WO2023228733A1 - 積層光電変換素子、積層光電変換素子アレイ、非接触温度計測装置および撮像装置 - Google Patents

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conversion element
wavelength
sensitivity
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望 松川
三四郎 宍戸
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • 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 potential barriers, e.g. phototransistors

Definitions

  • the present disclosure relates to a stacked photoelectric conversion element, a stacked photoelectric conversion element array, a non-contact temperature measuring device, and an imaging device.
  • signals from emitted light or reflected light from the substance are detected using a photoelectric conversion element or a photoelectric conversion element array.
  • the properties to be measured are the temperature of a substance and the component ratio of a substance
  • Methods for measuring the characteristics of a substance by detecting light of different wavelengths include using a plurality of elements with different wavelength characteristics, switching optical filters, and measuring by changing the wavelength of the transmitted light. Furthermore, in order to measure the characteristics of a substance at the same location with a simple structure, a sensor in which photoelectric conversion elements with different sensitivity characteristics are stacked has been proposed.
  • a photoelectric conversion layer containing a material with a large band gap is arranged on the side in the light incident direction.
  • Patent Document 1 discloses a method of stacking quantum dot detectors using semiconductor three-dimensional quantum wells (semiconductor quantum dots) to detect light of multiple wavelengths.
  • Patent Document 2 discloses a three-dimensional semiconductor quantum well structure whose wavelength characteristics change depending on an applied voltage, and a method of detecting light of multiple wavelengths and measuring temperature using the change in wavelength characteristics.
  • Patent Document 3 discloses a method of stacking semiconductor three-dimensional quantum wells and stacking layers whose refractive index is variable by applying a voltage to form a resonator structure, and detecting light of multiple wavelengths by switching the resonant wavelength. is disclosed.
  • Patent Document 1 there are disclosures regarding the lamination order based on the incident direction of light and the magnitude of the wavelength that the photoelectric conversion layer absorbs, and the There are disclosures of a method for extracting a signal corresponding to light of a plurality of wavelengths, and disclosure of a method of calculating a temperature based on a signal corresponding to light of a plurality of wavelengths.
  • a method for extracting a signal corresponding to light of a plurality of wavelengths there are disclosures of a method for extracting a signal corresponding to light of a plurality of wavelengths
  • disclosure of a method of calculating a temperature based on a signal corresponding to light of a plurality of wavelengths are disclosures of a temperature based on a signal corresponding to light of a plurality of wavelengths.
  • an appropriate relationship in sensitivity between stacked elements or an appropriate relationship between wavelengths absorbed by the elements there is no disclosure regarding an appropriate relationship in sensitivity between stacked elements or an appropriate relationship between wavelengths absorbed by the elements.
  • the present disclosure provides a laminated photoelectric conversion element and the like that can improve the detection accuracy of light of multiple wavelengths.
  • a laminated photoelectric conversion element includes a first photoelectric conversion element and a second photoelectric conversion element, and the first photoelectric conversion element and the second photoelectric conversion element are arranged on a light incident side.
  • the first photoelectric conversion element has a sensitivity characteristic in which a sensitivity peak exists at a wavelength ⁇ 1a
  • the second photoelectric conversion element has a sensitivity characteristic in which a sensitivity peak exists at a wavelength ⁇ 2a.
  • the relationship ⁇ 1a ⁇ 2a is satisfied, and the sensitivity of the second photoelectric conversion element at the wavelength ⁇ 2a is smaller than the sensitivity of the first photoelectric conversion element at the wavelength ⁇ 1a.
  • a stacked photoelectric conversion element array includes a plurality of the above stacked photoelectric conversion elements, and the plurality of stacked photoelectric conversion elements are arranged one-dimensionally or two-dimensionally.
  • a non-contact temperature measuring device includes the laminated photoelectric conversion element, a first signal output from the first photoelectric conversion element, and a second signal output from the second photoelectric conversion element. and a calculation section that calculates a temperature based on the first signal and the second signal detected by the signal detection circuit.
  • An imaging device is an imaging device that captures a temperature image, wherein the stacked photoelectric conversion element array and the first photoelectric conversion element of each of the plurality of stacked photoelectric conversion elements output a first photoelectric conversion element. 1 signal and a second signal output from the second photoelectric conversion element of each of the plurality of laminated photoelectric conversion elements; and a signal detection circuit that detects the first signal and the second signal detected by the signal detection circuit.
  • a calculation unit that calculates a temperature corresponding to each output of the plurality of laminated photoelectric conversion elements based on the signal.
  • detection accuracy of light of multiple wavelengths can be improved.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a laminated photoelectric conversion element according to Embodiment 1.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of sensitivity characteristics of the laminated photoelectric conversion element according to the first embodiment.
  • FIG. 3A is a graph showing the relationship between the wavelength of thermal radiation and the radiation intensity.
  • FIG. 3B is a graph showing in detail the relationship between the wavelength of thermal radiation and the radiation intensity at 400K.
  • FIG. 4A is a schematic diagram showing an example of sensitivity characteristics of a single photoelectric conversion element.
  • FIG. 4B is a schematic diagram showing an example of sensitivity characteristics of a single photoelectric conversion element.
  • FIG. 4C is a schematic diagram showing an example of sensitivity characteristics of a single photoelectric conversion element.
  • FIG. 4A is a schematic diagram showing an example of sensitivity characteristics of a single photoelectric conversion element.
  • FIG. 4B is a schematic diagram showing an example of sensitivity characteristics of a single photoelectric conversion element.
  • FIG. 4C is
  • FIG. 5A is a diagram for explaining sensitivity characteristics of the laminated photoelectric conversion element according to the first embodiment.
  • FIG. 5B is a diagram for explaining the sensitivity characteristics of the laminated photoelectric conversion element according to the first embodiment.
  • FIG. 6A is a diagram for explaining the wavelength relationship in the sensitivity characteristics of the laminated photoelectric conversion element according to the first embodiment.
  • FIG. 6B is a diagram for explaining the wavelength relationship in the sensitivity characteristics of the laminated photoelectric conversion element according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing another example of the sensitivity characteristics of the laminated photoelectric conversion element according to the first embodiment.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing a detailed configuration of the laminated photoelectric conversion element according to the first embodiment.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing an example of the laminated structure of the laminated photoelectric conversion element according to the first embodiment.
  • FIG. 10A is a cross-sectional view schematically showing another example of the laminated structure of the laminated photoelectric conversion element according to the first embodiment.
  • FIG. 10B is a cross-sectional view schematically showing another example of the laminated structure of the laminated photoelectric conversion element according to Embodiment 1.
  • FIG. 11A is a plan view schematically showing an example of the planar shape of the laminated structure shown in FIG. 10A or 10B.
  • FIG. 11B is a plan view schematically showing an example of the planar shape of the laminated structure shown in FIG. 10A or 10B.
  • FIG. 11A is a plan view schematically showing an example of the planar shape of the laminated structure shown in FIG. 10A or 10B.
  • FIG. 11C is a plan view schematically showing an example of the planar shape of the laminated structure shown in FIG. 10A or 10B.
  • FIG. 12A is a cross-sectional view schematically showing still another example of the laminated structure of the laminated photoelectric conversion element according to Embodiment 1.
  • FIG. 12B is a cross-sectional view schematically showing still another example of the laminated structure of the laminated photoelectric conversion element according to Embodiment 1.
  • FIG. 13 is a plan view schematically showing an example of the planar shape of the laminated structure shown in FIG. 12A or 12B.
  • FIG. 14A is a schematic diagram showing the configuration of a laminated photoelectric conversion element according to Modification 1 of Embodiment 1.
  • FIG. 14A is a schematic diagram showing the configuration of a laminated photoelectric conversion element according to Modification 1 of Embodiment 1.
  • FIG. 14A is a schematic diagram showing the configuration of a laminated photoelectric conversion element according to Modification 1 of Embodiment 1.
  • FIG. 14B is a schematic diagram showing the configuration of a laminated photoelectric conversion element according to Modification 1 of Embodiment 1.
  • FIG. 15 is a schematic diagram showing the configuration of a laminated photoelectric conversion element according to Modification 2 of Embodiment 1.
  • FIG. 16 is a diagram for explaining the relationship between the sensitivity characteristics of the laminated photoelectric conversion element and the cutoff wavelength of the long-pass filter according to the second modification of the first embodiment.
  • FIG. 17 is a schematic diagram showing the configuration of a laminated photoelectric conversion element according to Modification 3 of Embodiment 1.
  • FIG. 18 is a block diagram showing the configuration of a non-contact temperature measuring device according to the second embodiment.
  • FIG. 19 is a schematic diagram showing the configuration of an imaging device according to Embodiment 3.
  • FIG. 19 is a schematic diagram showing the configuration of an imaging device according to Embodiment 3.
  • FIG. 20 is a schematic diagram showing the configuration of a pixel array included in the imaging device according to the third embodiment.
  • FIG. 21 is a diagram for explaining the relationship among the light incident on the laminated photoelectric conversion element, the position of the incident surface, the position of the first photoelectric conversion element, and the position of the second photoelectric conversion element.
  • a laminated photoelectric conversion element includes a first photoelectric conversion element and a second photoelectric conversion element, and the first photoelectric conversion element and the second photoelectric conversion element are arranged on a light incident side.
  • the first photoelectric conversion element has a sensitivity characteristic in which a sensitivity peak exists at a wavelength ⁇ 1a
  • the second photoelectric conversion element has a sensitivity characteristic in which a sensitivity peak exists at a wavelength ⁇ 2a.
  • the relationship ⁇ 1a ⁇ 2a is satisfied, and the sensitivity of the second photoelectric conversion element at the wavelength ⁇ 2a is smaller than the sensitivity of the first photoelectric conversion element at the wavelength ⁇ 1a. .
  • the sensitivity at the peak wavelength ⁇ 2a of the sensitivity of the second photoelectric conversion element which is longer than the wavelength ⁇ 1a, becomes smaller than the sensitivity at the peak wavelength ⁇ 1a of the sensitivity of the first photoelectric conversion element. Therefore, when detecting light such as thermal radiation where the wavelength intensity cannot be controlled and the intensity increases on the long wavelength side for measurement of material properties, etc., the light on the long wavelength side with high intensity is photoelectrically converted. The sensitivity of the second photoelectric conversion element becomes smaller.
  • the signal output of the first photoelectric conversion element that photoelectrically converts light on the short wavelength side with low intensity can be increased, while the signal output of the second photoelectric conversion element that photoelectrically converts light on the long wavelength side with high intensity can be increased. Saturation can be suppressed. Thereby, the detection accuracy of light of a plurality of wavelengths can be improved. Therefore, for example, it is possible to improve the measurement accuracy of material properties such as temperature.
  • the sensitivity characteristics of the second photoelectric conversion element there is a sensitivity cutoff at a wavelength ⁇ 2c on the longer wavelength side than the wavelength ⁇ 2a
  • the sensitivity characteristics of the first photoelectric conversion element there is a sensitivity cutoff at a wavelength ⁇ 2c on the longer wavelength side than the wavelength ⁇ 1a.
  • the sensitivity of the first photoelectric conversion element at wavelength ⁇ 2a tends to decrease, and a signal based on light at wavelength ⁇ 2a from the second photoelectric conversion element is less likely to be buried in a signal based on light at wavelength ⁇ 2a from the first photoelectric conversion element. Become. Therefore, it is possible to improve the accuracy of separating the signal from the first photoelectric conversion element and the signal from the second photoelectric conversion element.
  • the sensitivity decreases than the sensitivity at the wavelength ⁇ 2a and shows a minimum sensitivity at the wavelength ⁇ 2m, and then The sensitivity increases on the shorter wavelength side than ⁇ 2m, and the sensitivity at the wavelength ⁇ 2b is equivalent to the sensitivity at the wavelength ⁇ 1a of the first photoelectric conversion element, and in the laminated photoelectric conversion element, even if the relationship ⁇ 2b ⁇ 1a is satisfied. good.
  • the following relationship may be satisfied: ( ⁇ 2b+ ⁇ 2m)/2 ⁇ 1a ⁇ ( ⁇ 2m+ ⁇ 2a)/2.
  • the wavelength ⁇ 1a exists near the minimum wavelength ⁇ 2m of sensitivity in the second photoelectric conversion element, and the signal based on the light of the wavelength ⁇ 1a of the first photoelectric conversion element is transmitted to the wavelength ⁇ 1a of the second photoelectric conversion element.
  • the sensitivity characteristics of the first photoelectric conversion element there is a sensitivity cutoff at a wavelength ⁇ 1c on the longer wavelength side than the wavelength ⁇ 1a, and the sensitivity at the wavelength ⁇ 1a is lower than the sensitivity at the wavelength ⁇ 1a on the shorter wavelength side.
  • the sensitivity may increase at wavelengths shorter than the wavelength ⁇ 1m.
  • the first photoelectric conversion element can photoelectrically convert light having a wavelength shorter than the wavelength ⁇ 1m. Therefore, when detecting light such as thermal radiation whose wavelength intensity cannot be controlled and whose intensity increases on the longer wavelength side for purposes such as measuring the properties of materials, it is necessary to photoelectrically convert the light on the shorter wavelength side, where the intensity is lower.
  • the signal output of the first photoelectric conversion element can be further increased.
  • each of the first photoelectric conversion element and the second photoelectric conversion element may be a photodiode or a photoconductor.
  • the first photoelectric conversion element and the second photoelectric conversion element each include a first electrode from which a signal is output, a second electrode located opposite to the first electrode, and a first electrode. and a photoelectric conversion layer located between the second electrode and the second electrode.
  • the first photoelectric conversion element and the second photoelectric conversion element may share the second electrode.
  • At least one of the first photoelectric conversion element and the second photoelectric conversion element may be arranged between the photoelectric conversion layer and the first electrode and between the photoelectric conversion layer and the second electrode. It may further include a buffer layer located on at least one side.
  • At least one of the first photoelectric conversion element and the second photoelectric conversion element may be arranged between the photoelectric conversion layer and the first electrode and between the photoelectric conversion layer and the second electrode. It may further include a charge blocking layer located on at least one side.
  • the charge blocking layer can suppress charge injection from the first electrode or the second electrode, and noise due to dark current can be suppressed.
  • the photoelectric conversion layer of at least one of the first photoelectric conversion element and the second photoelectric conversion element may include quantum dots.
  • the peak wavelength of sensitivity of the photoelectric conversion element can be adjusted by changing the material and particle size of the quantum dots.
  • the quantum dots may include at least one of a metal pnictide, a metal chalcogenide, a metal halide, and a metal chalcohalide.
  • the peak wavelength of sensitivity of the photoelectric conversion element can be controlled in a wide wavelength range from visible light to infrared rays.
  • the quantum dots may include the metal chalcogenide, and the metal chalcogenide may be PbS, PbSe, PbTe, CdS, CdSe, CdTe, or HgCdTe.
  • the peak wavelength of sensitivity of the photoelectric conversion element can be controlled in a wide wavelength range from visible light to infrared rays.
  • the first photoelectric conversion element and the second photoelectric conversion element are stacked apart from each other, and the laminated photoelectric conversion element has a gap between the first photoelectric conversion element and the second photoelectric conversion element. It may further include a holding part that holds constant.
  • optical interference unevenness can be suppressed from occurring in the gap between the first photoelectric conversion element and the second photoelectric conversion element.
  • the laminated photoelectric conversion element further includes an adhesive filled in a gap between the first photoelectric conversion element and the second photoelectric conversion element, and the adhesive has a transmittance of light having the wavelength ⁇ 2a. It may have.
  • the laminated photoelectric conversion element further includes a first long-pass filter located on the light incident side of the first photoelectric conversion element, and the cutoff wavelength ⁇ cut1 of the first long-pass filter is lower than the wavelength ⁇ 1a. It can be short.
  • the first long-pass filter filters out the wavelength of the cutoff wavelength ⁇ cut1 or less among the light incident on the laminated photoelectric conversion element. Light is blocked, and noise originating from the light source can be reduced.
  • the laminated photoelectric conversion element further includes a second long-pass filter located between the first photoelectric conversion element and the second photoelectric conversion element, and the cutoff wavelength ⁇ cut2 of the second long-pass filter is: It may be longer than the wavelength ⁇ 1a and shorter than the wavelength ⁇ 2a.
  • the second long-pass filter transmits light with a wavelength of ⁇ 2a or more, while blocking light with a wavelength of ⁇ 1a or less, so that the signal from the first photoelectric conversion element and the signal from the second photoelectric conversion element are different.
  • the separation accuracy can be improved.
  • a stacked photoelectric conversion element array includes a plurality of the above stacked photoelectric conversion elements, and the plurality of stacked photoelectric conversion elements are arranged one-dimensionally or two-dimensionally.
  • the non-contact temperature measuring device includes the laminated photoelectric conversion element, a first signal output from the first photoelectric conversion element, and a first signal output from the second photoelectric conversion element.
  • the device includes a signal detection circuit that detects two signals, and a calculation unit that calculates a temperature based on the first signal and the second signal detected by the signal detection circuit.
  • the temperature can be calculated by detecting thermal radiation with the laminated photoelectric conversion element described above, so that the accuracy of non-contact temperature measurement can be improved.
  • an imaging device is an imaging device that captures a temperature image, in which the output from the laminated photoelectric conversion element array and the first photoelectric conversion element of each of the plurality of laminated photoelectric conversion elements is provided.
  • a signal detection circuit that detects a first signal output from the second photoelectric conversion element of each of the plurality of laminated photoelectric conversion elements;
  • a calculation unit that calculates a temperature corresponding to each output of the plurality of laminated photoelectric conversion elements based on the second signal.
  • the terms “upper” and “lower” do not refer to the upper direction (vertically upward) or the lower direction (vertically downward) in absolute spatial recognition, but are based on the order of stacking in the stacked structure. Used as a term defined by relative positional relationships. Note that terms such as “upper” and “lower” are used only to designate the mutual arrangement of members, and apply to laminated photoelectric conversion elements, laminated photoelectric conversion element arrays, non-contact temperature measurement devices, and imaging devices. It is not intended to limit the posture during use. Additionally, the terms “above” and “below” are used not only when two components are spaced apart and there is another component between them; This also applies when two components are placed in close contact with each other.
  • sensitivity refers to the effective sensitivity in the state after the photoelectric conversion element and other components are provided.
  • peak refers to the maximum sensitivity at the longest wavelength among one or more sensitivity maximums.
  • a wavelength at which sensitivity or transmittance is substantially lost is expressed as a cutoff for convenience.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a laminated photoelectric conversion element 100 according to this embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of sensitivity characteristics of the laminated photoelectric conversion element 100.
  • FIG. 2 shows the wavelength dependence of the sensitivity of the laminated photoelectric conversion element 100.
  • the vertical axis is sensitivity and the horizontal axis is wavelength.
  • the sensitivity is, for example, the quantum efficiency of the photoelectric conversion element.
  • FIG. 3A is a graph showing the relationship between the wavelength of thermal radiation and the radiation intensity.
  • FIG. 3A shows the relationship between wavelength and radiation intensity of blackbody radiation from 300K to 1000K.
  • FIG. 3B is a graph showing in detail the relationship between the wavelength of thermal radiation and the radiation intensity at 400K. In FIG. 3B, the relationship between wavelength and radiation intensity of black body radiation at 400K shown in FIG. 3A is shown in an enlarged manner.
  • the laminated photoelectric conversion element 100 includes a first photoelectric conversion element 110 and a second photoelectric conversion element 120.
  • each of the first photoelectric conversion element 110 and the second photoelectric conversion element 120 outputs a signal according to the amount of light incident thereon.
  • the first photoelectric conversion element 110 and the second photoelectric conversion element 120 are stacked in this order from the light incident side. That is, the first photoelectric conversion element 110 is located closer to the light incident side than the second photoelectric conversion element 120.
  • the first photoelectric conversion element 110 and the second photoelectric conversion element 120 are arranged in this order along the direction in which light enters the laminated photoelectric conversion element 100 and travels.
  • the laminated photoelectric conversion element 100 is configured such that the first photoelectric conversion element 110 and the second photoelectric conversion element 120 can receive light from the light incident side.
  • the first photoelectric conversion element 110 and the second photoelectric conversion element 120 each have a photoelectric conversion layer that generates charges by absorbing light.
  • the laminated photoelectric conversion element 100 has, for example, sensitivity characteristics shown in FIG. 2.
  • the sensitivity characteristics of the first photoelectric conversion element 110 are shown by a broken line
  • the sensitivity characteristics of the second photoelectric conversion element 120 are shown by a solid line.
  • the respective sensitivity characteristics of the first photoelectric conversion element 110 and the second photoelectric conversion element 120 correspond to the respective light absorption characteristics of the photoelectric conversion layers of the first photoelectric conversion element 110 and the second photoelectric conversion element 120, for example. Therefore, the light absorption spectra of the photoelectric conversion layers of the first photoelectric conversion element 110 and the second photoelectric conversion element 120 can also be used as the respective sensitivity characteristics of the first photoelectric conversion element 110 and the second photoelectric conversion element 120. .
  • the first photoelectric conversion element 110 has a sensitivity characteristic in which a peak of sensitivity on the longest wavelength side (that is, maximum sensitivity) exists at wavelength ⁇ 1a.
  • a peak of sensitivity on the longest wavelength side that is, maximum sensitivity
  • the first photoelectric conversion element 110 has substantially no sensitivity to wavelengths equal to or longer than the wavelength ⁇ 1c.
  • the second photoelectric conversion element 120 has a sensitivity characteristic in which a peak of sensitivity on the longest wavelength side (that is, maximum sensitivity) exists at wavelength ⁇ 2a. Furthermore, in the sensitivity characteristics of the second photoelectric conversion element 120, there is a sensitivity cutoff at a wavelength ⁇ 2c on the longer wavelength side than the wavelength ⁇ 2a. Therefore, for example, the photoelectric conversion layer in the second photoelectric conversion element 120 absorbs light with a wavelength shorter than the wavelength ⁇ 2c, and has an absorption maximum on the longest wavelength side at the wavelength ⁇ 2a.
  • the second photoelectric conversion element 120 has substantially no sensitivity to wavelengths equal to or longer than wavelength ⁇ 2c.
  • the wavelength ⁇ 1a is shorter than the wavelength ⁇ 2a. That is, the laminated photoelectric conversion element 100 satisfies ⁇ 1a ⁇ 2a. Further, the sensitivity of the second photoelectric conversion element 120 at the wavelength ⁇ 2a is smaller than the sensitivity of the first photoelectric conversion element 110 at the wavelength ⁇ 1a.
  • wavelength intensity cannot be controlled in measurements using natural light sources such as thermal radiation.
  • the light intensity differs greatly. .
  • the intensity of light centered around 1.4 um which has a short wavelength, is lower. Therefore, as described above, the sensitivity at the peak wavelength ⁇ 2a of the sensitivity of the second photoelectric conversion element 120, which is longer than the wavelength ⁇ 1a, is set smaller than the sensitivity at the peak wavelength ⁇ 1a of the sensitivity of the first photoelectric conversion element 110.
