本发明专利技术提供了检测电流变化的方法、光电转换元件、光电转换装置和固态成像装置，该方法包括用光照射至少一个光电转换材料层，并检测在光电转换材料层中所产生的电流的增大变化。该光电转换装置包括具有光电转换材料层的光电转换元件，以及电连接至光电转换元件的电流检测电路。在光电转换装置中，电流检测电路检测在光电转换材料层中产生的电流的增大变化。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光电转换元件、具有该光电转换元件的光电转换装置以及具有所集成的光电转换装置的固态成像装置。
技术介绍
诸如图像传感器的光电转换元件通常具有将光电转换单元保持在两个电极之间的结构。将来自光电转换元件的不依赖于时间的输出(例如，电流)作为稳定输出(稳定电流)而检测。这是由于诸如硅(Si)的半导体材料在通常使用强度的电场下瞬时积累载流子并提供稳定电流。已知具有由有机半导体材料构成的光电转换单元的图像传感器，例如在日本专利申请公开第2006-100797号(在下文中，将其称为专利文献1)中所公开的。这样的图像传感器具有保持在至少两个电极之间的有机光电转换层，并且有机光电转换层包括喹吖啶酮 (quinacridone)或喹唑啉衍生物。
技术实现思路
在上面专利文献1公开的技术中，通过使用通常颜色读出电路来读出信号(参见第W135]段)。因此，在专利文献1所公开的图像传感器中，从光电转换元件输出和读出的信号被认为是不依赖于时间的稳定状态下的输出信号的一部分。然而对稳定状态下的输出信号的该部分的检测会导致灵敏度和S/N比降低的问题。因此，需要新的具有高灵敏度和高S/N比的光电转换材料层的光电转换元件、集成有这种光电转换元件的光电转换装置、以及集成有这种光电转换装置的固态成像装置。通过将Si系半导体材料用于光电转换材料层所制造的光电转换元件通常具有很低的电阻。相反，例如，金属氧化物薄膜或有机材料薄膜相比于Si系半导体材料通常具有更高的电阻和更低的载流子迁移率，而与它们的结晶性无关。具体地，金属氧化物材料薄膜或有机材料薄膜具有低的载流子迁移率、高的电阻，并且还有许多缺陷级，并且即使在非常高强度的电场下，也很难瞬时注入载流子以达到充满薄层的容量的量。因此，这样的薄膜需要一定的时间期间在薄膜中稳定电位分布(包括形成界面电双层(interfacial electrical double layer))。从而，尽管电荷在光电转换材料层中积累，但是当光照射到光电转换材料层同时将电压施加给光电转换材料层时，由于光电转换材料层的时间常数τ 足够大(几微秒到几毫秒的级别)，所以可以观测到在光电转换材料层中产生的瞬变充电/ 放电电流。在实施方式中，一种检测电流变化的方法包括将光照射到至少一个光电转换材料层上。该方法还包括检测在光电转换材料层中产生的电流的增大变化。在实施方式中，该方法包括根据以下式(1)检测在电流增大期间内的电流Iin。Iinc = ^Ιο(Ρ)*+02(1)在式(1)中，τ (P)表示从第一时间到第二时间的电流增大期间内电流变化的时间常数，t表示从第一时间到第二时间的经过时间，I。(P)表示在t =⑴时强度P的光照射到光电转换材料层时在光电转换材料层中产生的电流，并且C1和C2表示常数。在实施方式中，第二时间发生在从电流增大期间转换到电流减小期间的时间或该时间之前。在实施方式中，该方法还包括从t = 0到t=约100毫秒对式(1)进行积分以计算积分电流值。在实施方式中，光电转换材料层形成在第一电极和第二电极之间，该方法还包括检测从第一时间到第一时间之后发生的第二时间的在光电转换材料层中产生的电流的变化，该第一时间与以下时间一致(a)用光照射光电转换材料层的开始，或(b)向第一电极和第二电极施加电压的开始。在实施方式中，从第一时间到第二时间的光电转换材料层中电流的变化对应于由第一电极、第二电极和光电转换材料层限定的电容器中的充电电流的变化。在实施方式中，该方法还包括检测从第一时间到第二时间的电流增大期间中电流的变化的时间常数 τ (P)，其中τ (P)是光电转换材料层上的每单位时间光照射的光强度P的函数。