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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-06-06
(45)【発行日】2024-06-14
(54)【発明の名称】素子とセンサー及び電子装置
(51)【国際特許分類】
H10K 30/60 20230101AFI20240607BHJP
H10K 30/85 20230101ALI20240607BHJP
H10K 30/86 20230101ALI20240607BHJP
H10K 50/15 20230101ALI20240607BHJP
H10K 50/10 20230101ALI20240607BHJP
H01L 27/146 20060101ALI20240607BHJP
【ＦＩ】
H10K30/60
H10K30/85
H10K30/86
H05B33/22 D
H05B33/14 A
H01L27/146 E
【請求項の数】
22
(21)【出願番号】P 2020142592
(22)【出願日】2020-08-26
(65)【公開番号】P2021040133
(43)【公開日】2021-03-11
【審査請求日】2023-05-02
(31)【優先権主張番号】10-2019-0108398
(32)【優先日】2019-09-02
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(31)【優先権主張番号】10-2020-0103484
(32)【優先日】2020-08-18
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(73)【特許権者】
【識別番号】390019839
【氏名又は名称】三星電子株式会社
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】１２９，Ｓａｍｓｕｎｇ－ｒｏ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ－ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ－ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ－ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
(74)【代理人】
【識別番号】110000051
【氏名又は名称】弁理士法人共生国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】朴 敬 培
(72)【発明者】
【氏名】菅沼 直俊
(72)【発明者】
【氏名】許 哲 準
(72)【発明者】
【氏名】朴 性 俊
(72)【発明者】
【氏名】尹 晟 榮
【審査官】小林 幹
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１６／００９３８２１（ＵＳ，Ａ１）
【文献】Sung Hyun Kim et al.，“Effects of Gold-Nanoparticle Surface and Vertical Coverage by Conducting Polymer between Indium Tin Oxide and the Hole Transport Layer on Organic Light-Emitting Diodes”，Applied Materials & Interfaces，2015年，Vol. 7，p.15031-15041
【文献】Ju-An Yoon et al.，“Highly efficient blue organic light-emitting diodes using quantum well-like multiple emissive layer structure”，Nanoscale Research Letters，2014年，Vol. 9, Article number 191，p.1-7