  • the sensitivity of the second photoelectric conversion element 120 which photoelectrically converts light on the longer wavelength side with higher intensity, becomes lower. Therefore, for example, the signal output of the first photoelectric conversion element 110 that photoelectrically converts light on the short wavelength side with low intensity can be increased, while the signal output of the second photoelectric conversion element 120 that photoelectrically converts light on the long wavelength side with high intensity can be increased. Output saturation can be suppressed. This improves the accuracy of detecting light of a plurality of mutually different wavelengths, making it possible to accurately measure temperature.
  • the laminated photoelectric conversion element 100 having such sensitivity characteristics can be used not only to measure temperature, but also to spectroscopically evaluate the ratio of substances or the progress of denaturation, for example, when performing some kind of heat treatment in a closed kiln. Even in various situations, it is possible to expand the measurable range when measuring using thermal radiation itself as a light source. For example, when measuring the change in light absorption due to decomposition or denaturation of a substance by the change in absorption at a reference wavelength, or when measuring the dissolution of a powder by the wavelength dependence of light scattering, light of different wavelengths is used. There are many uses for measuring the properties of substances using . By using the laminated photoelectric conversion element 100 according to this embodiment, it becomes easy to use thermal radiation itself as a light source.
  • the laminated photoelectric conversion element 100 according to the present embodiment can detect light at wavelengths whose intensity decreases with high sensitivity, and thus can improve detection accuracy for light at different wavelengths. Therefore, the laminated photoelectric conversion element 100 according to this embodiment is applicable even when measurement using light is required in a region where light transmittance changes sharply depending on wavelength.
  • FIGS. 4A to 4C are schematic diagrams showing examples of sensitivity characteristics of a single photoelectric conversion element. First, using FIGS. 4A to 4C, the definition of the sensitivity characteristics of the photoelectric conversion element and the wavelength that characterizes the sensitivity characteristics will be described.
  • FIG. 4A shows an example of a sensitivity characteristic that has maximum sensitivity only at wavelength ⁇ a. Further, the sensitivity characteristics shown in FIG. 4A have a maximum sensitivity at a wavelength ⁇ a, and a maximum sensitivity at a wavelength ⁇ a. In addition, in the sensitivity characteristics shown in FIG. 4A, the sensitivity decreases on the long wavelength side of the wavelength ⁇ a, and the wavelength at which sensitivity is substantially lost is the wavelength ⁇ c. The wavelength at which sensitivity is substantially lost means the longer of the wavelength at which the sensitivity is 1/20 or less of the sensitivity at wavelength ⁇ a, and the wavelength at which the quantum efficiency of the photoelectric conversion element is 1% or less. .
  • FIGS. 4B and 4C show examples of sensitivity characteristics having multiple sensitivity maxima.
  • the one with the largest wavelength among a plurality of maximum sensitivities is referred to as a sensitivity peak, and the wavelength at the sensitivity peak is referred to as wavelength ⁇ a.
  • the sensitivity characteristics shown in FIGS. 4B and 4C unlike the sensitivity characteristics shown in FIG. 4A, the sensitivity decreases from the wavelength ⁇ a to the shorter wavelength side than the wavelength ⁇ a, and the sensitivity shows a minimum at the wavelength ⁇ m. Afterwards, the sensitivity increases again. Therefore, in the sensitivity characteristics shown in FIGS. 4B and 4C, there are multiple sensitivity maxima. Furthermore, in the sensitivity characteristic shown in FIG.
  • sensitivity is substantially lost at wavelength ⁇ m.
  • the sensitivity characteristic shown in FIG. 4C the sensitivity is not lost even at the wavelength ⁇ m, and the photoelectric conversion element has sensitivity even at the wavelength ⁇ m.
  • one sensitivity maximum exists on the shorter wavelength side than the wavelength ⁇ m, but there may be a plurality of sensitivity maximums on the shorter wavelength side than the wavelength ⁇ m.
  • there are a plurality of sensitivity maxima on the shorter wavelength side than the wavelength ⁇ m but the number of sensitivity maxima on the shorter wavelength side than the wavelength ⁇ m may be one.
  • the first photoelectric conversion element 110 and the second photoelectric conversion element 120 each have, for example, one of the sensitivity characteristics shown in FIGS. 4A to 4C.
  • a subscript is added to the wavelength ⁇ explained using FIGS. 4A to 4C. Specifically, "1" is added to the subscript for the wavelength in the sensitivity characteristic of the first photoelectric conversion element 110, and "2" is added to the subscript for the wavelength in the sensitivity characteristic of the second photoelectric conversion element 120.
  • the peak wavelength ⁇ a of sensitivity in the first photoelectric conversion element 110 is written as wavelength ⁇ 1a.
  • wavelength ⁇ 1a and the like are simply written as “ ⁇ 1a” and the like.
  • ⁇ 1a in the inequality is the numerical value (nm) of the wavelength ⁇ 1a.
  • FIG. 5A and 5B are diagrams for explaining the sensitivity characteristics of the laminated photoelectric conversion element 100 according to this embodiment.
  • FIG. 5A shows the sensitivity characteristics of the laminated photoelectric conversion element 100 similar to that in FIG. 2.
  • the sensitivity characteristics of the first photoelectric conversion element 110 are such that on the shorter wavelength side than the wavelength ⁇ 1a, the sensitivity is lower than the wavelength ⁇ 1a, and the sensitivity shows a minimum at the wavelength ⁇ 1m. Furthermore, in the sensitivity characteristic of the first photoelectric conversion element 110, the sensitivity increases on the shorter wavelength side than the wavelength ⁇ 1m. Thereby, the first photoelectric conversion element 110 can photoelectrically convert light having a wavelength shorter than the wavelength ⁇ 1m. Therefore, when detecting light such as thermal radiation, it is possible to further increase the signal output of the first photoelectric conversion element 110 that photoelectrically converts light on the shorter wavelength side with lower intensity.
  • the sensitivity characteristics of the second photoelectric conversion element 120 are such that on the shorter wavelength side than the wavelength ⁇ 2a, the sensitivity is lower than the wavelength ⁇ 2a, and the sensitivity shows a minimum at the wavelength ⁇ 2m. Furthermore, in the sensitivity characteristics of the second photoelectric conversion element 120, the sensitivity increases at wavelengths shorter than the wavelength ⁇ 2m, and the sensitivity at the wavelength ⁇ 2b is equivalent to the sensitivity at the wavelength ⁇ 1a of the first photoelectric conversion element 110. In this way, the second photoelectric conversion element 120 has a sensitivity characteristic of the type shown in FIG.
  • the laminated photoelectric conversion element 100 satisfies, for example, ⁇ 2b ⁇ 1a and ⁇ 1c ⁇ 2c.
  • a signal outputted based on light with a wavelength centered on wavelength ⁇ 1a and a signal outputted based on light with a wavelength centered on wavelength ⁇ 2a are different.
  • the accuracy of separation from the signal output based on the light of the wavelength is improved.
  • a signal output based on light having a wavelength centered on wavelength ⁇ 1a is a signal output by the first photoelectric conversion element 110, and a signal outputted based on light having a wavelength centered on wavelength ⁇ 2a.
  • the signal output based on the wavelength of light is the signal output by the second photoelectric conversion element 120. Since the second photoelectric conversion element 120 has such a sensitivity characteristic, the sensitivity of the second photoelectric conversion element 120 becomes lower than the sensitivity of the first photoelectric conversion element 110 at the wavelength ⁇ 1a.
  • the signal output from the second photoelectric conversion element 120 is affected by the influence of the light with the wavelength ⁇ 1a. This makes it possible to improve the accuracy of separating the signal from the first photoelectric conversion element 110 and the signal from the second photoelectric conversion element 120.
  • the second photoelectric conversion element 120 has a sensitivity characteristic of the type shown in FIG. 4A or 4B and there is no wavelength corresponding to the wavelength ⁇ 2b, the sensitivity of the first photoelectric conversion element 110 at the wavelength ⁇ 1a is Since the sensitivity does not fall below the sensitivity of the second photoelectric conversion element 120 at the wavelength ⁇ 1a, signal separation accuracy is improved.
  • ⁇ 1c ⁇ 2c is satisfied due to the sensitivity characteristics of the laminated photoelectric conversion element 100, ⁇ 2b ⁇ 1a may not be satisfied. Even in such a case, the sensitivity of the second photoelectric conversion element 120 at the wavelength ⁇ 2a is smaller than the sensitivity of the first photoelectric conversion element 110 at the wavelength ⁇ 1a, so it is possible to improve the measurement accuracy of the properties of the substance as described above. can.
  • FIGS. 6A and 6B are diagrams for explaining the wavelength relationship in the sensitivity characteristics of the laminated photoelectric conversion element 100.
  • the wavelength ⁇ 1a becomes shorter than the sensitivity characteristic shown in FIG. becomes easily buried in the signal based on the light of the wavelength ⁇ 1a of the second photoelectric conversion element 120.
  • the sensitivity characteristics of the laminated photoelectric conversion element 100 by satisfying the relationship ⁇ 2b ⁇ 1a, the sensitivity of the second photoelectric conversion element 120 at the wavelength ⁇ 1a becomes small, and the sensitivity of the second photoelectric conversion element 120 at the wavelength ⁇ 1a becomes smaller.
  • the signal based on the wavelength ⁇ 1a of the second photoelectric conversion element 120 is less likely to be buried in the signal based on the light having the wavelength ⁇ 1a.
  • the wavelength ⁇ 1c becomes longer than the sensitivity characteristic shown in FIG.
  • the signal based on the wavelength ⁇ 2a of the first photoelectric conversion element 110 is likely to be buried in the signal based on the light having the wavelength ⁇ 2a.
  • the sensitivity characteristics of the laminated photoelectric conversion element 100 by satisfying the relationship ⁇ 1c ⁇ 2c, the sensitivity of the first photoelectric conversion element 110 at the wavelength ⁇ 2a becomes small, and the sensitivity of the first photoelectric conversion element 110 at the wavelength ⁇ 2a of the second photoelectric conversion element 120 decreases. This makes it difficult for the signal based on the wavelength ⁇ 2a of the first photoelectric conversion element 110 to be buried in the signal based on the light having the wavelength ⁇ 2a.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing another example of the sensitivity characteristics of the laminated photoelectric conversion element 100.
  • the wavelength ⁇ 1a exists near the wavelength ⁇ 2m, a signal based on the light with the wavelength ⁇ 1a from the first photoelectric conversion element 110 and a signal based on the light with the wavelength ⁇ 2a from the second photoelectric conversion element 120
  • the separation accuracy can be further increased.
  • the wavelength ⁇ 1a is longer than the average of the wavelengths ⁇ 2b and ⁇ 2m, and shorter than the average of the wavelengths ⁇ 2m and ⁇ 2a, thereby improving the signal separation accuracy.
  • the laminated photoelectric conversion element 100 may satisfy ( ⁇ 2b+ ⁇ 2m)/2 ⁇ 1a ⁇ ( ⁇ 2m+ ⁇ 2a)/2.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing the detailed configuration of the laminated photoelectric conversion element 100 according to this embodiment.
  • the first photoelectric conversion element 110 and the second photoelectric conversion element 120 included in the laminated photoelectric conversion element 100 according to the present embodiment are, for example, photodiodes or photoconductors having the configuration shown in FIG. 8.
  • the first photoelectric conversion element 110 and the second photoelectric conversion element 120 are photodiodes.
  • charges generated by photoelectric conversion in the first photoelectric conversion element 110 and the second photoelectric conversion element 120 are output from the electrodes as a signal.
  • the first photoelectric conversion element 110 includes an electrode 113, a counter electrode 111 located opposite to the electrode 113, and a photoelectric conversion layer 112 located between the electrode 113 and the counter electrode 111. , and a substrate 114.
  • the second photoelectric conversion element 120 includes an electrode 123, a counter electrode 121 located opposite to the electrode 123, a photoelectric conversion layer 122 located between the electrode 123 and the counter electrode 121, and a substrate 124.
  • electrode 113 and electrode 123 are each an example of a first electrode.
  • the counter electrode 111 and the counter electrode 121 are each an example of a second electrode. Note that at least one of the substrate 114 and the substrate 124 may not be provided when the first photoelectric conversion element 110 and the second photoelectric conversion element 120 are formed on another substrate or base material, etc. .
  • the photoelectric conversion layer 112 and the photoelectric conversion layer 122 each generate pairs of holes and electrons, which are excitons, upon incidence of light. That is, the photoelectric conversion layer 112 and the photoelectric conversion layer 122 each generate charges through photoelectric conversion.
  • the photoelectric conversion layer 112 and the photoelectric conversion layer 122 each include a photoelectric conversion material that absorbs incident light and generates pairs of holes and electrons.
  • the photoelectric conversion material is, for example, a semiconducting inorganic material or a semiconducting organic material.
  • the photoelectric conversion layer 112 and the photoelectric conversion layer 122 may each include an acceptor material that receives charges generated by the photoelectric conversion material.
  • At least one of the photoelectric conversion layer 112 and the photoelectric conversion layer 122 includes, for example, quantum dots.
  • Quantum dots are materials that exhibit three-dimensional quantum confinement effects. Quantum dots are nanocrystals that have a diameter smaller than the Bohr radius of the exciton of the material constituting the quantum dot, and most have a diameter of about 2 nm to 10 nm.
  • quantum dots By including quantum dots in the photoelectric conversion layer 112 and the photoelectric conversion layer 122, a photoelectric conversion element having a peak sensitivity wavelength in the wavelength range from the near-infrared region to the mid-infrared region can be easily realized.
  • the photoelectric conversion layer 112 and the photoelectric conversion layer 122 include quantum dots, the first photoelectric conversion element 110 and the second photoelectric conversion element 120 have sensitivity characteristics of the type shown in FIG. 4C.
  • the quantum dots include at least one of a metal pnictide, a metal chalcogenide, a metal halide, and a metal chalcohalide.
  • the quantum dots may contain metal chalcogenide.
  • the metal chalcogenide is, for example, PbS, PbSe, PbTe, CdS, CdSe, CdTe, or HgCdTe. This allows the peak wavelength of sensitivity of the photoelectric conversion element to be controlled over a wide wavelength range from visible light to infrared rays.
  • the surface of the quantum dot is, for example, modified with a ligand.
  • the surfaces of available quantum dots are often modified with long-chain alkyl-containing ligands to improve dispersion during synthesis.
  • Ligands with long alkyl chains inhibit charge transfer, so the ligands that modify the surface of quantum dots range from ligands with long alkyl chains to short molecular ligands, ⁇
  • Substitution methods include the solid-phase substitution method, in which quantum dots are made into a film (solid phase) and then exposed to a solution of the ligand to be substituted, thereby replacing the quantum dots based on the concentration and bond energy difference between the ligands;
  • a liquid phase substitution method is known in which a ligand is substituted in a solution (liquid phase), and these existing methods can be used.
  • the solid-phase substitution method is widely applicable because it is not restricted by the dispersibility of the solution after substitution.
  • the thickness of the film that can be replaced is limited by the diffusion length of the ligand in the thin film, so thin film formation and solid phase replacement are repeated until the desired film thickness is obtained.
  • liquid phase displacement thin film formation is possible after ligand displacement.
  • Liquid phase substitution must be performed under conditions that allow stable dispersion in a solution after substitution, and the combinations of quantum dots, ligands, and solvents that can be applied may be limited.
  • the band gap of the quantum dots can be controlled by the particle size of the quantum dots.
  • the larger the particle size of the quantum dot the narrower the bandgap of the quantum dot. Therefore, the larger the particle size of the quantum dots, the longer the absorption peak wavelength of the quantum dots.
  • the peak wavelength of sensitivity in the photoelectric conversion element can be adjusted by adjusting the particle size of the quantum dots.
  • the absorption peak wavelength of the quantum dots may be adjusted by the constituent elements of the quantum dot material.
  • PbSe has a smaller bulk crystal band gap energy and has a longer absorption peak wavelength when used as a quantum dot.
  • the photoelectric conversion layer 112 is formed by, for example, applying a dispersion containing a photoelectric conversion material such as quantum dots prepared as described above onto one of the electrode 113 and the counter electrode 111 by various methods such as spin coating. It is formed by forming a film.
  • the photoelectric conversion layer 112 may be formed using other methods such as vapor deposition. Then, by forming the other of the electrode 113 and the counter electrode 111 on the photoelectric conversion layer 112, the first photoelectric conversion element 110 is obtained.
  • the second photoelectric conversion element 120 can also be manufactured by the same method as the first photoelectric conversion element 110.
  • the electrode 113, the electrode 123, the counter electrode 111, and the counter electrode 121 are each, for example, a film-like electrode.
  • the charge generated in the photoelectric conversion layer 112 is output from the electrode 113 as the first signal output by the first photoelectric conversion element 110. Therefore, the first signal is read from the electrode 113.
  • the charge generated in the photoelectric conversion layer 122 is output from the electrode 123 as a second signal output by the second photoelectric conversion element 120. Therefore, the second signal is read from the electrode 123.
  • a voltage for setting the counter electrode 111 and the counter electrode 121 to a predetermined potential is supplied to the counter electrode 111 and the counter electrode 121, respectively, by, for example, wiring (not shown).
  • a bias voltage is applied between the electrode 113 and the counter electrode 111 and between the electrode 123 and the counter electrode 121.
  • the predetermined potential is set such that the potential of the opposing electrode 111 and the opposing electrode 121 is higher than the potential of the electrode 113 and the electrode 123.
  • the predetermined potential is such that, of the pairs of electrons and holes generated in the photoelectric conversion layer 112 and the photoelectric conversion layer 122, the electrons move to the counter electrode 111 and the counter electrode 121, and the holes move to the electrodes 113 and 123. is set to move to.
  • the holes are collected as signal charges on the electrodes 113 and 123.
  • the magnitudes of the voltages supplied to the counter electrode 111 and the counter electrode 121 may be the same or different.
  • the predetermined potential is such that, of the pairs of electrons and holes generated in the photoelectric conversion layer 112 and the photoelectric conversion layer 122, the holes move to the counter electrode 111 and the counter electrode 121, and the electrons move to the electrode 113 and the electrode 123. It may be set to move to .
  • the electrode 113, the electrode 123, the counter electrode 111, and the counter electrode 121 each transmit at least light in a specific wavelength range.
  • the specific wavelength range is, for example, a wavelength range that includes wavelength ⁇ 1a and wavelength ⁇ 2a.
  • transmitting light of a certain wavelength or having transparency to light of a certain wavelength means, for example, that the transmittance of light of a certain wavelength is 50% or more; It may also mean that the light transmittance is 70% or more.
  • a material that transmits a wavelength range from visible light to infrared light is used.
  • materials that transmit visible light to infrared rays include transparent conducting oxides (TCO) such as ITO (Indium Tin Oxide) and AZO (Aluminum Zinc Oxide), and silver nanowires. -, graphene and metallic carbon nanotubes etc. are used.
  • TCO transparent conducting oxides
  • a material that transmits only infrared rays may be used for the electrode 113, the electrode 123, the counter electrode 111, and the counter electrode 121.
  • a material that transmits only infrared rays for example, a semiconductor material having a band gap wider than a desired wavelength, such as doped silicon, is used.
  • the counter electrode 111 is located on the light incident side of the photoelectric conversion layer 112, and the electrode 113 is located on the opposite side of the photoelectric conversion layer 112 from the light incident side.
  • the counter electrode 121 is located on the light incident side of the photoelectric conversion layer 122, and the electrode 123 is located on the opposite side of the photoelectric conversion layer 122 from the light incident side.
  • the positions of the electrode 113, the electrode 123, the counter electrode 111, and the counter electrode 121 are arranged such that the electrode 113 and the counter electrode 111 sandwich the photoelectric conversion layer 112, and the electrode 123 and the counter electrode 121 are arranged so that the photoelectric conversion layer 122 is sandwiched between the electrode 113 and the counter electrode 111.
  • the positions of the counter electrode 111 and the electrode 113 may be exchanged.
  • the positions of the counter electrode 121 and the electrode 123 may be exchanged.
  • the substrate 114 is a support substrate that supports the electrode 113, the counter electrode 111, and the photoelectric conversion layer 112.
  • the substrate 124 is a support substrate that supports the electrode 123, the counter electrode 121, and the photoelectric conversion layer 122. Further, in the example shown in FIG. 8, the substrate 114 is located on the opposite side of the light incident side of the electrode 113. Further, the substrate 124 is located on the opposite side of the electrode 123 from the light incident side. Note that the substrate 114 may be located on the light incident side of the counter electrode 111. Similarly, the substrate 124 may be located on the light incident side of the counter electrode 121. In other words, the substrate 114 may be placed facing the photoelectric conversion layer 112 with the counter electrode 111 or the electrode 113 in between. Further, the substrate 124 may be placed opposite the photoelectric conversion layer 122 with the counter electrode 121 or the electrode 123 in between.
  • the substrate 114 and the substrate 124 transmit at least light in the above specific wavelength range.
  • Specific materials for the substrate 114 and the substrate 124 include glass that transmits at least a portion of the near-infrared to mid-infrared region (for example, BK7 manufactured by Kosei Sangyo Co., Ltd. and K-GIR79 manufactured by Sumita Optical Glass Co., Ltd.), quartz, etc. Examples include oxides such as glass, semiconductors such as silicon or germanium, chalcogenide glass, calcium fluoride, and magnesium fluoride. A resin material such as acrylic resin may also be used as the material for the substrate 114 and the substrate 124.
  • the wavelength dependence of transmittance may be corrected to improve the laminated photoelectric conversion element 100.
  • the detection results are used to measure the properties of substances.
  • those arranged on the side opposite to the incident side of the photoelectric conversion layer 112 do not transmit the light of wavelength ⁇ 1a.
  • light in a wavelength range that includes the wavelength ⁇ 2a but does not include the wavelength ⁇ 1a may be transmitted.
  • those disposed on the opposite side of the incident side of the photoelectric conversion layer 122 do not need to transmit light in the above-mentioned specific wavelength range, and are, for example, conductive. It may be formed of a light-shielding material such as a transparent metal compound or a material containing metal.
  • the first photoelectric conversion element 110 and the second photoelectric conversion element 120 may be photoconductors as described above.
  • charges are injected from the counter electrode 111 and the counter electrode 121 according to the amount of charge generated by photoelectric conversion, and the injected charges are mainly output as signals from the electrodes 113 and 123.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing an example of the laminated structure of the laminated photoelectric conversion element 100 according to this embodiment.
  • the laminated photoelectric conversion element 100 includes, for example, a package 301 having a stepped structure 301a, and the first photoelectric conversion element 110 and the second photoelectric conversion element 120 are mounted in the package 301.
  • Package 301 is an example of a holding section.
