JP2020188231A - 光電変換素子および撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】高い外部量子効率および良好な残像特性を両立す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。【解決手段】光電変換素子は、第１電極と、第１電極と対向配置された第２電極と、第１電極と第２電極との間に設けられた有機光電変換層１６を有し、有機光電変換層１６は、一の有機半導体材料（たとえばp型半導体）によって形成されるドメインＤ１，Ｄ２，Ｄ３を有し、ドメインは水平方向の断面Ｉ−Ｉ’に少なくとも１つ以上存在する。【選択図】図３Ａ
Description
本開示は、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。
近年、有機薄膜を用いたデバイスの開発が行われている。有機光電変換素子はその一つであり、これを用いた有機薄膜太陽電池や有機撮像素子等が提案されている。有機光電変換素子では、ｐ型有機半導体およびｎ型有機半導体を混合したバルクヘテロ構造が採用されており、外部量子効率の向上が図られている。しかしながら、有機光電変換素子には、有機半導体の伝導特性が低いことに起因して十分な外部量子効率が得られないという課題がある。また、有機撮像素子には、入射光に対して電気的な出力信号が遅延しやすいという課題がある。
一般に、有機半導体の伝導は分子の配向が重要であることがわかっている。バルクヘテロ構造を有する有機光電変換素子においても同様である。このため、伝導方向が基板に対して鉛直方向な有機光電変換素子では、有機半導体は基板に対して水平配向であることが好ましい。これに対して、例えば、特許文献１では、水平配向性を有する有機半導体化合物を用いた光電変換素子が開示されている。例えば、特許文献２では、ｉ層の下層に配向制御層を設けた有機薄膜太陽電池が開示されている。例えば、特許文献３では、基板温度を制御して成膜することで光電変換層の配向性を制御する有機光電変換素子の製造方法が開示されている。
ところで、有機半導体材料を用いた光電変換素子では、高い外部量子効率と共に、良好な残像特性が求められている。
高い外部量子効率および良好な残像特性を両立す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。
本開示の一実施形態の光電変換素子は、第１電極と、第１電極と対向配置された第２電極と、第１電極と第２電極との間に設けられると共に、一の有機半導体材料を含み、一の有機半導体材料によって形成されるドメインを水平方向の断面に少なくとも１つ以上有する有機光電変換層とを備えたものである。
本開示の一実施形態の撮像装置は、各画素が１または複数の有機光電変換部を含み、有機光電変換部として、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。
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、第１電極と第２電極との間に設けられる有機光電変換層が、一の有機半導体材料によって形成されるドメインを水平方向の断面に少なくとも１つ以上有するようにした。これにより、光照射によって有機光電変換層内に発生した励起子が第１電極および第２電極に移動する確率が高くなる。
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．実施の形態（有機半導体材料のドメインを水平方向の断面に少なくとも１つ以上有する有機光電変換層を設けた例）
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．変形例
２−１．変形例１（下部電極が複数の電極からなる光電変換素子の例）
２−２．変形例２（複数の有機光電変換部が積層された光電変換素子の例）
３．適用例
４．応用例
５．実施例
１．実施の形態（有機半導体材料のドメインを水平方向の断面に少なくとも１つ以上有する有機光電変換層を設けた例）
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．変形例
２−１．変形例１（下部電極が複数の電極からなる光電変換素子の例）
２−２．変形例２（複数の有機光電変換部が積層された光電変換素子の例）
３．適用例
４．応用例
５．実施例
＜１．実施の形態＞
図１は、本開示の一実施の形態に係る光電変換素子（光電変換素子１）の断面構成の一例を表したものである。図２は、図１に示した光電変換素子１の平面構成の一例を表したものである。光電変換素子１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固体撮像装置（撮像装置１００）において１つの画素（単位画素Ｐ）を構成するものである（図１２参照）。光電変換素子１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１０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。本実施の形態では、有機光電変換部１０を構成する有機光電変換層１２が、水平方向の断面に、有機半導体材料（一の有半導体材料）によって形成されるドメインを１つ以上有する構成となっている。
図１は、本開示の一実施の形態に係る光電変換素子（光電変換素子１）の断面構成の一例を表したものである。図２は、図１に示した光電変換素子１の平面構成の一例を表したものである。光電変換素子１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固体撮像装置（撮像装置１００）において１つの画素（単位画素Ｐ）を構成するものである（図１２参照）。光電変換素子１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１０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。本実施の形態では、有機光電変換部１０を構成する有機光電変換層１２が、水平方向の断面に、有機半導体材料（一の有半導体材料）によって形成されるドメインを１つ以上有する構成となっている。
（１−１．光電変換素子の構成）
光電変換素子１は、単位画素Ｐ毎に、１つの有機光電変換部１０と、２つの無機光電変換部３２Ｂ，３２Ｒとが縦方向に積層されものである。有機光電変換部１０は、半導体基板３０の裏面（第１面３０Ｓ１）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。有機光電変換部１０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有機光電変換層１２を含んでいる。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。
光電変換素子１は、単位画素Ｐ毎に、１つの有機光電変換部１０と、２つの無機光電変換部３２Ｂ，３２Ｒとが縦方向に積層されものである。有機光電変換部１０は、半導体基板３０の裏面（第１面３０Ｓ１）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。有機光電変換部１０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有機光電変換層１２を含んでいる。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。
有機光電変換部１０と、無機光電変換部３２Ｂ，３２Ｒ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１０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１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。
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、電子を信号電荷として読み出す場合（ｎ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。
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（半導体基板３０の表面）３０Ｓ２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を絶縁層４４内に積層した構成を有している。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。
なお、図１では、半導体基板３０の第１面３０Ｓ１側を光入射面Ｓ１、第２面３０Ｓ２側を配線層側Ｓ２と表している。
無機光電変換部３２Ｂ，３２Ｒ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。
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３２Ｂ，３２Ｒ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。
無機光電変換部３２Ｂおよび無機光電変換部３２Ｒ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３２Ｂ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３２Ｂ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３２Ｒのｐ＋領域につながっている。
半導体基板３０の第２面３０Ｓ２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。
縦型トランジスタＴｒ１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ＦＤ１に転送する転送トランジスタである。無機光電変換部３２Ｂは半導体基板３０の第２面３０Ｓ２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。
転送トランジスタＴｒ２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。
アンプトランジスタＡＭＰは、有機光電変換部１０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。
リセットトランジスタＲＳＴは、有機光電変換部１０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。
下部第１コンタクト４５、下部第２コンタクト４６および上部コンタクト１６Ｂ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）およびタンタル（Ｔａ）等の金属材料により構成されている。
半導体基板３０の第１面３０Ｓ１側には、有機光電変換部１０が設けられている。有機光電変換部１０は、例えば、下部電極１１、有機光電変換層１２および上部電極１３が、半導体基板３０の第１面３０Ｓ１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１１は、例えば、光電変換素子１ごとに分離形成されている。有機光電変換層１２および上部電極１３は、複数の光電変換素子１に共通した連続層として設けられている。
