JP2012023400A - Photoelectric conversion element and solid state imaging device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、下部電極と、前記下部電極と対向する上部電極と、前記下部電極と前記上部電極との間に形成された光電変換層とを有し、前記下部電極と前記上部電極との間にバイアス電圧を印加して光電流を取り出す光電変換素子及びそれを備える固体撮像素子に関する。 The present invention includes a lower electrode, an upper electrode facing the lower electrode, and a photoelectric conversion layer formed between the lower electrode and the upper electrode, and the gap between the lower electrode and the upper electrode. The present invention relates to a photoelectric conversion element that takes out a photocurrent by applying a bias voltage to a solid-state imaging device including the photoelectric conversion element.
通常の単板式の固体撮像素子は、電荷転送路と略同一平面にフォトダイオードを設けているため、画素の高集積化に伴い光がフォトダイオードに導波されにくくなるという欠点を持つ。そのため、マイクロレンズ等で入射光をフォトダイオードに集光させてはいるが、その集光効率は十分でなく、また、光入射角によって集光効率も異なることがあり、シェーディング等の問題を生じる。さらに、マイクロレンズ形成にあたってプロセス数は増し、コストアップにもつながる。色分離した信号を得るためには、カラーフィルターも必要となり、これもプロセス数増加、コストアップにつながる。 A normal single-plate solid-state imaging device has a disadvantage that light is less likely to be guided to the photodiode due to higher integration of pixels because the photodiode is provided in substantially the same plane as the charge transfer path. Therefore, although incident light is condensed on the photodiode by a microlens or the like, the light collection efficiency is not sufficient, and the light collection efficiency may vary depending on the light incident angle, which causes problems such as shading. . Furthermore, the number of processes increases in forming microlenses, leading to an increase in cost. In order to obtain a color-separated signal, a color filter is also required, which also increases the number of processes and increases costs.
開口率の高い撮像素子として、a―Si(アモルファスシリコン)光電変換層を一対の電極で挟んだ光電変換素子を、信号読出し回路が形成されたシリコン基板上に設けた撮像素子が提案されている(特許文献1参照)。しかしながら、a―Siでは可視域の光を色分離良く分光することが難しく、カラーフィルターが必要となり、コストアップにつながる。また、十分な光吸収を望むには光電変換層の厚みが数μm必要で、高周波グロー放電分解法による製造コストが高い。 As an image pickup element having a high aperture ratio, an image pickup element in which a photoelectric conversion element in which an a-Si (amorphous silicon) photoelectric conversion layer is sandwiched between a pair of electrodes is provided on a silicon substrate on which a signal readout circuit is formed has been proposed. (See Patent Document 1). However, with a-Si, it is difficult to separate light in the visible range with good color separation, and a color filter is required, leading to an increase in cost. Further, in order to achieve sufficient light absorption, the thickness of the photoelectric conversion layer needs to be several μm, and the manufacturing cost by the high frequency glow discharge decomposition method is high.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、光電変換層を厚くすることなく光吸収率を向上させることができると共に、作用スペクトルをシャープ化することが可能な光電変換素子とそれを備える固体撮像素子を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, a photoelectric conversion element capable of improving the light absorption rate without increasing the thickness of the photoelectric conversion layer and sharpening the action spectrum, and the photoelectric conversion element. An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device.
本発明の光電変換素子は、下部電極と、前記下部電極と対向する上部電極と、前記下部電極と前記上部電極との間に形成された有機の光電変換材料を含む光電変換層とを有し、前記下部電極と前記上部電極との間にバイアス電圧を印加して光電流を取り出す光電変換素子であって、前記上部電極を光入射側の電極であり、前記上部電極が透明であり、前記下部電極が光の反射機能を有する金属電極であり、前記下部電極が電子取り出し用の電極であり、前記上部電極が正孔取り出し用の電極であり、前記光電変換層と前記上部電極との間に、前記光電変換層の表面の凹凸を緩和する有機の正孔輸送性材料からなる平滑層を備え、前記光電変換層の厚みが50nm〜100nmであり、前記平滑層の厚みが150nm〜200nmであるものである。 The photoelectric conversion element of the present invention has a lower electrode, an upper electrode facing the lower electrode, and a photoelectric conversion layer including an organic photoelectric conversion material formed between the lower electrode and the upper electrode. A photoelectric conversion element for extracting a photocurrent by applying a bias voltage between the lower electrode and the upper electrode, wherein the upper electrode is a light incident side electrode, and the upper electrode is transparent, The lower electrode is a metal electrode having a light reflection function, the lower electrode is an electrode for extracting electrons, the upper electrode is an electrode for extracting holes, and between the photoelectric conversion layer and the upper electrode A smooth layer made of an organic hole transporting material that relieves unevenness on the surface of the photoelectric conversion layer, the thickness of the photoelectric conversion layer is 50 nm to 100 nm, and the thickness of the smooth layer is 150 nm to 200 nm. There is That.
本発明の光電変換素子は、前記有機の光電変換材料が、キナクリドン骨格、フタロシアニン骨格、及びアントラキノン骨格の材料のいずれかを含むものである。 In the photoelectric conversion element of the present invention, the organic photoelectric conversion material includes any of materials having a quinacridone skeleton, a phthalocyanine skeleton, and an anthraquinone skeleton.
本発明の光電変換素子は、前記正孔輸送性材料がトリフェニルアミン構造を有する材料であるものを含む。 The photoelectric conversion element of the present invention includes one in which the hole transporting material is a material having a triphenylamine structure.
本発明の光電変換素子は、前記正孔輸送性材料がスターバーストアミン構造を有する材料であるものを含む。 The photoelectric conversion element of the present invention includes one in which the hole transporting material is a material having a starburst amine structure.
本発明の光電変換素子は、入射光に対する前記光電変換素子全体の光吸収率が、前記光電変換層の吸収ピーク波長において80%以上であるものを含む。 The photoelectric conversion element of the present invention includes an element in which the light absorption rate of the entire photoelectric conversion element with respect to incident light is 80% or more at the absorption peak wavelength of the photoelectric conversion layer.
本発明の光電変換素子は、入射光に対する前記光電変換素子の作用スペクトルの半値幅が130nm以下であるものを含む。 The photoelectric conversion element of the present invention includes one having a half-value width of an action spectrum of the photoelectric conversion element with respect to incident light of 130 nm or less.
本発明の固体撮像素子は、半導体基板上方の同一平面上にアレイ状に多数配置された前記光電変換素子と、前記多数の光電変換素子の各々で発生した信号電荷に応じた信号を読み出す信号読出し部とを備えるものである。 The solid-state imaging device according to the present invention includes a plurality of photoelectric conversion elements arranged in an array on the same plane above a semiconductor substrate, and a signal readout for reading a signal corresponding to a signal charge generated in each of the multiple photoelectric conversion elements Part.
本発明の固体撮像素子は、前記信号読出し部が、前記半導体基板に形成されたCMOS回路またはCCDからなるものである。 In the solid-state imaging device according to the present invention, the signal reading unit is formed of a CMOS circuit or a CCD formed on the semiconductor substrate.
本発明によれば、光電変換層を厚くすることなく光吸収率を向上させることができると共に、作用スペクトルをシャープ化することが可能な光電変換素子とそれを備える固体撮像素子を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a photoelectric conversion element capable of improving the light absorption rate without increasing the thickness of the photoelectric conversion layer and sharpening the action spectrum, and a solid-state imaging device including the photoelectric conversion element. it can.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(第一実施形態)
図1は、本発明の第一実施形態を説明するための光電変換素子の概略構成を示す断面模式図である。
図1に示す光電変換素子100は、基板1上に形成された下部電極2と、下部電極2に対向する上部電極4と、下部電極2と上部電極4との間の中間層とを備え、中間層には、光電変換層3が少なくとも含まれる。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of a photoelectric conversion element for explaining a first embodiment of the present invention.
A
図1の例では、上部電極4側から光が入射され、この光に応じた電荷が光電変換層3で発生する。そして、下部電極2と上部電極4とに、例えば0.1V以上〜30V以下のバイアス電圧を印加することで、光電変換層3で発生した電荷が下部電極2及び上部電極4に移動し、下部電極2及び上部電極4のいずれかに移動した電荷に応じた信号を外部に取り出すことができる構成となっている。
In the example of FIG. 1, light is incident from the
下部電極2は、光電変換層3で発生した電荷(電子又は正孔)を捕集するための電極である。下部電極2には、光を反射する反射機能を有する金属電極が用いられる。このような金属電極としては、Ag,Al,Ca,In,Mg,Mn,Ta,Ti,V,W,Au,Co,Fe,Mo,Pd,Pt等、あるいはこれらの混合物等が挙げられる。下部電極2の材料は、光電変換層3で吸収される光の波長に応じて適宜選択すれば良い。例えば、光電変換層3が約420nm〜約660nmの範囲の可視光を吸収する場合には、下部電極2を、可視光を反射する機能を有する金属電極にし、光電変換層3が赤外域の光を吸収する場合には、下部電極2を、赤外域の光を反射する機能を有する金属電極にすれば良い。尚、下部電極2は、その上に光電変換層3を形成するため、この表面が凸凹だと、光電変換層3がこの凸凹を反映した形状となり、素子の性能劣化に繋がってしまう。このため、下部電極2の表面の平均面粗さRaは3nm以下であることが好ましい。
The
上部電極4は、光電変換層3で発生した電荷(電子又は正孔)を捕集するための電極である。光電変換層3に光を入射させる必要があるため、上部電極4は透明であることが好ましい。本明細書において、透明とは、可視光又は赤外光を80%以上透過することを言う。透明な電極材料としては、透明導電性酸化物が適当であり、プロセス適性や平滑性の観点からITO(Snがドープされた酸化インジウム)等が候補として挙げられる。又、上部電極4として、金属を蒸着した金属薄膜を用いることで、光を透過する機能を持たせても良い。上部電極4の厚みは、材料と必要な光透過率によって異なるが、5nm〜200nmの範囲が好ましい。
The
光電変換層3は、特定の波長の光を吸収して、吸収した光に応じた電荷を発生する光電変換材料で構成される。光電変換層3は単層構造でも多層構造でも良い。光電変換層3を構成する光電変換材料としては、無機材料と有機材料を用いることができるが、分光特性や感度に優れる点から、有機材料を用いることが特に好ましい。光電変換性能の高さから、結晶性の高い有機材料がさらに好ましい。光電変換層3を構成する有機材料としては、キナクリドン骨格、フタロシアニン骨格、及びアントラキノン骨格の材料等が挙げられる。光電変換層3として以下の化学式1で示されるキナクリドンを用いた場合には、光電変換層3にて緑色の波長域の光を吸収してこれに応じた電荷を発生することが可能となる。光電変換層3として以下の化学式2で示される亜鉛フタロシアニンを用いた場合には、光電変換層3にて赤色の波長域の光を吸収してこれに応じた電荷を発生することが可能となる。光電変換層3として以下の化学式3で示されるアントラキノンAを用いた場合には、光電変換層3にて青色の波長域の光を吸収してこれに応じた電荷を発生することが可能となる。
The
尚、中間層には、光電変換層3の他に、下部電極2及び上部電極4へバイアス電圧印加時に、下部電極2や上部電極4から光電変換層3へ電荷が注入されるのを抑制するための電荷ブロッキング層等を含んでいても良い。
In addition to the
単純に考えた場合、光電変換素子100に光が入射すると、上部電極4を透過した光の特定の波長域の光が光電変換層3で吸収され、光電変換層3を透過した光は、下部電極2で反射され光電変換層3に再入射し、光電変換層3で先ほど吸収しきれなかった光がさらに吸収されることとなる。そして、下部電極2と上部電極4にバイアス電圧を印加すると、光電変換層3で発生した電荷が下部電極2及び上部電極4によって捕集され、光電流が外部に取り出される。このように、下部電極での光反射の効果により、光吸収率を増加させることができる。
In a simple case, when light enters the
光反射の効果は、単純な光の往復による吸収率増加以外にも挙げることができる。入射光と反射光の光電場が干渉することによって、光吸収率は中間層の厚さや入射光の波長等に応じて複雑に変化する。この干渉効果を利用することでさらに光吸収率を増加させることができる。 The effect of light reflection can be cited in addition to an increase in absorption rate due to simple light reciprocation. When the photoelectric fields of incident light and reflected light interfere with each other, the light absorption rate changes in a complicated manner depending on the thickness of the intermediate layer, the wavelength of the incident light, and the like. By using this interference effect, the light absorption rate can be further increased.
