KR102586250B1 - 광전변환 소자 및 고체 촬상 장치 - Google Patents

광전변환 소자 및 고체 촬상 장치 Download PDF

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Abstract

본 개시의 한 실시 형태의 광전변환 소자는, 대향 배치된 제1 전극(15a) 및 제2 전극(18)과, 제1 전극(15a)과 제2 전극(18) 사이에 마련됨과 함께, 식(1)으로 표시되는 제1의 퀴나크리돈 유도체를 포함하는 광전변환층(17)을 구비한다.

Description

광전변환 소자 및 고체 촬상 장치
본 개시는, 예를 들면, 유기 반도체를 사용한 광전변환 소자 및 이것을 구비한 고체 촬상 장치에 관한 것이다.
근래, CCD(Charge Coupled Device) 이미지 센서, 또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서 등의 고체 촬상 장치에서는, 화소 사이즈의 축소화가 진행되고 있다. 이에 의해, 단위화소에 입사하는 포톤 수가 감소하기 때문에 감도가 저하됨과 함께, S/N비의 저하가 생기고 있다. 또한, 컬러화를 위해, 적, 녹, 청의 원색 필터를 2차원 배열하여 이루어지는 컬러 필터를 사용한 경우, 적화소에서는, 녹과 청의 광이 컬러 필터에 의해 흡수되기 때문에, 감도의 저하를 초래하고 있다. 또한, 각 색 신호를 생성할 때에, 화소 사이에서 보간 처리를 행하기 때문에, 이른바 위색이 발생한다.
그래서, 예를 들면, 특허 문헌 1에서는, 청색광(B)에 감도를 갖는 유기 광전변환막, 녹색광(G)에 감도를 갖는 유기 광전변환막, 적색광(R)에 감도를 갖는 유기 광전변환막이 순차적으로 적층된 다층 구조의 유기 광전변환막을 사용한 이미지 센서가 개시되어 있다. 이 이미지 센서에서는, 1화소로부터, B/G/R의 신호를 제각기 취출함으로써, 감도 향상이 도모되어 있다. 특허 문헌 2에서는, 1층의 유기 광전변환막을 형성하고, 이 유기 광전변환막으로 1색의 신호를 취출하고, 실리콘(Si) 벌크 분광으로 2색의 신호를 취출하는 촬상 소자가 개시되어 있다. 특허 문헌 1 및 특허 문헌 2에 기재된 이른바 적층형의 촬상 소자(이미지 센서)에서는, 입사광이 대부분 광전변환되어 판독되어, 가시광의 사용 효율은 100%에 가깝다. 또한, 각 수광부에서 R, G, B의 3색의 색 신호를 얻을 수 있기 때문에, 고감도이며 고해상도(위색이 눈에 띄지 않는)의 화상을 생성할 수 있다.
그래서, 더한층의 감도의 향상, 즉 외부 양자 효율(External Quantum Efficiency : EQE) 및 분광 형상의 개선을 목적으로 하여, 예를 들면 특허 문헌 3에서는, 퀴나크리돈 또는 그 유도체를 광전변환막에 포함하는 고체 촬상 소자가 개시되어 있다. 또한, 예를 들면 비특허 문헌 1에서는, 광전변환층을 디메틸퀴나크리돈 및 서브프탈로시아닌류로 구성함으로써 응답성이 향상한 이미지 센서가 보고되어 있다.
특허 문헌 1 : 일본 특개2003-234460호 공보 특허 문헌 2 : 일본 특개2005-303266호 공보 특허 문헌 3 : 일본 특개2007-234651호 공보
비특허 문헌 1 : J. Phys. Chem. C 2014, 118, 13424-13431
그렇지만, 분광 형상, 응답성 및 EQE는, 어느 하나 또는 2개의 특성을 향상시킨 경우, 기타의 특성이 저하된다는 문제가 있다.
따라서 우수한 분광 형상, 높은 응답성 및 높은 외부 양자 효율을 실현하는 것이 가능한 광전변환 소자 및 고체 촬상 장치를 제공하는 것이 바람직하다.
본 개시의 한 실시 형태의 광전변환 소자는, 대향 배치된 제1 전극 및 제2 전극과, 제1 전극과 제2 전극 사이에 마련됨과 함께, 하기 식(1)으로 표시되는 제1의 퀴나크리돈 유도체를 포함하는 광전변환층을 구비한 것이다.
[화학식 1]
Figure 112018030186517-pct00001
(R1, R2은 각각 독립하여 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 아릴기, 시아노기, 니트로기, 실릴기이다. m1, m2은, 각각 독립한 0 또는 1 이상 정수이다. m1 및 m2이 2 이상인 경우에는, 각각, 서로 결합하여 환(環)을 형성하여도 좋다. R3은, 알킬기, 아릴기, 또는 복소환기이다.)
본 개시의 한 실시 형태의 고체 촬상 장치는, 각 화소가 1 또는 복수의 유기 광전변환부를 포함하고, 유기 광전변환부로서 상기 본 개시의 한 실시 형태의 광전변환 소자를 갖는 것이다.
본 개시의 한 실시 형태의 광전변환 소자 및 한 실시 형태의 고체 촬상 장치에서는, 대향 배치된 제1 전극과 제2 전극 사이의 광전변환층을, 상기 식(1)으로 표시되는 제1의 퀴나크리돈 유도체를 사용하여 형성함에 의해, 광전변환층 내에서의 캐리어(정공 및 전자)의 수송능(輸送能) 및 캐리어의 이용 효율이 향상한다.
본 개시의 한 실시 형태의 광전변환 소자 및 한 실시 형태의 고체 촬상 장치에 의하면, 상기 식(1)으로 표시되는 제1의 퀴나크리돈 유도체를 사용하여 광전변환층을 형성하도록 하였기 때문에, 광전변환층 내에서의 캐리어의 수송능 및 이용 효율이 향상한다. 이에 의해, 샤프한 분광 형상을 유지한 채로, 응답성 및 외부 양자 효율이 향상한다. 즉, 우수한 분광 형상, 높은 응답성 및 높은 외부 양자 효율을 실현한 광전변환 소자 및 이것을 구비한 고체 촬상 장치를 제공하는 것이 가능해진다. 또한, 여기에 기재된 효과는 반드시 한정되는 것이 아니고, 본 개시 중에 기재된 어느 하나의 효과라도 좋다.
도 1은 본 개시의 제1의 실시의 형태에 관한 광전변환 소자의 개략 구성을 도시하는 단면도.
도 2는 유기 광전변환층, 보호층(상부 전극) 및 콘택트 홀의 형성 위치 관계를 도시하는 평면도.
도 3A는 무기 광전변환부의 한 구성례를 도시하는 단면도.
도 3B는 도 3A에 도시한 무기 광전변환부의 다른 단면도.
도 4는 유기 광전변환부의 전하(전자) 축적층의 구성(하부측 전자 취출)을 도시하는 단면도.
도 5A는 도 1에 도시한 광전변환 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도.
도 5B는 도 5A에 계속된 공정을 도시하는 단면도.
도 6A는 도 5B에 계속된 공정을 도시하는 단면도.
도 6B는 도 6A에 계속된 공정을 도시하는 단면도.
도 7A는 도 6B에 계속된 공정을 도시하는 단면도.
도 7B는 도 7A에 계속된 공정을 도시하는 단면도.
도 7C는 도 7B에 계속된 공정을 도시하는 단면도.
도 8은 도 1에 도시한 광전변환 소자의 작용을 설명하는 주요부 단면도.
도 9는 도 1에 도시한 광전변환 소자의 작용을 설명하기 위한 모식도.
도 10은 본 개시의 제2의 실시의 형태에 관한 광전변환 소자의 개략 구성을 도시하는 단면도.
도 11은 1에 도시한 광전변환 소자를 화소로서 이용한 고체 촬상 장치의 기능 블록도.
도 12는 도 11에 도시한 고체 촬상 장치를 사용한 전자 기기의 개략 구성을 도시하는 블록도.
이하, 본 개시에서의 한 실시 형태에 관해, 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 설명하는 순서는, 하기한 바와 같다.
1. 제1의 실시의 형태(HR형의 퀴나크리돈 유도체를 사용하여 유기 광전변환층을 형성한 예)
1-1. 광전변환 소자의 구성
1-2. 광전변환 소자의 제조 방법
1-3. 작용효과
2. 제2의 실시의 형태(HR형과 HH형의 2종류의 퀴나크리돈 유도체를 사용하여 유기 광전변환층을 형성한 예)
3. 적용례
4. 실시례
<1. 제1의 실시의 형태>
도 1은, 본 개시의 제1의 실시의 형태의 광전변환 소자(광전변환 소자(10))의 단면 구성을 도시한 것이다. 광전변환 소자(10)는, 예를 들면, CCD 이미지 센서 또는 CMOS 이미지 센서 등의 고체 촬상 장치(후술)에서 하나의 화소를 구성하는 것이다. 광전변환 소자(10)는, 반도체 기판(11)의 표면(수광면과는 반대측의 면(S2))측에, 화소 트랜지스터(후술하는 전송 트랜지스터(Tr1∼3)를 포함한다)가 형성됨과 함께, 다층 배선층(다층 배선층(51))을 갖는 것이다.
본 실시의 형태의 광전변환 소자(10)는, 각각 다른 파장역의 광을 선택적으로 검출하여 광전변환을 행하는 하나의 유기 광전변환부(11G)와, 2개의 무기 광전변환부(11B, 11R)가 종방향으로 적층된 구조를 가지며, 유기 광전변환부(11G)는, 후술하는 식(1)으로 표시되는 퀴나크리돈 유도체(제1의 퀴나크리돈 유도체)를 이용하여 형성된 것이다.
(1-1.광전변환 소자의 구성)
광전변환 소자(10)는, 하나의 유기 광전변환부(11G)와, 2개의 무기 광전변환부(11B, 11R)의 적층 구조를 갖고 있고, 이에 의해, 하나의 소자로 적(R), 녹(G), 청(B)의 각 색 신호를 취득하도록 되어 있다. 유기 광전변환부(11G)는, 반도체 기판(11)의 이면(면(S1))상에 형성되고, 무기 광전변환부(11B, 11R)는, 반도체 기판(11) 내에 매입 형성되어 있다. 이하, 각 부분의 구성에 관해 설명한다.
(유기 광전변환부(11G))
유기 광전변환부(11G)는, 유기 반도체를 사용하여, 선택적인 파장역의 광(여기서는 녹색광)을 흡수하여, 전자-정공 쌍을 발생시키는 유기 광전변환 소자이다. 유기 광전변환부(11G)는, 신호 전하를 취출하기 위한 한 쌍의 전극(하부 전극(15a), 상부 전극(18)) 사이에 유기 광전변환층(17)을 끼워넣은 구성을 갖고 있다. 하부 전극(15a) 및 상부 전극(18)은, 후술하는 바와 같이, 배선층이나 콘택트 메탈층을 통하여, 반도체 기판(11) 내에 매설된 도전성 플러그(120a1, 120b1)에 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 본 실시의 형태의 유기 광전변환층(17)이, 본 개시에서의 유기 반도체층의 한 구체례이다.
구체적으로는, 유기 광전변환부(11G)에서는, 반도체 기판(11)의 면(S1)상에, 층간 절연막(12, 14)이 형성되고, 층간 절연막(12)에는, 후술하는 도전성 플러그(120a1, 120b1)의 각각과 대향하는 영역에 관통구멍이 마련되고, 각 관통구멍에 도전성 플러그(120a2, 120b2)가 매설되어 있다. 층간 절연막(14)에는, 도전성 플러그(120a2, 120b2)의 각각과 대향하는 영역에, 배선층(13a, 13b)이 매설되어 있다. 이 층간 절연막(14)상에, 하부 전극(15a)이 마련됨과 함께, 이 하부 전극(15a)과 절연막(16)에 의해 전기적으로 분리된 배선층(15b)이 마련되어 있다. 이들 중, 하부 전극(15a)상에, 유기 광전변환층(17)이 형성되고, 유기 광전변환층(17)을 덮도록 상부 전극(18)이 형성되어 있다. 상세는 후술하지만, 상부 전극(18)상에는, 그 표면을 덮도록 보호층(19)이 형성되어 있다. 보호층(19)의 소정의 영역에는 콘택트 홀(H)이 마련되고, 보호층(19)상에는, 콘택트 홀(H)을 매입하고, 또한 배선층(15b)의 상면까지 연재된 콘택트 메탈층(20)이 형성되어 있다.
