JP6502093B2 - 利得を伴って赤外線放射を検出する方法および装置 - Google Patents

利得を伴って赤外線放射を検出する方法および装置 Download PDF

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Description

関連出願への相互参照
本出願は、２０１１年６月３０日に提出され、その開示が参照により図、表、または図面を含めて全面的にこの出願に含まれている米国仮特許出願第６１／５０３，３１７号明細書の利益を主張する。
赤外（ＩＲ）光は人間の目には見えないが、ＩＲ光検知器はＩＲ光を検出することができる。ＩＲ光検知器は、暗視、距離測定、セキュリティ、および半導体ウエハー検査を含む広い範囲の潜在的用途をもっている。ＩＲは、可視光超（＞０．７μｍ）の約１４μｍまでの波長をもつ放射を指すことができる。
主題発明の実施形態は、利得を生むことができる光検知器（即ち、有利得光検知器）に関する。この光検知器は、例えば、赤外（ＩＲ）光検知器とすることができる。即ち、この光検知器は、ＩＲ領域における少なくとも一部の光を感知することができる。主題発明の実施形態は、ＩＲ〜可視アップコンバージョン装置にも関連する。このＩＲ〜可視アップコンバージョン装置は、光検知器および有機発光装置（ＯＬＥＤ）を含むことができる。
１つの実施形態では、有利得光検知器は、第１電極、第１電極上の光感知層、光感知層上の電子ブロッキング／トンネル層、および電子ブロッキング／トンネル層上の第２電極を含むことができる。
別の実施形態では、有利得光検知器を製造する方法は、以下を含むことができる：第１電極を形成すること、第１電極上に光感知層を形成すること、光感知層上に電子ブロッキング／トンネル層を形成すること、および電子ブロッキング／トンネル層上に第２電極を形成すること。
別の実施形態では、ＩＲ〜可視アップコンバージョン装置は、有利得光検知器および有利得光検知器に結合されるＯＬＥＤを含むことができる。この有利得光検知器は、第１電極、第１電極上の光感知層、光感知層上の電子ブロッキング／トンネル層、および電子ブロッキング／トンネル層上の第２電極を含むことができる。
別の実施形態では、ＩＲ〜可視アップコンバージョン装置を形成する方法は、以下を含むことができる：有利得光検知器を形成すること、ＯＬＥＤを形成すること、およびＯＬＥＤを有利得光検知器に結合すること。この有利得光検知器の形成は、以下を含むことができる：第１電極を形成すること、第１電極上に光感知層を形成すること、光感知層上に電子ブロッキング／トンネル層を形成すること、および電子ブロッキング／トンネル層上に第２電極を形成すること。
図１Ａは、主題発明の実施形態に従ってＩＲ感知層として使用することができるＰｂＳナノ結晶の吸収スペクトルを示す。 図１Ｂは、主題発明の１つの実施形態による光検知器の透視略図を示す。 図２Ａは、暗黒中における印加電圧下の主題発明の１つの実施形態による光検知器のエネルギー・バンドの略図を示す。 図２Ｂは、印加電圧およびＩＲ放射の下における主題発明の１つの実施形態による光検知器のエネルギー・バンドの略図を示す。 図３Ａは、主題発明の１つの実施形態による光検知器のエネルギー・バンドの略図を示す。 図３Ｂは、暗黒条件および光（１２４０ｎｍ赤外線照明）条件の下における主題発明の１つの実施形態による光検知器の電流対電圧特性を示す。 図４Ａは、主題発明の１つの実施形態による光検知器の印加電圧の関数としての利得のプロットを示す。 図４Ｂは、主題発明の１つの実施形態による光検知器の印加電圧の関数としての検出能のプロットを示す。 図５Ａは、主題発明の１つの実施形態による赤外〜可視アップコンバージョン装置のエネルギー・バンドの略図を示す。 図５Ｂは、主題発明の１つの実施形態による赤外〜可視アップコンバージョン装置のエネルギー・バンドの略図を示す。 図５Ｃは、主題発明の１つの実施形態による赤外〜可視アップコンバージョン装置のエネルギー・バンドの略図を示す。
用語「の上に」または「の上方に」を本出願において使用して層、領域、パターン、または構造を指す場合、それは、層、領域、パターン、または構造が他の層または構造の直上に存在し得るか、または介在する層、領域、パターン、または構造も存在し得ることを意味する。用語「の下に」または「の下方に」を本出願において使用して層、領域、パターン、または構造を指す場合、それは、層、領域、パターン、または構造が他の層または構造の直下に存在し得るか、または介在する層、領域、パターン、または構造も存在し得ることを意味する。用語「の直上に」を本出願において使用して層、領域、パターン、または構造を指す場合、それは、層、領域、パターン、または構造が他の層または構造の直上に存在し、介在する層、領域、パターン、または構造が存在しないことを意味する。
この出願において用語「約」が数値に関連して使用された場合、それは、その値が当該値の９５％〜１０５％の範囲に存在し得ること、即ち、当該値が言及値の＋／−５％の範囲にあり得ることを意味する。例えば、「約１ｋｇ」は、０．９５ｋｇから１．０５ｋｇを意味する。
用語「感知する」がこの出願において一定の種類の光または所与の値または所与の範囲内の波長をもつ光子を感知する光検知器の記述に関して使用された場合、それは、当該光検知器が感知対象の光を吸収し、キャリアを生成できることを意味する。用語「感知しない」または「無反応である」がこの出願において一定の種類の光または所与の値または所与の範囲内の波長をもつ光子を感知しないかまたはそれに無反応の光検知器の記述に関して使用された場合、それは、当該光検知器がそれの感知しない光を吸収できず、かつ、当該光の吸収からキャリアを生成できないことを意味する。
主題発明の実施形態は、利得を生むことができる光検知器（即ち、有利得光検知器）に関する。この光検知器は、例えば、赤外（ＩＲ）光検知器とすることができる。即ち、この光検知器は、ＩＲ領域の光の少なくとも一部を感知することができる。ある特定の実施形態では、この光検知器は、０．７μｍ〜１４μｍ（両端を含むかまたは含まない）の波長範囲の少なくとも一部を感知する。一定の実施形態では、この光検知器は、ＩＲ光を感知でき、かつ、可視光を感知し得ない。例えば、この光検知器のある光感知層は０．４μｍ〜０．７μｍの波長範囲の少なくとも一部を感知し得ない。１つの実施形態では、この光検知器のある光感知層は０．４μｍ〜０．７μｍ（両端を含むかまたは含まない）の波長範囲全体を感知し得ない。
図１Ｂを参照する。１つの実施形態では、光検知器１０は、第１電極３０、光感知層５０、電子ブロッキング／トンネル層６０、および第２電極７０を含むことができる。光検知器１０は、任意選択的に、基板２０および／またはホール・ブロッキング層４０を含むこともできる。基板２０は、例えば、ガラス基板とすることができる。図１Ｂは種々の構成要素の一定の材料の名称を含んでいるが、これらは例証のみを目的としており、主題発明の実施形態は、これらに限られない。
第１電極３０は陰極とし、第２電極７０は陽極とすることができる。代替的な実施形態では、第１電極３０を陽極とし、第２電極７０を陰極とすることができる。一定の実施形態では、第１電極３０および／または第２電極７０は、可視光の少なくとも一部および／またはＩＲ光の少なくとも一部に対して透明とすることができるが、実施形態はそれらに限られない。
