JP5520647B2 - Manufacturing method of organic photoelectric conversion element - Google Patents

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Description

本発明は、有機光電変換素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing an organic photoelectric conversion element .

一対の電極と、この一対の電極の間に設けられる有機材料を用いた光電変換層とを有する有機光電変換素子が知られている。これまで、有機光電変換素子の特性を向上させるための様々な取り組みがなされてきており、例えば特許文献1には、光電変換層として、フラーレン又はフラーレン誘導体を用いることで有機光電変換素子のSN(光電変換効率/暗電流)を向上させる方法が開示されている。   An organic photoelectric conversion element having a pair of electrodes and a photoelectric conversion layer using an organic material provided between the pair of electrodes is known. Until now, various efforts have been made to improve the characteristics of organic photoelectric conversion elements. For example, Patent Document 1 discloses that the photoelectric conversion layer includes a fullerene or a fullerene derivative so that the SN ( A method for improving the photoelectric conversion efficiency / dark current) is disclosed.

近年の撮像素子は高感度化が進んでいるため、これに有機光電変換素子を適用するためには、有機光電変換素子の更なるSNの向上が求められている。   In recent years, the sensitivity of image pickup devices has been increased, and in order to apply an organic photoelectric conversion device to this, further improvement in SN of the organic photoelectric conversion device is required.

特開2007−123707号公報JP 2007-123707 A

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、SNを向上させることが可能な有機光電変換素子の製造方法を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the said situation, and it aims at providing the manufacturing method of the organic photoelectric conversion element which can improve SN.

本発明の有機光電変換素子の製造方法は、第一の電極と、前記第一の電極上方に形成された第二の電極と、前記第一の電極及び前記第二の電極間に形成された有機材料を含む光電変換層と、前記第一の電極、前記第二の電極、及び前記光電変換層を封止する封止層とを含む有機光電変換素子の製造方法であって、前記第一の電極を形成する第一の工程と、前記第一の電極の上方に前記光電変換層を形成する第二の工程と、前記光電変換層の上方に前記第二の電極を形成する第三の工程と、前記第二の電極の上方に前記封止層を形成する第四の工程と、前記第二の工程と前記第三の工程の間、及び、前記第三の工程と前記第四の工程の間の片方または両方で、作成途中の有機光電変換素子に構成を何も追加しないで真空下又は大気雰囲気下若しくはイナート雰囲気下で30分以上放置する第五の工程とを備え、前記第二の工程では、一般式(1)で表される化合物とフラーレンとを真空加熱蒸着により共蒸着して該化合物とフラーレンとの混合層からなる前記光電変換層を形成するものである。 The method for producing an organic photoelectric conversion element of the present invention is formed between a first electrode, a second electrode formed above the first electrode, and the first electrode and the second electrode. A method for producing an organic photoelectric conversion element, comprising: a photoelectric conversion layer containing an organic material; and the first electrode, the second electrode, and a sealing layer for sealing the photoelectric conversion layer. A second step of forming the photoelectric conversion layer above the first electrode, and a third step of forming the second electrode above the photoelectric conversion layer. A step, a fourth step of forming the sealing layer above the second electrode, between the second step and the third step, and between the third step and the fourth step. Do not add any structure to the organic photoelectric conversion element in the process of preparation, either or both during the process. And a fifth step of at least 30 minutes under an inert atmosphere, in the second step, and the compound and the fullerene represented by the general formula (1) were co-deposited by vacuum heating deposition the compound The photoelectric conversion layer composed of a mixed layer with fullerene is formed .

本発明によれば、SNを向上させることが可能な有機光電変換素子の製造方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the organic photoelectric conversion element which can improve SN can be provided.

本発明の一実施形態を説明するための有機光電変換素子の概略構成を示す断面模式図Sectional schematic diagram which shows schematic structure of the organic photoelectric conversion element for describing one Embodiment of this invention 本発明の一実施形態を説明するための撮像素子の概略構成を示す断面模式図1 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of an image sensor for explaining an embodiment of the present invention. 本発明の実施例及び比較例の結果を示す図The figure which shows the result of the Example and comparative example of this invention

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、本発明の一実施形態を説明するための有機光電変換素子の概略構成を示す断面模式図である。図1に示す有機光電変換素子10は、基板1と、基板1上に形成された電極2と、電極2上に形成された電子ブロッキング層3と、電子ブロッキング層3上に形成された光電変換層4と、光電変換層4上に形成された電極5と、電極5上に形成された封止層6とを備える。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of an organic photoelectric conversion element for explaining an embodiment of the present invention. An organic photoelectric conversion element 10 shown in FIG. 1 includes a substrate 1, an electrode 2 formed on the substrate 1, an electron blocking layer 3 formed on the electrode 2, and a photoelectric conversion formed on the electron blocking layer 3. A layer 4, an electrode 5 formed on the photoelectric conversion layer 4, and a sealing layer 6 formed on the electrode 5 are provided.

基板1は、シリコン基板、ガラス基板等である。   The substrate 1 is a silicon substrate, a glass substrate, or the like.

電極2は、光電変換層4で発生した電荷のうちの正孔を捕集するための電極である。電極2は、ITO(酸化インジウムスズ)等の導電性材料で構成されている。   The electrode 2 is an electrode for collecting holes out of charges generated in the photoelectric conversion layer 4. The electrode 2 is made of a conductive material such as ITO (indium tin oxide).

光電変換層4は、光を受光し、その光量に応じた電荷を発生するものであり、有機の光電変換材料を含んで構成されている。具体的には、光電変換層4は、p型有機半導体(p型有機化合物)と、n型有機半導体であるフラーレン又はフラーレン誘導体とを混合したバルクへテロ構造の層となっている。   The photoelectric conversion layer 4 receives light and generates an electric charge according to the amount of light, and includes an organic photoelectric conversion material. Specifically, the photoelectric conversion layer 4 is a layer having a bulk hetero structure in which a p-type organic semiconductor (p-type organic compound) and a fullerene or a fullerene derivative that is an n-type organic semiconductor are mixed.

電子ブロッキング層3は、電極2から光電変換層4に電子が注入されるのを抑制し、光電変換層4で発生した電子が電極2側に流れるのを阻害するための層である。電子ブロッキング層3は、有機材料又は無機材料、あるいはその両方を含んで構成されている。   The electron blocking layer 3 is a layer for suppressing the injection of electrons from the electrode 2 to the photoelectric conversion layer 4 and inhibiting the electrons generated in the photoelectric conversion layer 4 from flowing to the electrode 2 side. The electron blocking layer 3 includes an organic material, an inorganic material, or both.

電極5は、光電変換層4で発生した電荷のうちの電子を捕集する電極である。電極5は、光電変換層4に光を入射させるために、光電変換層4が感度を持つ波長の光に対して十分に透明な導電性材料(例えばITO)を用いる。電極5及び電極2間にバイアス電圧を印加することで、光電変換層4で発生した電荷のうち、正孔を電極2に、電子を電極5に移動させることができる。   The electrode 5 is an electrode that collects electrons out of the charges generated in the photoelectric conversion layer 4. The electrode 5 uses a conductive material (for example, ITO) that is sufficiently transparent to light having a wavelength with which the photoelectric conversion layer 4 has sensitivity in order to make light incident on the photoelectric conversion layer 4. By applying a bias voltage between the electrode 5 and the electrode 2, among the charges generated in the photoelectric conversion layer 4, holes can be moved to the electrode 2 and electrons can be moved to the electrode 5.

封止層6は、水、酸素等の有機材料を劣化させる因子が有機材料を含む光電変換層4に侵入するのを防ぐための層である。封止層6は、電極2、電子ブロッキング層3、光電変換層4、及び電極5を覆って形成されている。   The sealing layer 6 is a layer for preventing a factor that degrades an organic material such as water and oxygen from entering the photoelectric conversion layer 4 containing the organic material. The sealing layer 6 is formed to cover the electrode 2, the electron blocking layer 3, the photoelectric conversion layer 4, and the electrode 5.

このように構成された有機光電変換素子10では、電極5を光入射側の電極としており、電極5上方から光が入射すると、この光が電極5を透過して光電変換層4に入射し、ここで電荷が発生する。発生した電荷のうちの正孔は電極2に移動する。この電極2に移動した正孔を、その量に応じた電圧信号に変換して読み出すことで、光を電圧信号に変換して取り出すことができる。   In the organic photoelectric conversion element 10 configured as described above, the electrode 5 is used as an electrode on the light incident side, and when light enters from above the electrode 5, the light passes through the electrode 5 and enters the photoelectric conversion layer 4. Here, charge is generated. Of the generated charges, holes move to the electrode 2. By converting the holes moved to the electrode 2 into a voltage signal corresponding to the amount of the holes and reading out the light, the light can be converted into a voltage signal and extracted.

なお、電子ブロッキング層3は、複数層で構成してあってもよい。このようにすることで、電子ブロッキング層3を構成する各層の間に界面ができ、各層に存在する中間準位に不連続性が生じる。この結果、中間準位等を介した電荷の移動がしにくくなるため、電子ブロッキング効果を高めることができる。但し、電子ブロッキング層3を構成する各層が同一材料であると、各層に存在する中間準位が全く同じとなる場合も有り得るため、電子ブロッキング効果を更に高めるために、各層を構成する材料を異なるものにすることが好ましい。   The electron blocking layer 3 may be composed of a plurality of layers. By doing in this way, an interface is formed between each layer which comprises the electron blocking layer 3, and a discontinuity arises in the intermediate level which exists in each layer. As a result, it becomes difficult for the charge to move through the intermediate level, and the electron blocking effect can be enhanced. However, if the layers constituting the electron blocking layer 3 are made of the same material, the intermediate levels existing in the layers may be exactly the same. Therefore, in order to further enhance the electron blocking effect, the materials constituting the layers are different. It is preferable to make it.

また、電極2において電子を捕集し、電極5において正孔を捕集するようにバイアス電圧を印加してもよい。この場合には、電子ブロッキング層3の代わりに正孔ブロッキング層を設ければよい。正孔ブロッキング層は、電極2から光電変換層4に正孔が注入されるのを抑制し、光電変換層4で発生した正孔が電極2側に流れてしまうのを阻害するための有機材料で構成された層とすればよい。正孔ブロッキング層も複数層にすることで、正孔ブロッキング効果を高めることができる。   Further, a bias voltage may be applied so as to collect electrons at the electrode 2 and collect holes at the electrode 5. In this case, a hole blocking layer may be provided instead of the electron blocking layer 3. The hole blocking layer suppresses injection of holes from the electrode 2 into the photoelectric conversion layer 4, and an organic material for inhibiting holes generated in the photoelectric conversion layer 4 from flowing to the electrode 2 side. It may be a layer composed of By making the hole blocking layer into a plurality of layers, the hole blocking effect can be enhanced.

また、電極5で捕集された電子又は正孔をその量に応じた電圧信号に変換して外部に取り出すようにしてもよい。この場合には、電極5と光電変換層4との間に電子ブロッキング層又は正孔ブロッキング層を設ければよい。   Further, electrons or holes collected by the electrode 5 may be converted into a voltage signal corresponding to the amount and taken out to the outside. In this case, an electron blocking layer or a hole blocking layer may be provided between the electrode 5 and the photoelectric conversion layer 4.

次に、有機光電変換素子10の製造方法について説明する。   Next, the manufacturing method of the organic photoelectric conversion element 10 is demonstrated.

まず、基板1の上にITOを例えばスパッタ法により成膜して電極2を形成する。次に、電極2上に電子ブロッキング材料を例えば蒸着により成膜して、電子ブロッキング層3を形成する。   First, an electrode 2 is formed by depositing ITO on the substrate 1 by sputtering, for example. Next, an electron blocking material is formed on the electrode 2 by vapor deposition, for example, to form the electron blocking layer 3.

