JP6915635B2 - 光電変換素子、撮像装置及び光センサ - Google Patents
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Description
この光電変換素子では、前記有機光電変換部が、波長感度が異なる2種以上の有機半導体材料を含む単一の層で構成されていてもよい。
その場合、前記有機光電変換部は、例えば前記2種以上の有機半導体材料を共蒸着することにより形成することができる。
また、前記有機光電変換部を、波長感度が異なり、1種又は2種以上の有機半導体材料を含有する2以上の有機半導体層が積層された構成としてもよい。
その場合、前記有機光電変換部は、第1の有機半導体材料からなる層と、前記第1の有機半導体材料からなる層と波長感度が異なる第2の有機半導体材料からなる層が交互に積層されている構成とすることもできる。
一方、前記有機光電変換部は、p型有機半導体材料とn型有機半導体材料とで構成されていてもよい。
また、前記第1の電極及び/又は前記第2の電極は、透明材料により形成することができる。
本開示に係る光センサは、前述した光電変換素子を備え、前記第1及び第2の電極間に印加する電圧に応じて、検出波長域が変化するものである。
1.第1の実施の形態
(光電変換部が1つの有機半導体層で構成されている光電変換素子の例)
2.第2の実施の形態
(波長感度が異なる2以上の有機半導体層が積層された光電変換素子の例)
3.第3の実施の形態
(2種以上の有機光電変換材料を含む光電変換素子を用いた撮像装置の例)
先ず、本開示の第1の実施形態に係る光電変換素子について説明する。図1は本開示の第1の実施形態の光電変換素子の構成を模式的に示す断面図である。図1に示すように、本実施形態の光電変換素子10は、基板1上に、電極2、有機光電変換部4及び電極3がこの順に積層されている。即ち、光電変換素子10では、1対の電極2,3間に、有機光電変換部4が設けられている。
基板1は、電極2,3及び有機光電変換部4などを支持可能なものであればよく、その材質や形状は特に限定されるものではない。基板1を構成する材料としては、例えば、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルフェノール(PVP)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリイミド、ポリカーボネート(PC)、ポリエチレンテレフタレート(PET)及びポリエチレンナフタレート(PEN)などの合成樹脂が挙げられる。
電極2,3は、例えば、インジウム−錫酸化物(ITO,SnドープのIn2O3、結晶性ITO及びアモルファスITOを含む)、IFO(FドープのIn2O3)、酸化錫(SnO2)、ATO(SbドープのSnO2)、FTO(FドープのSnO2)、酸化亜鉛(AlドープのZnOやBドープのZnO、GaドープのZnOを含む)、酸化インジウム−酸化亜鉛(IZO)、酸化チタン(TiO2)、スピネル形酸化物、YbFe2O4構造を有する酸化物などの導電性を有する透明材料により形成することができる。
有機光電変換部4は、波長感度が異なる2種以上の有機半導体材料を含む有機半導体層で構成されている。この有機光電変換部4を構成する有機半導体層に含有される有機半導体材料は、波長感度が異なるものであれば特に限定されるものではないが、例えばp型有機半導体材料とn型有機半導体材料とを組み合わせて使用することができる。
本実施形態の光電変換素子10には、電極2と外部入出力端子とを接続するための電極6、電極3と外部入出力端子とを接続するための電極7、電極2,3及び有機光電変換部4の短絡を防止する絶縁層5などが設けられていてもよい。ここで、絶縁層5は、例えば、窒化シリコンや酸化シリコンにより形成されている。絶縁層5の成膜方法は、特に限定されるものではないが、例えばメカマスクを用いた蒸着法、スパッタ法及びCVD法などを適用することができる。
本実施形態の光電変換素子10は、電極2と電極3との間に印加する電圧(バイアス電圧)に応じて、波長感度特性が変化する。例えば、有機光電変換部4にキナクドリンとペリレンテトラカルボン酸ジイミド(PTCDI)が含有されている場合、低バイアスのときは、p型分子として振る舞うキナクドリンの波長感度特性が支配的となる。一方、高バイアスのときはn型分子として振る舞うPTCDIの波長にまで波長感度特性が拡大する。
