JP7470752B2 - 特定の波長を有する光を自己フィルタリングするフォトダイオードの構造 - Google Patents
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Description
本発明はある構造に関し、特に、特定の波長を有する光を自己フィルタリングするフォトダイオードの構造である。
周知の光検出器Photodetector（PD）は主にフォトダイオードにより構成されている。かつては主にシリコンが素材に使われていた。近年、より高い感度、より長い検出波長範囲、より高い費用対効果、低い製造コストなどのニーズが増加している。
多くの新世代材料系から派生したフォトダイオード素子も頭角を現している。例えば有機光検出器（organic photodetector、OPD）、量子ドット光検出器（quantum dot photodetector、QDPD）、ペロブスカイト光検出器（Perovskite photodetector、PPD）などがある。
光検出器は映像検出器製品の素子の一つで、構造上、光検出器が発生する電流信号を効率的にデジタル信号に変換することができ、一般的には読み取り回路（readout integrated circuit、ROIC）を組み合わせる必要がある。
応用属性の分類上で、ROICは２つに大別され、相補型金属酸化物半導体（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor、CMOS）ウェハまたは薄膜電気結晶（Thin-Film Transistor、略称：TFT）パネル、生産とサプライチェーンでは、それぞれ半導体ウェハ工場とディスプレイパネル工場に属している。映像検出器の出荷量は製品の種類の多様化に従って増加し、カメラ付き携帯電話と新しい組込み式応用の迅速な普及の推進により、映像検出器は過去１０年で、成長が最も速い半導体製品の種類になった。
将来の新たな成長は、組込みデジタル画像システムによって開始され、自動車の安全のために用いるカメラと車両中の運転者への支援機能、内蔵された自動化およびスマート化システムの機械視覚、医療応用、人間と顔の認識、ウェアラブルカメラ、３Ｄビデオ、仮想／増幅実世界、およびその他の用途を含む。最も重要なのは、より多くの高速高解像度映像検出装置がスマート携帯電話に内蔵されるようになったことである。
しかし、一般的に光検出器は需要に応じて使用することができ、目標である検知光源を分光することができ、伝統的には、白色光をそれぞれR／G／B／NIR（near infrared、略称：NIR）光源に変換するためにフィルタ（filter）を使用する必要があり、素子構造上にはフィルタプロセスを導入する必要がある。
技術的には、素子の設計および光学変調によってフィルタの補助なしで素子を半値全幅（full width at half maximum、FWHM）にすることができ、光学スペクトルの単一の応答とすることができれば、検出器の体積を縮小することができるだけでなく、プロセスとコストの面でも多くの利点を得ることができる。フォトダイオード素子がフィルタの補助を必要としないならば、つまり自己フィルタリング機能を得ることができれば、スペクトルの単一の応答とすることができれば、検出器の体積を縮小し、プロセスの複雑度とコストとを下げることができる。
現在、材料の架橋と波長整合性の調整の概念とを利用して、可視光吸収材料を導入し、フォトダイオードの構造内に自己フィルタリング層を形成し、架橋剤の作用により効果的に膜厚を増加させ、最終的に近赤外光帯域（near infrared、略称：NIR）で半値全幅応答を有するフォトダイオードの構造を実現できた。
また、自己フィルタリング効果を強化するためにフィルタリング層を加えるとともに、フィルタリング層を正孔伝達層として機能させることにより、上記の実施方法では、P3HT分子を用いて架橋させ、フォトダイオードの構造の正孔伝達層として機能し、P3HTは可視光吸収材料であるため、架橋作用により可視光領域の量子効率（Quabntum Efficiency、QE）の発生を効果的に減少させることができ、目標NIR帯域において、より純粋な半値全幅応答を得ることができる。
上記の架橋方法は、膜厚を厚くし、またはフォトダイオード素子内の材料の自己フィルタリング効率を上げるために、適切な架橋剤を導入して作用させることが多い。
しかし、架橋剤の作用を導入する方法は、フォトダイオードの構造作製の複雑度を増加させるだけでなく、架橋剤の導入は架橋反応に関与する半導体分子に対する選択的な制限を必要とし、すべての材料系に適用することができない。
このため、自己フィルタリングが可能な半値全幅応答のフォトダイオードの構造をどのように作製するかは、当業者が解決しようとする課題である。
このため、自己フィルタリングが可能な半値全幅応答のフォトダイオードの構造をどのように作製するかは、当業者が解決しようとする課題である。
上記の課題を解決するために、本発明の目的の一つはフォトダイオードの構造を提供することにあり、光活性層内のＰ型半導体層、Ｎ型半導体層及び厚さの組合せにより、且つ透明電極をあわせて使用することにより、自己フィルタリングを有する半値全幅応答のフォトダイオードの構造を形成させ、自己フィルタリングの効果を実現し、且つ光検出器の体積を減少させることができる。