第１電極３０は、次の材料の１つ以上を含むことができる：インジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、アルミニウム・スズ酸化物（ＡＴＯ）、アルミニウム亜鉛酸化物（ＡＺＯ）、銀、カルシウム、マグネシウム、金、アルミニウム、カーボン・ナノチューブ、銀ナノワイヤ、ＬｉＦ／Ａｌ／ＩＴＯ、Ａｇ／ＩＴＯ、およびＣｓＣＯ３／ＩＴＯ。ある特定の実施形態では、第１電極３０は、ＩＴＯ電極とすることができる。第２電極７０は、次の材料の１つ以上を含むことができる：ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＡＴＯ、ＡＺＯ、銀、カルシウム、マグネシウム、金、アルミニウム、カーボン・ナノチューブ、銀ナノワイヤ、ＬｉＦ／Ａｌ／ＩＴＯ、Ａｇ／ＩＴＯ、およびＣｓＣＯ３／ＩＴＯ。ある特定の実施形態では、第２電極７０は、銀電極とすることができる。
一定の実施形態では、光検知器１０はＩＲ光検知器とすることができ、また、光感知層５０はＩＲ感知層とすることができる。即ち、このＩＲ感知層は、ＩＲ領域における光の少なくとも一部を感知することができる。光検知層５０は、例えば、次の材料の１つ以上を含むことができる：ＰｂＳナノ結晶（量子ドット）、ＰｂＳｅナノ結晶（量子ドット）、ＰＣＴＤＡ、ＳｎＰｃ、ＳｎＰｃ：Ｃ６０、ＡｌＰｃＣｌ、ＡｌＰｃＣｌ：Ｃ６０、ＴｉＯＰｃ、ＴｉＯＰｃ：Ｃ６０、ＰｂＳｅ、ＰｂＳ、ＩｎＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、Ｓｉ、Ｇｅ、およびＧａＡｓ。
図１Ａは、光感知層５０としてのＰｂＳナノ結晶の吸収スペクトルを示す。図１Ａは、ＰｂＳナノ結晶光感知層がＩＲ領域の少なくとも一部において吸光度をもっていること示している。
１つの実施形態では、電子ブロッキング／トンネル層は、１，１−ビス［（ジ−４−トリアミノ）フェニル］シクロヘキサン（ＴＡＰＣ）／ＭｏＯ３スタック層とすることができる。ＴＡＰＣ層の厚さは、例えば０ｎｍ〜１００ｎｍとすることができる。このＭｏＯ３層の厚さは、例えば０ｎｍ〜１００ｎｍとすることができる。
１つの実施形態では、光検知器はホール・ブロッキング層を含むことができ、そのホール・ブロッキング層は次の材料の１つ以上を含むことができる：ＺｎＯ、ナフタリン・テトラカルボン酸無水物（ＮＴＣＤＡ）、２，９−ジメチル−４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン（ＢＣＰ）、ｐ−ビス（トリフェニルシリル）ベンゼン（ＵＧＨ２）、４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン（ＢＰｈｅｎ）、トリス−（８−ヒドロキシ・キノリン）アルミニウム（Ａｌｑ３）、３，５’−Ｎ，Ｎ’−ジカルバゾールベンゼン（ｍＣＰ）、Ｃ６０、トリス［３−（３−ピリジル）−メシチル］ボラン（３ＴＰＹＭＢ）、およびＴｉＯ２。
１つの例示的実施形態では、光検知器は、第１電極、第１電極上の光感知層、光感知層上の電子ブロッキング／トンネル層および電子ブロッキング／トンネル層上の第２電極を含むことができる。電子ブロッキング／トンネル層は、例えば、ＴＡＰＣ／ＭｏＯ３スタック層とすることができ、そのＴＡＰＣ／ＭｏＯ３スタック層は、ＴＡＰＣ層が光感知層と直接接触し、かつ、ＭｏＯ３層が第２電極と直接接触するように配置し得る。光感知層は、例えば、ＩＲ感知層とし、かつ、例えば、ＰｂＳ量子ドットを含むことができる。さらに別の実施形態では、光検知器は、第１電極の上、光感知層の下にホール・ブロッキング層を含むことができる。
図２Ａおよび２Ｂは、主題発明の１つの実施形態による光検知器の動作原理を示している。図２Ａを参照する。暗黒中（即ち可視光および／またはＩＲ光が照射されない）においてバイアスを加えた場合、第１電極からのホールはホール・ブロッキング層のために阻止され、また、第２電極からの電子は電子ブロッキング層のために阻止される。図２Ｂを参照する。光検知器が光（例えば、ＩＲ光）により照射されたとき、光感知層（例えば、ＩＲ感知層）は電子とホールの対を発生し、電子は印加バイアスのために第１電極に流れる。ホールは電子ブロッキング／トンネル層のバルク・トラップ・サイトに蓄積され、この蓄積されたホールが電子ブロッキング／トンネル層の障壁幅を低減する。したがって、第２電極から光感知層への電子トンネル効果は相当に強化され、よって利得が生ずる。
図３Ａは、主題発明の１つの実施形態による光検知器のバンド略図を示し、図３Ｂは、主題発明の１つの実施形態による光検知器の暗電流／光電流密度対電圧（Ｊ−Ｖ）特性を示す。
図４Ａは、主題発明による光検知器の利得対印加電圧のプロットを示し、また、図４Ｂは、主題発明による光検知器の検出能対印加電圧のプロットを示す。図４Ａを参照する。−２０Ｖの印加電圧における１５０超の利得を含む非常に高い利得が見られる。図４Ｂを参照する。検出能は、−１８Ｖ未満の印加電圧において５×１０１２Ｊｏｎｅｓ超で飽和している。
主題発明の実施形態による光検知器は、印加バイアスの下で利得を示す（即ち、それは、利得を有する光検知器である）。この光検知器は、例えば、−２０Ｖの印加バイアスの下で約１５０の利得を示し得る。種々の実施形態において、この光検知器は、次の値または範囲の利得を示すことができる：２、約２、少なくとも２、３、約３、少なくとも３、 ．．．、 １６０、約１６０、少なくとも１６０（ここで「．．．」は、３と１６０の間の各数、３〜１６０の間の「約」各数、および３〜１６０の間の「少なくとも」各数を表す）、または２〜１５９まで間の任意の数の第１端点および３〜１６０までの任意の第２端点をもつ範囲。上記文章の利得の値および範囲は、−３０Ｖから３０Ｖまでの印加電圧値で示され得る。
図５Ａ〜５Ｃを参照する。主題発明の実施形態は、ＩＲ〜可視アップコンバージョン装置５００にも関連する。ＩＲ〜可視アップコンバージョン装置５００は、光検知器１０および発光装置（ＬＥＤ）２００を含むことができる。多くの実施形態において、ＬＥＤ２００は、有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）とすることができる。ＩＲ〜可視アップコンバージョン装置５００は、有利得ＩＲ〜可視アップコンバージョン装置とすることができ、また、光検知器１０は有利得光検知器とすることができる。特定の実施形態では、ＩＲ〜可視アップコンバージョン装置は、図ｌＡ〜ｌＢ、２Ａ〜２Ｂ、３Ａ〜３Ｂ、および４Ａ〜４Ｂで示したかおよび／または図ｌＡ〜ｌＢ、２Ａ〜２Ｂ、３Ａ〜３Ｂ、および４Ａ〜４Ｂの光検知器に関連して説明した有利得光検知器を含むことができる。ＯＬＥＤ２００は、少なくとも１つの電極、ホール輸送層（ＨＴＬ）、発光層（ＬＥＬ）、および電子輸送層（ＥＴＬ）を含むことができる。