半導体基板３０の第１面３０Ｓ１と下部電極１１との間には、例えば、層間絶縁層１４，１５が半導体基板３０側からこの順に積層されている。層間絶縁層１４は、例えば、固定電荷を有する層（固定電荷層）１４Ａと、絶縁性を有する誘電体層１４Ｂとが積層された構成を有する。上部電極１３の上には、保護層５１が設けられている。保護層５１の上方には、オンチップレンズ５２Ｌ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５２が配設されている。
半導体基板３０の第１面３０Ｓ１と第２面３０Ｓ２との間には、貫通電極３４が設けられている。有機光電変換部１０は、この貫通電極３４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１では、半導体基板３０の第１面３０Ｓ１側の有機光電変換部１０で生じた電荷を、貫通電極３４を介して半導体基板３０の第２面３０Ｓ２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。
貫通電極３４は、例えば、光電変換素子１の有機光電変換部１０ごとに、それぞれ設けられている。貫通電極３４は、有機光電変換部１０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１０において生じた電荷の伝送経路となるものである。
貫通電極３４の下端は、例えば、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ＦＤ３とは、下部第２コンタクト４６を介して下部電極１１に接続されている。なお、図１では、貫通電極３４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。
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。
本実施の形態の光電変換素子１では、上部電極１３側から有機光電変換部１０に入射した光は、有機光電変換層１２で吸収される。これによって生じた励起子は、有機光電変換層１２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、上部電極１３）と陰極（ここでは、下部電極１１）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１１と上部電極１３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。
以下、各部の構成や材料等について説明する。
有機光電変換部１０は、選択的な波長帯域（例えば、４００ｎｍ以上７００ｎｍ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。
下部電極１１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。下部電極１１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１１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、ＭｇＩＮ2Ｏ4、ＣｄＯ、ＺｎＳｎＯ3等を用いてもよい。
有機光電変換層１２は、光エネルギーを電気エネルギーに変換するものである。有機光電変換層１２は、例えば２種以上の有機半導体材料を含んで構成されており、例えば、ｐ型半導体およびｎ型半導体のどちらか一方あるいは両方を含んで構成されている。有機光電変換層１２がｐ型半導体およびｎ型半導体の２種類の有機半導体材料によって構成される場合には、ｐ型半導体およびｎ型半導体は、例えば、一方が可視光に対して透過性を有する材料、他方が選択的な波長域（例えば、４５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下）の光を光電変換する材料であることが好ましい。あるいは、有機光電変換層１２は、例えば、選択的な波長域の光を光電変換する材料（光吸収体）、可視光に対して透過性を有するｎ型半導体およびｐ型半導体の３種類の有機半導体材料によって構成されている。有機光電変換層１２は、層内に、これら複数種類の有機半導体材料がランダムに混合されたバルクヘテロ構造を有する。
有機光電変換層１２内には、２種類（ｐ型半導体およびｎ型半導体）または３種類の有機半導体材料（光吸収体、ｐ型半導体およびｎ型半導体）が、それぞれ、複数のグレインを形成しており、上記のようにランダムに混合されている。本実施の形態では、層内に、上記複数種類の有機半導体材料のうちの少なくとも１種の有機半導体材料の一部が複数のドメインを形成しており、有機光電変換層１２の水平方向の断面には、少なくとも１つ以上のドメインが確認される構成となっている。以下、これについて、図３および図４を用いて詳細に説明する。なお、ドメインとは、上記有機半導体材料のうちの１種が連続的に並んでいる領域のことである。有機光電変換層１２内には、上記有機半導体材料のそれぞれがドメインを形成していてもよい。また、ドメインは、２種以上の有機半導体材料を含んで構成されていてもよい。
図３Ａは、本実施の形態の有機光電変換層１２内における一の有機半導体材料（例えば、ｐ型半導体）の状態の一例を模式的に表したものである。有機光電変換層１２内には、図３Ａに示したように、ｐ型半導体からなる複数のドメインが形成されている。なお、図３Ａでは、一例として、３つのドメインＤ１，Ｄ２，Ｄ３が形成されている場合を示している。図３Ｂは、図３Ａに示したＩ−Ｉ’線における有機光電変換層１２の平面構造を模式的に表したものである。本実施の形態の有機光電変換層１２は、Ｙ軸方向のいずれの位置の水平断面においても略同数のドメインが確認できるようになっていることが好ましい。換言すると、有機光電変換層１２は、膜厚方向（Ｙ軸方向）の任意の位置におけるドメインの面密度が略同じとなっていることが好ましい。ドメインで励起子分離した電荷（電子および正孔）は、ドメインを経由して下部電極１１および上部電極１３へそれぞれ移動する。このため、上記のように、有機光電変換層１２の膜厚方向（Ｙ軸方向）の任意の位置におけるドメインの面密度が略同じとすることで、電極への電荷の移動確率が高まり、高い外部量子効率および良好な残像特性を得ることが可能となる。
なお、有機光電変換層１２内におけるドメインの面密度は、詳細は後述するが、透過電子顕微鏡（Transmission Electron Microscope；ＴＥＭ）を用いることで確認することができる。例えば、ＴＥＭで観察した１００ｎｍ×１００ｎｍの範囲内についてドメイン数（Ｎ）を計測した場合、いわゆる統計誤差である±√Ｎ（Ｎの平方根）の誤差内で表面側と基板側のドメイン数が等しければ、どの位置の平面で切っても同程度と予測できる。電荷の収集効率を高めるという観点からは、単位面積で計測されたドメイン数Ｎに対し、ドメイン数Ｎの平方根の２倍の誤差内でドメイン密度が等しいことが望ましい。よって、有機光電変換層１２の膜厚方向の任意の位置におけるドメインの面密度が略同じとは、±√Ｎの範囲内であるものとする。
また、有機光電変換層１２内におけるドメインの面密度（ドメインの個数／半導体基板３０の基板面に平行な単位面積）は、１５００個／平方ミクロン以上であることが好ましく、さらに２５００個／平方ミクロン以上であることが望ましい。２５００個／平方ミクロンとは、一辺２０ｎｍの正方形の面積内にドメインが１個存在する密度に相当する。このように、有機光電変換層１２内におけるドメインの面密度を高めることで、光照射によって有機光電変換層１２内に発生した励起子がドメインに到達する確率が向上し、電極への電荷の移動確率をさらに高めることが可能となる。
更に、複数のドメインは、例えば図３Ｂに示したように、それぞれ、有機光電変換層１２の膜厚方向（Ｙ軸方向）に縦断するパーコレーション構造を有していることが好ましい。更に、複数のドメインのうちの少なくとも一部のドメインは、一部（例えば、パーコレーション構造を有するドメインの端部）が下部電極１１および上部電極１３の一方あるいはその両方と接触していることが好ましい。これにより、ドメインから下部電極１１または上部電極１３への電荷（電子および正孔）の移動確率が高くなる。
更にまた、複数のドメインは、少なくとも一部が結晶性を有することが好ましく、具体的には、結晶を含んで構成されていることが好ましい。複数のドメインが結晶で構成されていることにより、ドメイン内に電荷がトラップされるのを低減することが可能となる。
また、電荷の移動効率は、有機光電変換層１２内におけるドメインの面密度が同じ場合、ドメインを構成する結晶が大きいほど有利であるが、一方で、光を吸収して励起子を発生させる領域が減少する虞がある。このことから、有機光電変換層１２内に形成された複数のドメインを構成する結晶の大きさは、例えば、有機光電変換層１２を膜厚方向に投影した際の平面投影面積比率が０．５以下であることが望ましい。これにより、光電変換に求められる励起子の発生を維持しつつ、電荷の移動効率を向上させることが可能となる。
有機光電変換層１２の内部構造は、例えば、上記のようにＴＥＭを用いることで確認することができる。ＴＥＭは、３次元の物体を２次元に投影して、所謂ＴＥＭ像を撮影する装置であり、ナノメートルオーダーの結晶形態を把握することができる。
結晶とは、一般には原子あるいは分子が規則的に配列した３次元の構造をいう。電子は結晶を透過中に散乱し、電子の波動性によって干渉する。その結果、特定の方向に強め合ったり弱めあったりする。結晶面と呼ばれる周期的な構造に対して透過する電子の方向がほぼ平行な場合には、ＴＥＭ像の中に干渉縞が観察される。干渉縞は一般には格子縞と呼ばれており、そのＴＥＭ像を、ここでは格子像と呼ぶ。
格子像が観察される条件は装置に依存するが、ファーカスのずれ量（デフォーカス量）に関しては、所謂シェルツァーフォーカスの近傍で観察される場合が多く、例えば、下式（１）で計算される。シェルツァーフォーカスでは、回折波が透過波に対して約１／４波長ずれて結像され、格子像と原子配列とを対応付けるのに適したコントラストが形成される。また、格子縞の間隔（周期）は、結晶面の周期に対応する。フォーカスがさらにずれると、格子像の白黒が反転し、さらには、結晶の周囲の輪郭が顕著となる等、像の様相は様々に変化する。また、その様相はＴＥＭの加速電圧（電子の波長）、レンズの収差および結晶のサイズ等によって異なる。
（数１）シェルツァーフォーカス＝１．２√（Ｃｓ・λ）・・・・式（１）
（Ｃｓ：球面収差係数、λ：電子の波長）
（数１）シェルツァーフォーカス＝１．２√（Ｃｓ・λ）・・・・式（１）
（Ｃｓ：球面収差係数、λ：電子の波長）
結晶面が電子透過方向に対して平行でない場合でも、フォーカスをずらすことによって、試料の中で密度が異なる散乱体（例えば結晶）の輪郭近傍にフリンジが形成される（所謂フリンジコントラスト）。一般に、シェルツァーフォーカスでは原子列、あるいは、分子列オーダーの干渉縞が観察されやすく、デフォーカス量をμｍオーダーにすると、フリンジコントラストが相対的に強くなる傾向がある。
この現象を積極的に利用し、コントラストが付きにくい散乱体を観察する目的で、デフォーカス量をμｍオーダーにずらす場合がある。これをデフォーカス像と呼ぶ場合もあるが、シェルツァーフォーカスも厳密にはデフォーカス像である（デフォーカス量のオーダーが異なる）。
ＴＥＭで解析する試料は、一般に電子透過方向の厚さが数十ｎｍ程度である。これは、電子と物質との相互作用が強く、薄い試料でないと電子が透過できない事による。但し、ナノカーボンでは数ｎｍ、超高圧電子顕微鏡を用いた観察の場合には数百ｎｍ〜μｍの例もある。一般に、コントラストが最も弱くなる場合にデフォーカス量がゼロになっていると判断し、そこからシェルツァーフォーカス分だけデフォーカスして格子像を撮影する。しかし、電子透過方向の試料位置によってデフォーカス量が異なるため、シェルツァーフォーカス条件が満たされるのは試料の一部となる。