上記の目的を達成するために、本発明は外部光源を電流値に変換するフォトダイオードの構造を提供する。当該構造において、基板、第一電極、電子伝達層、光活性層及び第二電極を含む。前記第一電極は前記基板上に設置する。前記電子伝達層は上前記第一電極に設置する。前記光活性層は、前記電子伝達層上に設置する。前記光活性層はＰ型半導体層及びＮ型半導体層を含む。前記Ｐ型半導体層及び前記Ｎ型半導体層は１：０．５～１：１．５の組成比率を有する。前記光活性層は１μｍ～１５μｍの厚さを有する。前記第二電極は前記光活性層上に設置する。
本発明は実施例を提供し、前記基板は、シリコン基板、ポリイミド基板、ガラス基板、ポリエチレンテレフタレート基板、ポリエチレンテレフタラート基板、サファイア基板、石英基板またはセラミックス基板を使用する。
本発明は実施例を提供し、前記第一電極が透明電極または金属電極であり、前記透明電極は金属酸化物、導電性高分子、グラフェン、カーボンナノチューブ、金属ナノワイヤ、金属メッシュ、または前記材料の任意の組み合わせから選択され、前記金属電極はアルミニウム（Al）、銀（Ag）、金（Au）、銅（Cu）、タングステン（W）、モリブデン（Mo）、チタン（Ti）または前記金属材料を異なる比率で組み合わせて作製される複合金属電極、または、前記金属材料として異なる元素を組み合わせて作製される複合金属電極から選択される。
本発明は実施例を提供し、前記第一電極は更に第一活性金属層を含む。第一活性金属層は前記第一電極内に設置する。前記第一活性金属層はマグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、リチウム（Ｌｉ）、セシウム（Ｃｓ）及びその組成物より構成される群から選択される。
本発明は実施例を提供し、前記電子伝達層が、有機高分子、有機小分子および金属酸化物から選択される。またはこれらの材料を任意に組み合わせた群から選択される。有機高分子系がPFN-DOF、PFN-BrまたはPDMAEMAを使用し、有機小分子系がPDIN、PDINO、PDINNまたはNDI-Nを使用し、金属酸化物系がSnO２、ZnO、TiO２、Cs２CO３またはNb２O５を使用する。
本発明は実施例を提供し、更に、前記光活性層と前記第二電極との間に設置された正孔伝達層を含む。
本発明は実施例を提供し、前記正孔伝達層が、有機高分子、有機小分子および金属酸化物から選択される。またはこれらの材料を任意に組み合わせた群から選択される。有機高分子系がPEDOT：PSSまたはPTAAを使用し、有機小分子系がspiro-MeOTADまたはｍ-MTDATAを使用し、金属酸化物系がMoO３、NiO、V２O５、WO３またはCuSCNを使用する。
本発明は実施例を提供し、前記正孔伝達層が、有機高分子、有機小分子および金属酸化物から選択される。またはこれらの材料を任意に組み合わせた群から選択される。有機高分子系がPEDOT：PSSまたはPTAAを使用し、有機小分子系がspiro-MeOTADまたはｍ-MTDATAを使用し、金属酸化物系がMoO３、NiO、V２O５、WO３またはCuSCNを使用する。
本発明は実施例を提供し、前記第二電極が透明電極または金属電極であり、前記透明電極は金属酸化物、導電性高分子、グラフェン、カーボンナノチューブ、金属ナノワイヤ、金属メッシュ、または前記材料の任意の組み合わせから選択され、前記金属電極はアルミニウム、銀、金、銅、タングステン、モリブデン、チタンまたは前記金属材料を異なる比率で組み合わせて作製される複合金属電極、または、前記金属材料として異なる元素を組み合わせて作製される複合金属電極から選択される。
本発明は実施例を提供し、前記第二電極は更に第二活性金属層を含む。第二活性金属層は前記第二電極内に設置する。前記第二活性金属層はマグネシウム、カルシウム、リチウム、セシウム及びその組成物より構成されるから選択される。
本発明は実施例を提供し、前記光活性層の前記Ｐ型半導体層はD１～D29より構成される群から選ばれる。
本発明は実施例を提供し、前記光活性層の前記Ｎ型半導体層はA１～A39より構成される群から選ばれる。
本発明の特徴および達成できる効果についての更なる理解と認識のために、下記のように好ましい実施例を参照しながら詳細に説明する。
周知の自己フィルタリングの半値全幅応答のフォトダイオード素子において、膜厚を厚くし、またはフォトダイオード素子内の材料の自己フィルタリング効率を上げるために、適切な架橋剤を導入して作用させることが多い。しかし、架橋剤の作用を導入する方法は、フォトダイオードの構造作製の複雑度を増加させるだけでなく、架橋剤の導入は架橋反応に関与する半導体分子に対する選択的な制限を必要とし、すべての材料系に適用することができない。
本発明は、フォトダイオードの構造を作製することにあり、光活性層内のＰ型半導体層、Ｎ型半導体層及び厚さの組合せにより、且つ透明電極と結合して使用することにより、自己フィルタリングを有する半値全幅応答のフォトダイオードの構造を形成させ、自己フィルタリングの効果を実現し、且つ光検出器の体積を減少させることができる。
以下、本発明の様々な実施形態を図面によって説明することにより、本発明を詳細に説明する。しかしながら、本発明の概念は、多くの異なるパターンで具現化されることができ、本明細書で説明された例示的な実施形態を限定するものと解釈すべきではない。
