[發明專利]光電轉換元件和固體攝像裝置

在審

• 申請號: 202010731351.5
• 申請日: 2016-05-19
• 公開（公告）號: CN112002809A
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發明（設計）人: 長谷川雄大;松澤伸行;尾花良哲;竹村一郎;中山典一;下川雅美;山口哲司;八木巖;茂木英昭
• 申請（專利權）人: 索尼半導體解決方案公司
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/46;H01L27/30
• 代理公司: 北京信慧永光知識產權代理有限責任公司 11290
• 代理人: 陳睆;曹正建

根據本發明一個實施方式的光電轉換元件，其包括：相互面對的第一電極和第二電極；以及光電轉換層，所述光電轉換層被設置在所述第一電極和所述第二電極之間，且還包括具有互不相同的母體骨架的第一有機半導體材料、第二有機半導體材料和第三有機半導體材料。所述第一有機半導體材料是富勒烯或富勒烯衍生物。所述第二有機半導體材料在單層膜形式下在可見光區域內的極大光吸收波長的線吸收系數高于所述第一有機半導體材料的單層膜和所述第三有機半導體材料的單層膜在可見光區域內的極大光吸收波長的線吸收系數。所述第三有機半導體材料的HOMO能級是在所述第二有機半導體材料的HOMO能級以上的值。

本申請是申請日為2016年5月19日、發明名稱為“光電轉換元件和固體攝像裝置”的申請號為201680029802.2的專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及使用例如有機半導體的光電轉換元件和包括該光電轉換元件的固體攝像裝置。

背景技術

近年來，在諸如CCD(電荷耦合裝置；Charge Coupled Device)圖像傳感器和CMOS(互補金屬氧化物半導體；Complementary Metal Oxide Semiconductor)圖像傳感器等固體攝像裝置中，像素尺寸的縮小已經加快了。像素尺寸的縮小使得入射至單位像素中的光子數減少了，從而導致了靈敏度的降低和信噪比的降低。此外，在將包括紅色、綠色和藍色的原色顏色濾光片在內的二維陣列顏色濾光片用于彩色化(colorization)的情況下，在紅色像素中，顏色濾光片會吸收綠色光和藍色光，導致靈敏度降低。此外，為了生成各顏色信號，執行了像素的插值處理，這就會產生所謂的偽色。

因此，例如，專利文獻1公開了一種使用具有多層結構的有機光電轉換膜的圖像傳感器，在該圖像傳感器中，對藍色光(B)有靈敏度的有機光電轉換膜、對綠色光(G)有靈敏度的有機光電轉換膜和對紅色光(R)有靈敏度的有機光電轉換膜依次層疊著。在該圖像傳感器中，從一個像素中分別提取B、G和R的信號，以實現靈敏度的提高。專利文獻2公開了一種攝像元件：其中，形成有由一層構成的有機光電轉換膜，并且從該有機光電轉換膜提取一種顏色的信號，且通過硅(Si)體分光法來提取兩種顏色的信號。

引用文獻列表

專利文獻

專利文獻1：日本專利申請特開：第2003-234460號

專利文獻2：日本專利申請特開：第2005-303266號

發明內容

在專利文獻2所披露的攝像元件中，入射光的大部分能夠被光電轉換并且被讀取，這就導致了可見光的使用效率接近100％。此外，各個光接收器獲得R、G和B三種顏色的顏色信號，使得能夠產生具有高靈敏度和高分辨率的圖像(偽色是不可見的)。因此，令人期望地，這種層疊式攝像元件具有優異的光譜形狀。此外，還令人期望地，該層疊式攝像元件實現了與光的通/斷相關聯的光電流的上升或下降所必需的快速響應時間(高的響應性)，并且實現了更高的外部量子效率(EQE(external quantum efficiency))。然而，在改善了光譜形狀、響應性和EQE中的一個或兩個特性的情況下，也存在著其他特性變劣的問題。

本發明期望提供能夠實現優異的光譜形狀、高的響應性和高的外部量子效率的光電轉換元件和固體攝像裝置。

根據本發明一個實施方式，一種光電轉換元件包括：相互面對的第一電極和第二電極；以及光電轉換層，所述光電轉換層被設置在所述第一電極和所述第二電極之間，且還包括具有互不相同的母體骨架的第一有機半導體材料、第二有機半導體材料和第三有機半導體材料。在所述光電轉換元件中，所述第一有機半導體材料是富勒烯或富勒烯衍生物；所述第二有機半導體材料在單層膜形式下在可見光區域內的極大光吸收波長的線吸收系數高于所述第一有機半導體材料的單層膜和所述第三有機半導體材料的單層膜在可見光區域內的極大光吸收波長的線吸收系數；而且，所述第三有機半導體材料的HOMO能級是在所述第二有機半導體材料的HOMO能級以上的值。