  • the package 301 accommodates the first photoelectric conversion element 110 and the second photoelectric conversion element 120.
  • the package 301 includes a pair of step structures 301a arranged to sandwich the first photoelectric conversion element 110 and the second photoelectric conversion element 120, and a concave surface 301b that fixes the second photoelectric conversion element 120 between the pair of step structures 301a. and has.
  • the pair of step structures 301a are respectively a step for connecting the wiring with the second photoelectric conversion element 120, a step for fixing the first photoelectric conversion element 110, and a step for connecting the wiring with the first photoelectric conversion element 110. Contains stages.
  • each of the pair of step structures 301a further includes a step for fixing a protective substrate 302 for sealing the entire structure.
  • the protective substrate 302 transmits light in the above specific wavelength range.
  • a step is provided at a height such that the first photoelectric conversion element 110, the second photoelectric conversion element 120, and the protection substrate 302 are spaced apart from each other and do not come into contact with each other. Further, in order to prevent uneven optical interference from occurring in the gap between the first photoelectric conversion element 110 and the second photoelectric conversion element 120, the pair of step structures 301a are formed so that the heights of the corresponding steps are the same. ing. Thereby, the package 301 maintains the gap W between the first photoelectric conversion element 110 and the second photoelectric conversion element 120 constant.
  • the first photoelectric conversion element 110 and the second photoelectric conversion element 120 are fixed within the package 301 so as to be spaced apart from each other so as to have a parallel positional relationship. Further, in the example shown in FIG. 9, the width of the second photoelectric conversion element 120 is larger than the width of the first photoelectric conversion element 110.
  • FIG. 10A and 10B are cross-sectional views schematically showing another example of the laminated structure of the laminated photoelectric conversion element 100 according to this embodiment.
  • 11A to 11C are plan views schematically showing examples of the planar shape of the laminated structure shown in FIG. 10A or 10B.
  • 12A and 12B are cross-sectional views schematically showing still another example of the laminated structure of the laminated photoelectric conversion element 100 according to this embodiment.
  • FIG. 13 is a plan view schematically showing an example of the planar shape of the laminated structure shown in FIG. 12A or 12B.
  • the laminated photoelectric conversion element 100 includes, for example, a gap material 311 or a protrusion 312, and an adhesive 315.
  • the gap material 311 and the protrusion 312 are examples of a holding part.
  • the gap material 311 is placed on the second photoelectric conversion element 120 and keeps the gap W between the first photoelectric conversion element 110 and the second photoelectric conversion element 120 constant.
  • the gap material 311 is located between the first photoelectric conversion element 110 and the second photoelectric conversion element 120 and is in contact with the first photoelectric conversion element 110 and the second photoelectric conversion element 120.
  • the gap material 311 is arranged at the end of the region where the first photoelectric conversion element 110 and the second photoelectric conversion element 120 overlap in plan view.
  • the gap material 311 is, for example, glass beads having a uniform particle size.
  • the protrusion 312 is formed on the upper surface of the second photoelectric conversion element 120, and maintains the gap W between the first photoelectric conversion element 110 and the second photoelectric conversion element 120 constant.
  • the upper surface of the protrusion 312 is in contact with the first photoelectric conversion element 110.
  • the protrusion 312 is arranged at the end of the region where the first photoelectric conversion element 110 and the second photoelectric conversion element 120 overlap in plan view.
  • the protrusion 312 is, for example, a protrusion with a uniform height formed by a semiconductor process or the like. Note that the protrusion 312 may be formed on the lower surface of the first photoelectric conversion element 110.
  • the adhesive 315 adheres to the first photoelectric conversion element 110 and the second photoelectric conversion element 120 around the gap material 311 or the protrusion 312 to fix the first photoelectric conversion element 110 and the second photoelectric conversion element 120.
  • the adhesive 315 is applied, for example, at an end of a region where the first photoelectric conversion element 110 and the second photoelectric conversion element 120 overlap in a plan view, on opposite sides of the outer periphery of the region. It is placed along two sides.
  • the adhesive 315 may be placed at four corners of a region where the first photoelectric conversion element 110 and the second photoelectric conversion element 120 overlap in plan view.
  • the adhesive 315 for example, a general adhesive used for fixing a substrate, such as an epoxy adhesive or an acrylic adhesive, can be used.
  • the second photoelectric conversion element 120 is larger than the first photoelectric conversion element 110, for example, in plan view.
  • electrical wiring and the like can be performed using bonding pads and the like exposed at locations of the second photoelectric conversion element 120 that are not covered by the first photoelectric conversion element 110 .
  • the first photoelectric conversion element 110 may be larger than the second photoelectric conversion element 120, and the above-described electrical wiring can be performed even in this case.
  • the first photoelectric conversion element 110 and the second photoelectric conversion element 120 may have the same size and may completely overlap.
  • the laminated photoelectric conversion element 100 may include an adhesive 316 instead of the adhesive 315 shown in FIGS. 10A and 10B.
  • the adhesive 316 is filled in the gap between the first photoelectric conversion element 110 and the second photoelectric conversion element 120 in a region inside where the gap material 311 or the protrusion 312 is located. Therefore, the first photoelectric conversion element 110 and the second photoelectric conversion element 120 are bonded together with the adhesive 316 in substantially the entire region where the first photoelectric conversion element 110 and the second photoelectric conversion element 120 overlap.
  • the adhesive 316 fills the space between the first photoelectric conversion element 110 and the second photoelectric conversion element 120 and adheres the first photoelectric conversion element 110 and the second photoelectric conversion element 120 so that the gap W does not become an air gap. do. This makes it possible to suppress the influence of reflection due to the difference in refractive index between the second photoelectric conversion element 120 and the air gap.
  • the adhesive 316 is required to be a material that transmits light of the wavelength received by the second photoelectric conversion element 120.
  • the adhesive 316 is transparent to light having a wavelength ⁇ 2a.
  • the adhesive 316 include epoxy adhesives and acrylate adhesives used for optical path coupling in infrared optical communications and the like. Specific examples of adhesives include, but are not limited to, EPO-TEK 353ND manufactured by Rikei, and NTT-AT GA700 and AT6001 manufactured by NTT Advanced Technology.
  • first photoelectric conversion element 110 and the second photoelectric conversion element 120 may be directly stacked without being separated. In this case, one of the substrate 114 and the substrate 124 may not be provided. Further, the electrical connection to at least one of the first photoelectric conversion element 110 and the second photoelectric conversion element 120 is made through one of the first photoelectric conversion element 110 and the second photoelectric conversion element 120, and the electrical connection is made to the first photoelectric conversion element 110 and the second photoelectric conversion element 120. This may be performed by a contact connected to the other of the conversion element 110 and the second photoelectric conversion element 120.
  • Modification 1 Next, a stacked photoelectric conversion element according to Modification 1 of Embodiment 1 will be described.
  • an example of a laminated photoelectric conversion element having a configuration in which the first photoelectric conversion element 110 and the second photoelectric conversion element 120 share an electrode will be described.
  • differences from Embodiment 1 will be mainly explained, and description of common points will be omitted or simplified.
  • FIGS. 14A and 14B are schematic diagrams showing the configuration of a stacked photoelectric conversion element 100A according to this modification.
  • the laminated photoelectric conversion element 100A includes a first photoelectric conversion element 110A and a second photoelectric conversion element 120A.
  • the first photoelectric conversion element 110A has a configuration in which the substrate 114 is removed from the first photoelectric conversion element 110 described above, and specifically includes a counter electrode 111, a photoelectric conversion layer 112, and an electrode 113.
  • the second photoelectric conversion element 120A has a configuration including a counter electrode 111 instead of the counter electrode 121 of the second photoelectric conversion element 120 described above.
  • the second photoelectric conversion element 120A has a counter electrode 111, a photoelectric conversion layer 122, and an electrode. 123 and a substrate 124.
  • the first photoelectric conversion element 110A and the second photoelectric conversion element 120A share the opposing electrode 111.
  • the laminated photoelectric conversion element 100A is formed by laminating, for example, an electrode 123, a photoelectric conversion layer 122, a counter electrode 111, a photoelectric conversion layer 112, and an electrode 113 on a substrate 124 in this order. Note that, as shown in FIG.
  • the laminated photoelectric conversion element 100A may have a configuration in which the first photoelectric conversion element 110A has the substrate 114 and the second photoelectric conversion element 120A does not have the substrate 124. good.
  • the laminated photoelectric conversion element 100A is formed by laminating, for example, the electrode 113, the photoelectric conversion layer 112, the counter electrode 111, the photoelectric conversion layer 122, and the electrode 123 on the substrate 114 in this order.
  • the counter electrode 111 is in contact with both the two photoelectric conversion layers 112 and the photoelectric conversion layer 122.
  • the first photoelectric conversion element 110A and the second photoelectric conversion element 120A share the opposing electrode 111, the first photoelectric conversion element 110A and the second photoelectric conversion element 120A face each other. Electrodes 111 are set to a common potential.
  • the electrode 113 from which the first signal is read and the electrode 123 from which the second signal is read are independent of each other, and it is possible to read the first signal and the second signal separately. Since the electrodes from which signals are read are provided separately in this way, signal crosstalk does not occur and noise can be avoided.
  • FIG. 15 is a schematic diagram showing the configuration of a laminated photoelectric conversion element 100B according to this modification.
  • FIG. 16 is a diagram for explaining the relationship between the sensitivity characteristics of the laminated photoelectric conversion element 100B and the cutoff wavelength of the long pass filter.
  • the laminated photoelectric conversion element 100B in comparison with the laminated photoelectric conversion element 100 according to the first embodiment, in addition to the first photoelectric conversion element 110 and the second photoelectric conversion element 120, the laminated photoelectric conversion element 100B has a first The difference is that a long pass filter 130 and a second long pass filter 140 are further included.
  • the first long-pass filter 130 is located on the light incident side of the first photoelectric conversion element 110. That is, the light that has passed through the first long-pass filter 130 is incident on the first photoelectric conversion element 110 . Further, as shown in FIG. 16, the first long-pass filter 130 has a light-blocking region in a range below the cutoff wavelength ⁇ cut1. That is, the first long-pass filter 130 blocks light having a wavelength equal to or less than the cutoff wavelength ⁇ cut1, and transmits light having a wavelength longer than the cutoff wavelength ⁇ cut1. Further, the cutoff wavelength ⁇ cut1 is shorter than the wavelength ⁇ 1a.
  • the light-blocking region is not limited to a case where light is completely blocked, but is, for example, a wavelength range in which the transmittance is 10% or less.
  • the light blocking region may be a wavelength range in which the transmittance is 1% or less.
  • the cutoff wavelength ⁇ cut1 or less can be filtered out.
  • the wavelength of light is blocked and noise can be reduced.
  • the cutoff wavelength ⁇ cut1 may be shorter than the wavelength ⁇ 1a so that detection of light by the laminated photoelectric conversion element 100 is less likely to be obstructed.
  • the cutoff wavelength ⁇ cut1 is, for example, longer than the wavelength of the light that is the noise source.
  • the second long-pass filter 140 is located between the first photoelectric conversion element 110 and the second photoelectric conversion element 120. That is, the light that has passed through the second long-pass filter 140 is incident on the second photoelectric conversion element 120 . Further, as shown in FIG. 16, the second long-pass filter 140 has a light-blocking region in a range below the cutoff wavelength ⁇ cut2. That is, the second long-pass filter 140 blocks light having a wavelength equal to or less than the cutoff wavelength ⁇ cut2, and transmits light having a wavelength longer than the cutoff wavelength ⁇ cut2. Further, the cutoff wavelength ⁇ cut2 is longer than the wavelength ⁇ 1a and shorter than the wavelength ⁇ 2a.
  • the second long-pass filter 140 whose cutoff wavelength ⁇ cut2 is between the wavelength ⁇ 1a and the wavelength ⁇ 2a is provided between the first photoelectric conversion element 110 and the second photoelectric conversion element 120, so that the cutoff wavelength ⁇ cut2 is between the wavelength ⁇ 1a and the wavelength ⁇ 2a. Since light with a wavelength of ⁇ 1a or less is blocked while transmitting light with a wavelength of ⁇ 1a or more, the difference in wavelength between the first signal from the first photoelectric conversion element 110 and the second signal from the second photoelectric conversion element 120 is Separation accuracy is improved.
  • first long-pass filter 130 and the second long-pass filter 140 long-pass filters having the above-mentioned light-shielding region are used, and for example, colored glass or a dielectric multilayer film is used.
  • the laminated photoelectric conversion element 100B may include one of the first long-pass filter 130 and the second long-pass filter 140.
  • any electrode, counter electrode, or substrate of the first photoelectric conversion element 110 and the second photoelectric conversion element 120 may have the function of the first long pass filter 130 or the second long pass filter 140. This allows the structure to be simplified.
  • an electrode, a counter electrode, or a substrate located closer to the light incident side than the photoelectric conversion layer 112 may have the function of a first long-pass filter.
  • an electrode, a counter electrode, or a substrate located on the light incident side than the photoelectric conversion layer 122 may have the function of the first long-pass filter.
  • the function of the second long-pass filter 140 is provided to the counter electrode 111.
  • the structure can be further simplified. For example, if a polysilicon electrode suitably doped and made conductive is used as an electrode, an electrode having a cutoff wavelength around 1100 nm can be constructed.
  • FIG. 17 is a schematic diagram showing the configuration of a laminated photoelectric conversion element 100C according to this modification. As shown in FIG. 17, compared to the laminated photoelectric conversion element 100 according to the first embodiment, the laminated photoelectric conversion element 100C uses a first photoelectric conversion element instead of the first photoelectric conversion element 110 and the second photoelectric conversion element 120. The difference is that it includes a photoelectric conversion element 110C and a second photoelectric conversion element 120C.
  • the first photoelectric conversion element 110C includes a block layer 1121 and a buffer layer 1122 located between the counter electrode 111 and the photoelectric conversion layer 112, and It further includes a block layer 1124 and a buffer layer 1123 located between the electrode 113 and the photoelectric conversion layer 112.
  • the second photoelectric conversion element 120C includes a block layer 1221 and a buffer layer 1222 located between the counter electrode 121 and the photoelectric conversion layer 122, and It further includes a block layer 1224 and a buffer layer 1223 located between the electrode 123 and the photoelectric conversion layer 122.
  • Block layer 1121, block layer 1124, block layer 1221, and block layer 1224 are each examples of charge blocking layers.
  • the block layer 1121 is located between the counter electrode 111 and the buffer layer 1122 and is in contact with the counter electrode 111.
  • the block layer 1124 is located between the electrode 113 and the buffer layer 1123 and is in contact with the electrode 113.
  • the block layer 1221 is located between the counter electrode 121 and the buffer layer 1222 and is in contact with the counter electrode 121.
  • the block layer 1224 is located between the electrode 123 and the buffer layer 1223 and is in contact with the electrode 123.
  • the block layer 1121 and the block layer 1124 suppress charge injection from the electrode to the photoelectric conversion layer 112. Thereby, noise due to dark current can be reduced in the first photoelectric conversion element 110C.
  • the block layer 1121 suppresses injection of signal charges from the counter electrode 111 to the photoelectric conversion layer 112.
  • the block layer 1124 suppresses injection of charges having a polarity opposite to that of the signal charges from the electrode 113 to the photoelectric conversion layer 112.
  • the block layer 1121 has a function of transporting charges having a polarity opposite to that of the signal charges.
  • the block layer 1124 has a function of transporting signal charges.
  • the block layer 1221 and the block layer 1224 suppress charge injection from the electrode to the photoelectric conversion layer 122. Thereby, noise due to dark current can be reduced in the second photoelectric conversion element 120C.
  • the block layer 1221 suppresses injection of signal charges from the counter electrode 121 to the photoelectric conversion layer 122.
  • the block layer 1224 suppresses injection of charges having a polarity opposite to that of the signal charges from the electrode 123 to the photoelectric conversion layer 122.
  • the block layer 1221 has a function of transporting charges having a polarity opposite to that of the signal charges.
  • the block layer 1224 has a function of transporting signal charges.
  • the block layer 1121, the block layer 1124, the block layer 1221, and the block layer 1224 are each made of, for example, a semiconductor material that has electron affinity or ionization potential that serves as an energy barrier for suppressing the injection of charges.
  • the buffer layer 1122 is located between the photoelectric conversion layer 112 and the block layer 1121 and is in contact with the photoelectric conversion layer 112.
  • the buffer layer 1123 is located between the photoelectric conversion layer 112 and the block layer 1124 and is in contact with the photoelectric conversion layer 112.
  • the buffer layer 1222 is located between the photoelectric conversion layer 122 and the block layer 1221 and is in contact with the photoelectric conversion layer 122.
  • the buffer layer 1223 is located between the photoelectric conversion layer 122 and the block layer 1224 and is in contact with the photoelectric conversion layer 122.
  • the buffer layer 1122 and the buffer layer 1123 extract charges from the photoelectric conversion layer 112 and transport the charges. Thereby, the charge can be transported smoothly and the photoelectric conversion efficiency of the first photoelectric conversion element 110C can be increased. Specifically, the buffer layer 1122 extracts charges of opposite polarity to the signal charges from the photoelectric conversion layer 112. The buffer layer 1123 extracts signal charges from the photoelectric conversion layer 112.
  • the buffer layer 1222 and the buffer layer 1223 extract charges from the photoelectric conversion layer 122 and transport the charges. Thereby, the charge can be transported smoothly and the photoelectric conversion efficiency of the second photoelectric conversion element 120C can be increased.
  • the buffer layer 1222 extracts charges of opposite polarity to the signal charges from the photoelectric conversion layer 122.
  • the buffer layer 1223 extracts signal charges from the photoelectric conversion layer 122.
  • the buffer layer 1122, the buffer layer 1123, the buffer layer 1222, and the buffer layer 1223 are each made of, for example, a semiconductor material that has an electron affinity or ionization potential that can extract the above-mentioned charges.
  • the first photoelectric conversion element 110C does not need to have all of the block layer 1121, the block layer 1124, the buffer layer 1122, and the buffer layer 1123.
  • the second photoelectric conversion element 120C does not need to have all of the block layer 1221, the block layer 1224, the buffer layer 1222, and the buffer layer 1223.
  • the first photoelectric conversion element 110C and the second photoelectric conversion element 120C are photoconductors, the first photoelectric conversion element 110C does not have the block layer 1121 and the block layer 1124, and the second photoelectric conversion element 120C does not have the block layer 1121 and the block layer 1124.
  • a configuration without the block layer 1221 and the block layer 1224 may be used.
  • the configuration of at least one of the first photoelectric conversion element 110C and the second photoelectric conversion element 120C is applied. Good too.
  • Embodiment 2 Next, a second embodiment will be described.
  • a non-contact temperature measurement device using the laminated photoelectric conversion element 100 according to Embodiment 1 will be described.
  • the non-contact temperature measuring device according to Embodiment 2 includes any one of Modifications 1 to 3 of Embodiment 1 described above instead of laminated photoelectric conversion element 100 according to Embodiment 1.
  • a laminated photoelectric conversion element may be used.
  • differences from Embodiment 1 will be mainly explained, and description of common points will be omitted or simplified.
  • FIG. 18 is a block diagram showing the configuration of a non-contact temperature measuring device 200 according to this embodiment.
  • the non-contact temperature measurement device 200 includes a laminated photoelectric conversion element 100, a signal detection circuit 50, and a calculation section 60.
  • the non-contact temperature measuring device 200 detects thermal radiation emitted from the object to be measured, and measures the temperature based on the detected result. Specifically, thermal radiation emitted from the measurement target is incident on the laminated photoelectric conversion element 100 as light incident on the laminated photoelectric conversion element 100, and the first signal and the second signal outputted by the laminated photoelectric conversion element 100 are The temperature of the object to be measured is calculated based on.
  • the signal detection circuit 50 detects the first signal output from the first photoelectric conversion element 110 and the second signal output from the second photoelectric conversion element 120.
  • the signal detection circuit 50 includes, for example, a current measurement circuit, detects the current output from the first photoelectric conversion element 110 as a first signal, and detects the current output from the second photoelectric conversion element 120 as a second signal. do. Further, the signal detection circuit 50 detects a voltage according to the amount of signal charge collected on the electrode 113 as a first signal, and detects a voltage according to the amount of signal charge collected on the electrode 123 as a second signal. You may.
  • the signal detection circuit 50 outputs the detected first signal and second signal to the calculation section 60.
  • the signal detection circuit 50 may perform analog-to-digital conversion on the first signal and the second signal as necessary, and then output the converted signals to the arithmetic unit 60.
  • the calculation unit 60 calculates the temperature based on the first signal and the second signal detected by the signal detection circuit 50.
  • the calculation unit 60 calculates the temperature of the object to be measured using the two-color method based on the first signal and the second signal. For example, the calculation unit 60 outputs the calculation result to the outside.
  • the calculation unit 60 may display the calculation results on a display unit (not shown) such as a display.
  • the calculation unit 60 is realized, for example, by a microcontroller including one or more processors with built-in programs.
  • the functions of the calculation unit 60 may be realized by a combination of a general-purpose processing circuit and software, or may be realized by hardware specialized for such processing.
  • a known two-color method can be used to calculate the temperature by the calculation unit 60. Temperature calculation is performed, for example, by the method described below, but is not limited to the method described below as long as temperature can be calculated using the principle of the two-color method.
  • the magnitude of the first signal when thermal radiation from an object to be measured at a certain temperature enters the laminated photoelectric conversion element 100 depends on the sensitivity characteristics of the first photoelectric conversion element 110 and the intensity of light to the first photoelectric conversion element 110. It is determined by the wavelength integral of the transmittance, the blackbody radiation spectrum at a certain temperature, and the emissivity of the object to be measured.
  • the magnitude of the second signal when the thermal radiation enters the laminated photoelectric conversion element 100 depends on the sensitivity characteristics of the second photoelectric conversion element 120, the light transmittance to the second photoelectric conversion element 120, It is determined by the wavelength integral of the blackbody radiation spectrum at a certain temperature and the emissivity of the object to be measured.
  • the sensitivity characteristics of each of the first photoelectric conversion element 110 and the second photoelectric conversion element 120 can be measured, for example, by measuring the external quantum efficiency using a spectral sensitivity measuring device or the like. Further, the wavelength dependence of the transmittance of the first photoelectric conversion element 110 and the second photoelectric conversion element 120 can also be determined by the material properties and thickness used for the laminated photoelectric conversion element 100. Therefore, when the emissivity of the measurement object can be considered equal or constant, the ratio of the first signal and the second signal when thermal radiation from the measurement object at a certain temperature enters the laminated photoelectric conversion element 100 is , a value determined by temperature. Therefore, it is possible to determine the ratio of the first signal and the second signal at each temperature in advance, and prepare a table or calculation formula showing the relationship between the ratio of the first signal and the second signal and the temperature. .
  • the calculation unit 60 refers to a memory that stores a table or calculation formula showing the relationship between the ratio of the first signal and the second signal and the temperature, and uses the table or calculation formula to actually perform the calculation.