次に、電子ブロッキング層3上に、p型有機半導体とフラーレン又はフラーレン誘導体とを例えば蒸着して光電変換層4を形成する。次に、光電変換層4上に、例えばITOをスパッタ法により成膜して電極5を形成する。次に、電極5及び基板1上に酸化シリコンを例えば蒸着により成膜して、封止層6を形成する。   Next, a p-type organic semiconductor and fullerene or a fullerene derivative are vapor-deposited on the electron blocking layer 3 to form the photoelectric conversion layer 4. Next, an electrode 5 is formed on the photoelectric conversion layer 4 by, for example, depositing ITO by sputtering. Next, a silicon oxide film is formed on the electrode 5 and the substrate 1 by, for example, vapor deposition to form the sealing layer 6.

本製造方法においては、電極2の形成工程、電子ブロッキング層3の形成工程、光電変換層4の形成工程、電極5の形成工程、及び封止層6の形成工程の各工程において、成膜中に水及び酸素等の膜の劣化因子が膜に混入して膜の性質が劣化してしまうこと等を防ぐために、該各工程を真空下で実施するものとしている。本発明者は、鋭意検討の結果、光電変換層4の形成工程と封止層6の形成工程との間の各工程間において、作製途中の有機光電変換素子10に何も構成を追加しない期間(以下、放置期間という)を30分以上(理想的には3時間以上)設けることで、有機光電変換素子10の性能が向上することを見出した。   In this manufacturing method, in each process of the formation process of the electrode 2, the formation process of the electron blocking layer 3, the formation process of the photoelectric conversion layer 4, the formation process of the electrode 5, and the formation process of the sealing layer 6, In addition, in order to prevent deterioration factors of the film such as water and oxygen from being mixed into the film, the respective processes are performed under vacuum. As a result of intensive studies, the inventor has a period in which no configuration is added to the organic photoelectric conversion element 10 in the process of manufacturing between the processes between the process of forming the photoelectric conversion layer 4 and the process of forming the sealing layer 6. It has been found that the performance of the organic photoelectric conversion element 10 is improved by providing a period of 30 minutes or longer (ideally 3 hours or longer) (hereinafter, referred to as a leaving period).

ここで、放置期間は、真空下に限らず、非真空下において設けてもよい。非真空下とは、各工程を実施しているときの真空下よりも圧力の高い空間のことを言う。具体的には、非真空下は、大気雰囲気下又はイナート雰囲気下のことをいう。イナート雰囲気とは、大気圧の空間内において酸素及び水がともに10ppm以下(理想的には0.5ppm以下)であることを示す。   Here, the leaving period is not limited to a vacuum, and may be provided under a non-vacuum. Under non-vacuum means a space with a higher pressure than under vacuum when each step is performed. Specifically, non-vacuum refers to an air atmosphere or an inert atmosphere. The inert atmosphere indicates that both oxygen and water are 10 ppm or less (ideally 0.5 ppm or less) in a space at atmospheric pressure.

放置期間は、例えば、光電変換層4の形成工程と電極5の形成工程との間(第一の期間)と、電極5の形成工程と封止層6の形成工程との間(第二の期間)の少なくとも一方において設けることができる。   The leaving period is, for example, between the process of forming the photoelectric conversion layer 4 and the process of forming the electrode 5 (first period), and between the process of forming the electrode 5 and the process of forming the sealing layer 6 (second process). (Period).

非真空下で放置期間を設けた場合には、光電変換層4を形成する装置から電極5を形成する装置までに至る作製途中の有機光電変換素子の搬送経路と、電極5を形成する装置から封止層6を形成する装置までに至る作製途中の有機光電変換素子の搬送経路とを、真空状態にする必要がない。この結果、有機光電変換素子10の製造設備を簡素化することができ、製造コストを削減することが可能となる。   In the case where a standing period is provided in a non-vacuum state, from the device for forming the electrode 5 and the transport path of the organic photoelectric conversion element in the process of production from the device for forming the photoelectric conversion layer 4 to the device for forming the electrode 5. It is not necessary to make the conveyance path of the organic photoelectric conversion element in the middle of production leading to the device for forming the sealing layer 6 into a vacuum state. As a result, the manufacturing facility for the organic photoelectric conversion element 10 can be simplified, and the manufacturing cost can be reduced.

次に、有機光電変換素子10を用いた撮像素子の構成例について説明する。   Next, a configuration example of an imaging element using the organic photoelectric conversion element 10 will be described.

図2は、本発明の一実施形態を説明するための撮像素子の概略構成を示す断面模式図である。この撮像素子は、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ等の撮像装置、電子内視鏡、携帯電話機等の撮像モジュール等に搭載して用いられる。   FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of an image sensor for explaining an embodiment of the present invention. This imaging device is used by being mounted on an imaging device such as a digital camera or a digital video camera, an imaging module such as an electronic endoscope or a mobile phone, or the like.

この撮像素子は、図1に示したような構成の複数の有機光電変換素子と、各有機光電変換素子の光電変換層で発生した電荷に応じた信号を読み出す読み出し回路が形成された回路基板とを有し、該回路基板上方の同一面上に、複数の有機光電変換素子が1次元状又は二次元状に配列された構成となっている。   The image pickup device includes a plurality of organic photoelectric conversion elements configured as shown in FIG. 1, a circuit board on which a readout circuit that reads a signal corresponding to the charge generated in the photoelectric conversion layer of each organic photoelectric conversion element is formed, And a plurality of organic photoelectric conversion elements are arranged one-dimensionally or two-dimensionally on the same surface above the circuit board.

図2に示す撮像素子100は、基板101と、絶縁層102と、接続電極103と、画素電極104と、接続部105と、接続部106と、有機層107と、対向電極108と、緩衝層109と、封止層110と、カラーフィルタ(CF)111と、隔壁112と、遮光層113と、保護層114と、対向電極電圧供給部115と、読出し回路116とを備える。   2 includes a substrate 101, an insulating layer 102, a connection electrode 103, a pixel electrode 104, a connection portion 105, a connection portion 106, an organic layer 107, a counter electrode 108, and a buffer layer. 109, a sealing layer 110, a color filter (CF) 111, a partition 112, a light shielding layer 113, a protective layer 114, a counter electrode voltage supply unit 115, and a readout circuit 116.

画素電極104は、図1に示した有機光電変換素子10の電極2と同じ機能を有する。対向電極108は、図1に示した有機光電変換素子10の電極5と同じ機能を有する。有機層107は、図1に示した有機光電変換素子10の電極2及び電極5間に設けられる層と同じ構成である。封止層110は、図1に示した有機光電変換素子10の封止層6と同じ機能を有する。画素電極104と、これに対向する対向電極108の一部と、これら電極で挟まれる有機層107と、画素電極104に対向する緩衝層109及び封止層110の一部とが、有機光電変換素子を構成している。   The pixel electrode 104 has the same function as the electrode 2 of the organic photoelectric conversion element 10 shown in FIG. The counter electrode 108 has the same function as the electrode 5 of the organic photoelectric conversion element 10 shown in FIG. The organic layer 107 has the same configuration as the layer provided between the electrode 2 and the electrode 5 of the organic photoelectric conversion element 10 shown in FIG. The sealing layer 110 has the same function as the sealing layer 6 of the organic photoelectric conversion element 10 shown in FIG. The pixel electrode 104, a part of the counter electrode 108 facing the pixel electrode 104, the organic layer 107 sandwiched between these electrodes, and the buffer layer 109 and the part of the sealing layer 110 facing the pixel electrode 104 are subjected to organic photoelectric conversion. The element is configured.

基板101は、ガラス基板又はSi等の半導体基板である。基板101上には絶縁層102が形成されている。絶縁層102の表面には複数の画素電極104と複数の接続電極103が形成されている。   The substrate 101 is a glass substrate or a semiconductor substrate such as Si. An insulating layer 102 is formed on the substrate 101. A plurality of pixel electrodes 104 and a plurality of connection electrodes 103 are formed on the surface of the insulating layer 102.

有機層107は、複数の画素電極104の上にこれらを覆って設けられた全ての有機光電変換素子で共通の1つの層である。   The organic layer 107 is one layer common to all the organic photoelectric conversion elements provided on the plurality of pixel electrodes 104 so as to cover them.

対向電極108は、有機層107上に設けられた、全ての有機光電変換素子で共通の1つの電極である。対向電極108は、有機層107よりも外側に配置された接続電極103の上にまで形成されており、接続電極103と電気的に接続されている。   The counter electrode 108 is one electrode provided on the organic layer 107 and common to all organic photoelectric conversion elements. The counter electrode 108 is formed up to the connection electrode 103 disposed outside the organic layer 107 and is electrically connected to the connection electrode 103.

接続部106は、絶縁層102に埋設されており、接続電極103と対向電極電圧供給部115とを電気的に接続するためのプラグ等である。対向電極電圧供給部115は、基板101に形成され、接続部106及び接続電極103を介して対向電極108に所定の電圧を印加する。対向電極108に印加すべき電圧が撮像素子の電源電圧よりも高い場合は、チャージポンプ等の昇圧回路によって電源電圧を昇圧して上記所定の電圧を供給する。   The connection part 106 is embedded in the insulating layer 102 and is a plug or the like for electrically connecting the connection electrode 103 and the counter electrode voltage supply part 115. The counter electrode voltage supply unit 115 is formed on the substrate 101 and applies a predetermined voltage to the counter electrode 108 via the connection unit 106 and the connection electrode 103. When the voltage to be applied to the counter electrode 108 is higher than the power supply voltage of the image sensor, the power supply voltage is boosted by a booster circuit such as a charge pump to supply the predetermined voltage.

読出し回路116は、複数の画素電極104の各々に対応して基板101に設けられており、対応する画素電極104で捕集された電荷に応じた信号を読出すものである。読出し回路116は、例えばCCD、MOS回路、又はTFT回路等で構成されており、絶縁層102内に配置された図示しない遮光層によって遮光されている。読み出し回路116は、それに対応する画素電極104と接続部105を介して電気的に接続されている。   The readout circuit 116 is provided on the substrate 101 corresponding to each of the plurality of pixel electrodes 104, and reads out a signal corresponding to the charge collected by the corresponding pixel electrode 104. The reading circuit 116 is configured by, for example, a CCD, a MOS circuit, or a TFT circuit, and is shielded from light by a light shielding layer (not shown) disposed in the insulating layer 102. The readout circuit 116 is electrically connected to the corresponding pixel electrode 104 via the connection unit 105.

緩衝層109は、対向電極108上に、対向電極108を覆って形成されている。封止層110は、緩衝層109上に、緩衝層109を覆って形成されている。カラーフィルタ111は、封止層110上の各画素電極104と対向する位置に形成されている。隔壁112は、カラーフィルタ111同士の間に設けられており、カラーフィルタ111の光透過効率を向上させるためのものである。   The buffer layer 109 is formed on the counter electrode 108 so as to cover the counter electrode 108. The sealing layer 110 is formed on the buffer layer 109 so as to cover the buffer layer 109. The color filter 111 is formed at a position facing each pixel electrode 104 on the sealing layer 110. The partition wall 112 is provided between the color filters 111 and is for improving the light transmission efficiency of the color filter 111.

遮光層113は、封止層110上のカラーフィルタ111及び隔壁112を設けた領域以外に形成されており、有効画素領域以外に形成された有機層107に光が入射する事を防止する。保護層114は、カラーフィルタ111、隔壁112、及び遮光層113上に形成されており、撮像素子100全体を保護する。   The light shielding layer 113 is formed in a region other than the region where the color filter 111 and the partition 112 are provided on the sealing layer 110, and prevents light from entering the organic layer 107 formed outside the effective pixel region. The protective layer 114 is formed on the color filter 111, the partition 112, and the light shielding layer 113, and protects the entire image sensor 100.

このように構成された撮像素子100では、光が入射すると、この光が有機層107に入射し、ここで電荷が発生する。発生した電荷のうちの正孔は、画素電極104で捕集され、その量に応じた電圧信号が読み出し回路116によって撮像素子100外部に出力される。   In the imaging device 100 configured as described above, when light is incident, the light is incident on the organic layer 107, and charges are generated here. Holes in the generated charges are collected by the pixel electrode 104, and a voltage signal corresponding to the amount is output to the outside of the image sensor 100 by the readout circuit 116.