도전성 플러그(120a2)는, 도전성 플러그(120a1)와 함께 커넥터로서 기능함과 함께, 도전성 플러그(120a1) 및 배선층(13a)과 함께, 하부 전극(15a)으로부터 후술하는 녹용 축전층(110G)에의 전하(전자)의 전송 경로를 형성하는 것이다. 도전성 플러그(120b2)는, 도전성 플러그(120b1)와 함께 커넥터로서 기능함과 함께, 도전성 플러그(120b1), 배선층(13b), 배선층(15b) 및 콘택트 메탈층(20)과 함께, 상부 전극(18)으로부터의 전하(정공)의 배출 경로를 형성하는 것이다. 도전성 플러그(120a2, 120b2)는, 차광막으로서도 기능 시키기 위해, 예를 들면, 티탄(Ti), 질화티탄(TiN) 및 텅스텐 등의 금속재료의 적층막에 의해 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 이와 같은 적층막을 사용함에 의해, 도전성 플러그(120a1, 120b1)를 n형 또는 p형의 반도체층으로서 형성한 경우에도, 실리콘과의 콘택트를 확보할 수 있기 때문에 바람직하다.
층간 절연막(12)은, 반도체 기판(11)(실리콘층(110))과의 계면준위를 저감시킴과 함께, 실리콘층(110)과의 계면으로부터의 암전류의 발생을 억제하기 위해, 계면준위가 작은 절연막으로 구성되는 것이 바람직하다. 이와 같은 절연막으로서는, 예를 들면, 산화하프늄(HfO2)막과 산화실리콘(SiO2)막과의 적층막을 사용할 수 있다. 층간 절연막(14)은, 예를 들면, 산화실리콘, 질화실리콘 및 산질화실리콘(SiON) 등 중의 1종으로 이루어지는 단층막이나, 또는 이들 중의 2종 이상으로 이루어지는 적층막에 의해 구성되어 있다.
절연막(16)은, 예를 들면, 산화실리콘, 질화실리콘 및 산질화실리콘(SiON) 등 중의 1종으로 이루어지는 단층막이나, 또는 이들 중의 2종 이상으로 이루어지는 적층막에 의해 구성되어 있다. 절연막(16)은, 예를 들면, 그 표면이 평탄화되어 있고, 하부 전극(15a)과 거의 단차가 없는 형상 및 패턴을 갖고 있다. 이 절연막(16)은, 광전변환 소자(10)가, 고체 촬상 장치의 화소로서 사용되는 경우에, 각 화소의 하부 전극(15a) 사이를 전기적으로 분리하는 기능을 갖고 있다.
하부 전극(15a)은, 반도체 기판(11) 내에 형성된 무기 광전변환부(11B, 11R)의 수광면과 정대(正對)하여, 이들의 수광면을 덮는 영역에 마련되어 있다. 이 하부 전극(15a)은, 광투과성을 갖는 도전막에 의해 구성되고, 예를 들면, ITO(인듐주석산화물)에 의해 구성되어 있다. 단, 하부 전극(15a)의 구성 재료로서는, 이 ITO 외에도, 도펀트를 첨가한 산화주석(SnO2)계 재료, 또는 알루미늄아연산화물(ZnO)에 도펀트를 첨가하여 이루어지는 산화아연계 재료를 사용하여도 좋다. 산화아연계 재료로서는, 예를 들면, 도펀트로서 알루미늄(Al)를 첨가한 알루미늄아연산화물(AZO), 갈륨(Ga) 첨가의 갈륨아연산화물(GZO), 인듐(In) 첨가의 인듐아연산화물(IZO)을 들 수 있다. 또한, 이 밖에도, CuI, InSbO4, ZnMgO, CuInO2, MgIN2O4, CdO, ZnSnO3 등이 사용되어도 좋다. 또한, 본 실시의 형태에서는, 하부 전극(15a)으로부터 신호 전하(전자)의 취출이 이루어지기 때문에, 광전변환 소자(10)를 화소로서 사용한 후술하는 고체 촬상 장치에서는, 이 하부 전극(15a)은 화소마다 분리되어 형성된다.
유기 광전변환층(17)은, 유기 p형 반도체 및 유기 n형 반도체중의 일방 또는 양방을 포함함과 함께, 선택적인 파장역의 광을 광전변환하는 한편, 다른 파장역의 광을 투과시키는 것이다. 여기서는, 유기 광전변환층(17)은, 예를 들면 450㎚ 이상 650㎚ 이하의 범위에서 극대 흡수 파장을 갖는다.
본 실시의 형태에서는, 유기 광전변환층(17)은, 하기 식(1)으로 표시되는 퀴나크리돈 유도체, 즉, 분자 내의 2개의 아민 부위 중, 일방이 2급 아민(NHRR'), 타방이 3급 아민(NRR'R")의 이른바 HR형의 퀴나크리돈 유도체를 사용하는 것이 바람직하다. HR형의 퀴나크리돈 유도체는, 막 중에 형성되는 결정립(그레인)이 비교적 작기 때문이다. 이에 의해, 결정립끼리의 계면(결정립계)에서의 캐리어(정공 및 전자)의 이동이 효율적으로 진행된다. 또한, 그레인 사이의 공극에 유래하는 캐리어 트랩이 감소한다.
[화학식 2]
Figure 112018030186517-pct00002
(R1, R2은 각각 독립하여 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 아릴기, 시아노기, 니트로기, 실릴기이다. m1, m2은, 각각 독립한 0 또는 1 이상 정수이다. m1 및 m2이 2 이상인 경우에는, 각각, 서로 결합하여 환을 형성하여도 좋다. R3은, 알킬기, 아릴기, 또는 복소환기이다.)
상기 식(1)으로 표시되는 퀴나크리돈 유도체의 구체례로서는, 하기 식(1-1)∼(1-16) 등의 화합물을 들 수 있다.
[화학식 3A]
Figure 112018030186517-pct00003
[화학식 3B]
Figure 112018030186517-pct00004
또한, 유기 광전변환층(17)은, 상기 HR형의 퀴나크리돈 유도체와 함께, 하기 식(2)으로 표시되는 서브프탈로시아닌 유도체를 포함하는 것이 바람직하다.
[화학식 4]
Figure 112018030186517-pct00005
(R4∼R15은, 각각 독립하여, 수소 원자, 할로겐 원자, 직쇄, 분기, 또는 환상 알킬기, 티오알킬기, 티오아릴기, 아릴술포닐기, 알킬술포닐기, 아미노기, 알킬아미노기, 아릴아미노기, 히드록시기, 알콕시기, 아실아미노기, 아실옥시기, 페닐기, 카르복시기, 카르복소아미드기, 카르보알콕시기, 아실기, 술포닐기, 시아노기 및 니트로기이다. 이웃하는 임의의 R4∼R15은, 서로 결합하여 환을 형성하고 있어도 좋다. X는 아니온성 기이다.)
식(2)으로 표시한 서브프탈로시아닌 유도체의 구체례로서는, 이하의 식(2-1)∼(2-4) 등의 화합물을 들 수 있다.
[화학식 5]
Figure 112018030186517-pct00006
또한, 본 실시의 형태에서는, 상기 HR형의 퀴나크리돈 유도체는 유기 p형 반도체로서 기능하고, 상기 서브프탈로시아닌 유도체는 유기 n형 반도체로서 기능한다.
유기 광전변환층(17)은, 상기 식(1)으로 표시한 HR형의 퀴나크리돈 유도체를 체적비로, 예를 들면 25% 이상 75% 이하의 범위로 함유하고 있는 것이 바람직하다. HR형의 퀴나크리돈 유도체의 함유율을 상기 범위 내로 함으로써, 유기 광전변환층(17) 중에서의 p형의 HR형 퀴나크리돈 유도체끼리, n형의 서브프탈로시아닌 유도체끼리 및 p형의 HR형 퀴나크리돈 유도체와 n형의 서브프탈로시아닌 유도체가 이웃하는 확률의 치우침이 저감되기 때문이다. 이에 의해, 여기자가 p형의 HR형 퀴나크리돈 유도체와 n형의 서브프탈로시아닌 유도체의 계면에 도달할 가능성이 담보된다. 또한, 여기자 해리(解離) 후에 있어서의 이웃하는 p형의 HR형 퀴나크리돈 유도체의 사이를 경유하는 정공의 수송 효율, 및 이웃하는 n형의 서브프탈로시아닌 유도체의 사이를 경유하는 전자의 수송 효율이 담보된다. 따라서, 높은 외부 양자 효율 및 높은 응답성을 양립하는 것이 가능해진다.
유기 광전변환층(17)의 하부 전극(15a)과의 사이, 및 상부 전극(18)과의 사이에는, 도시하지 않은 다른 층이 마련되어 있어도 좋다. 예를 들면, 하부 전극(15a)측부터 차례로, 하인막, 정공 수송층, 전자 블로킹막, 유기 광전변환층(17), 정공 블로킹막, 버퍼막, 전자 수송층 및 일함수 조정막이 적층되어 있어도 좋다.
상부 전극(18)은, 하부 전극(15a)과 같은 광투과성을 갖는 도전막에 의해 구성되어 있다. 광전변환 소자(10)를 화소로서 사용한 고체 촬상 장치에서는, 이 상부 전극(18)이 화소마다 분리되어 있어도 좋고, 각 화소에 공통의 전극으로서 형성되어 있어도 좋다. 상부 전극(18)의 두께는, 예를 들면, 10㎚∼200㎚이다.
보호층(19)은, 광투과성을 갖는 재료에 의해 구성되고, 예를 들면, 산화실리콘, 질화실리콘 및 산질화실리콘 등 중의 어느 하나로 이루어지는 단층막, 또는 그들 중의 2종 이상으로 이루어지는 적층막이다. 이 보호층(19)의 두께는, 예를 들면, 100㎚∼30000㎚이다.
콘택트 메탈층(20)은, 예를 들면, 티탄, 텅스텐, 질화티탄 및 알루미늄 등의 어느 하나, 또는 그들 중의 2종 이상으로 이루어지는 적층막에 의해 구성되어 있다.
상부 전극(18) 및 보호층(19)은, 예를 들면, 유기 광전변환층(17)을 덮도록 마련되어 있다. 도 2는, 유기 광전변환층(17), 보호층(19)(상부 전극(18)) 및 콘택트 홀(H)의 평면 구성을 도시한 것이다.
구체적으로는, 보호층(19)(상부 전극(18)도 마찬가지)의 주연부(e2)는, 유기 광전변환층(17)의 주연부(e1)보다도 외측에 위치하고 있고, 보호층(19) 및 상부 전극(18)은, 유기 광전변환층(17)보다도 외측으로 비어져 나와 형성되어 있다. 상세하게는, 상부 전극(18)은, 유기 광전변환층(17)의 상면 및 측면을 덮음과 함께, 절연막(16)상까지 연재되도록 형성되어 있다. 보호층(19)은, 그와 같은 상부 전극(18)의 상면을 덮고, 상부 전극(18)과 동등한 평면 형상으로 형성되어 있다. 콘택트 홀(H)은, 보호층(19)중의 유기 광전변환층(17)에 비대향의 영역(주연부(e1)보다도 외측의 영역)에 마련되고, 상부 전극(18)의 표면의 일부를 노출시키고 있다. 주연부(e1, e2) 사이의 거리는, 특히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 1m∼500m이다. 또한, 도 2에서는, 유기 광전변환층(17)의 단변에 따른 하나의 사각형상의 콘택트 홀(H)을 마련하고 있지만, 콘택트 홀(H)의 형상이나 개수는 이것으로 한정되지 않고, 다른 형상(예를 들면, 원형, 정방형 등)이라도 좋고, 복수 마련되어 있어도 좋다.
보호층(19) 및 콘택트 메탈층(20)상에는, 전면을 덮도록, 평탄화막(21)이 형성되어 있다. 평탄화막(21)상에는, 온 칩 렌즈(22)(마이크로 렌즈)가 마련되어 있다. 온 칩 렌즈(22)는, 그 상방에서 입사한 광을, 유기 광전변환부(11G), 무기 광전변환부(11B, 11R)의 각 수광면에 집광시키는 것이다. 본 실시의 형태에서는, 다층 배선층(51)이 반도체 기판(11)의 면(S2)측에 형성되어 있기 때문에, 유기 광전변환부(11G), 무기 광전변환부(11B, 11R)의 각 수광면을 서로 접근하여 배치할 수 있고, 온 칩 렌즈(22)의 F값에 의존하여 생기는 각 색 사이의 감도의 편차를 저감할 수 있다.
또한, 본 실시의 형태의 광전변환 소자(10)에서는, 하부 전극(15a)으로부터 신호 전하(전자)를 취출하기 때문에, 이것을 화소로서 사용하는 고체 촬상 장치에서는, 상부 전극(18)을 공통 전극으로 하여도 좋다. 이 경우에는, 상술한 콘택트 홀(H), 콘택트 메탈층(20), 배선층(15b, 13b), 도전성 플러그(120b1, 120b2)로 이루어지는 전송 경로는, 전 화소에 대해 적어도 1개소에 형성되면 좋다.
반도체 기판(11)은, 예를 들면, n형의 실리콘(Si)층(110)의 소정의 영역에, 무기 광전변환부(11B, 11R)와 녹용 축전층(110G)이 매입 형성된 것이다. 반도체 기판(11)에는, 또한, 유기 광전변환부(11G)로부터의 전하(전자 또는 정공(정공))의 전송 경로가 되는 도전성 플러그(120a1, 120b1)가 매설되어 있다. 본 실시의 형태에서는, 이 반도체 기판(11)의 이면(면(S1))이 수광면으로 되어 있다. 반도체 기판(11)의 표면(면(S2))측에는, 유기 광전변환부(11G), 무기 광전변환부(11B, 11R)의 각각에 대응하는 복수의 화소 트랜지스터(전송 트랜지스터(Tr1∼Tr3)을 포함한다)가 형성됨과 함께, 로직 회로 등으로 이루어지는 주변 회로가 형성되어 있다.