まず、図１を参照すると、図１は本発明の一実施例におけるフォトダイオードの構造の概略図である。図１に示すように、本実施例におけるフォトダイオードの構造において、基板１０、第一電極２０、電子伝達層３０、光活性層４０及び第二電極５０を含む。
本実施例におけるフォトダイオードの構造において、前記第一電極２０は前記基板１０の上方に設置され、前記電子伝達層３０は前記第一電極２０の上方に設置されている。前記基板１０として、シリコン基板、ポリイミド基板、ガラス基板、ポリエチレンテレフタレート基板、ポリエチレンテレフタラート基板、サファイア基板、石英基板或はセラミックス基板を使用する。
前記第一電極２０は、透明電極または金属電極であり、好ましくは透明電極であるが、これに限定されるものではなく、前記第一電極２０として前記透明電極を使用する場合、前記透明電極は、金属酸化物、導電性高分子、グラフェン、カーボンナノチューブ、金属ナノワイヤ、金属メッシュ、またはこれらの組み合わせから選択される。
前記第一電極２０として前記金属電極を使用する場合、前記金属電極は、アルミニウム（Al）、銀（Ag）、金（Au）、銅（Cu）、タングステン（W）、モリブデン（Mo）、チタン（Ti）、または前記金属材料を異なる比率で組み合わせて作製される複合金属電極、または、前記金属材料として異なる元素を組み合わせて作製される複合金属電極、例えば、TiNなどから選択される。
本実施例では、前記電子伝達層３０が、有機高分子、有機小分子および金属酸化物から選択される。またはこれらの材料を任意に組み合わせた群から選択される。
有機高分子系としては、
または
を使用する。
有機小分子系としては、
または
を使用する。
金属酸化物系としてはSnO２、ZnO、TiO２、Cs２CO３またはNb２O５を使用する。
本実施例において、前記光活性層４０は前記電子伝達層３０の上に設置され、前記光活性層４０はＰ型半導体層４１とＮ型半導体層４３とを含み、前記Ｐ型半導体層４１と前記Ｎ型半導体層４３とは１：０．５～１：１．５の組成比率を有し、前記光活性層４０は１μｍ～１５μｍの厚さ４５を有し、前記第二電極５０は前記光活性層４０の上に設置される。
前記光活性層４０は、有機高分子、有機オリゴマー、有機小分子、無機化合物半導体、有機無機複合半導体、無機半導体ナノ粒子と量子ドットからなる群から選ばれる。
本実施例において、前記光活性層４０の前記Ｐ型半導体層４１と前記Ｎ型半導体層４３とは、前記材料を相互に組み合わせて形成される。
前記Ｐ型半導体層４１は、Ｄ１～Ｄ２９からなる群から選択され、Ｄ１～Ｄ２９の構造は、下記の表１の通りである。
前記光活性層４０の前記Ｎ型半導体層４３は、Ａ１～Ａ３９からなる群から選択され、Ａ１～Ａ３９の構造は、下記の表２の通りである。
上記のように、本実施例の光活性層４０の組成には、前記Ｐ型半導体層４１（主に光を吸収するＰ型材料）と前記Ｎ型半導体層４３（主に光を吸収するＮ型材料）とが含まれており、前記Ｐ型半導体層４１と前記Ｎ型半導体層４３とはエネルギーギャップが異なり、一方は短波長（８００ｎｍ未満）の光子を吸収するエネルギーギャップが広い材料であり、他方は長波長（８００ｎｍ以上）の光子を吸収するエネルギーギャップが狭い材料である。
本実施例では、Ｐ型半導体層４１とＮ型半導体層４３との組成比率は、１：０．５～１：１．５であり、好ましくは、１：０．６～１：１．２である。
本実施例では、Ｐ型半導体層４１とＮ型半導体層４３との間のエネルギーギャップの差は０．５０ｅＶ以下であり、エネルギーギャップが広い材料の存在割合はエネルギーギャップが狭い材料の存在割合よりも大きい。
また、本実施例における前記光活性層４０は、外部光源（特定の波長または全波長を有する光源であってもよい）を受け、外部光源を電流に変換する作用がある。外部光源を電流に変換することができるのは、光活性層４０に使用される材料が光によって電子に対する応答を生じさせ、電荷伝達能力を有するためである。
本実施例では、前記第二電極５０が透明電極または金属電極であり、前記透明電極は金属酸化物、導電性高分子、グラフェン、カーボンナノチューブ、金属ナノワイヤ、金属メッシュ、または前記材料の任意の組み合わせから選択され、前記金属電極はアルミニウム、銀、金、銅、タングステン、モリブデン、チタンまたは前記金属材料を異なる比率で組み合わせて作製される複合金属電極、または、前記金属材料として異なる元素を組み合わせて作製される複合金属電極から選択される。
本実施例では、前記第一電極２０及び前記第二電極５０両者の間の少なくとも一つは透明電極であり、選択する透明電極は前記光活性層４０中のエネルギーギャップが狭い材料（前記Ｐ型半導体層４１または前記Ｎ型半導体層４３として選択する材料）の応答周波数帯と相補し、前記第一電極２０または前記第二電極５０が応答周波数帯に比較的に良い透過度を有させ、それにより長波長帯に比較的に良い光誘起電子スペクトル応答を得ることができ、比較的に良い長波長スペクトルを得ることができる。
続いて、図２を参照すると、図２は本発明の一実施例における第一活性金属層及び第二活性金属層の構造を示す概略図である。図２に示すように、本実施例では、前記第一電極２０及び前記第二電極５０は、更にそれぞれ第一活性金属層２２及び第二活性金属層５２を含む。前記第一活性金属層２２及び前記第二活性金属層５２は、それぞれ前記第一電極２０及び前記第二電極５０内に設置されており、前記第一活性金属層２２及び前記第二活性金属層５２は、マグネシウム、カルシウム、リチウム、セシウム及びその組成物より構成される群から選ばれる。前記第一活性金属層２２及び前記第二活性金属層５２は、更に有効に内部キャリアをそれぞれ第一電極２０と第二電極５０とに伝達するのに用いられる。
