光电转换元件及其制造方法、成像装置、光学传感器制造方法及图纸

本发明专利技术提供了具有低暗电流的有机光电转换元件、摄像装置、光学传感器和光电转换元件制造方法。光电转换元件是通过如下方式提供的：形成有机光电转换层以作为第一电极的上层，所述有机光电转换层包含一种或多种类型的有机半导体材料；形成缓冲层以作为所述有机光电转换层的上层，所述缓冲层由非晶无机材料构成并具有7.7至8.0eV的能级，且所述有机光电转换层与所述缓冲层之间具有2eV以上的HOMO能级差；以及形成第二电极以作为所述缓冲层的上层。

Photoelectric Conversion Element and Its Manufacturing Method, Imaging Device and Optical Sensor

【技术实现步骤摘要】
光电转换元件及其制造方法、成像装置、光学传感器本申请是申请日为2015年4月21日、专利技术名称为“光电转换元件及其制造方法、成像装置、光学传感器”的申请号为201580027505.X专利申请的分案申请。
本专利技术涉及光电转换元件、包括该光电转换元件的成像装置和光学传感器以及制造光电转换元件的方法。更特别地，本专利技术涉及有机光电转换元件、包括有机光电转换材料的成像装置和光学传感器以及制造有机光电转换元件的方法。
技术介绍
通常，对于成像元件(图像传感器)，主要使用具有电耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)的结构的半导体元件。而且，最近提出了包括具有由有机半导体材料形成的光电转换层的有机光电转换元件的成像元件(例如，参见专利文献1至3)。有机光电转换元件不需要包含滤色器，并且可与常规无机半导体元件相比具有更简单的结构和制造过程。如专利文献1至3所描述的常规有机光电转换元件具有将有机光电转换部布置在一对电极之间的构造。例如，下部电极、有机光电转换部和上部电极依次层叠在基板上。而且，在某些情况下，常规有机光电转换元件还包括位于有机光电转换部与每个电极之间的诸如电子阻挡层、缓冲层和有源层等各种中间层。引用文献列表专利文献专利文献1：JP2013-219190A专利文件2：JP2014-063999A专利文件3：JP2014-072328A
技术实现思路
技术问题光电转换元件被要求具有高的转换效率和低的暗电流。然而，前述的常规有机光电转换元件存在没有充分地抑制暗电流的问题。因此，本专利技术的主要目的在于提供具有低暗电流的有机光电转换元件、成像装置和光学传感器以及制造光电转换元件的方法。问题的解决方案根据本专利技术的光电转换元件包括：第一电极；有机光电转换层，其布置在所述第一电极的上层中，所述有机光电转换层包括一种或多种有机半导体材料；缓冲层，其布置在所述有机光电转换层的上层中，所述缓冲层由非晶无机材料构成并且具有7.7至8.0eV的能级，且所述缓冲层与所述有机光电转换层之间的HOMO能级差为2eV以上；以及第二电极，其布置在所述缓冲层的上层中。所述缓冲层可例如由多种金属氧化物形成。在此情况下，所述金属氧化物中的至少一者可以是金属氧化物半导体。另外，所述缓冲层可由从如下群组中选择的多种金属氧化物形成，所述群组由锌氧化物、硅氧化物、锡氧化物、铌氧化物、钛氧化物、钼氧化物、铝氧化物、基于In-Ga-Zn的氧化物(IGZO)、镁氧化物和铪氧化物构成。所述缓冲层可由各自具有不同能级的多个层构成。所述缓冲层可例如具有3至300nm的厚度。所述缓冲层可具有100kΩ/□以上的表面电阻。所述第二电极可由透明材料形成。在此情况下，所述缓冲层也可由透明材料形成，且所述缓冲层与所述第二电极的相对折射率可以为0.3以下。所述缓冲层可例如通过溅射法形成。根据本专利技术的成像装置包括上述的光电转换元件。另外，根据本专利技术的光学传感器包括上述的光电转换元件，并可例如是红外传感器。制造根据本专利技术的光电转换元件的方法包括：形成第一电极的步骤；在所述第一电极的上层中形成有机光电转换层的步骤，所述有机光电转换层包括一种或多种有机半导体材料；在所述有机光电转换层的上层中形成缓冲层的步骤，所述缓冲层是非晶无机材料并且具有7.7至8.0eV的能级，且所述缓冲层与所述有机光电转换层之间的HOMO能级差为2eV以上；以及在所述缓冲层的上层中形成第二电极的步骤。溅射法可应用于形成缓冲层的步骤。在此情况下，可在引入氧的同时形成所述缓冲层的膜。本专利技术的有益效果根据本专利技术，可以形成高的能量势垒，以提高暗电流的抑制效果。注意，此处说明的效果不必是限制性的，且可以发挥本专利技术中说明的任一种效果。附图说明图1是图示根据本专利技术的第一实施例的光电转换元件的构造的示意图。图2是图示根据本专利技术的第二实施例的光电转换元件的构造的示意图。图3是图示根据本专利技术的第三实施例的成像元件的构造的示意图。