このように、下部電極2で光を反射させることで、光電変換層3の光吸収率がアップするため、光電変換層3の厚みを厚くしなくても、光吸収率を稼ぐことが可能となる。後述するシミュレーションの比較で分かるように、膜厚および材料を適切に設計することにより、光電変換層を100nm以下としても可視域における吸収ピーク波長において80%以上の光を吸収させることができる。
Thus, since the light absorption rate of the
さらに、干渉効果により、光吸収率は中間層の厚さや入射光の波長等に応じて変化するため、光電変換層3における光吸収スペクトルの半値幅も変化する。これを利用し、適切な光学定数を持つ材料とその厚みを設計することで、光電変換層3における吸収スペクトルをシャープ化することができ、光電変換素子の作用スペクトルをシャープ化することが可能となる。後述する実施例1,2に記載のように半値幅を130nm以下とすることができる。
Furthermore, because of the interference effect, the light absorptance changes according to the thickness of the intermediate layer, the wavelength of incident light, and the like, so the half width of the light absorption spectrum in the
光電変換層3を薄くした場合には、次のような課題が発生する。
上部電極4に用いられる透明導電性酸化物は一般にスパッタ法により形成されるため、光電変換層3上に上部電極4を形成する際、上部電極4の形成時に、既に形成されている光電変換層3の表面の凹凸にスパッタ粒子が潜り込み、素子をショートさせやすい。光電変換層3が薄い場合は、この問題が顕著となる。特に、光電変換層として、凹凸の多い顔料系材料等によって形成した多結晶層を用いた場合には、この現象が更に顕著となる。ここで、多結晶層とは同一材料で結晶方位の異なる微結晶が集合した層であり、単結晶材料やアモルファス材料に比べて、その表面に比較的凹凸が多く存在する。
When the
Since the transparent conductive oxide used for the
また、光電変換層3の薄型化とは直接関係ないが、上部電極4はスパッタ法により形成されるため、スパッタ時のプラズマによって光電変換層3に損傷を与え、素子特性を劣化させやすい。さらに、光電変換層3の表面の凹凸にスパッタ粒子が潜り込むことで、上部電極4表面にも凹凸が形成される。上部電極4表面に凹凸があると、光電変換層3へのバイアス印加時に、光電変換層3内に均一な電界をかけることができず、局所的に高電界となる領域が生じ、リーク電流増大の原因ともなる。
Although not directly related to the thinning of the
そこで、このような課題を解決するための構成を図2に示した。
図2は、本発明の第一実施形態を説明するための光電変換素子の変形例の概略構成を示す断面模式図である。図2において図1と同様の構成には同一符号を付してある。
図2に示す光電変換素子200は、図1に示す光電変換素子100の光電変換層3と上部電極4との間に、光電変換層3の表面の凹凸を緩和する平滑層5を追加した構成である。平滑層表面の平均面粗さRaが1nm以下であることが好ましい。なお、平滑層を導入したことによる効果については、特願2006−45955において詳細に説明されている。
Therefore, FIG. 2 shows a configuration for solving such a problem.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of a modification of the photoelectric conversion element for explaining the first embodiment of the present invention. In FIG. 2, the same components as those in FIG.
The
平滑層5は、その表面に凹凸が少なく且つ光電変換層3をショートさせない材料であれば良く、有機材料や無機材料を用いることができる。特に、アモルファス材料は、その表面に凹凸があまりないため、好ましく用いられる。平滑層5は、光電変換層3に光を入射させる必要があるため、透明であることが好ましい。平滑層5の厚みは、10〜300nmの範囲が好ましい。特に、凹凸を効果的に緩和するためには30nm以上が好ましく、また、厚すぎると光電変換層3に印加すべきバイアス電圧が大きくなってしまうため、200nm以下であることが好ましい。又、ショートを効果的に防ぐために、平滑層5の表面の平均面粗さRaは1nm以下であることが好ましい。
The
図2に示す光電変換素子200において、上部電極4を正孔取り出し用の電極とした場合、つまり、光電変換層3で発生した正孔を上部電極4に、電子を下部電極2に移動させるようにバイアス電圧を印加した場合、平滑層5を構成する材料は、正孔輸送性材料であることが好ましい。平滑層5に適している正孔輸送性材料としては、トリフェニルアミン構造を有するトリフェニルアミン系の有機材料が挙げられる。さらにトリフェニルアミン系の有機材料としては、トリフェニルアミン構造が星状に繋がっているスターバーストアミン構造を有するスターバーストアミン系の有機材料が挙げられる。ここで、スターバーストアミン構造とは、以下の化学式4に示したTDATAの構造を言う。トリフェニルアミン系の有機材料としては、以下の化学式5に示した材料(アミンAとする)等を用いることができ、さらにスターバーストアミン系の有機材料としては、以下の化学式6に示したm−MTDATA(4,4’,4’’−tris(3−methylphenylphenylamino)triphenylamine)等を用いることができる。
In the
又、光電変換素子200において、上部電極4を電子取り出し用の電極とした場合、つまり、光電変換層3で発生した電子を上部電極4に、正孔を下部電極2に移動させるようにバイアス電圧を印加した場合、平滑層5を構成する材料は、電子輸送性材料であることが好ましい。平滑層5に適している電子輸送性材料としては、以下の化学式7に示すAlq3(tris(8−hydroxyquinolinato)aluminum(III))もしくはその誘導体等を用いることができる。
この平滑層5が存在することにより、上部電極4をスパッタ法によって形成する場合でも、光電変換層3表面の凹凸にスパッタ粒子が潜り込むことを防ぐことができる。又、平滑層5によって光電変換層3がプラズマに曝されるのを防ぐことができる。又、平滑層5上に上部電極4が形成されるため、上部電極4を平坦に形成することができ、光電変換層3内に均一な電界を印加することができるようになる。このように、平滑層5を設けたことで、電極成膜時における光電変換素子200の性能劣化を防ぐことが可能となる。尚、光電変換層3の表面における凹凸は、光電変換層3が多結晶層で構成されている場合において顕著に見られる。このため、このような構成において平滑層5を設けることが特に効果的である。又、平滑層5は、それ自身、光電変換材料で構成しても良い。多結晶層を構成する有機材料としては、上述したキナクリドンが挙げられる。
Due to the presence of the
図1、図2に示すような光電変換層を2つの電極で挟んだ構造の光電変換素子では、特に、ITO等の透明性の高い透明電極を電子取り出し用の電極とした場合、バイアス印加時の暗電流がかなり大きなものとなる。 In the photoelectric conversion element having a structure in which the photoelectric conversion layer shown in FIGS. 1 and 2 is sandwiched between two electrodes, particularly when a transparent electrode having high transparency such as ITO is used as an electrode for extracting electrons, a bias is applied. The dark current is considerably large.
暗電流が大きくなる原因の一つとして、バイアス印加時に電子取り出し用の電極から光電変換層へと流入する電流が考えられる。ITO透明電極等の透明性の高い電極を電子取り出し用の電極とした場合は、その電極の仕事関数が比較的大きいことにより、正孔が電子取り出し用の電極から光電変換層へと注入される際の障壁が低くなり、光電変換層への正孔注入が起こりやすくなるのではないかと考えられた。実際、ITO等の透明性の高い金属酸化物系透明電極の仕事関数を調べてみると、例えばITO電極の仕事関数は4.8eV程度であり、Al(アルミニウム)電極の仕事関数が約4.3eVであるのと比べてかなり高く、また、ITO以外の他の金属酸化物系の透明電極も、最も小さいAZO(Alがドープされた酸化亜鉛)の4.5eV程度を除くと、約4.6〜5.4とその仕事関数は比較的大きいものであることが知られている(例えば、J.Vac.Sci.Technol.A17(4),Jul/Aug 1999 p.1765−1772のFig.12参照)。 One possible cause of the dark current is the current flowing from the electrode for extracting electrons into the photoelectric conversion layer when a bias is applied. When a highly transparent electrode such as an ITO transparent electrode is used as an electrode for extracting electrons, holes are injected from the electrode for extracting electrons into the photoelectric conversion layer because the work function of the electrode is relatively large. It was thought that the barrier at the time would be low and hole injection into the photoelectric conversion layer would easily occur. Actually, when examining the work function of a highly transparent metal oxide transparent electrode such as ITO, the work function of the ITO electrode is about 4.8 eV, and the work function of the Al (aluminum) electrode is about 4. It is considerably higher than 3 eV, and other metal oxide-based transparent electrodes other than ITO are about 4. e.g., except for the smallest AZO (Al-doped zinc oxide) of about 4.5 eV. 6 to 5.4 and its work function are known to be relatively large (for example, see J. Vac. Sci. Technol. A17 (4), Jul / Aug 1999 p. 1765-1772, FIG. 1). 12).
このように、電子取り出し用の電極の仕事関数が大きいと、バイアス印加時に、正孔が電子取り出し用の電極から光電変換層へ移動する際の障壁が低くなり、電子取り出し用の電極から光電変換層への正孔注入が起こりやすく、その結果として暗電流が大きくなると考えられる。 Thus, when the work function of the electrode for extracting electrons is large, the barrier when holes are transferred from the electrode for extracting electrons to the photoelectric conversion layer when a bias is applied is lowered, and photoelectric conversion from the electrode for extracting electrons is performed. It is considered that hole injection tends to occur in the layer, and as a result, dark current increases.