一方、デフォーカス量がμｍオーダーの場合には、試料厚さに対して遥かにデフォーカス量の方が大きい。その結果、電子透過方向の位置の違いによらず、結晶等散乱体の輪郭が、ほぼ同様なフリンジコントラストとして観察される。
以上のことから、本実施の形態では、ＴＥＭのフォーカスを１μｍ以上ずらしたデフォーカス条件においてドメインを撮影した画像（ＴＥＭ像）に、周期的な縞模様がドメインの一部に観察される場合に、ドメインが結晶であると定義する。ここで、「ドメインの一部に」としたのは、結晶面は必ずしも電子の透過方向に対して平行とはならないため、結晶の中の一部でしか縞模様は観察されないという原理的な理由による。
図４は、上記のようなドメインを形成するｐ型半導体を用いて作製した有機光電変換層１２（後述する実験例１）を、上記デフォーカス条件において撮影したＴＥＭ画像の一部（一辺１００ｎｍ四方）を模式的に表したものである。本実施の形態の有機光電変換層１２では、図４に示したように、２本以上の線によって構成される格子縞が確認できる。
有機光電変換層１２は、上記のように、ｎ型半導体およびｐ型半導体の２種類の有機半導体材料、あるいは、光吸収体、ｎ型半導体およびｐ型半導体との３種類の有機半導体材料によって構成されていることが好ましく、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。光吸収体は、例えば、４５０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の範囲において極大吸収波長を有するものであり、例えば、サブフタロシアニンまたはその誘導体が挙げられる。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、例えば、正孔輸送性を有する材料を用いることが好ましい。このような材料としては、実施例１で用いた３，６−ＢＰ−ＢＢＴＮ（式１参照）の他に、例えば、母骨格としてアセンやチエノアエンを有し、その側鎖または置換機としてフェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基またはナフチル基を有する化合物が挙げられる。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り、例えば、電子輸送性を有する材料を用いることが好ましく、例えばフラーレンＣ６０またはその誘導体が挙げられる。有機光電変換層１２の厚みは、例えば、５０ｎｍ〜５００ｎｍである。有機光電変換層１２と上部電極１３との間の界面の表面粗さは、１０ｎｍ以下であることが好ましい。
なお、本実施の形態では、ｐ型半導体が複数のドメインを形成する例を示したがこれに限定されるものではなく、例えば、ｎ型半導体が複数のドメインを形成してもよい。
上部電極１３は、下部電極１１と同様の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１を１つの画素として用いた撮像装置１００では、この上部電極１３が画素毎に分離されていてもよいし、各画素に共通の電極として形成されていてもよい。上部電極１３の厚みは、例えば、１０ｎｍ〜２００ｎｍである。
なお、有機光電変換層１２と下部電極１１との間、および有機光電変換層１２と上部電極１３との間には、他の層が設けられていてもよい。図５は、本実施の形態の光電変換素子１の断面構成の他の例を表したものである。有機光電変換層１２と下部電極１１との間、有機光電変換層１２と上部電極１３との間のどちらか一方、あるいは両方には、バッファ層１７Ａ，１７Ｂを設けるようにしてもよい。この他、例えば、下部電極１１側から順に、下引き膜、正孔輸送層、電子ブロッキング膜 、有機光電変換層１２、正孔ブロッキング膜、電子輸送層および仕事関数調整膜等が積層されていてもよい。
固定電荷層１４Ａ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、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化タンタルおよび酸化チタン等が挙げられる。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、酸化ホルミウム、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。
固定電荷層１４Ａ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。
誘電体層１４Ｂの材料は特に限定されないが、例えば、シリコン酸化膜、ＴＥＯＳ、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。
層間絶縁層１５は、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。
保護層５１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５１の厚みは、例えば、１００ｎｍ〜３００００ｎｍである。
保護層５１上には、全面を覆うように、オンチップレンズ層５２が形成されている。オンチップレンズ層５２の表面には、複数のオンチップレンズ５２Ｌ（マイクロレンズ）が設けられている。オンチップレンズ５２Ｌは、その上方から入射した光を、有機光電変換部１０、無機光電変換部３２Ｂ，３２Ｒ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４０が半導体基板３０の第２面３０Ｓ２側に形成されていることから、有機光電変換部１０、無機光電変換部３２Ｂ，３２Ｒ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５２Ｌ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。
本実施の形態の光電変換素子１は、有機光電変換部１０および無機光電変換部３２Ｂ,３２Ｒを、例えば、図２に示したように構成することができる。図２は、例えば、図１２に示した画素部１００Ａを構成する単位画素Ｐの平面構成の一例を表している。
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３２Ｒ）、青色光電変換部（図１における無機光電変換部３２Ｂ）および緑色光電変換部（図１における有機光電変換部１０）（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１００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。
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。
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。
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。
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。
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。
（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１は、例えば、次のようにして製造することができる。
本実施の形態の光電変換素子１は、例えば、次のようにして製造することができる。
図６および図７は、光電変換素子１の製造方法を工程順に表したものである。まず、図６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３０Ｓ１近傍にはｐ＋領域を形成する。
半導体基板３０の第２面３０Ｓ２には、同じく図６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４７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３０の第２面３０Ｓ２上に、下部第１コンタクト４５、下部第２コンタクト４６、接続部４１Ａを含む配線層４１〜７３および絶縁層４４からなる多層配線４０を形成する。
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６には図示しないが、半導体基板３０の第１面３０Ｓ１に接合されている。イオン注入後、アニール処理を行う。
次いで、半導体基板３０の第２面３０Ｓ２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板等を接合して、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３０Ｓ１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。
次いで、図７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３０Ｓ１側から加工し、環状の開口３４Ｈを形成する。開口３４Ｈの深さは、図７に示したように、半導体基板３０の第１面３０Ｓ１から第２面３０Ｓ２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。
続いて、図７に示したように、半導体基板３０の第１面３０Ｓ１および開口３４Ｈの側面に、例えば負の固定電荷層１４Ａを形成する。負の固定電荷層１４Ａ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１４Ａを形成したのち、誘電体層１４Ｂを形成する。
次に、開口３４Ｈに、導電体を埋設して貫通電極３４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。
続いて、貫通電極３４上にパッド部１６Ａを形成したのち、誘電体層１４Ｂおよびパッド部１６Ａ上に、下部電極１１と貫通電極３４（具体的には、貫通電極３４上のパッド部１６Ａ）とを電気的に接続する上部コンタクト１６Ｂおよびパッド部１６Ｃがパッド部１６Ａ上に設けられた層間絶縁層１５を形成する。
次に、層間絶縁層１５上に、下部電極１１、有機光電変換層１２、上部電極１３および保護層５１をこの順に形成する。有機光電変換層１２は、例えば、上記３種類の有機半導体材料を、例えば蒸着法（抵抗加熱法）を用いて成膜する。このとき、基板ステージを所定の温度とすることで、有機光電変換層１２内におけるドメインの面密度を制御することができる。最後に、表面に複数のオンチップレンズ５２Ｌを有するオンチップレンズ層５２を配設する。以上により、図１に示した光電変換素子１が完成する。
なお、上記のように、有機光電変換層１２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、有機光電変換層１２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。
光電変換素子１では、有機光電変換部１０に、オンチップレンズ５２Ｌを介して光が入射すると、その光は、有機光電変換部１０、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。以下、各色の信号取得動作について説明する。
（有機光電変換部１０による緑色信号の取得）
光電変換素子１へ入射した光のうち、まず、緑色光が、有機光電変換部１０において選択的に検出（吸収）され、光電変換される。
光電変換素子１へ入射した光のうち、まず、緑色光が、有機光電変換部１０において選択的に検出（吸収）され、光電変換される。