  • the temperature is calculated based on the first signal and second signal detected by the signal detection circuit 50.
  • the ratio of the first signal and the second signal output when thermal radiation emitted from the object of known temperature is detected is measured.
  • the non-contact temperature measuring device 200 since the non-contact temperature measuring device 200 according to the present embodiment includes the above-described laminated photoelectric conversion element 100, temperature can be measured with high accuracy.
  • Embodiment 3 Next, Embodiment 3 will be described.
  • an imaging device using the laminated photoelectric conversion element 100 according to Embodiment 1 will be described.
  • the imaging device according to the third embodiment includes a laminated photoelectric conversion element according to any one of Modifications 1 to 3 of the first embodiment described above. elements may be used.
  • differences from Embodiment 1 and Embodiment 2 will be mainly explained, and description of common points will be omitted or simplified.
  • FIG. 19 is a schematic diagram showing the configuration of an imaging device 210 according to this embodiment.
  • FIG. 20 is a schematic diagram showing the configuration of the pixel array 12 included in the imaging device 210 according to the present embodiment.
  • the imaging device 210 includes a pixel array 12 composed of a plurality of pixels 10, a vertical scanning circuit 42, a horizontal signal readout circuit 44, a control circuit 46, and a calculation section 61. Be prepared.
  • the imaging device 210 captures a temperature image by detecting thermal radiation emitted from the measurement target.
  • the imaging device 210 is, for example, a stacked imaging device.
  • the pixel array 12 includes a stacked photoelectric conversion element array 101 that is formed on a semiconductor substrate 20 and includes a plurality of stacked photoelectric conversion elements 100.
  • Each pixel 10 includes, for example, a stacked photoelectric conversion element 100, a signal detection circuit 51, and a signal detection circuit 52.
  • the signal detection circuit 51 is connected to the first photoelectric conversion element 110 and detects the first signal output from the first photoelectric conversion element 110. Further, in each pixel 10, the signal detection circuit 52 is connected to the second photoelectric conversion element 120, and detects the second signal output from the second photoelectric conversion element 120. In the example shown in FIG. 20, the signal detection circuit 51 and the signal detection circuit 52 are formed on the same plane on the semiconductor substrate 20. As the signal detection circuit 51 and the signal detection circuit 52, a signal detection circuit in a known imaging device including a transistor for selecting the pixel 10, a transistor for signal output, a transistor for resetting the signal, etc. can be applied. Note that the signal detection circuit 51 and the signal detection circuit 52 may be formed in upper and lower parts on different planes.
  • each pixel 10 may include one signal detection circuit that detects the first signal and the second signal. Further, one signal detection circuit that detects the first signal and the second signal from each of the plurality of laminated photoelectric conversion elements 100 may be provided for the plurality of pixels 10.
  • the plurality of pixels 10 are arranged in a plurality of rows and columns of m rows and n columns.
  • m and n independently represent an integer of 1 or more.
  • the plurality of pixels 10 are arranged, for example, two-dimensionally on the semiconductor substrate 20.
  • the plurality of laminated photoelectric conversion elements 100 are also two-dimensionally arranged. Note that the number and arrangement of the plurality of pixels 10 and the plurality of laminated photoelectric conversion elements 100 are not limited to the illustrated example. For example, the plurality of pixels 10 and the plurality of laminated photoelectric conversion elements 100 may be arranged one-dimensionally.
  • the vertical scanning circuit 42 is also called a row scanning circuit, and has a connection with the address signal line 34 provided corresponding to each row of the plurality of pixels 10.
  • the signal line provided corresponding to each row of the plurality of pixels 10 is not limited to the address signal line 34, and a plurality of types of signal lines are connected to the vertical scanning circuit 42 for each row of the plurality of pixels 10. Good too.
  • the plurality of types of signal lines include, for example, signal lines connected to the signal detection circuit 51 and the signal detection circuit 52, respectively.
  • the vertical scanning circuit 42 selects the pixels 10 row by row by applying a predetermined voltage to the address signal line 34, for example, and performs signal readout and reset operations.
  • the horizontal signal readout circuit 44 is also called a column scanning circuit, and has a connection with the vertical signal line 35 provided corresponding to each column of the plurality of pixels 10. Further, two vertical signal lines 35 may be provided corresponding to the signal detection circuit 51 and the signal detection circuit 52 of the pixels 10 in one column, respectively, and the signal detection circuit 51 and the signal detection circuit 52 of the pixels 10 in one column One vertical signal line 35 may be provided for the circuit 52. Signals from the pixels 10 selected row by row by the vertical scanning circuit 42, that is, the first signal from the first photoelectric conversion element 110 and the second signal from the second photoelectric conversion element 120, are sequentially transmitted via the vertical signal line 35. The signal is then read out to the horizontal signal readout circuit 44.
  • the horizontal signal readout circuit 44 performs analog-to-digital conversion (AD conversion) and the like on the signals read out from the pixels 10.
  • the horizontal signal readout circuit 44 may perform noise suppression signal processing, typified by correlated double sampling, on the signals read out from the pixels 10.
  • the control circuit 46 receives command data, a clock, etc. given from the outside of the imaging device 210, and controls the overall imaging operation of the imaging device 210.
  • the control circuit 46 includes, for example, a timing generator, and supplies drive signals to the vertical scanning circuit 42, the horizontal signal readout circuit 44, and the like.
  • the calculation unit 61 calculates the temperature corresponding to each output of the plurality of laminated photoelectric conversion elements 100 based on the first signal detected by the signal detection circuit 51 and the second signal detected by the signal detection circuit 52. Similar to the above-described calculation unit 60, the calculation unit 61 calculates the temperature of the object to be measured using the two-color method based on the first signal and the second signal. For example, the calculation unit 61 outputs calculation results corresponding to each of the plurality of laminated photoelectric conversion elements 100 to the outside as a temperature image.
  • the imaging device 210 since the imaging device 210 includes the stacked photoelectric conversion element array composed of the plurality of stacked photoelectric conversion elements 100, it is possible to capture a highly accurate temperature image.
  • the configuration of the imaging device 210 is not limited to the above configuration, but may also be configured to detect the first signal and second signal of each laminated photoelectric conversion element 100, and calculate the temperature based on the detected first signal and second signal. That's fine. For example, when the number of multiple laminated photoelectric conversion elements 100 is small, the first signal and the second signal of each laminated photoelectric conversion element 100 are output to the calculation unit by a multiplexer or the like connected to each laminated photoelectric conversion element 100. may be done.
  • the stacked photoelectric conversion element array 101 provided in the imaging device 210 may be used for purposes other than an imaging device that captures temperature images.
  • the stacked photoelectric conversion element array 101 can be used to measure the characteristics of a substance in one or two dimensions.
  • FIG. 21 is a diagram for explaining the relationship among the light incident on the laminated photoelectric conversion element, the position of the incident surface, the position of the first photoelectric conversion element, and the position of the second photoelectric conversion element.
  • the laminated photoelectric conversion element 100D includes an entrance surface 5000, a first photoelectric conversion element 110, and a second photoelectric conversion element 120.
  • the incident surface 5000 is a surface of a member through which light incident from outside the laminated photoelectric conversion element 100D passes.
  • the member is, for example, a protective substrate in a package.
  • the member may be an optical member such as a lens or a filter.
  • the incident surface 5000 may be the surface of the first photoelectric conversion element 110 itself.
  • the first photoelectric conversion element 110 may be a first photoelectric conversion element 110A
  • the second photoelectric conversion element 120 may be a second photoelectric conversion element 120A.
  • the first photoelectric conversion element 110 may be a first photoelectric conversion element 110C
  • the second photoelectric conversion element 120 may be a second photoelectric conversion element 120C.
  • the laminated photoelectric conversion element 100D includes one or more members included in the laminated photoelectric conversion element 100, the laminated photoelectric conversion element 100A, the laminated photoelectric conversion element 100B, and the laminated photoelectric conversion element 100C, and/or a modification of the laminated photoelectric conversion element 100.
  • one or more members included in the modified example of the laminated photoelectric conversion element 100A, the modified example of the laminated photoelectric conversion element 100B, and the modified example of the laminated photoelectric conversion element 100C may be included.
  • the element according to the second item is the element according to the first item,
  • the second sensitivity characteristic exhibits a sensitivity cutoff at wavelength ⁇ 2c, and ⁇ 2a ⁇ 2c
  • the first sensitivity characteristic exhibits a sensitivity cutoff at wavelength ⁇ 1c, and ⁇ 1a ⁇ 1c, ⁇ 1c ⁇ 2c.
  • the sensitivity is substantially zero at ⁇ 1c may mean "the value of the electrical signal indicating sensitivity at ⁇ 1c is equivalent to the value of noise in the electrical signal processing circuit.”
  • the sensitivity at ⁇ 1c is substantially zero may mean “the sensitivity at ⁇ 1c is substantially 0 compared to the sensitivity at ⁇ 1a.”
  • the A/D converter may output information indicating zero.
  • the information indicating zero is the minimum value of information output by the A/D converter.
  • the value of the analog electrical signal indicating the sensitivity at ⁇ 1c is 0 volts or more Vmax/2 May be 12 volts or less.
  • the value of the analog electrical signal indicating the sensitivity at ⁇ 1c is 0 volts or more Vmax/2 It may be 16 volts or less.
  • the sensitivity is substantially zero at ⁇ 2c may mean "the value of the electrical signal indicating the sensitivity at ⁇ 2c is equivalent to the value of noise in the electrical signal processing circuit.”
  • the sensitivity at ⁇ 2c is substantially zero may mean “the sensitivity at ⁇ 2c is substantially 0 compared to the sensitivity at ⁇ 2a.”
  • the A/D converter may output information indicating zero.
  • the information indicating zero is the minimum value of information output by the A/D converter.
  • the value of the analog electrical signal indicating the sensitivity at ⁇ 2c is 0 volts or more Vmax/2 May be 12 volts or less.
  • the value of the analog electrical signal indicating the sensitivity at ⁇ 2c is 0 volts or more Vmax/2 It may be 16 volts or less.
  • the element according to the third item is the element according to the second item,
