JP2023018166A - Imaging device - Google Patents

Imaging device Download PDF

Info

Publication number
JP2023018166A
JP2023018166A JP2020009145A JP2020009145A JP2023018166A JP 2023018166 A JP2023018166 A JP 2023018166A JP 2020009145 A JP2020009145 A JP 2020009145A JP 2020009145 A JP2020009145 A JP 2020009145A JP 2023018166 A JP2023018166 A JP 2023018166A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
photoelectric conversion
ito layer
ito
electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2020009145A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
貴裕 小柳
Takahiro Koyanagi
誠司 高木
Seiji Takagi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Original Assignee
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd filed Critical Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority to JP2020009145A priority Critical patent/JP2023018166A/en
Priority to PCT/JP2020/047087 priority patent/WO2021149414A1/en
Publication of JP2023018166A publication Critical patent/JP2023018166A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K39/00Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic radiation-sensitive element covered by group H10K30/00
    • H10K39/30Devices controlled by radiation
    • H10K39/32Organic image sensors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549Organic PV cells

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

To provide an imaging device capable of achieving both the low resistance of the ITO electrode and the improvement of the controllability of the current-voltage characteristics of the photoelectric conversion part.SOLUTION: The imaging device is an imaging device that includes: a pixel electrode 122; a counter electrode 127; and a photoelectric conversion layer 126 located between the pixel electrode 122 and the counter electrode 127. The counter electrode 127 includes a first ITO layer 127a and a second ITO layer 127b laminated on the main surface of the first ITO layer 127a opposite to the photoelectric conversion layer 126. The crystallite size of the second ITO layer 127b is larger than that of the first ITO layer 127a.SELECTED DRAWING: Figure 6

Description

本開示は、撮像装置に関する。 The present disclosure relates to imaging devices.

CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサなどの撮像装置では、光電変換部に有機光電変換層を利用した構造が提案されている。例えば特許文献1では、基板上に行列状に配列された複数の画素電極と、複数の画素電極上に、複数の画素電極に共通して設けられた光電変換層を含む有機層と、有機層上に複数の画素電極に共通して設けられた透光性の対向電極とを備える撮像装置の構成が開示されている。撮像装置は、透光性の対向電極から入射した光を、光電変換層で吸収し、電子および正孔に変換する。このとき、画素電極と対向電極との間に電圧を印加することで、光電変換層で発生したキャリアを効率良く取り出すことができる。透光性の対向電極は、高透過率かつ低抵抗であることが好ましいことから、酸化インジウム錫(Indium Tin Oxide:ITO)が広く用いられている。 2. Description of the Related Art In imaging devices such as CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensors, a structure using an organic photoelectric conversion layer in a photoelectric conversion section has been proposed. For example, in Patent Document 1, a plurality of pixel electrodes arranged in a matrix on a substrate, an organic layer including a photoelectric conversion layer provided in common to the plurality of pixel electrodes on the plurality of pixel electrodes, and an organic layer A configuration of an imaging device is disclosed that includes a translucent counter electrode that is provided in common with a plurality of pixel electrodes. The imaging device absorbs light incident from the translucent counter electrode in the photoelectric conversion layer and converts the light into electrons and holes. At this time, by applying a voltage between the pixel electrode and the counter electrode, carriers generated in the photoelectric conversion layer can be efficiently extracted. Indium tin oxide (ITO) is widely used for the translucent counter electrode because it preferably has high transmittance and low resistance.

特許第5946132号公報Japanese Patent No. 5946132 特許第4607767号公報Japanese Patent No. 4607767 特許第6128020号公報Japanese Patent No. 6128020

水野雅夫、「酸化インジウムの電子状態に及ぼす不純物の影響」、KOBE STEEL ENGINEERING REPORTS、1998年12月、Vol.48、No.3Masao Mizuno, "Influence of Impurities on Electronic State of Indium Oxide," KOBE STEEL ENGINEERING REPORTS, December 1998, Vol. 48, No. 3

透明導電膜として広く用いられるITOは、組成または膜質によって膜の光学特性および電気特性が大きく変わることが知られている。例えば、特許文献2によれば、電気特性の1つである比抵抗は、キャリア濃度と移動度との逆数で定義される。このため、キャリア濃度を下げることで比抵抗を下げることができる。 ITO, which is widely used as a transparent conductive film, is known to have significantly different optical and electrical properties depending on its composition or film quality. For example, according to Patent Document 2, the specific resistance, which is one of the electrical properties, is defined as the reciprocal of carrier concentration and mobility. Therefore, the specific resistance can be lowered by lowering the carrier concentration.

一方で、特許文献3では、インジウムと、ガリウムおよび/またはアルミニウムと、亜鉛と、酸素との四元系化合物から構成された非晶質酸化物において、成膜中の酸素濃度によって仕事関数を制御できることが開示されている。さらに、非特許文献1では、局在する酸素欠陥がドナー準位を形成し、ドナー準位から放出されたキャリア電子が導電性をもたらすことが示されている。 On the other hand, in Patent Document 3, in an amorphous oxide composed of a quaternary compound of indium, gallium and/or aluminum, zinc, and oxygen, the work function is controlled by the oxygen concentration during film formation. It reveals what it can do. Furthermore, Non-Patent Document 1 shows that localized oxygen vacancies form donor levels, and carrier electrons emitted from the donor levels provide conductivity.

これらのことから、光電変換素子の対向電極としてITO膜を用いた場合、キャリア濃度を調整することで低抵抗化が実現できるが、これと同時にITO電極の仕事関数も変化するため、光電変換素子の電流電圧特性が変化する。つまり、ITO電極の低抵抗化と、光電変換素子の電流電圧特性の制御性の向上とを両立することができないという課題がある。 From these facts, when an ITO film is used as a counter electrode of a photoelectric conversion element, a low resistance can be realized by adjusting the carrier concentration. current-voltage characteristics change. In other words, there is a problem that it is not possible to achieve both a reduction in the resistance of the ITO electrode and an improvement in the controllability of the current-voltage characteristics of the photoelectric conversion element.

そこで、本開示は、ITO電極の低抵抗化と、光電変換部の電流電圧特性の制御性の向上とを両立することができる撮像装置を提供する。 Accordingly, the present disclosure provides an imaging device capable of achieving both a reduction in the resistance of the ITO electrode and an improvement in the controllability of the current-voltage characteristics of the photoelectric conversion unit.

上記課題を解決するため、本開示の一態様に係る撮像装置は、画素電極と、対向電極と、前記画素電極と前記対向電極との間に位置する光電変換層とを備える撮像装置である。前記対向電極は、第1ITO層と、前記第1ITO層の、前記光電変換層とは反対側の主面に積層された第2ITO層とを含む。前記第2ITO層の結晶子サイズは、前記第1ITO層の結晶子サイズより大きい。 In order to solve the above problems, an imaging device according to one aspect of the present disclosure is an imaging device including a pixel electrode, a counter electrode, and a photoelectric conversion layer positioned between the pixel electrode and the counter electrode. The counter electrode includes a first ITO layer and a second ITO layer laminated on the main surface of the first ITO layer opposite to the photoelectric conversion layer. The crystallite size of the second ITO layer is larger than the crystallite size of the first ITO layer.

本開示の一態様によれば、ITO電極の低抵抗化と、光電変換部の電流電圧特性の制御性の向上とを両立することができる撮像装置を提供することができる。 According to one aspect of the present disclosure, it is possible to provide an imaging device capable of achieving both a reduction in the resistance of an ITO electrode and an improvement in controllability of current-voltage characteristics of a photoelectric conversion unit.

図1は、実施の形態に係るITO層の結晶子サイズの分析に用いたサンプル素子の断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a sample element used for analyzing the crystallite size of an ITO layer according to an embodiment. 図2は、実施の形態に係るITO層のシート抵抗と結晶子サイズとの関係を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing the relationship between the sheet resistance of the ITO layer and the crystallite size according to the embodiment. 図3は、実施の形態に係るITO層の成膜ガス中の酸素濃度と結晶子サイズとの関係を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing the relationship between the oxygen concentration in the deposition gas for the ITO layer and the crystallite size according to the embodiment. 図4は、実施の形態に係るITO層の積層構造のシート抵抗の評価に用いたサンプル素子の断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of a sample element used for evaluating the sheet resistance of the laminated structure of ITO layers according to the embodiment. 図5は、実施の形態に係るITO層の積層構造毎のシート抵抗の一例を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing an example of sheet resistance for each lamination structure of ITO layers according to the embodiment. 図6は、実施の形態に係る光電変換部の一例を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example of a photoelectric conversion unit according to the embodiment; 図7は、実施の形態に係る光電変換部の電流電圧特性の一例を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing an example of current-voltage characteristics of the photoelectric conversion unit according to the embodiment. 図8は、実施の形態に係る光電変換部の別の一例を示す断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view showing another example of the photoelectric conversion unit according to the embodiment. 図9は、実施の形態に係る撮像装置の回路構成を示す回路図である。FIG. 9 is a circuit diagram showing the circuit configuration of the imaging device according to the embodiment. 図10は、実施の形態に係る撮像装置における単位画素の断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view of a unit pixel in the imaging device according to the embodiment.

(本開示の概要)
本開示の一態様に係る撮像装置は、画素電極と、対向電極と、前記画素電極と前記対向電極との間に位置する光電変換層とを備える撮像装置である。前記対向電極は、第1ITO層と、前記第1ITO層の、前記光電変換層とは反対側の主面に積層された第2ITO層とを含む。前記第2ITO層の結晶子サイズは、前記第1ITO層の結晶子サイズより大きい。
(Summary of this disclosure)
An imaging device according to an aspect of the present disclosure is an imaging device including a pixel electrode, a counter electrode, and a photoelectric conversion layer positioned between the pixel electrode and the counter electrode. The counter electrode includes a first ITO layer and a second ITO layer laminated on the main surface of the first ITO layer opposite to the photoelectric conversion layer. The crystallite size of the second ITO layer is larger than the crystallite size of the first ITO layer.

これにより、結晶子サイズの異なる2つのITO層の積層構造を対向電極(ITO電極)として用いることで、ITO電極の低抵抗化と、光電変換部の電流電圧特性の制御性の向上とを両立することができる。 As a result, by using a laminated structure of two ITO layers with different crystallite sizes as a counter electrode (ITO electrode), it is possible to reduce the resistance of the ITO electrode and improve the controllability of the current-voltage characteristics of the photoelectric conversion section. can do.

また、例えば、本開示の一態様に係る撮像装置は、さらに、前記第1ITO層に電気的に接続される電極端子を備える。前記電極端子の主面と前記画素電極の主面とは、積層方向において同じ高さに位置してもよい。 Further, for example, the imaging device according to one aspect of the present disclosure further includes an electrode terminal electrically connected to the first ITO layer. The main surface of the electrode terminal and the main surface of the pixel electrode may be positioned at the same height in the stacking direction.

これにより、対向電極への給電を簡単に行うことができる。例えば、対向電極への給電を行うための電源回路と、画素電極で捕集された信号電荷の信号処理回路とを基板側にまとめて形成することができる。 This makes it possible to easily supply power to the counter electrode. For example, a power supply circuit for supplying power to the counter electrode and a signal processing circuit for signal charges collected by the pixel electrodes can be collectively formed on the substrate side.

また、例えば、前記第2ITO層のシート抵抗は、前記第1ITO層のシート抵抗より低くてもよい。 Also, for example, the sheet resistance of the second ITO layer may be lower than the sheet resistance of the first ITO layer.

これにより、シート抵抗が低い第2ITO層を対向電極が含むことによって、対向電極の低抵抗化を実現することができる。 As a result, since the counter electrode includes the second ITO layer having a low sheet resistance, it is possible to reduce the resistance of the counter electrode.

また、例えば、前記第2ITO層の仕事関数は、前記第1ITO層の仕事関数より大きくてもよい。 Also, for example, the work function of the second ITO layer may be greater than the work function of the first ITO layer.

これにより、光電変換層側の第1ITO層の仕事関数が小さくなるので、対向電極に電圧を印加したときに光電変換層内を電流が流れやすくなる。このため、絶対値が小さい駆動電圧で光電変換部を駆動することができるなどの、光電変換部の電流電圧特性の制御性を向上させることができる。 As a result, the work function of the first ITO layer on the side of the photoelectric conversion layer becomes small, so that when a voltage is applied to the counter electrode, current easily flows through the photoelectric conversion layer. Therefore, it is possible to improve the controllability of the current-voltage characteristics of the photoelectric conversion unit, such as driving the photoelectric conversion unit with a driving voltage having a small absolute value.

また、例えば、前記第2ITO層の膜厚は、前記第1ITO層の膜厚より大きくてもよい。 Also, for example, the film thickness of the second ITO layer may be greater than the film thickness of the first ITO layer.

これにより、シート抵抗が小さい第2ITO層の膜厚が大きいので、対向電極を更に低抵抗化することができる。 As a result, the thickness of the second ITO layer having a low sheet resistance is large, so that the resistance of the counter electrode can be further reduced.

また、例えば、本開示の一態様に係る撮像装置は、さらに、前記光電変換層と前記第1ITO層との間に位置する第1機能層を備えてもよい。 Also, for example, the imaging device according to one aspect of the present disclosure may further include a first functional layer positioned between the photoelectric conversion layer and the first ITO layer.

これにより、例えば正孔ブロック層などを第1機能層として備えることで、光電変換の機能を向上させることができる。 Accordingly, by providing, for example, a hole blocking layer or the like as the first functional layer, the function of photoelectric conversion can be improved.

また、例えば、本開示の一態様に係る撮像装置は、さらに、前記光電変換層と前記画素電極との間に位置する第2機能層を備えてもよい。 Also, for example, the imaging device according to one aspect of the present disclosure may further include a second functional layer located between the photoelectric conversion layer and the pixel electrode.

