KR20210144689A - 광전 변환 소자 및 촬상 장치 - Google Patents
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Abstract
본 개시의 한 실시 형태의 광전 변환 소자는, 제1 전극과, 제1 전극과 대향 배치된 제2 전극과, 제1 전극과 제2 전극 사이에 마련됨과 함께, 제1 유기 반도체 재료로서 일반식(1)으로 표시되는 벤조티에노벤조티오펜계 화합물을 포함하는 유기 광전 변환층을 구비한다.
Description
본 개시는 예를 들어 유기 재료를 이용한 광전 변환 소자 및 이것을 구비한 촬상 장치에 관한 것이다.
예를 들면, 특허문헌 1 및 비특허문헌 1에서는, 예를 들면, 청색광을 흡수하여 광전 변환하는 광전 변환층의 재료로서, 쿠마린 색소와 풀러렌을 조합시켜서 이용하는 것이 보고되어 있다.
Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 49, No. 11, pp. 111601.1-11601.4 (2010)
그래서, 높은 외부 양자 효율 및 광 응답성을 갖는 광전 변환 소자의 개발이 요구되어 있다.
외부 양자 효율 및 광 응답성을 향상시키는 것이 가능한 광전 변환 소자 및 촬상 장치를 제공하는 것이 바람직하다.
본 개시의 한 실시 형태의 광전 변환 소자는 제1 전극과, 제1 전극과 대향 배치된 제2 전극과, 제1 전극과 제2 전극 사이에 마련됨과 함께, 제1 유기 반도체 재료로서 하기 일반식(1)으로 표시되는 벤조티에노벤조티오펜계 화합물을 포함하는 유기 광전 변환층을 구비한 것이다.
[화학식 1]
(R1~R4는, 각각 독립하여 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프탈렌기, 페닐나프탈렌기, 비페닐나프탈렌기, 비나프탈렌기, 티오펜기, 비티오펜기, 터티오펜기, 벤조티오펜기, 페닐벤조티오펜기, 비페닐벤조티오펜기, 벤조푸란기, 페닐벤조푸란기, 비페닐벤조티오펜기, 알칸기, 시클로알칸기, 플루오렌기, 페닐플루오렌기, 또는 그 유도체이다.)
본 개시의 한 실시 형태의 촬상 장치는 1 또는 복수의 유기 광전 변환부가 각각 마련되어 있는 복수의 화소를 구비한 것이고, 유기 광전 변환부로서, 상기 한 실시 형태의 광전 변환 소자를 가진다.
본 개시의 한 실시 형태의 광전 변환 소자 및 한 실시 형태의 촬상 장치에서는, 상기 일반식(1)으로 표시되는 벤조티에노벤조티오펜계 화합물을 이용하여 유기 광전 변환층을 형성하도록 하였다. 이에 의해, 유기 광전 변환층을 사이에 두고 대향 배치된 제1 전극 및 제2 전극에의 캐리어의 이동도가 향상한다.
도 1은 본 개시의 제1 실시의 형태에 관한 촬상 소자의 구성의 한 예를 도시하는 단면 모식도.
도 2는 도 1에 도시한 촬상 소자의 전체 구성을 도시하는 도면.
도 3은 도 1에 도시한 촬상 소자의 등가 회로도.
도 4는 도 1에 도시한 촬상 소자의 하부 전극 및 제어부를 구성하는 트랜지스터의 배치를 도시하는 모식도.
도 5는 본 개시의 제1 실시의 형태에 관한 촬상 소자의 구성의 다른 예를 도시하는 단면 모식도.
도 6은 도 1에 도시한 촬상 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도.
도 7은 도 6에 이은 공정을 도시하는 단면도.
도 8은 도 7에 이은 공정을 도시하는 단면도.
도 9는 도 8에 이은 공정을 도시하는 단면도.
도 10은 도 9에 이은 공정을 도시하는 단면도.
도 11은 도 1에 도시한 촬상 소자의 한 동작례를 도시하는 타이밍도.
도 12는 본 개시의 제2 실시의 형태에 관한 촬상 소자의 구성의 한 예를 도시하는 단면 모식도.
도 13은 본 개시의 제3 실시의 형태에 관한 촬상 소자의 구성의 한 예를 도시하는 단면 모식도.
도 14는 본 개시의 제4 실시의 형태에 관한 촬상 소자의 구성의 한 예를 도시하는 단면 모식도.
도 15는 도 1 등에 도시한 촬상 소자를 화소에 이용한 촬상 장치의 구성을 도시하는 블록도.
도 16은 도 15에 도시한 촬상 장치를 이용한 전자 기기(카메라)의 한 예를 도시하는 기능 블록도.
도 17은 체내 정보 취득 시스템의 개략적인 구성의 한 예를 도시하는 블록도.
도 18은 내시경 수술 시스템의 개략적인 구성의 한 예를 도시하는 도면.
도 19는 카메라 헤드 및 CCU의 기능 구성의 한 예를 도시하는 블록도.
도 20은 차량 제어 시스템의 개략적인 구성의 한 예를 도시하는 블록도.
도 21은 차외 정보 검출부 및 촬상부의 설치 위치의 한 예를 도시하는 설명도.
도 2는 도 1에 도시한 촬상 소자의 전체 구성을 도시하는 도면.
도 3은 도 1에 도시한 촬상 소자의 등가 회로도.
도 4는 도 1에 도시한 촬상 소자의 하부 전극 및 제어부를 구성하는 트랜지스터의 배치를 도시하는 모식도.
도 5는 본 개시의 제1 실시의 형태에 관한 촬상 소자의 구성의 다른 예를 도시하는 단면 모식도.
도 6은 도 1에 도시한 촬상 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도.
도 7은 도 6에 이은 공정을 도시하는 단면도.
도 8은 도 7에 이은 공정을 도시하는 단면도.
도 9는 도 8에 이은 공정을 도시하는 단면도.
도 10은 도 9에 이은 공정을 도시하는 단면도.
도 11은 도 1에 도시한 촬상 소자의 한 동작례를 도시하는 타이밍도.
도 12는 본 개시의 제2 실시의 형태에 관한 촬상 소자의 구성의 한 예를 도시하는 단면 모식도.
도 13은 본 개시의 제3 실시의 형태에 관한 촬상 소자의 구성의 한 예를 도시하는 단면 모식도.
도 14는 본 개시의 제4 실시의 형태에 관한 촬상 소자의 구성의 한 예를 도시하는 단면 모식도.
도 15는 도 1 등에 도시한 촬상 소자를 화소에 이용한 촬상 장치의 구성을 도시하는 블록도.
도 16은 도 15에 도시한 촬상 장치를 이용한 전자 기기(카메라)의 한 예를 도시하는 기능 블록도.
도 17은 체내 정보 취득 시스템의 개략적인 구성의 한 예를 도시하는 블록도.
도 18은 내시경 수술 시스템의 개략적인 구성의 한 예를 도시하는 도면.
도 19는 카메라 헤드 및 CCU의 기능 구성의 한 예를 도시하는 블록도.
도 20은 차량 제어 시스템의 개략적인 구성의 한 예를 도시하는 블록도.
도 21은 차외 정보 검출부 및 촬상부의 설치 위치의 한 예를 도시하는 설명도.
이하, 본 개시에서의 한 실시 형태에 관해, 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 설명은 본 개시의 한 구체례로서, 본 개시는 이하의 양태로 한정되는 것이 아니다. 또한, 본 개시는 각 도면에 도시하는 각 구성 요소의 배치나 치수, 치수비 등에 대해서도, 그것들로 한정되는 것이 아니다. 또한, 설명하는 순서는 하기와 같다.
1. 제1 실시의 형태
(벤조티에노벤조티오펜계 화합물을 포함하는 광전 변환층을 갖는 광전 변환 소자의 예)
1-1. 촬상 소자의 구성
1-2. 촬상 소자의 제조 방법
1-3. 작용·효과
2. 제2 실시의 형태(반도체 기판상에 2개의 유기 광전 변환부가 적층된 예)
3. 제3 실시의 형태(하부 전극이 베타막으로 형성된 유기 광전 변환부를 갖는 예)
4. 제4 실시의 형태(반도체 기판상에 3개의 유기 광전 변환부가 적층된 예)
5. 적용례
6. 응용례
7. 실시례
<1. 제1 실시의 형태>
도 1은 본 개시의 제1 실시의 형태에 관한 촬상 소자(촬상 소자(10A))의 단면 구성의 한 예를 도시한 것이다. 도 2는 도 1에 도시한 촬상 소자(10A)의 평면 구성을 도시한 것이다. 도 3은 도 1에 도시한 촬상 소자(10A)의 등가 회로도이고, 도 2에 도시한 영역(100)에 상당하는 것이다. 도 4는 도 1에 도시한 촬상 소자(10A)의 하부 전극(21) 및 제어부를 구성하는 트랜지스터의 배치를 모식적으로 도시한 것이다. 촬상 소자(10A)는, 예를 들면, 디지털 스틸 카메라, 비디오 카메라 등의 전자 기기에 이용되는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서 등의 촬상 장치(촬상 장치(1); 도 17 참조)에서 1개의 화소(단위 화소(P))를 구성하는 것이다. 본 실시의 형태의 촬상 소자(10A)는 하부 전극(21), 광전 변환층(24) 및 상부 전극(25)이 이 순서로 적층된 유기 광전 변환부(20)를 가진다. 광전 변환층(24)은 후술하는 일반식(1)으로 표시되는 벤조티에노벤조티오펜계 화합물을 이용하여 형성되어 있다. 이 유기 광전 변환부(20)가 본 개시의 「광전 변환 소자」의 한 구체례에 상당한다.
(1-1. 촬상 소자의 구성)
촬상 소자(10A)는, 예를 들면, 1개의 유기 광전 변환부(20)와, 2개의 무기 광전 변환부(32G, 32R)가 종방향으로 적층된, 이른바 종방향 분광형의 것이다. 유기 광전 변환부(20)는 반도체 기판(30)의 제1면(이면; 면(30S1))측에 마련되어 있다. 무기 광전 변환부(32G, 32R)는 반도체 기판(30) 내에 매입 형성되어 있고, 반도체 기판(30)의 두께 방향으로 적층되어 있다. 유기 광전 변환부(20)는, 상기와 같이, 대향 배치된 하부 전극(21)과 상부 전극(25) 사이에, 유기 재료를 이용하여 형성된 광전 변환층(24)을 가진다. 이 광전 변환층(24)은 p형 반도체 및 n형 반도체를 포함하여 구성되고, 층 내에 벌크 헤테로 접합 구조를 가진다. 벌크 헤테로 접합 구조는 p형 반도체 및 n형 반도체가 서로 섞임으로써 형성된 p/n 접합면이다.
유기 광전 변환부(20)와, 무기 광전 변환부(32G, 32R)는 서로 다른 파장역의 광을 선택적으로 검출하여 광전 변환을 행하는 것이다. 예를 들면, 유기 광전 변환부(20)에서는, 청(G)의 색 신호를 취득한다. 무기 광전 변환부(32G, 32R)에서는, 흡수 계수의 차이에 의해, 각각 녹(G) 및 적(R)의 색 신호를 취득한다. 이에 의해, 촬상 소자(10A)에서는, 컬러 필터를 이용하는 일 없이 1개의 화소에서 복수 종류의 색 신호를 취득 가능하게 되어 있다.
또한, 본 실시의 형태에서는, 광전 변환에 의해 생기는 전자 및 정공의 쌍(전자-정공 쌍) 중, 전자를 신호 전하로서 판독하는 경우(n형 반도체 영역을 광전 변환층으로 하는 경우)에 관해 설명한다. 또한, 도면 중에서, 「p」「n」에 붙인 「+(플러스)」는 p형 또는 n형의 불순물 농도가 높은 것을 나타내고 있다.
반도체 기판(30)의 제2면(표면; 30S2)에는, 예를 들면, 플로팅 디퓨전(부유 확산층)(FD1(반도체 기판(30) 내의 영역(36B)), FD2(반도체 기판(30) 내의 영역(37C)), FD3(반도체 기판(30) 내의 영역(38C)))과, 전송 트랜지스터(Tr2, Tr3)와, 앰프 트랜지스터(변조 소자)(AMP)와, 리셋 트랜지스터(RST)와, 선택 트랜지스터(SEL)와, 다층 배선(40)이 마련되어 있다. 다층 배선(40)은, 예를 들면, 배선층(41, 42, 43)이 절연층(44) 내에 적층된 구성을 가지고 있다.
또한, 도면에서는, 반도체 기판(30)의 제1면(면(30S1))측을 광 입사측(S1), 제2면(면(30S2))측을 배선층측(S2)으로 나타내고 있다.
유기 광전 변환부(20)는 하부 전극(21), 반도체층(23), 광전 변환층(24) 및 상부 전극(25)이 반도체 기판(30)의 제1면(면(30S1))의 측으로부터 이 순서로 적층되어 있다. 또한, 하부 전극(21)과 반도체층(23) 사이에는, 절연층(22)이 마련되어 있다. 하부 전극(21)은, 예를 들면, 촬상 소자(10A)마다 분리 형성됨과 함께, 상세는 후술하지만, 절연층(22)을 사이에 두고 서로 분리된 판독 전극(21A) 및 축적 전극(21B)에 의해 구성되어 있다. 하부 전극(21) 중 판독 전극(21A)은 절연층(22)에 마련된 개구(22H)를 통하여 반도체층(23)과 전기적으로 접속되어 있다. 반도체층(23), 광전 변환층(24) 및 상부 전극(25)은, 도 1에서는, 복수의 촬상 소자(10A)에 공통된 연속층으로서 마련되어 있는 예를 도시했지만, 예를 들면, 촬상 소자(10A)마다 분리 형성되어 있어도 좋다. 반도체 기판(30)의 제1면(면(30S1))과 하부 전극(21) 사이에는, 예를 들면, 유전체막(26), 절연막(27) 및 층간 절연층(28)이 마련되어 있다. 상부 전극(25) 위에는, 보호층(51)이 마련되어 있다. 보호층(51) 내에는, 예를 들면, 판독 전극(21A)에 대응하는 위치에 차광막(52)이 마련되어 있다. 이 차광막(52A)은 적어도 축적 전극(21B)에 걸리지 않고, 적어도 반도체층(23)과 직접 접해 있는 판독 전극(21A)의 영역을 덮도록 마련되어 있으면 좋다. 보호층(51)의 상방에는, 평탄화층(도시 생략)이나 온 칩 렌즈(53) 등의 광학 부재가 배설(配設)되어 있다.
반도체 기판(30)의 제1면(면(30S1))과 제2면(면(30S2)) 사이에는 관통 전극(34)이 마련되어 있다. 이 관통 전극(34)은 유기 광전 변환부(20)의 판독 전극(21A)과 전기적으로 접속되어 있고, 유기 광전 변환부(20)는 관통 전극(34)을 통하여, 앰프 트랜지스터(AMP)의 게이트(Gamp)와, 플로팅 디퓨전(FD1)을 겸하는 리셋 트랜지스터(RST)(리셋 트랜지스터(Tr1rst))의 일방의 소스/드레인 영역(36B)에 접속되어 있다. 이에 의해, 촬상 소자(10A)에서는, 반도체 기판(30)의 제1면(면(30S21))측의 유기 광전 변환부(20)에서 생긴 전하를 반도체 기판(30)의 제2면(면(30S2))측에 양호하게 전송하고, 특성을 높이는 것이 가능해지고 있다.
관통 전극(34)의 하단은 배선층(41) 내의 접속부(41A)에 접속되어 있고, 접속부(41A)와 앰프 트랜지스터(AMP)의 게이트(Gamp)는 하부 제1 콘택트(45)를 통하여 접속되어 있다. 접속부(41A)와 플로팅 디퓨전(FD1)(영역(36B))은, 예를 들면, 하부 제2 콘택트(46)를 통하여 접속되어 있다. 관통 전극(34)의 상단은, 예를 들면, 상부 제1 콘택트(29A), 패드부(39A) 및 상부 제2 콘택트(29B)를 통하여 판독 전극(21A)에 접속되어 있다.
관통 전극(34)은, 예를 들면, 촬상 소자(10A)의 각각에서 유기 광전 변환부(20)마다 마련되어 있다. 관통 전극(34)은 유기 광전 변환부(20)와, 앰프 트랜지스터(AMP)의 게이트(Gamp) 및 플로팅 디퓨전(FD1)의 커넥터로서의 기능을 가짐과 함께, 유기 광전 변환부(20)에서 생긴 전하의 전송 경로로 되어 있다.
