TWI618258B - 光電元件及影像感測器 - Google Patents

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TWI618258B TW103106037A TW103106037A TWI618258B TW I618258 B TWI618258 B TW I618258B TW 103106037 A TW103106037 A TW 103106037A TW 103106037 A TW103106037 A TW 103106037A TW I618258 B TWI618258 B TW I618258B
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Abstract

揭露一種光電元件，包括具有第一金屬的第一電極；配置在第一電極與第二電極之間的主動層；以及配置在第一電極與主動層之間的擴散阻障層。擴散阻障層包括第二金屬，其中第二金屬的熱擴散係數小於第一金屬的熱擴散係數，且其中第一電極及擴散阻障層經配置以透射光。影像感測器包括上述光電元件。

Description

光電元件及影像感測器 【相關文件交叉參考】
本申請案主張2013年2月22日在韓國智慧財產局提申的韓國專利申請案第10-2013-0019422號的優先權，其全部內容以參考的方式併入本文中。
根據多個示範實施例揭露一種光電元件及一種影像感測器。
光電元件是指將光轉換為電子訊號的元件。光電元件可包括光二極體、光電晶體以及相似物，且光電元件可應用至影像感測器、太陽能電池以及相似物。
通常來說，包括光二極體的影像感測器需要較高的解析度且因此需要較小的畫素。目前，廣泛地使用矽光二極體，但因為矽光二極體會由於較小畫素而具有較小的吸收面積，故通常存在靈敏度劣化的問題。因此，已針對能夠取代矽的有機材料進行 研究。
有機材料通常具有高的吸光係數(extinction coefficient)，且視有機材料的分子結構而定，有機材料會選擇性地吸收特定波長區域中的光，因此其可同時取代光二極體及彩色濾光片，進而改善靈敏度且有助於達到高積集度(integration)。
為了實現使用有機材料的光二極體，需要增加光電轉換效率，且為了此目的，可能會需要增加電極及主動層之間的電荷移動性。此外，當光二極體可應用至影像感測器時，光二極體在反向偏壓狀態(reverse bias state)可具有低電流(亦即，低漏電流)，且可感測由光產生的電流值，且因此可提升影像感測器的感測效能。
一示範實施例提供一種光電元件，其可改善光電轉換效率及降低漏電流。
另一示範實施例提供一種影像感測器，其包括上述光電元件。
根據至少一示範實施例，光電元件可包括具有第一金屬的第一電極；配置在第一電極與第二電極之間的主動層；以及配置在第一電極與主動層之間的擴散阻障層。擴散阻障層包括第二金屬，其中第二金屬的熱擴散係數小於第一金屬的熱擴散係數，且其中第一電極及擴散阻障層經配置以透射光。
根據至少一示範實施例，第一金屬可包括銀(Ag)、金(Au)、鉻(Cr)、鎵(Ge)、上述的合金、或者上述的組合。
根據至少一示範實施例，第二金屬可選自於熱擴散係數小於或等於約10-5m2/s的金屬。
根據至少一示範實施例，第二金屬可包括鋁(Al)、鎳(Ni)、鈷(Co)、釕(Ru)、鈀(Pd)、上述的合金、或者上述的組合。
根據至少一示範實施例，第一金屬可包括銀(Ag)或銀合金，且第二金屬可包括鋁(Al)或鋁合金。
根據至少一示範實施例，第一電極的厚度可為約1nm至約500nm。
根據至少一示範實施例，擴散阻障層的厚度可為約0.5nm至約10nm。
根據至少一示範實施例，光電元件可更包括光透射輔助層，其中光透射輔助層可包括折射係數為約1.6至約2.5的材料。
根據至少一示範實施例，光電元件的光穿透率可等於或大於80%。
根據至少一示範實施例，光電元件的暗電流(dark current)可等於或小於100e/s。