本実施例のフォトダイオードの構造の作製方法は以下の通りである：前記基板１０にスパッタ法でITO透明電極を製造し、或は熱蒸着法で金属電極を形成し、前記第一電極２０を前記基板１０の上方に設置する。そして、極性溶媒に溶解できる高分子電子伝達材料或は金属酸化物をアルコール類溶媒に溶解した後、回転塗布の方法で前記第一電極２０に前記電子伝達層３０を形成する。前記極性溶媒はアルコール類、水性溶媒、ジメチルスルホキシド（Dimethyl sulfoxide、略称：DMSO）或はジメチルホルムアミド（Dimethylformamide、略称：DMF）を含む。以上、アルコール類溶媒を説明したが、これに限定されない。
次に、有機光活性材料を普通の有機溶剤（例えばキシレン、トルエン、テトラヒドロフラン、クロロホルム、クロロベンゼン、ジクロロベンゼンなど）に溶解した後、前記電子伝達層３０に塗布して前記光活性層４０を形成させ、前記光活性層４０は前記電子伝達層３０の上方に位置する。続いて、スパッタのコーティングプロセスを利用して前記第二電極５０を形成する。前記コーティングプロセスはスパッタ(Sputtering)、蒸着(Evaporation)或は物理蒸着(Physical Vapor Deposition)を含む。以上、スパッタについて説明したが、これに限定されない。
続いて、図３を参照すると、図３は本発明の他の実施例におけるフォトダイオードの構造の概略図である。図３に示すように、本実施例に係るフォトダイオードの構造は、さらに、前記光活性層４０と前記第二電極５０との間に配置された正孔伝達層６０を含み、本実施例は、前の実施例の素子構造と同じであるので、ここでは説明しない。
正孔伝達層６０は、有機高分子、有機小分子、金属酸化物及び金属化合物からなる材料群、又はこれらの材料を任意に組み合わせて組み合わせた群から選択される。
有機高分子系がPEDOT：PSSまたは
を使用する。
有機小分子が、
または
を使用する。
金属酸化物または金属化合物としてはSnO２、ZnO、TiO２、Cs２CO３またはNb２O５を使用する。
前記正孔伝達層６０(hole transporting layer、HTL)の主な機能は正孔を前記第二電極５０に伝達することを補助し、且つ電子伝達を阻止することにある。
次に、以下に示す実施例は、図３に示したフォトダイオード構造を参照して説明するが、実施例１から５までのフォトダイオード構造では、フォトダイオード内の前記光活性層４０内の、前記Ｐ型半導体層４１及び前記Ｎ型半導体層４３の組成比率を光活性層４０の形成厚さ４５と組み合わせて調整し、自己フィルタリングを有する半値全幅応答のフォトダイオードの構造を形成することを説明する。組成比率及び厚さを変化させることによる自己フィルタリングの効果を説明するために以下の実施例を列挙する。
実施例の実験条件：
１．構成：図３のフォトダイオードの構造を参照。
１．構成：図３のフォトダイオードの構造を参照。
２．光照射方式：前記基板１０から前記第２電極５０へ照射する。
３．前記光活性層４０の組成物：Ｄ５（前記Ｐ型半導体層４１）とＡ２６（前記Ｎ型半導体層４３）とを含み、組成比率は１：０．６～１：１．５である。Ｐ型半導体層４１とＮ型半導体層４３とのエネルギーギャップは異なり、Ｐ型半導体層４１はエネルギーギャップが広い材料で短波長（８００ｎｍ未満）を吸収し、Ｎ型半導体層４３はエネルギーギャップが狭い材料で長波長（８００ｎｍ以上）を吸収する。
４．光活性層４０の厚さ４５：１０００ｎｍ以下である。
実施例１の実験結果は表３に示す通りであり、これは実施例１の実験結果である。図４Ａは本発明の他の実施例におけるフォトダイオードの電流密度のグラフであり、図４Ｂは本発明の他の実施例におけるフォトダイオードの外部量子効率のグラフである。
表３、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、前記組成比率はＤ５≦Ａ２６又はＤ５≧Ａ２６の条件で、その外部量子効率（External Quantum Efficiency、EQE）は明らかに広帯域なスペクトルを示し、４００ｎｍから１０００ｎｍの間で良好な光応答を有する。
前記組成比率が１：０．６～１：１．５（Ｄ５≦Ａ２６またはＤ５≧Ａ２６）である場合、前期光活性層４０は良好な外部量子効率と光電流密度特性を有し、かつ良好な暗電流密度特性を有する。
なお、前記良好な光応答を有する組成比率となる条件は、１：０．６～１：１．２であり、前記組成比率が１：１．０の場合、９４０ｎｍにおける外部量子効率が最大となり、暗電流密度は１０－８ｍＡ／ｃｍ２単位に維持でき、表３の実験結果から明らかなように、本実施例の暗電流密度、光電流密度及び外部量子効率は、Ｄ５とＡ２６との組成比率を変えても、光特性は大きく変化しない。
実施例２の実験条件：
１．構成：図３のフォトダイオードの構造を参照。
１．構成：図３のフォトダイオードの構造を参照。
２．光照射方式：前記基板１０から前記第２電極５０へ照射する。
３．光活性層４０の組成物：以下の表４のように、Ｄ５とＡ２６との材料比率が含まれている。