これにより、例えば電子ブロック層などを第2機能層として備えることで、光電変換の機能を向上させることができる。 Accordingly, by providing an electron blocking layer or the like as the second functional layer, for example, the function of photoelectric conversion can be improved.

以下では、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。 Embodiments will be specifically described below with reference to the drawings.

なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。 It should be noted that the embodiments described below are all comprehensive or specific examples. Numerical values, shapes, materials, components, arrangement positions and connection forms of components, steps, order of steps, and the like shown in the following embodiments are examples, and are not intended to limit the present disclosure. Further, among the constituent elements in the following embodiments, constituent elements not described in independent claims will be described as optional constituent elements.

また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、例えば、各図において縮尺などは必ずしも一致しない。また、各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付しており、重複する説明は省略または簡略化する。 Each figure is a schematic diagram and is not necessarily strictly illustrated. Therefore, for example, scales and the like do not necessarily match in each drawing. Moreover, in each figure, substantially the same configurations are denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions are omitted or simplified.

また、本明細書において、垂直または水平などの要素間の関係性を示す用語、および、要素の形状を示す用語、ならびに、数値範囲は、厳格な意味のみを表す表現ではなく、実質的に同等な範囲、例えば数%程度の差異をも含むことを意味する表現である。 Also, in this specification, terms that indicate the relationship between elements such as vertical or horizontal, terms that indicate the shape of elements, and numerical ranges are not expressions that express only strict meanings, but substantially equivalent It is an expression that means to include a wide range, for example, a difference of about several percent.

また、本明細書において、「上方」および「下方」という用語は、絶対的な空間認識における上方向(鉛直上方)および下方向(鉛直下方)を指すものではなく、積層構成における積層順を基に相対的な位置関係により規定される用語として用いる。また、「上方」および「下方」という用語は、2つの構成要素が互いに間隔を空けて配置されて2つの構成要素の間に別の構成要素が存在する場合のみならず、2つの構成要素が互いに密着して配置されて2つの構成要素が接する場合にも適用される。 In this specification, the terms “upper” and “lower” do not refer to the upward direction (vertically upward) and the downward direction (vertically downward) in absolute spatial recognition, but are based on the stacking order in the stacking structure. It is used as a term defined by a relative positional relationship. Also, the terms "above" and "below" are used only when two components are spaced apart from each other and there is another component between them, as well as when two components are spaced apart from each other. It also applies when two components are in contact with each other and are placed in close contact with each other.

(実施の形態)
[1.ITO層の特徴]
まず、実施の形態に係る撮像装置の光電変換部の対向電極として用いられるITO層について説明する。
(Embodiment)
[1. Features of ITO layer]
First, the ITO layer used as the counter electrode of the photoelectric conversion unit of the imaging device according to the embodiment will be described.

図1は、実施の形態に係るITO層の結晶子サイズの分析に用いたサンプル素子の断面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view of a sample element used for analyzing the crystallite size of an ITO layer according to an embodiment.

本発明者らは、ITO層のシート抵抗と結晶子サイズとの関係を明らかにするため、図1に示されるサンプル素子100を作製した。図1に示されるように、サンプル素子100は、シリコンウェハ101と、ITO層102とを備える。ITO層102は、シリコンウェハ101の上面に直接積層されている。サンプル素子100の作製方法は、以下の通りである。 The inventors fabricated a sample device 100 shown in FIG. 1 in order to clarify the relationship between the sheet resistance of the ITO layer and the crystallite size. As shown in FIG. 1, sample device 100 comprises silicon wafer 101 and ITO layer 102 . The ITO layer 102 is laminated directly on top of the silicon wafer 101 . A method of manufacturing the sample device 100 is as follows.

まず、スパッタ法を用いてシリコンウェハ101上に、膜厚50nmのITO層102を成膜した。その後、窒素雰囲気で200℃の加熱処理を50分間行うことで、サンプル素子100を作製した。 First, an ITO layer 102 having a film thickness of 50 nm was formed on a silicon wafer 101 using a sputtering method. Then, the sample element 100 was produced by performing heat treatment at 200° C. for 50 minutes in a nitrogen atmosphere.

このとき、スパッタ法で用いたターゲットの組成は、InO:SnO=9:1である。また、ITO層102の成膜雰囲気は、アルゴンと酸素とが混合された成膜ガスをチャンバー内に導入し、チャンバー内の圧力を0.3Paに調整した。成膜ガス中の酸素濃度を異ならせることで、比較例1から比較例4に係るサンプル素子100を作製した。具体的には、比較例1から比較例4に係るサンプル素子100の各々の成膜ガス中の酸素濃度は、0.2%、0.4%、0.7%、1.1%である。 At this time, the composition of the target used in the sputtering method was InO:SnO=9:1. As for the film forming atmosphere of the ITO layer 102, a film forming gas containing a mixture of argon and oxygen was introduced into the chamber, and the pressure inside the chamber was adjusted to 0.3 Pa. Sample elements 100 according to Comparative Examples 1 to 4 were manufactured by varying the oxygen concentration in the film forming gas. Specifically, the oxygen concentrations in the film formation gas of the sample elements 100 according to Comparative Examples 1 to 4 are 0.2%, 0.4%, 0.7%, and 1.1%. .

本発明者らは、比較例1から比較例4に係るサンプル素子100の各々に対して、ITO層102の結晶子サイズを分析した。具体的には、X線回析(Xray Diffraction:XRD)法を用いてX線回析スペクトルを測定し、測定したX線回析スペクトルの半値幅からシェラーの公式を用いてITO層102の結晶子サイズを算出した。ここでは、結晶子とは単結晶とみなせる結晶の集まりのことである。また、単一または複数の結晶子からなる集まりを結晶粒界とし、ある一定の領域に占める結晶粒界の量を結晶粒界密度とする。さらに、本発明者らは、4探針測定器を用いてITO層102のシート抵抗を測定した。以下の、表1、図2および図3にITO層102の分析結果を示す。 The inventors analyzed the crystallite size of the ITO layer 102 for each of the sample devices 100 according to Comparative Examples 1 to 4. FIG. Specifically, the X-ray diffraction (Xray Diffraction: XRD) method is used to measure the X-ray diffraction spectrum, and the half width of the measured X-ray diffraction spectrum is used to determine the crystal of the ITO layer 102 using Scherrer's formula. Child size was calculated. Here, a crystallite is a group of crystals that can be regarded as a single crystal. Also, a group consisting of a single or a plurality of crystallites is defined as a crystal grain boundary, and the amount of crystal grain boundaries occupying a certain region is defined as a crystal grain boundary density. Furthermore, the inventors measured the sheet resistance of the ITO layer 102 using a four-probe measuring instrument. The analysis results of the ITO layer 102 are shown in Table 1, FIGS. 2 and 3 below.

Figure 2023018166000002
Figure 2023018166000002

図2は、実施の形態に係るITO層のシート抵抗と結晶子サイズとの関係を示すグラフである。図2において、横軸はITO層102のシート抵抗を表し、縦軸はITO層102の結晶子サイズを表している。 FIG. 2 is a graph showing the relationship between the sheet resistance of the ITO layer and the crystallite size according to the embodiment. In FIG. 2 , the horizontal axis represents the sheet resistance of the ITO layer 102 and the vertical axis represents the crystallite size of the ITO layer 102 .

図3は、実施の形態に係るITO層の成膜ガス中の酸素濃度と結晶子サイズとの関係を示すグラフである。図3において、横軸はITO層102の成膜ガス中の酸素濃度を表し、縦軸はITO層102の結晶子サイズを表している。 FIG. 3 is a graph showing the relationship between the oxygen concentration in the deposition gas for the ITO layer and the crystallite size according to the embodiment. In FIG. 3 , the horizontal axis represents the oxygen concentration in the film forming gas for the ITO layer 102 and the vertical axis represents the crystallite size of the ITO layer 102 .

表1に示されるように、酸素濃度が低い程、シート抵抗も低くなっている。一方で、表1および図3に示されるように、酸素濃度が低い程、結晶子サイズは大きくなっている。したがって、図2に示されるように、結晶子サイズが小さい程、シート抵抗が高くなっている。このように、表1、図2および図3に示される結果から、結晶子サイズの大きさを調整することで、ITO層102のシート抵抗を調整できることが分かる。 As shown in Table 1, the lower the oxygen concentration, the lower the sheet resistance. On the other hand, as shown in Table 1 and FIG. 3, the lower the oxygen concentration, the larger the crystallite size. Therefore, as shown in FIG. 2, the smaller the crystallite size, the higher the sheet resistance. Thus, it can be seen from the results shown in Table 1, FIGS. 2 and 3 that the sheet resistance of the ITO layer 102 can be adjusted by adjusting the crystallite size.

なお、ITO層102の結晶子サイズが大きくなることで、キャリアのトラップまたは散乱の原因となる結晶粒界密度が高まりやすくなる。また、酸素欠陥が増加しやすくなるので、キャリア濃度が高まりやすくなる。これらのことから、結晶子サイズが大きくなることにより、ITO層102のシート抵抗を低下させていると推察される。 As the crystallite size of the ITO layer 102 increases, the grain boundary density, which causes trapping or scattering of carriers, tends to increase. In addition, since oxygen defects tend to increase, the carrier concentration tends to increase. From these facts, it is inferred that the sheet resistance of the ITO layer 102 is lowered by increasing the crystallite size.

以上のように、ITO層102の結晶子サイズを大きくすることにより、ITO層102のシート抵抗を低くすることができる。一方で、ITO層102を単独で撮像装置の光電変換部の対向電極として利用した場合、光電変換部の電流電圧特性の制御性が悪化する。このため、本発明者らは、結晶子サイズの異なる2つのITO層の積層構造を対向電極として利用することを検討した。なお、光電変換部の電流電圧特性の制御性については、後で説明する。 As described above, the sheet resistance of the ITO layer 102 can be lowered by increasing the crystallite size of the ITO layer 102 . On the other hand, when the ITO layer 102 is used alone as the counter electrode of the photoelectric conversion section of the imaging device, the controllability of the current-voltage characteristics of the photoelectric conversion section deteriorates. For this reason, the present inventors have considered using a laminated structure of two ITO layers with different crystallite sizes as a counter electrode. The controllability of the current-voltage characteristics of the photoelectric conversion units will be described later.

図4は、実施の形態に係るITO層の積層構造のシート抵抗の評価に用いたサンプル素子の断面図である。図4に示されるように、サンプル素子110は、シリコンウェハ101と、第1ITO層111と、第2ITO層112とを備える。第1ITO層111は、シリコンウェハ101の上面に直接積層されている。第2ITO層112は、第1ITO層111の上面に直接積層されている。 FIG. 4 is a cross-sectional view of a sample element used for evaluating the sheet resistance of the laminated structure of ITO layers according to the embodiment. As shown in FIG. 4, sample device 110 comprises silicon wafer 101 , first ITO layer 111 and second ITO layer 112 . A first ITO layer 111 is directly laminated on the top surface of the silicon wafer 101 . The second ITO layer 112 is laminated directly on top of the first ITO layer 111 .

サンプル素子110の作製方法は、図1に示されるサンプル素子100の作製方法と同様である。具体的には、まず、スパッタ法を用いてシリコンウェハ101上に、第1ITO層111と第2ITO層112とを順に成膜した。その後、窒素雰囲気で200℃の加熱処理を50分間行うことで、サンプル素子110を作製した。 The method for fabricating the sample element 110 is the same as the method for fabricating the sample element 100 shown in FIG. Specifically, first, a first ITO layer 111 and a second ITO layer 112 were formed in order on a silicon wafer 101 using a sputtering method. After that, a heat treatment at 200° C. was performed for 50 minutes in a nitrogen atmosphere to fabricate the sample element 110 .

ここでは、第1ITO層111の成膜条件と第2ITO層112の成膜条件とは、成膜ガス中の酸素濃度および膜厚が異なる点を除いて互いに同じ条件である。第1ITO層111の成膜ガス中の酸素濃度は20%であり、第2ITO層112の成膜ガス中の酸素濃度は3%である。また、第1ITO層111と第2ITO層112との合計膜厚が50nmになるように、第1ITO層111の膜厚と第2ITO層112の膜厚とを調整した。本発明者らは、膜厚の異なる5つのサンプル素子110を実施例1から実施例3ならびに比較例5および比較例6として作製した。各サンプル素子110の膜厚は、以下の表2に示される通りである。 Here, the film formation conditions for the first ITO layer 111 and the film formation conditions for the second ITO layer 112 are the same except that the oxygen concentration in the film formation gas and the film thickness are different. The oxygen concentration in the deposition gas for the first ITO layer 111 is 20%, and the oxygen concentration in the deposition gas for the second ITO layer 112 is 3%. The thickness of the first ITO layer 111 and the thickness of the second ITO layer 112 were adjusted so that the total thickness of the first ITO layer 111 and the second ITO layer 112 was 50 nm. The inventors produced five sample elements 110 having different film thicknesses as Examples 1 to 3 and Comparative Examples 5 and 6. FIG. The film thickness of each sample element 110 is as shown in Table 2 below.

Figure 2023018166000003
Figure 2023018166000003

なお、比較例5に係るサンプル素子110は、第2ITO層112の膜厚が0nmであるので、第1ITO層111をITO層102として備えるサンプル素子100と同じ構造を有する。同様に、比較例6に係るサンプル素子110は、第1ITO層111の膜厚が0nmであるので、第2ITO層112をITO層102として備えるサンプル素子100と同じ構造を有する。 Note that the sample element 110 according to Comparative Example 5 has the same structure as the sample element 100 having the first ITO layer 111 as the ITO layer 102 because the film thickness of the second ITO layer 112 is 0 nm. Similarly, the sample device 110 according to Comparative Example 6 has the same structure as the sample device 100 having the second ITO layer 112 as the ITO layer 102 because the film thickness of the first ITO layer 111 is 0 nm.