そこで、図1,2に示す光電変換素子100,200において、電子取り出し用の電極の仕事関数を4.5eV以下とすることが好ましい。例えば、上部電極4を電子取り出し用の電極としたときの、上部電極4の仕事関数を4.5eV以下にする方法を以下に列挙する。なお、電極の仕事関数の調整については、特願2005−251745号において詳細に説明されている。
Therefore, in the
(A)上部電極4と光電変換層3との間に、上部電極2の仕事関数を調節する仕事関数調節層を設ける。
例えば、上部電極4としてITOを使用し、仕事関数調節層として仕事関数4.5eV以下のInまたはAgまたはMgを含む金属薄膜を使用する。(B)上部電極4として、仕事関数4.5eV以下の導電性透明金属酸化物薄膜を使用する。
例えば、導電性透明金属酸化物薄膜として、仕事関数4.5eVのAZO薄膜を使用する。(C)上部電極4として、金属酸化物にドープして仕事関数を4.5eV以下とした透明電極を使用する。
例えば、導電性金属酸化物としてのITOにCsをドープして仕事関数を4.5eV以下とした電極を使用する。(D)上部電極4として、導電性透明金属酸化物薄膜を表面処理して仕事関数を4.5eV以下とした電極を使用する。
例えば、上部電極4としてITOを用い、このITOをアルカリ性溶液に浸して表面処理し、仕事関数を4.5eV以下とした電極を使用する。または、ITOをArイオンまたはNeイオンでスパッタして表面処理し、仕事関数を4.5eV以下とした電極を使用する。
(A) A work function adjusting layer for adjusting the work function of the
For example, ITO is used as the
For example, an AZO thin film having a work function of 4.5 eV is used as the conductive transparent metal oxide thin film. (C) As the
For example, an electrode having a work function of 4.5 eV or less by doping Cs into ITO as a conductive metal oxide is used. (D) As the
For example, ITO is used as the
尚、下部電極2を電子取り出し用の電極とした場合には、下部電極2の仕事関数を4.5eV以下とすれば良い。下部電極2は、もともと仕事関数が小さい金属電極を用いているため、材料の選択によって仕事関数を簡単に4.5eV以下にすることができる。
When the
光入射側の電極である上部電極4を電子取り出し用の電極とした場合は、正孔取り出し用の電極である下部電極2の仕事関数を4.5eV以上とするのがよく、さらに上部電極4の仕事関数を4.5eV以下とすることで、暗電流を抑制できると共に、バイアス電圧を低く抑えられることを見出した。
When the
下部電極2の材料となる金属は以下の表2に示すように、仕事関数が4.5eV以下のものがほとんどであり、4.5eV以上の金属としてはAu,Co,Fe,Mo,Pd,Pt等、あるいはこれらの混合物等が挙げられる。このため、これらを下部電極2に用いることで、下部電極2の仕事関数を4.5eV以上にすることもできるが、これらは光反射機能が大きくないため、光干渉効果が弱くなってしまう。又、材料自体も高価であり、製造コストが高くなってしまう。そこで、光干渉効果の維持と低コスト化を実現しながら、下部電極2の仕事関数を4.5eV以上にしたい場合には、図3,4に示すような構成とすれば良い。
As shown in Table 2 below, most of the metals used as the material of the
図3は、本発明の第一実施形態を説明するための光電変換素子の変形例の概略構成を示す断面模式図である。図3において図1と同様の構成には同一符号を付してある。図4は、本発明の第一実施形態を説明するための光電変換素子の変形例の概略構成を示す断面模式図である。図4において図2と同様の構成には同一符号を付してある。 FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of a modification of the photoelectric conversion element for explaining the first embodiment of the present invention. 3, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of a modification of the photoelectric conversion element for explaining the first embodiment of the present invention. In FIG. 4, the same components as those in FIG.
図3に示す光電変換素子300は、図1に示す光電変換素子100の下部電極2と光電変換層3との間に、下部電極2の仕事関数を調整するための仕事関数調整層6を追加した構成である。図4に示す光電変換素子400は、図2に示す光電変換素子200の下部電極2と光電変換層3との間に、下部電極2の仕事関数を調整するための仕事関数調整層6を追加した構成である。尚、光電変換素子300と光電変換素子400は、それぞれ上部電極4を電子取り出し用の電極として用いる。
In the
仕事関数調整層6は、下部電極2の仕事関数を4.5eV以上に調整するためのものであり、仕事関数が4.5eV以上の透明電極が用いられる。このような透明電極材料としては、透明導電性酸化物が適当であり、プロセス適性や平滑性の観点からITO(Snがドープされた酸化インジウム)等が候補として挙げられる。このように、仕事関数調整層6を設けることで、下部電極2の材料選択の制限を緩めることができ、光干渉効果を維持して低コスト化を実現しながら、暗電流を抑制し、低バイアスで駆動させることが可能となる。
The work
以下に、ITOからなる透明電極の仕事関数調整に関する文献例を挙げる。 Examples of literature relating to work function adjustment of a transparent electrode made of ITO will be given below.
また、以下に、仕事関数が4.5以下の金属をその特性とともに列挙する。 Moreover, the metal whose work function is 4.5 or less is enumerated below with the characteristic.
以下、上述した光電変換層3を含む中間層の具体例について説明する。
Hereinafter, specific examples of the intermediate layer including the above-described
(中間層)
中間層は、光電変換層、電子輸送部位、正孔輸送部位、電子阻止部位、正孔阻止部位、結晶化防止部位等の積み重ねもしくは混合から形成される。あるいは、光電変換層単独でもよい。光電変換層は有機p型化合物または有機n型化合物を含有することが好ましい。
(Middle layer)
The intermediate layer is formed by stacking or mixing a photoelectric conversion layer, an electron transport site, a hole transport site, an electron blocking site, a hole blocking site, a crystallization preventing site, and the like. Alternatively, the photoelectric conversion layer alone may be used. The photoelectric conversion layer preferably contains an organic p-type compound or an organic n-type compound.
有機p型半導体(化合物)は、ドナー性有機半導体(化合物)であり、主に正孔輸送性有機化合物に代表され、電子を供与しやすい性質がある有機化合物をいう。さらに詳しくは2つの有機材料を接触させて用いたときにイオン化ポテンシャルの小さい方の有機化合物をいう。したがって、ドナー性有機化合物は、電子供与性のある有機化合物であればいずれの有機化合物も使用可能である。例えば、トリアリールアミン化合物、ベンジジン化合物、ピラゾリン化合物、スチリルアミン化合物、ヒドラゾン化合物、トリフェニルメタン化合物、カルバゾール化合物、ポリシラン化合物、チオフェン化合物、フタロシアニン化合物、シアニン化合物、メロシアニン化合物、オキソノール化合物、ポリアミン化合物、インドール化合物、ピロール化合物、ピラゾール化合物、ポリアリーレン化合物、縮合芳香族炭素環化合物(ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、フェナントレン誘導体、テトラセン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体、フルオランテン誘導体)、含窒素ヘテロ環化合物を配位子として有する金属錯体等を用いることができる。なお、これに限らず、上記したように、n型(アクセプター性)化合物として用いた有機化合物よりもイオン化ポテンシャルの小さい有機化合物であればドナー性有機半導体として用いてよい。 The organic p-type semiconductor (compound) is a donor-type organic semiconductor (compound), which is mainly represented by a hole-transporting organic compound and refers to an organic compound having a property of easily donating electrons. More specifically, an organic compound having a smaller ionization potential when two organic materials are used in contact with each other. Therefore, any organic compound can be used as the donor organic compound as long as it is an electron-donating organic compound. For example, triarylamine compound, benzidine compound, pyrazoline compound, styrylamine compound, hydrazone compound, triphenylmethane compound, carbazole compound, polysilane compound, thiophene compound, phthalocyanine compound, cyanine compound, merocyanine compound, oxonol compound, polyamine compound, indole Compounds, pyrrole compounds, pyrazole compounds, polyarylene compounds, condensed aromatic carbocyclic compounds (naphthalene derivatives, anthracene derivatives, phenanthrene derivatives, tetracene derivatives, pyrene derivatives, perylene derivatives, fluoranthene derivatives), nitrogen-containing heterocyclic compounds The metal complex etc. which it has as can be used. Not limited to this, as described above, any organic compound having an ionization potential smaller than that of the organic compound used as the n-type (acceptor property) compound may be used as the donor organic semiconductor.
有機n型半導体(化合物)は、アクセプター性有機半導体(化合物)であり、主に電子輸送性有機化合物に代表され、電子を受容しやすい性質がある有機化合物をいう。さらに詳しくは2つの有機化合物を接触させて用いたときに電子親和力の大きい方の有機化合物をいう。したがって、アクセプター性有機化合物は、電子受容性のある有機化合物であればいずれの有機化合物も使用可能である。例えば、縮合芳香族炭素環化合物(ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、フェナントレン誘導体、テトラセン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体、フルオランテン誘導体)、窒素原子、酸素原子、硫黄原子を含有する5ないし7員のヘテロ環化合物(例えばピリジン、ピラジン、ピリミジン、ピリダジン、トリアジン、キノリン、キノキサリン、キナゾリン、フタラジン、シンノリン、イソキノリン、プテリジン、アクリジン、フェナジン、フェナントロリン、テトラゾール、ピラゾール、イミダゾール、チアゾール、オキサゾール、インダゾール、ベンズイミダゾール、ベンゾトリアゾール、ベンゾオキサゾール、ベンゾチアゾール、カルバゾール、プリン、トリアゾロピリダジン、トリアゾロピリミジン、テトラザインデン、オキサジアゾール、イミダゾピリジン、ピラリジン、ピロロピリジン、チアジアゾロピリジン、ジベンズアゼピン、トリベンズアゼピン等)、ポリアリーレン化合物、フルオレン化合物、シクロペンタジエン化合物、シリル化合物、含窒素ヘテロ環化合物を配位子として有する金属錯体などが挙げられる。なお、これに限らず、上記したように、ドナー性有機化合物として用いた有機化合物よりも電子親和力の大きな有機化合物であればアクセプター性有機半導体として用いてよい。 Organic n-type semiconductors (compounds) are acceptor organic semiconductors (compounds), which are mainly represented by electron-transporting organic compounds and refer to organic compounds that easily accept electrons. More specifically, the organic compound having the higher electron affinity when two organic compounds are used in contact with each other. Therefore, as the acceptor organic compound, any organic compound can be used as long as it is an electron-accepting organic compound. For example, condensed aromatic carbocyclic compounds (naphthalene derivatives, anthracene derivatives, phenanthrene derivatives, tetracene derivatives, pyrene derivatives, perylene derivatives, fluoranthene derivatives), 5- to 7-membered heterocyclic compounds containing nitrogen atoms, oxygen atoms, and sulfur atoms (E.g. pyridine, pyrazine, pyrimidine, pyridazine, triazine, quinoline, quinoxaline, quinazoline, phthalazine, cinnoline, isoquinoline, pteridine, acridine, phenazine, phenanthroline, tetrazole, pyrazole, imidazole, thiazole, oxazole, indazole, benzimidazole, benzotriazole, Benzoxazole, benzothiazole, carbazole, purine, triazolopyridazine, triazolopyrimidine, tetrazaindene, o Metal complexes having as ligands such as saziazole, imidazopyridine, pyralidine, pyrrolopyridine, thiadiazolopyridine, dibenzazepine, tribenzazepine), polyarylene compounds, fluorene compounds, cyclopentadiene compounds, silyl compounds, nitrogen-containing heterocyclic compounds Etc. Note that the present invention is not limited thereto, and as described above, any organic compound having an electron affinity higher than that of the organic compound used as the donor organic compound may be used as the acceptor organic semiconductor.
p型有機色素、またはn型有機色素としては、いかなるものを用いても良いが、好ましくは、シアニン色素、スチリル色素、ヘミシアニン色素、メロシアニン色素(ゼロメチンメロシアニン(シンプルメロシアニン)を含む)、3核メロシアニン色素、4核メロシアニン色素、ロダシアニン色素、コンプレックスシアニン色素、コンプレックスメロシアニン色素、アロポーラ色素、オキソノール色素、ヘミオキソノール色素、スクアリウム色素、クロコニウム色素、アザメチン色素、クマリン色素、アリーリデン色素、アントラキノン色素、トリフェニルメタン色素、アゾ色素、アゾメチン色素、スピロ化合物、メタロセン色素、フルオレノン色素、フルギド色素、ペリレン色素、フェナジン色素、フェノチアジン色素、キノン色素、インジゴ色素、ジフェニルメタン色素、ポリエン色素、アクリジン色素、アクリジノン色素、ジフェニルアミン色素、キナクリドン色素、キノフタロン色素、フェノキサジン色素、フタロペリレン色素、ポルフィリン色素、クロロフィル色素、フタロシアニン色素、金属錯体色素、縮合芳香族炭素環系色素(ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、フェナントレン誘導体、テトラセン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体、フルオランテン誘導体)が挙げられる。 Any p-type organic dye or n-type organic dye may be used, but preferably a cyanine dye, styryl dye, hemicyanine dye, merocyanine dye (including zero methine merocyanine (simple merocyanine)), three nucleus Merocyanine dye, 4-nuclear merocyanine dye, rhodacyanine dye, complex cyanine dye, complex merocyanine dye, allopolar dye, oxonol dye, hemioxonol dye, squalium dye, croconium dye, azamethine dye, coumarin dye, arylidene dye, anthraquinone dye, triphenyl Methane dye, azo dye, azomethine dye, spiro compound, metallocene dye, fluorenone dye, fulgide dye, perylene dye, phenazine dye, phenothiazine dye, quinone dye, indigo Dye, diphenylmethane dye, polyene dye, acridine dye, acridinone dye, diphenylamine dye, quinacridone dye, quinophthalone dye, phenoxazine dye, phthaloperylene dye, porphyrin dye, chlorophyll dye, phthalocyanine dye, metal complex dye, condensed aromatic carbocyclic dye (Naphthalene derivatives, anthracene derivatives, phenanthrene derivatives, tetracene derivatives, pyrene derivatives, perylene derivatives, fluoranthene derivatives).