根據另一示範實施例，有機影像感測器可包括光感測元件陣列；彩色濾光片陣列；以及光電元件，其中光電元件包括具有第一金屬且透射入射光的第一電極、配置在第一電極與第二電極之間的主動層、包括第二金屬的擴散阻障層。擴散阻障層配置 在第一電極與主動層之間且經配置以透射光，其中第二金屬的熱擴散係數小於第一金屬的熱擴散係數。
根據至少一示範實施例，第一金屬可包括銀(Ag)、金(Au)、鉻(Cr)、鎵(Ge)、上述的合金、或者上述的組合。
根據至少一示範實施例，第二金屬可包括熱擴散係數小於或等於約10-5m2/s的金屬。
根據至少一示範實施例，第二金屬可包括鋁(Al)、鎳(Ni)、鈷(Co)、釕(Ru)、鈀(Pd)、上述的合金、或者上述的組合。
根據至少一示範實施例，第一電極的厚度可為約1nm至約500nm。
根據至少一示範實施例，擴散阻障層的厚度可為約0.5nm至約10nm。
根據至少一示範實施例，有機影像感測器可更包括光透射輔助層，其中光透射輔助層包括折射係數為約1.6至約2.5的材料。
根據至少一示範實施例，光電元件的光穿透率可等於或大於80%。
根據至少一示範實施例，光電元件的暗電流可等於或小於100e/s。
根據至少一示範實施例，彩色濾光片陣列可包括紅色濾光片、綠色濾光片及藍色濾光片，且其中各彩色濾光片分別具有對應的紅色、綠色或藍色畫素感測元件。
根據至少一示範實施例，彩色濾光片陣列包括紅色濾光片及藍色濾光片，且光電元件的主動層可包括選擇性吸收綠色波長區域的光的有機材料。
50‧‧‧光感測元件
50B、50G、50R‧‧‧光感測元件
60‧‧‧下絕緣層
65、85‧‧‧穿孔
70‧‧‧彩色濾光片
70B‧‧‧藍色濾光片
70G‧‧‧綠色濾光片
70R‧‧‧紅色濾光片
80‧‧‧上絕緣層
100‧‧‧光電元件
110‧‧‧光透射金屬電極
120‧‧‧擴散阻障層
130‧‧‧主動層
140‧‧‧相對電極
150‧‧‧光透射輔助層
160a、160b‧‧‧電荷輔助層
200‧‧‧有機CMOS影像感測器
210‧‧‧半導體基板
圖1是繪示根據至少一示範實施例的光電元件的截面圖。
圖2是繪示根據另一示範實施例的光電元件的截面圖。
圖3是繪示根據至少一示範實施例的有機CMOS影像感測器的截面圖。
圖4是繪示根據另一示範實施例的有機CMOS影像感測器的截面圖。
圖5是繪示根據實例1及比較例1的光電元件的暗電流的圖式。
圖6是繪示根據實例1及比較例1的光電元件的外部量子效率(external quantum efficiency；EQE)的圖式。
本揭露的示範實施例繪示於圖式中，且下文中將參照附圖更完整地描述多個示範實施例。然而，可由許多不同的形式來實施本揭露，且本揭露不被視為限制於所闡述的示範實施例。將理解的是，當元件被稱作「在另一元件上」、「連接至另一元件」 或「耦接至另一元件」時，其可以是「直接在另一元件上」、「直接連接至另一元件」或「直接耦接至另一元件」、或者可存在中間的元件。相反地說，當元件被稱作「直接在另一元件上」、「直接連接至另一元件」或「直接耦接至另一元件」時，則不存在中間的元件。本文中所使用的「及/或」包括相關列出的物件中的一者或多者的任意及全部組合。此外，將理解的是，當膜層被稱作「在另一膜層下方」時，其可直接地位於另一膜層下方或者可存在一個或多個中間的膜層。此外，亦將理解的是，當膜層被稱作在兩個膜層「之間」時，其可僅位於兩個膜層之間，或者也可存在一個或多個中間的膜層。
將理解的是，雖然本文中可能使用詞彙「第一」、「第二」等來描述多個元件、組件、區域、膜層及/或區塊，但這些元件、組件、區域、膜層及/或區塊不應該被這些詞彙所限制。僅使用這些詞彙來區分一個元件、組件、區域、膜層或區塊與另一元件、組件、區域、膜層或區塊。因此，以下所討論的第一元件、第一組件、第一區域、第一膜層或第一區塊可被稱為第二元件、第二組件、第二區域、第二膜層或第二區塊而不違背示範實施例的教示。
在繪示的圖式中，為了說明的清楚性，可能會誇飾膜層及區塊的尺寸。相似的元件符號始終是指相似的元件。整篇說明書中，相同的元件符號表示相同的元件。