ＯＬＥＤ２００の少なくとも１つの電極は、可視光の少なくとも一部および／またはＩＲ光の少なくとも一部に対して透明とすることができるが、実施形態はこれらに限られない。ＯＬＥＤ２００の各電極は、次の材料の１つ以上を含むことができる：ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＡＴＯ、ＡＺＯ、銀、カルシウム、マグネシウム、金、アルミニウム、カーボン・ナノチューブ、銀ナノワイヤ、ＬｉＦ／Ａｌ／ＩＴＯ、Ａｇ／ＩＴＯ、ＣｓＣＯ３／ＩＴＯ、およびＭｇ：Ａｇ／Ａｌｑ３スタック層。しかし、実施形態はこれらに限られない。ＯＬＥＤ２００のＨＴＬは、次の材料の１つ以上を含むことができる：ＮＰＤ、ＴＡＰＣ、ＴＦＢ、ＴＰＤ、およびジアミン誘導体。しかし、実施形態は、これらに限られない。ＯＬＥＤ２００のＬＥＬは、次の材料の１つ以上を含むことができる：イリジウム・トリス（２−ｐｈｅｎｙｌｐｙｉｄｉｎｅ）（Ｉｒ（ｐｐｙ）３）、［２−メトキシ−５−（２−エチルヘキシルオキシ）−ｐ−フェニレンビニレン］（ＭＥＨ−ＰＰＶ）、トリス−（８−キノリンオラート）アルミニウム）（Ａｌｑ３）およびビス［（４，６−ジ−フルオロフェニル）−ピリジナト−］ピコリネート（Ｆｌｒｐｉｃ）。しかし、実施形態はこれらに限られない。ＯＬＥＤ２００のＥＴＬは、次の材料の１つ以上を含むことができる：ＢＣＰ、Ｂｐｈｅｎ、３ＴＰＹＭＢ、およびＡｌｑ３。しかし、実施形態はこれらに限られない。
ある特定の実施形態では、ＯＬＥＤ２００の電極は、Ｍｇ：Ａｇ／Ａｌｑ３スタック層である。Ｍｇ：Ａｇ／Ａｌｑ３スタック層のＭｇ：Ａｇ層は、例えば、Ｍｇ：Ａｇ（１０：１）の組成をもつことができ、かつ、例えば、３０ｎｍ未満の厚さをもつことができる。Ｍｇ：Ａｇ／Ａｌｑ３スタック層のＡｌｑ３層は、例えば、０ｎｍ〜２００ｎｍの厚さをもつことができる。
光検知器１０は、本出願において記述された有利得光検知器とすることができるが、ただ１つの電極のみ存在する必要がある。即ち、光検知器１０は、少なくとも１つの電極、光感知層、および電子ブロッキング／トンネル層を含むことができる。光検知器１０は、オプションとして基板および／またはホール・ブロッキング層も含むことができる。
この電極は、次の材料の１つ以上を含むことができる：ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＡＴＯ、ＡＺＯ、銀、カルシウム、マグネシウム、金、アルミニウム、カーボン・ナノチューブ、銀ナノワイヤ、ＬｉＦ／Ａｌ／ＩＴＯ、Ａｇ／ＩＴＯ、およびＣｓＣＯ３／ＩＴＯ。
一定の実施形態では、光検知器１０はＩＲ光検知器とすることができ、また、その光感知層はＩＲ感知層とすることができる。この光感知層は、例えば、次の材料の１つ以上を含むことができる：ＰｂＳナノ結晶（量子ドット）、ＰｂＳｅナノ結晶（量子ドット）、ＰＣＴＤＡ、ＳｎＰｃ、ＳｎＰｃ：Ｃ６０、ＡｌＰｃＣｌ、ＡｌＰｃＣｌ：Ｃ６０、ＴｉＯＰｃ、ＴｉＯＰｃ：Ｃ６０、ＰｂＳｅ、ＰｂＳ、ＩｎＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、Ｓｉ、Ｇｅ、およびＧａＡｓ。
１つの実施形態では、電子ブロッキング／トンネル層は、ＴＡＰＣ／ＭｏＯ３スタック層とすることができる。このＴＡＰＣ層は、例えば、０ｎｍ〜１００ｎｍの厚さをもつことができる。このＭｏＯ３は、例えば、０ｎｍ〜１００ｎｍの厚さをもつことができる。
１つの実施形態では、この光検知器はホール・ブロッキング層を含むことができ、また、このホール・ブロッキング層は次の材料の１つ以上を含むことができる：ＺｎＯ、ＮＴＣＤＡ、ＢＣＰ、ＵＧＨ２、ＢＰｈｅｎ、Ａｌｑ３、ｍＣＰ、３ＴＰＹＭＢ、およびＴｉＯ２。
図５Ａを参照する。別の実施形態では、ＩＲ〜可視アップコンバージョン装置５００は、光検知器１０とＯＬＥＤ２００間に相互接続部１００も含むことができる。この相互接続部１００は、光検知器１０の電子ブロッキング／トンネル層が相互接続部１００に対し光感知層よりも近くに位置し、かつ、ＯＬＥＤ２００のＨＴＬが相互接続部１００に対してＥＴＬよりも近くに位置するように、配置することができる。光検知器１０は光感知層の下に電極を含むことができ、かつ、この電極は陽極とすることができる。ＯＬＥＤ２００はＥＴＬ上に電極を含むことができ、かつ、この電極は陰極とすることができる。
１つの実施形態では、相互接続部１００は、ＨＢＬ１１０およびＥＢＬ１２０を含むことができる。相互接続部１００のＨＢＬ１１０の最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）は、相互接続部１００のＥＢＬ１２０の最高被占分子軌道（ＨＯＭＯ）に接近して配置できる。したがって、バイアスが加えられた場合、電子およびホールが相互接続部分１００に生じ得る。１つの実施形態では、相互接続部１００のＨＢＬ１１０のＬＵＭＯと相互接続部１００のＥＢＬ１２０のＨＯＭＯ間の離隔は、１ｅＶ以下とすることができる。さらに別の実施形態では、相互接続部１００のＨＢＬ１１０のＬＵＭＯと相互接続部１００のＥＢＬ１２０のＨＯＭＯ間の離隔は、０．５ｅＶ以下とすることができる。即ち、相互接続部１００のＥＢＬ１２０のＨＯＭＯと相互接続部１００のＨＢＬ１１０のＬＵＭＯ間のエネルギー差は、０．５ｅＶ以下とすることができる。相互接続部１００は、相互接続部１００のＨＢＬ１２０が光検知器１０に隣接できるように、かつ、相互接続部１００のＥＢＬ１２０がＯＬＥＤ２００に隣接できるように、ＩＲ〜可視アップコンバージョン装置５００内に配置することができる。１つの実施形態では、光検知器１０はそのＥＢＬ／トンネル層の上に第２の電極７０を含むことができ、また、相互接続部１００のＨＢＬ１２０は光検知器１０の第２の電極７０と直接接触することができる。光検知器１０の第２の電極７０は、陰極とすることができる。光検知器１０の第２の電極７０は、次の材料の１つ以上を含むことができる：ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＡＴＯ、ＡＺＯ、銀、カルシウム、マグネシウム、金、アルミニウム、カーボン・ナノチューブ、銀ナノワイヤ、ＬｉＦ／Ａｌ／ＩＴＯ、Ａｇ／ＩＴＯ、ＣｓＣＯ３／ＩＴＯ。ある特定の実施形態では、光検知器１０の第２の電極７０は、銀電極とすることができる。図５Ａにおける相互接続部１００の周りの点線はＨＢＬ１１０およびＥＢＬ１２０を超えて伸びているが、相互接続部は、必ずしもＨＢＬ１１０およびＥＢＬ１２０を超える追加構成要素を含まない。一定の実施形態では、追加要素が存在するであろう（例えば、１つ以上の電極または基板）。
再び図５Ｂおよび５Ｃを参照する。１つの実施形態では、ＩＲ〜可視アップコンバージョン装置５００は相互接続部１００を含まず、かつ、光検知器１０はＯＬＥＤ２００に直接隣接するように配置される。ＯＬＥＤ２００は、ＯＬＥＤ２００のＥＴＬが光検知器１０の電子ブロッキング／トンネル層よりも光検知器１０の光感知層に近い位置を占めるように、配置することができる。ある特定の実施形態では、この光検知器は光感知層に隣接するホール・ブロッキング層を含むことができ、かつ、ＯＬＥＤ２００のＥＴＬは光検知器１０のホール・ブロッキング層に隣接・接触するように配置することができる。光検知器１０は電子ブロッキング／トンネル層に隣接・接触する電極を含むことができ、かつ、ＯＬＥＤ２００はＨＴＬに隣接・接触する電極を含むことができる。光検知器１０の電極は、例えば、陰極とすることができ、また、ＯＬＥＤ２００の電極は、例えば、陽極とすることができる。