플로팅 디퓨전(FD1)(리셋 트랜지스터(RST)의 일방의 소스/드레인 영역(36B))의 옆에는 리셋 트랜지스터(RST)의 리셋 게이트(Grst)가 배치되어 있다. 이에 의해, 플로팅 디퓨전(FD1)에 축적된 전하를 리셋 트랜지스터(RST)에 의해 리셋하는 것이 가능해진다.
본 실시의 형태의 촬상 소자(10A)에서는, 상부 전극(25)측으로부터 유기 광전 변환부(20)에 입사한 광은, 광전 변환층(24)에서 흡수된다. 이에 의해 생긴 여기자(勵起子)는 광전 변환층(24)을 구성하는 전자 공여체(供輿體)와 전자 수용체(受容體)의 계면에 이동하고, 여기자 분리, 즉, 전자와 정공으로 해리한다. 여기서 발생한 전하(전자 및 정공)는 캐리어의 농도차에 의한 확산이나, 양극(예를 들면, 상부 전극(25))과 음극(예를 들면, 하부 전극(21))의 일함수의 차이에 의한 내부 전계에 의해 각각 다른 전극에 운반되고, 광 전류로서 검출된다. 또한, 하부 전극(21)과 상부 전극(25) 사이에 전위를 인가함에 의해, 전자 및 정공의 수송 방향을 제어할 수 있다.
이하, 각 부분의 구성이나 재료 등에 관해 설명한다.
유기 광전 변환부(20)는 선택적인 파장역(예를 들면, 400㎚ 이상 700㎚ 이하)의 일부 또는 전부의 파장역에 대응하는 광을 흡수하여, 전자-정공 쌍을 발생시키는 유기 광전 변환 소자이다.
하부 전극(21)은, 상기와 같이, 분리 형성된 판독 전극(21A)과 축적 전극(21B)으로 구성되어 있다. 판독 전극(21A)은 광전 변환층(24) 내에서 발생한 전하를 플로팅 디퓨전(FD1)에 전송하기 위한 것이고, 예를 들면, 상부 제2 콘택트(29B), 패드부(39A), 상부 제1 콘택트(29A), 관통 전극(34), 접속부(41A) 및 하부 제2 콘택트(46)를 통하여 플로팅 디퓨전(FD1)에 접속되어 있다. 축적 전극(21B)은, 광전 변환층(24) 내에서 발생한 전하 중, 전자를 신호 전하로서 반도체층(23) 내에 축적하기 위한 것이다. 축적 전극(21B)은 반도체 기판(30) 내에 형성된 무기 광전 변환부(32G, 32R)의 수광면과 정대(正對)하여, 이들 수광면을 덮는 영역에 마련되어 있다. 축적 전극(21B)은 판독 전극(21A)보다도 큰 것이 바람직하고, 이에 의해, 많은 전하를 축적할 수 있다. 축적 전극(21B)에는, 도 4에 도시한 바와 같이, 배선을 통하여 전압 인가 회로(60)가 접속되어 있다.
하부 전극(21)은 광투과성을 갖는 도전막에 의해 구성되어 있다. 하부 전극(21)의 구성 재료로서는, 예를 들면, ITO, 도펀트로서 주석(Sn)을 첨가한 In2O3, 결정성 ITO 및 어모퍼스 ITO를 포함하는 인듐 주석 산화물을 들 수 있다. 하부 전극(21)의 구성 재료로서는, 상기 이외에도, 도펀트를 첨가한 산화 주석(SnO2)계 재료, 또는 도펀트를 첨가하여 이루어지는 산화 아연계 재료를 이용해도 좋다. 산화 아연계 재료로서는, 예를 들면, 도펀트로서 알루미늄(Al)을 첨가한 알루미늄 아연 산화물(AZO), 갈륨(Ga)을 첨가한 갈륨 아연 산화물(GZO), 붕소(B)를 첨가한 붕소 아연 산화물 및 인듐(In)을 첨가한 인듐 아연 산화물(IZO)을 들 수 있다. 또한, 하부 전극(21)의 구성 재료로서는, CuI, InSbO4, ZnMgO, CuInO2, MgIN2O4, CdO, ZnSnO3 또는 TiO2 등을 이용해도 좋다. 또한, 스피넬형 산화물이나 YbFe2O4 구조를 갖는 산화물을 이용해도 좋다. 또한, 상기와 같은 재료를 이용하여 형성된 하부 전극(21)은, 일반적으로 고(高) 일함수를 가지고, 애노드 전극으로서 기능한다.
반도체층(23)은 광전 변환층(24)의 하층, 구체적으로는, 절연층(22)과 광전 변환층(24) 사이에 마련되고, 광전 변환층(24)에서 발생한 신호 전하를 축적하기 위한 것이다. 반도체층(23)은 광전 변환층(24)보다도 전하의 이동도가 높고, 또한, 밴드 갭이 큰 재료를 이용하여 형성되어 있는 것이 바람직하다. 예를 들면, 반도체층(23)의 구성 재료의 밴드 갭은 3.0eV 이상인 것이 바람직하다. 이와 같은 재료로서는, 예를 들면, IGZO 등의 산화물 반도체 재료 및 유기 반도체 재료 등을 들 수 있다. 유기 반도체 재료로서는, 예를 들면, 천이금속 디칼코게나이드, 실리콘카바이드, 다이아몬드, 그라펜, 카본나노튜브, 축합 다환 탄화 수소 화합물 및 축합 복소환 화합물 등을 들 수 있다. 반도체층(23)의 두께는, 예를 들어 10㎚ 이상 300㎚ 이하이다. 상기 재료에 의해 구성된 반도체층(23)을 광전 변환층(24)의 하층에 마련함에 의해, 전하 축적 시에서의 전하의 재결합을 방지하고, 전송 효율을 향상시키는 것이 가능해진다.
광전 변환층(24)은 광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 것이다. 본 실시의 형태의 광전 변환층(24)은, 예를 들면, 400㎚ 이상 700㎚ 이하의 범위의 일부 또는 모든 파장의 광을 흡수한다. 광전 변환층(24)은, 예를 들면, 각각 p형 반도체 또는 n형 반도체로서 기능하는 유기 재료(p형 반도체 재료 또는 n형 반도체 재료)를 2종 이상 포함하여 구성되어 있다. 광전 변환층(24)은 층 내에 이 p형 반도체 재료와 n형 반도체 재료의 접합면(p/n 접합면)을 가진다. p형 반도체는 상대적으로 전자 공여체(도너)로서 기능하는 것이고, n형 반도체는 상대적으로 전자 수용체(억셉터)로서 기능하는 것이다. 광전 변환층(24)은 광을 흡수했을 때에 생기는 여기자가 전자와 정공으로 분리하는 장소를 제공하는 것이고, 구체적으로는, 여기자는 전자 공여체와 전자 수용체의 계면(p/n 접합면)에서 전자와 정공으로 분리한다.
광전 변환층(24)은, p형 반도체 재료 및 n형 반도체 재료 외에, 소정의 파장역의 광을 광전 변환하는 한편, 다른 파장역의 광을 투과시키는 유기 재료, 이른바 색소 재료를 포함하여 구성되어 있어도 좋다. 광전 변환층(24)을 p형 반도체 재료, n형 반도체 재료 및 색소 재료의 3종류의 유기 재료를 이용하여 형성하는 경우에는, p형 반도체 재료 및 n형 반도체 재료는 가시 영역(예를 들면, 400㎚~700㎚)에서 광투과성을 갖는 재료인 것이 바람직하다. 광전 변환층(24)의 두께는 예를 들어 25㎚ 이상 400㎚ 이하이고, 바람직하게는, 50㎚ 이상 350㎚ 이하이다. 보다 바람직하게는, 150㎚ 이상 300㎚ 이하이다.
본 실시의 형태에서는, 광전 변환층(24)은, 예를 들면, 400㎚ 이상 500㎚ 이하의 광을 흡수하는 하기 일반식(1)으로 표시되는 벤조티에노벤조티오펜계 화합물을 포함하여 형성되어 있다. 이 벤조티에노벤조티오펜계 화합물이 본 개시의 「제1 유기 반도체 재료」의 한 구체례에 상당한다.
[화학식 2]
(R1~R4는, 각각 독립하여 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프탈렌기, 페닐나프탈렌기, 비페닐나프탈렌기, 비나프탈렌기, 티오펜기, 비티오펜기, 터티오펜기, 벤조티오펜기, 페닐벤조티오펜기, 비페닐벤조티오펜기, 벤조푸란기, 페닐벤조푸란기, 비페닐벤조티오펜기, 알칸기, 시클로알칸기, 플루오렌기, 페닐플루오렌기, 또는 그 유도체이다.)
광전 변환층(24)을 구성하는 다른 유기 재료로서는, 예를 들면, 풀러렌 또는 풀러렌 유도체를 들 수 있다. 풀러렌 또는 풀러렌 유도체는, 본 개시의 「제2 유기 반도체 재료」의 한 구체례에 상당한다.
또한, 광전 변환층(24)은, 예를 들면, 400㎚ 이상 700㎚ 이하의 어느 하나의 파장을 흡수하는 유기 반도체 재료를 포함하고 있어도 좋다. 이와 같은 재료로서는, 예를 들면, 쿠마린 유도체, 페릴렌 유도체, 포르피린 유도체, 메로시아닌 유도체 및 안트라퀴논 유도체 등을 들 수 있다. 상기 유기 반도체 재료가 본 개시의 「제3 유기 반도체 재료」의 한 구체례에 상당한다.
상기 유기 반도체 재료는 그 조합에 의해 p형 반도체 또는 n형 반도체로서 기능한다.
또한, 광전 변환층(24)은 상기 유기 반도체 재료 이외에 유기 재료를 포함하고 있어도 좋다. 상기 유기 반도체 재료 이외의 유기 재료로서는, 예를 들면, 퀴나크리돈, 염소화 붕소 서브프탈로시아닌, 펜타센, 벤조티에노벤조티오펜, 나프탈렌, 안트라센, 페난트렌, 테트라센, 피렌, 페릴렌, 및 플루오란텐 또는 그들 유도체 중의 어느 1종이 알맞게 이용된다. 또는, 페닐렌비닐렌, 플루오렌, 카르바졸, 인돌, 피렌, 피롤, 피콜린, 티오펜, 아세틸렌, 디아세틸렌 등의 중합체나 그들의 유도체를 이용해도 좋다. 덧붙여, 금속 착체 색소, 시아닌계 색소, 메로시아닌계 색소, 페닐크산텐계 색소, 트리페닐메탄계 색소, 로다시아닌계 색소, 크산텐계 색소, 대환상 아자아눌렌계 색소, 아줄렌계 색소, 나프토퀴논, 안트라퀴논계 색소, 안트라센 및 피렌 등의 축합 다환 방향족, 및, 방향환 또는 복소환 화합물이 축합한 쇄상 화합물, 또는, 스쿠아릴륨기 및 크로코닉메틴기를 결합쇄로서 갖는 퀴놀린, 벤조티아졸, 벤조옥사졸 등의 2개의 함질소 복소환, 또는, 스쿠아릴륨기 및 크로코닉메틴기에 의해 결합한 시아닌계 유사한 색소 등을 바람직하게 이용할 수 있다. 또한, 상기 금속 착체 색소로서는, 디티올 금속 착체계 색소, 금속 프탈로시아닌 색소, 금속 포르피린 색소, 또는 루테늄 착체 색소가 바람직하지만, 이것으로 한정되는 것이 아니다.
상부 전극(25)은 하부 전극(21)과 마찬가지로 광투과성을 갖는 도전막에 의해 구성되어 있다. 촬상 소자(10A)를 1개의 화소로서 이용한 촬상 장치(1)에서는, 상부 전극(25)은 화소마다 분리되어 있어도 좋고, 각 화소에 공통의 전극으로서 형성되어 있어도 좋다. 상부 전극(25)의 두께는 예를 들어 10㎚~200㎚이다.
반도체층(23)과 광전 변환층(24) 사이 및 광전 변환층(24)과 상부 전극(25) 사이에는, 다른 층이 마련되어 있어도 좋다. 예를 들면, 도 5에 도시한 촬상 소자(10B)와 같이, 예를 들면, 하부 전극(21)측으로부터 순차적으로, 반도체층(23), 전자 블록층(24A)(제1 전하 블록층), 광전 변환층(24) 및 정공 블록층(24B)(제2 전하 블록층)이 적층되어 있어도 좋다. 또한, 하부 전극(21)과 광전 변환층(24) 사이에 언더코트층(undercoat layer) 및 정공 수송층이나, 광전 변환층(24)과 상부 전극(25) 사이에 일함수 조정층(work function adjustment layer)이나 버퍼층, 또는 전자 수송층을 마련하도록 해도 좋다.
절연층(22)은 축적 전극(21B)과 반도체층(23)을 전기적으로 분리하기 위한 것이다. 절연층(22)은 하부 전극(21)을 덮도록, 예를 들면, 층간 절연층(28)상에 마련되어 있다. 또한, 절연층(22)에는, 하부 전극(21) 중 판독 전극(21A)상에 개구(22H)가 마련되어 있고, 이 개구(22H)를 통하여, 판독 전극(21A)과 반도체층(23)이 전기적으로 접속되어 있다. 절연층(22)은, 예를 들면, 산화 실리콘(SiOx), 질화 실리콘(SiNx) 및 산질화 실리콘(SiON) 등 중의 1종으로 이루어지는 단층막이나, 또는 이들 중의 2종 이상으로 이루어지는 적층막에 의해 구성되어 있다. 절연층(22)의 두께는, 예를 들면, 20㎚~500㎚이다.
유전체막(26)은 반도체 기판(30)과 절연막(27) 사이의 굴절률 차에 의해 생기는 광의 반사를 방지하기 위한 것이다. 유전체막(26)의 재료로서는, 반도체 기판(30)의 굴절률과 절연막(27)의 굴절률 사이의 굴절률을 갖는 재료인 것이 바람직하다. 또한, 유전체막(26)의 재료로서는, 예를 들면, 부(負)의 고정 전하를 갖는 막을 형성 가능한 재료를 이용하는 것이 바람직하다. 또는, 유전체막(26)의 재료로서는, 반도체 기판(30)보다도 밴드 갭이 넓은 반도체 재료 또는 도전 재료를 이용하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 반도체 기판(30)의 계면에서의 암 전류의 발생을 억제하는 것이 가능해진다. 이와 같은 재료로서는, 산화 하프늄(HfOx), 산화 알루미늄(AlOx), 산화 지르코늄(ZrOx), 산화 탄탈(TaOx), 산화 티탄(TiOx), 산화 란탄(LaOx), 산화 프라세오디뮴(PrOx), 산화 세륨(CeOx), 산화 네오디뮴(NdOx), 산화 프로메튬(PmOx), 산화 사마륨(SmOx), 산화 유로퓸(EuOx), 산화 가돌리늄(GdOx), 산화 테르븀(TbOx), 산화 디스프로슘(DyOx), 산화 홀뮴(HoOx), 산화 툴륨(TmOx), 산화 이테르븀(YbOx), 산화 루테튬(LuOx), 산화 이트륨(YOx), 질화 하프늄(HfNx), 질화 알루미늄(AlNx), 산질화 하프늄(HfOxNy) 및 산질화 알루미늄(AlOxNy) 등을 들 수 있다.
절연막(27)은 반도체 기판(30)의 제1면(면(30S1)) 및 관통 구멍(30H)의 측면에 형성된 유전체막(26)상에 마련되고, 관통 전극(34)과 반도체 기판(30) 사이를 전기적으로 절연하기 위한 것이다. 절연막(27)의 재료로서는, 예를 들면, 산화 실리콘(SiOx), TEOS, 질화 실리콘(SiNx) 및 산질화 실리콘(SiON) 등을 들 수 있다.
층간 절연층(28)은, 예를 들면, 산화 실리콘(SiOx), TEOS, 질화 실리콘(SiNx) 및 산질화 실리콘(SiON) 등 중의 1종으로 이루어지는 단층막이나, 또는 이들 중의 2종 이상으로 이루어지는 적층막에 의해 구성되어 있다.
보호층(51)은 광투과성을 갖는 재료에 의해 구성되고, 예를 들면, 산화 실리콘(SiOx), 질화 실리콘(SiNx) 및 산질화 실리콘(SiON) 등 중의 어느 하나로 이루어지는 단층막, 또는 그들 중의 2종 이상으로 이루어지는 적층막에 의해 구성되어 있다. 보호층(51)의 두께는, 예를 들면, 100㎚~30000㎚이다.