有機光電変換部１０は、貫通電極３４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１０で発生した電子−正孔対のうちの電子が、下部電極１１側から取り出され、貫通電極３４を介して半導体基板３０の第２面３０Ｓ２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１０で生じた電荷量が電圧に変調される。
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。
ここでは、有機光電変換部１０が、貫通電極３４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。
これに対して、貫通電極３４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１３側へ引き抜くことになる。そのため、有機光電変換層１２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。
（無機光電変換部３２Ｂ，３２Ｒによる青色信号，赤色信号の取得）
続いて、有機光電変換部１０を透過した光のうち、青色光は無機光電変換部３２Ｂ、赤色光は無機光電変換部３２Ｒ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３２Ｂでは、入射した青色光に対応した電子が無機光電変換部３２Ｂ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３２Ｒでは、入射した赤色光に対応した電子が無機光電変換部３２Ｒ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。
続いて、有機光電変換部１０を透過した光のうち、青色光は無機光電変換部３２Ｂ、赤色光は無機光電変換部３２Ｒ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３２Ｂでは、入射した青色光に対応した電子が無機光電変換部３２Ｂ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３２Ｒでは、入射した赤色光に対応した電子が無機光電変換部３２Ｒ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。
（１−３．作用・効果）
前述したように、有機薄膜太陽電池や有機撮像素子等に用いられる有機光電変換素子では、ｐ型有機半導体およびｎ型有機半導体を混合したバルクヘテロ構造が採用されている。しかしながら、有機半導体は伝導特性が低いため、有機光電変換素子では、十分な量子効率が得られず、入射光に対して電気的な出力信号が遅延しやすいという課題がある。
前述したように、有機薄膜太陽電池や有機撮像素子等に用いられる有機光電変換素子では、ｐ型有機半導体およびｎ型有機半導体を混合したバルクヘテロ構造が採用されている。しかしながら、有機半導体は伝導特性が低いため、有機光電変換素子では、十分な量子効率が得られず、入射光に対して電気的な出力信号が遅延しやすいという課題がある。
一般に、有機半導体の伝導は分子の配向が重要であることがわかっており、バルクヘテロ構造を有する有機光電変換素子においても同様である。伝導方向が基板に対して鉛直方向な有機光電変換素子では、一般に有機半導体は基板に対して水平配向であることが好ましいことがわかっている。このため、前述したように、有機光電変換層を構成する有機半導体の水平配向性を向上させる様々な取り組みがなされている。
また、有機半導体の伝導は、分子の配光の他に、層内における有機半導体のドメインのサイズや分散状態が重要である。
これに対して、本実施の形態の光電変換素子１では、有機光電変換層１２が、水平方向の断面に１つ以上の有機半導体材料（例えば、ｐ型半導体）によって形成されるドメインを有するようにした。これにより、光照射によって有機光電変換層１２内のドメインで励起子分離した電荷（電子および正孔）がドメインを経由して、それぞれ、下部電極１１および上部電極１３へ移動する確率が向上する。
以上、本実施の形態の光電変換素子１では、有機半導体材料によって形成されるドメインを水平方向の断面に１つ以上有する有機光電変換層１２を形成するようにしたので、有機光電変換層１２内で生じた電荷（電子および正孔）が、それぞれ、下部電極１１および上部電極１３へ移動しやすくなる。よって、高い外部量子効率および良好な残像特性を両立することが可能となる。
また、本実施の形態では、有機光電変換層１２内におけるドメインの面密度を高めると共に、膜厚方向の任意の位置におけるドメインの面密度が略同じとなるようにした。具体的には、有機光電変換層１２内におけるドメインの面密度（ドメインの個数／半導体基板３０の基板面に平行な単位面積）は、１５００個／平方ミクロン以上、より好ましくは、２５００個／平方ミクロン以上となるようにした。これにより、下部電極１１および上部電極１３への電荷の移動確率がより向上し、高い外部量子効率および良好な残像特性をさらに向上させることが可能となる。
更に、本実施の形態では、有機光電変換層１２内の複数のドメインが有機光電変換層１２の膜厚方向（Ｙ軸方向）に縦断するパーコレーション構造を有していると共に、その少なくとも一部のドメインが、下部電極１１および上部電極１３の一方あるいはその両方と接触しているようにした。これにより、有機光電変換層１２内で生じた電荷がドメインを経由して下部電極１１または上部電極１３へ移動する確率をさらに向上させることが可能となる。
更にまた、本実施の形態では、有機光電変換層１２内における複数のドメインは、有機半導体材料の結晶で構成され、有機光電変換層１２を膜厚方向に投影した際の平面投影面積比率が０．５以下となるように有機光電変換層１２を形成する。これにより、光電変換に求められる励起子の発生を維持しつつ、電荷の移動効率をさらに向上させることが可能となる。
次に、本開示の変形例について説明する。なお、上記実施の形態の光電変換素子１に対応する構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
＜２．変形例＞
（２−１．変形例１）
図８は、本開示の変形例１に係る撮像素子（光電変換素子２）の断面構成の一例を表したものである。図９は、図８に示した光電変換素子２の等価回路図である。図１０は、図８に示した光電変換素子２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２は、上記実施の形態と同様に、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固体撮像装置（撮像装置１００）において１つの画素（単位画素Ｐ）を構成するものである。本変形例の光電変換素子２は、詳細は後述するが、有機光電変換部２０を構成する下部電極２１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によって構成されたものであり、この点が、上記実施の形態の光電変換素子１とは異なっている。
（２−１．変形例１）
図８は、本開示の変形例１に係る撮像素子（光電変換素子２）の断面構成の一例を表したものである。図９は、図８に示した光電変換素子２の等価回路図である。図１０は、図８に示した光電変換素子２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２は、上記実施の形態と同様に、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固体撮像装置（撮像装置１００）において１つの画素（単位画素Ｐ）を構成するものである。本変形例の光電変換素子２は、詳細は後述するが、有機光電変換部２０を構成する下部電極２１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によって構成されたものであり、この点が、上記実施の形態の光電変換素子１とは異なっている。
有機光電変換部２０は、下部電極２１、半導体層２３、有機光電変換層２４および上部電極２５が、半導体基板３０の第１面（面３０Ｓ１）の側からこの順に積層されている。また、下部電極２１と半導体層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２ごとに分離形成されると共に、上記のように、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によって構成されている。下部電極２１のうち、読み出し電極２１Ａは、絶縁層２２に設けられた開口２２Ｈを介して半導体層２３と電気的に接続されている。半導体層２３、有機光電変換層２４および上部電極２５は、図８では、複数の光電変換素子２に共通した連続層として設けられている例を示したが、例えば、光電変換素子２ごとに分離形成されていてもよい。半導体基板３０の第１面（面３０Ｓ１）と下部電極２１との間には、例えば、誘電体層２６、絶縁層２７および層間絶縁層２８が設けられている。上部電極２５の上には、保護層５１が設けられている。保護層５１内には、例えば、読み出し電極２１Ａに対応する位置に遮光膜５３が設けられている。この遮光膜５３は、少なくとも蓄積電極２１Ｂにはかからず、少なくとも半導体層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。保護層５１の上方には、平坦化層（図示せず）やオンチップレンズ５２Ｌ等の光学部材が配設されている。
半導体基板３０の第１面（面３０Ｓ１）と第２面（面３０Ｓ２）との間には、上記実施の形態と同様に、貫通電極３４が設けられている。この貫通電極３４は、有機光電変換部２０の読み出し電極２１Ａと電気的に接続されており、有機光電変換部２０は、貫通電極３４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とに接続されている。これにより、光電変換素子２では、半導体基板３０の第１面（面３０Ｓ２１）側の有機光電変換部２０で生じた電荷を半導体基板３０の第２面（面３０Ｓ２）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。
貫通電極３４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３４の上端は、例えば、上部第１コンタクト２９Ａ、パッド部３９Ａおよび上部第２コンタクト２９Ｂを介して読み出し電極２１Ａに接続されている。
貫通電極３４は、例えば、光電変換素子２の各々において有機光電変換部２０ごとに設けられている。貫通電極３４は、有機光電変換部２０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ＦＤ１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２０において生じた電荷の伝送経路となっている。
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。
有機光電変換部２０は、選択的な波長域（例えば、４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下）の一部または全部の波長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。