次に金属錯体化合物について説明する。金属錯体化合物は金属に配位する少なくとも1つの窒素原子または酸素原子または硫黄原子を有する配位子をもつ金属錯体であり、金属錯体中の金属イオンは特に限定されないが、好ましくはベリリウムイオン、マグネシウムイオン、アルミニウムイオン、ガリウムイオン、亜鉛イオン、インジウムイオン、または錫イオンであり、より好ましくはベリリウムイオン、アルミニウムイオン、ガリウムイオン、または亜鉛イオンであり、更に好ましくはアルミニウムイオン、または亜鉛イオンである。前記金属錯体中に含まれる配位子としては種々の公知の配位子が有るが、例えば、H.Yersin著「Photochemistry and Photophysics of Coordination Compounds」(Springer−Verlag、1987年)、山本明夫著「有機金属化学−基礎と応用−」(裳華房、1982年)等に記載の配位子が挙げられる。 Next, the metal complex compound will be described. The metal complex compound is a metal complex having a ligand having at least one nitrogen atom or oxygen atom or sulfur atom coordinated to the metal, and the metal ion in the metal complex is not particularly limited, but preferably beryllium ion, magnesium Ion, aluminum ion, gallium ion, zinc ion, indium ion, or tin ion, more preferably beryllium ion, aluminum ion, gallium ion, or zinc ion, and still more preferably aluminum ion or zinc ion. As the ligand contained in the metal complex, there are various known ligands. Examples include the ligands described in “Photochemistry and Photophysics of Coordination Compounds” by Yersin (Springer-Verlag, 1987), “Organic Metal Chemistry-Fundamentals and Applications” (Yukakabo, 1982), etc. .
前記配位子として、好ましくは含窒素ヘテロ環配位子(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数2〜20、特に好ましくは炭素数3〜15であり、単座配位子であっても2座以上の配位子であっても良い。好ましくは2座配位子である。例えばピリジン配位子、ビピリジル配位子、キノリノール配位子、ヒドロキシフェニルアゾール配位子(ヒドロキシフェニルベンズイミダゾール、ヒドロキシフェニルベンズオキサゾール配位子、ヒドロキシフェニルイミダゾール配位子)などが挙げられる)、アルコキシ配位子(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜10であり、例えばメトキシ、エトキシ、ブトキシ、2−エチルヘキシロキシなどが挙げられる。)、アリールオキシ配位子(好ましくは炭素数6〜30、より好ましくは炭素数6〜20、特に好ましくは炭素数6〜12であり、例えばフェニルオキシ、1−ナフチルオキシ、2−ナフチルオキシ、2,4,6−トリメチルフェニルオキシ、4−ビフェニルオキシなどが挙げられる。)、ヘテロアリールオキシ配位子(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばピリジルオキシ、ピラジルオキシ、ピリミジルオキシ、キノリルオキシなどが挙げられる。)、アルキルチオ配位子(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばメチルチオ、エチルチオなどが挙げられる。)、アリールチオ配位子(好ましくは炭素数6〜30、より好ましくは炭素数6〜20、特に好ましくは炭素数6〜12であり、例えばフェニルチオなどが挙げられる。)、ヘテロ環置換チオ配位子(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばピリジルチオ、2−ベンズイミゾリルチオ、2−ベンズオキサゾリルチオ、2−ベンズチアゾリルチオなどが挙げられる。)、またはシロキシ配位子(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数3〜25、特に好ましくは炭素数6〜20であり、例えば、トリフェニルシロキシ基、トリエトキシシロキシ基、トリイソプロピルシロキシ基などが挙げられる)であり、より好ましくは含窒素ヘテロ環配位子、アリールオキシ配位子、ヘテロアリールオキシ基、またはシロキシ配位子であり、更に好ましくは含窒素ヘテロ環配位子、アリールオキシ配位子、またはシロキシ配位子が挙げられる。 The ligand is preferably a nitrogen-containing heterocyclic ligand (preferably having 1 to 30 carbon atoms, more preferably 2 to 20 carbon atoms, particularly preferably 3 to 15 carbon atoms, and a monodentate ligand. Or a bidentate or higher ligand, preferably a bidentate ligand such as a pyridine ligand, a bipyridyl ligand, a quinolinol ligand, a hydroxyphenylazole ligand (hydroxyphenyl) Benzimidazole, hydroxyphenylbenzoxazole ligand, hydroxyphenylimidazole ligand)), alkoxy ligand (preferably 1-30 carbon atoms, more preferably 1-20 carbon atoms, particularly preferably carbon 1-10, for example, methoxy, ethoxy, butoxy, 2-ethylhexyloxy, etc.), aryloxy ligands Preferably it has 6 to 30 carbon atoms, more preferably 6 to 20 carbon atoms, particularly preferably 6 to 12 carbon atoms, such as phenyloxy, 1-naphthyloxy, 2-naphthyloxy, 2,4,6-trimethylphenyl Oxy, 4-biphenyloxy, etc.), heteroaryloxy ligands (preferably having 1 to 30 carbon atoms, more preferably 1 to 20 carbon atoms, particularly preferably 1 to 12 carbon atoms, such as pyridyl. Oxy, pyrazyloxy, pyrimidyloxy, quinolyloxy, etc.), alkylthio ligands (preferably having 1 to 30 carbon atoms, more preferably 1 to 20 carbon atoms, particularly preferably 1 to 12 carbon atoms, such as methylthio, Ethylthio, etc.), arylthio ligands (preferably having 6 to 30 carbon atoms, more preferred) Has 6 to 20 carbon atoms, particularly preferably 6 to 12 carbon atoms, such as phenylthio, etc.), a heterocyclic substituted thio ligand (preferably 1 to 30 carbon atoms, more preferably 1 to carbon atoms). 20, particularly preferably 1 to 12 carbon atoms, such as pyridylthio, 2-benzimidazolylthio, 2-benzoxazolylthio, 2-benzthiazolylthio and the like, or siloxy ligand (preferably Has 1 to 30 carbon atoms, more preferably 3 to 25 carbon atoms, particularly preferably 6 to 20 carbon atoms, and examples thereof include a triphenylsiloxy group, a triethoxysiloxy group, and a triisopropylsiloxy group. More preferably a nitrogen-containing heterocyclic ligand, an aryloxy ligand, a heteroaryloxy group, or a siloxy ligand, Preferably, a nitrogen-containing heterocyclic ligand, an aryloxy ligand, or a siloxy ligand is used.
光電変換層は、下部電極と上部電極の間にp型半導体層とn型半導体層とを有し、該p型半導体とn型半導体の少なくともいずれかが有機半導体であり、かつ、それらの半導体層の間に、該p型半導体およびn型半導体を含むバルクヘテロ接合構造層を中間層として有する場合が好ましい。バルクへテロ接合構造を含有させることにより、有機層のキャリア拡散長が短いという欠点を補い、光電変換効率を向上させることができる。なお、バルクへテロ接合構造については、特願2004−080639号において詳細に説明されている。 The photoelectric conversion layer has a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer between a lower electrode and an upper electrode, and at least one of the p-type semiconductor and the n-type semiconductor is an organic semiconductor, and those semiconductors It is preferable that a bulk heterojunction structure layer including the p-type semiconductor and the n-type semiconductor is provided as an intermediate layer between the layers. By including a bulk heterojunction structure, the disadvantage that the carrier diffusion length of the organic layer is short can be compensated, and the photoelectric conversion efficiency can be improved. The bulk heterojunction structure is described in detail in Japanese Patent Application No. 2004-080639.
光電変換層は、下部電極と上部電極の間にp型半導体の層とn型半導体の層で形成されるpn接合層の繰り返し構造(タンデム構造)の数を2以上有する構造を含有する場合も好ましく、さらに好ましくは、前記繰り返し構造の間に、導電材料の薄層を挿入する場合である。pn接合層の繰り返し構造(タンデム構造)の数はいかなる数でもよいが、光電変換効率を高くするために好ましくは2〜50であり、さらに好ましくは2〜30であり、特に好ましくは2または10である。導電材料としては銀または金が好ましく、銀が最も好ましい。なお、タンデム構造については、特願2004−079930号において詳細に説明されている。 The photoelectric conversion layer may contain a structure having two or more repeating structures (tandem structures) of a pn junction layer formed of a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer between the lower electrode and the upper electrode. Preferably, more preferably, a thin layer of conductive material is inserted between the repetitive structures. The number of repeating structures (tandem structures) of the pn junction layer may be any number, but is preferably 2 to 50, more preferably 2 to 30, particularly preferably 2 or 10 in order to increase the photoelectric conversion efficiency. It is. Silver or gold is preferable as the conductive material, and silver is most preferable. The tandem structure is described in detail in Japanese Patent Application No. 2004-079930.