表４からわかるように、本実施例では、Ｄ５（前記Ｐ型半導体層４１）とＡ２６（前記Ｎ型半導体層４３）とを含み、組成比率は１：０．６～１：１．２である。Ｐ型半導体層４１とＮ型半導体層４３とのエネルギーギャップは異なり、Ｐ型半導体層４１はエネルギーギャップが広い材料で短波長（８００ｎｍ未満）を吸収し、Ｎ型半導体層４３はエネルギーギャップが狭い材料で長波長（８００ｎｍ以上）を吸収する。
４．光活性層４０の厚さ４５：８μｍ以下である。
実施例２の実験結果は図５を参照されたい。図５は本発明の他の実施例におけるフォトダイオードの外部量子効率のグラフである。
図５の実験結果と表４の実験数値とが示すように、前記光活性層４０の前記厚さ４５が８μｍに増加すると、Ａ２６（前記Ｎ型半導体層４３）の組成比率が徐々に低下し、可視光から近赤外光領域（４００－１０００ｎｍ）の光誘起電子応答が弱いほど、自己フィルタリングの効果が顕著であることを表している。
また、前記光活性層４０の前記厚さ４５の増加により、キャリア伝達距離が増加し、前記光活性層４０の外部量子効率の全体的強度が弱まるが、その長波長領域のセンシング感度が増加する。
実施例３の実験条件：
１．構成：図３のフォトダイオードの構造を参照。
１．構成：図３のフォトダイオードの構造を参照。
２．光照射方式：前記基板１０から前記第２電極５０へ照射する。
３．前記光活性層４０の組成物：Ｄ５（前記Ｐ型半導体層４１）とＡ２６（前記Ｎ型半導体層４３）とを含み、組成比率は１：０．６である。Ｐ型半導体層４１とＮ型半導体層４３とのエネルギーギャップは異なり、Ｐ型半導体層４１はエネルギーギャップが広い材料で短波長（８００ｎｍ未満）を吸収し、Ｎ型半導体層４３はエネルギーギャップが狭い材料で長波長（８００ｎｍ以上）を吸収する。
４．光活性層４０の厚さ４５：０.７μｍ、５μｍおよび１０μｍである。
実施例３の実験結果は図６Ａ、図６Ｂ及び図６Ｃを参照されたい。これらの図は本発明の他の実施例におけるフォトダイオードの外部量子効率のグラフである。
なお、図６Ａ～図６Ｃの実験結果から明らかなように、前記厚さ４５が０．７μｍから５μｍに増加すると、本実施例のフォトダイオードの構造の前記光活性層４０は顕著な自己フィルタリング効果を示し、短波長部での光応答が大幅に低減された。
本実施例のフォトダイオードの構造の前記光活性層４０は、前記厚さ４５を１０μｍに増加させることにより、自己フィルタリング効果をさらに向上させることができる。
図６Ｂ及び図６Ｃに示すように、前記光活性層４０の厚さが５μｍの場合の外部量子効率のスペクトルと、１０μｍの場合の外部量子効率のスペクトルとでは、いずれも特徴的なピークの半値幅が２００ｎｍ未満であることがわかるが、前記厚さ４５の増加によってもキャリア移動距離が増加するとともに、前記光活性層４０の外部量子効率の全体的な強度は減少するが、相対的にその長波長領域のセンシング感度が増加する。
実施例４の実験条件：
１．構成：図３のフォトダイオードの構造を参照。
１．構成：図３のフォトダイオードの構造を参照。
２．光照射方式：前記基板１０から前記第２電極５０へ照射する。
３．前記光活性層４０の組成物：Ｄ５（前記Ｐ型半導体層４１）と、Ａ２４及びＡ２６（前記Ｎ型半導体層４３）とを含み、組成比率は１：０．６である。Ｐ型半導体層４１とＮ型半導体層４３とのエネルギーギャップは異なり、Ｐ型半導体層４１はエネルギーギャップが広い材料で短波長（８００ｎｍ未満）を吸収し、Ｎ型半導体層４３はエネルギーギャップが狭い材料で長波長（８００ｎｍ以上）を吸収する。
４．光活性層４０の厚さ４５：１０μｍである。
実施例４の実験結果は図７Ａ及び図７Ｂを参照されたい。これらの図は本発明の他の実施例におけるフォトダイオードの外部量子効率の概略図である。
図７Ａ及び図７Ｂに示すように、Ｄ５が異なる前記Ｎ型半導体層４３（Ａ２６とＡ２４、ＥｇＡ２４＞ＥｇＡ２６）を組み合わせた場合、前記厚さ４５が１０μｍの場合にも顕著な自己フィルタリング効果を示すことができ、Ａ２６又はＡ２４を用いた場合のフォトダイオードの構造にかかわらず、その特徴的なピークの半値全幅は２００ｎｍ未満であった。
実施例５の実験条件：
１．構成：図３のフォトダイオードの構造を参照。前記第一電極２０はITO（従来使用されているTCF1）を使用し、前記第二電極５０は透明電極（TCF2、インジウムをドープしたZnO）を使用する。
１．構成：図３のフォトダイオードの構造を参照。前記第一電極２０はITO（従来使用されているTCF1）を使用し、前記第二電極５０は透明電極（TCF2、インジウムをドープしたZnO）を使用する。
２．光照射方式：前記第２電極５０から前記基板１０へ照射する。
３．前記光活性層４０の組成物：Ｄ５（前記Ｐ型半導体層４１）とＡ２６（前記Ｎ型半導体層４３）とを含み、組成比率は１：０．６であり、Ｐ型半導体層４１とＮ型半導体層４３とのエネルギーギャップは異なり、Ｐ型半導体層４１はエネルギーギャップが広い材料で短波長（８００ｎｍ未満）を吸収し、Ｎ型半導体層４３はエネルギーギャップが狭い材料で長波長（８００ｎｍ以上）を吸収する。
４．光活性層４０の厚さ４５：１０μｍである。
実施例５の実験結果は再び図６Ｃ及び図８Ａを参照されたい。これらの図は本発明の他の実施例におけるフォトダイオードの外部量子効率のグラフである。
透明導電性材質（transparent conductive film、TCF）は、その名が示すように、必ず透明性と導電性の両方の特性を持っていて、現在の多くは透明導電性酸化物（Transparent Conducting Oxides、TCO）と呼ばれる金属酸化物を使用して、特にインジウム錫酸化物（Indium Tin Oxide、通常はITOと略称）材料が主流である。