반도체 기판(30)은, 예를 들면, n형의 실리콘(Si) 기판에 의해 구성되고, 소정의 영역(예를 들어 화소부(1a))에 p웰(31)을 가지고 있다. p웰(31)의 제2면(면(30S2))에는, 상술한 전송 트랜지스터(Tr2, Tr3)와, 앰프 트랜지스터(AMP)와, 리셋 트랜지스터(RST)와, 선택 트랜지스터(SEL) 등이 마련되어 있다. 또한, 반도체 기판(30)의 주변부(주변부(1b))에는, 도 2에 도시한 바와 같이, 로직 회로 등으로 이루어지는, 예를 들면, 화소 판독 회로(110) 및 화소 구동 회로(120)가 마련되어 있다.
리셋 트랜지스터(RST)(리셋 트랜지스터(Tr1rst))는 유기 광전 변환부(20)로부터 플로팅 디퓨전(FD1)에 전송된 전하를 리셋하는 것이고, 예를 들어 MOS 트랜지스터에 의해 구성되어 있다. 구체적으로는, 리셋 트랜지스터(Tr1rst)는 리셋 게이트(Grst)와, 채널 형성 영역(36A)과, 소스/드레인 영역(36B, 36C)으로 구성되어 있다. 리셋 게이트(Grst)는 리셋선(RST1)에 접속되고, 리셋 트랜지스터(Tr1rst)의 일방의 소스/드레인 영역(36B)은 플로팅 디퓨전(FD1)을 겸하고 있다. 리셋 트랜지스터(Tr1rst)를 구성하는 타방의 소스/드레인 영역(36C)은 전원(VDD)에 접속되어 있다.
앰프 트랜지스터(AMP)는 유기 광전 변환부(20)에서 생긴 전하량을 전압으로 변조하는 변조 소자이고, 예를 들어 MOS 트랜지스터에 의해 구성되어 있다. 구체적으로는, 앰프 트랜지스터(AMP)는 게이트(Gamp)와, 채널 형성 영역(35A)과, 소스/드레인 영역(35B, 35C)으로 구성되어 있다. 게이트(Gamp)는, 하부 제1 콘택트(45), 접속부(41A), 하부 제2 콘택트(46) 및 관통 전극(34) 등을 통하여, 판독 전극(21A) 및 리셋 트랜지스터(Tr1rst)의 일방의 소스/드레인 영역(36B)(플로팅 디퓨전(FD1))에 접속되어 있다. 또한, 일방의 소스/드레인 영역(35B)은 리셋 트랜지스터(Tr1rst)를 구성하는 타방의 소스/드레인 영역(36C)과, 영역을 공유하고 있고, 전원(VDD)에 접속되어 있다.
선택 트랜지스터(SEL)(선택 트랜지스터(TR1sel))는 게이트(Gsel)와, 채널 형성 영역(34A)과, 소스/드레인 영역(34B, 34C)으로 구성되어 있다. 게이트(Gsel)는 선택선(SEL1)에 접속되어 있다. 또한, 일방의 소스/드레인 영역(34B)은 앰프 트랜지스터(AMP)를 구성하는 타방의 소스/드레인 영역(35C)과 영역을 공유하고 있고, 타방의 소스/드레인 영역(34C)은 신호선(데이터 출력선)(VSL1)에 접속되어 있다.
무기 광전 변환부(32G, 32R)는 각각 반도체 기판(30)의 소정의 영역에 pn 접합을 가진다. 무기 광전 변환부(32G, 32R)는 실리콘 기판에서 광의 입사 깊이에 응하여 흡수되는 광의 파장이 다른 것을 이용하여 종방향으로 광을 분광하는 것을 가능하게 한 것이다. 무기 광전 변환부(32G)는 녹색광을 선택적으로 검출하여 녹색에 대응하는 신호 전하를 축적시키는 것이고, 녹색광을 효율적으로 광전 변환 가능한 깊이에 설치되어 있다. 무기 광전 변환부(32R)는 적색광을 선택적으로 검출하여 적색에 대응하는 신호 전하를 축적시키는 것이고, 적색광을 효율적으로 광전 변환 가능한 깊이에 설치되어 있다. 또한, 녹(G)은 예를 들어 495㎚~620㎚의 파장역, 적(R)은 예를 들어 620㎚~750㎚의 파장역에 각각 대응하는 색이다. 무기 광전 변환부(32G, 32R)는 각각 각 파장역 중의 일부 또는 전부의 파장역의 광을 검출 가능하게 되어 있으면 된다.
무기 광전 변환부(32G)는, 예를 들면, 정공 축적층이 되는 p+영역과, 전자 축적층이 되는 n영역을 포함하여 구성되어 있다. 무기 광전 변환부(32R)는, 예를 들면, 정공 축적층이 되는 p+영역과, 전자 축적층이 되는 n영역을 가진다(p-n-p의 적층 구조를 가진다). 무기 광전 변환부(32G)의 n영역은 종형의 전송 트랜지스터(Tr2)에 접속되어 있다. 무기 광전 변환부(32G)의 p+영역은 전송 트랜지스터(Tr2)를 따라 굴곡하고, 무기 광전 변환부(32R)의 p+영역에 연결되어 있다.
전송 트랜지스터(Tr2)(전송 트랜지스터(TR2trs))는, 무기 광전 변환부(32G)에서 발생하고, 축적된 녹색에 대응하는 신호 전하를, 플로팅 디퓨전(FD2)에 전송하기 위한 것이다. 무기 광전 변환부(32G)는 반도체 기판(30)의 제2면(면(30S2))으로부터 깊은 위치에 형성되어 있기 때문에, 무기 광전 변환부(32G)의 전송 트랜지스터(TR2trs)는 종형의 트랜지스터에 의해 구성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 전송 트랜지스터(TR2trs)는 전송 게이트선(TG2)에 접속되어 있다. 또한, 전송 트랜지스터(TR2trs)의 게이트(Gtrs2)의 근방의 영역(37C)에는, 플로팅 디퓨전(FD2)이 마련되어 있다. 무기 광전 변환부(32G)에 축적된 전하는 게이트(Gtrs2)를 따라 형성되는 전송 채널을 통하여 플로팅 디퓨전(FD2)에 판독된다.
전송 트랜지스터(Tr3)(전송 트랜지스터(TR3trs))는, 무기 광전 변환부(32R)에서 발생하고, 축적된 적색에 대응하는 신호 전하를, 플로팅 디퓨전(FD3)에 전송하는 것이고, 예를 들어 MOS 트랜지스터에 의해 구성되어 있다. 또한, 전송 트랜지스터(TR3trs)는 전송 게이트선(TG3)에 접속되어 있다. 또한, 전송 트랜지스터(TR3trs)의 게이트(Gtrs3)의 근방의 영역(38C)에는, 플로팅 디퓨전(FD3)이 마련되어 있다. 무기 광전 변환부(32R)에 축적된 전하는 게이트(Gtrs3)를 따라 형성되는 전송 채널을 통하여 플로팅 디퓨전(FD3)에 판독된다.
반도체 기판(30)의 제2면(면(30S2))측에는, 또한, 무기 광전 변환부(32G)의 제어부를 구성하는 리셋 트랜지스터(TR2rst)와, 앰프 트랜지스터(TR2amp)와, 선택 트랜지스터(TR2sel)가 마련되어 있다. 또한, 무기 광전 변환부(32R)의 제어부를 구성하는 리셋 트랜지스터(TR3rst)와, 앰프 트랜지스터(TR3amp) 및 선택 트랜지스터(TR3sel)가 마련되어 있다.
리셋 트랜지스터(TR2rst)는 게이트, 채널 형성 영역 및 소스/드레인 영역으로 구성되어 있다. 리셋 트랜지스터(TR2rst)의 게이트는 리셋선(RST2)에 접속되고, 리셋 트랜지스터(TR2rst)의 일방의 소스/드레인 영역은 전원(VDD)에 접속되어 있다. 리셋 트랜지스터(TR2rst)의 타방의 소스/드레인 영역은, 플로팅 디퓨전(FD2)을 겸하고 있다.
앰프 트랜지스터(TR2amp)는 게이트, 채널 형성 영역 및 소스/드레인 영역으로 구성되어 있다. 게이트는 리셋 트랜지스터(TR2rst)의 타방의 소스/드레인 영역(플로팅 디퓨전(FD2))에 접속되어 있다. 또한, 앰프 트랜지스터(TR2amp)를 구성하는 일방의 소스/드레인 영역은 리셋 트랜지스터(TR2rst)를 구성하는 일방의 소스/드레인 영역과 영역을 공유하고 있고, 전원(VDD)에 접속되어 있다.
선택 트랜지스터(TR2sel)는 게이트, 채널 형성 영역 및 소스/드레인 영역으로 구성되어 있다. 게이트는 선택선(SEL2)에 접속되어 있다. 또한, 선택 트랜지스터(TR2sel)를 구성하는 일방의 소스/드레인 영역은 앰프 트랜지스터(TR2amp)를 구성하는 타방의 소스/드레인 영역과 영역을 공유하고 있다. 선택 트랜지스터(TR2sel)를 구성하는 타방의 소스/드레인 영역은 신호선(데이터 출력선)(VSL2)에 접속되어 있다.
리셋 트랜지스터(TR3rst)는 게이트, 채널 형성 영역 및 소스/드레인 영역으로 구성되어 있다. 리셋 트랜지스터(TR3rst)의 게이트는 리셋선(RST3)에 접속되고, 리셋 트랜지스터(TR3rst)를 구성하는 일방의 소스/드레인 영역은 전원(VDD)에 접속되어 있다. 리셋 트랜지스터(TR3rst)를 구성하는 타방의 소스/드레인 영역은, 플로팅 디퓨전(FD3)을 겸하고 있다.
앰프 트랜지스터(TR3amp)는 게이트, 채널 형성 영역 및 소스/드레인 영역으로 구성되어 있다. 게이트는 리셋 트랜지스터(TR3rst)를 구성하는 타방의 소스/드레인 영역(플로팅 디퓨전(FD3))에 접속되어 있다. 또한, 앰프 트랜지스터(TR3amp)를 구성하는 일방의 소스/드레인 영역은 리셋 트랜지스터(TR3rst)를 구성하는 일방의 소스/드레인 영역과, 영역을 공유하고 있고, 전원(VDD)에 접속되어 있다.
선택 트랜지스터(TR3sel)는 게이트, 채널 형성 영역 및 소스/드레인 영역으로 구성되어 있다. 게이트는 선택선(SEL3)에 접속되어 있다. 또한, 선택 트랜지스터(TR3sel)를 구성하는 일방의 소스/드레인 영역은, 앰프 트랜지스터(TR3amp)를 구성하는 타방의 소스/드레인 영역과, 영역을 공유하고 있다. 선택 트랜지스터(TR3sel)를 구성하는 타방의 소스/드레인 영역은 신호선(데이터 출력선)(VSL3)에 접속되어 있다.
리셋선(RST1, RST2, RST3), 선택선(SEL1, SEL2, SEL3), 전송 게이트선(TG2, TG3)은 각각 구동 회로를 구성하는 수직 구동 회로(112)에 접속되어 있다. 신호선(데이터 출력선)(VSL1, VSL2, VSL3)은 구동 회로를 구성하는 칼럼 신호 처리 회로(113)에 접속되어 있다.
하부 제1 콘택트(45), 하부 제2 콘택트(46), 상부 제1 콘택트(29A), 상부 제2 콘택트(29B) 및 상부 제3 콘택트(29C)는, 예를 들면, PDAS(Phosphorus Doped Amorphous Silicon) 등의 도프된 실리콘 재료, 또는, 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 티탄(Ti), 코발트(Co), 하프늄(Hf), 탄탈(Ta) 등의 금속 재료에 의해 구성되어 있다.
(1-2. 촬상 소자의 제조 방법)
본 실시의 형태의 촬상 소자(10A)는, 예를 들면, 다음과 같이 하여 제조할 수 있다.
도 6~도 10은 촬상 소자(10A)의 제조 방법을 공정순으로 도시한 것이다. 우선, 도 6에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(30) 내에, 제1 도전형의 웰로서 예를 들어 p웰(31)을 형성하고, 이 p웰(31) 내에 제2 도전형(예를 들어 n형)의 무기 광전 변환부(32G, 32R)를 형성한다. 반도체 기판(30)의 제1면(면(30S1)) 근방에는 p+영역을 형성한다.
반도체 기판(30)의 제2면(면(30S2))에는, 마찬가지로 도 6에 도시한 바와 같이, 예를 들어 플로팅 디퓨전(FD1~FD3)으로 이루어지는 n+영역을 형성한 후, 게이트 절연층(33)과, 전송 트랜지스터(Tr2), 전송 트랜지스터(Tr3), 선택 트랜지스터(SEL), 앰프 트랜지스터(AMP) 및 리셋 트랜지스터(RST)의 각 게이트를 포함하는 게이트 배선층(47)을 형성한다. 이에 의해, 전송 트랜지스터(Tr2), 전송 트랜지스터(Tr3), 선택 트랜지스터(SEL), 앰프 트랜지스터(AMP) 및 리셋 트랜지스터(RST)를 형성한다. 또한, 반도체 기판(30)의 제2면(면(30S2))상에, 하부 제1 콘택트(45), 하부 제2 콘택트(46) 및 접속부(41A)를 포함하는 배선층(41~43) 및 절연층(44)으로 이루어지는 다층 배선(40)을 형성한다.
반도체 기판(30)의 기체로서는, 예를 들면, 반도체 기판(30)과, 매입 산화막(도시 생략)과, 유지 기판(도시 생략)을 적층한 SOI(Silicon on Insulator) 기판을 이용한다. 매입 산화막 및 유지 기판은, 도 6에는 도시하지 않지만, 반도체 기판(30)의 제1면(면(30S1))에 접합되어 있다. 이온 주입 후, 어닐 처리를 행한다.
이어서, 반도체 기판(30)의 제2면(면(30S2))측(다층 배선(40)측)에 지지 기판(도시 생략) 또는 다른 반도체 기체 등을 접합하여, 상하 반전한다. 이어서, 반도체 기판(30)을 SOI 기판의 매입 산화막 및 유지 기판으로부터 분리하고, 반도체 기판(30)의 제1면(면(30S1))을 노출시킨다. 이상의 공정은 이온 주입 및 CVD(Chemical Vapor Deposition) 등 통상의 CMOS 프로세스에서 사용되고 있는 기술로 행하는 것이 가능하다.
다음으로, 도 7에 도시한 바와 같이, 예를 들어 드라이 에칭에 의해 반도체 기판(30)을 제1면(면(30S1))측으로부터 가공하여, 예를 들어 환상의 관통 구멍(30H)을 형성한다. 관통 구멍(30H)의 깊이는, 도 7에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(30)의 제1면(면(30S1))으로부터 제2면(면(30S2))까지 관통함과 함께, 예를 들면, 접속부(41A)까지 달하는 것이다.
이어서, 도 8에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(30)의 제1면(면(30S1)) 및 관통 구멍(30H)의 측면에, 예를 들어 원자층 퇴적(Atomic Layer Deposition; ALD)법을 이용하여 유전체막(26)을 성막한다. 이에 의해, 반도체 기판(30)의 제1면(면(30S1)), 관통 구멍(30H)의 측면 및 저면에 연속되는 유전체막(26)이 형성된다. 이어서, 반도체 기판(30)의 제1면(면(30S1))상 및 관통 구멍(30H) 내에 절연막(27)을 성막한 후, 예를 들어 드라이 에칭에 의해 관통 구멍(30H)의 저부에 형성된 절연막(27) 및 유전체막(26)을 제거하고, 접속부(41A)를 노출시킨다. 또한, 이때, 제1면(면(30S1))상의 절연막(27)도 박막화된다. 이어서, 절연막(27)상 및 관통 구멍(30H) 내에 도전막을 성막한 후, 도전막상의 소정의 위치에 포토 레지스트(PR)를 형성한다. 이어서, 에칭 및 포토 레지스트(PR)를 제거함으로써, 반도체 기판(30)의 제1면(면(30S1))상에 돌출부를 갖는 관통 전극(34)이 형성된다.
다음으로, 도 9에 도시한 바와 같이, 절연막(27) 및 관통 전극(34)상에 층간 절연층(28)을 구성하는 절연막을 형성한 후, 관통 전극(34)상 등에 상부 제1 콘택트(29A), 패드부(39A, 39B), 상부 제2 콘택트(29B) 및 상부 제3 콘택트(29C)를 형성한 후, CMP(Chemical Mechanical Polishing)법을 이용하여 층간 절연층(28)의 표면을 평탄화한다. 이어서, 층간 절연층(28)상에 도전막(21x)을 성막한 후, 도전막(21x)의 소정의 위치에 포토 레지스트를 형성한다.