下部電極と上部電極の間にp型半導体の層、n型半導体の層、(好ましくは混合・分散(バルクヘテロ接合構造)層)を持つ光電変換層において、p型半導体およびn型半導体のうちの少なくとも1方に配向制御された有機化合物を含む場合も好ましく、さらに好ましくは、p型半導体およびn型半導体の両方に配向制御された(可能な)有機化合物を含む場合である。光電変換部位に用いられる有機化合物としては、π共役電子を持つものが好ましく用いられるが、このπ電子平面が、基板(電極基板)に対して垂直ではなく、平行に近い角度で配向しているほど好ましい。基板に対する角度として好ましくは0°以上80°以下であり、さらに好ましくは0°以上60°以下であり、さらに好ましくは0°以上40°以下であり、さらに好ましくは0°以上20°以下であり、特に好ましくは0°以上10°以下であり、最も好ましくは0°(すなわち基板に対して平行)である。上記のように、配向の制御された有機化合物の層は、有機層全体に対して一部でも含めば良いが、好ましくは、有機層全体に対する配向の制御された部分の割合が10%以上の場合であり、さらに好ましくは30%以上、さらに好ましくは50%以上、さらに好ましくは70%以上、特に好ましくは90%以上、最も好ましくは100%である。このような状態は、光電変換層において、有機層の有機化合物の配向を制御することにより有機層のキャリア拡散長が短いという欠点を補い、光電変換効率を向上させるものである。 In a photoelectric conversion layer having a p-type semiconductor layer, an n-type semiconductor layer (preferably a mixed / dispersed (bulk heterojunction structure) layer) between the lower electrode and the upper electrode, of the p-type semiconductor and the n-type semiconductor It is also preferable to include an organic compound whose orientation is controlled in at least one direction, and more preferably, it includes a (possible) organic compound whose orientation is controlled in both the p-type semiconductor and the n-type semiconductor. As the organic compound used for the photoelectric conversion site, those having π-conjugated electrons are preferably used, but this π-electron plane is not perpendicular to the substrate (electrode substrate) but is oriented at an angle close to parallel. The more preferable. The angle with respect to the substrate is preferably 0 ° or more and 80 ° or less, more preferably 0 ° or more and 60 ° or less, further preferably 0 ° or more and 40 ° or less, and further preferably 0 ° or more and 20 ° or less. Particularly preferably, it is 0 ° or more and 10 ° or less, and most preferably 0 ° (that is, parallel to the substrate). As described above, the organic compound layer whose orientation is controlled may be partially included in the entire organic layer, but preferably the proportion of the portion whose orientation is controlled with respect to the entire organic layer is 10% or more. More preferably, it is 30% or more, more preferably 50% or more, further preferably 70% or more, particularly preferably 90% or more, and most preferably 100%. Such a state compensates for the shortcoming of the short carrier diffusion length of the organic layer by controlling the orientation of the organic compound in the organic layer in the photoelectric conversion layer, and improves the photoelectric conversion efficiency.
有機化合物の配向が制御されている場合において、さらに好ましくはヘテロ接合面(例えばpn接合面)が基板に対して平行ではない場合である。ヘテロ接合面が、基板(電極基板)に対して平行ではなく、垂直に近い角度で配向しているほど好ましい。基板に対する角度として好ましくは10°以上90°以下であり、さらに好ましくは30°以上90°以下であり、さらに好ましくは50°以上90°以下であり、さらに好ましくは70°以上90°以下であり、特に好ましくは80°以上90°以下であり、最も好ましくは90°(すなわち基板に対して垂直)である。上記のような、ヘテロ接合面の制御された有機化合物の層は、有機層全体に対して一部でも含めば良い。好ましくは、有機層全体に対する配向の制御された部分の割合が10%以上の場合であり、さらに好ましくは30%以上、さらに好ましくは50%以上、さらに好ましくは70%以上、特に好ましくは90%以上、最も好ましくは100%である。このような場合、有機層におけるヘテロ接合面の面積が増大し、界面で生成する電子、正孔、電子正孔ペア等のキャリア量が増大し、光電変換効率の向上が可能となる。以上の、有機化合物のヘテロ接合面とπ電子平面の両方の配向が制御された光電変換膜(光電変換膜)において、特に光電変換効率の向上が可能である。これらの状態については、特願2004−079931号において詳細に説明されている。光吸収の点では有機色素層の膜厚は大きいほど好ましいが、電荷分離に寄与しない割合を考慮すると、有機色素層の膜厚として好ましくは、30nm以上300nm以下、さらに好ましくは50nm以上250nm以下、特に好ましくは80nm以上200nm以下である。 In the case where the orientation of the organic compound is controlled, it is more preferable that the heterojunction plane (for example, the pn junction plane) is not parallel to the substrate. It is more preferable that the heterojunction plane is oriented not at a parallel to the substrate (electrode substrate) but at an angle close to the vertical. The angle with respect to the substrate is preferably 10 ° or more and 90 ° or less, more preferably 30 ° or more and 90 ° or less, further preferably 50 ° or more and 90 ° or less, and further preferably 70 ° or more and 90 ° or less. Particularly preferably, it is 80 ° or more and 90 ° or less, and most preferably 90 ° (that is, perpendicular to the substrate). The organic compound layer whose heterojunction surface is controlled as described above may be partially included in the entire organic layer. Preferably, the proportion of the portion where the orientation is controlled with respect to the entire organic layer is 10% or more, more preferably 30% or more, more preferably 50% or more, further preferably 70% or more, and particularly preferably 90%. Above, most preferably 100%. In such a case, the area of the heterojunction surface in the organic layer increases, the amount of carriers of electrons, holes, electron-hole pairs, etc. generated at the interface increases, and the photoelectric conversion efficiency can be improved. In the above-described photoelectric conversion film (photoelectric conversion film) in which the orientation of both the heterojunction plane and the π-electron plane of the organic compound is controlled, the photoelectric conversion efficiency can be particularly improved. These states are described in detail in Japanese Patent Application No. 2004-079931. In terms of light absorption, the thickness of the organic dye layer is preferably as large as possible, but considering the ratio that does not contribute to charge separation, the thickness of the organic dye layer is preferably 30 nm to 300 nm, more preferably 50 nm to 250 nm, Especially preferably, it is 80 nm or more and 200 nm or less.
(有機層の形成法)
これらの有機化合物を含む層は、乾式成膜法あるいは湿式成膜法により成膜される。乾式成膜法の具体的な例としては、真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法,分子線エピタキシ法等の物理気相堆積法あるいはプラズマ重合等の化学気相堆積法が挙げられる。湿式成膜法としては、塗布法、回転塗布法、浸漬法、LB法等が用いられる。
p型半導体(化合物)、または、n型半導体(化合物)のうちの少なくとも一つとして高分子化合物を用いる場合は、作成の容易な湿式成膜法により成膜することが好ましい。蒸着等の乾式成膜法を用いた場合、高分子を用いることは分解のおそれがあるため難しく、代わりとしてそのオリゴマを好ましく用いることができる。一方、低分子を用いる場合は、乾式成膜法が好ましく用いられ、特に真空蒸着法が好ましく用いられる。真空蒸着法は抵抗加熱蒸着法、電子線加熱蒸着法等の化合物の加熱の方法、るつぼ、ボ−ト等の蒸着源の形状、真空度、蒸着温度、基盤温度、蒸着速度等が基本的なパラメータである。均一な蒸着を可能とするために基板を回転させて蒸着することは好ましい。真空度は高い方が好ましく10−2Pa以下、好ましくは10−4Pa以下、特に好ましくは10−6Pa以下で真空蒸着が行われる。蒸着時のすべての工程は上記の真空中で行われることが好ましく、基本的には化合物が直接、外気の酸素、水分と接触しないようにする。真空蒸着の上述した条件は有機膜の結晶性、非晶質性、密度、緻密度等に影響するので厳密に制御する必要がある。水晶振動子、干渉計等の膜厚モニタを用いて蒸着速度をPIもしくはPID制御することは好ましく用いられる。2種以上の化合物を同時に蒸着する場合には共蒸着法、フラッシュ蒸着法等を好ましく用いることができる。
(Formation method of organic layer)
The layer containing these organic compounds is formed by a dry film formation method or a wet film formation method. Specific examples of the dry film forming method include a physical vapor deposition method such as a vacuum evaporation method, a sputtering method, an ion plating method, a molecular beam epitaxy method, or a chemical vapor deposition method such as plasma polymerization. As the wet film forming method, a coating method, a spin coating method, a dipping method, an LB method, or the like is used.
In the case where a polymer compound is used as at least one of a p-type semiconductor (compound) or an n-type semiconductor (compound), it is preferable to form a film by a wet film formation method that is easy to create. When a dry film formation method such as vapor deposition is used, it is difficult to use a polymer because it may be decomposed, and the oligomer can be preferably used instead. On the other hand, when a low molecule is used, a dry film forming method is preferably used, and a vacuum deposition method is particularly preferably used. The vacuum deposition method is basically based on the method of heating compounds such as resistance heating deposition method and electron beam heating deposition method, shape of deposition source such as crucible and boat, degree of vacuum, deposition temperature, base temperature, deposition rate, etc. It is a parameter. In order to enable uniform deposition, it is preferable to perform deposition by rotating the substrate. The higher the degree of vacuum is, preferably 10 −2 Pa or less, preferably 10 −4 Pa or less, particularly preferably 10 −6 Pa or less. It is preferable that all steps during the vapor deposition be performed in the above-described vacuum, and basically the compound is not directly in contact with oxygen and moisture in the outside air. The above-described conditions of vacuum deposition affect the crystallinity, amorphousness, density, density, etc. of the organic film, and must be strictly controlled. It is preferable to use PI or PID control of the deposition rate using a film thickness monitor such as a quartz crystal resonator or an interferometer. When two or more kinds of compounds are vapor-deposited simultaneously, a co-evaporation method, a flash vapor deposition method, or the like can be preferably used.
(電極)
透明電極はプラズマフリーで作製することが好ましい。プラズマフリーで透明電極を作成することで、プラズマが基板に与える影響を少なくすることができ、光電変換特性を良好にすることができる。ここで、プラズマフリーとは、透明電極の成膜中にプラズマが発生しないか、またはプラズマ発生源から基体までの距離が2cm以上、好ましくは10cm以上、更に好ましくは20cm以上であり、基体に到達するプラズマが減ずるような状態を意味する。
(electrode)
The transparent electrode is preferably made plasma-free. By creating a transparent electrode without plasma, the influence of plasma on the substrate can be reduced, and the photoelectric conversion characteristics can be improved. Here, plasma free means that no plasma is generated during the formation of the transparent electrode, or the distance from the plasma generation source to the substrate is 2 cm or more, preferably 10 cm or more, more preferably 20 cm or more, and reaches the substrate. It means a state where the plasma to be reduced decreases.
透明電極の成膜中にプラズマが発生しない装置としては、例えば、電子線加熱蒸着装置(EB蒸着装置)やパルスレーザ蒸着装置がある。EB蒸着装置またはパルスレーザ蒸着装置については、沢田豊監修「透明導電膜の新展開」(シーエムシー、1999年)、沢田豊監修「透明導電膜の新展開II」(シーエムシー、2002年)、日本学術振興会著「透明導電膜の技術」(オーム社、1999年)、およびそれらに付記されている参考文献等に記載されているような装置を用いることができる。以下では、EB蒸着装置を用いて透明電極膜の成膜を行う方法をEB蒸着法と言い、パルスレーザ蒸着装置を用いて透明電極膜の成膜を行う方法をパルスレーザ蒸着法と言う。 プラズマ発生源から基体への距離が2cm以上であって基体へのプラズマの到達が減ずるような状態を実現できる装置(以下、プラズマフリーである成膜装置という)については、例えば、対向ターゲット式スパッタ装置やアークプラズマ蒸着法などが考えられ、それらについては沢田豊監修「透明導電膜の新展開」(シーエムシー、1999年)、沢田豊監修「透明導電膜の新展開II」(シーエムシー、2002年)、日本学術振興会著「透明導電膜の技術」(オーム社、1999年)、およびそれらに付記されている参考文献等に記載されているような装置を用いることができる。 Examples of apparatuses that do not generate plasma during the formation of the transparent electrode include an electron beam heating vapor deposition apparatus (EB vapor deposition apparatus) and a pulse laser vapor deposition apparatus. Regarding the EB deposition system or pulse laser deposition system, the supervision of Yutaka Sawada “New development of transparent conductive film” (CMC, 1999), the supervision of Yutaka Sawada “New development of transparent conductive film II” (CMC, 2002), Devices as described in “Transparent conductive film technology” by the Japan Society for the Promotion of Science (Ohm Co., 1999) and references attached to them can be used. Hereinafter, a method of forming a transparent electrode film using an EB vapor deposition apparatus is referred to as an EB vapor deposition method, and a method of forming a transparent electrode film using a pulse laser vapor deposition apparatus is referred to as a pulse laser vapor deposition method. For an apparatus that can realize a state in which the distance from the plasma generation source to the substrate is 2 cm or more and the arrival of plasma to the substrate is reduced (hereinafter referred to as a plasma-free film forming apparatus), for example, an opposed target sputtering Equipment, arc plasma deposition, etc. are considered, and these are supervised by Yutaka Sawada “New development of transparent conductive film” (CMC, 1999), and supervised by Yutaka Sawada “New development of transparent conductive film II” (CMC, 2002). ), “Transparent conductive film technology” (Ohm Co., 1999) by the Japan Society for the Promotion of Science, and references and the like appended thereto can be used.