本発明者らは、作製した5つのサンプル素子110の各々について、4探針測定器を用いて、第1ITO層111および第2ITO層112の積層構造のシート抵抗を測定した。なお、比較例5および比較例6については、第1ITO層111または第2ITO層112のシート抵抗を測定した。 The present inventors measured the sheet resistance of the laminated structure of the first ITO layer 111 and the second ITO layer 112 for each of the five sample elements 110 produced using a four-probe measuring instrument. For Comparative Examples 5 and 6, the sheet resistance of the first ITO layer 111 or the second ITO layer 112 was measured.

図5は、実施の形態に係るITO層の積層構造毎のシート抵抗の一例を示すグラフである。図5において、横軸は実施例1から実施例3ならびに比較例5および比較例6を表し、縦軸はシート抵抗を表している。なお、実施例1から実施例3ならびに比較例5および比較例6は、横軸の右側程、第2ITO層112の膜厚が大きくなる順で並べられている。 FIG. 5 is a graph showing an example of sheet resistance for each lamination structure of ITO layers according to the embodiment. In FIG. 5, the horizontal axis represents Examples 1 to 3 and Comparative Examples 5 and 6, and the vertical axis represents sheet resistance. Note that Examples 1 to 3 and Comparative Examples 5 and 6 are arranged in the order in which the film thickness of the second ITO layer 112 increases toward the right side of the horizontal axis.

表2および図5に示される結果から、ITO層の積層構造の合計膜厚が同じである場合、第1ITO層111と第2ITO層112との膜厚比を調整することで、積層構造のシート抵抗を調整できることが分かる。具体的には、ITO層の積層構造の合計膜厚が同じであれば、酸素濃度が低い成膜ガス中で成膜された第2ITO層112の膜厚が大きくなる程、シート抵抗が低くなることが分かる。つまり、第1ITO層111よりもシート抵抗が低い第2ITO層112の膜厚が大きくなる程、ITO層の積層構造のシート抵抗は低くなる。 From the results shown in Table 2 and FIG. 5, when the total film thickness of the laminated structure of the ITO layers is the same, by adjusting the film thickness ratio between the first ITO layer 111 and the second ITO layer 112, the laminated structure sheet It can be seen that the resistance can be adjusted. Specifically, if the total thickness of the laminated structure of the ITO layers is the same, the sheet resistance decreases as the thickness of the second ITO layer 112 formed in a film formation gas with a low oxygen concentration increases. I understand. That is, as the thickness of the second ITO layer 112 having a lower sheet resistance than that of the first ITO layer 111 increases, the sheet resistance of the laminated structure of the ITO layers decreases.

なお、表1と表2とを比較した場合に、比較例6に係るサンプル素子110のシート抵抗は、酸素濃度が高いにも関わらず、比較例4に係るサンプル素子100のシート抵抗より低くなっている。これは、比較例1から比較例4に係るサンプル素子100と、比較例5および比較例6に係るサンプル素子110とでは、ITO層の成膜に利用した成膜装置が異なっており、成膜条件に差異が生じたためである。 Note that when Table 1 and Table 2 are compared, the sheet resistance of the sample element 110 according to Comparative Example 6 is lower than that of the sample element 100 according to Comparative Example 4, although the oxygen concentration is high. ing. This is because the sample elements 100 according to Comparative Examples 1 to 4 and the sample elements 110 according to Comparative Examples 5 and 6 use different deposition apparatuses for forming the ITO layers. This is because the conditions were different.

[2.光電変換部の特性]
次に、ITO層の積層構造を対向電極として含む光電変換部について説明する。
[2. Characteristics of Photoelectric Conversion Section]
Next, a photoelectric conversion section including a laminated structure of ITO layers as a counter electrode will be described.

[2-1.構造]
まず、光電変換部の構造について、図6を用いて説明する。図6は、本実施の形態に係る光電変換部の一例を示す断面図である。図6に示されるように、光電変換部120は、画素電極122と、光電変換層126と、対向電極127とを備える。光電変換部120は、絶縁層121上に設けられている。絶縁層121には、接続配線123、電極端子124および接続配線125が形成されている。
[2-1. structure]
First, the structure of the photoelectric conversion unit will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example of a photoelectric conversion unit according to this embodiment. As shown in FIG. 6 , the photoelectric conversion unit 120 includes pixel electrodes 122 , photoelectric conversion layers 126 and counter electrodes 127 . The photoelectric conversion section 120 is provided on the insulating layer 121 . Connection wires 123 , electrode terminals 124 and connection wires 125 are formed on the insulating layer 121 .

絶縁層121は、基板(図示せず)の上方に形成された絶縁層である。なお、基板には、例えば、光電変換部120が生成した信号電荷を処理する信号処理回路に含まれるトランジスタなどが形成されている。絶縁層121は、例えばシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜などの単層構造または積層構造であるが、特に限定されない。 The insulating layer 121 is an insulating layer formed over a substrate (not shown). Note that transistors included in a signal processing circuit that processes signal charges generated by the photoelectric conversion unit 120, for example, are formed on the substrate. The insulating layer 121 has a single-layer structure or a laminated structure such as a silicon oxide film or a silicon nitride film, but is not particularly limited.

画素電極122は、光電変換層126で生成した信号電荷を捕集するための電極である。画素電極122の材料としては、金属、金属酸化物、金属窒化物または導電性ポリシリコンなどの導電性材料が用いられる。金属は、例えば、アルミニウム、銀、銅、チタンまたはタングステンなどである。金属窒化物は、例えば、窒化チタンまたは窒化タンタルなどである。導電性ポリシリコンは、不純物が添加されることによって導電性が付与されたポリシリコンである。 The pixel electrode 122 is an electrode for collecting signal charges generated in the photoelectric conversion layer 126 . As a material for the pixel electrode 122, a conductive material such as metal, metal oxide, metal nitride, or conductive polysilicon is used. Metals are, for example, aluminum, silver, copper, titanium or tungsten. Metal nitrides are, for example, titanium nitride or tantalum nitride. Conductive polysilicon is polysilicon to which conductivity is imparted by adding impurities.

接続配線123は、画素電極122と信号処理回路とを電気的に接続する配線の一部である。接続配線123の材料としては、金属、金属酸化物、金属窒化物または導電性ポリシリコンなどの導電性材料が用いられる。 The connection wiring 123 is part of the wiring that electrically connects the pixel electrode 122 and the signal processing circuit. As a material of the connection wiring 123, a conductive material such as metal, metal oxide, metal nitride, or conductive polysilicon is used.

電極端子124は、対向電極127に給電するための給電端子である。電極端子124は、対向電極127に電気的に接続されている。電極端子124の材料としては、金属、金属酸化物、金属窒化物または導電性ポリシリコンなどの導電性材料が用いられる。 The electrode terminal 124 is a power supply terminal for supplying power to the counter electrode 127 . The electrode terminal 124 is electrically connected to the counter electrode 127 . As a material of the electrode terminal 124, a conductive material such as metal, metal oxide, metal nitride, or conductive polysilicon is used.

電極端子124の主面と画素電極122の主面とは、積層方向において同じ高さに位置している。具体的には、電極端子124の上面124aと画素電極122の上面122aとは、積層方向において同じ高さに位置している。本実施の形態では、電極端子124の上面124a、画素電極122の上面122aおよび絶縁層121の上面121aが面一になっている。 The main surface of the electrode terminal 124 and the main surface of the pixel electrode 122 are located at the same height in the stacking direction. Specifically, the upper surface 124a of the electrode terminal 124 and the upper surface 122a of the pixel electrode 122 are positioned at the same height in the stacking direction. In this embodiment, the upper surface 124a of the electrode terminal 124, the upper surface 122a of the pixel electrode 122, and the upper surface 121a of the insulating layer 121 are flush with each other.

接続配線125は、電極端子124と、対向電極127に印加する電圧を供給する電源回路(図示せず)とを電気的に接続する配線の一部である。接続配線125の材料としては、金属、金属酸化物、金属窒化物または導電性ポリシリコンなどの導電性材料が用いられる。 The connection wiring 125 is a part of wiring that electrically connects the electrode terminal 124 and a power supply circuit (not shown) that supplies a voltage to be applied to the counter electrode 127 . As a material of the connection wiring 125, a conductive material such as metal, metal oxide, metal nitride, or conductive polysilicon is used.

光電変換層126は、画素電極122と対向電極127との間に位置する。光電変換層126は、光の照射を受けて内部に電子-正孔対を生成する。電子-正孔対は、光電変換層126に加えられた電界によって電子と正孔とに分離され、それぞれが画素電極122側または対向電極127側に移動する。 The photoelectric conversion layer 126 is positioned between the pixel electrode 122 and the counter electrode 127 . The photoelectric conversion layer 126 generates electron-hole pairs inside upon being irradiated with light. The electron-hole pairs are separated into electrons and holes by the electric field applied to the photoelectric conversion layer 126, and each moves toward the pixel electrode 122 side or the counter electrode 127 side.

光電変換層126は、公知の光電変換材料を用いて形成される。光電変換材料は、例えば有機材料であるが、無機材料であってもよい。無機光電変換材料としては、水素化アモルファスシリコン、化合物半導体材料、金属酸化物半導体材料などを用いることができる。化合物半導体材料は、例えばCdSeである。金属酸化物半導体材料は、例えばZnOである。 The photoelectric conversion layer 126 is formed using a known photoelectric conversion material. The photoelectric conversion material is, for example, an organic material, but may be an inorganic material. As inorganic photoelectric conversion materials, hydrogenated amorphous silicon, compound semiconductor materials, metal oxide semiconductor materials, and the like can be used. A compound semiconductor material is, for example, CdSe. The metal oxide semiconductor material is for example ZnO.

光電変換材料が有機材料である場合、所望の光電変換特性が得られるように、光電変換材料の分子設計を比較的自由に行うことができる。光電変換材料が有機材料である場合、光電変換材料を含む溶液を用いた塗布プロセスによって平坦化性に優れた光電変換層126を容易に形成することができる。有機半導体材料は、例えば、真空蒸着法または塗布法によって形成することができる。 When the photoelectric conversion material is an organic material, the molecular design of the photoelectric conversion material can be relatively freely designed so as to obtain desired photoelectric conversion characteristics. When the photoelectric conversion material is an organic material, the photoelectric conversion layer 126 with excellent planarization can be easily formed by a coating process using a solution containing the photoelectric conversion material. The organic semiconductor material can be formed by, for example, a vacuum deposition method or a coating method.

光電変換材料として有機半導体材料を用いる場合、光電変換層126は、ドナー材料とアクセプタ材料との積層膜で構成されていてもよく、これらの材料の混合膜で構成されていてもよい。ドナー材料とアクセプタ材料との積層膜の構造は、ヘテロ接合型と呼ばれる。ドナー材料とアクセプタ材料との混合膜の構造は、バルクヘテロ接合型と呼ばれる。 When an organic semiconductor material is used as the photoelectric conversion material, the photoelectric conversion layer 126 may be composed of a laminated film of a donor material and an acceptor material, or may be composed of a mixed film of these materials. A laminated film structure of a donor material and an acceptor material is called a heterojunction type. A mixed film structure of donor and acceptor materials is called a bulk heterojunction type.

有機化合物のp型半導体は、ドナー性有機半導体であり、主に、正孔輸送性有機化合物に代表され、電子を供与しやすい性質がある有機化合物をいう。具体的には、有機化合物のp型半導体は、2つの有機材料を接触させて用いたときにイオン化ポテンシャルの小さい方の有機化合物をいう。したがって、ドナー性有機半導体は、電子供与性のある有機化合物であればいずれの有機化合物も使用可能である。例えば、ドナー性有機半導体は、トリアリールアミン化合物、ベンジジン化合物、ピラゾリン化合物、スチリルアミン化合物、ヒドラゾン化合物、トリフェニルメタン化合物、カルバゾール化合物、ポリシラン化合物、チオフェン化合物、フタロシアニン化合物、シアニン化合物、メロシアニン化合物、オキソノール化合物、ポリアミン化合物、インドール化合物、ピロール化合物、ピラゾール化合物、ポリアリーレン化合物、縮合芳香族炭素環化合物または含窒素ヘテロ環化合物を配位子として有する金属錯体などを用いることができる。なお、縮合芳香族炭素環化合物は、例えば、ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、フェナントレン誘導体、テトラセン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体またはフルオランテン誘導体などである。これらに限らず、アクセプタ性有機半導体として用いた有機化合物よりもイオン化ポテンシャルの小さい有機化合物であればドナー性有機半導体として用いることができる。 A p-type semiconductor of an organic compound is a donor organic semiconductor, and is mainly represented by a hole-transporting organic compound, and refers to an organic compound having a property of easily donating electrons. Specifically, the p-type semiconductor of an organic compound refers to an organic compound having a smaller ionization potential when two organic materials are used in contact with each other. Therefore, any organic compound can be used as the donor organic semiconductor as long as it is an electron-donating organic compound. For example, donor organic semiconductors include triarylamine compounds, benzidine compounds, pyrazoline compounds, styrylamine compounds, hydrazone compounds, triphenylmethane compounds, carbazole compounds, polysilane compounds, thiophene compounds, phthalocyanine compounds, cyanine compounds, merocyanine compounds, and oxonol. compounds, polyamine compounds, indole compounds, pyrrole compounds, pyrazole compounds, polyarylene compounds, condensed aromatic carbocyclic compounds, or nitrogen-containing heterocyclic compounds as ligands. The condensed aromatic carbocyclic compounds are, for example, naphthalene derivatives, anthracene derivatives, phenanthrene derivatives, tetracene derivatives, pyrene derivatives, perylene derivatives, fluoranthene derivatives and the like. Any organic compound having a smaller ionization potential than the organic compound used as the acceptor organic semiconductor can be used as the donor organic semiconductor.

