KR102617486B1 - 고체 촬상 소자 및 전자 장치 - Google Patents

고체 촬상 소자 및 전자 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102617486B1
KR102617486B1 KR1020217001426A KR20217001426A KR102617486B1 KR 102617486 B1 KR102617486 B1 KR 102617486B1 KR 1020217001426 A KR1020217001426 A KR 1020217001426A KR 20217001426 A KR20217001426 A KR 20217001426A KR 102617486 B1 KR102617486 B1 KR 102617486B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
photoelectric conversion
oxide semiconductor
semiconductor layer
layer
solid
Prior art date
Application number
KR1020217001426A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20210036341A (ko
Inventor
토시히코 하야시
마사히로 조에이
켄이치 무라타
신타로우 히라타
Original Assignee
소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤 filed Critical 소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤
Priority to KR1020237040402A priority Critical patent/KR102657199B1/ko
Publication of KR20210036341A publication Critical patent/KR20210036341A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102617486B1 publication Critical patent/KR102617486B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/10—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising heterojunctions between organic semiconductors and inorganic semiconductors
    • H10K30/15—Sensitised wide-bandgap semiconductor devices, e.g. dye-sensitised TiO2
    • H10K30/152—Sensitised wide-bandgap semiconductor devices, e.g. dye-sensitised TiO2 the wide bandgap semiconductor comprising zinc oxide, e.g. ZnO
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H01L27/1461—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements characterised by the photosensitive area
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—Coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. phototransistors
    • H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier or surface barrier
    • H01L31/103—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier or surface barrier the potential barrier being of the PN homojunction type
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic radiation-sensitive element covered by group H10K30/00
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic radiation-sensitive element covered by group H10K30/00
    • H10K39/30—Devices controlled by radiation
    • H10K39/32—Organic image sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K59/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic light-emitting element covered by group H10K50/00
    • H10K59/60—OLEDs integrated with inorganic light-sensitive elements, e.g. with inorganic solar cells or inorganic photodiodes
    • H10K59/65—OLEDs integrated with inorganic image sensors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells

Abstract

신뢰성을 더욱 향상시키는 것을 실현할 수 있는 고체 촬상 소자를 제공하는 것. 광 입사측부터 차례로, 적어도, 제1 광전변환부와, 제2광전변환부가 형성된 반도체 기판을 구비하고, 그 제1 광전변환부가, 적어도, 제1 전극과, 광전변환층과, 제1 산화물 반도체층과, 제2 산화물 반도체층과, 제2 전극을 이 순서로 포함하고, 그 제1 산화물 반도체층의 막밀도가, 그 제2 산화물 반도체층의 막밀도보다도 높은, 고체 촬상 소자를 제공한다.

