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JP2018195683A - Sold state imaging device - Google Patents

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JP2018195683A JP2017097852A JP2017097852A JP2018195683A JP 2018195683 A JP2018195683 A JP 2018195683A JP 2017097852 A JP2017097852 A JP 2017097852A JP 2017097852 A JP2017097852 A JP 2017097852A JP 2018195683 A JP2018195683 A JP 2018195683A
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Japan
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photoelectric conversion
solid
state imaging
imaging device
layer
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JP2017097852A
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Japanese (ja)
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香里 櫻井
Kaori Sakurai
香里 櫻井
崇志 山本
Takashi Yamamoto
崇志 山本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
Original Assignee
Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
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Publication date
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Abstract

To provide a solid state imaging device having high quantum efficiency, excellent light absorbency, and fast optical response speed in a wide range of light intensity.SOLUTION: The sold state imaging device is provided that comprises a photoelectric conversion element which includes: a photoelectric conversion layer photoelectrically converting incident light; a hole transport layer transporting a hole to the photoelectric conversion layer; an electron transport layer transporting an electron to the photoelectric conversion layer; and a pair of electrodes. The photoelectric conversion layer, the hole transport layer, and the electron transport layer are laminated between the pair of electrodes. The photoelectric conversion layer includes a material having three-dimensional perovskite structure.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、固体撮像素子に関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device.

従来、半導体のイメージセンサである固体撮像素子として、シリコンなどの半導体基板上にフォトダイオードを2次元的に配列し、各フォトダイオードで発生した信号電荷を回路で読み出す平面型固体撮像素子が広く用いられている。   Conventionally, as a solid-state imaging device which is a semiconductor image sensor, a planar solid-state imaging device in which photodiodes are two-dimensionally arranged on a semiconductor substrate such as silicon and signal charges generated by each photodiode are read by a circuit is widely used. It has been.

カラーの固体撮像素子を実現するには、平面型固体撮像素子の光入射面側に、特定の波長の光を透過するカラーフィルタを配した構造が一般的である。例えば、デジタルカメラなどに広く用いられている2次元的に配列した各フォトダイオード上に、青色(B)光、緑色(G)光及び赤色(R)光を透過するカラーフィルタを規則的に配した単板式固体撮像素子がよく知られている。   In order to realize a color solid-state imaging device, a structure in which a color filter that transmits light of a specific wavelength is arranged on the light incident surface side of the flat-type solid-state imaging device is generally used. For example, color filters that transmit blue (B) light, green (G) light, and red (R) light are regularly arranged on two-dimensionally arranged photodiodes widely used in digital cameras and the like. A single-plate solid-state imaging device is well known.

近年、更なるイメージセンサの発展に寄与する固体撮像素子の画素微細化が求められている。しかしながら、シリコンフォトダイオードは、信号読み出し部であるトランジスタ等が存在することに伴い、そのトランジスタ等に光が入らないよう、受光面積を狭める結果、感度が低下してしまうという課題がある。また、シリコンフォトダイオードは、長波長側の吸光感度が低いという欠点を補うために深さ方向の厚みが必要となり、その結果、深部まで届くよう光線の入射角が制限されて、光を効率良く利用することができず、画素を微細化することを妨げていた。さらに、近年、有機光電変換膜を信号読み出し用基板上に形成した構造を有する固体撮像素子の開発が進んでいる。このような有機光電変換膜を用いた固体撮像素子では、特に光電変換効率、応答速度の向上、及び暗電流の低減が課題とされている。   In recent years, there has been a demand for pixel miniaturization of solid-state imaging devices that contributes to further development of image sensors. However, silicon photodiodes have a problem in that sensitivity is lowered as a result of narrowing the light receiving area so that light does not enter the transistors and the like due to the presence of transistors and the like as signal readout portions. In addition, silicon photodiodes require a thickness in the depth direction to compensate for the disadvantage of low absorption sensitivity on the long wavelength side. As a result, the incident angle of the light beam is limited so that it can reach the deep part, and light is efficiently transmitted. It was not possible to use it, which prevented the pixel from being miniaturized. Furthermore, in recent years, development of a solid-state imaging device having a structure in which an organic photoelectric conversion film is formed on a signal readout substrate has been advanced. In the solid-state imaging device using such an organic photoelectric conversion film, improvement of photoelectric conversion efficiency, response speed, and reduction of dark current are particularly problematic.

また、素子を種々の用途に応用するというニーズの中で、高温環境下(例えば90℃)に長時間置かれたとしても、固体撮像素子としての各種特性が維持されることも求められる場合がある。すなわち、固体撮像素子に対して、優れた耐熱性が求められる場合もある。   In addition, among the needs for applying the device to various applications, it is sometimes required to maintain various characteristics as a solid-state imaging device even if the device is placed in a high temperature environment (for example, 90 ° C.) for a long time. is there. That is, there are cases where excellent heat resistance is required for the solid-state imaging device.

例えば、特許文献1では、応答性及び高温保存性に優れた光電変換素子の提供を意図して、導電性膜と、光電変換材料を含有する光電変換膜と、透明導電性膜とをこの順に備え、光電変換材料が、アミン部位と酸性核部位とがチオフェンを含む連結部位によって連結され、上記アミン部位と上記連結部位とが縮環した構造を有する所定の化合物(A)を含む光電変換素子、並びにその光電変換素子を含む撮像素子が提案されている。   For example, in Patent Document 1, a conductive film, a photoelectric conversion film containing a photoelectric conversion material, and a transparent conductive film are arranged in this order in order to provide a photoelectric conversion element excellent in responsiveness and high-temperature storage stability. A photoelectric conversion element comprising a predetermined compound (A) having a structure in which an amine moiety and an acidic nucleus moiety are linked by a linking moiety containing thiophene, and the amine moiety and the linking moiety are condensed. In addition, an image sensor including the photoelectric conversion element has been proposed.

特開2014−82483号公報JP 2014-82483 A

しかしながら、本発明者らが上記特許文献1に記載の撮像素子を始めとする従来の固体撮像素子について検討したところ、従来の固体撮像素子は、高い量子効率、良好な光吸収性、及び、広範な光強度における速い光応答速度という観点から、更に改善の余地があることを見出した。   However, when the present inventors examined conventional solid-state image sensors including the image sensor described in Patent Document 1, the conventional solid-state image sensor has high quantum efficiency, good light absorption, and a wide range. From the viewpoint of fast light response speed at a high light intensity, it has been found that there is room for further improvement.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、量子効率が高く、光吸収性が良好であり、かつ広範な光強度において光応答速度が速い、固体撮像素子を提供することを目的とある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device having high quantum efficiency, good light absorption, and high light response speed in a wide range of light intensity. is there.

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、光電変換層に特定の物質を用いることで、量子効率が高くなり、光吸収性が良好となり、かつ広範な光強度において光応答速度が速くなることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have used a specific substance for the photoelectric conversion layer, so that the quantum efficiency is increased, the light absorptivity is improved, and the light intensity is wide. The inventors have found that the light response speed is increased, and have completed the present invention.

すなわち、本発明の固体撮像素子は下記のとおりである。
[1]入射光を光電変換する光電変換層と、前記光電変換層に対して正孔を輸送する正孔輸送層と、前記光電変換層に対して電子を輸送する電子輸送層と、一対の電極と、を含む光電変換素子を備える固体撮像素子であって、前記光電変換層、前記正孔輸送層、及び前記電子輸送層は、前記一対の電極の間に積層され、前記光電変換層は、三次元ペロブスカイト型の構造を有する材料を含む、固体撮像素子。
[2]前記一対の電極のうち少なくとも一方を二次元状に複数配列することにより、複数の画素を構成する、[1]記載の固体撮像素子。
[3]一層の前記光電変換層に対して、前記一対の電極のうち一方を二次元状に複数配列することにより、複数の画素を構成する、[1]又は[2]に記載の固体撮像素子。
[4]前記一対の電極のうち一方の電極上にカラーフィルタを備える、[1]〜[3]のいずれか一つに記載の固体撮像素子。
That is, the solid-state imaging device of the present invention is as follows.
[1] A photoelectric conversion layer that photoelectrically converts incident light, a hole transport layer that transports holes to the photoelectric conversion layer, an electron transport layer that transports electrons to the photoelectric conversion layer, and a pair of A solid-state imaging device including a photoelectric conversion element including an electrode, wherein the photoelectric conversion layer, the hole transport layer, and the electron transport layer are stacked between the pair of electrodes, and the photoelectric conversion layer is A solid-state imaging device comprising a material having a three-dimensional perovskite structure.
[2] The solid-state imaging device according to [1], wherein a plurality of pixels are configured by two-dimensionally arranging at least one of the pair of electrodes.
[3] The solid-state imaging according to [1] or [2], in which a plurality of pixels are configured by two-dimensionally arranging one of the pair of electrodes with respect to one photoelectric conversion layer. element.
[4] The solid-state imaging device according to any one of [1] to [3], further including a color filter on one of the pair of electrodes.

本発明によれば、量子効率が高く、光吸収性が良好であり、かつ広範な光強度において光応答速度が速い、固体撮像素子を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a solid-state imaging device having high quantum efficiency, good light absorption, and high light response speed in a wide range of light intensity.

本発明の固体撮像素子の一例を部分的に示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which partially shows an example of the solid-state image sensor of this invention. 本発明の固体撮像素子の別の一例を部分的に示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which partially shows another example of the solid-state image sensor of this invention. 本発明の固体撮像素子のさらに別の一例を部分的に示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which partially shows another example of the solid-state image sensor of this invention.

以下、必要に応じて図面を参照しつつ、本発明を実施するための形態(以下、単に「本実施形態」という。)について詳細に説明するが、本発明は下記本実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。なお、図面中、同一要素には同一符号を付すこととし、重複する説明は省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。更に、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。   Hereinafter, a mode for carrying out the present invention (hereinafter simply referred to as “the present embodiment”) will be described in detail with reference to the drawings as necessary. However, the present invention is limited to the following embodiment. It is not a thing. The present invention can be variously modified without departing from the gist thereof. In the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. Further, the positional relationship such as up, down, left and right is based on the positional relationship shown in the drawings unless otherwise specified. Further, the dimensional ratios in the drawings are not limited to the illustrated ratios.