화소 트랜지스터로서는, 예를 들면, 전송 트랜지스터, 리셋 트랜지스터, 증폭 트랜지스터 및 선택 트랜지스터를 들 수 있다. 이들의 화소 트랜지스터는, 모두 예를 들면, MOS 트랜지스터에 의해 구성되고, 면(S2)측의 p형 반도체 웰 영역에 형성되어 있다. 이와 같은 화소 트랜지스터를 포함하는 회로가, 적, 녹, 청의 광전변환부마다 형성되어 있다. 각 회로에서는, 이들의 화소 트랜지스터 중, 예를 들면, 전송 트랜지스터, 리셋 트랜지스터 및 증폭 트랜지스터로 이루어지는, 합계 3개의 트랜지스터를 포함하는 3트랜지스터 구성을 갖고 있어도 좋고, 이것에 선택 트랜지스터를 더한 4트랜지스터 구성이라도 좋다. 여기서는, 이들의 화소 트랜지스터 중, 전송 트랜지스터(Tr1∼Tr3)에 관해서만 도시 및 설명을 행하고 있다. 또한, 전송 트랜지스터 이외의 다른 화소 트랜지스터에 관해서는, 광전변환부 사이 또는 화소 사이에서 공유할 수도 있다. 또한, 플로팅 디퓨전을 공유하는, 이른바 화소 공유 구조를 적용할 수도 있다.
전송 트랜지스터(Tr1∼Tr3)는, 게이트 전극(게이트 전극(TG1∼TG3))과, 플로팅 디퓨전(FD(113, 114, 116))을 포함하여 구성되어 있다. 전송 트랜지스터(Tr1)는, 유기 광전변환부(11G)에서 발생하고, 녹용 축전층(110G)에 축적된, 녹색에 대응하는 신호 전하(본 실시의 형태에서는 전자)를, 후술하는 수직 신호선(Lsig)에 전송하는 것이다. 전송 트랜지스터(TR2)는, 무기 광전변환부(11B)에서 발생하고, 축적된, 청색에 대응하는 신호 전하(본 실시의 형태에서는 전자)를, 후술하는 수직 신호선(Lsig)에 전송하는 것이다. 마찬가지로, 전송 트랜지스터(Tr3)는, 무기 광전변환부(11R)에서 발생하고, 축적된, 적색에 대응하는 신호 전하(본 실시의 형태에서는 전자)를, 후술하는 수직 신호선(Lsig)에 전송하는 것이다.
무기 광전변환부(11B, 11R)는 각각, pn 접합을 갖는 포토 다이오드(Photo Diode)이고, 반도체 기판(11) 내의 광로상에서, 면(S1)측부터 무기 광전변환부(11B, 11R)의 순서로 형성되어 있다. 이들 중, 무기 광전변환부(11B)는, 청색광을 선택적으로 검출하여 청색에 대응하는 신호 전하를 축적시키는 것이고, 예를 들면, 반도체 기판(11)의 면(S1)에 따른 선택적인 영역부터, 다층 배선층(51)과의 계면 부근의 영역에 걸쳐서 연재되어 형성되어 있다. 무기 광전변환부(11R)는, 적색광을 선택적으로 검출하여 적색에 대응하는 신호 전하를 축적시키는 것이고, 예를 들면, 무기 광전변환부(11B)보다도 하층(면(S2)측)의 영역에 걸쳐서 형성되어 있다. 또한, 청(B)은, 예를 들면, 450㎚∼495㎚의 파장역, 적(R)은, 예를 들면, 620㎚∼750㎚의 파장역에 각각 대응하는 색이고, 무기 광전변환부(11B, 11R)는 각각, 각 파장역 중의 일부 또는 전부의 파장역의 광을 검출 가능하게 되어 있으면 된다.
도 3(A)는, 무기 광전변환부(11B, 11R)의 상세 구성례를 도시한 것이다. 도 3(B)는, 도 3(A)의 다른 단면에서의 구성에 상당하는 것이다. 또한, 본 실시의 형태에서는, 광전변환에 의해 생기는 전자 및 정공의 쌍(對) 중, 전자를 신호 전하로서 판독하는 경우(n형 반도체 영역을 광전변환층으로 하는 경우)에 관해 설명을 행한다. 또한, 도면 중에서, 「p」 「n」윗첨자로 기재한 +(플러스)는, p형 또는 n형의 불순물 농도가 높은 것을 나타내고 있다. 또한, 화소 트랜지스터 중, 전송 트랜지스터(Tr2, Tr3)의 게이트 전극(TG2, TG3)에 대해서도 도시하고 있다.
무기 광전변환부(11B)는, 예를 들면, 정공 축적층이 되는 p형 반도체 영역(이하, 단지 p형 영역이라고 하고, n형의 경우에 대해서도 마찬가지.)(111p)과, 전자 축적층이 되는 n형 광전변환층(n형 영역)(111n)를 포함하여 구성되어 있다. p형 영역(111p) 및 n형 광전변환층(111n)은 각각, 면(S1) 부근의 선택적인 영역에 형성됨과 함께, 그 일부가 굴곡하여, 면(S2)과의 계면에 달하도록 연재 형성되어 있다. p형 영역(111p)은, 면(S1)측에서, 도시하지 않은 p형 반도체 웰 영역에 접속되어 있다. n형 광전변환층(111n)은, 청색용의 전송 트랜지스터(Tr2)의 FD(113)(n형 영역)에 접속되어 있다. 또한, p형 영역(111p) 및 n형 광전변환층(111n)의 면(S2)측의 각 단부와 면(S2)과의 계면 부근에는, p형 영역(113p)(정공 축적층)이 형성되어 있다.
무기 광전변환부(11R)는, 예를 들면, p형 영역(112p1, 112p2)(정공 축적층) 사이에, n형 광전변환층(112n)(전자 축적층)를 끼워넣어서 형성되어 있다(p-n-p의 적층 구조를 갖는다). n형 광전변환층(112n)은, 그 일부가 굴곡하여, 면(S2)과의 계면에 달하도록 연재 형성되어 있다. n형 광전변환층(112n)은, 적색용의 전송 트랜지스터(Tr3)의 FD(114)(n형 영역)에 접속되어 있다. 또한, 적어도 n형 광전변환층(111n)의 면(S2)측의 단부와 면(S2)과의 계면 부근에는 p형 영역(113p)(정공 축적층)이 형성되어 있다.
도 4는, 녹용 축전층(110G)의 상세 구성례를 도시한 것이다. 또한, 여기서는, 유기 광전변환부(11G)에 의해 생기는 전자 및 정공의 쌍 중, 전자를 신호 전하로서, 하부 전극(15a)측부터 판독하는 경우에 관해 설명을 행한다. 또한, 도 4에는, 화소 트랜지스터 중, 전송 트랜지스터(Tr1)의 게이트 전극(TG1)에 대해서도 도시하고 있다.
녹용 축전층(110G)은, 전자 축적층이 되는 n형 영역(115n)를 포함하여 구성되어 있다. n형 영역(115n)의 일부는, 도전성 플러그(120a1)에 접속되어 있고, 하부 전극(15a)측부터 도전성 플러그(120a1)를 통하여 전송되는 전자를 축적하도록 되어 있다. 이 n형 영역(115n)은, 또한, 녹색용의 전송 트랜지스터(Tr1)의 FD(116)(n형 영역)에 접속되어 있다. 또한, n형 영역(115n)과 면(S2)과의 계면 부근에는, p형 영역(115p)(정공 축적층)이 형성되어 있다.
도전성 플러그(120a1, 120b1)는, 후술하는 도전성 플러그(120a2, 120b2)와 함께, 유기 광전변환부(11G)와 반도체 기판(11)과의 커넥터로서 기능함과 함께, 유기 광전변환부(11G)에서 생긴 전자 또는 정공의 전송 경로가 되는 것이다. 본 실시의 형태에서는, 도전성 플러그(120a1)는, 유기 광전변환부(11G)의 하부 전극(15a)과 도통하고 있고, 녹용 축전층(110G)과 접속되어 있다. 도전성 플러그(120b1)는, 유기 광전변환부(11G)의 상부 전극(18)과 도통하고 있고, 정공을 배출하기 위한 배선으로 되어 있다.
이들의 도전성 플러그(120a1, 120b1)는 각각, 예를 들면, 도전형의 반도체층에 의해 구성되고, 반도체 기판(11)에 매입 형성된 것이다. 이 경우, 도전성 플러그(120a1)는 n형으로 하고(전자의 전송 경로로 되기 때문에), 도전성 플러그(120b1)는, p형으로고 하여도(정공의 전송 경로로 되기 때문에) 좋다. 또는, 도전성 플러그(120a1, 120b1)는, 예를 들면, 관통 비어에 텅스텐 등의 도전막 재료가 매설된 것이라도 좋다. 이 경우, 예를 들면, 실리콘과의 단락을 억제하기 위해, 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiN) 등의 절연막으로 비어 측면이 덮여 있는 것이 바람직하다.
반도체 기판(11)의 면(S2)상에는, 다층 배선층(51)이 형성되어 있다. 다층 배선층(51)에서는, 복수의 배선(51a)이 층간 절연막(52)를 통하여 배설되어 있다. 이와 같이, 광전변환 소자(10)에서는, 다층 배선층(51)이 수광면과는 반대측에 형성되어 있고, 이른바 이면 조사형의 고체 촬상 장치를 실현 가능하게 되어 있다. 이 다층 배선층(51)에는, 예를 들면, 실리콘으로 이루어지는 지지 기판(53)이 맞붙여져 있다.
(1-2. 광전변환 소자의 제조 방법)
광전변환 소자(10)는, 예를 들면, 다음과 같이 하여 제조할 수 있다. 도 5A∼도 7C는, 광전변환 소자(10)의 제조 방법을 공정 순서로 도시한 것이다. 또한, 도 7A∼도 7C에서는, 광전변환 소자(10)의 주요부 구성만을 나타내고 있다. 또한, 이하에 기술하는 광전변환 소자(10)의 제작 방법은 어디까지나 한 예이고, 본 개시의 실시 형태에 관한 광전변환 소자(10)(및 후술하는 광전변환 소자(30)) 제작 방법이 하기한 예로 한정되는 것이 아니다.
우선, 반도체 기판(11)를 형성한다. 구체적으로는, 실리콘 기체(1101)상에 실리콘산화막(1102)를 통하여, 실리콘층(110)이 형성된, 이른바 SOI 기판을 준비하다. 또한, 실리콘층(110)의 실리콘산화막(1102)측의 면이 반도체 기판(11)의 이면(면(S1))이 된다. 도 5A, 도 5B에서는, 도 1에 도시한 구조와 상하를 역전시킨 상태로 도시하고 있다. 계속해서, 도 5A에 도시한 바와 같이, 실리콘층(110)에, 도전성 플러그(120a1, 120b1)를 형성한다. 이때, 도전성 플러그(120a1, 120b1)는, 예를 들면, 실리콘층(110)에 관통 비어를 형성한 후, 이 관통 비어 내에, 상술한 바와 같은 질화실리콘 등의 배리어 메탈과, 텅스텐을 매입함에 의해 형성할 수 있다. 또는, 예를 들면, 실리콘층(110)에의 이온 주입에 의해 도전형 불순물 반도체층을 형성하여도 좋다. 이 경우, 도전성 플러그(120a1)를 n형 반도체층, 도전성 플러그(120b1)를 p형 반도체층으로서 형성한다. 이 후, 실리콘층(110) 내의 깊이가 다른 영역에 (서로 중첩하도록), 예를 들면, 도 3A에 도시한 바와 같은 p형 영역 및 n형 영역을 각각 갖는 무기 광전변환부(11B, 11R)를, 이온 주입에 의해 형성한다. 또한, 도전성 플러그(120a1)에 인접하는 영역에는, 녹용 축전층(110G)를 이온 주입에 의해 형성한다. 이와 같이 하여, 반도체 기판(11)이 형성된다.
뒤이어, 반도체 기판(11)의 면(S2)측에, 전송 트랜지스터(Tr1∼Tr3)을 포함하는 화소 트랜지스터와, 로직 회로 등의 주변 회로를 형성한 후, 도 5B에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(11)의 면(S2)상에, 층간 절연막(52)를 통하여 복수층의 배선(51a)를 형성함에 의해, 다층 배선층(51)를 형성한다. 계속해서, 다층 배선층(51)상에, 실리콘으로 이루어지는 지지 기판(53)을 맞붙인 후, 반도체 기판(11)의 면(S1)측부터, 실리콘 기체(1101) 및 실리콘산화막(1102)를 박리하여, 반도체 기판(11)의 면(S1)을 노출시킨다.
다음에, 반도체 기판(11)의 면(S1)상에, 유기 광전변환부(11G)를 형성한다. 구체적으로는, 우선, 도 6A에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(11)의 면(S1)상에, 상술한 바와 같은 산화하프늄막과 산화실리콘막과의 적층막으로 이루어지는 층간 절연막(12)를 형성한다. 예를 들면, ALD(원자층 퇴적)법에 의해 산화하프늄막을 성막한 후, 예를 들면, 플라즈마 CVD(Chemical Vapor Deposition : 화학 기상 성장)법에 의해 산화실리콘막을 성막한다. 이 후, 층간 절연막(12)의 도전성 플러그(120a1, 120b1)에 대향하는 위치에, 콘택트 홀(H1a, H1b)을 형성하고, 이들의 콘택트 홀(H1a, H1b)을 각각 매입하도록, 상술한 재료로 이루어지는 도전성 플러그(120a2, 120b2)를 형성한다. 이때, 도전성 플러그(120a2, 120b2)를, 차광하고 싶어 영역까지 비어져나와(차광하고 싶은 영역을 덮도록) 형성하여도 좋고, 도전성 플러그(120a2, 120b2)롸는 분리한 영역에 차광층을 형성하여도 좋다.