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、有機光電変換層２４内で発生した電荷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２コンタクト２９Ｂ、パッド部３９Ａ、上部第１コンタクト２９Ａ、貫通電極３４、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に接続されている。蓄積電極２１Ｂは、有機光電変換層２４内で発生した電荷のうち、電子を信号電荷として半導体層２３内に蓄積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３２Ｇ，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、多くの電荷を蓄積することができる。蓄積電極２１Ｂには、図１０に示したように、配線を介して電圧印加回路６０が接続されている。
下部電極２１は、上記実施の形態における下部電極１１と同様に、光透過性を有する導電膜によって構成されている。
半導体層２３は、有機光電変換層２４の下層、具体的には、絶縁層２２と有機光電変換層２４との間に設けられ、有機光電変換層２４で発生した信号電荷を蓄積するためのものである。半導体層２３は、有機光電変換層２４よりも電荷の移動度が高く、且つ、バンドギャップが大きな材料を用いて形成されていることが好ましい。例えば、半導体層２３の構成材料のバンドギャップは、３．０ｅＶ以上であることが好ましい。このような材料としては、例えば、ＩＧＺＯ等の酸化物半導体材料および有機半導体材料等が挙げられる。有機半導体材料としては、例えば、遷移金属ダイカルコゲナイド、シリコンカーバイド、ダイヤモンド、グラフェン、カーボンナノチューブ、縮合多環炭化水素化合物および縮合複素環化合物等が挙げられる。半導体層２３の厚みは、例えば１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。上記材料によって構成された半導体層２３を有機光電変換層２４の下層に設けることにより、電荷蓄積時における電荷の再結合を防止し、転送効率を向上させることが可能となる。
有機光電変換層２４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、上記実施の形態における有機光電変換層１２と同様の構成を有する。
上部電極２５は、上記実施の形態における上部電極１３と同様に、光透過性を有する導電膜によって構成されている。
なお、半導体層２３と有機光電変換層２４との間、および有機光電変換層２４と上部電極２５との間には、他の層が設けられていてもよい。例えば、図５に示した光電変換素子１と同様に、例えば、有機光電変換層２４と下部電極２１との間、有機光電変換層２４と上部電極２５との間のどちらか一方、あるいは両方に、バッファ層１７Ａ，１７Ｂを設けるようにしてもよい。
絶縁層２２は、蓄積電極２１Ｂと半導体層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２８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と半導体層２３とが電気的に接続されている。絶縁層２２は、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。
誘電体層２６は、半導体基板３０と絶縁層２７との間の屈折率差によって生じる光の反射を防止するためのものである。誘電体層２６の材料としては、半導体基板３０の屈折率と絶縁層２７の屈折率との間の屈折率を有する材料であることが好ましい。更に、誘電体層２６の材料としては、例えば、負の固定電荷を有する膜を形成可能な材料を用いることが好ましい。あるいは、誘電体層２６の材料としては、半導体基板３０よりもバンドギャップの広い半導体材料または導電材料を用いることが好ましい。これにより、半導体基板３０の界面における暗電流の発生を抑えることが可能となる。このような材料としては、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化チタン、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、酸化ホルミウム、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、窒化ハフニウム、窒化アルミニウム、酸窒化ハフニウムおよび酸窒化アルミニウム等が挙げられる。
絶縁層２７は、半導体基板３０の第１面（面３０Ｓ１）および貫通孔３０Ｈの側面に形成された誘電体層２６上に設けられ、貫通電極３４と半導体基板３０との間を電気的に絶縁するためのものである。絶縁層２７の材料としては、例えば、酸化シリコン、ＴＥＯＳ、窒化シリコンおよび酸窒化シリコン等が挙げられる。
層間絶縁層２８は、例えば、酸化シリコン、ＴＥＯＳ、窒化シリコンおよび酸窒化シリコン等のうちの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。
半導体基板３０は、例えば、ｎ型のシリコン基板により構成され、所定の領域（例えば画素部１ａ）にｐウェル３１を有している。ｐウェル３１の第２面（面３０Ｓ２）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。
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。
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３４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。
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。
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３２Ｇにおいて発生し、蓄積された、青色に対応する信号電荷を、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３２Ｇは半導体基板３０の第２面（面３０Ｓ２）から深い位置に形成されているので、無機光電変換部３２Ｇ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３２Ｇ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。
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。
半導体基板３０の第２面（面３０Ｓ２）側には、さらに、無機光電変換部３２Ｇ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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
以上のように、本技術は、下部電極２１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によって構成された光電変換素子（光電変換素子２）にも適用することができる。即ち、本変形例の光電変換素子２では、有機光電変換層２４が、水平方向の断面に１つ以上の有機半導体材料によって形成されるドメインを有するよう形成することで、有機光電変換層２４内で生じた電荷（電子および正孔）が、それぞれ、下部電極２１および上部電極２５へ移動しやすくなり、上記実施の形態と同様の効果を得ることが可能となる。
（２−２．変形例２）
図１１は、本開示の変形例２に係る光電変換素子（光電変換素子３）の断面構成を表したものである。光電変換素子３は、上記実施の形態等の光電変換素子１と同様に、例えば、裏面照射型のＣＣＤイメージセンサまたはＣＭＯＳイメージセンサ等の固体撮像素子（撮像装置１００）において１つの単位画素Ｐを構成するものである。本変形例の光電変換素子３は、半導体基板３０上に絶縁層７６を介して赤色光電変換部７０Ｒ、緑色光電変換部７０Ｇおよび青色光電変換部７０Ｂがこの順に積層された構成を有する。
図１１は、本開示の変形例２に係る光電変換素子（光電変換素子３）の断面構成を表したものである。光電変換素子３は、上記実施の形態等の光電変換素子１と同様に、例えば、裏面照射型のＣＣＤイメージセンサまたはＣＭＯＳイメージセンサ等の固体撮像素子（撮像装置１００）において１つの単位画素Ｐを構成するものである。本変形例の光電変換素子３は、半導体基板３０上に絶縁層７６を介して赤色光電変換部７０Ｒ、緑色光電変換部７０Ｇおよび青色光電変換部７０Ｂがこの順に積層された構成を有する。
赤色光電変換部７０Ｒ、緑色光電変換部７０Ｇおよび青色光電変換部７０Ｂは、それぞれ一対の電極の間、具体的には、第１電極７１Ｒと第２電極７３Ｒとの間、第１電極７１Ｇと第２電極７３Ｇとの間、第１電極７１Ｂと第２電極７３Ｂとの間に、それぞれ有機光電変換層７２Ｒ，７２Ｇ，７２Ｂを有する。
青色光電変換部７０Ｂ上には、保護層５１およびオンチップレンズ層５２を介してオンチップレンズ５２Ｌが設けられている。半導体基板３０内には、赤色蓄電層３１０Ｒ、緑色蓄電層３１０Ｇおよび青色蓄電層３１０Ｂが設けられている。オンチップレンズ５２Ｌに入射した光は、赤色光電変換部７０Ｒ、緑色光電変換部７０Ｇおよび青色光電変換部７０Ｂで光電変換され、赤色光電変換部７０Ｒから赤色蓄電層３１０Ｒへ、緑色光電変換部７０Ｇから緑色蓄電層３１０Ｇへ、青色光電変換部７０Ｂから青色蓄電層３１０Ｂへそれぞれ信号電荷が送られるようになっている。信号電荷は、光電変換によって生じる電子および正孔のどちらであってもよいが、以下では、電子を信号電荷として読み出す場合を例に挙げて説明する。
半導体基板３０は、例えばｐ型シリコン基板により構成されている。この半導体基板３０に設けられた赤色蓄電層３１０Ｒ、緑色蓄電層３１０Ｇおよび青色蓄電層３１０Ｂは、各々ｎ型半導体領域を含んでおり、このｎ型半導体領域に赤色光電変換部７０Ｒ、緑色光電変換部７０Ｇおよび青色光電変換部７０Ｂから供給された信号電荷（電子）が蓄積されるようになっている。赤色蓄電層３１０Ｒ、緑色蓄電層３１０Ｇおよび青色蓄電層３１０Ｂのｎ型半導体領域は、例えば、半導体基板３０に、リン（Ｐ）またはヒ素（Ａｓ）等のｎ型不純物をドーピングすることにより形成される。なお、半導体基板３０は、ガラス等からなる支持基板（図示せず）上に設けるようにしてもよい。
半導体基板３０には、赤色蓄電層３１０Ｒ、緑色蓄電層３１０Ｇおよび青色蓄電層３１０Ｂそれぞれから電子を読み出し、例えば垂直信号線（後述の図１２の垂直信号線Ｌｓｉｇ）に転送するための画素トランジスタが設けられている。この画素トランジスタのフローティングディフュージョンが半導体基板３０内に設けられており、このフローティングディフュージョンが赤色蓄電層３１０Ｒ、緑色蓄電層３１０Ｇおよび青色蓄電層３１０Ｂに接続されている。フローティングディフュージョンは、ｎ型半導体領域により構成されている。
絶縁層７６は、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコンおよび酸化ハフニウム等により構成されている。複数種類の絶縁膜を積層させて絶縁層７６を構成するようにしてもよい。有機絶縁材料により絶縁層７６が構成されていてもよい。この絶縁層７６には、赤色蓄電層３１０Ｒと赤色光電変換部７０Ｒ、緑色蓄電層３１０Ｇと緑色光電変換部７０Ｇ、青色蓄電層３１０Ｂと青色光電変換部７０Ｂをそれぞれ接続するためのプラグおよび電極が設けられている。
赤色光電変換部７０Ｒは、半導体基板３０に近い位置から、第１電極７１Ｒ、有機光電変換層７２Ｒおよび第２電極７３Ｒをこの順に有するものである。緑色光電変換部７０Ｇは、赤色光電変換部７０Ｒに近い位置から、第１電極７１Ｇ、有機光電変換層７２Ｇおよび第２電極７３Ｇをこの順に有するものである。青色光電変換部７０Ｂは、緑色光電変換部７０Ｇに近い位置から、第１電極７１Ｂ、有機光電変換層７２Ｂおよび第２電極７３Ｂをこの順に有するものである。赤色光電変換部７０Ｒと緑色光電変換部７０Ｇとの間には絶縁層４４が、緑色光電変換部７０Ｇと青色光電変換部７０Ｂとの間には絶縁層７５が設けられている。赤色光電変換部７０Ｒでは赤色（例えば、波長６００ｎｍ以上７００ｎｍ未満）の光が、緑色光電変換部７０Ｇでは緑色（例えば、波長４８０ｎｍ以上６００ｎｍ未満）の光が、青色光電変換部７０Ｂでは青色（例えば、波長４００ｎｍ以上４８０ｎｍ未満）の光がそれぞれ選択的に吸収され、電子・正孔対が発生するようになっている。