【文献】An-Na Cho and Nam-Gyu Park，“Impact of Interfacial Layers in Perovskite Solar Cells”，ChemSusChem，2017年，Vol. 10，p.3687-3704
【文献】Yawei Ma et al.，“Dual hole transport layers for blue-light-emitting PLED: Suppress the formation of exciplex towards high device performance and color purity”，Organic Electronics，2019年02月，Vol. 68，p.103-107
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ１０Ｋ １０／００－９９／００
Ｈ０１Ｌ ２７／１４６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１電極及び第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に位置する活性層と、
前記第１電極と前記活性層との間に位置する複数の補助層と、を有し、
前記複数の補助層は、
前記活性層に接触する第１補助層と、
前記第１電極に接触する第２補助層と、を含み、
前記活性層のＨＯＭＯエネルギー準位、前記第１補助層のＨＯＭＯエネルギー準位、前記第２補助層のＨＯＭＯエネルギー準位、及び前記第１電極の仕事関数は、順次に浅くなり、 前記活性層、前記第１補助層、前記第２補助層、及び前記第１電極のエネルギーダイヤグラムは、下記関係式１、２、及び３を満足することを特徴とする素子。
［関係式１］
｜ΔΦ１－ΔΦ２｜≦０．１ｅＶ
［関係式２］
｜ΔΦ １ －ΔΦ ３ ｜≦０．１ｅＶ
［関係式３］
｜ΔΦ ３ －ΔΦ ２ ｜≦０．１ｅＶ
（前記関係式１、２、及び３で、ΔΦ１は前記活性層と前記第１補助層との間のエネルギーバリアであり、ΔΦ２は前記第２補助層と前記第１電極との間のエネルギーバリアであり、ΔΦ ３ は前記第１補助層と前記第２補助層との間のエネルギーバリアであり、前記エネルギーバリアはＨＯＭＯエネルギー準位の差である。）
【請求項2】
第１電極及び第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に位置する活性層と、
前記第１電極と前記活性層との間に位置する複数の補助層と、を有し、
前記複数の補助層は、
前記活性層に接触する第１補助層と、
前記第１電極に接触する第２補助層と、を含み、
前記活性層のＬＵＭＯエネルギー準位、前記第１補助層のＬＵＭＯエネルギー準位、前記第２補助層のＬＵＭＯエネルギー準位、及び前記第１電極の仕事関数は、順次に深くなり、
前記活性層、前記第１補助層、前記第２補助層、及び前記第１電極のエネルギーダイヤグラムは、下記関係式１、２、及び３を満足することを特徴とする素子。
［関係式１］
｜ΔΦ １ －ΔΦ ２ ｜≦０．１ｅＶ
［関係式２］
｜ΔΦ １ －ΔΦ ３ ｜≦０．１ｅＶ
［関係式３］
｜ΔΦ ３ －ΔΦ ２ ｜≦０．１ｅＶ
（前記関係式１、２、及び３で、ΔΦ １ は前記活性層と前記第１補助層との間のエネルギーバリアであり、ΔΦ ２ は前記第２補助層と前記第１電極との間のエネルギーバリアであり、ΔΦ ３ は前記第１補助層と前記第２補助層との間のエネルギーバリアであり、前記エネルギーバリアはＬＵＭＯエネルギー準位の差である。）
【請求項3】
ΔΦ１、ΔΦ２、及びΔΦ３は、それぞれ０．５ｅＶ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の素子。
【請求項4】
前記活性層、前記第１補助層、前記第２補助層、及び前記第１電極のエネルギーダイヤグラムは、下記関係式１Ｅ、２Ｅ、及び３Ｅを満足することを特徴とする請求項１又は２に記載の素子。［関係式１Ｅ］
０＜｜ΔΦ１－ΔΦ２｜≦０．０５ｅＶ
［関係式２Ｅ］
０＜｜ΔΦ１－ΔΦ３｜≦０．０５ｅＶ
