光电转换膜以及使用了该光电转换膜的光电转换元件和摄像装置制造方法及图纸

技术编号:19432015 阅读:18 留言:0更新日期:2018-11-14 11:59
本发明专利技术的光电转换膜包含由下述通式表示的化合物。其中,式中,M表示Si或Sn,X表示O或S,R1~R14表示各自独立的烷基。

【技术实现步骤摘要】
光电转换膜以及使用了该光电转换膜的光电转换元件和摄像装置
本申请涉及光电转换膜、光电转换元件和摄像装置。
技术介绍
有机半导体材料具备硅等现有无机半导体材料所没有的物性、功能等。因此,作为能够实现新的半导体器件和电子设备的半导体材料,近年来积极地对有机半导体材料进行了研究(例如参照JANAZAUMSEIL等、“ElectronandAmbipolarTransportinOrganicField-EffectTransistors”、ChemicalReviews、AmericaChemicalSociety、2007年、vol.107、No.4、pp.1296-1323)。例如,日本特开2010-232410号公报公开了一种有机光电转换元件,其通过使用具有特定化学结构的取代萘酞菁系化合物作为有机半导体材料来显示光电转换功能。另外,对通过使有机半导体材料薄膜化并用作光电转换材料来实现光电转换元件进行了研究。使用了有机薄膜的光电转换元件能够通过取出由光产生的电荷作为能量来用作太阳能电池。(例如参照SERAPGUNES等、“ConjugatedPolymer-BasedOrganicSolarCells”、ChemicalReviews、AmericaChemicalSociety、2007年、vol.107、No.4、pp.1324-1338)。此外,如日本专利第5216279号公报所述,正在寻求就算是在光电转换元件等各种有机电子器件中也在红外区域显示光吸收和光电转换特性的高性能的有机半导体材料。另外,日本特开2003-234460号公报公开了一种固体摄像装置,其将分别吸收蓝、绿、红不同波长光的三个光导电膜层叠配置来提高光的利用效率。
技术实现思路
本申请的一个方案的光电转换膜包含由下述通式表示的化合物。其中,式中,M表示Si或Sn,X表示O或S,R1~R14表示各自独立的烷基。附图说明图1A是表示实施方式的光电转换元件的一个例子的剖视示意图。图1B是表示实施方式的光电转换元件的另一个例子的剖视示意图。图2是图1B所示的光电转换元件中的例示性能带图。图3是表示实施方式的摄像装置的电路构成的一个例子的图。图4是表示实施方式的摄像装置中单位像素单元的器件结构的一个例子的剖视示意图。图5A是实施例3的吸收光谱的图。图5B是实施例4的吸收光谱的图。图5C是比较例2的吸收光谱的图。图6是表示由实施例5、实施例6、比较例3得到的光电转换元件的光谱灵敏度特性的测定结果的图。符号说明1支撑基板2下部电极3光电转换膜3A光电转换层4上部电极5电子阻挡层6空穴阻挡层7p型半导体层8n型半导体层10A、10B光电转换元件10C光电转换部20水平信号读取电路21放大晶体管22复位晶体管23寻址晶体管21G、22G、23G栅极电极21D、21S、22D、22S、23S杂质区域21X、22X、23X栅极绝缘层24单位像素单元25垂直扫描电路26对置电极信号线27垂直信号线28负载电路29纵列信号处理电路31电源布线32差动放大器33反馈线34电荷存储节点35电荷检测电路36寻址信号线37复位信号线40半导体基板41元件分离区域50层间绝缘层51、53、54接触插塞52布线60滤色器61微透镜100摄像装置具体实施方式(成为本申请的基础的认识)就有机半导体材料来说,当改变所使用的有机化合物的分子结构时,能级会变化。因此,例如在使用有机半导体材料作为光电转换材料的情况下,能够实现吸收波长的控制,能够使之就算是在硅(Si)不具有灵敏度的近红外区域也具有灵敏度。即,当使用有机半导体材料时,能够充分地利用以往不用于光电转换的波长区域的光,能够实现太阳能电池的高效率化和近红外区域中的光传感器。因此,近年来,正在积极对使用了在近红外区域具有灵敏度的有机半导体材料的光电转换元件和摄像元件进行研究。作为在近红外具有灵敏度的有机半导体材料,已知有酞菁、萘酞菁衍生物,但其吸收波长为850nm以下,并正在寻求进一步的长波长化。