第１電極７１Ｒは有機光電変換層７２Ｒで生じた信号電荷を、第１電極７１Ｇは有機光電変換層７２Ｇで生じた信号電荷を、第１電極７１Ｂは有機光電変換層７２Ｂで生じた信号電荷をそれぞれ取り出すものである。第１電極７１Ｒ，７１Ｇ，７１Ｂは、例えば、画素毎に設けられている。この第１電極７１Ｒ，７１Ｇ，７１Ｂは、例えば、光透過性の導電材料、具体的にはＩＴＯにより構成される。第１電極７１Ｒ，７１Ｇ，７１Ｂは、例えば、酸化スズ系材料または酸化亜鉛系材料により構成するようにしてもよい。酸化スズ系材料とは酸化スズにドーパントを添加したものであり、酸化亜鉛系材料とは例えば、酸化亜鉛にドーパントとしてアルミニウムを添加したアルミニウム亜鉛酸化物，酸化亜鉛にドーパントとしてガリウムを添加したガリウム亜鉛酸化物および酸化亜鉛にドーパントとしてインジウムを添加したインジウム亜鉛酸化物等である。この他、ＩＧＺＯ，ＣｕＩ，ＩｎＳｂＯ4，ＺｎＭｇＯ，ＣｕＩｎＯ2，ＭｇＩｎ2Ｏ4，ＣｄＯおよびＺｎＳｎＯ3等を用いることも可能である。第１電極７１Ｒ，７１Ｇ，７１Ｂの厚みは、例えば５０ｎｍ〜５００ｎｍである。
第１電極７１Ｒと有機光電変換層７２Ｒとの間、第１電極７１Ｇと有機光電変換層７２Ｇとの間、および第１電極７１Ｂと有機光電変換層７２Ｂとの間には、それぞれ例えば、電子輸送層が設けられていてもよい。電子輸送層は、有機光電変換層７２Ｒ，７２Ｇ，７２Ｂで生じた電子の第１電極７１Ｒ，７１Ｇ，７１Ｂへの供給を促進するためのものであり、例えば、酸化チタンまたは酸化亜鉛等により構成されている。酸化チタンと酸化亜鉛とを積層させて電子輸送層を構成するようにしてもよい。電子輸送層の厚みは、例えば０．１ｎｍ〜１０００ｎｍであり、０．５ｎｍ〜３００ｎｍであることが好ましい。
有機光電変換層７２Ｒ，７２Ｇ，７２Ｂは、それぞれ、選択的な波長域の光を吸収して光電変換し、他の波長域の光を透過させるものである。ここで、選択的な波長域の光とは、有機光電変換層７２Ｒでは、例えば、波長６００ｎｍ以上７００ｎｍ未満の波長域の光、有機光電変換層７２Ｇでは、例えば、波長４８０ｎｍ以上６００ｎｍ未満の波長域の光、有機光電変換層７２Ｂでは、例えば、波長４００ｎｍ以上４８０ｎｍ未満の波長域の光である。有機光電変換層７２Ｒ，７２Ｇ，７２Ｂの厚みは、例えば５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。
有機光電変換層７２Ｒ，７２Ｇ，７２Ｂは、上記実施の形態における有機光電変換層１２と同様の構成を有する。
有機光電変換層７２Ｒと第２電極７３Ｒとの間、有機光電変換層７２Ｇと第２電極７３Ｇとの間、および有機光電変換層７２Ｂと第２電極７３Ｂとの間には、それぞれ、例えば正孔輸送層が設けられていてもよい。正孔輸送層は、有機光電変換層７２Ｒ，７２Ｇ，７２Ｂで生じた正孔の第２電極７３Ｒ，７３Ｇ，７３Ｂへの供給を促進するためのものであり、例えば酸化モリブデン，酸化ニッケルあるいは酸化バナジウム等により構成されている。ＰＥＤＯＴ（Poly(３，４-ethylenedioxythiophene)）およびＴＰＤ（Ｎ，Ｎ'-Bis(３-methylphenyl)-Ｎ，Ｎ'-diphenylbenzidine）等の有機材料により正孔輸送層を構成するようにしてもよい。正孔輸送層の厚みは、例えば０．５ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。
第２電極７３Ｒは有機光電変換層７２Ｒで発生した正孔を、第２電極７３Ｇは有機光電変換層７２Ｇで発生した正孔を、第２電極７３Ｂは有機光電変換層７２Ｇで発生した正孔をそれぞれ取りだすためのものである。第２電極７３Ｒ，７３Ｇ，７３Ｂから取り出された正孔は各々の伝送経路（図示せず）を介して、例えば半導体基板３０内のｐ型半導体領域（図示せず）に排出されるようになっている。第２電極７３Ｒ，７３Ｇ，７３Ｂは、例えば、金，銀，銅およびアルミニウム等の導電材料により構成されている。第１電極７１Ｒ，７１Ｇ，７１Ｂと同様に、透明導電材料により第２電極７３Ｒ，７３Ｇ，７３Ｂを構成するようにしてもよい。光電変換素子３では、この第２電極７３Ｒ，７３Ｇ，７３Ｂから取り出される正孔は排出されるため、例えば、後述する撮像装置１００において複数の光電変換素子３を配置した際には、第２電極７３Ｒ，７３Ｇ，７３Ｂを各光電変換素子３（単位画素Ｐ）に共通して設けるようにしてもよい。第２電極７３Ｒ，７３Ｇ，７３Ｂの厚みは例えば、０．５ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。
絶縁層７４は第２電極７３Ｒと第１電極７１Ｇとを絶縁するためのものであり、絶縁層７５は第２電極７３Ｇと第１電極７１Ｂとを絶縁するためのものである。絶縁層７４，７５は、例えば、金属酸化物，金属硫化物あるいは有機物により構成されている。金属酸化物としては、例えば、酸化シリコン，酸化アルミニウム，酸化ジルコニウム，酸化チタン，酸化亜鉛，酸化タングステン，酸化マグネシウム，酸化ニオブ，酸化スズおよび酸化ガリウム等が挙げられる。金属硫化物としては、硫化亜鉛および硫化マグネシウム等が挙げられる。絶縁層７４，７５の構成材料のバンドギャップは３．０ｅＶ以上であることが好ましい。絶縁層７４，７５の厚みは、例えば２ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。
以上のように、本技術は、それぞれ、有機半導体材料を用いて構成された光電変換層（有機光電変換層７２Ｒ，７２Ｇ，７２Ｂ）を有する赤色光電変換部７０Ｒ、緑色光電変換部７０Ｇおよび青色光電変換部７０Ｂがこの順に積層された光電変換素子（光電変換素子３）にも適用することができる。即ち、本変形例の光電変換素子３では、有機光電変換層７２Ｒ，７２Ｇ，７２Ｂが、水平方向の断面に１つ以上の有機半導体材料によって形成されるドメインを有するよう形成することで、有機光電変換層７２Ｒ，７２Ｇ，７２Ｂ内で生じた電荷（電子および正孔）が、それぞれ、第１電極７１Ｒ，７１Ｇ，７１Ｂおよび第２電極７３Ｒ，７３Ｇ，７３Ｂへ移動しやすくなり、上記実施の形態と同様の効果を得ることが可能となる。
＜３．適用例＞
（適用例１）
図１２は、例えば、上記実施の形態等において説明した光電変換素子（例えば、光電変換素子１）を各画素に用いた撮像装置１００の全体構成を表したものである。この撮像装置１００は、ＣＭＯＳイメージセンサであり、半導体基板３０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。
（適用例１）
図１２は、例えば、上記実施の形態等において説明した光電変換素子（例えば、光電変換素子１）を各画素に用いた撮像装置１００の全体構成を表したものである。この撮像装置１００は、ＣＭＯＳイメージセンサであり、半導体基板３０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。
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１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。
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。
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３０の外部へ伝送される。
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３０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。
システム制御部１３２は、半導体基板３０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１００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。
（適用例２）
上述の撮像装置１００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（撮像装置）に適用することができる。図１３に、その一例として、カメラ２００の概略構成を示す。このカメラ２００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１００と、光学系（光学レンズ）２１０と、シャッタ装置２１１と、撮像装置１００およびシャッタ装置２１１を駆動する駆動部２１３と、信号処理部２１２とを有する。
上述の撮像装置１００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（撮像装置）に適用することができる。図１３に、その一例として、カメラ２００の概略構成を示す。このカメラ２００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１００と、光学系（光学レンズ）２１０と、シャッタ装置２１１と、撮像装置１００およびシャッタ装置２１１を駆動する駆動部２１３と、信号処理部２１２とを有する。
光学系２１０は、被写体からの像光（入射光）を撮像装置１００の画素部１ａへ導くものである。この光学系２１０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２１１は、撮像装置１００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２１３は、撮像装置１００の転送動作およびシャッタ装置２１１のシャッタ動作を制御するものである。信号処理部２１２は、撮像装置１００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。
＜４．応用例＞
＜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。
＜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。
図１４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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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１４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。
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。
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。
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。
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。
＜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。
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。