撮像素子100の製造方法は、次の通りである。   The manufacturing method of the image sensor 100 is as follows.

対向電極電圧供給部115と読み出し回路116が形成された回路基板上に、接続部105,106、複数の接続電極103、複数の画素電極104、及び絶縁層102を形成する。複数の画素電極104は、絶縁層102の表面に例えば正方格子状に配置する。   On the circuit substrate on which the common electrode voltage supply unit 115 and the readout circuit 116 are formed, the connection units 105 and 106, the plurality of connection electrodes 103, the plurality of pixel electrodes 104, and the insulating layer 102 are formed. The plurality of pixel electrodes 104 are arranged on the surface of the insulating layer 102 in a square lattice pattern, for example.

次に、複数の画素電極104上に、有機層107を例えば真空加熱蒸着法によって形成する。次に、有機層107上に例えばスパッタ法により対向電極108を真空下で形成する。次に、対向電極108上に緩衝層109、封止層110を順次、例えば真空加熱蒸着法によって形成する。次に、カラーフィルタ111、隔壁112、遮光層113を形成後、保護層114を形成して、撮像素子100を完成する。   Next, the organic layer 107 is formed on the plurality of pixel electrodes 104 by, for example, a vacuum heating deposition method. Next, the counter electrode 108 is formed on the organic layer 107 under a vacuum, for example, by sputtering. Next, the buffer layer 109 and the sealing layer 110 are sequentially formed on the counter electrode 108 by, for example, a vacuum heating deposition method. Next, after forming the color filter 111, the partition 112, and the light shielding layer 113, the protective layer 114 is formed, and the imaging element 100 is completed.

撮像素子100の製造方法においても、有機層107に含まれる光電変換層の形成工程と封止層110の形成工程との間に、作製途中の撮像素子100を30分以上、真空下又は非真空下に置く工程を追加することで、複数の有機光電変換素子の性能劣化を防ぐことができる。この工程を追加することで、撮像素子100の性能劣化を防ぎながら、製造コストを抑えることができる。   Also in the manufacturing method of the image pickup device 100, the image pickup device 100 in the process of being manufactured for 30 minutes or more between the formation process of the photoelectric conversion layer included in the organic layer 107 and the formation step of the sealing layer 110 is vacuum or non-vacuum. By adding a step to be placed below, it is possible to prevent the performance deterioration of the plurality of organic photoelectric conversion elements. By adding this step, it is possible to suppress the manufacturing cost while preventing the performance degradation of the image sensor 100.

以下では、上述した有機光電変換素子の構成要素(電子ブロッキング層3、正孔ブロッキング層、光電変換層4、電極2、電極5、封止層6)の詳細について説明する。   Below, the detail of the component (the electron blocking layer 3, the hole blocking layer, the photoelectric converting layer 4, the electrode 2, the electrode 5, the sealing layer 6) of the organic photoelectric conversion element mentioned above is demonstrated.

[光電変換層]
光電変換層4を構成するp型有機半導体(化合物)は、ドナー性有機半導体(化合物)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。更に詳しくは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、ドナー性有機化合物は、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、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(ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、フェナントレン誘導体、テトラセン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体、フルオランテン誘導体)、含窒素ヘテロ環化合物を配位子として有する金属錯体等を用いることができる。なお、これに限らず、n型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てよい。
[Photoelectric conversion layer]
The p-type organic semiconductor (compound) constituting the photoelectric conversion layer 4 is a donor-type organic semiconductor (compound), which is mainly represented by a hole-transporting organic compound and refers to an organic compound having a property of easily donating electrons. . More specifically, 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 compound as long as it is an electron-donating organic compound. For example, triarylamine compound, benzidine compound, pyrazoline compound, styrylamine compound, hydrazone compound, triphenylmethane compound, carbazole compound, polysilane compound, thiophene compound, phthalocyanine compound, cyanine compound, merocyanine compound, oxonol compound, polyamine compound, indole Compounds, pyrrole compounds, pyrazole compounds, polyarylene compounds, condensed aromatic carbocyclic compounds (naphthalene derivatives, anthracene derivatives, phenanthrene derivatives, tetracene derivatives, pyrene derivatives, perylene derivatives, fluoranthene derivatives), nitrogen-containing heterocyclic compounds The metal complex etc. which it has as can be used. However, the present invention is not limited thereto, and any organic compound having an ionization potential smaller than that of the organic compound used as the n-type organic semiconductor may be used as the donor organic semiconductor.

p型有機半導体としてはいかなる有機色素を用いてもよいが、好ましいものとしては、シアニン色素、スチリル色素、ヘミシアニン色素、メロシアニン色素(ゼロメチンメロシアニン(シンプルメロシアニン)を含む)、3核メロシアニン色素、4核メロシアニン色素、ロダシアニン色素、コンプレックスシアニン色素、コンプレックスメロシアニン色素、アロポーラー色素、オキソノール色素、ヘミオキソノール色素、スクアリウム色素、クロコニウム色素、アザメチン色素、クマリン色素、アリーリデン色素、アントラキノン色素、トリフェニルメタン色素、アゾ色素、アゾメチン色素、スピロ化合物、メタロセン色素、フルオレノン色素、フルギド色素、ペリレン色素、ペリノン色素、フェナジン色素、フェノチアジン色素、キノン色素、ジフェニルメタン色素、ポリエン色素、アクリジン色素、アクリジノン色素、ジフェニルアミン色素、キナクリドン色素、キノフタロン色素、フェノキサジン色素、フタロペリレン色素、ジケトピロロピロール色素、ジオキサン色素、ポルフィリン色素、クロロフィル色素、フタロシアニン色素、金属錯体色素、縮合芳香族炭素環系色素(ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、フェナントレン誘導体、テトラセン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体、フルオランテン誘導体)が挙げられる。   Any organic dye may be used as the p-type organic semiconductor, but preferred are a cyanine dye, a styryl dye, a hemicyanine dye, a merocyanine dye (including zero methine merocyanine (simple merocyanine)), a trinuclear merocyanine dye, 4 Nuclear merocyanine dye, rhodacyanine dye, complex cyanine dye, complex merocyanine dye, allopolar dye, oxonol dye, hemioxonol dye, squalium dye, croconium dye, azamethine dye, coumarin dye, arylidene dye, anthraquinone dye, triphenylmethane dye, azo Dye, azomethine dye, spiro compound, metallocene dye, fluorenone dye, fulgide dye, perylene dye, perinone dye, phenazine dye, phenothiazine dye, quinone color , Diphenylmethane dye, polyene dye, acridine dye, acridinone dye, diphenylamine dye, quinacridone dye, quinophthalone dye, phenoxazine dye, phthaloperylene dye, diketopyrrolopyrrole dye, dioxane dye, porphyrin dye, chlorophyll dye, phthalocyanine dye, metal complex dye And condensed aromatic carbocyclic dyes (naphthalene derivatives, anthracene derivatives, phenanthrene derivatives, tetracene derivatives, pyrene derivatives, perylene derivatives, fluoranthene derivatives).

光電変換層4を構成するフラーレンとは、フラーレンC60、フラーレンC70、フラーレンC76、フラーレンC78、フラーレンC80、フラーレンC82、フラーレンC84、フラーレンC90、フラーレンC96、フラーレンC240、フラーレン540、ミックスドフラーレン、フラーレンナノチューブを表し、フラーレン誘導体とはこれらに置換基が付加された化合物のことを表す。 The fullerene constituting the photoelectric conversion layer 4 is fullerene C 60 , fullerene C 70 , fullerene C 76 , fullerene C 78 , fullerene C 80 , fullerene C 82 , fullerene C 84 , fullerene C 90 , fullerene C 96 , fullerene C 240. , Fullerene 540 , mixed fullerene, and fullerene nanotubes, and the fullerene derivative means a compound having a substituent added thereto.

フラーレン誘導体の置換基として好ましくは、アルキル基、アリール基、又は複素環基である。アルキル基として更に好ましくは、炭素数1〜12までのアルキル基であり、アリール基、及び複素環基として好ましくは、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環、フルオレン環、トリフェニレン環、ナフタセン環、ビフェニル環、ピロール環、フラン環、チオフェン環、イミダゾール環、オキサゾール環、チアゾール環、ピリジン環、ピラジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、インドリジン環、インドール環、ベンゾフラン環、ベンゾチオフェン環、イソベンゾフラン環、ベンズイミダゾール環、イミダゾピリジン環、キノリジン環、キノリン環、フタラジン環、ナフチリジン環、キノキサリン環、キノキサゾリン環、イソキノリン環、カルバゾール環、フェナントリジン環、アクリジン環、フェナントロリン環、チアントレン環、クロメン環、キサンテン環、フェノキサチイン環、フェノチアジン環、又はフェナジン環であり、更に好ましくは、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環、ピリジン環、イミダゾール環、オキサゾール環、又はチアゾール環であり、特に好ましくはベンゼン環、ナフタレン環、又はピリジン環である。これらは更に置換基を有していてもよく、その置換基は可能な限り結合して環を形成してもよい。なお、複数の置換基を有しても良く、それらは同一であっても異なっていても良い。また、複数の置換基は可能な限り結合して環を形成してもよい。   The substituent for the fullerene derivative is preferably an alkyl group, an aryl group, or a heterocyclic group. More preferably, the alkyl group is an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, and the aryl group and the heterocyclic group are preferably a benzene ring, naphthalene ring, anthracene ring, phenanthrene ring, fluorene ring, triphenylene ring, naphthacene ring. , Biphenyl ring, pyrrole ring, furan ring, thiophene ring, imidazole ring, oxazole ring, thiazole ring, pyridine ring, pyrazine ring, pyrimidine ring, pyridazine ring, indolizine ring, indole ring, benzofuran ring, benzothiophene ring, isobenzofuran Ring, benzimidazole ring, imidazopyridine ring, quinolidine ring, quinoline ring, phthalazine ring, naphthyridine ring, quinoxaline ring, quinoxazoline ring, isoquinoline ring, carbazole ring, phenanthridine ring, acridine ring, phenanthroline , Thianthrene ring, chromene ring, xanthene ring, phenoxathiin ring, phenothiazine ring, or phenazine ring, more preferably a benzene ring, naphthalene ring, anthracene ring, phenanthrene ring, pyridine ring, imidazole ring, oxazole ring, or A thiazole ring, particularly preferably a benzene ring, a naphthalene ring, or a pyridine ring. These may further have a substituent, and the substituents may be bonded as much as possible to form a ring. In addition, you may have a some substituent and they may be the same or different. A plurality of substituents may be combined as much as possible to form a ring.

光電変換層4がフラーレン又はフラーレン誘導体を含むことで、フラーレン分子又はフラーレン誘導体分子を経由して、光電変換により発生した電荷を電極2又は電極5まで早く輸送できる。フラーレン分子又はフラーレン誘導体分子が連なった状態になって電子の経路が形成されていると、電子輸送性が向上して有機光電変換素子の高速応答性が実現可能となる。このためにはフラーレン又はフラーレン誘導体が光電変換層4に40%以上含まれていることが好ましい。もっとも、フラーレン又はフラーレン誘導体が多すぎるとp型有機半導体が少なくなって接合界面が小さくなり励起子解離効率が低下してしまう。   When the photoelectric conversion layer 4 contains fullerene or a fullerene derivative, charges generated by photoelectric conversion can be quickly transported to the electrode 2 or the electrode 5 via the fullerene molecule or fullerene derivative molecule. When a fullerene molecule or a fullerene derivative molecule is connected to form an electron path, the electron transport property is improved and the high-speed response of the organic photoelectric conversion element can be realized. For this purpose, it is preferable that 40% or more of fullerene or fullerene derivative is contained in the photoelectric conversion layer 4. However, when there are too many fullerenes or fullerene derivatives, the p-type organic semiconductor is reduced, the junction interface is reduced, and the exciton dissociation efficiency is lowered.