이어서, 도 10에 도시한 바와 같이, 에칭 및 포토 레지스트를 제거함으로써, 판독 전극(21A) 및 축적 전극(21B)을 형성한다.
그 후, 층간 절연층(28) 및 판독 전극(21A) 및 축적 전극(21B)상에 절연층(22)을 성막한 후, 판독 전극(21A)상에 개구(22H)를 마련한다. 이어서, 절연층(22)상에, 반도체층(23), 광전 변환층(24), 상부 전극(25)을 순차적으로 형성한다. 마지막으로, 상부 전극(25)상에, 보호층(51), 차광막(52) 및 온 칩 렌즈(53)를 배설한다. 이상에 의해, 도 1에 도시한 촬상 소자(10A)가 완성된다.
또한, 유기 재료를 이용하여 반도체층(23)이나 그 외에 유기층을 형성하는 경우에는, 진공 공정에서 연속적으로(진공 일관 프로세스에서) 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 광전 변환층(24)의 성막 방법으로서는, 반드시 진공 증착법을 이용한 수법에 한하지 않고, 다른 수법, 예를 들면, 스핀 코트 기술이나 프린트 기술 등을 이용해도 좋다. 또한, 투명 전극(하부 전극(21) 및 상부 전극(25))을 형성하는 방법으로서는, 투명 전극을 구성하는 재료에도 의하지만, 진공 증착법이나 반응성 증착법, 각종의 스퍼터링법, 전자빔 증착법, 이온 플레이팅법이라는 물리적 기상 성장법(PVD법), 파이로졸(pyrosol)법, 유기 금속 화합물을 열분해하는 방법, 스프레이법, 딥(dip)법, MOCVD법을 포함하는 각종의 화학적 기상 성장법(CVD법), 무전해 도금법 및 전해 도금법을 들 수 있다.
촬상 소자(10A)에서는, 유기 광전 변환부(20)에, 온 칩 렌즈(53)를 통하여 광이 입사하면, 그 광은 유기 광전 변환부(20), 무기 광전 변환부(32G, 32R)의 순서로 통과하고, 그 통과 과정에서 녹, 청, 적의 색광마다 광전 변환된다. 이하, 각 색의 신호 취득 동작에 관해 설명한다.
(유기 광전 변환부(20)에 의한 청색 신호의 취득)
촬상 소자(10A)에 입사한 광 중, 우선, 청색광이 유기 광전 변환부(20)에서 선택적으로 검출(흡수)되어, 광전 변환된다.
유기 광전 변환부(20)는, 관통 전극(34)을 통하여, 앰프 트랜지스터(AMP)의 게이트(Gamp)와 플로팅 디퓨전(FD1)에 접속되어 있다. 따라서, 유기 광전 변환부(20)에서 발생한 전자-정공 쌍 중의 전자가 하부 전극(21)측으로부터 취출되고, 관통 전극(34)을 통하여 반도체 기판(30)의 제2면(면(30S2))측에 전송되고, 플로팅 디퓨전(FD1)에 축적된다. 이와 함께, 앰프 트랜지스터(AMP)에 의해, 유기 광전 변환부(20)에서 생긴 전하량이 전압으로 변조된다.
또한, 플로팅 디퓨전(FD1)의 옆에는, 리셋 트랜지스터(RST)의 리셋 게이트(Grst)가 배치되어 있다. 이에 의해, 플로팅 디퓨전(FD1)에 축적된 전하는, 리셋 트랜지스터(RST)에 의해 리셋된다.
여기서는, 유기 광전 변환부(20)가, 관통 전극(34)을 통하여, 앰프 트랜지스터(AMP)뿐만 아니라 플로팅 디퓨전(FD1)에도 접속되어 있기 때문에, 플로팅 디퓨전(FD1)에 축적된 전하를 리셋 트랜지스터(RST)에 의해 용이하게 리셋하는 것이 가능해진다.
이에 대해, 관통 전극(34)과 플로팅 디퓨전(FD1)이 접속되어 있지 않은 경우에는, 플로팅 디퓨전(FD1)에 축적된 전하를 리셋하는 것이 곤란해져서, 큰 전압을 부가하여 상부 전극(25)측으로 뽑아내게 된다. 그 때문에, 광전 변환층(24)이 데미지를 받을 우려가 있다. 또한, 단시간에서의 리셋을 가능하게 하는 구조는 암흑 시 노이즈의 증대를 초래하고, 트레이드 오프가 되기 때문에, 이 구조는 곤란하다.
도 11은 촬상 소자(10A)의 한 동작례를 도시한 것이다. (A)는 축적 전극(21B)에서의 전위를 나타내고, (B)는 플로팅 디퓨전(FD1)(판독 전극(21A))에서의 전위를 나타내고, (C)는 리셋 트랜지스터(TR1rst)의 게이트(Gsel)에서의 전위를 나타낸 것이다. 촬상 소자(10A)에서는, 판독 전극(21A) 및 축적 전극(21B)은 각각 개별적으로 전압이 인가되도록 되어 있다.
촬상 소자(10A)에서는, 축적 기간에서는, 구동 회로로부터 판독 전극(21A)에 전위(V1)가 인가되고, 축적 전극(21B)에 전위(V2)가 인가된다. 여기서, 전위(V1, V2)는, V2>V1로 한다. 이에 의해, 광전 변환에 의해 생긴 전하(신호 전하; 전자)는 축적 전극(21B)에 끌어당겨지고, 축적 전극(21B)과 대향하는 반도체층(23)의 영역에 축적된다(축적 기간). 그와 관련하여, 축적 전극(21B)과 대향하는 반도체층(23)의 영역의 전위는, 광전 변환의 시간 경과에 따라, 보다 부측의 값이 된다. 또한, 정공은 상부 전극(25)으로부터 구동 회로에 송출된다.
촬상 소자(10A)에서는, 축적 기간의 후기에서 리셋 동작이 이루어진다. 구체적으로는, 타이밍(t1)에서, 주사부는 리셋 신호(RST)의 전압을 저레벨로부터 고레벨로 변화시킨다. 이에 의해, 단위 화소(P)에서는, 리셋 트랜지스터(TR1rst)가 온 상태가 되고, 그 결과, 플로팅 디퓨전(FD1)의 전압이 전원 전압(VDD)으로 설정되고, 플로팅 디퓨전(FD1)의 전압이 리셋된다(리셋 기간).
리셋 동작의 완료 후, 전하의 판독이 행해진다. 구체적으로는, 타이밍(t2)에서, 구동 회로로부터 판독 전극(21A)에는 전위(V3)가 인가되고, 축적 전극(21B)에는 전위(V4)가 인가된다. 여기서, 전위(V3, V4)는 V3<V4로 한다. 이에 의해, 축적 전극(21B)에 대응하는 영역에 축적되어 있던 전하는 판독 전극(21A)으로부터 플로팅 디퓨전(FD1)에 판독된다. 즉, 반도체층(23)에 축적된 전하가 제어부에 판독된다(전송 기간).
판독 동작 완료 후, 다시 구동 회로로부터 판독 전극(21A)에 전위(V1)가 인가되고, 축적 전극(21B)에 전위(V2)가 인가된다. 이에 의해, 광전 변환에 의해 생긴 전하는 축적 전극(21B)에 끌어당겨지고, 축적 전극(21B)과 대향하는 광전 변환층(24)의 영역에 축적된다(축적 기간).
(무기 광전 변환부(32G, 32R)에 의한 녹색 신호, 적색 신호의 취득)
이어서, 유기 광전 변환부(20)를 투과한 광 중 녹색광은 무기 광전 변환부(32G), 적색광은 무기 광전 변환부(32R)에서, 각각 순차적으로 흡수되고, 광전 변환된다. 무기 광전 변환부(32G)에서는, 입사한 녹색광에 대응하는 전자가 무기 광전 변환부(32G)의 n영역에 축적되고, 축적된 전자는, 전송 트랜지스터(Tr2)에 의해 플로팅 디퓨전(FD2)에 전송된다. 마찬가지로, 무기 광전 변환부(32R)에서는, 입사한 적색광에 대응한 전자가 무기 광전 변환부(32R)의 n영역에 축적되고, 축적된 전자는 전송 트랜지스터(Tr3)에 의해 플로팅 디퓨전(FD3)에 전송된다.
(1-3. 작용·효과)
전술한 바와 같이, 높은 외부 양자 효율을 갖는 청색광용의 광전 변환 소자의 개발이 요구되어 있다. 예를 들면, 포르피린 색소를 이용한 청색 유기 광전 변환 소자가 보고되어 있는데, 그 외부 양자 효율은 80V로 20% 정도로 되어 있다. 또한, 청색 유기 광전 변환막의 재료로서 풀러렌과 쿠마린 색소를 조합시켜서 이용한 광전 변환 소자가 보고되어 있는데, 그 외부 양자 효율은 5V로 23% 정도로 되어 있다.
이에 대해 본 실시의 형태에서는, 광전 변환층(24)의 재료로서, 상기 일반식(1)으로 표시되는 벤조티에노벤조티오펜계 화합물을 이용하도록 하였다.
상기 일반식(1)으로 표시되는 벤조티에노벤조티오펜계 화합물은, 분자의 장축이 기판면에 대해 수평한 페이스 온 배향을 취한다. 또한, 일반식(1)으로 표시되는 벤조티에노벤조티오펜계 화합물은, 벤조티에노벤조티오펜 골격에 의한 강한 분자간 상호 작용에 의해, 캐리어 수송에 유리한 헤링본형의 결정이 될 수 있다. 이 때문에, 광전 변환층(24) 내에서의 일반식(1)으로 표시되는 벤조티에노벤조티오펜계 화합물은, 하부 전극(21) 및 상부 전극(25)의 각 전극면의 수직 방향에 대해 높은 캐리어 이동도를 나타낸다. 또한, 일반식(1)으로 표시되는 벤조티에노벤조티오펜계 화합물은, 저전압이고 우수한 광 응답 전류를 나타낸다.
이상에 의해, 400㎚ 이상 500㎚ 이하의 광을 흡수하고, 또한, 하부 전극(21) 및 상부 전극(25)에의 캐리어의 이동도가 높은 광전 변환층(24)이 형성된다. 따라서, 높은 외부 양자 효율을 갖는 청색광용의 촬상 소자(10A)를 제공하는 것이 가능해진다.
또한, 일반식(1)으로 표시되는 벤조티에노벤조티오펜계 화합물은, 상기와 같이, 광전 변환층(24)을 사이에 두고 대향 배치되는 하부 전극(21) 및 상부 전극(25)의 각 전극면의 수직 방향에 대해 높은 캐리어 이동도를 나타낸다. 따라서, 광조사의 유무에 의한 광 전류의 온/오프 응답 특성을 향상시키는 것이 가능해진다.
덧붙여, 일반식(1)으로 표시되는 벤조티에노벤조티오펜계 화합물은, 천이 쌍극자 모멘트가 광 입사 방향에 대해 수평이기 때문에, 400㎚ 이상 500㎚ 이하의 광을 강하게 흡수하는 것이 가능해진다. 따라서, 온 칩 컬러 필터가 불필요해지고, 본 실시의 형태의 촬상 소자(10A)와 같이, 서로 다른 파장의 광을 흡수하는 광전 변환부가 종방향으로 적층된, 이른바 종방향 분광형의 촬상 소자를 구성하는 것이 가능해진다.
다음으로, 본 개시의 제2~제5 실시의 형태에 관해 설명한다. 이하에서는, 상기 제1 실시의 형태와 같은 구성 요소에 관해서는 동일한 부호를 붙이고, 적절히 그 설명을 생략한다.
<2. 제2 실시의 형태>
도 12는 본 개시의 제2 실시의 형태에 관한 촬상 소자(촬상 소자(10C))의 단면 구성을 도시한 것이다. 촬상 소자(10C)는, 예를 들면, 디지털 스틸 카메라, 비디오 카메라 등의 전자 기기에 이용되는 CMOS 이미지 센서 등의 촬상 장치(촬상 장치(1))에서 1개의 화소(단위 화소(P))를 구성하는 것이다. 본 실시의 형태의 촬상 소자(10C)는 2개의 유기 광전 변환부(20) 및 유기 광전 변환부(70)와, 1개의 무기 광전 변환부(32)가 종방향으로 적층된 것이다.
유기 광전 변환부(20, 70)와 무기 광전 변환부(32)는 서로 파장역의 광을 선택적으로 검출하여 광전 변환을 행하는 것이다. 구체적으로는, 예를 들어 유기 광전 변환부(20)에서는, 상기 제1 실시의 형태와 마찬가지로, 청(B)의 색 신호를 취득한다. 유기 광전 변환부(70)는 예를 들어 녹(G)의 색 신호를 취득한다. 무기 광전 변환부(32)에서는, 예를 들어 적(R)의 색 신호를 취득한다. 이에 의해, 촬상 소자(10C)에서는, 컬러 필터를 이용하는 일 없이 1개의 화소에서 복수 종류의 색 신호를 취득 가능하게 되어 있다.
유기 광전 변환부(70)는 예를 들어 유기 광전 변환부(20)의 상방에 적층되고, 유기 광전 변환부(20)와 마찬가지로, 하부 전극(71), 반도체층(73), 광전 변환층(74) 및 상부 전극(75)이 반도체 기판(30)의 제1면(면(30S1))측으로부터 이 순서로 적층된 구성을 가지고 있다. 또한, 하부 전극(71)과 반도체층(73) 사이에는, 절연층(72)이 마련되어 있다. 하부 전극(71)은, 예를 들면, 촬상 소자(10C)마다 분리 형성됨과 함께, 상세는 후술하지만, 절연층(72)를 사이에 두고 서로 분리된 판독 전극(71A) 및 축적 전극(71B)에 의해 구성되어 있다. 하부 전극(71) 중 판독 전극(71A)은 절연층(72)에 마련된 개구(72H)를 통하여 광전 변환층(74)과 전기적으로 접속되어 있다. 반도체층(73), 광전 변환층(74) 및 상부 전극(75)은, 도 12에서는, 촬상 소자(10C)마다 분리 형성되어 있는 예를 도시했지만, 예를 들면, 복수의 촬상 소자(10C)에 공통된 연속층으로서 마련되어 있어도 좋다.
광전 변환층(74)은 광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 것이고, 광전 변환층(24)과 마찬가지로, 각각 p형 반도체 또는 n형 반도체로서 기능하는 유기 재료(p형 반도체 재료 또는 n형 반도체 재료)를 2종 이상 포함하여 구성되어 있다. 광전 변환층(74)은, p형 반도체 재료 및 n형 반도체 재료 외에, 소정의 파장역의 광을 광전 변환하는 한편, 다른 파장역의 광을 투과시키는 유기 재료, 이른바 색소 재료를 포함하여 구성되어 있어도 좋다. 광전 변환층(74)을 p형 반도체 재료, n형 반도체 재료 및 색소 재료의 3종류의 유기 재료를 이용하여 형성하는 경우에는, p형 반도체 재료 및 n형 반도체 재료는 가시 영역(예를 들면, 400㎚~700㎚)에서 광투과성을 갖는 재료인 것이 바람직하다. 광전 변환층(74)의 두께는 예를 들어 25㎚ 이상 400㎚ 이하이고, 바람직하게는, 50㎚ 이상 350㎚ 이하이다. 보다 바람직하게는, 150㎚ 이상 300㎚ 이하이다. 광전 변환층(74)에 이용되는 색소 재료로서는, 예를 들면, 서브프탈로시아닌, 프탈로시아닌, 쿠마린 및 포르피린 또는 그들 유도체 등 또는 그들 유도체 등을 들 수 있다.
반도체 기판(30)의 제1면(면(30S1))과 제2면(면(30S2)) 사이에는, 2개의 관통 전극(34X, 34Y)이 마련되어 있다.
관통 전극(34X)은, 상기 제1 실시의 형태와 마찬가지로, 유기 광전 변환부(20)의 판독 전극(21A)과 전기적으로 접속되어 있고, 유기 광전 변환부(20)는, 관통 전극(34X)을 통하여, 앰프 트랜지스터(AMP)의 게이트(Gamp)와, 플로팅 디퓨전(FD1)을 겸하는 리셋 트랜지스터(RST)(리셋 트랜지스터(Tr1rst))의 일방의 소스/드레인 영역(36B1)에 접속되어 있다. 관통 전극(34X)의 상단은, 예를 들면, 상부 제1 콘택트(29A), 패드부(39A) 및 상부 제2 콘택트(29B)를 통하여 판독 전극(21A)에 접속되어 있다.
