JP4914597B2 - Photoelectric conversion element, imaging element, and method of applying electric field to them - Google Patents
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Description
本発明は、光電変換膜、該光電変換膜を有する光電変換素子、及び固体撮像素子、並びに、これらに電場を印加する方法、及び印加した素子に関する。 The present invention relates to a photoelectric conversion film, a photoelectric conversion element having the photoelectric conversion film, a solid-state imaging element, a method of applying an electric field to these, and an applied element.
光電変換膜は、例えば光センサ等に広く利用され、特に、テレビカメラ等の撮像装置(固体撮像装置)の固体撮像素子(受光素子)として好適に用いられている。撮像装置の固体撮像素子として用いられる光電変換膜の材料としては、Si膜やa−Se膜等の無機材料の膜が主に用いられている。 The photoelectric conversion film is widely used for, for example, an optical sensor, and is particularly preferably used as a solid-state imaging element (light-receiving element) of an imaging apparatus (solid-state imaging apparatus) such as a television camera. As a material of a photoelectric conversion film used as a solid-state imaging element of an imaging device, an inorganic material film such as a Si film or an a-Se film is mainly used.
これら無機材料の膜を用いた従来の光電変換膜は、光電変換膜特性に対して急峻な波長依存性を持たない。このため、光電変換膜を用いた撮像装置は、入射光を赤、緑、青の三原色に分解するプリズムと、プリズムの後段に配置される3枚の光電変換膜とを備えた3板構造のものが主流となっている。 Conventional photoelectric conversion films using these inorganic material films do not have a steep wavelength dependence on the photoelectric conversion film characteristics. For this reason, an image pickup apparatus using a photoelectric conversion film has a three-plate structure including a prism that separates incident light into three primary colors of red, green, and blue, and three photoelectric conversion films that are arranged at the subsequent stage of the prism. Things have become mainstream.
しかしながら、この3板式構造の撮像装置は、構造上、寸法および質量がともに大きくなることを避けることができない。 However, this three-plate type imaging device cannot avoid an increase in size and mass due to its structure.
撮像装置の小型軽量化を実現するには、分光プリズムを設ける必要がなく、受光素子が1枚である単板構造のものが望まれ、例えば、単板受光素子に赤、緑、青のフィルタを配置した構造の撮像装置が検討され、光電変換膜の材料として、種類および特性が多様であり、また、加工形状の自由度が大きい等の利点を有する有機材料を用いることも検討されて、光感度(感度)を高めた光電変換膜、それを用いた受光素子が特開2003−158254号公報に記載されている。この文献では、p型半導体、n型半導体として、有機材料を用いているが、同公報の実施例では、p型有機材料としてポリメチルフェニルシラン(PMPS)、n型有機材料として8−ヒドロキシキノリンアルミニウム錯体(Alq3)を用い、有機色素であるクマリン6を上記PMPS 100質量部に対して5.0質量部添加した例が記載されているのみであり、又同公報の好適な実施の形態の項における記載も有機色素は光電変換膜を構成するp型またはn型有機材料100質量部に対して0.1〜50質量部用いることが好ましいと記載されている。
In order to reduce the size and weight of the imaging apparatus, it is not necessary to provide a spectral prism, and a single-plate structure with a single light-receiving element is desired. For example, red, green, and blue filters are used for the single-plate light-receiving element. An image pickup device having a structure in which the structure is arranged is studied, and as a material of the photoelectric conversion film, there are various kinds and characteristics, and it is also considered to use an organic material having advantages such as a large degree of freedom of processing shape, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2003-158254 discloses a photoelectric conversion film with improved photosensitivity (sensitivity) and a light receiving element using the photoelectric conversion film. In this document, an organic material is used as the p-type semiconductor and the n-type semiconductor. However, in the example of the publication, polymethylphenylsilane (PMPS) is used as the p-type organic material, and 8-hydroxyquinoline is used as the n-type organic material. Only an example in which 5.0 parts by mass of
また、撮像装置の小型軽量化を実現するには、分光プリズムを設ける必要がなく、受光素子が1枚である単板構造のものとして、低解像度の積層型光電変換膜が特開2003−234460号公報に記載されている。この文献には、例えば、好ましい積層型光電変換膜は、光の三原色のうちのいずれか1色の波長の光を吸収する機能を有する光電変換膜と、他の1色の波長の光を吸収する機能を有する光電変換膜と、残りの1色の光を吸収する機能を有する光電変換膜とを積層することで、高い、感度および解像度を有するカラー画像を得ることができると記載されている。
特開2003−332551号公報には前記特開2003−234460号公報と同様な積層型光導電膜が記載されている。しかし、上記の特許文献1〜3には、本発明の化合物が好ましい性能を与えることについては記載がない。
Further, in order to realize a reduction in size and weight of the imaging apparatus, it is not necessary to provide a spectroscopic prism, and a low-resolution stacked photoelectric conversion film is disclosed as a single-plate structure having one light receiving element. It is described in the gazette. In this document, for example, a preferable stacked photoelectric conversion film absorbs light of a wavelength of any one of the three primary colors of light and a light of a wavelength of another color. It is described that a color image having high sensitivity and resolution can be obtained by laminating a photoelectric conversion film having a function of absorbing and a photoelectric conversion film having a function of absorbing the remaining light of one color. .
Japanese Patent Laid-Open No. 2003-332551 describes a multilayer photoconductive film similar to that of Japanese Patent Laid-Open No. 2003-234460. However, the
一方、特開2004−134933号広報には、デジタルスチルカメラの光電変換部がフラーレンを含むと言う記載があり、フラーレン等は赤色光検出層、緑色光検出層、又は青色光検出層中に好ましく用いることができる(同公報の段落番号0117参照)との記載があるのみで、光電変換膜中の機能等については一切記載がないし、フラーレンを具体的に使用した記述はない。
本発明の目的は、光電変換効率が高い光導電膜、光電変換素子を有する撮像素子(好ましくはカラーイメージセンサー)を提供することである。 An object of the present invention is to provide a photoconductive film having high photoelectric conversion efficiency and an imaging device (preferably a color image sensor) having a photoelectric conversion element.
本発明は下記の手段により解決された。
〔1〕p型半導体とn型半導体から成る光電変換膜を一対の電極で挟んだ光電変換素子を含有する撮像素子において、該光電変換膜にフラーレン又はフラーレン誘導体と、キナクリドン色素とを含有することを特徴とする撮像素子。
〔2〕前記光電変換膜がp型半導体層とn型半導体層とを有し、該p型半導体層とn型半導体層の少なくともいずれかにフラーレン又はフラーレン誘導体を用いることを特徴とする上記〔1〕に記載の撮像素子。
〔3〕前記フラーレン又はフラーレン誘導体をn型半導体として用いることを特徴とする上記〔1〕または〔2〕に記載の撮像素子。
〔4〕前記p型半導体として、500nm以上600nm以下の波長領域に分光極大吸収を有する有機半導体を用いることを特徴とする上記〔1〕〜〔3〕のいずれか一項に記載の撮像素子。
〔5〕前記光電変換膜がp型半導体層とn型半導体層の間に、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ことを特徴とする上記〔1〕〜〔4〕のいずれか一項に記載の撮像素子。
〔6〕前記光電変換膜がp型半導体層とn型半導体層で形成されるpn接合層の繰り返し構造を2つ以上有する構造を持つことを特徴とする上記〔1〕〜〔4〕のいずれか一項に記載の撮像素子。
〔7〕前記p型半導体及びn型半導体のいずれもが有機半導体であることを特徴とする上記〔1〕〜〔6〕のいずれか一項に記載の撮像素子。
〔8〕前記光電変換膜の厚みが、30nm以上300nm以下であることを特徴とする上記〔1〕〜〔7〕のいずれか一項に記載の撮像素子。
〔9〕上記〔1〕〜〔8〕のいずれか一項に記載の光電変換膜を含み、光電変換膜が2層以上積層されたことを特徴とする撮像素子。
〔10〕前記2層以上が、青色光電変換膜、緑色光電変換膜、赤色光電変換膜の3層であることを特徴とする上記〔9〕記載の撮像素子。
〔11〕上記〔10〕に記載の青色光電変換膜、緑色光電変換膜、赤色光電変換膜の順に、分光吸収極大値を各々λmax1、λmax2、λmax3としたとき、λmax1が400nm以上500nm以下、λmax2が500nm以上600nm以下、λmax3が600nm以上700nm以下の範囲にあることを特徴とする上記〔10〕に記載の撮像素子。
〔12〕上記〔10〕に記載の青色光電変換膜、緑色光電変換膜、赤色光電変換膜の順に、分光感度極大値を各々Smax1、Smax2、Smax3としたとき、Smax1が400nm以上500nm以下、Smax2が500nm以上600nm以下、Smax3が600nm以上700nm以下の範囲にあることを特徴とする上記〔10〕に記載の撮像素子。
〔13〕上記〔10〕に記載の青色光電変換膜、緑色光電変換膜、赤色光電変換膜の分光極大吸収の50%を示す最も短波長と最も長波長の間隔が、各々、120nm以下であることを特徴とする上記〔10〕に記載の撮像素子。
〔14〕上記〔10〕に記載の青色光電変換膜、緑色光電変換膜、赤色光電変換膜の分光極大感度の50%を示す最も短波長と最も長波長の間隔が、各々、120nm以下であることを特徴とする上記〔10〕に記載の撮像素子。
〔15〕上記〔10〕に記載の青色光電変換膜、緑色光電変換膜、赤色光電変換膜の分光極大吸収の80%を示す最も短波長と最も長波長の間隔が、各々、20nm以上で100nm以下であることを特徴とする上記〔10〕に記載の撮像素子。
〔16〕上記〔10〕に記載の青色光電変換膜、緑色光電変換膜、赤色光電変換膜の分光極大感度の80%を示す最も短波長と最も長波長の間隔が、各々、20nm以上で100nm以下であることを特徴とする上記〔10〕に記載の撮像素子。
〔17〕上記〔10〕に記載の青色光電変換膜、緑色光電変換膜、赤色光電変換膜の分光極大吸収の20%を示す最も短波長と最も長波長の間隔が、各々、180nm以下であることを特徴とする上記〔10〕に記載の撮像素子。
〔18〕上記〔10〕に記載の青色光電変換膜、緑色光電変換膜、赤色光電変換膜の分光極大感度の20%を示す最も短波長と最も長波長の間隔が、各々、180nm以下であることを特徴とする上記〔10〕に記載の撮像素子。
〔19〕上記〔10〕に記載の青色光電変換膜、緑色光電変換膜、赤色光電変換膜の順に、分光極大吸収の50%を示す最も長波長が、各々、460nmから510nm、560nmから610nm、640nmから730nmであることを特徴とする上記〔10〕に記載の撮像素子。
〔20〕上記〔10〕に記載の青色光電変換膜、緑色光電変換膜、赤色光電変換膜の順に、分光極大感度の50%を示す最も長波長が、各々、460nmから510nm、560nmから610nm、640nmから730nmであることを特徴とする上記〔10〕に記載の撮像素子。
〔21〕少なくとも2つの電磁波吸収/光電変換部位を有し、これらのうち少なくとも一つの部位が上記〔1〕〜〔8〕のいずれか一項に記載の光電変換膜からなることを特徴とする撮像素子。
〔22〕少なくとも2つの電磁波吸収/光電変換部位が少なくとも2層の積層型構造を有することを特徴とする上記〔21〕記載の撮像素子。
〔23〕上層が緑光を吸収し光電変換することができる部位からなることを特徴とする上記〔22〕記載の撮像素子。
〔24〕少なくとも3つの電磁波吸収/光電変換部位を有し、これらのうち少なくとも一つの部位が上記〔1〕〜〔8〕のいずれか一項に記載の光電変換膜からなることを特徴とする撮像素子。
〔25〕上層が緑光を吸収し光電変換することができる部位からなることを特徴とする上記〔24〕記載の撮像素子。
〔26〕少なくとも2つの電磁波吸収/光電変換部位が無機層からなることを特徴とする上記〔24〕又は〔25〕記載の撮像素子。
〔27〕少なくとも2つの電磁波吸収/光電変換部位がシリコン基盤内に形成されていることを特徴とする上記〔26〕記載の撮像素子。
〔28〕上記〔1〕〜〔27〕のいずれか一項に記載の撮像素子に10 -2 V/cm以上1×10 10 V/cm以下の電場を印加する方法。
本発明は、上記〔1〕〜〔28〕項に関するものであるが、その他の事項についても参考のために記載した。
(1)p型半導体とn型半導体から成る光電変換膜を一対の電極で挟んだ光電変換素子を含有する撮像素子において、該光電変換膜にフラーレン又はフラーレン誘導体を含有することを特徴とする撮像素子。
(2)前記光電変換膜がp型半導体層とn型半導体層とを有し、該p型半導体層とn型半導体層の少なくともいずれかにフラーレン又はフラーレン誘導体を用いることを特徴とする(1)に記載の撮像素子。
(3)前記フラーレン又はフラーレン誘導体をn型半導体として用いることを特徴とする(1)または(2)に記載の撮像素子。
(4)前記p型半導体として、500nm以上600nm以下の波長領域に分光極大吸収を有する有機半導体を用いることを特徴とする(1)〜(3)に記載の撮像素子。
(5)前記光電変換膜がp型半導体層とn型半導体層の間に、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ことを特徴とする(1)〜(4)に記載の撮像素子。
(6)前記光電変換膜がp型半導体層とn型半導体層で形成されるpn接合層の繰り返し構造を2つ以上有する構造を持つことを特徴とする(1)〜(4)に記載の撮像素子。
(7)前記p型半導体及びn型半導体のいずれもが有機半導体であることを特徴とする(1)〜(6)のいずれかに記載の撮像素子。
(8)前記光電変換膜が、30nm以上300nm以下であることを特徴とする(1)〜(7)のいずれかに記載の撮像素子。光電変換膜は有機層からなる層の合計である。
(9)(1)〜(8)のいずれかに記載の光電変換膜を含み、光電変換膜が2層以上積層されたことを特徴とする撮像素子。
The present invention has been solved by the following means.
[1] In an imaging device including a photoelectric conversion element in which a photoelectric conversion film composed of a p-type semiconductor and an n-type semiconductor is sandwiched between a pair of electrodes, the photoelectric conversion film contains fullerene or a fullerene derivative and a quinacridone dye. An image sensor characterized by the above.
[2] The photoelectric conversion film includes a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer, and fullerene or a fullerene derivative is used for at least one of the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer. 1].
[3] The imaging device as described in [1] or [2] above, wherein the fullerene or fullerene derivative is used as an n-type semiconductor.
[4] The imaging device according to any one of [1] to [3], wherein an organic semiconductor having spectral maximum absorption in a wavelength region of 500 nm to 600 nm is used as the p-type semiconductor.
[5] The above [1] to [1], wherein the photoelectric conversion film has a bulk heterojunction structure layer including the p-type semiconductor and the n-type semiconductor as an intermediate layer between the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer. [4] The imaging device according to any one of [4].
[6] Any one of the above [1] to [4], wherein the photoelectric conversion film has a structure having two or more repeating structures of a pn junction layer formed of a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer. The imaging device according to
[7] The imaging device according to any one of [1] to [6], wherein both the p-type semiconductor and the n-type semiconductor are organic semiconductors.
[8] The imaging device according to any one of [1] to [7], wherein the photoelectric conversion film has a thickness of 30 nm to 300 nm.
[9] An imaging device comprising the photoelectric conversion film according to any one of [1] to [8], wherein two or more photoelectric conversion films are laminated.
[10] The imaging device according to [9], wherein the two or more layers are three layers of a blue photoelectric conversion film, a green photoelectric conversion film, and a red photoelectric conversion film.
[11] When the spectral absorption maximum values are λmax1, λmax2, and λmax3 in the order of the blue photoelectric conversion film, the green photoelectric conversion film, and the red photoelectric conversion film according to [10], λmax1 is 400 nm to 500 nm, and λmax2 Is in the range of not less than 500 nm and not more than 600 nm, and λmax3 is in the range of not less than 600 nm and not more than 700 nm.
[12] When the spectral sensitivity maximum values are Smax1, Smax2, and Smax3 in the order of the blue photoelectric conversion film, the green photoelectric conversion film, and the red photoelectric conversion film according to [10], Smax1 is 400 nm or more and 500 nm or less, and Smax2 Is in the range of not less than 500 nm and not more than 600 nm, and Smax3 is not less than 600 nm and not more than 700 nm.
[13] The interval between the shortest wavelength and the longest wavelength, which represents 50% of the spectral maximum absorption of the blue photoelectric conversion film, the green photoelectric conversion film, and the red photoelectric conversion film according to [10], is 120 nm or less. The image pickup device according to [10] above, wherein
[14] The interval between the shortest wavelength and the longest wavelength, which indicates 50% of the spectral maximum sensitivity of the blue photoelectric conversion film, the green photoelectric conversion film, and the red photoelectric conversion film according to [10], is 120 nm or less. The image pickup device according to [10] above, wherein
[15] The interval between the shortest wavelength and the longest wavelength, which represents 80% of the spectral maximum absorption of the blue photoelectric conversion film, the green photoelectric conversion film, and the red photoelectric conversion film according to [10], is 20 nm or more and 100 nm. The imaging device as described in [10] above, wherein:
[16] The interval between the shortest wavelength and the longest wavelength, which indicates 80% of the spectral maximum sensitivity of the blue photoelectric conversion film, the green photoelectric conversion film, and the red photoelectric conversion film according to [10], is 20 nm or more and 100 nm, respectively. The imaging device as described in [10] above, wherein:
[17] The interval between the shortest wavelength and the longest wavelength indicating 20% of the spectral maximum absorption of the blue photoelectric conversion film, the green photoelectric conversion film, and the red photoelectric conversion film according to [10] is 180 nm or less. The image pickup device according to [10] above, wherein
[18] The interval between the shortest wavelength and the longest wavelength, which indicates 20% of the spectral maximum sensitivity of the blue photoelectric conversion film, the green photoelectric conversion film, and the red photoelectric conversion film according to [10], is 180 nm or less. The image pickup device according to [10] above, wherein
[19] In the order of the blue photoelectric conversion film, the green photoelectric conversion film, and the red photoelectric conversion film according to [10], the longest wavelengths indicating 50% of the spectral maximum absorption are 460 nm to 510 nm, 560 nm to 610 nm, The imaging device as described in [10] above, which has a wavelength of 640 nm to 730 nm.
[20] In the order of the blue photoelectric conversion film, the green photoelectric conversion film, and the red photoelectric conversion film according to [10], the longest wavelengths indicating 50% of the spectral maximum sensitivity are 460 nm to 510 nm, 560 nm to 610 nm, respectively. The imaging device as described in [10] above, which has a wavelength of 640 nm to 730 nm.
[21] It has at least two electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion sites, and at least one of them is composed of the photoelectric conversion film according to any one of [1] to [8] above. Image sensor.
[22] The imaging device as described in [21] above, wherein at least two electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion sites have a laminated structure of at least two layers.
[23] The imaging device as described in [22] above, wherein the upper layer is made of a part capable of absorbing green light and performing photoelectric conversion.