光電変換層4において、フラーレン又はフラーレン誘導体と共に混合されるp型有機半導体として、特許第4213832号公報等に記載されたトリアリールアミン化合物を用いると有機光電変換素子の高SN比が発現可能になり、特に好ましい。光電変換層4内のフラーレン又はフラーレン誘導体の比率が大きすぎると該トリアリールアミン化合物が少なくなって入射光の吸収量が低下する。これにより光電変換効率が減少するので、光電変換層4に含まれるフラーレン又はフラーレン誘導体は85%以下の組成であることが好ましい。
p型有機半導体は下記一般式(1)で表される化合物であることが好ましい。
In the photoelectric conversion layer 4, when a triarylamine compound described in Japanese Patent No. 4213832 is used as a p-type organic semiconductor mixed with fullerene or a fullerene derivative, a high SN ratio of the organic photoelectric conversion element can be expressed. Is particularly preferred. When the ratio of fullerene or fullerene derivative in the photoelectric conversion layer 4 is too large, the amount of the triarylamine compound is reduced and the amount of incident light absorbed is reduced. As a result, the photoelectric conversion efficiency is reduced. Therefore, the fullerene or fullerene derivative contained in the photoelectric conversion layer 4 preferably has a composition of 85% or less.
The p-type organic semiconductor is preferably a compound represented by the following general formula (1).

Figure 0005520647
Figure 0005520647

(式中、L、Lは、それぞれメチン基を表す。nは0〜2の整数を表す。Arは、2価の置換アリーレン基、又は無置換アリーレン基を表す。Ar、Arは、それぞれ独立に、置換アリール基、無置換アリール基、置換アルキル基、無置換アルキル基、置換へテロアリール基、又は無置換ヘテロアリール基を表す。また、R〜Rはそれぞれ独立に、水素原子、置換アルキル基、無置換アルキル基、置換アリール基、無置換アリール基、置換へテロアリール基、又は無置換ヘテロアリール基を表し、隣接するものが互いに結合して環を形成してもよい。) (In the formula, L 2 and L 3 each represent a methine group. N represents an integer of 0 to 2. Ar 1 represents a divalent substituted arylene group or an unsubstituted arylene group. Ar 2 , Ar 3 each independently represents a substituted aryl group, an unsubstituted aryl group, a substituted alkyl group, an unsubstituted alkyl group, a substituted heteroaryl group, or an unsubstituted heteroaryl group, and R 1 to R 6 are each independently Represents a hydrogen atom, a substituted alkyl group, an unsubstituted alkyl group, a substituted aryl group, an unsubstituted aryl group, a substituted heteroaryl group, or an unsubstituted heteroaryl group, and adjacent ones may be bonded to each other to form a ring. Good.)

Arが表すアリーレン基としては、好ましくは炭素数6〜30のアリーレン基であり、より好ましくは炭素数6〜18のアリーレン基である。該アリーレン基は、置換基を有していてもよく、好ましくは炭素数1〜4のアルキル基を有していてもよい炭素数6〜18のアリーレン基である。例えば、フェニレン基、ナフチレン基、メチルフェニレン基、ジメチルフェニレン基等が挙げられ、フェニレン基又はナフチレン基が好ましく、フェニレン基がより好ましい。
Ar、Arが表すアリール基としては、それぞれ独立に、好ましくは炭素数6〜30のアリール基であり、より好ましくは炭素数6〜18のアリール基である。該アリール基は、置換基を有していてもよく、好ましくは炭素数1〜4のアルキル基又は炭素数6〜18のアリール基を有していてもよい炭素数6〜18のアリール基である。例えば、フェニル基、ナフチル基、トリル基、アンスリル基、ジメチルフェニル基、ビフェニル基等が挙げられ、フェニル基又はナフチル基が好ましく、フェニル基がより好ましい。nは0又は1が好ましい。
The arylene group represented by Ar 1 is preferably an arylene group having 6 to 30 carbon atoms, and more preferably an arylene group having 6 to 18 carbon atoms. The arylene group may have a substituent, and is preferably an arylene group having 6 to 18 carbon atoms which may have an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. For example, a phenylene group, a naphthylene group, a methylphenylene group, a dimethylphenylene group and the like can be mentioned. A phenylene group or a naphthylene group is preferable, and a phenylene group is more preferable.
The aryl groups represented by Ar 2 and Ar 3 are each independently preferably an aryl group having 6 to 30 carbon atoms, and more preferably an aryl group having 6 to 18 carbon atoms. The aryl group may have a substituent, preferably an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms or an aryl group having 6 to 18 carbon atoms which may have an aryl group having 6 to 18 carbon atoms. is there. For example, a phenyl group, a naphthyl group, a tolyl group, an anthryl group, a dimethylphenyl group, a biphenyl group etc. are mentioned, A phenyl group or a naphthyl group is preferable and a phenyl group is more preferable. n is preferably 0 or 1.

Ar、Arが表すアルキル基としては、好ましくは炭素数1〜6のアルキル基であり、より好ましくは炭素数1〜4のアルキル基である。例えばメチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基が挙げられ、メチル基又はエチル基が好ましく、メチル基がより好ましい。 The alkyl group represented by Ar 2 and Ar 3 is preferably an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and more preferably an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. Examples thereof include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, an isobutyl group, and a t-butyl group. A methyl group or an ethyl group is preferable, and a methyl group is more preferable.

Ar、Arが表すヘテロアリール基としては、それぞれ独立に、好ましくは炭素数3〜30のヘテロアリール基であり、より好ましくは炭素数3〜18のヘテロアリール基である。該ヘテロアリール基は、置換基を有していてもよく、好ましくは炭素数1〜4のアルキル基又は炭素数6〜18のアリール基を有していてもよい炭素数3〜18のヘテロアリール基である。また、Ar、Arが表すヘテロアリール基は縮環構造であってもよく、フラン環、チオフェン環、セレノフェン環、シロール環、ピリジン環、ピラジン環、ピリミジン環、オキサゾール環、チアゾール環、トリアゾール環、オキサジアゾール環、チアジアゾール環からから選ばれる環の組み合わせ(同一でも良い)の縮環構造が好ましく、キノリン環、イソキノリン環、ベンゾチオフェン環、ジベンゾチオフェン環、チエノチオフェン環、ビチエノベンゼン環、ビチエノチオフェン環が好ましい。 The heteroaryl groups represented by Ar 2 and Ar 3 are preferably each independently a heteroaryl group having 3 to 30 carbon atoms, and more preferably a heteroaryl group having 3 to 18 carbon atoms. The heteroaryl group may have a substituent, and preferably a heteroaryl having 3 to 18 carbon atoms which may have an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms or an aryl group having 6 to 18 carbon atoms. It is a group. The heteroaryl group represented by Ar 2 or Ar 3 may have a condensed ring structure, such as a furan ring, a thiophene ring, a selenophene ring, a silole ring, a pyridine ring, a pyrazine ring, a pyrimidine ring, an oxazole ring, a thiazole ring, or a triazole. A condensed ring structure of a ring combination selected from a ring, an oxadiazole ring, and a thiadiazole ring (which may be the same) is preferable. A bithienothiophene ring is preferred.

〜Rが表すアルキル基としては、好ましくは炭素数1〜6のアルキル基であり、より好ましくは炭素数1〜4のアルキル基である。例えばメチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基が挙げられる。R〜R6としては、メチル基又はエチル基が好ましく、メチル基がより好ましい。
nは0又は1が好ましい。
The alkyl group represented by R 1 to R 6 is preferably an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and more preferably an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. Examples thereof include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, an isobutyl group, and a t-butyl group. R 1 to R 6 are preferably a methyl group or an ethyl group, and more preferably a methyl group.
n is preferably 0 or 1.

〜Rが表すヘテロアリール基としては、それぞれ独立に、好ましくは炭素数3〜30のヘテロアリール基であり、より好ましくは炭素数3〜18のヘテロアリール基である。該ヘテロアリール基は、置換基を有していてもよく、好ましくは炭素数1〜4のアルキル基又は炭素数6〜18のアリール基を有していてもよい炭素数3〜18のヘテロアリール基である。また、R〜Rが表すヘテロアリール基は5員、6員又は7員の環又はその縮合環からなるヘテロアリール基が好ましい。ヘテロアリール基に含まれるヘテロ原子としては、酸素原子、硫黄原子、窒素原子挙げられる。ヘテロアリール基を構成する環の具体例としては、フラン環、チオフェン環、ピロール環、ピロリン環、ピロリジン環、オキサゾール環、イソオキサゾール環、チアゾール環、イソチアゾール環、イミダゾール環、イミダゾリン環、イミダゾリジン環、ピラゾール環、ピラゾリン環、ピラゾリジン環、トリアゾール環、フラザン環、テトラゾール環、ピラン環、チイン環、ピリジン環、ピペリジン環、オキサジン環、モルホリン環、チアジン環、ピリダジン環、ピリミジン環、ピラジン環、ピペラジン環、トリアジン環等が挙げられる。
縮合環としては、ベンゾフラン環、イソベンゾフラン環、ベンゾチオフェン環、インドール環、インドリン環、イソインドール環、ベンゾオキサゾール環、ベンゾチアゾール環、インダゾール環、ベンゾイミダゾール環、キノリン環、イソキノリン環、シンノリン環、フタラジン環、キナゾリン環、キノキサリン環、ジベンゾフラン環、カルバゾール環、キサンテン環、アクリジン環、フェナントリジン環、フェナントロリン環、フェナジン環、フェノキサジン環、チアントレン環、チエノチオフェン環、インドリジン環、キノリジン環、キヌクリジン環、ナフチリジン環、プリン環、プテリジン環等が挙げられる。
The heteroaryl group represented by R 1 to R 6 is preferably each independently a heteroaryl group having 3 to 30 carbon atoms, and more preferably a heteroaryl group having 3 to 18 carbon atoms. The heteroaryl group may have a substituent, and preferably a heteroaryl having 3 to 18 carbon atoms which may have an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms or an aryl group having 6 to 18 carbon atoms. It is a group. The heteroaryl group represented by R 1 to R 6 is preferably a heteroaryl group composed of a 5-membered, 6-membered or 7-membered ring or a condensed ring thereof. Examples of the hetero atom contained in the heteroaryl group include an oxygen atom, a sulfur atom, and a nitrogen atom. Specific examples of the ring constituting the heteroaryl group include a furan ring, a thiophene ring, a pyrrole ring, a pyrroline ring, a pyrrolidine ring, an oxazole ring, an isoxazole ring, a thiazole ring, an isothiazole ring, an imidazole ring, an imidazoline ring, and an imidazolidine. Ring, pyrazole ring, pyrazoline ring, pyrazolidine ring, triazole ring, furazane ring, tetrazole ring, pyran ring, thiine ring, pyridine ring, piperidine ring, oxazine ring, morpholine ring, thiazine ring, pyridazine ring, pyrimidine ring, pyrazine ring, Examples include a piperazine ring and a triazine ring.
As the condensed ring, benzofuran ring, isobenzofuran ring, benzothiophene ring, indole ring, indoline ring, isoindole ring, benzoxazole ring, benzothiazole ring, indazole ring, benzimidazole ring, quinoline ring, isoquinoline ring, cinnoline ring, Phthalazine ring, quinazoline ring, quinoxaline ring, dibenzofuran ring, carbazole ring, xanthene ring, acridine ring, phenanthridine ring, phenanthroline ring, phenazine ring, phenoxazine ring, thianthrene ring, thienothiophene ring, indolizine ring, quinolidine ring, A quinuclidine ring, a naphthyridine ring, a purine ring, a pteridine ring, etc. are mentioned.