계속해서, 도 6B에 도시한 바와 같이, 상술한 재료로 이루어지는 층간 절연막(14)을, 예를 들면, 플라즈마 CVD법에 의해 성막한다. 또한, 성막 후, 예를 들면, CMP(Chemical Mechanical Polishing : 화학 기계 연마)법에 의해, 층간 절연막(14)의 표면을 평탄화하는 것이 바람직하다. 뒤이어, 층간 절연막(14)의 도전성 플러그(120a2, 120b2)에 대향하는 위치에, 콘택트 홀을 각각 개구하고, 상술한 재료를 매입함에 의해, 배선층(13a, 13b)를 형성한다. 또한, 이 후, 예를 들면, CMP법 등을 이용하여, 층간 절연막(14)상의 잉여의 배선층 재료(텅스텐 등)를 제거하는 것이 바람직하다. 뒤이어, 층간 절연막(14)상에 하부 전극(15a)을 형성한다. 구체적으로는, 우선, 층간 절연막(14)상의 전면에 걸쳐서, 예를 들면, 스퍼터법에 의해, 상술한 투명 도전막을 성막한다. 이 후, 포토 리소그래피법을 이용하여(포토레지스트막의 노광, 현상, 포스트 베이크 등을 행하여), 예를 들면, 드라이 에칭 또는 웨트 에칭을 이용하여, 선택적인 부분을 제거함에 의해, 하부 전극(15a)을 형성한다. 이때, 하부 전극(15a)을, 배선층(13a)에 대향하는 영역에 형성한다. 또한, 투명 도전막의 가공할 때에는, 배선층(13b)에 대향하는 영역에도 투명 도전막을 잔존시킴에 의해, 정공의 전송 경로의 일부를 구성하는 배선층(15b)을, 하부 전극(15a)과 함께 형성한다.
계속해서, 절연막(16)을 형성한다. 이때, 우선, 반도체 기판(11)상의 전면에 걸쳐서, 층간 절연막(14), 하부 전극(15a) 및 배선층(15b)을 덮도록, 상술한 재료로 이루어지는 절연막(16)을, 예를 들면, 플라즈마 CVD법에 의해 성막한다. 이 후, 도 7A에 도시한 바와 같이, 성막한 절연막(16)을, 예를 들면, CMP법에 의해 연마함에 의해, 하부 전극(15a) 및 배선층(15b)을 절연막(16)으로부터 노출시킴과 함께, 하부 전극(15a) 및 절연막(16) 사이의 단차를 완화한다(바람직하게는, 평탄화한다).
다음에, 도 7B에 도시한 바와 같이, 하부 전극(15a)상에 유기 광전변환층(17)을 형성한다. 이때, 상술한 HR형의 퀴나크리돈 유도체 및 서브프탈로시아닌 유도체를, 예를 들면, 진공증착법에 의해 패턴 형성한다. 또한, 상술한 바와 같이, 유기 광전변환층(17)의 상층 또는 하층에, 다른 유기층(전자 블로킹막 등)을 형성할 때에는, 진공 공정에서 연속적으로(진공 일관 프로세스로) 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 유기 광전변환층(17)의 성막 방법으로서는, 반드시 상기한 바와 같은 진공증착법을 이용한 수법으로 한정되지 않고, 다른 수법, 예를 들면, 프린트 기술 등을 이용하여도 상관없다.
계속해서, 도 7C에 도시한 바와 같이, 상부 전극(18) 및 보호층(19)을 형성한다. 우선, 상술한 투명 도전막으로 이루어지는 상부 전극(18)을 기판 전면에 걸쳐서, 예를 들면, 진공증착법 또는 스퍼터법에 의해, 유기 광전변환층(17)의 상면 및 측면을 덮도록 성막한다. 또한, 유기 광전변환층(17)은, 수분, 산소, 수소 등의 영향을 받아 특성이 변동하기 쉽기 때문에, 상부 전극(18)은, 유기 광전변환층(17)과 진공 일관 프로세스에 의해 성막하는 것이 바람직하다. 이 후(상부 전극(18)을 패터닝하기 전에), 상부 전극(18)의 상면을 덮도록, 상술한 재료로 이루어지는 보호층(19)을, 예를 들면, 플라즈마 CVD법에 의해 성막한다. 뒤이어, 상부 전극(18)상에 보호층(19)을 형성한 후, 상부 전극(18)을 가공한다.
이 후, 포토 리소그래피법을 이용한 에칭에 의해, 상부 전극(18) 및 보호층(19)의 선택적인 부분을 일괄 제거한다. 계속해서, 보호층(19)에, 콘택트 홀(H)을, 예를 들면, 포토 리소그래피법을 이용한 에칭에 의해 형성한다. 이때, 콘택트 홀(H)은, 유기 광전변환층(17)과 비대향의 영역에 형성하는 것이 바람직하다. 이 콘택트 홀(H)의 형성 후에도, 상기와 마찬가지로 감광성 수지를 박리하여, 약액을 사용한 세정을 행하기 때문에, 콘택트 홀(H)에 대향하는 영역에서는, 상부 전극(18)이 보호층(19)으로부터 노출하게 된다. 이 때문에, 상술한 바와 같은 핀 홀의 발생을 고려하면, 유기 광전변환층(17)의 형성 영역을 피하여, 콘택트 홀(H)이 마련되는 것이 바람직하다. 계속해서, 상술한 재료로 이루어지는 콘택트 메탈층(20)을, 예를 들면, 스퍼터법 등을 이용하여 형성한다. 이때, 콘택트 메탈층(20)은, 보호층(19)상에, 콘택트 홀(H)을 매입하고, 또한 배선층(15b)의 상면까지 연재되도록 형성한다. 최후에, 반도체 기판(11)상의 전면에 걸쳐서, 평탄화막(21)을 형성한 후, 이 평탄화막(21)상에 온 칩 렌즈(22)를 형성함에 의해, 도 1에 도시한 광전변환 소자(10)를 완성한다.
상기한 바와 같은 광전변환 소자(10)에서는, 예를 들면, 고체 촬상 장치의 화소로서, 다음과 같이 하여 신호 전하가 취득된다. 즉, 도 8에 도시한 바와 같이, 광전변환 소자(10)에, 온 칩 렌즈(22)(도 8에는 도시 생략)를 통하여 광(L)이 입사하면, 광(L)은, 유기 광전변환부(11G), 무기 광전변환부(11B, 11R)의 순서로 통과하고, 그 통과 과정에서 적, 녹, 청의 색광마다 광전변환된다. 도 9에, 입사광에 의거한 신호 전하(전자) 취득의 흐름을 모식적으로 도시한다. 이하, 각 광전변환부에서의 구체적인 신호 취득 동작에 관해 설명한다.
(유기 광전변환부(11G)에 의한 녹색 신호의 취득)
광전변환 소자(10)에 입사한 광(L) 중, 우선, 녹색광(Lg)이, 유기 광전변환부(11G)에서 선택적으로 검출(흡수)되어, 광전변환된다. 이에 의해, 발생한 전자-정공 쌍중의 전자(Eg)가 하부 전극(15a)측부터 취출된 후, 전송 경로(A)(배선층(13a) 및 도전성 플러그(120a1, 120a2))를 통하여 녹용 축전층(110G)에 축적된다. 축적된 전자(Eg)는, 판독 동작일 때에 FD(116)에 전송된다. 또한, 정공(Hg)은, 상부 전극(18)측부터 전송 경로(B)(콘택트 메탈층(20), 배선층(13b, 15b) 및 도전성 플러그(120b1, 120b2))를 통하여 배출된다.
구체적으로는, 다음과 같이 하여 신호 전하를 축적한다. 즉, 본 실시의 형태에서는, 하부 전극(15a)에, 예를 들면, 소정의 부의 전위(VL)(<0V)가 인가되고, 상부 전극(18)에는, 전위(VL)보다도 낮은 전위(VU)(<VL)가 인가되다. 또한, 전위(VL)는, 예를 들면, 다층 배선층(51) 내의 배선(51a)으로부터, 전송 경로(A)를 통하여, 하부 전극(15a)에 주어진다. 전위(VL)는, 예를 들면, 다층 배선층(51) 내의 배선(51a)으로부터, 전송 경로(B)를 통하여, 상부 전극(18)에 주어진다. 이에 의해, 전하 축적 상태(도시하지 않은 리셋 트랜지스터 및 전송 트랜지스터(Tr1)의 오프 상태)에서는, 유기 광전변환층(17)에서 발생한 전자-정공 쌍 중, 전자가, 상대적으로 고전위로 되어 있는 하부 전극(15a)측으로 유도된다(정공은 상부 전극(18)측으로 유도된다). 이와 같이 하여, 하부 전극(15a)으로부터 전자(Eg)가 취출되고, 전송 경로(A)를 통하여 녹용 축전층(110G)(상세하게는, n형 영역(115n))에 축적된다. 또한, 이 전자(Eg)의 축적에 의해, 녹용 축전층(110G)과 도통하는 하부 전극(15a)의 전위(VL)도 변동한다. 이 전위(VL)의 변화량이 신호 전위(여기서는, 녹색 신호의 전위)에 상당한다.
그리고, 판독 동작일 때에는, 전송 트랜지스터(Tr1)가 온 상태가 되고, 녹용 축전층(110G)에 축적된 전자(Eg)가, FD(116)에 전송된다. 이에 의해, 녹색광(Lg)의 수광량에 의거한 녹색 신호가, 도시하지 않은 다른 화소 트랜지스터를 통하여 후술하는 수직 신호선(Lsig)에 판독된다. 이 후, 도시하지 않은 리셋 트랜지스터 및 전송 트랜지스터(Tr1)가 온 상태가 되고, n형 영역인 FD(116)와, 녹용 축전층(110G)의 축전 영역(n형 영역(115n))이, 예를 들면, 전원 전압(VDD)에 리셋된다.
(무기 광전변환부(11B, 11R)에 의한 청색 신호, 적색 신호의 취득)
계속해서, 유기 광전변환부(11G)를 투과한 광 중, 청색광은 무기 광전변환부(11B), 적색광은 무기 광전변환부(11R)에서, 각각 차례로 흡수되어, 광전변환된다. 무기 광전변환부(11B)에서는, 입사한 청색광에 대응하는 전자(Eb)가 n형 영역(n형 광전변환층(111n))에 축적되고, 축적된 전자(Ed)는, 판독 동작일 때에 FD(113)로 전송된다. 또한, 정공은, 도시하지 않은 p형 영역에 축적된다. 마찬가지로, 무기 광전변환부(11R)에서는, 입사한 적색광에 대응한 전자(Er)가 n형 영역(n형 광전변환층(112n))에 축적되고, 축적된 전자(Er)는, 판독 동작일 때에 FD(114)로 전송된다. 또한, 정공은, 도시하지 않은 p형 영역에 축적된다.
전하 축적 상태에서는, 상술한 바와 같이, 유기 광전변환부(11G)의 하부 전극(15a)에 부의 전위(VL)가 인가되기 때문에, 무기 광전변환부(11B)의 정공 축적층인 p형 영역(도 2의 p형 영역(111p))의 정공 농도가 증가하는 경향이 된다. 이 때문에, p형 영역(111p)과 층간 절연막(12)과의 계면에서의 암전류의 발생을 억제할 수 있다.
판독 동작일 때에는, 상기 유기 광전변환부(11G)와 마찬가지로 전송 트랜지스터(Tr2, Tr3)가 온 상태가 되고, n형 광전변환층(111n, 112n)에 각각 축적된 전자(Eb, Er)가, FD(113, 114)에 전송된다. 이에 의해, 청색광(Lb)의 수광량에 의거한 청색 신호와, 적색광(Lr)의 수광량에 의거한 적색 신호가 각각, 도시하지 않은 다른 화소 트랜지스터를 통하여 후술하는 수직 신호선(Lsig)에 판독된다. 이 후, 도시하지 않은 리셋 트랜지스터 및 전송 트랜지스터(Tr2, 3)가 온 상태가 되고, n형 영역인 FD(113, 114)가, 예를 들면, 전원 전압(VDD)에 리셋된다.
이와 같이, 종방향에 유기 광전변환부(11G)를, 무기 광전변환부(11B, 11R)를 적층함에 의해, 컬러 필터를 마련하는 일 없이, 적, 녹, 청의 색광을 분리하여 검출하고, 각 색의 신호 전하를 얻을 수 있다. 이에 의해, 컬러 필터의 색광흡수에 기인하는 광손실(감도 저하)이나, 화소 보간 처리에 수반하는 위색의 발생을 억제할 수 있다.
(1-3. 작용·효과)
일반적인 고체 촬상 장치에는, 예를 들면 유기 재료로 구성된 광전변환부(유기 광전변환부)와 Si 등의 무기 재료로 구성된 무기 광전변환부가 적층된, 이른바 벌크 헤테로 구조가 채용되고 있다. 이 고체 촬상 장치에서는, 유기 광전변환부를 유기 p형 반도체 재료 및 유기 n형 반도체 재료를 공증착(共蒸着)함으로써 전하 분리 계면이 증가하고, 높은 변환 효율을 얻을 수 있다. 근래, 전술한 바와 같이, CCD 이미지 센서, 또는 CMOS 이미지 센서 등의 고체 촬상 장치에서는, 높은 색 재현성, 고프레임 레이트 및 고감도가 요구되고 있고, 더한층의 분광 형상의 개선, 응답성 및 외부 양자 효율의 향상이 도모되고 있다.
