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JP7445411B2 - Photoelectric conversion element and organic sensor and electronic device including the same - Google Patents

Photoelectric conversion element and organic sensor and electronic device including the same Download PDF

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JP7445411B2 JP2019204889A JP2019204889A JP7445411B2 JP 7445411 B2 JP7445411 B2 JP 7445411B2 JP 2019204889 A JP2019204889 A JP 2019204889A JP 2019204889 A JP2019204889 A JP 2019204889A JP 7445411 B2 JP7445411 B2 JP 7445411B2
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photoelectric conversion
electrode
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啓 滉 李
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Description

本発明は、光電変換素子に関し、特に、電荷抽出効率を改善できる光電変換素子及びこれを含む有機センサ並びに電子装置に関する。 The present invention relates to a photoelectric conversion element, and particularly to a photoelectric conversion element that can improve charge extraction efficiency, and an organic sensor and electronic device including the same.

光電変換素子は、光を受けて電気信号に変換させる素子であり、光ダイオード及び光トランジスタなどを含み、有機センサ、光検出器又は太陽電池などに適用することができる。
有機センサは、日増しに高い解像度が求められており、これにより、画素の大きさが小さくなっている。
A photoelectric conversion element is an element that receives light and converts it into an electrical signal, and includes a photodiode, a phototransistor, and the like, and can be applied to an organic sensor, a photodetector, a solar cell, and the like.
Organic sensors are required to have higher resolution day by day, and as a result, the size of pixels is becoming smaller.

現在、主に使うシリコン光ダイオードの場合、画素の大きさが小さくなるに伴い吸収面積が減るので感度低下が発生するという問題がある。
これにより、近年、シリコンを代替できる有機物質が研究されている。
有機物質は、吸光係数が大きく、分子構造に応じて特定波長領域の光を選択的に吸収することができるので、光ダイオードと色フィルタを同時に代替できて高集積に有利である。
Currently, silicon photodiodes, which are mainly used, have a problem in that as the size of the pixel decreases, the absorption area decreases, resulting in a decrease in sensitivity.
As a result, in recent years, research has been conducted into organic materials that can replace silicon.
Organic materials have a large extinction coefficient and can selectively absorb light in a specific wavelength range depending on their molecular structure, so they can simultaneously replace photodiodes and color filters, which is advantageous for high integration.

しかしながら、有機物質は、高い結合エネルギ(binding energy)と再結合(recombination)挙動によりシリコンと異なる特性を現わす可能性があり、有機物質の特性を正確に予測することが難しく、光電変換素子に求められる物性を容易に制御することが難しいという問題がある。 However, organic materials may exhibit different properties from silicon due to their high binding energy and recombination behavior, making it difficult to accurately predict the properties of organic materials, making it difficult to predict the properties of organic materials. There is a problem in that it is difficult to easily control the required physical properties.

特開2014-17321号公報Japanese Patent Application Publication No. 2014-17321

本発明は上記従来の有機光電変換素子における問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、電荷抽出効率を改善できる光電変換素子を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、上記光電変換素子を含む有機センサ並びに前記光電変換素子を含む電子装置を提供することにある。
The present invention has been made in view of the problems with the conventional organic photoelectric conversion elements described above, and an object of the present invention is to provide a photoelectric conversion element that can improve charge extraction efficiency.
Another object of the present invention is to provide an organic sensor including the photoelectric conversion element and an electronic device including the photoelectric conversion element.

上記目的を達成するためになされた本発明による光電変換素子は、互いに対向する第1電極及び第2電極と、前記第1電極と前記第2電極との間に配置され、少なくとも一部の波長領域の光を吸収して電気的信号に変換させる光電変換層と、前記第1電極と前記光電変換層との間に配置され、ランタン族元素を含む無機ナノ層と、を有し、前記ランタン族元素は、イッテルビウム(Yb)を含むことを特徴とする。 A photoelectric conversion element according to the present invention, which has been made to achieve the above object, includes a first electrode and a second electrode facing each other, and a photoelectric conversion element disposed between the first electrode and the second electrode, a photoelectric conversion layer that absorbs light in a region and converts it into an electrical signal; and an inorganic nanolayer containing a lanthanum group element and disposed between the first electrode and the photoelectric conversion layer, The group element is characterized by containing ytterbium (Yb) .

記無機ナノ層は、前記第1電極に当接していることが好ましい。
前記無機ナノ層の一面は、前記第1電極に当接しており、前記無機ナノ層の他の一面は、前記光電変換層に当接していることが好ましい。
前記第1電極は、光透過度約80%以上の透明電極であるか、又は光透過度約10%未満の反射電極であることが好ましい。
前記透明電極は、酸化物導電体及び炭素導電体の内の少なくとも一つを含むことが好ましい。
前記無機ナノ層の厚さは、約5nm以下であることが好ましい。
前記無機ナノ層の厚さは、約2nm以下であることが好ましい。
前記第1電極はカソードであり、前記第2電極はアノードであることが好ましい。
Preferably, the inorganic nanolayer is in contact with the first electrode.
Preferably, one surface of the inorganic nanolayer is in contact with the first electrode, and the other surface of the inorganic nanolayer is in contact with the photoelectric conversion layer.
Preferably, the first electrode is a transparent electrode with a light transmittance of about 80% or more, or a reflective electrode with a light transmittance of less than about 10%.
Preferably, the transparent electrode includes at least one of an oxide conductor and a carbon conductor.
Preferably, the thickness of the inorganic nanolayer is about 5 nm or less.
Preferably, the thickness of the inorganic nanolayer is about 2 nm or less.
Preferably, the first electrode is a cathode and the second electrode is an anode.

また、上記目的を達成するためになされた本発明による光電変換素子は、光透過度80%以上の透明導電体又は光透過度10%未満の反射導電体を含む第1電極と、前記第1電極の上に配置され、少なくとも一部の波長領域の光を吸収して電気信号に変換させる光電変換層と、前記光電変換層の上に配置される第2電極と、を有し、前記光電変換層と対向する前記第1電極の表面は、厚さ5nm以下の無機ナノ層で覆われ、前記光電変換層と対向する前記第1電極の表面における有効仕事関数は、前記透明導電体又は前記反射導電体の仕事関数より小さく、前記無機ナノ層は、無機物質を含み、前記無機物質は、ランタン族元素を含み、前記ランタン族元素は、イッテルビウム(Yb)を含むことことを特徴とする。 Further, the photoelectric conversion element according to the present invention, which has been made to achieve the above object, includes a first electrode including a transparent conductor having a light transmittance of 80% or more or a reflective conductor having a light transmittance of less than 10%; The photoelectric conversion layer includes a photoelectric conversion layer that is placed on the electrode and absorbs light in at least a part of the wavelength range and converts it into an electrical signal, and a second electrode that is placed on the photoelectric conversion layer. The surface of the first electrode facing the conversion layer is covered with an inorganic nanolayer with a thickness of 5 nm or less, and the effective work function on the surface of the first electrode facing the photoelectric conversion layer is determined by the transparent conductor or the The inorganic nanolayer includes an inorganic substance, the inorganic substance includes a lanthanum group element, and the lanthanum group element includes ytterbium (Yb). .

前記透明導電体又は前記反射導電体の仕事関数と前記光電変換層と対向する前記第1電極の表面における有効仕事関数との差は、0.5eV以上であることが好ましい。
前記透明導電体又は前記反射導電体の仕事関数は、4.5eV以上であり、前記光電変換層と対向する前記第1電極の表面における有効仕事関数は、4.0eV以下であることが好ましい。
前記光電変換層と対向する前記第1電極の表面における有効仕事関数は、3.0eV以下であることが好ましい。
記透明導電体は、酸化物導電体又は炭素導電体を含むことが好ましい。
前記無機ナノ層は、約2nm以下の厚さを有することが好ましい。
前記第1電極はカソードであり、前記第2電極はアノードであることが好ましい。

The difference between the work function of the transparent conductor or the reflective conductor and the effective work function at the surface of the first electrode facing the photoelectric conversion layer is preferably 0.5 eV or more.
The work function of the transparent conductor or the reflective conductor is preferably 4.5 eV or more, and the effective work function at the surface of the first electrode facing the photoelectric conversion layer is preferably 4.0 eV or less.
The effective work function at the surface of the first electrode facing the photoelectric conversion layer is preferably 3.0 eV or less.
Preferably, the transparent conductor includes an oxide conductor or a carbon conductor.
Preferably, the inorganic nanolayer has a thickness of about 2 nm or less.
Preferably, the first electrode is a cathode and the second electrode is an anode.

上記目的を達成するためになされた本発明による電子装置は、上記光電変換素子を有することを特徴とする。 An electronic device according to the present invention made to achieve the above object is characterized by having the above photoelectric conversion element.

上記目的を達成するためになされた本発明による有機センサは、上記光電変換素子を有することを特徴とする。 An organic sensor according to the present invention made to achieve the above object is characterized by having the above photoelectric conversion element.

前記有機センサは、有機CMOSイメージセンサであることが好ましい。 Preferably, the organic sensor is an organic CMOS image sensor.

上記目的を達成するためになされた本発明による電子装置は、上記有機センサを有することを特徴とする。 An electronic device according to the present invention made to achieve the above object is characterized by having the above organic sensor.

本発明に係る光電変換素子及びこれを含む有機センサ並びに電子装置によれば、電荷移動性を改善して残留電荷を減らすことによって光電変換素子の電荷抽出効率を上げることができる。 According to the photoelectric conversion element and the organic sensor and electronic device including the same according to the present invention, charge extraction efficiency of the photoelectric conversion element can be increased by improving charge mobility and reducing residual charge.

本発明の一実施形態による光電変換素子の概略構成を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a photoelectric conversion element according to an embodiment of the present invention. 本発明の他の実施形態による光電変換素子の概略構成を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a photoelectric conversion element according to another embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による有機CMOSイメージセンサの概略構成を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of an organic CMOS image sensor according to an embodiment of the present invention. 本発明の他の実施形態による有機CMOSイメージセンサの概略構成を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of an organic CMOS image sensor according to another embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による有機CMOSイメージセンサを概略的に示す平面図である。1 is a plan view schematically showing an organic CMOS image sensor according to an embodiment of the present invention. 図5の有機CMOSイメージセンサの概略構成を示す断面図である。6 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the organic CMOS image sensor of FIG. 5. FIG. 図5の有機CMOSイメージセンサの他の例の概略構成を示す断面図である。6 is a sectional view showing a schematic configuration of another example of the organic CMOS image sensor of FIG. 5. FIG. 図5の有機CMOSイメージセンサのさらに他の例の概略構成を示す断面図である。6 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of still another example of the organic CMOS image sensor of FIG. 5. FIG. 図5の有機CMOSイメージセンサのさらに他の例の概略構成を示す断面図である。6 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of still another example of the organic CMOS image sensor of FIG. 5. FIG. 本発明のさらに他の実施形態による有機CMOSイメージセンサを概略的に示す平面図である。FIG. 7 is a plan view schematically illustrating an organic CMOS image sensor according to still another embodiment of the present invention. 図10の有機CMOSイメージセンサの概略構成の一例を示す断面図である。11 is a cross-sectional view showing an example of a schematic configuration of the organic CMOS image sensor shown in FIG. 10. FIG. 図10の有機CMOSイメージセンサの概略構成の他の例を示す断面図である。11 is a cross-sectional view showing another example of the schematic configuration of the organic CMOS image sensor shown in FIG. 10. FIG. 本発明のさらに他の実施形態による有機CMOSイメージセンサを概略的に示す平面図である。FIG. 7 is a plan view schematically illustrating an organic CMOS image sensor according to still another embodiment of the present invention. 図13の有機CMOSイメージセンサの概略構成の一例を示す断面図である。14 is a cross-sectional view showing an example of a schematic configuration of the organic CMOS image sensor shown in FIG. 13. FIG. 本発明の実施形態による有機CMOSイメージセンサの概略構成の他の例を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing another example of the schematic configuration of an organic CMOS image sensor according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態による有機CMOSイメージセンサの概略構成のさらに他の例を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing still another example of the schematic configuration of an organic CMOS image sensor according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による電子装置の概略的な構成を示す図である。1 is a diagram showing a schematic configuration of an electronic device according to an embodiment of the present invention.

次に、本発明に係る光電変換素子及びこれを含む有機センサ並びに電子装置を実施するための形態の具体例を図面を参照しながら説明する。 Next, specific examples of embodiments of a photoelectric conversion element, an organic sensor including the same, and an electronic device according to the present invention will be described with reference to the drawings.

以下、実施形態について該当技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。
しかし、実際適用される構造は様々な異なる形態で実現することができ、ここで説明する実施形態に限定されない。
図面で複数の層及び領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。
層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「上に」あるというとき、これは他の部分の「真上に」ある場合だけでなく、その中間にまた他の部分がある場合も含む。逆にある部分が他の部分の「真上に」あるというときには中間に他の部分がないことを意味する。
Hereinafter, embodiments will be described in detail so that those with ordinary knowledge in the relevant technical field can easily implement the embodiments.
However, the actually applied structure can be realized in various different forms and is not limited to the embodiments described here.
In the drawings, the thickness of layers and regions are exaggerated for clarity.
When we say that a layer, membrane, region, plate, etc. is ``above'' another part, we mean not only when it is ``directly on top'' of another part, but also when there are other parts in between. Also included. Conversely, when one part is said to be ``directly above'' another part, it means that there are no other parts in between.

以下で別途の定義がない限り、「置換された」とは、化合物中の水素原子が、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、アルコキシ基、ニトロ基、シアノ基、アミノ基、アジド基、アミジノ基、ヒドラジノ基、ヒドラゾノ基、カルボニル基、カルバモイル基、チオール基、エステル基、カルボキシル基やその塩、スルホン酸基やその塩、リン酸やその塩、シリル基、C1~C20アルキル基、C2~C20アルケニル基、C2~C20アルキニル基、C6~C30アリール基、C7~C30アリールアルキル基、C1~C30アルコキシ基、C1~C20ヘテロアルキル基、C3~C20ヘテロアリール基、C3~C20ヘテロアリールアルキル基、C3~C30シクロアルキル基、C3~C15シクロアルケニル基、C6~C15シクロアルキニル基、C3~C30ヘテロシクロアルキル基及びこれらの組み合わせより選ばれた置換基に置換されたものを意味する。 Unless otherwise defined below, "substituted" means that a hydrogen atom in a compound is substituted with a halogen atom, hydroxy group, alkoxy group, nitro group, cyano group, amino group, azide group, amidino group, or hydrazino group. , hydrazono group, carbonyl group, carbamoyl group, thiol group, ester group, carboxyl group or its salt, sulfonic acid group or its salt, phosphoric acid or its salt, silyl group, C1 to C20 alkyl group, C2 to C20 alkenyl group, C2-C20 alkynyl group, C6-C30 aryl group, C7-C30 arylalkyl group, C1-C30 alkoxy group, C1-C20 heteroalkyl group, C3-C20 heteroaryl group, C3-C20 heteroarylalkyl group, C3-C30 It means a group substituted with a substituent selected from a cycloalkyl group, a C3-C15 cycloalkenyl group, a C6-C15 cycloalkynyl group, a C3-C30 heterocycloalkyl group, and a combination thereof.