  • the second sensitivity characteristic exhibits a minimum value at a wavelength of ⁇ 2m, f 2 ( ⁇ 2m) ⁇ f 2 ( ⁇ 2a), ⁇ 2m ⁇ ⁇ 2a,
  • the element according to the fourth item is the element according to the third item, ( ⁇ 2b+ ⁇ 2m)/2 ⁇ 1a ⁇ ( ⁇ 2m+ ⁇ 2a)/2.
  • the element according to the fifth item is the element according to the first item,
  • the first sensitivity characteristic exhibits a sensitivity cutoff at wavelength ⁇ 1c, and ⁇ 1a ⁇ 1c,
  • the first sensitivity characteristic exhibits a minimum value at a wavelength of ⁇ 1m, f 1 ( ⁇ 1m) ⁇ f 1 ( ⁇ 1a), ⁇ 1m ⁇ 1a.
  • the element according to item 5′ is the element according to any one of items 2 to 4,
  • the first sensitivity characteristic exhibits a minimum value at a wavelength of ⁇ 1m, f1( ⁇ 1m) ⁇ f1( ⁇ 1a), ⁇ 1m ⁇ 1a.
  • the element according to the sixth item is the element according to any one of the first to fourth items,
  • the first photoelectric conversion element and the second photoelectric conversion element are each a photodiode or a photoconductor.
  • the element according to the seventh item is the element according to any one of the first to fourth items,
  • the first photoelectric conversion element and the second photoelectric conversion element each include a first electrode that outputs a signal, a second electrode located opposite to the first electrode, and the first electrode and the second electrode. a photoelectric conversion layer located between;
  • the first electrode included in the first photoelectric conversion element is a third electrode, the second electrode included in the first photoelectric conversion element is a fourth electrode, and the photoelectric conversion layer included in the first photoelectric conversion element is a first photoelectric conversion layer,
  • the first electrode included in the second photoelectric conversion element is a fifth electrode, the second electrode included in the second photoelectric conversion element is a sixth electrode, and the photoelectric conversion layer included in the second photoelectric conversion element is This is the second photoelectric conversion layer.
  • the element according to the eighth item is the element according to the seventh item,
  • the fourth electrode is the same as the sixth electrode.
  • the element according to the ninth item is the element according to the seventh item, including at least one of a first buffer layer, a second buffer layer, a third buffer layer, and a fourth buffer layer, the first buffer layer is located between the third electrode and the first photoelectric conversion layer, the second buffer layer is located between the fourth electrode and the first photoelectric conversion layer, the third buffer layer is located between the fifth electrode and the second photoelectric conversion layer, The fourth buffer layer is located between the sixth electrode and the second photoelectric conversion layer.
  • the element according to the tenth item is the element according to the seventh item, comprising at least one of a first charge blocking layer, a second charge blocking layer, a third charge blocking layer, and a fourth charge blocking layer; the first charge blocking layer is located between the third electrode and the first photoelectric conversion layer; the second charge blocking layer is located between the fourth electrode and the first photoelectric conversion layer; the third charge blocking layer is located between the fifth electrode and the second photoelectric conversion layer; The fourth charge blocking layer is located between the sixth electrode and the second photoelectric conversion layer.
  • the element according to the eleventh item is the element according to the seventh item, One of the first photoelectric conversion layer and the second photoelectric conversion layer, or each of the first photoelectric conversion layer and the second photoelectric conversion layer includes quantum dots.
  • the element according to the twelfth item is the element according to the eleventh item,
  • the quantum dots include at least one of a metal pnictide, a metal chalcogenide, a metal halide, and a metal chalcohalide.
  • the element according to the thirteenth item is the element according to the twelfth item,
  • the quantum dot includes the metal chalcogenide,
  • the metal chalcogenide is PbS, PbSe, PbTe, CdS, CdSe, CdTe or HgCdTe.
  • the element according to the fourteenth item is the element according to any one of the first to fourth items,
  • the device further includes a spacer provided between the first photoelectric conversion element and the second photoelectric conversion element, so that the first photoelectric conversion element and the second photoelectric conversion element do not come into direct contact with each other.
  • the element according to the 15th item is the element according to the 14th item, Further comprising an adhesive provided between the first photoelectric conversion element and the second photoelectric conversion element, The adhesive transmits light having the wavelength ⁇ 2a.
  • the element according to the 16th item is the element according to any one of the 1st to 4th items, further comprising a first long-pass filter provided between the incident surface and the first photoelectric conversion element, ⁇ cut1 ⁇ 1a, where ⁇ cut1 is the cutoff wavelength of the first long-pass filter.
  • the element according to the 17th item is the element according to the 16th item, further comprising a second long-pass filter located between the first photoelectric conversion element and the second photoelectric conversion element, ⁇ 1a ⁇ cut2 ⁇ 2a, where ⁇ cut2 is the cutoff wavelength of the second long-pass filter.
  • the element according to the 18th item is the element according to any one of the 1st to 4th items, further comprising a second long-pass filter located between the first photoelectric conversion element and the second photoelectric conversion element, ⁇ 1a ⁇ cut2 ⁇ 2a, where ⁇ cut2 is the cutoff wavelength of the second long-pass filter.
  • the laminated photoelectric conversion element and the laminated photoelectric conversion element array according to the present disclosure are applicable to non-contact measurement of the state of a substance using light of different wavelengths.
  • a non-contact temperature measurement device using a laminated photoelectric conversion element and an imaging device using a laminated photoelectric conversion element array according to the present disclosure are capable of non-contact temperature measurement using wavelengths from the near-infrared region to the mid-infrared region. It can be applied to various temperature measurements.

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Abstract

積層光電変換素子は、第１光電変換素子と、第２光電変換素子と、を備える。第１光電変換素子と第２光電変換素子とは、光の入射側からこの順に積層されている。第１光電変換素子は、波長λ１ａに感度のピークが存在する感度特性を有する。第２光電変換素子は、波長λ２ａに感度のピークが存在する感度特性を有する、積層光電変換素子では、λ１ａ＜λ２ａの関係が満たされる。第２光電変換素子の波長λ２ａでの感度は、第１光電変換素子の波長λ１ａでの感度より小さい。

Description

積層光電変換素子、積層光電変換素子アレイ、非接触温度計測装置および撮像装置
　本開示は、積層光電変換素子、積層光電変換素子アレイ、非接触温度計測装置および撮像装置に関する。
　物質の特性を非接触で計測するために、物質の放射光または反射光を光電変換素子または光電変換素子アレイで信号を検出することが行われている。
　計測する性質が物質の温度および物質の成分比である場合などでは、異なる波長の光を検出することが必要な場合がある。異なる波長の光を検出して物質の特性を計測する方法としては、波長特性の異なる複数の素子を用いる、光フィルタを切り替え、透過する光の波長を変えて計測するなどの手段がある。また、同一の場所の物質の特性を単純な構造で計測するために、感度特性の異なる光電変換素子を積層したセンサが提案されている。
　光電変換素子の光電変換層に用いられる材料では、バンドギャップを超えるエネルギーの光は吸収される一方、バンドギャップより小さいエネルギーの光は透過する。そのため、光電変換素子を積層する際には、光の入射方向側にバンドギャップの大きい材料を含む光電変換層を配置する。バンドギャップの大きい材料で吸収されなかった、エネルギーの小さい光、すなわちバンドギャップの大きい材料で吸収された光より波長の長い光はバンドギャップの大きい光電変換層を透過し、相対的にバンドギャップが小さい材料を含む光電変換層に吸収される。こうすることで積層された光電変換素子それぞれで、異なる波長の光を受光できる。
　例えば、特許文献１では、半導体三次元量子井戸（半導体量子ドット）を用いた量子ドット型検出器を積層し、複数の波長の光を検出する方法が開示されている。
　また、特許文献２では、印可する電圧により波長特性が変化する半導体三次元量子井戸構造と、波長特性変化を用いて複数の波長の光を検出して温度測定する方法とが開示されている。
　特許文献３では、半導体三次元量子井戸の積層に加えて、電圧印可により屈折率可変の層を積層し、共振器構造にするとともに、共振波長を切り替えることで複数の波長の光を検出する方法が開示されている。
特許第４８４２２９１号公報 特開２０２０－１９７４５０号公報 特許第６１３５２４０号公報
　上記の文献においては、例えば、特許文献１の図２１および段落００１３などにあるように、光の入射方向と光電変換層が吸収する波長の大小とに基づく積層順に関する開示、複数の波長の光に対応する信号を取り出す手法の開示、および、複数の波長の光に対応する信号を元に温度を算出する開示などはある。しかしながら、複数の波長の光を検知して物質の特性を計測する場合の、積層する素子の間の感度の適切な関係、素子が吸収する波長の間の適切な関係に関する開示はない。
　熱輻射から物質の温度を計測する場合、密閉加熱処理容器内の水分、糖分または酸類などの比率を、熱輻射を光源に計測するといった自然光源による測定では、光源の特性を制御することができず、光電変換素子の特性を適切に定めなければ、求める結果が十分な精度で得られないという課題がある。
　本開示はかかる状況を鑑み、複数の波長の光の検出精度を向上できる積層光電変換素子等を提供する。
　本開示の一態様に係る積層光電変換素子は、第１光電変換素子と、第２光電変換素子と、を備え、前記第１光電変換素子と前記第２光電変換素子とは、光の入射側からこの順に積層されており、前記第１光電変換素子は、波長λ１ａに感度のピークが存在する感度特性を有し、前記第２光電変換素子は、波長λ２ａに感度のピークが存在する感度特性を有し、λ１ａ＜λ２ａの関係が満たされ、前記第２光電変換素子の前記波長λ２ａでの感度は、前記第１光電変換素子の前記波長λ１ａでの感度より小さい。
　本開示の一態様に係る積層光電変換素子アレイは、上記積層光電変換素子を複数備え、前記複数の積層光電変換素子は、１次元または２次元に配列されている。
　本開示の一態様に係る非接触温度計測装置は、上記積層光電変換素子と、前記第１光電変換素子から出力される第１信号、および、前記第２光電変換素子から出力される第２信号を検出する信号検出回路と、前記信号検出回路が検出した前記第１信号および前記第２信号に基づいて温度を演算する演算部と、を備える。
　本開示の一態様に係る撮像装置は、温度画像を撮像する撮像装置であって、上記積層光電変換素子アレイと、前記複数の積層光電変換素子それぞれの前記第１光電変換素子から出力される第１信号、および、前記複数の積層光電変換素子それぞれの前記第２光電変換素子から出力される第２信号を検出する信号検出回路と、前記信号検出回路が検出した前記第１信号および前記第２信号に基づいて、前記複数の積層光電変換素子のそれぞれの出力に対応する温度を演算する演算部と、を備える。
　本開示によれば、複数の波長の光の検出精度を向上できる。
図１は、実施の形態１に係る積層光電変換素子の構成を示す模式図である。 図２は、実施の形態１に係る積層光電変換素子の感度特性の例を示す模式図である。 図３Ａは、熱輻射の波長と放射強度との関係を示すグラフである。 図３Ｂは、４００Ｋにおける熱輻射の波長と放射強度との関係を詳細に示すグラフである。 図４Ａは、光電変換素子単体の感度特性の例を示す模式図である。 図４Ｂは、光電変換素子単体の感度特性の例を示す模式図である。 図４Ｃは、光電変換素子単体の感度特性の例を示す模式図である。 図５Ａは、実施の形態１に係る積層光電変換素子の感度特性を説明するための図である。 図５Ｂは、実施の形態１に係る積層光電変換素子の感度特性を説明するための図である。 図６Ａは、実施の形態１に係る積層光電変換素子の感度特性における波長関係を説明するための図である。 図６Ｂは、実施の形態１に係る積層光電変換素子の感度特性における波長関係を説明するための図である。 図７は、実施の形態１に係る積層光電変換素子の感度特性の別の例を示す模式図である。 図８は、実施の形態１に係る積層光電変換素子の詳細な構成を示す模式図である。 図９は、実施の形態１に係る積層光電変換素子の積層構造の例を模式的に示す断面図である。 図１０Ａは、実施の形態１に係る積層光電変換素子の積層構造の別の例を模式的に示す断面図である。 図１０Ｂは、実施の形態１に係る積層光電変換素子の積層構造の別の例を模式的に示す断面図である。 図１１Ａは、図１０Ａまたは図１０Ｂで示される積層構造の平面視形状の例を模式的に示す平面図である。 図１１Ｂは、図１０Ａまたは図１０Ｂで示される積層構造の平面視形状の例を模式的に示す平面図である。 図１１Ｃは、図１０Ａまたは図１０Ｂで示される積層構造の平面視形状の例を模式的に示す平面図である。 図１２Ａは、実施の形態１に係る積層光電変換素子の積層構造のさらに別の例を模式的に示す断面図である。 図１２Ｂは、実施の形態１に係る積層光電変換素子の積層構造のさらに別の例を模式的に示す断面図である。 図１３は、図１２Ａまたは図１２Ｂで示される積層構造の平面視形状の例を模式的に示す平面図である。 図１４Ａは、実施の形態１の変形例１に係る積層光電変換素子の構成を示す模式図である。 図１４Ｂは、実施の形態１の変形例１に係る積層光電変換素子の構成を示す模式図である。 図１５は、実施の形態１の変形例２に係る積層光電変換素子の構成を示す模式図である。 図１６は、実施の形態１の変形例２に係る積層光電変換素子の感度特性とロングパスフィルターのカットオフ波長との関係を説明するための図である。 図１７は、実施の形態１の変形例３に係る積層光電変換素子の構成を示す模式図である。 図１８は、実施の形態２に係る非接触温度計測装置の構成を示すブロック図である。 図１９は、実施の形態３に係る撮像装置の構成を示す模式図である。 図２０は、実施の形態３に係る撮像装置が備える画素アレイの構成を示す模式図である。 図２１は、積層光電変換素子に入射する光、入射面の位置、第１光電変換素子の位置、第２光電変換素子の位置の関係を説明するための図である。
　（本開示の概要）
　本開示の一態様に係る積層光電変換素子は、第１光電変換素子と、第２光電変換素子と、を備え、前記第１光電変換素子と前記第２光電変換素子とは、光の入射側からこの順に積層されており、前記第１光電変換素子は、波長λ１ａに感度のピークが存在する感度特性を有し、前記第２光電変換素子は、波長λ２ａに感度のピークが存在する感度特性を有し、前記積層光電変換素子では、λ１ａ＜λ２ａの関係が満たされ、前記第２光電変換素子の前記波長λ２ａでの感度は、前記第１光電変換素子の前記波長λ１ａでの感度より小さい。
　これにより、第１光電変換素子の感度のピーク波長λ１ａでの感度に対して、波長λ１ａよりも長い第２光電変換素子の感度のピーク波長λ２ａでの感度が小さくなる。そのため、物質の特性の計測等のために、波長強度を制御できず、長波長側で強度が大きくなる熱輻射等の光を検出する場合において、強度が高い長波長側の光を光電変換する第２光電変換素子の感度が小さくなる。そのため、例えば、強度が小さい短波長側の光を光電変換する第１光電変換素子の信号出力を大きくできる一方、強度の大きい長波長側の光を光電変換する第２光電変換素子の信号出力の飽和を抑制できる。これにより、複数の波長の光の検出精度を向上できる。そのため、例えば、温度等の物質の特性の計測精度を高めることができる。
　また、例えば、前記第２光電変換素子の感度特性において、前記波長λ２ａより長波長側の波長λ２ｃに感度のカットオフが存在し、前記第１光電変換素子の感度特性において、前記波長λ１ａより長波長側の波長λ１ｃに感度のカットオフが存在し、λ１ｃ＜λ２ｃの関係が満たされてもよい。
　これにより、波長λ２ａでの第１光電変換素子の感度が小さくなりやすく、第２光電変換素子の波長λ２ａの光に基づく信号が、第１光電変換素子の波長λ２ａの光に基づく信号に埋もれにくくなる。よって、第１光電変換素子による信号と第２光電変換素子による信号との分離精度を向上できる。
　また、例えば、前記第２光電変換素子の感度特性において、前記波長λ２ａより短波長側において、前記波長λ２ａでの感度よりも感度が低下して波長λ２ｍで感度の極小を示した後、前記波長λ２ｍより短波長側で感度が増加し、波長λ２ｂにおいて前記第１光電変換素子の前記波長λ１ａでの感度と同等の感度となり、前記積層光電変換素子では、λ２ｂ＜λ１ａの関係が満たされてもよい。
　これにより、第１光電変換素子の波長λ１ａの光に基づく信号は、第２光電変換素子の波長λ１ａの光に基づく信号に埋もれにくくなる。よって、第１光電変換素子による信号と第２光電変換素子による信号との分離精度を向上できる。
　また、例えば、前記積層光電変換素子では、（λ２ｂ＋λ２ｍ）／２＜λ１ａ＜（λ２ｍ＋λ２ａ）／２の関係が満たされてもよい。
　これにより、波長λ１ａが、第２光電変換素子における感度の極小の波長λ２ｍ付近に存在することになり、第１光電変換素子の波長λ１ａの光に基づく信号が、第２光電変換素子の波長λ１ａの光に基づく信号にさらに埋もれにくくなる。よって、第１光電変換素子による信号と第２光電変換素子による信号との分離精度をさらに向上できる。
　また、例えば、前記第１光電変換素子の感度特性において、前記波長λ１ａより長波長側の波長λ１ｃに感度のカットオフが存在し、前記波長λ１ａより短波長側において、前記波長λ１ａでの感度よりも感度が低下して波長λ１ｍで感度の極小を示した後、前記波長λ１ｍより短波長側で感度が増加してもよい。
　これにより、第１光電変換素子によって、波長λ１ｍよりも短波長側の光を光電変換できる。よって、物質の特性の計測等のために、波長強度を制御できず、長波長側で強度が大きくなる熱輻射等の光を検出する場合において、強度が小さい短波長側の光を光電変換する第１光電変換素子の信号出力をさらに大きくできる。
　また、例えば、前記第１光電変換素子および前記第２光電変換素子はそれぞれ、フォトダイオードまたはフォトコンダクターであってもよい。
　これにより、フォトダイオード型またはフォトコンダクター型の積層光電変換素子を実現できる。
　また、例えば、前記第１光電変換素子および前記第２光電変換素子はそれぞれ、信号が出力される第１電極と、前記第１電極に対向して位置する第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に位置する光電変換層と、を有していてもよい。
　これにより、例えば、互いに対向する電極によって光電変換層に電圧を印加することが可能になり、容易に信号を読み出すことができる。
　また、例えば、前記第１光電変換素子と前記第２光電変換素子とは、前記第２電極を共有していてもよい。