図５Ａ〜５Ｃに示したＩＲ〜可視アップコンバージョン装置５００では、基板（示されていない）も設けることができる。多くの実施形態では、ＩＲ〜可視アップコンバージョン装置５００は反転または回転させることができ、それでも適切に動作する。例えば、基板は、図５Ｂでは陽極と隣接可能であり、また、図５Ｃでは陰極と隣接可能である。したがって、図５Ｂは図５Ｃと同様な構成を示しているが、ＩＲ〜可視アップコンバージョン装置５００は基板上で回転されている。図５Ａに示されているＩＲ〜可視アップコンバージョン装置５００では、基板は、陽極または陰極に隣接させることができる。ある特定の実施形態では、ＩＲ〜可視アップコンバージョン装置５００は相互接続部１００（図５Ａで示した）を含むことができ、また、基板は陽極に隣接することができる。ＩＲ光は、任意の方向からＩＲ〜可視アップコンバージョン装置５００に入射することができ、かつ、可視光はＩＲ〜可視アップコンバージョン装置５００から任意の方向に放射され得る。ＯＬＥＤ２００は、ＩＲスペクトルの光の少なくとも一部に対して透明とすることができるが、実施形態はそれに限られない。光検知器１０は、可視スペクトルの光の少なくとも一部に対して透明とすることができるが、実施形態はそれらに限られない。
再び図５Ａ〜５Ｃを参照する。ＩＲ〜可視アップコンバージョン装置５００は、光検知器１０がＩＲ光を吸収したときにＯＬＥＤ２００から可視光を放射することにより機能を果たす。即ち、光検知器１０の光感知層（例えば、ＩＲ感知層）がＩＲ光を吸収し、それによりキャリアの流れが生ずる。キャリアは、直接または相互接続部１００を経由してＯＬＥＤ２００へ流れて、それによりＯＬＥＤ２００のＬＥＬから可視光が放射される。ＩＲ〜可視アップコンバージョン装置５００は有利得光検知器１０を含むことができ、かつ、有利に利得を示すことができる。
主題発明の実施形態は、有利得光検知器を製造する方法にも関する。この光検知器は、例えば、ＩＲ光検知器とすることができる。１つの実施形態では、有利得光検知器を製造する方法は、以下を含む：第１電極上に光感知層を形成すること、この光感知層上に電子ブロッキング／トンネル層を形成すること、およびこの電子ブロッキング／トンネル層上に第２電極を形成すること。この方法は、オプションとして、基板上に第１電極を形成すること、および／または光感知層がホール・ブロッキング層上に形成されるように第１電極上にホール・ブロッキング層を形成することも含むことができる。基板は、例えば、ガラス基板とすることができる。
第１電極は陰極とし、第２電極は陽極とすることができる。別案実施形態では、第１電極は陽極とし、第２電極は陰極とすることができる。一定の実施形態では、第１電極および／または第２電極は、可視光の少なくとも一部および／またはＩＲ光の少なくとも一部に対して透明とすることができるが、実施形態はこれらに限られない。
第１電極は、次の材料の１つ以上を含むことができる：インジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、アルミニウム・スズ酸化物（ＡＴＯ）、アルミニウム亜鉛酸化物（ＡＺＯ）、銀、カルシウム、マグネシウム、金、アルミニウム、カーボン・ナノチューブ、銀ナノワイヤ、ＬｉＦ／Ａｌ／ＩＴＯ、Ａｇ／ＩＴＯ、およびＣｓＣＯ３／ＩＴＯ。第２電極は、次の材料の１つ以上を含むことができる：ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＡＴＯ、ＡＺＯ、銀、カルシウム、マグネシウム、金、アルミニウム、カーボン・ナノチューブ、銀ナノワイヤ、ＬｉＦ／Ａｌ／ＩＴＯ、Ａｇ／ＩＴＯ、およびＣｓＣＯ３／ＩＴＯ。
一定の実施形態では、光検知器はＩＲ光検知器とすることができ、また、光感知層はＩＲ感知層とすることができる。この光感知層は、例えば、次の材料の１つ以上を含むことができる：ＰｂＳナノ結晶（量子ドット）、ＰｂＳｅナノ結晶（量子ドット）、ＰＣＴＤＡ、ＳｎＰｃ、ＳｎＰｃ：Ｃ６０、ＡｌＰｃＣｌ、ＡｌＰｃＣｌ：Ｃ６０、ＴｉＯＰｃ、ＴｉＯＰｃ：Ｃ６０、ＰｂＳｅ、ＰｂＳ、ＩｎＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、Ｓｉ、Ｇｅ、およびＧａＡｓ。
１つの実施形態では、電子ブロッキング／トンネル層は、ＴＡＰＣ／ＭｏＯ３スタック層とすることができる。このＴＡＰＣ層は、例えば、０ｎｍ〜１００ｎｍの厚さで形成することができる。このＭｏＯ３層は、例えば、０ｎｍ〜１００ｎｍの厚さで形成することができる。
１つの実施形態では、この方法はホール・ブロッキング層の形成を含むことができ、このホール・ブロッキング層は次の材料の１つ以上を含むことができる：ＺｎＯ、ＮＴＣＤＡ、ＢＣＰ、ＵＧＨ２、ＢＰｈｅｎ、Ａｌｑ３、３ｍＣＰ、３ＴＰＹＭＢ、およびＴｉＯ２。
ある特定の実施形態では、光検知器を製造する方法は、以下を含むことができる：第１電極上に光感知層を形成すること、光感知層上に電子ブロッキング／トンネル層を形成すること、および電子ブロッキング／トンネル層上に第２電極を形成すること。電子ブロッキング／トンネル層は、例えば、ＴＡＰＣ／ＭｏＯ３スタック層とすることができ、また、ＴＡＰＣ／ＭｏＯ３スタック層は、ＴＡＰＣ層が光感知層の直上にそれに接触して形成され、かつ、ＭｏＯ３層がＴＡＰＣ層の直上にそれに接触して形成されるように、形成することができる。次に、第２電極は、ＴＡＰＣ／ＭｏＯ３スタック層のＭｏＯ３層の直上にそれに接触させて形成することができる。光感知層は、例えば、ＩＲ感知層とし、かつ、例えば、ＰｂＳ量子ドットを含むことができる。さらに別の実施形態では、この方法は、光感知層がホール・ブロッキング層の直上にそれに接触して形成されるように、第１電極上にホール・ブロッキング層を形成することを含むことができる。
主題発明の実施形態は、有利得光検知器を使用して照射を検知する方法にも関する。この光検知器は、例えば、ＩＲ光検知器とし、この方法によりＩＲ照射を検知することができる。１つの実施形態では、有利得光検知器を使用して照射を検出する方法は、以下を含むことができる：第１電極、光感知層、電子ブロッキング／トンネル層、および第２電極を含む有利得光検知器を設けること。この光検知器は、任意選択的に、基板および／またはホール・ブロッキング層も含むことができる。この基板は、例えば、ガラス基板とすることができる。
第１電極は陰極とし、第２電極は陽極とすることができる。別案実施形態では、第１電極を陽極とし、第２電極を陰極とすることができる。一定の実施形態では、第１電極および／または第２電極は、透明な電極とすることができる。
第１電極は、次の材料の１つ以上を含むことができる：インジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、アルミニウム・スズ酸化物（ＡＴＯ）、アルミニウム亜鉛酸化物（ＡＺＯ）、銀、カルシウム、マグネシウム、金、アルミニウム、カーボン・ナノチューブ、銀ナノワイヤ、ＬｉＦ／Ａｌ／ＩＴＯ、Ａｇ／ＩＴＯ、およびＣｓＣＯ３／ＩＴＯ。第２電極は、次の材料の１つ以上を含むことができる：ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＡＴＯ、ＡＺＯ、銀、カルシウム、マグネシウム、金、アルミニウム、カーボン・ナノチューブ、銀ナノワイヤ、ＬｉＦ／Ａｌ／ＩＴＯ、Ａｇ／ＩＴＯ、およびＣｓＣＯ３／ＩＴＯ。