(固体撮像素子)
本実施形態の固体撮像素子は、入射光を光電変換する光電変換層と、光電変換層に対して正孔を輸送する正孔輸送層と、光電変換層に対して電子を輸送する電子輸送層と、一対の電極とを含む光電変換素子を備える固体撮像素子であって、光電変換層、正孔輸送層、及び電子輸送層は、前記一対の電極の間に積層され、光電変換層は、三次元ペロブスカイト型の構造を有する材料を含むものである。固体撮像素子は、画像の光情報を電気信号に変換する素子である。本実施形態の固体撮像素子は、光電変換層が三次元ペロブスカイト型の構造を有する材料を含むことを主因として、量子効率を高くし、光吸収性を良好にし、かつ広範な光強度において光応答速度を速くすることができる。その要因は詳細には明らかにされてないが、本発明者らは下記のように考えている。ただし要因は下記のものに限定されない。
(Solid-state imaging device)
The solid-state imaging device of this embodiment includes a photoelectric conversion layer that photoelectrically converts incident light, a hole transport layer that transports holes to the photoelectric conversion layer, and an electron transport layer that transports electrons to the photoelectric conversion layer. A solid-state imaging device comprising a photoelectric conversion element including a pair of electrodes, wherein the photoelectric conversion layer, the hole transport layer, and the electron transport layer are stacked between the pair of electrodes, It includes a material having a three-dimensional perovskite structure. A solid-state image sensor is an element that converts optical information of an image into an electrical signal. The solid-state imaging device according to the present embodiment has a high quantum efficiency, good light absorption, and a light response in a wide range of light intensity mainly because the photoelectric conversion layer includes a material having a three-dimensional perovskite structure. Speed can be increased. Although the cause is not clarified in detail, the present inventors consider as follows. However, the factors are not limited to the following.

すなわち、ペロブスカイト型の構造を有する材料は、その結晶が化合物半導体としてバンドギャップ励起による強い光吸収を示すこと、及びペロブスカイト結晶中において光励起で生じる自由キャリアが安定(長寿命)でありかつキャリア移動距離が長いことにより、熱として失われる電圧損失の割合が小さいことが、特許文献1に記載のような従来の素子と比較して優れた特性につながったものと考えられる。特に本実施形態における三次元ペロブスカイト型の構造を有する材料は、光電変換膜の積層方向に直交する方向に連続した結晶構造を有することにより、層内でのキャリア移動の損失を抑制し、より優れた特性を示すものと考えられる。   That is, a material having a perovskite structure shows that the crystal exhibits strong light absorption by band gap excitation as a compound semiconductor, and free carriers generated by photoexcitation in the perovskite crystal are stable (long life) and the carrier moving distance. It is considered that the fact that the ratio of the voltage loss lost as heat is small due to the long period of time leads to excellent characteristics as compared with the conventional element described in Patent Document 1. In particular, the material having a three-dimensional perovskite structure in the present embodiment has a crystal structure that is continuous in a direction orthogonal to the stacking direction of the photoelectric conversion film, thereby suppressing loss of carrier movement in the layer and more excellent. It is thought that it shows the characteristic.

図1は、本実施形態の固体撮像素子の一例を部分的に示す断面模式図である。図1に示す固体撮像素子100は、三次元ペロブスカイト型の構造を有する材料を含む光電変換層110と、その光電変換層110を挟むように積層される正孔輸送層120及び電子輸送層130と、それらを更に挟むように積層される透明電極140及び対向電極150とを備える。この固体撮像素子100は、光電変換層が三次元ペロブスカイト型の構造を有する材料を含むことを主因として、量子効率を高くし、光吸収性を良好にし、かつ広範な光強度において光応答速度を速くすることができる。以下、固体撮像素子100に備えられる各部材について詳細に説明する。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view partially showing an example of the solid-state imaging device of the present embodiment. A solid-state imaging device 100 illustrated in FIG. 1 includes a photoelectric conversion layer 110 including a material having a three-dimensional perovskite structure, and a hole transport layer 120 and an electron transport layer 130 that are stacked so as to sandwich the photoelectric conversion layer 110. The transparent electrode 140 and the counter electrode 150 are stacked so as to further sandwich them. The solid-state imaging device 100 mainly has a photoelectric conversion layer containing a material having a three-dimensional perovskite structure, thereby increasing quantum efficiency, improving light absorption, and providing a light response speed in a wide range of light intensities. Can be fast. Hereinafter, each member provided in the solid-state imaging device 100 will be described in detail.

(光電変換層)
本実施形態に係る光電変換層は、光エネルギーを電気エネルギーに変換する層である。この光電変換層は、三次元ペロブスカイト型の構造を有する材料を含むものであれば特に限定されない。この材料は、いわゆる層状(二次元)のペロブスカイト型構造を有するものとは区別される。二次元のペロブスカイト型構造を有する材料は、その構造において、あるカチオンの層と別のカチオンの層とが交互に積層した構造の自己組織的な構造を有する。一方、三次元ペロブスカイト型の構造を有する材料は、2種類のカチオンの層が明確に区別されずに存在する。
(Photoelectric conversion layer)
The photoelectric conversion layer according to this embodiment is a layer that converts light energy into electrical energy. The photoelectric conversion layer is not particularly limited as long as it includes a material having a three-dimensional perovskite structure. This material is distinguished from one having a so-called layered (two-dimensional) perovskite structure. A material having a two-dimensional perovskite structure has a self-organized structure in which a certain cation layer and another cation layer are alternately stacked. On the other hand, a material having a three-dimensional perovskite structure has two cation layers that are not clearly distinguished.

三次元ペロブスカイト型の構造を有する材料としては、特に限定されないが、本発明による作用効果をより有効かつ確実に奏する観点から、ハライド系ペロブスカイト化合物が好ましい。ハライド系ペロブスカイト化合物は光吸収剤として機能すると共に、強誘電体として自己誘電して電荷分離が起きるため、単独で光電変換層としての特性を示す。   The material having a three-dimensional perovskite structure is not particularly limited, but a halide-based perovskite compound is preferable from the viewpoint of more effectively and reliably achieving the effects of the present invention. A halide-based perovskite compound functions as a light absorber and self-dielectrically acts as a ferroelectric substance to cause charge separation, and thus exhibits a characteristic as a photoelectric conversion layer alone.

ハライド系ペロブスカイト化合物とは、アニオンとしてハロゲン化物イオンを有し、かつカチオンとして少なくとも2種類のカチオンを有するペロブスカイト化合物をいう。ペロブスカイトの基本的構造形態は、ABX3構造であり、頂点共有BX6八面体の三次元ネットワークを有する。ABX3構造におけるB成分は、Xアニオンの八面体配位をとることができる金属カチオンである。Aカチオンは、BX6八面体間の12の配位孔に位置する。Aを適切なカチオンとすることにより、三次元ペロブスカイト型の構造を有する材料が形成される。 The halide perovskite compound is a perovskite compound having a halide ion as an anion and at least two kinds of cations as a cation. The basic structural form of perovskite is the ABX 3 structure, which has a three-dimensional network of vertex shared BX 6 octahedrons. The B component in the ABX 3 structure is a metal cation capable of taking octahedral coordination of the X anion. A cations are located in 12 coordination holes between BX 6 octahedra. By using A as an appropriate cation, a material having a three-dimensional perovskite structure is formed.

本実施形態に係るハライド系ペロブスカイト化合物は、下記式(1)で表される化合物である。
RM13 (1)
ここで、式(1)中、Rは、上記式(1)で表される化合物が三次元ペロブスカイト型の構造を有するような1価のカチオンを示し、M1は2価の金属イオンを示し、Xは、フッ化物イオン(F-)、塩化物イオン(Cl-)、臭化物イオン(Br-)及びヨウ化物イオン(I-)からなる群より選ばれる1種以上を示す。
The halide perovskite compound according to this embodiment is a compound represented by the following formula (1).
RM 1 X 3 (1)
In the formula (1), R represents a monovalent cation such that the compound represented by the formula (1) has a three-dimensional perovskite structure, and M 1 represents a divalent metal ion. , X represents one or more selected from the group consisting of fluoride ions (F ), chloride ions (Cl ), bromide ions (Br ), and iodide ions (I ).

Rは、本発明による作用効果をより有効かつ確実に奏する観点から、CH3NH3 +、NH2CH=NH2 +、Cs+及びRb+からなる群より選ばれる1種又は2種以上であると好ましく、CH3NH3 +、NH2CH=NH2 +、Cs+、Rb+、CH3NH3 +とNH2CH=NH2 +との組み合わせ、CH3NH3 +とCs+との組み合わせ、NH2CH=NH2 +とCs+との組み合わせ、CH3NH3 +とNH2CH=NH2 +とCs+との組み合わせ、CH3NH3 +とRb+との組み合わせ、NH2CH=NH2 +とRb+との組み合わせ、又はCH3NH3 +とNH2CH=NH2 +とRb+との組み合わせであるとより好ましい。 R is one or more selected from the group consisting of CH 3 NH 3 + , NH 2 CH═NH 2 + , Cs +, and Rb + from the viewpoint of more effectively and reliably achieving the effects of the present invention. preferably when there, CH 3 NH 3 +, + NH 2 CH = NH 2, Cs +, Rb +, the combination of the CH 3 NH 3 + and NH 2 CH = NH 2 +, CH 3 NH 3 + and Cs + and A combination of NH 2 CH═NH 2 + and Cs + , a combination of CH 3 NH 3 + and NH 2 CH═NH 2 + and Cs + , a combination of CH 3 NH 3 + and Rb + , NH 2 CH = NH 2 + and Rb + are more preferable, or CH 3 NH 3 + , NH 2 CH═NH 2 + and Rb + are more preferable.

本実施形態に係るハライド系ペロブスカイト化合物における構造は、頂点を共有する金属ハロゲン化物八面体の層を有する。陽イオン性有機層からの正の電荷と平衡をとるため、陰イオン性金属ハロゲン化物層(例えば、M13 -,M14 2-)におけるM1は、通常2価の金属イオンである。 The structure of the halide-based perovskite compound according to the present embodiment has a metal halide octahedron layer sharing a vertex. For balancing the positive charge from the cationic organic layers, the anionic metal halide layers (e.g., M 1 X 3 -, M 1 X 4 2-) M 1 in the normal divalent metal ions It is.

本実施形態に係るハライド系ペロブスカイト化合物の陰イオン性金属ハロゲン化物層を構成する金属イオン(M1)としては、例えば、Cu2+、Ni2+、Mn2+、Fe2+、Co2+、Pd2+、Ge2+、Sn2+、Pb2+、Bi2+及びEu2+が挙げられる。これらの中では、本発明による作用効果をより有効かつ確実に奏する観点から、Pb2+、Sn2+及びBi2+が好ましく、Pb2+がより好ましい。これらは1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。 Examples of the metal ion (M 1 ) constituting the anionic metal halide layer of the halide-based perovskite compound according to this embodiment include Cu 2+ , Ni 2+ , Mn 2+ , Fe 2+ , and Co 2+. , Pd 2+ , Ge 2+ , Sn 2+ , Pb 2+ , Bi 2+ and Eu 2+ . Among these, Pb 2+ , Sn 2+ and Bi 2+ are preferable, and Pb 2+ is more preferable from the viewpoint of more effectively and reliably achieving the effects of the present invention. These are used singly or in combination of two or more.

