the present disclosure is not limited to such a structure. That is, the organic photoelectric conversion unit may detect red light or blue light, or the inorganic photoelectric conversion unit may detect green light.

更に、これらの有機光電変換部および無機光電変換部の数やその比率も限定されるものではなく、2以上の有機光電変換部を設けてもよいし、有機光電変換部だけで複数色の色信号が得られるようにしてもよい。更にまた、有機光電変換部および無機光電変換部を縦方向に積層させる構造に限らず、基板面に沿って並列させてもよい。   Furthermore, the number and ratio of these organic photoelectric conversion units and inorganic photoelectric conversion units are not limited, and two or more organic photoelectric conversion units may be provided. A signal may be obtained. Furthermore, the organic photoelectric conversion unit and the inorganic photoelectric conversion unit are not limited to a structure in which the organic photoelectric conversion unit and the inorganic photoelectric conversion unit are stacked in the vertical direction, and may be arranged in parallel along the substrate surface.

また、上記実施の形態等では、裏面照射型の固体撮像装置の構成を例示したが、本開示内容は表面照射型の固体撮像装置にも適用可能である。更に、本開示の光電変換素子では、上記実施の形態で説明した各構成要素を全て備えている必要はなく、また逆に他の層を備えていてもよい。   Further, in the above-described embodiments and the like, the configuration of the backside illumination type solid-state imaging device is illustrated, but the present disclosure can be applied to a front-side illumination type solid-state imaging device. Furthermore, the photoelectric conversion element of the present disclosure does not need to include all the components described in the above embodiments, and may include other layers.

更にまた、上記実施の形態等では、撮像装置1を構成する撮像素子として光電変換素子10Aを用いて例を示したが、本開示の光電変換素子10Aは、太陽電池に適用してもよい。   Furthermore, in the said embodiment etc., although the example using the photoelectric conversion element 10A as an image pick-up element which comprises the imaging device 1 was shown, you may apply the photoelectric conversion element 10A of this indication to a solar cell.

なお、本明細書中に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、また、他の効果があってもよい。   In addition, the effect described in this specification is an illustration to the last, and is not limited, Moreover, there may exist another effect.

なお、本開示は、以下のような構成であってもよい。
[1]
陽極と、
前記陽極と対向配置された陰極と、
前記陽極と前記陰極との間に設けられた光電変換層と、
前記陽極と前記光電変換層との間に設けられると共に、下記一般式(1)で表される有機半導体材料を含む電子ブロック層と
を備えた光電変換素子。

Figure 2019057704

(R1,R2,R3,R4は、各々独立して、水素原子または炭素数4以上40以下のアリール基、ヘテロアリール基、カルバゾール基、ジフェニルアミノ基あるいはそれらの誘導体であり、R1,R2,R3,R4のうちの少なくとも1つは、炭素数12以上40以下のカルバゾール基またはジフェニルアミノ基あるいはそれらの誘導体である。)
[2]
前記光電変換層は、正孔輸送性材料を1種以上含む、前記[1]に記載の光電変換素子。
[3]
前記光電変換層は、波長400nm以上750nm以下の可視光領域における極大吸収係数が50000cm-1以上の色材を含む、前記[1]または[2]に記載の光電変換素子。
[4]
前記色材は、下記一般式(2)で表されるサブフタロシアニンまたはその誘導体である、前記[3]に記載の光電変換素子。
Figure 2019057704

(R5〜R16は、各々独立して、水素原子、ハロゲン原子、直鎖,分岐,または環状アルキル基、チオアルキル基、チオアリール基、アリールスルホニル基、アルキルスルホニル基、アミノ基、アルキルアミノ基、アリールアミノ基、ヒドロキシ基、アルコキシ基、アシルアミノ基、アシルオキシ基、フェニル基、カルボキシ基、カルボキソアミド基、カルボアルコキシ基、アシル基、スルホニル基、シアノ基およびニトロ基からなる群から選択され、且つ、隣接した任意のR5〜R16は縮合脂肪族環または縮合芳香環の一部であってもよい。前記縮合脂肪族環または縮合芳香環は、炭素以外の1または複数の原子を含んでいてもよい。Mはホウ素または2価あるいは3価の金属である。Xは、ハロゲン、ヒドロキシ基、チオール基、イミド基、置換もしくは未置換のアルコキシ基、置換もしくは未置換のアリールオキシ基、置換もしくは未置換のアルキル基、置換もしくは未置換のアルキルチオ基、置換もしくは未置換のアリールチオ基からなる群より選択されるいずれかの置換基である。)
[5]
前記光電変換層は、電子輸送性材料としてフラーレンまたはその誘導体を1種以上含む、前記[1]乃至[4]のうちのいずれかに記載の光電変換素子。
[6]
前記フラーレンまたはその誘導体は、下記一般式(3)または一般式(4)で表される、前記[5]に記載の光電変換素子。
Figure 2019057704