〜Rが表すアリール基としては、それぞれ独立に、好ましくは炭素数6〜30のアリール基であり、より好ましくは炭素数6〜18のアリール基である。該アリール基は、置換基を有していてもよく、好ましくは炭素数1〜4のアルキル基又は炭素数6〜18のアリール基を有していてもよい炭素数6〜18のアリール基である。例えば、フェニル基、ナフチル基、アントラセニル基、ピレニル基、フェナントレニル基、メチルフェニル基、ジメチルフェニル基、ビフェニル基等が挙げられ、フェニル基、ナフチル基、又はアントラセニル基が好ましい。 The aryl groups represented by R 1 to R 6 are each independently preferably an aryl group having 6 to 30 carbon atoms, and more preferably an aryl group having 6 to 18 carbon atoms. The aryl group may have a substituent, preferably an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms or an aryl group having 6 to 18 carbon atoms which may have an aryl group having 6 to 18 carbon atoms. is there. Examples include a phenyl group, a naphthyl group, an anthracenyl group, a pyrenyl group, a phenanthrenyl group, a methylphenyl group, a dimethylphenyl group, a biphenyl group, and the like, and a phenyl group, a naphthyl group, or an anthracenyl group is preferable.

Ar、Ar、R〜Rのうち隣接するものは互いに連結して環を形成しても良く、形成する環として好ましくはシクロヘキセン環、シクロペンテン環、ベンゼン環、ナフタレン環、チオフェン環、ピラン環等が挙げられる。 Ar 2 , Ar 3 , R 1 to R 6 may be adjacent to each other to form a ring, and the ring to be formed is preferably a cyclohexene ring, a cyclopentene ring, a benzene ring, a naphthalene ring, a thiophene ring, A pyran ring etc. are mentioned.

Ar、Ar、R〜Rが置換基を有する場合の置換基としてはハロゲン原子、アルキル基(シクロアルキル基、ビシクロアルキル基、トリシクロアルキル基を含む)、アルケニル基(シクロアルケニル基、ビシクロアルケニル基を含む)、アルキニル基、アリール基、複素環基(ヘテロ環基といっても良い)、シアノ基、ヒドロキシ基、ニトロ基、カルボキシ基、アルコキシ基、アリールオキシ基、シリルオキシ基、ヘテロ環オキシ基、アシルオキシ基、カルバモイルオキシ基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アミノ基(アニリノ基を含む)、アンモニオ基、アシルアミノ基、アミノカルボニルアミノ基、アルコキシカルボニルアミノ基、アリールオキシカルボニルアミノ基、スルファモイルアミノ基、アルキル及びアリールスルホニルアミノ基、メルカプト基、アルキルチオ基、アリールチオ基、ヘテロ環チオ基、スルファモイル基、スルホ基、アルキル及びアリールスルフィニル基、アルキル及びアリールスルホニル基、アシル基、アリールオキシカルボニル基、アルコキシカルボニル基、カルバモイル基、アリール及びヘテロ環アゾ基、イミド基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスフィニルオキシ基、ホスフィニルアミノ基、ホスホノ基、シリル基、ヒドラジノ基、ウレイド基、ボロン酸基(−B(OH))、ホスファト基(−OPO(OH))、スルファト基(−OSOH)、その他の公知の置換基が挙げられる。 When Ar 2 , Ar 3 , R 1 to R 6 have a substituent, the substituent includes a halogen atom, an alkyl group (including a cycloalkyl group, a bicycloalkyl group, and a tricycloalkyl group), an alkenyl group (cycloalkenyl group). , Alkynyl group, aryl group, heterocyclic group (may be referred to as heterocyclic group), cyano group, hydroxy group, nitro group, carboxy group, alkoxy group, aryloxy group, silyloxy group, Heterocyclic oxy group, acyloxy group, carbamoyloxy group, alkoxycarbonyl group, aryloxycarbonyl group, amino group (including anilino group), ammonio group, acylamino group, aminocarbonylamino group, alkoxycarbonylamino group, aryloxycarbonylamino Group, sulfamoylamino group, Alkyl and arylsulfonylamino groups, mercapto groups, alkylthio groups, arylthio groups, heterocyclic thio groups, sulfamoyl groups, sulfo groups, alkyl and arylsulfinyl groups, alkyl and arylsulfonyl groups, acyl groups, aryloxycarbonyl groups, alkoxycarbonyl groups Carbamoyl group, aryl and heterocyclic azo group, imide group, phosphino group, phosphinyl group, phosphinyloxy group, phosphinylamino group, phosphono group, silyl group, hydrazino group, ureido group, boronic acid group (-B (OH) 2 ), phosphato group (—OPO (OH) 2 ), sulfato group (—OSO 3 H), and other known substituents.

以下に一般式(1)で表される化合物の具体例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。   Specific examples of the compound represented by the general formula (1) are shown below, but the present invention is not limited thereto.

Figure 0005520647
Figure 0005520647

[電子ブロッキング層]
電子ブロッキング層3には、電子供与性有機材料を用いることができる。具体的には、低分子材料では、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(TPD)や4,4’−ビス[N−(ナフチル)−N−フェニル−アミノ]ビフェニル(α−NPD)等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、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(m−MTDATA)、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、チタニウムフタロシアニンオキサイド等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を用いることができ、高分子材料では、フェニレンビニレン、フルオレン、カルバゾール、インドール、ピレン、ピロール、ピコリン、チオフェン、アセチレン、ジアセチレン等の重合体や、その誘導体を用いることができる。電子供与性化合物でなくとも、充分な正孔輸送性を有する化合物であれば用いることは可能である。
[Electronic blocking layer]
An electron-donating organic material can be used for the electron blocking layer 3. Specifically, in a low molecular material, N, N′-bis (3-methylphenyl)-(1,1′-biphenyl) -4,4′-diamine (TPD) or 4,4′-bis [N Aromatic diamine compounds such as-(naphthyl) -N-phenyl-amino] biphenyl (α-NPD), oxazole, oxadiazole, triazole, imidazole, imidazolone, stilbene derivative, pyrazoline derivative, tetrahydroimidazole, polyarylalkane, butadiene 4,4 ′, 4 ″ -tris (N- (3-methylphenyl) N-phenylamino) triphenylamine (m-MTDATA), porphine, tetraphenylporphine copper, phthalocyanine, copper phthalocyanine, titanium phthalocyanine oxide, etc. Porphyrin compounds, triazole derivatives, oxazizazo Derivatives, imidazole derivatives, polyarylalkane derivatives, pyrazoline derivatives, pyrazolone derivatives, phenylenediamine derivatives, annealing amine derivatives, amino-substituted chalcone derivatives, oxazole derivatives, styrylanthracene derivatives, fluorenone derivatives, hydrazone derivatives, silazane derivatives, etc. In the polymer material, a polymer such as phenylene vinylene, fluorene, carbazole, indole, pyrene, pyrrole, picoline, thiophene, acetylene, diacetylene, or a derivative thereof can be used. Any compound having sufficient hole transportability can be used.

具体的には、例えば、特開2008−72090号公報に記載された下記の化合物を用いるのが好ましい。なお、下記のEaはその材料の電子親和力、Ipはその材料のイオン化ポテンシャルを示す。EB―1,2,…の「EB」は「電子ブロッキング」の略である。   Specifically, for example, it is preferable to use the following compounds described in JP-A-2008-72090. The following Ea represents the electron affinity of the material, and Ip represents the ionization potential of the material. “EB” in EB-1, 2,... Stands for “electronic blocking”.

Figure 0005520647
Figure 0005520647

電子ブロッキング層3としては無機材料を用いることもできる。一般的に、無機材料は有機材料よりも誘電率が大きいため、電子ブロッキング層3に用いた場合に、光電変換層4に電圧が多くかかるようになり、光電変換効率を高くすることができる。電子ブロッキング層3となりうる材料としては、酸化カルシウム、酸化クロム、酸化クロム銅、酸化マンガン、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化銅、酸化ガリウム銅、酸化ストロンチウム銅、酸化ニオブ、酸化モリブデン、酸化インジウム銅、酸化インジウム銀、酸化イリジウム等がある。   An inorganic material can also be used as the electron blocking layer 3. In general, since an inorganic material has a dielectric constant larger than that of an organic material, when it is used for the electron blocking layer 3, a large voltage is applied to the photoelectric conversion layer 4, and the photoelectric conversion efficiency can be increased. Materials that can be the electron blocking layer 3 include calcium oxide, chromium oxide, chromium oxide copper, manganese oxide, cobalt oxide, nickel oxide, copper oxide, gallium copper oxide, strontium copper oxide, niobium oxide, molybdenum oxide, indium copper oxide, Examples include indium silver oxide and iridium oxide.

複数層からなる電子ブロッキング層3において、複数層のうち光電変換層4と隣接する層が該光電変換層4に含まれるp型有機半導体と同じ材料からなる層であることが好ましい。電子ブロッキング層3にも同じp型有機半導体を用いることで、光電変換層4と隣接する層の界面に中間準位が形成されるのを抑制し、暗電流を更に抑制することができる。   In the electron blocking layer 3 composed of a plurality of layers, the layer adjacent to the photoelectric conversion layer 4 among the plurality of layers is preferably a layer made of the same material as the p-type organic semiconductor contained in the photoelectric conversion layer 4. By using the same p-type organic semiconductor for the electron blocking layer 3, it is possible to suppress the formation of intermediate levels at the interface between the photoelectric conversion layer 4 and the adjacent layer, and to further suppress the dark current.

電子ブロッキング層3が単層の場合にはその層を無機材料からなる層とすることができ、又は、複数層の場合には1つ又は2以上の層を無機材料からなる層とすることができる。   When the electron blocking layer 3 is a single layer, the layer can be a layer made of an inorganic material, or in the case of a plurality of layers, one or more layers can be a layer made of an inorganic material. it can.

[正孔ブロッキング層]
正孔ブロッキング層には、電子受容性有機材料を用いることができる。電子受容性材料としては、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(OXD−7)等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、バソフェナントロリン、及びこれらの誘導体、トリアゾール化合物、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、ジスチリルアリーレン誘導体、シロール化合物などを用いることができる。また、電子受容性有機材料でなくとも、十分な電子輸送性を有する材料ならば使用することは可能である。ポルフィリン系化合物や、DCM(4-ジシアノメチレン-2-メチル-6-(4-(ジメチルアミノスチリル))-4Hピラン)等のスチリル系化合物、4Hピラン系化合物を用いることができる。
[Hole blocking layer]
An electron-accepting organic material can be used for the hole blocking layer. Examples of the electron-accepting material include 1,3-bis (4-tert-butylphenyl-1,3,4-oxadiazolyl) phenylene (OXD-7) and other oxadiazole derivatives, anthraquinodimethane derivatives, and diphenylquinone derivatives. , Bathocuproine, bathophenanthroline, and derivatives thereof, triazole compounds, tris (8-hydroxyquinolinato) aluminum complexes, bis (4-methyl-8-quinolinato) aluminum complexes, distyrylarylene derivatives, silole compounds, etc. Can do. Moreover, even if it is not an electron-accepting organic material, it can be used if it is a material which has sufficient electron transport property. Porphyrin compounds, styryl compounds such as DCM (4-dicyanomethylene-2-methyl-6- (4- (dimethylaminostyryl))-4H pyran), and 4H pyran compounds can be used.