有機化合物のn型半導体は、アクセプタ性有機半導体であり、主に電子輸送性有機化合物に代表され、電子を受容しやすい性質がある有機化合物をいう。具体的には、有機化合物のn型半導体は、2つの有機化合物を接触させて用いたときに電子親和力の大きい方の有機化合物をいう。したがって、アクセプタ性有機化合物は、電子受容性のある有機化合物であればいずれの有機化合物も使用可能である。例えば、アクセプタ性有機化合物は、フラーレン、フラーレン誘導体、縮合芳香族炭素環化合物、ポリアリーレン化合物、フルオレン化合物、シクロペンタジエン化合物、シリル化合物、含窒素ヘテロ環化合物を配位子として有する金属錯体などを用いることができる。あるいは、アクセプタ性有機化合物は、窒素原子、酸素原子もしくは硫黄原子を含有する5または7員のヘテロ環化合物を配位子として有する金属錯体を用いることができる。なお、窒素原子、酸素原子もしくは硫黄原子を含有する5または7員のヘテロ環化合物は、例えばピリジン、ピラジン、ピリミジン、ピリダジン、トリアジン、キノリン、キノキサリン、キナゾリン、フタラジン、シンノリン、イソキノリン、プテリジン、アクリジン、フェナジン、フェナントロリン、テトラゾール、ピラゾール、イミダゾール、チアゾール、オキサゾール、インダゾール、ベンズイミダゾール、ベンゾトリアゾール、ベンゾオキサゾール、ベンゾチアゾール、カルバゾール、プリン、トリアゾロピリダジン、トリアゾロピリミジン、テトラザインデン、オキサジアゾール、イミダゾピリジン、ピラリジン、ピロロピリジン、チアジアゾロピリジン、ジベンズアゼピンまたはトリベンズアゼピンなどである。これらに限らず、上述したように、ドナー性有機化合物として用いた有機化合物よりも電子親和力の大きい有機化合物であればアクセプタ性有機半導体として用いることができる。 An n-type semiconductor of an organic compound is an acceptor organic semiconductor, which is mainly represented by an electron-transporting organic compound, and refers to an organic compound having a property of easily accepting electrons. Specifically, the n-type semiconductor of an organic compound refers to an organic compound having a larger electron affinity when two organic compounds are used in contact with each other. Therefore, as the acceptor organic compound, any organic compound can be used as long as it is an electron-accepting organic compound. For example, as the acceptor organic compound, a metal complex having a ligand such as fullerene, fullerene derivative, condensed aromatic carbocyclic compound, polyarylene compound, fluorene compound, cyclopentadiene compound, silyl compound, nitrogen-containing heterocyclic compound, or the like is used. be able to. Alternatively, a metal complex having a 5- or 7-membered heterocyclic compound containing a nitrogen atom, an oxygen atom or a sulfur atom as a ligand can be used as the acceptor organic compound. 5- or 7-membered heterocyclic compounds containing a nitrogen atom, an oxygen atom or a sulfur atom include, for example, pyridine, pyrazine, pyrimidine, pyridazine, triazine, quinoline, quinoxaline, quinazoline, phthalazine, cinnoline, isoquinoline, pteridine, acridine, phenazine, phenanthroline, tetrazole, pyrazole, imidazole, thiazole, oxazole, indazole, benzimidazole, benzotriazole, benzoxazole, benzothiazole, carbazole, purine, triazolopyridazine, triazolopyrimidine, tetrazaindene, oxadiazole, imidazopyridine , pyralidine, pyrrolopyridine, thiadiazolopyridine, dibenzazepine or tribenzazepine. As described above, any organic compound having a higher electron affinity than the organic compound used as the donor organic compound can be used as the acceptor organic semiconductor.

対向電極127は、画素電極122が捕集する信号電荷とは逆極性の電荷を捕集する。対向電極127には、所定の電圧が印加される。これにより、対向電極127と複数の画素電極122との間に電位差が生じ、光電変換層126には電界が与えられる。対向電極127は、光電変換層126で生じた正孔および電子のうち、電界によって対向電極127側に移動する電荷を捕集する。 The counter electrode 127 collects charges of opposite polarity to the signal charges collected by the pixel electrodes 122 . A predetermined voltage is applied to the counter electrode 127 . Thereby, a potential difference is generated between the counter electrode 127 and the plurality of pixel electrodes 122 , and an electric field is applied to the photoelectric conversion layer 126 . The counter electrode 127 collects charges that move to the counter electrode 127 side due to the electric field among the holes and electrons generated in the photoelectric conversion layer 126 .

対向電極127は、ITO層の積層構造を有する。具体的には、図6に示されるように、対向電極127は、第1ITO層127aと、第2ITO層127bとを含む。 The counter electrode 127 has a laminated structure of ITO layers. Specifically, as shown in FIG. 6, the counter electrode 127 includes a first ITO layer 127a and a second ITO layer 127b.

第1ITO層127aは、第2ITO層127bよりも光電変換層126側に設けられている。具体的には、第1ITO層127aは、光電変換層126の上面に直接積層されている。 The first ITO layer 127a is provided closer to the photoelectric conversion layer 126 than the second ITO layer 127b. Specifically, the first ITO layer 127 a is directly laminated on the upper surface of the photoelectric conversion layer 126 .

第2ITO層127bは、第1ITO層127aの、光電変換層126とは反対側の主面に積層されている。具体的には、第2ITO層127bは、第1ITO層127aの上面に直接積層されている。 The second ITO layer 127b is stacked on the main surface of the first ITO layer 127a opposite to the photoelectric conversion layer 126 . Specifically, the second ITO layer 127b is directly laminated on the upper surface of the first ITO layer 127a.

第1ITO層127aおよび第2ITO層127bは、光電変換層126の端面と、絶縁層121の、光電変換層126に覆われていない部分とを覆っている。具体的には、第1ITO層127aは、光電変換層126の端面と、絶縁層121の、光電変換層126に覆われていない部分とに接触している。第1ITO層127aは、電極端子124に接触しており、電極端子124と電気的に接続されている。 The first ITO layer 127 a and the second ITO layer 127 b cover the end surface of the photoelectric conversion layer 126 and the portion of the insulating layer 121 not covered with the photoelectric conversion layer 126 . Specifically, the first ITO layer 127 a is in contact with the end surface of the photoelectric conversion layer 126 and the portion of the insulating layer 121 not covered with the photoelectric conversion layer 126 . The first ITO layer 127 a is in contact with the electrode terminal 124 and electrically connected to the electrode terminal 124 .

第2ITO層127bの結晶子サイズは、第1ITO層127aの結晶子サイズより大きい。上述した結晶子サイズとシート抵抗との関係からも分かるように、第2ITO層127bのシート抵抗は、第1ITO層127aのシート抵抗より小さい。また、第2ITO層127bの仕事関数は、第1ITO層127aの仕事関数より大きい。 The crystallite size of the second ITO layer 127b is larger than the crystallite size of the first ITO layer 127a. As can be seen from the relationship between the crystallite size and the sheet resistance described above, the sheet resistance of the second ITO layer 127b is smaller than the sheet resistance of the first ITO layer 127a. Also, the work function of the second ITO layer 127b is greater than the work function of the first ITO layer 127a.

本実施の形態では、第2ITO層127bの膜厚は、第1ITO層127aの膜厚より大きい。例えば、第2ITO層127bの膜厚は、第1ITO層127aの膜厚の1.5倍以上であるが、2倍以上であってもよく、4倍以上であってもよい。 In this embodiment, the thickness of the second ITO layer 127b is greater than the thickness of the first ITO layer 127a. For example, the film thickness of the second ITO layer 127b is 1.5 times or more the film thickness of the first ITO layer 127a, but may be 2 times or more or 4 times or more.

[2-2.電流電圧特性]
次に、光電変換部120の電流電圧特性について説明する。
[2-2. Current-voltage characteristics]
Next, the current-voltage characteristics of the photoelectric conversion unit 120 will be described.

本発明者らは、電流電圧特性を測定するために、図6に示される光電変換部120を実施例4に係るサンプル素子として作製した。本発明者らは、さらに、比較例7および比較例8に係るサンプル素子として、対向電極127がITO層の単層構造である点以外の構成が実施例4と同じであるサンプル素子を作製した。 In order to measure current-voltage characteristics, the inventors fabricated a photoelectric conversion unit 120 shown in FIG. 6 as a sample element according to Example 4. FIG. The present inventors further produced sample elements according to Comparative Examples 7 and 8, which had the same configuration as that of Example 4 except that the counter electrode 127 had a single-layer structure of an ITO layer. .

実施例4に係るサンプル素子では、画素電極122および電極端子124として、膜厚が50nmの窒化チタン(TiN)膜をスパッタ法で形成した。光電変換層126として、Sn(OSiHexNcとフラーレン(C60)とを1:9の体積比で含む混合膜である有機光電変換膜を真空蒸着法で形成した。また、第1ITO層127aは、酸素濃度が1.1%の成膜ガス中で成膜された膜厚20nmのITO層である。第2ITO層127bは、酸素濃度が0.4%の成膜ガス中で成膜された膜厚30nmのITO層である。 In the sample element according to Example 4, a titanium nitride (TiN) film with a thickness of 50 nm was formed by sputtering as the pixel electrode 122 and the electrode terminal 124 . As the photoelectric conversion layer 126, an organic photoelectric conversion film, which is a mixed film containing Sn( OSiHex3 ) 2Nc and fullerene ( C60) at a volume ratio of 1:9, was formed by vacuum deposition. The first ITO layer 127a is an ITO layer with a film thickness of 20 nm formed in a film formation gas with an oxygen concentration of 1.1%. The second ITO layer 127b is an ITO layer with a film thickness of 30 nm formed in a film formation gas with an oxygen concentration of 0.4%.

比較例7に係るサンプル素子は、対向電極127として、酸素濃度が0.4%の成膜ガス中で成膜された膜厚50nmのITO層の単層構造を有する。比較例8に係るサンプル素子は、対向電極127として、酸素濃度が1.1%の成膜ガス中で成膜された膜厚50nmのITO層の単層構造を有する。比較例7に係るサンプル素子の対向電極127のシート抵抗は、比較例8に係るサンプル素子の対向電極127のシート抵抗よりも低抵抗である。具体的には、比較例7に係る対向電極127のシート抵抗は、比較例2と同じであり、71Ω/sqである。比較例8に係る対向電極127のシート抵抗は、比較例4と同じであり、372Ω/sqである。 A sample element according to Comparative Example 7 has a single-layer structure of an ITO layer having a thickness of 50 nm formed in a film forming gas having an oxygen concentration of 0.4% as the counter electrode 127 . A sample element according to Comparative Example 8 has a single-layer structure of an ITO layer with a thickness of 50 nm formed in a film forming gas having an oxygen concentration of 1.1% as the counter electrode 127 . The sheet resistance of the counter electrode 127 of the sample element according to Comparative Example 7 is lower than the sheet resistance of the counter electrode 127 of the sample element according to Comparative Example 8. Specifically, the sheet resistance of the counter electrode 127 according to Comparative Example 7 is the same as that of Comparative Example 2, which is 71Ω/sq. The sheet resistance of the counter electrode 127 according to Comparative Example 8 is the same as that of Comparative Example 4, which is 372Ω/sq.

本発明者らは、実施例4、比較例7および比較例8の各々に係るサンプル素子の電流電圧特性を測定した。具体的には、対向電極127に印加する印加電圧を-0.2Vから0Vまで掃引して、対向電極127と画素電極122との間に流れる電流の電流値を測定した。 The present inventors measured the current-voltage characteristics of the sample devices according to Example 4, Comparative Example 7 and Comparative Example 8, respectively. Specifically, the voltage applied to the counter electrode 127 was swept from -0.2 V to 0 V, and the current value of the current flowing between the counter electrode 127 and the pixel electrode 122 was measured.

なお、電流電圧特性の測定には、Keysight社製の半導体パラメータアナライザB1500Aを用いた。また、測定中には、朝日分光株式会社製のキセノン光源MAX-303を用いて、サンプル素子の光電変換層126に対して光を照射した。 A semiconductor parameter analyzer B1500A manufactured by Keysight was used to measure the current-voltage characteristics. During the measurement, a xenon light source MAX-303 manufactured by Asahi Spectrosco Co., Ltd. was used to irradiate the photoelectric conversion layer 126 of the sample element with light.

図7は、実施の形態に係る光電変換部の電流電圧特性の一例を示すグラフである。図7において、横軸は対向電極127に印加される印加電圧を表し、縦軸は、画素電極122と対向電極127との間に流れる電流を表している。なお、画素電極122の電位は一定であるので、横軸は、対向電極127と画素電極122との間の電位差に相当している。 FIG. 7 is a graph showing an example of current-voltage characteristics of the photoelectric conversion unit according to the embodiment. In FIG. 7, the horizontal axis represents the applied voltage applied to the counter electrode 127 and the vertical axis represents the current flowing between the pixel electrode 122 and the counter electrode 127 . Since the potential of the pixel electrode 122 is constant, the horizontal axis corresponds to the potential difference between the counter electrode 127 and the pixel electrode 122 .

図7に示されるように、電流値が1.0×10-11Aになるときの印加電圧は、比較例7、比較例8および実施例4に係るサンプル素子ではそれぞれ、-0.195V、-0.135V、-0.145Vであった。この結果、シート抵抗が低い比較例7に係るサンプル素子では、シート抵抗が高い比較例8に係るサンプル素子よりも、電流が流れ始めるときの印加電圧が負側に0.05V大きい。なお、ここでは、電流値が1.0×10-11Aになるときを、電流が流れ始めるときとみなしている。電流が流れ始めるときは、光電変換層126で生成した電子-正孔対を電子と正孔とに分離して移動させることができたときであり、信号電荷として検出が可能、すなわち、光電変換部120を駆動させることができるときである。したがって、電流が流れ始めるときに対向電極127に印加している印加電圧が、光電変換部120の駆動電圧である。 As shown in FIG. 7, the applied voltage when the current value becomes 1.0×10 −11 A is −0.195 V, −0.195 V, -0.135V, -0.145V. As a result, in the sample element according to Comparative Example 7, which has a low sheet resistance, the applied voltage is 0.05 V higher on the negative side than the sample element according to Comparative Example 8, which has a high sheet resistance, when the current starts to flow. Here, the time when the current value reaches 1.0×10 −11 A is regarded as the time when the current starts to flow. When the current starts to flow, the electron-hole pairs generated in the photoelectric conversion layer 126 can be separated into electrons and holes and moved, and can be detected as signal charges, that is, photoelectric conversion. This is when the unit 120 can be driven. Therefore, the applied voltage applied to the counter electrode 127 when the current starts to flow is the driving voltage of the photoelectric conversion section 120 .