空間相對詞彙，例如是「在...下方」、「在…下」、「低於」、 「在…上」、「高於」及相似者，在本文中可被使用於簡易地描述圖中所繪示的一元件或特徵與另一(多個)元件或特徵之間的關係。將理解的是，除了圖式中所繪示的方向性之外，空間相對詞彙傾向於涵蓋使用中或操作中的元件的不同方向性。舉例而言，若將圖式中的元件反轉，則原來被描述為在其他元件或特徵「下」或「下方」的元件將轉向為在其他元件或特徵「上」。因此，示範詞彙「在…下」可涵蓋「上」或「下」的兩個方向性。元件可被另外地轉向(旋轉90度或其他方向)，且本文使用的空間相對描述可被相應地解釋。
本文所使用的術語僅是用於描述特定實施例的目的且不傾向於限制示範實施例。除非上下文清楚地另外指示，否則本文所使用的單數形「一」傾向於也包括多數形。更將理解的是，當本說明書中使用詞彙「包括」及/或「包含」時，說明存在有所指的特徵、整數、步驟、操作、元件及/或組件，但不排除一個或多個其他特徵、整數、步驟、操作、元件、組件及/或它們的群組的存在或添加。
本文參照為示範實施例的理想實施例(及中間結構)的示意圖的截面圖來描述示範實施例。因此，可預期諸如因製造技術及/或誤差的所造成的繪圖形狀的變化。因此，示範實施例不應該被視為限制於本文所繪示的特定形狀區域，而應是包括諸如因製作所造成的衍生形狀。舉例而言，繪示為矩形的植入區將(通常地)在其邊緣具有圓形或曲形的特徵及/或植入濃度梯度，而不是由植 入轉變為非植入區的二元變化。同樣地，由植入所形成的埋入區可在埋入區與發生植入的表面之間的區域產生一些植入。因此，圖式中所繪示的區域本質上為示意性的，且它們的形狀非用以繪示元件的區域的真實形狀且非用以限制示範實施例的範疇。
除非另外定義，否則本文使用的所有詞彙(包括技術性詞彙及科學性詞彙)具有示範實施例所屬技術領域具有通常知識者通常理解的意義。可以進一步理解的是，除非本文中明確地定義，否則詞彙(例如通常使用的字典中所定義的彼等者)應該被解釋為具有與它們在相關領域的文章中所具有的相同的意義，且不會被解釋為理想化或過度制式的意義。如本文中所使用者，當所列出的元件後具有諸如「至少一者」的表示語時，其是修飾所有列出的元件而非所列出的個別元件。
現在將更詳細地參照實施例(其實例被繪示於附圖中)，其中整篇文中相似的元件符號是指相似元件。就此而言，此些實施例可具有不同的形式且不應該視為被限制於本文所闡述的記載。因此，藉由參照圖式，以下實施例被描述於用以說明本說明書的示範實施例。
為了清楚性，將省略不相關的零件，且整篇說明書中藉由相同的元件符號表示相同或相似的構成元件。
下文中，「組合」可能是指兩個或兩個以上的混合體或兩個或兩個以上的堆疊結構。
下文中，參照圖1描述根據至少一示範實施例的光電元 件。
圖1是繪示根據至少一示範實施例的光電元件的截面圖。
請參照圖1，根據至少一示範實施例的光電元件100包括光透射金屬電極110、配置在光透射金屬電極110的一側上的擴散阻障層120、配置在光透射金屬電極110的另一側上的光透射輔助層150、配置在擴散阻障層120的一側上的主動層130、以及配置在主動層130的一側上的相對電極140。
根據至少一示範實施例，當光透射金屬電極110是薄的或經形成而具有較小厚度時，光透射金屬電極110可由第一金屬形成，第一金屬透射光但吸收少量的光且具有較低阻抗。舉例而言，第一金屬可由銀(Ag)、金(Au)、鉻(Cr)、鎵(Ge)、上述的合金、或者上述的組合所形成。
根據至少一示範實施例，光透射金屬電極110的厚度可例如是約1nm至約500nm、約10nm至約100nm、或者約5nm至約30nm。當光透射金屬電極110的厚度位於上述範圍時，不僅可確保光穿透率，亦可使得導電性不會劣化而保持良好的導電性。
根據至少一示範實施例，舉例而言，可例如是使用金屬舟(metal boat)來熱沉積光透射金屬電極110。光透射金屬電極110的熱沉積可部分地、大部分地、或全面地防止後文所述的主動層130的有機材料因物理沉積製程(諸如濺鍍及相似者)期間所產生的電漿而劣化，且因此在製造程序期間，可部分地、大部分地或全面地防止主動層130劣化。