관통 전극(34Y)은 유기 광전 변환부(70)의 판독 전극(71A)과 전기적으로 접속되어 있고, 유기 광전 변환부(70)는, 관통 전극(34Y)을 통하여, 앰프 트랜지스터(AMP)의 게이트(Gamp)와, 플로팅 디퓨전(FD2)을 겸하는 리셋 트랜지스터(RST)(리셋 트랜지스터(Tr2rst))의 일방의 소스/드레인 영역(36B2)에 접속되어 있다. 관통 전극(34Y)의 상단은, 예를 들면, 상부 제4 콘택트(79A), 패드부(69A), 상부 제5 콘택트(79B), 패드부(69B) 및 상부 제6 콘택트(79C)를 통하여 판독 전극(71A)에 접속되어 있다. 또한, 유기 광전 변환부(70)를 구성하는 하부 전극(71)의 축적 전극(71B)에는, 상부 제7 콘택트(79D)를 통하여 패드(69C)가 접속되어 있다.
이상과 같이, 본 실시의 형태의 촬상 소자(10B)에서는, 2개의 유기 광전 변환부(20, 70)와, 1개의 무기 광전 변환부(32)가 적층된 구성으로 하고, 상기 제1 실시의 형태와 마찬가지로, 예를 들면, 청(B)의 색 신호를 취득하는 유기 광전 변환부(20)를 구성하는 광전 변환층(24)을 상기 일반식(1)으로 표시되는 벤조티에노벤조티오펜계 화합물을 이용하여 형성하도록 하였다. 이에 의해, 상기 제1 실시의 형태와 같은 효과를 얻을 수 있다.
<3. 제3 실시의 형태>
도 13은 본 개시의 제3 실시의 형태의 촬상 소자(촬상 소자(10D))의 단면 구성을 모식적으로 도시한 것이다. 촬상 소자(10D)는, 예를 들면, 디지털 스틸 카메라, 비디오 카메라 등의 전자 기기에 이용되는 CMOS 이미지 센서 등의 촬상 장치(촬상 장치(1))에서 1개의 화소(단위 화소(P))를 구성하는 것이다. 본 실시의 형태의 유기 광전 변환부(80)는 하부 전극(81)과, 광전 변환층(24)과, 상부 전극(25)이 이 순서로 적층된 구성을 가지고, 하부 전극(81)이 화소 내에서 베타막으로서 형성되어 있는 점이 상기 제1, 제2 실시의 형태와는 다르다.
촬상 소자(10D)는, 단위 화소(P)마다, 1개의 유기 광전 변환부(80)와, 2개의 무기 광전 변환부(32G, 32R)가 종방향으로 적층된 것이다. 유기 광전 변환부(80)와 무기 광전 변환부(32G, 32R)는 서로 다른 파장 대역의 광을 선택적으로 검출하여 광전 변환을 행하는 것이다. 구체적으로는, 유기 광전 변환부(80)에서는, 상기 제1 실시의 형태와 마찬가지로, 예를 들어 청(B)의 색 신호를 취득한다. 반도체 기판(30)의 제2면(면(30S2))상에는 다층 배선층(40)이 마련되어 있다. 다층 배선층(40)은, 예를 들면, 배선층(41, 42, 43)이 절연층(44) 내에 적층된 구성을 가지고 있다.
유기 광전 변환부(80)는 선택적인 파장 대역(예를 들면, 400㎚ 이상 700㎚ 이하)의 일부 또는 전부의 파장 대역에 대응하는 광을 흡수하여, 전자-정공 쌍을 발생시키는 유기 광전 변환 소자이다.
유기 광전 변환부(80)는, 상기와 같이, 예를 들면, 대향 배치된 하부 전극(81) 및 상부 전극(25)과, 하부 전극(81)과 상부 전극(25) 사이에 마련된 광전 변환층(24)으로 구성되어 있다. 본 실시의 형태의 유기 광전 변환부(80)는, 도 13에 도시한 바와 같이, 하부 전극(81)이 각 화소 내에서 베타막으로 형성되어 있는 것을 제외하고, 하부 전극(81), 광전 변환층(24) 및 상부 전극(25)은 상기 제1 실시의 형태에서의 유기 광전 변환부(20)와 같은 구성을 가진다.
반도체 기판(30)의 제2면(면(30S2))에는, 예를 들면, 플로팅 디퓨전(부유 확산층)(FD1, FD2, FD3)과, 종형 트랜지스터(전송 트랜지스터)(Tr1)와, 전송 트랜지스터(Tr2)와, 앰프 트랜지스터(변조 소자)(AMP)와, 리셋 트랜지스터(RST)가 마련되어 있다.
종형 트랜지스터(Tr1)는, 무기 광전 변환부(32G)에서 발생하고, 축적된 녹색에 대응하는 신호 전하를, 플로팅 디퓨전(FD1)에 전송하는 전송 트랜지스터이다. 무기 광전 변환부(32G)는 반도체 기판(30)의 제2면(면(30S2))으로부터 깊은 위치에 형성되어 있기 때문에, 무기 광전 변환부(32G)의 전송 트랜지스터는 종형 트랜지스터(Tr1)에 의해 구성되어 있는 것이 바람직하다. 전송 트랜지스터(Tr2)는, 무기 광전 변환부(32R)에서 발생하고, 축적된 적색에 대응하는 신호 전하를, 플로팅 디퓨전(FD2)에 전송하는 것이고, 예를 들어 MOS 트랜지스터에 의해 구성되어 있다. 앰프 트랜지스터(AMP)는 유기 광전 변환부(80)에서 생긴 전하량을 전압으로 변조하는 변조 소자이고, 예를 들어 MOS 트랜지스터에 의해 구성되어 있다. 리셋 트랜지스터(RST)는 유기 광전 변환부(80)로부터 플로팅 디퓨전(FD3)에 전송된 전하를 리셋하는 것이고, 예를 들어 MOS 트랜지스터에 의해 구성되어 있다.
하부 제1 콘택트(45) 및 하부 제2 콘택트(46)는, 예를 들면, PDAS(Phosphorus Doped Amorphous Silicon) 등의 도프된 실리콘 재료, 또는, 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 티탄(Ti), 코발트(Co), 하프늄(Hf), 탄탈(Ta) 등의 금속 재료에 의해 구성되어 있다.
촬상 소자(10D)에서는, 이하와 같이 하여 각 색의 신호가 취득된다.
(유기 광전 변환부(80)에 의한 청색 신호의 취득)
촬상 소자(10D)에 입사한 광 중, 우선, 청색광이 유기 광전 변환부(80)에서 선택적으로 검출(흡수)되고, 광전 변환된다.
유기 광전 변환부(80)는, 관통 전극(34)을 통하여, 앰프 트랜지스터(AMP)의 게이트(Gamp)와 플로팅 디퓨전(FD3)에 접속되어 있다. 따라서, 유기 광전 변환부(80)에서 발생한 전자-정공 쌍 중의 전자가 하부 전극(81)측으로부터 취출되고, 관통 전극(34)을 통하여 반도체 기판(30)의 제2면(면(30S2))측에 전송되고, 플로팅 디퓨전(FD3)에 축적된다. 이와 동시에, 앰프 트랜지스터(AMP)에 의해, 유기 광전 변환부(80)에서 생긴 전하량이 전압으로 변조된다.
또한, 플로팅 디퓨전(FD3)의 옆에는, 리셋 트랜지스터(RST)의 리셋 게이트(Grst)가 배치되어 있다. 이에 의해, 플로팅 디퓨전(FD3)에 축적된 전하는 리셋 트랜지스터(RST)에 의해 리셋된다.
여기서는, 유기 광전 변환부(80)가, 관통 전극(34)을 통하여, 앰프 트랜지스터(AMP)뿐만 아니라 플로팅 디퓨전(FD3)에도 접속되어 있기 때문에, 플로팅 디퓨전(FD3)에 축적된 전하를 리셋 트랜지스터(RST)에 의해 용이하게 리셋하는 것이 가능해진다.
이에 대해, 관통 전극(34)과 플로팅 디퓨전(FD3)이 접속되어 있지 않은 경우에는, 플로팅 디퓨전(FD3)에 축적된 전하를 리셋하는 것이 곤란해져서, 큰 전압을 부가하여 상부 전극(25)측에 뽑아내게 된다. 그 때문에, 광전 변환층(24)이 데미지를 받을 우려가 있다. 또한, 단시간에서의 리셋을 가능하게 하는 구조는 암흑 시 노이즈의 증대를 초래하여, 트레이드 오프로 되기 때문에, 이 구조는 곤란하다.
(무기 광전 변환부(32G, 32R)에 의한 녹색 신호, 적색 신호의 취득)
이어서, 유기 광전 변환부(80)를 투과한 광 중, 녹색광은 무기 광전 변환부(32G), 적색광은 무기 광전 변환부(32R)에서, 각각 순차적으로 흡수되고, 광전 변환된다. 무기 광전 변환부(32G)에서는, 입사한 녹색광에 대응한 전자가 무기 광전 변환부(32G)의 n영역에 축적되고, 축적된 전자는 종형 트랜지스터(Tr1)에 의해 플로팅 디퓨전(FD1)에 전송된다. 마찬가지로, 무기 광전 변환부(32R)에서는, 입사한 적색광에 대응한 전자가 무기 광전 변환부(32R)의 n영역에 축적되고, 축적된 전자는 전송 트랜지스터(Tr2)에 의해 플로팅 디퓨전(FD2)에 전송된다.
이상과 같이, 본 실시의 형태의 촬상 소자(10D)에서는, 유기 광전 변환부(80)를 구성하는 하부 전극(81)을 베타막으로서 형성하고, 상기 제1 실시의 형태와 마찬가지로, 예를 들면, 청(B)의 색 신호를 취득하는 유기 광전 변환부(80)를 구성하는 광전 변환층(24)을 상기 일반식(1)으로 표시되는 벤조티에노벤조티오펜계 화합물을 이용하여 형성하도록 하였다. 이에 의해, 상기 제1 실시의 형태와 같은 효과를 얻을 수 있다.
<4. 제4 실시의 형태>
도 14는 본 개시의 제4 실시의 형태에 관한 촬상 소자(촬상 소자(10E))의 단면 구성을 도시한 것이다. 촬상 소자(10E)는, 예를 들면, 디지털 스틸 카메라, 비디오 카메라 등의 전자 기기에 이용되는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서 등의 촬상 장치(1)에서 1개의 화소(단위 화소(P))를 구성하는 것이다. 본 실시의 형태의 촬상 소자(10E)는 반도체 기판(30)상에 절연층(96)을 통하여 적색 광전 변환부(90R), 녹색 광전 변환부(90G) 및 청색 광전 변환부(90B)가 이 순서로 적층된 구성을 가진다.
적색 광전 변환부(90R), 녹색 광전 변환부(90G) 및 청색 광전 변환부(90B)는, 각각 한 쌍의 전극 사이, 구체적으로는, 제1 전극(91R)과 제2 전극(93R) 사이, 제1 전극(91G)과 제2 전극(93G) 사이, 제1 전극(91B)과 제2 전극(93B) 사이에, 각각 유기 광전 변환층(92R, 92G, 92B)을 가진다. 유기 광전 변환층(92B)은 상기 제1 실시의 형태와 마찬가지로, 예를 들면, 유기 광전 변환층(82B)은 상기 일반식(1)으로 표시되는 벤조티에노벤조티오펜계 화합물을 이용하여 형성되어 있다.
청색 광전 변환부(90B)상에는, 보호층(97) 및 온 칩 렌즈층(98)을 통하여 온 칩 렌즈(98L)가 마련되어 있다. 반도체 기판(30) 내에는, 적색 축전층(310R), 녹색 축전층(310G) 및 청색 축전층(310B)이 마련되어 있다. 온 칩 렌즈(98L)에 입사한 광은 적색 광전 변환부(90R), 녹색 광전 변환부(90G) 및 청색 광전 변환부(90B)에서 광전 변환되고, 적색 광전 변환부(90R)로부터 적색 축전층(310R)에, 녹색 광전 변환부(90G)로부터 녹색 축전층(310G)에, 청색 광전 변환부(90B)로부터 청색 축전층(310B)에 각각 신호 전하가 보내지도록 되어 있다. 신호 전하는 광전 변환에 의해 생기는 전자 및 정공의 어느 쪽이라도 좋지만, 이하에서는, 전자를 신호 전하로서 판독하는 경우를 예로 들어 설명한다.
반도체 기판(30)은 예를 들어 p형 실리콘 기판에 의해 구성되어 있다. 이 반도체 기판(30)에 마련된 적색 축전층(310R), 녹색 축전층(310G) 및 청색 축전층(310B)은 각각 n형 반도체 영역을 포함하고 있고, 이 n형 반도체 영역에 적색 광전 변환부(90R), 녹색 광전 변환부(90G) 및 청색 광전 변환부(90B)로부터 공급된 신호 전하(전자)가 축적되도록 되어 있다. 적색 축전층(310R), 녹색 축전층(310G) 및 청색 축전층(310B)의 n형 반도체 영역은, 예를 들면, 반도체 기판(30)에, 인(P) 또는 비소(As) 등의 n형 불순물을 도핑함에 의해 형성된다. 또한, 반도체 기판(30)은, 글라스 등으로 이루어지는 지지 기판(도시 생략)상에 마련하도록 해도 좋다.
반도체 기판(30)에는, 적색 축전층(310R), 녹색 축전층(310G) 및 청색 축전층(310B) 각각으로부터 전자를 판독하고, 예를 들어 수직 신호선(예를 들면, 후술하는 도 15의 수직 신호선(Lsig))에 전송하기 위한 화소 트랜지스터가 마련되어 있다. 이 화소 트랜지스터의 플로팅 디퓨전이 반도체 기판(30) 내에 마련되어 있고, 이 플로팅 디퓨전이 적색 축전층(310R), 녹색 축전층(310G) 및 청색 축전층(310B)에 접속되어 있다. 플로팅 디퓨전은, n형 반도체 영역에 의해 구성되어 있다.
절연층(96)은, 예를 들면, 산화 실리콘(SiOx), 질화 실리콘(SiNx), 산질화 실리콘(SiON) 및 산화 하프늄(HfOx) 등 중의 1종으로 이루어지는 단층막이나, 또는 이 중의 2종 이상으로 이루어지는 적층막에 의해 구성되어 있다. 또한, 절연층(96)은 유기 절연재료를 이용하여 형성해도 좋다. 절연층(96)에는, 도시하고 있지 않지만, 적색 축전층(310R)과 적색 광전 변환부(90R), 녹색 축전층(310G)과 녹색 광전 변환부(90G), 청색 축전층(310B)과 청색 광전 변환부(90B)를 각각 접속하기 위한 플러그 및 전극이 마련되어 있다.
적색 광전 변환부(90R)는, 반도체 기판(30)에 가까운 위치로부터, 제1 전극(91R), 유기 광전 변환층(92R) 및 제2 전극(93R)을 이 순서로 갖는 것이다. 녹색 광전 변환부(90G)는, 적색 광전 변환부(90R)에 가까운 위치로부터, 제1 전극(91G), 유기 광전 변환층(92G) 및 제2 전극(93G)을 이 순서로 갖는 것이다. 청색 광전 변환부(90B)는, 녹색 광전 변환부(90G)에 가까운 위치로부터, 제1 전극(91B), 유기 광전 변환층(92B) 및 제2 전극(93B)을 이 순서로 갖는 것이다. 적색 광전 변환부(90R)와 녹색 광전 변환부(90G) 사이에는 절연층(94)이, 녹색 광전 변환부(90G)와 청색 광전 변환부(90B) 사이에는 절연층(95)이 또한 마련되어 있다. 적색 광전 변환부(90R)에서는 적색(예를 들면, 파장 600㎚ 이상 700㎚ 미만)의 광이, 녹색 광전 변환부(90G)에서는 녹색(예를 들면, 파장 500㎚ 이상 600㎚ 미만)의 광이, 청색 광전 변환부(90B)에서는 청색(예를 들면, 파장 400㎚ 이상 500㎚ 미만)의 광이 각각 선택적으로 흡수되고, 전자-정공 쌍이 발생하도록 되어 있다.