우수한 분광 형상, 높은 응답성 및 높은 외부 양자 효율의 실현을 목표로 하여 다양한 촬상 장치가 개발되어 있지만, 그 중에서도, 퀴나크리돈 유도체를 사용한 광전변환 소자가 기대되고 있다. 예를 들면, 퀴나크리돈 유도체와 서브프탈로시아닌 유도체를 조합시켜서 사용한 광전변환 소자에서는, 양호한 분광 형상과 높은 외부 양자 효율이 확인되어 있다. 그렇지만, 분광 형상, 응답성 및 외부 양자 효율의 3개의 특성을 실현하는 것은 어렵다. 상기 퀴나크리돈 유도체와 서브프탈로시아닌 유도체를 조합시킨 광전변환 소자에서는, 분광 형상 및 외부 양자 효율은 향상하는 것이지만, 응답성에 관해서는 충분한 특성을 얻을 수가 없었다.
이에 대해 본 실시의 형태에서는, 유기 광전변환층(17)을 상기 식(1)으로 표시되는 퀴나크리돈 유도체를 사용하여 형성하도록 하였다. 이 식(1)으로 표시되는 퀴나크리돈 유도체는, 분자 내의 2개의 아민 부위의 일방이 2급 아민(NHRR'), 타방이 3급 아민(NRR'R")의 HR형의 퀴나크리돈 유도체이다.
상술한 퀴나크리돈 유도체와 서브프탈로시아닌 유도체를 조합시킨 광전변환 소자에 사용되고 있는 퀴나크리돈 유도체는, 분자 내의 2개의 아민 부위의 양방이 2급 아민(NHRR')의 이른바 HH형의 퀴나크리돈 유도체 또는, 분자 내의 2개의 아민 부위의 양방이 3급 아민(NRR'R")의 이른바 RR형의 퀴나크리돈 유도체이다. HH형의 퀴나크리돈 유도체는, 일반적으로 결정성이 높다. 이 때문에, 내열성에는 우수한 것이지만, 광전변환층 등의 막 중에 형성된 그레인 사이즈가 커지고, 그레인끼리의 계면에서의 캐리어의 이동 효율이 저하된다. 따라서, 응답성이 개선되기 어렵다고 생각된다. RR형의 퀴나크리돈 유도체도 HH형의 퀴나크리돈 유도체와 마찬가지로 결정성이 높다. 이 때문에, HH형의 퀴나크리돈 유도체와 같은 이유로 응답성이 개선되기 어렵다고 추찰된다.
한편, HR형의 퀴나크리돈 유도체는, 막 중에 형성되는 결정립(그레인)이 비교적 작다. 이 때문에, 그레인 사이의 계면에서의 캐리어의 이동이 효율적으로 진행된다. 따라서, 유기 광전변환층(17) 내에서의 캐리어의 수송능이 향상하고, 응답성이 개선된다고 추찰된다. 또한, 그레인 사이의 공극에 유래한 캐리어 트랩이 감소하기 때문에, 캐리어의 이용 효율이 향상한다.
이상, 본 실시의 형태의 광전변환 소자(10)에서는, 유기 광전변환층(17)을 상기 식(1)으로 표시되는 HR형의 퀴나크리돈 유도체를 사용하여 형성하도록 하였기 때문에, 유기 광전변환층(17) 내에서의 캐리어의 수송능 및 이용 효율이 향상하다. 따라서, 샤프한 분광 형상을 유지한 채로, 응답성 및 외부 양자 효율을 향상시키는 것이 가능해진다. 즉, 우수한 분광 형상, 높은 응답성 및 높은 외부 양자 효율이 실현한 광전변환 소자를 실현시키는 것이 가능해진다.
<2. 제2의 실시의 형태>
도 10은, 본 개시의 제2의 실시의 형태의 광전변환 소자(30)의 단면 구성을 도시한 것이다. 광전변환 소자(30)는, 상기 제1의 실시의 형태의 광전변환 소자(10)와 같은 단면 구성을 갖는 것이고, 예를 들면, CCD 이미지 센서 또는 CMOS 이미지 센서 등의 고체 촬상 장치(후술)에서 하나의 화소를 구성하는 것이다. 본 실시의 형태의 광전변환 소자(30)는, 유기 광전변환부(31G)를 구성하는 유기 광전변환층(37)이, 상기 식(1)으로 표시한 HR형의 퀴나크리돈 유도체와 함께, 후술하는 식(3)으로 표시되는 퀴나크리돈 유도체(제2의 퀴나크리돈 유도체)를 사용하여 형성된 것이다. 또한, 제1의 실시의 형태와 동일 구성 부분에 관해서는 동일 부호를 붙이고 그 설명은 적절히 생략한다.
유기 광전변환층(37)은, 유기 p형 반도체 및 유기 n형 반도체중의 일방 또는 양방을 포함함과 함께, 선택적인 파장역의 광(여기서는 450㎚ 이상 650㎚ 이하의 범위의 광)을 광전변환하는 한편, 다른 파장역의 광을 투과시키는 것이다. 본 실시의 형태의 유기 광전변환층(37)은, 2종류의 퀴나크리돈 유도체를 사용하여 형성되어 있다. 이2종류의 퀴나크리돈 유도체는, 식(1)으로 표시되는 HR형의 퀴나크리돈 유도체와, 하기 식(3)으로 표시되는 퀴나크리돈 유도체이다. 식(3)으로 표시한 퀴나크리돈 유도체는, 분자 내의 2개의 아민 부위의 양방이 2급 아민(NHRR')인, 이른바 HH형의 퀴나크리돈 유도체이다.
[화학식 6]
Figure 112018030186517-pct00007
(R16, R17은 각각 독립하여 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 아릴기, 시아노기, 니트로기, 실릴기이다. n1, n2은, 각각 독립한 0 또는 1 이상 정수이다. n1 및 n2이 2 이상인 경우에는, 각각, 서로 결합하여 환을 형성하여도 좋다.)
상기 식(3)으로 표시되는 퀴나크리돈 유도체의 구체례로서는, 하기 식(3-1)∼(3-4) 등의 화합물을 들 수 있다.
[화학식 7]
Figure 112018030186517-pct00008
또한, 유기 광전변환층(37)은, HR형의 퀴나크리돈 유도체 및 HH형의 퀴나크리돈 유도체와 함께, 상기 식(2)으로 표시되는 프탈로시아닌 유도체를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 실시의 형태에서는, 상기 HR형의 퀴나크리돈 유도체 및 HH형의 퀴나크리돈 유도체는 유기 p형 반도체로서 기능하고, 상기 서브프탈로시아닌 유도체는 유기 n형 반도체로서 기능한다.
유기 광전변환층(37)은, 식(1)으로 표시한 HR형의 퀴나크리돈 유도체 및 상기 식(3)으로 표시한 HH형의 퀴나크리돈 유도체를 체적비로, 예를 들면 25% 이상 75% 이하의 범위로 함유하고 있는 것이 바람직하다. 2종류의 퀴나크리돈 유도체의 합계 함유율을 상기 범위 내로 함으로써, 응답성의 개선에 더하여 외부 양자 효율을 또한 향상시키는 것이 가능해진다. 또한, HR형의 퀴나크리돈 유도체와 HH형의 퀴나크리돈 유도체 사이에서의 함유율로서는, HR형의 퀴나크리돈 유도체를 체적비로, 예를 들면 33% 이상 67% 이하의 범위로 함유하고 있는 것이 바람직하다. 이 범위 내로 함으로써, 보다 균형있게 응답성과 외부 양자 효율의 양립이 가능해진다.
이상, 본 실시의 형태의 광전변환 소자(30)에서는, 유기 광전변환층(37)을 HR형의 퀴나크리돈 유도체와 상기 식(3)으로 표시되는 HH형의 퀴나크리돈 유도체를 사용하여 형성하도록 하였다. 이에 의해, 유기 광전변환층(37) 내에서의 캐리어의 이용 효율이 향상하다. 따라서, 제1의 실시의 형태의 효과에 더하여, 또한 외부 양자 효율을 향상시키는 것이 가능해진다는 효과를 이룬다.
<3. 적용례>
(적용례 1)
도 11은, 상기 실시의 형태에 있어서 설명한 광전변환 소자(10)(또는, 광전변환 소자(30))를 각 화소에 사용한 고체 촬상 장치(고체 촬상 장치(1))의 전체 구성을 도시한 것이다. 이 고체 촬상 장치(1)는, CMOS 이미지 센서이고, 반도체 기판(11)상에, 촬상 에어리어로서의 화소부(1a)를 가짐과 함께, 이 화소부(1a)의 주변 영역에, 예를 들면, 행 주사부(131), 수평 선택부(133), 열 주사부(134) 및 시스템 제어부(132)로 되는 주변 회로부(130)를 갖고 있다.
화소부(1a)는, 예를 들면, 행렬형상으로 2차원 배치된 복수의 단위화소(P)(광전변환 소자(10)에 상당)를 갖고 있다. 이 단위화소(P)에는, 예를 들면, 화소행마다 화소 구동선(Lread)(구체적으로는 행 선택선 및 리셋 제어선)이 배선되고, 화소열마다 수직 신호선(Lsig)이 배선되어 있다. 화소 구동선(Lread)은, 화소로부터의 신호 판독을 위한 구동 신호를 전송하는 것이다. 화소 구동선(Lread)의 일단은, 행 주사부(131)의 각 행에 대응하는 출력단에 접속되어 있다.
행 주사부(131)는, 시프트 레지스터나 어드레스 디코더 등에 의해 구성되고, 화소부(1a)의 각 단위화소(P)를, 예를 들면, 행 단위로 구동하는 화소 구동부이다. 행 주사부(131)에 의해 선택 주사된 화소행의 각 단위화소(P)로부터 출력되는 신호는, 수직 신호선(Lsig)의 각각을 통하여 수평 선택부(133)에 공급된다. 수평 선택부(133)는, 수직 신호선(Lsig)마다 마련된 앰프나 수평 선택 스위치 등에 의해 구성되어 있다.
열 주사부(134)는, 시프트 레지스터나 어드레스 디코더 등에 의해 구성되고, 수평 선택부(133)의 각 수평 선택 스위치를 주사하면서 순번대로 구동하는 것이다. 이 열 주사부(134)에 의한 선택 주사에 의해, 수직 신호선(Lsig)의 각각을 통하여 전송된 각 화소의 신호가 순번대로 수평 신호선(135)에 출력되고, 당해 수평 신호선(135)을 통하여 반도체 기판(11)의 외부에 전송된다.
행 주사부(131), 수평 선택부(133), 열 주사부(134) 및 수평 신호선(135)으로 이루어지는 회로 부분은, 반도체 기판(11)상에 직접적으로 형성되어 있어도 좋고, 또는 외부 제어 IC에 배설된 것이라도 좋다. 또한, 그들의 회로 부분은, 케이블 등에 의해 접속된 다른 기판에 형성되어 있어도 좋다.
시스템 제어부(132)는, 반도체 기판(11)의 외부로부터 주어지는 클록이나, 동작 모드를 지령하는 데이터 등을 수취하고, 또한, 고체 촬상 장치(1)의 내부 정보 등의 데이터를 출력하는 것이다. 시스템 제어부(132)는 또한, 각종의 타이밍 신호를 생성하는 타이밍 제너레이터를 가지며, 당해 타이밍 제너레이터에서 생성된 각종의 타이밍 신호를 기초로 행 주사부(131), 수평 선택부(133) 및 열 주사부(134) 등의 주변 회로의 구동 제어를 행한다.
(적용례 2)
상술한 고체 촬상 장치(1)는, 예를 들면, 디지털 스틸 카메라나 비디오 카메라 등의 카메라 시스템이나, 촬상 기능을 갖는 휴대 전화 등, 촬상 기능을 구비한 모든 타입의 전자 기기에 적용할 수 있다. 도 12에, 그 한 예로서, 전자 기기(2)(카메라)의 개략 구성을 도시한다. 이 전자 기기(2)는, 예를 들면, 정지화 또는 동화를 촬영 가능한 비디오 카메라이고, 고체 촬상 장치(1)와, 광학계(광학 렌즈(310)와, 셔터 장치(311)와, 고체 촬상 장치(1) 및 셔터 장치(311)를 구동하는 구동부(313)와, 신호 처리부(312)를 갖는다.
광학계(310)는, 피사체로부터의 상광(입사광)을 고체 촬상 장치(1)의 화소부(1a)에 유도하는 것이다. 이 광학계(310)는, 복수의 광학 렌즈로 구성되어 있어도 좋다. 셔터 장치(311)는, 고체 촬상 장치(1)에의 광조사 기간 및 차광 기간을 제어하는 것이다. 구동부(313)는, 고체 촬상 장치(1)의 전송 동작 및 셔터 장치(311)의 셔터 동작을 제어하는 것이다. 신호 처리부(312)는, 고체 촬상 장치(1)로부터 출력된 신호에 대해, 각종의 신호 처리를 행하는 것이다. 신호 처리후의 영상 신호(Dout)는, 메모리 등의 기억 매체에 기억되든지, 또는, 모니터 등에 출력된다.
<4. 실시례>
이하에 본 개시의 제1 및 제2의 실시의 형태에 관한 각종 샘플을 제작하고, 외부 양자 효율(EQE) 및 응답성에 관해 평가하였다.
(실험 1)