以下で別途の定義がない限り、「ヘテロ」とは、N、O、S、Se、Te、Si、及びPより選ばれたヘテロ原子を1個~4個含有するものを意味する。
以下で「組み合わせ」とは、混合及び二つ以上の積層構造を含む。
以下で「金属」は、金属、半金属又はこれらの組み合わせを含む。
以下で「エネルギー準位(energy level)」とは、最高占有分子軌道(highest occupied molecular orbital:HOMO)エネルギー準位又は最低非占有分子軌道(lowest unoccupied molecular orbital:LUMO)エネルギー準位である。
Unless otherwise defined below, "hetero" means containing 1 to 4 heteroatoms selected from N, O, S, Se, Te, Si, and P.
Hereinafter, the term "combination" includes a mixture and a laminated structure of two or more.
In the following, "metal" includes metals, metalloids or combinations thereof.
In the following, "energy level" refers to the highest occupied molecular orbital (HOMO) energy level or the lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) energy level. There is.

以下で、仕事関数(workfunction)又はエネルギー準位の値は、真空レベル(vacuum level)からの絶対値で表される。
また、仕事関数又はエネルギー準位が深い、高い又は大きいとは、真空レベルを「0eV」にして絶対値が大きいことを意味し、仕事関数又はエネルギー準位が浅い、低い又は小さいとは、真空レベルを「0eV」にして絶対値が小さいことを意味する。
以下、本発明の一実施形態による光電変換素子を説明する。
In the following, the value of a work function or energy level is expressed as an absolute value from a vacuum level.
In addition, when the work function or energy level is deep, high, or large, it means that the absolute value is large when the vacuum level is "0 eV", and when the work function or energy level is shallow, low, or small, it means that the vacuum level is "0 eV" and the absolute value is large. Setting the level to "0 eV" means that the absolute value is small.
A photoelectric conversion element according to an embodiment of the present invention will be described below.

図1は、本発明の一実施形態による光電変換素子の概略構成を示す断面図である。
図1を参照すると、本発明の一実施形態による光電変換素子100は、第1電極10、第2電極20、光電変換層30、及び無機ナノ層40を含む。
基板(図示せず)は、第1電極10側に配置されてもよく、第2電極20側に配置されてもよい。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a photoelectric conversion element according to an embodiment of the present invention.
Referring to FIG. 1, a photoelectric conversion device 100 according to an embodiment of the present invention includes a first electrode 10, a second electrode 20, a photoelectric conversion layer 30, and an inorganic nanolayer 40.
The substrate (not shown) may be placed on the first electrode 10 side or on the second electrode 20 side.

基板は、例えばガラスのような無機物質、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリアミド、ポリエーテルスルホン、又はこれらの組み合わせのような有機物質又はシリコンウェハなどで作られる。
基板は、省略することもできる。
The substrate is made of, for example, an inorganic material such as glass, an organic material such as polycarbonate, polymethyl methacrylate, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyamide, polyethersulfone, or a combination thereof, or a silicon wafer.
The substrate can also be omitted.

第1電極10と第2電極20は、互いに対向している。
第1電極10と第2電極20の内のいずれか一つはアノード(anode)であり、他の一つはカソード(cathode)である。
例えば、第1電極10はカソードであり、第2電極20はアノードであり得る。
一例として、第1電極10はアノードであり、第2電極20はカソードである。
一例として、第1電極10はカソードであり、第2電極20はアノードである。
The first electrode 10 and the second electrode 20 are opposed to each other.
One of the first electrode 10 and the second electrode 20 is an anode, and the other one is a cathode.
For example, first electrode 10 may be a cathode and second electrode 20 may be an anode.
As an example, the first electrode 10 is an anode and the second electrode 20 is a cathode.
As an example, the first electrode 10 is a cathode and the second electrode 20 is an anode.

第1電極10と第2電極20の内の少なくとも一つは透明電極であり得る。
ここで透明電極は、光透過度約80%以上の高い透過率を有している透明電極であり得、例えばマイクロキャビティ(microcavity)のための半透明電極を含まなくてもよい。
透明電極は、例えば、酸化物導電体及び炭素導電体の内の少なくとも一つを含み得、酸化物導電体は、例えばインジウムスズ酸化物(indium tin oxide:ITO)、インジウム亜鉛酸化物(indium zinc oxide:IZO)、亜鉛スズ酸化物(zinc tin oxide:ZTO)、アルミニウムスズ酸化物(Aluminum tin oxide:AlTO)及びアルミニウム亜鉛酸化物(Aluminum zinc oxide:AZO)より選択される一つ以上であり得、炭素導電体は、グラフェン及び炭素ナノ体より選ばれた一つ以上であり得る。
At least one of the first electrode 10 and the second electrode 20 may be a transparent electrode.
Here, the transparent electrode may be a transparent electrode having a high light transmittance of about 80% or more, and may not include, for example, a translucent electrode for a microcavity.
The transparent electrode may include, for example, at least one of an oxide conductor and a carbon conductor, and the oxide conductor may include, for example, indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide, oxide: IZO), zinc tin oxide (ZTO), aluminum tin oxide (AlTO), and aluminum zinc oxide (AZO). The carbon conductor may be one or more selected from graphene and carbon nanomaterials.

第1電極10と第2電極20の内のいずれか一つは反射電極であり得る。
ここで反射電極は、例えば、約10%未満の光透過度又は約5%以上の高い反射率を有する反射電極であり得る。
反射電極は、金属のような反射導電体を含み得、例えばアルミニウム(Al)、銀(Ag)、金(Au)又はこれらの合金を含み得る。
一例として、第1電極10は、光透過度80%以上の透明電極であるか、又は光透過度約10%未満の反射電極であり得る。
One of the first electrode 10 and the second electrode 20 may be a reflective electrode.
Here, the reflective electrode may be a reflective electrode having a light transmittance of less than about 10% or a high reflectance of about 5% or more, for example.
The reflective electrode may include a reflective conductor such as a metal, such as aluminum (Al), silver (Ag), gold (Au), or an alloy thereof.
For example, the first electrode 10 may be a transparent electrode with a light transmittance of 80% or more, or a reflective electrode with a light transmittance of less than about 10%.

光電変換層30は、第1電極10と第2電極20との間に配置される。
光電変換層30は、少なくとも一部の波長領域の光を吸収して電気的信号に変換し、例えば、緑波長領域の光(以下、「緑光」という)、青波長領域の光(以下、「青光」という)、赤波長領域の光(以下、「赤光」という)及び赤外線波長領域の光(以下、「赤外光」という)の内の一部を電気的信号に変換する。
一例として、光電変換層30は、緑光、青光、赤光、及び赤外光の内のいずれか一つを選択的に吸収する。
ここで、緑光、青光、赤光、及び赤外光の内のいずれか一つを選択的に吸収するとは、吸光スペクトルのピーク吸収波長(λmax)が、約500~600nm、約380nm以上500nm未満、約600nm超700nm以下、及び約700nm超の内のいずれか一つに存在し、該当波長領域内の吸光スペクトルがその他波長領域の吸光スペクトルより顕著に高いことを意味する。
The photoelectric conversion layer 30 is arranged between the first electrode 10 and the second electrode 20.
The photoelectric conversion layer 30 absorbs at least part of the light in the wavelength range and converts it into an electrical signal, for example, light in the green wavelength range (hereinafter referred to as "green light"), light in the blue wavelength range (hereinafter referred to as " A portion of light in the red wavelength region (hereinafter referred to as "red light"), and light in the infrared wavelength region (hereinafter referred to as "infrared light") is converted into electrical signals.
For example, the photoelectric conversion layer 30 selectively absorbs any one of green light, blue light, red light, and infrared light.
Here, selectively absorbing any one of green light, blue light, red light, and infrared light means that the peak absorption wavelength (λ max ) of the absorption spectrum is approximately 500 to 600 nm, approximately 380 nm or more. It exists in any one of less than 500 nm, more than about 600 nm and less than 700 nm, and more than about 700 nm, meaning that the absorption spectrum in the corresponding wavelength range is significantly higher than the absorption spectrum in other wavelength ranges.

光電変換層30は、少なくとも一つのp型半導体と、少なくとも一つのn型半導体がpn接合(pn junction)を形成して、外部から光を受けて励起子(エキシトン:exciton)を生成した後、生成された励起子を正孔と電子に分離する。
p型半導体とn型半導体は、それぞれ吸光物質であり得、例えばp型半導体とn型半導体の内の少なくとも一つは有機吸光物質であり得る。
一例として、p型半導体とn型半導体の内の少なくとも一つは、所定波長領域の光を選択的に吸収する波長選択性吸光物質であり得、例えばp型半導体とn型半導体の内の少なくとも一つは波長選択性有機吸光物質であり得る。
p型半導体とn型半導体は、互いに同じであるか又は他の波長領域でピーク吸収波長(λmax)を有する。
一例として、p型半導体は電子供与モイエティ、パイ共役連結基及び電子収容モイエティを含むコア構造を有する有機物質であり得る。
In the photoelectric conversion layer 30, at least one p-type semiconductor and at least one n-type semiconductor form a pn junction, and after receiving light from the outside and generating excitons, Separates the generated excitons into holes and electrons.
The p-type semiconductor and the n-type semiconductor may each be a light-absorbing material, and for example, at least one of the p-type semiconductor and the n-type semiconductor may be an organic light-absorbing material.
As an example, at least one of the p-type semiconductor and the n-type semiconductor may be a wavelength-selective light-absorbing material that selectively absorbs light in a predetermined wavelength range, for example, at least one of the p-type semiconductor and the n-type semiconductor. One can be a wavelength selective organic absorbing material.
The p-type semiconductor and the n-type semiconductor have peak absorption wavelengths (λ max ) that are the same or in different wavelength regions.
As an example, a p-type semiconductor can be an organic material that has a core structure that includes an electron donating moiety, a pi-conjugated linking group, and an electron accepting moiety.

p型半導体は、例えば下記に示す化学式1で表されるが、これに限定されるものではない。
(化1)
EDG-HA-EAG ・・・化学式1
上記化学式1において、
HAは、S、Se、Te、及びSiの内の少なくとも一つを有するC2~C30ヘテロ環基であり得、
EDGは、電子供与モイエティであり得、
EAGは、電子収容モイエティであり得る。
The p-type semiconductor is represented by, for example, the chemical formula 1 shown below, but is not limited thereto.
(Chem.1)
EDG-HA-EAG...Chemical formula 1
In the chemical formula 1 above,
HA can be a C2-C30 heterocyclic group having at least one of S, Se, Te, and Si,
EDG can be an electron donating moiety;
The EAG can be an electronic containment moiety.

一例として、化学式1で表されるp型半導体は、例えば、下記に示す化学式1Aで表される。

Figure 0007445411000001
上記化学式1Aにおいて、
Xは、S、Se、Te、SO、SO、又はSiRであり得、
Arは、置換又は非置換されたC6~C30アリーレン基、置換又は非置換されたC3~C30ヘテロ環基又はこれらより選ばれた二つ以上の融合環であり得、
Ar1a及びAr2aは、それぞれ独立して置換又は非置換されたC6~C30アリール基又は置換又は非置換されたC3~C30ヘテロアリール基であり得、
Ar1a及びAr2aは、それぞれ独立して存在するか互いに結合して融合環を形成し得、
1a~R3a、R及びRは、それぞれ独立して水素、重水素、置換又は非置換されたC1~C30アルキル基、置換又は非置換されたC6~C30アリール基、置換又は非置換されたC3~C30ヘテロアリール基、置換又は非置換されたC1~C6アルコキシ基、ハロゲン又はシアノ基であり得る。 As an example, a p-type semiconductor represented by Chemical Formula 1 is represented by Chemical Formula 1A shown below.
Figure 0007445411000001
In the above chemical formula 1A,
X can be S, Se, Te, SO, SO2 , or SiR a R b ;
Ar can be a substituted or unsubstituted C6-C30 arylene group, a substituted or unsubstituted C3-C30 heterocyclic group, or a fused ring of two or more selected from these,
Ar 1a and Ar 2a can each independently be a substituted or unsubstituted C6-C30 aryl group or a substituted or unsubstituted C3-C30 heteroaryl group,
Ar 1a and Ar 2a may each exist independently or may be combined with each other to form a fused ring,
R 1a to R 3a , R a and R b each independently represent hydrogen, deuterium, substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, substituted or unsubstituted C3-C30 heteroaryl group, substituted or unsubstituted C1-C6 alkoxy group, halogen or cyano group.