另外,在使用有机光电转换膜作为有机薄膜太阳能电池的情况下,短路电流、开路电压、填充因子是器件特性的关键因素;与此相对,在用作摄像元件的情况下,对光谱灵敏度、暗电流、高速响应性、高亮度余像、反向偏压-灵敏度特性等所要求的特性与有机薄膜太阳能电池相比大为不同。就算是在使用酞菁、萘酞菁衍生物作为有机摄像元件的光电转换层的情况下,也要进行考虑了这些各项特性的材料设计(例如分子轨道控制和迁移率控制)。近年来,对在近红外具有灵敏度的摄像元件进行了研究,酞菁、萘酞菁衍生物因为由π-π相互作用带来的分子间相互作用强而成为强有力的后补。然而,其吸收极大为850nm左右,正在寻求兼顾进一步的长波长化和摄像元件特性的分子结构。日本特开2010-232410号公报的光电转换元件对可见附近处的光具有灵敏度,但没有记载具体波长。日本专利第5216279号公报的有机半导体材料为770nm<λmax<830nm,进行了元件化时的外量子效率最高为19%。另外,就日本特开2003-234460号公报的吸收红色波长的光的光导电膜来说,仅在以600nm~700nm为中心的大致红色区域整体具有光灵敏度。因此,现有技术得不到在900nm以上的近红外光区域具有光吸收特性的光电转换膜。专利技术者们发现了:通过对酞菁、萘酞菁环的电子状态进行控制,能够控制有机光电转换膜的响应波长。本申请提供在波长较长的近红外区域具有光吸收特性的光电转换膜、光电转换元件和摄像装置。本申请的一个方案的光电转换膜包含由下述通式表示的化合物。其中,式中,M表示Si或Sn,X表示O或S,R1~R14表示各自独立的烷基。由此,由于本申请的一个方案的光电转换膜包含由上述通式表示的化合物,因此能够在波长较长的近红外区域具有光吸收特性。例如,本申请的一个方案的光电转换膜可以是电离势为5.3eV以上。由此,根据本申请的一个方案的光电转换膜,暗电流得到抑制。例如,本申请的一个方案的光电转换膜可以在近红外波长区域具有吸收波长的峰。上述吸收波长的上述峰的位置可以在900nm以上。由此,本申请的一个方案的光电转换膜能够在波长较长的近红外区域具有光吸收特性。例如,本申请的一个方案的光电转换膜在上述通式中可以是M为Sn、X为O、R1~R8为乙基。由此,根据本申请的一个方案的光电转换元件,光电转换膜在近红外光区域具有高光吸收特性,并且能够抑制暗电流。因此,本申请的一个方案的光电转换元件能够在近红外光区域的宽范围显现高光电转换效率。例如,本申请的一个方案的光电转换膜还可以包含n型有机半导体材料,上述n型有机半导体材料包含选自富勒烯和富勒烯衍生物中的至少一种。由此,本申请的一个方案的光电转换膜平稳地进行供体与受体之间的电子迁移,因此能够得到较高的光电转换效率。例如,本申请的一个方案的光电转换膜还可以包含p型有机半导体材料,上述光电转换膜中的上述n型有机半导体材料的体积比率与上述光电转换膜中的上述p型有机半导体材料的体积比率相比为4~20倍。由此,本申请的一个方案的光电转换膜能够兼顾暗电流的抑制和近红外光区域中的灵敏度。另外,本申请的一个方案的光电转换元件具备第一电极、第二电极和设置在上述第一电极与上述第二电极之间的上述光电转换膜。本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种光电转换膜,其包含由下述通式表示的化合物,

【技术特征摘要】
2017.04.28 JP 2017-0908321.一种光电转换膜,其包含由下述通式表示的化合物,其中,式中,M表示Si或Sn,X表示O或S,R1~R14表示各自独立的烷基。2.根据权利要求1所述的光电转换膜,其电离势为5.3eV以上。3.根据权利要求1所述的光电转换膜,其在近红外波长区域具有吸收波长的峰。4.根据权利要求3所述的光电转换膜,其中,所述吸收波长的所述峰的位置在900nm以上。5.根据权利要求1所述的光电转换膜,其中,所述通式中,M为Sn,X为O,R1~R8为乙基。6.根据权利要求1所述的光电转换膜,其还包含n型有机半导体材料,所述n型有机半导体材料包含选自富勒烯和富勒烯衍生物中的至少一种。7.根据权利要求6所述的光电转换膜,其还包含p型有机半导体材料,所述光电转换膜中的...

【专利技术属性】
技术研发人员:平出雅哉岸本有子中田学
申请(专利权)人:松下知识产权经营株式会社
类型:发明
国别省市:日本,JP

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