一定の実施形態では、光検知器はＩＲ光検知器とし、また、光感知層はＩＲ感知層とすることができる。この光感知層は、例えば、次の材料の１つ以上を含むことができる：ＰｂＳナノ結晶（量子ドット）、ＰｂＳｅナノ結晶（量子ドット）、ＰＣＴＤＡ、ＳｎＰｃ、ＳｎＰｃ：Ｃ６０、ＡｌＰｃＣｌ、ＡｌＰｃＣｌ：Ｃ６０、ＴｉＯＰｃ、ＴｉＯＰｃ：Ｃ６０、ＰｂＳｅ、ＰｂＳ、ＩｎＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、Ｓｉ、Ｇｅ、およびＧａＡｓ。
１つの実施形態では、電子ブロッキング／トンネル層は、ＴＡＰＣ／ＭｏＯ３スタック層とすることができる。このＴＡＰＣ層は、例えば、０ｎｍ〜１００ｎｍの厚さで形成することができる。ＭｏＯ３層は、例えば、０ｎｍ〜１００ｎｍの厚さで形成することができる。
１つの実施形態では、光検知器はホール・ブロッキング層を含むことができ、かつ、このホール・ブロッキング層は次の材料の１つ以上を含むことができる：ＺｎＯ、ＮＴＣＤＡ、ＢＣＰ、ＵＧＨ２、ＢＰｈｅｎ、Ａｌｑ３、３ｍＣＰ、３ＴＰＹＭＢ、およびＴｉＯ２。
ある特定の実施形態では、光検知器は以下を含むことができる：第１電極上の光感知層、光感知層上の電子ブロッキング／トンネル層、および電子ブロッキング／トンネル層上の第２電極。電子ブロッキング／トンネル層は、例えば、ＴＡＰＣ／ＭｏＯ３スタック層とすることができ、かつ、このＴＡＰＣ／ＭｏＯ３スタック層は、ＴＡＰＣ層が光感知層の直上にそれに接触して形成され、かつ、ＭｏＯ３層がＴＡＰＣ層の直上にそれに接触して形成されるように、配置することができる。次に、第２電極は、ＴＡＰＣ／ＭｏＯ３スタック層のＭｏＯ３層の直上にそれに接触させて配置することができる。光感知層は、例えば、ＩＲ感知層とし、かつ、例えば、ＰｂＳ量子ドットを含むことができる。さらに別の実施形態では、光検知器は、第１電極の上、光感知層の下にホール・ブロッキング層を含むことができる。
主題発明の実施形態は、ＩＲ〜可視アップコンバージョン装置を形成する方法にも関する。ＩＲ〜可視アップコンバージョン装置は、有利得ＩＲ〜可視アップコンバージョン装置とし、かつ、光検知器も有利得光検知器とすることができる。１つの実施形態では、ＩＲ〜可視アップコンバージョン装置を製造する方法は、以下を含むことができる：有利得光検知器を形成すること、ＬＥＤを形成すること、およびＬＥＤと有利得光検知器を結合すること。このＬＥＤは、ＯＬＥＤとすることができる。このＯＬＥＤの形成は、以下を含むことができる：少なくとも１つの電極を形成すること、ホール輸送層（ＨＴＬ）を形成すること、発光層（ＬＥＬ）を形成すること、および電子輸送層（ＥＴＬ）を形成すること。
ＯＬＥＤの少なくとも１つの電極は、可視光線の少なくとも一部および／またはＩＲ光線の少なくとも一部に対して透明とすることができるが、実施形態はこれらに限られない。ＯＬＥＤの各電極は、次の材料の１つ以上を含むことができる：ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＡＴＯ、ＡＺＯ、銀、カルシウム、マグネシウム、金、アルミニウム、カーボン・ナノチューブ、銀ナノワイヤ、ＬｉＦ／Ａｌ／ＩＴＯ、Ａｇ／ＩＴＯ、ＣｓＣＯ３／ＩＴＯ、およびＭｇ：Ａｇ／Ａｌｑ３スタック層。しかし、実施形態は、これらに限られない。ＯＬＥＤのＨＴＬは、次の材料の１つ以上を含むことができる：ＮＰＤ、ＴＡＰＣ、ＴＦＢ、ＴＰＤ、およびジアミン誘導体。しかし、実施形態は、これらに限られない。ＯＬＥＤのＬＥＬは、次の材料の１つ以上を含むことができる：Ｉｒ（ｐｐｙ）３、ＭＥＨ−ＰＰＶ、Ａｌｑ３およびＦｌｒｐｉｃ。しかし、実施形態は、これらに限られない。ＯＬＥＤのＥＴＬは、次の材料の１つ以上を含むことができる：ＢＣＰ、Ｂｐｈｅｎ、３ＴＰＹＭＢ、およびＡｌｑ３。しかし、実施形態は、これらに限られない。
ある特定の実施形態では、ＯＬＥＤの電極は、Ｍｇ：Ａｇ／Ａｌｑ３スタック層である。このＭｇ：Ａｇ／Ａｌｑ３スタック層のＭｇ：Ａｇ層は、例えば、Ｍｇ：Ａｇ（１０：１）の組成をもつことができ、かつ、例えば３０ｎｍ未満の厚さで形成することができる。Ｍｇ：Ａｇ／Ａｌｑ３スタック層のＡｌｑ３スタック層は、例えば、０ｎｍ〜２００ｎｍの厚さで形成することができる。
この光検知器は、有利得光検知器とし、かつ、本出願において記述したように形成することができるが、ただ１つの電極のみ形成を要する。即ち、光検知器の形成は、少なくとも１つの電極を形成すること、光感知層を形成すること、および電子ブロッキング／トンネル層を形成することを含み得る。光検知器の形成は、オプションとして、基板を備えること、および／またはホール・ブロッキング層を形成することも含み得る。
この電極は、次の材料の１つ以上から形成することができる：ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＡＴＯ、ＡＺＯ、銀、カルシウム、マグネシウム、金、アルミニウム、カーボン・ナノチューブ、銀、ナノワイヤ、ＬｉＦ／Ａｌ／ＩＴＯ、Ａｇ／ＩＴＯ、およびＣｓＣＯ３／ＩＴＯ。
一定の実施形態では、この光検知器はＩＲ光検知器とし、かつ、光感知層はＩＲ感知層とすることができる。この光感知層は、例えば、次の材料の１つ以上から形成することができる：ＰｂＳナノ結晶（量子ドット）、ＰｂＳｅナノ結晶（量子ドット）、ＰＣＴＤＡ、ＳｎＰｃ、ＳｎＰｃ：Ｃ６０、ＡｌＰｃＣｌ、ＡｌＰｃＣｌ：Ｃ６０、ＴｉＯＰｃ、ＴｉＯＰｃ：Ｃ６０、ＰｂＳｅ、ＰｂＳ、ＩｎＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、Ｓｉ、Ｇｅ、およびＧａＡｓ。
１つの実施形態では、電子ブロッキング／トンネル層は、ＴＡＰＣ／ＭｏＯ３スタック層とすることができる。このＴＡＰＣ層は、例えば、０ｎｍ〜１００ｎｍの厚さで形成することができる。このＭｏＯ３層は、例えば、０ｎｍ〜１００ｎｍの厚さで形成することができる。
１つの実施形態では、光検知器の形成はホール・ブロッキング層の形成を含むことができ、かつ、このホール・ブロッキング層は次の材料の１つ以上を含むことができる：ＺｎＯ、ＮＴＣＤＡ、ＢＣＰ、ＵＧＨ２、ＢＰｈｅｎ、Ａｌｑ３、ｍＣＰ、３ＴＰＹＭＢ、およびＴｉＯ２。
さらに別の実施形態では、有利得光検知器をＯＬＥＤと結合することは、有利得光検知器を相互接続部と結合することおよびＯＬＥＤを相互接続部と結合することを含むことができる。光検知器は、光検知器の電子ブロッキング／トンネル層が相互互接続部に対し光感知層よりも近くに位置するように、相互接続部と結合することができる。ＯＬＥＤは、ＯＬＥＤのＨＴＬが相互接続部に対しＥＴＬよりも近くに位置するように、相互接続部と結合することができる。光検知器は光感知層の下に電極を含むことができ、かつ、この電極は陽極とすることができる。ＯＬＥＤはＥＴＬの上に電極を含むことができ、かつ、この電極は陰極とすることができる。