(R17,R18は、水素原子、ハロゲン原子、直鎖,分岐または環状のアルキル基、フェニル基、直鎖または縮環した芳香族化合物を有する基、ハロゲン化物を有する基、パーシャルフルオロアルキル基、パーフルオロアルキル基、シリルアルキル基、シリルアルコキシ基、アリールシリル基、アリールスルファニル基、アルキルスルファニル基、アリールスルホニル基、アルキルスルホニル基、アリールスルフィド基、アルキルスルフィド基、アミノ基、アルキルアミノ基、アリールアミノ基、ヒドロキシ基、アルコキシ基、アシルアミノ基、アシルオキシ基、カルボニル基、カルボキシ基、カルボキソアミド基、カルボアルコキシ基、アシル基、スルホニル基、シアノ基、ニトロ基、カルコゲン化物を有する基、ホスフィン基、ホスホン基あるいはそれらの誘導体である。n,mは2以上の整数である。)
[7]
前記陽極は金属酸化物によって形成され、前記金属酸化物を構成する金属原子としてスズ(Sn)、亜鉛(Zn)、インジウム(In)、ケイ素(Si)、ジルコニウム(Zr)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、タングステン(W)、クロム(Cr)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、タンタル(Ta)、ニオブ(Nb)およびモリブデン(Mo)のうちのいずれか1種以上を含む、前記[1]乃至[6]のうちのいずれかに記載の光電変換素子。
[8]
前記陽極および前記陰極の一方は複数の電極からなる、前記[1]乃至[7]のうちのいずれかに記載の光電変換素子。
[9]
前記複数の電極として電荷読み出し電極および電荷蓄積電極を有する、前記[8]に記載の光電変換素子。
[10]
各画素が1または複数の有機光電変換部を有し、
前記有機光電変換部は、
陽極と、
前記陽極と対向配置された陰極と、
前記陽極と前記陰極との間に設けられた光電変換層と、
前記陽極と前記光電変換層との間に設けられると共に、下記一般式(1)で表される有機半導体材料を含む電子ブロック層と
を備えた撮像装置。
Figure 2019057704
(R1,R2,R3,R4は、各々独立して、水素原子または炭素数4以上40以下のアリール基、ヘテロアリール基、カルバゾール基、ジフェニルアミノ基あるいはそれらの誘導体であり、R1,R2,R3,R4のうちの少なくとも1つは、炭素数12以上40以下のカルバゾール基またはジフェニルアミノ基あるいはそれらの誘導体である。)
[11]
各画素では、1または複数の前記有機光電変換部と、前記有機光電変換部とは異なる波長域の光電変換を行う1または複数の無機光電変換部とが積層されている、前記[10]に記載の撮像装置。
[12]
前記無機光電変換部は、半導体基板内に埋め込み形成され、
前記有機光電変換部は、前記半導体基板の第1面側に形成されている、前記[11]に記載の撮像装置。
[13]
前記半導体基板の、前記第1面に対向する第2面側に多層配線層が形成されている、前記[12]に記載の撮像装置。
[14]
前記有機光電変換部が緑色光の光電変換を行い、
前記半導体基板内に、青色光の光電変換を行う無機光電変換部と、赤色光の光電変換を行う無機光電変換部とが積層されている、前記[12]または[13]に記載の撮像装置。 The present disclosure may be configured as follows.
[1]
The anode,
A cathode disposed opposite to the anode;
A photoelectric conversion layer provided between the anode and the cathode;
The photoelectric conversion element provided with the electronic block layer containing the organic-semiconductor material represented by following General formula (1) while being provided between the said anode and the said photoelectric converting layer.
Figure 2019057704