Description

고체 촬상 소자 및 전자 장치
본 기술은, 고체 촬상 소자 및 전자 장치에 관한 것이다.
근래, 디지털 카메라 등의 초소형화 및 고화질화를 실현하기 위해, CCD(Charge Coupled Device) 이미지 센서, 또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서 등의 고체 촬상 소자의 연구가 왕성하게 행해지고 있다.
예를 들면, IGZO로 되는 하층 반도체층과 상층 광전변환층과의 적층 층구조를 갖는 촬상 소자가 제안되어 있다(특허문헌 1을 참조.).
일본 특개2017-157816호 공보
그렇지만, 특허문헌 1에서 제안된 기술에서는, 고체 촬상 소자의 신뢰성의 더한층의 향상이 도모될 수 없을 우려가 있다.
그래서, 본 기술은, 이와 같은 상황을 감안하여 이루어진 것으로, 신뢰성을 더욱 향상시키는 것을 실현할 수 있는 고체 촬상 소자 및 전자 장치를 제공하는 것을 주목적으로 한다.
본 발명자들은, 상술한 목적을 해결하기 위해 예의 연구를 행한 결과, 놀랄만하게, 고체 촬상 소자의 신뢰성을 비약적으로 향상시키는 것에 성공하고, 본 기술을 완성하는데 이르렀다.
본 기술에서는, 우선, 제1의 측면으로서, 광 입사측부터 차례로, 적어도, 제1 광전변환부와, 제2광전변환부가 형성된 반도체 기판을 구비하고,
그 제1 광전변환부가, 적어도, 제1 전극과, 광전변환층과, 제1 산화물 반도체층과, 제2 산화물 반도체층과, 제2 전극을 이 순서로 포함하고,
그 제1 산화물 반도체층의 막밀도가, 그 제2 산화물 반도체층의 막밀도보다도 높은, 고체 촬상 소자를 제공한다.
본 기술의 제1의 측면인 고체 촬상 소자에서, 상기 제1 산화물 반도체층의 수소 농도가, 상기 제2 산화물 반도체층의 수소 농도보다도 낮아도 좋다.
본 기술의 제1의 측면인 고체 촬상 소자에서, 상기 광전변환층이 적어도 1종의 유기 반도체 재료를 포함하여도 좋다.
본 기술의 제1의 측면인 고체 촬상 소자에서, 상기 제1 광전변환부가, 상기 광전변환층과 상기 제1 산화물 반도체층의 사이에, n형 버퍼층을 더 포함하여도 좋다.
본 기술의 제1의 측면인 고체 촬상 소자에서, 상기 제1 광전변환부가, 상기 제1 전극과 상기 광전변환층의 사이에, p형 버퍼층을 더 포함하여도 좋다.
본 기술의 제1의 측면인 고체 촬상 소자에서, 상기 제1 광전변환부가, 상기 광전변환층과 상기 제1 산화물 반도체층의 사이에, n형 버퍼층을 더 포함하여도 좋으며,
상기 제1 광전변환부가, 상기 제1 전극과 상기 광전변환층의 사이에, p형 버퍼층을 더 포함하여도 좋다.
본 기술에서는, 제2의 측면으로서, 광 입사측부터 차례로, 적어도, 제1 광전변환부와, 제2광전변환부가 형성된 반도체 기판을 구비하고,
그 제1 광전변환부가, 적어도, 제1 전극과, 광전변환층과, 제1 산화물 반도체층과, 제2 산화물 반도체층과, 제2 전극을 이 순서로 포함하고,
그 제1 산화물 반도체층의 수소 농도가, 그 제2 산화물 반도체층의 수소 농도보다도 낮은, 고체 촬상 소자를 제공한다.
본 기술의 제2의 측면인 고체 촬상 소자에서, 상기 제1 산화물 반도체층의 막밀도가, 상기 제2 산화물 반도체층의 막밀도보다도 높아도 좋다.
본 기술의 제2의 측면인 고체 촬상 소자에서, 상기 광전변환층이 적어도 1종의 유기 반도체 재료를 포함하여도 좋다.
본 기술의 제2의 측면인 고체 촬상 소자에서, 상기 제1 광전변환부가, 상기 광전변환층과 상기 제1 산화물 반도체층의 사이에, n형 버퍼층을 더 포함하여도 좋다.
본 기술의 제2의 측면인 고체 촬상 소자에서, 상기 제1 광전변환부가, 상기 제1 전극과 상기 광전변환층의 사이에, p형 버퍼층을 더 포함하여도 좋다.
본 기술의 제2의 측면인 고체 촬상 소자에서, 상기 제1 광전변환부가, 상기 광전변환층과 상기 제1 산화물 반도체층의 사이에, n형 버퍼층을 더 포함하여도 좋으며,
상기 제1 광전변환부가, 상기 제1 전극과 상기 광전변환층의 사이에, p형 버퍼층을 더 포함하여도 좋다.
본 기술에서는, 제3의 측면으로서, 광 입사측부터 차례로, 적어도, 제1 광전변환부와, 제2광전변환부가 형성된 반도체 기판을 구비하고,
그 제1 광전변환부가, 적어도, 제1 전극과, 광전변환층과, 제1 산화물 반도체층과, 제2 산화물 반도체층과, 제2 전극을 이 순서로 포함하고,
그 제1 산화물 반도체층의 막밀도가, 그 제2 산화물 반도체층의 막밀도보다도 높고, 또한, 그 제1 산화물 반도체층의 수소 농도가, 그 제2 산화물 반도체층의 수소 농도보다도 낮은, 고체 촬상 소자를 제공한다.
본 기술의 제3의 측면인 고체 촬상 소자에서, 상기 광전변환층이 적어도 1종의 유기 반도체 재료를 포함하여도 좋다.
본 기술의 제3의 측면인 고체 촬상 소자에서, 상기 제1 광전변환부가, 상기 광전변환층과 상기 제1 산화물 반도체층의 사이에, n형 버퍼층을 더 포함하여도 좋다.
본 기술의 제3의 측면인 고체 촬상 소자에서, 상기 제1 광전변환부가, 상기 제1 전극과 상기 광전변환층의 사이에, p형 버퍼층을 더 포함하여도 좋다.
본 기술의 제3의 측면인 고체 촬상 소자에서, 상기 제1 광전변환부가, 상기 광전변환층과 상기 제1 산화물 반도체층의 사이에, n형 버퍼층을 더 포함하여도 좋으며,
상기 제1 광전변환부가, 상기 제1 전극과 상기 광전변환층의 사이에, p형 버퍼층을 더 포함하여도 좋다.
본 기술에서는, 제4의 측면으로서, 본 기술의 제1의 측면부터 제3의 측면인 고체 촬상 소자 중, 어느 하나의 측면인 고체 촬상 소자를 구비하는, 전자 장치를 제공한다.
본 기술에 의하면, 고체 촬상 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 여기에 기재된 효과는, 반드시 한정되는 것이 아니고, 본 개시 중에 기재된 어느 하나의 효과라도 좋다.
도 1은, 본 기술을 적용한 고체 촬상 소자의 구성례를 도시하는 단면도.
도 2는, 본 기술을 적용한 고체 촬상 소자에 포함되는 제1 산화물 반도체층 및 제2 산화물 반도체층의 구성례를 모식적으로 도시한 단면도.
도 3은, 수증기 분위기하의 어닐과, 제1 산화물 반도체층 중의 수소 농도와의 관계를 도시하는 도면.
도 4는, 중수(重水) 어닐 후의 중수소와 제1 산화물 반도체층의 막밀도와의 관계를 도시하는 도면.
도 5는, 산소 가스 유량과 제1 산화물 반도체층의 막밀도와의 관계를 도시하는 도면.
도 6은, 수증기 분위기하의 어닐 전후에 의한 TFT 특성을 설명하기 위한 도면.
도 7은, 본 기술을 적용한 고체 촬상 소자의 전체 구성을 도시하는 블록도.
도 8은, 본 기술을 적용한 고체 촬상 소자의 사용례를 도시하는 도면.
도 9는, 본 기술을 적용한 전자 장치의 한 예의 기능 블록도.
도 10은, 내시경 수술 시스템의 개략적인 구성의 한 예를 도시하는 도면.
도 11은, 카메라 헤드 및 CCU의 기능 구성의 한 예를 도시하는 블록도.
도 12는, 차량 제어 시스템의 개략적인 구성의 한 예를 도시하는 블록도.
도 13은, 차외 정보 검출부 및 촬상부의 설치 위치의 한 예를 도시하는 설명도.
이하, 본 기술을 실시하기 위한 알맞은 형태에 관해 설명한다. 이하에 설명하는 실시 형태는, 본 기술의 대표적인 실시 형태의 한 예를 나타낸 것이고, 이에 의해 본 기술의 범위가 좁게 해석되는 일은 없다. 또한, 특히 단서가 없는 한, 도면에서, 「상」이란 도면 중의 윗방향 또는 상측을 의미하고, 「하」란, 도면 중의 아래방향 또는 하측을 의미하고, 「좌」란 도면 중의 왼쪽 방향 또는 좌측을 의미하고, 「우」란 도면 중의 오른쪽 방향 또는 우측을 의미한다. 또한, 도면에 관해서는, 동일 또는 동등한 요소 또는 부재에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명은 생략한다.
또한, 설명은 이하의 순서로 행한다.
1. 본 기술의 개요
2. 제1의 실시 형태(고체 촬상 소자의 예 1)
3. 제2의 실시 형태(고체 촬상 소자의 예 2)
4. 제3의 실시 형태(고체 촬상 소자의 예 3)
5. 제4의 실시 형태(전자 장치의 예)
6. 본 기술을 적용한 고체 촬상 소자의 사용례
7. 내시경 수술 시스템에의 응용례
8. 이동체에의 응용례
<1. 본 기술의 개요>
우선, 본 기술의 개요를 설명한다.
고품위의 TFT 특성과 고신뢰성을, 예를 들면 IGZO막에서 얻기 위해서는 성막 후의 수증기 분위기하(下)의 어닐에 의한 수소 종단화(終端化)가 필요하다. 수소 종단화에 의해, 저(低) 트랩 밀도화가 가능해지기 때문이다. 그런데, 고(高) 막밀도(膜密度)의 IGZO막 단층(單層)에서는 수소 확산 속도가 낮다. 따라서 막 저부(底部)의 채널부까지 고품위의 상태로 하려면 수소 종단이 되기 쉬운 저(低) 막밀도막이 바람직하다.
한편, 표면 근방(예를 들면, IGZO막과 광전변환층(n형 버퍼층)과의 계면, 이하 마찬가지)은, 저 막밀도인 IGZO막으로 하면, OH 흡착, 물(H2O) 이탈이 되기 쉽게 캐리어가 형성되어 버린다.
전하 축적층에는, 예를 들면, 산화물 반도체가 이용되는데 (산화물 반도체층), 전하 축적층(산화물 반도체층)의 표면은 불안정하기 때문에, 광전변환층(광전변환 막)과 전하 축적층(산화물 반도체층)과의 계면에서 산소 결손이 생기기 쉬운 경우가 있다.
이상으로부터, 하층의 제2 산화물 반도체층에 수소 확산성이 좋은 저 막밀도층으로 하고, 상층의 제1 산화물 반도체층을 OH 흡착, 물(H2O)의 이탈을 억제하는 고 막밀도층으로 함으로써 표면 근방(예를 들면, IGZO막과 광전변환층(n형 버퍼층)과의 계면)의 캐리어 생성의 억제를 할 수가 있다. 또한, 제1 산화물 반도체층은 제2 산화물 반도체층에 대해, 저 수소 농도로 함으로써 표면 근방의 수소 이탈을 억제할 수 있다.
즉, 본 기술에 관한 고체 촬상 소자는, 제1 및 제2의 산화물 반도체층의 표면, 예를 들면 IGZO의 표면의 OH 흡착, H2O 이탈을 억제하기 위해, 본 기술에 관한 고체 촬상 소자에 구비되는 제1 산화물 반도체층은, 본 기술에 관한 고체 촬상 소자에 구비되는 제2 산화물 반도체층보다도 높은 막밀도를 갖든지, 낮은 수소 농도를 갖든지, 또는 높은 막밀도를 가지며, 또한, 낮은 수소 농도를 갖는, 고체 촬상 소자이다.
이하, 본 기술에 관한 실시 형태의 고체 촬상 소자에 관해, 상세히 설명을 한다.
<2. 제1의 실시 형태(고체 촬상 소자의 예 1)>
본 기술에 관한 제1의 실시 형태(고체 촬상 소자의 예 1)의 고체 촬상 소자는, 광 입사측부터 차례로, 적어도, 제1 광전변환부와, 제2광전변환부가 형성된 반도체 기판을 구비하고, 제1 광전변환부가, 적어도, 제1 전극과, 광전변환층과, 제1 산화물 반도체층과, 제2 산화물 반도체층과, 제2 전극을 이 순서로 포함하고, 제1 산화물 반도체층의 막밀도가, 제2 산화물 반도체층의 막밀도보다도 높은, 고체 촬상 소자이다.
본 기술에 관한 제1의 실시 형태의 고체 촬상 소자에 의하면, 고체 촬상 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있고, 보다 상세하게는, 고밀도층인 제1 산화물 반도체층의 도입에 의해, 제2 산화물 반도체층의 산화물 반도체로부터의 물(H2O)의 이탈을 억제하고, 광전변환층(또는 후술하는, n형 버퍼층)과 접하는 제1 산화물 반도체층의 표면의 캐리어 농도의 증가를 억제할 수 있다.
제1 산화물 반도체층의 막밀도의 값은, 임의의 값이라도 좋지만,
6.11~6.35g/cm3인 것이 바람직하고, 제2 산화물 반도체층의 막밀도의 값은, 임의의 값이라도 좋지만, 5.80~6.10g/cm3인 것이 바람직하다.
본 기술에 관한 제1의 실시 형태의 고체 촬상 소자에서, 제1 산화물 반도체층의 수소 농도가, 제2 산화물 반도체층의 수소 농도보다도 낮은 것이 바람직하다. 제1 산화물 반도체층의 수소 농도는, 임의의 농도라도 좋지만, 1.0E18~9.0E19atoms/cm2인 것이 바람직하고, 제2 산화물 반도체층의 수소 농도는, 임의의 농도라도 좋지만, 1.0E20~5.0E21atoms/cm2인 것이 바람직하다.
도 1에, 본 기술에 관한 제1의 실시 형태의 고체 촬상 소자의 한 예인 고체 촬상 소자(10)를 도시한다. 도 1은, 고체 촬상 소자(10)의 단면도이다. 고체 촬상 소자(10)는, 예를 들면, CMOS 이미지 센서 등의 촬상 장치(촬상 장치(1001); 도 8 참조)에서 하나의 화소(단위 화소(P))를 구성하는 것이다.
고체 촬상 소자(10)는, 제2광전변환부(부도시)가 형성된 반도체 기판(30)과 제1 광전변환부(10A)를 구비한다. 고체 촬상 소자(10)는, 대향 배치된 하부 전극(11)(제2 전극)과 상부 전극(제1 전극)(16)의 사이에, 광전변환층(15)을 갖는다. 하부 전극(제2 전극)(11)과 광전변환층(15)의 사이에는, 절연층(12)을 통하여, 광전변환층(15)의 방향(도 1의 윗방향)부터 차례로, 제1 산화물 반도체층(14)과 제2 산화물 반도체층(13)이 마련되어 있다. 하부 전극(11)은, 서로 독립한 복수의 전극으로서 판독 전극(11A)과, 축적 전극(11B)과, 예를 들면, 판독 전극(11A)과 축적 전극(11B)의 사이에 배치된 전송 전극(11C)을 가지며, 축적 전극(11B) 및 전송 전극(11C)은 절연층(12)에 의해 덮이고, 판독 전극(11A)은 절연층(12)에 마련된 개구부(W)를 통하여 제2 산화물 반도체층(13)과 전기적으로 접속되어 있다.
또한, 고체 촬상 소자(10)에는, 제1 산화물 반도체층(14)과 광전변환층(15)의 사이에, n형 버퍼층(18)이 마련되고, 상부 전극(제1 전극)(16)과 광전변환층(15)의 사이에, p형 버퍼층(17)이 마련되어 있다. 또한, 고체 촬상 소자(10)에는, 제1 광전변환부(10A)를 덮도록 봉지막(封止膜)(19)이 형성되어 있다.
제1 산화물 반도체층(14) 및 제2 산화물 반도체층(13)의 각각은, 산화물 반도체 재료를 포함하여 구성되어 있다. 산화물 반도체 재료로서는, 예를 들면, IGZO(In-Ga-Zn-O계 산화물 반도체), ZTO(Zn-Sn-O계 산화물 반도체), IGZTO(In-Ga-Zn-Sn-O계 산화물 반도체), GTO(Ga-Sn-O계 산화물 반도체) 및 IGO(In-Ga-O계 산화물 반도체)를 들 수 있다. 제1 산화물 반도체층(14) 및 제2 산화물 반도체층(13)의 각각은, 상기 산화물 반도체 재료를 적어도 1종 이용하는 것이 바람직하고, 그 중에서 IGZO가 알맞게 이용된다.
제1 산화물 반도체층(14) 및 제2 산화물 반도체층(13)의 합계의 두께는, 예를 들면, 30㎚ 이상 200㎚ 이하이고, 바람직하게는 50㎚ 이상 150㎚ 이하이다.
제1 산화물 반도체층(14) 및 제2 산화물 반도체층(13)의 각각은, 광전변환층(15) 내에서 발생한 신호 전하를 축적함과 함께, 판독 전극(11A)에 전송하기 위한 것이다. 제1 산화물 반도체층(14) 및 제2 산화물 반도체층(13)의 각각은, 광전변환층(15)보다도 전하의 이동도가 높고, 또한, 밴드 갭이 큰 재료를 이용하여 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 예를 들면, 전하의 전송 속도를 향상시키는 것이 가능해짐과 함께, 판독 전극(11A)으로부터 제1 산화물 반도체층(14) 및 제2 산화물 반도체층(13)에의 정공의 주입이 억제된다.
광전변환층(15)은, 광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 것이고, 예를 들면, 400㎚ 이상 2500㎚ 이하 파장역의 광을 흡수한 때에 생기는 여기자가 전자와 정공으로 분리하는 장(場)을 제공하는 것이다. 광전변환층(15)의 두께는, 예를 들면, 100㎚ 이상 1000㎚ 이하이고, 바람직하게는 300㎚ 이상 800㎚ 이하이다.
광전변환층(15)을 구성하는 재료로서는, 유기계 재료나 무기계 재료를 들 수 있다.
광전변환층(15)을 유기계 재료로 구성하는 경우, 광전변환층을 이하((1)~(4))와 같은 구성으로 할 수 있다.
(1) p형 유기 반도체로 구성한다.
(2) n형 유기 반도체로 구성한다.
