光电转换元件和固体摄像装置制造方法及图纸

根据本发明专利技术一个实施方式的光电转换元件，其包括：相互面对的第一电极和第二电极；以及光电转换层，所述光电转换层被设置在所述第一电极和所述第二电极之间，且还包括具有互不相同的母体骨架的第一有机半导体材料、第二有机半导体材料和第三有机半导体材料。所述第一有机半导体材料是富勒烯或富勒烯衍生物。所述第二有机半导体材料在单层膜形式下在可见光区域内的极大光吸收波长的线吸收系数高于所述第一有机半导体材料的单层膜和所述第三有机半导体材料的单层膜在可见光区域内的极大光吸收波长的线吸收系数。所述第三有机半导体材料的HOMO能级是在所述第二有机半导体材料的HOMO能级以上的值。

Photoelectric conversion element and solid state camera

\u6839\u636e\u672c\u53d1\u660e\u4e00\u4e2a\u5b9e\u65bd\u65b9\u5f0f\u7684\u5149\u7535\u8f6c\u6362\u5143\u4ef6\uff0c\u5176\u5305\u62ec\uff1a\u76f8\u4e92\u9762\u5bf9\u7684\u7b2c\u4e00\u7535\u6781\u548c\u7b2c\u4e8c\u7535\u6781\uff1b\u4ee5\u53ca\u5149\u7535\u8f6c\u6362\u5c42\uff0c\u6240\u8ff0\u5149\u7535\u8f6c\u6362\u5c42\u88ab\u8bbe\u7f6e\u5728\u6240\u8ff0\u7b2c\u4e00\u7535\u6781\u548c\u6240\u8ff0\u7b2c\u4e8c\u7535\u6781\u4e4b\u95f4\uff0c\u4e14\u8fd8\u5305\u62ec\u5177\u6709\u4e92\u4e0d\u76f8\u540c\u7684\u6bcd\u4f53\u9aa8\u67b6\u7684\u7b2c\u4e00\u6709\u673a\u534a\u5bfc\u4f53\u6750\u6599\u3001\u7b2c\u4e8c\u6709\u673a\u534a\u5bfc\u4f53\u6750\u6599\u548c\u7b2c\u4e09\u6709\u673a\u534a\u5bfc\u4f53\u6750\u6599\u3002 The first organic semiconductor material is a fullerene or a fullerene derivative. Maximum monolayer of the second organic semiconductor materials in the form of monolayer under very light in the visible absorption wavelength of the linear absorption coefficient is higher than that of the first monolayer of organic semiconductor materials and the third organic semiconductor materials in the visible region of the absorption wavelength of the linear absorption coefficient. The HOMO energy level of the third organic semiconductor material is a value above the HOMO level of the second organic semiconductor material.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光电转换元件和固体摄像装置
本专利技术涉及使用例如有机半导体的光电转换元件和包括该光电转换元件的固体摄像装置。
技术介绍
近年来，在诸如CCD(电荷耦合装置；ChargeCoupledDevice)图像传感器和CMOS(互补金属氧化物半导体；ComplementaryMetalOxideSemiconductor)图像传感器等固体摄像装置中，像素尺寸的缩小已经加快了。像素尺寸的缩小使得入射至单位像素中的光子数减少了，从而导致了灵敏度的降低和信噪比的降低。此外，在将包括红色、绿色和蓝色的原色颜色滤光片在内的二维阵列颜色滤光片用于彩色化(colorization)的情况下，在红色像素中，颜色滤光片会吸收绿色光和蓝色光，导致灵敏度降低。此外，为了生成各颜色信号，执行了像素的插值处理，这就会产生所谓的伪色。因此，例如，专利文献1公开了一种使用具有多层结构的有机光电转换膜的图像传感器，在该图像传感器中，对蓝色光(B)有灵敏度的有机光电转换膜、对绿色光(G)有灵敏度的有机光电转换膜和对红色光(R)有灵敏度的有机光电转换膜依次层叠着。在该图像传感器中，从一个像素中分别提取B、G和R的信号，以实现灵敏度的提高。专利文献2公开了一种摄像元件：其中，形成有由一层构成的有机光电转换膜，并且从该有机光电转换膜提取一种颜色的信号，且通过硅(Si)体分光法来提取两种颜色的信号。引用文献列表专利文献专利文献1：日本专利申请特开：第2003-234460号专利文献2：日本专利申请特开：第2005-303266号