根據至少一示範實施例，擴散阻障層120可配置在光透射金屬電極110的一側上，以直接接觸光透射金屬電極110。擴散阻障層120可部分地、大部分地、或全面地防止光透射金屬電極110的第一金屬擴散至下層中，且因此擴散阻障層120可由熱擴散係數小於第一金屬的第二金屬所形成。
根據至少一示範實施例，第二金屬可選自於熱擴散係數小於或等於10-5m2/s的金屬，諸如熱擴散係數為約10-5m2/s至約10-8m2/s的金屬。此種第二金屬可包括(例如)鋁(Al)、鎳(Ni)、鈷(Co)、釕(Ru)、鈀(Pd)、上述的合金、或上述的組合。
舉例而言，第一金屬可為銀(Ag)或銀合金，而第二金屬可為鋁(Al)或鋁合金。銀合金可例如是銀(Ag)及鉬(Mo)的合金，而鋁合金可例如是鋁(Al)及鉬(Mo)的合金。
根據至少一示範實施例，擴散阻障層120可經形成為奈米等級的超薄膜而非塊狀金屬層，且擴散阻障層120的厚度可例如是約0.5nm至約10nm。在上述範圍中，擴散阻障層120的厚度可為約0.8nm至約3nm。當擴散阻障層120的厚度在此範圍時，可有效率地且部分地、大部分地、或全面地防止光透射金屬電極110的第一金屬擴散至下層中，且同時可使得光透射金屬電極110的第一金屬不影響電荷移動性。
在此方式中，當在光透射金屬電極110的一側上形成擴散阻障層120時，可部分地、大部分地、或全面地防止形成光透射金屬電極110的金屬擴散至下層中，且因此可部分地、大部分 地、或全面地防止由於金屬擴散而在下層中產生多個載體阱點(carrier trap site)並降低漏電流。
根據至少一示範實施例，光透射輔助層150可位於入射光側，而入射光側位於光透射金屬電極110相對於擴散阻障層120的另一側。光透射輔助層150可配置在入射光側，且可因此降低入射光的反射及進一步改善光電元件100對入射光的吸收。
根據至少一示範實施例，光透射輔助層150可包括(例如)折射係數為約1.6至約2.5的材料，且例如可包括折射係數位於上述範圍的金屬氧化物、金屬硫化物、以及有機材料中的至少一者。金屬氧化物可包括(例如)氧化鎢、氧化鋅、氧化銦、氧化錫、銦錫氧化物(ITO)、銦鋅氧化物(IZO)、氧化鋁、鋁錫氧化物(ATO)、摻氟氧化錫(FTO)、氧化鉬、氧化釩、氧化錸、氧化鈮、氧化鉭、氧化鈦、氧化鎳、氧化銅、氧化鈷、氧化錳、氧化鉻、或者上述的組合；金屬硫化物可包括(例如)硫化鋅(ZnS)；而有機材料可包括(例如)胺類衍生物。
根據至少一示範實施例，光透射輔助層150的厚度可例如是約10nm至約100nm。
根據至少一示範實施例，因為光透射輔助層150可不直接接觸主動層130，因此可藉由物理沉積法(例如是濺鍍)及熱沉積法來形成光透射輔助層150。
根據至少一示範實施例，主動層130包括p型半導體材料及n型半導體材料以形成pn接面(pn junction)，且主動層130 接收外部光、產生激子(exciton)、以及將激子分隔為電洞及電子。主動層130可包括具有p型半導體及n型半導體兩者的本質層(intrinsic layer)，且可使用例如是共沉積法及相似方法來形成主動層130。主動層130可更包括選自與本徵層共存的p型層及n型層中的至少一者。p型層包括p型半導體，而n型層包括n型半導體。
根據至少一示範實施例，p型半導體可包括(例如)N,N'-二甲基-喹吖酮(N,N'-dimethyl-quinacridone；DMQA)、二茚并苝(diindenoperylene)、二苯並{[f,f']-4,4',7,7'-四苯基}二茚并[1,2,3-cd：1',2',3'-lm]苝(dibenzo{[f,f']-4,4',7,7'-tetraphenyl}diindeno[1,2,3-cd：1',2',3'-lm]perylene)、以及相似物，但不限制於此。n型半導體可包括(例如)二氰基乙烯基-三噻吩(dicyanovinyl-terthiophene；DCV3T)、富勒烯(fullerene)、富勒烯衍生物、苝二醯亞胺(perylene diimide)、以及相似物，但不限於此。