(3) p형 유기 반도체층/n형 유기 반도체층의 적층 구조로 구성한다. p형 유기 반도체층/p형 유기 반도체와 n형 유기 반도체의 혼합층(벌크 헤테로 구조)/n형 유기 반도체층의 적층 구조로 구성한다. p형 유기 반도체층/p형 유기 반도체와 n형 유기 반도체의 혼합층(벌크 헤테로 구조)의 적층 구조로 구성한다. n형 유기 반도체층/p형 유기 반도체와 n형 유기 반도체의 혼합층(벌크 헤테로 구조)의 적층 구조로 구성한다.
(4) p형 유기 반도체와 n형 유기 반도체의 혼합(벌크 헤테로 구조)으로 구성한다.
의 4양태의 어느 하나로 할 수 있다. 단, 적층순은 임의로 교체한 구성으로 할 수 있다.
p형 유기 반도체로서, 나프탈렌 유도체, 안트라센 유도체, 페난트렌 유도체, 피렌 유도체, 페릴렌 유도체, 테트라센 유도체, 펜타센 유도체, 퀴나크리돈 유도체, 티오펜 유도체, 티에노티오펜 유도체, 벤조티오펜 유도체, 벤조티에노벤조티오펜 유도체, 트리알릴아민 유도체, 카르바졸 유도체, 페릴렌 유도체, 피센 유도체, 크리센 유도체, 플루오란텐 유도체, 프탈로시아닌 유도체, 서브프탈로시아닌 유도체, 서브포르피라진 유도체, 복소환 화합물을 배위자로 하는 금속 착체, 폴리티오펜 유도체, 폴리벤조티아디아졸 도체, 폴리플루오렌 유도체 등을 들 수 있다.
n형 유기 반도체로서, 풀러렌 및 풀러렌 유도체<예를 들면, C60이나, C70, C74 등의 풀러렌(고차원 풀러렌), 내포 풀러렌 등) 또는 풀러렌 유도체(예를 들면, 풀러렌불화물이나 PCBM 풀러렌 화합물, 풀러렌 다량체 등)>, p형 유기 반도체보다도 HOMO 및 LUMO가 큰(깊은) 유기 반도체, 투명한 무기 금속 산화물을 들 수 있다. n형 유기 반도체로서, 구체적으로는, 질소 원자, 산소 원자, 유황 원자를 함유하는 복소환 화합물, 예를 들면, 피리딘 유도체, 피라진 유도체, 피리미딘 유도체, 트리아진 유도체, 퀴놀린 유도체, 퀴녹살린 유도체, 이소퀴놀린 유도체, 아크리딘 유도체, 페나진 유도체, 페난트롤린 유도체, 테트라졸 유도체, 피라졸 유도체, 이미다졸 유도체, 티아졸 유도체, 옥사졸 유도체, 이미다졸 유도체, 벤즈이미다졸 유도체, 벤조트리아졸 유도체, 벤즈옥사졸 유도체, 벤즈옥사졸 유도체, 카르바졸 유도체, 벤조푸란 유도체, 디벤조푸란 유도체, 서브포르피라진 유도체, 폴리페닐렌 비닐렌 유도체, 폴리벤조티아디아졸 유도체, 폴리플루오렌 유도체 등을 분자 골격의 일부에 가지는 유기 분자, 유기 금속 착체나 서브프탈로시아닌 유도체를 들 수 있다. 풀러렌 유도체에 포함되는 기(基) 등으로서, 할로겐 원자; 직쇄, 분기 또는 환상의 알킬기 또는 페닐기; 직쇄 또는 축환한 방향족 화합물을 갖는 기; 할로겐화물을 갖는 기; 파셜플루오로알킬기; 퍼플루오로알킬기; 실릴알킬기; 실릴알콕시기; 아릴실릴기; 아릴술파닐기; 알킬술파닐기; 아릴술포닐기; 알킬술포닐기; 아릴술피드기; 알킬술피드기; 아미노기; 알킬아미노기; 아릴아미노기; 히드록시기; 알콕시기; 아실아미노기; 아실옥시기; 카르보닐기; 카르복시기; 카르복소아미드기; 카르보알콕시기; 아실기; 술포닐기; 시아노기; 니트로기; 칼코겐화물을 갖는 기; 포스핀기; 포스폰기; 이들의 유도체를 들 수 있다. 유기계 재료로 구성된 광전변환층(『유기 광전변환층』이라고 부르는 경우가 있다.)의 두께는, 한정하는 것이 아니지만, 예를 들면, 1×10-8m 내지 5×10-7m, 바람직하게는 2.5×10-8m 내지 3×10-7m, 보다 바람직하게는 2.5×10-8m 내지 2×10-7m, 한층 바람직하게는 1×10-7m 내지 1.8×10-7m를 예시할 수 있다.
또한, 유기 반도체는, p형과, n형으로 분류되는 것이 많은데, p형이란 정공을 수송하기 쉽다는 의미이고, n형이란 전자를 수송하기 쉽다는 의미이고, 무기 반도체와 같이 열여기(熱勵起)의 다수 캐리어로서 정공 또는 전자를 갖고 있다는 해석으로 한정되지 않는다.
또한, 녹색 파장의 광을 광전변환하는 유기 광전변환층을 구성하는 재료로서, 예를 들면, 로다민계 색소, 메로시아닌계 색소, 퀴나크리돈 유도체, 서브프탈로시아닌계 색소(서브프탈로시아닌 유도체) 등을 들 수 있고, 청색의 광을 광전변환하는 유기 광전변환층을 구성하는 재료로서, 예를 들면, 쿠마린 색소, 트리스-8-히드록시퀴놀리네이토알루미늄(Alq3), 메로시아닌계 색소 등을 들 수 있고, 적색의 광을 광전변환하는 유기 광전변환층을 구성하는 재료로서, 예를 들면, 프탈로시아닌계 색소, 서브프탈로시아닌계 색소(서브프탈로시아닌 유도체)를 들 수 있다.
또한, 광전변환층을 구성한 무기계 재료로서, 결정 실리콘, 어모퍼스 실리콘, 미결정 실리콘, 결정 셀렌, 어모퍼스 셀렌, 및, 칼코파이라이트계 화합물인 CIGS(CuInGaSe), CIS(CuInSe2), CuInS2, CuAlS2, CuAlSe2, CuGaS2, CuGaSe2, AgAlS2, AgAlSe2, AgInS2, AgInSe2, 또한, Ⅲ-V족 화합물인 GaAs, InP, AlGaAs, InGaP, AlGaInP, InGaAsP, 나아가서는, CdSe, CdS, In2Se3, In2S3, Bi2Se3, Bi2S3, ZnSe, ZnS, PbSe, PbS 등의 화합물 반도체를 들 수 있다. 더하여, 이들의 재료로 이루어지는 양자 도트를 광전변환층에 사용하는 것도 가능하다.
제2 전극(11(11A~11C))은, 투명 도전 재료로 이루어지는 투명 전극이 바람직하다. 제2 전극(11A~11C)의 각각은, 같은 재료로 구성되어도 좋고, 다른 재료로 구성되어도 좋다. 제2 전극(11A~11C)의 각각은, 스퍼터링법 또는 화학 증착법(CVD)에 의해 형성할 수 있다.
투명 도전 재료로서는, 예를 들면, 산화인듐, 인듐-주석산화물(ITO, Indium Tin Oxide, Sn 도프의 In2O3, 결정성 ITO 및 어모퍼스 ITO를 포함한다), 산화아연에 도펀트로서 인듐을 첨가한 인듐-아연산화물(IZO, Indium Zinc Oxide), 산화갈륨에 도펀트로서 인듐을 첨가한 인듐-갈륨 산화물(IGO), 산화아연에 도펀트로서 인듐과 갈륨을 첨가한 인듐-갈륨-아연산화물(IGZO, In-GaZnO4), 산화아연에 도펀트로서 인듐과 주석을 첨가한 인듐-주석-아연산화물(ITZO), IFO(F 도프의 In2O3), 산화주석(SnO2), ATO(Sb 도프의 SnO2), FTO(F 도프의 SnO2), 산화아연(타 원소를 도프한 ZnO를 포함한다), 산화아연에 도펀트로서 알루미늄을 첨가한 알루미늄-아연산화물(AZO), 산화아연에 도펀트로서 갈륨을 첨가한 갈륨-아연산화물(GZO), 산화티탄(TiO2), 산화티탄에 도펀트로서 니오브를 첨가한 니오브-티탄산화물(TNO), 산화안티몬, 스피넬형 산화물, YbFe2O4 구조를 갖는 산화물을 예시할 수 있다.
제1 전극(16)은, 예를 들면, 산화인듐주석막, 산화인듐아연막 등의 투명 도전막 등으로 형성된다.
절연층(12)의 재료로서는, 산화규소계 재료, 질화규소(SiNx), 산화알루미늄(Al2O3) 등의 금속 산화물 고유전 절연재료 등의 무기계 절연재료를 들 수 있다. 이 밖에, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리비닐페놀(PVP), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리이미드, 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리스티렌, N-2(아미노에틸)3-아미노프로필트리메톡시실란(AEAPTMS), 3-메르캅토프로필트리메톡시실란(MPTMS), 옥타데실트리클로로실란(OTS) 등의 실라놀 유도체(실란 커플링제), 노볼락형 페놀 수지, 불소계 수지, 옥타데칸티올, 도데실이소시아네이트 등의 일단에 제어 전극과 결합 가능한 관능기를 갖는 직쇄 탄화수소류로 예시되는 유기계 절연재료(유기 폴리머)를 들 수 있고, 이들을 조합시켜서 이용할 수도 있다. 또한, 산화규소계 재료로서는, 산화실리콘(SiOx), BPSG, PSG, BSG, AsSG, PbSG, 산화질화실리콘(SiON), SOG(스핀 온 글라스), 저유전율 재료(예를 들면, 폴리아릴에테르, 시클로퍼플루오로카본 폴리머 및 벤조시클로부텐, 환상 불소 수지, 폴리테트라플루오로에틸렌, 불화아릴에테르, 불화폴리이미드, 어모퍼스 카본 및 유기 SOG)를 들 수 있다.
절연층(12)은, 축적 전극(11B) 및 전송 전극(11C)과 제2 산화물 반도체층(13)을 전기적으로 분리하기 위한 것이다. 절연층(12)은, 하부 전극(11)을 덮도록 마련되어 있다. 또한, 절연층(12)에는, 하부 전극(11) 중, 판독 전극(11A)상에 개구부가 마련되어 있고, 이 개구부를 통하여, 판독 전극(11A)과 전하 축적층(13)이 전기적으로 접속되어 있다. 개구(12H)의 측면은, 예를 들면, 도 2에 도시한 바와 같이, 광 입사측(S1)을 향하고 넓어지는 경사를 갖는 것이 바람직하다. 이에 의해, 전하 축적층(13)으로부터 판독 전극(제3 전극)(11A)에의 전하의 이동이 보다 원활하게 된다.
p형 버퍼층(17)은, 광전변환층(15)에서 생긴 정공의 제1 전극(16)으로의 공급을 촉진하기 위한 것이고, 예를 들면, 산화몰리브덴(MoO3), 산화니켈(NiO) 또는 산화바나듐(V2O5) 등에 의해 구성되어 있어도 좋다. PEDOT(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)), TPD(N,N'-Bis(3-methylphenyl)-N,N'-diphenylbenzidine), 2T-NATA(4,4',4"-트리스[2-나프틸(페닐)아미노]트리페닐아민) 등의 유기 재료에 의해 p형 버퍼층(정공 수송층)을 구성하도록 하여도 좋다.
n형 버퍼층(18)은, 광전변환층(15)에서 생긴 전자의 제2 전극(11A)으로의 공급을 촉진하기 위한 것이고, 예를 들면, 산화티탄(TiO2), 산화아연(ZnO) 등에 의해 구성되어 있어도 좋다. 산화티탄과 산화아연을 적층시켜서 n형 버퍼층(18)을 구성하도록 하여도 좋다. 또한, n형 버퍼층(18)은, 고분자 반도체 재료, 유기계 재료, 예를 들면, 피리딘, 퀴놀린, 아크리딘, 인돌, 이미다졸, 벤즈이미다졸, 페난트롤린과 같은 N을 포함하는 복소환을 분자 골격의 일부로 하는 유기 분자 및 유기 금속 착체로서, 또한 가시광 영역의 흡수가 적은 재료로 구성되어도 좋다.
판독 전극(11A)은, 광전변환층(15) 내에서 발생한 신호 전하를 플로팅 디퓨전(부도시)에 전송하기 위한 것이다.
축적 전극(11B)은, 광전변환층(15) 내에서 발생한 전하 중, 신호 전하(전자)를 제1 산화물 반도체층(14) 및 제2 산화물 반도체층(13)에 축적하기 위한 것이다. 축적 전극(11B)은, 판독 전극(11A)보다도 큰 것이 바람직하고, 이에 의해, 많은 전하를 축적할 수 있다.
전송 전극(11C)은, 축적 전극(11B)에서 축적된 전하의 판독 전극(11A)으로의 전송의 효율을 향상시키기 위한 것이고, 판독 전극(11A)과 축적 전극(11B)의 사이에 마련되어 있다. 이 전송 전극(11C)은, 예를 들면, 구동 회로를 구성하는 화소 구동 회로에 접속되어 있다. 판독 전극(11A), 축적 전극(11B) 및 전송 전극(11C)은, 각각 독립하여 전압을 인가하는 것이 가능하게 되어 있다.
본 기술에 관한 제1의 실시 형태의 고체 촬상 소자는, 공지의 방법, 예를 들면, 스퍼터법, 포토 리소그래피 기술에 의해 패터닝하여 드라이 에칭 또는 웨트 에칭 하는 방법, 습식 성막법을 이용하여 제조할 수 있다. 습식 성막법으로서는, 예를 들면, 스핀 코트법, 침지법, 캐스트법, 스크린 인쇄법이나 잉크젯 인쇄법, 오프셋 인쇄법, 그라비어 인쇄법이라는 각종 인쇄법, 스탬프법, 스프레이법, 에어 독터 코터법, 블레이드 코터법, 로드 코터법, 나이프 코터법, 스퀴즈 코터법, 리버스 롤 코터법, 트랜스퍼 롤 코터법, 그라비어 코터법, 키스 코터법, 캐스트 코터법, 스프레이 코터법, 슬릿 오리피스 코터법, 캘린더 코터법이라는 각종 코팅법을 들 수 있다.
도 7은, 고체 촬상 소자(1001)를 도시하는 기능 블록도이다. 이 고체 촬상 소자(1001)는, CMOS 이미지 센서이고, 촬상 에어리어로서의 화소부(101a)를 갖음과 함께, 예를 들면 행 주사부(131), 수평 선택부(133), 열 주사부(134) 및 시스템 제어부(132)로 이루어지는 회로부(130)를 갖고 있다. 이 화소부(1a)의 주변 영역 또는 화소부(101a)와 적층되고, 회로부(130)는, 화소부(101a)의 주변 영역에 마련되어 있어도 좋고, 화소부(101a)와 적층되어(화소부(101a)에 대향하는 영역에) 마련되어 있어도 좋다.
화소부(101a)는, 예를 들면 행렬형상으로 2차원 배치된 복수의 단위 화소(P)(예를 들면, 고체 촬상 소자(1화소분)(10)에 상당)를 갖고 있다. 이 단위 화소(P)에는, 예를 들면 화소 행마다 화소 구동선(Lread)(구체적으로는 행 선택선 및 리셋 제어선)이 배선되고, 화소 열마다 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 대응한 출력단에 접속되어 있다.
행 주사부(131)는, 시프트 레지스터나 어드레스 디코더 등에 의해 구성되고, 화소부(101a)의 각 화소(P)를, 예를 들면 행 단위로 구동하는 화소 구동부이다. 행 주사부(131)에 의해 선택 주사된 화소 행의 각 화소(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 전송되고, 당해 수평 신호선(135)을 통하여 외부에 출력된다.
시스템 제어부(132)는, 외부로부터 주어지는 클록이나, 동작 모드를 지령하는 데이터 등을 수취하고, 또한, 고체 촬상 소자(1001)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 구동 제어를 행한다.
도 2는, 본 기술에 관한 고체 촬상 소자에 포함되는 제1 산화물 반도체층 및 제2 산화물 반도체층의 구성례를 모식적으로 도시한 단면도이다. 도 2(a)는 제2 산화물 반도체층(13a)을 도시하고, 도 2(b)는, 제2 산화물 반도체층(13b)상에 저 수소 농도의 제1 산화물 반도체층(14b)이 배치되어 있는 것을 도시하고(예를 들면, 후술하는 제2의 실시 형태의 고체 촬상 소자에 적용할 수 있다.), 도 2(c)는, 제2 산화물 반도체층(13c)상에 고 막밀도의 제1 산화물 반도체층(14c)이 배치되어 있는 것을 도시한다(예를 들면, 제1의 실시 형태의 고체 촬상 소자에 적용할 수 있다.). 제2 산화물 반도체층(13a, 13b 및 13c)은, 트랩이 적은 막이고, H2O 어닐 등으로 수소 종단 상태이기 때문에, 어느 정도의 수소량이 포함되는 막이고, 어닐 회복할 수 있는 정도의 막밀도를 갖는다. 제1 산화물 반도체층(14b)은, 표면의 수소 이탈을 억제하는 막이고, 제1 산화물 반도체층(14c)은, 탈수 억제막이다.
도 3은, 수증기 분위기하의 어닐과, 제1 산화물 반도체층 중의 수소 농도와의 관계를 도시하는 도면이다. 도 3의 횡축은, 제1 산화물 반도체층(또는 제2 산화물 반도체층)의 깊이(두께 방향의 길이)(Depth(㎚))를 나타내고, 도 3의 종축의 좌측은 H/O Concentration(atoms/cm3)를 나타내고, 도 3의 종축의 우측은 Counts를 나타낸다. 수소(H) 및 산소(O)의 데이터는, 도 3의 종축의 좌측(H/O Concentration(atoms/cm3))에 상당하고, 인듐(In) 및 갈륨(Ga)의 데이터는, 도 3의 종축의 우측(Counts)에 상당한다. 인듐(In), 갈륨(Ga) 및 산소(O)의 데이터에 의해, 제1 산화물 반도체층(또는 제2 산화물 반도체층)의 막두께(깊이)를 확인할 수 있다.
도 3(a)은, 어닐하지 않은 때의 제1 산화물 반도체층 중의 수소 농도와의 관계를 도시하는 도면이고, 도 3(b)은, 어닐(150℃, 2hour)과 제1 산화물 반도체층 중의 수소 농도와의 관계를 도시하는 도면이고, 도 3(c)은, 어닐(350℃, 2hour)과 제1 산화물 반도체층 중의 수소 농도와의 관계를 도시하는 도면이다. 도 3에는, 수증기 분위기하에서의 어닐 온도에 의한 제1 산화물 반도체층 중(막 내)의 수소 농도의 증가가 도시되어 있다. 어닐 150℃(×2hour)에서는 성막 직후(어닐 없음)와 변화 없지만, 350℃(×2hour)에서 막 표면측부터 구배로서 깊이 100㎚까지 20승(乘) 이상의 수소 농도를 얻을 수 있다. 또한, 도 3은, 제2 산화물 반도체층에 대해서도 같은 것을 말할 수 있다.