[24] It has at least three electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion parts, and at least one of these parts is composed of the photoelectric conversion film according to any one of [1] to [8]. Image sensor.
[25] The imaging device as described in [24] above, wherein the upper layer is composed of a part capable of absorbing green light and performing photoelectric conversion.
[26] The imaging device as described in [24] or [25] above, wherein at least two electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion sites comprise an inorganic layer.
[27] The imaging device as described in [26] above, wherein at least two electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion sites are formed in a silicon substrate.
[28] A method in which an electric field of 10 −2 V / cm or more and 1 × 10 10 V / cm or less is applied to the imaging device according to any one of [1] to [27] .
The present invention relates to the above items [1] to [28], but other matters are also described for reference.
(1) An imaging device including a photoelectric conversion element in which a photoelectric conversion film composed of a p-type semiconductor and an n-type semiconductor is sandwiched between a pair of electrodes, wherein the photoelectric conversion film contains fullerene or a fullerene derivative. element.
(2) The photoelectric conversion film includes a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer, and fullerene or a fullerene derivative is used for at least one of the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer (1) ).
(3) The image sensor according to (1) or (2), wherein the fullerene or fullerene derivative is used as an n-type semiconductor.
(4) The imaging device according to any one of (1) to (3), wherein an organic semiconductor having a spectral maximum absorption in a wavelength region of 500 nm to 600 nm is used as the p-type semiconductor.
(5) The photoelectric conversion film has a bulk heterojunction structure layer including the p-type semiconductor and the n-type semiconductor as an intermediate layer between the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer. 4) The imaging device described in.
(6) The photoelectric conversion film has a structure having two or more repetitive structures of a pn junction layer formed of a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer, as described in (1) to (4) Image sensor.
(7) The imaging device according to any one of (1) to (6), wherein both the p-type semiconductor and the n-type semiconductor are organic semiconductors.
(8) The imaging device according to any one of (1) to (7), wherein the photoelectric conversion film has a thickness of 30 nm to 300 nm. The photoelectric conversion film is the total of layers composed of organic layers.
(9) An imaging device comprising the photoelectric conversion film according to any one of (1) to (8), wherein two or more photoelectric conversion films are laminated.
(10)前記2層以上が、青色光電変換膜、緑色光電変換膜、赤色光電変換膜の3層であることを特徴とする(9)記載の撮像素子。
(11)(10)に記載の青色光電変換膜、緑色光電変換膜、赤色光電変換膜の順に、分光吸収極大値を各々λmax1、λmax2、λmax3としたとき、λmax1が400nm以上500nm以下、λmax2が500nm以上600nm以下、λmax3が600nm以上700nm以下の範囲にあることを特徴とする(10)に記載の撮像素子。
(12)(10)に記載の青色光電変換膜、緑色光電変換膜、赤色光電変換膜の順に、分光感度極大値を各々Smax1、Smax2、Smax3としたとき、Smax1が40
0nm以上500nm以下、Smax2が500nm以上600nm以下、Smax3が
600nm以上700nm以下の範囲にあることを特徴とする(10)に記載の撮像素子。
(13)(10)に記載の青色光電変換膜、緑色光電変換膜、赤色光電変換膜の分光極大吸収の50%を示す最も短波長と最も長波長の間隔が、各々、120nm以下であることを特徴とする(10)に記載の撮像素子。
(14)(10)に記載の青色光電変換膜、緑色光電変換膜、赤色光電変換膜の分光極大感度の50%を示す最も短波長と最も長波長の間隔が、各々、120nm以下であることを特徴とする(10)に記載の撮像素子。
(15)(10)に記載の青色光電変換膜、緑色光電変換膜、赤色光電変換膜の分光極大吸収の80%を示す最も短波長と最も長波長の間隔が、各々、20nm以上で100nm以下であることを特徴とする(10)に記載の撮像素子。
(16)(10)に記載の青色光電変換膜、緑色光電変換膜、赤色光電変換膜の分光極大感度の80%を示す最も短波長と最も長波長の間隔が、各々、20nm以上で100nm以下であることを特徴とする(10)に記載の撮像素子。
(17)(10)に記載の青色光電変換膜、緑色光電変換膜、赤色光電変換膜の分光極大吸収の20%を示す最も短波長と最も長波長の間隔が、各々、180nm以下であることを特徴とする(10)に記載の撮像素子。
(18)(10)に記載の青色光電変換膜、緑色光電変換膜、赤色光電変換膜の分光極大感度の20%を示す最も短波長と最も長波長の間隔が、各々、180nm以下であることを特徴とする(10)に記載の撮像素子。
(19)(10)に記載の青色光電変換膜、緑色光電変換膜、赤色光電変換膜の順に、分光極大吸収の50%を示す最も長波長が、各々、460nmから510nm、560nmから610nm、640nmから730nmであることを特徴とする(10)に記載の撮像素子。
(10) The imaging device according to (9), wherein the two or more layers are three layers of a blue photoelectric conversion film, a green photoelectric conversion film, and a red photoelectric conversion film.
(11) When the spectral absorption maximum values are λmax1, λmax2, and λmax3 in the order of the blue photoelectric conversion film, the green photoelectric conversion film, and the red photoelectric conversion film described in (10), λmax1 is 400 nm to 500 nm, and λmax2 is (10) The imaging device according to (10), wherein 500 nm to 600 nm and λmax3 are in the range of 600 nm to 700 nm.
(12) When the spectral sensitivity maximum values are Smax1, Smax2, and Smax3 in the order of the blue photoelectric conversion film, the green photoelectric conversion film, and the red photoelectric conversion film described in (10), Smax1 is 40.
The imaging device according to (10), wherein 0 nm to 500 nm,
(13) The interval between the shortest wavelength and the longest wavelength, which indicates 50% of the spectral maximum absorption of the blue photoelectric conversion film, the green photoelectric conversion film, and the red photoelectric conversion film according to (10), is 120 nm or less, respectively. (10) The imaging device described in (10).
(14) The interval between the shortest wavelength and the longest wavelength that indicates 50% of the spectral maximum sensitivity of the blue photoelectric conversion film, the green photoelectric conversion film, and the red photoelectric conversion film according to (10) is 120 nm or less, respectively. (10) The imaging device described in (10).
(15) The interval between the shortest wavelength and the longest wavelength that represents 80% of the spectral maximum absorption of the blue photoelectric conversion film, the green photoelectric conversion film, and the red photoelectric conversion film according to (10) is 20 nm or more and 100 nm or less, respectively. (10) The imaging device according to (10).
(16) The interval between the shortest wavelength and the longest wavelength that indicates 80% of the spectral maximum sensitivity of the blue photoelectric conversion film, the green photoelectric conversion film, and the red photoelectric conversion film according to (10) is 20 nm or more and 100 nm or less, respectively. (10) The imaging device according to (10).
(17) The interval between the shortest wavelength and the longest wavelength, which indicates 20% of the spectral maximum absorption of the blue photoelectric conversion film, the green photoelectric conversion film, and the red photoelectric conversion film according to (10), is 180 nm or less, respectively. (10) The imaging device described in (10).
(18) The interval between the shortest wavelength and the longest wavelength, which indicates 20% of the spectral maximum sensitivity of the blue photoelectric conversion film, the green photoelectric conversion film, and the red photoelectric conversion film according to (10), is 180 nm or less, respectively. (10) The imaging device described in (10).
(19) In the order of the blue photoelectric conversion film, the green photoelectric conversion film, and the red photoelectric conversion film according to (10), the longest wavelengths indicating 50% of the spectral maximum absorption are 460 nm to 510 nm, 560 nm to 610 nm, and 640 nm, respectively. The imaging element according to (10), wherein the imaging element is from 730 nm to 730 nm.
(20)(10)に記載の青色光電変換膜、緑色光電変換膜、赤色光電変換膜の順に、分光極大感度の50%を示す最も長波長が、各々、460nmから510nm、560nmから610nm、640nmから730nmであることを特徴とする(10)に記載の撮像素子。
(21)少なくとも2つの電磁波吸収/光電変換部位を有し、これらのうち少なくとも一つの部位が請求項1〜8のいずれかに記載の光電変換膜からなることを特徴とする撮像素子。
(22)少なくとも2つの電磁波吸収/光電変換部位が少なくとも2層の積層型構造を有することを特徴とする(21)記載の撮像素子。
(23)上層が緑光を吸収し光電変換することができる部位からなることを特徴とする(22)記載の撮像素子。
(24)少なくとも3つの電磁波吸収/光電変換部位を有し、これらのうち少なくとも一つの部位が(1)〜(8)のいずれかに記載の光電変換膜からなることを特徴とする撮像素子。
(25)上層が緑光を吸収し光電変換することができる部位からなることを特徴とする(24)記載の撮像素子。
(26)少なくとも2つの電磁波吸収/光電変換部位が無機層からなることを特徴とする(24)又は(25)記載の撮像素子。
(27)少なくとも2つの電磁波吸収/光電変換部位がシリコン基盤内に形成されていることを特徴とする(26)記載の撮像素子。
(28)(1)〜(27)のいずれかに記載の撮像素子に10-2V/cm以上1×1010V/cm以下の電場を印加する方法。
(29)(28)により印加された撮像素子。
(20) The longest wavelength showing 50% of the spectral maximum sensitivity in the order of the blue photoelectric conversion film, the green photoelectric conversion film, and the red photoelectric conversion film described in (10) is 460 nm to 510 nm, 560 nm to 610 nm, and 640 nm, respectively. The imaging element according to (10), wherein the imaging element is from 730 nm to 730 nm.
(21) An image pickup device having at least two electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion sites, wherein at least one of the sites comprises the photoelectric conversion film according to any one of
(22) The imaging device according to (21), wherein at least two electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion sites have a laminated structure of at least two layers.
(23) The imaging device according to (22), wherein the upper layer is formed of a portion that can absorb green light and perform photoelectric conversion.
(24) An image pickup device having at least three electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion sites, wherein at least one site is made of the photoelectric conversion film according to any one of (1) to (8).
(25) The imaging device according to (24), wherein the upper layer is formed of a portion that can absorb green light and perform photoelectric conversion.
(26) The imaging device according to (24) or (25), wherein at least two electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion sites are made of an inorganic layer.
(27) The imaging device according to (26), wherein at least two electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion sites are formed in a silicon substrate.
(28) A method of applying an electric field of 10 −2 V / cm or more and 1 × 10 10 V / cm or less to the imaging device according to any one of (1) to (27).
(29) The imaging device applied according to (28).
本発明の光導電膜、光電変換素子を含有する撮像素子は光電変換効率が高く耐久性にも優れるという効果があるが、2層積層、及び、BGR3層積層型固体撮像素子においては、それ以外にも下記の特徴がある。
積層構造のため、モアレの発生がなく、光学ローパスフィルターが不要のため解像度が高く、色にじみがない。また信号処理が単純で、擬信号が発生しない。更に、CMOSの場合には、画素混合が容易で、部分読みが容易である。
開口率100%、マイクロレンズ不要のため、撮像レンズに対する射出瞳距離制限がなく、シェーデングがない。従ってレンズ交換カメラに適し、この際レンズの薄型化が可能になる。
マイクロレンズがないため、接着剤充填でガラス封止が可能となり、パッケージの薄型化、歩留まりが上昇し、コストダウンになる。
有機化合物使用のため、高感度が得られ、IRフィルター不要で、フレアが低下する。
The image sensor containing the photoconductive film and the photoelectric conversion element of the present invention has an effect of high photoelectric conversion efficiency and excellent durability, but in the two-layer stacked and BGR three-layer stacked solid-state image sensor, other than that Has the following characteristics.
Due to the laminated structure, there is no moiré, no optical low-pass filter is required, so the resolution is high and there is no color blur. Further, signal processing is simple and no pseudo signal is generated. Furthermore, in the case of CMOS, pixel mixing is easy and partial reading is easy.
Since the aperture ratio is 100% and no microlens is required, there is no limitation on the exit pupil distance with respect to the imaging lens, and there is no shading. Therefore, it is suitable for a lens interchangeable camera, and in this case, the lens can be thinned.
Since there is no microlens, it is possible to seal the glass by filling the adhesive, reducing the package thickness, increasing the yield, and reducing the cost.
Due to the use of organic compounds, high sensitivity is obtained, no IR filter is required, and flare is reduced.
本発明においては、光電変換膜にフラーレン又はフラーレン誘導体を含有する光電変換素子を用いる。これらの化合物は有機p型半導体、有機n型半導体、またはこれらの有機半導体と電極間に積層される電子ブロック材料、正孔ブロック材料のいずれとして用いても良いが、好ましくは有機n型半導体として用いる場合である。 In the present invention, a photoelectric conversion element containing fullerene or a fullerene derivative is used for the photoelectric conversion film. These compounds may be used as organic p-type semiconductors, organic n-type semiconductors, or electron blocking materials and hole blocking materials laminated between these organic semiconductors and electrodes, but preferably as organic n-type semiconductors This is the case.
本発明のフラーレンとは、フラーレンC60、フラーレンC70、フラーレンC76、フラーレンC78、フラーレンC80、フラーレンC82、フラーレンC84、フラーレンC90、フラーレンC96、フラーレンC240、フラーレン540、ミックスドフラーレン、フラーレンナノチューブを表し、フラーレン誘導体とはこれらに置換基が付加された化合物のことを表す。 The fullerene of the present invention is fullerene C 60 , fullerene C 70 , fullerene C 76 , fullerene C 78 , fullerene C 80 , fullerene C 82 , fullerene C 84 , fullerene C 90 , fullerene C 96 fullerene C 240 , fullerene 540 , Mixed fullerene and fullerene nanotube are represented, and the fullerene derivative represents a compound having a substituent added thereto.
本発明において、特定の部分を「基」と称した場合には、当該部分はそれ自体が置換されていなくても、一種以上の(可能な最多数までの)置換基で置換されていても良いことを意味する。例えば、「アルキル基」とは置換または無置換のアルキル基を意味する。また、本発明における化合物に使用できる置換基は、どのような置換基でも良い。 In the present invention, when a specific moiety is referred to as a “group”, the moiety may be unsubstituted or substituted with one or more (up to the maximum possible) substituents. Means good. For example, “alkyl group” means a substituted or unsubstituted alkyl group. In addition, the substituent that can be used in the compound in the present invention may be any substituent.
このような置換基をWとすると、Wで示される置換基としては、いかなるものでも良く、特に制限は無いが、例えば、ハロゲン原子、アルキル基(シクロアルキル基、ビシクロアルキル基、トリシクロアルキル基を含む)、アルケニル基(シクロアルケニル基、ビシクロアルケニル基を含む)、アルキニル基、アリール基、複素環基(ヘテロ環基と言っても良い)、シアノ基、ヒドロキシル基、ニトロ基、カルボキシル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、シリルオキシ基、ヘテロ環オキシ基、アシルオキシ基、カルバモイルオキシ基、アルコキシカルボニルオキシ基、アリールオキシカルボニルオキシ基、アミノ基(アニリノ基を含む)、アンモニオ基、アシルアミノ基、アミノカルボニルアミノ基、アルコキシカルボニルアミノ基、アリールオキシカルボニルアミノ基、スルファモイルアミノ基、アルキル及びアリールスルホニルアミノ基、メルカプト基、アルキルチオ基、アリールチオ基、ヘテロ環チオ基、スルファモイル基、スルホ基、アルキル及びアリールスルフィニル基、アルキル及びアリールスルホニル基、アシル基、アリールオキシカルボニル基、アルコキシカルボニル基、カルバモイル基、アリール及びヘテロ環アゾ基、イミド基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスフィニルオキシ基、ホスフィニルアミノ基、ホスホノ基、シリル基、ヒドラジノ基、ウレイド基、ボロン酸基(−B(OH)2)、ホスファト基(−OPO(OH)2)、スルファト基(−OSO3H)、その他の公知の置換基、が例として挙げられる。 When such a substituent is W, the substituent represented by W is not particularly limited, and examples thereof include halogen atoms, alkyl groups (cycloalkyl groups, bicycloalkyl groups, tricycloalkyl groups). ), Alkenyl groups (including cycloalkenyl groups and bicycloalkenyl groups), alkynyl groups, aryl groups, heterocyclic groups (also referred to as heterocyclic groups), cyano groups, hydroxyl groups, nitro groups, carboxyl groups, Alkoxy group, aryloxy group, silyloxy group, heterocyclic oxy group, acyloxy group, carbamoyloxy group, alkoxycarbonyloxy group, aryloxycarbonyloxy group, amino group (including anilino group), ammonio group, acylamino group, aminocarbonyl Amino group, alkoxycarbonylamino group, Oxycarbonylamino group, sulfamoylamino group, alkyl and arylsulfonylamino group, mercapto group, alkylthio group, arylthio group, heterocyclic thio group, sulfamoyl group, sulfo group, alkyl and arylsulfinyl group, alkyl and arylsulfonyl Group, acyl group, aryloxycarbonyl group, alkoxycarbonyl group, carbamoyl group, aryl and heterocyclic azo group, imide group, phosphino group, phosphinyl group, phosphinyloxy group, phosphinylamino group, phosphono group, silyl group , Hydrazino group, ureido group, boronic acid group (—B (OH) 2 ), phosphato group (—OPO (OH) 2 ), sulfato group (—OSO 3 H), and other known substituents. It is done.