根據至少一示範實施例，相對電極140可為反射電極或光透射電極，且相對電極140可由諸如包括銦錫氧化物(ITO)、銦鋅氧化物(IZO)、氧化鋅(ZnO)、氧化錫(SnO)、鋁錫氧化物(ATO)、摻氟氧化錫(FTO)中的至少一者的導電性氧化物所構成，或者相對電極140可由例如鋁(Al)、銀(Ag)、銅(Cu)及相似物的金屬所構成。
本文中，根據至少一示範實施例，當相對電極140為反射電極時，光可從光透射金屬電極110流入。另一方面，當相對電極140為光透射電極時，光可同時從光透射金屬電極110及相對電極140流入。
根據至少一示範實施例，光透射金屬電極110及相對電極140中的一者可為陽極，而另一者可為陰極。舉例而言，光透射金屬電極110可為陽極，而相對電極140可為陰極。
根據至少一示範實施例，當光從光透射金屬電極110或者從相對電極140及光透射金屬電極110流入，且主動層130吸收所需的(或預定的)波長區域中的光時，可在光電元件100中產生激子。激子在主動層130中被分隔為電洞及電子。電洞朝著陽極移動且電子朝著陰極移動，如此在光電元件中產生電流。
請參照圖2，描述根據另一示範實施例的光電元件。
圖2是繪示根據另一示範實施例的光電元件的截面圖。
請參照圖2，根據另一示範實施例的光電元件100包括光透射金屬電極110、配置在光透射金屬電極110的一側上的擴散阻障層120、配置在光透射金屬電極110的另一側上的光透射輔助層150、配置在擴散阻障層120的一側上的主動層130、以及配置在主動層130的一側上的相對電極140，而這些構件全部與上述實施例所述者的相同。
根據此示範實施例的光電元件100更包括插置在主動層130與擴散阻障層120之間的第一電荷輔助層160a、以及插置在主動層130與相對電極140之間的第二電荷輔助層160b。
根據至少一示範實施例，第一電荷輔助層160a及第二電荷輔助層160b促使電洞與電子離開主動層130的傳輸，且因此增加光電元件100的效率。第一電荷輔助層160a及第二電荷輔助層 160b可例如是選自以下的至少一者：用於促進電洞注入的電洞注入層(hole injection layer；HIL)；用於促進電洞傳輸的電洞傳輸層(hole transport layer；HTL)；用於部分地、大部分地或全面地防止電子傳輸的電子阻障層(electron blocking layer；EBL)；用於促進電子注入的電子注入層(electron injection layer；EIL)；用於促進電子傳輸的電子傳輸層(electron transport layer；ETL)；以及用於部分地、大部分地、全面地防止電洞傳輸的電洞阻障層(hole blocking layer；HBL)。
舉例而言，當光透射金屬電極110是陽極而相對電極140是陰極時，第一電荷輔助層160a可為電洞注入層、電洞傳輸層及/或電子阻障層，第二電荷輔助層160b可為電子注入層、電子傳輸層及/或電洞阻障層。
根據至少一示範實施例，電洞傳輸層(HTL)可包括選自以下的一者(例如)：聚(3,4-伸乙基二氧基噻吩)：聚(苯乙烯磺酸酯)(PEDOT：PSS)、聚芳胺、聚(N-乙烯基咔唑)、聚苯胺、聚吡咯、N,N,N',N'-四(4-甲氧基苯基)-聯苯胺(N,N,N',N'-tetrakis(4-methoxyphenyl)-benzidine(TPD))、4-雙[N-(1-萘基)-N-苯基-胺基]二苯(α-NPD)、m-MTDATA、4,4',4"-三(N-咔唑基)-三苯基胺(TCTA)、氧化鎢(WOx，0<x3)、氧化鉬(MOx，1<x<3)、氧化釩(V2O5)、氧化錸、氧化鎳(NiOx，1<x<4)、氧化銅、氧化鈦、硫化鉬、以及上述的組合，但不限於此。