本実施形態に係るハライド系ペロブスカイト化合物の陰イオン性金属ハロゲン化物層を構成するハロゲン化物イオンとしては、上述のとおり、フッ化物イオン、塩化物イオン、臭化物イオン及びヨウ化物イオンが挙げられ、これらの中では、本発明による作用効果をより有効かつ確実に奏する観点から、臭化物イオン及びヨウ化物イオンが好ましい。これらは1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。   Examples of the halide ions constituting the anionic metal halide layer of the halide-based perovskite compound according to the present embodiment include fluoride ions, chloride ions, bromide ions, and iodide ions as described above. Among these, bromide ions and iodide ions are preferable from the viewpoint of more effectively and reliably achieving the effects of the present invention. These are used singly or in combination of two or more.

本実施形態に係るハライド系ペロブスカイト化合物の具体例としては、MAPbX3、FAPbX3、(FAPbX3y(MAPbX31-y及びCsx(MA0.17FA0.831-xPb(X1 0.832 0.173が挙げられる。ここで、「MA」はCH3NH3 +を示し、「FA」はNH2CH=NH2 +を示し、X、X1及びX2はフッ化物イオン(F-)、塩化物イオン(Cl-)、臭化物イオン(Br-)及びヨウ化物イオン(I-)からなる群より選ばれる1種以上を示し、X1及びX2は互いに異なるものである。より具体的には、MAPbI3、MAPbBr3、FAPbI3、(FAPbI30.95(MAPbBr30.05及びCsx(MA0.17FA0.831-xPb(I0.83Br0.173が挙げられる。 Specific examples of the halide-based perovskite compound according to this embodiment include MAPbX 3 , FAPbX 3 , (FAPbX 3 ) y (MAPbX 3 ) 1-y, and Cs x (MA 0.17 FA 0.83 ) 1-x Pb (X 1 0.83 X 2 0.17 ) 3 . Here, “MA” represents CH 3 NH 3 + , “FA” represents NH 2 CH═NH 2 + , and X, X 1 and X 2 are fluoride ions (F ) and chloride ions (Cl -), bromide ion (Br -) and iodide ions (I - represents one or more members selected from the group consisting of), X 1 and X 2 are different from each other. More specifically, MAPbI 3 , MAPbBr 3 , FAPbI 3 , (FAPbI 3 ) 0.95 (MAPbBr 3 ) 0.05 and Cs x (MA 0.17 FA 0.83 ) 1-x Pb (I 0.83 Br 0.17 ) 3 may be mentioned.

光電変換層の厚さは、特に限定されないが、本発明による作用効果をより有効かつ確実に奏する観点から、1nm以上1000nm以下であると好ましく、100nm以上700nm以下であるとより好ましく、200nm以上600nm以下であると更に好ましい。   The thickness of the photoelectric conversion layer is not particularly limited, but it is preferably 1 nm or more and 1000 nm or less, more preferably 100 nm or more and 700 nm or less, and more preferably 200 nm or more and 600 nm from the viewpoint of more effectively and reliably achieving the effects of the present invention. More preferably, it is as follows.

本実施形態に係る光電変換層は、固体撮像素子が獲得できる光情報量の多さ及び光量の多さの観点から、可視光域に加えてより赤外波長域の光を吸収できることが望ましい。すなわち、光吸収波長の長波長側の吸収端波長が800nm以上であることが好ましく、900nm以上であることがより好ましく、1000nm以上であることが更に好ましい。
光吸収波長の長波長側の吸収端は、上述の光電変換層に含まれる各イオンの組成及びその組成比を適宜変更することにより、上記の範囲に制御することが可能となる。
The photoelectric conversion layer according to the present embodiment desirably absorbs light in the infrared wavelength region in addition to the visible light region from the viewpoint of the large amount of optical information and the large amount of light that can be obtained by the solid-state imaging device. That is, the absorption edge wavelength on the long wavelength side of the light absorption wavelength is preferably 800 nm or more, more preferably 900 nm or more, and further preferably 1000 nm or more.
The absorption edge on the long wavelength side of the light absorption wavelength can be controlled within the above range by appropriately changing the composition of each ion contained in the photoelectric conversion layer and the composition ratio thereof.

光電変換層の形成方法は特に限定されないが、三次元ペロブスカイト型の構造を有する材料がハライド系ペロブスカイト化合物である場合、その化合物を、前駆体溶液を用いた自己組織化反応により合成することができる。この場合の光電変換層は、ハライド系ペロブスカイト化合物を有機溶剤に溶解した後、グラビア塗布法、バー塗布法、スクリーン印刷法、スプレー法、スピンコーティング法、ディップ法及びダイコート法等の塗布方法によって形成できる。また、真空蒸着法により被膜を形成することも可能である。   The method for forming the photoelectric conversion layer is not particularly limited, but when the material having a three-dimensional perovskite structure is a halide-based perovskite compound, the compound can be synthesized by a self-assembly reaction using a precursor solution. . In this case, the photoelectric conversion layer is formed by dissolving a halide-based perovskite compound in an organic solvent and then applying a gravure coating method, a bar coating method, a screen printing method, a spray method, a spin coating method, a dip method, a die coating method, or the like. it can. It is also possible to form a film by a vacuum deposition method.

ハライド系ペロブスカイト化合物の溶液を調製するための溶剤としては、その化合物を溶解できるものであれば特に限定されない。そのような溶剤としては、例えば、エステル類(例、メチルホルメート、エチルホルメート、プロピルホルメート、ペンチルホルメート、メチルアセテート、エチルアセテート、ペンチルアセテート等)、ケトン類(例、γ−ブチロラクトン、Nメチル−2−ピロリドン、アセトン、ジメチルケトン、ジイソブチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン等)、エーテル類(例、ジエチルエーテル、メチル−tert−ブチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジメトキシメタン、ジメトキシエタン、1,4−ジオキサン、1,3−ジオキソラン、4−メチルジオキソラン、テトラヒドロフラン、メチルテトラヒドロフラン、アニソール、フェネトール等)、アルコール類(例、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、tert−ブタノール、1−ペンタノール、2−メチル−2−ブタノール、メトキシプロパノール、ジアセトンアルコール、シクロヘキサノール、2−フルオロエタノール、2,2,2−トリフルオロエタノール、2,2,3,3−テトラフルオロ−1−プロパノール等)、グリコールエーテル(セロソルブ)類(例、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、トリエチレングリコールジメチルエーテル等)、アミド系溶剤(例、N,N−ジメチルホルムアミド、アセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド等)、ニトリル系溶剤(例、アセトニトリル、イソブチロニトリル、プロピオニトリル、メトキシアセトニトリル等)、カーボート系剤(例、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等)、ハロゲン化炭化水素(例、塩化メチレン、ジクロロメタン、クロロホルム等)、炭化水素(例、n−ペンタン、シクロヘキサン、n−ヘキサン、ベンゼン、トルエン、キシレン等)、及びジメチルスルホキシドが挙げられる。これらの溶剤に用いられる化合物は、分岐構造若しくは環状構造を有していてもよい。また、溶剤に用いられる化合物は、エステル類、ケトン類、エーテル類及びアルコール類の官能基(すなわち、−O−、−CO−、−COO−及び−OH)のいずれかを2つ以上有していてもよい。エステル類、ケトン類、エーテル類及びアルコール類の炭化水素部分における水素原子は、ハロゲン原子(特に、フッ素原子)で置換されていてもよい。   The solvent for preparing the solution of the halide perovskite compound is not particularly limited as long as it can dissolve the compound. Examples of such solvents include esters (eg, methyl formate, ethyl formate, propyl formate, pentyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, pentyl acetate, etc.), ketones (eg, γ-butyrolactone, N methyl-2-pyrrolidone, acetone, dimethyl ketone, diisobutyl ketone, cyclopentanone, cyclohexanone, methylcyclohexanone, etc.), ethers (eg, diethyl ether, methyl-tert-butyl ether, diisopropyl ether, dimethoxymethane, dimethoxyethane, 1 , 4-dioxane, 1,3-dioxolane, 4-methyldioxolane, tetrahydrofuran, methyltetrahydrofuran, anisole, phenetol, etc.), alcohols (eg, methanol, ethanol, -Propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, tert-butanol, 1-pentanol, 2-methyl-2-butanol, methoxypropanol, diacetone alcohol, cyclohexanol, 2-fluoroethanol, 2,2 , 2-trifluoroethanol, 2,2,3,3-tetrafluoro-1-propanol, etc.), glycol ethers (cellosolves) (eg, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, ethylene Glycol monoethyl ether acetate, triethylene glycol dimethyl ether, etc.), amide solvents (eg, N, N-dimethylformamide, acetamide, N, N-dimethylacetamide, etc.), nitrile solvents Agents (eg, acetonitrile, isobutyronitrile, propionitrile, methoxyacetonitrile, etc.), carboat agents (eg, ethylene carbonate, propylene carbonate, etc.), halogenated hydrocarbons (eg, methylene chloride, dichloromethane, chloroform, etc.), Examples include hydrocarbons (eg, n-pentane, cyclohexane, n-hexane, benzene, toluene, xylene, etc.), and dimethyl sulfoxide. The compound used for these solvents may have a branched structure or a cyclic structure. In addition, the compound used for the solvent has two or more functional groups of esters, ketones, ethers and alcohols (that is, —O—, —CO—, —COO— and —OH). It may be. The hydrogen atom in the hydrocarbon moiety of the esters, ketones, ethers and alcohols may be substituted with a halogen atom (particularly a fluorine atom).