更に詳しくは、Wは、ハロゲン原子(例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子)、アルキル基[直鎖、分岐、環状の置換もしくは無置換のアルキル基を表す。それらは、アルキル基(好ましくは炭素数1から30のアルキル基、例えばメチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、t−ブチル、n−オクチル、エイコシル、2−クロロエチル、2−シアノエチル、2―エチルヘキシル)、シクロアルキル基(好ましくは、炭素数3から30の置換または無置換のシクロアルキル基、例えば、シクロヘキシル、シクロペンチル、4−n−ドデシルシクロヘキシル)、ビシクロアルキル基(好ましくは、炭素数5から30の置換もしくは無置換のビシクロアルキル基、つまり、炭素数5から30のビシクロアルカンから水素原子を一個取り去った一価の基である。例えば、ビシクロ[1,2,2]ヘプタン−2−イル、ビシクロ[2,2,2]オクタン−3−イル)、更に環構造が多いトリシクロ構造なども包含するものである。以下に説明する置換基の中のアルキル基(例えばアルキルチオ基のアルキル基)はこのような概念のアルキル基を表すが、さらにアルケニル基、アルキニル基も含むこととする。]、アルケニル基[直鎖、分岐、環状の置換もしくは無置換のアルケニル基を表す。それらは、アルケニル基(好ましくは炭素数2から30の置換または無置換のアルケニル基、例えば、ビニル、アリル、プレニル、ゲラニル、オレイル)、シクロアルケニル基(好ましくは、炭素数3から30の置換もしくは無置換のシクロアルケニル基、つまり、炭素数3から30のシクロアルケンの水素原子を一個取り去った一価の基である。例えば、2−シクロペンテン−1−イル、2−シクロヘキセン−1−イル)、ビシクロアルケニル基(置換もしくは無置換のビシクロアルケニル基、好ましくは、炭素数5から30の置換もしくは無置換のビシクロアルケニル基、つまり二重結合を一個持つビシクロアルケンの水素原子を一個取り去った一価の基である。例えば、ビシクロ[2,2,1]ヘプト−2−エン−1−イル、ビシクロ[2,2,2]オクト−2−エン−4−イル)を包含するものである。]、アルキニル基(好ましくは、炭素数2から30の置換または無置換のアルキニル基、例えば、エチニル、プロパルギル、トリメチルシリルエチニル基)、アリール基(好ましくは炭素数6から30の置換もしくは無置換のアリール基、例えばフェニル、p−トリル、ナフチル、m−クロロフェニル、o−ヘキサデカノイルアミノフェニル)、複素環基(好ましくは5または6員の置換もしくは無置換の、芳香族もしくは非芳香族の複素環化合物から一個の水素原子を取り除いた一価の基であり、更に好ましくは、炭素数3から30の5もしくは6員の芳香族の複素環基である。例えば、2−フリル、2−チエニル、2−ピリミジニル、2−ベンゾチアゾリル、なお、1−メチル−2−ピリジニオ、1−メチル−2−キノリニオのようなカチオン性の複素環基でも良い。)、シアノ基、ヒドロキシル基、ニトロ基、カルボキシル基、アルコキシ基(好ましくは、炭素数1から30の置換もしくは無置換のアルコキシ基、例えば、メトキシ、エトキシ、イソプロポキシ、t−ブトキシ、n−オクチルオキシ、2−メトキシエトキシ)、アリールオキシ基(好ましくは、炭素数6から30の置換もしくは無置換のアリールオキシ基、例えば、フェノキシ、2−メチルフェノキシ、4−t−ブチルフェノキシ、3−ニトロフェノキシ、2−テトラデカノイルアミノフェノキシ)、シリルオキシ基(好ましくは、炭素数3から20のシリルオキシ基、例えば、トリメチルシリルオキシ、t−ブチルジメチルシリルオキシ)、ヘテロ環オキシ基(好ましくは、炭素数2から30の置換もしくは無置換のヘテロ環オキシ基、1−フェニルテトラゾールー5−オキシ、2−テトラヒドロピラニルオキシ)、アシルオキシ基(好ましくはホルミルオキシ基、炭素数2から30の置換もしくは無置換のアルキルカルボニルオキシ基、炭素数6から30の置換もしくは無置換のアリールカルボニルオキシ基、例えば、ホルミルオキシ、アセチルオキシ、ピバロイルオキシ、ステアロイルオキシ、ベンゾイルオキシ、p−メトキシフェニルカルボニルオキシ)、カルバモイルオキシ基(好ましくは、炭素数1から30の置換もしくは無置換のカルバモイルオキシ基、例えば、N,N−ジメチルカルバモイルオキシ、N,N−ジエチルカルバモイルオキシ、モルホリノカルボニルオキシ、N,N−ジ−n−オクチルアミノカルボニルオキシ、N−n−オクチルカルバモイルオキシ)、アルコキシカルボニルオキシ基(好ましくは、炭素数2から30の置換もしくは無置換アルコキシカルボニルオキシ基、例えばメトキシカルボニルオキシ、エトキシカルボニルオキシ、t−ブトキシカルボニルオキシ、n−オクチルカルボニルオキシ)、アリールオキシカルボニルオキシ基(好ましくは、炭素数7から30の置換もしくは無置換のアリールオキシカルボニルオキシ基、例えば、フェノキシカルボニルオキシ、p−メトキシフェノキシカルボニルオキシ、p−n−ヘキサデシルオキシフェノキシカルボニルオキシ)、アミノ基(好ましくは、アミノ基、炭素数1から30の置換もしくは無置換のアルキルアミノ基、炭素数6から30の置換もしくは無置換のアニリノ基、例えば、アミノ、メチルアミノ、ジメチルアミノ、アニリノ、N−メチル−アニリノ、ジフェニルアミノ)、アンモニオ基(好ましくはアンモニオ基、炭素数1から30の置換もしくは無置換のアルキル、アリール、ヘテロ環が置換したアンモニオ基、例えば、トリメチルアンモニオ、トリエチルアンモニオ、ジフェニルメチルアンモニオ)、アシルアミノ基(好ましくは、ホルミルアミノ基、炭素数1から30の置換もしくは無置換のアルキルカルボニルアミノ基、炭素数6から30の置換もしくは無置換のアリールカルボニルアミノ基、例えば、ホルミルアミノ、アセチルアミノ、ピバロイルアミノ、ラウロイルアミノ、ベンゾイルアミノ、3,4,5−トリ−n−オクチルオキシフェニルカルボニルアミノ)、アミノカルボニルアミノ基(好ましくは、炭素数1から30の置換もしくは無置換のアミノカルボニルアミノ基、例えば、カルバモイルアミノ、N,N−ジメチルアミノカルボニルアミノ、N,N−ジエチルアミノカルボニルアミノ、モルホリノカルボニルアミノ)、アルコキシカルボニルアミノ基(好ましくは炭素数2から30の置換もしくは無置換アルコキシカルボニルアミノ基、例えば、メトキシカルボニルアミノ、エトキシカルボニルアミノ、t−ブトキシカルボニルアミノ、n−オクタデシルオキシカルボニルアミノ、N−メチルーメトキシカルボニルアミノ)、アリールオキシカルボニルアミノ基(好ましくは、炭素数7から30の置換もしくは無置換のアリールオキシカルボニルアミノ基、例えば、フェノキシカルボニルアミノ、p−クロロフェノキシカルボニルアミノ、m−n−オクチルオキシフェノキシカルボニルアミノ)、スルファモイルアミノ基(好ましくは、炭素数0から30の置換もしくは無置換のスルファモイルアミノ基、例えば、スルファモイルアミノ、N,N−ジメチルアミノスルホニルアミノ、N−n−オクチルアミノスルホニルアミノ)、アルキル及びアリールスルホニルアミノ基(好ましくは炭素数1から30の置換もしくは無置換のアルキルスルホニルアミノ基、炭素数6から30の置換もしくは無置換のアリールスルホニルアミノ基、例えば、メチルスルホニルアミノ、ブチルスルホニルアミノ、フェニルスルホニルアミノ、2,3,5−トリクロロフェニルスルホニルアミノ、p−メチルフェニルスルホニルアミノ)、メルカプト基、アルキルチオ基(好ましくは、炭素数1から30の置換もしくは無置換のアルキルチオ基、例えばメチルチオ、エチルチオ、n−ヘキサデシルチオ)、アリールチオ基(好ましくは炭素数6から30の置換もしくは無置換のアリールチオ、例えば、フェニルチオ、p−クロロフェニルチオ、m−メトキシフェニルチオ)、ヘテロ環チオ基(好ましくは炭素数2から30の置換または無置換のヘテロ環チオ基、例えば、2−ベンゾチアゾリルチオ、1−フェニルテトラゾール−5−イルチオ)、スルファモイル基(好ましくは炭素数0から30の置換もしくは無置換のスルファモイル基、例えば、N−エチルスルファモイル、N−(3−ドデシルオキシプロピル)スルファモイル、N,N−ジメチルスルファモイル、N−アセチルスルファモイル、N−ベンゾイルスルファモイル、N−(N’−フェニルカルバモイル)スルファモイル)、スルホ基、アルキル及びアリールスルフィニル基(好ましくは、炭素数1から30の置換または無置換のアルキルスルフィニル基、6から30の置換または無置換のアリールスルフィニル基、例えば、メチルスルフィニル、エチルスルフィニル、フェニルスルフィニル、p−メチルフェニルスルフィニル)、アルキル及びアリールスルホニル基(好ましくは、炭素数1から30の置換または無置換のアルキルスルホニル基、6から30の置換または無置換のアリールスルホニル基、例えば、メチルスルホニル、エチルスルホニル、フェニルスルホニル、p−メチルフェニルスルホニル)、アシル基(好ましくはホルミル基、炭素数2から30の置換または無置換のアルキルカルボニル基、炭素数7から30の置換もしくは無置換のアリールカルボニル基、炭素数4から30の置換もしくは無置換の炭素原子でカルボニル基と結合しているヘテロ環カルボニル基、例えば、アセチル、ピバロイル、2−クロロアセチル、ステアロイル、ベンゾイル、p−n−オクチルオキシフェニルカルボニル、2―ピリジルカルボニル、2―フリルカルボニル)、アリールオキシカルボニル基(好ましくは、炭素数7から30の置換もしくは無置換のアリールオキシカルボニル基、例えば、フェノキシカルボニル、o−クロロフェノキシカルボニル、m−ニトロフェノキシカルボニル、p−t−ブチルフェノキシカルボニル)、アルコキシカルボニル基(好ましくは、炭素数2から30の置換もしくは無置換アルコキシカルボニル基、例えば、メトキシカルボニル、エトキシカルボニル、t−ブトキシカルボニル、n−オクタデシルオキシカルボニル)、カルバモイル基(好ましくは、炭素数1から30の置換もしくは無置換のカルバモイル、例えば、カルバモイル、N−メチルカルバモイル、N,N−ジメチルカルバモイル、N,N−ジ−n−オクチルカルバモイル、N−(メチルスルホニル)カルバモイル)、アリール及びヘテロ環アゾ基(好ましくは炭素数6から30の置換もしくは無置換のアリールアゾ基、炭素数3から30の置換もしくは無置換のヘテロ環アゾ基、例えば、フェニルアゾ、p−クロロフェニルアゾ、5−エチルチオ−1,3,4−チアジアゾール−2−イルアゾ)、イミド基(好ましくは、N−スクシンイミド、N−フタルイミド)、ホスフィノ基(好ましくは、炭素数2から30の置換もしくは無置換のホスフィノ基、例えば、ジメチルホスフィノ、ジフェニルホスフィノ、メチルフェノキシホスフィノ)、ホスフィニル基(好ましくは、炭素数2から30の置換もしくは無置換のホスフィニル基、例えば、ホスフィニル、ジオクチルオキシホスフィニル、ジエトキシホスフィニル)、ホスフィニルオキシ基(好ましくは、炭素数2から30の置換もしくは無置換のホスフィニルオキシ基、例えば、ジフェノキシホスフィニルオキシ、ジオクチルオキシホスフィニルオキシ)、ホスフィニルアミノ基(好ましくは、炭素数2から30の置換もしくは無置換のホスフィニルアミノ基、例えば、ジメトキシホスフィニルアミノ、ジメチルアミノホスフィニルアミノ)、ホスフォ基、シリル基(好ましくは、炭素数3から30の置換もしくは無置換のシリル基、例えば、トリメチルシリル、t−ブチルジメチルシリル、フェニルジメチルシリル)、ヒドラジノ基(好ましくは炭素数0から30の置換もしくは無置換のヒドラジノ基、例えば、トリメチルヒドラジノ)、またはウレイド基(好ましくは炭素数0から30の置換もしくは無置換のウレイド基、例えばN,N−ジメチルウレイド)、を表す。
More specifically, W represents a halogen atom (for example, a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom), an alkyl group [a linear, branched, or cyclic substituted or unsubstituted alkyl group. They are alkyl groups (preferably alkyl groups having 1 to 30 carbon atoms such as methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, t-butyl, n-octyl, eicosyl, 2-chloroethyl, 2-cyanoethyl, 2-ethylhexyl). A cycloalkyl group (preferably a substituted or unsubstituted cycloalkyl group having 3 to 30 carbon atoms, such as cyclohexyl, cyclopentyl, 4-n-dodecylcyclohexyl), a bicycloalkyl group (preferably having 5 to 30 carbon atoms). A substituted or unsubstituted bicycloalkyl group, that is, a monovalent group obtained by removing one hydrogen atom from a bicycloalkane having 5 to 30 carbon atoms, for example, bicyclo [1,2,2] heptan-2-yl, bicyclo [2,2,2] octane-3-yl), a tricyclo structure with more ring structures Domo is intended to cover. An alkyl group (for example, an alkyl group of an alkylthio group) in the substituent described below represents an alkyl group having such a concept, but further includes an alkenyl group and an alkynyl group. ], An alkenyl group [represents a linear, branched or cyclic substituted or unsubstituted alkenyl group. They are alkenyl groups (preferably substituted or unsubstituted alkenyl groups having 2 to 30 carbon atoms, such as vinyl, allyl, prenyl, geranyl, oleyl), cycloalkenyl groups (preferably substituted or substituted groups having 3 to 30 carbon atoms). An unsubstituted cycloalkenyl group, that is, a monovalent group obtained by removing one hydrogen atom of a cycloalkene having 3 to 30 carbon atoms (for example, 2-cyclopenten-1-yl, 2-cyclohexen-1-yl), Bicycloalkenyl group (a substituted or unsubstituted bicycloalkenyl group, preferably a substituted or unsubstituted bicycloalkenyl group having 5 to 30 carbon atoms, that is, a monovalent group obtained by removing one hydrogen atom of a bicycloalkene having one double bond. For example, bicyclo [2,2,1] hept-2-en-1-yl,
また、2つのWが共同して環(芳香族、又は非芳香族の炭化水素環、又は複素環。これらは、さらに組み合わされて多環縮合環を形成することができる。例えばベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環、フルオレン環、トリフェニレン環、ナフタセン環、ビフェニル環、ピロール環、フラン環、チオフェン環、イミダゾール環、オキサゾール環、チアゾール環、ピリジン環、ピラジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、インドリジン環、インドール環、ベンゾフラン環、ベンゾチオフェン環、イソベンゾフラン環、ベンズイミダゾール環、イミダゾピリジン環、キノリジン環、キノリン環、フタラジン環、ナフチリジン環、キノキサリン環、キノキサゾリン環、イソキノリン環、カルバゾール環、フェナントリジン環、アクリジン環、フェナントロリン環、チアントレン環、クロメン環、キサンテン環、フェノキサチイン環、フェノチアジン環、またはフェナジン環、が挙げられる。)を形成することもできる。 In addition, two Ws can be combined to form a ring (aromatic or non-aromatic hydrocarbon ring or heterocyclic ring. These can be further combined to form a polycyclic fused ring. For example, a benzene ring or naphthalene. Ring, anthracene ring, phenanthrene ring, fluorene ring, triphenylene ring, naphthacene ring, biphenyl ring, pyrrole ring, furan ring, thiophene ring, imidazole ring, oxazole ring, thiazole ring, pyridine ring, pyrazine ring, pyrimidine ring, pyridazine ring, Indolizine ring, indole ring, benzofuran ring, benzothiophene ring, isobenzofuran ring, benzimidazole ring, imidazopyridine ring, quinolidine ring, quinoline ring, phthalazine ring, naphthyridine ring, quinoxaline ring, quinoxazoline ring, isoquinoline ring, carbazole ring, Phenanthridine ring Acridine ring, phenanthroline ring, thianthrene ring, chromene ring, xanthene ring, phenoxathiin ring, phenothiazine ring or a phenazine ring, and the like.) Can also be formed.
上記の置換基Wの中で、水素原子を有するものは、これを取り去り更に上記の基で置換されていても良い。そのような置換基の例としては、−CONHSO2−基(スルホニルカルバモイル基、カルボニルスルファモイル基)、−CONHCO−基(カルボニルカルバモイル基)、または−SO2NHSO2−基(スルフォニルスルファモイル基)、が挙げられる。
より具体的には、アルキルカルボニルアミノスルホニル基(例えば、アセチルアミノスルホニル)、アリールカルボニルアミノスルホニル基(例えば、ベンゾイルアミノスルホニル基)、アルキルスルホニルアミノカルボニル基(例えば、メチルスルホニルアミノカルボニル)、またはアリールスルホニルアミノカルボニル基(例えば、p−メチルフェニルスルホニルアミノカルボニル)が挙げられる。
Among the above-described substituents W, those having a hydrogen atom may be substituted with the above groups by removing this. Examples of such substituents include a —CONHSO 2 — group (sulfonylcarbamoyl group, carbonylsulfamoyl group), —CONHCO— group (carbonylcarbamoyl group), or —SO 2 NHSO 2 — group (sulfonylsulfamoyl group). Group).
More specifically, an alkylcarbonylaminosulfonyl group (eg, acetylaminosulfonyl), an arylcarbonylaminosulfonyl group (eg, benzoylaminosulfonyl group), an alkylsulfonylaminocarbonyl group (eg, methylsulfonylaminocarbonyl), or arylsulfonyl An aminocarbonyl group (for example, p-methylphenylsulfonylaminocarbonyl) is mentioned.
本発明のフラーレン誘導体として好ましくは、下記一般式(1)で表される場合である。
一般式(1)
The fullerene derivative of the present invention is preferably a case represented by the following general formula (1).
General formula (1)
一般式(1)においてR1は置換基を表す。置換基としては、前述のWを用いることができる。置換基として好ましくは、アルキル基、アリール基、又は複素環基であり、好ましいもの及びそれらの好ましい具体例はWで示したものが挙げられる。アルキル基としてさらに好ましくは、炭素数1〜12までのアルキル基であり、アリール基、及び複素環基として好ましくは、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環、フルオレン環、トリフェニレン環、ナフタセン環、ビフェニル環、ピロール環、フラン環、チオフェン環、イミダゾール環、オキサゾール環、チアゾール環、ピリジン環、ピラジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、インドリジン環、インドール環、ベンゾフラン環、ベンゾチオフェン環、イソベンゾフラン環、ベンズイミダゾール環、イミダゾピリジン環、キノリジン環、キノリン環、フタラジン環、ナフチリジン環、キノキサリン環、キノキサゾリン環、イソキノリン環、カルバゾール環、フェナントリジン環、アクリジン環、フェナントロリン環、チアントレン環、クロメン環、キサンテン環、フェノキサチイン環、フェノチアジン環、またはフェナジン環であり、さらに好ましくは、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環、ピリジン環、イミダゾール環、オキサゾール環、またはチアゾール環であり、特に好ましくはベンゼン環、ナフタレン環、またはピリジン環である。これらはさらに置換基を有していてもよく、その置換基は可能な限り結合して環を形成してもよい。なお、nが2以上のとき複数のR1は同一であっても異なっていても良い。また、複数のR1は可能な限り結合して環を形成してもよい。 In the general formula (1), R 1 represents a substituent. As the substituent, the aforementioned W can be used. Preferred examples of the substituent include an alkyl group, an aryl group, and a heterocyclic group. Preferred examples and preferred specific examples thereof include those represented by W. The alkyl group is more preferably an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, and the aryl group and the heterocyclic group are preferably a benzene ring, naphthalene ring, anthracene ring, phenanthrene ring, fluorene ring, triphenylene ring, naphthacene ring. , Biphenyl ring, pyrrole ring, furan ring, thiophene ring, imidazole ring, oxazole ring, thiazole ring, pyridine ring, pyrazine ring, pyrimidine ring, pyridazine ring, indolizine ring, indole ring, benzofuran ring, benzothiophene ring, isobenzofuran Ring, benzimidazole ring, imidazopyridine ring, quinolidine ring, quinoline ring, phthalazine ring, naphthyridine ring, quinoxaline ring, quinoxazoline ring, isoquinoline ring, carbazole ring, phenanthridine ring, acridine ring, phenanthroli Ring, thianthrene ring, chromene ring, xanthene ring, phenoxathiin ring, phenothiazine ring, or phenazine ring, and more preferably a benzene ring, naphthalene ring, anthracene ring, phenanthrene ring, pyridine ring, imidazole ring, oxazole ring, Or a thiazole ring, particularly preferably a benzene ring, a naphthalene ring, or a pyridine ring. These may further have a substituent, and the substituents may be bonded as much as possible to form a ring. When n is 2 or more, the plurality of R 1 may be the same or different. Moreover, several R < 1 > may combine as much as possible and may form a ring.
nは1から60までの整数を表すが、好ましくは1から10までの整数である。 n represents an integer of 1 to 60, preferably an integer of 1 to 10.