根據至少一示範實施例，電子阻障層(EBL)可包括選自以 下的一者(例如)：聚(3,4-伸乙基二氧基噻吩)：聚(苯乙烯磺酸酯)(PEDOT：PSS)、聚芳胺、聚(N-乙烯基咔唑)、聚苯胺、聚吡咯、N,N,N',N'-四(4-甲氧基苯基)-聯苯胺(TPD)、4-雙[N-(1-萘基)-N-苯基-胺基]二苯基(α-NPD)、m-MTDATA、4,4',4"-三(N-咔唑基)-三苯基胺(TCTA)、以及上述的組合，但不限於此。
根據至少一示範實施例，電子傳輸層(ETL)可包括選自以下的一者(例如)：1,4,5,8-萘-四羧酸二酸酐(1,4,5,8-naphthalene-tetracarboxylic dianhydride；NTCDA)、浴銅靈(BCP)、LiF、Alq3、Gaq3、Inq3、Znq2、Zn(BTZ)2、BeBq2、鋁(Al)、鎂(Mg)、鉬(Mo)、氧化鋁、氧化鎂、氧化鉬、以及上述的組合，但不限於此。
根據至少一示範實施例，電洞阻障層(HBL)可包括選自以下的一者(例如)：1,4,5,8-萘-四羧酸二酸酐(NTCDA)、二氰基乙烯基三噻吩(DCV3T)、浴銅靈(BCP)、LiF、Alq3、Gaq3、Inq3、Znq2、Zn(BTZ)2、BeBq2、以及上述的組合，但不限於此。
根據至少一示範實施例，可省略第一電荷輔助層160a及第二電荷輔助層160b中的任意一者。
根據至少一示範實施例，光電元件可應用於多個領域，例如是太陽能電池、影像感測器、光檢測器、以及光感測器，但不限於此。
下文中，參照圖式描述包括光電元件的影像感測器的實例。將描述做為影像感測器的實例的一種有機CMOS影像感測器。
圖3是繪示根據至少一示範實施例的有機CMOS影像感測器的截面圖。
圖3描述相鄰的藍色、綠色及紅色畫素的實例，但不限於此。下文中，在元件符號中包括「B」的構成元件是指包括在藍色畫素中的構成元件，在元件符號中包括「G」的構成元件是指包括在綠色畫素中的構成元件，而在元件符號中包括「R」的構成元件是指包括在紅色畫素中的構成元件。
請參照圖3，有機CMOS影像感測器200可包括與光感測元件50及透射電晶體(未繪示)整合的半導體基板210、下絕緣層60、彩色濾光片70B、70G及70R、上絕緣層80、以及光電元件100。
根據至少一示範實施例，半導體基板210可為矽基板，且半導體基板210與光感測元件50及透射電晶體(未繪示)整合。光感測元件50可為光二極體。光感測元件50及透射電晶體可整合於各畫素中，且如圖中所繪示，光感測元件50包括藍色畫素光感測元件50B、綠色畫素光感測元件50G、以及紅色畫素光感測元件50R。光感測元件50感測光，且藉由透射電晶體來傳遞光感測元件50所感測到的資訊。
根據至少一示範實施例，金屬線路(未繪示)及接墊(未繪示)形成在半導體基板210上。為了減少訊號延遲，金屬線路及接墊可由低電阻率的金屬構成，例如是鋁(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)、以及上述的合金，但不限於此。
根據至少一示範實施例，下絕緣層60形成在金屬線路及接墊上。下絕緣層60可由諸如氧化矽及/或氮化矽等無機絕緣材料構成、或者諸如SiC、SiCOH、SiCO及SiOF等低介電係數(low K)材料構成。
根據至少一示範實施例，下絕緣層60具有溝槽(未繪示)，其暴露出各畫素的各光感測元件50B、50G及50R。溝槽可填有填充物。
根據至少一示範實施例，彩色濾光片70形成在下絕緣層60上。彩色濾光片70包括形成在藍色畫素中的藍色濾光片70B、形成在綠色畫素中的綠色濾光片70G、以及形成在紅色畫素中的紅色濾光片70R。上絕緣層80形成在彩色濾光片70上。上絕緣層80部分地、大部分地或全面地消除因彩色濾光片70的存在所產生的階度(step)並將表面平坦化。光電元件100形成在上絕緣層80上。光電元件100包括上述光透射金屬電極110、擴散阻障層120、主動層130、以及相對電極140。為了易於理解及便於描述，繪示根據上述示範實施例中的至少一示範實施例的光電元件100，但不限於此，且可應用所有根據上述示範實施例的光電元件100。