次に、下部電極2に光反射機能を持たせたことによる効果を、シミュレーション結果によって説明する。
このシミュレーションでは、光電変換層3の材料を顔料系の有機材料であるキナクリドン(以下QAと略記)とした。光干渉計算に基づいた光吸収率のシミュレーション計算は、以下の文献1または2の方法に従って行った。ここで、このシミュレーションに用いる材料であるQA、m−MTDATA、Alq3については、J.A.Woollam社のV−VASE回転検光子型エリプソメトリー測定器により、ΨスペクトルおよびΔスペクトルの測定を行い、光学定数(屈折率nおよび消光係数k)を決定した。これら各種材料を、光電変換素子を作成する際と同様の条件で石英基板上に蒸着し、350nm〜1100nmの波長域の光に対し、入射角50、60、70°で反射光を測定し、入射角0°で透過光を測定した。このシミュレーションに用いる他の材料であるITO、Al、Ag、Auについては文献値を内挿して算出した。
Next, the effect obtained by providing the
In this simulation, the material of the
文献1:L. A. A. Pettersson et al., Journal of Applied Physics, 86, 487 (1999)
文献2: P. Peumans et al., Journal of Applied Physics, 93, 3693 (2003)
Reference 1: L. A. A. Pettersson et al. , Journal of Applied Physics, 86, 487 (1999).
Reference 2: P.M. Peumans et al. , Journal of Applied Physics, 93, 3693 (2003).
(比較用シミュレーション)
図1に示す構成の光電変換素子100において、下部電極2と上部電極4をそれぞれITOとし、下部電極2の厚みを100nmとし、上部電極4の厚みを10nmとし、光電変換層3の厚みを20nm、50nm、100nm、150nmと変化させたときの光電変換素子100全体での光吸収率と、光電変換層3での光吸収率とを計算した。この結果を図5に示す。図5(a)は、光電変換素子全体での光吸収率と入射光の波長との関係(素子全体の吸収スペクトル)を示す図であり、図5(b)は、光電変換層での光吸収率と入射光の波長との関係(光電変換層のみの吸収スペクトル)を示す図である。図5(a)はQA以外の材料で吸収される光についても加算されており、その分(b)より大きな値をとる。尚、光照射は上部電極4上方から行ったものとして計算した。比較用シミュレーションの素子では、QAで最も吸収される波長(Gの波長域)である吸収ピーク波長での光吸収率を80%以上にするために、QAの厚みが150nmも必要であることが分かる。
(Comparison simulation)
In the
(シミュレーション1)
比較用シミュレーションの素子において、下部電極2をAlに変更して光吸収率を計算した。この結果を図6に示す。図6(a)は、光電変換素子全体での光吸収率と入射光の波長との関係を示す図であり、図6(b)は、光電変換層での光吸収率と入射光の波長との関係を示す図である。
(Simulation 1)
In the comparative simulation element, the light absorption rate was calculated by changing the
(シミュレーション2)
シミュレーション1の素子において、光電変換層3の厚みを50nmに固定し、光電変換層3と上部電極4との間に平滑層としてm−MTDATAを追加し、この平滑層の厚みを0nm、100nm、125nm、150nm、175nmと変化させて光吸収率を計算した。この結果を図7に示す。図7(a)は、光電変換素子全体での光吸収率と入射光の波長との関係を示す図であり、図7(b)は、光電変換層での光吸収率と入射光の波長との関係を示す図である。
(Simulation 2)
In the element of simulation 1, the thickness of the
(シミュレーション3)
比較用シミュレーションの素子において、下部電極2をAgに変更して光吸収率を計算した。この結果を図8に示す。図8(a)は、光電変換素子全体での光吸収率と入射光の波長との関係を示す図であり、図8(b)は、光電変換層での光吸収率と入射光の波長との関係を示す図である。
(Simulation 3)
In the comparative simulation element, the light absorption rate was calculated by changing the
(シミュレーション4)
シミュレーション3の素子において、光電変換層3の厚みを50nmに固定し、光電変換層3と上部電極4との間に平滑層としてm−MTDATAを追加し、この平滑層の厚みを0nm、100nm、125nm、150nm、175nmと変化させて光吸収率を計算した。この結果を図9に示す。図9(a)は、光電変換素子全体での光吸収率と入射光の波長との関係を示す図であり、図9(b)は、光電変換層での光吸収率と入射光の波長との関係を示す図である。
(Simulation 4)
In the element of
(シミュレーション5)
比較用シミュレーションの素子において、下部電極2をAuに変更して光吸収率を計算した。この結果を図10に示す。図10(a)は、光電変換素子全体での光吸収率と入射光の波長との関係を示す図であり、図10(b)は、光電変換層での光吸収率と入射光の波長との関係を示す図である。
(Simulation 5)
In the comparative simulation element, the light absorption rate was calculated by changing the
(シミュレーション6)
シミュレーション5の素子において、光電変換層3の厚みを50nmに固定し、光電変換層3と上部電極4との間に平滑層としてAlq3を追加し、この平滑層の厚みを0nm、20nm、50nm、70nmと変化させて光吸収率を計算した。この結果を図11に示す。図11(a)は、光電変換素子全体での光吸収率と入射光の波長との関係を示す図であり、図11(b)は、光電変換層での光吸収率と入射光の波長との関係を示す図である。
(Simulation 6)
In the element of the
図5からも分かるとおり、下部電極2を透明にした場合、QAの吸収ピーク波長での光吸収率を80%程度とするためには、QAの厚みが150nm程度必要となる。しかし、QAの厚みを150nm以上と厚くすると、QAのキャリア輸送性が小さい(特に電子輸送性が小さい)ために、光吸収で生じた電子を電極まで十分に移動させることができず、素子としての外部量子効率を損なう結果となる。
As can be seen from FIG. 5, when the
一方、図6〜図11に示すように、シミュレーション1〜6の素子によれば、QAの厚みを薄くしても、比較用シミュレーションの素子よりも光吸収率を上げることができる。図6〜図9の結果を見ると、QAの厚みが50nmでも、QAでG光を90%程度吸収できることが分かる。この薄い層厚であれば、QA層の電子輸送性の低さをある程度カバーすることができる。同様に、図10、図11の結果を見ると、QAの厚みが50nmでも、QAでG光を70%程度吸収できることが分かる。 On the other hand, as shown in FIGS. 6 to 11, according to the elements of simulations 1 to 6, even if the thickness of QA is reduced, the light absorption rate can be increased as compared with the element of the simulation for comparison. 6 to 9, it can be seen that even when the thickness of the QA is 50 nm, the Q light can absorb about 90% of the G light. With this thin layer thickness, the low electron transport property of the QA layer can be covered to some extent. Similarly, it can be seen from the results of FIGS. 10 and 11 that even when the QA thickness is 50 nm, the GA can absorb about 70% of the G light.
又、光吸収率の大きさおよびスペクトル波形等を考慮し、さらにショート防止の観点から、ある程度の平滑層の厚みが必要であることも考慮すると、図7及び図9の結果から、m−MTDATAの厚みは150nm程度がG光の吸収率が高く適当であると判断できる。この場合QAにおけるG光の光吸収率は約90%であった。 Further, considering the magnitude of the light absorption rate and the spectrum waveform, and considering that a certain level of the thickness of the smooth layer is necessary from the viewpoint of preventing a short circuit, the results of FIG. 7 and FIG. A thickness of about 150 nm can be judged to be appropriate because of the high G light absorption rate. In this case, the light absorptance of G light in QA was about 90%.
(第二実施形態)
本実施形態では、第一実施形態で説明した光電変換素子100〜400を用いた固体撮像素子について説明する。
図12は、第一実施形態で説明した光電変換素子を用いた固体撮像素子の1画素分の断面模式図である。この固体撮像素子500は、図12に示す1画素が同一平面上でアレイ状に多数配置されたものであり、この1画素から得られる信号によって画像データの1つの画素データを生成することができる。
(Second embodiment)
In the present embodiment, a solid-state imaging device using the
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of one pixel of the solid-state imaging device using the photoelectric conversion element described in the first embodiment. The solid-
図12に示す固体撮像素子500の1画素は、シリコン等の半導体基板上方に、図1〜図4のいずれかに記載の光電変換素子を1つ設け、その光電変換素子で発生した電荷を半導体基板に形成された信号読み出し部で読み出す構成となっている。図12では、図示を簡略化するため、半導体基板上方に設けた光電変換素子として、下部電極と、光電変換層と、上部電極のみを図示している。
One pixel of the solid-
固体撮像素子500の1画素は、p型シリコン基板10と、p型シリコン基板10上方に、下部電極15、下部電極15上に形成された光電変換層16、及び光電変換層16上に形成された上部電極17を含む光電変換素子が、下部電極15をp型シリコン基板10側に向けて形成されている。下部電極15は、図1〜図4の下部電極2に相当し、光電変換層16は、図1〜図4の光電変換層3に相当し、上部電極17は、図1〜図4の上部電極4に相当する。下部電極15は、画素毎に分割されている。上部電極17は画素毎に分割されていても良いし、全画素で共通化されていても良い。
One pixel of the solid-
p型シリコン基板10内にはn型の高濃度不純物領域(n+領域)11が形成されている。p型シリコン基板10には、n+領域11に蓄積された電荷に応じた信号を読み出すCCDやCMOS回路等からなる信号読み出し部(図示せず)が形成されている。n+領域11上には、n+領域11と下部電極15とを電気的に接続する金属等からなる接続部14が形成されている。シリコン基板10と下部電極15との間には絶縁層13が形成され、この絶縁層13内に、接続部14と、信号読出し部に光が入射するのを防ぐための遮光膜12が形成されている。絶縁層13が不透明であれば、遮光膜12はなくても良い。上部電極17上には透明な絶縁層18が形成されている。
An n-type high concentration impurity region (n + region) 11 is formed in the p-
固体撮像素子500を構成する多数の画素には、R光を検出するためのR画素と、G光を検出するためのG画素と、B光を検出するためのB画素との3種類の画素が含まれる。R画素に含まれる光電変換層16は、R光を吸収してこれに応じた電荷を発生する材料で構成される。G画素に含まれる光電変換層16は、G光を吸収してこれに応じた電荷を発生する材料で構成される。B画素に含まれる光電変換層16は、B光を吸収してこれに応じた電荷を発生する材料で構成される。
The large number of pixels constituting the solid-
そして、この3種類の画素は所定の配列パターンで配列されている。この配列パターンは、例えば図13(a)に示すようなベイヤー状の配列や、図13(b)に示すようなストライプ状の配列を採用することができる。図13に示す四角は画素を表し、その四角内の記号はその画素で検出する色を表している。 These three types of pixels are arranged in a predetermined arrangement pattern. As this arrangement pattern, for example, a Bayer-like arrangement as shown in FIG. 13A or a stripe-like arrangement as shown in FIG. 13B can be adopted. A square shown in FIG. 13 represents a pixel, and a symbol in the square represents a color detected by the pixel.