図7に示される結果から、シート抵抗が低い比較例7に係るサンプル素子では、シート抵抗が高い比較例8に係るサンプル素子よりも、絶対値が大きい駆動電圧が必要であることが分かる。つまり、シート抵抗が低い単層のITO層を対向電極127として用いた場合には、絶対値が大きい駆動電圧が必要であるので、光電変換部120の電流電圧特性の制御性が悪いと言える。 From the results shown in FIG. 7, it can be seen that the sample element according to Comparative Example 7, which has a low sheet resistance, requires a driving voltage with a larger absolute value than the sample element according to Comparative Example 8, which has a high sheet resistance. In other words, when a single ITO layer having a low sheet resistance is used as the counter electrode 127, a driving voltage having a large absolute value is required, so it can be said that the controllability of the current-voltage characteristics of the photoelectric conversion section 120 is poor.

これに対して、実施例4に係るサンプル素子では、図7に示されるように、シート抵抗が高い比較例8に係るサンプル素子と同等程度の駆動電圧で光電変換部120が駆動可能であることが分かる。したがって、ITO層の積層構造を利用することにより、電流電圧特性の制御性を向上させることができる。 On the other hand, in the sample element according to Example 4, as shown in FIG. 7, the photoelectric conversion unit 120 can be driven with a drive voltage approximately equal to that of the sample element according to Comparative Example 8 having a high sheet resistance. I understand. Therefore, by utilizing the laminated structure of the ITO layers, it is possible to improve the controllability of the current-voltage characteristics.

なお、このような電流電圧特性のシフトに伴う駆動電圧の変化は、光電変換層126に接するITO層の仕事関数の差異が影響している。比較例7に係るサンプル素子のITO層と比較例8に係るサンプル素子のITO層との仕事関数の差は、図7に示される駆動電圧の差であり、約-0.05Vである。つまり、比較例8に係る結晶子サイズが小さいITO層の仕事関数は、比較例7に係る結晶子サイズが大きいITO層の仕事関数より小さい。 It should be noted that the difference in the work function of the ITO layer in contact with the photoelectric conversion layer 126 has an effect on the change in drive voltage that accompanies such a shift in current-voltage characteristics. The difference in work function between the ITO layer of the sample device according to Comparative Example 7 and the ITO layer of the sample device according to Comparative Example 8 is the difference in drive voltage shown in FIG. 7, which is about −0.05V. That is, the work function of the ITO layer with a small crystallite size according to Comparative Example 8 is smaller than the work function of the ITO layer with a large crystallite size according to Comparative Example 7.

実施例4に係るサンプル素子では、光電変換層126側の第1ITO層127aが、比較例8に係るサンプル素子のITO層と同じであり、シート抵抗が高く、仕事関数が小さいITO層である。実施例4に係るサンプル素子の電流電圧特性は、比較例8と同等であることから、電流電圧特性の制御性は、対向電極127全体ではなく、光電変換層126側の第1ITO層127aの仕事関数によって調整できることが分かる。具体的には、光電変換層126側の第1ITO層127aの仕事関数が小さい程、対向電極127と画素電極122との間で光電変換層126を通って流れる電流が流れやすくなり、電流電圧特性の制御性を向上させることができる。 In the sample element according to Example 4, the first ITO layer 127a on the photoelectric conversion layer 126 side is the same as the ITO layer of the sample element according to Comparative Example 8, and is an ITO layer having a high sheet resistance and a small work function. Since the current-voltage characteristics of the sample element according to Example 4 are equivalent to those of Comparative Example 8, the controllability of the current-voltage characteristics depends not on the counter electrode 127 as a whole, but on the first ITO layer 127a on the photoelectric conversion layer 126 side. It can be seen that the functions can be adjusted. Specifically, the smaller the work function of the first ITO layer 127a on the photoelectric conversion layer 126 side, the easier it is for the current to flow through the photoelectric conversion layer 126 between the counter electrode 127 and the pixel electrode 122. controllability can be improved.

以上のように、本実施の形態に係る光電変換部120では、第2ITO層127bの結晶子サイズが第1ITO層127aの結晶子サイズより小さいことにより、第2ITO層127bのシート抵抗が第1ITO層127aのシート抵抗より低くなる。これにより、対向電極127全体のシート抵抗を低くすることができる。 As described above, in the photoelectric conversion body 120 according to the present embodiment, the crystallite size of the second ITO layer 127b is smaller than that of the first ITO layer 127a. The sheet resistance is lower than that of 127a. Thereby, the sheet resistance of the entire counter electrode 127 can be reduced.

また、光電変換層126側の第1ITO層127aの結晶子サイズが第2ITO層127bの結晶子サイズより小さいことにより、第1ITO層127aの仕事関数が第2ITO層127bの仕事関数より小さくなる。これにより、光電変換部120の電流電圧特性の制御性を向上させることができる。 Also, since the crystallite size of the first ITO layer 127a on the photoelectric conversion layer 126 side is smaller than the crystallite size of the second ITO layer 127b, the work function of the first ITO layer 127a is smaller than the work function of the second ITO layer 127b. Thereby, the controllability of the current-voltage characteristics of the photoelectric conversion unit 120 can be improved.

なお、ITO層の成膜条件は、ITO層の結晶子サイズを調整できれば、上述した条件に限定されない。例えば、ITO層の成膜は、湿式法を用いて行われてもよい。また、成膜後の加熱温度は、ITO層の結晶化が進行する温度であればよく、例えば、150℃であってもよい。加熱時の雰囲気は、真空減圧雰囲気、アルゴンなどの希ガス雰囲気、または、酸素雰囲気であってもよい。また、成膜ガスには、水素または窒素などのガスが含まれていてもよい。スパッタ法のターゲットの組成は、InO:SnO=9.5:0.5であってもよい。各層の膜厚についても、上述した例に限定されない。 The conditions for forming the ITO layer are not limited to the conditions described above as long as the crystallite size of the ITO layer can be adjusted. For example, deposition of the ITO layer may be performed using a wet method. Moreover, the heating temperature after film formation may be any temperature at which crystallization of the ITO layer proceeds, and may be 150° C., for example. The atmosphere during heating may be a vacuum reduced pressure atmosphere, a rare gas atmosphere such as argon, or an oxygen atmosphere. In addition, the deposition gas may contain a gas such as hydrogen or nitrogen. The composition of the sputtering target may be InO:SnO=9.5:0.5. Also, the film thickness of each layer is not limited to the examples described above.

[2-3.変形例]
ここで、光電変換部の変形例について、図8を用いて説明する。図8は、実施の形態に係る光電変換部の別の一例を示す断面図である。
[2-3. Modification]
Here, a modification of the photoelectric conversion unit will be described with reference to FIG. 8 . FIG. 8 is a cross-sectional view showing another example of the photoelectric conversion unit according to the embodiment.

図8に示される光電変換部130は、図6に示される光電変換部120と比較して、新たに、電子ブロック層128と、正孔ブロック層129とを備える点が相違する。以下では、図6に示される構造との相違点を中心に説明を行い、共通点の説明を省略または簡略化する。 The photoelectric conversion section 130 shown in FIG. 8 is different from the photoelectric conversion section 120 shown in FIG. 6 in newly including an electron blocking layer 128 and a hole blocking layer 129 . The following description focuses on the differences from the structure shown in FIG. 6, and omits or simplifies the description of the common points.

電子ブロック層128は、光電変換層126と画素電極122との間に位置する第2機能層の一例である。電子ブロック層128は、光電変換によって光電変換層126中に電子の画素電極122内への移動を抑制する機能を有する。電子ブロック層128は、電子の通過を抑制し、正孔の通過を可能にする。 The electron blocking layer 128 is an example of a second functional layer located between the photoelectric conversion layer 126 and the pixel electrode 122 . The electron blocking layer 128 has a function of suppressing movement of electrons into the pixel electrode 122 in the photoelectric conversion layer 126 by photoelectric conversion. Electron blocking layer 128 inhibits the passage of electrons and allows the passage of holes.

電子ブロック層128を形成するための材料としては、p型半導体または正孔輸送性有機化合物を用いることができる。このような材料の例は、TPD(N,N’-ビス(3-メチルフェニル)-(1,1’-ビフェニル)-4,4’-ジアミン)、α-NPD(4,4’-ビス[N-(ナフチル)-N-フェニル-アミノ]ビフェニル)などの芳香族ジアミン化合物、オキサゾール、オキサジアゾール、トリアゾール、イミダゾール、イミダゾロン、スチルベン誘導体、ピラゾリン誘導体、テトラヒドロイミダゾール、ポリアリールアルカン、ブタジエン、m-MTDATA(4,4’,4”-トリス(N-(3-メチルフェニル)N-フェニルアミノ)トリフェニルアミン)、ぺリレン、ならびに、ポルフィン、テトラフェニルポルフィン銅、フタロシアニン、銅フタロシアニンおよびチタニウムフタロシアニンオキサイドなどのポリフィリン化合物、トリアゾール誘導体、オキサジザゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体、ピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アニールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、オキサゾール誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、シラザン誘導体などである。あるいは、電子ブロック層128を形成するための材料として、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、ジアセチレンなどの重合体、または、これらの誘導体を用いることができる。電子ブロック層128を形成するための材料は、光電変換層126を構成する材料の電子親和力を考慮して上記の材料から選択され得る。電子ブロック層128は、有機材料だけでなく、無機材料を用いて形成されていてもよい。 As a material for forming the electron blocking layer 128, a p-type semiconductor or a hole-transporting organic compound can be used. Examples of such materials are TPD (N,N'-bis(3-methylphenyl)-(1,1'-biphenyl)-4,4'-diamine), α-NPD (4,4'-bis aromatic diamine compounds such as [N-(naphthyl)-N-phenyl-amino]biphenyl), oxazoles, oxadiazoles, triazoles, imidazoles, imidazolones, stilbene derivatives, pyrazoline derivatives, tetrahydroimidazoles, polyarylalkanes, butadiene, m - MTDATA (4,4′,4″-tris(N-(3-methylphenyl)N-phenylamino)triphenylamine), perylene, and porphine, tetraphenylporphine copper, phthalocyanine, copper phthalocyanine and titanium phthalocyanine Porphyrin compounds such as oxides, triazole derivatives, oxazizazole derivatives, imidazole derivatives, polyarylalkane derivatives, pyrazoline derivatives, pyrazolone derivatives, phenylenediamine derivatives, annealamine derivatives, amino-substituted chalcone derivatives, oxazole derivatives, styrylanthracene derivatives, fluorenone derivatives, hydrazones derivatives, silazane derivatives, etc. Alternatively, materials for forming the electron block layer 128 include polymers such as phenylene vinylene, fluorene, carbazole, indole, pyrene, pyrrole, picoline, thiophene, acetylene, and diacetylene, or These derivatives can be used.The material for forming the electron blocking layer 128 can be selected from the above materials in consideration of the electron affinity of the material constituting the photoelectric conversion layer 126. The electron blocking layer 128 is It may be formed using not only an organic material but also an inorganic material.

電子ブロック層128の膜厚は、特に限定されない。電子のトンネル確率を十分に低下させる観点から、電子ブロック層128の膜厚は、5nm以上であってもよい。電子ブロック層128の膜厚の上限値は、例えば、100nmである。 The film thickness of the electron blocking layer 128 is not particularly limited. From the viewpoint of sufficiently reducing the tunneling probability of electrons, the thickness of the electron blocking layer 128 may be 5 nm or more. The upper limit of the film thickness of the electron blocking layer 128 is, for example, 100 nm.

正孔ブロック層129は、光電変換層126と第1ITO層127aとの間に位置する第1機能層の一例である。正孔ブロック層129は、対向電極127から光電変換層126への正孔の移動を抑制する機能を有する。正孔ブロック層129は、正孔の通過を抑制し、電子の通過を可能にする。 The hole blocking layer 129 is an example of a first functional layer positioned between the photoelectric conversion layer 126 and the first ITO layer 127a. The hole blocking layer 129 has a function of suppressing movement of holes from the counter electrode 127 to the photoelectric conversion layer 126 . The hole-blocking layer 129 suppresses passage of holes and allows passage of electrons.

正孔ブロック層129を形成するための材料としては、n型半導体または電子輸送性有機化合物を用いることができる。このような材料の例は、C60およびC70などのフラーレン、インデン-C60ビス付加物(ICBA)などのフラーレン誘導体、カーボンナノチューブおよびその誘導体、OXD-7(1,3-ビス(4-tert-ブチルフェニル-1,3,4-オキサジアゾリル)フェニレン)などのオキサジアゾール誘導体、アントラキノジメタン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、バソクプロイン(BCP)、バソフェナントロリンおよびその誘導体、ジスチリルアリーレン誘導体、トリアゾール化合物、シロール化合物、トリス(8-ヒドロキシキノリナート)アルミニウム錯体、ビス(4-メチル-8-キノリナート)アルミニウム錯体、アセチルアセトネート錯体、銅フタロシアニン、3,4,9,10-ペリレンテトラカルボン酸二無水物(PTCDA)、Alqなどの有機物もしくは有機-金属化合物、または、MgAg、MgOなどの無機物などである。正孔ブロック層129を形成するための材料は、光電変換層126を構成する材料のイオン化ポテンシャルを考慮して上記の材料から選択され得る。 As a material for forming the hole blocking layer 129, an n-type semiconductor or an electron-transporting organic compound can be used. Examples of such materials are fullerenes such as C60 and C70, fullerene derivatives such as indene- C60 bis-adduct ( ICBA), carbon nanotubes and their derivatives, OXD- 7 (1,3-bis(4- tert-butylphenyl-1,3,4-oxadiazolyl)phenylene), anthraquinodimethane derivatives, diphenylquinone derivatives, bathocuproine (BCP), bathophenanthroline and its derivatives, distyrylarylene derivatives, triazole compounds , silole compound, tris(8-hydroxyquinolinato)aluminum complex, bis(4-methyl-8-quinolinato)aluminum complex, acetylacetonate complex, copper phthalocyanine, 3,4,9,10-perylenetetracarboxylic acid di Anhydrides (PTCDA), organics or organo-metallic compounds such as Alq, or inorganics such as MgAg, MgO. A material for forming the hole blocking layer 129 can be selected from the above materials in consideration of the ionization potential of the material forming the photoelectric conversion layer 126 .

