光检测元件及图像传感器制造技术

本发明专利技术提供一种光检测元件，其具有第1电极层、第2电极层、设置于第1电极层与第2电极层之间的光电转换层、设置于第1电极层与光电转换层之间的电子传输层及设置于光电转换层与第2电极层之间的空穴传输层，光电转换层包含含有金属原子的半导体量子点的集合体及与半导体量子点配位的配体，空穴传输层包含有机半导体，第2电极层由包含选自Au、Pt、Ir、Pd、Cu、Pb、Sn、Zn、Ti、W、Mo、Ta、Ge、Ni、Cr及In中的至少一种金属原子的金属材料构成。本发明专利技术也提供一种包含光检测元件的图像传感器。种包含光检测元件的图像传感器。种包含光检测元件的图像传感器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光检测元件及图像传感器


[0001]本专利技术涉及一种具有包含半导体量子点的光电转换层的光检测元件及图像传感器。

技术介绍

[0002]近年来，在智能手机和监控摄像机、车载相机等领域中，能够检测红外区域的光的光检测元件备受瞩目。
[0003]以往，在用于图像传感器等的光检测元件中，使用将硅晶片用作光电转换层的原材料的硅光电二极管。然而，硅光电二极管在波长900nm以上的红外区域中的灵敏度较低。
[0004]并且，作为近红外光的受光元件而被熟知的InGaAs系半导体材料中，存在为了实现高量子效率而需要外延生长等需要成本非常高的工艺的问题，因此尚未得到普及。
[0005]并且，近年来，一直对半导体量子点进行研究。在非专利文献1中记载有一种光电二极管，其中作为阴极电极使用了氧化铟锡，作为电子传输层使用了ZnO，作为光电转换层使用了PbS量子点，作为空穴传输层使用了1，1
‑
双[(二
‑4‑
甲苯基氨基)苯基]环己烷，作为空穴注入层使用了MoO3，作为阳极电极使用了Ag。
[0006]以往技术文献
[0007]非专利文献
[0008]非专利文献1：Jae Woong Lee，Do Young Kim and Franky So，“Unraveling the Gain Mechanism in high Performance Solution
‑
Processed PbS Infrared PIN Photodiodes”，Advanced Functional Materials 25，1233
‑
1238(2015)