以下に本発明において好ましく用いられるフラーレン誘導体の例を挙げるが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Examples of fullerene derivatives preferably used in the present invention will be given below, but the present invention is not limited to these.
本発明に用いられるフラーレン及びフラーレン誘導体は日本化学会編 季刊化学総説No.43(1999)、特開平10−167994号公報、特開平11−255508号公報、特開平11−255509号公報、特開2002−241323号公報、特開2003−196881号公報等に記載の化合物を用いることもできる。本発明に用いられるフラーレン及びフラーレン誘導体は例えば、日本化学会編 季刊化学総説No.43(1999)、特開平10−167994号公報、特開平11−255508号公報、特開平11−255509号公報、特開2002−241323号公報、特開2003−196881号公報等に記載の方法又は記載の方法に準じて製造することができる。 The fullerenes and fullerene derivatives used in the present invention are described in Chemical Review No. 43 (1999), JP-A-10-167994, JP-A-11-255508, JP-A-11-255509, JP-A-2002-241323, JP-A-2003-19681, and the like. It can also be used. The fullerenes and fullerene derivatives used in the present invention are described in, for example, Chemical Review No. 43 (1999), JP-A-10-167994, JP-A-11-255508, JP-A-11-255509, JP-A-2002-241323, JP-A-2003-19681, etc. It can be produced according to the method described.
[有機層]
本発明における有機層(有機膜)について説明する。本発明の有機層からなる電磁波吸収/光電変換部位は1対の電極に挟まれた有機層から成る。有機層は電磁波を吸収する部位、光電変換部位、電子輸送部位、正孔輸送部位、電子ブロッキング部位、正孔ブロッキング部位、結晶化防止部位、電極ならびに層間接触改良部位等の積み重ねもしくは混合から形成される。
有機層は有機p型半導体(化合物)、及び有機n型半導体(化合物)を含有することが好ましく、これらはいかなるものでも良い。また、可視及び赤外域に吸収を持っていても持っていなくても良いが、好ましくは可視域に吸収を持っている化合物(有機色素)を少なくとも一つ用いる場合である。更に、無色のp型化合物とn型化合物を用い、これらに有機色素を加えても良い。
[Organic layer]
The organic layer (organic film) in the present invention will be described. The electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion site comprising the organic layer of the present invention comprises an organic layer sandwiched between a pair of electrodes. The organic layer is formed by stacking or mixing parts that absorb electromagnetic waves, photoelectric conversion parts, electron transport parts, hole transport parts, electron blocking parts, hole blocking parts, crystallization prevention parts, electrodes and interlayer contact improvement parts, etc. The
The organic layer preferably contains an organic p-type semiconductor (compound) and an organic n-type semiconductor (compound), and any of these may be used. Further, it may or may not have absorption in the visible and infrared regions, but it is preferable to use at least one compound (organic dye) having absorption in the visible region. Further, a colorless p-type compound and an n-type compound may be used, and an organic dye may be added thereto.
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5〜7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, oxa Azoles, imidazopyridines, pyralidines, pyrrolopyridines, thiadiazolopyridines, dibenzazepines, tribenzazepines, etc.), polyarylene compounds, fluorene compounds, cyclopentadiene compounds, silyl compounds, nitrogen-containing heterocyclic compounds as ligands 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.
有機層に用いる有機色素としてはいかなるものでも良いが、p型有機色素、又はn型有機色素を用いる場合が好ましい。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、アロポーラー色素、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、ペリノン色素、フェナジン色素、フェノチアジン色素、キノン色素、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、ジケトピロロピロール色素、ジオキサン色素、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 organic dye may be used for the organic layer, but it is preferable to use a p-type organic dye or an n-type organic dye. Any organic dye may be used, but preferably a cyanine dye, a styryl dye, a hemicyanine dye, a merocyanine dye (including zero methine merocyanine (simple merocyanine)), a trinuclear merocyanine dye, a four-nuclear merocyanine dye, Rhodocyanine 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, triphenylmethane dye, azo dye, azomethine dye , Spiro compounds, metallocene dyes, fluorenone dyes, fulgide dyes, perylene dyes, perinone dyes, phenazine dyes, phenothiazine dyes, quinone dyes, diphenylmeta Dye, polyene dye, acridine dye, acridinone dye, diphenylamine dye, quinacridone dye, quinophthalone dye, phenoxazine dye, phthaloperylene dye, diketopyrrolopyrrole dye, dioxane dye, porphyrin dye, chlorophyll dye, phthalocyanine dye, metal complex dye, condensation And aromatic carbocyclic dyes (naphthalene derivatives, anthracene derivatives, phenanthrene derivatives, tetracene derivatives, pyrene derivatives, perylene derivatives, fluoranthene derivatives).
本発明の目的の一つであるカラー撮像素子としては、吸収波長の調整の自由度の高い、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、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、アロポーラー色素、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、アザメチン色素などのメチン色素が好ましい波長適性を与える場合がある。 As a color imaging device which is one of the objects of the present invention, a cyanine dye, styryl dye, hemicyanine dye, merocyanine dye, trinuclear merocyanine dye, tetranuclear merocyanine dye, rhodacyanine dye having a high degree of freedom in adjusting the absorption wavelength In some cases, methine dyes such as complex cyanine dyes, complex merocyanine dyes, allopolar dyes, oxonol dyes, hemioxonol dyes, squalium dyes, croconium dyes, and azamethine dyes give preferable wavelength suitability.
これらのメチン色素の詳細については、下記の色素文献に記載されている。
[色素文献]
エフ・エム・ハーマー(F.M.Harmer)著「ヘテロサイクリック・コンパウンズーシアニンダイズ・アンド・リレィティド・コンパウンズ(Heterocyclic Compounds−Cyanine Dyes and Related Compounds)」、ジョン・ウィリー・アンド・サンズ(John Wiley & Sons)社ーニューヨーク、ロンドン、1964年刊、デー・エム・スターマー(D.M.Sturmer)著「ヘテロサイクリック・コンパウンズースペシャル・トピックス・イン・ヘテロサイクリック・ケミストリー(Heterocyclic Compounds−Special topics in heterocyclic chemistry)」、第18章、第14節、第482から515頁、ジョン・ウィリー・アンド・サンズ(John Wiley & Sons) 社−ニューヨーク、ロンドン、1977年刊、「ロッズ・ケミストリー・オブ・カーボン・コンパウンズ(Rodd’s Chemistry of Carbon Compounds)」2nd.Ed.vol.IV,partB,1977刊、第15章、第369から422頁、エルセビア・サイエンス・パブリック・カンパニー・インク(Elsevier Science Publishing Company Inc.)社刊、ニューヨーク、など。
Details of these methine dyes are described in the following dye literature.
[Dye literature]
"FM Hemer", "Heterocyclic Compounds-Cyanine Dies and Related Compounds", John Willy and h. & Sons, Inc.-New York, London, 1964, by D.M. Sturmer, "Heterocyclic Compounds in Heterocyclic Compounds-Specialties ins." (heterocyclic chemistry) ", Chapter 18, Section 14, 482-51. 5 pages, John Wiley & Sons-New York, London, 1977, “Rod's Chemistry of Carbon Compounds”, 2nd. Ed. vol. IV, part B, 1977,
さらに説明を加えると、リサーチ・ディスクロージャ(RD)17643の23〜24頁、RD18716の648頁右欄〜649頁右欄、RD308119の996頁右欄〜998頁右欄、欧州特許第0565096A1号の第65頁7〜10行、に記載されているものを好ましく用いることができる。また、米国特許第5,747,236号(特に第30〜39頁)、米国特許第5,994,051号(特に第32〜43頁)、米国特許第5、340、694号(特に第21〜58頁、但し、(XI)、(XII)、(XIII)に示されている色素において、n12、n15、n17、n18の数は限定せず、0以上の整数(好ましくは4以下)とする。)に記載されている、一般式及び具体例で示された部分構造、又は構造を持つ色素も好ましく用いることができる。
Further description is made from Research Disclosure (RD) 17643,
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、「Photochemistry and Photophysics of Coordination Compounds」 Springer−Verlag社 H.Yersin著1987年発行、「有機金属化学−基礎と応用−」裳華房社山本明夫著1982年発行等に記載の配位子が挙げられる。
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。)、芳香族ヘテロ環オキシ配位子(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、芳香族ヘテロ環オキシ基、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。
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. There are various known ligands contained in the metal complex. For example, “Photochemistry and Photophysics of Coordination Compounds” Springer-Verlag H. Examples include the ligands described in Yersin's 1987 issue, “Organometallic Chemistry-Fundamentals and Applications”, Akio Yamamoto's 1982 issue.
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.), aromatic heterocyclic oxy ligands (preferably having 1 to 30 carbon atoms, more preferably 1 to 20 carbon atoms, particularly preferably 1 to 12 carbon atoms, For example, pyridyloxy, 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, Methylthio, ethylthio, etc.), arylthio ligand (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, an aromatic heterocyclic oxy group, or a siloxy ligand, Preferably, a nitrogen-containing heterocyclic ligand, an aryloxy ligand, or a siloxy ligand is used.
有機色素が形成する膜は、アモルファス状態、液晶状態、及び結晶状態のいずれでも良い。結晶状態で用いる場合は、顔料を用いることが好ましい。 The film formed by the organic dye may be in an amorphous state, a liquid crystal state, or a crystalline state. When used in a crystalline state, it is preferable to use a pigment.
光電変換膜の中間層(バルクヘテロ接合構造)中のp型有機半導体およびn型有機半導体の配合比率は、質量比で0.1:99.9〜99.9〜0.1の範囲内において適宜設定することができる。 The mixing ratio of the p-type organic semiconductor and the n-type organic semiconductor in the intermediate layer (bulk heterojunction structure) of the photoelectric conversion film is appropriately within a range of 0.1: 99.9 to 99.9 to 0.1 by mass ratio. Can be set.
〔電子輸送性材料〕
我々は、本発明の光電変換膜において、電子輸送性を有する有機材料(n型化合物)として、イオン化ポテンシャルが6.0eVよりも大きい場合が好ましく、さらに下記一般式(X)で表わされる場合が好ましいことを見出した。
一般式(X) L−(A)m
(式中、Aは二つ以上の芳香族へテロ環が縮合したヘテロ環基を表し、Aで表されるヘテロ環基は同一または異なってもよい。mは2以上(好ましくは2〜8)の整数を表す。Lは連結基を表す。)
なお、これらの電子輸送性を有する有機材料の詳細及び好ましい範囲については、特願2004−082002号において詳細に説明されている。
これらの電子輸送性の有機材料を用いるとき、得られる光電変換膜の光電変換効率が著しく高くなる。
[Electron transporting materials]
In the photoelectric conversion film of the present invention, the organic material (n-type compound) having an electron transporting property preferably has an ionization potential larger than 6.0 eV, and may be represented by the following general formula (X). I found it preferable.
Formula (X) L- (A) m
(In the formula, A represents a heterocyclic group in which two or more aromatic heterocycles are condensed, and the heterocyclic group represented by A may be the same or different. M is 2 or more (preferably 2 to 8). ) Represents an integer, and L represents a linking group.)
Details and preferred ranges of these organic materials having electron transport properties are described in detail in Japanese Patent Application No. 2004-082002.
When these electron transporting organic materials are used, the photoelectric conversion efficiency of the obtained photoelectric conversion film is remarkably increased.
〔有機層の配向制御〕
本発明においては、以下に記載の配向制御を適用できる。
本発明においては、有機化合物の配向がランダムな状態に比べて秩序を有していることが好ましい。ランダムでなければ秩序の程度は低くても高くても良いが、好ましくは高秩序の場合である。
(Organic layer orientation control)
In the present invention, the orientation control described below can be applied.
In the present invention, the orientation of the organic compound is preferably ordered as compared to a random state. If it is not random, the degree of order may be low or high, but high order is preferable.
1対の電極間に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)を持つ光電変換膜において、p型半導体及び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ことを特徴とする光電変換膜の場合が好ましく、さらに好ましくは、p型半導体及び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。
光電変換素子の有機層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。
In a photoelectric conversion film having a p-type semiconductor layer, an n-type semiconductor layer (preferably a mixed / dispersed (bulk heterojunction structure) layer) between a pair of electrodes, at least one of the p-type semiconductor and the n-type semiconductor In the case of a photoelectric conversion film characterized in that it includes an organic compound whose orientation is controlled in the direction, more preferably in the case where an organic compound whose orientation is controlled is included in both the p-type semiconductor and the n-type semiconductor. It is.
As the organic compound used in the organic layer of the photoelectric conversion element, one having π-conjugated electrons is preferably used, but the π-electron plane is not perpendicular to the substrate (electrode substrate) but oriented at an angle close to parallel. The better it is. 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).
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。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、光電変換膜において、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。
有機化合物の配向は、基板の選択・蒸着条件の調整等により制御が可能である。例えば、基板表面にラビング処理を施し、その上に成長させる有機化合物に異方性を付与する方法等が挙げられる。但し、基板結晶に依存した構造は高々十数層の厚さにおいてのみ観察され、膜厚が厚くなるとバルクの結晶構造をとるようになる。本発明の光電変換素子では、光吸収率を高くするために、膜厚100nm以上(分子として100層以上)である場合が好ましく、このような場合、基板に加え有機化合物同士の相互作用を利用して配向を制御する必要がある。
As described above, the organic compound layer whose orientation is controlled 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%. 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 film, and improves the photoelectric conversion efficiency.
The orientation of the organic compound can be controlled by selecting the substrate and adjusting the deposition conditions. For example, the method of giving anisotropy to the organic compound which gives a rubbing process to the substrate surface and grows on it etc. is mentioned. However, the structure depending on the substrate crystal is observed only at a thickness of at most a dozen layers, and when the film thickness is increased, a bulk crystal structure is taken. In the photoelectric conversion element of the present invention, in order to increase the light absorption rate, the film thickness is preferably 100 nm or more (100 layers or more as molecules). In such a case, the interaction between organic compounds in addition to the substrate is used. Therefore, it is necessary to control the orientation.
有機化合物同士の相互作用の力としてはいかなるものでも良いが、例えば分子間力として、ファン・デル・ワールス(van der Waals)力(さらに細かくは、永久双極子−永久双極子間に働く配向力、永久双極子−誘起双極子間に働く誘起力、一時双極子−誘起双極子間に働く分散力に分けて表現できる。)、電荷移動力(CT)、クーロン力(静電力)、疎水結合力、水素結合力、配位結合力などが挙げられる。これらの結合力は、1つだけ利用することも、また任意のものを複数組み合わせて用いることもできる。 好ましくは、ファン・デル・ワールス力、電荷移動力、クーロン力、疎水結合力、水素結合力であり、さらに好ましくはファン・デル・ワールス力、クーロン力、水素結合力であり、特に好ましくはファン・デル・ワールス力、クーロン力であり、最も好ましくはファン・デル・ワールス力である。 Any interaction force between organic compounds may be used. For example, as an intermolecular force, van der Waals force (more specifically, an orientation force acting between a permanent dipole and a permanent dipole) It can be expressed in terms of induced force acting between permanent dipole and induced dipole, and dispersion force acting between temporary dipole and induced dipole.), Charge transfer force (CT), Coulomb force (electrostatic force), hydrophobic bond Force, hydrogen bond strength, coordination bond strength and the like. Only one of these binding forces can be used, or a plurality of arbitrary binding forces can be used in combination. Preferred are van der Waals force, charge transfer force, coulomb force, hydrophobic bond force and hydrogen bond force, more preferred are van der Waals force, coulomb force and hydrogen bond force, and particularly preferred is fan. -Del Waals force and Coulomb force, most preferably van der Waals force.
本発明のおける有機化合物同士の相互作用の一つとして、共有結合、又は配位結合を用いることも可能であり、好ましくは共有結合で連結されている場合である(なお、配位結合については、分子間力の一つの配位結合力とみなすこともできる)。これらの場合において、共有結合、又は配位結合は予め形成されていても、有機層を形成する過程で形成されていても良い。 As one of the interactions between the organic compounds in the present invention, it is possible to use a covalent bond or a coordinate bond, and it is preferably a case where they are linked by a covalent bond ( It can also be regarded as a single coordination bond of intermolecular forces). In these cases, the covalent bond or the coordinate bond may be formed in advance or may be formed in the process of forming the organic layer.
上記の分子間力と共有結合のうち、好ましくは分子間力を用いて有機化合物の配向を制御した場合である。
これらの分子間力の引力のエネルギーとして好ましくは15kJ/mol以上、さらに好ましくは20kJ/mol以上、特に好ましくは40kJ/mol以上の場合である。上限は特にないが、好ましくは5000kJ/mol以下、さらに好ましくは1000kJ/mol以下である。
Of the above intermolecular forces and covalent bonds, the intermolecular force is preferably used to control the orientation of the organic compound.
The attractive energy of these intermolecular forces is preferably 15 kJ / mol or more, more preferably 20 kJ / mol or more, and particularly preferably 40 kJ / mol or more. Although there is no upper limit in particular, Preferably it is 5000 kJ / mol or less, More preferably, it is 1000 kJ / mol or less.
また、有機化合物に誘電異方性や分極を付与しておき、成長中に電場を印加して分子を配向させる方法を用いることも可能である。 It is also possible to use a method in which dielectric anisotropy or polarization is imparted to an organic compound, and an electric field is applied during growth to align molecules.
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。この場合、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。 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. In this case, it is preferable that the heterojunction plane is oriented not at an angle close 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).
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。
上記のヘテロ接合層(面)を持つ光電変換膜の具体的な図面の例は、特開2003−298152の図1〜図8に記載されているものが適用できる。
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り好ましく、特にバルクへテロ構造をとる場合に好ましく用いることができる。
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.
As examples of specific drawings of the photoelectric conversion film having the heterojunction layer (surface), those described in FIGS. 1 to 8 of JP-A-2003-298152 can be applied.
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, it is particularly possible to improve the photoelectric conversion efficiency, and particularly a bulk heterostructure is adopted. It can be preferably used in some cases.
(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、スパッタリング法、イオンプレーティング法、MBE法等の物理気相成長法あるいはプラズマ重合等のCVD法が挙げられる。湿式成膜法としては、キャスト法、スピンコート法、ディッピング法、LB法等が用いられる。
p型半導体(化合物)、又は、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ーを好ましく用いることができる。
一方、本発明において、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−タ−である。均一な蒸着を可能とするために基盤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10-4Torr以下、好ましくは10-6Torr以下、特に好ましくは10-8Torr以下で真空蒸着が行われる。蒸着時のすべての工程は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、アモルファス性、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 vacuum vapor deposition method, a sputtering method, an ion plating method, a physical vapor deposition method such as an MBE method, or a CVD method such as plasma polymerization. As the wet film forming method, a casting method, a spin coating method, a dipping method, an LB method, or the like is used.