図１５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。
図１５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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
図１６は、図１５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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
＜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。
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。
図１７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。
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１７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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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１７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。
図１８は、撮像部１２０３１の設置位置の例を示す図である。
図１８では、撮像部１２０３１として、撮像部１２１０１，１２１０２，１２１０３，１２１０４，１２１０５を有する。
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。
なお、図１８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。
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。
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。
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。
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。
＜５．実施例＞
次に、本開示の実施例について詳細に説明する。
次に、本開示の実施例について詳細に説明する。
（電気特性の評価）
図１９は、本実施例で作製した光電変換素子の断面構成を模式的に表したものである。まず、厚さ５０ｎｍのＩＴＯ電極（下部電極１１）が設けられたＳｉ基板８１をＵＶ／オゾン処理にて洗浄したのち、１×１０-5Ｐａ以下の真空下で基板ホルダを回転させながら抵抗加熱法によって基板ステージ温度２７℃にて有機光電変換層１２を成膜した。有機光電変換層１２の材料としては、正孔輸送性材料（Ｐ材料）として下記式（１）に示した３，６ＢＰ−ＢＢＴＮ、光吸収体としてサブフタロシアニン誘導体（Ｆ6−ＳｕｂＰｃ−ＯＰｈ26Ｆ2）および電子輸送性材料（Ｎ材料）としてフラーレンＣ６０を用い、これらを同時蒸着した。蒸着速度の比率は、３，６ＢＰ−ＢＢＴＮ：Ｆ6−ＳｕｂＰｃ−ＯＰｈ26Ｆ2：Ｃ６０＝４：４：２とし、合計膜厚が２３０ｎｍとなるように成膜した。続いて、有機光電変換層１２上にバッファ層１７ＢとしてＢ４ＰｙＰＭＰを基板温度０℃にて真空蒸着法により５ｎｍの厚みで成膜した。続いて、上部電極１３としてＩＴＯをスパッタにて厚み１００ｎｍとなるように成膜したのち、１６０℃で加熱処理を行った。以上により、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。
図１９は、本実施例で作製した光電変換素子の断面構成を模式的に表したものである。まず、厚さ５０ｎｍのＩＴＯ電極（下部電極１１）が設けられたＳｉ基板８１をＵＶ／オゾン処理にて洗浄したのち、１×１０-5Ｐａ以下の真空下で基板ホルダを回転させながら抵抗加熱法によって基板ステージ温度２７℃にて有機光電変換層１２を成膜した。有機光電変換層１２の材料としては、正孔輸送性材料（Ｐ材料）として下記式（１）に示した３，６ＢＰ−ＢＢＴＮ、光吸収体としてサブフタロシアニン誘導体（Ｆ6−ＳｕｂＰｃ−ＯＰｈ26Ｆ2）および電子輸送性材料（Ｎ材料）としてフラーレンＣ６０を用い、これらを同時蒸着した。蒸着速度の比率は、３，６ＢＰ−ＢＢＴＮ：Ｆ6−ＳｕｂＰｃ−ＯＰｈ26Ｆ2：Ｃ６０＝４：４：２とし、合計膜厚が２３０ｎｍとなるように成膜した。続いて、有機光電変換層１２上にバッファ層１７ＢとしてＢ４ＰｙＰＭＰを基板温度０℃にて真空蒸着法により５ｎｍの厚みで成膜した。続いて、上部電極１３としてＩＴＯをスパッタにて厚み１００ｎｍとなるように成膜したのち、１６０℃で加熱処理を行った。以上により、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。
この他、実験例２，３となる光電変換素子を作製した。実験例２，３では、有機光電変換層の成膜時の基板温度を４２℃（実験例２），０℃（実験例３）とした以外は実験例１と同様の方法を用いて光電変換素子を作製した。
実験例１〜３の応答性（残像特性）について評価した。残像特性の評価は、半導体パラメータアナライザを用いて光照射時に観測される明電流値が、光照射を止めてから立ち下がる速さを測定することによって行った。具体的には、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−２．６Ｖとした。この状態で定常電流を観測した後、光照射を止めて電流が減衰していく様子を観測した。続いて、電流−時間曲線と暗電流で囲まれる面積を１００％とし、この面積が３％に相当するまでの時間を応答性の指標とした。これらの評価は全て室温で行った。
また、実験例１〜３の量子効率（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。具体的には、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−２．６Ｖとした場合の明電流値および暗電流値から、外部光電変換効率を算出した。
（透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）解析）
また、実験例１〜３に対応する有機光電変換層のＴＥＭ観察用のサンプルを作製し、有機光電変換層の平面方向から層内のＰ材料（正孔輸送性を有する有機半導体材料）のドメインの観察を行った。Ｐ材料のドメインは、透過型電子顕微鏡を用いて透過像を観察することで確認した。
また、実験例１〜３に対応する有機光電変換層のＴＥＭ観察用のサンプルを作製し、有機光電変換層の平面方向から層内のＰ材料（正孔輸送性を有する有機半導体材料）のドメインの観察を行った。Ｐ材料のドメインは、透過型電子顕微鏡を用いて透過像を観察することで確認した。
まず、上記実験例１のサンプルを有機光電変換層の領域から集束イオンビーム（Focused Ion Beam；ＦＩＢ、FEI社製HELIOS NANOLAB 400S）を用いて薄片サンプルを作製したのち、イオミリング装置（Fischione製 Model 1040）によってＦＩＢ加工端面のダメージ層の除去を行った。ＴＥＭ（日本電子製JEM-300F）は加速電圧３００ｋＶで低照射電子線の状態にて透過像の観察を行った。ドメインを観察するためのデフォーカス条件は、透過像の焦点が合った状態、即ち、ジャストフォーカス位置からアンダー側に約１５００ｎｍずらした状態で行った。この他、同様の方法を用いて、上記実験例２，３の透過型顕微鏡解析を行った。
図２１〜図２３は、実験例１〜３の干渉縞部分を拡大したＴＥＭ画像を模式的に表したものである。ＴＥＭ画像の干渉縞（格子縞）は、そのコントラストの強弱に応じて、信号強度の山もしくは谷のピークとして表れる。上述したように、干渉縞を構成する隣り合う一対の線は、Ｐ材料の長軸方向の分子周期に対応するものである。
有機光電変換層の成膜時の基板ステージ温度（成膜基板温度）を２６℃とした実験例２では、図２２に示したように、有機光電変換層の一辺１００ｎｍ四方の面内に１５個の格子縞が確認された。この実験例２における有機光電変換層の面内におけるドメイン密度（ρ）は約１５００（個／平方μｍ）となる。また、実験例２では、残像特性が３．４ｍｓ、ＥＱＥが７９．８％と良好な結果が得られた。これに対して、成膜基板温度を４０℃とした実験例１では、図２１に示したように、有機光電変換層の一辺１００ｎｍ四方の面内に２５個の格子縞が確認された。この実験例１における有機光電変換層の面内におけるドメイン密度（ρ）は約２５００（個／平方μｍ）となる。また、実験例１では、残像特性が１．２ｍｓ、ＥＱＥが８０．６％と実験例２よりもさらに良好な結果が得られた。一方、成膜基板温度を０℃とした実験例３では、図２３に示したように、有機光電変換層の一辺１００ｎｍ四方の面内に１個の格子縞が確認された。この実験例１における有機光電変換層の面内におけるドメイン密度（ρ）は１００（個／平方μｍ）以下となる。また、実験例３では、残像特性が７．８ｍｓ、ＥＱＥが６２．３％と実験例２よりも残像特性およびＥＱＥ共に悪化した。
また、実験例１のサンプルに対して、図２０Ａに示したように、上部電極１３上にカーボン保護膜８２を形成したのち、図２０Ｂのように９０℃回転させ、上述したＴＥＭ解析時と同様にして、下部電極１１側近傍および上部電極１３側近傍における有機光電変換層１２の薄片サンプルを作製し、ＴＥＭ解析を行った。
図２４は、実験例１における有機光電変換層１２の下部電極１１側近傍の平面方向のＴＥＭ画像を模式的に表したものである。図２５は、実験例１における有機光電変換層１２の上部電極１３側近傍の平面方向のＴＥＭ画像を模式的に表したものである。下部電極１１側近傍では２８個のドメインが、上部電極１３側近傍では２５個のドメインが確認できた。その差は、上述した統計誤差の範囲内（±√Ｎ）であり、有機光電変換層１２の膜厚方向の任意の位置におけるドメインの面密度は略同じであるといえる。
なお、有機光電変換層１２の内部構造は、同じ成膜条件であれば、例えば、図２６Ａに示したような、石英基板９１上にカプトンテープ９２Ａ，９２Ｂで固定されたグリッド９３の開孔９３Ｈ部分に、共蒸着により成膜した蒸着膜Ａも同様の結果が得られる。これは、蒸着中に次の分子が堆積するまでの表面における分子拡散に律速されるためと考えられる。グリッド９３は、図２６Ｂに示したように、例えば円形状を有する銅板の面内に複数の開孔９３Ｈが、例えば格子状に形成されている。グリッド９３の底面には支持膜９４として、例えば、微細な穴を有するカーボンフィルムおよびカーボンフィルムの微細な穴を覆う支持膜が設けられており、この支持膜９４上に蒸着膜（有機光電変換層１２）が形成される。
以上のことから、有機光電変換層の水平方向の断面にドメインを形成すると共に、膜厚方向の任意の位置におけるドメインの面密度が略同じとなるようにすることで、良好な残像特性およびＥＱＥが得られることがわかった。更に、有機光電変換層内におけるドメインの面密度を高めることで、より良好な残像特性およびＥＱＥが得られることがわかった。
以上、実施の形態および変形例１，２ならびに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１０と、青色光，赤色光をそれぞれ検出する無機光電変換部３２Ｂおよび無機光電変換部３２Ｒ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、可視光に限定されるものではなく、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。