在实施方式中，光电转换材料层包括选自由喹吖啶酮和其衍生物所代表的有机着色剂、由Alq3 所代表的有机金属螯合的早过渡金属离子的着色剂、以及由酞菁锌(II)所代表的在过渡金属离子和有机材料之间形成有络合物的有机金属着色剂组成的组中的至少一种有机半导体材料。在实施方式中，光电转换材料层包括选自有机金属化合物、有机半导体微粒子、金属氧化物半导体、无机半导体微粒子、核壳型(core-shell)材料和有机/无机混合化合物组成的组中的至少一种材料。在实施方式中，光电转换材料形成为具有小于或等于10cm2/V*秒的载流子迁移率的光电转换材料层。在另一实施方式中，光电转换元件包括至少一个光电转换材料层，该光电转换材料层被配置为能够检测在所述光电转换材料层中产生的电流的增大变化。在实施方式中， 光电转换元件还包括第一电极和第二电极，光电转换材料层设置在第一电极和第二电极之间。在实施方式中，第一电极由透明导电材料构成并形成在透明基板上，光电转换材料层形成在第一电极上，并且第二电极形成在光电转换材料层上。在实施方式中，第一电极形成在基板上，光电转换材料层形成在第一电极上，并且第二电极由透明导电材料构成并形成在光电转换材料层上。在实施方式中，第一电极和第二电极形成在基板上，并且光电转换材料层形成在该基板上在第一电极和第二电极之间的区域中。在实施方式中，光电转换材料层被配置为能够根据以下式(1)检测在电流增大期间内的电流Iin。Iinc = ^Ιο(Ρ)*+02(1)在式(1)中，τ (P)表示从第一时间到第二时间的电流增大期间内电流变化的时间常数，t表示从第一时间到第二时间的经过时间，I。(P)表示在t =⑴时强度P的光照射到光电转换材料层时在光电转换材料层中产生的电流，并且C1和C2表示常数。在实施方式中，第二时间发生在从电流增大期间转换到电流减小期间的时间或该时间之前。在实施方式中，光电转换元件还包括从t = 0到t = 100毫秒对式(1)进行积分以计算积分电流值。 在实施方式中，光电转换材料层被配置为能够检测从第一时间到第一时间之后发生的第二时间的在光电转换材料层中产生的电流的变化，该第一时间与以下时间一致(a)用光照射光电转换材料层的开始，或(b)向第一电极和第二电极施加电压的开始。在实施方式中， 光电转换材料层被配置为能够检测从第一时间到第二时间的电流增大期间内电流变化的时间常数τ (P)，并且τ (P)是光电转换材料层上的每单位时间光照射的光强度P的函数。 在实施方式中，光电转换材料层包括选自由喹吖啶酮和其衍生物所代表的有机着色剂、由 Alq3 所代表的有机金属螯合的早过渡金属离子的着色剂、以及由酞菁锌(II)表示的在过渡金属离子和有机材料之间形成有络合物的有机金属着色剂组成的组中的至少一种有机半导体材料。在实施方式中，光电转换材料层包括选自有机金属化合物、有机半导体微粒子、金属氧化物半导体、无机半导体微粒子、核壳型材料和有机/ 无机混合化合物组成的组中的至少一种材料。在实施方式中，光电转换材料层具有小于或等于10cm2/V*秒的载流子迁移率。在另一实施方式中，一种光电转换装置包括具有至少一个光电转换材料层的光电转换元件，以及电连接至光电转换元件的电流检测电路。在该实施方式中，电流检测电路检测在光电转换材料层中产生的电流的增大变化。在另一实施方式中，一种固态成像装置包括成像区域，包括至少一个具有至少一个光电转换材料层的光电转换材料层；以及电连接至至少一个光电转换元件的电流检测电路。在该实施方式中，电流检测电本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种检测电流变化的方法，包括：将光照射到至少一个光电转换材料层上；以及检测在所述光电转换材料层中产生的电流的增大变化。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：村田昌树，冈正典，榎修，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：JP
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