(R1, R2, R3 and R4 are each independently a hydrogen atom or an aryl group, heteroaryl group, carbazole group, diphenylamino group or derivatives thereof having 4 to 40 carbon atoms, and R1, R2, R3 , R4 is a carbazole group having 12 to 40 carbon atoms, a diphenylamino group, or a derivative thereof.)
[2]
The photoelectric conversion layer according to [1], wherein the photoelectric conversion layer includes at least one hole transporting material.
[3]
The photoelectric conversion layer according to [1] or [2], wherein the photoelectric conversion layer includes a colorant having a maximum absorption coefficient in a visible light region having a wavelength of 400 nm or more and 750 nm or less of 50000 cm −1 or more.
[4]
The photoelectric conversion element according to [3], wherein the colorant is subphthalocyanine represented by the following general formula (2) or a derivative thereof.
Figure 2019057704

(R5 to R16 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, a linear, branched, or cyclic alkyl group, a thioalkyl group, a thioaryl group, an arylsulfonyl group, an alkylsulfonyl group, an amino group, an alkylamino group, an arylamino group. Selected from the group consisting of a group, hydroxy group, alkoxy group, acylamino group, acyloxy group, phenyl group, carboxy group, carboxamide group, carboalkoxy group, acyl group, sulfonyl group, cyano group and nitro group, and adjacent R5 to R16 may be a part of a condensed aliphatic ring or a condensed aromatic ring, and the condensed aliphatic ring or the condensed aromatic ring may contain one or more atoms other than carbon. M is boron or a divalent or trivalent metal, X is halogen, hydroxy group, thiol group, imi Group, substituted or unsubstituted alkoxy group, substituted or unsubstituted aryloxy group, substituted or unsubstituted alkyl group, substituted or unsubstituted alkylthio group, substituted or unsubstituted arylthio group Any substituent.)
[5]
The photoelectric conversion layer according to any one of [1] to [4], wherein the photoelectric conversion layer includes at least one fullerene or a derivative thereof as an electron transporting material.
[6]
The fullerene or a derivative thereof is the photoelectric conversion element according to the above [5], which is represented by the following general formula (3) or general formula (4).
Figure 2019057704


(R17 and R18 are a hydrogen atom, a halogen atom, a linear, branched or cyclic alkyl group, a phenyl group, a group having a linear or condensed aromatic compound, a group having a halide, a partial fluoroalkyl group, a perfluoroalkyl group, Fluoroalkyl group, silylalkyl group, silylalkoxy group, arylsilyl group, arylsulfanyl group, alkylsulfanyl group, arylsulfonyl group, alkylsulfonyl group, arylsulfide group, alkylsulfide group, amino group, alkylamino group, arylamino group Hydroxy group, alkoxy group, acylamino group, acyloxy group, carbonyl group, carboxy group, carboxamide group, carboalkoxy group, acyl group, sulfonyl group, cyano group, nitro group, chalcogenated group, phosphine group, phospho group Is a group, or a derivative thereof .n, m is an integer of 2 or more.)
[7]
The anode is formed of a metal oxide, and tin (Sn), zinc (Zn), indium (In), silicon (Si), zirconium (Zr), aluminum (Al) as metal atoms constituting the metal oxide, Including one or more of gallium (Ga), tungsten (W), chromium (Cr), cobalt (Co), nickel (Ni), tantalum (Ta), niobium (Nb) and molybdenum (Mo), The photoelectric conversion element according to any one of [1] to [6].
[8]
One of the said anode and the said cathode consists of a several electrode, The photoelectric conversion element in any one of said [1] thru | or [7].
[9]
The photoelectric conversion element according to [8], wherein the plurality of electrodes include a charge readout electrode and a charge storage electrode.
[10]
Each pixel has one or more organic photoelectric conversion units,
The organic photoelectric conversion unit is
The anode,
A cathode disposed opposite to the anode;
A photoelectric conversion layer provided between the anode and the cathode;
An imaging device comprising: an electronic block layer that is provided between the anode and the photoelectric conversion layer and includes an organic semiconductor material represented by the following general formula (1).
Figure 2019057704
(R1, R2, R3 and R4 are each independently a hydrogen atom or an aryl group, heteroaryl group, carbazole group, diphenylamino group or derivatives thereof having 4 to 40 carbon atoms, and R1, R2, R3 , R4 is a carbazole group having 12 to 40 carbon atoms, a diphenylamino group, or a derivative thereof.)
[11]
In each pixel, the one or more organic photoelectric conversion units and one or more inorganic photoelectric conversion units that perform photoelectric conversion in a wavelength region different from the organic photoelectric conversion unit are stacked. The imaging device described.
[12]
The inorganic photoelectric conversion part is embedded in a semiconductor substrate,
The said photoelectric conversion part is an imaging device as described in said [11] currently formed in the 1st surface side of the said semiconductor substrate.
[13]
The imaging device according to [12], wherein a multilayer wiring layer is formed on a second surface side of the semiconductor substrate facing the first surface.
[14]
The organic photoelectric conversion unit performs green light photoelectric conversion,
The imaging device according to [12] or [13], wherein an inorganic photoelectric conversion unit that performs photoelectric conversion of blue light and an inorganic photoelectric conversion unit that performs photoelectric conversion of red light are stacked in the semiconductor substrate. .