우선, 샘플 1-1로서, 막두께 50㎚의 ITO 전극이 마련된 유리 기판을 UV/오존 처리로 세정한 후, 유기 증착 장치를 이용하여, 1×10-5㎩ 이하의 감압하에서 기판 홀더를 회전시키면서 저항 가열법에 의해, 식(1-1)으로 표시한 N-메틸퀴나크리돈(MMQD) 및 식(2-1)으로 표시한 클로로붕소(2,3,9,10,16,17-헥사플루오로서브프탈로시아닌)(F6SubPcCl)를 동시 증착하여 유기 광전변환층을 성막하였다. 증착 속도는, MMQD 및 F6SubPcCl에 대해, 각각 0.050㎚/초, 0.050㎚/초로 하고, 합계 100㎚의 두께로 성막하였다. 또한, 유기 광전변환층상에, AlSiCu를 증착법에 막두께 100㎚로 성막하고, 이것을 상부 전극으로 하는, 1㎜×1㎜의 광전변환 영역을 갖는 광전변환 소자를 제작하였다.
이 밖에, 샘플 1-2∼1-8로서, MMQD 대신에 식(3-1)으로 표시한 퀴나크리돈(QD ; 샘플 1-2), 식(3-2)으로 표시한 2,9-디메틸퀴나크리돈(PR122 ; 샘플 1-3), 식(3-3)으로 표시한 2,9-디에틸퀴나크리돈(EQD ; 샘플 1-4), 식(3-4)으로 표시한 2,9-디-tert-부틸퀴나크리돈(BQD ; 샘플 1-5), 하기 식(4-1)으로 표시한 N,N-디메틸퀴나크리돈(DMQD ; 샘플 1-6), 하기 식(4-2)으로 표시한 N,N-디페닐 퀴나크리돈(DPQD ; 샘플 1-7), 식(4-3)으로 표시한 N,N-디페닐-2,9-디-tert-부틸퀴나크리돈(BPQD ; 샘플 1-8)를 샘플 1-1과 같은 방법을 이용하여 광전변환 소자를 제작하였다. 이들 샘플 1-1∼1-7에 관해, 외부 양자 효율(EQE) 및 응답성을 이하와 같이 평가하였다. 표 1은, 샘플 1-1∼1-7의 유기 광전변환층의 구성 및 유기 광전변환층에 사용한 퀴나크리돈 유도체의 형(型), 및 EQE 및 응답성의 평가 결과를 정리한 것이다. 또한, EQE 및 응답성의 평가 결과는, 샘플 1-1의 결과를 기준치로 한 상대치로 나타내고 있다.
[화학식 8]
Figure 112018030186517-pct00009
(외부 양자 효율의 평가 방법)
외부 양자 효율의 평가는, 반도체 파라미터 애널라이저를 이용하여 행하였다. 구체적으로는, 필터를 통하여 광원으로부터 광전변환 소자에 조사되는 광의 광량을 1.62W/㎠로 하고, 전극 사이에 인가되는 바이어스 전압을 -1V로 한 경우의 명전류치 및 암전류치로부터, 외부 양자 효율을 산출하였다.
(응답성의 평가 방법)
응답성의 평가는, 반도체 파라미터 애널라이저를 이용하여 광조사시에 관측된 명전류치가, 광조사를 멈추고 나서 내려가는 속도를 측정함에 의해 행하였다. 구체적으로는, 필터를 통하여 광원으로부터 광전변환 소자에 조사되는 광의 광량을 1.62W/㎠로 하여, 전극 사이에 인가되는 바이어스 전압을 -1V로 하였다. 이 상태에서 정상 전류를 관측한 후, 광조사를 멈추고, 전류가 감쇠하여 가는 양상을 관측하였다. 계속해서, 얻어진 전류-시간 곡선으로부터 암전류치를 공제하였다. 이에 의해 얻어지는 전류-시간 곡선을 이용하여, 광조사를 멈추고 나서 의 전류치가, 정상 상태에서 관측되는 전류치가 3%로 까지 감쇠하는데 필요로 하는 시간을 응답성의 지표라고 하였다.
[표 1]
Figure 112018030186517-pct00010
표 1로부터, 유기 광전변환층을 구성하는 퀴나크리돈 유도체로서 HR형의 퀴나크리돈 유도체를 사용한 샘플 1-1과 비교하여, HH형의 퀴나크리돈 유도체를 사용한 샘플 1-2∼1-5에서는, 외부 양자 효율은 샘플 1-1보다도 높은 것이지만 하강시간의 대폭적인 증가, 즉 응답성의 대폭적인 저하가 보여졌다. 또한, 유기 광전변환층을 구성하는 퀴나크리돈 유도체로서 RR형의 퀴나크리돈 유도체를 사용한 샘플 1-6∼1-8에서는, 외부 양자 효율 및 응답성 함께 샘플 1-1보다도 낮았다. 이것으로부터, 유기 광전변환층을 구성하는 퀴나크리돈 유도체로서 HR형의 퀴나크리돈 유도체를 사용함으로써, 외부 양자 효율 및 응답성이 양립됨을 알았다.
(실험 2)
다음에, 유기 광전변환층의 구성 이외는, 상기 실험 1과 같은 방법을 이용하여 광전변환 소자(샘플 2-1∼2-6)를 제작하고, 그 외부 양자 효율(EQE) 및 응답성을 평가하였다. 각 샘플에 사용한 퀴나크리돈 유도체는, 샘플 2-1, 2-2에서는 식(1-1)으로 표시한 MMQD를, 샘플 2-3, 2-4에서는 식(3-1)으로 표시한 QD를, 샘플 2-5, 2-6에서는 식(4-1)으로 표시한 DMQD를 사용하였다. 또한, 각 샘플에 사용한 서브프탈로시아닌 유도체는, 샘플 2-1, 2-3, 2-5에서는 식(2-3)으로 표시한 SubPsCl를, 샘플 2-2, 2-4, 2-6에서는 식(2-2)으로 표시한 F6SubPs-OPheC를 사용하였다. 표 2는, 샘플 2-1∼2-6의 유기 광전변환층의 구성 및 유기 광전변환층에 사용한 퀴나크리돈 유도체의 형, 및 EQE 및 응답성의 평가 결과를 정리한 것이다. 또한, EQE 및 응답성의 평가 결과는, 샘플 2-1의 결과를 기준치로 한 상대치로 나타내고 있다.
[표 2]
Figure 112018030186517-pct00011
표 2로부터, 유기 광전변환층을 구성하는 퀴나크리돈 유도체는, 함께 사용하는 서브프탈로시아닌 유도체의 종류로 한하지 않고, 실험 1의 결과와 같은 경향이 보여짐을 알았다. 즉, 유기 광전변환층을 구성하는 퀴나크리돈 유도체로서 HR형의 퀴나크리돈 유도체를 사용한 샘플 2-1, 2-2와 비교하여, HH형의 퀴나크리돈 유도체를 사용한 샘플 2-3, 2-4는, 외부 양자 효율은 샘플 2-1보다도 높은 것이지만 응답성의 대폭적인 저하가 보여졌다. 또한, 유기 광전변환층을 구성하는 퀴나크리돈 유도체로서 RR형의 퀴나크리돈 유도체를 사용한 샘플 2-5, 2-6은, 외부 양자 효율 및 응답성 함께 샘플 2-1, 2-2보다도 낮았다.
(실험 3)
다음에, 유기 광전변환층의 구성 이외는, 상기 실험 1과 같은 방법을 이용하여 광전변환 소자(샘플 3-1∼3-12)를 제작하고, 그 외부 양자 효율 및 응답성을 평가하였다. 본 실험에서는, 유기 광전변환층은, 2종류의 퀴나크리돈 유도체와, 서브프탈로시아닌 유도체로 구성하였다.
각 샘플에 사용한 1종류째의 퀴나크리돈 유도체는, 샘플 3-1, 3-5, 3-6에서는 식(1-1)으로 표시한 MMQD를, 샘플 3-2에서는 식(1-5)으로 표시한 N-메틸-2,9-디메틸퀴나크리돈(TMQD)을, 샘플 3-3에서는, 식(1-7)으로 표시한 N-메틸-2,9-디-tert-부틸퀴나크리돈(BMQD)을, 샘플 3-4, 3-7에서는 식(1-3)으로 표시한 N-페닐 퀴나크리돈(MPQD)을 각각 사용하였다. 또한, 샘플 3-8, 3-9에서는 식(4-1)으로 표시한 DMQD를, 샘플 3-10에서는 식(4-2)으로 표시한 DPQD를, 샘플 3-11에서는 식(3-4)으로 표시한 BQD를, 샘플 3-12에서는 식(3-2)으로 표시한 PR122를, 샘플 3-13에서는 식(3-3)으로 표시한 EQD를 각각 사용하였다. 2종류째의 퀴나크리돈 유도체에는, 식(3-4)으로 표시한 BQD를 사용하였다. 서브프탈로시아닌 유도체에는, 샘플 3-5에서 식(2-2)으로 표시한 F6SubPs-OPhC를 사용한 이외, 샘플 3-1∼3-4, 3-6∼3-13에서는 식(2-1)으로 표시한 F6SubPcC를 사용하였다. 또한, 샘플 3-6∼3-8, 3-10에서는, 각각 2종류째의 퀴나크리돈 유도체를 사용하지 않고서 유기 광전변환층을 형성하였다. 표 3은, 샘플 3-1∼3-13의 유기 광전변환층의 구성 및 유기 광전변환층에 사용한 퀴나크리돈 유도체의 형, 및 EQE 및 답성의 평가 결과를 정리한 것이다. 또한, EQE 및 응답성의 평가 결과는, 샘플 3-1의 결과를 기준치로 한 상대치로 나타내고 있다.
[표 3]
Figure 112018030186517-pct00012
표 3으로부터 이하의 것을 알았다. 우선, 유기 광전변환층을 HR형의 퀴나크리돈 유도체와 HH형의 퀴나크리돈 유도체를 사용하여 형성한 샘플 3-1∼3-5에서는, HR형의 퀴나크리돈 유도체만을 사용한 샘플 3-6, 3-7과 비교하여, 높은 EQE를 얻을 수 있음을 알았다. 또한, 이 샘플 3-1∼3-5는, 유기 광전변환층을 RR형의 퀴나크리돈 유도체와 HH형의 퀴나크리돈 유도체를 사용하여 형성한 샘플 3-9, 3-10과 비교하여도 높은 EQE 및 우수한 응답성을 얻을 수 있음을 알았다. 또한, 유기 광전변환층을 2종류의 HH형의 퀴나크리돈 유도체를 사용하여 형성한 샘플 3-12, 3-13과 비교한 경우, EQE에 관해서는 큰 차이는 없었지만, 응답성에 관해서는 대폭적인 개선이 보여졌다. 이상의 내용으로부터, 유기 광전변환층을 HR형의 퀴나크리돈 유도체와 HH형의 퀴나크리돈 유도체를 사용하여 형성함으로써, 외부 양자 효율 및 응답성을 양립함과 함께, 또한 외부 양자 효율을 향상시킬 수 있음을 알았다.
또한, 샘플 3-4에서는, 샘플 3-1∼3-3에 비하여, EQE 및 응답성 함께 그다지 좋지 않은 결과였다. 이것은 하기한 이유가 생각된다. 예를 들면 샘플 3-10의 EQE 및 응답성이, 샘플 3-9보다도 크게 저하된 것으로, N위(位)의 치환기가 페닐기의 퀴나크리돈 유도체는, N위의 치환기가 메틸기의 퀴나크리돈 유도체와 비교해 EQE 및 응답성이 저하된 경향이 있다고 생각된다. 이 경향은, HR형의 퀴나크리돈 유도체를 사용한 샘플 3-6과 샘플 3-7의 사이에서도 확인되기 때문에, 샘플 3-1∼3-3에 대한 샘플 3-4의 EQE 및 응답성의 저하는, 퀴나크리돈 유도체의 N위의 치환기에 의한다(메틸기와 페닐기의 상위)고 생각된다. 퀴나크리돈 유도체의 N위의 치환기를 메틸기로부터 페닐기로 변환함에 의한 EQE 및 응답성의 저하의 원인은, 치환기의 영향에 의해 캐리어의 수송능 및 캐리어의 이용 효율이 저하되었기 때문에라고 생각된다.
또한, 식(1-3)으로 표시한 MPQD를 사용한 샘플 3-4(HR형+HH형)와 샘플 3-7(HH형)를 비교한 경우, 샘플 3-4에서 응답성을 저하시키는 일 없이 EQE의 향상이 보여졌다. 이것으로부터, HR형의 퀴나크리돈 유도체와 함께, HH형의 퀴나크리돈 유도체를 사용함에 의해, EQE 및 응답성을 양립하면서, 또한 EQE를 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.
(실험 4)
다음에, 유기 광전변환층의 구성 이외는, 상기 실험 1과 같은 방법을 이용하여 광전변환 소자(샘플 4-1∼4-9)를 제작하고, 그 외부 양자 효율 및 응답성을 평가하였다. 본 실험에서는, 유기 광전변환층을 구성하는 퀴나크리돈 유도체와, 서브프탈로시아닌 유도체와의 체적비에 관해 검증하였다.
샘플 4-1∼4-5에서는, 퀴나크리돈 유도체로서 식(1-1)으로 표시한 MMQD를, 서브프탈로시아닌 유도체로서 식(2-3)으로 표시한 SubPcC를 사용하였다. 샘플 4-6∼4-8에서는, 퀴나크리돈 유도체로서 식(3-1)으로 표시한 QD를, 서브프탈로시아닌 유도체로서 식(2-3)으로 표시한 SubPcC를 사용하였다. 샘플 4-9에서는, 퀴나크리돈 유도체로서 식(4)으로 표시한 DMQD를, 서브프탈로시아닌 유도체로서 식(2-3)으로 표시한 SubPcC를 사용하였다. 각 샘플에서의 유기 광전변환층은, 퀴나크리돈 유도체와 서브프탈로시아닌 유도체를 체적비로 90% : 10%∼25% : 75%의 비율로 적절히 조정하여 형성되어 있다. 표 4는, 샘플 4-1∼4-9의 유기 광전변환층을 구성하는 재료 및 체적비 및 유기 광전변환층에 사용한 퀴나크리돈 유도체의 형, 및 EQE 및 응답성의 평가 결과를 정리한 것이다. 또한, EQE 및 응답성의 평가 결과는, 샘플 4-1의 결과를 기준치로 한 상대치로 나타내고 있다.