제1 전극(91R)은 유기 광전 변환층(92R)에서 생긴 신호 전하를, 제1 전극(91G)은 유기 광전 변환층(92G)에서 생긴 신호 전하를, 제1 전극(91B)은 유기 광전 변환층(92B)에서 생긴 신호 전하를 각각 취출하는 것이다. 제1 전극(91R, 91G, 91B)은, 예를 들면, 화소마다 마련되어 있다. 이 제1 전극(91R, 91G, 91B)은, 예를 들면, 광투과성의 도전 재료, 구체적으로는 ITO에 의해 구성된다. 제1 전극(91R, 91G, 91B)은, 예를 들면, 산화 주석계 재료 또는 산화 아연계 재료에 의해 구성하도록 해도 좋다. 산화 주석계 재료란 산화 주석에 도펀트를 첨가한 것이고, 산화 아연계 재료란 예를 들면 산화 아연에 도펀트로서 알루미늄을 첨가한 알루미늄 아연 산화물, 산화 아연에 도펀트로서 갈륨을 첨가한 갈륨 아연 산화물 및 산화 아연에 도펀트로서 인듐을 첨가한 인듐 아연 산화물 등이다. 이 외에, IGZO, CuI, InSbO4, ZnMgO, CuInO2, MgIn2O4, CdO 및 ZnSnO3 등을 이용하는 것도 가능하다. 제1 전극(91R, 91G, 91B)의 두께는 예를 들어 50㎚~500㎚이다.
제1 전극(91R)과 유기 광전 변환층(92R) 사이, 제1 전극(91G)과 유기 광전 변환층(92G) 사이, 및 제1 전극(91B)과 유기 광전 변환층(92B) 사이에는, 각각 예를 들면, 전자 수송층이 마련되어 있어도 좋다. 전자 수송층은 유기 광전 변환층(92R, 92G, 92B)에서 생긴 전자의 제1 전극(91R, 91G, 91B)에의 공급을 촉진하기 위한 것이고, 예를 들면, 산화 티탄 또는 산화 아연 등에 의해 구성되어 있다. 산화 티탄막과 산화 아연막을 적층시켜서 전자 수송층을 구성하도록 해도 좋다. 전자 수송층의 두께는 예를 들어 0.1㎚~1000㎚이고, 0.5㎚~300㎚인 것이 바람직하다.
유기 광전 변환층(92R, 92G, 92B)은 각각 선택적인 파장역의 광을 흡수하여 광전 변환하고, 다른 파장역의 광을 투과시키는 것이다. 여기서, 선택적인 파장역의 광이란, 유기 광전 변환층(92R)에서는, 예를 들면, 파장 600㎚ 이상 700㎚ 미만의 파장역의 광이다. 유기 광전 변환층(92G)에서는, 예를 들면, 파장 500㎚ 이상 600㎚ 미만의 파장역의 광이다. 유기 광전 변환층(92B)에서는, 예를 들면, 파장 400㎚ 이상 500㎚ 미만의 파장역의 광이다. 유기 광전 변환층(92R, 92G, 92B)의 두께는 예를 들어 25㎚ 이상 400㎚ 이하이고, 바람직하게는, 50㎚ 이상 350㎚ 이하이다. 보다 바람직하게는, 150㎚ 이상 300㎚ 이하이다.
유기 광전 변환층(92R, 92G, 92B)은 광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 것이고, 광전 변환층(24)과 마찬가지로, 각각 p형 반도체 또는 n형 반도체로서 기능하는 유기 재료(p형 반도체 재료 또는 n형 반도체 재료)를 2종 이상 포함하여 구성되어 있다. 유기 광전 변환층(92R, 92G, 92B)은, p형 반도체 재료 및 n형 반도체 재료 외에, 상기 소정의 파장역의 광을 광전 변환하는 한편, 다른 파장역의 광을 투과시키는 유기 재료, 이른바 색소 재료를 포함하여 구성되어 있어도 좋다. 이와 같은 재료로서는, 예를 들면, 유기 광전 변환층(92R)에서는, 예를 들면, 로다민 및 메로시아닌 또는 그 유도체를 들 수 있다. 유기 광전 변환층(92G)에서는, 예를 들면, 서브프탈로시아닌, 프탈로시아닌, 쿠마린 및 포르피린 또는 그들 유도체를 들 수 있다. 유기 광전 변환층(92B)에서는, 상기 일반식(1)으로 표시되는 벤조티에노벤조티오펜계 화합물을 들 수 있다.
유기 광전 변환층(92R, 92G, 92B)을 구성하는 유기 재료로서는, 예를 들면, 풀러렌 또는 풀러렌 유도체를 들 수 있다. 유기 광전 변환층(92R, 92G, 92B)은, 또한, 상기 이외의 유기 재료를 포함하고 있어도 좋다.
유기 광전 변환층(92R)과 제2 전극(93R) 사이, 유기 광전 변환층(92G)과 제2 전극(93G) 사이 및 유기 광전 변환층(92B)과 제2 전극(93B) 사이에는, 각각, 예를 들어 정공 수송층이 마련되어 있어도 좋다. 정공 수송층은, 유기 광전 변환층(92R, 92G, 92B)에서 생긴 정공의 제2 전극(93R, 93G, 93B)에의 공급을 촉진하기 위한 것이고, 예를 들어 산화 몰리브덴, 산화 니켈 또는 산화 바나듐 등에 의해 구성되어 있다. PEDOT(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)) 및 TPD(N,N'-Bis(3-methylphenyl)-N,N'-diphenylbenzidine) 등의 유기 재료에 의해 정공 수송층을 구성하도록 해도 좋다. 정공 수송층의 두께는 예를 들어 0.5㎚ 이상 100㎚ 이하이다.
제2 전극(93R)은 유기 광전 변환층(92R)에서 발생한 정공을, 제2 전극(93G)은 유기 광전 변환층(92G)에서 발생한 정공을, 제2 전극(93B)은 유기 광전 변환층(92G)에서 발생한 정공을 각각 취출하기 위한 것이다. 제2 전극(93R, 93G, 93B)으로부터 취출된 정공은 각각의 전송 경로(도시 생략)를 통하여, 예를 들어 반도체 기판(30) 내의 p형 반도체 영역(도시 생략)에 배출되도록 되어 있다. 제2 전극(93R, 93G, 93B)은, 예를 들면, 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu) 및 알루미늄(Al) 등의 도전 재료에 의해 구성되어 있다. 제1 전극(91R, 91G, 91B)과 마찬가지로, 투명 도전 재료에 의해 제2 전극(93R, 93G, 93B)을 구성하도록 해도 좋다. 촬상 소자(10E)에서는, 이 제2 전극(93R, 93G, 93B)으로부터 취출되는 정공은 배출되기 때문에, 예를 들면, 후술하는 촬상 장치(1)에서 복수의 촬상 소자(10E)를 배치했을 때에는, 제2 전극(93R, 93G, 93B)을 각 촬상 소자(10E)(단위 화소(P))에 공통으로 마련하도록 해도 좋다. 제2 전극(93R, 93G, 93B)의 두께는 예를 들면, 0.5㎚ 이상 100㎚ 이하이다.
절연층(94)은 제2 전극(93R)과 제1 전극(91G)을 절연하기 위한 것이고, 절연층(95)은 제2 전극(93G)과 제1 전극(91B)을 절연하기 위한 것이다. 절연층(94, 95)은, 예를 들면, 금속 산화물, 금속 황화물 또는 유기물에 의해 구성되어 있다. 금속 산화물로서는, 예를 들면, 산화 실리콘(SiOx), 산화 알루미늄(AlOx), 산화 지르코늄(ZrOx), 산화 티탄(TiOx), 산화 아연(ZnOx), 산화 텅스텐(WOx), 산화 마그네슘(MgOx), 산화 니오브(NbOx), 산화 주석(SnOx) 및 산화 갈륨(GaOx) 등을 들 수 있다. 금속 황화물로서는, 황화 아연(ZnS) 및 황화 마그네슘(MgS) 등을 들 수 있다. 절연층(94, 95)의 구성 재료의 밴드 갭은 3.0eV 이상인 것이 바람직하다. 절연층(94, 95)의 두께는 예를 들어 2㎚ 이상 100㎚ 이하이다.
이상과 같이, 상기 일반식(1)으로 표시되는 벤조티에노벤조티오펜계 화합물을 이용하여 유기 광전 변환층(92B)을 형성함에 의해, 상기 제1 실시의 형태와 같은 효과를 얻을 수 있다.
<5. 적용례>
(적용례 1)
도 15는 상기 제1~제4 실시의 형태에서 설명한 촬상 소자(10A)(또는, 촬상 소자(10B)~10E)를 각 화소에 이용한 촬상 장치(촬상 장치(1))의 전체 구성을 도시한 것이다. 이 촬상 장치(1)는, CMOS 이미지 센서이고, 반도체 기판(30)상에, 촬상 에어리어로서의 화소부(1a)를 가짐과 함께, 이 화소부(1a)의 주변 영역에, 예를 들면, 행주사부(131), 수평 선택부(133), 열주사부(134) 및 시스템 제어부(132)로 이루어지는 주변 회로부(130)를 가지고 있다.
화소부(1a)는, 예를 들면, 행렬형상으로 2차원 배치된 복수의 단위 화소(P)(촬상 소자(10)에 상당)를 가지고 있다. 이 단위 화소(P)에는, 예를 들면, 화소행마다 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 행주사부(131)의 각 행에 대응한 출력단에 접속되어 있다.
행주사부(131)는 시프트 레지스터나 어드레스 디코더 등에 의해 구성되고, 화소부(1a)의 각 단위 화소(P)를, 예를 들면, 행 단위로 구동하는 화소 구동부이다. 행주사부(131)에 의해 선택 주사된 화소행의 각 단위 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.
열주사부(134)는 시프트 레지스터나 어드레스 디코더 등에 의해 구성되고, 수평 선택부(133)의 각 수평 선택 스위치를 주사하면서 순차적으로 구동하는 것이다. 이 열주사부(134)에 의한 선택 주사에 의해, 수직 신호선(Lsig)의 각각을 통하여 전송되는 각 화소의 신호가 순차적으로 수평 신호선(135)에 출력되고, 당해 수평 신호선(135)을 통하여 반도체 기판(30)의 외부에 전송된다.
행주사부(131), 수평 선택부(133), 열주사부(134) 및 수평 신호선(135)으로 이루어지는 회로 부분은 반도체 기판(30)상에 직접적으로 형성되어 있어도 좋고, 또는 외부 제어 IC에 마련된 것이라도 좋다. 또한, 그들 회로 부분은 케이블 등에 의해 접속된 다른 기판에 형성되어 있어도 좋다.
시스템 제어부(132)는 반도체 기판(30)의 외부로부터 주어지는 클록이나, 동작 모드를 지령하는 데이터 등을 수취하고, 또한, 촬상 장치(1)의 내부 정보 등의 데이터를 출력하는 것이다. 시스템 제어부(132)는 또한, 각종의 타이밍 신호를 생성하는 타이밍 제너레이터를 가지고, 당해 타이밍 제너레이터에서 생성된 각종의 타이밍 신호를 기초로 행주사부(131), 수평 선택부(133) 및 열주사부(134) 등의 주변 회로의 구동 제어를 행한다.
(적용례 2)
상기 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 16에, 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, 촬상 장치(1)와, 광학계(광학 렌즈)(310)와, 셔터 장치(311)와, 촬상 장치(1) 및 셔터 장치(311)를 구동하는 구동부(313)와, 신호 처리부(312)를 가진다.
광학계(310)는, 피사체로부터의 상광(입사광)을 촬상 장치(1)의 화소부(1a)에 유도하는 것이다. 이 광학계(310)는, 복수의 광학 렌즈로 구성되어 있어도 좋다. 셔터 장치(311)는, 촬상 장치(1)에의 광조사 기간 및 차광 기간을 제어하는 것이다. 구동부(313)는, 촬상 장치(1)의 전송 동작 및 셔터 장치(311)의 셔터 동작을 제어하는 것이다. 신호 처리부(312)는, 촬상 장치(1)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.
또한, 상기 촬상 장치(1)는 하기 전자 기기(캡슐형 내시경(10100) 및 차량 등의 이동체)에도 응용하는 것이 가능하다.
<6. 응용례>
(체내 정보 취득 시스템에의 응용례)
또한, 본 개시에 관한 기술(본 기술)은 다양한 제품에 응용할 수 있다. 예를 들면, 본 개시에 관한 기술은 내시경 수술 시스템에 적용되어도 좋다.
도 17은, 본 개시에 관한 기술(본 기술)이 적용될 수 있는 캡슐형 내시경을 이용한 환자의 체내 정보 취득 시스템의 개략적인 구성의 한 예를 도시하는 블록도이다.
체내 정보 취득 시스템(10001)은 캡슐형 내시경(10100)과, 외부 제어 장치(10200)로 구성된다.
캡슐형 내시경(10100)은, 검사 시에, 환자에 의해 삼켜진다. 캡슐형 내시경(10100)은 촬상 기능 및 무선 통신 기능을 가지고, 환자로부터 자연 배출되기까지의 사이, 위나 장 등의 장기의 내부를 연동 운동 등에 의해 이동하면서, 당해 장기 내부의 화상(이하, 체내 화상이라고도 한다)을 소정의 간격으로 순차적으로 촬상하고, 그 체내 화상에 관한 정보를 체외의 외부 제어 장치(10200)에 순차적으로 무선 송신한다.
외부 제어 장치(10200)는 체내 정보 취득 시스템(10001)의 동작을 통괄적으로 제어한다. 또한, 외부 제어 장치(10200)는 캡슐형 내시경(10100)으로부터 송신되어 오는 체내 화상에 관한 정보를 수신하고, 수신한 체내 화상에 관한 정보에 의거하여, 표시 장치(도시 생략)에 당해 체내 화상을 표시하기 위한 화상 데이터를 생성한다.
체내 정보 취득 시스템(10001)에서는, 이와 같이 하여, 캡슐형 내시경(10100)이 삼켜지고 나서 배출되기까지의 사이, 환자의 체내의 상태를 촬상한 체내 화상을 수시로 얻을 수 있다.
캡슐형 내시경(10100)과 외부 제어 장치(10200)의 구성 및 기능에 관해 보다 상세히 설명한다.
캡슐형 내시경(10100)은 캡슐형의 몸체(10101)를 가지고, 그 몸체(10101) 내에는, 광원부(10111), 촬상부(10112), 화상 처리부(10113), 무선 통신부(10114), 급전부(10115), 전원부(10116) 및 제어부(10117)가 수납되어 있다.
광원부(10111)는 예를 들어 LED(light emitting diode) 등의 광원으로 구성되고, 촬상부(10112)의 촬상 시야에 대해 광을 조사한다.
촬상부(10112)는 촬상 소자 및 당해 촬상 소자의 전단에 마련되는 복수의 렌즈로 이루어지는 광학계로 구성된다. 관찰 대상인 체조직에 조사된 광의 반사광(이하, 관찰광이라고 한다)은 당해 광학계에 의해 집광되고, 당해 촬상 소자에 입사한다. 촬상부(10112)에서는 촬상 소자에서 그곳에 입사한 관찰광이 광전 변환되고, 그 관찰광에 대응하는 화상 신호가 생성된다. 촬상부(10112)에 의해 생성된 화상 신호는 화상 처리부(10113)에 제공된다.
화상 처리부(10113)는 CPU(Central Processing Unit)나 GPU(Graphics Processing Unit) 등의 프로세서에 의해 구성되고, 촬상부(10112)에 의해 생성된 화상 신호에 대해 각종의 신호 처리를 행한다. 화상 처리부(10113)는 신호 처리를 시행한 화상 신호를 RAW 데이터로서 무선 통신부(10114)에 제공한다.
무선 통신부(10114)는 화상 처리부(10113)에 의해 신호 처리가 시행된 화상 신호에 대해 변조 처리 등의 소정의 처리를 행하고, 그 화상 신호를 안테나(10114A)를 통하여 외부 제어 장치(10200)에 송신한다. 또한, 무선 통신부(10114)는, 외부 제어 장치(10200)로부터, 캡슐형 내시경(10100)의 구동 제어에 관한 제어 신호를 안테나(10114A)를 통하여 수신한다. 무선 통신부(10114)는, 외부 제어 장치(10200)로부터 수신한 제어 신호를 제어부(10117)에 제공한다.
급전부(10115)는 수전용의 안테나 코일, 당해 안테나 코일에 발생한 전류로부터 전력을 재생하는 전력 재생 회로, 및 승압 회로 등으로 구성된다. 급전부(10115)에서는, 이른바 비접촉 충전의 원리를 이용하여 전력이 생성된다.
전원부(10116)는 2차 전지에 의해 구성되고, 급전부(10115)에 의해 생성된 전력을 축전한다. 도 17에서는, 도면이 복잡해지는 것을 피하기 위해, 전원부(10116)로부터의 전력의 공급처를 나타내는 화살표 등의 도시를 생략하고 있는데, 전원부(10116)에 축전된 전력은 광원부(10111), 촬상부(10112), 화상 처리부(10113), 무선 통신부(10114) 및 제어부(10117)에 공급되고, 이들 구동에 이용될 수 있다.