［関係式３Ｅ］
０＜｜ΔΦ３－ΔΦ２｜≦０．０５ｅＶ
（前記関係式１Ｅ～３Ｅで、ΔΦ１は前記活性層と前記第１補助層との間のエネルギーバリアであり、ΔΦ２は前記第２補助層と前記第１電極との間のエネルギーバリアであり、ΔΦ３は前記第１補助層と前記第２補助層との間のエネルギーバリアである。）
【請求項5】
前記複数の補助層は、前記第１補助層と前記第２補助層との間に位置する第３補助層を更に含み、前記活性層のＨＯＭＯエネルギー準位、前記第１補助層のＨＯＭＯエネルギー準位、前記第３補助層のＨＯＭＯエネルギー準位、前記第２補助層のＨＯＭＯエネルギー準位、及び前記第１電極の仕事関数は、順次に浅くなり、
前記活性層、前記第１補助層、前記第３補助層、前記第２補助層、及び前記第１電極のエネルギーダイヤグラムは、下記関係式４及び５を満足することを特徴とする請求項１に記載の素子。
［関係式４］
｜ΔΦ２－ΔΦ４｜≦０．１ｅＶ
［関係式５］
｜ΔΦ１－ΔΦ５｜≦０．１ｅＶ
（前記関係式４及び５で、ΔΦ１は前記活性層と前記第１補助層との間のエネルギーバリアであり、ΔΦ２は前記第２補助層と前記第１電極との間のエネルギーバリアであり、ΔΦ４は前記第３補助層と前記第２補助層との間のエネルギーバリアであり、ΔΦ５は前記第１補助層と前記第３補助層との間のエネルギーバリアである。）
【請求項6】
前記複数の補助層は、前記第１補助層と前記第２補助層との間に位置する第３補助層を更に含み、
前記活性層のＬＵＭＯエネルギー準位、前記第１補助層のＬＵＭＯエネルギー準位、前記第３補助層のＬＵＭＯエネルギー準位、前記第２補助層のＬＵＭＯエネルギー準位、及び前記第１電極の仕事関数は、順次に深くなり、
前記活性層、前記第１補助層、前記第３補助層、前記第２補助層、及び前記第１電極のエネルギーダイヤグラムは、下記関係式４及び５を満足することを特徴とする請求項２に記載の素子。
［関係式４］
｜ΔΦ ２ －ΔΦ ４ ｜≦０．１ｅＶ
［関係式５］
｜ΔΦ １ －ΔΦ ５ ｜≦０．１ｅＶ
（前記関係式４及び５で、ΔΦ １ は前記活性層と前記第１補助層との間のエネルギーバリアであり、ΔΦ ２ は前記第２補助層と前記第１電極との間のエネルギーバリアであり、ΔΦ ４ は前記第３補助層と前記第２補助層との間のエネルギーバリアであり、ΔΦ ５ は前記第１補助層と前記第３補助層との間のエネルギーバリアである。）
【請求項7】
前記活性層、前記第１補助層、前記第３補助層、前記第２補助層、及び前記第１電極のエネルギー準位は、下記関係式６を満足することを特徴とする請求項５又は６に記載の素子。［関係式６］
｜ΔΦ４－ΔΦ５｜≦０．１ｅＶ
（前記関係式６で、ΔΦ４は前記第３補助層と前記第２補助層との間のエネルギーバリアであり、ΔΦ５は前記第１補助層と前記第３補助層との間のエネルギーバリアである。）
【請求項8】
ΔΦ１、ΔΦ２、ΔΦ４、及びΔΦ５は、それぞれ０．５ｅＶ以下であることを特徴とする請求項５又は６に記載の素子。
【請求項9】
前記第１電極は、アノードであり、前記第２電極は、カソードであることを特徴とする請求項１に記載の素子。
【請求項10】
前記第２電極と前記活性層との間に位置する電子バッファー層を更に含むことを特徴とする請求項９に記載の素子。
【請求項11】
前記電子バッファー層は、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むことを特徴とする請求項１０に記載の素子。
【請求項12】
前記電子バッファー層は、前記活性層に最も近く位置する第１電子バッファー層と、
前記第２電極に最も近く位置する第２電子バッファー層と、を含み、
前記活性層のＬＵＭＯエネルギー準位、前記第１電子バッファー層のＬＵＭＯエネルギー準位、前記第２電子バッファー層のＬＵＭＯエネルギー準位、及び前記第２電極の仕事関数は、順次に深くなり、
前記活性層、前記第１電子バッファー層、前記第２電子バッファー層、及び前記第２電極のエネルギーダイヤグラムは、下記関係式７を満足することを特徴とする請求項１０に記載の素子。
［関係式７］
｜ΔΦ６－ΔΦ７｜≦０．１ｅＶ