以上のように、光電変換部130は、電子ブロック層128および正孔ブロック層129を含むことで、光電変換機能を高めることができる。 As described above, the photoelectric conversion section 130 includes the electron blocking layer 128 and the hole blocking layer 129, so that the photoelectric conversion function can be enhanced.

なお、本変形例では、画素電極122が信号電荷として正孔を捕集する例を説明したが、画素電極122は、信号電荷として電荷を捕集してもよい。この場合、正孔ブロック層129は、画素電極122と光電変換層126との間に位置し、電子ブロック層128は、光電変換層126と対向電極127との間に位置する。 In this modified example, the pixel electrode 122 collects holes as signal charges, but the pixel electrodes 122 may collect charges as signal charges. In this case, the hole blocking layer 129 is positioned between the pixel electrode 122 and the photoelectric conversion layer 126 , and the electron blocking layer 128 is positioned between the photoelectric conversion layer 126 and the counter electrode 127 .

また、光電変換部130は、電子ブロック層128および正孔ブロック層129のいずれか一方のみを備えていてもよく、他方を備えていなくてもよい。また、光電変換部130は、電荷のブロッキング機能を有する層以外に、電子注入層、電子輸送層、正孔注入層、正孔輸送層などの光電変換機能を高めるための機能層を含んでもよい。 Further, the photoelectric conversion section 130 may include either one of the electron blocking layer 128 and the hole blocking layer 129, or may not include the other. Further, the photoelectric conversion section 130 may include functional layers for enhancing the photoelectric conversion function, such as an electron injection layer, an electron transport layer, a hole injection layer, and a hole transport layer, in addition to the layer having the charge blocking function. .

[3.撮像装置]
次に、本実施の形態に係る撮像装置について、図9および図10を用いて説明する。
[3. Imaging device]
Next, an imaging device according to this embodiment will be described with reference to FIGS. 9 and 10. FIG.

図9は、本実施の形態に係る撮像装置200の回路構成を示す回路図である。図10は、本実施の形態に係る撮像装置200における単位画素210の断面図である。 FIG. 9 is a circuit diagram showing the circuit configuration of the imaging device 200 according to this embodiment. FIG. 10 is a cross-sectional view of a unit pixel 210 in the imaging device 200 according to this embodiment.

[3-1.回路構成]
以下では、まず、本実施の形態に係る撮像装置200の回路構成について説明する。撮像装置200は、図9に示されるように、複数の単位画素210と、周辺回路とを備える。複数の単位画素210は、電荷検出回路25、光電変換部120、および、電荷検出回路25と光電変換部120とに電気的に接続された電荷蓄積ノード24を含む。
[3-1. circuit configuration]
First, the circuit configuration of the imaging device 200 according to the present embodiment will be described below. The imaging device 200 includes a plurality of unit pixels 210 and peripheral circuits, as shown in FIG. A plurality of unit pixels 210 includes charge detection circuit 25 , photoelectric conversion section 120 , and charge accumulation node 24 electrically connected to charge detection circuit 25 and photoelectric conversion section 120 .

撮像装置200は、例えば、1チップの集積回路で実現される有機イメージセンサであり、2次元に配列された複数の単位画素210を含む画素アレイを有する。複数の単位画素210は、2次元、すなわち行方向および列方向に配列されて、画素領域である感光領域を形成している。図9は、単位画素210が2行2列のマトリクス状に配列された例を示している。撮像装置200は、ラインセンサであってもよい。その場合、複数の単位画素210は、1次元に配列されていてもよい。本明細書において、行方向および列方向とは、行および列がそれぞれ延びる方向をいう。つまり、垂直方向が列方向であり、水平方向が行方向である。 The imaging device 200 is, for example, an organic image sensor realized by a one-chip integrated circuit, and has a pixel array including a plurality of unit pixels 210 arranged two-dimensionally. A plurality of unit pixels 210 are arranged two-dimensionally, that is, in row and column directions to form a photosensitive region, which is a pixel region. FIG. 9 shows an example in which the unit pixels 210 are arranged in a matrix of 2 rows and 2 columns. The imaging device 200 may be a line sensor. In that case, the plurality of unit pixels 210 may be arranged one-dimensionally. In this specification, row direction and column direction refer to directions in which rows and columns extend, respectively. That is, the vertical direction is the column direction and the horizontal direction is the row direction.

各単位画素210は、光電変換部120と電荷検出回路25とに電気的に接続された電荷蓄積ノード24を含む。電荷検出回路25は、増幅トランジスタ11と、リセットトランジスタ12と、アドレストランジスタ13とを含む。 Each unit pixel 210 includes a charge storage node 24 electrically connected to the photoelectric conversion section 120 and the charge detection circuit 25 . Charge detection circuit 25 includes amplification transistor 11 , reset transistor 12 , and address transistor 13 .

光電変換部120は、画素電極122、光電変換層126、および、対向電極127を含む。対向電極127には、電圧制御回路30から対向電極信号線16を介して所定の電圧が印加される。 The photoelectric conversion unit 120 includes pixel electrodes 122 , a photoelectric conversion layer 126 and a counter electrode 127 . A predetermined voltage is applied to the counter electrode 127 from the voltage control circuit 30 via the counter electrode signal line 16 .

画素電極122は、増幅トランジスタ11のゲート電極39B(図10を参照)に接続されている。画素電極122によって集められた信号電荷は、画素電極122と増幅トランジスタ11のゲート電極39Bとの間に位置する電荷蓄積ノード24に蓄積される。本実施の形態では、信号電荷は正孔であるが、信号電荷は電子であってもよい。 The pixel electrode 122 is connected to the gate electrode 39B of the amplification transistor 11 (see FIG. 10). The signal charge collected by the pixel electrode 122 is stored in the charge storage node 24 located between the pixel electrode 122 and the gate electrode 39B of the amplification transistor 11. FIG. In this embodiment, the signal charges are holes, but the signal charges may be electrons.

電荷蓄積ノード24に蓄積された信号電荷は、信号電荷の量に応じた電圧として増幅トランジスタ11のゲート電極39Bに印加される。増幅トランジスタ11は、この電圧を増幅する。増幅された電圧は、信号電圧として、アドレストランジスタ13によって選択的に読み出される。リセットトランジスタ12は、そのソース電極およびドレイン電極の一方が画素電極122に接続されており、電荷蓄積ノード24に蓄積された信号電荷をリセットする。言い換えると、リセットトランジスタ12は、増幅トランジスタ11のゲート電極39Bおよび画素電極122の電位をリセットする。 The signal charge accumulated in the charge accumulation node 24 is applied to the gate electrode 39B of the amplification transistor 11 as a voltage corresponding to the amount of signal charge. The amplification transistor 11 amplifies this voltage. The amplified voltage is selectively read out by the address transistor 13 as a signal voltage. The reset transistor 12 has one of its source electrode and drain electrode connected to the pixel electrode 122 and resets the signal charge accumulated in the charge accumulation node 24 . In other words, the reset transistor 12 resets the potentials of the gate electrode 39B of the amplification transistor 11 and the pixel electrode 122 .

複数の単位画素210において上述した動作を選択的に行うために、撮像装置200は、図9に示されるように、電源配線21と、垂直信号線17と、アドレス信号線26と、リセット信号線27とを有する。これらの線が各単位画素210にそれぞれ接続されている。具体的には、電源配線21は、増幅トランジスタ11のソース電極およびドレイン電極の一方に接続されている。垂直信号線17は、アドレストランジスタ13のソース電極およびドレイン電極の一方に接続されている。アドレス信号線26は、アドレストランジスタ13のゲート電極39C(図10を参照)に接続されている。リセット信号線27は、リセットトランジスタ12のゲート電極39A(図10を参照)に接続されている。 In order to selectively perform the above-described operations in a plurality of unit pixels 210, the imaging device 200 includes power supply wirings 21, vertical signal lines 17, address signal lines 26, and reset signal lines, as shown in FIG. 27. These lines are connected to each unit pixel 210 respectively. Specifically, the power supply wiring 21 is connected to one of the source electrode and the drain electrode of the amplification transistor 11 . A vertical signal line 17 is connected to one of a source electrode and a drain electrode of the address transistor 13 . The address signal line 26 is connected to the gate electrode 39C of the address transistor 13 (see FIG. 10). The reset signal line 27 is connected to the gate electrode 39A of the reset transistor 12 (see FIG. 10).

周辺回路は、垂直走査回路15と、水平信号読出し回路20と、複数のカラム信号処理回路19と、複数の負荷回路18と、複数の差動増幅器22と、電圧制御回路30とを含む。垂直走査回路15は、行走査回路とも称される。水平信号読出し回路20は、列走査回路とも称される。カラム信号処理回路19は、行信号蓄積回路とも称される。差動増幅器22は、フィードバックアンプとも称される。 The peripheral circuits include a vertical scanning circuit 15 , a horizontal signal readout circuit 20 , multiple column signal processing circuits 19 , multiple load circuits 18 , multiple differential amplifiers 22 , and a voltage control circuit 30 . The vertical scanning circuit 15 is also called a row scanning circuit. The horizontal signal readout circuit 20 is also called a column scanning circuit. The column signal processing circuit 19 is also called a row signal storage circuit. Differential amplifier 22 is also referred to as a feedback amplifier.

垂直走査回路15は、アドレス信号線26およびリセット信号線27に接続されている。垂直走査回路15は、各行に配置された複数の単位画素210を行単位で選択し、信号電圧の読出しおよび画素電極122の電位のリセットを行う。ソースフォロア電源である電源配線21は、各単位画素210に所定の電源電圧を供給する。水平信号読出し回路20は、複数のカラム信号処理回路19に電気的に接続されている。カラム信号処理回路19は、各列に対応した垂直信号線17を介して、各列に配置された単位画素210に電気的に接続されている。負荷回路18は、各垂直信号線17に電気的に接続されている。負荷回路18と増幅トランジスタ11とは、ソースフォロア回路を形成する。 The vertical scanning circuit 15 is connected to address signal lines 26 and reset signal lines 27 . The vertical scanning circuit 15 selects a plurality of unit pixels 210 arranged in each row for each row, reads signal voltages, and resets the potentials of the pixel electrodes 122 . A power supply line 21 that is a source follower power supply supplies a predetermined power supply voltage to each unit pixel 210 . The horizontal signal readout circuit 20 is electrically connected to a plurality of column signal processing circuits 19 . The column signal processing circuit 19 is electrically connected to the unit pixels 210 arranged in each column via the vertical signal lines 17 corresponding to each column. A load circuit 18 is electrically connected to each vertical signal line 17 . The load circuit 18 and the amplification transistor 11 form a source follower circuit.

複数の差動増幅器22は、各列に対応して設けられている。差動増幅器22の負側の入力端子は、対応した垂直信号線17に接続されている。差動増幅器22の出力端子は、各列に対応したフィードバック線23を介して単位画素210に接続されている。 A plurality of differential amplifiers 22 are provided corresponding to each column. A negative input terminal of the differential amplifier 22 is connected to the corresponding vertical signal line 17 . The output terminal of the differential amplifier 22 is connected to the unit pixel 210 via the feedback line 23 corresponding to each column.

垂直走査回路15は、アドレス信号線26によって、アドレストランジスタ13のオンおよびオフを制御する行選択信号をアドレストランジスタ13のゲート電極39Cに印加する。これにより、読出し対象の行が走査され、選択される。選択された行の単位画素210から垂直信号線17に信号電圧が読み出される。垂直走査回路15は、リセット信号線27を介して、リセットトランジスタ12のオンおよびオフを制御するリセット信号をリセットトランジスタ12のゲート電極39Aに印加する。これにより、リセット動作の対象となる単位画素210の行が選択される。垂直信号線17は、垂直走査回路15によって選択された単位画素210から読み出された信号電圧をカラム信号処理回路19へ伝達する。 The vertical scanning circuit 15 applies a row selection signal for controlling ON/OFF of the address transistor 13 to the gate electrode 39C of the address transistor 13 through the address signal line 26 . This scans and selects the row to be read. A signal voltage is read out to the vertical signal line 17 from the unit pixel 210 in the selected row. The vertical scanning circuit 15 applies a reset signal for controlling ON/OFF of the reset transistor 12 to the gate electrode 39A of the reset transistor 12 via the reset signal line 27 . Thereby, the row of the unit pixels 210 to be reset is selected. The vertical signal line 17 transmits the signal voltage read from the unit pixel 210 selected by the vertical scanning circuit 15 to the column signal processing circuit 19 .

カラム信号処理回路19は、相関二重サンプリングに代表される雑音抑圧信号処理およびアナログ-デジタル変換(AD変換)などを行う。 The column signal processing circuit 19 performs noise suppression signal processing typified by correlated double sampling, analog-to-digital conversion (AD conversion), and the like.

水平信号読出し回路20は、複数のカラム信号処理回路19から水平共通信号線28に信号を順次読み出す。 The horizontal signal readout circuit 20 sequentially reads signals from the plurality of column signal processing circuits 19 to the horizontal common signal line 28 .