次に、本開示の第2の実施形態に係る光電変換素子について説明する。図2は本開示の第2の実施形態の光電変換素子の構成を模式的に示す断面図である。なお、図2においては、図1に示す光電変換素子10の構成要素と同じものには同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。図2に示すように、本実施形態の光電変換素子20は、有機光電変換部14が2以上の有機半導体層14a,14bを積層した構造となっている以外は、前述した第1の実施形態の光電変換素子10と同様である。
有機光電変換部14を構成する各有機半導体層14a,14bは、1種又は2種以上の有機半導体材料を含有し、波長感度が相互に異なる。これにより、前述した第1の実施形態の光電変換素子と同様に、感度波長を広げると共に、電極2と電極3との間に印加する電圧(バイアス電圧)に応じて、波長感度特性を変化させることが可能となる。
本実施形態の光電変換素子20も、前述した第1の実施形態の光電変換素子10と同様に、電極2と電極3との間に印加する電圧(バイアス電圧)に応じて、波長感度特性が変化する。
[構成]
次に、本開示の第3の実施形態に係る撮像装置について説明する。本実施形態の撮像装置は、撮像素子として、前述した第1又は第2の実施形態の光電変換素子10,20を用いたものである。図3は本実施形態の撮像装置の構成を模式的に示す図である。なお、図3では、第1の実施形態の光電変換素子10を用いた場合を示しているが、本実施形態の撮像装置30では、光電変換素子10の代わりに、第2の実施形態の光電変換素子20を用いることもできる。
(1)
第1の電極と、
第2の電極と、
前記第1及び第2の電極間に設けられ、波長感度が異なる2種以上の有機半導体材料を含む有機光電変換部とを有し、
前記第1及び第2の電極間に印加する電圧に応じて、波長感度特性が変化する光電変換素子。
(2)
前記有機光電変換部は、波長感度が異なる2種以上の有機半導体材料を含む単一の層で構成されている(1)に記載の光電変換素子。
(3)
前記有機光電変換部が、前記2種以上の有機半導体材料を共蒸着することにより形成された(1)又は(2)に記載の光電変換素子。
(4)
前記有機光電変換部は、波長感度が異なる2以上の有機半導体層が積層された構成となっており、
各有機半導体層は1種又は2種以上の有機半導体材料を含有する(1)に記載の光電変換素子。
(5)
前記有機光電変換部は、第1の有機半導体材料からなる層と、前記第1の有機半導体材料からなる層と波長感度が異なる第2の有機半導体材料からなる層が交互に積層されている(1)又は(4)に記載の光電変換素子。
(6)
前記有機光電変換部は、p型有機半導体材料とn型有機半導体材料とで構成されている(1)〜(5)のいずれかに記載の光電変換素子。
(7)
前記第1の電極及び/又は前記第2の電極は、透明材料により形成されている(1)〜(6)のいずれかに記載の光電変換素子。
(8)
(1)〜(7)のいずれかに記載の光電変換素子を備える撮像装置。
(9)
(1)〜(7)のいずれかに記載の光電変換素子を備え、前記第1及び第2の電極間に印加する電圧に応じて、検出波長域が変化する光センサ。
Claims (3)
- 撮像領域と、
該撮像領域の周辺回路として、垂直駆動回路と、カラム信号処理回路と、水平駆動回路と、出力回路と、制御回路と、を備え、
該撮像領域が、半導体基板と、該半導体基板上にマトリックス状に配置された複数の光電変換素子と、を有し、
該複数の光電変換素子のそれぞれが、
第1の電極と、
第2の電極と、
前記第1及び第2の電極間に設けられた、有機光電変換部と、を有し、
前記第1及び第2の電極間に印加する電圧に応じて、波長感度特性が変化し、
前記有機光電変換部が、第1の有機半導体材料からなる層と、前記第1の有機半導体材
料からなる層と波長感度が異なる第2の有機半導体材料からなる層と、が交互に3回以上積層されて、
前記第1の有機半導体材料がキナクリドンであり、
前記第2の有機半導体材料がペリレンテトラカルボン酸ジイミドである、撮像装置。 - 前記有機光電変換部が、第1の有機半導体材料からなる層と、前記第1の有機半導体材料からなる層と波長感度が異なる第2の有機半導体材料とからなる層と、が交互に10回積層されている、請求項1に記載の撮像装置。
- 前記第1の電極及び/又は前記第2の電極は、透明材料により形成されている、請求項1又は2に記載の撮像装置。
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