技术实现思路
在专利文献2所披露的摄像元件中，入射光的大部分能够被光电转换并且被读取，这就导致了可见光的使用效率接近100％。此外，各个光接收器获得R、G和B三种颜色的颜色信号，使得能够产生具有高灵敏度和高分辨率的图像(伪色是不可见的)。因此，令人期望地，这种层叠式摄像元件具有优异的光谱形状。此外，还令人期望地，该层叠式摄像元件实现了与光的通/断相关联的光电流的上升或下降所必需的快速响应时间(高的响应性)，并且实现了更高的外部量子效率(EQE(externalquantumefficiency))。然而，在改善了光谱形状、响应性和EQE中的一个或两个特性的情况下，也存在着其他特性变劣的问题。本专利技术期望提供能够实现优异的光谱形状、高的响应性和高的外部量子效率的光电转换元件和固体摄像装置。根据本专利技术一个实施方式，一种光电转换元件包括：相互面对的第一电极和第二电极；以及光电转换层，所述光电转换层被设置在所述第一电极和所述第二电极之间，且还包括具有互不相同的母体骨架的第一有机半导体材料、第二有机半导体材料和第三有机半导体材料。在所述光电转换元件中，所述第一有机半导体材料是富勒烯或富勒烯衍生物；所述第二有机半导体材料在单层膜形式下在可见光区域内的极大光吸收波长的线吸收系数高于所述第一有机半导体材料的单层膜和所述第三有机半导体材料的单层膜在可见光区域内的极大光吸收波长的线吸收系数；而且，所述第三有机半导体材料的HOMO能级是在所述第二有机半导体材料的HOMO能级以上的值。根据本专利技术一个实施方式，一种固体摄像装置包括：多个像素，各所述像素包括一个或多个有机光电转换器，所述有机光电转换器是根据本专利技术的上述实施方式的光电转换元件。在根据本专利技术一个实施方式的光电转换元件和根据本专利技术一个实施方式的固体摄像装置中，设置在相互面对的第一电极和第二电极之间的光电转换层是使用具有互不相同的母体骨架的第一有机半导体材料、第二有机半导体材料和第三有机半导体材料来形成的，因而在维持了尖锐的光谱形状的同时，提高了光电转换层中的空穴迁移率和电子迁移率。此外，在将由于光吸收而产生的激子分离成电荷后的电荷输运效率得到提高。这里，所述第一有机半导体材料是富勒烯或富勒烯衍生物。所述第二有机半导体材料在单层膜形式下在可见光区域内的极大光吸收波长的线吸收系数高于所述第一有机半导体材料的单层膜和所述第三有机半导体材料的单层膜在可见光区域内的极大光吸收波长的线吸收系数。所述第三有机半导体材料是HOMO能级在所述第二有机半导体材料的HOMO能级以上的有机半导体材料。根据本专利技术一个实施方式的光电转换元件和本专利技术一个实施方式的固体摄像装置，使用了具有互不相同的母体骨架的第一有机半导体材料、第二有机半导体材料和第三有机半导体材料来形成光电转换层。这使得可以在维持了尖锐的光谱形状的同时，提高了光电转换层内的空穴迁移率和电子迁移率，且提高了响应性。此外，在将由于光吸收而产生的激子分离成电荷后的电荷输运效率得到了提高，从而提高了外部量子效率。换句话说，可以提供具有优异的光谱形状、高的响应性和高的量子效率的光电转换元件，还可以提供包括这种光电转换元件的固体摄像装置。注意，这里所描述的效果并不是限制性的。通过本专利技术而实现的效果可以是本说明书中所描述的任何效果。附图说明图1是根据本专利技术一个实施方式的光电转换元件的示意结构的截面图。图2是用于表示有机光电转换层、保护膜(上电极)和接触孔的形成位置之间关系的平面图。图3A是无机光电转换器的一个构造示例的截面图。图3B是图3A中所示的无机光电转换器的另一截面图。图4是有机光电转换器的电荷(电子)累积层的构造(下侧电子提取)的截面图。图5A是用于说明图1所示的光电转换元件的制造方法的截面图。图5B是在图5A的工序之后的工序的截面图。图6A是在图5B的工序之后的工序的截面图。图6B是在图6A的工序之后的工序的截面图。图7A是在图6B的工序之后的工序的截面图。图7B是在图7A的工序之后的工序的截面图。图7C是在图7B的工序之后的工序的截面图。图8是用于说明图1所示的光电转换元件的作用的主要部分截面图。图9是用于说明图1所示的光电转换元件的作用的示意图。图10是用于说明以图1所示的光电转换元件作为像素的固体摄像装置的功能框图。图11是示出了使用图10所示的固体摄像装置的电子设备的示意结构的框图。图12是示出了可见光区域中的各波长与线吸收系数之间的关系的特征图。具体实施方式在下文中，参照附图来详细说明用于实施本专利技术的一些实施方式。应注意，以下列顺序进行说明。1.实施方式(使用三种材料来形成有机光电转换层的示例)1-1光电转换元件的构造1-2光电转换元件的制造方法1-3作用和效果2.应用例3.实施例1.实施方式图1示出根据本专利技术一个实施方式的光电转换元件(光电转换元件10)的横截面构造。