一例として、化学式1Aにおいて、Ar1a及びAr2aは、それぞれ独立して置換又は非置換されたフェニル基、置換又は非置換されたナフチル基、置換又は非置換されたアントラセニル基、置換又は非置換されたフェナントレニル基、置換又は非置換されたピリジニル(pyridinyl)基、置換又は非置換されたピラジニル(pyridazinyl)基、置換又は非置換されたピリミジニル(pyrimidinyl)基、置換又は非置換されたピラジニル(pyrazinyl)基、置換又は非置換されたキノリニル(quinolinyl)基、置換又は非置換されたイソキノリニル(isoquinolinyl)基、置換又は非置換されたナフチリジニル(naphthyridinyl)基、置換又は非置換されたシノリニル(cinnolinyl)基、置換又は非置換されたキナゾリニル(quinazolinyl)基、置換又は非置換されたフタラジニル(phthalazinyl)基、置換又は非置換されたベンゾトリアジニル(benzotriazinyl)基、置換又は非置換されたピリドピラジニル(pyridopyrazinyl)基、置換又は非置換されたピリドピリミジニル(pyridopyrimidinyl)基及び置換又は非置換されたピリドピリダジニル(pyridopyridazinyl)基より選ばれ得る。 As an example, in Chemical Formula 1A, Ar 1a and Ar 2a are each independently a substituted or unsubstituted phenyl group, a substituted or unsubstituted naphthyl group, a substituted or unsubstituted anthracenyl group, or a substituted or unsubstituted anthracenyl group. phenanthrenyl group, substituted or unsubstituted pyridinyl group, substituted or unsubstituted pyridazinyl group, substituted or unsubstituted pyrimidinyl group, substituted or unsubstituted pyrazinyl group group, substituted or unsubstituted quinolinyl group, substituted or unsubstituted isoquinolinyl group, substituted or unsubstituted naphthyridinyl group, substituted or unsubstituted cinnolinyl group, Substituted or unsubstituted quinazolinyl group, substituted or unsubstituted phthalazinyl group, substituted or unsubstituted benzotriazinyl group, substituted or unsubstituted pyridopyrazinyl group base , substituted or unsubstituted pyridopyrimidinyl groups, and substituted or unsubstituted pyridopyridazinyl groups.

一例として、化学式1AのAr1a及びAr2aは、互いに融合して環を形成し、Ar1a及びAr2aは、例えば単結合、-(CRn2-(n2は1又は2)、-O-、-S-、-Se-、-N=、-NR-、-SiR-及び-GeR-より選ばれた一つで連結されて環を形成し得る。
ここで、R~Rは、それぞれ独立して水素、置換又は非置換されたC1~C30アルキル基、置換又は非置換されたC6~C30アリール基、置換又は非置換されたC3~C30ヘテロアリール基、置換又は非置換されたC1~C6アルコキシ基、ハロゲン又はシアノ基であり得る。
As an example, Ar 1a and Ar 2a of Chemical Formula 1A are fused to each other to form a ring, and Ar 1a and Ar 2a are, for example, a single bond, -(CR g R h ) n2 - (n2 is 1 or 2), They may be linked with one selected from -O-, -S-, -Se-, -N=, -NR i -, -SiR j R k - and -GeR l R m - to form a ring.
Here, R g to R m each independently represent hydrogen, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, or a substituted or unsubstituted C3 to C30 hetero group. It can be an aryl group, a substituted or unsubstituted C1-C6 alkoxy group, a halogen or a cyano group.

一例として、化学式1で表されるp型半導体は、例えば、下記に示す化学式1B-1又は1B-2で表される。

Figure 0007445411000002
Figure 0007445411000003
As an example, the p-type semiconductor represented by Chemical Formula 1 is represented by Chemical Formula 1B-1 or 1B-2 shown below.
Figure 0007445411000002
Figure 0007445411000003

上記化学式1B-1又は1B-2において、
は、Se、Te、O、S、SO、又はSOであり得、
Arは、置換又は非置換されたC6~C30アリーレン基、置換又は非置換されたC3~C30ヘテロ環基又はこれらより選ばれた二つ以上の融合環であり得、
~Rは、それぞれ独立して水素、重水素、置換又は非置換されたC1~C30アルキル基、置換又は非置換されたC1~C30アルコキシ基、置換又は非置換されたC6~C30アリール基、置換又は非置換されたC3~C30ヘテロアリール基、ハロゲン、シアノ基、シアノ含有基、及びこれらの組み合わせより選ばれ得、
Gは、単結合、-O-、-S-、-Se-、-N=、-(CR-、-NR-、-SiR-、-GeR-、-(C(R)=C(R))-、及びSnRより選ばれ、
ここでR、R、R、R、R、R、R、R、R、R及びRは、それぞれ独立して水素、ハロゲン、置換又は非置換されたC1~C10アルキル基、置換又は非置換されたC1~C10アルコキシ基及び置換又は非置換されたC6~C12アリール基より選ばれ得、
とR、RとR、RとR、RとR及びRとRは、それぞれ独立して存在するか、互いに連結されて環を形成し、
kは1又は2であり得、
は、O、S、Se、Te、及びC(R)(CN)(ここでRは水素、シアノ基(-CN)及びC1~C10アルキル基から選択される)より選ばれ得、
6a~R6d、R7a~R7d、R16、及びR17は、それぞれ独立して水素、置換又は非置換されたC1~C30アルキル基、置換又は非置換されたC6~C30アリール基、置換又は非置換されたC3~C30ヘテロアリール基、ハロゲン、シアノ基、シアノ含有基、及びこれらの組み合わせより選ばれ得、
6a~R6dは、それぞれ独立して存在するか互いに隣接する2個が互いに連結されて融合環を形成し得、
7a~R7dは、それぞれ独立して存在するか互いに隣接する2個が互いに連結されて融合環を形成し得る。
In the above chemical formula 1B-1 or 1B-2,
X 1 can be Se, Te, O, S, SO, or SO 2
Ar 3 may be a substituted or unsubstituted C6-C30 arylene group, a substituted or unsubstituted C3-C30 heterocyclic group, or a fused ring of two or more selected from these,
R 1 to R 3 are each independently hydrogen, deuterium, substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, substituted or unsubstituted C1 to C30 alkoxy group, substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl groups, substituted or unsubstituted C3-C30 heteroaryl groups, halogens, cyano groups, cyano-containing groups, and combinations thereof,
G is a single bond, -O-, -S-, -Se-, -N=, -(CR f R g ) k -, -NR h -, -SiR i R j -, -GeR k R l - , -(C(R m )=C(R n ))-, and SnR o R p ,
Here, R f , R g , R h , R i , R j , R k , R l , R m , R n , R o and R p each independently represent hydrogen, halogen, substituted or unsubstituted may be selected from C1-C10 alkyl groups, substituted or unsubstituted C1-C10 alkoxy groups and substituted or unsubstituted C6-C12 aryl groups,
R f and R g , R i and R j , R k and R l , R m and R n and R o and R p each exist independently or are connected to each other to form a ring,
k can be 1 or 2,
Y 2 may be selected from O, S, Se, Te, and C(R q )(CN), where R q is selected from hydrogen, a cyano group (-CN), and a C1-C10 alkyl group. ,
R 6a to R 6d , R 7a to R 7d , R16, and R17 are each independently hydrogen, substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, substituted or may be selected from unsubstituted C3-C30 heteroaryl groups, halogens, cyano groups, cyano-containing groups, and combinations thereof;
R 6a to R 6d may each exist independently or two adjacent ones may be connected to each other to form a fused ring;
R 7a to R 7d may each exist independently, or two adjacent groups may be connected to each other to form a fused ring.

一例として、化学式1B-1又は1B-2のArは、ベンゼン、ナフチレン、アントラセン、チオフェン、セレノフェン、テルロフェン、ピリジン、ピリミジン、又はこれらより選ばれた二つ以上の融合環であり得る。
n型半導体は、例えば、フラーレン又はフラーレン誘導体であり得るが、これに限定されるものではない。
For example, Ar 3 in Formula 1B-1 or 1B-2 may be benzene, naphthylene, anthracene, thiophene, selenophene, tellurophene, pyridine, pyrimidine, or a fused ring of two or more selected from these.
The n-type semiconductor may be, for example, fullerene or a fullerene derivative, but is not limited thereto.

光電変換層30は、p型半導体とn型半導体が、バルクヘテロ接合(bulk heterojunction)形態で混合された真性層(intrinsic layer,I層)であり得る。
この時、p型半導体とn型半導体は、約1:9~9:1の体積比で混合され得、前記範囲内で例えば約2:8~8:2の体積比で混合され得、前記範囲内で例えば約3:7~7:3の体積比で混合され得、前記範囲内で例えば約4:6~6:4の体積比で混合され得、前記範囲内で例えば約5:5の体積比で混合され得る。
光電変換層30は、前述したp型半導体を含むp型層と前述したn型半導体を含むn型層を含む二重層を含み得る。
この時、p型層とn型層の厚さ比は約1:9~9:1であり得、前記範囲内で例えば約2:8~8:2、約3:7~7:3、約4:6~6:4又は約5:5であり得る。
光電変換層30は、真性層の他に、p型層及び/又はn型層をさらに含み得る。
p型層は前述したp型半導体を含み得、n型層は前述したn型半導体を含み得る。
例えば、p型層/I層、I層/n型層、p型層/I層/n型層など多様な組み合わせで含まれ得る。
The photoelectric conversion layer 30 may be an intrinsic layer (I layer) in which a p-type semiconductor and an n-type semiconductor are mixed in a bulk heterojunction.
At this time, the p-type semiconductor and the n-type semiconductor may be mixed at a volume ratio of about 1:9 to 9:1, and within the above range, for example, at a volume ratio of about 2:8 to 8:2. Within the range, for example, in a volume ratio of about 3:7 to 7:3, within said range, for example, in a volume ratio of about 4:6 to 6:4, within said range, for example, about 5:5. can be mixed in a volume ratio of
The photoelectric conversion layer 30 may include a double layer including a p-type layer containing the aforementioned p-type semiconductor and an n-type layer containing the aforementioned n-type semiconductor.
At this time, the thickness ratio of the p-type layer and the n-type layer may be about 1:9 to 9:1, and within the above range, for example, about 2:8 to 8:2, about 3:7 to 7:3, It may be about 4:6 to 6:4 or about 5:5.
The photoelectric conversion layer 30 may further include a p-type layer and/or an n-type layer in addition to the intrinsic layer.
The p-type layer may include the p-type semiconductor described above, and the n-type layer may include the n-type semiconductor described above.
For example, the layers may be included in various combinations such as p-type layer/I layer, I layer/n-type layer, p-type layer/I layer/n-type layer, etc.

無機ナノ層40は、第1電極10と光電変換層30との間に配置され、例えば、第1電極10に当接している。
一例として、無機ナノ層40の一面は、第1電極10に当接しており、無機ナノ層40の他の一面は光電変換層30に当接している。
無機ナノ層40は、数ナノメートル厚さの非常に薄い薄膜であり得、例えば約5nm以下、例えば約3nm以下、例えば約2nm以下の厚さを有し得る。
無機ナノ層40は、例えば約1nm~5nm、約1nm~3nm、約1nm~2nmの厚さを有し得る。
The inorganic nanolayer 40 is arranged between the first electrode 10 and the photoelectric conversion layer 30, and is in contact with the first electrode 10, for example.
As an example, one surface of the inorganic nanolayer 40 is in contact with the first electrode 10, and the other surface of the inorganic nanolayer 40 is in contact with the photoelectric conversion layer 30.
The inorganic nanolayer 40 can be a very thin film, a few nanometers thick, such as having a thickness of about 5 nm or less, such as about 3 nm or less, such as about 2 nm or less.
Inorganic nanolayer 40 can have a thickness of, for example, about 1 nm to 5 nm, about 1 nm to 3 nm, about 1 nm to 2 nm.

無機ナノ層40は、第1電極10より低い仕事関数を有する無機物質を含み得る。
例えば、無機ナノ層40の仕事関数は、第1電極10の仕事関数より約0.5eV以上小さくてもよい。
例えば、第1電極10の仕事関数は、約4.5eV以上であり得、無機ナノ層40の仕事関数は、約4.0eV以下であり得る。
例えば、第1電極10の仕事関数は、約4.5eV以上であり得、無機ナノ層40の仕事関数は、約3.5eV以下であり得る。
例えば、第1電極10の仕事関数は、約4.5eV以上であり得、無機ナノ層40の仕事関数は、約3.0eV以下であり得る。
例えば、第1電極10の仕事関数は、約4.5eV以上であり得、無機ナノ層40の仕事関数は、約2.8eV以下であり得る。
例えば、第1電極10の仕事関数は、約4.5eV~5.0eVであり得、無機ナノ層40の仕事関数は、約1.5eV~4.0eV、約1.5eV~3.5eV、約1.5eV~3.0eV、約1.5eV~2.8eVであり得る。
Inorganic nanolayer 40 may include an inorganic material having a lower work function than first electrode 10 .
For example, the work function of the inorganic nanolayer 40 may be smaller than the work function of the first electrode 10 by about 0.5 eV or more.
For example, the work function of the first electrode 10 may be about 4.5 eV or more, and the work function of the inorganic nanolayer 40 may be about 4.0 eV or less.
For example, the work function of the first electrode 10 can be about 4.5 eV or more, and the work function of the inorganic nanolayer 40 can be about 3.5 eV or less.
For example, the work function of the first electrode 10 may be about 4.5 eV or more, and the work function of the inorganic nanolayer 40 may be about 3.0 eV or less.
For example, the work function of the first electrode 10 can be about 4.5 eV or more, and the work function of the inorganic nanolayer 40 can be about 2.8 eV or less.
For example, the work function of the first electrode 10 may be about 4.5 eV to 5.0 eV, and the work function of the inorganic nanolayer 40 may be about 1.5 eV to 4.0 eV, about 1.5 eV to 3.5 eV, It can be about 1.5 eV to 3.0 eV, about 1.5 eV to 2.8 eV.

一方、無機ナノ層40は、上述した仕事関数を満足すると同時に熱蒸着(thermal evaporation)により形成される物質で作られる。
このように、無機ナノ層40が熱蒸着によって形成されることによって無機ナノ層40の形成段階及び/又は後続工程で光電変換層30が熱的物理的損傷を受けることを防止することによって、光電変換層30の劣化による性能低下を防止することができる。
このような特性を満足できる無機物質として、例えばランタン族元素、カルシウム(Ca)、カリウム(K)、アルミニウム(Al)又はこれらの合金を含み得る。
ランタン族元素は、例えばイッテルビウム(Yb)を含み得る。
Meanwhile, the inorganic nanolayer 40 is made of a material that satisfies the above-mentioned work function and is formed by thermal evaporation.
In this way, since the inorganic nanolayer 40 is formed by thermal evaporation, the photovoltaic conversion layer 30 is prevented from being thermally and physically damaged in the step of forming the inorganic nanolayer 40 and/or in the subsequent process. Deterioration in performance due to deterioration of the conversion layer 30 can be prevented.
Inorganic substances that can satisfy such characteristics may include, for example, lanthanum group elements, calcium (Ca), potassium (K), aluminum (Al), or alloys thereof.
Lanthanum group elements may include, for example, ytterbium (Yb).