差動増幅器22は、フィードバック線23を介してリセットトランジスタ12のソース電極およびドレイン電極の他方であって、画素電極122に接続されていない方の電極に接続されている。したがって、差動増幅器22は、アドレストランジスタ13とリセットトランジスタ12とが導通状態にあるときに、アドレストランジスタ13の出力値を負側の入力端子に受ける。増幅トランジスタ11のゲート電位が所定のフィードバック電圧となるように、差動増幅器22はフィードバック動作を行う。このとき、差動増幅器22の出力電圧値は、0Vまたは0V近傍の正電圧である。フィードバック電圧とは、差動増幅器22の出力電圧を意味する。 The differential amplifier 22 is connected via a feedback line 23 to the other of the source and drain electrodes of the reset transistor 12 , which is not connected to the pixel electrode 122 . Therefore, differential amplifier 22 receives the output value of address transistor 13 at its negative input terminal when address transistor 13 and reset transistor 12 are in a conducting state. The differential amplifier 22 performs a feedback operation so that the gate potential of the amplification transistor 11 becomes a predetermined feedback voltage. At this time, the output voltage value of the differential amplifier 22 is 0V or a positive voltage near 0V. Feedback voltage means the output voltage of the differential amplifier 22 .

電圧制御回路30は、一定の制御電圧を発生させてもよく、あるいは、値の異なる複数の制御電圧を発生させてもよい。例えば、電圧制御回路30は、2以上の異なる値の制御電圧を発生させてもよく、あるいは、所定の範囲で連続的に変化する制御電圧を発生させてもよい。電圧制御回路30は、撮像装置200を操作する操作者の指令、または、撮像装置200が備える他の制御部などの指令に基づき、発生させる制御電圧の値を決定し、決定した値の制御電圧を生成する。電圧制御回路30は、周辺回路の一部として、感光領域外に設けられる。なお、感光領域は、画素領域と実質的に同一である。 The voltage control circuit 30 may generate a constant control voltage, or may generate a plurality of control voltages with different values. For example, the voltage control circuit 30 may generate control voltages having two or more different values, or may generate control voltages that vary continuously within a predetermined range. The voltage control circuit 30 determines the value of the control voltage to be generated based on the command of the operator who operates the imaging device 200 or the command of another control unit provided in the imaging device 200, and determines the control voltage of the determined value. to generate The voltage control circuit 30 is provided outside the photosensitive area as part of the peripheral circuitry. Note that the photosensitive area is substantially the same as the pixel area.

例えば、電圧制御回路30は、2以上の異なる制御電圧を発生し、対向電極127に制御電圧を印加することによって、光電変換層126の分光感度特性が変化する。また、この分光感度特性の変化には、検出すべき光に対して光電変換層126の感度がゼロとなる分光感度特性が含まれる。これにより、例えば、撮像装置200において、単位画素210が行ごとに検出信号の読み出しを行う間、対向電極127に光電変換層126の感度がゼロとなる制御電圧を電圧制御回路30から印加することによって、検出信号の読み出し時に入射する光の影響を実質的になくすことができる。よって、実質的に行ごとに検出信号を読み出しても、グローバルシャッター動作を実現することができる。 For example, the voltage control circuit 30 generates two or more different control voltages and applies the control voltages to the counter electrode 127 to change the spectral sensitivity characteristics of the photoelectric conversion layer 126 . In addition, the change in the spectral sensitivity characteristic includes the spectral sensitivity characteristic in which the photoelectric conversion layer 126 has zero sensitivity to the light to be detected. As a result, for example, in the imaging device 200, while the unit pixels 210 are reading the detection signals for each row, the voltage control circuit 30 applies a control voltage to the counter electrode 127 so that the sensitivity of the photoelectric conversion layer 126 becomes zero. Thus, it is possible to substantially eliminate the influence of incident light when reading the detection signal. Therefore, the global shutter operation can be realized even if the detection signal is read substantially row by row.

本実施の形態では、図9に示されるように、電圧制御回路30は、行方向に配列された単位画素210の対向電極127に、対向電極信号線16を介して制御電圧を印加する。これにより、画素電極122と対向電極127との間の電圧を変化させ、光電変換部120における分光感度特性を切り替える。あるいは、電圧制御回路30は、撮像中に所定のタイミングで光に対する感度がゼロとなる分光感度特性が得られるように制御電圧を印加することによって電子シャッター動作を実現する。なお、電圧制御回路30は、画素電極122に制御電圧を印加してもよい。 In the present embodiment, as shown in FIG. 9, the voltage control circuit 30 applies a control voltage to the counter electrodes 127 of the unit pixels 210 arranged in the row direction via the counter electrode signal line 16 . Thereby, the voltage between the pixel electrode 122 and the counter electrode 127 is changed to switch the spectral sensitivity characteristics of the photoelectric conversion section 120 . Alternatively, the voltage control circuit 30 realizes an electronic shutter operation by applying a control voltage so as to obtain a spectral sensitivity characteristic in which the sensitivity to light becomes zero at a predetermined timing during imaging. Note that the voltage control circuit 30 may apply a control voltage to the pixel electrode 122 .

光を光電変換部120に照射し、画素電極122に電子を信号電荷として捕集させるためには、画素電極122は、対向電極127よりも高い電位に設定される。これにより、電子は画素電極122に向かって移動する。このとき、電子の移動方向は電流の流れる方向とは逆であるため、画素電極122から対向電極127に向かって電流が流れる。また、光を光電変換部120に照射し、画素電極122に正孔を信号電荷として捕集させるためには、画素電極122は、対向電極127よりも低い電位に設定される。このとき、対向電極127から画素電極122に向かって電流が流れる。 The pixel electrode 122 is set to a potential higher than that of the counter electrode 127 so that the photoelectric conversion unit 120 is irradiated with light and the pixel electrode 122 collects electrons as signal charges. This causes electrons to move toward the pixel electrode 122 . At this time, the direction of movement of electrons is opposite to the direction of current flow, so current flows from the pixel electrode 122 toward the counter electrode 127 . Further, the pixel electrode 122 is set to a potential lower than that of the counter electrode 127 so that the photoelectric conversion unit 120 is irradiated with light and the pixel electrode 122 collects holes as signal charges. At this time, current flows from the counter electrode 127 toward the pixel electrode 122 .

[3-2.断面構成]
次に、撮像装置200の単位画素210の具体的な断面構成の一例について、図10を用いて説明する。図10に示されるように、単位画素210は、半導体基板31と、電荷検出回路25と、光電変換部120と、電荷蓄積ノード24とを含む。複数の単位画素210は、半導体基板31に形成されている。例えば、光電変換部120は、半導体基板31の上方に設けられている。電荷検出回路25は、半導体基板31の内部および上方に設けられている。
[3-2. Cross-sectional configuration]
Next, an example of a specific cross-sectional configuration of the unit pixel 210 of the imaging device 200 will be described with reference to FIG. 10 . As shown in FIG. 10, the unit pixel 210 includes a semiconductor substrate 31, a charge detection circuit 25, a photoelectric conversion section 120, and a charge storage node 24. As shown in FIG. A plurality of unit pixels 210 are formed on the semiconductor substrate 31 . For example, the photoelectric conversion section 120 is provided above the semiconductor substrate 31 . The charge detection circuit 25 is provided inside and above the semiconductor substrate 31 .

半導体基板31は、感光領域が形成される側の表面に半導体層が設けられた絶縁性基板などであり、例えば、p型シリコン基板である。半導体基板31は、不純物領域41A、41B、41C、41Dおよび41Eと、単位画素210間の電気的な分離のための素子分離領域42と、を有する。ここでは、素子分離領域42は、不純物領域41Bと不純物領域41Cとの間にも設けられている。これにより、電荷蓄積ノード24に蓄積された信号電荷のリークが抑制される。なお、素子分離領域42は、例えば、所定の注入条件の下でアクセプタのイオン注入を行うことによって形成される。 The semiconductor substrate 31 is an insulating substrate or the like having a semiconductor layer provided on the surface on which the photosensitive region is formed, and is, for example, a p-type silicon substrate. The semiconductor substrate 31 has impurity regions 41A, 41B, 41C, 41D, and 41E, and an isolation region 42 for electrical isolation between the unit pixels 210 . Here, the element isolation region 42 is also provided between the impurity regions 41B and 41C. This suppresses leakage of the signal charges accumulated in the charge accumulation node 24 . The element isolation region 42 is formed, for example, by implanting acceptor ions under predetermined implantation conditions.

不純物領域41A、41B、41C、41Dおよび41Eは、例えば、半導体基板31内に形成された拡散層である。ここでは、不純物領域41A、41B、41C、41Dおよび41Eは、n型不純物領域である。図10に示されるように、増幅トランジスタ11は、不純物領域41Cと、不純物領域41Dと、ゲート絶縁膜38Bと、ゲート電極39Bとを含む。不純物領域41Cおよび不純物領域41Dはそれぞれ、増幅トランジスタ11のソース領域およびドレイン領域として機能する。不純物領域41Cおよび不純物領域41Dの間に、増幅トランジスタ11のチャネル領域が形成される。 The impurity regions 41A, 41B, 41C, 41D and 41E are diffusion layers formed in the semiconductor substrate 31, for example. Here, the impurity regions 41A, 41B, 41C, 41D and 41E are n-type impurity regions. As shown in FIG. 10, the amplification transistor 11 includes an impurity region 41C, an impurity region 41D, a gate insulating film 38B, and a gate electrode 39B. Impurity region 41C and impurity region 41D function as a source region and a drain region of amplifying transistor 11, respectively. A channel region of the amplification transistor 11 is formed between the impurity regions 41C and 41D.

同様に、アドレストランジスタ13は、不純物領域41Dと、不純物領域41Eと、ゲート絶縁膜38Cと、ゲート電極39Cとを含む。図10に示される例では、増幅トランジスタ11およびアドレストランジスタ13は、不純物領域41Dを共有することによって互いに電気的に接続されている。不純物領域41Dおよび不純物領域41Eはそれぞれ、アドレストランジスタ13のソース領域およびドレイン領域として機能する。不純物領域41Eは、図9に示される垂直信号線17に接続される。 Similarly, address transistor 13 includes impurity region 41D, impurity region 41E, gate insulating film 38C, and gate electrode 39C. In the example shown in FIG. 10, amplifying transistor 11 and address transistor 13 are electrically connected to each other by sharing impurity region 41D. Impurity region 41D and impurity region 41E function as a source region and a drain region of address transistor 13, respectively. Impurity region 41E is connected to vertical signal line 17 shown in FIG.

リセットトランジスタ12は、不純物領域41A、不純物領域41Bと、ゲート絶縁膜38Bと、ゲート電極39Aとを含む。不純物領域41Aおよび不純物領域41Bはそれぞれ、リセットトランジスタ12のソース領域およびドレイン領域として機能する。不純物領域41Aは、図9に示されるリセット信号線27に接続される。 The reset transistor 12 includes an impurity region 41A, an impurity region 41B, a gate insulating film 38B, and a gate electrode 39A. Impurity region 41A and impurity region 41B function as a source region and a drain region of reset transistor 12, respectively. Impurity region 41A is connected to reset signal line 27 shown in FIG.

ゲート絶縁膜38A、ゲート絶縁膜38B、および、ゲート絶縁膜38Cはそれぞれ、絶縁性材料を用いて形成された絶縁膜である。絶縁膜は、例えば、シリコン酸化膜もしくはシリコン窒化膜などの単層構造または積層構造を有する。 The gate insulating film 38A, the gate insulating film 38B, and the gate insulating film 38C are insulating films each formed using an insulating material. The insulating film has, for example, a single layer structure or a laminated structure such as a silicon oxide film or a silicon nitride film.

ゲート電極39A、ゲート電極39B、およびゲート電極39Cはそれぞれ、導電性材料を用いて形成されている。導電性材料は、例えば、導電性ポリシリコンである。 Gate electrode 39A, gate electrode 39B, and gate electrode 39C are each formed using a conductive material. The conductive material is, for example, conductive polysilicon.

半導体基板31上には、増幅トランジスタ11、アドレストランジスタ13およびリセットトランジスタ12を覆うように層間絶縁層43が積層されている。層間絶縁層43中には、配線層(図示せず)が配置されうる。配線層は、例えば、銅などの金属から形成され、例えば、上述の垂直信号線17などの配線をその一部に含みうる。層間絶縁層43中の絶縁層の層数、および、層間絶縁層43中に配置される配線層に含まれる層数は、任意に設定可能である。 An interlayer insulating layer 43 is laminated on the semiconductor substrate 31 so as to cover the amplifying transistor 11 , the address transistor 13 and the reset transistor 12 . A wiring layer (not shown) may be arranged in the interlayer insulating layer 43 . The wiring layer is made of metal such as copper, and may include wiring such as the vertical signal lines 17 described above. The number of insulating layers in the interlayer insulating layer 43 and the number of layers included in the wiring layers arranged in the interlayer insulating layer 43 can be set arbitrarily.

層間絶縁層43中には、リセットトランジスタ12の不純物領域41Bと接続されたコンタクトプラグ45A、増幅トランジスタ11のゲート電極39Bと接続されたコンタクトプラグ45B、画素電極122と接続されたコンタクトプラグ47、および、コンタクトプラグ47とコンタクトプラグ45Aとコンタクトプラグ45Bとを接続する配線46が配置されている。これにより、リセットトランジスタ12の不純物領域41Bが増幅トランジスタ11のゲート電極39Bと電気的に接続されている。 In the interlayer insulating layer 43, a contact plug 45A connected to the impurity region 41B of the reset transistor 12, a contact plug 45B connected to the gate electrode 39B of the amplification transistor 11, a contact plug 47 connected to the pixel electrode 122, and , wirings 46 for connecting the contact plugs 47, the contact plugs 45A, and the contact plugs 45B. As a result, the impurity region 41B of the reset transistor 12 is electrically connected to the gate electrode 39B of the amplification transistor 11 .