(正孔輸送層)
本実施形態の固体撮像素子は、光電変換層で発生した電荷(正孔)を透明電極により効率的に輸送することができるよう、光電変換層と透明電極との間に正孔輸送層を有する。正孔輸送層としては、固体撮像素子などの光電変換素子における正孔輸送層として知られているものであれば特に限定されず、例えば、ポリアニリン及びそのドープ材料、国際公開第2006/019270号に記載のシアン化合物が挙げられる。より具体的には、例えば、セレン、ヨウ化銅(CuI)等のヨウ化物、層状コバルト酸化物等のコバルト錯体、CuSCN、酸化モリブデン(MoO3等)、酸化ニッケル(NiO等)、4CuBr・3S(C49)及び有機正孔輸送材が挙げられる。これらのうち、ヨウ化物としては、例えば、ヨウ化銅(CuI)が挙げられる。層状コバルト酸化物としては、例えば、AxCoO2(ここで、Aは、Li、Na、K、Ca、Sr又はBaを示し、0≦X≦1である)が挙げられる。また、有機正孔輸送材としては、例えば、ポリ−3−ヘキシルチオフェン(P3HT)、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)、(PEDOT;例えば、スタルクヴイテック社製の商品名「BaytronP」)等のポリチオフェン誘導体、2,2’,7,7’−テトラキス−(N,N−ジ−p−メトキシフェニルアミン)−9,9’−スピロビフルオレン(spiro-MeO-TAD)等のフルオレン誘導体、ポリビニルカルバゾール等のカルバゾール誘導体、トリフェニルアミン誘導体、ジフェニルアミン誘導体、ポリシラン誘導体、及びポリアニリン誘導体が挙げられる。さらには、CuInSe2及び硫化銅(CuS)等の1価の銅を有する化合物半導体、リン化ガリウム(GaP)、酸化ニッケル(NiO)、酸化コバルト(CoO)、酸化鉄(FeO)、酸化ビスマス(Bi23)、酸化モリブデン(MoO2)、及び酸化クロム(Cr23)が挙げられる。
(Hole transport layer)
The solid-state imaging device of this embodiment has a hole transport layer between the photoelectric conversion layer and the transparent electrode so that charges (holes) generated in the photoelectric conversion layer can be efficiently transported by the transparent electrode. . The hole transport layer is not particularly limited as long as it is known as a hole transport layer in a photoelectric conversion element such as a solid-state imaging element. For example, polyaniline and its doped material, International Publication No. 2006/019270. And the described cyanide compounds. More specifically, for example, iodide such as selenium and copper iodide (CuI), cobalt complex such as layered cobalt oxide, CuSCN, molybdenum oxide (MoO 3 etc.), nickel oxide (NiO etc.), 4CuBr · 3S (C 4 H 9 ) and organic hole transport materials. Among these, examples of the iodide include copper iodide (CuI). Examples of the layered cobalt oxide include A x CoO 2 (where A represents Li, Na, K, Ca, Sr, or Ba, and 0 ≦ X ≦ 1). Moreover, as an organic hole transport material, for example, poly-3-hexylthiophene (P3HT), poly (3,4-ethylenedioxythiophene), (PEDOT; for example, trade name “BaytronP” manufactured by Stark Vitec Co., Ltd. ) And the like, and fluorenes such as 2,2 ′, 7,7′-tetrakis- (N, N-di-p-methoxyphenylamine) -9,9′-spirobifluorene (spiro-MeO-TAD) Derivatives, carbazole derivatives such as polyvinyl carbazole, triphenylamine derivatives, diphenylamine derivatives, polysilane derivatives, and polyaniline derivatives. Further, compound semiconductors having monovalent copper such as CuInSe 2 and copper sulfide (CuS), gallium phosphide (GaP), nickel oxide (NiO), cobalt oxide (CoO), iron oxide (FeO), bismuth oxide ( Bi 2 O 3 ), molybdenum oxide (MoO 2 ), and chromium oxide (Cr 2 O 3 ).

また、正孔輸送層が、光電変換層における三次元ペロブスカイト型の構造を有する材料のLUMO準位よりも浅いLUMO準位を有するものであると、光電変換層で生成した電子の透明電極側への移動を抑制する整流効果を有する、電子ブロック機能が付与されるので好ましい。このような正孔輸送層は電子ブロック層とも呼ばれる。電子ブロック層を構成する材料のうち、低分子の有機化合物としては、例えば、N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−(1,1’−ビフェニル)−4,4’−ジアミン(TPD)及び4,4’−ビス[N−(ナフチル)−N−フェニル−アミノ]ビフェニル(α−NPD)等の芳香族ジアミン化合物、オキサゾール、オキサジアゾール、トリアゾール、イミダゾール、イミダゾロン、スチルベン誘導体、ピラゾリン誘導体、テトラヒドロイミダゾール、ポリアリールアルカン、ブタジエン、4,4’,4”トリス(N−(3−メチルフェニル)N−フェニルアミノ)トリフェニルアミン(m−MTDATA)、ポルフィリン、テトラフェニルポルフィリン銅、フタロシアニン、銅フタロシアニン及びチタニウムフタロシアニンオキサイド等のポルフィリン化合物、トリアゾール誘導体、オキサジザゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体、ピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アリールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、オキサゾール誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、並びにシラザン誘導体が挙げられる。また、高分子の有機化合物としては、例えば、フェニレンビニレン、フルオレン、カルバゾール、インドール、ピレン、ピロール、ピコリン、チオフェン、アセチレン及びジアセチレン等の重合体や、その誘導体が挙げられる。電子供与性化合物でなくとも、十分な正孔輸送性を有する化合物であれば用いることは可能である。さらに、無機化合物としては、例えば、酸化カルシウム、酸化クロム、酸化クロム銅、酸化マンガン、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化銅、酸化ガリウム銅、酸化ストロンチウム銅、酸化ニオブ、酸化モリブデン、酸化インジウム銅、酸化インジウム銀及び酸化イリジウム等の金属酸化物、セレン、テルル及び硫化アンチモンが挙げられる。これらは1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。   Further, when the hole transport layer has a LUMO level shallower than the LUMO level of the material having a three-dimensional perovskite structure in the photoelectric conversion layer, to the transparent electrode side of the electrons generated in the photoelectric conversion layer Since the electronic block function which has the rectification effect which suppresses the movement of this is provided, it is preferable. Such a hole transport layer is also called an electron block layer. Among the materials constituting the electron blocking layer, examples of the low molecular organic compound include N, N′-bis (3-methylphenyl)-(1,1′-biphenyl) -4,4′-diamine (TPD). ) And 4,4′-bis [N- (naphthyl) -N-phenyl-amino] biphenyl (α-NPD), oxazole, oxadiazole, triazole, imidazole, imidazolone, stilbene derivatives, pyrazoline Derivative, tetrahydroimidazole, polyarylalkane, butadiene, 4,4 ′, 4 ″ tris (N- (3-methylphenyl) N-phenylamino) triphenylamine (m-MTDATA), porphyrin, tetraphenylporphyrin copper, phthalocyanine Porphyrins such as copper phthalocyanine and titanium phthalocyanine oxide Compounds, triazole derivatives, oxazizazole derivatives, imidazole derivatives, polyarylalkane derivatives, pyrazoline derivatives, pyrazolone derivatives, phenylenediamine derivatives, arylamine derivatives, amino-substituted chalcone derivatives, oxazole derivatives, styrylanthracene derivatives, fluorenone derivatives, hydrazone derivatives, and silazanes Examples of the polymer organic compound include polymers such as phenylene vinylene, fluorene, carbazole, indole, pyrene, pyrrole, picoline, thiophene, acetylene, and diacetylene, and derivatives thereof. Even if it is not an electron-donating compound, it can be used as long as it has a sufficient hole transporting property. Metal oxides such as Lucium, Chromium oxide, Chromium oxide, Manganese oxide, Cobalt oxide, Nickel oxide, Copper oxide, Gallium copper oxide, Strontium copper oxide, Niobium oxide, Molybdenum oxide, Indium copper oxide, Indium silver oxide and Iridium oxide , Selenium, tellurium, and antimony sulfide, which are used alone or in combination of two or more.

正孔輸送層の厚さは、暗電流を抑制し、かつ、光電変換効率の低下を防止する観点から、10nm以上300nm以下であると好ましく、30nm以上250nm以下であるとより好ましく、50nm以上200nm以下であると更に好ましい。   The thickness of the hole transport layer is preferably 10 nm or more and 300 nm or less, more preferably 30 nm or more and 250 nm or less, and more preferably 50 nm or more and 200 nm from the viewpoint of suppressing dark current and preventing a decrease in photoelectric conversion efficiency. More preferably, it is as follows.

正孔輸送層を形成する方法としては従来知られているものであってもよく、真空蒸着法のような乾式成膜法、及び溶液塗布法のような湿式成膜法のいずれであってもよいが、塗布面をレベリングできる観点から、好ましくは湿式成膜法である。乾式製膜法としては、例えば、真空蒸着法のような蒸着法及びスパッタ法が挙げられる。蒸着は、物理蒸着(PVD)及び化学蒸着(CVD)のいずれでもよいが、真空蒸着等の物理蒸着が好ましい。湿式製膜法としては、例えば、インクジェット法、スプレー法、ノズルプリント法、スピンコート法、ディップコート法、キャスト法、ダイコート法、ロールコート法、バーコート法及びグラビアコート法が挙げられる。   As a method for forming the hole transport layer, a conventionally known method may be used, and any of a dry film formation method such as a vacuum deposition method and a wet film formation method such as a solution coating method may be used. A wet film forming method is preferable from the viewpoint of leveling the coated surface. Examples of the dry film forming method include a vapor deposition method such as a vacuum vapor deposition method and a sputtering method. The vapor deposition may be either physical vapor deposition (PVD) or chemical vapor deposition (CVD), but physical vapor deposition such as vacuum vapor deposition is preferred. Examples of the wet film forming method include an inkjet method, a spray method, a nozzle printing method, a spin coating method, a dip coating method, a casting method, a die coating method, a roll coating method, a bar coating method, and a gravure coating method.

(電子輸送層)
本実施形態の固体撮像素子は、光電変換層で発生した電荷(電子)を対向電極により効率的に輸送することができるよう、光電変換層と対向電極との間に電子輸送層を有する。電子輸送層としては、固体撮像素子などの光電変換素子における電子輸送層として知られているものであれば特に限定されず、例えばオクタアザポルフィリン、及びp型半導体のパーフルオロ体(パーフルオロペンタセンやパーフルオロフタロシアニン等)、フラーレン、フラーレン誘導体(例えば[6,6]-Phenyl−C61−Butyric Acid Methyl Ester;PCBMなど)、ペリレン、インデノインデン及びインデノインデン誘導体のような有機化合物、酸化チタン(TiO2等)、酸化ニッケル(NiO)、酸化スズ(SnO2)、酸化タングステン(WO2、WO3、W23等)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化ニオブ(Nb25等)、酸化タンタル(Ta25等)、酸化イットリウム(Y23等)、及びチタン酸ストロンチウム(SrTiO3等)のような無機酸化物が挙げられる。電子輸送層は、多孔質のものであってもよく、緻密なものであってもよく、それらを積層する場合は、光電変換層の側から多孔質の電子輸送層及び緻密な電子輸送層の順に積層して設けられると好ましい。
(Electron transport layer)
The solid-state imaging device of this embodiment has an electron transport layer between the photoelectric conversion layer and the counter electrode so that charges (electrons) generated in the photoelectric conversion layer can be efficiently transported by the counter electrode. The electron transport layer is not particularly limited as long as it is known as an electron transport layer in a photoelectric conversion device such as a solid-state imaging device. For example, octaazaporphyrin and a p-type semiconductor perfluoro body (perfluoropentacene, Perfluorophthalocyanine, etc.), fullerenes, fullerene derivatives (eg, [6,6] -Phenyl-C61-Butyric Acid Methyl Ester; PCBM), organic compounds such as perylene, indenoindene and indenoindene derivatives, titanium oxide ( TiO 2, etc.), nickel oxide (NiO), tin oxide (SnO 2 ), tungsten oxide (WO 2 , WO 3 , W 2 O 3 etc.), zinc oxide (ZnO), niobium oxide (Nb 2 O 5 etc.), tantalum oxide (Ta 2 O 5, etc.), yttrium oxide (Y 2 O 3, etc.),及Inorganic oxides such as strontium titanate (SrTiO 3, etc.). The electron transport layer may be porous or dense, and when laminating them, the porous electron transport layer and the dense electron transport layer are formed from the photoelectric conversion layer side. It is preferable that the layers are provided in order.