도 4는, 중수(重水) 어닐 후의 중수소와 제1 산화물 반도체층의 막밀도와의 관계를 도시하는 도면이다. 도 4의 횡축은, 제1 산화물 반도체층(또는 제2 산화물 반도체층)의 깊이(두께 방향의 길이)(Depth(㎚))를 나타내고, 도 4의 종축의 좌측은 D/H/O Concentration(atoms/cm3)를 나타내고, 도 4의 종축의 우측은 Counts를 나타낸다. 중수소(D), 수소(H) 및 산소(O)의 데이터는, 도 4의 종축의 좌측(D/H/O Concentration(atoms/cm3))에 상당하고, 인듐(In) 및 갈륨(Ga)의 데이터는, 도 4의 종축의 우측(Counts)에 상당한다. 인듐(In), 갈륨(Ga) 및 산소(O)의 데이터에 의해, 제1 산화물 반도체층(또는 제2 산화물 반도체층)의 막두께(깊이)를 확인할 수 있다.
도 4(a)는, 중수 어닐 후의 중수소와 제1 산화물 반도체층의 막밀도(6.12g/cm3)와의 관계를 도시하는 도면이고, 도 4(b)는, 중수 어닐 후의 중수소와 제1 산화물 반도체층의 막밀도(6.28g/cm3)와의 관계를 도시하는 도면이다. 도 4에는, 제1 산화물 반도체층(IGZO막)의 막밀도에 의한 수증기 분위기하 어닐에서의 수소 농도의 차이가 도시되어 있다. 원래부터 막 내에 있는 수소와 구별하기 위해 중수소수 분위기하에서 어닐하고 있다. 막밀도 6.12g/cm3(도 4(a))에서는, 1E20atoms/cm3 이상을 얻을 수 있는데, 막밀도 6.28g/cm3(도 4(b))에서는 수소 농도가 1E20atoms/cm3 이하가 된다. 또한, 도 4는, 제2 산화물 반도체층에 대해서도 같은 것을 말할 수 있다.
도 5는, 산소 가스 유량과 제1 산화물 반도체층의 막밀도와의 관계를 도시하는 도면이다. 도 5의 횡축은, O2/(Ar+O2) Flow Ratio를 나타내고, 도 5의 종축은, XRD Density [/cm3]를 나타낸다.
산소 가스 유량을 증감시키면 막밀도가 변화시키는 것이 가능하다. 투입 파워(도 5에 나타나는 Power A 및 Power B)를 바꿈으로서도 막밀도를 변화시키는 것이 가능하다. 또한, 도 5는, 제2 산화물 반도체층에 대해서도 같은 것을 말할 수 있다.
도 6은, 수증기 분위기하의 어닐 전후에 의한 TFT 특성을 설명하기 위한 도면이다. 도 6의 횡축은 VGS[V](게이트 전압)이고, 도 6의 종축은 ID[A](드레인 전류)이다.
수증기 분위기하의 어닐 전후에서의 IGZO막(제1 산화물 반도체층)을 이용한 TFT의 Id-Vg 특성을 도시한다. 도 6에 도시되는 바와 같이, 수소 도입에 의한 막 내 트랩의 저감으로 임계치 전압이 0V 부근이 되고 가파른 상승을 나타낸다. 또한, 도 6은, 제2 산화물 반도체층에 대해서도 같은 것을 말할 수 있다.
<3. 제2의 실시 형태(고체 촬상 소자의 예 2)>
본 기술에 관한 제2의 실시 형태(고체 촬상 소자의 예 2)의 고체 촬상 소자는, 광 입사측부터 차례로, 적어도, 제1 광전변환부와, 제2광전변환부가 형성된 반도체 기판을 구비하고, 제1 광전변환부가, 적어도, 제1 전극과, 광전변환층과, 제1 산화물 반도체층과, 제2 산화물 반도체층과, 제2 전극을 이 순서로 포함하고, 제1 산화물 반도체층의 수소 농도가, 제2 산화물 반도체층의 수소 농도보다도 낮은, 고체 촬상 소자이다.
본 기술에 관한 제2의 실시 형태의 고체 촬상 소자에 의하면, 고체 촬상 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있고, 보다 상세하게는, 저 수소 농도층인 제1 산화물 반도체층의 도입에 의해 광전변환층(n형 버퍼층)측에의 H2O 이탈에 의한 캐리어 농도의 증가가 억제된다. 즉, 저 수소 농도인 제1 산화물 반도체층은, 물(H2O)이 이탈하기 어렵고, 표면(광전변환층(또는 n형 버퍼층)과 접하는 표면)의 산소 결손 생성이 억제될 수 있다.
본 기술에 관한 제2의 실시 형태의 고체 촬상 소자에서, 제1 산화물 반도체층의 막밀도가, 제2 산화물 반도체층의 막밀도보다도 높은 것이 바람직하다.
본 기술에 관한 제2의 실시 형태의 고체 촬상 소자에 관해, 상기에서 설명을 한 이외는, 본 기술에 관한 제1의 실시 형태의 고체 촬상 소자의 난에서 설명한 내용(도 1~도 7에 관한 내용을 포함한다.)을 그대로 적용할 수 있다.
<4. 제3의 실시 형태(고체 촬상 소자의 예 3)>
본 기술에 관한 제3의 실시 형태(고체 촬상 소자의 예 3)의 고체 촬상 소자는, 광 입사측부터 차례로, 적어도, 제1 광전변환부와, 제2광전변환부가 형성된 반도체 기판을 구비하고, 제1 광전변환부가, 적어도, 제1 전극과, 광전변환층과, 제1 산화물 반도체층과, 제2 산화물 반도체층과, 제2 전극을 이 순서로 포함하고, 제1 산화물 반도체층의 막밀도가, 제2 산화물 반도체층의 막밀도보다도 높고, 또한, 제1 산화물 반도체층의 수소 농도가, 제2 산화물 반도체층의 수소 농도보다도 낮은, 고체 촬상 소자이다.
본 기술에 관한 제3의 실시 형태의 고체 촬상 소자에 의하면, 고밀도층으로서, 또한, 저 수소 농도인 제1 산화물 반도체층의 도입에 의해, 제2 산화물 반도체층의 산화물 반도체로부터의 H2O의 이탈을 억제하고, 광전변환층(또는 n버퍼층)과 접하는 제1 산화물 반도체층의 표면의 캐리어 농도의 증가를 억제할 수 있고, 나아가서는, 광전변환층(n형 버퍼층)측에의 H2O 이탈에 의한 캐리어 농도의 증가가 억제된다. 즉, 본 기술에 관한 제3의 실시 형태의 고체 촬상 소자의 제1 산화물 반도체층은, 저 수소 농도층이기도 하기 때문에, 물(H2O)이 이탈을 하기 어렵고, 표면(광전변환층(또는 n버퍼층)과 접하는 표면)의 산소 결손 생성이 억제될 수 있다.
본 기술에 관한 제3의 실시 형태의 고체 촬상 소자에 관해, 상기에서 설명을 한 이외는, 본 기술에 관한 제1의 실시 형태의 고체 촬상 소자의 난에서 설명한 내용(도 1~도 7에 관한 내용을 포함한다.)이 그대로 적용할 수 있다.
<5. 제4의 실시 형태(전자 장치의 예)>
본 기술에 관한 제4의 실시 형태의 전자 장치는, 본 기술에 관한 제1~3의 실시 형태의 고체 촬상 소자의 어느 하나의 실시 형태의 고체 촬상 소자를 구비하는, 전자 장치이다. 본 기술에 관한 제1~3의 실시 형태의 고체 촬상 소자는 상기한 바와 같기 때문에, 여기서는 설명을 생략한다. 본 기술에 관한 제4의 실시 형태의 전자 장치는, 우수한 신뢰성을 갖는 고체 촬상 소자를 구비하기 때문에, 전자 장치의 신뢰성 등의 향상을 도모할 수 있다.
<6. 본 기술을 적용한 고체 촬상 소자의 사용례>
도 8은, 이미지 센서로서의 본 기술에 관한 제1~3의 실시 형태의 고체 촬상 소자의 사용례를 도시하는 도면이다.
상술한 제1~3의 실시 형태의 고체 촬상 소자는, 예를 들면, 이하와 같이, 가시광이나, 적외광, 자외광, X선 등의 광을 센싱하는 다양한 케이스에 사용할 수 있다. 즉, 도 8에 도시하는 바와 같이, 예를 들면, 감상용으로 제공되는 화상을 촬영하는 감상의 분야, 교통의 분야, 가전의 분야, 의료·헬스케어의 분야, 시큐리티의 분야, 미용의 분야, 스포츠의 분야, 농업의 분야 등에서 이용되는 장치(예를 들면, 상술한 제4의 실시 형태의 전자 장치)에, 제1~3의 실시 형태의 고체 촬상 소자를 사용할 수 있다.
구체적으로는, 감상의 분야에서는, 예를 들면, 디지털 카메라나 스마트폰, 카메라 기능 부착의 휴대 전화기 등의, 감상용으로 제공되는 화상을 촬영하기 위한 장치에, 제1~3의 실시 형태의 고체 촬상 소자를 사용할 수 있다.
교통의 분야에서는, 예를 들면, 자동 정지 등의 안전운전이나, 운전자의 상태의 인식 등을 위해, 자동차의 전방이나 후방, 주위, 차내 등을 촬영하는 차량탑재용 센서, 주행 차량이나 도로를 감시하는 감시 카메라, 차량 사이 등의 거리측정을 행하는 거리측정 센서 등의, 교통용으로 제공되는 장치에, 제1~3의 실시 형태의 고체 촬상 소자를 사용할 수 있다.
가전의 분야에서는, 예를 들면, 사용자의 제스처를 촬영하고, 그 제스처에 응한 기기 조작을 행하기 위해, 텔레비전 수상기나 냉장고, 에어 컨디셔너 등의 가전에 제공되는 장치로, 제1~3의 실시 형태의 고체 촬상 소자를 사용할 수 있다.
의료·헬스케어의 분야에서는, 예를 들면, 내시경이나, 적외광의 수광에 의한 혈관 촬영을 행하는 장치 등의, 의료나 헬스케어용으로 제공되는 장치에, 제1~3의 실시 형태의 고체 촬상 소자를 사용할 수 있다.
시큐리티의 분야에서는, 예를 들면, 방범 용도의 감시 카메라나, 인물 인증 용도의 카메라 등의, 시큐리티용으로 제공되는 장치에, 제1~3의 실시 형태의 고체 촬상 소자를 사용할 수 있다.
미용의 분야에서는, 예를 들면, 피부를 촬영한 피부 측정기나, 두피를 촬영한 마이크로 스코프 등의, 미용용으로 제공되는 장치에, 제1~3의 실시 형태의 고체 촬상 소자를 사용할 수 있다.
스포츠의 분야에서, 예를 들면, 스포츠 용도 등 용의 액션 카메라나 웨어러블 카메라 등의, 스포츠용으로 제공되는 장치에, 제1~3의 실시 형태의 고체 촬상 소자를 사용할 수 있다.
농업의 분야에서는, 예를 들면, 밭이나 작물의 상태를 감시하기 위한 카메라 등의, 농업용으로 제공되는 장치에, 제1~3의 실시 형태의 고체 촬상 소자를 사용할 수 있다.
다음에, 본 기술에 관한 제1~3의 실시 형태의 고체 촬상 소자의 사용례를 구체적으로 설명한다. 예를 들면, 상술에서 설명을 한 고체 촬상 소자(1001)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 9에, 그 한 예로서, 전자 기기(1002)(카메라)의 개략 구성을 도시한다. 이 전자 기기(1002)는, 예를 들면 정지화 또는 동화를 촬영 가능한 비디오 카메라이고, 고체 촬상 소자(399)와, 광학계(광학 렌즈(310))와, 셔터 장치(311)와, 고체 촬상 소자(399) 및 셔터 장치(311)를 구동하는 구동부(313)와, 신호 처리부(312)를 갖는다.
광학계(310)는, 피사체로부터의 상광(입사광)을 고체 촬상 소자(399)의 화소부에 유도하는 것이다. 이 광학계(310)는, 복수의 광학 렌즈로 구성되어 있어도 좋다. 셔터 장치(311)는, 고체 촬상 소자(399)에의 광조사 기간 및 차광 기간을 제어하는 것이다. 구동부(313)는, 고체 촬상 소자(399)의 전송 동작 및 셔터 장치(311)의 셔터 동작을 제어하는 것이다. 신호 처리부(312)는, 고체 촬상 소자(399)로부터 출력된 신호에 대해, 각종의 신호 처리를 행하는 것이다. 신호 처리 후의 영상 신호(Dout)는, 메모리 등의 기억 매체에 기억되거나, 또는, 모니터 등에 출력된다.
<7. 내시경 수술 시스템에의 응용례>
본 기술은, 다양한 제품에 응용할 수 있다. 예를 들면, 본 개시에 관한 기술(본 기술)은, 내시경 수술 시스템에 적용되어도 좋다.
도 10은, 본 개시에 관한 기술(본 기술)이 적용될 수 있는 내시경 수술 시스템의 개략적인 구성의 한 예를 도시하는 도면이다.
도 10에서는, 수술자(의사)(11131)가, 내시경 수술 시스템(11000)을 이용하여, 환자 베드(11133)상의 환자(11132)에게 수술을 행하고 있는 양상이 도시되어 있다. 도시하는 바와 같이, 내시경 수술 시스템(11000)은, 내시경(11100)과, 기복 튜브(11111)와 에너지 처치구(11112) 등의, 그 밖의 수술구(11110)와, 내시경(11100)을 지지하는 지지 암 장치(11120)와, 내시경하 수술을 위한 각종의 장치가 탑재된 카트(11200)로 구성된다.
내시경(11100)은, 선단부터 소정 길이의 영역이 환자(11132)의 체강 내에 삽입되는 경통(11101)과, 경통(11101)의 기단에 접속된 카메라 헤드(11102)로 구성된다. 도시한 예에서는, 경성(硬性)의 경통(11101)을 갖는 이른바 경성경(硬性鏡)으로서 구성된 내시경(11100)을 도시하고 있는데, 내시경(11100)은, 연성(軟性)의 경통을 갖는 이른바 연성경(軟性鏡)으로서 구성되어도 좋다.
경통(11101)의 선단에는, 대물 렌즈가 끼워넣어진 개구부가 마련되어 있다. 내시경(11100)에는 광원 장치(11203)가 접속되어 있고, 당해 광원 장치(11203)에 의해 생성된 광이, 경통(11101)의 내부에 연설된 라이트 가이드에 의해 당해 경통의 선단까지 도광되고, 대물 렌즈를 통하여 환자(11132)의 체강 내의 관찰 대상을 향하여 조사된다. 또한, 내시경(11100)은, 직시경(直視鏡)이라도 좋고, 사시경(斜視鏡) 또는 측시경(側視鏡)이라도 좋다.
카메라 헤드(11102)의 내부에는 광학계 및 촬상 소자가 마련되어 있고, 관찰 대상으로부터의 반사광(관찰광)은 당해 광학계에 의해 당해 촬상 소자에 집광된다. 당해 촬상 소자에 의해 관찰광이 광전변환되어, 관찰광에 대응하는 전기 신호, 즉 관찰상에 대응하는 화상 신호가 생성된다. 당해 화상 신호는, RAW 데이터로서 카메라 컨트롤 유닛(CCU: Camera Control Unit(11201))에 송신된다.
CCU(11201)는, CPU(Central Processing Unit)나 GPU(Graphics Processing Unit) 등에 의해 구성되고, 내시경(11100) 및 표시 장치(11202)의 동작을 통괄적으로 제어한다. 또한, CCU(11201)는, 카메라 헤드(11102)로부터 화상 신호를 수취하고, 그 화상 신호에 대해, 예를 들면 현상 처리(디모자이크 처리) 등의, 당해 화상 신호에 의거한 화상을 표시하기 위한 각종의 화상 처리를 시행한다.
표시 장치(11202)는, CCU(11201)로부터의 제어에 의해, 당해 CCU(11201)에 의해 화상 처리가 시행된 화상 신호에 의거한 화상을 표시한다.
광원 장치(11203)는, 예를 들면 LED(Light Emitting Diode) 등의 광원으로 구성되고, 수술부 등을 촬영할 때의 조사광을 내시경(11100)에 공급한다.
입력 장치(11204)는, 내시경 수술 시스템(11000)에 대한 입력 인터페이스이다. 유저는, 입력 장치(11204)를 통하여, 내시경 수술 시스템(11000)에 대해 각종의 정보의 입력이나 지시 입력을 행할 수가 있다. 예를 들면, 유저는, 내시경(11100)에 의한 촬상 조건(조사광의 종류, 배율 및 초점 거리 등)을 변경하는 취지의 지시 등을 입력한다.
처치구 제어 장치(11205)는, 조직의 소작(燒炸), 절개 또는 혈관의 봉지 등을 위한 에너지 처치구(11112)의 구동을 제어한다. 기복 장치(11206)는, 내시경(11100)에 의한 시야의 확보 및 수술자의 작업 공간의 확보의 목적으로, 환자(11132)의 체강을 부풀리기 위해, 기복 튜브(11111)를 통하여 당해 체강 내에 가스를 보낸다. 레코더(11207)는, 수술에 관한 각종의 정보를 기록 가능한 장치이다. 프린터(11208)는, 수술에 관한 각종의 정보를, 텍스트, 화상 또는 그래프 등 각종의 형식으로 인쇄 가능한 장치이다.
또한, 내시경(11100)에 수술부를 촬영할 때의 조사광을 공급하는 광원 장치(11203)는, 예를 들면 LED, 레이저광원 또는 이들의 조합에 의해 구성된 백색 광원으로 구성할 수 있다. RGB 레이저 광원의 조합에 의해 백색 광원이 구성되는 경우에는, 각 색(각 파장)의 출력 강도 및 출력 타이밍을 고정밀도로 제어할 수 있기 때문에, 광원 장치(11203)에서의 촬상 화상의 화이트 밸런스의 조정을 행할 수가 있다. 또한, 이 경우에는, RGB 레이저 광원 각각으로부터의 레이저광을 시분할로 관찰 대상에 조사하고, 그 조사 타이밍에 동기하여 카메라 헤드(11102)의 촬상 소자의 구동을 제어함에 의해, RGB 각각에 대응한 화상을 시분할로 촬상하는 것도 가능하다. 당해 방법에 의하면, 당해 촬상 소자에 컬러 필터를 마련하지 않아도, 컬러 화상을 얻을 수 있다.
또한, 광원 장치(11203)는, 출력하는 광의 강도를 소정의 시간마다 변경하도록 그 구동이 제어되어도 좋다. 그 광의 강도의 변경의 타이밍에 동기하여 카메라 헤드(11102)의 촬상 소자의 구동을 제어하여 시분할로 화상을 취득하고, 그 화상을 합성함에 의해, 이른바 흑바램 및 백바램이 없는 고 다이내믹 레인지의 화상을 생성할 수 있다.
