JP7520558B2 - 光電変換装置および機器 - Google Patents
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Description
本発明の別の観点は、光電変換層と、前記光電変換層を覆う遮光膜と、を備える裏面照射型の光電変換装置であって、前記遮光膜は、第1金属層と、前記第1金属層と前記光電変換層との間に位置する第2金属層と、を含み、前記第1金属層の屈折率をNa、前記第1金属層の消衰係数をKa、前記第2金属層の屈折率をNb、前記第2金属層の消衰係数をKb、前記第2金属層の厚さをTb(nm)、前記第2金属層へ入射する光の波長をλb(nm)として、{(Na-1)2+Ka2}/{(Na+1)2+Ka2}>{(Nb-1)2+Kb2}/{(Nb+1)2+Kb2}およびKb*Tb≧0.183*λbを満たし、前記遮光膜は、前記第1金属層と前記第2金属層との間に設けられた第1金属化合物層と、前記第1金属層と前記第2金属層との間に設けられた第3金属層と、を含むことを特徴とする。
本発明の別の観点は、光電変換層と、前記光電変換層を覆う遮光膜と、を備える裏面照射型の光電変換装置であって、前記遮光膜は、第1金属層と、前記第1金属層と前記光電変換層との間に位置する第2金属層と、を含み、前記第1金属層の主成分はアルミニウムであり、前記第2金属層の主成分はタングステンであり、前記遮光膜は、前記第1金属層と前記第2金属層との間に設けられた第1金属化合物層と、前記第1金属層と前記第2金属層との間に設けられた第3金属層と、を含むことを特徴とする。
また、別の観点は、光電変換層と、前記光電変換層を覆う遮光膜と、を備える光電変換装置であって、前記遮光膜は、第1金属層と、前記第1金属層と前記光電変換層との間に位置する第2金属層と、を含み、前記第1金属層の屈折率をNa、前記第1金属層の消衰係数をKa、前記第2金属層の屈折率をNb、前記第2金属層の消衰係数をKb、前記第2金属層の厚さをTb(nm)、前記第2金属層へ入射する光の波長をλb(nm)として、{(Na-1) 2 +Ka 2 }/{(Na+1) 2 +Ka 2 }>{(Nb-1) 2 +Kb 2 }/{(Nb+1) 2 +Kb 2 }およびKb*Tb≧0.183*λbを満たし、前記遮光膜と前記光電変換層との間の距離が、前記遮光膜の厚さよりも小さく、前記遮光膜と前記光電変換層との間には誘電体層が設けられており、前記第2金属層の前記光電変換層の側の面の一部が前記光電変換層に接していることを特徴とする。
また、別の観点は、光電変換層と、前記光電変換層を覆う遮光膜と、を備える光電変換装置であって、前記遮光膜は、第1金属層と、前記第1金属層と前記光電変換層との間に位置する第2金属層と、を含み、前記第1金属層の主成分はアルミニウムであり、前記第2金属層の主成分はタングステンであり、前記遮光膜と前記光電変換層との間の距離が、前記遮光膜の厚さよりも小さく、前記遮光膜と前記光電変換層との間には誘電体層が設けられており、前記第2金属層の前記光電変換層の側の面の一部が前記光電変換層に接していることを特徴とする。
また、別の観点は、光電変換層と、前記光電変換層を覆う遮光膜と、を備える裏面照射型の光電変換装置であって、前記遮光膜は、第1金属層と、前記第1金属層と前記光電変換層との間に位置する第2金属層と、を含み、前記第1金属層の屈折率をNa、前記第1金属層の消衰係数をKa、前記第2金属層の屈折率をNb、前記第2金属層の消衰係数をKb、前記第2金属層の厚さをTb(nm)、前記第2金属層へ入射する光の波長をλb(nm)として、{(Na-1) 2 +Ka 2 }/{(Na+1) 2 +Ka 2 }>{(Nb-1) 2 +Kb 2 }/{(Nb+1) 2 +Kb 2 }およびKb*Tb≧0.183*λbを満たし、前記遮光膜と前記光電変換層との間には誘電体層が設けられており、前記第2金属層の前記光電変換層の側の面の一部が前記光電変換層に接していることを特徴とする。