（前記関係式７で、ΔΦ６は前記活性層と前記第１電子バッファー層との間のエネルギーバリアであり、ΔΦ７は前記第２電子バッファー層と前記第２電極との間のエネルギーバリアであり、ΔΦ６及びΔΦ７のエネルギーバリアはＬＵＭＯエネルギー準位の差である。）
【請求項13】
前記活性層、前記第１電子バッファー層、前記第２電子バッファー層、及び前記第２電極のエネルギーダイヤグラムは、下記関係式８及び９を満足することを特徴とする請求項１２に記載の素子。［関係式８］
｜ΔΦ６－ΔΦ８｜≦０．１ｅＶ
［関係式９］
｜ΔΦ７－ΔΦ８｜≦０．１ｅＶ
（前記関係式８及び９で、ΔΦ６は前記活性層と前記第１電子バッファー層との間のエネルギーバリアであり、ΔΦ７は前記第２電子バッファー層と前記第２電極との間のエネルギーバリアであり、ΔΦ８は前記第１電子バッファー層と前記第２電子バッファー層との間のエネルギーバリアであり、ΔΦ６、ΔΦ７、及びΔΦ８のエネルギーバリアはＬＵＭＯエネルギー準位の差である。）
【請求項14】
ΔΦ６、ΔΦ７、及びΔΦ８は、それぞれ０．５ｅＶ以下であることを特徴とする請求項１３に記載の素子。
【請求項15】
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２に記載の素子。
【請求項16】
前記第２電極と前記活性層との間に位置する正孔バッファー層を更に含むことを特徴とする請求項１５に記載の素子。
【請求項17】
前記第１補助層及び前記第２補助層は、それぞれ１０ｎｍ以下の厚さを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の素子。
【請求項18】
前記第１補助層及び前記第２補助層は、それぞれ有機物質を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の素子。
【請求項19】
前記活性層は、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する光電変換層であることを特徴とする請求項１又は２に記載の素子。
【請求項20】
請求項１乃至１９のいずれか一項に記載の素子を含むことを特徴とするセンサー。
【請求項21】
請求項１乃至１９のいずれか一項に記載の素子を含むことを特徴とする電子装置。
【請求項22】
請求項２０に記載のセンサーを含むことを特徴とする電子装置。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、素子とセンサー及び電子装置に関する。
【背景技術】
【0002】
光電変換素子は、光を受けて電気信号に変換する素子として、光ダイオード及び光トランジスターなどを含み、センサー又は光検出器に適用される。
【0003】
センサーは、高い解像度が日々要求されており、これに伴い画素の大きさが小さくなっている。現在主に使用するシリコン光ダイオードの場合、画素の大きさが小さくなりながら吸収面積が減るため、感度低下が発生する。そのために、シリコンを代替する有機物質が研究されている。
【0004】
有機物質は、吸光係数が大きく、分子構造により特定の波長領域の光を選択的に吸収するため、光ダイオード及び色フィルターを同時に代替することができ、高集積に有利である。
【0005】
しかし、有機物質は、高い結合エネルギー（ｂｉｎｄｉｎｇ ｅｎｅｒｇｙ）及び再結合（ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）の挙動により、シリコンとは異なる特性を示し、有機物質の特性を正確に予測し難いため、光電変換素子で要求される物性を容易に制御することが難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開２０１９－１４０６７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、残留電荷を減らして電荷抽出特性を改善させた素子、素子を含むセンサー、素子又はセンサーを含む電子装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