上述したように無機ナノ層40は、第1電極10と光電変換層30との間で第1電極10の表面に当接しており、第1電極10に比べて非常に薄い厚さを有し得る。
これにより、無機ナノ層40は、光電変換層30に対向する第1電極10の表面で第1電極10の表面処理層と同じ役割をすることができ、例えば、光電変換層30に対向する第1電極10の表面で第1電極10の有効仕事関数(effective workfunction)を調整する役割をすることができる。
ここで、有効仕事関数は、電気的特性が相違する二つの層が当接する構造で二つの層の界面における仕事関数であり得る。
第1電極10と光電変換層30との界面における第1電極10の有効仕事関数は、上述した非常に薄い厚さの無機ナノ層40により調整され得、例えば第1電極10と無機ナノ層40の複合仕事関数であり得る。
As described above, the inorganic nanolayer 40 is in contact with the surface of the first electrode 10 between the first electrode 10 and the photoelectric conversion layer 30, and has a very thin thickness compared to the first electrode 10. obtain.
Thereby, the inorganic nanolayer 40 can play the same role as the surface treatment layer of the first electrode 10 on the surface of the first electrode 10 facing the photoelectric conversion layer 30. The surface of the first electrode 10 may play a role in adjusting the effective work function of the first electrode 10 .
Here, the effective work function may be a work function at an interface between two layers in a structure in which two layers having different electrical properties are in contact with each other.
The effective work function of the first electrode 10 at the interface between the first electrode 10 and the photoelectric conversion layer 30 can be adjusted by the very thin inorganic nanolayer 40 described above, for example, the first electrode 10 and the inorganic nanolayer 40 can be a composite work function.

一例として、光電変換層30に対向する第1電極10の表面における有効仕事関数は、無機ナノ層40の影響によって第1電極10をなす透明導電体又は反射導電体の仕事関数と異なってもよく、例えば光電変換層30に対向する第1電極10の表面における有効仕事関数は、第1電極10をなす透明導電体又は反射導電体の仕事関数より小さくてもよい。
例えば、光電変換層30に対向する第1電極10の表面における有効仕事関数は、無機ナノ層40の仕事関数と同じであるか、無機ナノ層40の仕事関数と第1電極10の仕事関数の中間値であり得る。
As an example, the effective work function on the surface of the first electrode 10 facing the photoelectric conversion layer 30 may be different from the work function of the transparent conductor or reflective conductor forming the first electrode 10 due to the influence of the inorganic nanolayer 40. For example, the effective work function on the surface of the first electrode 10 facing the photoelectric conversion layer 30 may be smaller than the work function of the transparent conductor or reflective conductor forming the first electrode 10.
For example, the effective work function on the surface of the first electrode 10 facing the photoelectric conversion layer 30 is the same as the work function of the inorganic nanolayer 40, or the work function of the inorganic nanolayer 40 and the work function of the first electrode 10 are different. It can be an intermediate value.

一例として、第1電極10をなす透明導電体又は反射導電体の仕事関数と光電変換層30に対向する第1電極10の表面における有効仕事関数の差は、約0.5eV以上であり得る。
一例として、第1電極10をなす透明導電体又は反射導電体の仕事関数は、約4.5eV以上であり得、第1電極10の表面における有効仕事関数は、約4.0eV以下であり得る。
例えば、第1電極10をなす透明導電体又は反射導電体の仕事関数は、約4.5eV以上であり得、第1電極10の表面における有効仕事関数は、約3.5eV以下であり得る。
例えば、第1電極10をなす透明導電体又は反射導電体の仕事関数は、約4.5eV以上であり得、第1電極10の表面における有効仕事関数は、約3.0eV以下であり得る。
例えば、第1電極10をなす透明導電体又は反射導電体の仕事関数は、約4.5eV以上であり得、第1電極10の表面における有効仕事関数は、約2.8eV以下であり得る。
例えば、第1電極10をなす透明導電体又は反射導電体の仕事関数は、約4.5eV~5.0eVであり得、第1電極10の表面における有効仕事関数は、約1.5eV~4.0eV、約1.5eV~3.5eV、約1.5eV~3.0eV、約1.5eV~2.8eVであり得る。
For example, the difference between the work function of the transparent conductor or reflective conductor forming the first electrode 10 and the effective work function at the surface of the first electrode 10 facing the photoelectric conversion layer 30 may be about 0.5 eV or more.
For example, the work function of the transparent conductor or reflective conductor forming the first electrode 10 may be about 4.5 eV or more, and the effective work function at the surface of the first electrode 10 may be about 4.0 eV or less. .
For example, the work function of the transparent conductor or reflective conductor forming the first electrode 10 may be about 4.5 eV or more, and the effective work function at the surface of the first electrode 10 may be about 3.5 eV or less.
For example, the work function of the transparent conductor or reflective conductor forming the first electrode 10 may be about 4.5 eV or more, and the effective work function at the surface of the first electrode 10 may be about 3.0 eV or less.
For example, the work function of the transparent conductor or reflective conductor forming the first electrode 10 may be about 4.5 eV or more, and the effective work function at the surface of the first electrode 10 may be about 2.8 eV or less.
For example, the work function of the transparent conductor or reflective conductor forming the first electrode 10 may be approximately 4.5 eV to 5.0 eV, and the effective work function at the surface of the first electrode 10 may be approximately 1.5 eV to 4 eV. .0eV, about 1.5eV to 3.5eV, about 1.5eV to 3.0eV, about 1.5eV to 2.8eV.

このように光電変換層30に対向する第1電極10の表面における仕事関数を低くすることによって、光電変換層30から第1電極10に移動する電荷(例えば電子)の抽出を容易にして残留電荷(remaining charge carriers)を減らし、高い電荷抽出効率を示し得る。 By lowering the work function on the surface of the first electrode 10 facing the photoelectric conversion layer 30 in this way, it is easy to extract the charges (for example, electrons) that move from the photoelectric conversion layer 30 to the first electrode 10, thereby reducing the residual charge. (remaining charge carriers) and can exhibit high charge extraction efficiency.

光電変換素子100は、第1電極10又は第2電極20の一面に反射防止層(図示せず)をさらに含み得る。
反射防止層は、光が入射する側に配置され、入射光の反射度を低くすることによって光吸水度をさらに改善することができる。
例えば、第1電極10側に光が入射する場合、反射防止層は、第1電極10の一面に配置され得、第2電極20側に光が入射する場合、反射防止層は第2電極20の一面に配置され得る。
反射防止層は、例えば、約1.6~2.5の屈折率を有する物質を含み得、例えば前記範囲の屈折率を有する金属酸化物、金属硫化物及び有機物のうち少なくとも一つを含み得る。
The photoelectric conversion element 100 may further include an antireflection layer (not shown) on one surface of the first electrode 10 or the second electrode 20.
The antireflection layer is disposed on the side where light enters, and can further improve light absorption by lowering the degree of reflection of incident light.
For example, when light is incident on the first electrode 10 side, the antireflection layer may be disposed on one surface of the first electrode 10, and when light is incident on the second electrode 20 side, the antireflection layer may be disposed on the second electrode 20 side. can be placed on one side of the
The antireflection layer may include, for example, a material having a refractive index of about 1.6 to 2.5, and may include, for example, at least one of a metal oxide, a metal sulfide, and an organic material having a refractive index in the range. .

反射防止層は、例えば、アルミニウム含有酸化物、モリブデン含有酸化物、タングステン含有酸化物、バナジウム含有酸化物、レニウム含有酸化物、ニオビウム含有酸化物、タンタル含有酸化物、チタニウム含有酸化物、ニッケル含有酸化物、銅含有酸化物、コバルト含有酸化物、マンガン含有酸化物、クロム含有酸化物、テルリウム含有酸化物、又はこれらの組み合わせのような金属酸化物、亜鉛スルフィドのような金属硫化物、又はアミン誘導体のような有機物を含み得るが、これらに限定されるものではない。 The antireflection layer may be made of, for example, an aluminum-containing oxide, a molybdenum-containing oxide, a tungsten-containing oxide, a vanadium-containing oxide, a rhenium-containing oxide, a niobium-containing oxide, a tantalum-containing oxide, a titanium-containing oxide, a nickel-containing oxide metal oxides such as copper-containing oxides, cobalt-containing oxides, manganese-containing oxides, chromium-containing oxides, tellurium-containing oxides, or combinations thereof, metal sulfides such as zinc sulfide, or amine derivatives. may include, but are not limited to, organic substances such as.

光電変換素子100は、第1電極10又は第2電極20側から光が入射し、光電変換層30が所定波長領域の光を吸収すると内部で励起子(エキシトン)が生成される。
励起子(エキシトン)は、光電変換層30で正孔と電子に分離し、分離した正孔は第1電極10と第2電極20の内の一つであるアノード側に移動し、分離した電子は第1電極10と第2電極20の内の他の一つのカソード側に移動して電流が流れるようになる。
以下、本発明の他の実施形態による光電変換素子を説明する。
When light enters the photoelectric conversion element 100 from the first electrode 10 or second electrode 20 side, and the photoelectric conversion layer 30 absorbs light in a predetermined wavelength range, excitons are generated inside.
Excitons are separated into holes and electrons in the photoelectric conversion layer 30, and the separated holes move to the anode side, which is one of the first electrode 10 and the second electrode 20, and the separated electrons moves to the cathode side of the other one of the first electrode 10 and the second electrode 20, and a current begins to flow.
Photoelectric conversion elements according to other embodiments of the present invention will be described below.

図2は、本発明の他の実施形態による光電変換素子の概略構成を示す断面図である。
図2を参照すると、本発明の実施形態による光電変換素子200は、前述した実施形態と同様に第1電極10、第2電極20、光電変換層30、及び無機ナノ層40を含む。
しかし、本実施形態による光電変換素子200は、前述した実施形態とは異なり、第2電極20と光電変換層30との間に電荷補助層45をさらに含む。
電荷補助層45は、光電変換層30から分離した電荷(例えば正孔)の移動を容易にして効率を上げることができる。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a photoelectric conversion element according to another embodiment of the present invention.
Referring to FIG. 2, a photoelectric conversion device 200 according to an embodiment of the present invention includes a first electrode 10, a second electrode 20, a photoelectric conversion layer 30, and an inorganic nanolayer 40, similar to the embodiments described above.
However, unlike the above-described embodiments, the photoelectric conversion device 200 according to the present embodiment further includes a charge auxiliary layer 45 between the second electrode 20 and the photoelectric conversion layer 30.
The charge auxiliary layer 45 facilitates the movement of charges (for example, holes) separated from the photoelectric conversion layer 30, thereby increasing efficiency.

電荷補助層45は、例えば有機物、無機物、又は有無機物を含み得る。
有機物は、正孔又は電子特性を有する有機化合物であり得、無機物は、例えば、モリブデン酸化物、タングステン酸化物、ニッケル酸化物のような金属酸化物であり得る。
電荷補助層45は、例えば、可視光線領域の光を実質的に吸収しない可視光非吸収物質を含み得、例えば可視光非吸収有機物質であり得る。
Charge assist layer 45 may include, for example, organic, inorganic, or inorganic materials.
The organic material may be an organic compound with hole or electronic properties, and the inorganic material may be a metal oxide, such as molybdenum oxide, tungsten oxide, nickel oxide.
The charge auxiliary layer 45 may include, for example, a visible light non-absorbing material that does not substantially absorb light in the visible light range, and may be, for example, a visible light non-absorbing organic material.

一例として、可視光非吸収物質は、下記に示す化学式2A又は2Bで表される化合物であり得るが、これに限定されるものではない。

Figure 0007445411000004
Figure 0007445411000005
As an example, the visible light non-absorbing substance may be a compound represented by the chemical formula 2A or 2B shown below, but is not limited thereto.
Figure 0007445411000004
Figure 0007445411000005

化学式2A又は2Bにおいて、
及びMは、それぞれ独立してCR、SiR、NR、O、S、Se、又はTeであり、
Ar1b、Ar2b、Ar3b、及びAr4bは、それぞれ独立して置換又は非置換されたC6~C30アリール基又は置換又は非置換されたC3~C30ヘテロアリール基であり、
及びGは、それぞれ独立して単結合、-(CRn3-、-O-、-S-、-Se-、-N=、-NR-、-SiR-、又は-GeR-であり、ここでn3は、1又は2であり、
30~R37及びR~Rは、それぞれ独立して水素、置換又は非置換されたC1~C30アルキル基、置換又は非置換されたC6~C30アリール基、置換又は非置換されたC3~C30ヘテロ環基、置換又は非置換されたC1~C6アルコキシ基、ハロゲン又はシアノ基である。
In chemical formula 2A or 2B,
M 1 and M 2 are each independently CR n R o , SiR p R q , NR r , O, S, Se, or Te;
Ar 1b , Ar 2b , Ar 3b , and Ar 4b are each independently a substituted or unsubstituted C6-C30 aryl group or a substituted or unsubstituted C3-C30 heteroaryl group,
G 2 and G 3 are each independently a single bond, -(CR s R t ) n3 -, -O-, -S-, -Se-, -N=, -NR u -, -SiR v R w -, or -GeR x R y -, where n3 is 1 or 2,
R 30 to R 37 and R n to R y are each independently hydrogen, substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, substituted or unsubstituted C3 -C30 heterocyclic group, substituted or unsubstituted C1-C6 alkoxy group, halogen or cyano group.

一例として、可視光非吸収物質は、下記に示す化学式2A-1又は2B-1で表される化合物であり得るが、これに限定されるものではない。

Figure 0007445411000006
Figure 0007445411000007
As an example, the visible light non-absorbing substance may be a compound represented by the chemical formula 2A-1 or 2B-1 shown below, but is not limited thereto.
Figure 0007445411000006
Figure 0007445411000007

化学式2A-1又は2B-1において、
、M、G、G、R30~R37は、前述したとおりであり、
38~R45は、それぞれ独立して水素、置換又は非置換されたC1~C30アルキル基、置換又は非置換されたC6~C30アリール基、置換又は非置換されたC3~C30ヘテロアリール基、置換又は非置換されたC1~C6アルコキシ基、ハロゲン又はシアノ基であり得る。
In chemical formula 2A-1 or 2B-1,
M 1 , M 2 , G 2 , G 3 , R 30 to R 37 are as described above,
R 38 to R 45 are each independently hydrogen, a substituted or unsubstituted C1 to C30 alkyl group, a substituted or unsubstituted C6 to C30 aryl group, a substituted or unsubstituted C3 to C30 heteroaryl group, It can be a substituted or unsubstituted C1-C6 alkoxy group, halogen or cyano group.