　これにより、積層光電変換素子の構造を簡素化できる。
　また、例えば、前記第１光電変換素子および前記第２光電変換素子の少なくとも一方は、前記光電変換層と前記第１電極との間、および、前記光電変換層と前記第２電極との間の少なくとも一方に位置するバッファー層をさらに有していてもよい。
　これにより、光電変換層と第１電極または第２電極との間の電荷の輸送を円滑化できる。
　また、例えば、前記第１光電変換素子および前記第２光電変換素子の少なくとも一方は、前記光電変換層と前記第１電極との間、および、前記光電変換層と前記第２電極との間の少なくとも一方に位置する電荷ブロッキング層をさらに有していてもよい。
　これにより、電荷ブロッキング層によって第１電極または第２電極からの電荷の注入を抑制して、暗電流によるノイズを抑制できる。
　また、例えば、前記第１光電変換素子および前記第２光電変換素子の少なくとも一方の前記光電変換層は、量子ドットを含んでいてもよい。
　これにより、光電変換素子の感度のピーク波長を長波長化しやすくなる。また、量子ドットの材料および粒径によって、光電変換素子の感度のピーク波長を調整できる。
　また、例えば、前記量子ドットは、金属プニクタイド、金属カルコゲナイド、金属ハライドおよび金属カルコハライドのうちの少なくとも１つを含んでいてもよい。
　これにより、可視光から赤外線にわたる広い波長範囲で光電変換素子の感度のピーク波長を制御できる。
　また、例えば、前記量子ドットは、前記金属カルコゲナイドを含み、前記金属カルコゲナイドは、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅまたはＨｇＣｄＴｅであってもよい。
　これにより、可視光から赤外線にわたる広い波長範囲で光電変換素子の感度のピーク波長を制御できる。
　また、例えば、前記第１光電変換素子および前記第２光電変換素子は、離間して積層されており、前記積層光電変換素子は、前記第１光電変換素子と前記第２光電変換素子とのギャップを一定に保持する保持部をさらに備えてもよい。
　これにより、第１光電変換素子と第２光電変換素子とのギャップで光学干渉ムラが生じることを抑制できる。
　また、例えば、前記積層光電変換素子は、前記第１光電変換素子と前記第２光電変換素子とのギャップに充填される接着剤をさらに備え、前記接着剤は、前記波長λ２ａの光の透過性を有していてもよい。
　これにより、ギャップの領域と第２光電変換素子との屈折率差を小さくして反射の影響を抑制できる。
　また、例えば、前記積層光電変換素子は、前記第１光電変換素子の前記光の入射側に位置する第１ロングパスフィルターをさらに備え、前記第１ロングパスフィルターのカットオフ波長λｃｕｔ１は、前記波長λ１ａより短くてもよい。
　これにより、検出の対象とする熱輻射等の光以外の光源が存在する場合であっても、第１ロングパスフィルターによって、積層光電変換素子に入射する光のうち、カットオフ波長λｃｕｔ１以下の波長の光が遮光され、当該光源に由来するノイズを低減できる。
　また、例えば、前記積層光電変換素子は、前記第１光電変換素子と前記第２光電変換素子との間に位置する第２ロングパスフィルターをさらに備え、前記第２ロングパスフィルターのカットオフ波長λｃｕｔ２は、前記波長λ１ａより長く、前記波長λ２ａより短くてもよい。
　これにより、第２ロングパスフィルターが、波長λ２ａ以上の波長の光を透過させつつ、波長λ１ａ以下の波長の光が遮光されるため、第１光電変換素子による信号と第２光電変換素子による信号との分離精度を向上できる。
　また、本開示の一態様に係る積層光電変換素子アレイは、上記積層光電変換素子を複数備え、前記複数の積層光電変換素子は、１次元または２次元に配列されている。
　これにより、１次元または２次元での、温度等の物質の特性の計測精度を高めることができる。
　また、本開示の一態様に係る非接触温度計測装置は、上記積層光電変換素子と、前記第１光電変換素子から出力される第１信号、および、前記第２光電変換素子から出力される第２信号を検出する信号検出回路と、前記信号検出回路が検出した前記第１信号および前記第２信号に基づいて温度を演算する演算部と、を備える。
　これにより、上記の積層光電変換素子で熱輻射を検出して温度を演算できるため、非接触での温度の計測の精度を向上できる。
　また、本開示の一態様に係る撮像装置は、温度画像を撮像する撮像装置であって、上記積層光電変換素子アレイと、前記複数の積層光電変換素子それぞれの前記第１光電変換素子から出力される第１信号、および、前記複数の積層光電変換素子それぞれの前記第２光電変換素子から出力される第２信号を検出する信号検出回路と、前記信号検出回路が検出した前記第１信号および前記第２信号に基づいて、前記複数の積層光電変換素子のそれぞれの出力に対応する温度を演算する演算部と、を備える。
　これにより、上記の積層光電変換素子アレイを用いて、高精度の温度画像を撮像できる。
　以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
　なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の本実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、各図は、必ずしも厳密に図示したものではない。したがって、例えば、各図において縮尺などは必ずしも一致しない。また、各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略または簡略化することがある。
　また、本明細書において、要素間の関係性を示す用語、および、要素の形状を示す用語、ならびに、数値範囲は厳密な意味のみを表す表現ではなく、実質的に同等な範囲、例えば数％程度の差異を含むことを意味する表現である。
　また、本明細書において「上方」および「下方」という用語は、絶対的な空間認識における上方向（鉛直上方）および下方向（鉛直下方）を指すものではなく、積層構成における積層順を基に相対的な位置関係により規定される用語として用いる。なお、「上方」および「下方」などの用語は、あくまで部材間の相互の配置を指定するために用いており、積層光電変換素子、積層光電変換素子アレイ、非接触温度計測装置および撮像装置の使用時における姿勢を限定する意図ではない。また、「上方」および「下方」という用語は、二つの構成要素が互いに間隔を空けて配置されて２つの構成要素の間に別の構成要素が存在する場合のみならず、２つの構成要素が互いに密着して配置されて２つの構成要素が接する場合にも適用される。
　また、本明細書において、可視光、赤外線および紫外線を含めた電磁波全体を、便宜上「光」と表現する。
　また、本明細書において、特に指定せずに感度と記載する場合は光電変換素子や他の構成要素を具備した後の状態における実効感度を指す。
　また、本明細書において、特に指定せずにピークと記載する場合は一つもしくは複数存在する感度の極大のうち最も長波長の感度の極大を指す。
　また、本明細書において、感度または透過率などを実質的に失う波長を便宜上カットオフと表現する。
　（実施の形態１）
　［全体構成］
　まず、本実施の形態に係る積層光電変換素子の全体構成について説明する。図１は、本実施の形態に係る積層光電変換素子１００の構成を示す模式図である。図２は、積層光電変換素子１００の感度特性の例を示す模式図である。図２には、積層光電変換素子１００の感度の波長依存性が示されている。図２において、縦軸は感度であり、横軸は波長である。感度は、例えば、光電変換素子の量子効率である。図３Ａは、熱輻射の波長と放射強度との関係を示すグラフである。図３Ａには、３００Ｋから１０００Ｋまでの黒体放射の波長と放射強度との関係が示されている。図３Ｂは、４００Ｋにおける熱輻射の波長と放射強度との関係を詳細に示すグラフである。図３Ｂでは、図３Ａで示される４００Ｋでの黒体放射の波長と放射強度との関係が拡大して示されている。
　図１に示されるように、積層光電変換素子１００は、第１光電変換素子１１０と、第２光電変換素子１２０と、を備える。積層光電変換素子１００では、第１光電変換素子１１０および第２光電変換素子１２０のそれぞれが、自身に入射する光量に応じた信号を出力する。
　第１光電変換素子１１０と第２光電変換素子１２０とは、光の入射側からこの順に積層されている。つまり、第１光電変換素子１１０は、第２光電変換素子１２０よりも光の入射側に位置する。光が積層光電変換素子１００に入射して進む方向に沿って、第１光電変換素子１１０および第２光電変換素子１２０は、この順で並んでいる。積層光電変換素子１００は、光の入射側からの光を、第１光電変換素子１１０および第２光電変換素子１２０で受光できるように構成される。詳細は後述するが第１光電変換素子１１０および第２光電変換素子１２０はそれぞれ、光の吸収により電荷を生成する光電変換層を有する。
　積層光電変換素子１００は、例えば、図２に示される感度特性を有する。図２では、第１光電変換素子１１０の感度特性が破線で示され、第２光電変換素子１２０の感度特性が実線で示されている。第１光電変換素子１１０および第２光電変換素子１２０のそれぞれの感度特性は、例えば、第１光電変換素子１１０および第２光電変換素子１２０の光電変換層のそれぞれの光吸収特性に対応する。そのため、第１光電変換素子１１０および第２光電変換素子１２０のそれぞれの光電変換層の光の吸収スペクトルを第１光電変換素子１１０および第２光電変換素子１２０のそれぞれの感度特性とすることもできる。
　光は、積層光電変換素子１００に対して第１光電変換素子１１０側から入射し、第１光電変換素子１１０を透過した光が第２光電変換素子１２０に入射する。図２に示されるように、第１光電変換素子１１０は、波長λ１ａに最も長波長側の感度のピーク（つまり感度の極大）が存在する感度特性を有する。また、第１光電変換素子１１０の感度特性において、波長λ１ａより長波長側の波長λ１ｃに感度のカットオフが存在する。そのため、例えば、第１光電変換素子１１０内の光電変換層は、波長λ１ｃより短い波長の光を吸収し、かつ、波長λ１ａにおいて、最も長波長側の吸光の極大を持っている。第１光電変換素子１１０は、波長λ１ｃ以上の波長には実質的に感度を有さない。第２光電変換素子１２０は、波長λ２ａに最も長波長側の感度のピーク（つまり感度の極大）が存在する感度特性を有する。また、第２光電変換素子１２０の感度特性において、波長λ２ａより長波長側の波長λ２ｃに感度のカットオフが存在する。そのため、例えば、第２光電変換素子１２０内の光電変換層は、波長λ２ｃより短い波長の光を吸収し、かつ、波長λ２ａにおいて、最も長波長側の吸光の極大を持っている。第２光電変換素子１２０は、波長λ２ｃ以上の波長には実質的に感度を有さない。
　また、図２に示されるように、積層光電変換素子１００の感度特性において、波長λ１ａは、波長λ２ａよりも短い。つまり、積層光電変換素子１００は、λ１ａ＜λ２ａを満たす。また、第２光電変換素子１２０の波長λ２ａでの感度は、第１光電変換素子１１０の波長λ１ａでの感度より小さい。
　図３Ａおよび３Ｂに示されるように、熱輻射等の自然光源を用いる計測では波長強度は制御できない。図３Ｂに示されるような放射特性を有する４００Ｋの物質の温度を、１．４ｕｍを中心とする光と１．８ｕｍを中心とする光との強度比から演算しようとすると光の強度が大きく異なる。具体的には、波長の短い１．４ｕｍを中心とする光の強度がより小さい。そのため、上述のように、第１光電変換素子１１０の感度のピーク波長λ１ａでの感度に対して、波長λ１ａよりも長い第２光電変換素子１２０の感度のピーク波長λ２ａでの感度を小さく設定することで、強度が高い長波長側の光を光電変換する第２光電変換素子１２０の感度が小さくなる。そのため、例えば、強度が小さい短波長側の光を光電変換する第１光電変換素子１１０の信号出力を大きくできる一方、強度の大きい長波長側の光を光電変換する第２光電変換素子１２０の信号出力の飽和を抑制できる。これにより、互いに異なる複数の波長の光の検出精度を向上できるため、精度よく温度が計測できる。
　このような感度特性を有する積層光電変換素子１００は、温度の計測だけでなく、例えば、密閉した窯内で何らかの熱処理を行う際に、物質の比率または変性の進捗を分光的に評価しようとする状況においても、熱輻射自体を光源にして計測する場合の計測可能な範囲を拡大できる。例えば、物質の分解または変性による光吸収の変化を、基準波長の吸収に対する変化で計測する場合、または、粉体の溶解を光散乱の波長依存で計測する場合などのように、異なる波長の光を用いて物質の特性等を計測する用途は多くある。本実施の形態に係る積層光電変換素子１００を用いれば、熱輻射自体を光源にすることが容易になる。
　また、加飾のために着色された樹脂越しに可視光から短波赤外線の波長範囲の光を用いて物質の特性等を計測する場合、または、ガラス越しに紫外線から可視光の波長範囲の光を用いて計測する場合など、何かの材料を通って放射される光を用いて計測する場合、材料の透過性が他の要因により決定されており、容易に変更できない。例えば、着色された樹脂越し光の場合、可視光の波長範囲で着色された樹脂の光透過性が低下するため、短波赤外線より波長の短い可視光で、光の強度が低下する。また、ガラス越しの光の場合、紫外線の波長範囲でガラスの光透過性が低下するため、可視光より波長の短い紫外線で光の強度が低下する。本実施の形態に係る積層光電変換素子１００では、このように強度が低下する波長の光を高い感度で検出できるため、異なる波長の光の検出精度を向上できる。よって、波長によって光透過性が急峻に変化する領域での光を用いた計測が求められる場合においても、本実施の形態に係る積層光電変換素子１００が適用可能である。
　［感度特性］
　次に、本実施の形態に係る積層光電変換素子１００の感度特性の詳細について説明する。
　図４Ａから図４Ｃは、光電変換素子単体の感度特性の例を示す模式図である。まず、図４Ａから図４Ｃを用いて、光電変換素子の感度特性および当該感度特性を特徴づける波長の定義について説明する。
　図４Ａは、波長λａのみに感度の極大を持つ感度特性の例を示している。また、図４Ａに示される感度特性は、波長λａで感度の極大を持つと同時に、波長λａで感度が最大になる。また、図４Ａに示される感度特性において、波長λａの長波長側において感度が低下し、実質的に感度を失う波長が波長λｃである。実質的に感度を失う波長とは、感度が波長λａの感度の１／２０以下となる波長、および、光電変換素子の量子効率が１％以下になる波長のうちの長い方の波長を意味する。
　図４Ｂおよび図４Ｃは、複数の感度の極大を持つ感度特性の例を示している。本明細書においては、複数の感度の極大のうち波長が最大のものを感度のピークと呼び、その感度のピークにおける波長を波長λａとしている。図４Ｂおよび図４Ｃに示される感度特性においては、図４Ａに示される感度特性とは異なり、波長λａから短波長側において、波長λａよりも感度が低下して波長λｍで感度の極小を示した後、感度は再び増大する。そのため、図４Ｂおよび図４Ｃに示される感度特性では、複数の感度の極大が存在する。また、図４Ｂで示される感度特性では、波長λｍで感度を実質的に失う。これに対して、図４Ｃで示される感度特性では、波長λｍでも感度が失われず、光電変換素子は波長λｍでも感度を有する。なお、図４Ｂに示される例では、波長λｍよりも短波長側に１つの感度の極大が存在するが、波長λｍよりも短波長側の感度の極大の数は複数であってもよい。また、図４Ｃに示される例では、波長λｍよりも短波長側に複数の感度の極大が存在するが、波長λｍよりも短波長側の感度の極大の数は１つであってもよい。
　本実施の形態に係る第１光電変換素子１１０および第２光電変換素子１２０はそれぞれ、例えば、図４Ａから図４Ｃに示される感度特性のいずれかの感度特性を有する。本明細書においては、異なる光電変換素子における波長を区別するために、図４Ａから図４Ｃを用いて説明した波長λに添え字を加える。具体的には、第１光電変換素子１１０の感度特性における波長には添え字に「１」を加え、第２光電変換素子１２０の感度特性における波長には、添え字に「２」を加える。例えば、第１光電変換素子１１０における感度のピーク波長λａを波長λ１ａと記載する。また、本明細書において、不等式等の中では、「波長λ１ａ」等を単に「λ１ａ」等と記載する。例えば、不等式中の「λ１ａ」は、波長λ１ａの波長の数値（ｎｍ）である。
　次に、図５Ａを用いて、本実施の形態に係る積層光電変換素子１００の感度特性の詳細について説明する。図５Ａおよび図５Ｂは、本実施の形態に係る積層光電変換素子１００の感度特性を説明するための図である。図５Ａには、図２と同様の積層光電変換素子１００の感度特性が示されている。
　図５Ａに示されるように、第１光電変換素子１１０の感度特性は、波長λ１ａよりも短波長側において、波長λ１ａよりも感度が低下して波長λ１ｍで感度の極小を示す。さらに、第１光電変換素子１１０の感度特性では、波長λ１ｍよりも短波長側で感度が増加する。これにより、第１光電変換素子１１０によって、波長λ１ｍよりも短波長側の光を光電変換できる。よって、熱輻射等の光を検出する場合において、強度が小さい短波長側の光を光電変換する第１光電変換素子１１０の信号出力をさらに大きくできる。
　また、第２光電変換素子１２０の感度特性は、波長λ２ａよりも短波長側において、波長λ２ａよりも感度が低下して波長λ２ｍで感度の極小を示す。さらに、第２光電変換素子１２０の感度特性では、波長λ２ｍよりも短波長側で感度が増加し、波長λ２ｂにおいて第１光電変換素子１１０の波長λ１ａでの感度と同等の感度になる。このように、第２光電変換素子１２０が図４Ｂまたは図４Ｃで示されるタイプの感度特性を有し、第１光電変換素子１１０の波長λ１ａにおける感度より感度が高くなる波長が存在する感度特性を有している場合に、例えば、波長λ１ａは波長λ２ｂより長波長であり、波長λ１ｃは波長λ２ｃより短波長である。つまり、図２を用いて説明した波長の定義に加えて、図５Ａに示される波長を定義した場合に、積層光電変換素子１００は、例えば、λ２ｂ＜λ１ａ、かつ、λ１ｃ＜λ２ｃを満たす。第１光電変換素子１１０および第２光電変換素子１２０の感度特性がこのような波長関係を有することで、波長λ１ａを中心とする波長の光に基づいて出力される信号と、波長λ２ａを中心とする波長の光に基づいて出力される信号との分離精度が向上する。
　具体的には、積層光電変換素子１００において、波長λ１ａを中心とする波長の光に基づいて出力される信号は、第１光電変換素子１１０によって出力される信号であり、波長λ２ａを中心とする波長の光に基づいて出力される信号は、第２光電変換素子１２０によって出力される信号である。第２光電変換素子１２０がこのような感度特性を有することで、波長λ１ａにおいて、第２光電変換素子１２０の感度が第１光電変換素子１１０の感度より低くなる。そのため、波長λ１ａの光の一部が第１光電変換素子１１０で吸収されずに第２光電変換素子１２０に入射する場合でも、第２光電変換素子１２０が出力する信号が波長λ１ａの光の影響を受けにくくなり、第１光電変換素子１１０による信号と第２光電変換素子１２０による信号との分離精度を向上できる。
　なお、第２光電変換素子１２０が図４Ａまたは図４Ｂに示されるタイプの感度特性を有し、波長λ２ｂに相当する波長が存在しない場合には、波長λ１ａにおける第１光電変換素子１１０の感度が波長λ１ａにおける第２光電変換素子１２０の感度を下回ることがないため、信号の分離精度が向上する。
　また、図５Ｂに示されるように、積層光電変換素子１００の感度特性により、λ１ｃ＜λ２ｃを満たす場合には、λ２ｂ＜λ１ａを満たしていなくてもよい。このような場合でも、第２光電変換素子１２０の波長λ２ａでの感度は、第１光電変換素子１１０の波長λ１ａでの感度より小さいため、上述のように物質の特性の測定精度を高めることができる。
　図５Ａを用いて説明した波長関係について図６Ａおよび図６Ｂを用いて詳細に説明する。図６Ａおよび図６Ｂは、積層光電変換素子１００の感度特性における波長関係を説明するための図である。
　例えば、図６Ａに示される感度特性よりも波長λ１ａが短くなっていくと、波長λ１ａが波長λ２ｂより短波長側に存在することになり、第１光電変換素子１１０の波長λ１ａの光に基づく信号は、第２光電変換素子１２０の波長λ１ａの光に基づく信号に埋もれやすくなる。つまり、積層光電変換素子１００の感度特性において、λ２ｂ＜λ１ａの関係を満たすことで、波長λ１ａでの第２光電変換素子１２０の感度が小さくなり、第１光電変換素子１１０の波長λ１ａの光に基づく信号は、第２光電変換素子１２０の波長λ１ａの光に基づく信号に埋もれにくくなる。
　また、例えば、図６Ｂに示される感度特性よりも波長λ１ｃが長くなっていくと、波長λ１ｃが波長λ２ｃより長波長側に存在することになり、第２光電変換素子１２０の波長λ２ａの光に基づく信号が、第１光電変換素子１１０の波長λ２ａの光に基づく信号に埋もれやすくなる。つまり、積層光電変換素子１００の感度特性において、λ１ｃ＜λ２ｃの関係を満たすことで、波長λ２ａでの第１光電変換素子１１０の感度が小さくなり、第２光電変換素子１２０の波長λ２ａの光に基づく信号が、第１光電変換素子１１０の波長λ２ａの光に基づく信号に埋もれにくくなる。
　以上のことから、図５Ａ、図６Ａおよび図６Ｂに示されるように、積層光電変換素子１００の感度特性において、λ１ｃ＜λ２ｃ、かつ、λ２ｂ＜λ１ａの関係を満たすことで、特に信号の分離精度を向上できる。
　次に、図７を用いて積層光電変換素子１００のさらに別の感度特性の例について説明する。図７は、積層光電変換素子１００の感度特性の別の例を示す模式図である。図７に示されるように、波長λ１ａが波長λ２ｍ付近に存在することで、第１光電変換素子１１０の波長λ１ａの光に基づく信号と、第２光電変換素子１２０の波長λ２ａの光に基づく信号との分離精度をさらに高くすることができる。より具体的には、図７に示されるように、波長λ１ａが、波長λ２ｂと波長λ２ｍの平均より長く、かつ、波長λ２ｍと波長λ２ａとの平均より短い範囲にあることで、信号の分離精度をさらに向上できる。つまり、信号の分離精度の向上の観点から、積層光電変換素子１００は、（λ２ｂ＋λ２ｍ）／２＜λ１ａ＜（λ２ｍ＋λ２ａ）／２を満たしていてもよい。
　［積層光電変換素子の詳細構成］
　次に、本実施の形態に係る積層光電変換素子１００の各構成の詳細について説明する。
　図８は、本実施の形態に係る積層光電変換素子１００の詳細な構成を示す模式図である。本実施の形態に係る積層光電変換素子１００が備える第１光電変換素子１１０および第２光電変換素子１２０は、例えば、図８に示される構成を有するフォトダイオードまたはフォトコンダクターである。以下では、第１光電変換素子１１０および第２光電変換素子１２０がフォトダイオードである場合の例を中心に説明する。この場合、第１光電変換素子１１０および第２光電変換素子１２０で光電変換によって生成した電荷が信号として電極から出力される。
　図８に示されるように、第１光電変換素子１１０は、電極１１３と、電極１１３に対向して位置する対向電極１１１と、電極１１３と対向電極１１１との間に位置する光電変換層１１２と、基板１１４と、を有する。第２光電変換素子１２０は、電極１２３と、電極１２３に対向して位置する対向電極１２１と、電極１２３と対向電極１２１との間に位置する光電変換層１２２と、基板１２４と、を有する。本明細書において、電極１１３および電極１２３はそれぞれ第１電極の一例である。また、対向電極１１１および対向電極１２１はそれぞれ第２電極の一例である。なお、基板１１４および基板１２４の少なくとも一方は、他の基板または基材等の上に第１光電変換素子１１０および第２光電変換素子１２０が形成される場合には、設けられていなくてもよい。
　光電変換層１１２および光電変換層１２２はそれぞれ、光の入射により励起子である正孔と電子との対を生成する。つまり、光電変換層１１２および光電変換層１２２はそれぞれ、光電変換により電荷を生成する。光電変換層１１２および光電変換層１２２はそれぞれ、入射した光を吸収し、正孔と電子との対を生成する光電変換材料を含む。光電変換材料は、例えば、半導体性の無機材料、または、半導体性の有機材料である。光電変換層１１２および光電変換層１２２はそれぞれ、光電変換材料で生成した電荷を受け取るアクセプター材料を含んでいてもよい。
　光電変換層１１２および光電変換層１２２のうちの少なくとも一方は、例えば、量子ドットを含む。量子ドットは、三次元的な量子閉じ込め効果を示す材料である。量子ドットは、量子ドットを構成する材料の励起子のボーア半径より小さい直径を持ち、多くは２ｎｍから１０ｎｍ程度の直径を有するナノクリスタルである。光電変換層１１２および光電変換層１２２に量子ドットが含まれることで、近赤外域から中赤外域における波長範囲に感度のピーク波長を有する光電変換素子が容易に実現できる。また、光電変換層１１２および光電変換層１２２に量子ドットが含まれる場合の第１光電変換素子１１０および第２光電変換素子１２０は、図４Ｃで示されるタイプの感度特性を有することになる。
　量子ドットは、金属プニクタイド、金属カルコゲナイド、金属ハライドおよび金属カルコハライドのうちの少なくとも１つを含む。これらの中でも、量子ドットは金属カルコゲナイドを含んでいてもよい。本実施の形態において、金属カルコゲナイドは、例えば、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅまたはＨｇＣｄＴｅである。これにより可視光から赤外線にわたる広い波長範囲で光電変換素子の感度のピーク波長を制御できる。
　量子ドットの表面は、例えば、配位子で修飾されている。入手可能な量子ドットの表面は、合成時の分散性を上げるため長鎖アルキルを持つ配位子に修飾されていることが多い。長鎖アルキルを持つ配位子は、電荷の移動を阻害するため、量子ドットの表面を修飾する配位子は、例えば、長鎖アルキルを持つ配位子から、短い分子の配位子、π結合を有する半導体性の配位子またはハロゲンイオンなどの原子配位子などに置換されている。置換の方法としては、量子ドットを膜（固相）にした後に、置換する配位子の溶液に暴露することで、濃度および配位子同士の結合エネルギー差で置換する固相置換法、および、溶液中（液相）で配位子を置換する液相置換法が知られており、それら既存方法を用いることができる。固相置換法は、置換後の溶液分散性に束縛されないため幅広く適用可能である。固相置換法では、置換できる膜厚が配位子の薄膜中の拡散長に制限されるため、所望の膜厚が得られるまで、薄膜形成と固相置換とを繰り返す。液相置換では、配位子の置換後に薄膜形成が可能である。液相置換は、置換後に溶液中で安定分散する条件で行う必要があり、適用できる量子ドットと配位子と溶剤との組み合わせが限られる場合がある。
　また、量子ドットのバンドギャップは、量子ドットの粒径により制御可能である。例えば、量子ドットの粒径が大きくなるほど、量子ドットのバンドギャップは狭くなる。そのため、量子ドットの粒径が大きくなるほど、量子ドットの吸光ピーク波長は長くなる。つまり、量子ドットの粒径により光電変換素子における感度のピーク波長を調整できる。
　また、量子ドットの吸光ピーク波長は量子ドット材料の構成元素によって調整してもよい。例えば、ＰｂＳとＰｂＳｅとではＰｂＳｅのほうがバルク結晶のバンドギャップエネルギーが小さく、量子ドットとした場合に吸光ピーク波長が長くなる特徴を持つ。
　光電変換層１１２は、例えば、電極１１３および対向電極１１１のうちの一方の上に、上述のようにして調整された量子ドット等の光電変換材料を含む分散液をスピンコートなどの種々の方法で成膜することで形成される。光電変換層１１２は、蒸着等の他の方法を用いて形成されてもよい。そして、光電変換層１１２の上に、電極１１３および対向電極１１１のうちの他方を成膜することで、第１光電変換素子１１０が得られる。第２光電変換素子１２０も、第１光電変換素子１１０と同様の方法で製造可能である。