による素子は、第１電極及び第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に位置する活性層と、前記第１電極と前記活性層との間に位置する複数の補助層と、を有し、前記複数の補助層は、前記活性層に最も近く位置する第１補助層と、前記第１電極に最も近く位置する第２補助層と、を含み、前記活性層のエネルギー準位、前記第１補助層のエネルギー準位、前記第２補助層のエネルギー準位、及び前記第１電極の仕事関数は、順次に深くなるか又は順次に浅くなり、前記活性層、前記第１補助層、前記第２補助層、及び前記第１電極のエネルギーダイヤグラムは、下記関係式１を満足する。
［関係式１］
｜ΔΦ１－ΔΦ２｜≦０．１ｅＶ
前記関係式１で、ΔΦ１は前記活性層と前記第１補助層との間のエネルギーバリアであり、ΔΦ２は前記第２補助層と前記第１電極との間のエネルギーバリアである。
［関係式１］
｜ΔΦ１－ΔΦ２｜≦０．１ｅＶ
前記関係式１で、ΔΦ１は前記活性層と前記第１補助層との間のエネルギーバリアであり、ΔΦ２は前記第２補助層と前記第１電極との間のエネルギーバリアである。
【0009】
前記第１補助層は、前記活性層に接触し、前記第２補助層は、前記第１電極に接触し得る。
前記活性層、前記第１補助層、前記第２補助層、及び前記第１電極のエネルギーダイヤグラムは、下記関係式２及び３を満足し得る。
［関係式２］
｜ΔΦ１－ΔΦ３｜≦０．１ｅＶ
［関係式３］
｜ΔΦ３－ΔΦ２｜≦０．１ｅＶ
前記関係式２及び３で、ΔΦ１は前記活性層と前記第１補助層との間のエネルギーバリアであり、ΔΦ２は前記第２補助層と前記第１電極との間のエネルギーバリアであり、ΔΦ３は前記第１補助層と前記第２補助層との間のエネルギーバリアである。
ΔΦ１、ΔΦ２、及びΔΦ３は、それぞれ約０．５ｅＶ以下であり得る。
前記活性層、前記第１補助層、前記第２補助層、及び前記第１電極のエネルギーダイヤグラムは、下記関係式１Ｅ、２Ｅ、及び３Ｅを満足し得る。
［関係式１Ｅ］
０＜｜ΔΦ１－ΔΦ２｜≦０．０５ｅＶ
［関係式２Ｅ］
０＜｜ΔΦ１－ΔΦ３｜≦０．０５ｅＶ
［関係式３Ｅ］
０＜｜ΔΦ３－ΔΦ２｜≦０．０５ｅＶ
前記関係式１Ｅ～３Ｅで、ΔΦ１は前記活性層と前記第１補助層との間のエネルギーバリアであり、ΔΦ２は前記第２補助層と前記第１電極との間のエネルギーバリアであり、ΔΦ３は前記第１補助層と前記第２補助層との間のエネルギーバリアである。
前記複数の補助層は、前記第１補助層と前記第２補助層との間に位置する第３補助層を更に含み、前記活性層のエネルギー準位、前記第１補助層のエネルギー準位、前記第３補助層のエネルギー準位、前記第２補助層のエネルギー準位、及び前記第１電極の仕事関数は、順次に深くなるか又は順次に浅くなり、前記活性層、前記第１補助層、前記第３補助層、前記第２補助層、及び前記第１電極のエネルギーダイヤグラムは、下記関係式４及び５を満足し得る。
［関係式４］
｜ΔΦ２－ΔΦ４｜≦０．１ｅＶ
［関係式５］
｜ΔΦ１－ΔΦ５｜≦０．１ｅＶ
前記関係式４及び５で、ΔΦ１は前記活性層と前記第１補助層との間のエネルギーバリアであり、ΔΦ２は前記第２補助層と前記第１電極との間のエネルギーバリアであり、ΔΦ４は前記第３補助層と前記第２補助層との間のエネルギーバリアであり、ΔΦ５は前記第１補助層と前記第３補助層との間のエネルギーバリアである。
前記活性層、前記第１補助層、前記第３補助層、前記第２補助層、及び前記第１電極のエネルギー準位は、下記関係式６を満足し得る。
［関係式６］
｜ΔΦ４－ΔΦ５｜≦０．１ｅＶ
前記関係式６で、ΔΦ４は前記第３補助層と前記第２補助層との間のエネルギーバリアであり、ΔΦ５は前記第１補助層と前記第３補助層との間のエネルギーバリアである。
ΔΦ１、ΔΦ２、ΔΦ４、及びΔΦ５は、それぞれ約０．５ｅＶ以下であり得る。
前記第１電極は、アノードであり、前記第２電極は、カソードであり、前記エネルギーバリアは、ＨＯＭＯエネルギー準位の差であり得る。
前記素子は、前記第２電極と前記活性層との間に位置する電子バッファー層を更に含み得る。