また、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、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。
更にまた、上記実施の形態等では、裏面照射型の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撮像装置にも適用可能である。また、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。
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。
なお、本技術は以下のような構成を取ることも可能である。以下の構成の本技術によれば、一の有機半導体材料によって形成されるドメインを水平方向の断面に少なくとも１つ以上有する有機光電変換層を形成するようにしたので、光照射によって有機光電変換層内に発生した励起子が第１電極および第２電極に移動する確率が高くなる。よって、高い外部量子効率および良好な残像特性を両立することが可能となる。
（１）
第１電極と、
前記第１電極と対向配置された第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に設けられると共に、一の有機半導体材料を含み、前記一の有機半導体材料によって形成されるドメインを水平方向の断面に少なくとも１つ以上有する有機光電変換層と
を備えた光電変換素子。
（２）
前記有機光電変換層は、膜厚方向の任意の位置における前記ドメインの面密度が略同じである、前記（１）に記載の光電変換素子。
（３）
前記一の有機半導体材料は、少なくとも一部が、前記有機光電変換層内にパーコレーション構造を有し、面密度が１５００個／平方ミクロン以上のドメインを形成している、前記（１）または（２）に記載の光電変換素子。
（４）
前記ドメインは、一部が前記第１電極または前記第２電極と接触している、前記（１）乃至（３）のうちのいずれかに記載の光電変換素子。
（５）
前記ドメインは、一部が前記第１電極および前記第２電極と接触している、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）
前記第１電極と前記有機光電変換層との間、および前記第２電極と前記有機光電変換層との間の少なくとも一方にバッファ層をさらに有する、前記（１）乃至（５）のうちのいずれかに記載の光電変換素子。
（７）
前記ドメインは、少なくとも一部が結晶性を有する、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）
前記ドメインは、前記一の有機半導体材料の結晶である、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）
前記有機光電変換層を膜厚方向に投影した際の前記結晶の平面投影面積比率が０．５以下である、前記（８）に記載の光電変換素子。
（１０）
前記有機光電変換層は、前記一の有機半導体材料と、前記一の有機半導体材料とは導電型の異なる他の有機半導体材料とを含み、層内の一部にバルクヘテロ構造を有する、前記（１）乃至（９）のうちのいずれかに記載の光電変換素子。
（１１）
各画素が１または複数の有機光電変換部を含み、
前記有機光電変換部は、
第１電極と、
前記第１電極と対向配置された第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に設けられると共に、一の有機半導体材料を含み、前記一の有機半導体材料によって形成されるドメインが水平方向の断面に少なくとも１つ以上有する有機光電変換層と
を備えた撮像装置。
（１２）
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（１１）に記載の撮像装置。
（１３）
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（１２）に記載の撮像装置。
（１４）
前記半導体基板の第２面側に多層配線層が形成されている、前記（１３）に記載の撮像装置。
（１５）
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（１３）または（１４）に記載の撮像装置。
（１６）
各画素では、互いに異なる波長域の光電変換を行う複数の前記有機光電変換部が積層されている、前記（１１）乃至（１５）のうちのいずれかに記載の撮像装置。
（１）
第１電極と、
前記第１電極と対向配置された第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に設けられると共に、一の有機半導体材料を含み、前記一の有機半導体材料によって形成されるドメインを水平方向の断面に少なくとも１つ以上有する有機光電変換層と
を備えた光電変換素子。
（２）
前記有機光電変換層は、膜厚方向の任意の位置における前記ドメインの面密度が略同じである、前記（１）に記載の光電変換素子。
（３）
前記一の有機半導体材料は、少なくとも一部が、前記有機光電変換層内にパーコレーション構造を有し、面密度が１５００個／平方ミクロン以上のドメインを形成している、前記（１）または（２）に記載の光電変換素子。
（４）
前記ドメインは、一部が前記第１電極または前記第２電極と接触している、前記（１）乃至（３）のうちのいずれかに記載の光電変換素子。
（５）
前記ドメインは、一部が前記第１電極および前記第２電極と接触している、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）
前記第１電極と前記有機光電変換層との間、および前記第２電極と前記有機光電変換層との間の少なくとも一方にバッファ層をさらに有する、前記（１）乃至（５）のうちのいずれかに記載の光電変換素子。
（７）
前記ドメインは、少なくとも一部が結晶性を有する、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）
前記ドメインは、前記一の有機半導体材料の結晶である、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）
前記有機光電変換層を膜厚方向に投影した際の前記結晶の平面投影面積比率が０．５以下である、前記（８）に記載の光電変換素子。
（１０）
前記有機光電変換層は、前記一の有機半導体材料と、前記一の有機半導体材料とは導電型の異なる他の有機半導体材料とを含み、層内の一部にバルクヘテロ構造を有する、前記（１）乃至（９）のうちのいずれかに記載の光電変換素子。
（１１）
各画素が１または複数の有機光電変換部を含み、
前記有機光電変換部は、
第１電極と、
前記第１電極と対向配置された第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に設けられると共に、一の有機半導体材料を含み、前記一の有機半導体材料によって形成されるドメインが水平方向の断面に少なくとも１つ以上有する有機光電変換層と
を備えた撮像装置。
（１２）
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（１１）に記載の撮像装置。
（１３）
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（１２）に記載の撮像装置。
（１４）
前記半導体基板の第２面側に多層配線層が形成されている、前記（１３）に記載の撮像装置。
（１５）
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（１３）または（１４）に記載の撮像装置。
（１６）
各画素では、互いに異なる波長域の光電変換を行う複数の前記有機光電変換部が積層されている、前記（１１）乃至（１５）のうちのいずれかに記載の撮像装置。
１，２，３…光電変換素子、１０，２０…有機光電変換部、１１，２１…下部電極、１２，２４…有機光電変換層、１３，２５…上部電極、１４，１５，２８…層間絶縁層、１４Ａ…固定電荷層、１４Ｂ，２６…誘電体層、１７Ａ，１７Ｂ…バッファ層、２１Ａ…読み出し電極、２１Ｂ…蓄積電極、２２…絶縁層、２３…半導体層、３０…半導体基板、３１…ｐウェル、３２Ｂ，３２Ｒ…無機光電変換部、３３…ゲート絶縁層、３４…貫通電極、４０…多層配線、４１，４２，４３…配線層、４１Ａ…接続部、４４…絶縁層、４５…下部第１コンタクト、４６…下部第２コンタクト、４７…ゲート配線層、５１…保護層、５２…オンチップレンズ層、５２Ｌ…オンチップレンズ、１００…撮像装置。
Claims (16)
- 第１電極と、
前記第１電極と対向配置された第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に設けられると共に、一の有機半導体材料を含み、前記一の有機半導体材料によって形成されるドメインを水平方向の断面に少なくとも１つ以上有する有機光電変換層と
を備えた光電変換素子。 - 前記有機光電変換層は、膜厚方向の任意の位置における前記ドメインの面密度が略同じである、請求項１に記載の光電変換素子。
- 前記一の有機半導体材料は、少なくとも一部が、前記有機光電変換層内にパーコレーション構造を有し、面密度が１５００個／平方ミクロン以上のドメインを形成している、請求項１に記載の光電変換素子。
- 前記ドメインは、一部が前記第１電極または前記第２電極と接触している、請求項１に記載の光電変換素子。
- 前記ドメインは、一部が前記第１電極および前記第２電極と接触している、請求項１に記載の光電変換素子。
- 前記第１電極と前記有機光電変換層との間、および前記第２電極と前記有機光電変換層との間の少なくとも一方にバッファ層をさらに有する、請求項１に記載の光電変換素子。
- 前記ドメインは、少なくとも一部が結晶性を有する、請求項１に記載の光電変換素子。
- 前記ドメインは、前記一の有機半導体材料の結晶である、請求項１に記載の光電変換素子。
- 前記有機光電変換層を膜厚方向に投影した際の前記結晶の平面投影面積比率が０．５以下である、請求項８に記載の光電変換素子。
- 前記有機光電変換層は、前記一の有機半導体材料と、前記一の有機半導体材料とは導電型の異なる他の有機半導体材料とを含み、層内の一部にバルクヘテロ構造を有する、請求項１に記載の光電変換素子。
- 各画素が１または複数の有機光電変換部を含み、
前記有機光電変換部は、
第１電極と、
前記第１電極と対向配置された第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に設けられると共に、一の有機半導体材料を含み、前記一の有機半導体材料によって形成されるドメインが水平方向の断面に少なくとも１つ以上有する有機光電変換層と
を備えた撮像装置。 - 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１１に記載の撮像装置。
- 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１２に記載の撮像装置。 - 前記半導体基板の第２面側に多層配線層が形成されている、請求項１３に記載の撮像装置。
- 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１３に記載の撮像装置。 - 各画素では、互いに異なる波長域の光電変換を行う複数の前記有機光電変換部が積層されている、請求項１１に記載の撮像装置。
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