[画素電極]
電極2(画素電極104)の材料としては、例えば、金属、金属酸化物、金属窒化物、金属硼化物、有機導電性化合物、これらの混合物等が挙げられる。具体例としては、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫(ITO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)、酸化インジウムタングステン(IWO)、酸化チタン等の導電性金属酸化物、TiN等の金属窒化物、金(Au)、白金(Pt)、銀(Ag)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、アルミニウム(Al)等の金属、更にこれらの金属と導電性金属酸化物との混合物又は積層物、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロール等の有機導電性化合物、これらとITOとの積層物、などが挙げられる。透明導電膜の材料として特に好ましいのは、ITO、IZO、酸化錫、アンチモンドープ酸化錫(ATO)、弗素ドープ酸化錫(FTO)、酸化亜鉛、アンチモンドープ酸化亜鉛(AZO)、ガリウムドープ酸化亜鉛(GZO)のいずれかの材料である。
[Pixel electrode]
Examples of the material of the electrode 2 (pixel electrode 104) include metals, metal oxides, metal nitrides, metal borides, organic conductive compounds, and mixtures thereof. Specific examples include tin oxide, zinc oxide, indium oxide, indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), indium tungsten oxide (IWO), conductive metal oxides such as titanium oxide, and metal nitrides such as TiN. Metal, gold (Au), platinum (Pt), silver (Ag), chromium (Cr), nickel (Ni), aluminum (Al), etc., and a mixture or laminate of these metals and conductive metal oxides Products, organic conductive compounds such as polyaniline, polythiophene, and polypyrrole, and laminates of these with ITO. Particularly preferable materials for the transparent conductive film are ITO, IZO, tin oxide, antimony-doped tin oxide (ATO), fluorine-doped tin oxide (FTO), zinc oxide, antimony-doped zinc oxide (AZO), gallium-doped zinc oxide ( GZO).

電極2の端部において該電極2の膜厚に相当する段差が急峻だったり、該電極2の表面に顕著な凹凸が存在したり、該電極2上に微小な塵埃(パーティクル)が付着したりすると、該電極2上の層が所望の膜厚より薄くなったり亀裂が生じたりする。そのような状態で該層上に電極5(対向電極108)を形成すると、欠陥部分における該電極2と該電極5の接触や電界集中により、暗電流の増大や短絡などの画素不良が発生する。更に、上記の欠陥は、電極2とその上の層の密着性や有機光電変換素子10の耐熱性を低下させるおそれがある。   A step corresponding to the film thickness of the electrode 2 is steep at the end of the electrode 2, there are conspicuous irregularities on the surface of the electrode 2, or minute dust (particles) adhere to the electrode 2 Then, the layer on the electrode 2 becomes thinner than a desired film thickness or cracks are generated. When the electrode 5 (counter electrode 108) is formed on the layer in such a state, a pixel defect such as an increase in dark current or a short circuit occurs due to contact or electric field concentration between the electrode 2 and the electrode 5 in the defective portion. . Furthermore, the above-described defects may reduce the adhesion between the electrode 2 and the layer above it and the heat resistance of the organic photoelectric conversion element 10.

上記の欠陥を防止して素子の信頼性を向上させるためには、電極2の表面粗さRaが0.6nm以下であることが好ましい。電極2の表面粗さRaが小さいほど、表面の凹凸が小さいことを意味し、表面平坦性が良好である。また、電極2上のパーティクルを除去するため、電子ブロッキング層3を形成する前に、半導体製造工程で利用されている一般的な洗浄技術により、基板を洗浄することが特に好ましい。   In order to prevent the above defects and improve the reliability of the element, the surface roughness Ra of the electrode 2 is preferably 0.6 nm or less. The smaller the surface roughness Ra of the electrode 2, the smaller the surface unevenness, and the better the surface flatness. Further, in order to remove particles on the electrode 2, it is particularly preferable to clean the substrate by a general cleaning technique used in a semiconductor manufacturing process before forming the electron blocking layer 3.

[対向電極]
電極5(対向電極108)の材料としては、例えば、金属、金属酸化物、金属窒化物、金属硼化物、有機導電性化合物、これらの混合物等が挙げられる。具体例としては、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫(ITO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)、酸化インジウムタングステン(IWO)、酸化チタン等の導電性金属酸化物、TiN等の金属窒化物、金(Au)、白金(Pt)、銀(Ag)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、アルミニウム(Al)等の金属、更にこれらの金属と導電性金属酸化物との混合物又は積層物、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロール等の有機導電性化合物、これらとITOとの積層物、などが挙げられる。透明導電膜の材料として特に好ましいのは、ITO、IZO、酸化錫、アンチモンドープ酸化錫(ATO)、弗素ドープ酸化錫(FTO)、酸化亜鉛、アンチモンドープ酸化亜鉛(AZO)、ガリウムドープ酸化亜鉛(GZO)のいずれかの材料である。
[Counter electrode]
Examples of the material of the electrode 5 (counter electrode 108) include metals, metal oxides, metal nitrides, metal borides, organic conductive compounds, and mixtures thereof. Specific examples include tin oxide, zinc oxide, indium oxide, indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), indium tungsten oxide (IWO), conductive metal oxides such as titanium oxide, and metal nitrides such as TiN. Metal, gold (Au), platinum (Pt), silver (Ag), chromium (Cr), nickel (Ni), aluminum (Al), etc., and a mixture or laminate of these metals and conductive metal oxides Products, organic conductive compounds such as polyaniline, polythiophene, and polypyrrole, and laminates of these with ITO. Particularly preferable materials for the transparent conductive film are ITO, IZO, tin oxide, antimony-doped tin oxide (ATO), fluorine-doped tin oxide (FTO), zinc oxide, antimony-doped zinc oxide (AZO), gallium-doped zinc oxide ( GZO).

[封止層]
封止層6(封止層110)としては次の条件が求められる。
第一に、素子の各製造工程において溶液、プラズマなどに含まれる有機の光電変換材料を劣化させる因子の浸入を阻止して光電変換層を保護することが挙げられる。
第二に、素子の製造後に、水分子などの有機の光電変換材料を劣化させる因子の浸入を阻止して、長期間の保存/使用にわたって、光電変換層4の劣化を防止する。
第三に、封止層6を形成する際は既に形成された光電変換層を劣化させない。
第四に、入射光は封止層6を通じて光電変換層4に到達するので、光電変換層4で検知する波長の光に対して封止層6は透明でなくてはならない。
[Sealing layer]
The following conditions are required for the sealing layer 6 (sealing layer 110).
First, it is possible to protect the photoelectric conversion layer by preventing intrusion of factors that degrade the organic photoelectric conversion material contained in the solution, plasma, and the like in each manufacturing process of the device.
Secondly, after the device is manufactured, the penetration of factors that degrade the organic photoelectric conversion material, such as water molecules, is prevented, and deterioration of the photoelectric conversion layer 4 is prevented over a long period of storage / use.
Third, when forming the sealing layer 6, the already formed photoelectric conversion layer is not deteriorated.
Fourth, since incident light reaches the photoelectric conversion layer 4 through the sealing layer 6, the sealing layer 6 must be transparent to light having a wavelength detected by the photoelectric conversion layer 4.

封止層6は、単一材料からなる薄膜で構成することもできるが、多層構成にして各層に別々の機能を付与することで、封止層6全体の応力緩和、製造工程中の発塵等によるクラック、ピンホールなどの欠陥発生の抑制、材料開発の最適化が容易になることなどの効果が期待できる。例えば、封止層6は、水分子などの劣化因子の浸透を阻止する本来の目的を果たす層の上に、その層で達成することが難しい機能を持たせた「封止補助層」を積層した2層構成を形成することができる。3層以上の構成も可能だが、製造コストを勘案するとなるべく層数は少ない方が好ましい。   The sealing layer 6 can be composed of a thin film made of a single material. However, by providing a different function for each layer in a multi-layer structure, the stress of the entire sealing layer 6 is reduced, and dust is generated during the manufacturing process. Such effects as the suppression of defects such as cracks and pinholes caused by the above, and the optimization of material development can be expected. For example, the sealing layer 6 is formed by laminating a “sealing auxiliary layer” that has a function that is difficult to achieve on the layer that serves the original purpose of preventing the penetration of deterioration factors such as water molecules. A two-layer structure can be formed. Although it is possible to have three or more layers, it is preferable that the number of layers is as small as possible in consideration of manufacturing costs.

[原子層堆積法による封止層6の形成]
有機光電変換材料は水分子などの劣化因子の存在で顕著にその性能が劣化してしまう。そのために、水分子を浸透させない緻密な金属酸化物・金属窒化物・金属窒化酸化物などセラミクスやダイヤモンド状炭素(DLC)などで光電変換層全体を被覆して封止することが必要である。従来から、酸化アルミニウム、酸化珪素、窒化珪素、窒化酸化珪素やそれらの積層構成、それらと有機高分子の積層構成などを封止層として、各種真空成膜技術で形成されている。もっとも、これら従来の封止層は、基板表面の構造物、基板表面の微小欠陥、基板表面に付着したパーティクルなどによる段差において、薄膜の成長が困難なので(段差が影になるので)平坦部と比べて膜厚が顕著に薄くなる。このために段差部分が劣化因子の浸透する経路になってしまう。この段差を封止層で完全に被覆するには、平坦部において1μm以上の膜厚になるように成膜して、封止層全体を厚くする必要がある。
[Formation of sealing layer 6 by atomic layer deposition]
The performance of organic photoelectric conversion materials is significantly deteriorated due to the presence of deterioration factors such as water molecules. Therefore, it is necessary to cover and seal the entire photoelectric conversion layer with ceramics such as dense metal oxide / metal nitride / metal nitride oxide that does not allow water molecules to permeate, diamond-like carbon (DLC), or the like. Conventionally, aluminum oxide, silicon oxide, silicon nitride, silicon nitride oxide, a laminated structure thereof, a laminated structure of them and an organic polymer, or the like is used as a sealing layer by various vacuum film forming techniques. However, since these conventional sealing layers are difficult to grow in a step due to structures on the substrate surface, minute defects on the substrate surface, particles adhering to the substrate surface, etc. (because the step becomes a shadow), In comparison, the film thickness is significantly reduced. For this reason, the step portion becomes a path through which the deterioration factor penetrates. In order to completely cover the step with the sealing layer, it is necessary to form the film so as to have a film thickness of 1 μm or more in the flat portion, and to increase the thickness of the entire sealing layer.

画素寸法が2μm未満、特に1μm程度の撮像素子100において、カラーフィルタ111と光電変換層との距離、すなわち封止層110の膜厚が大きいと、封止層110内で入射光が回折/発散してしまい、混色が発生する。このために、画素寸法が1μm程度の撮像素子100は、封止層110全体の膜厚を減少させても素子性能が劣化しないような封止層材料/製造方法が必要になる。   In the image sensor 100 having a pixel size of less than 2 μm, particularly about 1 μm, if the distance between the color filter 111 and the photoelectric conversion layer, that is, the film thickness of the sealing layer 110 is large, incident light is diffracted / diverged in the sealing layer 110. As a result, color mixing occurs. For this reason, the imaging element 100 with a pixel size of about 1 μm requires a sealing layer material / manufacturing method that does not deteriorate the element performance even if the film thickness of the entire sealing layer 110 is reduced.

原子層堆積(ALD)法は、CVD法の一種で、薄膜材料となる有機金属化合物分子、金属ハロゲン化物分子、金属水素化物分子の基板表面への吸着/反応と、それらに含まれる未反応基の分解を、交互に繰返して薄膜を形成する技術である。基板表面へ薄膜材料が到達する際は上記低分子の状態なので、低分子が入り込めるごくわずかな空間さえあれば薄膜が成長可能である。そのために、従来の薄膜形成法では困難であった段差部分を完全に被覆し(段差部分に成長した薄膜の厚さが平坦部分に成長した薄膜の厚さと同じ)、すなわち段差被覆性が非常に優れる。そのため、基板表面の構造物、基板表面の微小欠陥、基板表面に付着したパーティクルなどによる段差を完全に被覆できるので、そのような段差部分が光電変換材料の劣化因子の浸入経路にならない。封止層6の形成を原子層堆積法で行なった場合は従来技術よりも効果的に必要な封止層膜厚を薄くすることが可能になる。   The atomic layer deposition (ALD) method is a kind of CVD method, and adsorption / reaction of organometallic compound molecules, metal halide molecules, and metal hydride molecules, which are thin film materials, onto the substrate surface and unreacted groups contained therein. Is a technique for forming a thin film by alternately repeating decomposition. When the thin film material reaches the substrate surface, it is in the above-mentioned low molecular state, so that the thin film can be grown in a very small space where the low molecule can enter. For this reason, the step portion, which was difficult with the conventional thin film formation method, is completely covered (the thickness of the thin film grown on the step portion is the same as the thickness of the thin film grown on the flat portion), that is, the step coverage is very high. Excellent. For this reason, steps due to structures on the substrate surface, minute defects on the substrate surface, particles adhering to the substrate surface, and the like can be completely covered, and such a step portion does not become an intrusion path for a deterioration factor of the photoelectric conversion material. When the sealing layer 6 is formed by the atomic layer deposition method, the required sealing layer thickness can be effectively reduced as compared with the prior art.