또한, 광원 장치(11203)는, 특수광 관찰에 대응한 소정 파장대역의 광을 공급 가능하게 구성되어도 좋다. 특수광 관찰에서는, 예를 들면, 체조직에서의 광의 흡수의 파장 의존성을 이용하여, 통상의 관찰시에서의 조사광(즉, 백색광)에 비하여 협대역의 광을 조사함에 의해, 점막 표층의 혈관 등의 소정의 조직을 고 콘트라스트로 촬영하는, 이른바 협대역 광관찰(Narrow Band Imaging)이 행해진다. 또는, 특수광 관찰에서는, 여기광을 조사함에 의해 발생하는 형광에 의해 화상을 얻는 형광 관찰이 행해져도 좋다. 형광 관찰에서는, 체조직에 여기광을 조사하여 당해 체조직으로부터의 형광을 관찰하는 것(자가 형광 관찰), 또는 인도시아닌그린(ICG) 등의 시약을 체조직에 국주(局注)함과 함께 당해 체조직에 그 시약의 형광 파장에 대응한 여기광을 조사하여 형광상을 얻는 것 등을 행할 수가 있다. 광원 장치(11203)는, 이와 같은 특수광 관찰에 대응한 협대역광 및/또는 여기광을 공급 가능하게 구성될 수 있다.
도 11은, 도 10에 도시하는 카메라 헤드(11102) 및 CCU(11201)의 기능 구성의 한 예를 도시하는 블록도이다.
카메라 헤드(11102)는, 렌즈 유닛(11401)과, 촬상부(11402)와, 구동부(11403)와, 통신부(11404)와, 카메라 헤드 제어부(11405)를 갖는다. CCU(11201)는, 통신부(11411)와, 화상 처리부(11412)와, 제어부(11413)를 갖는다. 카메라 헤드(11102)와 CCU(11201)는, 전송 케이블(11400)에 의해 서로 통신 가능하게 접속되어 있다.
렌즈 유닛(11401)은, 경통(11101)과의 접속부에 마련되는 광학계이다. 경통(11101)의 선단부터 받아들여진 관찰광은, 카메라 헤드(11102)까지 도광되고, 당해 렌즈 유닛(11401)에 입사한다. 렌즈 유닛(11401)은, 줌렌즈 및 포커스 렌즈를 포함하는 복수의 렌즈가 조합되어 구성된다.
촬상부(11402)는, 촬상 소자로 구성된다. 촬상부(11402)를 구성하는 촬상 소자는, 하나(이른바 단판식)라도 좋고, 복수(이른바 다판식)라도 좋다. 촬상부(11402)가 다판식으로 구성되는 경우에는, 예를 들면 각 촬상 소자에 의해 RGB 각각에 대응하는 화상 신호가 생성되고, 그것들이 합성됨에 의해 컬러 화상이 얻어져도 좋다. 또는, 촬상부(11402)는, 3D(Dimensional) 표시에 대응하는 우안용 및 좌안용의 화상 신호를 각각 취득하기 위한 한 쌍의 촬상 소자를 갖도록 구성되어도 좋다. 3D 표시가 행해짐에 의해, 수술자(11131)는 수술부에서의 생체 조직의 깊이를 보다 정확하게 파악하는 것이 가능해진다. 또한, 촬상부(11402)가 다판식으로 구성되는 경우에는, 각 촬상 소자에 대응하여, 렌즈 유닛(11401)도 복수 계통 마련될 수 있다.
또한, 촬상부(11402)는, 반드시 카메라 헤드(11102)에 마련되지 않아도 좋다. 예를 들면, 촬상부(11402)는, 경통(11101)의 내부에, 대물 렌즈의 직후에 마련되어도 좋다.
구동부(11403)는, 액추에이터에 의해 구성되고, 카메라 헤드 제어부(11405)로부터의 제어에 의해, 렌즈 유닛(11401)의 줌렌즈 및 포커스 렌즈를 광축에 따라 소정의 거리만큼 이동시킨다. 이에 의해, 촬상부(11402)에 의한 촬상 화상의 배율 및 초점이 적절히 조정될 수 있다.
통신부(11404)는, CCU(11201)와의 사이에서 각종의 정보를 송수신하기 위한 통신 장치에 의해 구성된다. 통신부(11404)는, 촬상부(11402)로부터 얻은 화상 신호를 RAW 데이터로서 전송 케이블(11400)을 통해 CCU(11201)에 송신한다.
또한, 통신부(11404)는, CCU(11201)로부터, 카메라 헤드(11102)의 구동을 제어하기 위한 제어 신호를 수신하고, 카메라 헤드 제어부(11405)에 공급한다. 당해 제어 신호에는, 예를 들면, 촬상 화상의 프레임 레이트를 지정하는 취지의 정보, 촬상시의 노출치를 지정하는 취지의 정보, 및/또는 촬상 화상의 배율 및 초점을 지정하는 취지의 정보 등, 촬상 조건에 관한 정보가 포함된다.
또한, 상기한 프레임 레이트나 노출치, 배율, 초점 등의 촬상 조건은, 유저에 의해 적절히 지정되어도 좋고, 취득된 화상 신호에 의거하여 CCU(11201)의 제어부(11413)에 의해 자동적으로 설정되어도 좋다. 후자인 경우에는, 이른바 AE(Auto Exposure) 기능, AF(Auto Focus) 기능 및 AWB(Auto White Balance) 기능이 내시경(11100)에 탑재되어 있게 된다.
카메라 헤드 제어부(11405)는, 통신부(11404)를 통하여 수신한 CCU(11201)로부터의 제어 신호에 의거하여, 카메라 헤드(11102)의 구동을 제어한다.
통신부(11411)는, 카메라 헤드(11102)와의 사이에서 각종의 정보를 송수신하기 위한 통신 장치에 의해 구성된다. 통신부(11411)는, 카메라 헤드(11102)로부터, 전송 케이블(11400)을 통하여 송신되는 화상 신호를 수신한다.
또한, 통신부(11411)는, 카메라 헤드(11102)에 대해, 카메라 헤드(11102)의 구동을 제어하기 위한 제어 신호를 송신한다. 화상 신호나 제어 신호는, 전기통신이나 광통신 등에 의해 송신할 수 있다.
화상 처리부(11412)는, 카메라 헤드(11102)로부터 송신된 RAW 데이터인 화상 신호에 대해 각종의 화상 처리를 시행한다.
제어부(11413)는, 내시경(11100)에 의한 수술부 등의 촬상, 및, 수술부 등의 촬상에 의해 얻어지는 촬상 화상의 표시에 관한 각종의 제어를 행한다. 예를 들면, 제어부(11413)는, 카메라 헤드(11102)의 구동을 제어하기 위한 제어 신호를 생성한다.
또한, 제어부(11413)는, 화상 처리부(11412)에 의해 화상 처리가 시행된 화상 신호에 의거하여, 수술부 등이 찍힌 촬상 화상을 표시 장치(11202)에 표시시킨다. 이때, 제어부(11413)는, 각종의 화상 인식 기술을 이용하여 촬상 화상 내에서의 각종의 물체를 인식해도 좋다. 예를 들면, 제어부(11413)는, 촬상 화상에 포함되는 물체의 에지의 형상이나 색 등을 검출함에 의해, 겸자(鉗子) 등의 수술구, 특정한 생체 부위, 출혈, 에너지 처치구(11112)의 사용시의 미스트 등을 인식할 수 있다. 제어부(11413)는, 표시 장치(11202)에 촬상 화상을 표시시킬 때에, 그 인식 결과를 이용하여, 각종의 수술 지원 정보를 당해 수술부의 화상에 중첩 표시시켜도 좋다. 수술 지원 정보가 중첩 표시되고, 수술자(11131)에게 제시됨에 의해, 수술자(11131)의 부담을 경감하는 것이나, 수술자(11131)가 확실하게 수술을 진행하는 것이 가능해진다.
카메라 헤드(11102) 및 CCU(11201)를 접속하는 전송 케이블(11400)은, 전기 신호의 통신에 대응한 전기 신호 케이블, 광통신에 대응한 광파이버, 또는 이들의 복합 케이블이다.
여기서, 도시한 예에서는, 전송 케이블(11400)을 이용하여 유선으로 통신이 행해지고 있는데, 카메라 헤드(11102)와 CCU(11201) 사이의 통신은 무선으로 행해져도 좋다.
이상, 본 개시에 관한 기술이 적용될 수 있는 내시경 수술 시스템의 한 예에 관해 설명했다. 본 개시에 관한 기술은, 이상 설명한 구성 중, 내시경(11100)이나, 카메라 헤드(11102)(의 촬상부(11402)) 등에 적용될 수 있다. 구체적으로는, 본 기술에 관한 고체 촬상 소자는, 촬상부(10402)에 적용할 수 있다. 내시경(11100)이나, 카메라 헤드(11102)(의 촬상부(11402)) 등에 본 개시에 관한 기술을 적용함에 의해, 예를 들면, 보다 선명한 수술부 화상을 얻을 수 있기 때문에, 수술자가 수술부를 확실하게 확인하는 것이 가능해진다.
여기서는, 한 예로서 내시경 수술 시스템에 관해 설명했지만, 본 개시에 관한 기술(본 기술)은, 그 밖에, 예를 들면, 현미경 수술 시스템 등에 적용되어도 좋다.
<8. 이동체에의 응용례>
본 개시에 관한 기술(본 기술)은, 다양한 제품에 응용할 수 있다. 예를 들면, 본 개시에 관한 기술은, 자동차, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차, 자동 이륜차, 자전거, 퍼스널 모빌리티, 비행기, 드론, 선박, 로봇 등의 어느 한 종류의 이동체에 탑재된 장치로서 실현되어도 좋다.
도 12는, 본 개시에 관한 기술이 적용될 수 있는 이동체 제어 시스템의 한 예인 차량 제어 시스템의 개략적인 구성례를 도시하는 블록도이다.
차량 제어 시스템(12000)은, 통신 네트워크(12001)을 통하여 접속된 복수의 전자 제어 유닛을 구비한다. 도 12에 도시된 예에서는, 차량 제어 시스템(12000)은, 구동계 제어 유닛(12010), 바디계 제어 유닛(12020), 차외 정보 검출 유닛(12030), 차내 정보 검출 유닛(12040), 및 통합 제어 유닛(12050)을 구비한다. 또한, 통합 제어 유닛(12050)의 기능 구성으로서, 마이크로 컴퓨터(12051), 음성 화상 출력부(12052), 및 차량탑재 네트워크 I/F(interface)(12053)가 도시되어 있다.
구동계 제어 유닛(12010)은, 각종 프로그램에 따라 차량의 구동계에 관련되는 장치의 동작을 제어한다. 예를 들면, 구동계 제어 유닛(12010)은, 내연 기관 또는 구동용 모터 등의 차량의 구동력을 발생시키기 위한 구동력 발생 장치, 구동력을 차륜에 전달하기 위한 구동력 전달 기구, 차량의 타각(舵角)을 조절하는 스티어링 기구, 및, 차량의 제동력을 발생시키는 제동 장치 등의 제어 장치로서 기능한다.
바디계 제어 유닛(12020)은, 각종 프로그램에 따라 차체에 장비된 각종 장치의 동작을 제어한다. 예를 들면, 바디계 제어 유닛(12020)은, 키레스 엔트리시스템, 스마트 키 시스템, 파워 윈도우 장치, 또는, 헤드 램프, 백 램프, 브레이크 램프, 윙커 또는 포그램프 등의 각종 램프의 제어 장치로서 기능한다. 이 경우, 바디계 제어 유닛(12020)에는, 키를 대체하는 휴대기로부터 발신되는 전파 또는 각종 스위치의 신호가 입력될 수 있다. 바디계 제어 유닛(12020)은, 이들의 전파 또는 신호의 입력을 접수하여, 차량의 도어 로크 장치, 파워 윈도우 장치, 램프 등을 제어한다.
차외 정보 검출 유닛(12030)은, 차량 제어 시스템(12000)을 탑재한 차량의 외부의 정보를 검출한다. 예를 들면, 차외 정보 검출 유닛(12030)에는, 촬상부(12031)가 접속된다. 차외 정보 검출 유닛(12030)은, 촬상부(12031)에 차외의 화상을 촬상시킴과 함께, 촬상된 화상을 수신한다. 차외 정보 검출 유닛(12030)은, 수신한 화상에 의거하여, 사람, 차, 장애물, 표지 또는 노면상의 문자 등의 물체 검출 처리 또는 거리 검출 처리를 행해도 좋다.
촬상부(12031)는, 광을 수광하고, 그 광의 수광량에 응한 전기 신호를 출력하는 광센서이다. 촬상부(12031)는, 전기 신호를 화상으로서 출력할 수도 있고, 거리측정의 정보로서 출력할 수도 있다. 또한, 촬상부(12031)가 수광한 광은, 가시광이라도 좋고, 적외선 등의 비가시광이라도 좋다.
차내 정보 검출 유닛(12040)은, 차내의 정보를 검출한다. 차내 정보 검출 유닛(12040)에는, 예를 들면, 운전자의 상태를 검출하는 운전자 상태 검출부(12041)가 접속된다. 운전자 상태 검출부(12041)는, 예를 들면 운전자를 촬상하는 카메라를 포함하고, 차내 정보 검출 유닛(12040)은, 운전자 상태 검출부(12041)로부터 입력된 검출 정보에 의거하여, 운전자의 피로 정도 또는 집중 정도를 산출해도 좋고, 운전자가 앉아서 졸고 있지 않은지를 판별해도 좋다.
마이크로 컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030) 또는 차내 정보 검출 유닛(12040)에서 취득된 차내외의 정보에 의거하여, 구동력 발생 장치, 스티어링 기구 또는 제동 장치의 제어 목표치를 연산하고, 구동계 제어 유닛(12010)에 대해 제어 지령을 출력할 수 있다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차량의 충돌 회피 또는 충격 완화, 차간 거리에 의거한 추종 주행, 차속 유지 주행, 차량의 충돌 경고, 또는 차량의 레인 일탈 경고 등을 포함하는 ADAS(Advanced Driver Assistance System)의 기능 실현을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수가 있다.
또한, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030) 또는 차내 정보 검출 유닛(12040)에서 취득된 차량의 주위의 정보에 의거하여 구동력 발생 장치, 스티어링 기구 또는 제동 장치 등을 제어함에 의해, 운전자의 조작에 근거하지 않고 자율적으로 주행한 자동 운전 등을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수가 있다.
또한, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030)에서 취득된 차외의 정보에 의거하여, 바디계 제어 유닛(12020)에 대해 제어 지령을 출력할 수 있다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030)에서 검지한 선행차 또는 대향차의 위치에 응하여 헤드 램프를 제어하여, 하이 빔을 로우 빔으로 전환하는 등의 눈부심 방지를 도모하는 것을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수가 있다.
음성 화상 출력부(12052)는, 차량의 탑승자 또는 차외에 대해, 시각적 또는 청각적으로 정보를 통지하는 것이 가능한 출력 장치에 음성 및 화상 중의 적어도 일방의 출력 신호를 송신한다. 도 12의 예에서는, 출력 장치로서, 오디오 스피커(12061), 표시부(12062) 및 인스트루먼트 패널(12063)이 예시되어 있다. 표시부(12062)는, 예를 들면, 온 보드 디스플레이 및 헤드 업 디스플레이의 적어도 하나를 포함하고 있어도 좋다.
도 13은, 촬상부(12031)의 설치 위치의 예를 도시하는 도면이다.
도 13에서는, 차량(12100)은, 촬상부(12031)로서, 촬상부(12101, 12102, 12103, 12104, 12105)를 갖는다.
촬상부(12101, 12102, 12103, 12104, 12105)는, 예를 들면, 차량(12100)의 프런트 노우즈, 사이드 미러, 리어 범퍼, 백 도어 및 차실내의 프런트글라스의 상부 등의 위치에 마련되어진다. 프런트 노우즈에 구비되는 촬상부(12101) 및 차실내의 프런트글라스의 상부에 구비되는 촬상부(12105)는, 주로 차량(12100)의 전방의 화상을 취득한다. 사이드 미러에 구비되는 촬상부(12102, 12103)는, 주로 차량(12100)의 측방의 화상을 취득한다. 리어 범퍼 또는 백 도어에 구비되는 촬상부(12104)는, 주로 차량(12100)의 후방의 화상을 취득한다. 촬상부(12101 및 12105)에서 취득된 전방의 화상은, 주로 선행 차량 또는, 보행자, 장애물, 신호기, 교통 표지 또는 차선 등의 검출에 사용된다.
또한, 도 13에는, 촬상부(12101 내지 12104)의 촬영 범위의 한 예가 나타나 있다. 촬상 범위(12111)는, 프런트 노우즈에 마련된 촬상부(12101)의 촬상 범위를 나타내고, 촬상 범위(12112, 12113)는, 각각 사이드 미러에 마련된 촬상부(12102, 12103)의 촬상 범위를 나타내고, 촬상 범위(12114)는, 리어 범퍼 또는 백 도어에 마련된 촬상부(12104)의 촬상 범위를 나타낸다. 예를 들면, 촬상부(12101 내지 12104)에서 촬상된 화상 데이터가 중합시됨에 의해, 차량(12100)을 상방에서 본 부감(付勘) 화상을 얻을 수 있다.
촬상부(12101 내지 12104)의 적어도 하나는, 거리 정보를 취득하는 기능을 갖고 있어도 좋다. 예를 들면, 촬상부(12101 내지 12104)의 적어도 하나는, 복수의 촬상 소자로 이루어지는 스테레오 카메라라도 좋고, 위상차 검출용의 화소를 갖는 촬상 소자라도 좋다.