また、前記光活性層４０の前記厚さ４５が１０μｍである場合、フォトダイオードの構造（図６Ｃを参照）の外部量子効率を示す、膜厚により生じるキャリア伝達距離の増加以外に、前記第一電極２０がITO（TCF１）を使用する場合、赤光と赤外光周波数帯の光透過に不利である。
そのため、本実施例では、フォトダイオードの構造は、他の赤光と赤外光周波数帯の光透過が比較的によい材質（例えば：インジウムでドープしたZnO）を採用して透明電極を作製する。透過度が比較的によい透明電極を使用する場合、その結果は図８Ａに示すように、外部量子効率は実施例３の１４％（図６Ｃ、－８Ｖ、ａｔ１０７０ｎｍ）から２８％（図８Ａ、－８Ｖ、ａｔ１０６０ｎｍ）に向上し、効果が明らかである。また優れた自己フィルタリングの効果を保持でき、且つこの構造の場合、図８Ｂを参照すると、図８Ｂは本発明の他の実施例におけるフォトダイオードの電流-電圧曲線のグラフである。フォトダイオードの構造は、光を照射する状態と照射しない状態とで全て優れたフォトダイオード特性を維持することを示した。
以上説明した実施例のように、本発明ではフォトダイオードの構造を作製する。光活性層内のＰ型半導体層とＮ型半導体層との組成比率及び光活性層の厚さの変化により、且つ透明電極を合わせて使用することにより、自己フィルタリングを有する半値全幅応答のフォトダイオードの構造を形成させ、自己フィルタリングの効果を実現し、且つ光検出器の体積を減少させることができる。
したがって、本発明は実際に新規性、進歩性及び産業上の利用可能性を有するため、台湾特許法の特許出願要件に合致すべきであることは間違いなく、法により発明特許を出願し、貴庁が早期に特許を賜ることを祈念し、切に希望する。
ただし、上記のものは、本発明の好ましい実施例に過ぎず、本発明の実施範囲を限定するためのものではなく、本発明の特許出願の範囲に記載された形状、構造、特徴及び精神に基づいた均等な変化及び修飾は、すべて本発明の特許出願の範囲内に含まれる。
１０ 基板
２０ 第一電極
２２ 第一活性金属層
３０ 電子伝達層
４０ 光活性層
４１ Ｐ型半導体層
４３ Ｎ型半導体層
４５ 厚さ
５０ 第二電極
５２ 第二活性金属層
６０ 正孔伝達層
２０ 第一電極
２２ 第一活性金属層
３０ 電子伝達層
４０ 光活性層
４１ Ｐ型半導体層
４３ Ｎ型半導体層
４５ 厚さ
５０ 第二電極
５２ 第二活性金属層
６０ 正孔伝達層
Claims (9)
- 外部光源を電流値に変換し、特定の波長を有する光を自己フィルタリングするフォトダイオードの構造であって、
基板、
前記基板上に設置されている第一電極、
前記第一電極上に設置されている電子伝達層、
前記電子伝達層上に設置され、Ｐ型半導体及びＮ型半導体を含み、前記Ｐ型半導体及び前記Ｎ型半導体は１：０．５～１：１．５の組成比率を有し、かつ１μｍ～１５μｍの厚さを有する光活性層、および
前記光活性層上に設置されている第二電極を備え、
前記光活性層の前記Ｐ型半導体は、
に示される化合物より構成される群から選ばれ、
前記光活性層の前記Ｎ型半導体は、
前記フォトダイオードの構造は、前記光活性層の前記Ｐ型半導体と前記Ｎ型半導体との組成比率、および前記光活性層の厚さを組み合わせて調整することによって、自己フィルタリングおよび半値全幅応答を実現し、
前記半値全幅応答は、外部量子効率の最大値から外部量子効率の半値まで外部量子効率が単調に減少する応答であり、
前記自己フィルタリングは、光学フィルタを用いずに前記半値全幅応答を実現する、ことを特徴とする特定の波長を有する光を自己フィルタリングするフォトダイオードの構造。 - 前記基板はシリコン基板、ポリイミド基板、ガラス基板、ポリエチレンテレフタレート基板、ポリエチレンテレフタラート基板、サファイア基板、石英基板またはセラミックス基板を使用する
ことを特徴とする請求項１に記載の特定の波長を有する光を自己フィルタリングするフォトダイオードの構造。 - 前記第一電極が透明電極または金属電極であり、前記透明電極は金属酸化物、導電性高分子、グラフェン、カーボンナノチューブ、金属ナノワイヤ、金属メッシュ、またはこれらの材料の任意の組み合わせから選択され、前記金属電極はアルミニウム、銀、金、銅、タングステン、モリブデン、チタンまたはこれらの金属材料を異なる比率で組み合わせて作製される複合金属電極、または、これらの金属材料として異なる元素を組み合わせて作製される複合金属電極から選択される
ことを特徴とする請求項１に記載の特定の波長を有する光を自己フィルタリングするフォトダイオードの構造。 - 前記第一電極は更に第一活性金属層を含み、前記第一活性金属層は前記第一電極内に設置され、前記第一活性金属層はマグネシウム、カルシウム、リチウム、セシウム及びその組成物より構成される群から選択される
ことを特徴とする請求項１に記載の特定の波長を有する光を自己フィルタリングするフォトダイオードの構造。 - 前記電子伝達層が、有機高分子、有機小分子および金属酸化物から選択され、またはこれらの材料を任意に組み合わせた群から選択され、有機高分子系がＰＦＮ－ＤＯＦ、ＰＦＮ－ＢｒまたはＰＤＭＡＥＭＡを使用し、有機小分子系がＰＤＩＮ、ＰＤＩＮＯ、ＰＤＩＮＮまたはＮＤＩ－Ｎを使用し、金属酸化物系がＳｎＯ２、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、Ｃｓ２ＣＯ３またはＮｂ２Ｏ５を使用する