また、電子輸送層が、光電変換層における三次元ペロブスカイト型の構造を有する材料のHOMO準位よりも深いHOMO準位を有するものであると、光電変換層で生成した正孔の対向電極側への移動を抑制する整流効果を有する、正孔ブロック機能が付与されるので好ましい。このような電子輸送層は正孔ブロック層とも呼ばれる。正孔ブロック層を構成する材料としては、例えば、1,3−ビス(4−tert−ブチルフェニル−1,3,4−オキサジアゾリル)フェニレン(OXD−7)等のオキサジアゾール誘導体、アントラキノジメタン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、バソクプロイン、バソフェナントロリン、及びこれらの誘導体、トリアゾール化合物、トリス(8−ヒドロキシキノリナート)アルミニウム錯体、ビス(4−メチル−8−キノリナート)アルミニウム錯体、シロール化合物、ポルフィリン系化合物、DCM(4−ジシアノメチレン−2−メチル−6−(4−(ジメチルアミノスチリル))−4Hピラン)等のスチリル系化合物、ナフタレンテトラカルボン酸無水物、ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド、ペリレンテトラカルボン酸無水物、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド等のn型半導体材料、酸化チタン、酸化亜鉛及び酸化ガリウム等のn型無機酸化物、並びに、フッ化リチウム、フッ化ナトリウム及びフッ化セシウム等のアルカリ金属フッ化物が挙げられる。さらには、アルカリ金属化合物に有機半導体分子をドープしたものも、対向電極との電気的接合を改善する機能を有するので好ましい。これらは1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。   Further, when the electron transport layer has a HOMO level deeper than the HOMO level of the material having a three-dimensional perovskite structure in the photoelectric conversion layer, the hole generated in the photoelectric conversion layer is directed to the counter electrode side. This is preferable because a hole blocking function having a rectifying effect to suppress the movement of the light is imparted. Such an electron transport layer is also called a hole blocking layer. Examples of the material constituting the hole blocking layer include oxadiazole derivatives such as 1,3-bis (4-tert-butylphenyl-1,3,4-oxadiazolyl) phenylene (OXD-7), anthraquinodi Methane derivatives, diphenylquinone derivatives, bathocuproine, bathophenanthroline, and derivatives thereof, triazole compounds, tris (8-hydroxyquinolinato) aluminum complexes, bis (4-methyl-8-quinolinato) aluminum complexes, silole compounds, porphyrins Compounds, styryl compounds such as DCM (4-dicyanomethylene-2-methyl-6- (4- (dimethylaminostyryl))-4Hpyran), naphthalenetetracarboxylic anhydride, naphthalenetetracarboxylic diimide, perylenetetracarboxylic Acid anhydride, Examples include n-type semiconductor materials such as rylene tetracarboxylic acid diimide, n-type inorganic oxides such as titanium oxide, zinc oxide, and gallium oxide, and alkali metal fluorides such as lithium fluoride, sodium fluoride, and cesium fluoride. . Further, an alkali metal compound doped with an organic semiconductor molecule is preferable because it has a function of improving electrical junction with the counter electrode. These are used singly or in combination of two or more.

電子輸送層の厚さは、暗電流を抑制し、かつ、光電変換効率の低下を防止する観点から、10nm以上300nm以下であると好ましく、30nm以上250nm以下であるとより好ましく、50nm以上200nm以下であると更に好ましい。   The thickness of the electron transport layer is preferably 10 nm or more and 300 nm or less, more preferably 30 nm or more and 250 nm or less, and more preferably 50 nm or more and 200 nm or less from the viewpoint of suppressing dark current and preventing a decrease in photoelectric conversion efficiency. Is more preferable.

電子輸送層を形成する方法としては従来知られているものであってもよく、真空蒸着法のような乾式成膜法、及び溶液塗布法のような湿式成膜法のいずれであってもよいが、塗布面をレベリングできる観点から、好ましくは湿式成膜法である。乾式製膜法としては、例えば、真空蒸着法のような蒸着法及びスパッタ法が挙げられる。蒸着は、物理蒸着(PVD)及び化学蒸着(CVD)のいずれでもよいが、真空蒸着等の物理蒸着が好ましい。湿式製膜法としては、例えば、インクジェット法、スプレー法、ノズルプリント法、スピンコート法、ディップコート法、キャスト法、ダイコート法、ロールコート法、バーコート法及びグラビアコート法が挙げられる。   The method for forming the electron transport layer may be a conventionally known method, and may be any one of a dry film formation method such as a vacuum deposition method and a wet film formation method such as a solution coating method. However, from the viewpoint of leveling the coated surface, a wet film forming method is preferable. Examples of the dry film forming method include a vapor deposition method such as a vacuum vapor deposition method and a sputtering method. The vapor deposition may be either physical vapor deposition (PVD) or chemical vapor deposition (CVD), but physical vapor deposition such as vacuum vapor deposition is preferred. Examples of the wet film forming method include an inkjet method, a spray method, a nozzle printing method, a spin coating method, a dip coating method, a casting method, a die coating method, a roll coating method, a bar coating method, and a gravure coating method.

(透明電極)
透明電極は、そこから固体撮像素子内に光が入射されるため、検知したい光に対し十分に透明であることが必要である。透明電極に用いる材料として具体的には、アンチモン又はフッ素等をドープした酸化スズ(ATO、FTO)、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウムスズ(ITO)、及び酸化亜鉛インジウム(IZO)等の透明導電性金属酸化物、金、銀、クロム及びニッケル等の金属薄膜、更にこれらの金属と導電性金属酸化物との混合物若しくは積層物、ヨウ化銅及び硫化銅などの無機導電性物質、ポリアニリン、ポリチオフェン及びポリピロールなどの有機導電性材料、並びにこれらとITOとの積層物が挙げられる。これらの中では、高い導電性と高い透明性とをよりバランス良く両立する観点から、透明導電性金属酸化物が好ましい。
(Transparent electrode)
The transparent electrode is required to be sufficiently transparent with respect to the light to be detected because light enters the solid-state imaging device therefrom. Specific examples of materials used for the transparent electrode include tin oxide doped with antimony or fluorine (ATO, FTO), tin oxide, zinc oxide, indium oxide, indium tin oxide (ITO), and indium zinc oxide (IZO). Transparent conductive metal oxides, metal thin films such as gold, silver, chromium and nickel, and mixtures or laminates of these metals and conductive metal oxides, inorganic conductive materials such as copper iodide and copper sulfide, Examples thereof include organic conductive materials such as polyaniline, polythiophene and polypyrrole, and laminates of these with ITO. Among these, a transparent conductive metal oxide is preferable from the viewpoint of achieving both high conductivity and high transparency in a balanced manner.

透明電極の厚さは、特に限定されないが、リーク電流をより抑制し、抵抗値の増大をより防止し、透過率をより高める観点から、5nm以上100nm以下であると好ましく、5nm以上20nm以下であるとより好ましい。   The thickness of the transparent electrode is not particularly limited, but is preferably 5 nm or more and 100 nm or less from the viewpoint of further suppressing leakage current, further preventing increase in resistance value, and further increasing transmittance. More preferably.

透明電極を形成する方法は特に限定されず、電極材料との適性を考慮して適宜選択することができる。透明電極の形成方法として、具体的には、印刷方式及びコーティング方式等の湿式方式、真空蒸着法、スパッタリング法及びイオンプレーティング法等の物理的方式、CVD及びプラズマCVD法等の化学的方式が挙げられる。また、電極の材料がITOのような透明導電性金属酸化物である場合は、その形成方法として、例えば、電子ビーム法、スパッタリング法、抵抗加熱蒸着法、化学反応法(ゾル−ゲル法など)、及びその金属酸化物の分散物を塗布する方法が挙げられる。さらに、ITOのような透明導電性金属酸化物の膜に、UV−オゾン処理及びプラズマ処理などを施すこともできる。   The method for forming the transparent electrode is not particularly limited, and can be appropriately selected in consideration of suitability with the electrode material. Specific methods for forming the transparent electrode include wet methods such as a printing method and a coating method, physical methods such as a vacuum deposition method, a sputtering method and an ion plating method, and chemical methods such as a CVD method and a plasma CVD method. Can be mentioned. Further, when the electrode material is a transparent conductive metal oxide such as ITO, for example, an electron beam method, a sputtering method, a resistance heating vapor deposition method, a chemical reaction method (sol-gel method, etc.) is used. And a method of applying a dispersion of the metal oxide. Further, a transparent conductive metal oxide film such as ITO can be subjected to UV-ozone treatment and plasma treatment.

(対向電極)
対向電極は、透明性を有しても、透明性を有せずに光を反射させるようなものであってもよい。対向電極に用いる材料として具体的には、アンチモン又はフッ素等をドープした酸化スズ(ATO、FTO)、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウムスズ(ITO)及び酸化亜鉛インジウム(IZO)等の透明導電性金属酸化物、金、銀、クロム、ニッケル、チタン、タングステン及びアルミニウム等の金属及びこれらの金属の酸化物及び窒化物などの導電性化合物(例えば窒化チタン(TiN))、更にこれらの金属と導電性金属酸化物との混合物若しくは積層物、ヨウ化銅及び硫化銅などの無機導電性物質、並びに、ポリアニリン、ポリチオフェン及びポリピロールなどの有機導電性材料、及び、これらとITO若しくは窒化チタンとの積層物が挙げられる。
(Counter electrode)
The counter electrode may be transparent or may reflect light without being transparent. Specific examples of materials used for the counter electrode include tin oxide doped with antimony or fluorine (ATO, FTO), tin oxide, zinc oxide, indium oxide, indium tin oxide (ITO), and indium zinc oxide (IZO). Transparent conductive metal oxides, metals such as gold, silver, chromium, nickel, titanium, tungsten and aluminum, and conductive compounds such as oxides and nitrides of these metals (for example, titanium nitride (TiN)), and further Mixtures or laminates of metals and conductive metal oxides, inorganic conductive materials such as copper iodide and copper sulfide, organic conductive materials such as polyaniline, polythiophene and polypyrrole, and these and ITO or titanium nitride The laminate of these is mentioned.

対向電極の厚さは、特に限定されないが、対向電極を形成する際の基材となる層をより十分に被覆することにより全体的に一層均一な性能を得る観点、及び対向電極と透明電極が局所的に短絡して暗電流が上昇することを防止する観点から、5nm以上30nm以下であると好ましい。   Although the thickness of the counter electrode is not particularly limited, the viewpoint of obtaining a more uniform performance as a whole by sufficiently covering the layer serving as a base material when forming the counter electrode, and the counter electrode and the transparent electrode are From the viewpoint of preventing dark current from rising due to a local short circuit, it is preferably 5 nm or more and 30 nm or less.