前記電子バッファー層は、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。
前記電子バッファー層は、前記活性層に最も近く位置する第１電子バッファー層と、前記第２電極に最も近く位置する第２電子バッファー層と、を含み、前記活性層のＬＵＭＯエネルギー準位、前記第１電子バッファー層のＬＵＭＯエネルギー準位、前記第２電子バッファー層のＬＵＭＯエネルギー準位、及び前記第２電極の仕事関数は、順次に深くなり、前記活性層、前記第１電子バッファー層、前記第２電子バッファー層、及び前記第２電極のエネルギーダイヤグラムは、下記関係式７を満足し得る。
［関係式７］
｜ΔΦ６－ΔΦ７｜≦０．１ｅＶ
前記関係式７で、ΔΦ６は前記活性層と前記第１電子バッファー層との間のエネルギーバリアであり、ΔΦ７は前記第２電子バッファー層と前記第２電極との間のエネルギーバリアであり、ΔΦ６及びΔΦ７のエネルギーバリアはＬＵＭＯエネルギー準位の差である。
前記活性層、前記第１電子バッファー層、前記第２電子バッファー層、及び前記第２電極のエネルギーダイヤグラムは、下記関係式８及び９を満足し得る。
［関係式８］
｜ΔΦ６－ΔΦ８｜≦０．１ｅＶ
［関係式９］
｜ΔΦ７－ΔΦ８｜≦０．１ｅＶ
前記関係式８及び９で、ΔΦ６は前記活性層と前記第１電子バッファー層との間のエネルギーバリアであり、ΔΦ７は前記第２電子バッファー層と前記第２電極との間のエネルギーバリアであり、ΔΦ８は前記第１電子バッファー層と前記第２電子バッファー層との間のエネルギーバリアであり、ΔΦ６、ΔΦ７、及びΔΦ８のエネルギーバリアはＬＵＭＯエネルギー準位の差である。
ΔΦ６、ΔΦ７、及びΔΦ８は、それぞれ約０．５ｅＶ以下であり得る。
前記第１電極は、カソードであり、前記第２電極は、アノードであり、前記エネルギーバリアは、ＬＵＭＯエネルギー準位の差であり得る。
前記素子は、前記第２電極と前記活性層との間に位置する正孔バッファー層を更に含み得る。
前記第１補助層及び前記第２補助層は、それぞれ約１０ｎｍ以下の厚さを有し得る。
前記第１補助層及び前記第２補助層は、それぞれ有機物質を含み得る。
前記活性層は、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する光電変換層であり得る。
前記活性層、前記第１補助層、前記第２補助層、及び前記第１電極のエネルギーダイヤグラムは、下記関係式２及び３を満足し得る。
［関係式２］
｜ΔΦ１－ΔΦ３｜≦０．１ｅＶ
［関係式３］
｜ΔΦ３－ΔΦ２｜≦０．１ｅＶ
前記関係式２及び３で、ΔΦ１は前記活性層と前記第１補助層との間のエネルギーバリアであり、ΔΦ２は前記第２補助層と前記第１電極との間のエネルギーバリアであり、ΔΦ３は前記第１補助層と前記第２補助層との間のエネルギーバリアである。
ΔΦ１、ΔΦ２、及びΔΦ３は、それぞれ約０．５ｅＶ以下であり得る。
前記活性層、前記第１補助層、前記第２補助層、及び前記第１電極のエネルギーダイヤグラムは、下記関係式１Ｅ、２Ｅ、及び３Ｅを満足し得る。
［関係式１Ｅ］
０＜｜ΔΦ１－ΔΦ２｜≦０．０５ｅＶ
［関係式２Ｅ］
０＜｜ΔΦ１－ΔΦ３｜≦０．０５ｅＶ
［関係式３Ｅ］
０＜｜ΔΦ３－ΔΦ２｜≦０．０５ｅＶ
前記関係式１Ｅ～３Ｅで、ΔΦ１は前記活性層と前記第１補助層との間のエネルギーバリアであり、ΔΦ２は前記第２補助層と前記第１電極との間のエネルギーバリアであり、ΔΦ３は前記第１補助層と前記第２補助層との間のエネルギーバリアである。
前記複数の補助層は、前記第１補助層と前記第２補助層との間に位置する第３補助層を更に含み、前記活性層のエネルギー準位、前記第１補助層のエネルギー準位、前記第３補助層のエネルギー準位、前記第２補助層のエネルギー準位、及び前記第１電極の仕事関数は、順次に深くなるか又は順次に浅くなり、前記活性層、前記第１補助層、前記第３補助層、前記第２補助層、及び前記第１電極のエネルギーダイヤグラムは、下記関係式４及び５を満足し得る。
［関係式４］
｜ΔΦ２－ΔΦ４｜≦０．１ｅＶ
［関係式５］
｜ΔΦ１－ΔΦ５｜≦０．１ｅＶ