제어부(10117)는 CPU 등의 프로세서에 의해 구성되고, 광원부(10111), 촬상부(10112), 화상 처리부(10113), 무선 통신부(10114), 및, 급전부(10115)의 구동을 외부 제어 장치(10200)로부터 송신되는 제어 신호에 따라 적절히 제어한다.
외부 제어 장치(10200)는 CPU, GPU 등의 프로세서, 또는 프로세서와 메모리 등의 기억 소자가 혼재된 마이크로 컴퓨터 또는 제어 기판 등으로 구성된다. 외부 제어 장치(10200)는 캡슐형 내시경(10100)의 제어부(10117)에 대해 제어 신호를 안테나(10200A)를 통하여 송신함에 의해, 캡슐형 내시경(10100)의 동작을 제어한다. 캡슐형 내시경(10100)에서는, 예를 들면, 외부 제어 장치(10200)로부터의 제어 신호에 의해, 광원부(10111)에서의 관찰 대상에 대한 광의 조사 조건이 변경될 수 있다. 또한, 외부 제어 장치(10200)로부터의 제어 신호에 의해, 촬상 조건(예를 들면, 촬상부(10112)에서의 프레임 레이트, 노출치 등)이 변경될 수 있다. 또한, 외부 제어 장치(10200)로부터의 제어 신호에 의해, 화상 처리부(10113)에서의 처리의 내용이나, 무선 통신부(10114)가 화상 신호를 송신하는 조건(예를 들면, 송신 간격, 송신 화상수 등)이 변경되어도 좋다.
또한, 외부 제어 장치(10200)는, 캡슐형 내시경(10100)으로부터 송신되는 화상 신호에 대해, 각종의 화상 처리를 시행하고, 촬상된 체내 화상을 표시 장치에 표시하기 위한 화상 데이터를 생성한다. 당해 화상 처리로서는, 예를 들어 현상 처리(디모자이크 처리), 고화질화 처리(대역 강조 처리, 초해상 처리, NR(Noise reduction) 처리 및/또는 손 떨림 보정 처리 등), 및/또는 확대 처리(전자 줌 처리) 등 각종의 신호 처리를 행할 수 있다. 외부 제어 장치(10200)는, 표시 장치의 구동을 제어하여, 생성한 화상 데이터에 의거하여 촬상된 체내 화상을 표시시킨다. 또는, 외부 제어 장치(10200)는 생성한 화상 데이터를 기록 장치(도시 생략)에 기록시키거나, 인쇄 장치(도시 생략)에 인쇄 출력시켜도 좋다.
이상, 본 개시에 관한 기술이 적용될 수 있는 체내 정보 취득 시스템의 한 예에 관해 설명하였다. 본 개시에 관한 기술은, 이상 설명한 구성 중, 예를 들면, 촬상부(10112)에 적용될 수 있다. 이에 의해, 검출 정밀도가 향상한다.
(내시경 수술 시스템에의 응용례)
본 개시에 관한 기술(본 기술)은 다양한 제품에 응용할 수 있다. 예를 들면, 본 개시에 관한 기술은, 내시경 수술 시스템에 적용되어도 좋다.
도 18은 본 개시에 관한 기술(본 기술)이 적용될 수 있는 내시경 수술 시스템의 개략적인 구성의 한 예를 도시하는 도면이다.
도 18에서는, 수술자(의사)(11131)가, 내시경 수술 시스템(11000)을 이용하여, 환자 베드(11133)상의 환자(11132)에게 수술을 행하고 있는 상태가 도시되어 있다. 도시하는 바와 같이, 내시경 수술 시스템(11000)은 내시경(11100)과, 기복 튜브(11111)나 에너지 처치구(11112) 등의 그 외의 수술구(11110)와, 내시경(11100)을 지지하는 지지 암장치(11120)와, 내시경하 수술을 위한 각종의 장치가 탑재된 카트(11200)로 구성된다.
내시경(11100)은 선단으로부터 소정의 길이의 영역이 환자(11132)의 체강(體腔) 내에 삽입되는 경통(11101)과, 경통(11101)의 기단에 접속되는 카메라 헤드(11102)로 구성된다. 도시하는 예에서는, 경성(硬性)의 경통(11101)을 갖는 이른바 경성경(硬性鏡)으로서 구성되는 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 감입된 개구부가 마련되어 있다. 내시경(11100)에는 광원 장치(11203)가 접속되어 있고, 당해 광원 장치(11203)에 의해 생성된 광이 경통(11101)의 내부에 연설(延設)되는 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 광전 변환되고, 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 들어 현상 처리(디모자이크 처리) 등의 당해 화상 신호에 의거하는 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 의거하는 화상을 표시한다.
광원 장치(11203)는 예를 들어 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 수 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(燒灼), 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 팽창시키기 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 들어 LED, 레이저 광원 또는 이들 조합에 의해 구성되는 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)에서 촬상 화상의 화이트 밸런스의 조정을 행할 수 있다. 또한, 이 경우에는, RGB 레이저광원 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(underexposed blocked up shadow) 및 백바램(overexposed highlight)이 없는 고 다이내믹 레인지의 화상을 생성할 수 있다.
또한, 광원 장치(11203)는 특수광 관찰에 대응한 소정의 파장대역의 광을 공급 가능하게 구성되어도 좋다. 특수광 관찰에서는, 예를 들면, 체조직에서의 광의 흡수의 파장 의존성을 이용하여, 통상의 관찰 시에서의 조사광(즉, 백색광)과 비교하여 협대역의 광을 조사함에 의해, 점막 표층의 혈관 등의 소정의 조직을 고콘트라스트로 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 조사하고 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 조사하고 형광상을 얻는 것 등을 행할 수 있다. 광원 장치(11203)는, 이와 같은 특수광 관찰에 대응한 협대역광 및/또는 여기광을 공급 가능하게 구성될 수 있다.
도 19는 도 18에 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 가진다. CCU(11201)는 통신부(11411)와, 화상 처리부(11412)와, 제어부(11413)를 가진다. 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 선단으로부터 취입된 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)를 구성하는 촬상 소자는 1개(이른바 단판식)라도 좋고, 복수(이른바 다판식)라도 좋다. 촬상부(11402)가 다판식으로 구성되는 경우에는, 예를 들어 각 촬상 소자에 의해 RGB 각각에 대응하는 화상 신호가 생성되고, 그들이 합성됨에 의해 컬러 화상을 얻을 수 있어도 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 광축을 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 통하여 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, 촬상 시의 노출치를 지정하는 취지의 정보, 및/또는 촬상 화상의 배율 및 초점을 지정하는 취지의 정보 등, 촬상 조건에 관한 정보가 포함된다.
또한, 상기 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 있는 것으로 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 전기 통신이나 광 통신 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 사용 시의 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, 광 통신에 대응한 광파이버, 또는 이들 복합 케이블이다.
여기서, 도시하는 예에서는, 전송 케이블(11400)을 이용하여 유선으로 통신이 행해지고 있었는데, 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 설명하였다. 본 개시에 관한 기술은 이상 설명한 구성 중, 촬상부(11402)에 적용될 수 있다. 촬상부(11402)에 본 개시에 관한 기술을 적용함에 의해, 검출 정밀도가 향상한다.
또한, 여기서는, 한 예로서 내시경 수술 시스템에 관해 설명했지만, 본 개시에 관한 기술은, 그 외에, 예를 들면, 현미경 수술 시스템 등에 적용되어도 좋다.
(이동체에의 응용례)
본 개시에 관한 기술은, 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, 건설 기계, 농업 기계(트랙터) 등의 어느 한 종류의 이동체에 탑재되는 장치로서 실현되어도 좋다.
도 20은 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)를 통하여 접속된 복수의 전자 제어 유닛을 구비한다. 도 20에 도시한 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 차량 탑재 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 타각을 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 엔트리 시스템, 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 이들 전파 또는 신호의 입력을 접수하고, 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, 거리 측정의 정보로서 출력할 수도 있다. 또한, 촬상부(12031)가 수광하는 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 들어 운전자를 촬상하는 카메라를 포함하고, 차내 정보 검출 유닛(12040)은 운전자 상태 검출부(12041)로부터 입력되는 검출 정보에 의거하여, 운전자의 피로 정도 또는 집중 정도를 산출해도 좋고, 운전자가 앉아서 졸고 있지 않는지를 판별해도 좋다.
마이크로 컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030) 또는 차내 정보 검출 유닛(12040)에서 취득되는 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 의거하는 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 수 있다.
또한, 마이크로 컴퓨터(12051)는 차외 정보 검출 유닛(12030) 또는 차내 정보 검출 유닛(12040)에서 취득되는 차량의 주위의 정보에 의거하여 구동력 발생 장치, 스티어링 기구 또는 제동 장치 등을 제어함에 의해, 운전자의 조작에 의하지 않고 자율적으로 주행하는 자동 운전 등을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수 있다.
또한, 마이크로 컴퓨터(12051)는, 차외 정보 검출 유닛(12030)에서 취득되는 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 제어하고, 하이 빔을 로우 빔으로 전환하는 등의 눈부심 방지를 도모하는 것을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수 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 20의 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 1개를 포함하고 있어도 좋다.
도 21은 촬상부(12031)의 설치 위치의 예를 도시하는 도면이다.
도 21에서는, 촬상부(12031)로서, 촬상부(12101, 12102, 12103, 12104, 12105)를 가진다.
촬상부(12101, 12102, 12103, 12104, 12105)는, 예를 들면, 차량(12100)의 프런트 노우즈, 사이드 미러, 리어 범퍼, 백 도어 및 차실 내의 프런트글라스의 상부 등의 위치에 마련된다. 프런트 노우즈에 구비되는 촬상부(12101) 및 차실 내의 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. 차실 내의 프런트글라스의 상부에 구비되는 촬상부(12105)는 주로 선행 차량 또는, 보행자, 장애물, 신호기, 교통 표지 또는 차선 등의 검출에 이용된다.
또한, 도 21에는, 촬상부(12101 내지 12104)의 촬영 범위의 한 예가 도시되어 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 맞겹쳐짐에 의해, 차량(12100)을 상방에서 본 부감(俯瞰) 화상이 얻어진다.
촬상부(12101 내지 12104)의 적어도 1개는 거리 정보를 취득하는 기능을 가지고 있어도 좋다. 예를 들면, 촬상부(12101 내지 12104)의 적어도 1개는 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 같은 방향으로 소정의 속도(예를 들면, 0㎞/h 이상)로 주행하는 입체물을 선행차로서 추출할 수 있다. 또한, 마이크로 컴퓨터(12051)는 선행차와 내 차와의 사이에 미리 확보해야 할 차간 거리를 설정하고, 자동 브레이크 제어(추종 정지 제어도 포함한다)나 자동 가속 제어(추종 발진 제어도 포함한다) 등을 행할 수 있다. 이와 같이 운전자의 조작에 의하지 않고 자율적으로 주행하는 자동 운전 등을 목적으로 한 협조 제어를 행할 수 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 외의 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 상황일 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 수 있다.
촬상부(12101 내지 12104)의 적어도 1개는 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 들어 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 화상 중에 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.
<7. 실시례>
다음으로, 본 개시의 실시례에 관해 상세히 설명한다.
(실험례 1)
석영 기판상에 스퍼터링 장치를 이용하여 두께 100㎚인 ITO막을 성막하였다. 이 ITO막을 포토 리소그래피 및 에칭에 의해 패터닝하여, ITO 전극(하부 전극)을 형성하였다. 이어서, ITO 전극 부착 석영 기판을 UV/오존 처리로 세척한 후, 석영 기판을 진공 증착기에 옮기고, 1×10-5㎩ 이하로 감압된 상태에서 기판 홀더를 회전시키면서 석영 기판상에 저항 가열법을 이용하여 유기 재료의 성막을 행하였다. 우선, 하기 식(3)으로 표시한 전자 블로킹 재료를, 기판 온도 0℃에서 10㎚의 두께로 성막하여, 전자 블록층을 형성하였다. 다음으로, 하기 식(1-1)으로 표시한 벤조티에노벤조티오펜 유도체와, C60 풀러렌과 (하기 식(2))을, 기판 온도 40℃에서 각각 0.50Å/초, 0.25Å/초의 성막 레이트로, 혼합층의 두께가 230㎚이 되도록 성막하여, 광전 변환층을 형성하였다. 이어서, 하기 식(4)으로 표시한 정공 블로킹 재료를 기판 온도 0℃에서 10㎚의 두께로 성막하여, 정공 블록층을 형성하였다. 마지막으로, 석영 기판을 스퍼터링 장치에 옮기고, 정공 블록층상에, ITO를 50㎚의 두께로 성막하여, 상부 전극을 형성하였다. 이상의 제작 방법에 의해, 1㎜×1㎜의 광전 변환 영역을 갖는 광전 변환 소자(실험례 1)를 제작하였다. 제작한 광전 변환 소자는 질소(N2) 분위기하에서 150℃, 210분의 어닐을 행하였다.
[화학식 3]
[화학식 4]
(실험례 2)
실험례 1에서 이용한 식(1-1)으로 표시한 벤조티에노벤조티오펜 유도체 대신에 하기 식(1-2)으로 표시한 벤조티에노벤조티오펜 유도체를 이용한 것 이외는, 실험례 1과 같은 방법을 이용하여 광전 변환 소자(실험례 2)를 제작하였다.
[화학식 5]
(실험례 3)
실험례 1에서 이용한 식(1-1)으로 표시한 벤조티에노벤조티오펜 유도체 대신에 하기 식(1-3)으로 표시한 벤조티에노벤조티오펜 유도체를 이용한 것 이외는, 실험례 1과 같은 방법을 이용하여 광전 변환 소자(실험례 3)를 제작하였다.
[화학식 6]
(실험례 4)
실험례 1에서 이용한 식(1-1)으로 표시한 벤조티에노벤조티오펜 유도체 대신에 하기 식(1-4)으로 표시한 벤조티에노벤조티오펜 유도체를 이용한 것 이외는, 실험례 1과 같은 방법을 이용하여 광전 변환 소자(실험례 4)를 제작하였다.
[화학식 7]
(실험례 5)
실험례 1에서 이용한 식(1-1)으로 표시한 벤조티에노벤조티오펜 유도체 대신에 하기 식(1-5)으로 표시한 벤조티에노벤조티오펜 유도체를 이용한 것 이외는, 실험례 1과 같은 방법을 이용하여 광전 변환 소자(실험례 5)를 제작하였다.
[화학식 8]
(실험례 6)
실험례 1에서 이용한 식(1-1)으로 표시한 벤조티에노벤조티오펜 유도체 대신에 하기 식(1-6)으로 표시한 벤조티에노벤조티오펜 유도체를 이용한 것 이외는, 실험례 1과 같은 방법을 이용하여 광전 변환 소자(실험례 6)를 제작하였다.
[화학식 9]
(실험례 7)
실험례 1에서 이용한 식(1-1)으로 표시한 벤조티에노벤조티오펜 유도체 대신에 하기 식(1-7)으로 표시한 벤조티에노벤조티오펜 유도체를 이용한 것 이외는, 실험례 1과 같은 방법을 이용하여 광전 변환 소자(실험례 7)를 제작하였다.
[화학식 10]
(실험례 8)
실험례 1에서 이용한 식(1-1)으로 표시한 벤조티에노벤조티오펜 유도체 대신에 하기 식(1-8)으로 표시한 벤조티에노벤조티오펜 유도체를 이용한 것 이외는, 실험례 1과 같은 방법을 이용하여 광전 변환 소자(실험례 8)를 제작하였다.
[화학식 11]
(실험례 9)
실험례 1에서 이용한 식(1-1)으로 표시한 벤조티에노벤조티오펜 유도체 대신에 하기 식(1-9)으로 표시한 벤조티에노벤조티오펜 유도체를 이용한 것 이외는, 실험례 1과 같은 방법을 이용하여 광전 변환 소자(실험례 9)를 제작하였다.
[화학식 12]
(실험례 10)
실험례 1에서 이용한 식(1-1)으로 표시한 벤조티에노벤조티오펜 유도체 대신에 하기 식(1-10)으로 표시한 벤조티에노벤조티오펜 유도체를 이용한 것 이외는, 실험례 1과 같은 방법을 이용하여 광전 변환 소자(실험례 10)를 제작하였다.