また、別の観点は、光電変換層と、前記光電変換層を覆う遮光膜と、を備える裏面照射型の光電変換装置であって、前記遮光膜は、第1金属層と、前記第1金属層と前記光電変換層との間に位置する第2金属層と、を含み、前記第1金属層の主成分はアルミニウムであり、前記第2金属層の主成分はタングステンであり、前記遮光膜と前記光電変換層との間には誘電体層が設けられており、前記第2金属層の前記光電変換層の側の面の一部が前記光電変換層に接していることを特徴とする。
反射しなかった光は物体Aの表面から物体Oの内部に侵入し、物体Oの内部では光の吸収が起こる。物体Oの内部に侵入する光に対する、物体Oの内部での光の吸収率を光吸収率Aとする。物体Oの内部で吸収されない光が物体Oを透過する。物体Oの表面に入射した光に対する、物体Oを透過した光を光透過率τとする。
Ie=Ia+It
Ir=Is*R
Ie=Is*(1-R)
Ia=Ie*A
It=Ie*(1-A)
It=Is*τ
τ=It/Is=(1-R)*(1-A)・・・式(ii)
透過光の強度It、光吸収率Aは、物体Oの内の光の入射部から出射部までの距離dと、物体Oを構成する材料Mの光吸収係数αとで表すことができる。光吸収係数αと消衰係数kとの関係は次式で表される。
A=(Ie-It)/Ie=1-exp[-α*d]
α=4π*k/λ
A=1-exp[-4π*k*d/λ]・・・式(iii)
材料Mが決まっている場合、光吸収率Aは、距離Dに依存する。物体Oの表面と裏面が平行で表面に対して光Lが垂直入射する場合、距離dは表面と裏面との距離、すなわち、物体Oの厚さdに相当する。
Rb={(Nb-1)2+Kb2}/{(Nb+1)2+Kb2}
Ra>Rbを満たすことは下記式(R)を満たすことを意味する。
式(i)は光Lが垂直入射する場合について説明したが金属層における反射率の入射角依存性については無視してよい。これは、絶縁体(誘電体)への入射光に比べて、金属層への入射光は、反射率の入射角依存性が小さいためである。
式(A)を変形すれば式(A’)を得ることができ、式(A’)にネイピア数eと円周率πの具体値を適用することで式(A”)を得ることができる。
Kb*Tb≧0.183*λb・・・(式A”)
表1には、アルミニウム(Al)、タングステン(W)、チタン(Ti)、銅(Cu)の4種類の材料について、波長帯域ごとの屈折率nおよび消衰係数kを記載している。また、表1には、式(i)で表される光反射率Rと、k*d≧0.183*λを満たす距離d(d≧0.183)*λ/k)を記載している。表2には、銀(Ag)、タンタル(Ta)、ニッケル(Ni)、金(Au)の4種類の材料について、波長帯域ごとの屈折率nおよび消衰係数kを記載している。また、表2には、式(i)で表される光反射率Rと、k*d≧0.183*λを満たす距離d(d≧0.183)*λ/k)を満たす距離dを記載している。金属層52の厚さTbが表1,2に示した距離dを満足すれば、金属層52の光吸収率は0.9以上となる
51 金属層
52 金属層
10 光電変換層
Claims (26)
- 光電変換層と、
前記光電変換層を覆う遮光膜と、を備える光電変換装置であって、
前記遮光膜は、第1金属層と、前記第1金属層と前記光電変換層との間に位置する第2金属層と、を含み、
前記第1金属層の屈折率をNa、前記第1金属層の消衰係数をKa、前記第2金属層の屈折率をNb、前記第2金属層の消衰係数をKb、前記第2金属層の厚さをTb(nm)、前記第2金属層へ入射する光の波長をλb(nm)として、
{(Na-1)2+Ka2}/{(Na+1)2+Ka2}>{(Nb-1)2+Kb2}/{(Nb+1)2+Kb2}およびKb*Tb≧0.183*λbを満たし、
前記遮光膜と前記光電変換層との間の距離が、前記遮光膜の厚さよりも小さく、
前記遮光膜は、前記第1金属層と前記第2金属層との間に設けられた第1金属化合物層と、前記第1金属層と前記第2金属層との間に設けられた第3金属層と、を含む
ことを特徴とする光電変換装置。 - 光電変換層と、
前記光電変換層を覆う遮光膜と、を備える光電変換装置であって、
前記遮光膜は、第1金属層と、前記第1金属層と前記光電変換層との間に位置する第2金属層と、を含み、
前記第1金属層の主成分はアルミニウムであり、
前記第2金属層の主成分はタングステンであり、