尚、ここでは、固体撮像素子500が3種類の画素から構成されるものとしたが、画素の種類は2種類以上であれば良い。又、画素の種類も、上述した原色系の光を検出するものに限らず、補色系の光を検出する画素としても良い。
Here, the solid-
図12に示すような固体撮像素子500の各画素の光電変換層16として有機材料を用いる場合、その製造方法を工夫する必要がある。有機材料は、熱や水分等に弱く、光電変換層16を、単板式の固体撮像素子のカラーフィルターと同様にフォトリソグラフィー法で形成してしまうと、光電変換層16の性能が劣化してしまうためである。そこで、光電変換層16を構成する材料を、既に形成した下部電極15上の所定の位置に、メタルマスク等のマスクを介して蒸着して光電変換層16を形成することが有効となる。
When an organic material is used as the
例えば、下部電極15を形成後、まず、R光を吸収する光電変換材料を、R光を吸収する光電変換層16を形成すべき位置に開口が形成されたメタルマスクrを介して蒸着する。次に、G光を吸収する光電変換材料を、G光を吸収する光電変換層16を形成すべき位置に開口が形成されたメタルマスクgを介して蒸着する。最後に、B光を吸収する光電変換材料を、B光を吸収する光電変換層16を形成すべき位置に開口が形成されたメタルマスクbを介して蒸着して、R光,G光,B光をそれぞれ吸収する光電変換層16を同一平面上に形成すれば良い。このようにすることで、フォトリソグラフィー法を用いることなく光電変換層16を形成することができる。
For example, after forming the
このように、マスクを介して光電変換層16を形成する場合、図13(b)に示すような配列パターンであれば、メタルマスクr,g,bをそれぞれ同じマスクとして、このマスクを横方向に一次元的にずらし、異なる材料を蒸着していくだけで、多数の光電変換層16を形成できるため、図13(a)に示すような配列パターンに比べて、製造が容易となる。
Thus, when forming the
なお、R光、G光、B光を吸収するそれぞれの光電変換層にとって、最適な平滑層の厚みが同等である場合、平滑層はマスクを用いることなく一度に成膜することができる。この場合は製造が容易となり、また、各光電変換層の間の凹凸を緩和できるため、画素のショートあるいはリーク電流の増大といった問題を低減することができる。 Note that when the optimum smoothing layer has the same thickness for each photoelectric conversion layer that absorbs R light, G light, and B light, the smoothing layer can be formed at a time without using a mask. In this case, the manufacturing becomes easy, and the unevenness between the photoelectric conversion layers can be alleviated, so that problems such as pixel short-circuiting or increase in leakage current can be reduced.
次に、下部電極2に光反射機能を持たせたことで、どのような効果が得られるかを、実際に光電変換素子を作成して実験を行った結果に基づいて説明する。
Next, what kind of effect can be obtained by providing the
(比較例1)
基板上に、ITOを100nm成膜し、その上にIn2nmを蒸着して仕事関数4.5eV以下の下部電極を形成した。その上にキナクリドン(QA)を100nm成膜して光電変換層を形成し、その上にm−MTDATAを100nm成膜して平滑層を形成し、その上にITOを10nm成膜して上部電極を形成して光電変換素子を作製した。この光電変換素子に、上部電極から波長550nm、強度50μW/cm2の光を照射したときの入射光の波長と外部量子効率との関係である作用スペクトルを図14に示す。図14に示すように、上部電極と下部電極へバイアス電圧を2V印加した時に、QAの吸収ピーク波長において約6%の外部量子効率が得られていることが分かる。
(Comparative Example 1)
An ITO film having a thickness of 100 nm was formed on the substrate, and In2 nm was deposited thereon to form a lower electrode having a work function of 4.5 eV or less. A quinacridone (QA) film having a thickness of 100 nm is formed thereon to form a photoelectric conversion layer, a m-MTDATA film having a thickness of 100 nm is formed thereon to form a smooth layer, and an ITO film having a thickness of 10 nm is formed thereon. To form a photoelectric conversion element. FIG. 14 shows an action spectrum which is a relationship between the wavelength of incident light and the external quantum efficiency when the photoelectric conversion element is irradiated with light having a wavelength of 550 nm and an intensity of 50 μW / cm 2 from the upper electrode. As shown in FIG. 14, when a bias voltage of 2 V is applied to the upper electrode and the lower electrode, an external quantum efficiency of about 6% is obtained at the QA absorption peak wavelength.
(実施例1)
基板上に、Alを100nm成膜して下部電極を形成し、その上にキナクリドン(QA)を50nm成膜して光電変換層を形成し、その上にm−MTDATAを150nm成膜して平滑層を形成し、その上にITOを10nm成膜して上部電極を形成して光電変換素子を作製した。m−MTDATA成膜後のm−MTDATAの表面の平均面粗さRaは約0.8nmである。この光電変換素子に、上部電極から波長550nm、強度50μW/cm2の光を照射したときの入射光の波長と外部量子効率との関係である作用スペクトルを図15に示す。又、この光電変換素子の中間層に加わる平均電界強度と光電流及び暗電流との関係を図16に示す。
Example 1
On the substrate, Al is formed to a thickness of 100 nm to form a lower electrode, quinacridone (QA) is deposited to a thickness of 50 nm to form a photoelectric conversion layer, and m-MTDATA is deposited to a thickness of 150 nm on the smooth surface. A layer was formed, and a 10-nm thick ITO film was formed thereon to form an upper electrode, thereby producing a photoelectric conversion element. The average surface roughness Ra of the surface of m-MTDATA after m-MTDATA film formation is about 0.8 nm. FIG. 15 shows an action spectrum that is a relationship between the wavelength of incident light and the external quantum efficiency when the photoelectric conversion element is irradiated with light having a wavelength of 550 nm and an intensity of 50 μW / cm 2 from the upper electrode. Further, FIG. 16 shows the relationship between the average electric field strength applied to the intermediate layer of the photoelectric conversion element and the photocurrent and dark current.
比較例1の素子と中間層の厚さが同じであるため、同じバイアス電圧で外部量子効率を比較することとする。実施例1の素子では、QAの厚さが50nmと薄いにもかかわらず、2V印加時の外部量子効率は約10%と高いことが分かる。バイアス電圧を上げていくと外部量子効率はさらに大きくなり、例えば16V印加した場合は、暗電流は3nA/cm2、外部量子効率は42%である。また、比較例1の素子の作用スペクトルの半値幅は約150nmであるが、実施例1の素子の作用スペクトルの半値幅は約120nmであり、光干渉の効果で半値幅が小さくなっていることが分かる。 Since the thickness of the intermediate layer and the element of Comparative Example 1 are the same, the external quantum efficiency is compared with the same bias voltage. In the device of Example 1, it can be seen that the external quantum efficiency when 2 V is applied is as high as about 10% even though the thickness of QA is as thin as 50 nm. When the bias voltage is increased, the external quantum efficiency is further increased. For example, when 16 V is applied, the dark current is 3 nA / cm 2 and the external quantum efficiency is 42%. In addition, the half-value width of the action spectrum of the element of Comparative Example 1 is about 150 nm, but the half-value width of the action spectrum of the element of Example 1 is about 120 nm, and the half-value width is reduced due to the effect of optical interference. I understand.
図17に、実施例1の素子の光吸収率を実際に測定した結果を示す。積分球を備えた分光光度計により、反射光を集光して測定を行った。Alのプラズモン吸収に由来する長波域の値がずれているものの、それ以外の領域は図7(a)に示す計算結果と概ね一致していることが分かる(長波域のずれは、Alの光学定数の文献値が正確でないことによると思われる)。このことからも、下部電極に反射機能を持たせたことにより、この素子の吸収ピーク波長での光吸収率が90%以上に達していることが確認できる。したがって、光電変換層が薄いにもかかわらず外部量子効率が向上したことは、下部電極に反射機能を持たせたことによって光吸収率が大きくなった効果によると考えることができる。それに加え、光電変換層が薄い場合、光吸収で生じたキャリア(特に電子)の捕集効率が増すという効果も含まれている。 FIG. 17 shows the results of actual measurement of the light absorptance of the device of Example 1. Measurement was performed by collecting the reflected light with a spectrophotometer equipped with an integrating sphere. Although the value of the long wave region derived from the plasmon absorption of Al is deviated, it can be seen that the other regions substantially coincide with the calculation results shown in FIG. This is probably due to inaccurate literature values for the constants). This also confirms that the light absorptance at the absorption peak wavelength of this element has reached 90% or more by providing the lower electrode with a reflecting function. Therefore, it can be considered that the improvement in external quantum efficiency despite the thin photoelectric conversion layer is due to the effect that the light absorptance is increased by providing the lower electrode with a reflection function. In addition, when the photoelectric conversion layer is thin, the effect of increasing the collection efficiency of carriers (particularly electrons) generated by light absorption is also included.
(実施例2)
実施例1におけるm−MTDATAの膜厚を175nmとして成膜し、他は実施例1と全く同様の光電変換素子を作製した。m−MTDATA成膜後のm−MTDATAの表面の平均面粗さRaは約0.8nmである。この光電変換素子に、上部電極から波長550nm、強度50μW/cm2の光を照射したときの入射光の波長と外部量子効率との関係である作用スペクトルを図18に示す。
(Example 2)
A film of m-MTDATA in Example 1 was formed with a film thickness of 175 nm, and a photoelectric conversion element exactly the same as in Example 1 was prepared. The average surface roughness Ra of the surface of m-MTDATA after m-MTDATA film formation is about 0.8 nm. FIG. 18 shows an action spectrum that is a relationship between the wavelength of incident light and the external quantum efficiency when the photoelectric conversion element is irradiated with light having a wavelength of 550 nm and an intensity of 50 μW / cm 2 from the upper electrode.
実施例2の素子は、実施例1の素子に比べ、同バイアスでの外部量子効率のピーク値が若干小さくなったが、これは膜厚がわずかに厚くなったためであると考えられる。注目すべきは、作用スペクトルの半値幅がひじょうに小さくなり、シャープ化したことである。半値幅は約90nm程度まで小さくなっている。 In the device of Example 2, the peak value of the external quantum efficiency at the same bias was slightly smaller than that of the device of Example 1, which is considered to be because the film thickness was slightly increased. It should be noted that the half-value width of the action spectrum has become very small and sharpened. The full width at half maximum is as small as about 90 nm.
上記の結果は、図7(b)に示したシミュレーション2の計算結果からも、予想することができる。m−MTDATA膜厚を150nmとした場合に比べ、175nmとした場合は、光電変換膜における吸収がごくわずか小さくなるものの、半値幅がひじょうに小さくなることが分かる。このように、光干渉の効果を利用することで、半値幅を変化させることができる。m−MTDATAの膜厚を適切に設計することで、作用スペクトルの半値幅を小さくすることができることを示している。半値幅を制御する技術は、分光感度特性が重要となる撮像素子にとって、特に重要であると考えられる。
The above result can be predicted from the calculation result of the
以下、上記実施形態で説明した電子取り出し用の電極の仕事関数を4.5eV以下にすることによる、暗電流抑制効果について実施例で証明する。 Hereinafter, an example demonstrates the dark current suppression effect obtained by setting the work function of the electrode for extracting electrons described in the above embodiment to 4.5 eV or less.