一例として、可視光非吸収物質は、下記に示す化学式2A-1a又は2B-1aで表される化合物であり得るが、これに限定されるものではない。

Figure 0007445411000008
Figure 0007445411000009
化学式2A-1a又は2B-1aにおいて、R38~R45及びR及びRは、前述したとおりである。 As an example, the visible light non-absorbing substance may be a compound represented by the chemical formula 2A-1a or 2B-1a shown below, but is not limited thereto.
Figure 0007445411000008
Figure 0007445411000009
In Chemical Formula 2A-1a or 2B-1a, R 38 to R 45 and R o and R n are as described above.

前述した光電変換素子(100、200)は、多様な電子装置に適用し得、例えば太陽電池、有機センサ、光検出器及び光センサなどに適用できるが、これに限定されるものではない。
光電変換素子(100、200)は、例えば、有機センサに適用し得、例えば、有機センサの一例であるイメージセンサに適用することができる。
以下、上述した光電変換素子を適用したイメージセンサの一例について図面を参照して説明する。
ここではイメージセンサの一例として有機CMOSイメージセンサについて説明する。
The photoelectric conversion elements (100, 200) described above can be applied to various electronic devices, such as solar cells, organic sensors, photodetectors, and optical sensors, but are not limited thereto.
The photoelectric conversion element (100, 200) can be applied to, for example, an organic sensor, and can be applied to, for example, an image sensor that is an example of an organic sensor.
Hereinafter, an example of an image sensor to which the above-described photoelectric conversion element is applied will be described with reference to the drawings.
Here, an organic CMOS image sensor will be described as an example of an image sensor.

図3は、本発明の一実施形態による有機CMOSイメージセンサの概略構成を示す断面図である。
図3を参照すると、本発明の一実施形態によるイメージセンサ300は、半導体基板110、絶縁層80、光電変換素子100、及び色フィルタ層70を含む。
FIG. 3 is a sectional view showing a schematic configuration of an organic CMOS image sensor according to an embodiment of the present invention.
Referring to FIG. 3, an image sensor 300 according to an embodiment of the present invention includes a semiconductor substrate 110, an insulating layer 80, a photoelectric conversion element 100, and a color filter layer 70.

半導体基板110は、シリコン基板であり得、転送トランジスタ(図示せず)及び電荷ストレージ55が集積されている。
転送トランジスタ及び/又は電荷ストレージ55は、各画素ごとに集積されている。
電荷ストレージ55は、光電変換素子100と電気的に接続される。
半導体基板110の上には、また、金属配線(図示せず)及びパッド(図示せず)が形成される。
金属配線及びパッドは、信号遅延を減らすために低い比抵抗を有する金属、例えばアルミニウム(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)、及びこれらの合金で作られるが、これらに限定されるものではない。
The semiconductor substrate 110 may be a silicon substrate, with a transfer transistor (not shown) and a charge storage 55 integrated therein.
A transfer transistor and/or charge storage 55 is integrated for each pixel.
Charge storage 55 is electrically connected to photoelectric conversion element 100.
Metal wiring (not shown) and pads (not shown) are also formed on the semiconductor substrate 110.
Metal traces and pads are made of metals with low resistivity to reduce signal delay, such as, but not limited to, aluminum (Al), copper (Cu), silver (Ag), and alloys thereof. isn't it.

金属配線及びパッドの上には絶縁層80が形成される。
絶縁層80は、酸化ケイ素及び/又は窒化ケイ素のような無機絶縁物質、又はSiC、SiCOH、SiCO、及びSiOFのような低誘電率(low K)物質で作られる。
絶縁層80は、電荷ストレージ55を露出するトレンチ85を有する。
トレンチ85は、充電材で満たされている。
An insulating layer 80 is formed over the metal wiring and pads.
Insulating layer 80 is made of inorganic insulating materials such as silicon oxide and/or silicon nitride, or low dielectric constant (low K) materials such as SiC, SiCOH, SiCO, and SiOF.
Insulating layer 80 has trenches 85 that expose charge storage 55 .
Trench 85 is filled with charging material.

絶縁層80の上には前述した光電変換素子100が形成される。
光電変換素子100は、前述したように第1電極10、第2電極20、光電変換層30、及び無機ナノ層40を含む。
第2電極20は、受光電極(light-receiving electrode)であり、第1電極10は電荷ストレージ55と接続される。
図3では図1に示す光電変換素子100を例示したが、図2に示す光電変換素子200も同様に適用することができる。
光電変換素子(100、200)に対する説明は前述したとおりである。
The photoelectric conversion element 100 described above is formed on the insulating layer 80.
The photoelectric conversion element 100 includes the first electrode 10, the second electrode 20, the photoelectric conversion layer 30, and the inorganic nanolayer 40, as described above.
The second electrode 20 is a light-receiving electrode, and the first electrode 10 is connected to the charge storage 55 .
Although the photoelectric conversion element 100 shown in FIG. 1 is illustrated in FIG. 3, the photoelectric conversion element 200 shown in FIG. 2 can also be applied in the same manner.
The photoelectric conversion elements (100, 200) have been described above.

光電変換素子100の上には色フィルタ層70が形成される。
色フィルタ層70は、青画素に形成される青フィルタ70a、赤画素に形成される赤フィルタ70b、及び緑画素に形成される緑フィルタ70cを含む。
しかし、これに限定されず、シアンフィルタ、マゼンタフィルタ、及び/又はイエローフィルタを青フィルタ70a、赤フィルタ70b、及び緑フィルタ70cの内の少なくとも一つに代わって含むか、青フィルタ70a、赤フィルタ70b、及び緑フィルタ70cに追加してさらに含み得る。
光電変換素子100と色フィルタ層70との間には絶縁膜(図示せず)が追加で形成される。
A color filter layer 70 is formed on the photoelectric conversion element 100.
The color filter layer 70 includes a blue filter 70a formed on a blue pixel, a red filter 70b formed on a red pixel, and a green filter 70c formed on a green pixel.
However, the present invention is not limited thereto, and may include a cyan filter, a magenta filter, and/or a yellow filter instead of at least one of the blue filter 70a, the red filter 70b, and the green filter 70c, or the blue filter 70a, the red filter 70b and the green filter 70c.
An insulating film (not shown) is additionally formed between the photoelectric conversion element 100 and the color filter layer 70.

色フィルタ層70の上には集光レンズ(図示せず)がさらに形成される。
集光レンズは、入射光の方向を制御して光を一つの地点に集める。
集光レンズは、例えば、シリンダ形又は半球形であり得るが、これらに限定されるものではない。
A condenser lens (not shown) is further formed on the color filter layer 70.
A condensing lens controls the direction of incident light and focuses the light on one point.
The condenser lens may be, for example, cylindrical or hemispherical, but is not limited thereto.

図4は、本発明の他の実施形態による有機CMOSイメージセンサの概略構成を示す断面図である。
図4を参照すると、本発明の一実施形態によるイメージセンサ400は、前述した実施形態と同様に、半導体基板110、絶縁層80、光電変換素子100、及び色フィルタ層70を含む。
具体的な説明は前述したとおりである。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of an organic CMOS image sensor according to another embodiment of the present invention.
Referring to FIG. 4, an image sensor 400 according to an embodiment of the present invention includes a semiconductor substrate 110, an insulating layer 80, a photoelectric conversion element 100, and a color filter layer 70, similar to the embodiments described above.
The specific explanation is as described above.

しかし、本実施形態によるイメージセンサ400は、前述した実施形態とは異なり、第1電極10と第2電極20の配置が変わっている。
すなわち、第1電極10は受光電極であり、第2電極20は電荷ストレージ55と接続される。
図4では図1の光電変換素子100が積層された構造を例示的に示すが、図2の光電変換素子200が積層された構造も同様に適用することができる。
光電変換素子(100、200)に対する説明は前述したとおりである。
However, the image sensor 400 according to this embodiment is different from the above-described embodiments in that the arrangement of the first electrode 10 and the second electrode 20 is different.
That is, the first electrode 10 is a light receiving electrode, and the second electrode 20 is connected to the charge storage 55.
Although FIG. 4 exemplarily shows a structure in which the photoelectric conversion elements 100 in FIG. 1 are stacked, the structure in which the photoelectric conversion elements 200 in FIG. 2 are stacked can be similarly applied.
The photoelectric conversion elements (100, 200) have been described above.

図5は、本発明の一実施形態による有機CMOSイメージセンサを概略的に示す平面図であり、図6は、図5の有機CMOSイメージセンサの概略構成を示す断面図である。
図5及び図6を参照すると、本発明の一実施形態によるイメージセンサ500は、光感知素子(50a、50b)、転送トランジスタ(図示せず)、及び電荷ストレージ55が集積されている半導体基板110、下部絶縁層60、色フィルタ層70、上部絶縁層80及び、前述した光電変換素子100を含む。
FIG. 5 is a plan view schematically showing an organic CMOS image sensor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the organic CMOS image sensor of FIG.
Referring to FIGS. 5 and 6, an image sensor 500 according to an embodiment of the present invention includes a semiconductor substrate 110 on which a photo-sensing element (50a, 50b), a transfer transistor (not shown), and a charge storage 55 are integrated. , a lower insulating layer 60, a color filter layer 70, an upper insulating layer 80, and the photoelectric conversion element 100 described above.

半導体基板110は、シリコン基板であり、光感知素子(50a、50b)、転送トランジスタ(図示せず)、及び電荷ストレージ55が集積される。
光感知素子(50a、50b)は、光ダイオード(photodiode)であり得る。
光感知素子(50a、50b)、転送トランジスタ、及び/又は電荷ストレージ55は、各画素ごとに集積されてもよく、一例として、図に示すように光感知素子(50a、50b)は、青画素及び赤画素にそれぞれ含まれ、電荷ストレージ55は緑画素に含まれ得る。
光感知素子(50a、50b)は、光をセンシングし、センシングした情報は転送トランジスタによって伝達され、電荷ストレージ55は光電変換素子100の第1電極10に電気的に接続されており、電荷ストレージ55の情報は転送トランジスタによって伝達される。
The semiconductor substrate 110 is a silicon substrate, on which photo-sensing elements (50a, 50b), transfer transistors (not shown), and charge storage 55 are integrated.
The light sensing elements (50a, 50b) may be photodiodes.
A photo-sensing element (50a, 50b), a transfer transistor, and/or a charge storage 55 may be integrated for each pixel; by way of example, as shown in the figure, the photo-sensing element (50a, 50b) is a blue pixel. and red pixels, respectively, and charge storage 55 may be included in the green pixels.
The photo-sensing elements (50a, 50b) sense light, the sensed information is transmitted by the transfer transistor, and the charge storage 55 is electrically connected to the first electrode 10 of the photoelectric conversion element 100, and the charge storage 55 information is transmitted by the transfer transistor.

半導体基板110の上には、また、金属配線(図示せず)及びパッド(図示せず)が形成される。
金属配線及びパッドは、信号遅延を減らすために低い比抵抗を有する金属、例えば、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)、及びこれらの合金で作られるが、これらに限定されるものではない。
しかし、上記構造に限定されず、金属配線及びパッドが光感知素子(50a、50b)の下部に配置されてもよい。
Metal wiring (not shown) and pads (not shown) are also formed on the semiconductor substrate 110.
Metal traces and pads are made of metals with low resistivity to reduce signal delay, such as, but not limited to, aluminum (Al), copper (Cu), silver (Ag), and alloys thereof. It's not a thing.
However, the structure is not limited to the above structure, and metal wiring and pads may be disposed under the photo-sensing elements (50a, 50b).

金属配線及びパッドの上には、下部絶縁層60が形成される。
下部絶縁層60は、酸化ケイ素及び/又は窒化ケイ素のような無機絶縁物質、又はSiC、SiCOH、SiCO、及びSiOFのような低誘電率(low K)物質で作られる。
下部絶縁層60は、電荷ストレージ55を露出するトレンチ85を有する。
トレンチ85は、充電材で満たされている。
A lower insulating layer 60 is formed on the metal wiring and pads.
The lower insulating layer 60 is made of an inorganic insulating material such as silicon oxide and/or silicon nitride, or a low dielectric constant (low K) material such as SiC, SiCOH, SiCO, and SiOF.
Lower insulating layer 60 has trenches 85 that expose charge storage 55 .
Trench 85 is filled with charging material.

下部絶縁層60の上には、色フィルタ層70が形成される。
色フィルタ層70は、青画素に形成されている青フィルタ70aと赤画素に形成されている赤フィルタ70bを含む。
本実施形態では緑フィルタを備えていない例を説明しているが、場合によっては緑フィルタを備えることもできる。
また、シアンフィルタ、マゼンタフィルタ、及び/又はイエローフィルタを、青フィルタ70a及び/又は赤フィルタ70bに代えて含むか、青フィルタ70a及び赤フィルタ70bに追加してさらに含み得る。
A color filter layer 70 is formed on the lower insulating layer 60 .
The color filter layer 70 includes a blue filter 70a formed in the blue pixel and a red filter 70b formed in the red pixel.
Although this embodiment describes an example without a green filter, it is also possible to include a green filter depending on the case.
Further, a cyan filter, a magenta filter, and/or a yellow filter may be included instead of the blue filter 70a and/or the red filter 70b, or may be further included in addition to the blue filter 70a and the red filter 70b.

色フィルタ層70の上には、上部絶縁層80が形成される。
上部絶縁層80は、色フィルタ層70による段差をなくして平坦化する。
上部絶縁層80及び下部絶縁層60は、パッドを露出する接触口(図示せず)と緑画素の電荷ストレージ55を露出するトレンチ85を有する。
An upper insulating layer 80 is formed on the color filter layer 70 .
The upper insulating layer 80 is flattened by eliminating the step caused by the color filter layer 70.
The upper insulating layer 80 and the lower insulating layer 60 have contact holes (not shown) exposing the pads and trenches 85 exposing the charge storage 55 of the green pixel.

上部絶縁層80の上には、前述した光電変換素子100が形成される。
光電変換素子100は、前述したように第1電極10、第2電極20、光電変換層30、及び無機ナノ層40を含む。
第2電極20は受光電極であり、第1電極10は電荷ストレージ55と接続される。
The photoelectric conversion element 100 described above is formed on the upper insulating layer 80.
The photoelectric conversion element 100 includes the first electrode 10, the second electrode 20, the photoelectric conversion layer 30, and the inorganic nanolayer 40, as described above.
The second electrode 20 is a light receiving electrode, and the first electrode 10 is connected to the charge storage 55 .