1…撮像装置、2…電子機器(カメラ)、10A,10B…光電変換素子、11…半導体基板、11G…有機光電変換部、11R,11B…無機光電変換部、12,14…層間絶縁層、12A…固定電荷層、12B…誘電体層、13A,13C…パッド部、13B…上部コンタクト、15…下部電極、16…電子ブロック層、17…光電変換層、18…上部電極、19…保護層、50…オンチップレンズ層、50L…オンチップレンズ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Imaging device, 2 ... Electronic device (camera), 10A, 10B ... Photoelectric conversion element, 11 ... Semiconductor substrate, 11G ... Organic photoelectric conversion part, 11R, 11B ... Inorganic photoelectric conversion part, 12, 14 ... Interlayer insulation layer, 12A ... Fixed charge layer, 12B ... Dielectric layer, 13A, 13C ... Pad part, 13B ... Upper contact, 15 ... Lower electrode, 16 ... Electron blocking layer, 17 ... Photoelectric conversion layer, 18 ... Upper electrode, 19 ... Protective layer 50: On-chip lens layer, 50L: On-chip lens.

Claims (14)

陽極と、
前記陽極と対向配置された陰極と、
前記陽極と前記陰極との間に設けられた光電変換層と、
前記陽極と前記光電変換層との間に設けられると共に、下記一般式(1)で表される有機半導体材料を含む電子ブロック層と
を備えた光電変換素子。
Figure 2019057704
(R1,R2,R3,R4は、各々独立して、水素原子または炭素数4以上40以下のアリール基、ヘテロアリール基、カルバゾール基、ジフェニルアミノ基あるいはそれらの誘導体であり、R1,R2,R3,R4のうちの少なくとも1つは、炭素数12以上40以下のカルバゾール基またはジフェニルアミノ基あるいはそれらの誘導体である。)
The anode,
A cathode disposed opposite to the anode;
A photoelectric conversion layer provided between the anode and the cathode;
The photoelectric conversion element provided with the electronic block layer containing the organic-semiconductor material represented by following General formula (1) while being provided between the said anode and the said photoelectric converting layer.
Figure 2019057704
(R1, R2, R3 and R4 are each independently a hydrogen atom or an aryl group, heteroaryl group, carbazole group, diphenylamino group or derivatives thereof having 4 to 40 carbon atoms, and R1, R2, R3 , R4 is a carbazole group having 12 to 40 carbon atoms, a diphenylamino group, or a derivative thereof.)
前記光電変換層は、正孔輸送性材料を1種以上含む、請求項1に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the photoelectric conversion layer includes at least one hole transporting material. 前記光電変換層は、波長400nm以上750nm以下の可視光領域における極大吸収係数が50000cm-1以上の色材を含む、請求項1に記載の光電変換素子。 The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the photoelectric conversion layer includes a colorant having a maximum absorption coefficient in a visible light region having a wavelength of 400 nm or more and 750 nm or less of 50000 cm −1 or more. 前記色材は、下記一般式(2)で表されるサブフタロシアニンまたはその誘導体である、請求項3に記載の光電変換素子。
Figure 2019057704
(R5〜R16は、各々独立して、水素原子、ハロゲン原子、直鎖,分岐,または環状アルキル基、チオアルキル基、チオアリール基、アリールスルホニル基、アルキルスルホニル基、アミノ基、アルキルアミノ基、アリールアミノ基、ヒドロキシ基、アルコキシ基、アシルアミノ基、アシルオキシ基、フェニル基、カルボキシ基、カルボキソアミド基、カルボアルコキシ基、アシル基、スルホニル基、シアノ基およびニトロ基からなる群から選択され、且つ、隣接した任意のR5〜R16は縮合脂肪族環または縮合芳香環の一部であってもよい。前記縮合脂肪族環または縮合芳香環は、炭素以外の1または複数の原子を含んでいてもよい。Mはホウ素または2価あるいは3価の金属である。Xは、ハロゲン、ヒドロキシ基、チオール基、イミド基、置換もしくは未置換のアルコキシ基、置換もしくは未置換のアリールオキシ基、置換もしくは未置換のアルキル基、置換もしくは未置換のアルキルチオ基、置換もしくは未置換のアリールチオ基からなる群より選択されるいずれかの置換基である。)
The photoelectric conversion element according to claim 3, wherein the coloring material is subphthalocyanine represented by the following general formula (2) or a derivative thereof.
Figure 2019057704