ことを特徴とする請求項１に記載の特定の波長を有する光を自己フィルタリングするフォトダイオードの構造。 - 更に、前記光活性層と前記第二電極との間に設置された正孔伝達層を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の特定の波長を有する光を自己フィルタリングするフォトダイオードの構造。 - 前記正孔伝達層が、有機高分子、有機小分子および金属酸化物から選択され、またはこれらの材料を任意に組み合わせた群から選択され、有機高分子系がＰＥＤＯＴ：ＰＳＳまたはＰＴＡＡを使用し、有機小分子系がｓｐｉｒｏ－ＭｅＯＴＡＤまたはｍ－ＭＴＤＡＴＡを使用し、金属酸化物系がＭｏＯ３、ＮｉＯ、Ｖ２Ｏ５、ＷＯ３またはＣｕＳＣＮを使用する
ことを特徴とする請求項６に記載の特定の波長を有する光を自己フィルタリングするフォトダイオードの構造。 - 前記第二電極が透明電極または金属電極であり、前記透明電極は金属酸化物、導電性高分子、グラフェン、カーボンナノチューブ、金属ナノワイヤ、金属メッシュ、または前記材料の任意の組み合わせから選択され、前記金属電極はアルミニウム、銀、金、銅、タングステン、モリブデン、チタンまたはこれらの金属材料を異なる比率で組み合わせて作製される複合金属電極、または、これらの金属材料として異なる元素を組み合わせて作製される複合金属電極から選択される
ことを特徴とする請求項１に記載の特定の波長を有する光を自己フィルタリングするフォトダイオードの構造。 - 前記第二電極は更に第二活性金属層を含み、第二活性金属層は前記第二電極内に設置され、前記第二活性金属層はマグネシウム、カルシウム、リチウム、セシウム及びその組成物より構成される群から選択される
ことを特徴とする請求項１に記載の特定の波長を有する光を自己フィルタリングするフォトダイオードの構造。
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Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006077476A1 (en) | 2005-01-18 | 2006-07-27 | Politecnico Di Milano | Organic photodiode of poly(9,9-dioctyl)fluorene |
| JP2011014815A (ja) | 2009-07-06 | 2011-01-20 | Panasonic Corp | 光電変換デバイス、光電変換デバイスの製造方法および光電変換デバイスを塔載した電子機器 |
| JP2012165023A (ja) | 2012-05-21 | 2012-08-30 | Fujifilm Corp | 光電変換素子の製造方法及び固体撮像素子 |
| JP2013073965A (ja) | 2011-09-26 | 2013-04-22 | Toshiba Corp | 光電変換装置及びその製造方法 |
| US20150105560A1 (en) | 2012-05-10 | 2015-04-16 | Merck Patent Gmbh | Formulation comprising ionic organic compounds for use in electron transport layers |
| CN106025070A (zh) | 2016-05-24 | 2016-10-12 | 北京交通大学 | 具有光谱选择性的光电倍增型有机光探测器及其制备方法 |
| US20180374650A1 (en) | 2016-01-06 | 2018-12-27 | Nutech Ventures | Narrow band perovskite single crystal photodetectors with tunable spectral response |
| CN109935699A (zh) | 2019-04-02 | 2019-06-25 | 北京交通大学 | 一种倍增型有机光电探测器及其制备方法 |
| JP2019531380A (ja) | 2016-10-05 | 2019-10-31 | メルク パテント ゲーエムベーハー | 有機半導体化合物 |
| JP2020021848A (ja) | 2018-08-01 | 2020-02-06 | 住友化学株式会社 | 光検出素子 |
| WO2020050265A1 (ja) | 2018-09-06 | 2020-03-12 | 富士フイルム株式会社 | 構造体、光センサおよび画像表示装置 |
-
2022
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Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006077476A1 (en) | 2005-01-18 | 2006-07-27 | Politecnico Di Milano | Organic photodiode of poly(9,9-dioctyl)fluorene |
| JP2011014815A (ja) | 2009-07-06 | 2011-01-20 | Panasonic Corp | 光電変換デバイス、光電変換デバイスの製造方法および光電変換デバイスを塔載した電子機器 |