１つの実施形態では、有利得光検知器をＯＬＥＤと結合するステップは、有利得光検知器をＯＬＥＤと直接結合することを含むことができる。有利得光検知器は、ＯＬＥＤのＥＴＬが光検知器の電子ブロッキング／トンネルよりも光検知器の光感知層に近い位置を占めるように、ＯＬＥＤと結合することができる。特定の実施形態では、光検知器は、光感知層に隣接するホール・ブロッキング層を含むことができ、また、この有利得光検知器は、ＯＬＥＤのＥＴＬが光検知器のホール・ブロッキング層に隣接・接触するように、ＯＬＥＤと結合することができる。この光検知器は、電子ブロッキング／トンネル層と隣接・接触する電極を含むことができ、また、このＯＬＥＤは、ＨＴＬに隣接・接触する電極を含むことができる。光検知器のこの電極は、例えば、陰極とすることができ、また、ＯＬＥＤのこの電極は、例えば、陽極とすることができる。
主題発明の実施形態は、ＩＲ〜可視アップコンバージョン装置を使用してＩＲ照射を可視照射にアップコンバージョンする方法にも関する。このＩＲ〜可視アップコンバージョン装置は、光検知器およびＬＥＤを含み得る。このＬＥＤは、ＯＬＥＤとすることができる。このＩＲ〜可視アップコンバージョン装置は有利得ＩＲ〜可視アップコンバージョン装置とすることができ、また、この光検知器は有利得光検知器とすることができる。このＯＬＥＤは、少なくとも１つの電極、ホール輸送層（ＨＴＬ）、発光層（ＬＥＬ）、および電子輸送層（ＥＴＬ）を含むことができる。
このＯＬＥＤの少なくとも１つの電極は、可視光の少なくとも一部および／またはＩＲ光の少なくとも一部に対して透明とすることができるが、実施形態はこれらに限られない。ＯＬＥＤの各電極は、次の材料の１つ以上を含むことができる：ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＡＴＯ、ＡＺＯ、銀、カルシウム、マグネシウム、金、アルミニウム、カーボン・ナノチューブ、銀ナノワイヤ、ＬｉＦ／Ａｌ／ＩＴＯ、Ａｇ／ＩＴＯ、ＣｓＣＯ３／ＩＴＯ、およびＭｇ：Ａｇ／Ａｌｑ３スタック層。しかし、実施形態は、これらに限られない。ＯＬＥＤのＨＴＬは、次の材料の１つ以上を含むことができる：ＮＰＤ、ＴＡＰＣ、ＴＦＢ、ＴＰＤ、およびジアミン誘導体。しかし、実施形態は、これらに限られない。ＯＬＥＤのＬＥＬは、次の材料の１つ以上を含むことができる：Ｉｒ（ｐｐｙ）３、ＭＥＨ−ＰＰＶ、Ａｌｑ３、およびＦｌｒｐｉｃ。しかし、実施形態は、これらに限られない。ＯＬＥＤのＥＴＬは、次の材料の１つ以上を含むことができる：ＢＣＰ、Ｂｐｈｅｎ、３ＴＰＹＭＢ、およびＡｌｑ３。しかし、実施形態は、これらに限られない。
ある特定の実施形態では、このＯＬＥＤの電極は、Ｍｇ：Ａｇ／Ａｌｑ３スタック層である。このＭｇ：Ａｇ／Ａｌｑ３スタック層のＭｇ：Ａｇ層は、例えば、Ｍｇ：Ａｇ（１０：１）の組成をもつことができ、かつ、例えば３０ｎｍ未満の厚さをもつことができる。Ｍｇ：Ａｇ／Ａｌｑ３スタック層のＡｌｑ３層は、例えば、０ｎｍ〜２００ｎｍの厚さをもつことができる。
この光検知器は、本出願において記述した利得付き光検知器とすることができるが、しかし、ただ１つの電極のみ必要である。即ち、この光検知器は、少なくとも１つの電極、光感知層、および電子ブロッキング／トンネル層を含むことができる。この光検知器は、任意選択的に、基板および／またはホール・ブロッキング層も含むことができる。
この電極は、次の材料の１つ以上を含むことができる：ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＡＴＯ、ＡＺＯ、銀、カルシウム、マグネシウム、金、アルミニウム、カーボン・ナノチューブ、銀ナノワイヤ、ＬｉＦ／Ａｌ／ＩＴＯ、Ａｇ／ＩＴＯ、およびＣｓＣＯ３／ＩＴＯ。
一定の実施形態では、この光検知器はＩＲ光検知器とすることができ、また、光感知はＩＲ感知層とすることができる。この光感知層は、例えば、次の材料の１つ以上を含むことができる：ＰｂＳナノ結晶（量子ドット）、ＰｂＳｅナノ結晶（量子ドット）、ＰＣＴＤＡ、ＳｎＰｃ、ＳｎＰｃ：Ｃ６０、ＡｌＰｃＣｌ、ＡｌＰｃＣｌ：Ｃ６０、ＴｉＯＰｃ、ＴｉＯＰｃ：Ｃ６０、ＰｂＳｅ、ＰｂＳ、ＩｎＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、Ｓｉ、Ｇｅ、およびＧａＡｓ。
１つの実施形態では、電子ブロッキング／トンネル層は、ＴＡＰＣ／ＭｏＯ３スタック層とすることができる。このＴＡＰＣ層は、例えば、０ｎｍ〜１００ｎｍの厚さをもつことができる。ＭｏＯ３層は、例えば、０ｎｍ〜１００ｎｍの厚さをもつことができる。
１つの実施形態では、この光検知器はホール・ブロッキング層を含み、また、このホール・ブロッキング層は次の材料の１つ以上を含むことができる：ＺｎＯ、ＮＴＣＤＡ、ＢＣＰ、ＵＧＨ２、ＢＰｈｅｎ、Ａｌｑ３、ｍＣＰ、３ＴＰＹＭＢ、およびＴｉＯ２。
さらに別の実施形態では、ＩＲ〜可視アップコンバージョン装置は、光検知器とＯＬＥＤの間に相互接続部を含むことができる。この相互接続部は、光検知器の電子ブロッキング／トンネル層が相互接続部に対し感知層よりも近くに位置するように、かつ、ＯＬＥＤのＨＴＬが相互接続部に対しＥＴＬよりも近くに位置するように、配置することができる。この光検知器は光感知層の下に電極を含むことができ、この電極は陽極とすることができる。ＯＬＥＤはＥＴＬ上に電極を含むことができ、この電極は陰極とすることができる。
１つの実施形態では、ＩＲ〜可視アップコンバージョン装置は相互接続部を含まず、かつ、光検知器はＯＬＥＤに直接隣接して配置される。このＯＬＥＤは、ＯＬＥＤのＥＴＬが光検知器の光検知層に対して光検知器の電子ブロッキング／トンネル層よりも近くの位置を占めるように、配置することができる。ある特定の実施形態では、この光検知器は光感知層に隣接するホール・ブロッキング層を含むことができ、また、ＯＬＥＤのＥＴＬは光検知器のホール・ブロッキング層に隣接・接触して配置することができる。この光検知器は電子ブロッキング／トンネル層に隣接・接触する電極を含むことができ、また、このＯＬＥＤはＨＴＬに隣接・接触する電極を含むことができる。光検知器のこの電極は、例えば、陰極とすることでき、また、ＯＬＥＤのこの電極は、例えば、陽極とすることができる。
多くの実施形態において、ＩＲ〜可視アップコンバージョン装置は、反転または回転させることができ、それでも適切に機能する。ＯＬＥＤは、ＩＲスペクトルの光の少なくとも一部に対して透明とすることができるが、実施形態はこれに限られない。光検知器は、可視スペクトルの光の少なくとも一部に対して透明とすることができるが、実施形態はこれに限られない。
ＩＲ〜可視アップコンバージョン装置は、ＩＲ光を可視光にアップコンバージョンする。このＩＲ〜可視アップコンバージョンは、光検知器がＩＲ光を吸収したときにＯＬＥＤから可視光を放射する。即ち、光検知器の光感知層（例えば、ＩＲ感知層）はＩＲ光を吸収し、それによりキャリアが流れる。これらのキャリアは直接または相互接続部経由でＯＬＥＤに流れ、それによりＯＬＥＤのＬＥＬが可視光を放射する。このＩＲ〜可視アップコンバージョン装置は有利得光検知器を含むことができ、かつ、有利に利得を示し得る。