　電極１１３、電極１２３、対向電極１１１および対向電極１２１はそれぞれ、例えば、膜状の電極である。電極１１３からは、第１光電変換素子１１０が出力する第１信号として、光電変換層１１２で生成した電荷が出力される。そのため、電極１１３から第１信号が読み出される。電極１２３からは、第２光電変換素子１２０が出力する第２信号として、光電変換層１２２で生成した電荷が出力される。そのため、電極１２３から第２信号が読み出される。対向電極１１１および対向電極１２１には、それぞれ、例えば、配線（不図示）によって、対向電極１１１および対向電極１２１を所定の電位にするための電圧が供給される。これにより、電極１１３と対向電極１１１との間、および、電極１２３と対向電極１２１との間にバイアス電圧が印加される。例えば、所定の電位は、対向電極１１１および対向電極１２１の電位が電極１１３および電極１２３の電位よりも高くなるように設定される。つまり、所定の電位は、光電変換層１１２および光電変換層１２２で生成した電子と正孔との対のうち、電子が対向電極１１１および対向電極１２１に移動し、正孔が電極１１３および電極１２３に移動するように設定される。その結果、正孔が信号電荷として電極１１３および電極１２３に捕集される。対向電極１１１および対向電極１２１に供給される電圧の大きさは同じであってもよく、異なっていてもよい。なお、所定の電位は、光電変換層１１２および光電変換層１２２で生成した電子と正孔との対のうち、正孔が対向電極１１１および対向電極１２１に移動し、電子が電極１１３および電極１２３に移動するように設定されてもよい。
　電極１１３、電極１２３、対向電極１１１および対向電極１２１はそれぞれ、少なくとも特定の波長範囲の光を透過させる。特定の波長範囲は、例えば、波長λ１ａおよび波長λ２ａを含む波長範囲である。本明細書において、ある波長の光を透過させる、または、ある波長の光に透過性を有するとは、例えば、ある波長の光の透過率が５０％以上であることを意味し、ある波長の光の透過率が７０％以上であることを意味してもよい。
　電極１１３、電極１２３、対向電極１１１および対向電極１２１には、例えば、可視光から赤外線の波長範囲を透過させる材料が用いられる。可視光から赤外線を透過させる材料としては、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　Ｏｘｉｄｅ）およびＡＺＯ（Ａｌｕｍｉｎｕｍ　Ｚｉｎｃ　Ｏｘｉｄｅ）などの透明導電性酸化物（ＴＣＯ：Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ　Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ　Ｏｘｉｄｅ）、銀ナノワイヤ―、グラフェンならびに金属カーボンナノチューブなどが用いられる。また、電極１１３、電極１２３、対向電極１１１および対向電極１２１には、赤外線のみを透過させる材料が用いられてもよい。赤外線のみを透過させる材料としては、例えば、ドープされたシリコンのような所望の波長よりバンドギャップの広い半導体材料が用いられる。
　図８に示される例では、対向電極１１１が光電変換層１１２の光の入射側に位置し、電極１１３が光電変換層１１２の光の入射側とは反対側に位置する。また、対向電極１２１が光電変換層１２２の光の入射側に位置し、電極１２３が光電変換層１２２の光の入射側とは反対側に位置する。なお、電極１１３、電極１２３、対向電極１１１および対向電極１２１の位置は、電極１１３と対向電極１１１とが光電変換層１１２を挟むように配置され、電極１２３と対向電極１２１とが光電変換層１２２を挟むように配置されれば、特に制限されない。例えば、対向電極１１１と電極１１３との位置は入れ替わってもよい。同様に、対向電極１２１と電極１２３との位置は入れ替わってもよい。
　基板１１４は、電極１１３、対向電極１１１および光電変換層１１２を支持する支持基板である。基板１２４は、電極１２３、対向電極１２１および光電変換層１２２を支持する支持基板である。また、図８で示される例では、基板１１４は、電極１１３の光の入射側とは反対側に位置する。また、基板１２４は、電極１２３の光の入射側とは反対側に位置する。なお、基板１１４は、対向電極１１１の光の入射側に位置していてもよい。同様に、基板１２４は、対向電極１２１の光の入射側に位置していてもよい。つまり、基板１１４は、対向電極１１１または電極１１３を挟んで、光電変換層１１２に対向して配置されればよい。また、基板１２４は、対向電極１２１または電極１２３を挟んで、光電変換層１２２に対向して配置されればよい。
　基板１１４および基板１２４は、例えば、少なくとも上記特定の波長範囲の光を透過させる。基板１１４および基板１２４の具体的な材料としては、近赤外域から中赤外域の少なくとも一部を透過するガラス（例えば光成産業社製のＢＫ７および住田光学ガラス社製Ｋ－ＧＩＲ７９など）、石英ガラスなどの酸化物、シリコンもしくはゲルマニウムなどの半導体、カルコゲナイドガラス、フッ化カルシウムならびにフッ化マグネシウムなどが挙げられる。基板１１４および基板１２４の材料としてアクリル樹脂などの樹脂系の材料も用いてもよい。ただし、樹脂系の材料を用いる場合には、上記特定の波長範囲内に比較的大きい吸収を持つことが有り、必要に応じて、透過率の波長依存性を補正して、積層光電変換素子１００の検出結果を物質の特性等の計測に用いる。
　なお、電極１１３、電極１２３、対向電極１１１、対向電極１２１、基板１１４および基板１２４のうち光電変換層１１２の入射側とは反対側に配置されるものは、波長λ１ａの光を透過させなくてもよく、例えば、波長λ２ａを含み波長λ１ａを含まない波長範囲の光を透過させてもよい。また、対向電極１２１、電極１２３および基板１２４のうち、光電変換層１２２の入射側とは反対側に配置されるものは、上記特定の波長範囲の光を透過させなくてもよく、例えば、導電性の金属化合物または金属を含む材料等の遮光性の材料で形成されていてもよい。
　また、第１光電変換素子１１０および第２光電変換素子１２０は、上述のようにフォトコンダクターであってもよい。この場合には、例えば、光電変換によって生成した電荷量に応じて対向電極１１１および対向電極１２１から電荷が注入され、主に注入された電荷が電極１１３および電極１２３から信号として出力される。
　［積層光電変換素子の積層構造］
　次に、それぞれ独立に成膜した第１光電変換素子１１０および第２光電変換素子１２０を積層した具体的な構造について説明する。それぞれ独立に成膜した第１光電変換素子１１０および第２光電変換素子１２０は、例えば、離間して積層される。図９は、本実施の形態に係る積層光電変換素子１００の積層構造の例を模式的に示す断面図である。
　図９に示されるように、積層光電変換素子１００は、例えば、段差構造３０１ａを有するパッケージ３０１を備え、第１光電変換素子１１０および第２光電変換素子１２０が、パッケージ３０１に実装される。パッケージ３０１は、保持部の一例である。
　パッケージ３０１は、第１光電変換素子１１０および第２光電変換素子１２０を収容する。パッケージ３０１は、第１光電変換素子１１０および第２光電変換素子１２０を挟むように配置される一対の段差構造３０１ａと、一対の段差構造３０１ａの間で第２光電変換素子１２０を固定する凹面３０１ｂと、を有する。一対の段差構造３０１ａはそれぞれ、第２光電変換素子１２０との配線を接続するための段、第１光電変換素子１１０を固定するための段および第１光電変換素子１１０との配線を接続するための段を含む。また、図９に示される例では、一対の段差構造３０１ａはそれぞれ、全体を封止するための保護基板３０２を固定するための段をさらに含む。保護基板３０２は、上記の特定の波長範囲の光を透過させる。
　１対の段差構造３０１ａでは、第１光電変換素子１１０、第２光電変換素子１２０および保護基板３０２が互いに離間して接触しないような高さの段差が設けられている。また、第１光電変換素子１１０と第２光電変換素子１２０とのギャップで光学干渉ムラが生じないように、一対の段差構造３０１ａは、互いに対応する段の高さが同じになるように形成されている。これにより、パッケージ３０１は、第１光電変換素子１１０と第２光電変換素子１２０とのギャップＷを一定に保持する。つまり、第１光電変換素子１１０と第２光電変換素子１２０とは、平行な位置関係になるように離間して配置されるようにパッケージ３０１内で固定される。また、図９で示される例では、第２光電変換素子１２０の幅は、第１光電変換素子１１０の幅よりも大きい。
　また、第１光電変換素子１１０と第２光電変換素子１２０とを積層する構造は、図９の例に限らず、例えば、第１光電変換素子１１０と第２光電変換素子１２０とを接着剤で張り合わせてもよい。図１０Ａおよび図１０Ｂは、本実施の形態に係る積層光電変換素子１００の積層構造の別の例を模式的に示す断面図である。図１１Ａから図１１Ｃは、図１０Ａまたは図１０Ｂで示される積層構造の平面視形状の例を模式的に示す平面図である。図１２Ａおよび図１２Ｂは、本実施の形態に係る積層光電変換素子１００の積層構造のさらに別の一例を模式的に示す断面図である。図１３は、図１２Ａまたは図１２Ｂで示される積層構造の平面視形状の例を模式的に示す平面図である。
　図１０Ａおよび図１０Ｂに示されるように、積層光電変換素子１００は、例えば、ギャップ材３１１または突起部３１２と、接着剤３１５と、を備える。ギャップ材３１１および突起部３１２は、保持部の一例である。
　ギャップ材３１１は、第２光電変換素子１２０上に配置され、第１光電変換素子１１０と第２光電変換素子１２０とのギャップＷを一定に保持する。ギャップ材３１１は、第１光電変換素子１１０と第２光電変換素子１２０との間に位置し、第１光電変換素子１１０と第２光電変換素子１２０とに接している。また、ギャップ材３１１は、平面視で、第１光電変換素子１１０と第２光電変換素子１２０とが重なる領域の端部に配置される。ギャップ材３１１は例えば粒径が均一なガラスビーズである。
　突起部３１２は、第２光電変換素子１２０の上面に形成され、第１光電変換素子１１０と第２光電変換素子１２０とのギャップＷを一定に保持する。突起部３１２の上面は、第１光電変換素子１１０に接する。また、突起部３１２は、平面視で、第１光電変換素子１１０と第２光電変換素子１２０とが重なる領域の端部に配置される。突起部３１２は、例えば、半導体プロセス等によって形成された高さが均一な突起である。なお、突起部３１２は、第１光電変換素子１１０の下面に形成されていてもよい。
　接着剤３１５は、ギャップ材３１１または突起部３１２の周囲で第１光電変換素子１１０および第２光電変換素子１２０に接着して、第１光電変換素子１１０と第２光電変換素子１２０とを固定する。図１１Ａおよび図１１Ｂに示されるように、接着剤３１５は、例えば、平面視で、第１光電変換素子１１０と第２光電変換素子１２０とが重なる領域の端部において、当該領域の外周の対向する２辺に沿って配置される。また、図１１Ｃに示されるように、接着剤３１５は、平面視で、第１光電変換素子１１０と第２光電変換素子１２０とが重なる領域の４つの角部に配置されてもよい。これらの配置により、第１光電変換素子１１０と第２光電変換素子１２０とが重なる領域の大半が接着剤３１５に覆われないため、接着剤３１５の光の透過特性に依らず、第１光電変換素子１１０および第２光電変換素子１２０に光が入射する。接着剤３１５としては、例えば、エポキシ系接着剤およびアクリル系接着剤などの基板を固定するために用いられる一般的な接着剤を用いることができる。
　図１１Ａから図１１Ｃに示されるように、平面視において、第２光電変換素子１２０は、例えば、第１光電変換素子１１０よりも大きい。これにより、第２光電変換素子１２０における第１光電変換素子１１０に覆われていない箇所で露出するボンディングパッドなどを用いて電気的な配線等を行うことができる。なお、平面視において、第１光電変換素子１１０が第２光電変換素子１２０よりも大きくてもよく、この場合でも上記の電気的な配線を行うことができる。また、平面視において、第１光電変換素子１１０と第２光電変換素子１２０とは同じ大きさで、完全に重なっていてもよい。
　また、図１２Ａおよび図１２Ｂに示されるように、積層光電変換素子１００は、図１０Ａおよび図１０Ｂで示される接着剤３１５の代わりに、接着剤３１６を備えていてもよい。接着剤３１６は、ギャップ材３１１または突起部３１２が位置する箇所よりも内側の領域において、第１光電変換素子１１０と第２光電変換素子１２０とのギャップに充填されている。そのため、第１光電変換素子１１０と第２光電変換素子１２０とが重なる領域の略全体において、第１光電変換素子１１０と第２光電変換素子１２０とが接着剤３１６によって貼り合わせられている。接着剤３１６は、第１光電変換素子１１０と第２光電変換素子１２０との間を埋め、ギャップＷがエアギャップとならないように、第１光電変換素子１１０と第２光電変換素子１２０とを接着する。これにより、第２光電変換素子１２０とエアギャップとの屈折率差による反射の影響を抑えることが可能になる。この場合、接着剤３１６には、第２光電変換素子１２０で受光する波長の光を透過する材料であることが求められる。接着剤３１６は、例えば、波長λ２ａの光の透過性を有する。接着剤３１６としては、例えば、赤外線光通信などで光路結合用に用いられるエポキシ系接着剤およびアクリレート系接着剤などが挙げられる。具体的な接着剤の例としては、理経社製のＥＰＯ－ＴＥＫ　３５３ＮＤ、ならびに、ＮＴＴアドバンスドテクノロジ社製のＮＴＴ－ＡＴ　ＧＡ７００およびＡＴ６００１などが挙げられるが、これらに限定されない。
　なお、第１光電変換素子１１０と第２光電変換素子１２０とは、離間せずに直接積層されていてもよい。この場合、基板１１４および基板１２４の一方は設けられていなくてもよい。また、第１光電変換素子１１０および第２光電変換素子１２０のうちの少なくとも一方に対する電気的な接続は、第１光電変換素子１１０および第２光電変換素子１２０の一方を貫通して、第１光電変換素子１１０および第２光電変換素子１２０の他方に接続されるコンタクトによって行われてもよい。
　［変形例１］
　次に、実施の形態１の変形例１に係る積層光電変換素子について説明する。本変形例においては、第１光電変換素子１１０と第２光電変換素子１２０とで電極を共有した構成を有する積層光電変換素子の例について説明する。なお、以下の変形例１の説明において、実施の形態１との相違点を中心に説明し、共通点の説明を省略または簡略化する。また、以下で説明する変形例２以降の変形例についても同様であり、各変形例の説明においては、実施の形態１および各変形例との相違点を中心に説明し、共通点の説明を省略または簡略化する。
　図１４Ａおよび図１４Ｂは、本変形例に係る積層光電変換素子１００Ａの構成を示す模式図である。図１４Ａに示されるように、積層光電変換素子１００Ａは、第１光電変換素子１１０Ａと、第２光電変換素子１２０Ａとを備える。第１光電変換素子１１０Ａは、上記の第１光電変換素子１１０から基板１１４を除いた構成を有し、具体的には、対向電極１１１と、光電変換層１１２と、電極１１３と、を有する。第２光電変換素子１２０Ａは、上記の第２光電変換素子１２０の対向電極１２１の代わりに対向電極１１１を有する構成を有し、具体的には、対向電極１１１と、光電変換層１２２と、電極１２３と、基板１２４と、を有する。図１４Ａに示されるように、第１光電変換素子１１０Ａと第２光電変換素子１２０Ａとは、対向電極１１１を共有している。積層光電変換素子１００Ａは、例えば、基板１２４の上に、電極１２３、光電変換層１２２、対向電極１１１、光電変換層１１２および電極１１３をこの順で積層して形成される。なお、図１４Ｂに示されるように、積層光電変換素子１００Ａは、第１光電変換素子１１０Ａが基板１１４を有し、第２光電変換素子１２０Ａが基板１２４を有さない構成を有していてもよい。この場合、積層光電変換素子１００Ａは、例えば、基板１１４の上に、電極１１３、光電変換層１１２、対向電極１１１、光電変換層１２２および電極１２３をこの順で積層して形成される。
　対向電極１１１は、２つの光電変換層１１２と光電変換層１２２との両方に接する。積層光電変換素子１００Ａにおいては、第１光電変換素子１１０Ａと第２光電変換素子１２０Ａとは、対向電極１１１を共有しているため、第１光電変換素子１１０Ａと第２光電変換素子１２０Ａとで対向電極１１１が共通の電位に設定される。一方、第１信号が読み出される電極１１３と第２信号が読み出される電極１２３とは互いに独立しており、第１信号と第２信号とを個別に読み出すことが可能である。このように、信号が読み出される電極が分けて設けられることで、信号のクロストークが生じず、ノイズを避けることができる。
　［変形例２］
　次に、実施の形態１の変形例２に係る積層光電変換素子について説明する。本変形例においては、積層光電変換素子がロングパスフィルターを備える例について説明する。
　図１５は、本変形例に係る積層光電変換素子１００Ｂの構成を示す模式図である。図１６は、積層光電変換素子１００Ｂの感度特性とロングパスフィルターのカットオフ波長との関係を説明するための図である。
　図１５に示されるように、積層光電変換素子１００Ｂは、実施の形態１に係る積層光電変換素子１００と比較して、第１光電変換素子１１０および第２光電変換素子１２０に加えて、第１ロングパスフィルター１３０と第２ロングパスフィルター１４０とをさらに備える点で相違する。
　第１ロングパスフィルター１３０は、第１光電変換素子１１０の光の入射側に位置する。つまり、第１光電変換素子１１０には、第１ロングパスフィルター１３０を透過した光が入射する。また、図１６に示されるように、第１ロングパスフィルター１３０は、カットオフ波長λｃｕｔ１以下の範囲に遮光域を有する。つまり、第１ロングパスフィルター１３０は、カットオフ波長λｃｕｔ１以下の光を遮光し、カットオフ波長λｃｕｔ１より長波長側の光を透過させる。また、カットオフ波長λｃｕｔ１は、波長λ１ａより短い。なお、本明細書において、遮光域とは、完全に遮光している場合に限らず、例えば、透過率が１０％以下となる波長範囲である。遮光域は、透過率が１％以下となる波長範囲であってもよい。
　波長λ１ａより短波長側の光は、例えば、熱輻射の場合には、波長λ１ａおよび波長λ２ａでの強度に比べて十分小さいため、第１光電変換素子１１０および第２光電変換素子１２０にほとんど入射せず、物質の特性等の計測におけるノイズとはなりにくい。しかし、撮像を行う環境において、照明または動作状態を示すＬＥＤなど、熱輻射以外の光源が存在する場合には、波長λ１ａより短波長側の感度に由来する信号がノイズ源となりうる。そのような場合であっても、第１光電変換素子１１０の光の入射側に第１ロングパスフィルター１３０が設けられることで、積層光電変換素子１００に入射する光のうち、カットオフ波長λｃｕｔ１以下の波長の光が遮光され、ノイズを低減できる。カットオフ波長λｃｕｔ１は、積層光電変換素子１００による光の検出を妨げにくくなるように、波長λ１ａより短波長であればよい。また、効果的にノイズを低減するためには、カットオフ波長λｃｕｔ１は、例えば、ノイズ源となる光の波長より長波長である。
　図１５に示されるように、第２ロングパスフィルター１４０は、第１光電変換素子１１０と第２光電変換素子１２０との間に位置する。つまり、第２光電変換素子１２０には、第２ロングパスフィルター１４０を透過した光が入射する。また、図１６に示されるように、第２ロングパスフィルター１４０は、カットオフ波長λｃｕｔ２以下の範囲に遮光域を有する。つまり、第２ロングパスフィルター１４０は、カットオフ波長λｃｕｔ２以下の光を遮光し、カットオフ波長λｃｕｔ２より長波長側の光を透過させる。また、カットオフ波長λｃｕｔ２は、波長λ１ａより長く、波長λ２ａより短い。このように、カットオフ波長λｃｕｔ２が波長λ１ａと波長λ２ａとの間である第２ロングパスフィルター１４０が、第１光電変換素子１１０と第２光電変換素子１２０との間に設けられることで、波長λ２ａ以上の波長の光を透過させつつ、波長λ１ａ以下の波長の光が遮光されるため、第１光電変換素子１１０からの第１信号と第２光電変換素子１２０からの第２信号との波長に関する分離精度が向上する。
　第１ロングパスフィルター１３０および第２ロングパスフィルター１４０としては、上記の遮光域を有するロングパスフィルターが用いられ、例えば、色付きガラスまたは誘電体多層膜等が用いられる。
　なお、積層光電変換素子１００Ｂは、第１ロングパスフィルター１３０および第２ロングパスフィルター１４０のうちの一方を備えていてもよい。
　また、第１光電変換素子１１０および第２光電変換素子１２０が有するいずれかの電極、対向電極または基板が、第１ロングパスフィルター１３０または第２ロングパスフィルター１４０の機能を有していてもよい。これにより、構造を簡略化できる。例えば、第１光電変換素子１１０において、光電変換層１１２よりも光の入射側に位置する電極、対向電極または基板が第１ロングパスフィルターの機能を有していてもよい。また、例えば、第２光電変換素子１２０において、光電変換層１２２よりも光の入射側に位置する電極、対向電極または基板が第１ロングパスフィルターの機能を有していてもよい。また、実施の形態１の変形例１のように、第１光電変換素子１１０Ａと第２光電変換素子１２０Ａとが対向電極１１１を共有する場合は、対向電極１１１に第２ロングパスフィルター１４０の機能を持たせることで、より構造を簡略化できる。例えば、適切にドープし、導電性を持たせたポリシリコン電極を電極として用いれば、１１００ｎｍ付近にカットオフ波長を有する電極を構成できる。
　［変形例３］
　次に、実施の形態１の変形例３に係る積層光電変換素子について説明する。本変形例においては、第１光電変換素子および第２光電変換素子がブロック層およびバッファー層をさらに有する例について説明する。
　図１７は、本変形例に係る積層光電変換素子１００Ｃの構成を示す模式図である。図１７に示されるように、積層光電変換素子１００Ｃは、実施の形態１に係る積層光電変換素子１００と比較して、第１光電変換素子１１０および第２光電変換素子１２０の代わりに、第１光電変換素子１１０Ｃおよび第２光電変換素子１２０Ｃを備える点で相違する。
　第１光電変換素子１１０Ｃは、実施の形態１に係る第１光電変換素子１１０の構成に加えて、対向電極１１１と光電変換層１１２との間に位置するブロック層１１２１およびバッファー層１１２２、ならびに、電極１１３と光電変換層１１２との間に位置するブロック層１１２４およびバッファー層１１２３をさらに有する。第２光電変換素子１２０Ｃは、実施の形態１に係る第２光電変換素子１２０の構成に加えて、対向電極１２１と光電変換層１２２との間に位置するブロック層１２２１およびバッファー層１２２２、ならびに、電極１２３と光電変換層１２２との間に位置するブロック層１２２４およびバッファー層１２２３をさらに有する。ブロック層１１２１、ブロック層１１２４、ブロック層１２２１およびブロック層１２２４はそれぞれ、電荷ブロッキング層の一例である。
　ブロック層１１２１は、対向電極１１１とバッファー層１１２２との間に位置し、対向電極１１１に接している。ブロック層１１２４は、電極１１３とバッファー層１１２３との間に位置し、電極１１３に接している。ブロック層１２２１は、対向電極１２１とバッファー層１２２２との間に位置し、対向電極１２１に接している。ブロック層１２２４は、電極１２３とバッファー層１２２３との間に位置し、電極１２３に接している。
　ブロック層１１２１およびブロック層１１２４は、電極から光電変換層１１２への電荷の注入を抑制する。これにより、第１光電変換素子１１０Ｃにおいて、暗電流によるノイズを低減できる。具体的には、ブロック層１１２１は、対向電極１１１から光電変換層１１２への信号電荷の注入を抑制する。ブロック層１１２４は、電極１１３から光電変換層１１２への信号電荷とは逆極性の電荷の注入を抑制する。また、ブロック層１１２１は、信号電荷とは逆極性の電荷を輸送する機能を有する。また、ブロック層１１２４は信号電荷を輸送する機能を有する。
　また、ブロック層１２２１およびブロック層１２２４は、電極から光電変換層１２２への電荷の注入を抑制する。これにより、第２光電変換素子１２０Ｃにおいて、暗電流によるノイズを低減できる。具体的には、ブロック層１２２１は、対向電極１２１から光電変換層１２２への信号電荷の注入を抑制する。ブロック層１２２４は、電極１２３から光電変換層１２２への信号電荷とは逆極性の電荷の注入を抑制する。また、ブロック層１２２１は、信号電荷とは逆極性の電荷を輸送する機能を有する。また、ブロック層１２２４は、信号電荷を輸送する機能を有する。
　ブロック層１１２１、ブロック層１１２４、ブロック層１２２１およびブロック層１２２４はそれぞれ、例えば、上記の電荷の注入を抑制するためのエネルギー障壁となる電子親和力またはイオン化ポテンシャルを有する半導体材料で構成される。
　バッファー層１１２２は、光電変換層１１２とブロック層１１２１との間に位置し、光電変換層１１２に接している。バッファー層１１２３は、光電変換層１１２とブロック層１１２４との間に位置し、光電変換層１１２に接している。バッファー層１２２２は、光電変換層１２２とブロック層１２２１との間に位置し、光電変換層１２２に接している。バッファー層１２２３は、光電変換層１２２とブロック層１２２４との間に位置し、光電変換層１２２に接している。
　バッファー層１１２２およびバッファー層１１２３は、光電変換層１１２から電荷を引き抜き、当該電荷を輸送する。これにより、当該電荷が円滑に輸送されると共に、第１光電変換素子１１０Ｃの光電変換効率を高めることができる。具体的には、バッファー層１１２２は、光電変換層１１２から信号電荷とは逆極性の電荷を引き抜く。バッファー層１１２３は、光電変換層１１２から信号電荷を引き抜く。
　また、バッファー層１２２２およびバッファー層１２２３は、光電変換層１２２から電荷を引き抜き、当該電荷を輸送する。これにより、当該電荷が円滑に輸送されると共に、第２光電変換素子１２０Ｃの光電変換効率を高めることができる。具体的には、バッファー層１２２２は、光電変換層１２２から信号電荷とは逆極性の電荷を引き抜く。バッファー層１２２３は、光電変換層１２２から信号電荷を引き抜く。
　バッファー層１１２２、バッファー層１１２３、バッファー層１２２２およびバッファー層１２２３はそれぞれ、例えば、上記の電荷を引き抜くことができる電子親和力またはイオン化ポテンシャルを有する半導体材料で構成される。
　なお、第１光電変換素子１１０Ｃは、ブロック層１１２１、ブロック層１１２４、バッファー層１１２２およびバッファー層１１２３の全てを有していなくてもよい。同様に、第２光電変換素子１２０Ｃは、ブロック層１２２１、ブロック層１２２４、バッファー層１２２２およびバッファー層１２２３の全てを有していなくてもよい。例えば、第１光電変換素子１１０Ｃおよび第２光電変換素子１２０Ｃがフォトコンダクターである場合、第１光電変換素子１１０Ｃがブロック層１１２１およびブロック層１１２４を有さず、第２光電変換素子１２０Ｃがブロック層１２２１およびブロック層１２２４を有さない構成であってもよい。
　また、上記の実施の形態１、実施の形態１の変形例１および実施の形態１の変形例２において、第１光電変換素子１１０Ｃおよび第２光電変換素子１２０Ｃの少なくとも一方の構成が適用されてもよい。
　（実施の形態２）
　次に、実施の形態２について説明する。実施の形態２では、実施の形態１に係る積層光電変換素子１００を用いた非接触温度計測装置について説明する。なお、実施の形態２に係る非接触温度計測装置には、実施の形態１に係る積層光電変換素子１００の代わりに、上記で説明した実施の形態１の変形例１から３のいずれかに係る積層光電変換素子が用いられてもよい。以下の実施の形態２の説明では、実施の形態１との相違点を中心に説明し、共通点の説明を省略または簡略化する。
　図１８は、本実施の形態に係る非接触温度計測装置２００の構成を示すブロック図である。図１８に示されるように、非接触温度計測装置２００は、積層光電変換素子１００と、信号検出回路５０と、演算部６０と、を備える。非接触温度計測装置２００は、例えば、測定対象物から放射される熱輻射を検出し、検出した結果に基づいて温度を計測する。具体的には、積層光電変換素子１００に入射する光として、測定対象物から放射される熱輻射が積層光電変換素子１００に入射し、積層光電変換素子１００が出力する第１信号および第２信号に基づいて測定対象物の温度を演算する。
　信号検出回路５０は、第１光電変換素子１１０から出力される第１信号、および、第２光電変換素子１２０から出力される第２信号を検出する。信号検出回路５０は、例えば、電流計測回路を含み、第１光電変換素子１１０から出力される電流を第１信号として検出し、第２光電変換素子１２０から出力される電流を第２信号として検出する。また、信号検出回路５０は、電極１１３に捕集された信号電荷量に応じた電圧を第１信号として検出し、電極１２３に捕集された信号電荷量に応じた電圧を第２信号として検出してもよい。信号検出回路５０は、検出した第１信号および第２信号を演算部６０に出力する。信号検出回路５０は、必要に応じて第１信号および第２信号に対してアナログ－デジタル変換を行った上で演算部６０に出力してもよい。