[표 4]
Figure 112018030186517-pct00013
표 4로부터, 유기 광전변환층을 HR형의 퀴나크리돈 유도체와 서브프탈로시아닌 유도체로 형성하는 경우에는, 퀴나크리돈 유도체와 서브프탈로시아닌 유도체와의 비율을 체적비로 25% : 75%∼75% : 25%의 범위로 함으로써 안정하게 높은 EQE 및 우수한 응답성이 양립되었다. 즉, 유기 광전변환층에 포함되는 HR형의 퀴나크리돈 유도체가 체적비로 25% 이상 75% 이하가 되도록 조제함으로써, 높은 EQE 및 우수한 응답성의 실현이 가능함을 알았다.
한편, HR형의 퀴나크리돈 유도체가 체적비로 25% 미만의 경우에는, EQE 및 응답성이 대폭적으로 저하되었다. 이것은, 유기 p형 반도체인 HR형의 퀴나크리돈 유도체와 유기 n형 반도체인 서브프탈로시아닌 유도체 사이의 계면의 면적이 감소하기 때문에, 여기자가 이 계면에 도달할 수 있을 가능성이 내려가고, 그 결과 외부 양자 효율이 저하된 것이라고 생각된다. 응답성의 저하에 관해서는, 여기자 해리 후의 캐리어 수송 공정에서 정공은 유기 p형 반도체인 HR형의 퀴나크리돈 유도체 사이를 경유하여 수송된다. 이 때문에, HR형의 퀴나크리돈 유도체끼리가 인접할 가능성이 내려갔음에 의해, 정공의 수송이 효율적으로 행하여지지 않고, 하강 시간이 증가하였다, 즉, 응답성이 저하된 것이라고 생각된다. 또한, HR형의 퀴나크리돈 유도체가 체적비로 75%를 초과한 경우에도, EQE 및 응답성이 대폭적으로 저하되었다. 이것은, HR형의 퀴나크리돈 유도체가 체적비로 25% 미만인 경우와 마찬가지로, 유기 p형 반도체인 HR형의 퀴나크리돈 유도체와 유기 n형 반도체인 서브프탈로시아닌 유도체 사이의 계면의 면적이 감소하기 때문에, 여기자가 이 계면에 도달할 수 있을 가능성이 내려가고, 그 결과 외부 양자 효율이 저하된다고 생각된다. 응답성의 저하에 관해서는, 여기자 해리 후의 캐리어 수송 공정에서 전자는 유기 n형 반도체인 서브프탈로시아닌 유도체 사이를 경유하여 수송된다. 이 때문에, 서브프탈로시아닌 유도체끼리가 인접할 가능성이 내려갔음에 의해, 전자의 수송이 효율적으로 행하여지지 않고, 하강 시간이 증가하였다, 즉, 응답성이 저하된 것이라고 생각된다.
(실험 5)
다음에, 유기 광전변환층의 구성 이외는, 상기 실험 1과 같은 방법을 이용하여 광전변환 소자(샘플 5-1∼5-14)를 제작하고, 그 외부 양자 효율 및 응답성을 평가하였다. 본 실험에서는, 유기 광전변환층을 2종류의 퀴나크리돈 유도체와, 서브프탈로시아닌 유도체로 구성하고, 그 체적비에 관해 검증하였다.
각 샘플에 사용한 1종류째의 퀴나크리돈 유도체는, 샘플 5-1∼5-8에서는 식(1-7)으로 표시한 BMQD를, 샘플 5-9, 5-10에서는 식(4-1)으로 표시한 DMQD를, 샘플 5-11에서는 식(4-2)으로 표시한 DPQD를, 샘플 5-12에서는 식(3-4)으로 표시한 BQD를, 샘플 5-13에서는 식(3-2)으로 표시한 PR122를, 샘플 5-14에서는 식(3-3)으로 표시한 EQD를 각각 사용하였다. 2종류째의 퀴나크리돈 유도체에는 식(3-4)으로 표시한 BQD를, 서브프탈로시아닌 유도체로서는, 샘플 3-5에서 식(2-1)으로 표시한 F6SubPsC를 사용하였다. 또한, 샘플 5-8, 5-9, 5-12에서는, 2종류째의 퀴나크리돈 유도체를 사용하지 않고서 유기 광전변환층을 형성하였다. 표 5는, 샘플 5-1∼5-14의 유기 광전변환층을 구성하는 재료 및 체적비 및 유기 광전변환층에 사용한 퀴나크리돈 유도체의 형, 및 EQE 및 응답성의 평가 결과를 정리한 것이다. 또한, EQE 및 응답성의 평가 결과는, 샘플 5-1의 결과를 기준치로 한 상대치로 나타내고 있다.
[표 5]
Figure 112018030186517-pct00014
표 5로부터, 유기 광전변환층을 HR형과 HH형의 2종류의 퀴나크리돈 유도체와 서브프탈로시아닌 유도체로 형성하는 경우에는, 2종류의 퀴나크리돈 유도체가 체적비로 33% 이상 67% 이하가 되도록 조제하여 유기 광전변환층을 형성함으로써, 높은 EQE 및 우수한 응답성이 양립됨을 알았다. 또한, HR형과 HH형의 2종류의 퀴나크리돈 유도체가 체적비로 25% 이상 75% 이하의 범위 내라도, 샘플 5-6과 같이 HR형의 함유율이 극단적으로 적은 경우에는, 응답성의 더한층의 개선은 보여지지 않고, HH형의 퀴나크리돈 유도체 1종류만을 사용한 경우와 같은 정도의 응답성이었다. 또한, 샘플 5-7과 같이 HH형의 함유율이 극단적으로 적은 경우에는, EQE의 더한층의 향상은 보여지지 않고, HR형의 퀴나크리돈 유도체 1종류만을 사용한 경우와 같은 정도의 EQE이였다. 이것으로부터, HR형과 HH형의 2종류의 퀴나크리돈 유도체를 사용하여 유기 광전변환층을 형성하는 경우에는, HR형의 퀴나크리돈 유도체의 비율이, 체적비로 33% 이상 67% 이하의 범위가 되도록 조제하는 것이 바람직함을 알았다.
이상, 제1 및 제2의 실시의 형태 및 실시례를 들어 설명하였지만, 본 개시 내용은 상기 실시의 형태 등으로 한정되는 것이 아니고, 여러가지 변형이 가능하다. 예를 들면, 상기 실시의 형태에서는, 광전변환 소자(고체 촬상 장치)로서, 녹색광을 검출하는 유기 광전변환부(11G)와, 청색광, 적색광을 각각 검출하는 무기 광전변환부(11B, 11R)를 적층시킨 구성으로 하였지만, 본 개시 내용은 이와 같은 구조로 한정되는 것이 아니다. 즉, 유기 광전변환부에서 적색광 또는 청색광을 검출하도록 하여도 좋고, 무기 광전변환부에서 녹색광을 검출하도록 하여도 좋다.
또한, 이들의 유기 광전변환부 및 무기 광전변환부의 수나 그 비율도 한정되는 것이 아니고, 2 이상의 유기 광전변환부를 마련하여도 좋고, 유기 광전변환부만으로 복수색의 색 신호를 얻을 수 있도록 하여도 좋다. 또한, 유기 광전변환부 및 무기 광전변환부를 종방향으로 적층시키는 구조로 한하지 않고, 기판면에 따라 나열시켜도 좋다.
또한, 상기 제1 및 제2의 실시의 형태에서는, 이면 조사형의 고체 촬상 장치의 구성을 예시하였지만, 본 개시 내용은 표면 조사형의 고체 촬상 장치에도 적용 가능하다. 또한, 본 개시의 고체 촬상 장치(광전변환 소자)에서는, 상기 실시의 형태에서 설명한 각 구성 요소를 전부 구비하고 있을 필요는 없고, 또한 역으로 다른 층을 구비하고 있어도 좋다.
또한, 본 명세서 중에 기재된 효과는 어디까지나 예시이고 한정되는 것이 아니고, 또한, 다른 효과가 있어도 좋다.
또한, 본 개시는, 이하와 같은 구성이라도 좋다.
[1] 대향 배치된 제1 전극 및 제2 전극과, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 마련됨과 함께, 하기 식(1)으로 표시되는 제1의 퀴나크리돈 유도체를 포함하는 광전변환층을 구비한 광전변환 소자.
[화학식 1]
Figure 112018030186517-pct00015
(R1, R2은 각각 독립하여 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 아릴기, 시아노기, 니트로기, 실릴기이다. m1, m2은, 각각 독립한 0 또는 1 이상 정수이다. m1 및 m2이 2 이상인 경우에는, 각각, 서로 결합하여 환을 형성하여도 좋다. R3은, 알킬기, 아릴기, 또는 복소환기이다.)
[2] 상기 광전변환층은, 또한 하기 식(2)으로 표시되는 서브프탈로시아닌 유도체를 포함하는, 상기 [1]에 기재된 광전변환 소자.
[화학식 2]
Figure 112018030186517-pct00016
(R4∼R15은, 각각 독립하여, 수소 원자, 할로겐 원자, 직쇄, 분기, 또는 환상 알킬기, 티오알킬기, 티오아릴기, 아릴술포닐기, 알킬술포닐기, 아미노기, 알킬아미노기, 아릴아미노기, 히드록시기, 알콕시기, 아실아미노기, 아실옥시기, 페닐기, 카르복시기, 카르복소아미드기, 카르보알콕시기, 아실기, 술포닐기, 시아노기 및 니트로기이다. 이웃하는 임의의 R4∼R15은, 서로 결합하여 환을 형성하고 있어도 좋다. X는 아니온성 기이다.)
[3] 상기 광전변환층에 포함되는 상기 제1의 퀴나크리돈 유도체의 함유율은, 체적비로 25% 이상 75% 이하인, 상기 [1] 또는 [2]에 기재된 광전변환 소자.
[4] 상기 광전변환층은, 상기 제1의 퀴나크리돈 유도체 및 상기 서브프탈로시아닌 유도체에 더하여, 하기 식(3)으로 표시되는 제2의 퀴나크리돈 유도체를 포함하는, 상기 [2] 또는 [3]에 기재된 광전변환 소자.
[화학식 3]
Figure 112018030186517-pct00017
(R16, R17은 각각 독립하여 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 아릴기, 시아노기, 니트로기, 실릴기이다. n1, n2은, 각각 독립한 0 또는 1 이상 정수이다. n1 및 n2이 2 이상인 경우에는, 각각, 서로 결합하여 환을 형성하여도 좋다.)
[5] 상기 광전변환층에 포함되는 상기 제1의 퀴나크리돈 유도체 및 상기 제2의 퀴나크리돈 유도체의 합계 함유율은, 체적비로 25% 이상 75% 이하인, 상기 [4]에 기재된 광전변환 소자.
[6] 상기 제1의 퀴나크리돈 유도체 및 상기 제2의 퀴나크리돈 유도체를 포함하는 상기 광전변환층에서의 상기 제1의 퀴나크리돈 유도체의 함유율은, 체적비로 33% 이상 67% 이하인, 상기 [4] 또는 [5]에 기재된 광전변환 소자.
[7] 각 화소가 1 또는 복수의 유기 광전변환부를 포함하고, 상기 유기 광전변환부는, 대향 배치된 제1 전극 및 제2 전극과,
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 마련됨과 함께, 하기 식(1)으로 표시되는 제1의 퀴나크리돈 유도체를 포함하는 광전변환층을 구비한 고체 촬상 장치.
[화학식 4]
Figure 112018030186517-pct00018
(R1, R2은 각각 독립하여 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 아릴기, 시아노기, 니트로기, 실릴기이다. m1, m2은, 각각 독립한 0 또는 1 이상 정수이다. m1 및 m2이 2 이상인 경우에는, 각각, 서로 결합하여 환을 형성하여도 좋다. R3은, 알킬기, 아릴기, 또는 복소환기이다.)
[8] 각 화소에서는, 1 또는 복수의 상기 유기 광전변환부와, 상기 유기 광전변환부와는 다른 파장역의 광전변환을 행하는 1 또는 복수의 무기 광전변환부가 적층되어 있는, 상기 [7]에 기재된 고체 촬상 장치.
[9] 상기 무기 광전변환부는, 반도체 기판 내에 매입되고, 상기 유기 광전변환부는, 상기 반도체 기판의 제1면측에 형성되어 있는, 상기 [8]에 기재된 고체 촬상 장치.
[10] 상기 유기 광전변환부가 녹색광의 광전변환을 행하고, 상기 반도체 기판 내에, 청색광의 광전변환을 행하는 무기 광전변환부와, 적색광의 광전변환을 행하는 무기 광전변환부가 적층되어 있는, 상기 [7] 내지 [9]중의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 장치.
본 출원은, 일본 특허청에서 2015년 11월 2일에 출원된 일본 특허출원 번호 2015-215966호를 기초로 하여 우선권을 주장하는 것이고, 이 출원의 모든 내용을 참조에 의해 본 출원에 원용한다.
당업자라면, 설계상의 요건이나 다른 요인에 응하여, 여러가지의 수정, 콤비네이션, 서브콤비네이션, 및 변경을 상도할 수 있는데, 그들은 첨부한 청구의 범위나 그 균등물의 범위에 포함되는 것으로 이해된다.