実施例１
光検知器をガラス基板上に作成した。この光検知器は、ＩＴＯの第１電極、第１電極上のＺｎＯのホール・ブロッキング層、ホール・ブロッキング層上のＰｂＳ量子ドットの光感知層、光感知層上のＴＡＰＣ／ＭｏＯ３スタックの電子ブロッキング／トンネル層、および電子ブロッキング／トンネル層上の第２電極を含んでいる。このＰｂＳ量子ドットの光感知層は、図１Ａに示した吸光度スペクトルをもっている。この光検知器は、図３Ｂに示したＪ−Ｖ特性曲線（暗黒および１２４０ｎｍにおける０．３０２Ｗ／ｃｍ２のＩＲ照射に関する）を示した。また、この光検知器は、印加電圧の関数として、それぞれ図４Ａおよび４Ｂに示した利得および検出能を示した。
本出願において参照または引用されたすべての特許、特許出願、仮出願、および公表文献は、この明細書の明示された教示と矛盾しない範囲において参照によりそれらの図および表を含めて全面的に含まれている。
当然のことであるが、本出願において記述された実施例および実施形態は説明のみを目的とするものであり、また、それらを踏まえて種々の改良および変更が当業者に示唆されるであろうが、それらは当然この出願の精神および範囲内に含まれる。

Claims (33)

  1. 有利得光検知器において、
    第１電極、
    前記第１電極上の光感知層、
    前記光感知層上の電子ブロッキング及びトンネル層、および
    前記電子ブロッキング及びトンネル層上の第２電極
    を含んでおり、
    前記第１電極が陽極であり、かつ、前記第２電極が陰極であり、
    前記電子ブロッキング及びトンネル層が、バルク・トラップ・サイトを具え、
    前記電子ブロッキング及びトンネル層が、１，１−ビス［（ジ−４−トリルアミノ）フェニル］シクロヘキサン（ＴＡＰＣ）層及びＭｏＯ３層で構成された１つのスタック層であることを特徴とする有利得光検知器。
  2. 請求項１に記載の有利得光検知器において、前記光感知層が０．７μｍ〜１４μｍ（両端を含む）の範囲の波長をもつ光子を感知することを特徴とする有利得光検知器。
  3. 請求項２に記載の有利得光検知器において、前記光感知層が少なくとも０．４μｍ〜０．７μｍ未満の波長をもつ光子を感知しないことを特徴とする有利得光検知器。
  4. 請求項１に記載の有利得光検知器において、前記光感知層がＰｂＳ量子ドットまたはＰｂＳｅ量子ドットを含むことを特徴とする有利得光検知器。
  5. 請求項１に記載の有利得光検知器において、前記光感知層がＰｂＳ量子ドットを含むことを特徴とする有利得光検知器。
  6. 請求項１に記載の有利得光検知器において、前記光感知層がＰｂＳ量子ドット、ＰｂＳｅ量子ドット、ＰＣＴＤＡ、ＳｎＰｃ、ＳｎＰｃ：Ｃ６０、ＡｌＰｃＣｌ、ＡｌＰｃＣｌ：Ｃ６０、ＴｉＯＰｃ、ＴｉＯＰｃ：Ｃ６０、ＰｂＳｅ、ＰｂＳ、ＩｎＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、Ｓｉ、Ｇｅ、およびＧａＡｓにより構成されるグループから選択される少なくとも１つの材料を含むことを特徴とする有利得光検知器。
  7. 請求項１に記載の有利得光検知器において、前記第１電極がインジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、アルミニウム・スズ酸化物（ＡＴＯ）、アルミニウム亜鉛酸化物（ＡＺＯ）、銀、カルシウム、マグネシウム、金、アルミニウム、カーボン・ナノチューブ、銀ナノワイヤ、ＬｉＦ層及びＡｌ層及びＩＴＯ層、Ａｇ層及びＩＴＯ層、並びにＣｓＣＯ３層及びＩＴＯ層により構成されるグループから選択される少なくとも１つの材料を含むことを特徴とする有利得光検知器。
  8. 請求項１に記載の有利得光検知器において、前記第２電極がインジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、アルミニウム・スズ酸化物（ＡＴＯ）、アルミニウム亜鉛酸化物（ＡＺＯ）、銀、カルシウム、マグネシウム、金、アルミニウム、カーボン・ナノチューブ、銀ナノワイヤ、ＬｉＦ層及びＡｌ層及びＩＴＯ層、Ａｇ層及びＩＴＯ層、並びにＣｓＣＯ３層及びＩＴＯ層により構成されるグループから選択される少なくとも１つの材料を含むことを特徴とする有利得光検知器。
  9. 請求項１に記載の有利得光検知器において、前記第１電極がインジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、アルミニウム・スズ酸化物（ＡＴＯ）、アルミニウム亜鉛酸化物（ＡＺＯ）、銀、カルシウム、マグネシウム、金、アルミニウム、カーボン・ナノチューブ、銀ナノワイヤ、ＬｉＦ層及びＡｌ層及びＩＴＯ層、Ａｇ層及びＩＴＯ層、並びにＣｓＣＯ３層及びＩＴＯ層により構成されるグループから選択される少なくとも１つの材料を含み、かつ、前記第２電極がインジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、アルミニウム・スズ酸化物（ＡＴＯ）、アルミニウム亜鉛酸化物（ＡＺＯ）、銀、カルシウム、マグネシウム、金、アルミニウム、カーボン・ナノチューブ、銀ナノワイヤ、ＬｉＦ層及びＡｌ層及びＩＴＯ層、Ａｇ層及びＩＴＯ層、並びにＣｓＣＯ３層及びＩＴＯ層により構成されるグループから選択される少なくとも１つの材料を含むことを特徴とする有利得光検知器。
  10. 請求項１に記載の有利得光検知器において、前記ＴＡＰＣ層が前記光感知層と直接接触し、かつ、前記ＭｏＯ３層が前記第２電極と直接接触することを特徴とする有利得光検知器。
  11. 請求項１に記載の有利得光検知器において、前記ＴＡＰＣ層が０ｎｍよりも大きく１００ｎｍ以下の厚さをもち、かつ、前記ＭｏＯ３層が０ｎｍよりも大きく１００ｎｍ以下の厚さをもつことを特徴とする有利得光検知器。
  12. 請求項１に記載の有利得光検知器において、さらに、前記第１電極の上、前記光感知層の下にホール・ブロッキング層を含むことを特徴とする有利得光検知器。
  13. 請求項１２に記載の有利得光検知器において、前記ホール・ブロッキング層がＺｎＯ、ナフタリン・テトラカルボン酸無水物（ＮＴＣＤＡ）、２，９−ジメチル−４，７−ジフェニルｌ−１，１０−フェナントロリン（ＢＣＰ）、ｐ−ビス（トリフェニルシリル）ベンゼン（ＵＧＨ２）、４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン（ＢＰｈｅｎ）、トリス−（８−ヒドロキシ・キノリン）アルミニウム（Ａｌｑ３）、３，５’−Ｎ，Ｎ’−ジカルバゾールベンゼン（ｍＣＰ）、Ｃ６０、トリス［３−（３−ピリジル）−メシチル］ボラン（３ＴＰＹＭＢ）、およびＴｉＯ２により構成されるグループから選択される少なくとも１つの材料を含むことを特徴とする有利得光検知器。
  14. 請求項１に記載の有利得光検知器において、さらに、前記第１電極の下にガラス基板を含むことを特徴とする有利得光検知器。
  15. 請求項１に記載の有利得光検知器において、前記ＴＡＰＣ層が前記光感知層と直接接触しており、前記ＭｏＯ３層が前記第２電極と直接接触しており、かつ、前記光感知層がＰｂＳ量子ドットを含むことを特徴とする有利得光検知器。