예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 촬상부(12101 내지 12104)로부터 얻어진 거리 정보를 기초로, 촬상 범위(12111 내지 12114) 내에서의 각 입체물까지의 거리와, 이 거리의 시간적 변화(차량(12100)에 대한 상대 속도)를 구함에 의해, 특히 차량(12100)의 진행로상에 있는 가장 가까운 입체물로, 차량(12100)과 개략 동일 방향으로 소정의 속도(예를 들면, 0㎞/h 이상)로 주행하는 입체물을 선행차로서 추출할 수 있다. 또한, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 선행차와 내차와의 사이에 미리 확보해야 할 차간 거리를 설정하고, 자동 브레이크 제어(추종 정지 제어도 포함한다)나 자동 가속 제어(추종 발진 제어도 포함한다) 등을 행할 수가 있다. 이와 같이 운전자의 조작에 근거하지 않고 자율적으로 주행하는 자동 운전 등을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수가 있다.
예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 촬상부(12101 내지 12104)로부터 얻어진 거리 정보를 기초로, 입체물에 관한 입체물 데이터를, 이륜차, 보통 차량, 대형 차량, 보행자, 전신주 등 그 밖의 입체물로 분류하여 추출하고, 장애물의 자동 회피에 이용할 수 있다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차량(12100)의 주변의 장애물을, 차량(12100)의 드라이버가 시인 가능한 장애물과 시인 곤란한 장애물로 식별한다. 그리고, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 각 장애물과의 충돌의 위험도를 나타내는 충돌 리스크를 판단하고, 충돌 리스크가 설정치 이상으로 충돌 가능성이 있는 상황인 때에는, 오디오 스피커(12061)나 표시부(12062)를 통하여 드라이버에게 경보를 출력하는 것이나, 구동계 제어 유닛(12010)을 통하여 강제 감속이나 회피 조타를 행함으로써, 충돌 회피를 위한 운전 지원을 행할 수가 있다.
촬상부(12101 내지 12104)의 적어도 하나는, 적외선을 검출하는 적외선 카메라라도 좋다. 예를 들면, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 촬상부(12101 내지 12104)의 촬상 화상 중에 보행자가 존재하는지의 여부를 판정함으로써 보행자를 인식할 수 있다. 이러한 보행자의 인식은, 예를 들면 적외선 카메라로서의 촬상부(12101 내지 12104)의 촬상 화상에서의 특징점을 추출하는 순서와, 물체의 윤곽을 나타내는 일련의 특징점에 패턴 매칭 처리를 행하여 보행자인지의 여부를 판별하는 순서에 의해 행해진다. 마이크로 컴퓨터(12051)가, 촬상부(12101 내지 12104)의 촬상 화상중에 보행자가 존재한다고 판정하고, 보행자를 인식하면, 음성 화상 출력부(12052)는, 당해 인식된 보행자에게 강조를 위한 사각형 윤곽선을 중첩 표시하도록, 표시부(12062)를 제어한다. 또한, 음성 화상 출력부(12052)는, 보행자를 나타내는 아이콘 등을 소망하는 위치에 표시하도록 표시부(12062)를 제어해도 좋다.
이상, 본 개시에 관한 기술(본 기술)이 적용될 수 있는 차량 제어 시스템의 한 예에 관해 설명했다. 본 개시에 관한 기술은, 이상 설명한 구성 중, 예를 들면, 촬상부(12031) 등에 적용될 수 있다. 구체적으로는, 본 기술에 관한 고체 촬상 소자는, 촬상부(12031)에 적용할 수 있다. 촬상부(12031)에 본 개시에 관한 기술을 적용함에 의해, 보다 보기 쉬운 촬상 화상을 얻을 수 있기 때문에, 드라이버의 피로를 경감하는 것이 가능해진다.
실시례
이하, 본 기술을 실시례에 의해 더욱 구체적으로 설명하는데, 본 기술은 그 주지를 넘지 않는 한, 이하의 실시례로 한정되는 것이 아니다.
<실시례 1>
[실험 1-1]
우선, 제2 산화물 반도체층을 제작한다.
제2 산화물 반도체층을 제작하기 위해, IGZO 등의 재료를 이용할 수 있다.
·IGZO막의 형성 방법은 IGZO 재료를 타겟으로서 이용한 진공 스퍼터법을 이용한다.
·스퍼터막 형성 전에 스퍼터실(室)과 진공 반송실을 경유하여 접속된 방에서 전가열(前加熱)을 행한다. 전가열에 의해 기판의 흡착수를 이탈시킨다. 전가열실의 도달 진공도는 3×10-5㎩대(臺) 이하, 가열 온도 250℃, 처리 시간 1min 이상이 바람직하다.
·전가열 후, 진공 반송으로 스퍼터실에 반송한다.
·스퍼터실의 진공도는 3×10-5㎩ 이하, 타겟과 기판 사이의 거리(TS 거리)는 70~200㎜가 바람직하다. 성막 조건은 Ar 가스와 산소 가스를 도입하고, Ar 가스 유량 50~200sccm, 산소 가스는 2~50sccm이라고 한다. 가스 압력은 0.2~0.5㎩, 성막 온도는 실온부터 300℃의 범위가 바람직하다. 스퍼터 방전은 직류 DC 마그네트론법 및 고주파를 이용한 RF 마그네트론 스퍼터법의 어느 하나라도 좋다.
·성막 후의 막밀도는 5.90~6.15g/cm3의 범위가 되도록 압력, 파워, 성막 온도의 각 파라미터를 조정한다. 막밀도는 반사 X선 강도 측정에 의해 얻어진 파형의 Fitting에 의해 구하여진다.
·제2 산화물 반도체층의 막두께는, 예를 들면 30~50㎚가 되도록 조정한다.
·다음에 트랩 저감을 위해 수증기 분위기하에서 어닐을 행한다.
·수증기 분위기하의 어닐은 대기압으로 물(水) 농도 20~50%의 범위에서 행한다. 어닐 온도는 300℃ 이상으로 처리 시간은 1시간 이상이 바람직하다. 어닐 후의 IGZO막 내의 수소 농도를 SIMS 분석에 의해 정량 측정을 행한다. IGZO막 내(제2 산화물 반도체층 중)의 수소 농도는, 예를 들면, 막두께 전역에서 1.0E20atoms/cm2 이상이 되도록 조정한다.
[실험 1-2]
다음에, 제1 산화물 반도체층-1을, 제2 산화물 반도체층상에 제작한다.
·제1 산화물 반도체층을 제작하기 위해, IGZO 등의 재료를 이용할 수 있다.
·IGZO막의 형성 방법은, 제2 산화물 반도체층과 같이, IGZO 재료를 타겟으로서 이용한 진공 스퍼터법을 이용한다.
·스퍼터실의 진공도는 3×10-5㎩ 이하, 타겟과 기판 사이의 거리(TS 거리)는 70~200㎜가 바람직하다. 성막 조건은 Ar 가스와 산소 가스를 도입하고, Ar 가스 유량50~200sccm, 산소 가스는 고밀도의 IGZO막층을 형성하기 위해 10~50sccm로 한다. 가스 압력은 0.2~0.5㎩, 성막 온도는 실온에서 300℃의 범위가 바람직하다. 스퍼터 방전은 직류 DC 마그네트론법 및 고주파를 이용한 RF 마그네트론 스퍼터법의 어느 하나라도 좋다.
·제1 산화물 반도체층-1의 막밀도는 제2 산화물 반도체층의 막밀도보다도 높아지도록 조정하고, 예를 들면, 6.20g/cm3가 되도록 조정한다.
·고밀도층인, 제1 산화물 반도체층-1의 막두께는, 예를 들면, 5㎚ 이상, 30㎚ 미만이 되도록 조정한다.
[실험 1-3]
제1 산화물 반도체층-1상에 광전변환층을 형성하고, 그리고, 광전변환층상에는 제1 전극(상부 전극)을 형성한다. 또한, 제2 산화물 반도체층하에는 제2 전극(하부 전극)을 형성하고, 그리고, 제2 전극의 하방에는, 광전변환부(예를 들면, 무기계 재료로 구성된 무기 광전변환부)가 형성된 반도체 기판을 적층한다. 최후로, 메모리 소자 등의 기능 소자가 마련되고, 반도체 기판의 표면측(광전변환층이 형성되지 않은 면측)에는 배선층이 형성되어, 고체 촬상 소자-1가 제조된다. 또한, 제1 산화물 반도체층-1상에 형성되는 광전변환층은, 유기 반도체층이라도 좋고, 무기 재료를 주성분으로 한 층이라도 좋다. 또한, 제1 전극과 광전변환층의 사이에는, 유기계 재료 또는 무기계 재료로 구성된 p형 버퍼층이 형성되어도 좋고, 광전변환층과 제1 산화물 반도체층-1의 사이에는, 유기계 재료 또는 무기계 재료로 구성된 n형 버퍼층이 형성되어도 좋다.
<실시례 2>
[실험 2-1]
상기한 실험 1-1의 방법에 따라, 우선, 제2 산화물 반도체층을 제작한다.
[실험 2-2]
다음에, 저 수소 농도층인 제1 산화물 반도체층-2를, 제2 산화물 반도체층상에 제작한다.
·막 내의 수소 농도를 저감하기 위해 성막실의 도달 진공도를 1×10-5㎩ 이하 또는 5×10-6㎩ 이하로 하는 것이 바람직하다.
[실험 2-3]
제1 산화물 반도체층-2상에 광전변환층을 형성하고, 그리고, 광전변환층상에는 제1 전극(상부 전극)을 형성한다. 또한, 제2 산화물 반도체층하에는 제2 전극(하부 전극)을 형성하고, 그리고, 제2 전극의 하방에는, 광전변환부(예를 들면, 무기계 재료로 구성된 무기 광전변환부)가 형성된 반도체 기판을 적층한다. 최후로, 메모리 소자 등의 기능 소자가 마련되고, 반도체 기판의 표면측(광전변환층이 형성되지 않은 면측)에는 배선층이 형성되어, 고체 촬상 소자-2가 제조된다. 또한, 제1 산화물 반도체층-2상에 형성된 광전변환층은, 유기 반도체층이라도 좋고, 무기 재료를 주성분으로 한 층이라도 좋다. 또한, 제1 전극과 광전변환층의 사이에는, 유기계 재료 또는 무기계 재료로 구성된 p형 버퍼층이 형성되어도 좋고, 광전변환층과 제1 산화물 반도체층-2의 사이에는, 유기계 재료 또는 무기계 재료로 구성된 n형 버퍼층이 형성되어도 좋다.
<실시례 3>
[실험 3-1]
상기한 실험 1-1의 방법에 따라, 우선, 제2 산화물 반도체층을 제작한다.
[실험 3-2]
다음에, 고밀도층으로, 또한, 저 수소 농도층인 제1 산화물 반도체층-3을, 제2 산화물 반도체층상에 제작한다.
·성막 조건은, 상기한 실험 1-2에서 제작된 고밀도층인 제1 산화물 반도체층-1의 성막 조건과 마찬가지이지만, 막 내의 수소 농도를 저감하기 위해 성막실의 도달 진공도를 1×10-5㎩ 이하 또는 5×10-6㎩ 이하로 하는 것이 바람직하다.
[실험 3-3]
제1 산화물 반도체층-3상에 광전변환층을 형성하고, 그리고, 광전변환층상에는 제1 전극(상부 전극)을 형성한다. 또한, 제2 산화물 반도체층하에는 제2 전극(하부 전극)을 형성하고, 그리고, 제2 전극의 하방에는, 광전변환부(예를 들면, 무기계 재료로 구성된 무기 광전변환부)가 형성된 반도체 기판을 적층한다. 최후로, 메모리 소자 등의 기능 소자가 마련되고, 반도체 기판의 표면측(광전변환층이 형성되어 있지 않는 면측)에는 배선층이 형성되어, 고체 촬상 소자-3가 제조된다. 또한, 제1 산화물 반도체층-3상에 형성된 광전변환층은, 유기 반도체층이라도 좋고, 무기 재료를 주성분으로 한 층이라도 좋다. 또한, 제1 전극과 광전변환층의 사이에는, 유기계 재료 또는 무기계 재료로 구성된 p형 버퍼층이 형성되어도 좋고, 광전변환층과 제1 산화물 반도체층-3의 사이에는, 유기계 재료 또는 무기계 재료로 구성된 n형 버퍼층이 형성되어도 좋다.
이상, 실시의 형태, 사용례 및 응용례, 및 실시례를 들어 설명했지만, 본 기술 내용은 상기 실시의 형태, 상기 사용례 및 상기 응용례, 및 상기 실시례로 한정되는 것이 아니고, 여러 가지 변형이 가능하다.
또한, 상기한 실시의 형태에서는, 이면 조사형의 고체 촬상 소자의 구성을 예로 들어 설명했지만, 표면 조사형의 고체 촬상 소자에도 적용 가능하다.
또한, 본 명세서에 기재된 효과는 어디까지나 예시이고 한정되는 것이 아니고, 또한 다른 효과가 있어도 좋다.
본 기술은, 이하와 같은 구성을 취할 수도 있다.
[1]
광 입사측부터 차례로, 적어도, 제1 광전변환부와, 제2광전변환부가 형성된 반도체 기판을 구비하고,
그 제1 광전변환부가, 적어도, 제1 전극과, 광전변환층과, 제1 산화물 반도체층과, 제2 산화물 반도체층과, 제2 전극을 이 순서로 포함하고,
그 제1 산화물 반도체층의 막밀도가, 그 제2 산화물 반도체층의 막밀도보다도 높은, 고체 촬상 소자.
[2]
상기 제1 산화물 반도체층의 수소 농도가, 상기 제2 산화물 반도체층의 수소 농도보다도 낮은, [1]에 기재된 고체 촬상 소자.
[3]
상기 광전변환층이 적어도 1종의 유기 반도체 재료를 포함하는, [1] 또는 [2]에 기재된 고체 촬상 소자.
[4]
상기 제1 광전변환부가, 상기 광전변환층과 상기 제1 산화물 반도체층의 사이에, n형 버퍼층을 더 포함하는, [1]부터 [3]의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.
[5]
상기 제1 광전변환부가, 상기 제1 전극과 상기 광전변환층의 사이에, p형 버퍼층을 더 포함하는, [1]부터 [3]의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.
[6]
상기 제1 광전변환부가, 상기 광전변환층과 상기 제1 산화물 반도체층의 사이에, n형 버퍼층을 더 포함하고,
상기 제1 광전변환부가, 상기 제1 전극과 상기 광전변환층의 사이에, p형 버퍼층을 더 포함하는, [1]부터 [3]의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.
[7]
광 입사측부터 차례로, 적어도, 제1 광전변환부와, 제2광전변환부가 형성된 반도체 기판을 구비하고,
그 제1 광전변환부가, 적어도, 제1 전극과, 광전변환층과, 제1 산화물 반도체층과, 제2 산화물 반도체층과, 제2 전극을 이 순서로 포함하고,
그 제1 산화물 반도체층의 수소 농도가, 그 제2 산화물 반도체층의 수소 농도보다도 낮은, 고체 촬상 소자.
[8]
상기 제1 산화물 반도체층의 막밀도가, 상기 제2 산화물 반도체층의 막밀도보다도 높은, [7]에 기재된 고체 촬상 소자.
[9]
상기 광전변환층이 적어도 1종의 유기 반도체 재료를 포함하는, [7] 또는 [8]에 기재된 고체 촬상 소자.
[10]
상기 제1 광전변환부가, 상기 광전변환층과 상기 제1 산화물 반도체층의 사이에, n형 버퍼층을 더 포함하는, [7]부터 [9]의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.
[11]
상기 제1 광전변환부가, 상기 제1 전극과 상기 광전변환층의 사이에, p형 버퍼층을 더 포함하는, [7]부터 [9]의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.
[12]
상기 제1 광전변환부가, 상기 광전변환층과 상기 제1 산화물 반도체층의 사이에, n형 버퍼층을 더 포함하고,
상기 제1 광전변환부가, 상기 제1 전극과 상기 광전변환층의 사이에, p형 버퍼층을 더 포함하는, [7]부터 [9]의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.
[13]
광 입사측부터 차례로, 적어도, 제1 광전변환부와, 제2광전변환부가 형성된 반도체 기판을 구비하고,
그 제1 광전변환부가, 적어도, 제1 전극과, 광전변환층과, 제1 산화물 반도체층과, 제2 산화물 반도체층과, 제2 전극을 이 순서로 포함하고,
그 제1 산화물 반도체층의 막밀도가, 그 제2 산화물 반도체층의 막밀도보다도 높고, 또한,
그 제1 산화물 반도체층의 수소 농도가, 그 제2 산화물 반도체층의 수소 농도보다도 낮은, 고체 촬상 소자.
[14]
상기 광전변환층이 적어도 1종의 유기 반도체 재료를 포함하는, [13]에 기재된 고체 촬상 소자.
[15]
상기 제1 광전변환부가, 상기 광전변환층과 상기 제1 산화물 반도체층의 사이에, n형 버퍼층을 더 포함하는, [13] 또는 [14]에 기재된 고체 촬상 소자.
[16]
상기 제1 광전변환부가, 상기 제1 전극과 상기 광전변환층의 사이에, p형 버퍼층을 더 포함하는, [13] 또는 [14]에 기재된 고체 촬상 소자.
[17]
상기 제1 광전변환부가, 상기 광전변환층과 상기 제1 산화물 반도체층의 사이에, n형 버퍼층을 더 포함하고,
상기 제1 광전변환부가, 상기 제1 전극과 상기 광전변환층의 사이에, p형 버퍼층을 더 포함하는, [13] 또는 [14]에 기재된 고체 촬상 소자.
[18]
[1]부터 [17]의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자를 구비하는, 전자 장치.
10: 고체 촬상 소자
10A: 제1 광전변환부
11: 제2 전극
12: 절연층
13: 제2 산화물 반도체층
14: 제1 산화물 반도체층
15: 광전변환층
16: 제1 전극
17: p형 버퍼층
18: n형 버퍼층
30: 반도체 기판.