層間絶縁層43上には、光電変換部120が配置されている。光電変換部120の具体的な構成は、図6と同じである。なお、層間絶縁層43およびコンタクトプラグ47はそれぞれ、図6に示される絶縁層121および接続配線123に相当している。図6に示される電極端子124および接続配線125は、例えば単位画素210内ではなく、感光領域の周縁部分に設けられている。 A photoelectric conversion unit 120 is arranged on the interlayer insulating layer 43 . A specific configuration of the photoelectric conversion unit 120 is the same as in FIG. Note that the interlayer insulating layer 43 and the contact plug 47 correspond to the insulating layer 121 and the connection wiring 123 shown in FIG. 6, respectively. The electrode terminals 124 and the connection wirings 125 shown in FIG. 6 are provided, for example, not in the unit pixel 210 but in the periphery of the photosensitive region.

なお、光電変換部120は、図8に示される光電変換部130のように、電子ブロック層128および正孔ブロック層129を含む複数の機能層の少なくとも1つを含んでもよい。例えば、撮像装置200は、光電変換部120の代わりに、光電変換部130を備えてもよい。 Note that the photoelectric conversion section 120 may include at least one of a plurality of functional layers including an electron blocking layer 128 and a hole blocking layer 129, like the photoelectric conversion section 130 shown in FIG. For example, the imaging device 200 may include a photoelectric conversion section 130 instead of the photoelectric conversion section 120 .

光電変換部120の上方には、カラーフィルタ60が設けられている。カラーフィルタ60の上方にマイクロレンズ61が設けられている。カラーフィルタ60は、例えば、パターニングによるオンチップカラーフィルタとして形成され、染料または顔料が分散された感光性樹脂などが用いられる。マイクロレンズ61は、例えば、オンチップマイクロレンズとして設けられ、紫外線感光材等が用いられる。 A color filter 60 is provided above the photoelectric conversion unit 120 . A microlens 61 is provided above the color filter 60 . The color filter 60 is formed as an on-chip color filter by patterning, for example, and a photosensitive resin in which dyes or pigments are dispersed is used. The microlens 61 is provided as an on-chip microlens, for example, and an ultraviolet photosensitive material or the like is used.

撮像装置200は、一般的な半導体製造プロセスを用いて製造することができる。特に、半導体基板31としてシリコン基板を用いる場合には、種々のシリコン半導体プロセスを利用することによって製造することができる。 The imaging device 200 can be manufactured using a general semiconductor manufacturing process. In particular, when a silicon substrate is used as the semiconductor substrate 31, it can be manufactured by utilizing various silicon semiconductor processes.

以上のように、撮像装置200が備える光電変換部120の対向電極127は、第1ITO層127aおよび第2ITO層127bの積層構造を有する。このため、上述した通りに、撮像装置200は、対向電極127の低抵抗化と、光電変換部120の電流電圧特性の制御性の向上とを両立することができる。 As described above, the counter electrode 127 of the photoelectric conversion unit 120 included in the imaging device 200 has a laminated structure of the first ITO layer 127a and the second ITO layer 127b. Therefore, as described above, the imaging device 200 can achieve both a reduction in the resistance of the counter electrode 127 and an improvement in controllability of the current-voltage characteristics of the photoelectric conversion section 120 .

なお、また、光電変換部130とカラーフィルタ60との間には、透光性および絶縁性の保護膜が設けられていてもよい。 In addition, a transparent and insulating protective film may be provided between the photoelectric conversion section 130 and the color filter 60 .

(他の実施の形態)
以上、1つまたは複数の態様に係る撮像装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本開示の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したもの、および、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本開示の範囲内に含まれる。
(Other embodiments)
Although the imaging device according to one or more aspects has been described above based on the embodiments, the present disclosure is not limited to these embodiments. As long as they do not deviate from the gist of the present disclosure, modifications that can be made by those skilled in the art to the present embodiment, and forms constructed by combining the components of different embodiments are also included within the scope of the present disclosure. be

例えば、上記の実施の形態では、対向電極127は、3層以上のITO層を含んでいてもよい。この場合、光電変換層126に最も近いITO層が第1ITO層127aである。第2ITO層127bは、第1ITO層127aを除く2層以上のITO層の1つである。例えば、第2ITO層127bは、光電変換層126から最も離れたITO層であってもよい。つまり、第1ITO層127aと第2ITO層127bとの間には、他のITO層が含まれてもよい。あるいは、第2ITO層127bよりも光電変換層126から離れたITO層が設けられていてもよい。 For example, in the above embodiments, counter electrode 127 may include three or more ITO layers. In this case, the ITO layer closest to the photoelectric conversion layer 126 is the first ITO layer 127a. The second ITO layer 127b is one of two or more ITO layers excluding the first ITO layer 127a. For example, the second ITO layer 127 b may be the ITO layer farthest from the photoelectric conversion layer 126 . That is, another ITO layer may be included between the first ITO layer 127a and the second ITO layer 127b. Alternatively, an ITO layer that is farther from the photoelectric conversion layer 126 than the second ITO layer 127b may be provided.

また、例えば、電極端子124と画素電極122とは、下面が積層方向において同じ高さに位置していてもよい。例えば、最上面が平坦である絶縁層121の最上面に電極端子124および画素電極122が設けられていてもよい。 Further, for example, the electrode terminal 124 and the pixel electrode 122 may have the lower surfaces positioned at the same height in the stacking direction. For example, the electrode terminal 124 and the pixel electrode 122 may be provided on the top surface of the insulating layer 121 whose top surface is flat.

また、例えば、第1ITO層127aの膜厚と第2ITO層127bの膜厚とは等しくてもよい。あるいは、第1ITO層127aの膜厚は、第2ITO層127bの膜厚より大きくてもよい。 Further, for example, the film thickness of the first ITO layer 127a and the film thickness of the second ITO layer 127b may be equal. Alternatively, the film thickness of the first ITO layer 127a may be greater than the film thickness of the second ITO layer 127b.

また、上記の各実施の形態は、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。 In addition, various changes, replacements, additions, and omissions can be made to each of the above-described embodiments within the scope of claims or equivalents thereof.

本開示は、例えば、カメラまたは測距装置などに利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present disclosure can be used, for example, in cameras, rangefinders, or the like.

11 増幅トランジスタ
12 リセットトランジスタ
13 アドレストランジスタ
15 垂直走査回路
16 対向電極信号線
17 垂直信号線
18 負荷回路
19 カラム信号処理回路
20 水平信号読出し回路
21 電源配線
22 差動増幅器
23 フィードバック線
24 電荷蓄積ノード
25 電荷検出回路
26 アドレス信号線
27 リセット信号線
28 水平共通信号線
30 電圧制御回路
31 半導体基板
38A、38B、38C ゲート絶縁膜
39A、39B、39C ゲート電極
41A、41B、41C、41D、41E 不純物領域
42 素子分離領域
43 層間絶縁層
45A、45B、47 コンタクトプラグ
46 配線
60 カラーフィルタ
61 マイクロレンズ
100、110 サンプル素子
101 シリコンウェハ
102 ITO層
111、127a 第1ITO層
112、127b 第2ITO層
120、130 光電変換部
121 絶縁層
121a、122a、124a 上面
122 画素電極
123、125 接続配線
124 電極端子
126 光電変換層
127 対向電極
128 電子ブロック層
129 正孔ブロック層
200 撮像装置
210 単位画素
11 Amplification transistor 12 Reset transistor 13 Address transistor 15 Vertical scanning circuit 16 Counter electrode signal line 17 Vertical signal line 18 Load circuit 19 Column signal processing circuit 20 Horizontal signal readout circuit 21 Power supply wiring 22 Differential amplifier 23 Feedback line 24 Charge storage node 25 Charge detection circuit 26 Address signal line 27 Reset signal line 28 Horizontal common signal line 30 Voltage control circuit 31 Semiconductor substrates 38A, 38B, 38C Gate insulating films 39A, 39B, 39C Gate electrodes 41A, 41B, 41C, 41D, 41E Impurity regions 42 Element isolation region 43 Interlayer insulating layers 45A, 45B, 47 Contact plug 46 Wiring 60 Color filter 61 Microlens 100, 110 Sample element 101 Silicon wafer 102 ITO layers 111, 127a First ITO layers 112, 127b Second ITO layers 120, 130 Photoelectric conversion Part 121 insulating layers 121a, 122a, 124a upper surface 122 pixel electrodes 123, 125 connection wiring 124 electrode terminal 126 photoelectric conversion layer 127 counter electrode 128 electron blocking layer 129 hole blocking layer 200 imaging device 210 unit pixel

Claims (7)

画素電極と、対向電極と、前記画素電極と前記対向電極との間に位置する光電変換層とを備える撮像装置であって、
前記対向電極は、
第1ITO(Indium Tin Oxide)層と、
前記第1ITO層の、前記光電変換層とは反対側の主面に積層された第2ITO層とを含み、
前記第2ITO層の結晶子サイズは、前記第1ITO層の結晶子サイズより大きい、
撮像装置。
An imaging device comprising a pixel electrode, a counter electrode, and a photoelectric conversion layer positioned between the pixel electrode and the counter electrode,
The counter electrode is
a first ITO (Indium Tin Oxide) layer;
and a second ITO layer laminated on the main surface of the first ITO layer opposite to the photoelectric conversion layer,
the crystallite size of the second ITO layer is larger than the crystallite size of the first ITO layer;
Imaging device.
さらに、前記第1ITO層に電気的に接続される電極端子を備え、
前記電極端子の主面と前記画素電極の主面とは、積層方向において同じ高さに位置する、
請求項1に記載の撮像装置。
further comprising an electrode terminal electrically connected to the first ITO layer,
the main surface of the electrode terminal and the main surface of the pixel electrode are positioned at the same height in the stacking direction;
The imaging device according to claim 1 .
前記第2ITO層のシート抵抗は、前記第1ITO層のシート抵抗より低い、
請求項1または2に記載の撮像装置。
the sheet resistance of the second ITO layer is lower than the sheet resistance of the first ITO layer;
The imaging device according to claim 1 or 2.
前記第2ITO層の仕事関数は、前記第1ITO層の仕事関数より大きい、
請求項1から3のいずれか1項に記載の撮像装置。
the work function of the second ITO layer is greater than the work function of the first ITO layer;
The imaging device according to any one of claims 1 to 3.
前記第2ITO層の膜厚は、前記第1ITO層の膜厚より大きい、
請求項1から4のいずれか1項に記載の撮像装置。
The film thickness of the second ITO layer is greater than the film thickness of the first ITO layer,
The imaging device according to any one of claims 1 to 4.
さらに、前記光電変換層と前記第1ITO層との間に位置する第1機能層を備える、
請求項1から5のいずれか1項に記載の撮像装置。
Further comprising a first functional layer located between the photoelectric conversion layer and the first ITO layer,
The imaging device according to any one of claims 1 to 5.
さらに、前記光電変換層と前記画素電極との間に位置する第2機能層を備える、
請求項1から6のいずれか1項に記載の撮像装置。
Further comprising a second functional layer positioned between the photoelectric conversion layer and the pixel electrode,
The imaging device according to any one of claims 1 to 6.
JP2020009145A 2020-01-23 2020-01-23 Imaging device Pending JP2023018166A (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020009145A JP2023018166A (en) 2020-01-23 2020-01-23 Imaging device
PCT/JP2020/047087 WO2021149414A1 (en) 2020-01-23 2020-12-17 Imaging device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020009145A JP2023018166A (en) 2020-01-23 2020-01-23 Imaging device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2023018166A true JP2023018166A (en) 2023-02-08

Family

ID=76992200

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020009145A Pending JP2023018166A (en) 2020-01-23 2020-01-23 Imaging device

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2023018166A (en)
WO (1) WO2021149414A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024018717A1 (en) * 2022-07-20 2024-01-25 パナソニックIpマネジメント株式会社 Inspection method, and method for manufacturing imaging element

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56129384A (en) * 1980-03-14 1981-10-09 Fuji Xerox Co Ltd Light receipt element of thin film type and manufacture
JPS62122282A (en) * 1985-11-22 1987-06-03 Hitachi Ltd Light receiving element
JPS63170974A (en) * 1987-01-08 1988-07-14 Fujitsu Ltd Image sensor and its manufacture
JPH02213090A (en) * 1989-02-13 1990-08-24 Sharp Corp Thin film el panel and manufacture thereof
JP4852663B2 (en) * 2010-02-09 2012-01-11 富士フイルム株式会社 Photoelectric conversion device, imaging device, and driving method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021149414A1 (en) 2021-07-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5489423B2 (en) Radiation imaging device
JP5235348B2 (en) Radiation imaging device
EP2290723B1 (en) Photoelectric conversion element and imaging device
US10861904B2 (en) Imaging device including a photoelectric converter and a voltage application circuit
JP2016225456A (en) Imaging device and method for producing photoelectric conversion film
WO2020162095A1 (en) Photoelectric conversion element and imaging device
JP2018125495A (en) Photoelectric conversion element and imaging device
JP7190715B2 (en) Imaging device
US11818450B2 (en) Camera system
WO2021149414A1 (en) Imaging device
WO2021149413A1 (en) Image capture device
WO2020184015A1 (en) Image sensor, method for producing image sensor, and imaging device
WO2022149401A1 (en) Imaging device
US11723224B2 (en) Imaging apparatus
WO2022244575A1 (en) Photoelectric conversion element and imaging device
WO2020184016A1 (en) Imaging element, imaging element manufacturing method, and imaging device
WO2023074230A1 (en) Imaging device
US20240065013A1 (en) Photoelectric conversion element, imaging apparatus, and method for driving photoelectric conversion element
WO2022124088A1 (en) Image capture apparatus and driving method
CN115428182A (en) Photoelectric conversion element and imaging device
CN117083995A (en) Photoelectric conversion element and image pickup apparatus
JP2011077390A (en) Organic semiconductor device, method of manufacturing the same, and organic photoelectric conversion device