  16. 請求項１５に記載の有利得光検知器において、さらに、前記第１電極の上、前記光感知層の下にホール・ブロッキング層を含むことを特徴とする有利得光検知器。
  17. 有利得光検知器を製造する方法において、
    第１電極を形成すること、
    前記第１電極の上に光感知層を形成すること、
    前記光感知層のうえに電子ブロッキング及びトンネル層を形成すること、
    前記電子ブロッキング及びトンネル層の上に第２電極を形成すること
    を含んでおり、
    前記第１電極が陽極であり、かつ、前記第２電極が陰極であり、
    前記電子ブロッキング及びトンネル層が、バルク・トラップ・サイトを具え、
    前記電子ブロッキング及びトンネル層を形成することが、ＴＡＰＣ層及びＭｏＯ３層で構成された１つのスタック層を形成することを含むことを特徴とする方法。
  18. 請求項１７に記載の方法において、前記光感知層が０．７μｍ〜１４μｍ（両端を含む）の範囲の波長をもつ光子を感知することを特徴とする方法。
  19. 請求項１８に記載の方法において、前記光感知層が少なくとも０．４μｍ〜０．７μｍ未満の波長をもつ光子を感知しないことを特徴とする方法。
  20. 請求項１７に記載の方法において、前記光感知層がＰｂＳ量子ドットまたはＰｂＳｅ量子ドットを含むことを特徴とする方法。
  21. 請求項１７に記載の方法において、前記光感知層がＰｂＳ量子ドットを含むことを特徴とする方法。
  22. 請求項１７に記載の方法において、前記光感知層がＰｂＳ量子ドット、ＰｂＳｅ量子ドット、ＰＣＴＤＡ、ＳｎＰｃ、ＳｎＰｃ：Ｃ６０、ＡｌＰｃＣｌ、ＡｌＰｃＣｌ：Ｃ６０、ＴｉＯＰｃ、ＴｉＯＰｃ：Ｃ６０、ＰｂＳｅ、ＰｂＳ、ＩｎＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、Ｓｉ、Ｇｅ、およびＧａＡｓにより構成されるグループから選択される少なくとも１つの材料を含むことを特徴とする方法。
  23. 請求項１７に記載の方法において、前記第１電極がインジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、アルミニウム・スズ酸化物（ＡＴＯ）、アルミニウム亜鉛酸化物（ＡＺＯ）、銀、カルシウム、マグネシウム、金、アルミニウム、カーボン・ナノチューブ、銀ナノワイヤ、ＬｉＦ層及びＡｌ層及びＩＴＯ層、Ａｇ層及びＩＴＯ層、並びにＣｓＣＯ３層及びＩＴＯ層により構成されるグループから選択される少なくとも１つの材料を含むことを特徴とする方法。
  24. 請求項１７に記載の方法において、前記第２電極がインジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、アルミニウム・スズ酸化物（ＡＴＯ）、アルミニウム亜鉛酸化物（ＡＺＯ）、銀、カルシウム、マグネシウム、金、アルミニウム、カーボン・ナノチューブ、銀ナノワイヤ、ＬｉＦ層及びＡｌ層及びＩＴＯ層、Ａｇ層及びＩＴＯ層、並びにＣｓＣＯ３層及びＩＴＯ層により構成されるグループから選択される少なくとも１つの材料を含むことを特徴とする方法。
  25. 請求項１７に記載の方法において、前記第１電極がインジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、アルミニウム・スズ酸化物（ＡＴＯ）、アルミニウム亜鉛酸化物（ＡＺＯ）、銀、カルシウム、マグネシウム、金、アルミニウム、カーボン・ナノチューブ、銀ナノワイヤ、ＬｉＦ層及びＡｌ層及びＩＴＯ層、Ａｇ層及びＩＴＯ層、並びにＣｓＣＯ３層及びＩＴＯ層により構成されるグループから選択される少なくとも１つの材料を含み、かつ、前記第２電極がインジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、アルミニウム・スズ酸化物（ＡＴＯ）、アルミニウム亜鉛酸化物（ＡＺＯ）、銀、カルシウム、マグネシウム、金、アルミニウム、カーボン・ナノチューブ、銀ナノワイヤ、ＬｉＦ層及びＡｌ層及びＩＴＯ層、Ａｇ層及びＩＴＯ層、並びにＣｓＣＯ３層及びＩＴＯ層により構成されるグループから選択される少なくとも１つの材料を含むことを特徴とする方法。
  26. 請求項１７に記載の方法において、前記ＴＡＰＣ層が前記光感知層と直接接触するように形成され、かつ、前記第２電極が前記ＭｏＯ３層と直接接触するように形成されることを特徴とする方法。
  27. 請求項１７に記載の方法において、前記ＴＡＰＣ層が０ｎｍよりも大きく１００ｎｍ以下の厚さをもち、かつ、前記ＭｏＯ３層が０ｎｍよりも大きく１００ｎｍ以下の厚さをもつことを特徴とする方法。
  28. 請求項１７に記載の方法において、さらに、前記第１電極の上、前記光感知層の下にホール・ブロッキング層を形成するステップを含むことを特徴とする方法。
  29. 請求項２８に記載の方法において、前記ホール・ブロッキング層がＺｎＯ、ナフタリン・テトラカルボン酸無水物（ＮＴＣＤＡ）、２，９−ジメチル−４，７−ジフェニルｌ−１，１０−フェナントロリン（ＢＣＰ）、ｐ−ビス（トリフェニルシリル）ベンゼン（ＵＧＨ２）、４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン（ＢＰｈｅｎ）、トリス−（８−ヒドロキシ・キノリン）アルミニウム（Ａｌｑ３）、３，５’−Ｎ，Ｎ’−ジカルバゾールベンゼン（ｍＣＰ）、Ｃ６０、トリス［３−（３−ピリジル）−メシチル］ボラン（３ＴＰＹＭＢ）、およびＴｉＯ２により構成されるグループから選択される少なくとも１つの材料を含むことを特徴とする方法。
  30. 請求項１７に記載の方法において、さらに、前記第１電極を形成することがガラス基板の上に前記第１電極を形成することを含むことを特徴とする方法。
  31. 請求項１７に記載の方法において、前記ＴＡＰＣ層が前記光感知層と直接接触するように形成され、前記第２電極が前記ＭｏＯ３層と直接接触するように形成され、かつ、前記光感知層がＰｂＳ量子ドットを含むことを特徴とする方法。
  32. 請求項３１に記載の方法において、さらに、前記第１電極の上、前記光感知層の下にホール・ブロッキング層を形成するステップを含むことを特徴とする方法。
  33. 有利得光検知器を使用してＩＲ照射を検知する方法において、
    ＩＲ照射が入射するように有利得光検知器を設けることを含み、
    前記有利得光検知器が、
    第１電極、
    前記第１電極の上のＩＲ光感知層、
    前記ＩＲ光感知層の上の電子ブロッキング及びトンネル層、および
    前記電子ブロッキング及びトンネル層の上の第２電極
    を含んでおり、
    前記第１電極が陽極であり、かつ、前記第２電極が陰極であり、
    前記電子ブロッキング及びトンネル層が、バルク・トラップ・サイトを具え、
    前記電子ブロッキング及びトンネル層が、１，１−ビス［（ジ−４−トリルアミノ）フェニル］シクロヘキサン（ＴＡＰＣ）層及びＭｏＯ３層で構成された１つのスタック層であることを特徴とする方法。
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