前記遮光膜と前記光電変換層との間の距離が、前記遮光膜の厚さよりも小さく、
前記遮光膜は、前記第1金属層と前記第2金属層との間に設けられた第1金属化合物層と、前記第1金属層と前記第2金属層との間に設けられた第3金属層と、を含む
ことを特徴とする光電変換装置。 - 前記光電変換装置は前記光電変換層が設けられるとともに、光が入射する面である第1面を備える半導体層と、
前記遮光膜と前記光電変換層との間に設けられた誘電体層とを有し、
前記遮光膜は前記誘電体層と接する第2面を有し、
前記遮光膜と前記光電変換層との間の距離が、前記第1面から前記第2面までの長さであることを特徴とする請求項1または2に記載の光電変換装置。 - 光電変換層と、
前記光電変換層を覆う遮光膜と、を備える裏面照射型の光電変換装置であって、
前記遮光膜は、第1金属層と、前記第1金属層と前記光電変換層との間に位置する第2金属層と、を含み、
前記第1金属層の屈折率をNa、前記第1金属層の消衰係数をKa、前記第2金属層の屈折率をNb、前記第2金属層の消衰係数をKb、前記第2金属層の厚さをTb(nm)、前記第2金属層へ入射する光の波長をλb(nm)として、
{(Na-1)2+Ka2}/{(Na+1)2+Ka2}>{(Nb-1)2+Kb2}/{(Nb+1)2+Kb2}およびKb*Tb≧0.183*λbを満たし、
前記遮光膜は、前記第1金属層と前記第2金属層との間に設けられた第1金属化合物層と、前記第1金属層と前記第2金属層との間に設けられた第3金属層と、を含む
ことを特徴とする光電変換装置。 - 光電変換層と、
前記光電変換層を覆う遮光膜と、を備える裏面照射型の光電変換装置であって、
前記遮光膜は、第1金属層と、前記第1金属層と前記光電変換層との間に位置する第2金属層と、を含み、
前記第1金属層の主成分はアルミニウムであり、
前記第2金属層の主成分はタングステンであり、
前記遮光膜は、前記第1金属層と前記第2金属層との間に設けられた第1金属化合物層と、前記第1金属層と前記第2金属層との間に設けられた第3金属層と、を含む
ことを特徴とする光電変換装置。 - 光電変換層と、
前記光電変換層を覆う遮光膜と、を備える光電変換装置であって、
前記遮光膜は、第1金属層と、前記第1金属層と前記光電変換層との間に位置する第2金属層と、を含み、
前記第1金属層の屈折率をNa、前記第1金属層の消衰係数をKa、前記第2金属層の屈折率をNb、前記第2金属層の消衰係数をKb、前記第2金属層の厚さをTb(nm)、前記第2金属層へ入射する光の波長をλb(nm)として、
{(Na-1) 2 +Ka 2 }/{(Na+1) 2 +Ka 2 }>{(Nb-1) 2 +Kb 2 }/{(Nb+1) 2 +Kb 2 }およびKb*Tb≧0.183*λbを満たし、
前記遮光膜と前記光電変換層との間の距離が、前記遮光膜の厚さよりも小さく、
前記遮光膜と前記光電変換層との間には誘電体層が設けられており、
前記第2金属層の前記光電変換層の側の面の一部が前記光電変換層に接している
ことを特徴とする光電変換装置。 - 光電変換層と、
前記光電変換層を覆う遮光膜と、を備える光電変換装置であって、
前記遮光膜は、第1金属層と、前記第1金属層と前記光電変換層との間に位置する第2金属層と、を含み、
前記第1金属層の主成分はアルミニウムであり、
前記第2金属層の主成分はタングステンであり、
前記遮光膜と前記光電変換層との間の距離が、前記遮光膜の厚さよりも小さく、
前記遮光膜と前記光電変換層との間には誘電体層が設けられており、
前記第2金属層の前記光電変換層の側の面の一部が前記光電変換層に接している
ことを特徴とする光電変換装置。 - 光電変換層と、
前記光電変換層を覆う遮光膜と、を備える裏面照射型の光電変換装置であって、
前記遮光膜は、第1金属層と、前記第1金属層と前記光電変換層との間に位置する第2金属層と、を含み、
前記第1金属層の屈折率をNa、前記第1金属層の消衰係数をKa、前記第2金属層の屈折率をNb、前記第2金属層の消衰係数をKb、前記第2金属層の厚さをTb(nm)、前記第2金属層へ入射する光の波長をλb(nm)として、