Claims (20)

  1. 광 입사측부터 차례로, 적어도, 제1 광전변환부와, 제2광전변환부가 형성된 반도체 기판을 구비하고,
    그 제1 광전변환부가, 적어도, 제1 전극과, 광전변환층과, 제1 산화물 반도체층과, 제2 산화물 반도체층과, 제2 전극을 이 순서로 포함하고,
    그 제1 산화물 반도체층의 막밀도가, 그 제2 산화물 반도체층의 막밀도보다도 높은 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 산화물 반도체층의 수소 농도가, 상기 제2 산화물 반도체층의 수소 농도보다도 낮은 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광전변환층이 적어도 1종의 유기 반도체 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 광전변환부가, 상기 광전변환층과 상기 제1 산화물 반도체층의 사이에, n형 버퍼층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 광전변환부가, 상기 제1 전극과 상기 광전변환층의 사이에, p형 버퍼층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 광전변환부가, 상기 광전변환층과 상기 제1 산화물 반도체층의 사이에, n형 버퍼층을 더 포함하고,
    상기 제1 광전변환부가, 상기 제1 전극과 상기 광전변환층의 사이에, p형 버퍼층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  7. 광 입사측부터 차례로, 적어도, 제1 광전변환부와, 제2광전변환부가 형성된 반도체 기판을 구비하고,
    그 제1 광전변환부가, 적어도, 제1 전극과, 광전변환층과, 제1 산화물 반도체층과, 제2 산화물 반도체층과, 제2 전극을 이 순서로 포함하고,
    그 제1 산화물 반도체층의 수소 농도가, 그 제2 산화물 반도체층의 수소 농도보다도 낮은 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 산화물 반도체층의 막밀도가, 상기 제2 산화물 반도체층의 막밀도보다도 높은 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 광전변환층이 적어도 1종의 유기 반도체 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제1 광전변환부가, 상기 광전변환층과 상기 제1 산화물 반도체층의 사이에, n형 버퍼층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 제1 광전변환부가, 상기 제1 전극과 상기 광전변환층의 사이에, p형 버퍼층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 제1 광전변환부가, 상기 광전변환층과 상기 제1 산화물 반도체층의 사이에, n형 버퍼층을 더 포함하고,
    상기 제1 광전변환부가, 상기 제1 전극과 상기 광전변환층의 사이에, p형 버퍼층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  13. 광 입사측부터 차례로, 적어도, 제1 광전변환부와, 제2광전변환부가 형성된 반도체 기판을 구비하고,
    그 제1 광전변환부가, 적어도, 제1 전극과, 광전변환층과, 제1 산화물 반도체층과, 제2 산화물 반도체층과, 제2 전극을 이 순서로 포함하고,
    그 제1 산화물 반도체층의 막밀도가, 그 제2 산화물 반도체층의 막밀도보다도 높고, 또한,
    그 제1 산화물 반도체층의 수소 농도가, 그 제2 산화물 반도체층의 수소 농도보다도 낮은 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 광전변환층이 적어도 1종의 유기 반도체 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제1 광전변환부가, 상기 광전변환층과 상기 제1 산화물 반도체층의 사이에, n형 버퍼층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 제1 광전변환부가, 상기 제1 전극과 상기 광전변환층의 사이에, p형 버퍼층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 제1 광전변환부가, 상기 광전변환층과 상기 제1 산화물 반도체층의 사이에, n형 버퍼층을 더 포함하고,
    상기 제1 광전변환부가, 상기 제1 전극과 상기 광전변환층의 사이에, p형 버퍼층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  18. 제1항에 기재된 고체 촬상 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  19. 제7항에 기재된 고체 촬상 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  20. 제13항에 기재된 고체 촬상 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
KR1020217001426A 2018-07-30 2019-06-20 고체 촬상 소자 및 전자 장치 KR102617486B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020237040402A KR102657199B1 (ko) 2018-07-30 2019-06-20 고체 촬상 소자 및 전자 장치