根據至少一示範實施例，光透射金屬電極110及相對電極140兩者可例如是光透射電極，且主動層130可包括吸收可見光區域的光的有機材料。
根據至少一示範實施例，從光透射金屬電極110入射的 光可在主動層130進行光電轉換，且上述光可穿過相對電極140及被光感測元件50感測。
根據至少一示範實施例，包括上述根據本示範實施例的光電元件100的有機CMOS影像感測器增加電極與主動層之間的電荷移動性，以確保光電轉換效率(photoelectric conversion efficiency；EQE)及降低反向偏壓狀態中的電流(即漏電流)，以改善感測由光所產生的電流的感測效能。
圖4是繪示根據另一示範實施例的有機CMOS影像感測器的截面圖。
根據至少一示範實施例，根據一示範實施例的有機CMOS影像感測器200包括如上所述的與光感測元件50及透射電晶體(未繪示)整合的半導體基板210、下絕緣層60、彩色濾光片70、上絕緣層80、以及光電元件100。
不同於上述示範實施例，根據一示範實施例的有機CMOS影像感測器200可省略綠色濾光片70G，且取而代之的是，可使用光電元件100的主動層130來取代綠色濾光片70G。舉例而言，光電元件100的主動層130可包括主要吸收綠色波長區域中的光的有機材料，且可藉在主動層130處主要地吸收綠色波長區域中的光而將從光透射金屬電極110入射的光進行光電轉換，同時其他波長區域中的光穿過相對電極140並被光感測元件50感測。上絕緣層80及下絕緣層60具有穿孔85及穿孔65以暴露出綠色畫素的光感測元件50G。
根據至少一示範實施例，當光電元件100的主動層130包括主要吸收紅色波長區域的光的有機材料及主要吸收藍色波長區域的光的有機材料時，主動層130可取代紅色濾光片70R或藍色濾光片70B。
下文中，參照實例更詳細地說明多個實施例。然而，這些實施例為示例，且本揭露不限於此。
製造光電元件1 實例1
根據至少一示範實施例，在玻璃基板上濺鍍ITO以形成厚度為100nm的下電極。以1：1(重量/重量)的比例熱沉積氧化鉬(MoOx，0<x3)及鋁(Al)的混合物在下電極上形成5nm厚的下電荷輔助層。依序在下電荷輔助層上沉積二氰基乙烯基-三噻吩(DCV3T)及二氰基乙烯基-三噻吩(DCV3T)：N,N'-二甲基喹吖酮(DMQA)(1：1)，以分別形成厚度為10nm及110nm的主動層。在主動層上熱沉積氧化鉬(MoOx，0<x3)以形成厚度為20nm的上電荷輔助層。在上電荷輔助層上熱沉積鋁(Al)(熱擴散係數為8.1x10-5m2/s)以形成厚度為1nm的擴散阻障層、以及熱沉積銀(Ag)(熱擴散係數為1.6x10-4m2/s)以形成厚度為11nm的上電極。接著，在上電極上沉積氧化鎢(WOx，0<x3)以形成厚度為30nm的光透射輔助層，從而製造光電元件。
比較例1
除了不形成擴散阻障層之外，根據實例1的相同方法製造光電元件。
比較例2
除了不形成光透射輔助層之外，根據實例1的相同方法製造光電元件。
評估 評估1
評估根據實例1及比較例1的光電元件的暗電流。
藉由對根據實例1及比較例1的光電元件施加反向偏壓來評估暗電流，且根據電壓來量測其電流變化。
結果提供於圖5。
圖5是繪示根據實例1及比較例1的光電元件的暗電流的圖式。
請參照圖5，相較於根據比較例1的光電元件而言，根據實例1的光電元件具有非常低的暗電流。特別是，根據實例1的光電元件的暗電流等於或小於約100e/s，相較於比較例1的光電元件，實例1的光電元件的暗電流小於其暗電流的三分之一。根據實例1的光電元件包括擴散阻障層，且產生非常低的暗電流。
評估2
評估根據實例1及比較例1的光電元件的外部量子效率(EQE)，同時對其施加多種電壓。
結果提供於圖6。
圖6是根據波長繪示根據實例1及比較例1的光電元件的外部量子效率(EQE)的圖式。