In the case of using a polymer compound as at least one of the p-type semiconductor (compound) or the n-type semiconductor (compound), it is preferable to form the film by a wet film forming 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 an oligomer thereof can be preferably used instead.
On the other hand, in the present invention, 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 make uniform deposition possible, it is preferable to perform deposition by rotating the substrate. The degree of vacuum is preferably higher, and vacuum deposition is performed at 10 −4 Torr or less, preferably 10 −6 Torr or less, particularly preferably 10 −8 Torr or less. It is preferable that all steps during the vapor deposition are performed in a vacuum, and basically the compound is not directly in contact with oxygen and moisture in the outside air. The above-described conditions for vacuum deposition need to be strictly controlled because they affect the crystallinity, amorphousness, density, density, etc. of the organic film. 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.
〔吸収波長規定〕
我々は、さらに、本発明の有機色素化合物には好ましい分光吸収波長及び分光感度領域の範囲があることを見出した。
本発明においては、色再現良好なBGR光電変換膜、即ち青色光電変換膜、緑色光電変換膜、赤色光電変換膜の3層を積層した光電変換素子を好ましく用いることができる。各光電変換膜は、以下の分光吸収及び/または分光感度特性を有する場合が好ましい。
分光吸収極大値を、BGRの順に各々λmax1、λmax2、λmax3、分光感度極大値をBGRの順に各々Smax1、Smax2、Smax3としたとき、λmax1、Smax1 として好ましくは400nm以上500nm以下、さらに好ましくは420nm以上480nm以下、特に好ましくは430nm以上470nm以下の範囲にある場合である。λmax2、Smax2として好ましくは500nm以上600nm以下、さらに好ましくは520nm以上580nm以下、特に好ましくは530nm以上570nm以下の範囲にある場合である。λmax3、Smax3として好ましくは600nm以上700nm以下、さらに好ましくは620nm以上680nm以下、特に好ましくは630nm以上670nm以下の範囲にある場合である。
[Absorption wavelength regulation]
We have further found that the organic dye compounds of the present invention have a preferred spectral absorption wavelength and spectral sensitivity range.
In the present invention, a BGR photoelectric conversion film with good color reproduction, that is, a photoelectric conversion element in which three layers of a blue photoelectric conversion film, a green photoelectric conversion film, and a red photoelectric conversion film are stacked can be preferably used. Each photoelectric conversion film preferably has the following spectral absorption and / or spectral sensitivity characteristics.
When the spectral absorption maximum values are λmax1, λmax2, and λmax3 in the order of BGR, and the spectral sensitivity maximum values are Smax1, Smax2, and Smax3 in the order of BGR, λmax1 and Smax1 are preferably 400 nm or more and 500 nm or less, more preferably 420 nm or more. It is a case where it exists in the range of 430 nm or more and 470 nm or less especially preferably. λmax2 and Smax2 are preferably 500 nm to 600 nm, more preferably 520 nm to 580 nm, and particularly preferably 530 nm to 570 nm. λmax3 and Smax3 are preferably 600 nm to 700 nm, more preferably 620 nm to 680 nm, and particularly preferably 630 nm to 670 nm.
また、本発明の光電変換膜が3層以上の積層構造をとる場合、λmax1、λmax2、λmax3の分光極大吸収とSmax1、Smax2、Smax3の分光極大感度のそれぞれ50%を示す最も短波長と最も長波長の間隔は、好ましくは120nm以下であり、さらに好ましくは100nm以下であり、特に好ましくは80nm以下、最も好ましくは70nm以下である。
また、λmax1、λmax2、λmax3の分光極大吸収とSmax1、Smax2、Smax3の分光極大感度の80%を示す最も短波長と最も長波長の間隔は、好ましくは20nm以上で、好ましくは100nm以下、さらに好ましくは80nm以下、特に好ましくは50nm以下である。
また、λmax1、λmax2、λmax3の分光極大吸収とSmax1、Smax2、Smax3の分光極大感度の20%を示す最も短波長と最も長波長の間隔は、好ましくは180nm以下、さらに好ましくは150nm以下、特に好ましくは120nm以下、最も好ましくは100nm以下である。
また、λmax1、λmax2、λmax3とSmax1、Smax2、Smax3の長波側で、λmax1、λmax2、λmax3の分光極大吸収とSmax1、Smax2、Smax3の分光極大の50%の分光吸収率を示す最も長波長は、λmax1、Smax1として好ましくは460nm以上510nm以下、λmax2、Smax2として好ましくは560nm以上610nm以下、λmax3、Smax3として好ましくは640nm以上730nm以下である。
本発明の化合物の分光吸収波長及び分光感度領域の範囲がこれらの範囲にあるとき、撮像素子により得られるカラー画像の色再現性を向上させることができる。
In addition, when the photoelectric conversion film of the present invention has a laminated structure of three or more layers, the shortest wavelength and the longest wavelength that respectively show 50% of the spectral maximum absorption of λmax1, λmax2, and λmax3 and the spectral maximum sensitivity of Smax1, Smax2, and Smax3. The wavelength interval is preferably 120 nm or less, more preferably 100 nm or less, particularly preferably 80 nm or less, and most preferably 70 nm or less.
In addition, the interval between the shortest wavelength and the longest wavelength that shows 80% of the spectral maximum absorption of λmax1, λmax2, and λmax3 and the spectral maximum sensitivity of Smax1, Smax2, and Smax3 is preferably 20 nm or more, preferably 100 nm or less, and more preferably Is 80 nm or less, particularly preferably 50 nm or less.
Further, the interval between the shortest wavelength and the longest wavelength, which shows 20% of the spectral maximum absorption of λmax1, λmax2, and λmax3 and the spectral maximum sensitivity of Smax1, Smax2, and Smax3, is preferably 180 nm or less, more preferably 150 nm or less, and particularly preferably Is 120 nm or less, most preferably 100 nm or less.
Further, on the long wave side of λmax1, λmax2, λmax3 and Smax1, Smax2, Smax3, the longest wavelength that shows the spectral maximum absorption of λmax1, λmax2, λmax3 and the spectral absorption of 50% of the spectral maximum of Smax1, Smax2, Smax3 is λmax1 and Smax1 are preferably 460 to 510 nm, λmax2 and Smax2 are preferably 560 to 610 nm, and λmax3 and Smax3 are preferably 640 to 730 nm.
When the spectral absorption wavelength and spectral sensitivity range of the compound of the present invention are within these ranges, the color reproducibility of the color image obtained by the imaging device can be improved.
[有機色素層の膜厚規定]
本発明の光電変換膜をカラー撮像素子(イメージセンサー)として用いる場合、B、G、R層各々の有機色素層の光吸収率を、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%(吸光度=1)以上、最も好ましくは99%以上にすることが光電変換効率を向上させ、さらに、下層に余分な光を通さず色分離を良くするために好ましい。従って、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、電荷分離に寄与する割合を考慮すると、本発明における有機色素層の膜厚として好ましくは、30nm以上300nm、さらに好ましくは50nm以上250nm以下、特に好ましくは60nm以上200nm以下、最も好ましくは80nm以上130nm以下である。
[Organic dye layer thickness regulation]
When the photoelectric conversion film of the present invention is used as a color image sensor (image sensor), the light absorption rate of each of the organic dye layers of the B, G, and R layers is preferably 50% or more, more preferably 70% or more, and particularly preferably. Is preferably 90% (absorbance = 1) or more, most preferably 99% or more in order to improve the photoelectric conversion efficiency and to improve color separation without passing excess light through the lower layer. Therefore, the thickness of the organic dye layer is preferably as large as possible in terms of light absorption, but considering the ratio contributing to charge separation, the film thickness of the organic dye layer in the present invention is preferably 30 nm to 300 nm, more preferably 50 nm. The thickness is from 250 nm to 250 nm, particularly preferably from 60 nm to 200 nm, and most preferably from 80 nm to 130 nm.
[電圧印加]
本発明の光電変換膜に電圧を印加した場合、光電変換効率が向上する点で好ましい。印加電圧としては、いかなる電圧でも良いが、光電変換膜の膜厚により必要な電圧は変わってくる。すなわち、光電変換効率は、光電変換膜に加わる電場が大きいほど向上するが、同じ印加電圧でも光電変換膜の膜厚が薄いほど加わる電場は大きくなる。従って、光電変換膜の膜厚が薄い場合は、印加電圧は相対的に小さくでも良い。光電変換膜に加える電場として好ましくは、10-2V/cm以上であり、さらに好ましくは10V/cm以上、さらに好ましくは1×103V/cm以上、特に好ましくは1×104V/cm以上、最も好ましくは1×105V/cm以上である。上限は特にないが、電場を加えすぎると暗所でも電流が流れ好ましくないので、1×1010V/cm以下が好ましく、さらに1×107V/cm以下が好ましい。
[Voltage application]
When a voltage is applied to the photoelectric conversion film of the present invention, it is preferable in terms of improving the photoelectric conversion efficiency. The applied voltage may be any voltage, but the required voltage varies depending on the film thickness of the photoelectric conversion film. That is, the photoelectric conversion efficiency improves as the electric field applied to the photoelectric conversion film increases, but the applied electric field increases as the film thickness of the photoelectric conversion film decreases even at the same applied voltage. Therefore, when the photoelectric conversion film is thin, the applied voltage may be relatively small. The electric field applied to the photoelectric conversion film is preferably 10 −2 V / cm or more, more preferably 10 V / cm or more, further preferably 1 × 10 3 V / cm or more, and particularly preferably 1 × 10 4 V / cm. As described above, it is most preferably 1 × 10 5 V / cm or more. The upper limit is not particularly since current even in a dark place when the electric field too added flows undesirable, 1 × preferably 10 10 V / cm or less, preferably more 1 × 10 7 V / cm or less.
〔一般的要件〕
本発明において好ましくは、少なくとも光電変換素子が2層以上、さらに好ましくは3層又は4層、特に好ましくは3層積層した構成を用いる場合である。
本発明においては、これらの光電変換素子を撮像素子、特に好ましく固体撮像素子として好ましく用いることができる。また、本発明においては、これらの光電変換膜、光電変換素子、及び、撮像素子に電圧を印加する場合が好ましい。
本発明における光電変換素子として好ましくは、1対の電極間にp型半導体の層とn型半導体の層が積層構造を持つ光電変換膜を有する場合である。また、好ましくは、p型及びn型半導体のうち少なくとも一方は有機化合物を含む場合であり、さらに好ましくはp型及びn型半導体の両方とも有機化合物を含む場合である。
[General requirements]
In the present invention, it is preferable to use a configuration in which at least two or more photoelectric conversion elements are stacked, more preferably three or four layers, and particularly preferably three layers.
In the present invention, these photoelectric conversion elements can be preferably used as an image sensor, particularly preferably as a solid-state image sensor. Moreover, in this invention, the case where a voltage is applied to these photoelectric conversion films, photoelectric conversion elements, and image sensors is preferable.
The photoelectric conversion element in the present invention is preferably a case where a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer have a photoelectric conversion film having a stacked structure between a pair of electrodes. Preferably, at least one of the p-type and n-type semiconductors contains an organic compound, and more preferably, both the p-type and n-type semiconductors contain an organic compound.
〔バルクへテロ接合構造〕
本発明においては、1対の電極間に、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光電変換膜(感光層)を含有する場合が好ましい。このような場合、光電変換膜において、有機層に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。
[Bulk heterojunction structure]
In the present invention, a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer are provided between a pair of electrodes, and at least one of the p-type semiconductor and the n-type semiconductor is an organic semiconductor, and these semiconductor layers It is preferable to contain a photoelectric conversion film (photosensitive layer) having a bulk heterojunction structure layer containing the p-type semiconductor and the n-type semiconductor as an intermediate layer. In such a case, in the photoelectric conversion film, by incorporating a bulk heterojunction structure in the organic layer, 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.
〔タンデム構造〕
本発明において、1対の電極間に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以上有する構造を持つ光電変換膜(感光層)を含有する場合が好ましい。また、前記繰り返し構造の間に、導電材料の薄層を挿入しても良い。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。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以上100以下であり、さらに好ましくは2以上50以下であり、特に好ましくは5以上40以下であり、最も好ましくは10以上30以下である。
本発明において、タンデム構造をもつ半導体としては無機材料でもよいが有機半導体が好ましく、さらに有機色素が好ましい。
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。
[Tandem structure]
In the present invention, a photoelectric conversion film (photosensitive layer) having 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 a pair of electrodes ) Is preferable. Further, a thin layer of a conductive material may be inserted between the repetitive structures. Silver or gold is preferable as the conductive material, and silver is most preferable. The number of repeating structures (tandem structures) of the pn junction layer may be any number, but is preferably 2 or more and 100 or less, more preferably 2 or more and 50 or less, and particularly preferably 5 in order to increase the photoelectric conversion efficiency. It is 40 or less and most preferably 10 or more and 30 or less.
In the present invention, the semiconductor having a tandem structure may be an inorganic material, but is preferably an organic semiconductor, and more preferably an organic dye.
The tandem structure is described in detail in Japanese Patent Application No. 2004-079930.
[積層構造]
本発明の一つの好ましい態様として、光電変換膜に電圧を印加しない場合は、少なくとも2つの光電変換膜が積層している場合が好ましい。積層撮像素子は特に制限はなく、この分野で用いられているものは全て適用できるが好ましくは、BGR3層積層構造であり、BGR積層構造の好ましい例を図2に示す。
つぎに、本発明に係る固体撮像素子は、例えば、本実施の態様で示されるような光電変換膜を有する。そして、図2に示されるような固体撮像素子は、走査回路部の上に積層型光電変換膜が設けられる。走査回路部は、半導体基板上にMOSトランジスタが各画素単位に形成された構成や、あるいは、撮像素子としてCCDを有する構成を適宜採用することができる。
例えばMOSトランジスタを用いた固体撮像素子の場合、電極を透過した入射光によって光電変換膜の中に電荷が発生し、電極に電圧を印加することにより電極と電極との間に生じる電界によって電荷が光電変換膜の中を電極まで走行し、さらにMOSトランジスタの電荷蓄積部まで移動し、電荷蓄積部に電荷が蓄積される。電荷蓄積部に蓄積された電荷は、MOSトランジスタのスイッチングにより電荷読出し部に移動し、さらに電気信号として出力される。これにより、フルカラーの画像信号が、信号処理部を含む固体撮像装置に入力される。
これらの積層撮像素子については、特開昭58−103165号公報の第2図及び特開昭58−103166号公報の第2図等で代表される固体カラー撮像素子も適用できる。
[Laminated structure]
As one preferable aspect of the present invention, when no voltage is applied to the photoelectric conversion film, it is preferable that at least two photoelectric conversion films are laminated. Laminating the imaging element is not particularly limited, all possible but preferably applied using its dependent ones in the art, a BGR3 layer structure, showing a preferred example of the BGR stacked structure in FIG.
Next, the solid-state imaging device according to the present invention has, for example, a photoelectric conversion film as shown in this embodiment. In the solid-state imaging device as shown in FIG. 2 , a stacked photoelectric conversion film is provided on the scanning circuit unit. The scanning circuit unit can appropriately adopt a configuration in which a MOS transistor is formed on a semiconductor substrate for each pixel unit, or a configuration having a CCD as an image sensor.
For example, in the case of a solid-state imaging device using a MOS transistor, charges are generated in the photoelectric conversion film by incident light transmitted through the electrodes, and the charges are generated by an electric field generated between the electrodes by applying a voltage to the electrodes. It travels to the electrode through the photoelectric conversion film, and further moves to the charge storage part of the MOS transistor, and charges are stored in the charge storage part. The charge accumulated in the charge accumulation unit moves to the charge readout unit by switching of the MOS transistor, and is further output as an electric signal. Thereby, a full-color image signal is input to the solid-state imaging device including the signal processing unit.
As these laminated image pickup devices, solid color image pickup devices represented by FIG. 2 of JP-A-58-103165, FIG. 2 of JP-A-58-103166, and the like can also be applied.
上記の積層型撮像素子好ましくは3層積層型撮像素子の製造工程については特開2002−83946号公報記載の方法(同公報の図7〜23及び段落番号0026〜0038参照)が適用できる。 The method described in JP-A-2002-83946 (see FIGS. 7 to 23 and paragraph numbers 0026 to 0038 of the same publication) can be applied to the manufacturing process of the above-described multilayer image sensor, preferably a three-layer image sensor.
(光電変換素子)
以下に本発明の好ましい態様の光電変換素子について説明する。
本発明の光電変換素子は電磁波吸収/光電変換部位と光電変換により生成した電荷の電荷蓄積/転送/読み出し部位よりなる。
本発明において電磁波吸収/光電変換部位は、少なくとも青光、緑光、赤光を各々吸収し光電変換することができる少なくとも2層の積層型構造を有する。青光吸収層(B)は少なくとも400nm以上500nm以下の光を吸収することができ、好ましくはその波長域でのピ−ク波長の吸収率は50%以上である。緑光吸収層(G)は少なくとも500nm以上600nm以下の光を吸収することができ、好ましくはその波長域でのピ−ク波長の吸収率は50%以上である。赤光吸収層(R)は少なくとも600nm以上700nm以下の光を吸収することができ、好ましくはその波長域でのピ−ク波長の吸収率は50%以上である。これらの層の序列はいずれの序列でも良く、3層積層型構造の場合は上層(光入射側)からBGR、BRG、GBR、GRB、RBG、RGBの序列が可能である。好ましくは最上層がGである。2層積層型構造の場合は上層がR層の場合は下層が同一平面状にBG層、上層がB層の場合は下層が同一平面状にGR層、上層がG層の場合は下層が同一平面状にBR層が形成される。好ましくは上層がG層で下層が同一平面状にBR層である。このように下層の同一平面状に2つの光吸収層が設けられる場合には上層の上もしくは上層と下層の間に色分別できるフィルタ−層を例えばモザイク状に設けることが好ましい。場合により4層目以上の層を新たな層としてもしくは同一平面状に設けることが可能である。
本発明における電荷蓄積/転送/読み出し部位は電磁波吸収/光電変換部位の下に設ける。下層の電磁波吸収/光電変換部位が電荷蓄積/転送/読み出し部位を兼ねることは好ましい。
本発明において電磁波吸収/光電変換部位は有機層または無機層または有機層と無機層の混合よりなる。有機層がB/G/R層を形成していても良いし無機層がB/G/R層を形成していても良い。好ましくは有機層と無機層の混合である。この場合、基本的には有機層が1層の時は無機層は1層または2層であり、有機層が2層の時は無機層は1層である。有機層と無機層が1層の場合には無機層が同一平面状に2色以上の電磁波吸収/光電変換部位を形成する。好ましくは上層が有機層でG層であり、下層が無機層で上からB層、R層の序列である。場合により4層目以上の層を新たな層として、もしくは同一平面状に設けることが可能である。有機層がB/G/R層を形成する場合には、その下に電荷蓄積/転送/読み出し部位を設ける。電磁波吸収/光電変換部位として無機層を用いる場合には、この無機層が電荷蓄積/転送/読み出し部位を兼ねる。
(Photoelectric conversion element)
The photoelectric conversion element of the preferable aspect of this invention is demonstrated below.