{(Na-1) 2 +Ka 2 }/{(Na+1) 2 +Ka 2 }>{(Nb-1) 2 +Kb 2 }/{(Nb+1) 2 +Kb 2 }およびKb*Tb≧0.183*λbを満たし、
前記遮光膜と前記光電変換層との間には誘電体層が設けられており、
前記第2金属層の前記光電変換層の側の面の一部が前記光電変換層に接している
ことを特徴とする光電変換装置。 - 光電変換層と、
前記光電変換層を覆う遮光膜と、を備える裏面照射型の光電変換装置であって、
前記遮光膜は、第1金属層と、前記第1金属層と前記光電変換層との間に位置する第2金属層と、を含み、
前記第1金属層の主成分はアルミニウムであり、
前記第2金属層の主成分はタングステンであり、
前記遮光膜と前記光電変換層との間には誘電体層が設けられており、
前記第2金属層の前記光電変換層の側の面の一部が前記光電変換層に接している
ことを特徴とする光電変換装置。 - 前記遮光膜は、前記第1金属層と前記第2金属層との間に設けられた第1金属化合物層と、前記第1金属層と前記第2金属層との間に設けられた第3金属層と、を含む、請求項6乃至9のいずれか1項に記載の光電変換装置。
- 前記第1金属層の厚さは前記第2金属層の厚さよりも大きい、請求項1乃至10のいずれか1項に記載の光電変換装置。
- 前記遮光膜は、前記第1金属層と前記第2金属層との間に設けられた第1金属化合物層を含む、請求項1乃至11のいずれか1項に記載の光電変換装置。
- 前記第2金属層の厚さは前記第1金属化合物層の厚さよりも大きい、請求項12に記載の光電変換装置。
- 前記第1金属化合物層の主成分は窒化チタンである、請求項12または13に記載の光電変換装置。
- 前記遮光膜は、前記第1金属層に対して前記光電変換層の側とは反対側に設けられた第2金属化合物層を含む、請求項1乃至14のいずれか1項に記載の光電変換装置。
- 前記第1金属層の厚さは前記第2金属化合物層の厚さよりも大きい、請求項15に記載の光電変換装置。
- 前記遮光膜と前記光電変換層との間の距離が、前記遮光膜の厚さよりも小さい、請求項1乃至16のいずれか1項に記載の光電変換装置。
- 前記遮光膜と前記光電変換層との間の距離が、前記第2金属層の厚さよりも大きい、請求項1乃至17のいずれか1項に記載の光電変換装置。
- 前記第2金属層と前記光電変換層との間には誘電体層が設けられており、
前記第2金属層と前記誘電体層との間の距離が前記第2金属層の厚さよりも小さい、請求項1乃至18のいずれか1項に記載の光電変換装置。 - 前記遮光膜と前記光電変換層との間には、第1金属酸化物層と、前記第1金属酸化物層と前記光電変換層との間に位置する第2金属酸化物層と、が設けられている、請求項1乃至19のいずれか1項に記載の光電変換装置。
- 前記光電変換装置は受光画素領域および遮光画素領域を有し、
前記遮光画素領域において前記光電変換層は前記遮光膜によって遮光されており、
前記受光画素領域において前記遮光膜は複数の開口を有する、請求項1乃至20のいずれか1項に記載の光電変換装置。 - 前記受光画素領域において前記遮光膜の上には、遮光壁が設けられており、前記遮光壁の高さは前記遮光膜の厚さよりも大きい、請求項21に記載の光電変換装置。
- 前記遮光壁の主成分はタングステンである、請求項22に記載の光電変換装置。
- 前記第1金属層の厚さは100~300nmであり、前記第2金属層の厚さは50~150nmである、請求項1乃至23のいずれか1項に記載の光電変換装置。
- 前記光電変換層に対して前記遮光膜の側とは反対側に設けられた配線構造を備える、請求項1乃至24のいずれか1項に記載の光電変換装置。
- 請求項1乃至25のいずれか1項に記載の光電変換装置と、
前記光電変換装置に対応する光学装置、
前記光電変換装置を制御する制御装置、
前記光電変換装置から出力された信号を処理する処理装置、
前記光電変換装置から得られた情報を表示する表示装置、
前記光電変換装置から得られた情報を記憶する記憶装置、および
前記光電変換装置から得られた情報に基づいて動作する機械装置、
の6つのうちの少なくともいずれかと、を備える機器。
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