(R5 to R16 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, a linear, branched, or cyclic alkyl group, a thioalkyl group, a thioaryl group, an arylsulfonyl group, an alkylsulfonyl group, an amino group, an alkylamino group, an arylamino group. Selected from the group consisting of a group, hydroxy group, alkoxy group, acylamino group, acyloxy group, phenyl group, carboxy group, carboxamide group, carboalkoxy group, acyl group, sulfonyl group, cyano group and nitro group, and adjacent R5 to R16 may be a part of a condensed aliphatic ring or a condensed aromatic ring, and the condensed aliphatic ring or the condensed aromatic ring may contain one or more atoms other than carbon. M is boron or a divalent or trivalent metal, X is halogen, hydroxy group, thiol group, imi Group, substituted or unsubstituted alkoxy group, substituted or unsubstituted aryloxy group, substituted or unsubstituted alkyl group, substituted or unsubstituted alkylthio group, substituted or unsubstituted arylthio group Any substituent.)
前記光電変換層は、電子輸送性材料としてフラーレンまたはその誘導体を1種以上含む、請求項1に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the photoelectric conversion layer contains at least one fullerene or a derivative thereof as an electron transporting material. 前記フラーレンまたはその誘導体は、下記一般式(3)または一般式(4)で表される、請求項5に記載の光電変換素子。
Figure 2019057704
(R17,R18は、水素原子、ハロゲン原子、直鎖,分岐または環状のアルキル基、フェニル基、直鎖または縮環した芳香族化合物を有する基、ハロゲン化物を有する基、パーシャルフルオロアルキル基、パーフルオロアルキル基、シリルアルキル基、シリルアルコキシ基、アリールシリル基、アリールスルファニル基、アルキルスルファニル基、アリールスルホニル基、アルキルスルホニル基、アリールスルフィド基、アルキルスルフィド基、アミノ基、アルキルアミノ基、アリールアミノ基、ヒドロキシ基、アルコキシ基、アシルアミノ基、アシルオキシ基、カルボニル基、カルボキシ基、カルボキソアミド基、カルボアルコキシ基、アシル基、スルホニル基、シアノ基、ニトロ基、カルコゲン化物を有する基、ホスフィン基、ホスホン基あるいはそれらの誘導体である。n,mは2以上の整数である。)
The photoelectric conversion device according to claim 5, wherein the fullerene or a derivative thereof is represented by the following general formula (3) or general formula (4).
Figure 2019057704
(R17 and R18 are a hydrogen atom, a halogen atom, a linear, branched or cyclic alkyl group, a phenyl group, a group having a linear or condensed aromatic compound, a group having a halide, a partial fluoroalkyl group, a perfluoroalkyl group, Fluoroalkyl group, silylalkyl group, silylalkoxy group, arylsilyl group, arylsulfanyl group, alkylsulfanyl group, arylsulfonyl group, alkylsulfonyl group, arylsulfide group, alkylsulfide group, amino group, alkylamino group, arylamino group Hydroxy group, alkoxy group, acylamino group, acyloxy group, carbonyl group, carboxy group, carboxamide group, carboalkoxy group, acyl group, sulfonyl group, cyano group, nitro group, chalcogenated group, phosphine group, phospho group Is a group, or a derivative thereof .n, m is an integer of 2 or more.)