The photoelectric conversion element of the present invention comprises an electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion site and a charge accumulation / transfer / readout site for charges generated by photoelectric conversion.
In the present invention, the electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion site has a laminated structure of at least two layers capable of absorbing and photoelectrically converting at least blue light, green light, and red light. The blue light absorbing layer (B) can absorb light of at least 400 nm or more and 500 nm or less, and preferably the peak wavelength absorptance in the wavelength region is 50% or more. The green light absorbing layer (G) can absorb light of at least 500 nm to 600 nm, and preferably the peak wavelength absorptance in the wavelength region is 50% or more. The red light absorbing layer (R) can absorb light of at least 600 nm or more and 700 nm or less, and preferably has an absorptance of a peak wavelength in the wavelength region of 50% or more. The order of these layers may be any order, and in the case of a three-layer stacked structure, the order of BGR, BRG, GBR, GRB, RBG, and RGB is possible from the upper layer (light incident side). Preferably, the uppermost layer is G. In the case of a two-layer structure, when the upper layer is the R layer, the lower layer is the same BG layer, when the upper layer is the B layer, the lower layer is the same planar GR layer, and when the upper layer is the G layer, the lower layer is the same A BR layer is formed in a planar shape. Preferably, the upper layer is a G layer and the lower layer is a BR layer on the same plane. Thus, when two light absorption layers are provided on the same plane of the lower layer, it is preferable to provide, for example, a mosaic layer on the upper layer or a filter layer capable of color separation between the upper layer and the lower layer. In some cases, it is possible to provide a fourth layer or more as a new layer or in the same plane.
In the present invention, the charge accumulation / transfer / readout part is provided under the electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion part. It is preferable that the electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion site in the lower layer also serves as a charge storage / transfer / readout site.
In the present invention, the electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion site is composed of an organic layer, an inorganic layer, or a mixture of an organic layer and an inorganic layer. The organic layer may form a B / G / R layer, or the inorganic layer may form a B / G / R layer. A mixture of an organic layer and an inorganic layer is preferred. In this case, basically, when the organic layer is one layer, the inorganic layer is one or two layers, and when the organic layer is two layers, the inorganic layer is one layer. When the organic layer and the inorganic layer are one layer, the inorganic layer forms electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion sites of two or more colors on the same plane. Preferably, the upper layer is an organic layer and is a G layer, and the lower layer is an inorganic layer and is an order of B layer and R layer from the top. In some cases, it is possible to provide a fourth layer or more as a new layer or in the same plane. In the case where the organic layer forms a B / G / R layer, a charge accumulation / transfer / readout portion is provided thereunder. When an inorganic layer is used as the electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion site, this inorganic layer also serves as a charge accumulation / transfer / readout site.
本発明において、上記で説明した素子のなかで特に好ましい一つの態様は以下の通りである。
少なくとも2つの電磁波吸収/光電変換部位を有し、これらのうち少なくとも一つの部位が本発明の光電変換素子(撮像素子用)の場合である。
さらに、少なくとも2つの電磁波吸収/光電変換部位が少なくとも2層の積層型構造を有する素子の場合が好ましい。さらに、上層が緑光を吸収し光電変換することができる部位からなる素子である場合が好ましい。
また、特に好ましくは、少なくとも3つの電磁波吸収/光電変換部位を有し、これらのうち少なくとも一つの部位が本発明の光電変換素子(撮像素子用)の場合である。
さらに、上層が緑光を吸収し光電変換することができる部位からなる素子である場合が好ましい。さらに、3つのうち少なくとも2つの電磁波吸収/光電変換部位が無機層(好ましくはシリコン基盤内に形成されている)の場合である。
In the present invention, one particularly preferable aspect among the elements described above is as follows.
This is the case of having at least two electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion parts, and at least one of these parts is the photoelectric conversion element (for an image sensor) of the present invention.
Furthermore, it is preferable that the element has a laminated structure in which at least two electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion sites have at least two layers. Furthermore, it is preferable that the upper layer is an element composed of a part capable of absorbing green light and performing photoelectric conversion.
Particularly preferably, it has at least three electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion sites, and at least one of these sites is the photoelectric conversion element (for an image sensor) of the present invention.
Furthermore, it is preferable that the upper layer is an element composed of a part capable of absorbing green light and performing photoelectric conversion. Further, at least two of the three electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion sites are inorganic layers (preferably formed in a silicon substrate).
(電極)
本発明の有機層からなる電磁波吸収/光電変換部位は1対の電極に挟まれており、各々が画素電極と対向電極を形成している。好ましくは下層が画素電極である。
対向電極は正孔輸送性光電変換膜または正孔輸送層から正孔を取り出すことが好ましく、金属、合金、金属酸化物、電気伝導性化合物、またはこれらの混合物などを用いることができる材料である。画素電極は電子輸送性光電変換層または電子輸送層から電子を取り出すことが好ましく、電子輸送性光電変換層、電子輸送層などの隣接する層との密着性や電子親和力、イオン化ポテンシャル、安定性等を考慮して選ばれる。これらの具体例としては酸化スズ、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウムスズ(ITO)等の導電性金属酸化物、あるいは金、銀、クロム、ニッケル等の金属、さらにこれらの金属と導電性金属酸化物との混合物または積層物、ヨウ化銅、硫化銅などの無機導電性物質、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロールなどの有機導電性材料、シリコン化合物およびこれらとITOとの積層物などが挙げられ、好ましくは、導電性金属酸化物であり、特に、生産性、高導電性、透明性等の点からITO、IZOが好ましい。膜厚は材料により適宜選択可能であるが、通常10nm以上1μm以下の範囲のものが好ましく、より好ましくは30nm以上500nm以下であり、更に好ましくは50nm以上300nm以下である。
(electrode)
The electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion site made of the organic layer of the present invention is sandwiched between a pair of electrodes, each of which forms a pixel electrode and a counter electrode. The lower layer is preferably a pixel electrode.
The counter electrode is preferably a material that can take out holes from the hole transport photoelectric conversion film or the hole transport layer, and can use a metal, an alloy, a metal oxide, an electrically conductive compound, or a mixture thereof. . The pixel electrode preferably takes out electrons from the electron-transporting photoelectric conversion layer or the electron-transporting layer. Adhesion with adjacent layers such as the electron-transporting photoelectric conversion layer and the electron-transporting layer, electron affinity, ionization potential, stability, etc. Selected in consideration of Specific examples of these include conductive metal oxides such as tin oxide, zinc oxide, indium oxide and indium tin oxide (ITO), or metals such as gold, silver, chromium and nickel, and these metals and conductive metal oxides. Inorganic conductive materials such as copper iodide and copper sulfide, organic conductive materials such as polyaniline, polythiophene and polypyrrole, silicon compounds and laminates of these with ITO, etc. In particular, ITO and IZO are preferable from the viewpoints of productivity, high conductivity, transparency, and the like. Although the film thickness can be appropriately selected depending on the material, it is usually preferably in the range of 10 nm to 1 μm, more preferably 30 nm to 500 nm, and still more preferably 50 nm to 300 nm.
画素電極、対向電極の作製には材料によって種々の方法が用いられるが、例えばITOの場合、電子ビーム法、スパッタリング法、抵抗加熱蒸着法、化学反応法(ゾルーゲル法など)、酸化インジウムスズの分散物の塗布などの方法で膜形成される。ITOの場合、UV−オゾン処理、プラズマ処理などを施すことができる。
本発明においては透明電極膜を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膜を作成することで、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、透明電極膜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。
Various methods are used for manufacturing the pixel electrode and the counter electrode depending on the material. For example, in the case of ITO, electron beam method, sputtering method, resistance heating vapor deposition method, chemical reaction method (sol-gel method, etc.), dispersion of indium tin oxide A film is formed by a method such as application of an object. In the case of ITO, UV-ozone treatment, plasma treatment, etc. can be performed.
In the present invention, it is preferable to produce the transparent electrode film free of plasma. By creating a transparent electrode film free from 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 film, 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. It means a state in which the plasma that reaches is reduced.
透明電極膜の成膜中にプラズマが発生しない装置としては、例えば、電子線蒸着装置(EB蒸着装置)やパルスレーザー蒸着装置がある。EB蒸着装置またはパルスレーザー蒸着装置については、沢田豊監修「透明導電膜の新展開」(シーエムシー刊、1999年)、沢田豊監修「透明導電膜の新展開II」(シーエムシー刊、2002年)、日本学術振興会著「透明導電膜の技術」(オーム社、1999年)、及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、パルスレーザー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ー蒸着法と言う。
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」(シーエムシー刊、1999年)、沢田豊監修「透明導電膜の新展開II」(シーエムシー刊、2002年)、日本学術振興会著「透明導電膜の技術」(オーム社、1999年)、及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 an apparatus that does not generate plasma during the formation of the transparent electrode film include an electron beam vapor deposition apparatus (EB vapor deposition apparatus) and a pulse laser vapor deposition apparatus. Regarding EB deposition equipment or pulse laser deposition equipment, “Surveillance of Transparent Conductive Films” supervised by Yutaka Sawada (published by CMC, 1999); ), "Transparent conductive film technology" by the Japan Society for the Promotion of Science (Ohm Co., 1999), and the references attached thereto, etc. 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" (published by CMC, 1999), and supervised by Yutaka Sawada "New development of transparent conductive film II" (published by CMC) 2002), “Transparent conductive film technology” (Ohm Co., 1999) by the Japan Society for the Promotion of Science, and references and the like attached thereto can be used.
本発明の有機電磁波吸収/光電変換部位の電極についてさらに詳細に説明する。有機層の光電変換膜は、画素電極膜、対向電極膜により挟まれ、電極間材料等を含むことができる。画素電極膜とは、電荷蓄積/転送/読み出し部位が形成された基板上方に作成された電極膜のことで、通常1ピクセルごとに分割される。これは、光電変換膜により変換された信号電荷を電荷蓄積/転送/信号読出回路基板上に1ピクセルごとに読み出すことで、画像を得るためである。
対向電極膜とは、光電変換膜を画素電極膜と共にはさみこむことで信号電荷と逆の極性を持つ信号電荷を吐き出す機能をもっている。この信号電荷の吐き出しは各画素間で分割する必要がないため、通常、対向電極膜は各画素間で共通にすることができる。そのため、共通電極膜(コモン電極膜)と呼ばれることもある。
The electrode of the organic electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion site of the present invention will be described in more detail. The photoelectric conversion film of the organic layer is sandwiched between the pixel electrode film and the counter electrode film, and can include an interelectrode material or the like. The pixel electrode film is an electrode film formed above the substrate on which the charge accumulation / transfer / read-out site is formed, and is usually divided for each pixel. This is to obtain an image by reading out the signal charges converted by the photoelectric conversion film on a charge storage / transfer / signal readout circuit substrate for each pixel.
The counter electrode film has a function of discharging a signal charge having a polarity opposite to that of the signal charge by sandwiching the photoelectric conversion film together with the pixel electrode film. Since the discharge of the signal charge does not need to be divided between the pixels, the counter electrode film can be commonly used between the pixels. Therefore, it may be called a common electrode film (common electrode film).
光電変換膜は、画素電極膜と対向電極膜との間に位置する。光電変換機能は、この光電変換膜と画素電極膜及び対向電極膜により機能する。
光電変換膜積層の構成例としては、まず基板上に積層される有機層が一つの場合として、基板から画素電極膜(基本的に透明電極膜)、光電変換膜、対向電極膜(透明電極膜)を順に積層した構成が挙げられるが、これに限定されるものではない。
さらに、基板上に積層される有機層が2つの場合、例えば、基板から画素電極膜(基本的に透明電極膜)、光電変換膜、対向電極膜(透明電極膜)、層間絶縁膜、画素電極膜(基本的に透明電極膜)、光電変換膜、対向電極膜(透明電極膜)を順に積層した構成が挙げられる。
The photoelectric conversion film is located between the pixel electrode film and the counter electrode film. The photoelectric conversion function functions by the photoelectric conversion film, the pixel electrode film, and the counter electrode film.
As a configuration example of the photoelectric conversion film lamination, first, in the case where there is one organic layer laminated on the substrate, the pixel electrode film (basically a transparent electrode film), the photoelectric conversion film, the counter electrode film (transparent electrode film) from the substrate ) In order, but is not limited thereto.
Further, when there are two organic layers stacked on the substrate, for example, from the substrate to the pixel electrode film (basically a transparent electrode film), a photoelectric conversion film, a counter electrode film (transparent electrode film), an interlayer insulating film, a pixel electrode A configuration in which a film (basically a transparent electrode film), a photoelectric conversion film, and a counter electrode film (transparent electrode film) are stacked in order.
本発明の光電変換部位を構成する透明電極膜の材料は、プラズマフリーである成膜装置、EB蒸着装置、及びパルスレーザー蒸着装置により成膜できるものが好ましい。例えば、金属、合金、金属酸化物、金属窒化物、金属ホウ化物、有機導電性化合物、これらの混合物等が好適に挙げられ、具体例としては、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム亜鉛(IZO)、酸化インジウム錫(ITO)、酸化インジウムタングステン(IWO)等の導電性金属酸化物、窒化チタン等の金属窒化物、金、白金、銀、クロム、ニッケル、アルミニウム等の金属、更にこれらの金属と導電性金属酸化物との混合物又は積層物、ヨウ化銅、硫化銅などの無機導電性物質、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロ−ル等の有機導電性材料、これらとITOとの積層物、などが挙げられる。また、沢田豊監修「透明導電膜の新展開」(シーエムシー刊、1999年)、沢田豊監修「透明導電膜の新展開II」(シーエムシー刊、2002年)、日本学術振興会著「透明導電膜の技術」(オーム社、1999年)等に詳細に記載されているものを用いても良い。
透明電極膜の材料として特に好ましいのは、ITO、IZO、SnO2、ATO(アンチモンドープ酸化スズ)、ZnO、AZO(Alドープ酸化亜鉛)、GZO(ガリウムドープ酸化亜鉛)、TiO2、FTO(フッ素ドープ酸化スズ)のいずれかの材料である。
透明電極膜の光透過率は、その透明電極膜を含む光電変換素子に含まれる光電変換膜の光電変換光吸収ピーク波長において、60%以上が好ましく、より好ましくは80%以上で、より好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上である。また、透明電極膜の表面抵抗は、画素電極であるか対向電極であるか、さらには電荷蓄積/転送・読み出し部位がCCD構造であるかCMOS構造であるか等により好ましい範囲は異なる。対向電極に使用し電荷蓄積/転送/読み出し部位がCMOS構造の場合には10000Ω/□以下が好ましく、より好ましくは、1000Ω/□以下である。対向電極に使用し電荷蓄積/転送/読み出し部位がCCD構造の場合には1000Ω/□以下が好ましく、より好ましくは、100Ω/□以下である。画素電極に使用する場合には1000000Ω/□以下が好ましく、より好ましくは、100000Ω/□以下である。
透明電極膜成膜時の条件について触れる。透明電極膜成膜時の基板温度は500℃以下が好ましく、より好ましくは、300℃以下で、さらに好ましくは200℃以下、さらに好ましくは150℃以下である。また、透明電極膜成膜中にガスを導入しても良く、基本的にそのガス種は制限されないが、Ar、He、酸素、窒素などを用いることができる。また、これらのガスの混合ガスを用いても良い。特に酸化物の材料の場合は、酸素欠陥が入ることが多いので、酸素を用いることが好ましい。
The material of the transparent electrode film constituting the photoelectric conversion site of the present invention is preferably one that can be formed by a plasma-free film forming apparatus, an EB vapor deposition apparatus, and a pulse laser vapor deposition apparatus. For example, a metal, an alloy, a metal oxide, a metal nitride, a metal boride, an organic conductive compound, a mixture thereof, and the like are preferable. Specific examples include tin oxide, zinc oxide, indium oxide, and indium zinc oxide. (IZO), indium tin oxide (ITO), conductive metal oxides such as indium tungsten oxide (IWO), metal nitrides such as titanium nitride, metals such as gold, platinum, silver, chromium, nickel, aluminum, and these A mixture or laminate of a metal and a conductive metal oxide, an inorganic conductive material such as copper iodide or copper sulfide, an organic conductive material such as polyaniline, polythiophene or polypyrrole, a laminate of these and ITO, Etc. Also, supervised by Yutaka Sawada “New Development of Transparent Conductive Film” (published by CMC, 1999), supervised by Yutaka Sawada “New Development of Transparent Conductive Film II” (published by CMC, 2002), “Transparency by Japan Society for the Promotion of Science” Those described in detail in “Technology of Conductive Film” (Ohm Co., 1999) may be used.
Particularly preferable as the material for the transparent electrode film are ITO, IZO, SnO 2 , ATO (antimony-doped tin oxide), ZnO, AZO (Al-doped zinc oxide), GZO (gallium-doped zinc oxide), TiO 2 , FTO (fluorine). Doped tin oxide).
The light transmittance of the transparent electrode film is preferably 60% or more, more preferably 80% or more, more preferably, in the photoelectric conversion light absorption peak wavelength of the photoelectric conversion film included in the photoelectric conversion element including the transparent electrode film. It is 90% or more, more preferably 95% or more. The preferred range of the surface resistance of the transparent electrode film varies depending on whether it is a pixel electrode or a counter electrode, and whether the charge storage / transfer / read-out site is a CCD structure or a CMOS structure. When it is used for the counter electrode and the charge storage / transfer / readout part has a CMOS structure, it is preferably 10000Ω / □ or less, more preferably 1000Ω / □ or less. When it is used for the counter electrode and the charge storage / transfer / readout part has a CCD structure, it is preferably 1000Ω / □ or less, more preferably 100Ω / □ or less. When used for a pixel electrode, it is preferably 1000000 Ω / □ or less, more preferably 100000 Ω / □ or less.
The conditions at the time of forming the transparent electrode film will be mentioned. The substrate temperature at the time of forming the transparent electrode film is preferably 500 ° C. or lower, more preferably 300 ° C. or lower, further preferably 200 ° C. or lower, and further preferably 150 ° C. or lower. Further, a gas may be introduced during the formation of the transparent electrode film, and basically the gas species is not limited, but Ar, He, oxygen, nitrogen and the like can be used. Further, a mixed gas of these gases may be used. In particular, in the case of an oxide material, oxygen defects are often introduced, so that oxygen is preferably used.