請參照圖6，相較於根據比較例1的光電元件的外部量子效率(EQE)而言，根據實例1的光電元件具有相似或經改善的外部量子效率(EQE)。因此，根據實例1的光電元件更包括擴散阻障層，且對外部量子效率(EQE)幾乎沒有影響。
評估3
評估根據實例1及比較例2的光電元件的光穿透率。
使用紫外光-可見光分光光度法(UV-visible spectrophotometry method)來量測光穿透率。
結果提供於表1。
請參照表1，相較於根據比較例2的光電元件而言，根據實例1的光電元件具有顯著改善的光穿透率。
基於上述結果，根據實例1的光電元件具有大於或等於80%的光穿透率但不影響外部量子效率(EQE)且改善漏電流。
雖然已連結實際的示範實施例來描述此揭露，但應理解的是，示範實施例不受限於所揭露的實施例，且相反地說，示範實施例傾向於包含所附的申請專利範圍的精神與範疇所包括的多種改良及相等佈局。
100‧‧‧光電元件
110‧‧‧光透射金屬電極
120‧‧‧擴散阻障層
130‧‧‧主動層
140‧‧‧相對電極
150‧‧‧光透射輔助層

Claims (7)

  1. 一種光電元件，包括：第一電極，包括第一金屬；主動層，位於第一電極與第二電極之間；擴散阻障層，位於所述第一電極與所述主動層之間，所述擴散阻障層包括第二金屬；以及光透射輔助層，其中所述光透射輔助層包括折射係數為1.6至2.5的材料，其中所述第二金屬的熱擴散係數小於所述第一金屬的熱擴散係數，且其中所述第一電極及所述擴散阻障層經配置以透射光。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的光電元件，其中所述第一金屬包括銀(Ag)、金(Au)、鉻(Cr)、鎵(Ge)、上述的合金、或者上述的組合；所述第二金屬是選自於熱擴散係數小於或等於約10-5m2/s的金屬且包括鋁(Al)、鎳(Ni)、鈷(Co)、釕(Ru)、鈀(Pd)、上述的合金、或者上述的組合，其中所述第一電極的厚度為1nm至500nm，所述擴散阻障層的厚度為0.5nm至10nm，所述光電元件的光穿透率等於或大於80%，且所述光電元件的暗電流等於或小於100e/s。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的光電元件，其中所述第一金屬是銀(Ag)或銀合金，且 所述第二金屬是鋁(Al)或鋁合金。
  4. 一種有機影像感測器，包括：光感測元件陣列；彩色濾光片陣列；光電元件；以及光透射輔助層，其中所述光透射輔助層包括折射係數為1.6至2.5的材料，其中所述光電元件包括：第一電極，包括第一金屬且透射入射光；主動層，配置在所述第一電極與第二電極之間；以及擴散阻障層，包括第二金屬，且配置在所述第一電極與所述主動層之間，所述擴散阻障層經配置以透射光，其中所述第二金屬的熱擴散係數小於所述第一金屬的熱擴散係數。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的有機影像感測器，其中所述第一金屬包括銀(Ag)、金(Au)、鉻(Cr)、鎵(Ge)、上述的合金、或者上述的組合；所述第二金屬是選自於熱擴散係數小於或等於10-5m2/s的金屬且包括鋁(Al)、鎳(Ni)、鈷(Co)、釕(Ru)、鈀(Pd)、上述的合金、或者上述的組合，其中所述第一電極的厚度為1nm至500nm，所述擴散阻障層的厚度為0.5nm至10nm，所述光電元件的光穿透率等於或大於80%，且所述光電元件的暗電流等於或小於100e/s。
  6. 如申請專利範圍第4項所述的有機影像感測器，其中所述彩色濾光片陣列包括紅色濾光片、綠色濾光片及藍色濾光片，且其中所述彩色濾光片中的各者分別具有對應的紅色畫素感測元件、綠色畫素感測元件或藍色畫素感測元件。
  7. 如申請專利範圍第4項所述的有機影像感測器，其中所述彩色濾光片陣列包括紅色濾光片及藍色濾光片，且所述光電元件的所述主動層包括選擇性吸收綠色波長區域的光的有機材料。
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