[화학식 13]
(실험례 11)
식(1-1) 및 식(1-7)으로 표시한 2종류의 벤조티에노벤조티오펜 유도체와, C60 풀러렌과 (상기 식(2))을 이용하여 광전 변환층을 형성한 것 이외는, 실험례 1과 같은 방법을 이용하여 광전 변환 소자(실험례 11)를 제작하였다.
(실험례 12)
식(1-2) 및 식(1-7)으로 표시한 2종류의 벤조티에노벤조티오펜 유도체와, C60 풀러렌과 (상기 식(2))을 이용하여 광전 변환층을 형성한 것 이외는, 실험례 2와 같은 방법을 이용하여 광전 변환 소자(실험례 12)를 제작하였다.
(실험례 13)
식(1-3) 및 식(1-7)으로 표시한 2종류의 벤조티에노벤조티오펜 유도체와, C60 풀러렌과 (상기 식(2))을 이용하여 광전 변환층을 형성한 것 이외는, 실험례 3과 같은 방법을 이용하여 광전 변환 소자(실험례 13)를 제작하였다.
(실험례 14)
식(1-4) 및 식(1-7)으로 표시한 2종류의 벤조티에노벤조티오펜 유도체와, C60 풀러렌과 (상기 식(2))을 이용하여 광전 변환층을 형성한 것 이외는, 실험례 4와 같은 방법을 이용하여 광전 변환 소자(실험례 14)를 제작하였다.
(실험례 15)
식(1-5) 및 식(1-7)으로 표시한 2종류의 벤조티에노벤조티오펜 유도체와, C60 풀러렌과 (상기 식(2))을 이용하여 광전 변환층을 형성한 것 이외는, 실험례 5와 같은 방법을 이용하여 광전 변환 소자(실험례 15)를 제작하였다.
(실험례 16)
식(1-6) 및 식(1-7)으로 표시한 2종류의 벤조티에노벤조티오펜 유도체와, C60 풀러렌과 (상기 식(2))을 이용하여 광전 변환층을 형성한 것 이외는, 실험례 6과 같은 방법을 이용하여 광전 변환 소자(실험례 16)를 제작하였다.
(실험례 17)
식(1-8) 및 식(1-7)으로 표시한 2종류의 벤조티에노벤조티오펜 유도체와, C60 풀러렌과 (상기 식(2))을 이용하여 광전 변환층을 형성한 것 이외는, 실험례 8과 같은 방법을 이용하여 광전 변환 소자(실험례 17)를 제작하였다.
(실험례 18)
식(1-9) 및 식(1-7)으로 표시한 2종류의 벤조티에노벤조티오펜 유도체와, C60 풀러렌과 (상기 식(2))을 이용하여 광전 변환층을 형성한 것 이외는, 실험례 9와 같은 방법을 이용하여 광전 변환 소자(실험례 18)를 제작하였다.
(실험례 19)
식(1-10) 및 식(1-7)으로 표시한 2종류의 벤조티에노벤조티오펜 유도체와, C60 풀러렌과 (상기 식(2))을 이용하여 광전 변환층을 형성한 것 이외는, 실험례 10과 같은 방법을 이용하여 광전 변환 소자(실험례 19)를 제작하였다.
(실험례 20)
하기 식(5)으로 표시한 DNTT와, C60 풀러렌과 (상기 식(2))을 이용하여 광전 변환층을 형성한 것 이외는, 실험례 1과 같은 방법을 이용하여 광전 변환 소자(실험례 20)를 제작하였다.
[화학식 14]
(실험례 21)
하기 식(6)으로 표시한 DPh-BTBT와, C60 풀러렌과 (상기 식(2))을 이용하여 광전 변환층을 형성한 것 이외는, 실험례 1과 같은 방법을 이용하여 광전 변환 소자(실험례 20)를 제작하였다.
[화학식 15]
실험례 1~실험례 21에서 작성한 광전 변환 소자의 외부 양자 효율(EQE) 및 응답 시간을 이하의 방법을 이용하여 평가하였다. 그 결과를 각 실험례에서 이용한 벤조티에노벤조티오펜 유도체와 함께 표 1에 정리하였다.
청색 LED 광원으로부터 밴드 패스 필터를 통하여 광전 변환 소자에 조사되는 광의 파장을 450㎚, 광량을 1.62㎼/㎠로 하고, 반도체 패러미터 애널라이저를 이용하여 광전 변환 소자의 전극 사이에 인가되는 바이어스 전압을 제어하고, 상부 전극에 대해 하부 전극에 인가하는 전압을 소인함으로써 전류-전압 곡선을 얻었다. 단락 상태에서의 명(明) 전류치 및 암(暗) 전류치를 계측하여 EQE를 산출하였다. 또한, 광전 변환 소자의 전극 사이에 인가되는 바이어스 전압을 제어하고, 상부 전극에 대해 하부 전극에 -2.6V의 전압을 인가한 상태에서, 파장 450㎚, 광량 1.62㎼/㎠의 사각형상의 광펄스를 광전 변환 소자에 조사하고, 오실로스코프를 이용하여 전류의 감쇠 파형을 관측하였다. 광펄스 조사 직후에, 전류가 광펄스 조사 시의 전류로부터 3%까지 감쇠하는 시간을 응답 속도의 지표인 응답 시간으로 한다.
[표 1]
표 1로부터, 상기 일반식(1)으로 표시되는 벤조티에노벤조티오펜계 화합물을 이용하여 광전 변환층을 형성한 실험례 1~실험례 19에서는, 일반적인 재료를 이용하여 광전 변환층을 형성한 실험례 20, 실험례 21과, 같은 정도의 EQE를 얻을 수 있음을 알 수 있었다. 또한, 상기 일반식(1)으로 표시되는 벤조티에노벤조티오펜계 화합물을 이용하여 광전 변환층을 형성한 실험례 1~실험례 19에서는, 일반적인 재료를 이용하여 광전 변환층을 형성한 실험례 20, 실험례 21과 비교하여, 응답 시간이 대폭적으로 향상하는 것을 알 수 있었다. 따라서, 상기 일반식(1)으로 표시되는 벤조티에노벤조티오펜계 화합물을 이용하여 광전 변환층을 형성함에 의해, 높은 EQE를 유지하면서, 광 응답성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있었다.
이상, 제1~제4 실시의 형태 및 실시례 및 적용례를 들어서 설명했지만, 본 개시 내용은 상기 실시의 형태 등으로 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 변형이 가능하다. 또한, 이들 유기 광전 변환부 및 무기 광전 변환부의 수나 그 비율도 한정되는 것이 아니라, 유기 광전 변환부만으로 복수 색의 색 신호를 얻을 수 있도록 해도 좋다.
또한, 상기 실시의 형태 등에서는, 하부 전극(21)을 구성하는 복수의 전극으로서, 판독 전극(21A) 및 축적 전극(21B)의 2개의 전극으로 구성한 예를 나타냈지만, 이 외에, 전송 전극 또는 배출 전극 등의 3개 또는 4개 이상의 전극을 마련하도록 해도 좋다.
또한, 본 명세서 중에 기재된 효과는 어디까지나 예시로서 한정되는 것이 아니고, 또한, 다른 효과가 있어도 좋다.
또한, 본 개시는 이하와 같은 구성이라도 좋다. 이하의 구성의 본 기술에 의하면, 상기 일반식(1)으로 표시되는 벤조티에노벤조티오펜계 화합물을 이용하여 유기 광전 변환층을 형성하도록 했기 때문에, 유기 광전 변환층을 사이에 두고 대향 배치된 제1 전극 및 제2 전극에의 캐리어의 이동도가 향상한다. 따라서, 외부 양자 효율 및 광 응답성을 향상시키는 것이 가능해진다.
[1]
제1 전극과,
상기 제1 전극과 대향 배치된 제2 전극과,
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 마련됨과 함께, 제1 유기 반도체 재료로서 하기 일반식(1)으로 표시되는 벤조티에노벤조티오펜계 화합물을 포함하는 유기 광전 변환층을 구비한 광전 변환 소자.
[화학식 1]
(R1~R4는, 각각 독립하여 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 페닐나프탈렌기, 비페닐나프탈렌기, 비나프탈렌기, 티오펜기, 비티오펜기, 터티오펜기, 벤조티오펜기, 페닐벤조티오펜기, 비페닐벤조티오펜기, 벤조푸란기, 페닐벤조푸란기, 비페닐벤조티오펜기, 알칸기, 시클로알칸기, 플루오렌기, 페닐플루오렌기, 또는 그 유도체이다.)
[2]
상기 유기 광전 변환층은 또한 제2 유기 반도체 재료로서 풀러렌 또는 풀러렌 유도체를 포함하는 상기 [1]에 기재된 광전 변환 소자.
[3]
상기 유기 광전 변환층은 또한 제3 유기 반도체 재료를 포함하는 상기 [1] 또는 [2]에 기재된 광전 변환 소자.
[4]
상기 제3 유기 반도체 재료는 400㎚ 이상 700㎚ 이하의 어느 하나의 파장의 광을 흡수하는 상기 [3]에 기재된 광전 변환 소자.
[5]
상기 유기 광전 변환층은 400㎚ 이상 700㎚ 이하의 범위의 모든 파장의 광을 흡수하는 상기 [1] 내지 [4] 중의 어느 하나에 기재된 광전 변환 소자.
[6]
상기 제1 전극은 복수의 전극으로 이루어지는 상기 [1] 내지 [5] 중의 어느 하나에 기재된 광전 변환 소자.
[7]
상기 제1 전극과 상기 유기 광전 변환층 사이에, 또한 제1 전하 블록층이 마련되어 있는 상기 [1] 내지 [6] 중의 어느 하나에 기재된 광전 변환 소자.
[8]
상기 유기 광전 변환층과 상기 제2 전극 사이에, 또한, 제2 전하 블록층이 마련되어 있는 상기 [1] 내지 [7] 중의 어느 하나에 기재된 광전 변환 소자.
[9]
1 또는 복수의 유기 광전 변환부가 각각 마련되어 있는 복수의 화소를 구비하고,
상기 유기 광전 변환부는,
제1 전극과,
상기 제1 전극과 대향 배치된 제2 전극과,
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 마련됨과 함께, 제1 유기 반도체 재료로서 하기 일반식(1)으로 표시되는 벤조티에노벤조티오펜계 화합물을 포함하는 유기 광전 변환층을 갖는 촬상 장치.
[화학식 2]
(R1~R4는, 각각 독립하여 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프탈렌기, 페닐나프탈렌기, 비페닐나프탈렌기, 비나프탈렌기, 티오펜기, 비티오펜기, 터티오펜기, 벤조티오펜기, 페닐벤조티오펜기, 비페닐벤조티오펜기, 벤조푸란기, 페닐벤조푸란기, 비페닐벤조티오펜기, 알칸기, 시클로알칸기, 플루오렌기, 페닐플루오렌기, 또는 그 유도체이다.)
[10]
각 화소에는, 1 또는 복수의 상기 유기 광전 변환부와, 상기 유기 광전 변환부와는 다른 파장역의 광전 변환을 행하는 1 또는 복수의 무기 광전 변환부가 적층되어 있는 상기 [9]에 기재된 촬상 장치.
[11]
상기 무기 광전 변환부는 반도체 기판에 매입 형성되고,
상기 유기 광전 변환부는 상기 반도체 기판의 제1 면측에 형성되어 있는 상기 [10]에 기재된 촬상 장치.
[12]
상기 반도체 기판은 상기 제1 면과 대향하는 제2 면을 가지고, 상기 제2 면측에 다층 배선층이 형성되어 있는 상기 [11]에 기재된 촬상 장치.
[13]
상기 유기 광전 변환부는 청색광의 광전 변환을 행하고,
상기 반도체 기판 내에, 녹색광의 광전 변환을 행하는 무기 광전 변환부와, 적색광의 광전 변환을 행하는 무기 광전 변환부가 적층되어 있는 상기 [11] 또는 [12]에 기재된 촬상 장치.
[14]
각 화소에서는, 서로 다른 파장역의 광전 변환을 행하는 복수의 상기 유기 광전 변환부가 적층되어 있는 상기 [9] 내지 [13] 중의 어느 하나에 기재된 촬상 장치.
본 출원은 일본 특허청에서 2019년 3월 28일에 출원된 일본 특허출원 번호 2019-062367호를 기초로 하여 우선권을 주장하는 것이고, 이 출원의 모든 내용을 참조에 의해 본 출원에 원용한다.
당업자라면, 설계상의 요건이나 다른 요인에 응하여, 여러 가지 수정, 콤비네이션, 서브 콤비네이션 및 변경을 상도할 수 있는데, 그들은 첨부의 청구의 범위나 그 균등물의 범위에 포함되는 것임이 이해된다.
Claims (14)
- 제1 전극과,
상기 제1 전극과 대향 배치된 제2 전극과,
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 마련됨과 함께, 제1 유기 반도체 재료로서 하기 일반식(1)으로 표시되는 벤조티에노벤조티오펜계 화합물을 포함하는 유기 광전 변환층을 구비한 것을 특징으로 하는 광전 변환 소자.
[화학식 1]
(R1~R4는, 각각 독립하여 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프탈렌기, 페닐나프탈렌기, 비페닐나프탈렌기, 비나프탈렌기, 티오펜기, 비티오펜기, 터티오펜기, 벤조티오펜기, 페닐벤조티오펜기, 비페닐벤조티오펜기, 벤조푸란기, 페닐벤조푸란기, 비페닐벤조티오펜기, 알칸기, 시클로알칸기, 플루오렌기, 페닐플루오렌기, 또는 그 유도체이다.) - 제1항에 있어서,
상기 유기 광전 변환층은 또한 제2 유기 반도체 재료로서 풀러렌 또는 풀러렌 유도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 변환 소자. - 제1항에 있어서,
상기 유기 광전 변환층은 또한 제3 유기 반도체 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 변환 소자. - 제3항에 있어서,
상기 제3 유기 반도체 재료는 400㎚ 이상 700㎚ 이하의 어느 하나의 파장의 광을 흡수하는 것을 특징으로 하는 광전 변환 소자. - 제1항에 있어서,
상기 유기 광전 변환층은 400㎚ 이상 700㎚ 이하의 범위의 모든 파장의 광을 흡수하는 것을 특징으로 하는 광전 변환 소자. - 제1항에 있어서,
상기 제1 전극은 복수의 전극으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광전 변환 소자. - 제1항에 있어서,
상기 제1 전극과 상기 유기 광전 변환층 사이에, 또한 제1 전하 블록층이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 광전 변환 소자. - 제1항에 있어서,
상기 유기 광전 변환층과 상기 제2 전극 사이에, 또한, 제2 전하 블록층이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 광전 변환 소자. - 1 또는 복수의 유기 광전 변환부가 각각 마련되어 있는 복수의 화소를 구비하고,
상기 유기 광전 변환부는,
제1 전극과,
상기 제1 전극과 대향 배치된 제2 전극과,
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 마련됨과 함께, 제1 유기 반도체 재료로서 하기 일반식(1)으로 표시되는 벤조티에노벤조티오펜계 화합물을 포함하는 유기 광전 변환층을 갖는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
[화학식 2]
(R1~R4는, 각각 독립하여 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프탈렌기, 페닐나프탈렌기, 비페닐나프탈렌기, 비나프탈렌기, 티오펜기, 비티오펜기, 터티오펜기, 벤조티오펜기, 페닐벤조티오펜기, 비페닐벤조티오펜기, 벤조푸란기, 페닐벤조푸란기, 비페닐벤조티오펜기, 알칸기, 시클로알칸기, 플루오렌기, 페닐플루오렌기, 또는 그 유도체이다.) - 제9항에 있어서,
각 화소에는, 1 또는 복수의 상기 유기 광전 변환부와, 상기 유기 광전 변환부와는 다른 파장역의 광전 변환을 행하는 1 또는 복수의 무기 광전 변환부가 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 장치. - 제10항에 있어서,
상기 무기 광전 변환부는 반도체 기판에 매입 형성되고,
상기 유기 광전 변환부는 상기 반도체 기판의 제1 면측에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 장치. - 제11항에 있어서,
상기 반도체 기판은 상기 제1 면과 대향하는 제2 면을 가지고, 상기 제2 면측에 다층 배선층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 장치. - 제11항에 있어서,
상기 유기 광전 변환부는 청색광의 광전 변환을 행하고,
상기 반도체 기판 내에, 녹색광의 광전 변환을 행하는 무기 광전 변환부와, 적색광의 광전 변환을 행하는 무기 광전 변환부가 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 장치. - 제9항에 있어서,
각 화소에서는, 서로 다른 파장역의 광전 변환을 행하는 복수의 상기 유기 광전 변환부가 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
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