(無機層)
電磁波吸収/光電変換部位としての無機層について説明する。この場合、上層の有機層を通過した光を無機層で光電変換することになる。無機層としては結晶シリコン、アモルファスシリコン、GaAsなどの化合物半導体のpn接合またはpin接合が一般的に用いられる。積層型構造として米国特許第5965875号に開示されている方法を採用することができる。すなわちシリコンの吸収係数の波長依存性を利用して積層された受光部を形成し、その深さ方向で色分離を行う構成である。この場合、シリコンの光進入深さで色分離を行っているため積層された各受光部で検知するスペクトル範囲はブロードとなる。しかしながら、前述した有機層を上層に用いることにより、すなわち有機層を透過した光をシリコンの深さ方向で検出することにより色分離が顕著に改良される。特に有機層にG層を配置すると有機層を透過する光はB光とR光になるためにシリコンでの深さ方向での光の分別はBR光のみとなり色分離が改良される。有機層がB層またはR層の場合でもシリコンの電磁波吸収/光電変換部位を深さ方向で適宜選択することにより顕著に色分離が改良される。有機層が2層の場合にはシリコンでの電磁波吸収/光電変換部位としての機能は基本的には1色で良く、好ましい色分離が達成できる。
(Inorganic layer)
The inorganic layer as the electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion site will be described. In this case, light passing through the upper organic layer is photoelectrically converted by the inorganic layer. As the inorganic layer, a pn junction or a pin junction of a compound semiconductor such as crystalline silicon, amorphous silicon, or GaAs is generally used. The method disclosed in US Pat. No. 5,965,875 can be adopted as the laminated structure. In other words, a stacked light receiving portion is formed using the wavelength dependence of the absorption coefficient of silicon, and color separation is performed in the depth direction. In this case, since color separation is performed based on the light penetration depth of silicon, the spectral range detected by each stacked light receiving unit is broad. However, color separation is remarkably improved by using the above-described organic layer as an upper layer, that is, by detecting light transmitted through the organic layer in the depth direction of silicon. In particular, when the G layer is arranged in the organic layer, the light transmitted through the organic layer becomes B light and R light, so that the separation of light in the depth direction in silicon becomes only BR light, and the color separation is improved. Even when the organic layer is a B layer or an R layer, color separation is remarkably improved by appropriately selecting the electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion site of silicon in the depth direction. When the organic layer has two layers, the function as an electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion site in silicon may be basically one color, and preferable color separation can be achieved.
無機層は好ましくは、半導体基板内の深さ方向に、画素毎に複数のフォトダイオードが重層され、前記複数のフォトダイオードに吸収される光によって各フォトダイオードに生じる信号電荷に応じた色信号を外部に読み出す構造である。好ましくは、前記複数のフォトダイオードは、B光を吸収する深さに設けられる第1のフォトダイオードと、R光を吸収する深さに設けられる第2のフォトダイオードの少なくとも1つとを含み、前記複数のフォトダイオードの各々に生じる前記信号電荷に応じた色信号を読み出す色信号読み出し回路を備えることが好ましい。この構成により、カラーフィルタを用いることなく色分離を行うことができる。又、場合によっては、負感度成分の光も検出することができるため、色再現性の良いカラー撮像が可能となる。又、本発明においては、前記第1のフォトダイオードの接合部は、前記半導体基板表面から約0.2μmまでの深さに形成され、前記第2のフォトダイオードの接合部は、前記半導体基板表面から約2μmまでの深さに形成されることが好ましい。
無機層についてさらに詳細に説明する。無機層の好ましい構成としては、光伝導型、p−n接合型、ショットキー接合型、PIN接合型、MSM(金属−半導体−金属)型の受光素子やフォトトランジスタ型の受光素子が挙げられる。本発明では、単一の半導体基板内に、第1導電型の領域と、前記第1導電型と逆の導電型である第2導電型の領域とを交互に複数積層し、前記第1導電型及び第2導電型の領域の各接合面を、それぞれ異なる複数の波長帯域の光を主に光電変換するために適した深さに形成してなる受光素子を用いることが好ましい。単一の半導体基板としては、単結晶シリコンが好ましく、シリコン基板の深さ方向に依存する吸収波長特性を利用して色分離を行うことができる。
無機半導体として、InGaN系、InAlN系、InAlP系、又はInGaAlP系の無機半導体を用いることもできる。InGaN系の無機半導体は、Inの含有組成を適宜変更し、青色の波長範囲内に極大吸収値を有するよう調整されたものである。すなわち、InxGa1-xN(0<X<1)の組成となる。
このような化合物半導体は、有機金属気相成長法(MOCVD法)を用いて製造される。Gaと同じ13族原料のAlを用いる窒化物半導体のInAlN系についても、InGaN系と同様に短波長受光部として利用することができる。また、GaAs基板に格子整合するInAlP、InGaAlPを用いることもできる。
The inorganic layer is preferably formed by stacking a plurality of photodiodes for each pixel in the depth direction in the semiconductor substrate, and a color signal corresponding to a signal charge generated in each photodiode by light absorbed by the plurality of photodiodes. It is a structure that reads out to the outside. Preferably, the plurality of photodiodes include a first photodiode provided at a depth that absorbs B light and at least one of a second photodiode provided at a depth that absorbs R light, It is preferable to include a color signal readout circuit that reads out a color signal corresponding to the signal charge generated in each of the plurality of photodiodes. With this configuration, color separation can be performed without using a color filter. In some cases, light of a negative sensitivity component can also be detected, so that color imaging with good color reproducibility is possible. In the present invention, the junction portion of the first photodiode is formed to a depth of about 0.2 μm from the surface of the semiconductor substrate, and the junction portion of the second photodiode is the surface of the semiconductor substrate. To a depth of about 2 μm.
The inorganic layer will be described in more detail. As a preferable configuration of the inorganic layer, a photoconductive type, a pn junction type, a Schottky junction type, a PIN junction type, an MSM (metal-semiconductor-metal) type light receiving element or a phototransistor type light receiving element can be given. In the present invention, a plurality of first conductivity type regions and second conductivity type regions opposite to the first conductivity type are alternately stacked in a single semiconductor substrate, and the first conductivity type is stacked. It is preferable to use a light receiving element in which each joint surface of the region of the mold and the second conductivity type is formed to a depth suitable for mainly photoelectrically converting light in a plurality of different wavelength bands. As the single semiconductor substrate, single crystal silicon is preferable, and color separation can be performed using absorption wavelength characteristics depending on the depth direction of the silicon substrate.
As the inorganic semiconductor, an InGaN-based, InAlN-based, InAlP-based, or InGaAlP-based inorganic semiconductor can also be used. The InGaN-based inorganic semiconductor is adjusted so as to have a maximum absorption value in a blue wavelength range by appropriately changing the In-containing composition. That is, the composition is In x Ga 1-x N (0 <X <1).
Such a compound semiconductor is manufactured using a metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD method). A nitride semiconductor InAlN system using Al, which is the
無機半導体は、埋め込み構造となっていてもよい。埋め込み構造とは、短波長受光部部分の両端を短波長受光部とは異なる半導体で覆われる構成のものをいう。両端を覆う半導体としては、短波長受光部のバンドギャップ波長より短い又は同等のバンドギャップ波長を有する半導体であることが好ましい。
有機層と無機層とは、どのような形態で結合されていてもよい。また、有機層と無機層との間には、電気的に絶縁するために、絶縁層を設けることが好ましい。
接合は、光入射側から、npn、又はpnpnとなっていることが好ましい。特に、表面にp層を設け表面の電位を高くしておくことで、表面付近で発生した正孔、及び暗電流をトラップすることができ暗電流を低減できるため、pnpn接合とすることがより好ましい。
このようなフォトダイオードは、p型シリコン基板表面から順次拡散される、n型層、p型層、n型層、p型層をこの順に深く形成することで、pn接合ダイオードがシリコンの深さ方向にpnpnの4層が形成される。ダイオードに表面側から入射した光は波長の長いものほど深く侵入し、入射波長と減衰係数はシリコン固有の値を示すので、pn接合面の深さが可視光の各波長帯域をカバーするように設計する。同様に、n型層、p型層、n型層の順に形成することで、npnの3層の接合ダイオードが得られる。ここで、n型層から光信号を取り出し、p型層はアースに接続する。
また、各領域に引き出し電極を設け、所定のリセット電位をかけると、各領域が空乏化し、各接合部の容量は限りなく小さい値になる。これにより、接合面に生じる容量を極めて小さくすることができる。
The inorganic semiconductor may have a buried structure. The embedded structure means a structure in which both ends of the short wavelength light receiving part are covered with a semiconductor different from the short wavelength light receiving part. The semiconductor covering both ends is preferably a semiconductor having a band gap wavelength shorter than or equivalent to the band gap wavelength of the short wavelength light receiving part.
The organic layer and the inorganic layer may be combined in any form. In addition, it is preferable to provide an insulating layer between the organic layer and the inorganic layer in order to electrically insulate.
The junction is preferably npn or pnpn from the light incident side. In particular, by providing a p layer on the surface and increasing the surface potential, holes generated in the vicinity of the surface and dark current can be trapped and dark current can be reduced. preferable.
In such a photodiode, an n-type layer, a p-type layer, an n-type layer, and a p-type layer that are sequentially diffused from the surface of the p-type silicon substrate are formed deeply in this order, so that the pn junction diode has a silicon depth. Four layers of pnpn are formed in the direction. The light incident on the diode from the surface side penetrates deeper as the wavelength is longer, and the incident wavelength and attenuation coefficient show values specific to silicon, so that the depth of the pn junction surface covers each wavelength band of visible light. design. Similarly, an n-type layer, a p-type layer, and an n-type layer are formed in this order to obtain a npn three-layer junction diode. Here, an optical signal is taken out from the n-type layer, and the p-type layer is connected to the ground.
Further, when an extraction electrode is provided in each region and a predetermined reset potential is applied, each region is depleted, and the capacitance of each junction becomes an extremely small value. Thereby, the capacity | capacitance produced in a joint surface can be made very small.
(補助層)
本発明においては、好ましくは電磁波吸収/光電変換部位の最上層に紫外線吸収層および/または赤外線吸収層を有する。紫外線吸収層は少なくとも400nm以下の光を吸収または反射することができ、好ましくは400nm以下の波長域での吸収率は50%以上である。赤外線吸収層は少なくとも700nm以上の光を吸収または反射することができ、好ましくは700nm以上の波長域での吸収率は50%以上である。
これらの紫外線吸収層、赤外線吸収層は従来公知の方法によって形成できる。例えば基板上にゼラチン、カゼイン、グリューあるいはポリビニルアルコールなどの親水性高分子物質からなる媒染層を設け、その媒染層に所望の吸収波長を有する色素を添加もしくは染色して着色層を形成する方法が知られている。さらには、ある種の着色材が透明樹脂中に分散されてなる着色樹脂を用いた方法が知られている。例えば、特開昭58−46325号公報、特開昭60−78401号公報、特開昭60−184202号公報、特開昭60−184203号公報、特開昭60−184204号公報、特開昭60−184205号公報等に示されている様に、ポリアミノ系樹脂に着色材を混合した着色樹脂膜を用いることができる。感光性を有するポリイミド樹脂を用いた着色剤も可能である。
特公平7−113685記載の感光性を有する基を分子内に持つ、200℃以下にて硬化膜を得ることのできる芳香族系のポリアミド樹脂中に着色材料を分散すること、特公平7−69486記載の含量を分散着色樹脂を用いることも可能である。
本発明においては好ましくは誘電体多層膜が用いられる。誘電体多層膜は光の透過の波長依存性がシャ−プであり、好ましく用いられる。
各電磁波吸収/光電変換部位は絶縁層により分離されていることが好ましい。絶縁層は、ガラス、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルサルフォン、ポリプロピレン等の透明性絶縁材料を用いて形成することができる。窒化珪素、酸化珪素等も好ましく用いられる。プラズマCVDで製膜した窒化珪素は緻密性が高く透明性も良いために本発明においては好ましく用いられる。
酸素や水分等との接触を防止する目的で保護層あるいは封止層を設けることもできる。 保護層としては、ダイヤモンド薄膜、金属酸化物、金属窒化物等の無機材料膜、フッ素樹脂、ポリパラキシレン、ポリエチレン、シリコン樹脂、ポリスチレン樹脂等の高分子膜、さらには、光硬化性樹脂等が挙げられる。また、ガラス、気体不透過性プラスチック、金属などで素子部分をカバーし、適当な封止樹脂により素子自体をパッケージングすることもできる。この場合吸水性の高い物質をパッケージング内に存在させることも可能である。
更に、マイクロレンズアレイを受光素子の上部に形成することにより、集光効率を向上させることができるため、このような態様も好ましい。
(Auxiliary layer)
In the present invention, an ultraviolet absorption layer and / or an infrared absorption layer are preferably provided on the uppermost layer of the electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion site. The ultraviolet absorbing layer can absorb or reflect at least light of 400 nm or less, and preferably has an absorptance of 50% or more in a wavelength region of 400 nm or less. The infrared absorbing layer can absorb or reflect light of at least 700 nm or more, and preferably has an absorptance of 50% or more in a wavelength region of 700 nm or more.
These ultraviolet absorbing layer and infrared absorbing layer can be formed by a conventionally known method. For example, a method of forming a colored layer by providing a mordanting layer made of a hydrophilic polymer material such as gelatin, casein, mulled or polyvinyl alcohol on a substrate and adding or dyeing a dye having a desired absorption wavelength to the mordanting layer. Are known. Furthermore, a method using a colored resin in which a certain kind of coloring material is dispersed in a transparent resin is known. For example, JP-A-58-46325, JP-A-60-78401, JP-A-60-184202, JP-A-60-184203, JP-A-60-184204, JP-A-60-184204 As shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-184205 and the like, a colored resin film obtained by mixing a colorant with a polyamino resin can be used. A colorant using a polyimide resin having photosensitivity is also possible.
Dispersing a coloring material in an aromatic polyamide resin having a photosensitivity group described in JP-B-7-113685 in the molecule and capable of obtaining a cured film at 200 ° C. or lower, JP-B-7-69486 It is also possible to use dispersed colored resins with the stated content.
In the present invention, a dielectric multilayer film is preferably used. The dielectric multilayer film is preferably used because the wavelength dependency of light transmission is sharp.
Each electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion site is preferably separated by an insulating layer. The insulating layer can be formed using a transparent insulating material such as glass, polyethylene, polyethylene terephthalate, polyethersulfone, and polypropylene. Silicon nitride, silicon oxide and the like are also preferably used. Silicon nitride formed by plasma CVD is preferably used in the present invention because it has high density and good transparency.
A protective layer or a sealing layer can be provided for the purpose of preventing contact with oxygen or moisture. Examples of protective layers include diamond thin films, inorganic material films such as metal oxides and metal nitrides, polymer films such as fluororesins, polyparaxylene, polyethylene, silicon resins, and polystyrene resins, and photocurable resins. Can be mentioned. Further, the element portion can be covered with glass, gas-impermeable plastic, metal, etc., and the element itself can be packaged with an appropriate sealing resin. In this case, a substance having high water absorption can be present in the packaging.
Furthermore, since the light collection efficiency can be improved by forming the microlens array on the light receiving element, such an embodiment is also preferable.
(電荷蓄積/転送/読み出し部位)
電荷転送/読み出し部位については特開昭58−103166、特開昭58−103165、特開2003−332551等を参考にすることができる。半導体基板上にMOSトランジスタが各画素単位に形成された構成や、あるいは、素子としてCCDを有する構成を適宜採用することができる。例えばMOSトランジスタを用いた光電変換素子の場合、電極を透過した入射光によって光導電膜の中に電荷が発生し、電極に電圧を印加することにより電極と電極との間に生じる電界によって電荷が光導電膜の中を電極まで走行し、さらにMOSトランジスタの電荷蓄積部まで移動し、電荷蓄積部に電荷が蓄積される。電荷蓄積部に蓄積された電荷は、MOSトランジスタのスイッチングにより電荷読出し部に移動し、さらに電気信号として出力される。これにより、フルカラーの画像信号が、信号処理部を含む固体撮像装置に入力される。
一定量のバイアス電荷を蓄積ダイオードに注入して(リフレッシュモード)おき、一定の電荷を蓄積(光電変換モード)後、信号電荷を読み出すことが可能である。受光素子そのものを蓄積ダイオードとして用いることもできるし、別途、蓄積ダイオードを付設することもできる。
(Charge accumulation / transfer / readout part)
Regarding the charge transfer / readout part, reference can be made to JP-A-58-103166, JP-A-58-103165, JP-A-2003-332551 and the like. A configuration in which a MOS transistor is formed in each pixel unit on a semiconductor substrate or a configuration having a CCD as an element can be appropriately employed. For example, in the case of a photoelectric conversion element using a MOS transistor, charges are generated in the photoconductive film by incident light transmitted through the electrodes, and the charges are generated by an electric field generated between the electrodes by applying a voltage to the electrodes. It travels to the electrode through the photoconductive film, and further moves to the charge storage part of the MOS transistor, and charges are stored in the charge storage part. The charge accumulated in the charge accumulation unit moves to the charge readout unit by switching of the MOS transistor, and is further output as an electric signal. Thereby, a full-color image signal is input to the solid-state imaging device including the signal processing unit.
It is possible to inject a certain amount of bias charge into the storage diode (refresh mode) and store the constant charge (photoelectric conversion mode), and then read out the signal charge. The light receiving element itself can be used as a storage diode, or a storage diode can be additionally provided.
信号の読み出しについてさらに詳細に説明する。信号の読み出しは、通常のカラー読み出し回路を用いることができる。受光部で光/電気変換された信号電荷もしくは信号電流は、受光部そのものもしくは付設されたキャパシタで蓄えられる。蓄えられた電荷は、X−Yアドレス方式を用いたMOS型撮像素子(いわゆるCMOSセンサ)の手法により、画素位置の選択とともに読み出される。他には、アドレス選択方式として、1画素づつ順次マルチプレクサスイッチとデジタルシフトレジスタで選択し、共通の出力線に信号電圧(または電荷)として読み出す方式が挙げられる。2次元にアレイ化されたX−Yアドレス操作の撮像素子がCMOSセンサとして知られる。これは、X−Yの交点に接続された画素に儲けられたスイッチは垂直シフトレジスタに接続され、垂直操走査シフトレジスタからの電圧でスイッチがオンすると同じ行に儲けられた画素から読み出された信号は、列方向の出力線に読み出される。この信号は水平走査シフトレジスタにより駆動されるスイッチを通して順番に出力端から読み出される。
出力信号の読み出しには、フローティングディフュージョン検出器や、フローティングゲート検出器を用いることができる。また画素部分に信号増幅回路を設けることや、相関二重サンプリング(Correlated Double Sampling)の手法などにより、S/Nの向上をはかることができる。
The signal readout will be described in more detail. An ordinary color readout circuit can be used for signal readout. The signal charge or signal current optically / electrically converted by the light receiving unit is stored in the light receiving unit itself or an attached capacitor. The stored charge is read out together with the selection of the pixel position by a technique of a MOS type image pickup device (so-called CMOS sensor) using an XY address method. In addition, as an address selection method, there is a method in which each pixel is sequentially selected by a multiplexer switch and a digital shift register and read as a signal voltage (or charge) to a common output line. An image sensor for XY address operation that is two-dimensionally arrayed is known as a CMOS sensor. This is because a switch connected to a pixel connected to the intersection of XY is connected to a vertical shift register, and when a switch is turned on by a voltage from the vertical scanning shift register, it is read from a pixel placed in the same row. The signal is read out to the output line in the column direction. This signal is sequentially read from the output through a switch driven by a horizontal scanning shift register.