技术实现思路

[0009]专利技术要解决的技术课题
[0010]近年来，随着对图像传感器等要求提高性能，对用于这些中的光检测元件序所需的各种特性也要求进一步提高。例如，需要进一步减少光检测元件的暗电流。通过减少光检测元件的暗电流，在图像传感器中，能够获得更高的信号噪声比(SN比)。
[0011]根据本专利技术人的研究，发现关于具有用半导体量子点形成的光电转换层的光检测元件，存在暗电流相对高的倾向，因此尚有减少暗电流的余地。
[0012]并且，本专利技术人对记载于非专利文献1中的光电二极管进行研究的结果，发现暗电流高。另外，暗电流是指不照射光时流动的电流。
[0013]因此，本专利技术的目的在于提供一种外部量子效率高且暗电流减少的光检测元件及图像传感器。
[0014]用于解决技术课题的手段
[0015]本专利技术人对具有包含半导体量子点的光电转换层的光检测元件进行深入研究的结果，发现作为光电转换层使用包含含有金属原子的半导体量子点的集合体及与半导体量子点配位的配体的光电转换层，在光电转换层上层叠包含有机半导体材料的空穴传输层，
作为空穴传输层侧的电极使用由包含选自Au、Pt、Ir、Pd、Cu、Pb、Sn、Zn、Ti、W、Mo、Ta、Ge、Ni、Cr及In中的至少一种金属原子的金属材料构成的电极，由此能够获得外部量子效率高且暗电流减少的光检测元件，以至完成了本专利技术。
[0016]<1>一种光检测元件，其具有：，
[0017]第1电极层；
[0018]第2电极层；
[0019]设置于第1电极层与第2电极层之间的光电转换层；
[0020]设置于上述第1电极层与上述光电转换层之间的电子传输层；及
[0021]设置于上述光电转换层与上述第2电极层之间的空穴传输层，
[0022]上述光电转换层包含含有金属原子的半导体量子点的集合体及与上述半导体量子点配位的配体，
[0023]上述空穴传输层包含有机半导体，
[0024]上述第2电极层由包含选自Au、Pt、Ir、Pd、Cu、Pb、Sn、Zn、Ti、W、Mo、Ta、Ge、Ni、Cr及In中的至少一种金属原子的金属材料构成。
[0025]<2>根据<1>所述的光检测元件，其中，
[0026]在上述第2电极层中，Ag原子的含量为98质量％以下。
[0027]<3>根据<1>或<2>所述的光检测元件，其中，
[0028]上述第2电极层由包含选自Au、Pd、Ir及Pt中的至少一种金属原子的金属材料构成。
[0029]<4>根据<1>至<3>中任一项所述的光检测元件，其中，
[0030]上述第2电极层的功函数为4.6eV以上。
[0031]<5>根据<1>至<4>中任一项所述的光检测元件，其中，
[0032]上述空穴传输层中包含的有机半导体为由下述式1
‑
1～式1
‑
6中的任意者表示的化合物；
[0033][化学式1][0034][0035]式1
‑
1中，Ar1～Ar3分别独立地表示可以具有取代基的芳香族烃基或可以具有取代基的芳香族杂环基，
[0036]式1
‑
2中，Ar4表示包含可以具有取代基的芳香族烃基或可以具有取代基的芳香族杂环基的2价的连结基团，Ar5～Ar8分别独立地表示可以具有取代基的芳香族烃基或可以具有取代基的芳香族杂环基，
[0037]式1
‑
3中，Ar9～Ar
15
分别独立地表示可以具有取代基的芳香族烃基或可以具有取代基的芳香族杂环基，
[0038]式1
‑
4中，Ar
16
～Ar
24
分别独立地表示可以具有取代基的芳香族烃基或可以具有取代基的芳香族杂环基，n1表示0～10的整数，
[0039]式1
‑
5中，Ar
25
～Ar
33
分别独立地表示可以具有取代基的芳香族烃基或可以具有取代基的芳香族杂环基，
[0040]式1
‑
6中，Ar
34
～Ar
42
分别独立地表示可以具有取代基的芳香族烃基或可以具有取代基的芳香族杂环基。
[0041]<6>根据<5>所述的光检测元件，其中，
[0042]上述式1
‑
1的Ar1～Ar3中的至少一个具有给电子基团，
[0043]上述式1
‑
2的Ar4～Ar8中的至少一个具有给电子基团，
[0044]上述式1
‑
3的Ar9～Ar
15
中的至少一个具有给电子基团，
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光检测元件，其具有：第1电极层；第2电极层；设置于第1电极层与第2电极层之间的光电转换层；设置于所述第1电极层与所述光电转换层之间的电子传输层；及设置于所述光电转换层与所述第2电极层之间的空穴传输层，所述光电转换层包含含有金属原子的半导体量子点的集合体及与所述半导体量子点配位的配体，所述空穴传输层包含有机半导体，所述第2电极层由包含选自Au、Pt、Ir、Pd、Cu、Pb、Sn、Zn、Ti、W、Mo、Ta、Ge、Ni、Cr及In中的至少一种金属原子的金属材料构成。2.根据权利要求1所述的光检测元件，其中，在所述第2电极层中，Ag原子的含量为98质量％以下。3.根据权利要求1或2所述的光检测元件，其中，所述第2电极层由包含选自Au、Pd、Ir及Pt中的至少一种金属原子的金属材料构成。4.根据权利要求1至3中任一项所述的光检测元件，其中，所述第2电极层的功函数为4.6eV以上。5.根据权利要求1至4中任一项所述的光检测元件，其中，所述空穴传输层中包含的有机半导体为由下述式1
‑
1～式1
‑
6中的任意者表示的化合物，
式1
‑
1中，Ar1～Ar3分别独立地表示任选地具有取代基的芳香族烃基或任选地具有取代基的芳香族杂环基，式1
‑
2中，Ar4表示包含任选地具有取代基的芳香族烃基或任选地具有取代基的芳香族杂环基的2价的连结基团，Ar5～Ar8分别独立地表示任选地具有取代基的芳香族烃基或任选地具有取代基的芳香族杂环基，式1
‑
3中，Ar9～Ar
15
分别独立地表示任选地具有取代基的芳香族烃基或任选地具有取代基的芳香族杂环基，式1
‑
4中，Ar
16
～Ar
24
分别独立地表示任选地具有取代基的芳香族烃基或任选地具有取代基的芳香族杂环基，n1表示0～10的整数，式1
‑
5中，Ar
25
～Ar
33
分别独立地表示任选地具有取代基的芳香族烃基或任选地具有取代基的芳香族杂环基，式1
‑
6中，Ar
34
～Ar
42
分别独立地表示任选地具有取代基的芳香族烃基或任选地具有取代基的芳香族杂环基。6.根据权利要求5所述的光检测元件，其中，所述式1
‑
1的Ar1～Ar3中的至少一个具有给电子基团，所述式1
‑
2的Ar4～Ar8中的至少一个具有给电子基团，所述式1
‑
3的Ar9～Ar
15
中的至少一个具有给电子基团，所述式1
‑
4的Ar
16
～Ar
24
中的至少一个具有给电子基团，所述式1
‑
5的Ar
25
～Ar
33
...

【专利技术属性】
技术研发人员：小野雅司，佐藤宽敬，伊势俊大，
申请(专利权)人：富士胶片株式会社，
类型：发明
国别省市：