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018142986 2018-07-30
JPJP-P-2018-142986 2018-07-30
PCT/JP2019/024472 WO2020026636A1 (ja) 2018-07-30 2019-06-20 固体撮像素子及び電子装置

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020237040402A Division KR102657199B1 (ko) 2018-07-30 2019-06-20 고체 촬상 소자 및 전자 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210036341A KR20210036341A (ko) 2021-04-02
KR102617486B1 true KR102617486B1 (ko) 2023-12-27

Family

ID=69230761

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020237040402A KR102657199B1 (ko) 2018-07-30 2019-06-20 고체 촬상 소자 및 전자 장치
KR1020217001426A KR102617486B1 (ko) 2018-07-30 2019-06-20 고체 촬상 소자 및 전자 장치

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020237040402A KR102657199B1 (ko) 2018-07-30 2019-06-20 고체 촬상 소자 및 전자 장치

Country Status (5)

Country Link
US (3) US11539011B2 (ko)
JP (2) JP7256808B2 (ko)
KR (2) KR102657199B1 (ko)
DE (1) DE112019003868T5 (ko)
WO (1) WO2020026636A1 (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102657199B1 (ko) 2018-07-30 2024-04-16 소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤 고체 촬상 소자 및 전자 장치
CN113728451A (zh) * 2019-05-24 2021-11-30 索尼集团公司 摄像元件、层叠式摄像元件和固态摄像装置以及摄像元件的制造方法
WO2023181919A1 (ja) * 2022-03-25 2023-09-28 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像素子および撮像素子の製造方法ならびに光検出装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008072090A (ja) 2006-08-14 2008-03-27 Fujifilm Corp 光電変換素子及び固体撮像素子
WO2017061174A1 (ja) 2015-10-09 2017-04-13 ソニー株式会社 光電変換素子および撮像素子
JP2018085402A (ja) 2016-11-22 2018-05-31 ソニー株式会社 撮像素子、積層型撮像素子及び固体撮像装置

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5156379B2 (ja) * 2005-08-30 2013-03-06 株式会社カネカ シリコン系薄膜光電変換装置、及びその製造方法
JP5353200B2 (ja) 2008-11-20 2013-11-27 ソニー株式会社 固体撮像装置および撮像装置
KR101084984B1 (ko) * 2010-03-15 2011-11-21 한국철강 주식회사 플렉서블 기판 또는 인플렉서블 기판을 포함하는 광기전력 장치의 제조 방법
KR20130028449A (ko) * 2011-09-09 2013-03-19 한국철강 주식회사 박막 태양전지 및 그 제조 방법
JP2013131553A (ja) * 2011-12-20 2013-07-04 Toshiba Corp 固体撮像装置
CN104904018B (zh) 2012-12-28 2019-04-09 株式会社半导体能源研究所 半导体装置及半导体装置的制造方法
KR102089314B1 (ko) * 2013-05-14 2020-04-14 엘지디스플레이 주식회사 산화물 박막 트랜지스터 및 그 제조방법
CN110265550B (zh) 2014-07-17 2023-10-24 索尼公司 光电转换元件及其制造方法、成像装置、光学传感器
JP6598436B2 (ja) * 2014-08-08 2019-10-30 キヤノン株式会社 光電変換装置、撮像システム、及び光電変換装置の製造方法
WO2016046685A1 (en) 2014-09-26 2016-03-31 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Imaging device
US9818880B2 (en) 2015-02-12 2017-11-14 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device and display device including the semiconductor device
US9754980B2 (en) 2015-06-30 2017-09-05 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Photoelectric conversion element and imaging device
JP6575997B2 (ja) 2015-07-30 2019-09-18 日本放送協会 光電変換素子、光電変換素子の製造方法、固体撮像素子
JP6780421B2 (ja) 2016-03-01 2020-11-04 ソニー株式会社 撮像素子、積層型撮像素子及び固体撮像装置、並びに、固体撮像装置の駆動方法
KR20180005580A (ko) * 2016-07-06 2018-01-16 엘지디스플레이 주식회사 멀티 타입의 박막 트랜지스터를 포함하는 유기 발광 표시 장치 및 유기 발광 표시 장치 제조 방법
WO2020017330A1 (ja) * 2018-07-17 2020-01-23 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像素子、積層型撮像素子及び固体撮像装置
KR102657199B1 (ko) * 2018-07-30 2024-04-16 소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤 고체 촬상 소자 및 전자 장치

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008072090A (ja) 2006-08-14 2008-03-27 Fujifilm Corp 光電変換素子及び固体撮像素子
WO2017061174A1 (ja) 2015-10-09 2017-04-13 ソニー株式会社 光電変換素子および撮像素子
JP2018085402A (ja) 2016-11-22 2018-05-31 ソニー株式会社 撮像素子、積層型撮像素子及び固体撮像装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR20210036341A (ko) 2021-04-02
US11778840B2 (en) 2023-10-03
TW202011593A (zh) 2020-03-16
WO2020026636A1 (ja) 2020-02-06
CN112514072A (zh) 2021-03-16
JPWO2020026636A1 (ja) 2021-09-09
KR20230163003A (ko) 2023-11-29
US20230345742A1 (en) 2023-10-26
US20220416184A1 (en) 2022-12-29
US20210273187A1 (en) 2021-09-02
KR102657199B1 (ko) 2024-04-16
JP7256808B2 (ja) 2023-04-12
JP2023100615A (ja) 2023-07-19
US11539011B2 (en) 2022-12-27
DE112019003868T5 (de) 2021-04-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11778841B2 (en) Photoelectric conversion element, solid-state imaging device, and electronic device
US11778840B2 (en) Solid-state imaging element and electronic device
KR102656300B1 (ko) 촬상 소자, 적층형 촬상 소자 및 고체 촬상 장치
US11903226B2 (en) Photoelectric conversion element and imaging device
JP7117110B2 (ja) 光電変換素子および撮像装置
JP7468347B2 (ja) 撮像素子、積層型撮像素子及び固体撮像装置
WO2019098003A1 (ja) 光電変換素子および固体撮像装置
KR20230042456A (ko) 광전 변환 소자 및 촬상 장치
JP7428131B2 (ja) 撮像素子、積層型撮像素子及び固体撮像装置
US20240065010A1 (en) Solid-state imaging device and imaging method
TWI839366B (zh) 固體攝像元件及電子裝置
CN112514072B (zh) 固态摄像元件和电子装置
US20240164122A1 (en) Photoelectric conversion element, solid-state imaging device, and electronic device
WO2019150987A1 (ja) 光電変換素子および撮像装置
WO2019150971A1 (ja) 光電変換素子および撮像装置
CN112074964A (zh) 光电转换元件和成像装置
TWI840392B (zh) 光電轉換元件、固體攝像裝置及電子裝置
US20220231085A1 (en) Imaging element, stacked imaging element and solid-state imaging device, and method of manufacturing imaging element

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
A107 Divisional application of patent
GRNT Written decision to grant