原子層堆積法で封止層6を形成する場合は、先述した封止層6に好ましいセラミクスに対応した材料を適宜選択できる。もっとも、本発明の光電変換層は有機光電変換材料を使用するために、有機光電変換材料が劣化しないような、比較的に低温で薄膜成長が可能な材料に制限される。アルキルアルミニウムやハロゲン化アルミニウムを材料とした原子層堆積法によると、有機光電変換材料が劣化しない200℃未満で緻密な酸化アルミニウム薄膜を形成することができる。特にトリメチルアルミニウムを使用した場合は100℃程度でも酸化アルミニウム薄膜を形成でき好ましい。酸化珪素や酸化チタンも材料を適切に選択することで酸化アルミニウムと同様に200℃未満で緻密な薄膜を形成することができ好ましい。   In the case of forming the sealing layer 6 by the atomic layer deposition method, a material corresponding to the ceramics preferable for the sealing layer 6 described above can be appropriately selected. However, since the photoelectric conversion layer of the present invention uses an organic photoelectric conversion material, it is limited to a material capable of growing a thin film at a relatively low temperature so that the organic photoelectric conversion material does not deteriorate. According to the atomic layer deposition method using alkyl aluminum or aluminum halide as the material, a dense aluminum oxide thin film can be formed at less than 200 ° C. at which the organic photoelectric conversion material does not deteriorate. In particular, when trimethylaluminum is used, an aluminum oxide thin film can be formed even at about 100 ° C. Silicon oxide and titanium oxide are also preferable because a dense thin film can be formed at less than 200 ° C., similarly to aluminum oxide, by appropriately selecting materials.

[封止補助層]
原子層堆積法により形成した薄膜は、段差被覆性、緻密性という観点からは比類なく良質な薄膜形成を低温で達成できる。もっとも、薄膜材料の物性が、フォトリソグラフィ工程で使用する薬品で劣化してしまうことがある。例えば、原子層堆積法で成膜した酸化アルミニウム薄膜は非晶質なので、現像液や剥離液のようなアルカリ溶液で表面が侵食されてしまう。この場合は、原子層堆積法で形成した酸化アルミニウム薄膜上に、耐薬品性に優れる薄膜を形成しなくてはならず、すなわち、封止層6を保護する機能層となる封止補助層が必要になる。
[Sealing auxiliary layer]
The thin film formed by the atomic layer deposition method can achieve a high-quality thin film formation at a low temperature that is unmatched from the viewpoint of step coverage and denseness. However, the physical properties of the thin film material may be deteriorated by chemicals used in the photolithography process. For example, since an aluminum oxide thin film formed by atomic layer deposition is amorphous, the surface is eroded by an alkaline solution such as a developer or a stripping solution. In this case, a thin film having excellent chemical resistance must be formed on the aluminum oxide thin film formed by the atomic layer deposition method, that is, a sealing auxiliary layer serving as a functional layer for protecting the sealing layer 6 is provided. I need it.

一方で、原子層堆積法のようなCVD法で形成した薄膜は内部応力が非常に大きな引張応力を持つ例が多く、半導体製造工程のように、断続的な加熱、冷却が繰返される工程や、長期間の高温/高湿度雰囲気下での保存/使用により、薄膜自体に亀裂の入る劣化が発生することがある。   On the other hand, a thin film formed by a CVD method such as an atomic layer deposition method has many examples in which internal stress has a very large tensile stress, and a process in which intermittent heating and cooling are repeated like a semiconductor manufacturing process, The storage / use in a high-temperature / high-humidity atmosphere for a long time may cause deterioration of the thin film itself with cracks.

上記のような原子層堆積法で形成した封止層6の問題点を克服するために、例えば、スパッタ法などの物理的気相成膜(PVD)法で成膜した耐薬品性に優れる金属酸化物、金属窒化物、金属窒化酸化物などのセラミクスのいずれか1つを含む封止補助層を設ける構成が好ましい。ここで、原子層堆積法で形成されたものを第一封止層とし、該第一封止層上に、PVD法で形成され、金属酸化物、金属窒化物、金属窒化酸化物のいずれか1つを含むものを第二封止層とする。こうすれば、封止層6全体の耐薬品性を向上させることが容易になる。更に、スパッタ法などのPVD法で成膜したセラミクスは大きな圧縮応力を持つことが多く、原子層堆積法で形成した該第一封止層の引張応力を相殺することができる。従って、封止層6全体の応力が緩和され、封止層6自体の信頼性が高まるのみならず、封止層6の応力が光電変換層などの性能を悪化させ又は破壊してしまう不良の発生を、顕著に抑制することが可能になる。   In order to overcome the problems of the sealing layer 6 formed by the atomic layer deposition method as described above, for example, a metal having excellent chemical resistance formed by a physical vapor deposition (PVD) method such as a sputtering method. A configuration in which a sealing auxiliary layer including any one of ceramics such as oxide, metal nitride, and metal nitride oxide is provided is preferable. Here, the first sealing layer is formed by the atomic layer deposition method, and is formed on the first sealing layer by the PVD method and is any one of metal oxide, metal nitride, and metal nitride oxide. One containing one is defined as a second sealing layer. If it carries out like this, it will become easy to improve the chemical resistance of the sealing layer 6 whole. Furthermore, ceramics formed by PVD methods such as sputtering often have a large compressive stress, and can cancel the tensile stress of the first sealing layer formed by atomic layer deposition. Therefore, not only the stress of the sealing layer 6 is alleviated and the reliability of the sealing layer 6 itself is increased, but the stress of the sealing layer 6 deteriorates or destroys the performance of the photoelectric conversion layer or the like. Occurrence can be remarkably suppressed.

特に、第一封止層上に、スパッタ法で形成された、酸化アルミニウム、酸化珪素、窒化珪素、窒化酸化珪素のいずれか1つを含む第二封止層とを有する構成とすることが好ましい。   In particular, the first sealing layer preferably includes a second sealing layer formed by sputtering and containing any one of aluminum oxide, silicon oxide, silicon nitride, and silicon nitride oxide. .

第一封止層は、膜厚が0.05μm以上、0.2μm以下であることが好ましい。また、第一封止層は、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化チタンのいずれかを含むことが好ましい。   The first sealing layer preferably has a thickness of 0.05 μm or more and 0.2 μm or less. The first sealing layer preferably contains any of aluminum oxide, silicon oxide, and titanium oxide.

以下、放置期間を30分以上設けたことによる効果を実施例において説明する。 Hereinafter, the effect of providing the standing period of 30 minutes or more will be described in Examples.

(実施例1)
有機光電変換素子を備える撮像素子を作製した。手順は次の通りである。まず、CMOS回路からなる読み出し回路とこれに接続される接続電極とを形成したCMOS基板上に、スパッタ法によってアモルファス性ITOを成膜し、これをパターニングして、各接続電極の上に画素電極を形成した。次に、複数の画素電極の上に、EB−3で示される材料を真空加熱蒸着により100nmの厚みで成膜して電子ブロッキング層を形成した。次に、電子ブロッキング層上に、化合物1とフラーレン(C60)をそれぞれ真空加熱蒸着によって共蒸着して成膜し、400nmの膜厚の光電変換層を形成した。この蒸着では、有機材料蒸着用セル「サーモボールセル(長州産業株式会社製)」を使用した。次に、作製途中の撮像素子を30分間大気雰囲気下においた後、この撮像素子を、対向電極を形成する装置にセットして、スパッタ法によりアモルファス性ITOを10nmの厚みで光電変換層上に成膜して対向電極を形成した。なお、対向電極の形成は真空下で行った。次に、作製途中の撮像素子を30分間大気雰囲気下においた後、この撮像素子を、封止層を形成する装置にセットして、対向電極上に、加熱蒸着によって酸化シリコンを成膜し、その上にALCVD法によって酸化アルミニウムを成膜して封止層を形成した。封止層の形成は真空下で行った。
Example 1
An image sensor provided with an organic photoelectric conversion element was produced. The procedure is as follows. First, an amorphous ITO film is formed by sputtering on a CMOS substrate on which a readout circuit composed of a CMOS circuit and a connection electrode connected thereto are formed, and this is patterned, and a pixel electrode is formed on each connection electrode. Formed. Next, an electron blocking layer was formed on the plurality of pixel electrodes by depositing a material indicated by EB-3 with a thickness of 100 nm by vacuum heating deposition. Next, Compound 1 and fullerene (C 60 ) were co-deposited by vacuum heating deposition on the electron blocking layer to form a photoelectric conversion layer having a thickness of 400 nm. In this deposition, an organic material deposition cell “Thermo Ball Cell (manufactured by Choshu Sangyo Co., Ltd.)” was used. Next, after the imaging device in the process of being produced was placed in an air atmosphere for 30 minutes, this imaging device was set in an apparatus for forming a counter electrode, and amorphous ITO with a thickness of 10 nm was formed on the photoelectric conversion layer by sputtering. A counter electrode was formed by film formation. The counter electrode was formed under vacuum. Next, after the imaging device in the middle of production was placed in an air atmosphere for 30 minutes, this imaging device was set in an apparatus for forming a sealing layer, and a silicon oxide film was formed on the counter electrode by heat evaporation. An aluminum oxide film was formed thereon by ALCVD to form a sealing layer. The sealing layer was formed under vacuum.

(実施例2)
光電変換層の形成工程と対向電極の形成工程の間と、対向電極の形成工程と封止層の形成工程の間とにおいて、作製途中の撮像素子をイナート雰囲気下に30分おいた以外は、実施例1と同様にして撮像素子を作製した。
(Example 2)
Except for 30 minutes between the formation process of the photoelectric conversion layer and the formation process of the counter electrode, and between the formation process of the counter electrode and the formation process of the sealing layer, in the inert atmosphere for 30 minutes, An image sensor was manufactured in the same manner as in Example 1.

(実施例3)
光電変換層の形成工程と対向電極の形成工程の間と、対向電極の形成工程と封止層の形成工程の間とにおいて、作製途中の撮像素子を真空下に30分おいた以外は、実施例1と同様にして撮像素子を作製した。
(Example 3)
Except that the imaging device in the process of preparation was placed under vacuum for 30 minutes between the photoelectric conversion layer forming step and the counter electrode forming step and between the counter electrode forming step and the sealing layer forming step. An image sensor was produced in the same manner as in Example 1.

(実施例4)
光電変換層の形成工程と対向電極の形成工程の間において、作製途中の撮像素子を真空下に3分間おき、対向電極の形成工程と封止層の形成工程の間において、作製途中の撮像素子を大気雰囲気下に48時間おいた以外は、実施例1と同様にして撮像素子を作製した。
Example 4
An imaging device in the middle of fabrication is placed under vacuum for 3 minutes between the photoelectric conversion layer forming step and the counter electrode forming step, and an imaging device in the middle of fabrication between the counter electrode forming step and the sealing layer forming step. Was prepared in the same manner as in Example 1 except that was placed in an air atmosphere for 48 hours.

(比較例1)
光電変換層の形成工程と対向電極の形成工程の間と、対向電極の形成工程と封止層の形成工程の間とにおいて、作製途中の撮像素子を大気雰囲気下に3分おいた以外は、実施例1と同様にして撮像素子を作製した。
(Comparative Example 1)
Except that the imaging element in the process of being produced was placed in the atmospheric atmosphere for 3 minutes between the photoelectric conversion layer forming step and the counter electrode forming step, and between the counter electrode forming step and the sealing layer forming step, An image sensor was manufactured in the same manner as in Example 1.