対向電極を形成する方法は特に限定されず、電極材料との適性を考慮して適宜選択することができる。対向電極の形成方法として、具体的には、印刷方式及びコーティング方式等の湿式方式、真空蒸着法、スパッタリング法及びイオンプレーティング法等の物理的方式、CVD及びプラズマCVD法等の化学的方式が挙げられる。また、電極の材料がITOのような透明導電性金属酸化物である場合は、その形成方法として、例えば、電子ビーム法、スパッタリング法、抵抗加熱蒸着法、化学反応法(ゾル−ゲル法など)、及びその金属酸化物の分散物を塗布する方法が挙げられる。さらに、ITOのような透明導電性金属酸化物の膜に、UV−オゾン処理及びプラズマ処理などを施すこともできる。   The method for forming the counter electrode is not particularly limited, and can be appropriately selected in consideration of suitability with the electrode material. As a method for forming the counter electrode, specifically, a wet method such as a printing method and a coating method, a physical method such as a vacuum deposition method, a sputtering method and an ion plating method, and a chemical method such as a CVD method and a plasma CVD method are used. Can be mentioned. Further, when the electrode material is a transparent conductive metal oxide such as ITO, for example, an electron beam method, a sputtering method, a resistance heating vapor deposition method, a chemical reaction method (sol-gel method, etc.) is used. And a method of applying a dispersion of the metal oxide. Further, a transparent conductive metal oxide film such as ITO can be subjected to UV-ozone treatment and plasma treatment.

図2は、本実施形態の固体撮像素子の別の一例を部分的に示す断面模式図である。図2に示す固体撮像素子200は、三次元ペロブスカイト型の構造を有する材料を含む光電変換層210と、その光電変換層210を挟むように積層される正孔輸送層220及び電子輸送層230と、それらを更に挟むように積層される透明電極240及び対向電極250とを備える。固体撮像素子200は、さらに、透明電極240上にカラーフィルタ260を備えると共に、透明電極240とカラーフィルタ260との間に封止層280を備え、カラーフィルタ260及び封止層280上に保護層285を備え、保護層285上のカラーフィルタ260の各々に対応する位置にマイクロレンズ265を備える。また、固体撮像素子200は、対向電極250及び電子輸送層230の下側に絶縁層295及び基板275をこの順に備え、基板275内に読み出し回路270を備え、その読み出し回路270と対向電極250とを接続する接続部290を備える。カラーフィルタ260としては、例えば、青色光を透過するカラーフィルタ260b、赤色光を透過するカラーフィルタ260r、及び緑色光を透過するカラーフィルタ260gが挙げられる。また、対向電極250は、各々のカラーフィルタ260b、260r及び260gに対応するように、それらのカラーフィルタの下方に設けられる。   FIG. 2 is a schematic cross-sectional view partially showing another example of the solid-state imaging device of the present embodiment. A solid-state imaging device 200 illustrated in FIG. 2 includes a photoelectric conversion layer 210 including a material having a three-dimensional perovskite structure, and a hole transport layer 220 and an electron transport layer 230 stacked so as to sandwich the photoelectric conversion layer 210. The transparent electrode 240 and the counter electrode 250 are stacked so as to further sandwich them. The solid-state imaging device 200 further includes a color filter 260 on the transparent electrode 240 and a sealing layer 280 between the transparent electrode 240 and the color filter 260, and a protective layer on the color filter 260 and the sealing layer 280. 285 and microlenses 265 at positions corresponding to the color filters 260 on the protective layer 285. Further, the solid-state imaging device 200 includes an insulating layer 295 and a substrate 275 in this order below the counter electrode 250 and the electron transport layer 230, and includes a readout circuit 270 in the substrate 275, and the readout circuit 270 and the counter electrode 250 Are provided. Examples of the color filter 260 include a color filter 260b that transmits blue light, a color filter 260r that transmits red light, and a color filter 260g that transmits green light. The counter electrode 250 is provided below the color filters so as to correspond to the color filters 260b, 260r, and 260g.

図2に示す固体撮像素子200は、図1に示す固体撮像素子100による作用効果の他、カラーフィルタ260を備えるので、所望の色彩の画像や映像をより容易に得ることが可能となる。
また、固体撮像素子200は、マイクロレンズ265を備えるので、より良好に集光をすることができる。さらに、固体撮像素子200は、保護層285を備えるので、固体撮像素子全体が保護され、絶縁層295を備えるので、複数の対向電極間の短絡を防止できる。カラーフィルタ260、マイクロレンズ265、保護層285及び絶縁層295としては特に限定されず、従来知られているものを用いることができる。
Since the solid-state image sensor 200 shown in FIG. 2 includes the color filter 260 in addition to the operational effects of the solid-state image sensor 100 shown in FIG. 1, it is possible to more easily obtain images and videos of desired colors.
In addition, since the solid-state imaging device 200 includes the microlens 265, the solid-state imaging device 200 can collect light better. Furthermore, since the solid-state imaging device 200 includes the protective layer 285, the entire solid-state imaging device is protected and includes the insulating layer 295, so that a short circuit between the plurality of counter electrodes can be prevented. The color filter 260, the micro lens 265, the protective layer 285, and the insulating layer 295 are not particularly limited, and conventionally known ones can be used.

光電変換層210、正孔輸送層220、電子輸送層230、透明電極240及び対向電極250としては、図1に示す固体撮像素子100における光電変換層110、正孔輸送層120、電子輸送層130、透明電極140及び対向電極150と同様のものを用いることができるので、ここでは詳細な説明を省略する。   As the photoelectric conversion layer 210, the hole transport layer 220, the electron transport layer 230, the transparent electrode 240, and the counter electrode 250, the photoelectric conversion layer 110, the hole transport layer 120, and the electron transport layer 130 in the solid-state imaging device 100 illustrated in FIG. Since the same electrode as the transparent electrode 140 and the counter electrode 150 can be used, detailed description is omitted here.

(封止層)
本実施形態の固体撮像素子は、さらに封止層を含んでいてもよい。光電変換層における三次元ペロブスカイト型の構造を有する材料は、水分子や大気などの劣化因子の存在で顕著にその性能が劣化してしまう場合がある。そこで、水分子や大気の透過を抑制するために、緻密な金属酸化物、金属窒化物及び金属窒化酸化物などのセラミックスやダイヤモンド状炭素(DLC)などの材料からなる封止層を、好ましくは光電変換層全体を被覆するように設けることで、上記の劣化をより有効かつ確実に防止することができる。封止層は、例えば、特開2011−082508号公報の段落[0210]乃至[0215]の記載に従って、その材料を選択したり、形成したりすることができる。
(Sealing layer)
The solid-state imaging device of this embodiment may further include a sealing layer. A material having a three-dimensional perovskite structure in the photoelectric conversion layer may be significantly deteriorated in performance due to the presence of deterioration factors such as water molecules and air. Therefore, in order to suppress the permeation of water molecules and the atmosphere, a sealing layer made of a material such as a dense metal oxide, a metal nitride and a metal nitride oxide such as ceramics and diamond-like carbon (DLC) is preferably used. By providing so that the whole photoelectric converting layer may be coat | covered, said deterioration can be prevented more effectively and reliably. The material of the sealing layer can be selected or formed according to the description in paragraphs [0210] to [0215] of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-082508, for example.

(基板)
本実施形態の固体撮像素子は、さらに基板を含んでいてもよい。基板は、その上に各層を積層して固体撮像素子を製造するために用いられたり、固体撮像素子の機械的強度を高めるために用いられたりする。基板の種類は特に制限されず、例えば、半導体基板、ガラス基板及びプラスチック基板が挙げられる。
(substrate)
The solid-state imaging device of the present embodiment may further include a substrate. The substrate is used for manufacturing a solid-state imaging device by stacking layers on the substrate, or used for increasing the mechanical strength of the solid-state imaging device. The kind in particular of board | substrate is not restrict | limited, For example, a semiconductor substrate, a glass substrate, and a plastic substrate are mentioned.

(読み出し回路及び接続部)
読み出し回路は、光電変換層で発生した電荷に応じた信号を読み出すために設けられる。読み出し回路は、例えばCCD、CMOS回路、又はTFT回路等で構成されており、好ましくは絶縁層内に配置された図示しない遮光層によって遮光されている。読み出し回路は、それに対応する透明電極又は対向電極と接続部を介して電気的に接続されている。接続部は、絶縁層に埋設されており、透明電極又は対向電極と読み出し回路とを電気的に接続するためのプラグ等である。このように構成された固体撮像素子では、光が入射すると、この光が光電変換層に入射し、ここで電荷が発生する。発生した電荷のうちの電子は、対向電極で捕集され、その量に応じた電圧信号が読み出し回路によって固体撮像素子外部に出力される。
(Read circuit and connection part)
The reading circuit is provided for reading a signal corresponding to the charge generated in the photoelectric conversion layer. The readout circuit is composed of, for example, a CCD, a CMOS circuit, a TFT circuit, or the like, and is preferably shielded from light by a light shielding layer (not shown) disposed in the insulating layer. The readout circuit is electrically connected to the corresponding transparent electrode or counter electrode via a connection portion. The connecting portion is a plug or the like that is embedded in the insulating layer and electrically connects the transparent electrode or the counter electrode to the readout circuit. In the solid-state imaging device configured as described above, when light is incident, the light is incident on the photoelectric conversion layer, and charges are generated here. Electrons of the generated charges are collected by the counter electrode, and a voltage signal corresponding to the amount is output to the outside of the solid-state imaging device by the readout circuit.

図2に示す固体撮像素子200は、従来のシリコンフォトダイオードを用いたものと比較して、読み出し回路270等を受光面側とは反対側に設けるので、受光面積を広くすることができる。また、深さ方向の厚さが必要ないので、光線の入射角が制限されず、その結果、光を効率良く利用することができ、画素の更なる微細化が可能となる。   In the solid-state imaging device 200 shown in FIG. 2, since the readout circuit 270 and the like are provided on the side opposite to the light receiving surface side as compared with the conventional one using a silicon photodiode, the light receiving area can be widened. Further, since the thickness in the depth direction is not required, the incident angle of the light beam is not limited, and as a result, the light can be used efficiently and the pixels can be further miniaturized.