図6では図1の光電変換素子100が積層された構造を例示的に示すが、図2の光電変換素子200が積層された構造も同様に適用することができる。
光電変換素子(100、200)に対する説明は前述したとおりである。
光電変換素子100の上には集光レンズ(図示せず)がさらに形成される。
集光レンズは、入射光の方向を制御して光を一つの地点で集める。
集光レンズは、例えば、シリンダ形又は半球形であり得るが、これらに限定されるものではない。
Although FIG. 6 exemplarily shows a structure in which the photoelectric conversion elements 100 in FIG. 1 are stacked, the structure in which the photoelectric conversion elements 200 in FIG. 2 are stacked can be similarly applied.
The photoelectric conversion elements (100, 200) have been described above.
A condenser lens (not shown) is further formed on the photoelectric conversion element 100.
A condenser lens controls the direction of incident light and focuses the light at one point.
The condenser lens may be, for example, cylindrical or hemispherical, but is not limited thereto.

図7は、図5の有機CMOSイメージセンサの他の例の概略構成を示す断面図である。
図7を参照すると、本実施形態によるイメージセンサ600は前述した実施形態と同様に光感知素子(50a、50b)、転送トランジスタ(図示せず)及び電荷ストレージ55が集積されている半導体基板110、下部絶縁層60、色フィルタ層70、上部絶縁層80及び光電変換素子100を含む。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of another example of the organic CMOS image sensor shown in FIG.
Referring to FIG. 7, the image sensor 600 according to the present embodiment includes a semiconductor substrate 110 on which photo-sensing elements (50a, 50b), a transfer transistor (not shown), and a charge storage 55 are integrated, as in the previous embodiments. It includes a lower insulating layer 60, a color filter layer 70, an upper insulating layer 80, and a photoelectric conversion element 100.

しかし、本実施形態によるイメージセンサ600は、前述した実施形態とは異なり、第1電極10と第2電極20の位置が変わっている。
すなわち第1電極10は受光電極であり、第2電極20は電荷ストレージ55と接続される。
図7では図1の光電変換素子100が積層された構造を例示的に示すが、図2の光電変換素子200が積層された構造も同様に適用することができる。
However, the image sensor 600 according to this embodiment is different from the above-described embodiments in that the positions of the first electrode 10 and the second electrode 20 are different.
That is, the first electrode 10 is a light receiving electrode, and the second electrode 20 is connected to the charge storage 55.
Although FIG. 7 exemplarily shows a structure in which the photoelectric conversion elements 100 in FIG. 1 are stacked, the structure in which the photoelectric conversion elements 200 in FIG. 2 are stacked can be similarly applied.

図8は、図5の有機CMOSイメージセンサのさらに他の例の概略構成を示す断面図である。
本実施形態によるイメージセンサ700は、前述した実施形態と同様に光感知素子(50a、50b)、転送トランジスタ(図示せず)及び電荷ストレージ55が集積されている半導体基板110、トレンチ85を有する上部絶縁層80、及び光電変換素子100を含む。
FIG. 8 is a sectional view showing a schematic configuration of still another example of the organic CMOS image sensor shown in FIG.
The image sensor 700 according to the present embodiment includes a semiconductor substrate 110 in which photo-sensing elements (50a, 50b), a transfer transistor (not shown), and a charge storage 55 are integrated, and an upper portion having a trench 85, similar to the above-described embodiments. It includes an insulating layer 80 and a photoelectric conversion element 100.

しかし、本実施形態によるイメージセンサ700は、前述した実施形態とは異なり、光感知素子(50a、50b)が垂直方向に積層されており、色フィルタ層70が省略されている。
光感知素子(50a、50b)は、電荷ストレージ(図示せず)と電気的に接続されており、転送トランジスタによって伝達される。
光感知素子(50a、50b)は、積層深さに応じて各波長領域の光を選択的に吸収することができる。
図8では図1の光電変換素子100が積層された構造を例示的に示すが、図2の光電変換素子200が積層された構造も同様に適用することができる。
However, the image sensor 700 according to the present embodiment differs from the above-described embodiments in that the photo-sensing elements (50a, 50b) are stacked vertically, and the color filter layer 70 is omitted.
The photo-sensing elements (50a, 50b) are electrically connected to a charge storage (not shown) and transferred by a transfer transistor.
The photo-sensing elements (50a, 50b) can selectively absorb light in each wavelength range depending on the lamination depth.
Although FIG. 8 exemplarily shows a structure in which the photoelectric conversion elements 100 in FIG. 1 are stacked, the structure in which the photoelectric conversion elements 200 in FIG. 2 are stacked can be similarly applied.

図9は、図5の有機CMOSイメージセンサのさらに他の例の概略構成を示す断面図である。
図9を参照すると、本実施形態によるイメージセンサ800は、前述した実施形態と同様に光感知素子(50a、50b)、転送トランジスタ(図示せず)及び電荷ストレージ55が集積されている半導体基板110、トレンチ85を有する上部絶縁層80、及び光電変換素子100を含む。
FIG. 9 is a sectional view showing a schematic configuration of still another example of the organic CMOS image sensor shown in FIG.
Referring to FIG. 9, an image sensor 800 according to the present embodiment includes a semiconductor substrate 110 on which photo-sensing elements (50a, 50b), transfer transistors (not shown), and charge storage 55 are integrated, similar to the above-described embodiments. , an upper insulating layer 80 having a trench 85, and a photoelectric conversion element 100.

しかし、本実施形態によるイメージセンサ800は、前述した実施形態とは異なり、第1電極10と第2電極20の位置が変わっている。
すなわち第1電極10は受光電極であり、第2電極20は電荷ストレージ55と接続される。
図9では図1の光電変換素子100が積層された構造を例示的に示すが、図2の光電変換素子200が積層された構造も同様に適用することができる。
However, the image sensor 800 according to this embodiment is different from the above-described embodiments in that the positions of the first electrode 10 and the second electrode 20 are different.
That is, the first electrode 10 is a light receiving electrode, and the second electrode 20 is connected to the charge storage 55.
Although FIG. 9 exemplarily shows a structure in which the photoelectric conversion elements 100 in FIG. 1 are stacked, a structure in which the photoelectric conversion elements 200 in FIG. 2 are stacked can be similarly applied.

図10は、さらに他の実施形態による有機CMOSイメージセンサを概略的に示す平面図であり、図11は、図10の有機CMOSイメージセンサの概略構成の一例を示す断面図である。
本実施形態による有機CMOSイメージセンサ900は、緑波長領域の光を選択的に吸収する緑光電変換素子、青波長領域の光を選択的に吸収する青光電変換素子、及び赤波長領域の光を選択的に吸収する赤光電変換素子が積層される構造である。
FIG. 10 is a plan view schematically showing an organic CMOS image sensor according to still another embodiment, and FIG. 11 is a cross-sectional view showing an example of a schematic configuration of the organic CMOS image sensor of FIG. 10.
The organic CMOS image sensor 900 according to this embodiment includes a green photoelectric conversion element that selectively absorbs light in the green wavelength range, a blue photoelectric conversion element that selectively absorbs light in the blue wavelength range, and a blue photoelectric conversion element that selectively absorbs light in the red wavelength range. It has a structure in which selectively absorbing red photoelectric conversion elements are stacked.

本実施形態による有機CMOSイメージセンサ900は、半導体基板110、下部絶縁層60、中間絶縁層65、上部絶縁層80、第1光電変換素子100a、第2光電変換素子100b、及び第3光電変換素子100cを含む。
半導体基板110は、シリコン基板であり得、転送トランジスタ(図示せず)及び電荷ストレージ(55a、55b、55c)が集積される。
半導体基板110の上には金属配線(図示せず)及びパッド(図示せず)が形成され、金属配線及びパッドの上には下部絶縁層60が形成される。
下部絶縁層60の上には第1光電変換素子100aが形成される。
The organic CMOS image sensor 900 according to this embodiment includes a semiconductor substrate 110, a lower insulating layer 60, an intermediate insulating layer 65, an upper insulating layer 80, a first photoelectric conversion element 100a, a second photoelectric conversion element 100b, and a third photoelectric conversion element. Contains 100c.
The semiconductor substrate 110 may be a silicon substrate, in which transfer transistors (not shown) and charge storage (55a, 55b, 55c) are integrated.
A metal wiring (not shown) and a pad (not shown) are formed on the semiconductor substrate 110, and a lower insulating layer 60 is formed on the metal wiring and the pad.
A first photoelectric conversion element 100a is formed on the lower insulating layer 60.

第1光電変換素子100aは、互いに対向する第1電極10aと第2電極20a、第1電極10aと第2電極20aとの間に配置される光電変換層30a及び無機ナノ層40aを含む。
第1電極10a、第2電極20a、光電変換層30a、及び無機ナノ層40aは、前述したとおりであり、光電変換層30aは、赤、青、及び緑の内のいずれか一つの波長領域の光を選択的に吸収することができる。
例えば、第1光電変換素子100aは赤光電変換素子である。
第2電極20aは受光電極であり、第1電極10aは電荷ストレージ55aと接続される。
The first photoelectric conversion element 100a includes a first electrode 10a and a second electrode 20a facing each other, a photoelectric conversion layer 30a and an inorganic nano layer 40a arranged between the first electrode 10a and the second electrode 20a.
The first electrode 10a, the second electrode 20a, the photoelectric conversion layer 30a, and the inorganic nanolayer 40a are as described above, and the photoelectric conversion layer 30a has a wavelength range of one of red, blue, and green. It can selectively absorb light.
For example, the first photoelectric conversion element 100a is a red photoelectric conversion element.
The second electrode 20a is a light receiving electrode, and the first electrode 10a is connected to a charge storage 55a.

第1光電変換素子100aの上には中間絶縁層65が形成される。
中間絶縁層65の上には第2光電変換素子100bが形成されている。
第2光電変換素子100bは、互いに対向する第1電極10bと第2電極20b、第1電極10bと第2電極20bとの間に配置される光電変換層30b、及び無機ナノ層40bを含む。
第1電極10b、第2電極20b、光電変換層30b、及び無機ナノ層40bは前述したとおりであり、光電変換層30bは、赤、青、及び緑の内のいずれか一つの波長領域の光を選択的に吸収することができる。
例えば、第2光電変換素子100bは青光電変換素子である。
第2電極20bは受光電極であり、第1電極10bは電荷ストレージ55bと接続される。
An intermediate insulating layer 65 is formed on the first photoelectric conversion element 100a.
A second photoelectric conversion element 100b is formed on the intermediate insulating layer 65.
The second photoelectric conversion element 100b includes a first electrode 10b and a second electrode 20b facing each other, a photoelectric conversion layer 30b disposed between the first electrode 10b and the second electrode 20b, and an inorganic nanolayer 40b.
The first electrode 10b, the second electrode 20b, the photoelectric conversion layer 30b, and the inorganic nanolayer 40b are as described above. can be selectively absorbed.
For example, the second photoelectric conversion element 100b is a blue photoelectric conversion element.
The second electrode 20b is a light receiving electrode, and the first electrode 10b is connected to the charge storage 55b.

第2光電変換素子100bの上には上部絶縁層80が形成される。
下部絶縁層60、中間絶縁層65、及び上部絶縁層80は、電荷ストレージ(55a、55b、55c)を露出する複数の貫通口を有する。
An upper insulating layer 80 is formed on the second photoelectric conversion element 100b.
The lower insulating layer 60, the middle insulating layer 65, and the upper insulating layer 80 have a plurality of through holes exposing charge storage (55a, 55b, 55c).

上部絶縁層80の上には第3光電変換素子100cが形成される。
第3光電変換素子100cは、互いに対向する第1電極10cと第2電極20c、第1電極10cと第2電極20cとの間に配置される光電変換層30c、及び無機ナノ層40cを含む。
第1電極10c、第2電極20c、光電変換層30c、及び無機ナノ層40cは前述したとおりであり、光電変換層30cは、赤、青、及び緑の内のいずれか一つの波長領域の光を選択的に吸収することができる。
例えば、第3光電変換素子100cは緑光電変換素子であり、前述した光電変換素子100を適用することができる。
第2電極20cは、受光電極であり、第1電極10cは電荷ストレージ55cと接続される。
A third photoelectric conversion element 100c is formed on the upper insulating layer 80.
The third photoelectric conversion element 100c includes a first electrode 10c and a second electrode 20c facing each other, a photoelectric conversion layer 30c disposed between the first electrode 10c and the second electrode 20c, and an inorganic nanolayer 40c.
The first electrode 10c, the second electrode 20c, the photoelectric conversion layer 30c, and the inorganic nanolayer 40c are as described above. can be selectively absorbed.
For example, the third photoelectric conversion element 100c is a green photoelectric conversion element, and the above-described photoelectric conversion element 100 can be applied thereto.
The second electrode 20c is a light receiving electrode, and the first electrode 10c is connected to a charge storage 55c.

光電変換素子100cの上には集光レンズ(図示せず)がさらに形成され得る。
集光レンズは、入射光の方向を制御して光を一つの地点に集める。
集光レンズは、例えば、シリンダ形又は半球形であり得るが、これらに限定されるものではない。
A condenser lens (not shown) may further be formed on the photoelectric conversion element 100c.
A condensing lens controls the direction of incident light and focuses the light on one point.
The condenser lens may be, for example, cylindrical or hemispherical, but is not limited thereto.

図では、第1光電変換素子100a、第2光電変換素子100b、及び第3光電変換素子100cとして図1の光電変換素子100を例示的に示すが、図2に示す光電変換素子200も同様に適用することができる。
図では、第1光電変換素子100a、第2光電変換素子100b、及び第3光電変換素子100cが順次に積層された構造を示すが、これに限定されず積層順序は多様に変更することができる。
上記のように、互いに異なる波長領域の光を吸収する第1光電変換素子100a、第2光電変換素子100b、及び第3光電変換素子100cが積層された構造を有することによって、イメージセンサの大きさをさらに減らして小型化イメージセンサを実現することができる。
In the figure, the photoelectric conversion element 100 of FIG. 1 is illustrated as a first photoelectric conversion element 100a, a second photoelectric conversion element 100b, and a third photoelectric conversion element 100c, but the photoelectric conversion element 200 shown in FIG. Can be applied.
Although the figure shows a structure in which the first photoelectric conversion element 100a, the second photoelectric conversion element 100b, and the third photoelectric conversion element 100c are sequentially stacked, the stacking order is not limited to this and can be changed in various ways. .
As described above, by having the structure in which the first photoelectric conversion element 100a, the second photoelectric conversion element 100b, and the third photoelectric conversion element 100c that absorb light in different wavelength regions are stacked, the size of the image sensor can be reduced. It is possible to further reduce this and realize a miniaturized image sensor.