　演算部６０は、信号検出回路５０が検出した第１信号および第２信号に基づいて温度を演算する。演算部６０は、第１信号および第２信号に基づいて、２色法によって測定対象物の温度を演算する。演算部６０は、例えば、演算結果を外部に出力する。演算部６０は、演算結果をディスプレイ等の表示部（不図示）に表示させてもよい。演算部６０は、例えば、プログラムを内蔵する１以上のプロセッサを含むマイクロコントローラによって実現される。演算部６０の機能は、汎用の処理回路とソフトウェアとの組み合わせによって実現されてもよいし、このような処理に特化したハードウェアによって実現されてもよい。
　演算部６０による温度の演算には公知の２色法による演算方法を用いることができる。温度の演算は、例えば、以下で説明する方法で行うが、２色法の原理を用いて温度を演算できれば、以下で説明する方法に限らない。
　ある温度の測定対象物からの熱輻射が積層光電変換素子１００に入射する際の第１信号の大きさは、第１光電変換素子１１０の感度特性と、第１光電変換素子１１０への光の透過率と、ある温度の黒体放射スペクトルと、測定対象物の放射率との波長積分によって決まる。同様に、当該熱輻射が積層光電変換素子１００に入射する際の第２信号の大きさは、第２光電変換素子１２０の感度特性と、第２光電変換素子１２０への光の透過率と、ある温度の黒体放射スペクトルと、測定対象物の放射率との波長積分によって決まる。
　第１光電変換素子１１０および第２光電変換素子１２０のそれぞれの感度特性は、例えば、分光感度測定装置等を用いて外部量子効率を測定することにより測定可能である。また、第１光電変換素子１１０および第２光電変換素子１２０への透過率の波長依存性も、積層光電変換素子１００に用いられる材料特性および厚みにより決定できる。そのため、測定対象物の放射率が等しいまたは一定とみなせる場合には、ある温度の測定対象物からの熱輻射が積層光電変換素子１００に入射する際の第１信号と第２信号との比は、温度によって決まる値である。よって、あらかじめ各温度での第１信号と第２信号との比を決定し、第１信号と第２信号との比と、温度との関係を示すテーブルまたは演算式等を準備することができる。
　演算部６０は、例えば、第１信号と第２信号との比と、温度との関係を示すテーブルまたは演算式等を格納したメモリを参照し、当該テーブルまたは演算式等を用いて、実際に信号検出回路５０が検出した第１信号および第２信号に基づいて温度を演算する。なお、測定対象物が決まっているような場合には、既知の温度の測定対象物から放射される熱輻射を検出した場合に出力される第１信号と第２信号との比を測定しておくことで、第１信号と第２信号との比と、温度との関係を示すテーブルまたは演算式等を準備してもよい。以上のように、本実施の形態に係る非接触温度計測装置２００は、上記の積層光電変換素子１００を備えるため、精度よく温度が計測できる。
　（実施の形態３）
　次に、実施の形態３について説明する。実施の形態３では、実施の形態１に係る積層光電変換素子１００を用いた撮像装置について説明する。なお、実施の形態３に係る撮像装置には、実施の形態１に係る積層光電変換素子１００の代わりに、上記で説明した実施の形態１の変形例１から３のいずれかに係る積層光電変換素子が用いられてもよい。以下の実施の形態３の説明では、実施の形態１および実施の形態２との相違点を中心に説明し、共通点の説明を省略または簡略化する。
　図１９は、本実施の形態に係る撮像装置２１０の構成を示す模式図である。図２０は、本実施の形態に係る撮像装置２１０が備える画素アレイ１２の構成を示す模式図である。
　図１９に示されるように、撮像装置２１０は、複数の画素１０で構成される画素アレイ１２と、垂直走査回路４２と、水平信号読み出し回路４４と、制御回路４６と、演算部６１と、を備える。撮像装置２１０は、測定対象物から放射される熱輻射を検出することで、温度画像を撮像する。撮像装置２１０は、例えば、積層型の撮像装置である。
　図２０に示されるように、画素アレイ１２は、半導体基板２０上に形成され、複数の積層光電変換素子１００を備える積層光電変換素子アレイ１０１を含む。各画素１０は、例えば、積層光電変換素子１００と、信号検出回路５１と、信号検出回路５２とを含む。
　各画素１０において、信号検出回路５１は、第１光電変換素子１１０に接続され、第１光電変換素子１１０から出力される第１信号を検出する。また、各画素１０において、信号検出回路５２は、第２光電変換素子１２０に接続され、第２光電変換素子１２０から出力される第２信号を検出する。信号検出回路５１と信号検出回路５２とは、図２０に示される例では半導体基板２０における同一平面に形成されている。信号検出回路５１および信号検出回路５２には、画素１０の選択用のトランジスタ、信号出力用のトランジスタおよび信号のリセット用のトランジスタ等を含む公知の撮像装置における信号検出回路が適用可能である。なお、信号検出回路５１と信号検出回路５２とは、上下に分かれて異なる平面に形成されていてもよい。また、信号検出回路５１と信号検出回路５２とは、個別に形成されず、各画素１０は、第１信号および第２信号を検出する１つの信号検出回路を含んでいてもよい。また、複数の画素１０に対して、複数の積層光電変換素子１００のそれぞれから第１信号および第２信号を検出する１つの信号検出回路が設けられてもよい。
　図１９に示す例では、複数の画素１０は、ｍ行ｎ列の複数の行および列に配列されている。ここで、ｍ、ｎは、独立して１以上の整数を表す。複数の画素１０は、半導体基板２０上に例えば２次元に配列される。複数の画素１０と同様の配置で、複数の積層光電変換素子１００も２次元に配列される。なお、複数の画素１０および複数の積層光電変換素子１００の数および配置は、図示する例に限定されない。例えば、複数の画素１０および複数の積層光電変換素子１００は、１次元に配列されていてもよい。
　垂直走査回路４２は、行走査回路とも呼ばれ、複数の画素１０の各行に対応して設けられたアドレス信号線３４との接続を有する。複数の画素１０の各行に対応して設けられる信号線は、アドレス信号線３４に限定されず、垂直走査回路４２には、複数の画素１０の行ごとに複数の種類の信号線が接続されてもよい。複数の種類の信号線は、例えば、信号検出回路５１および信号検出回路５２のそれぞれに対応して接続される信号線を含む。垂直走査回路４２は、例えば、アドレス信号線３４に所定の電圧を印加することにより、画素１０を行単位で選択し、信号の読み出し、および、リセット動作を行う。
　水平信号読み出し回路４４は、列走査回路とも呼ばれ、複数の画素１０の各列に対応して設けられた垂直信号線３５との接続を有する。また、１列の画素１０の信号検出回路５１および信号検出回路５２のそれぞれに対応して２つの垂直信号線３５が設けられていてもよく、１列の画素１０の信号検出回路５１および信号検出回路５２に対して１つの垂直信号線３５が設けられていてもよい。垂直走査回路４２によって行単位で選択された画素１０からの信号、つまり、第１光電変換素子１１０による第１信号および第２光電変換素子１２０による第２信号は、順次、垂直信号線３５を介して水平信号読み出し回路４４に読み出される。水平信号読み出し回路４４は、画素１０から読み出された信号に対し、アナログ－デジタル変換（ＡＤ変換）などを行う。水平信号読み出し回路４４は、画素１０から読み出された信号に対し、相関二重サンプリングに代表される雑音抑圧信号処理を行ってもよい。
　制御回路４６は、撮像装置２１０の例えば外部から与えられる指令データ、クロックなどを受け取って撮像装置２１０の全体の撮像動作を制御する。制御回路４６は、例えば、タイミングジェネレータを有し、垂直走査回路４２および水平信号読み出し回路４４などに駆動信号を供給する。
　演算部６１は、信号検出回路５１が検出した第１信号および信号検出回路５２が検出した第２信号に基づいて、複数の積層光電変換素子１００のそれぞれの出力に対応する温度を演算する。演算部６１は、上述の演算部６０と同様に、第１信号および第２信号に基づいて、２色法によって測定対象物の温度を演算する。演算部６１は、例えば、複数の積層光電変換素子１００のそれぞれに対応する演算結果を温度画像として外部に出力する。
　以上のように、撮像装置２１０は、複数の積層光電変換素子１００で構成される積層光電変換素子アレイを備えるため、高精度の温度画像を撮像できる。
　なお、撮像装置２１０の構成は上記の構成に限らず、各積層光電変換素子１００の第１信号および第２信号を検出し、検出された第１信号および第２信号によって温度が演算される構成であればよい。例えば、複数の積層光電変換素子１００の数が少ない場合には、各積層光電変換素子１００に接続されたマルチプレクサ等によって、各積層光電変換素子１００の第１信号および第２信号が演算部に出力されてもよい。
　また、撮像装置２１０に備えられる積層光電変換素子アレイ１０１は、温度画像を撮像する撮像装置以外に用いられてもよい。例えば、積層光電変換素子アレイ１０１は、１次元または２次元での、物質の特性の計測に利用することができる。
　（その他の実施の形態）
　以上、本開示に係る積層光電変換素子、積層光電変換素子アレイ、非接触温度計測装置および撮像装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本開示の趣旨を逸脱しない範囲内で当業者が思いつく各種変形を施したものも本開示の範囲内に含まれる。また、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、複数の実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
　（その他）
　本開示の実施の形態の変形例は下記に示すようなものであってもよい。
　第１の項目に係る素子は、
　積層光電変換素子であって、
　入射面と、第１光電変換素子と、第２光電変換素子と、を備え、
　前記積層光電変換素子の外から光が前記入射面に入射し、
　前記第１光電変換素子は、前記入射面と前記第２光電変換素子の間に設けられ、
　前記第１光電変換素子は第１感度特性を示し、
　前記第２光電変換素子は第２感度特性を示し、
　前記第１感度特性は、波長λ１ａで極大値を示し、
　前記第２感度特性は、波長λ２ａで極大値を示し、
　ｆ１（λ＝λ１ａ）＞ｆ２（λ＝λ２ａ）、λ１ａ＜λ２ａであり、
　前記関数ｆ１（λ）は前記第１感度特性を示し、
　前記関数ｆ２（λ）は前記第２感度特性を示し、
　前記λは波長を示す。
　図２１は、積層光電変換素子に入射する光、入射面の位置、第１光電変換素子の位置、第２光電変換素子の位置の関係を説明するための図である。
　図２１に示されるように、積層光電変換素子１００Ｄは、入射面５０００、第１光電変換素子１１０、第２光電変換素子１２０と、を備える。積層光電変換素子１００Ｄの外から光が入射面５０００に入射する。入射面５０００は、積層光電変換素子１００Ｄの外から入射した光が通過する部材の表面である。当該部材は、例えばパッケージにおける保護基板である。当該部材は、レンズ、フィルタ等の光学部材であってもよい。また、入射面５０００は、第１光電変換素子１１０自体の表面であっても良い。
　図２１において、第１光電変換素子１１０は第１光電変換素子１１０Ａ、第２光電変換素子１２０は第２光電変換素子１２０Ａであってもよい。
　図２１において、第１光電変換素子１１０は第１光電変換素子１１０Ｃ、第２光電変換素子１２０は第２光電変換素子１２０Ｃであってもよい。
　積層光電変換素子１００Ｄは、積層光電変換素子１００、積層光電変換素子１００Ａ、積層光電変換素子１００Ｂ、積層光電変換素子１００Ｃに含まれる１または複数の部材、及び／または、積層光電変換素子１００の変形例、積層光電変換素子１００Ａの変形例、積層光電変換素子１００Ｂの変形例、積層光電変換素子１００Ｃの変形例に含まれる１または複数の部材を含んでもよい。
　第２の項目に係る素子は、第１の項目に係る素子において、
　前記第２感度特性は、波長λ２ｃにおいて感度のカットオフを示し、λ２ａ＜λ２ｃであり、
　前記第１感度特性は、波長λ１ｃにおいて感度のカットオフを示し、λ１ａ＜λ１ｃであり、
　λ１ｃ＜λ２ｃである。
　「λ１ｃにおいて感度のカットオフを示す」とは「λ１ｃにおいて感度が実質的にゼロである」ことを意味してもよい。
　「λ１ｃにおいて感度が実質的にゼロである」とは、「λ１ｃにおいて感度を示す電気信号の値が、電気信号処理回路におけるノイズの値と同等である」ことを意味してもよい。
　「λ１ｃにおける感度が実質的にゼロである」とは、「λ１ａにおける感度に対して、λ１ｃにおける感度が実質的に０である」ことを意味してもよい。
　λ１ｃにおける感度を示すアナログ電気信号が、信号処理回路に含まれるＡ／Ｄコンバーターに入力されると、当該Ａ／Ｄコンバーターはゼロを示す情報を出力してもよい。当該ゼロを示す情報は、当該Ａ／Ｄコンバーターが出力する情報の最小値である。
　例えば、当該Ａ／Ｄコンバーターの分解能が１２ビットであり、当該Ａ／Ｄコンバーターの入力レンジが０ボルト～Ｖmaxボルトである場合、λ１ｃにおける感度を示すアナログ電気信号の値は０ボルト以上Ｖmax／２12ボルト以下であってもよい。
　例えば、当該Ａ／Ｄコンバーターの分解能が１６ビットであり、当該Ａ／Ｄコンバーターの入力レンジが０ボルト～Ｖmaxボルトである場合、λ１ｃにおける感度を示すアナログ電気信号の値は０ボルト以上Ｖmax／２1６ボルト以下であってもよい。
　「λ２ｃにおいて感度がカットオフされる」とは「λ２ｃにおいて感度が実質的にゼロである」ことを意味してもよい。
　「λ２ｃにおいて感度が実質的にゼロである」とは、「λ２ｃにおいて感度を示す電気信号の値が、電気信号処理回路におけるノイズの値と同等である」ことを意味してもよい。
　「λ２ｃにおける感度が実質的にゼロである」とは、「λ２ａにおける感度に対して、λ２ｃにおける感度が実質的に０である」ことを意味してもよい。
　λ２ｃにおける感度を示すアナログ電気信号が、信号処理回路に含まれるＡ／Ｄコンバーターに入力されると、当該Ａ／Ｄコンバーターはゼロを示す情報を出力してもよい。当該ゼロを示す情報は、当該Ａ／Ｄコンバーターが出力する情報の最小値である。
　例えば、当該Ａ／Ｄコンバーターの分解能が１２ビットであり、当該Ａ／Ｄコンバーターの入力レンジが０ボルト～Ｖmaxボルトである場合、λ２ｃにおける感度を示すアナログ電気信号の値は０ボルト以上Ｖmax／２12ボルト以下であってもよい。
　例えば、当該Ａ／Ｄコンバーターの分解能が１６ビットであり、当該Ａ／Ｄコンバーターの入力レンジが０ボルト～Ｖmaxボルトである場合、λ２ｃにおける感度を示すアナログ電気信号の値は０ボルト以上Ｖmax／２1６ボルト以下であってもよい。
　第３の項目に係る素子は、第２の項目に係る素子において、
　前記第２感度特性は、波長λ２ｍで極小値を示し、
　ｆ２（λ２ｍ）＜ｆ２（λ２ａ）、λ２ｍ＜λ２ａであり、
　前記第２感度特性は、波長λ２ｂでｆ２（λ２ｂ）＝ｆ１（λ１ａ）を示し、
　λ２ｂ＜λ１ａである。
　第４の項目に係る素子は、第３の項目に係る素子において、
　（λ２ｂ＋λ２ｍ）／２＜λ１ａ＜（λ２ｍ＋λ２ａ）／２である。
　第５の項目に係る素子は、第１の項目に係る素子において、
　前記第１感度特性は、波長λ１ｃにおいて感度のカットオフを示し、λ１ａ＜λ１ｃであり、
　前記第１感度特性は、波長λ１ｍにおいて極小値を示し、
　ｆ１（λ１ｍ）＜ｆ１（λ１ａ）、λ１ｍ＜λ１ａである。
　第５’の項目に係る素子は、第２から第４のいずれかの項目に係る素子において、
　前記第１感度特性は、波長λ１ｍにおいて極小値を示し、
　ｆ１（λ１ｍ）＜ｆ１（λ１ａ）、λ１ｍ＜λ１ａである。
　第６の項目に係る素子は、第１から第４のいずれかの項目に係る素子において、
　前記第１光電変換素子および前記第２光電変換素子はそれぞれ、フォトダイオードまたはフォトコンダクターである。
　第７の項目に係る素子は、第１から第４のいずれかの項目に係る素子において、
　前記第１光電変換素子および前記第２光電変換素子はそれぞれ、信号を出力する第１電極と、前記第１電極に対向して位置する第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に位置する光電変換層と、を有し、
　前記第１光電変換素子に含まれる前記第１電極は第３電極、前記第１光電変換素子に含まれる前記第２電極は第４電極、前記第１光電変換素子に含まれる前記光電変換層は第１光電変換層であり、
　前記第２光電変換素子に含まれる前記第１電極は第５電極、前記第２光電変換素子に含まれる前記第２電極は第６電極、前記第２光電変換素子に含まれる前記光電変換層は第２光電変換層である。
　第８の項目に係る素子は、第７の項目に係る素子において、
　前記第４電極は前記第６電極と同一である。
　第９の項目に係る素子は、第７の項目に係る素子において、
　第１バッファー層、第２バッファー層、第３バッファー層、第４バッファー層の少なくとも１つを含み、
　前記第１バッファー層は前記第３電極と前記第１光電変換層の間に位置し、
　前記第２バッファー層は前記第４電極と前記第１光電変換層の間に位置し、
　前記第３バッファー層は前記第５電極と前記第２光電変換層の間に位置し、
　前記第４バッファー層は前記第６電極と前記第２光電変換層の間に位置する。
　第１０の項目に係る素子は、第７の項目に係る素子において、
　第１電荷ブロッキング層、第２電荷ブロッキング層、第３電荷ブロッキング層、第４層電荷ブロッキングの少なくとも１つを含み、
　前記第１電荷ブロッキング層は前記第３電極と前記第１光電変換層の間に位置し、
　前記第２電荷ブロッキング層は前記第４電極と前記第１光電変換層の間に位置し、
　前記第３電荷ブロッキング層は前記第５電極と前記第２光電変換層の間に位置し、
　前記第４電荷ブロッキング層は前記第６電極と前記第２光電変換層の間に位置する。
　第１１の項目に係る素子は、第７の項目に係る素子において、
　前記第１光電変換層と前記第２光電変換層の一方、または、前記第１光電変換層と前記第２光電変換層のそれぞれは、量子ドットを含む。
　第１２の項目に係る素子は、第１１の項目に係る素子において、
　前記量子ドットは、金属プニクタイド、金属カルコゲナイド、金属ハライドおよび金属カルコハライドのうちの少なくとも１つを含む。
　第１３の項目に係る素子は、第１２の項目に係る素子において、
　前記量子ドットは、前記金属カルコゲナイドを含み、
　前記金属カルコゲナイドは、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅまたはＨｇＣｄＴｅである。
　第１４の項目に係る素子は、第１から第４のいずれかの項目に係る素子において、
　前記第１光電変換素子と前記第２光電変換素子との間に設けられたスペーサをさらに備え、これにより、前記第１光電変換素子と前記第２光電変換素子は直接接触しない。
　第１５の項目に係る素子は、第１４の項目に係る素子において、
　前記第１光電変換素子と前記第２光電変換素子との間に設けられた接着剤をさらに備え、
　前記接着剤は、前記波長λ２ａの光を透過する。
　第１６の項目に係る素子は、第１から第４のいずれかの項目に係る素子において、
　前記入射面と前記前記第１光電変換素子の間に設けられた第１ロングパスフィルターをさらに備え、
　λｃｕｔ１＜λ１ａ、前記λｃｕｔ１は前記第１ロングパスフィルターのカットオフ波長である。
　第１７の項目に係る素子は、第１６の項目に係る素子において、
　前記第１光電変換素子と前記第２光電変換素子との間に位置する第２ロングパスフィルターをさらに備え、
　λ１ａ＜λｃｕｔ２＜λ２ａ、前記λｃｕｔ２は前記第２ロングパスフィルターのカットオフ波長である。
　第１８の項目に係る素子は、第１から第４のいずれかの項目に係る素子において、
　前記第１光電変換素子と前記第２光電変換素子との間に位置する第２ロングパスフィルターをさらに備え、
　λ１ａ＜λｃｕｔ２＜λ２ａ、前記λｃｕｔ２は前記第２ロングパスフィルターのカットオフ波長である。
　本開示に係る積層光電変換素子および積層光電変換素子アレイは、異なる波長の光を用いる物質の状態の非接触計測に適用可能で有る。特に、本開示に係る積層光電変換素子を用いた非接触温度計測装置および積層光電変換素子アレイを用いた撮像装置は、近赤外域から中赤外域の波長を用いた非接触での温度の計測等、さまざまな温度の計測に適用できる。
　１０　画素
　１２　画素アレイ
　２０　半導体基板
　３４　アドレス信号線
　３５　垂直信号線
　４２　垂直走査回路
　４４　水平信号読み出し回路
　４６　制御回路
　５０、５１、５２　信号検出回路
　６０、６１　演算部
　１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ　積層光電変換素子
　１０１　積層光電変換素子アレイ
　１１０、１１０Ａ、１１０Ｃ　第１光電変換素子
　１２０、１２０Ａ、１２０Ｃ　第２光電変換素子
　１１１、１２１　対向電極
　１１２、１２２　光電変換層
　１１３、１２３　電極
　１１４、１２４　基板
　１３０　第１ロングパスフィルター
　１４０　第２ロングパスフィルター
　２００　非接触温度計測装置
　２１０　撮像装置
　３０１　パッケージ
　３０１ａ　段差構造
　３０１ｂ　凹面
　３０２　保護基板
　３１１　ギャップ材
　３１２　突起部
　３１５、３１６　接着剤
　１１２１、１１２４、１２２１、１２２４　ブロック層
　１１２２、１１２３、１２２２、１２２３　バッファー層
　Ｗ　ギャップ

Claims (21)

  1. 　第１光電変換素子と、第２光電変換素子と、を備え、
    　前記第１光電変換素子と前記第２光電変換素子とは、光の入射側からこの順に積層されており、
    　前記第１光電変換素子は、波長λ１ａに感度のピークが存在する感度特性を有し、
    　前記第２光電変換素子は、波長λ２ａに感度のピークが存在する感度特性を有し、
    　λ１ａ＜λ２ａの関係が満たされ、
    　前記第２光電変換素子の前記波長λ２ａでの感度は、前記第１光電変換素子の前記波長λ１ａでの感度より小さい、
    　積層光電変換素子。
  2. 　前記第２光電変換素子の感度特性において、前記波長λ２ａより長波長側の波長λ２ｃに感度のカットオフが存在し、
    　前記第１光電変換素子の感度特性において、前記波長λ１ａより長波長側の波長λ１ｃに感度のカットオフが存在し、
    　λ１ｃ＜λ２ｃの関係が満たされる、
    　請求項１に記載の積層光電変換素子。
  3. 　前記第２光電変換素子の感度特性において、
    　　前記波長λ２ａより短波長側において、前記波長λ２ａでの感度よりも感度が低下して波長λ２ｍで感度の極小を示した後、前記波長λ２ｍより短波長側で感度が増加し、波長λ２ｂにおいて前記第１光電変換素子の前記波長λ１ａでの感度と同等の感度となり、
    　λ２ｂ＜λ１ａの関係が満たされる、
    　請求項２に記載の積層光電変換素子。
  4. 　（λ２ｂ＋λ２ｍ）／２＜λ１ａ＜（λ２ｍ＋λ２ａ）／２の関係が満たされる、
    　請求項３に記載の積層光電変換素子。
  5. 　前記第１光電変換素子の感度特性において、
    　　前記波長λ１ａより長波長側の波長λ１ｃに感度のカットオフが存在し、
    　　前記波長λ１ａより短波長側において、前記波長λ１ａでの感度よりも感度が低下して波長λ１ｍで感度の極小を示した後、前記波長λ１ｍより短波長側で感度が増加する、
    　請求項１から４のいずれか１項に記載の積層光電変換素子。
  6. 　前記第１光電変換素子および前記第２光電変換素子はそれぞれ、フォトダイオードまたはフォトコンダクターである、
    　請求項１から４のいずれか１項に記載の積層光電変換素子。
  7. 　前記第１光電変換素子および前記第２光電変換素子はそれぞれ、信号が出力される第１電極と、前記第１電極に対向して位置する第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に位置する光電変換層と、を有する、
    　請求項１から４のいずれか１項に記載の積層光電変換素子。
  8. 　前記第１光電変換素子と前記第２光電変換素子とは、前記第２電極を共有している、
    　請求項７に記載の積層光電変換素子。
  9. 　前記第１光電変換素子および前記第２光電変換素子の少なくとも一方は、前記光電変換層と前記第１電極との間、および、前記光電変換層と前記第２電極との間の少なくとも一方に位置するバッファー層をさらに有する、
    　請求項７に記載の積層光電変換素子。
  10. 　前記第１光電変換素子および前記第２光電変換素子の少なくとも一方は、前記光電変換層と前記第１電極との間、および、前記光電変換層と前記第２電極との間の少なくとも一方に位置する電荷ブロッキング層をさらに有する、
    　請求項７に記載の積層光電変換素子。
  11. 　前記第１光電変換素子および前記第２光電変換素子の少なくとも一方の前記光電変換層は、量子ドットを含む、
    　請求項７に記載の積層光電変換素子。
  12. 　前記量子ドットは、金属プニクタイド、金属カルコゲナイド、金属ハライドおよび金属カルコハライドのうちの少なくとも１つを含む、
    　請求項１１に記載の積層光電変換素子。
  13. 　前記量子ドットは、前記金属カルコゲナイドを含み、
    　前記金属カルコゲナイドは、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅまたはＨｇＣｄＴｅである、
    　請求項１２に記載の積層光電変換素子。
  14. 　前記第１光電変換素子および前記第２光電変換素子は、離間して積層されており、
    　前記積層光電変換素子は、前記第１光電変換素子と前記第２光電変換素子とのギャップを一定に保持する保持部をさらに備える、
    　請求項１から４のいずれか１項に記載の積層光電変換素子。
  15. 　前記第１光電変換素子と前記第２光電変換素子との間に充填される接着剤をさらに備え、
    　前記接着剤は、前記波長λ２ａの光の透過性を有する、
    　請求項１４に記載の積層光電変換素子。
  16. 　前記第１光電変換素子の前記光の入射側に位置する第１ロングパスフィルターをさらに備え、
    　前記第１ロングパスフィルターのカットオフ波長λｃｕｔ１は、前記波長λ１ａより短い、
    　請求項１から４のいずれか１項に記載の積層光電変換素子。
  17. 　前記第１光電変換素子と前記第２光電変換素子との間に位置する第２ロングパスフィルターをさらに備え、
    　前記第２ロングパスフィルターのカットオフ波長λｃｕｔ２は、前記波長λ１ａより長く、前記波長λ２ａより短い、
    　請求項１６に記載の積層光電変換素子。
  18. 　前記第１光電変換素子と前記第２光電変換素子との間に位置する第２ロングパスフィルターをさらに備え、
    　前記第２ロングパスフィルターのカットオフ波長λｃｕｔ２は、前記波長λ１ａより長く、前記波長λ２ａより短い、
    　請求項１から４のいずれか１項に記載の積層光電変換素子。
  19. 　請求項１から４のいずれか１項に記載の積層光電変換素子を複数備え、
    　前記複数の積層光電変換素子は、１次元または２次元に配列されている、
    　積層光電変換素子アレイ。
  20. 　請求項１から４のいずれか１項に記載の積層光電変換素子と、
    　前記第１光電変換素子から出力される第１信号、および、前記第２光電変換素子から出力される第２信号を検出する信号検出回路と、
    　前記信号検出回路が検出した前記第１信号および前記第２信号に基づいて温度を演算する演算部と、を備える、
    　非接触温度計測装置。
  21. 　温度画像を撮像する撮像装置であって、
    　請求項１９に記載の積層光電変換素子アレイと、
    　前記複数の積層光電変換素子それぞれの前記第１光電変換素子から出力される第１信号、および、前記複数の積層光電変換素子それぞれの前記第２光電変換素子から出力される第２信号を検出する信号検出回路と、
    　前記信号検出回路が検出した前記第１信号および前記第２信号に基づいて、前記複数の積層光電変換素子のそれぞれの出力に対応する温度を演算する演算部と、を備える、
    　撮像装置。
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