前記関係式４及び５で、ΔΦ１は前記活性層と前記第１補助層との間のエネルギーバリアであり、ΔΦ２は前記第２補助層と前記第１電極との間のエネルギーバリアであり、ΔΦ４は前記第３補助層と前記第２補助層との間のエネルギーバリアであり、ΔΦ５は前記第１補助層と前記第３補助層との間のエネルギーバリアである。
前記活性層、前記第１補助層、前記第３補助層、前記第２補助層、及び前記第１電極のエネルギー準位は、下記関係式６を満足し得る。
［関係式６］
｜ΔΦ４－ΔΦ５｜≦０．１ｅＶ
前記関係式６で、ΔΦ４は前記第３補助層と前記第２補助層との間のエネルギーバリアであり、ΔΦ５は前記第１補助層と前記第３補助層との間のエネルギーバリアである。
ΔΦ１、ΔΦ２、ΔΦ４、及びΔΦ５は、それぞれ約０．５ｅＶ以下であり得る。
前記第１電極は、アノードであり、前記第２電極は、カソードであり、前記エネルギーバリアは、ＨＯＭＯエネルギー準位の差であり得る。
前記素子は、前記第２電極と前記活性層との間に位置する電子バッファー層を更に含み得る。
前記電子バッファー層は、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。
前記電子バッファー層は、前記活性層に最も近く位置する第１電子バッファー層と、前記第２電極に最も近く位置する第２電子バッファー層と、を含み、前記活性層のＬＵＭＯエネルギー準位、前記第１電子バッファー層のＬＵＭＯエネルギー準位、前記第２電子バッファー層のＬＵＭＯエネルギー準位、及び前記第２電極の仕事関数は、順次に深くなり、前記活性層、前記第１電子バッファー層、前記第２電子バッファー層、及び前記第２電極のエネルギーダイヤグラムは、下記関係式７を満足し得る。
［関係式７］
｜ΔΦ６－ΔΦ７｜≦０．１ｅＶ
前記関係式７で、ΔΦ６は前記活性層と前記第１電子バッファー層との間のエネルギーバリアであり、ΔΦ７は前記第２電子バッファー層と前記第２電極との間のエネルギーバリアであり、ΔΦ６及びΔΦ７のエネルギーバリアはＬＵＭＯエネルギー準位の差である。
前記活性層、前記第１電子バッファー層、前記第２電子バッファー層、及び前記第２電極のエネルギーダイヤグラムは、下記関係式８及び９を満足し得る。
［関係式８］
｜ΔΦ６－ΔΦ８｜≦０．１ｅＶ
［関係式９］
｜ΔΦ７－ΔΦ８｜≦０．１ｅＶ
前記関係式８及び９で、ΔΦ６は前記活性層と前記第１電子バッファー層との間のエネルギーバリアであり、ΔΦ７は前記第２電子バッファー層と前記第２電極との間のエネルギーバリアであり、ΔΦ８は前記第１電子バッファー層と前記第２電子バッファー層との間のエネルギーバリアであり、ΔΦ６、ΔΦ７、及びΔΦ８のエネルギーバリアはＬＵＭＯエネルギー準位の差である。
ΔΦ６、ΔΦ７、及びΔΦ８は、それぞれ約０．５ｅＶ以下であり得る。
前記第１電極は、カソードであり、前記第２電極は、アノードであり、前記エネルギーバリアは、ＬＵＭＯエネルギー準位の差であり得る。
前記素子は、前記第２電極と前記活性層との間に位置する正孔バッファー層を更に含み得る。
前記第１補助層及び前記第２補助層は、それぞれ約１０ｎｍ以下の厚さを有し得る。
前記第１補助層及び前記第２補助層は、それぞれ有機物質を含み得る。
前記活性層は、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する光電変換層であり得る。
【0010】
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様によるセンサーは、前記素子を含む。
【0011】
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による電子装置は、前記素子又は前記センサーを含む。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、残留電荷を減らして電荷抽出特性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】第１実施形態による素子を示す断面図である。
【図3】第２実施形態による素子を示す断面図である。
【図5】第３実施形態による素子を示す断面図である。