図12は、図10の有機CMOSイメージセンサの概略構成の他の例を示す断面図である。
図12を参照すると、本実施形態による有機CMOSイメージセンサ1000は、前述した実施形態と同様に半導体基板110、下部絶縁層60、中間絶縁層65、上部絶縁層80、第1光電変換素子100a、第2光電変換素子100b、及び第3光電変換素子100cを含む。
しかし、前述した実施形態とは異なり、第1光電変換素子100a、第2光電変換素子100b、及び第3光電変換素子100cの第1電極10と第2電極20の位置が変わっている。
すなわち第1電極(10a、10b、10c)は受光電極であり、第2電極(20a、20b、20c)は、電荷ストレージ(55a、55b、55c)と接続される。
FIG. 12 is a sectional view showing another example of the schematic configuration of the organic CMOS image sensor shown in FIG. 10.
Referring to FIG. 12, the organic CMOS image sensor 1000 according to the present embodiment includes a semiconductor substrate 110, a lower insulating layer 60, an intermediate insulating layer 65, an upper insulating layer 80, a first photoelectric conversion element 100a, It includes a second photoelectric conversion element 100b and a third photoelectric conversion element 100c.
However, unlike the embodiment described above, the positions of the first electrode 10 and the second electrode 20 of the first photoelectric conversion element 100a, the second photoelectric conversion element 100b, and the third photoelectric conversion element 100c are changed.
That is, the first electrodes (10a, 10b, 10c) are light receiving electrodes, and the second electrodes (20a, 20b, 20c) are connected to charge storage (55a, 55b, 55c).

図13は、本発明のさらに他の実施形態による有機CMOSイメージセンサを概略的に示す平面図であり、図14は、図13の有機CMOSイメージセンサの概略構成の一例を示す断面図である。
図13及び14を参照すると、有機CMOSイメージセンサ1100は、半導体基板110の上に配置される光電変換素子90を含み、光電変換素子90は複数の光電変換素子(90-1、90-2、90-3)を含む。
FIG. 13 is a plan view schematically showing an organic CMOS image sensor according to still another embodiment of the present invention, and FIG. 14 is a cross-sectional view showing an example of a schematic configuration of the organic CMOS image sensor of FIG. 13.
Referring to FIGS. 13 and 14, an organic CMOS image sensor 1100 includes a photoelectric conversion element 90 disposed on a semiconductor substrate 110, and the photoelectric conversion element 90 includes a plurality of photoelectric conversion elements (90-1, 90-2, 90-3).

複数の光電変換素子(90-1、90-2、90-3)は、互いに異なる波長領域の光(例えば青光、緑光、又は赤光)を電気的信号に変換し得る。
図14を参照すると、複数の光電変換素子(90-1、90-2、90-3)は、半導体基板110の上で水平方向に並んで配列され、半導体基板110の表面110aに並んでいるように延長した方向に互いに部分的に又は全体的に重なっている。
各光電変換素子(90-1、90-2、90-3)は、トレンチ85を介して半導体基板110内に集積された電荷ストレージ55に接続される。
各光電変換素子(90-1、90-2、90-3)は、前述した光電変換素子(100、200)の内の一つであり得る。
The plurality of photoelectric conversion elements (90-1, 90-2, 90-3) can convert light in different wavelength ranges (for example, blue light, green light, or red light) into electrical signals.
Referring to FIG. 14, a plurality of photoelectric conversion elements (90-1, 90-2, 90-3) are arranged horizontally on the semiconductor substrate 110 and lined up on the surface 110a of the semiconductor substrate 110. They partially or completely overlap each other in the extended direction.
Each photoelectric conversion element (90-1, 90-2, 90-3) is connected to charge storage 55 integrated within semiconductor substrate 110 via trench 85.
Each photoelectric conversion element (90-1, 90-2, 90-3) may be one of the photoelectric conversion elements (100, 200) described above.

一例として、二つ以上の光電変換素子(90-1、90-2、90-3)は、光電変換素子(90-1、90-2、90-3)の間で連続して延長する共通の連続層の相違する部分を含む。
一例として、複数の光電変換素子(90-1、90-2、90-3)は、共通の第1電極10及び/又は共通の第2電極20を共有する。
一例として、二つ以上の光電変換素子(90-2、90-2、90-3)は、入射光の相違する波長領域の光を吸収できる相違する光電変換層30を有する。
一例として、二つ以上の光電変換素子(90-1、90-2、90-3)は、相違する構成の無機ナノ層40を含む。
有機CMOSイメージセンサ1100のその他の構造は、図3~12で説明した有機CMOSイメージの内の一つ以上と同じであり得る。
As an example, two or more photoelectric conversion elements (90-1, 90-2, 90-3) have a common comprising different portions of successive layers of.
As an example, a plurality of photoelectric conversion elements (90-1, 90-2, 90-3) share a common first electrode 10 and/or a common second electrode 20.
As an example, two or more photoelectric conversion elements (90-2, 90-2, 90-3) have different photoelectric conversion layers 30 that can absorb incident light in different wavelength regions.
As an example, two or more photoelectric conversion elements (90-1, 90-2, 90-3) include inorganic nanolayers 40 with different configurations.
Other structures of the organic CMOS image sensor 1100 may be the same as one or more of the organic CMOS images described in FIGS. 3-12.

図15は、本発明の実施形態による有機CMOSイメージセンサの概略構成の他の例を示す断面図である。
図15を参照すると、有機CMOSイメージセンサ1200は、半導体基板110と半導体基板110の上に積層されている光電変換素子(90-1、91)を含む。
光電変換素子91は、複数の光電変換素子(90-2、90-3)を含み、複数の光電変換素子(90-2、90-3)は、半導体基板110の表面110aに並んでいるように延長する方向に重なるように配列される。
FIG. 15 is a sectional view showing another example of the schematic configuration of the organic CMOS image sensor according to the embodiment of the present invention.
Referring to FIG. 15, an organic CMOS image sensor 1200 includes a semiconductor substrate 110 and photoelectric conversion elements (90-1, 91) stacked on the semiconductor substrate 110.
The photoelectric conversion element 91 includes a plurality of photoelectric conversion elements (90-2, 90-3), and the plurality of photoelectric conversion elements (90-2, 90-3) are arranged on the surface 110a of the semiconductor substrate 110. They are arranged so that they overlap in the direction of extension.

複数の光電変換素子(90-1、90-2、90-3)は、互いに異なる波長領域の光(例えば青光、緑光、又は赤光)を電気的信号に光電変換し得る。
一例として、光電変換素子(91)は、互いに異なる波長領域の光を吸収できる水平配列された複数の光電変換素子(90-2、90-3)を含む。
一例として、光電変換素子91は、青光、緑光、及び赤光より選ばれた一つの波長領域の光を光電変換する。
一例として、光電変換素子91は、光電変換素子(90-1)と全体的に、又は部分的に重畳している。
有機CMOSイメージセンサ1200のその他の構造は、図3~12で説明した有機CMOSイメージの内の一つ以上と同じであり得る。
The plurality of photoelectric conversion elements (90-1, 90-2, 90-3) can photoelectrically convert light in different wavelength ranges (for example, blue light, green light, or red light) into electrical signals.
As an example, the photoelectric conversion element (91) includes a plurality of horizontally arranged photoelectric conversion elements (90-2, 90-3) that can absorb light in different wavelength regions.
As an example, the photoelectric conversion element 91 photoelectrically converts light in one wavelength range selected from blue light, green light, and red light.
As an example, the photoelectric conversion element 91 completely or partially overlaps with the photoelectric conversion element (90-1).
Other structures of organic CMOS image sensor 1200 may be the same as one or more of the organic CMOS images described in FIGS. 3-12.

図16は、本発明の実施形態による有機CMOSイメージセンサの概略構成のさらに他の例を示す断面図である。
図16を参照すると、有機CMOSイメージセンサ1300は、光感知素子(50a、50b)、転送トランジスタ(図示せず)及び電荷ストレージ55が集積されている半導体基板110、半導体基板110の上部に配置される上部絶縁層80、及び色フィルタ層70、半導体基板110の下部に位置する下部絶縁層60及び光電変換素子90を含む。
光電変換素子90は前述した光電変換素子(100、200)であり得る。
FIG. 16 is a cross-sectional view showing still another example of the schematic configuration of the organic CMOS image sensor according to the embodiment of the present invention.
Referring to FIG. 16, an organic CMOS image sensor 1300 includes a semiconductor substrate 110 on which a photo-sensing element (50a, 50b), a transfer transistor (not shown), and a charge storage 55 are integrated, and is arranged on the semiconductor substrate 110. The semiconductor substrate 110 includes an upper insulating layer 80 and a color filter layer 70 , a lower insulating layer 60 located under a semiconductor substrate 110 , and a photoelectric conversion element 90 .
The photoelectric conversion element 90 may be the photoelectric conversion element (100, 200) described above.

図16において、光電変換素子90は、半導体基板110の下部に位置することによって光感知素子(50a、50b)に対して光電変換素子90と色フィルタ層70は分離して配置される。
有機CMOSイメージセンサ1300のその他の構造は、図3~12で説明した有機CMOSイメージのうち一つ以上と同じであり得る。
上述した光電変換素子及びイメージセンサを含む有機センサは、それぞれ多様な電子装置に適用され得、例えば、モバイルフォン、デジタルカメラなどに適用できるが、これらに限定されるものではない。
In FIG. 16, the photoelectric conversion element 90 is located under the semiconductor substrate 110, so that the photoelectric conversion element 90 and the color filter layer 70 are arranged separately from the photosensitive elements (50a, 50b).
Other structures of the organic CMOS image sensor 1300 may be the same as one or more of the organic CMOS images described in FIGS. 3-12.
The organic sensors including the photoelectric conversion elements and image sensors described above can be applied to various electronic devices, such as mobile phones, digital cameras, etc., but are not limited thereto.

図17は、本発明の一実施形態による電子装置の概略的な構成を示す図である。
図17を参照すると、電子装置1700は、バス(bus)1710を介して電気的に接続されたプロセッサ1720、メモリ1730、及び有機CMOSイメージセンサ1740を含む。
有機CMOSイメージセンサ1740は、前述した実施形態によるものの内のいずれか一つであり得る。
非一時的なコンピュータ読み取り可能媒体であるメモリ1730は、指示プログラムを保存する。
プロセッサ1720は、一つ以上の機能を実行するために保存された指示プログラムを実行する。
一例として、プロセッサ1720は、有機CMOSイメージセンサ1740により生成された電気的信号を処理する。
プロセッサ1720は、このような処理に基づいて、出力(例えば、ディスプレイインターフェース上に表示されるイメージ)を生成する。
FIG. 17 is a diagram showing a schematic configuration of an electronic device according to an embodiment of the present invention.
Referring to FIG. 17, an electronic device 1700 includes a processor 1720, a memory 1730, and an organic CMOS image sensor 1740 electrically connected via a bus 1710.
Organic CMOS image sensor 1740 may be one according to the embodiments described above.
Memory 1730, which is a non-transitory computer readable medium, stores the instruction program.
Processor 1720 executes stored instruction programs to perform one or more functions.
In one example, processor 1720 processes electrical signals generated by organic CMOS image sensor 1740.
Processor 1720 generates output (eg, an image displayed on a display interface) based on such processing.

以下、下記に示す実施例により上述した実施形態をより詳細に説明する。
ただし、下記の実施例は、単に説明の目的のためのものであり、権利範囲を制限するものではない。
Hereinafter, the above-described embodiments will be explained in more detail with reference to Examples shown below.
However, the following examples are merely for illustrative purposes and are not intended to limit the scope of rights.

<実施例1>
ガラス基板の上にITOをスパッタリングで積層して150nm厚さのアノードを形成する。
次いで、アノードの上に下記に示す化学式Aで表される化合物を蒸着して5nm厚さの電荷補助層を形成する。
次いで、電荷補助層の上に下記に示す化学式B-1で表されるp型半導体(λmax:545nm)とフラーレン(C60)であるn型半導体を1:1体積比で共蒸着して100nm厚さの光電変換層を形成する。
次いで、光電変換層の上にYb(WF:2.6eV)を熱蒸着して1.5nm厚さの無機ナノ層を形成する。
次いで、無機ナノ層の上にITO(WF:4.7eV)をスパッタリングして7nm厚さのカソードを形成する。
次いで、カソードの上に酸化アルミニウム(Al)を蒸着して50nm厚さの反射防止層を形成してガラス板で封止して光電変換素子を製作する。

Figure 0007445411000010
Figure 0007445411000011
<Example 1>
ITO is laminated on a glass substrate by sputtering to form a 150 nm thick anode.
Next, a compound represented by the following chemical formula A is deposited on the anode to form a charge assisting layer having a thickness of 5 nm.
Next, on the charge auxiliary layer, a p-type semiconductor (λ max : 545 nm) represented by the chemical formula B-1 shown below and an n-type semiconductor which is fullerene (C60) are co-evaporated at a volume ratio of 1:1 to form a 100 nm layer. Form a thick photoelectric conversion layer.
Next, Yb (WF: 2.6 eV) is thermally evaporated onto the photoelectric conversion layer to form an inorganic nanolayer with a thickness of 1.5 nm.
Then, ITO (WF: 4.7 eV) is sputtered onto the inorganic nanolayer to form a 7 nm thick cathode.
Next, aluminum oxide (Al 2 O 3 ) is deposited on the cathode to form a 50 nm thick anti-reflection layer and sealed with a glass plate to fabricate a photoelectric conversion element.
Figure 0007445411000010
Figure 0007445411000011

<比較例1>
無機ナノ層を形成しないことを除いては、実施例1と同様の方法により光電変換素子を製作する。
<Comparative example 1>
A photoelectric conversion element is manufactured by the same method as in Example 1 except that an inorganic nanolayer is not formed.