图4的A图示包括晶体ZnO的膜的X射线衍射谱，且图4的B图示第1号样品和第2号样品的缓冲层的X射线衍射谱。图5是图示氧浓度与光学透明性之间的关系的示图。图6是图示实施例和比较例中的缓冲层的能级的示图。图7是图示实施例和比较例的电流特性的示图。具体实施方式在下文中，将参考附图详细地说明用于实施本专利技术的实施例。注意，本专利技术不限于下面说明的实施例。而且，将按照下列顺序进行说明。1.第一实施例(包括无机缓冲层的光电转换元件的示例)2.第二实施例(包括具有层叠结构的缓冲层的光电转换元件的示例)3.第三实施例(包括包含无机缓冲层的光电转换元件的成像装置的示例)<1.第一实施例>首先，将说明根据本专利技术的第一实施例的光电转换元件。图1是示意性地图示根据本专利技术的第一实施例的光电转换元件的构造的截面图。如图1所示，光电转换元件10包括位于一对电极1和2之间的有机光电转换层3和缓冲层4。[电极1和2]电极1和2可由具有导电性的透明材料形成，例如，铟锡氧化物(包括ITO、掺杂有Sn的In2O3、晶体ITO和非晶体ITO)、IFO(掺杂有F的In2O3)、锡氧化物(SnO2)、ATO(掺杂有Sb的SnO2)、FTO(掺杂有F的SnO2)、锌氧化物(包括掺杂有Al的ZnO、掺杂有B的ZnO和掺杂有Ga的ZnO)、铟氧化物-锌氧化物(IZO)、钛氧化物(TiO2)、尖晶石型氧化物(spinel-shapedoxide)和具有YbFe2O4结构的氧化物等。这里，“透明材料”是指不会过量吸收入射在有机光电转换层3上的光的材料。这同样适用于下面的说明。而且，在电极1和2之中，没有入射光的电极可以具有低的透明性。在此情况下，该电极也可由金属材料形成，例如铂(Pt)、金(Au)、钯(Pd)、铬(Cr)、镍(Ni)、铝(Al)、银(Ag)、钽(Ta)、钨(W)、铜(Cu)、钛(Ti)、铟(In)、锡(Sn)、铁(Fe)、钴(Co)和钼(Mo)以及包含这些金属元素的合金材料等。应当注意，电极1和2可由诸如含有前面描述的金属和金属合金的导电颗粒、含有杂质的多晶硅、基于碳的材料、氧化物半导体、碳纳米管和石墨烯等导电材料形成。在此情况下，可通过将这些导电材料混合至粘结剂树脂(binderresin)并对得到的糊剂和油墨进行固化来形成电极。而且，电极1和2还可由诸如聚(3,4-乙烯二氧基噻吩)和聚苯乙烯磺酸等导电聚合物材料形成。此外，电极1和2的结构还可通过由不同材料形成的多个层彼此叠加而成。[有机光电转换层3]有机光电转换层3可由一种或多种有机半导体材料形成。这里使用的有机半导体材料可以是能够将光能转换成电能的任何材料，并特别期望是p型有机半导体材料。这里，在各种有机半导体材料之中，对绿色(约490至580nm)起反应的材料的示例可包括颜料紫(PigmentViolet)1、3、4、5、5:1、19(喹吖啶酮)、23、27、29、31、32、33、34、35、36、37、38、40、42、43、44和50以及颜料红(PigmentRed)1、2、4、5、6、7、8、9、12、13、17、21、22、23、24、31、32、38、48、49、50、51、52、53、54、64、68、88、112、113、114、122、146、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光电转换元件，其包括：第一电极；有机光电转换层，其布置在所述第一电极的上层中，所述有机光电转换层包括一种或多种有机半导体材料；缓冲层，其布置在所述有机光电转换层的上层中，所述缓冲层由非晶无机材料构成并且具有7.7至8.0eV的能级，且所述缓冲层与所述有机光电转换层之间的HOMO能级差为2eV以上；以及第二电极，其布置在所述缓冲层的上层中。

【技术特征摘要】
2014.07.17 JP 2014-1471471.一种光电转换元件，其包括：第一电极；有机光电转换层，其布置在所述第一电极的上层中，所述有机光电转换层包括一种或多种有机半导体材料；缓冲层，其布置在所述有机光电转换层的上层中，所述缓冲层由非晶无机材料构成并且具有7.7至8.0eV的能级，且所述缓冲层与所述有机光电转换层之间的HOMO能级差为2eV以上；以及第二电极，其布置在所述缓冲层的上层中。2.如权利要求1所述的光电转换元件，其中，所述缓冲层由多种金属氧化物形成。3.如权利要求2所述的光电转换元件，其中，所述金属氧化物中的至少一者是金属氧化物半导体。4.如权利要求2所述的光电转换元件，其中，所述缓冲层由从如下群组中选择的多种金属氧化物形成，所述群组由锌氧化物、硅氧化物、锡氧化物、铌氧化物、钛氧化物、钼氧化物、铝氧化物、基于In-Ga...

【专利技术属性】
技术研发人员：森胁俊贵，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：日本,JP