| JP2013073965A (ja) | 2011-09-26 | 2013-04-22 | Toshiba Corp | 光電変換装置及びその製造方法 |
| US20150105560A1 (en) | 2012-05-10 | 2015-04-16 | Merck Patent Gmbh | Formulation comprising ionic organic compounds for use in electron transport layers |
| JP2012165023A (ja) | 2012-05-21 | 2012-08-30 | Fujifilm Corp | 光電変換素子の製造方法及び固体撮像素子 |
| US20180374650A1 (en) | 2016-01-06 | 2018-12-27 | Nutech Ventures | Narrow band perovskite single crystal photodetectors with tunable spectral response |
| CN106025070A (zh) | 2016-05-24 | 2016-10-12 | 北京交通大学 | 具有光谱选择性的光电倍增型有机光探测器及其制备方法 |
| JP2019531380A (ja) | 2016-10-05 | 2019-10-31 | メルク パテント ゲーエムベーハー | 有機半導体化合物 |
| JP2020021848A (ja) | 2018-08-01 | 2020-02-06 | 住友化学株式会社 | 光検出素子 |
| WO2020050265A1 (ja) | 2018-09-06 | 2020-03-12 | 富士フイルム株式会社 | 構造体、光センサおよび画像表示装置 |
| CN109935699A (zh) | 2019-04-02 | 2019-06-25 | 北京交通大学 | 一种倍增型有机光电探测器及其制备方法 |
Non-Patent Citations (6)
| Title |
|---|
| ARMIN, Ardalan et al.，Narrowband light detection via internal quantum efficiency manipulation of organic photodiodes，NATURE COMMUNICATONS，2015年，Vol. 6，pp, 1-8，DOI: 10.1038/ncomms7343 |
| FORTI, Giacomo et al.，Recent Advances in Non-Fullerene Acceptors of the IDIC/ITIC Families for Bulk-Heterojunction Organic Solar Cells，International Journal of Molecular Sciences，2020年，Vol. 21，Article number: 8085, pp. 1-16，DOI: 10.3390/ijms21218085 |
| LIU, Ming et al.，Ultra-Narrow-Band NIR Photomultiplication Organic Photodetectors Based on Charge Injection Narrowing，The Journal of Physical Chemistry Letters，2021年03月16日，Vol. 12，pp. 2937-2943，DOI: 10.1021/acs.jpclett.1c00330 |
| QIN, Mingcong et al.，Organic photodiodes for near-infrared light detection，Semiconductor Science and Technology，2020年，Vol. 35，Article number: 114001, pp. 1-14，DOI: 10.1088/1361-6641/abacde |
| WANG, Yongqiang et al.，Realizing high detectivity organic photodetectors in visible wavelength by doping highly ordered polymer PCPDTBT，Organic Electronics，2020年，Vol. 82，Article number: 105700，pp. 1-7，DOI: 10.1016/j.orgel.2020.105700 |
| ZHU, Peng et al.，Recent Progress in All‐Polymer Solar Cells Based on Wide‐Bandgap p‐Type Polymers，Chemistry An Asian Journal，2019年，Vol. 14，pp. 3109-3118，DOI: 10.1002/asia.201900827 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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