(比較例2)
厚み250nmのITO電極(理研計器(株)製の大気中光電子分光装置AC−2で求めた仕事関数4.8eV;可視域光透過率約90%)が積層されたガラス基板(市販品)の上に、厚み100nmのキナクリドン、および厚み100nmのAl電極(仕事関数4.3eV;可視域光透過率0%)を順次真空蒸着により積層した構造で、ITO電極側から光を入射し、ITO電極側で電子を捕集する場合を例として挙げる。素子面積2mm×2mmとして実際に素子作製および測定を行った結果、電圧1V印加時で暗電流が9.3μA/cm2と大きな値となった。この場合、電子取り出し用の電極であるITOの仕事関数が大きいため、バイアス電圧印加時には、ITO電極からキナクリドンへの正孔注入が起こりやすく、暗電流が大きくなると考えられる。
(Comparative Example 2)
A glass substrate (commercially available) on which an ITO electrode having a thickness of 250 nm (a work function of 4.8 eV obtained with an atmospheric photoelectron spectrometer AC-2 manufactured by Riken Keiki Co., Ltd .; visible light transmittance of about 90%) was laminated A structure in which a quinacridone having a thickness of 100 nm and an Al electrode having a thickness of 100 nm (work function 4.3 eV; visible
(実施例3)
仕事関数が4.3eVと小さいInを2nm真空蒸着によりITO電極上に積層し、キナクリドンとITO電極との間にInを介在させた他は比較例2と同様の素子を作製した(2nmのInの可視域光透過率は約98%)。その結果、電圧1V印加時の暗電流が1.8nA/cm2と4桁程度大きく抑制された。このことは、電子取り出し用の電極であるITO電極の仕事関数を小さくすることで電子取り出し用の電極からの正孔注入が大きく抑制されたことを示している。同じく1Vバイアス印加条件で、ITO電極側から550nmの光を照射強度50μW/cm2で入射したところ、外部量子効率(入射フォトン数に対する測定電荷数)で12%であった。また、バイアス2V印加時においては、暗電流は約100nA/cm2、外部量子効率は19%であった。
(Example 3)
A device similar to Comparative Example 2 was fabricated except that In having a small work function of 4.3 eV was laminated on the ITO electrode by 2 nm vacuum vapor deposition, and In was interposed between the quinacridone and the ITO electrode (2 nm In Of visible light transmittance of about 98%). As a result, the dark current when a voltage of 1 V was applied was greatly suppressed by 1.8 nA / cm 2 and about 4 digits. This indicates that hole injection from the electrode for extracting electrons is greatly suppressed by reducing the work function of the ITO electrode, which is an electrode for extracting electrons. Similarly, when 550 nm light was incident from the ITO electrode side at an irradiation intensity of 50 μW / cm 2 under the 1 V bias application condition, the external quantum efficiency (measured charge number relative to the number of incident photons) was 12%. When a bias voltage of 2 V was applied, the dark current was about 100 nA / cm 2 and the external quantum efficiency was 19%.
(実施例4)
実施例3の素子において、Al電極をITO電極(仕事関数4.8eV;可視域光透過率98%)へ置き換えて正孔取り出し用の電極の仕事関数を調整し、他は実施例3と同様の素子を作製した。ここで、Al電極の代わりに形成したITO透明電極はRFマグネトロンスパッタにより、40Wで有機膜上に厚み10nm成膜した。このITOのスパッタ成膜時、プラズマによる有機膜上へのダメージでいくつかの素子はショートしてしまったが、ショートせずに成膜できた素子に関して測定を行った。2Vバイアス印加条件で実施例3と同じ条件で光を入射したところ、暗電流40nA/cm2、外部量子効率42%であった。
Example 4
In the element of Example 3, the Al electrode is replaced with an ITO electrode (work function 4.8 eV; visible region light transmittance 98%) to adjust the work function of the hole extraction electrode. The device was fabricated. Here, the ITO transparent electrode formed in place of the Al electrode was formed on the organic film with a thickness of 10 nm at 40 W by RF magnetron sputtering. At the time of ITO sputtering film formation, some elements were short-circuited due to damage to the organic film due to plasma, but measurements were performed on elements that could be formed without short-circuiting. When light was incident under the same conditions as in Example 3 under a 2 V bias application condition, the dark current was 40 nA / cm 2 and the external quantum efficiency was 42%.
実施例3と比較しても、暗電流のさらなる低下(バイアス2V印加時:100nA/cm2⇒40nA/cm2)が確認された。また、実施例3と同様の条件で光を照射した結果、外部量子効率の向上(バイアス2V印加時:19%⇒42%)も確認された。
Even when compared with Example 3, a further reduction of the dark current (
中間層内部に、ある一定の電界強度を印加するためのバイアス電圧は、中間層を挟む電極の組み合わせによって異なる。例えば、電子取り出し用の電極の仕事関数を4.3eVにし、正孔取り出し用の電極の仕事関数を4.8eVにした実施例4の素子は、電子取り出し用の電極の仕事関数を4.8eVにし、正孔取り出し用の電極の仕事関数を4.3eVとした比較例2の素子や、電子取り出し用の電極の仕事関数を4.3eVにし、正孔取り出し用の電極の仕事関数を4.3eVとした実施例3の素子と比較して、低いバイアスで同程度の電界強度を中間層内に印加することができる。これにより低バイアス化が期待できる。実際、実施例4の素子は、バイアス1.5Vで19%の外部量子効率が得られ、実施例3の素子に比べて低いバイアスで同じ程度の外部量子効率となる。このように、光入射側の電極を電子取り出し用の電極とした場合、電子取り出し用の電極の仕事関数を4.5eV以下とし、正孔取り出し用の電極の仕事関数を4.5eV以上とすることで、暗電流と共に、バイアス電圧も抑制できることが分かった。 The bias voltage for applying a certain electric field strength inside the intermediate layer varies depending on the combination of electrodes sandwiching the intermediate layer. For example, in the element of Example 4 in which the work function of the electrode for extracting electrons is 4.3 eV and the work function of the electrode for extracting holes is 4.8 eV, the work function of the electrode for extracting electrons is 4.8 eV. The work function of the device of Comparative Example 2 in which the work function of the hole extracting electrode is 4.3 eV and the work function of the electron extracting electrode is 4.3 eV, and the work function of the hole extracting electrode is 4. Compared with the element of Example 3 having 3 eV, the same electric field strength can be applied to the intermediate layer with a low bias. This can be expected to reduce the bias. In fact, the device of Example 4 has an external quantum efficiency of 19% at a bias of 1.5 V, and has the same external quantum efficiency at a lower bias than the device of Example 3. As described above, when the electrode on the light incident side is an electrode for extracting electrons, the work function of the electrode for extracting electrons is 4.5 eV or less, and the work function of the electrode for extracting holes is 4.5 eV or more. Thus, it was found that the bias voltage can be suppressed together with the dark current.
1 基板
2 下部電極
3 光電変換層
4 上部電極
5 平滑層
6 仕事関数調整層
1
Claims (8)
前記上部電極を光入射側の電極であり、
前記上部電極が透明であり、
前記下部電極が光の反射機能を有する金属電極であり、
前記下部電極が電子取り出し用の電極であり、前記上部電極が正孔取り出し用の電極であり、
前記光電変換層と前記上部電極との間に、前記光電変換層の表面の凹凸を緩和する有機の正孔輸送性材料からなる平滑層を備え、
前記光電変換層の厚みが50nm〜100nmであり、
前記平滑層の厚みが150nm〜200nmである光電変換素子。 A lower electrode; an upper electrode facing the lower electrode; and a photoelectric conversion layer including an organic photoelectric conversion material formed between the lower electrode and the upper electrode. The lower electrode and the upper electrode A photoelectric conversion element that extracts a photocurrent by applying a bias voltage between
The upper electrode is a light incident side electrode;
The upper electrode is transparent;
The lower electrode is a metal electrode having a light reflecting function;
The lower electrode is an electrode for extracting electrons, and the upper electrode is an electrode for extracting holes,
Between the photoelectric conversion layer and the upper electrode, comprising a smooth layer made of an organic hole transporting material that relaxes irregularities on the surface of the photoelectric conversion layer,
The photoelectric conversion layer has a thickness of 50 nm to 100 nm,
The photoelectric conversion element whose thickness of the said smooth layer is 150 nm-200 nm.
前記有機の光電変換材料が、キナクリドン骨格、フタロシアニン骨格、及びアントラキノン骨格の材料のいずれかを含む光電変換素子。 The photoelectric conversion element according to claim 1,
The photoelectric conversion element in which the organic photoelectric conversion material contains any one of materials of a quinacridone skeleton, a phthalocyanine skeleton, and an anthraquinone skeleton.
前記正孔輸送性材料がトリフェニルアミン構造を有する材料である光電変換素子。 The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein
A photoelectric conversion element, wherein the hole transporting material is a material having a triphenylamine structure.
前記正孔輸送性材料がスターバーストアミン構造を有する材料である光電変換素子。 The photoelectric conversion element according to claim 3,
A photoelectric conversion element, wherein the hole transporting material is a material having a starburst amine structure.
入射光に対する前記光電変換素子全体の光吸収率が、前記光電変換層の吸収ピーク波長において80%以上である光電変換素子。 It is a photoelectric conversion element in any one of Claims 1-4, Comprising:
The photoelectric conversion element whose light absorption factor of the said whole photoelectric conversion element with respect to incident light is 80% or more in the absorption peak wavelength of the said photoelectric conversion layer.
入射光に対する前記光電変換素子の作用スペクトルの半値幅が130nm以下である光電変換素子。 It is a photoelectric conversion element in any one of Claims 1-5, Comprising:
The photoelectric conversion element whose half width of the action spectrum of the said photoelectric conversion element with respect to incident light is 130 nm or less.
前記多数の光電変換素子の各々で発生した信号電荷に応じた信号を読み出す信号読出し部とを備える固体撮像素子。 The photoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 6, wherein a large number of the photoelectric conversion elements are arranged in an array on the same plane above the semiconductor substrate,
A solid-state imaging device comprising: a signal reading unit that reads a signal corresponding to a signal charge generated in each of the plurality of photoelectric conversion elements.
前記信号読出し部が、前記半導体基板に形成されたCMOS回路またはCCDからなる固体撮像素子。 The solid-state imaging device according to claim 7,
A solid-state imaging device, wherein the signal readout unit is a CMOS circuit or a CCD formed on the semiconductor substrate.
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Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0912548A (en) * | 1995-06-26 | 1997-01-14 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Amorphous molecular material |
JP2002523904A (en) * | 1998-08-19 | 2002-07-30 | ザ、トラスティーズ オブ プリンストン ユニバーシティ | Organic photosensitive optoelectronic devices |
JP2006086493A (en) * | 2004-03-19 | 2006-03-30 | Fuji Photo Film Co Ltd | Photoelectric conversion film, photoelectric conversion element and imaging element, and method of applying electric field to them, and applied element |
-
2011
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Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0912548A (en) * | 1995-06-26 | 1997-01-14 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Amorphous molecular material |
JP2002523904A (en) * | 1998-08-19 | 2002-07-30 | ザ、トラスティーズ オブ プリンストン ユニバーシティ | Organic photosensitive optoelectronic devices |
JP2006086493A (en) * | 2004-03-19 | 2006-03-30 | Fuji Photo Film Co Ltd | Photoelectric conversion film, photoelectric conversion element and imaging element, and method of applying electric field to them, and applied element |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017228786A (en) * | 2012-08-09 | 2017-12-28 | ソニー株式会社 | Photoelectric conversion element, imaging device, and optical sensor |
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