図3は、本実施形態の固体撮像素子のさらに別の一例を部分的に示す断面模式図である。図3に示す固体撮像素子300は、三次元ペロブスカイト型の構造を有する材料を含む光電変換層310と、その光電変換層を挟むように積層される正孔輸送層320及び電子輸送層330と、正孔輸送層上に積層される透明電極340と、電子輸送層の下側に積層される対向電極350とを備える。固体撮像素子300は、さらに、透明電極340上にカラーフィルタ360を備えると共に、透明電極340とカラーフィルタ360との間に封止層380を備え、カラーフィルタ360及び封止層380上に保護層385を備える。また、固体撮像素子300は、対向電極350及び電子輸送層330の下側に絶縁層395及び基板375をこの順に備え、基板375内に読み出し回路370を備え、その読み出し回路370と対向電極350とを接続する接続部390を備える。カラーフィルタ360としては、例えば、青色光を透過するカラーフィルタ360b、赤色光を透過するカラーフィルタ360r、及び緑色光を透過するカラーフィルタ360gであり、カラーフィルタ360は固体撮像素子300における各層の積層方向とは直交する方向に二次元状に複数配列される。また、対向電極350は、各々のカラーフィルタ360に対応するように設けられるので、カラーフィルタ360と同様に、上記積層方向とは直交する方向に二次元状に複数配列される。さらに、各対向電極350間には可視光を遮断するための遮光膜355が形成されている。   FIG. 3 is a schematic cross-sectional view partially showing still another example of the solid-state imaging device of the present embodiment. A solid-state imaging device 300 illustrated in FIG. 3 includes a photoelectric conversion layer 310 including a material having a three-dimensional perovskite structure, a hole transport layer 320 and an electron transport layer 330 stacked so as to sandwich the photoelectric conversion layer, The transparent electrode 340 laminated | stacked on a positive hole transport layer, and the counter electrode 350 laminated | stacked on the lower side of an electron carrying layer are provided. The solid-state imaging device 300 further includes a color filter 360 on the transparent electrode 340, a sealing layer 380 between the transparent electrode 340 and the color filter 360, and a protective layer on the color filter 360 and the sealing layer 380. 385. Further, the solid-state imaging device 300 includes an insulating layer 395 and a substrate 375 in this order under the counter electrode 350 and the electron transport layer 330, and includes a readout circuit 370 in the substrate 375, and the readout circuit 370, the counter electrode 350, The connection part 390 which connects is provided. Examples of the color filter 360 include a color filter 360 b that transmits blue light, a color filter 360 r that transmits red light, and a color filter 360 g that transmits green light. The color filter 360 is a stack of layers in the solid-state imaging device 300. A plurality of two-dimensional arrays are arranged in a direction orthogonal to the direction. Further, since the counter electrode 350 is provided so as to correspond to each color filter 360, a plurality of the counter electrodes 350 are two-dimensionally arranged in a direction orthogonal to the stacking direction, similarly to the color filter 360. Further, a light shielding film 355 for blocking visible light is formed between the counter electrodes 350.

遮光膜355はアクリル樹脂のようなブラックレジスト材からなるものであってもよく、互いに屈折率が異なる複数の材料を積層して形成されたものであってもよく、例えば、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層構造及びシリコン酸化膜と酸化チタン膜との積層構造であってもよい。   The light shielding film 355 may be made of a black resist material such as an acrylic resin, or may be formed by laminating a plurality of materials having different refractive indexes, for example, a silicon oxide film and silicon A laminated structure of a nitride film and a laminated structure of a silicon oxide film and a titanium oxide film may be used.

図3に示す固体撮像素子300は、図1及び2に示す固体撮像素子100,200による作用効果の他、カラーフィルタ360及び対向電極350を二次元状に複数配列して、より具体的にはマトリックス状に備える。これにより、各々のカラーフィルタ360及び対向電極350が存在する領域で1つの光電変換素子として作用し、その1つの光電変換素子が1つの画素を構成する。よって、固体撮像素子300は、複数の画素を構成する。その結果、各々の光電変換素子(画素)において、光信号を電気信号に変換し、その電気信号を画素毎に逐次撮像素子外部に出力することができる。   The solid-state imaging device 300 shown in FIG. 3 is more specifically configured by arranging a plurality of color filters 360 and counter electrodes 350 in a two-dimensional manner in addition to the operational effects of the solid-state imaging devices 100 and 200 shown in FIGS. Prepare in a matrix. Thereby, it acts as one photoelectric conversion element in a region where each color filter 360 and the counter electrode 350 exist, and the one photoelectric conversion element constitutes one pixel. Therefore, the solid-state image sensor 300 constitutes a plurality of pixels. As a result, in each photoelectric conversion element (pixel), an optical signal can be converted into an electric signal, and the electric signal can be sequentially output to the outside of the imaging element for each pixel.

以上、本実施形態の固体撮像素子について詳細に説明したが、本発明は上記本実施形態に限定されるものではない。本発明の固体撮像素子は、本発明の目的の達成を阻害しない範囲で、上記以外の点で従来の固体撮像素子が有する構成を有していてもよい。例えば、上記では絶縁層を介して下部電極及び基板が積層され、絶縁層に接続部、基板に読み出し回路が埋め込まれたように構成されているが、絶縁層が省略されて、下部電極の下層に直接基板が設けられ、その基板に接続部と読み出し回路の両方が埋め込まれていてもよい。   Although the solid-state imaging device of this embodiment has been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiment. The solid-state imaging device of the present invention may have a configuration that the conventional solid-state imaging device has in points other than the above as long as the achievement of the object of the present invention is not hindered. For example, in the above configuration, the lower electrode and the substrate are stacked via the insulating layer, and the connection portion is embedded in the insulating layer, and the readout circuit is embedded in the substrate. A substrate may be provided directly on the substrate, and both the connection portion and the readout circuit may be embedded in the substrate.

以下、実施例によって本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to these Examples.

(実施例1)
下記のようにして、図1に示すのと同様の構成を備える固体撮像素子を作製した。まず25mm×25mmの寸法を有するフッ素ドープ酸化スズ透明導電性ガラス(Aldrich製、製品名「735159−EA」、以下、「FTOガラス」と表記する。)を2M塩酸水溶液と亜鉛粉末とを用いてエッチングした。エッチング後のFTOガラスに対して、エタノール、アセトン及びイソプロピルアルコールの順に5分間ずつ超音波洗浄を行い、エアダスターで乾燥し、5分間UVオゾン洗浄を行い、透明電極としてのFTOガラスを得た。
Example 1
A solid-state imaging device having the same configuration as shown in FIG. 1 was produced as follows. First, a fluorine-doped tin oxide transparent conductive glass having a size of 25 mm × 25 mm (manufactured by Aldrich, product name “735159-EA”, hereinafter referred to as “FTO glass”) is used with a 2M hydrochloric acid aqueous solution and zinc powder. Etched. The FTO glass after etching was subjected to ultrasonic cleaning for 5 minutes in order of ethanol, acetone and isopropyl alcohol, dried by an air duster, and UV ozone cleaning for 5 minutes to obtain an FTO glass as a transparent electrode.

また、75質量%のチタンジイソプロポキシドビス(アセチルアセトナート)のイソプロピルアルコール溶液(Aldrich製)を更にブタノールで希釈した溶液(0.4M)を、FTOガラスにスピンコートにより塗布した。次いで、溶液を塗布したFTOガラスを130℃のホットプレートで5分間、加熱した。その加熱後のFTOガラスを電気炉に移し、更に500℃で15分間加熱した後、電気炉から取り出し、放冷した。上記塗布から放冷までの操作を4回繰り返した。次いで、純水40mLとTiCl4水溶液1.5mLから調製したTiCl4水溶液に放冷後の基板を浸漬し、70℃のオーブンで15分間加熱した。こうして、FTOガラス上に電子輸送層である酸化チタンからなる層を形成した積層体を得た。オーブンから取り出した積層体を純水で洗浄した後、窒素ブローにて乾燥し、グローブボックス(Arガス雰囲気下)の中に移した。 Further, a solution (0.4 M) obtained by further diluting 75% by mass of titanium diisopropoxide bis (acetylacetonate) in isopropyl alcohol (Aldrich) with butanol was applied to FTO glass by spin coating. Next, the FTO glass coated with the solution was heated on a hot plate at 130 ° C. for 5 minutes. The heated FTO glass was transferred to an electric furnace, further heated at 500 ° C. for 15 minutes, then taken out of the electric furnace and allowed to cool. The operation from the application to the cooling was repeated 4 times. Then, by immersing the substrate after cooling the TiCl 4 aqueous solution prepared from the pure water 40mL and TiCl 4 aqueous solution 1.5 mL, it was heated for 15 minutes at 70 ° C. in an oven. Thus, a laminate in which a layer made of titanium oxide as an electron transport layer was formed on the FTO glass was obtained. The laminate taken out from the oven was washed with pure water, dried by nitrogen blowing, and transferred to a glove box (under Ar gas atmosphere).

次に、PbCl2(和光純薬製)490mgとヨウ化メチルアンモニウム840mgとの混合物にジメチルホルムアミド2.0mLを加え、100℃に加熱してスピンコート用溶液を得た。この溶液を、グローブボックス内の積層体における酸化チタンからなる層にスピンコートにより塗布し、さらにスピンコートの途中でクロロベンゼンを基板に滴下した。スピンコート後の積層体を100℃のホットプレートで2時間加熱した。こうして、酸化チタンからなる層上に光電変換層であるMAPbI3からなる層を形成した積層体を得た。 Next, 2.0 mL of dimethylformamide was added to a mixture of 490 mg of PbCl 2 (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and 840 mg of methylammonium iodide, and heated to 100 ° C. to obtain a solution for spin coating. This solution was applied to the layer made of titanium oxide in the laminate in the glove box by spin coating, and chlorobenzene was dropped onto the substrate during the spin coating. The laminate after spin coating was heated on a hot plate at 100 ° C. for 2 hours. Thus, a laminate was obtained in which a layer made of MAPbI 3 as a photoelectric conversion layer was formed on a layer made of titanium oxide.

次いで、ポリ−3−ヘキシルチオフェン(P3HT、Aldrich製)15mgにクロロベンゼン1mLを加え、100℃に加熱してスピンコート用溶液を得た。この溶液を、上記積層体におけるMAPbI3からなる層にスピンコートにより塗布した。こうして、MAPbI3からなる層上に正孔輸送層であるポリ−3−ヘキシルチオフェンからなる層を形成した積層体を得た。 Next, 1 mL of chlorobenzene was added to 15 mg of poly-3-hexylthiophene (P3HT, manufactured by Aldrich) and heated to 100 ° C. to obtain a solution for spin coating. This solution was applied to the layer made of MAPbI 3 in the laminate by spin coating. Thus, a laminate was obtained in which a layer made of poly-3-hexylthiophene, which is a hole transport layer, was formed on a layer made of MAPbI 3 .

次に、上記積層体をグローブボックスから取り出し、蒸着装置を用いて、上記積層体におけるポリ−3−ヘキシルチオフェンからなる層に銀を100nm蒸着した。こうして、ポリ−3−ヘキシルチオフェンからなる層上に対向電極である銀からなる層を形成した積層体を得た。さらに、その積層体をグローブボックス内に入れ、ガラス(イソプロパノールに浸漬して超音波洗浄した後、更にUVオゾン洗浄を施したもの)とUV硬化樹脂(モレスコ製の製品名「モイスチャーカットWB90US−HV」)とを用いて積層体の封止を行い、固体撮像素子を得た。   Next, the laminated body was taken out from the glove box, and silver was deposited to 100 nm on the layer made of poly-3-hexylthiophene in the laminated body using a vapor deposition apparatus. In this way, a laminate in which a layer made of silver as a counter electrode was formed on a layer made of poly-3-hexylthiophene was obtained. Further, the laminate is put in a glove box, glass (soaked in isopropanol and ultrasonically cleaned, and further subjected to UV ozone cleaning) and a UV curable resin (product name “Moisture Cut WB90US-HV manufactured by Moresco”). ]) Was used to seal the laminate, and a solid-state imaging device was obtained.