For reading out the output signal, a floating diffusion detector or a floating gate detector can be used. Further, the S / N can be improved by providing a signal amplification circuit in the pixel portion or a correlated double sampling technique.
信号処理には、ADC回路によるガンマ補正、AD変換機によるデジタル化、輝度信号処理や、色信号信号処理を施すことができる。色信号処理としては、ホワイトバランス処理や、色分離処理、カラーマトリックス処理などが挙げられる。NTSC信号に用いる際は、RGB信号をYIQ信号の変換処理を施すことができる。
電荷転送・読み出し部位は電荷の移動度が100cm2/volt・sec以上であることが必要であり、この移動度は、材料をIV族、III−V族、II−VI族の半導体から選択することによって得ることができる。その中でも微細化技術が進んでいることと、低コストであることからシリコン半導体(Si半導体共記す)が好ましい。電荷転送・電荷読み出しの方式は数多く提案されているが、何れの方式でも良い。特に好ましい方式はCMOS型あるいはCCD型のデバイスである。更に本発明の場合、CMOS型の方が高速読み出し、画素加算、部分読み出し、消費電力などの点で好ましいことが多い。
For signal processing, gamma correction by an ADC circuit, digitization by an AD converter, luminance signal processing, and color signal signal processing can be performed. Examples of the color signal processing include white balance processing, color separation processing, and color matrix processing. When used for NTSC signals, RGB signals can be converted to YIQ signals.
The charge transfer / readout site needs to have a charge mobility of 100 cm 2 / volt · sec or more, and this mobility is selected from a group IV, III-V, or II-VI group semiconductor. Can be obtained. Of these, silicon semiconductors (also referred to as Si semiconductors) are preferable because miniaturization technology is advanced and the cost is low. Many methods of charge transfer and charge reading have been proposed, but any method may be used. A particularly preferred method is a CMOS type or CCD type device. Furthermore, in the case of the present invention, the CMOS type is often preferable in terms of high-speed readout, pixel addition, partial readout, power consumption, and the like.
(接続)
電磁波吸収/光電変換部位と電荷転送/読み出し部位を連結する複数のコンタクト部位はいずれの金属で連結してもよいが、銅、アルミ、銀、金、クロム、タングステンの中から選択するのが好ましく、特に銅が好ましい。複数の電磁波吸収/光電変換部位に応じて、それぞれのコンタクト部位を電荷転送・読み出し部位との間に設置する必要がある。青・緑・赤光の複数感光ユニットの積層構造を採る場合、青光用取り出し電極と電荷転送/読み出し部位の間、緑光用取り出し電極と電荷転送/読み出し部位の間および赤光用取り出し電極と電荷転送/読み出し部位の間をそれぞれ連結する必要がある。
(Connection)
A plurality of contact parts for connecting the electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion part and the charge transfer / reading part may be connected by any metal, but preferably selected from copper, aluminum, silver, gold, chromium, and tungsten. In particular, copper is preferred. In accordance with a plurality of electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion parts, it is necessary to install each contact part between the charge transfer / readout part. When a laminated structure of a plurality of photosensitive units of blue, green, and red light is adopted, between the blue light extraction electrode and the charge transfer / readout portion, between the green light extraction electrode and the charge transfer / readout portion, and the red light extraction electrode; It is necessary to connect between the charge transfer / readout portions.
(プロセス)
本発明の積層光電変換素子は、公知の集積回路などの製造に用いるいわゆるミクロファブリケーションプロセスにしたがって製造することができる。基本的には、この方法は活性光や電子線などによるパターン露光(水銀のi,g輝線、エキシマレーザー、さらにはX線、電子線)、現像及び/又はバーニングによるパターン形成、素子形成材料の配置(塗設、蒸着、スパッタ、CVなど)、非パターン部の材料の除去(熱処理、溶解処理など)の反復操作による。
(process)
The laminated photoelectric conversion device of the present invention can be manufactured according to a so-called microfabrication process used for manufacturing a known integrated circuit or the like. Basically, this method uses pattern exposure by active light or electron beam (mercury i, g emission line, excimer laser, X-ray, electron beam), pattern formation by development and / or burning, element formation material By repeated operation of arrangement (coating, vapor deposition, sputtering, CV, etc.) and removal of non-patterned material (heat treatment, dissolution treatment, etc.).
(用途)
デバイスのチップサイズは、ブローニーサイズ、135サイズ、APSサイズ、1/1.8インチ、さらに小型のサイズでも選択することができる。本発明の積層光電変換素子の画素サイズは複数の電磁波吸収/光電変換部位の最大面積に相当する円相当直径で表す。いずれの画素サイズであっても良いが、2〜20ミクロンの画素サイズが好ましい。さらに好ましくは2〜10ミクロンであるが、3〜8ミクロンが特に好ましい。
画素サイズが20ミクロンを超えると解像力が低下し、画素サイズが2ミクロンよりも小さくてもサイズ間の電波干渉のためか解像力が低下する。
本発明の光電変換素子は、デジタルスチルカメラに利用することが出来る。また、TVカメラに用いることも好ましい。その他の用途として、デジタルビデオカメラ、下記用途などでの監視カメラ(オフィスビル、駐車場、金融機関・無人契約機、ショッピングセンター、コンビニエンスストア、アウトレットモール、百貨店、パチンコホール、カラオケボックス、ゲームセンター、病院)、その他各種のセンサー(テレビドアホン、個人認証用センサー、ファクトリーオートメーション用センサー、家庭用ロボット、産業用ロボット、配管検査システム)、医療用センサー(内視鏡、眼底カメラ)、テレビ会議システム、テレビ電話、カメラつきケータイ、自動車安全走行システム(バックガイドモニタ、衝突予測、車線維持システム)、テレビゲーム用センサーなどの用途に用いることが出来る。
(Use)
The chip size of the device can be selected from brownie size, 135 size, APS size, 1 / 1.8 inch, and even smaller size. The pixel size of the laminated photoelectric conversion element of the present invention is represented by a circle-equivalent diameter corresponding to the maximum area of a plurality of electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion sites. Any pixel size may be used, but a pixel size of 2 to 20 microns is preferable. More preferably, it is 2 to 10 microns, but 3 to 8 microns is particularly preferable.
When the pixel size exceeds 20 microns, the resolving power decreases, and even if the pixel size is smaller than 2 microns, the resolving power decreases due to radio wave interference between the sizes.
The photoelectric conversion element of the present invention can be used for a digital still camera. It is also preferable to use it for a TV camera. Other applications include digital video cameras, surveillance cameras for the following applications (office buildings, parking lots, financial institutions and unmanned contractors, shopping centers, convenience stores, outlet malls, department stores, pachinko halls, karaoke boxes, game centers, Hospital), various other sensors (TV door phone, personal authentication sensor, factory automation sensor, home robot, industrial robot, piping inspection system), medical sensor (endoscope, fundus camera), video conference system, It can be used for applications such as videophones, mobile phones with cameras, safe driving systems for vehicles (back guide monitors, collision prediction, lane keeping systems), and video game sensors.
中でも、本発明の光電変換素子は、テレビカメラ用途としても適するものである。その理由は、色分解光学系を必要としないためにテレビカメラの小型軽量化を達成することが出来るためである。また、高感度で高解像力を有することから、ハイビジョン放送用テレビカメラに特に好ましい。この場合のハイビジョン放送用テレビカメラとは、デジタルハイビジョン放送用カメラを含むものである。
更に、本発明の光電変換素子においては、光学ローパスフィルターを不要とすることが出来、更なる高感度、高解像力が期待できる点で好ましい。
更に、本発明の光電変換素子においては厚みを薄くすることが可能であり、かつ色分解光学系が不要となる為、「日中と夜間のように異なる明るさの環境」、「静止している被写体と動いている被写体」など、異なる感度が要求される撮影シーン、その他分光感度、色再現性に対する要求が異なる撮影シーンに対して、本発明の光電変換素子を交換して撮影する事により1台のカメラにて多様な撮影のニーズにこたえることが出来、同時に複数台のカメラを持ち歩く必要がない為、撮影者の負担も軽減する。交換の対象となる光電変換素子としては、上記の他に赤外光撮影用、白黒撮影用、ダイナミックレンジの変更を目的に交換光電変換素子を用意することが出来る。
本発明のTVカメラは、映像情報メディア学会編、テレビジョンカメラの設計技術(1999年8月20日、コロナ社発行、ISBN 4−339−00714−5)第2章の記述を参考にし、例えば図2.1テレビカメラの基本的な構成の色分解光学系及び撮像デバイスの部分を、本発明の光電変換素子と置き換えることにより作製することができる。
上述の積層された受光素子は、配列することで撮像素子として利用することができるだけでなく、単体としてバイオセンサや化学センサなどの光センサやカラー受光素子としても利用可能である。
Especially, the photoelectric conversion element of this invention is suitable also for a television camera use. This is because a television camera can be reduced in size and weight because no color separation optical system is required. Further, since it has high sensitivity and high resolution, it is particularly preferable for a television camera for high-definition broadcasting. In this case, the high-definition broadcast television camera includes a digital high-definition broadcast camera.
Furthermore, the photoelectric conversion element of the present invention is preferable in that an optical low-pass filter can be omitted, and higher sensitivity and higher resolution can be expected.
Furthermore, in the photoelectric conversion element of the present invention, it is possible to reduce the thickness and eliminate the need for a color separation optical system, so that "an environment with different brightness such as daytime and nighttime" For shooting scenes that require different sensitivities, such as `` subjects that are moving and subjects that are moving, '' and other shooting scenes that require different spectral sensitivity and color reproducibility, replace the photoelectric conversion element of the present invention and shoot. A single camera can meet a variety of shooting needs, and it is not necessary to carry multiple cameras at the same time, reducing the burden on the photographer. As the photoelectric conversion element to be exchanged, an exchange photoelectric conversion element can be prepared for infrared light photography, black-and-white photography, and dynamic range change in addition to the above.
The TV camera of the present invention can be obtained by referring to the description in
The above-described stacked light receiving elements can be used not only as an image pickup element by arranging them but also as a light sensor such as a biosensor or a chemical sensor or a color light receiving element as a single unit.
(本発明の好ましい光電変換素子)
本発明の好ましい光電変換素子について図3により説明する。13はシリコン単結晶基盤でありB光とR光の電磁波吸収/光電変換部位と光電変換により生成した電荷の電荷蓄積/転送/読み出し部位を兼ねている。通常、p型のシリコン基盤が用いられる。21、22、23はシリコン基盤中に設けられたn層、p層、n層を各々示す。21のn層はR光の信号電荷の蓄積部でありpn接合により光電変換されたR光の信号電荷を蓄積する。蓄積された電荷は26に示したトランジスタを介して19のメタル配線により27の信号読み出しパッドに接続される。23のn層はB光の信号電荷の蓄積部でありpn接合により光電変換されたB光の信号電荷を蓄積する。蓄積された電荷は26に類似のトランジスタを介して19のメタル配線により27の信号読み出しパッドに接続される。ここでp層、n層、トランジスタ、メタル配線等は模式的に示したが、それぞれが前論で詳述したように、構造等は適宜最適なものが選ばれる。B光、R光はシリコン基盤の深さにより分別しているのでpn接合等のシリコン基盤からの深さ、ドープ濃度の選択などは重要である。12はメタル配線を含む層であり酸化珪素、窒化珪素等を主成分とする層である。12の層の厚みは薄いほど好ましく5μ以下、好ましくは3μ以下、さらに好ましくは2μ以下である。11も同様に酸化珪素、窒化珪素等を主成分とする層である。11と12の層にはG光の信号電荷をシリコン基盤に送るためのプラグが設けられている。プラグは11と12の層の間で16のパッドにより接続されている。プラグはタングステンを主成分としたものが好ましく用いられる。パッドはアルミニウムを主成分としたものが好ましく用いられる。前述したメタル配線も含めてバリア層が設けられていることが好ましい。15のプラグを通して送られるG光の信号電荷はシリコン基盤中の25に示したn層に蓄積される。25に示したn層は24に示したp層により分離されている。蓄積された電荷は26に類似のトランジスタを介して19のメタル配線により27の信号読み出しパッドに接続される。24と25のpn接合による光電変換は雑音となるために11の層中に17に示した遮光膜が設けられる。遮光膜は通常、タングステン、アルミニウム等を主成分としたものが用いられる。12の層の厚みは薄いほど好ましく3μ以下、好ましくは2μ以下、さらに好ましくは1μ以下である。27の信号読み出しパッドはB、G、R信号別に設ける方が好ましい。以上のプロセスは従来公知のプロセス、いわゆるCMOSプロセスにより調製できる。
(Preferred photoelectric conversion element of the present invention)
Preferable photoelectric conversion device of the present invention will be described with reference to FIG.
G光の電磁波吸収/光電変換部位は6、7、8、9、10、14により示される。6と14は透明電極であり、各々、対向電極、画素電極に相当する。画素電極14は透明電極であるが、15のプラグと電気的接続を良好にするために接続部にアルミニウム、モリブデン等の部位が必要な場合が多い。これらの透明電極間には18の接続電極、20の対向電極パッドからの配線を通じてバイアスがかけられる。透明対向電極6に対して画素電極14に正のバイアスをかけて25に電子が蓄積できる構造が好ましい。この場合7は電子ブロッキング層、8がp層、9がn層、10が正孔ブロッキング層であり、有機層の代表的な層の構成を示した。7、8、9、10から成る有機層の厚みは好ましくは合わせて0.5μm以下、より好ましくは0.4μm以下、特に好ましくは0.3μm以下である。6の透明対向電極、14の透明画素電極の厚みは特に好ましくは0.2μm以下である。3、4、5は窒化珪素等を主成分とする保護膜である。これらの保護膜により、有機層を含む層の製造プロセスが容易となる。特にこれらの層は18等の接続電極作成時のレジストパタ−ン作成、エッチング時等の有機層に対するダメ−ジを低減させることができる。また、レジストパタ−ン作成、エッチング等を避けるために、マスクによる製造も可能である。3、4、5の保護膜の厚みは上述した条件を満足する限りにおいて、好ましくは0.5μm以下である。3は18の接続電極の保護膜である。2は赤外カット誘電体多層膜である。1は反射防止膜である。1、2、3の層の厚みは合わせて1μm以下が好ましい。
The electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion site of G light is indicated by 6, 7, 8, 9, 10, and 14.
以上の図2で説明した光電変換素子はG画素が4画素に対してB画素とR画素が1画素の構成となっている。G画素が1画素に対してB画素とR画素が1画素の構成となっていても良いし、G画素が3画素に対してB画素とR画素が1画素の構成となっていても良いし、G画素が2画素に対してB画素とR画素が1画素の構成となっていても良い。さらには任意の組み合わせでも良い。以上は本発明の好ましい態様を示すものであるが、これに限定されるものではない。 The photoelectric conversion element described with reference to FIG. 2 has a configuration in which the G pixel is 4 pixels and the B pixel and the R pixel are 1 pixel. The G pixel may be configured with one B pixel and the R pixel for one pixel, or the G pixel may be configured with one pixel for the B pixel and the R pixel for three pixels. In addition, the B pixel and the R pixel may be configured as one pixel with respect to the G pixel as two pixels. Furthermore, arbitrary combinations may be used. Although the above shows the preferable aspect of this invention, it is not limited to this.
[実施例]
本発明の実施例及び実施態様例を以下に記載するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
[Example]
Examples and embodiment examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited thereto.
洗浄したITO基板を蒸着装置に入れ、p型有機色素として下記化合物(A)を30nm蒸着し、続いて化合物(A)とn型有機半導体であるフラーレンC60を2:1の割合で45nm共蒸着し、さらにフラーレンC60を15nm蒸着し、光電変換層を作製した。つぎに有機薄膜上にパターニングしたマスク(受光面積が2mm×2mmとなるマスク)を設置し、蒸着装置内でアルミニウム100nmを蒸着し、引き続き乾燥剤を入れ素子を封止し、光電変換素子を作製した(素子1)。 The cleaned ITO substrate is put in a vapor deposition apparatus, and the following compound (A) is deposited as a p-type organic dye by 30 nm, and then the compound (A) and the fullerene C 60 which is an n-type organic semiconductor are mixed at a ratio of 2: 1 to 45 nm. Vapor deposition was performed, and 15 nm of fullerene C 60 was further deposited to prepare a photoelectric conversion layer. Next, a patterned mask (mask with a light receiving area of 2 mm x 2 mm) is placed on the organic thin film, 100 nm of aluminum is deposited in a deposition apparatus, and then a desiccant is added and the element is sealed to produce a photoelectric conversion element. (Element 1).
[比較例] [Comparative example]
実施例1の素子において光電変換層として化合物(A)のみを90nm蒸着したものを用いた以外は全て同様にして素子を作製した(素子2)。 A device was prepared in the same manner as in the device of Example 1 except that the compound (A) deposited by 90 nm was used as the photoelectric conversion layer (device 2).
次に以下のようにして各素子を評価した。
各々の素子について、ITOとアルミニウム電極を短絡した場合(無バイアス)と、ITO側をプラス、アルミニウム電極側をマイナスとし、素子に0.5Vのバイアスを印可した場合の作用スペクトルにおいて570nm付近の外部量子効率を評価した。
オプテル製太陽電池評価装置を使用し、外部量子収率の波長依存性、光電流及び暗電流の電界強度依存性を評価した。素子1の作用スペクトルを図1に示す。また、これらの結果を表1に示す。
本実施例の素子1は比較の素子2に対していずれも高い外部量子効率を示した。
Next, each element was evaluated as follows.
For each element, when the ITO and aluminum electrodes are short-circuited (no bias), the ITO side is positive, the aluminum electrode side is negative, and a 0.5 V bias is applied to the element. The quantum efficiency was evaluated.
Using an Optel solar cell evaluation apparatus, the wavelength dependence of external quantum yield and the electric field strength dependence of photocurrent and dark current were evaluated. The action spectrum of the
The
図2に示すG膜に実施例1の本発明の素子を用いることで、優れた色分離を示すカラー撮像素子を作製することができる。
図3の光電変換部位の8、9の部分に、実施例1のG光を吸収する光電変換部位を用いると、優れた色分離を示すカラー撮像素子を作製することができる。
By using the element of the present invention of Example 1 for the G film shown in FIG. 2, a color imaging element exhibiting excellent color separation can be produced.
When the photoelectric conversion site that absorbs the G light of Example 1 is used in
1 反射防止膜
2 赤外カット誘電体多層膜
3、4、5 保護膜
6 透明対向電極
7 電子ブロッキング層
8 p層
9 n層
10 正孔ブロッキング層
11,12 メタル配線を含む層
13 シリコン単結晶基盤
14 透明画素電極
15 プラグ
16 パッド
17 遮光膜
18 接続電極
19 メタル配線
20 対向電極パッド
21 n層
22 p層
23 n層
24 p層
25 n層
26 トランジスタ
27 信号読み出しパッド
101 Pウェル層
102,104,106 高濃度不純物領域
103,105,107 MOS回路
108 ゲート絶縁膜
109,110 絶縁膜
111,114,116,119,121,124, 透明電極膜
112,117,122, 電極
113,118,123 光電変換膜
110,115,120,125 透明絶縁膜
126 遮光膜
150 半導体基板
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