<実施例2>
p型半導体とn型半導体を1.2:1の体積比で共蒸着して90nm厚さの光電変換層を形成したことを除いては実施例1と同様の方法により光電変換素子を製作する。
<Example 2>
A photoelectric conversion element was manufactured in the same manner as in Example 1, except that a 90 nm thick photoelectric conversion layer was formed by co-evaporating a p-type semiconductor and an n-type semiconductor at a volume ratio of 1.2:1. .

<比較例2>
無機ナノ層を形成しないことを除いては実施例2と同様の方法により光電変換素子を製作する。
<Comparative example 2>
A photoelectric conversion element is manufactured by the same method as in Example 2 except that an inorganic nanolayer is not formed.

<実施例3>
p型半導体とn型半導体を2.5:1の体積比で共蒸着して80nm厚さの光電変換層を形成したことを除いては実施例1と同様の方法により光電変換素子を製作する。
<Example 3>
A photoelectric conversion element was manufactured by the same method as in Example 1, except that a photoelectric conversion layer with a thickness of 80 nm was formed by co-evaporating a p-type semiconductor and an n-type semiconductor at a volume ratio of 2.5:1. .

<比較例3>
無機ナノ層を形成しないことを除いては実施例3と同様の方法により光電変換素子を製作する。
<Comparative example 3>
A photoelectric conversion element is manufactured by the same method as in Example 3 except that an inorganic nanolayer is not formed.

≪評価I≫
実施例と比較例による光電変換素子の残留電子(remaining electrons)の特性を評価する。
残留電子の特性は、1フレーム(frame)で光電変換された電荷が信号処理に用いられず残っており、次のフレームで以前のフレームの電荷が読まれる電荷の量をいい、実施例と比較例による光電変換素子に光電変換が起き得る波長領域の光を一定時間照射し、光を消した後、「Keithley 2400」装置で、10-6秒単位で測定される電流量から評価する。
≪Evaluation I≫
Characteristics of remaining electrons of photoelectric conversion devices according to Examples and Comparative Examples will be evaluated.
The characteristics of residual electrons refer to the amount of charge that is photoelectrically converted in one frame and remains unused for signal processing, and the charge of the previous frame is read in the next frame, and is compared with the example. The photoelectric conversion element according to the example is irradiated with light in a wavelength range in which photoelectric conversion can occur for a certain period of time, and after the light is turned off, evaluation is made from the amount of current measured in units of 10 −6 seconds using a “Keithley 2400” device.

その結果は、表1~3のとおりである。

Figure 0007445411000012
Figure 0007445411000013
Figure 0007445411000014
表1~3を参照すると、無機ナノ層を含む実施例による光電変換素子は、無機ナノ層を含まなかった比較例による光電変換素子と比較して残留電子の特性が改善されたことを確認することができる。 The results are shown in Tables 1 to 3.
Figure 0007445411000012
Figure 0007445411000013
Figure 0007445411000014
Referring to Tables 1 to 3, it is confirmed that the photoelectric conversion device according to the example including the inorganic nanolayer has improved characteristics of residual electrons compared to the photoelectric conversion device according to the comparative example that does not include the inorganic nanolayer. be able to.

≪評価II≫
実施例と比較例による光電変換素子の光電変換効率を評価する。
光電変換効率(EQE)は、400nm~720nm波長領域で「Incident Photon to Current Efficiency」(IPCE)方法で評価する。
≪Evaluation II≫
The photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion elements according to Examples and Comparative Examples will be evaluated.
Photoelectric conversion efficiency (EQE) is evaluated by the "Incident Photon to Current Efficiency" (IPCE) method in the wavelength range of 400 nm to 720 nm.

その結果は、表4及び5のとおりである。

Figure 0007445411000015
Figure 0007445411000016
表4、5を参照すると、実施例による光電変換素子は比較例による光電変換素子と比較して等しいか改善された光電変換効率を示すことを確認することができる。 The results are shown in Tables 4 and 5.
Figure 0007445411000015
Figure 0007445411000016
Referring to Tables 4 and 5, it can be confirmed that the photoelectric conversion device according to the example has the same or improved photoelectric conversion efficiency as compared to the photoelectric conversion device according to the comparative example.

≪評価III≫
実施例と比較例による光電変換素子を適用した有機CMOSイメージセンサを設計して有機CMOSイメージセンサのYSNR10を評価する。
有機CMOSイメージセンサのYSNR10は、信号とノイズの比率(signal/noise)が10になる照度(単位:lux)であり、ここで信号はFDTD(finite difference time domainmethod)方法で計算されたRGB源信号(RGB raw signal)を色補正マトリックス(color correctionmatrix:CCM)による色補正段階を経て得た信号の感度であり、ノイズは有機CMOSイメージセンサで信号を測定するとき発生するノイズである。
色補正段階は、有機CMOSイメージセンサから得たRGB源信号に対しイメージプロセッシングを行って実際の色との差を減らす工程である。
YSNR10値が小さいほど低い照度でイメージ特性が良好であることを意味する。
≪Evaluation III≫
An organic CMOS image sensor to which the photoelectric conversion elements according to Examples and Comparative Examples are applied is designed, and the YSNR10 of the organic CMOS image sensor is evaluated.
YSNR10 of an organic CMOS image sensor is the illuminance (unit: lux) at which the signal/noise ratio is 10, where the signal is an RGB source signal calculated by the FDTD (finite difference time domain method) method. (RGB raw signal) is the sensitivity of a signal obtained through a color correction stage using a color correction matrix (CCM), and noise is noise generated when measuring a signal with an organic CMOS image sensor.
The color correction step is a process of performing image processing on the RGB source signals obtained from the organic CMOS image sensor to reduce the difference from the actual color.
The smaller the YSNR10 value, the better the image characteristics at low illuminance.

その結果は、表6のとおりである。

Figure 0007445411000017
表6を参照すると、実施例による光電変換素子は比較例による光電変換素子と比較してYSNR10が低くなることを確認することができ、これから有機CMOSイメージセンサの感度が改善される可能性があることを予想することができる。 The results are shown in Table 6.
Figure 0007445411000017
Referring to Table 6, it can be confirmed that the photoelectric conversion element according to the example has a lower YSNR10 than the photoelectric conversion element according to the comparative example, and there is a possibility that the sensitivity of the organic CMOS image sensor will be improved in the future. can be predicted.

尚、本発明は、上述の実施形態に限られるものではない。本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments. Various modifications can be made without departing from the technical scope of the present invention.

10、10a、10b、10c 第1電極
20、20a、20b、20c 第2電極
30、30a、30b、30c 光電変換層
40、40a、40b、40c 無機ナノ層
45 電荷補助層
50a、50b、50c 光感知素子
55、55a、55b、55c 電荷ストレージ
60 下部絶縁層
65 中間絶縁層
70 色フィルタ層
70a、70b、70c (青、赤、緑)フィルタ
80 (上部)絶縁層
85 トレンチ
90、91、100、200 光電変換素子
100a、100b、100c (第1~第3)光電変換素子
110 半導体基板
300、400、500、600、700、800 イメージセンサ
900、1000、1100、1200、1300、1740 有機CMOSイメージセンサ
1700 電子装置
1710 バス(bus)
1720 プロセッサ
1730 メモリ
10, 10a, 10b, 10c First electrode 20, 20a, 20b, 20c Second electrode 30, 30a, 30b, 30c Photoelectric conversion layer 40, 40a, 40b, 40c Inorganic nano layer 45 Charge auxiliary layer 50a, 50b, 50c Light Sensing element 55, 55a, 55b, 55c Charge storage 60 Lower insulating layer 65 Intermediate insulating layer 70 Color filter layer 70a, 70b, 70c (Blue, Red, Green) filter 80 (Top) Insulating layer 85 Trench 90, 91, 100, 200 Photoelectric conversion elements 100a, 100b, 100c (first to third) photoelectric conversion elements 110 Semiconductor substrate 300, 400, 500, 600, 700, 800 Image sensor 900, 1000, 1100, 1200, 1300, 1740 Organic CMOS image sensor 1700 Electronic equipment 1710 Bus
1720 Processor 1730 Memory

Claims (19)

互いに対向する第1電極及び第2電極と、
前記第1電極と前記第2電極との間に配置され、少なくとも一部の波長領域の光を吸収して電気的信号に変換させる光電変換層と、
前記第1電極と前記光電変換層との間に配置され、ランタン族元素を含む無機ナノ層と、を有し、
前記ランタン族元素は、イッテルビウム(Yb)を含むことを特徴とする光電変換素子。
A first electrode and a second electrode facing each other,
a photoelectric conversion layer disposed between the first electrode and the second electrode, which absorbs light in at least a part of the wavelength range and converts it into an electrical signal;
an inorganic nanolayer disposed between the first electrode and the photoelectric conversion layer and containing a lanthanum group element ;
A photoelectric conversion element , wherein the lanthanum group element includes ytterbium (Yb) .
前記無機ナノ層は、前記第1電極に当接していることを特徴とする請求項1に記載の光電変換素子。 The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the inorganic nanolayer is in contact with the first electrode. 前記無機ナノ層の一面は、前記第1電極に当接しており、
前記無機ナノ層の他の一面は、前記光電変換層に当接していることを特徴とする請求項1に記載の光電変換素子。
One surface of the inorganic nanolayer is in contact with the first electrode,
The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the other surface of the inorganic nanolayer is in contact with the photoelectric conversion layer.
前記第1電極は、光透過度80%以上の透明電極であるか、又は光透過度10%未満の反射電極であることを特徴とする請求項1に記載の光電変換素子。 The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the first electrode is a transparent electrode with a light transmittance of 80% or more, or a reflective electrode with a light transmittance of less than 10%. 前記透明電極は、酸化物導電体又は炭素導電体の内の少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項4に記載の光電変換素子。 5. The photoelectric conversion element according to claim 4 , wherein the transparent electrode includes at least one of an oxide conductor and a carbon conductor. 前記無機ナノ層の厚さは、5nm以下であることを特徴とする請求項1に記載の光電変換素子。 The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the inorganic nanolayer has a thickness of 5 nm or less. 前記無機ナノ層の厚さは、2nm以下であることを特徴とする請求項1に記載の光電変換素子。 The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the inorganic nanolayer has a thickness of 2 nm or less. 前記第1電極はカソードであり、前記第2電極はアノードであることを特徴とする請求項1に記載の光電変換素子。 The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the first electrode is a cathode and the second electrode is an anode. 光透過度80%以上の透明導電体又は光透過度10%未満の反射導電体を含む第1電極と、
前記第1電極の上に配置され、少なくとも一部の波長領域の光を吸収して電気信号に変換させる光電変換層と、
前記光電変換層の上に配置される第2電極と、を有し、
前記光電変換層と対向する前記第1電極の表面は、厚さ5nm以下の無機ナノ層で覆われ、
前記光電変換層と対向する前記第1電極の表面における有効仕事関数は、前記透明導電体又は前記反射導電体の仕事関数より小さく、
前記無機ナノ層は、無機物質を含み、
前記無機物質は、ランタン族元素を含み、前記ランタン族元素は、イッテルビウム(Yb)を含むことを特徴とする光電変換素子。
a first electrode containing a transparent conductor with a light transmittance of 80% or more or a reflective conductor with a light transmittance of less than 10%;
a photoelectric conversion layer disposed on the first electrode and absorbing light in at least a part of the wavelength range and converting it into an electrical signal;
a second electrode disposed on the photoelectric conversion layer,
The surface of the first electrode facing the photoelectric conversion layer is covered with an inorganic nanolayer with a thickness of 5 nm or less,
The effective work function at the surface of the first electrode facing the photoelectric conversion layer is smaller than the work function of the transparent conductor or the reflective conductor,
The inorganic nanolayer includes an inorganic substance,
A photoelectric conversion element , wherein the inorganic substance includes a lanthanum group element, and the lanthanum group element includes ytterbium (Yb) .
前記透明導電体又は前記反射導電体の仕事関数と前記光電変換層と対向する前記第1電極の表面における有効仕事関数との差は、0.5eV以上であることを特徴とする請求項9に記載の光電変換素子。 Claim 9, wherein the difference between the work function of the transparent conductor or the reflective conductor and the effective work function at the surface of the first electrode facing the photoelectric conversion layer is 0.5 eV or more. The photoelectric conversion element described. 前記透明導電体又は前記反射導電体の仕事関数は、4.5eV以上であり、
前記光電変換層と対向する前記第1電極の表面における有効仕事関数は、4.0eV以下であることを特徴とする請求項9に記載の光電変換素子。
The work function of the transparent conductor or the reflective conductor is 4.5 eV or more,
10. The photoelectric conversion element according to claim 9 , wherein an effective work function on the surface of the first electrode facing the photoelectric conversion layer is 4.0 eV or less.
前記光電変換層と対向する前記第1電極の表面における有効仕事関数は、3.0eV以下であることを特徴とする請求項11に記載の光電変換素子。 12. The photoelectric conversion element according to claim 11 , wherein an effective work function on the surface of the first electrode facing the photoelectric conversion layer is 3.0 eV or less. 前記透明導電体は、酸化物導電体又は炭素導電体を含むことを特徴とする請求項9に記載の光電変換素子。 The photoelectric conversion element according to claim 9 , wherein the transparent conductor includes an oxide conductor or a carbon conductor. 前記無機ナノ層は、2nm以下の厚さを有することを特徴とする請求項9に記載の光電変換素子。 The photoelectric conversion element according to claim 9 , wherein the inorganic nanolayer has a thickness of 2 nm or less. 前記第1電極はカソードであり、前記第2電極はアノードであることを特徴とする請求項9に記載の光電変換素子。 10. The photoelectric conversion element according to claim 9, wherein the first electrode is a cathode and the second electrode is an anode. 請求項1乃至15のいずれか一項に記載の光電変換素子を有することを特徴とする電子装置。 An electronic device comprising the photoelectric conversion element according to claim 1 . 請求項1乃至15のいずれか一項に記載の光電変換素子を有することを特徴とする有機センサ。 An organic sensor comprising the photoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 15 . 前記有機センサは、有機CMOSイメージセンサであることを特徴とする請求項17に記載の有機センサ。 The organic sensor according to claim 17 , wherein the organic sensor is an organic CMOS image sensor. 請求項17に記載の有機センサを含むことを特徴とする電子装置。 An electronic device comprising the organic sensor according to claim 17 .
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