前記陽極は金属酸化物によって形成され、前記金属酸化物を構成する金属原子としてスズ(Sn)、亜鉛(Zn)、インジウム(In)、ケイ素(Si)、ジルコニウム(Zr)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、タングステン(W)、クロム(Cr)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、タンタル(Ta)、ニオブ(Nb)およびモリブデン(Mo)のうちのいずれか1種以上を含む、請求項1に記載の光電変換素子。   The anode is formed of a metal oxide, and tin (Sn), zinc (Zn), indium (In), silicon (Si), zirconium (Zr), aluminum (Al) as metal atoms constituting the metal oxide, Including one or more of gallium (Ga), tungsten (W), chromium (Cr), cobalt (Co), nickel (Ni), tantalum (Ta), niobium (Nb) and molybdenum (Mo), The photoelectric conversion element according to claim 1. 前記陽極および前記陰極の一方は複数の電極からなる、請求項1に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein one of the anode and the cathode includes a plurality of electrodes. 前記複数の電極として電荷読み出し電極および電荷蓄積電極を有する、請求項8に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 8, comprising a charge readout electrode and a charge storage electrode as the plurality of electrodes. 各画素が1または複数の有機光電変換部を有し、
前記有機光電変換部は、
陽極と、
前記陽極と対向配置された陰極と、
前記陽極と前記陰極との間に設けられた光電変換層と、
前記陽極と前記光電変換層との間に設けられると共に、下記一般式(1)で表される有機半導体材料を含む電子ブロック層と
を備えた撮像装置。
Figure 2019057704
(R1,R2,R3,R4は、各々独立して、水素原子または炭素数4以上40以下のアリール基、ヘテロアリール基、カルバゾール基、ジフェニルアミノ基あるいはそれらの誘導体であり、R1,R2,R3,R4のうちの少なくとも1つは、炭素数12以上40以下のカルバゾール基またはジフェニルアミノ基あるいはそれらの誘導体である。)
Each pixel has one or more organic photoelectric conversion units,
The organic photoelectric conversion unit is
The anode,
A cathode disposed opposite to the anode;
A photoelectric conversion layer provided between the anode and the cathode;
An imaging device comprising: an electronic block layer that is provided between the anode and the photoelectric conversion layer and includes an organic semiconductor material represented by the following general formula (1).
Figure 2019057704
(R1, R2, R3 and R4 are each independently a hydrogen atom or an aryl group, heteroaryl group, carbazole group, diphenylamino group or derivatives thereof having 4 to 40 carbon atoms, and R1, R2, R3 , R4 is a carbazole group having 12 to 40 carbon atoms, a diphenylamino group, or a derivative thereof.)
各画素では、1または複数の前記有機光電変換部と、前記有機光電変換部とは異なる波長域の光電変換を行う1または複数の無機光電変換部とが積層されている、請求項10に記載の撮像装置。   11. Each pixel includes one or more organic photoelectric conversion units and one or more inorganic photoelectric conversion units that perform photoelectric conversion in a wavelength region different from that of the organic photoelectric conversion unit. Imaging device. 前記無機光電変換部は、半導体基板内に埋め込み形成され、
前記有機光電変換部は、前記半導体基板の第1面側に形成されている、請求項11に記載の撮像装置。
The inorganic photoelectric conversion part is embedded in a semiconductor substrate,
The imaging device according to claim 11, wherein the organic photoelectric conversion unit is formed on a first surface side of the semiconductor substrate.
前記半導体基板の、前記第1面に対向する第2面側に多層配線層が形成されている、請求項12に記載の撮像装置。   The imaging device according to claim 12, wherein a multilayer wiring layer is formed on a second surface side of the semiconductor substrate facing the first surface. 前記有機光電変換部が緑色光の光電変換を行い、
前記半導体基板内に、青色光の光電変換を行う無機光電変換部と、赤色光の光電変換を行う無機光電変換部とが積層されている、請求項12に記載の撮像装置。
The organic photoelectric conversion unit performs green light photoelectric conversion,
The imaging apparatus according to claim 12, wherein an inorganic photoelectric conversion unit that performs blue light photoelectric conversion and an inorganic photoelectric conversion unit that performs red light photoelectric conversion are stacked in the semiconductor substrate.
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