上述のようにして得られた固体撮像素子における各層の厚さをSEM観察により測定した結果、電子輸送層の厚さは180nm、光電変換層の厚さは400nm、正孔輸送層の厚さは170nmであった。   As a result of measuring the thickness of each layer in the solid-state imaging device obtained as described above by SEM observation, the thickness of the electron transport layer is 180 nm, the thickness of the photoelectric conversion layer is 400 nm, and the thickness of the hole transport layer is It was 170 nm.

(比較例1)
従来のシリコンフォトダイオードとして、SHARP製の製品名「BS−520」(アモルファスシリコン)を準備した。
(Comparative Example 1)
A product name “BS-520” (amorphous silicon) manufactured by SHARP was prepared as a conventional silicon photodiode.

(光電変換効率の評価)
温度25℃の環境下で、固体撮像素子に対して、分光分布:AM1.5、放射照度:1000W/m2の条件にて太陽光を照射し、出力特性としてのI−V曲線を作成した。測定装置は、ソーラーシミュレーターとして分光計器(株)製の製品名「OTENTO−SUN V」、計測装置としてケースレ社製のI−V測定システムである製品名「IV−2400」(ソースメーター)を用いた。そのI−V曲線に基づいて、下記式により光電変換効率を求めた。実施例1の固体撮像素子での光電変換効率を1とした場合の相対評価とし、0.9を超える場合を「A」、0.8を超え、0.9以下である場合を「B」、0.7を超え0.8以下である場合を「C」、0.7以下である場合を「D]と評価した。その結果、比較例1の固体撮像素子について、光電変換効率の評価はBであった。
η=Pmax÷(E×A)×100
ここで、ηは光電変換効率(%)、Pmaxは最適動作点での出力(W)、Eは放射照度(W/m2)、Aは受光面積(m2)を示す。
(Evaluation of photoelectric conversion efficiency)
Under an environment of a temperature of 25 ° C., the solid-state imaging device was irradiated with sunlight under the conditions of spectral distribution: AM1.5 and irradiance: 1000 W / m 2 to create an IV curve as output characteristics. . As a measuring device, a product name “OTENTO-SUN V” manufactured by Spectrometer Co., Ltd. is used as a solar simulator, and a product name “IV-2400” (source meter) which is an IV measuring system manufactured by Keithle is used as a measuring device. It was. Based on the IV curve, the photoelectric conversion efficiency was determined by the following formula. Relative evaluation when the photoelectric conversion efficiency in the solid-state image pickup device of Example 1 is set to 1 is “A” when exceeding 0.9, and “B” when exceeding 0.8 and 0.9 or less. , 0.7 and 0.8 or less were evaluated as “C”, and 0.7 or less were evaluated as “D.” As a result, the photoelectric conversion efficiency of the solid-state imaging device of Comparative Example 1 was evaluated. Was B.
η = P max ÷ (E × A) × 100
Here, η is the photoelectric conversion efficiency (%), P max is the output (W) at the optimum operating point, E is the irradiance (W / m 2 ), and A is the light receiving area (m 2 ).

(量子効率の評価)
固体撮像素子における光電変換層に毎秒吸収された光子に対して何個の電子を発生させるかの比率(%)として表される量子効率を測定した。測定装置として、分光計器(株)製の分光感度測定装置である製品名「CEP−2000MLQR」を用いた。量子効率は、青色の波長(460nm付近)、緑色の波長(520nm付近)及び赤色の波長(680nm付近)で求めた。実施例1の固体撮像素子での量子効率を1とした場合の相対評価とし、0.9以上のものを「A」、0.8以上0.9未満である場合を「B」、0.7以上0.8未満である場合を「C」、0.7未満である場合を「D]と評価した。その結果、比較例1の固体撮像素子について、量子効率の評価は、青色の波長でB、緑色の波長でB、赤色の波長でDであった。
(Evaluation of quantum efficiency)
The quantum efficiency expressed as a ratio (%) of how many electrons are generated with respect to photons absorbed per second by the photoelectric conversion layer in the solid-state imaging device was measured. The product name “CEP-2000MLQR”, which is a spectral sensitivity measuring device manufactured by Spectrometer Co., Ltd., was used as the measuring device. The quantum efficiency was determined at a blue wavelength (near 460 nm), a green wavelength (near 520 nm), and a red wavelength (near 680 nm). Relative evaluation when the quantum efficiency of the solid-state imaging device of Example 1 is set to 1 is “A” when 0.9 or more, “B” when 0.8 or more and less than 0.9, The case of 7 or more and less than 0.8 was evaluated as “C”, and the case of less than 0.7 was evaluated as “D.” As a result, the quantum efficiency of the solid-state imaging device of Comparative Example 1 was evaluated using the blue wavelength. B, B at the green wavelength, and D at the red wavelength.

(光吸収係数の測定)
固体撮像素子における光電変換層について、青色の波長(460nm付近)、緑色の波長(520nm付近)及び赤色の波長(680nm付近)の光を吸収した際の光吸収係数を求めた。測定装置は、UV−Vis−NIR測定装置である(株)島津製作所製の製品名「SolidSpec−3700」を用いた。実施例1の固体撮像素子での光吸収係数は、青色、緑色及び赤色のいずれの波長においても高いものであった。
(Measurement of light absorption coefficient)
About the photoelectric converting layer in a solid-state image sensor, the light absorption coefficient at the time of absorbing the light of a blue wavelength (near 460 nm), a green wavelength (near 520 nm), and a red wavelength (near 680 nm) was calculated | required. As the measuring apparatus, a product name “SolidSpec-3700” manufactured by Shimadzu Corporation, which is a UV-Vis-NIR measuring apparatus, was used. The light absorption coefficient in the solid-state imaging device of Example 1 was high at any of blue, green, and red wavelengths.

(光応答速度の評価)
固体撮像素子における光電変換層について応答性を確認した。光電変換層にパルス周期でレーザー光(波長639nm、強度は10mW及び30mWの2種類)を照射し、その時の光電流をオシロスコープで測定して、10%から90%の信号強度までの立ち上がり時間を求めた。実施例1の固体撮像素子の立ち上がり時間を1としたときの相対値が1.5未満のものを「A」、1.5以上2.0未満のものを「B」、2.0以上3.0未満のものを「C」、3.0以上のものを「D」とした。その結果、比較例1の固体撮像素子について、応答性の評価は、10mWのレーザー光強度でA、30mWのレーザー光強度でCであった。
(Evaluation of light response speed)
Responsiveness of the photoelectric conversion layer in the solid-state imaging device was confirmed. The photoelectric conversion layer is irradiated with laser light with a pulse period (wavelength 639 nm, intensity is 10 mW and 30 mW), the photocurrent at that time is measured with an oscilloscope, and the rise time from 10% to 90% signal intensity is measured. Asked. When the rise time of the solid-state imaging device of Example 1 is 1, the relative value is less than 1.5, “A”, 1.5 to 2.0 but “B”, 2.0 and 3 Less than 0.0 was designated as “C” and 3.0 or more was designated as “D”. As a result, regarding the solid-state imaging device of Comparative Example 1, the evaluation of responsiveness was A at a laser beam intensity of 10 mW and C at a laser beam intensity of 30 mW.

本発明の固体撮像素子は、量子効率が高く、光吸収性が良好であり、かつ広範な光強度において光応答速度が速いものである。したがって、それらの特性が要求される分野において、本発明の固体撮像素子は産業上の利用可能性がある。具体的には、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、携帯電話用カメラ、内視鏡用カメラのような医療用カメラ、車載用カメラ、上記以外のモバイル機器用カメラ、ゲーム機用カメラ及び産業用カメラにおける撮像素子;ファクシミリ、スキャナー及びコピー機等における画像読み取り素子;並びに、バイオ及び化学センサ等における光センサとして、利用可能性がある。   The solid-state imaging device of the present invention has high quantum efficiency, good light absorption, and high light response speed in a wide range of light intensity. Therefore, the solid-state imaging device of the present invention has industrial applicability in fields where these characteristics are required. Specifically, digital still cameras, digital video cameras, mobile phone cameras, medical cameras such as endoscope cameras, in-vehicle cameras, cameras for mobile devices other than the above, game console cameras, and industrial cameras As an image sensor in a facsimile, a scanner, a copier, and the like;

100、200、300…固体撮像素子、110、210、310…光電変換層、120、220、320…正孔輸送層、130、230、330…電子輸送層、140、240、340…透明電極、150、250、350…対向電極。   100, 200, 300 ... solid-state imaging device, 110, 210, 310 ... photoelectric conversion layer, 120, 220, 320 ... hole transport layer, 130, 230, 330 ... electron transport layer, 140, 240, 340 ... transparent electrode, 150, 250, 350 ... counter electrode.

Claims (4)

入射光を光電変換する光電変換層と、
前記光電変換層に対して正孔を輸送する正孔輸送層と、
前記光電変換層に対して電子を輸送する電子輸送層と、
一対の電極と、を含む光電変換素子を備える固体撮像素子であって、
前記光電変換層、前記正孔輸送層、及び前記電子輸送層は、前記一対の電極の間に積層され、
前記光電変換層は、三次元ペロブスカイト型の構造を有する材料を含む、
固体撮像素子。
A photoelectric conversion layer for photoelectrically converting incident light;
A hole transport layer for transporting holes to the photoelectric conversion layer;
An electron transport layer for transporting electrons to the photoelectric conversion layer;
A solid-state imaging device including a photoelectric conversion element including a pair of electrodes,
The photoelectric conversion layer, the hole transport layer, and the electron transport layer are laminated between the pair of electrodes,
The photoelectric conversion layer includes a material having a three-dimensional perovskite structure,
Solid-state image sensor.
前記一対の電極のうち少なくとも一方を二次元状に複数配列することにより、複数の画素を構成する、請求項1記載の固体撮像素子。   The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a plurality of pixels are configured by arranging a plurality of two-dimensionally at least one of the pair of electrodes. 一層の前記光電変換層に対して、前記一対の電極のうち一方を二次元状に複数配列することにより、複数の画素を構成する、請求項1又は2に記載の固体撮像素子。   3. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a plurality of pixels are formed by arranging one of the pair of electrodes in a two-dimensional manner with respect to a single layer of the photoelectric conversion layer. 前記一対の電極のうち一方の電極上にカラーフィルタを備える、請求項1〜3のいずれか一項に記載の固体撮像素子。   The solid-state image sensor as described in any one of Claims 1-3 provided with a color filter on one electrode among a pair of said electrodes.
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