(比較例2)
光電変換層の形成工程と対向電極の形成工程の間と、対向電極の形成工程と封止層の形成工程の間とにおいて、作製途中の撮像素子をイナート雰囲気下に3分おいた以外は、実施例1と同様にして撮像素子を作製した。
(Comparative Example 2)
Except that the imaging element in the process of preparation was placed in an inert atmosphere for 3 minutes between the photoelectric conversion layer forming step and the counter electrode forming step, and between the counter electrode forming step and the sealing layer forming step, An image sensor was manufactured in the same manner as in Example 1.

(比較例3)
光電変換層の形成工程と対向電極の形成工程の間と、対向電極の形成工程と封止層の形成工程の間とにおいて、作製途中の撮像素子を真空下に3分おいた以外は、実施例1と同様にして撮像素子を作製した。
(Comparative Example 3)
Except that the imaging device in the process of production was placed under vacuum for 3 minutes between the photoelectric conversion layer forming step and the counter electrode forming step, and between the counter electrode forming step and the sealing layer forming step. An image sensor was produced in the same manner as in Example 1.

実施例及び比較例における各有機光電変換素子の暗電流400pA/cm時の最大感度波長での外部量子効率(比較例3の数値を100としたときの相対値)の測定結果を図3に示す。なお、外部量子効率の値は、作製した素子の対向電極に正のバイアスを印加し、対向電極側から光を入射し、画素電極から正孔を取り出した場合においての値とした。 FIG. 3 shows the measurement results of the external quantum efficiency (relative value when the numerical value of Comparative Example 3 is set to 100) at the maximum sensitivity wavelength when the dark current is 400 pA / cm 2 of each organic photoelectric conversion element in Examples and Comparative Examples. Show. Note that the value of the external quantum efficiency was a value when a positive bias was applied to the counter electrode of the fabricated element, light was incident from the counter electrode side, and holes were extracted from the pixel electrode.

実施例1〜3と比較例1〜3とを対比すると、放置期間を30分設けることで、外部量子効率が1割近く上昇することが分かる。また、実施例1〜3と実施例4を比較すると、放置期間を30分よりも長くしても、外部量子効率は低下せず、上昇することが分かる。この結果から、光電変換層の形成工程から封止層の形成工程までの間の各工程間のいずれか又は全部において放置期間を30分以上設けることで、素子性能を向上させられることが分かった。   Comparing Examples 1 to 3 with Comparative Examples 1 to 3, it can be seen that the external quantum efficiency is increased by nearly 10% by providing a standing period of 30 minutes. In addition, comparing Examples 1 to 3 with Example 4, it can be seen that the external quantum efficiency increases without decreasing even if the leaving period is longer than 30 minutes. From this result, it was found that device performance can be improved by providing a standing period of 30 minutes or more in any or all of the steps from the photoelectric conversion layer formation step to the sealing layer formation step. .

以上説明してきたように、本明細書には次の事項が開示されている。   As described above, the following items are disclosed in this specification.

開示された有機光電変換素子の製造方法は、第一の電極と、前記第一の電極上方に形成された第二の電極と、前記第一の電極及び前記第二の電極間に形成された有機材料を含む光電変換層と、前記第一の電極、前記第二の電極、及び前記光電変換層を封止する封止層とを含む有機光電変換素子の製造方法であって、前記第一の電極を形成する第一の工程と、前記第一の電極の上方に前記光電変換層を形成する第二の工程と、前記光電変換層の上方に前記第二の電極を形成する第三の工程と、前記第二の電極の上方に前記封止層を形成する第四の工程とを備え、前記第二の工程と前記第四の工程との間の各工程間に、作成途中の有機光電変換素子に構成を何も追加しない放置期間を30分以上設ける第五の工程を備えるものである。   The disclosed method for producing an organic photoelectric conversion element is formed between a first electrode, a second electrode formed above the first electrode, and the first electrode and the second electrode. A method for producing an organic photoelectric conversion element, comprising: a photoelectric conversion layer containing an organic material; and the first electrode, the second electrode, and a sealing layer for sealing the photoelectric conversion layer. A second step of forming the photoelectric conversion layer above the first electrode, and a third step of forming the second electrode above the photoelectric conversion layer. And a fourth step of forming the sealing layer above the second electrode, and between each step between the second step and the fourth step, A fifth step is provided in which a leaving period in which no configuration is added to the photoelectric conversion element is provided for 30 minutes or more.

開示された有機光電変換素子の製造方法は、真空下又は非真空下で前記第五の工程を実施するものである。   The disclosed method for producing an organic photoelectric conversion element is to carry out the fifth step under vacuum or non-vacuum.

開示された有機光電変換素子の製造方法は、前記非真空下が、大気雰囲気下又はイナート雰囲気下であるものである。   In the disclosed method for producing an organic photoelectric conversion element, the non-vacuum state is an air atmosphere or an inert atmosphere.

開示された有機光電変換素子の製造方法は、前記第五の工程を、前記第二の工程と前記第三の工程の間と、前記第三の工程と前記第四の工程の間との両方で実施するものである。   In the disclosed method for producing an organic photoelectric conversion element, the fifth step is performed between the second step and the third step, and between the third step and the fourth step. It is what is implemented in.

開示された有機光電変換素子の製造方法は、前記第五の工程を、前記第二の工程と前記第三の工程の間、又は、前記第三の工程と前記第四の工程の間に実施するものである。   In the disclosed method for producing an organic photoelectric conversion element, the fifth step is performed between the second step and the third step, or between the third step and the fourth step. To do.

開示された有機光電変換素子の製造方法は、前記光電変換層は、フラーレン又はフラーレン誘導体とp型有機半導体との混合層で構成されているものである。   In the disclosed method for producing an organic photoelectric conversion element, the photoelectric conversion layer is composed of a mixed layer of fullerene or a fullerene derivative and a p-type organic semiconductor.

開示された有機光電変換素子の製造方法は、前記第二の工程では、一般式(1)で表される化合物とフラーレンとを真空加熱蒸着により共蒸着して前記光電変換層を形成するものである。   The manufacturing method of the disclosed organic photoelectric conversion element is a method in which in the second step, the compound represented by the general formula (1) and fullerene are co-evaporated by vacuum heating evaporation to form the photoelectric conversion layer. is there.

開示された有機光電変換素子の製造方法は、前記第一の工程と前記第二の工程の間に、前記第一の電極上にEB−3で示される電子ブロッキング層を形成する第六の工程を備えるものである。   The manufacturing method of the disclosed organic photoelectric conversion element is a sixth step of forming an electron blocking layer indicated by EB-3 on the first electrode between the first step and the second step. Is provided.

開示された有機光電変換素子は、前記有機光電変換素子の製造方法で製造されたものである。   The disclosed organic photoelectric conversion element is manufactured by the method for manufacturing the organic photoelectric conversion element.

開示された撮像素子は、複数の前記有機光電変換素子と、前記各有機光電変換素子の前記光電変換層で発生した電荷に応じた信号を読み出す信号読み出し回路が形成された回路基板であって、前記複数の有機光電変換素子の下方に形成された回路基板とを備えるものである。   The disclosed imaging device is a circuit board on which a plurality of the organic photoelectric conversion elements and a signal readout circuit that reads a signal corresponding to the charge generated in the photoelectric conversion layer of each organic photoelectric conversion element are formed, And a circuit board formed below the plurality of organic photoelectric conversion elements.

開示された撮像装置は、前記撮像素子を備えるものである。   The disclosed imaging device includes the imaging device.

1 基板
2、5 電極
3 電子ブロッキング層
4 光電変換層
6 封止層
10 有機光電変換素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2, 5 Electrode 3 Electron blocking layer 4 Photoelectric conversion layer 6 Sealing layer 10 Organic photoelectric conversion element

Claims (3)

第一の電極と、前記第一の電極上方に形成された第二の電極と、前記第一の電極及び前記第二の電極間に形成された有機材料を含む光電変換層と、前記第一の電極、前記第二の電極、及び前記光電変換層を封止する封止層とを含む有機光電変換素子の製造方法であって、
前記第一の電極を形成する第一の工程と、
前記第一の電極の上方に前記光電変換層を形成する第二の工程と、
前記光電変換層の上方に前記第二の電極を形成する第三の工程と、
前記第二の電極の上方に前記封止層を形成する第四の工程と、
前記第二の工程と前記第三の工程の間、及び、前記第三の工程と前記第四の工程の間の片方または両方で、作成途中の有機光電変換素子に構成を何も追加しないで真空下又は大気雰囲気下若しくはイナート雰囲気下で30分以上放置する第五の工程とを備え、
前記第二の工程では、下記一般式(1)で表される化合物とフラーレンとを真空加熱蒸着により共蒸着して該化合物とフラーレンとの混合層からなる前記光電変換層を形成する有機光電変換素子の製造方法。
Figure 0005520647

(式中、L2、L3は、それぞれメチン基を表す。nは0〜2の整数を表す。Ar1は、2価の置換アリーレン基、又は無置換アリーレン基を表す。Ar2、Ar3は、それぞれ独立に、置換アリール基、無置換アリール基、置換アルキル基、無置換アルキル基、置換へテロアリール基、又は無置換ヘテロアリール基を表す。また、R1〜R6はそれぞれ独立に、水素原子、置換アルキル基、無置換アルキル基、置換アリール基、無置換アリール基、置換へテロアリール基、又は無置換ヘテロアリール基を表し、隣接するものが互いに結合して環を形成してもよい。)
A first electrode; a second electrode formed above the first electrode; a photoelectric conversion layer including an organic material formed between the first electrode and the second electrode; A method for producing an organic photoelectric conversion element, comprising: a second electrode; and a sealing layer that seals the photoelectric conversion layer,
A first step of forming the first electrode;
A second step of forming the photoelectric conversion layer above the first electrode;
A third step of forming the second electrode above the photoelectric conversion layer;
A fourth step of forming the sealing layer above the second electrode;
Do not add any configuration to the organic photoelectric conversion element in the process of production in one or both of the second process and the third process and between the third process and the fourth process. A fifth step of leaving for 30 minutes or more in a vacuum or an air atmosphere or an inert atmosphere,
In said 2nd process, the organic photoelectric conversion which co-deposits the compound represented by following General formula (1), and fullerene by vacuum heating vapor deposition and forms the said photoelectric converting layer which consists of a mixed layer of this compound and fullerene Device manufacturing method.
Figure 0005520647

(In the formula, L2 and L3 each represent a methine group. N represents an integer of 0 to 2. Ar1 represents a divalent substituted arylene group or an unsubstituted arylene group. Ar2 and Ar3 are each independent. Represents a substituted aryl group, an unsubstituted aryl group, a substituted alkyl group, an unsubstituted alkyl group, a substituted heteroaryl group, or an unsubstituted heteroaryl group, and R1 to R6 each independently represent a hydrogen atom or a substituted alkyl group. Represents an unsubstituted alkyl group, a substituted aryl group, an unsubstituted aryl group, a substituted heteroaryl group, or an unsubstituted heteroaryl group, and adjacent groups may be bonded to each other to form a ring.)
請求項1記載の有機光電変換素子の製造方法であって、
前記第五の工程を、大気雰囲気下又はイナート雰囲気下の非真空下で実施する有機光電変換素子の製造方法。
It is a manufacturing method of the organic photoelectric conversion element according to claim 1,
The manufacturing method of the organic photoelectric conversion element which implements the said 5th process under non-vacuum under an atmospheric condition or an inert atmosphere.
請求項1または2記載の有機光電変換素子の製造方法であって、
前記第五の工程を、前記第二の工程と前記第三の工程の間と、前記第三の工程と前記第四の工程の間との両方で実施する有機光電変換素子の製造方法。
It is a manufacturing method of the organic photoelectric conversion element of Claim 1 or 2,
The manufacturing method of the organic photoelectric conversion element which implements said 5th process both between said 2nd process and said 3rd process, and between said 3rd process and said 4th process.
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