Claims (10)

  1. 대향 배치된 제1 전극 및 제2 전극과,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 마련됨과 함께, 하기 식(1)으로 표시되는 제1의 퀴나크리돈 유도체를 포함하는 광전변환층을 구비하며,
    [화학식 1]
    Figure 112023050380151-pct00019

    (R1, R2은 각각 독립하여 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 아릴기, 시아노기, 니트로기 또는 실릴기이다. m1, m2은, 각각 독립한 0 또는 1 이상 정수이다. m1 및 m2이 2 이상의 R1 및 2 이상의 R2가 각각, 서로 결합하여 환을 형성하여도 좋다. R3은, 알킬기, 아릴기, 또는 복소환기이다.)
    상기 광전변환층은, 또한 하기 식(2)으로 표시되는 서브프탈로시아닌 유도체를 포함하며,
    [화학식 2]

    (R4∼R15은, 각각 독립하여, 수소 원자, 할로겐 원자, 직쇄, 분기, 또는 환상 알킬기, 티오알킬기, 티오아릴기, 아릴술포닐기, 알킬술포닐기, 아미노기, 알킬아미노기, 아릴아미노기, 히드록시기, 알콕시기, 아실아미노기, 아실옥시기, 페닐기, 카르복시기, 카르복소아미드기, 카르보알콕시기, 아실기, 술포닐기, 시아노기 및 니트로기이다. 이웃하는 임의의 R4∼R15은, 서로 결합하여 환을 형성하고 있어도 좋다. X는 아니온성 기이다.)
    또한, 상기 광전변환층은, 상기 제1의 퀴나크리돈 유도체 및 상기 서브프탈로시아닌 유도체에 더하여, 하기 식(3)으로 표시되는 제2의 퀴나크리돈 유도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전변환 소자.
    [화학식 3]

    (R16, R17은 각각 독립하여 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 아릴기, 시아노기, 니트로기 또는 실릴기이다. n1, n2은, 각각 독립한 0 또는 1 이상 정수이다. n1 및 n2이 2 이상의 R1 및 2 이상의 R2가 각각, 서로 결합하여 환을 형성하여도 좋다.)
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광전변환층에 포함되는 상기 제1의 퀴나크리돈 유도체의 함유율은, 체적비로 25% 이상 75% 이하인 것을 특징으로 하는 광전변환 소자.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 광전변환층에 포함되는 상기 제1의 퀴나크리돈 유도체 및 상기 제2의 퀴나크리돈 유도체의 합계 함유율은, 체적비로 25% 이상 75% 이하인 것을 특징으로 하는 광전변환 소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1의 퀴나크리돈 유도체 및 상기 제2의 퀴나크리돈 유도체를 포함하는 상기 광전변환층에서의 상기 제1의 퀴나크리돈 유도체의 함유율은, 체적비로 33% 이상 67% 이하인 것을 특징으로 하는 광전변환 소자.
  7. 각 화소가 1 또는 복수의 유기 광전변환부를 포함하고,
    상기 유기 광전변환부는,
    대향 배치된 제1 전극 및 제2 전극과,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 마련됨과 함께, 하기 식(1)으로 표시되는 제1의 퀴나크리돈 유도체를 포함하는 광전변환층을 구비하며,
    [화학식 4]
    Figure 112023050380151-pct00022

    (R1, R2은 각각 독립하여 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 아릴기, 시아노기, 니트로기 또는 실릴기이다. m1, m2은, 각각 독립한 0 또는 1 이상 정수이다. m1 및 m2이 2 이상의 R1 및 2 이상의 R2가 각각, 서로 결합하여 환을 형성하여도 좋다. R3은, 알킬기, 아릴기, 또는 복소환기이다.)
    상기 광전변환층은, 또한 하기 식(2)으로 표시되는 서브프탈로시아닌 유도체를 포함하며,
    [화학식 2]

    (R4∼R15은, 각각 독립하여, 수소 원자, 할로겐 원자, 직쇄, 분기, 또는 환상 알킬기, 티오알킬기, 티오아릴기, 아릴술포닐기, 알킬술포닐기, 아미노기, 알킬아미노기, 아릴아미노기, 히드록시기, 알콕시기, 아실아미노기, 아실옥시기, 페닐기, 카르복시기, 카르복소아미드기, 카르보알콕시기, 아실기, 술포닐기, 시아노기 및 니트로기이다. 이웃하는 임의의 R4∼R15은, 서로 결합하여 환을 형성하고 있어도 좋다. X는 아니온성 기이다.)
    또한, 상기 광전변환층은, 상기 제1의 퀴나크리돈 유도체 및 상기 서브프탈로시아닌 유도체에 더하여, 하기 식(3)으로 표시되는 제2의 퀴나크리돈 유도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
    [화학식 3]

    (R16, R17은 각각 독립하여 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 아릴기, 시아노기, 니트로기 또는 실릴기이다. n1, n2은, 각각 독립한 0 또는 1 이상 정수이다. n1 및 n2이 2 이상의 R1 및 2 이상의 R2가 각각, 서로 결합하여 환을 형성하여도 좋다.)
  8. 제7항에 있어서,
    각 화소에서는, 1 또는 복수의 상기 유기 광전변환부와, 상기 유기 광전변환부와는 다른 파장역의 광전변환을 행하는 1 또는 복수의 무기 광전변환부가 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 무기 광전변환부는, 반도체 기판 내에 매입되고,
    상기 유기 광전변환부는, 상기 반도체 기판의 제1면측에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 유기 광전변환부가 녹색광의 광전변환을 행하고,
    상기 반도체 기판 내에, 청색광의 광전변환을 행하는 무기 광전변환부와, 적색광의 광전변환을 행하는 무기 광전변환부가 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7007088B2 (ja) * 2016-12-07 2022-01-24 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 受光素子、撮像素子および電子機器
US11538843B2 (en) * 2018-04-09 2022-12-27 Sony Semiconductor Solutions Corporation Imaging unit, method for manufacturing the same, and electronic apparatus
JP2021044310A (ja) * 2019-09-09 2021-03-18 キヤノン株式会社 半導体装置
CN110677606B (zh) * 2019-09-16 2022-06-10 Oppo广东移动通信有限公司 一种像素结构、cis和终端
KR20220075721A (ko) * 2020-11-30 2022-06-08 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 전자 장치
CN118104414A (zh) * 2021-10-26 2024-05-28 松下知识产权经营株式会社 摄像装置
CN118696618A (zh) * 2022-03-17 2024-09-24 索尼半导体解决方案公司 光电转换元件、光检测装置和光检测系统

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015079660A1 (en) * 2013-11-27 2015-06-04 Sony Corporation Solid-state imaging device and electronic apparatus

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05308146A (ja) 1992-05-01 1993-11-19 Ricoh Co Ltd 有機光起電力素子
GB9418495D0 (en) * 1994-09-14 1994-11-02 Ciba Geigy Ag Mono-n-alkyl-quinacridone pigments
US6406804B1 (en) 1998-04-09 2002-06-18 Idemitsu Kosan Co., Ltd. Organic electroluminescent device
JP2003234460A (ja) 2002-02-12 2003-08-22 Nippon Hoso Kyokai <Nhk> 積層型光導電膜および固体撮像装置
KR100542771B1 (ko) * 2003-12-30 2006-01-20 엘지.필립스 엘시디 주식회사 유기 전계발광소자 및 그 제조방법
JP2005303266A (ja) 2004-03-19 2005-10-27 Fuji Photo Film Co Ltd 撮像素子、その電場印加方法および印加した素子
JP4945146B2 (ja) * 2006-02-27 2012-06-06 富士フイルム株式会社 光電変換素子及び固体撮像素子
KR101885244B1 (ko) 2011-11-07 2018-08-06 삼성전자주식회사 유기 광전 소자 및 이미지 센서
KR101960468B1 (ko) * 2012-10-08 2019-03-21 삼성전자주식회사 유기 광전 소자 및 이미지 센서
TWI613833B (zh) * 2012-11-09 2018-02-01 Sony Corp 光電變換元件、固體攝像裝置及電子機器

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015079660A1 (en) * 2013-11-27 2015-06-04 Sony Corporation Solid-state imaging device and electronic apparatus

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US20180342627A1 (en) 2018-11-29
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