例如，光电转换元件10用于构成诸如CCD图像传感器和CMOS图像传感器等固体摄像装置(图10中的固体摄像装置1)的一个像素(单位像素P)。在光电转换元件10中，在半导体基板11的前表面(与光接收面(表面S1)相反的表面S2)上，形成有像素晶体管(包括稍后所述的传输晶体管Tr1至Tr3)，而且还包括多层布线层(多层布线层51)。根据本实施方式的光电转换元件10具有其中将一个有机光电转换器11G以及两个无机光电转换器11B和11R沿垂直方向层叠起来的构造。该有机光电转换器11G以及这两个无机光电转换器11B和11R各自选择性地检测彼此不同的波长区域内的光，并且对所检测到的光进行光电转换。有机光电转换器11G包括三种有机半导体材料。(1-1光电转换元件的构造)光电转换元件10具有一个有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光电转换元件，其包括：相互面对的第一电极和第二电极；以及光电转换层，所述光电转换层被设置在所述第一电极和所述第二电极之间，且还包括具有互不相同的母体骨架的第一有机半导体材料、第二有机半导体材料和第三有机半导体材料，所述第一有机半导体材料是富勒烯或富勒烯衍生物，所述第二有机半导体材料在单层膜形式下在可见光区域内的极大光吸收波长的线吸收系数高于所述第一有机半导体材料的单层膜和所述第三有机半导体材料的单层膜在可见光区域内的极大光吸收波长的线吸收系数，并且所述第三有机半导体材料的HOMO能级是在所述第二有机半导体材料的HOMO能级以上的值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.05.29 JP 2015-110900;2016.03.31 JP 2016-072191.一种光电转换元件，其包括：相互面对的第一电极和第二电极；以及光电转换层，所述光电转换层被设置在所述第一电极和所述第二电极之间，且还包括具有互不相同的母体骨架的第一有机半导体材料、第二有机半导体材料和第三有机半导体材料，所述第一有机半导体材料是富勒烯或富勒烯衍生物，所述第二有机半导体材料在单层膜形式下在可见光区域内的极大光吸收波长的线吸收系数高于所述第一有机半导体材料的单层膜和所述第三有机半导体材料的单层膜在可见光区域内的极大光吸收波长的线吸收系数，并且所述第三有机半导体材料的HOMO能级是在所述第二有机半导体材料的HOMO能级以上的值。2.如权利要求1所述的光电转换元件，其中，所述第三有机半导体材料在单层膜形式下的空穴迁移率高于所述第二有机半导体材料的单层膜的空穴迁移率。3.如权利要求1所述的光电转换元件，其中，在所述光电转换层中，通过所述第二有机半导体材料的光吸收而产生的激子在选自所述第一有机半导体材料、所述第二有机半导体材料和所述第三有机半导体材料中的两个有机半导体材料之间的界面处被分离。4.如权利要求1所述的光电转换元件，其中，所述光电转换层的极大吸收波长在450nm以上且650nm以下的范围内。5.如权利要求1所述的光电转换元件，其中，所述第三有机半导体材料在所述第三有机半导体材料的分子中包含除碳(C)和氢(H)外的异质元素。6.如权利要求1所述的光电转换元件，其中，所述光电转换层包括的所述第一有机半导体材料在10体积％以上且35体积％以下的范围内。7.如权利要求1所述的光电转换元件，其中，所述光电转换层包括的所述第二有机半导体材料在30体积％以上且80体积％以下的范围内。8.如权利要求1所述的光电转换元件，其中，所述光电转换层包括的所述第三有机半导体材料在10体积％以上且60体积％以下的范围内。9.如权利要求1所述的光电转换元件，其中，所述第二有机半导体材料和所述第三有机半导体材料中的一者是由下式(1)表示的喹吖啶酮衍生物：[化学分子结构1]这里，R1和R2各自独立地是氢原子、烷基、芳基、或者杂环基，R3和R4各自独立地是烷基链、烯基、炔基、芳基、氰基、硝基、或者甲硅烷基，两个以上的R3或两个以上的R4视需要共同形成环，n1和n2各自独立地是0或1以上的整数。10.如权利要求1所述的光电转换元件，其中，所述第二有机半导体材料和所述第三有机半导体材料中的一者是由下式(2)表示的三芳胺衍生物、或者由下式(3)表示的苯并噻吩并苯并噻吩衍生物：[化学分子结构2]这里，R20～R23各自独立地是由式(2)′表示的取代基，R24～R28各自独立地是氢原子、卤素原子、芳基、芳烃环基、具有烷基链或取代基的芳烃环基、芳杂环基、或者具有烷基链或取代基的芳杂环基，相邻的R24～R28各者视需要是相互结合而形成环的饱和或不饱和二价基团，[化学分子结构3]这里，R5～R6各自独立地是氢原子、或者由式(3)′表示的取代基，R7是芳环基、或者具有取代基的芳环基。11.如权利要求1所述的光电转换元件，其中，所述第二有机半导体材料和所述第三有机半导体材料中的一者是由下式(4)表示的亚酞菁衍生物：[化学分子...

【专利技术属性】
技术研发人员：长谷川雄大，松泽伸行，尾花良哲，竹村一郎，中山典一，下川雅美，山口哲司，八木岩，茂木英昭，
申请(专利权)人：索尼半导体解决方案公司，
类型：发明
国别省市：日本,JP