【図7】第４実施形態による素子を示す断面図である。
【図9】第５実施形態による素子を示す断面図である。
【図11】一実施形態によるイメージセンサーの一例を概略的に示す断面図である。
【図12】一実施形態によるイメージセンサーを概略的に示す平面図である。
【図14】イメージセンサーの他の例を示す断面図である。
【図15】他の実施形態によるイメージセンサーを概略的に示す平面図である。
【図17】実施例１、２による素子のアノードから活性層までのエネルギー準位を示すエネルギーダイヤグラムである。
【図18】比較例１による素子のアノードから活性層までのエネルギー準位を示すダイヤグラムである。
【図19】比較例２、６による素子のアノードから活性層までのエネルギー準位を示すダイヤグラムである。
【図20】比較例３による素子のアノードから活性層までのエネルギー準位を示すダイヤグラムである。
【図21】比較例４、７による素子のアノードから活性層までのエネルギー準位を示すダイヤグラムである。
【図22】比較例５による素子のアノードから活性層までのエネルギー準位を示すダイヤグラムである。
【図23】比較例８による素子のアノードから活性層までのエネルギー準位を示すダイヤグラムである。
【図24】実施例１及び比較例１～４による素子の光電変換効率を示すグラフである。
【図25】実施例２及び比較例１、６、７による素子の光電変換効率を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明を実施するための形態の具体例を、図面を参照しながら詳細に説明する。しかし、実際に適用される構造は、多様な異なる形態に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。
【0015】
図面において、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。
【0016】
層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「上」にあるという場合、これは他の部分の「直上」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。反対にある部分が他の部分の「直上」にあるという場合には、中間にまた他の部分がないことを意味する。
【0017】
以下で、別途の定義がない限り、「置換の」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、カルバミル基、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乃至Ｃ２０アルキル基、Ｃ２乃至Ｃ２０アルケニル基、Ｃ２乃至Ｃ２０アルキニル基、Ｃ６乃至Ｃ３０アリール基、Ｃ７乃至Ｃ３０アリールアルキル基、Ｃ１乃至Ｃ３０アルコキシ基、Ｃ１乃至Ｃ２０ヘテロアルキル基、Ｃ３乃至Ｃ２０ヘテロアリール基、Ｃ３乃至Ｃ２０ヘテロアリールアルキル基、Ｃ３乃至Ｃ３０シクロアルキル基、Ｃ３乃至Ｃ１５シクロアルケニル基、Ｃ６乃至Ｃ１５シクロアルキニル基、Ｃ３乃至Ｃ３０ヘテロシクロアルキル基、及びこれらの組み合わせから選択される置換基に置換されたことを意味する。
【0018】
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から選択されるヘテロ原子を１個～４個含有するものを意味する。
【0019】
以下で、「組み合わせ」とは、混合及び二以上の積層構造を含む。
【0020】
以下で、エネルギー準位（ｅｎｅｒｇｙ ｌｅｖｅｌ）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。
【0021】
以下で、仕事関数（ｗｏｒｋ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）又はエネルギー準位は、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、又は大きいということは、真空レベルを「０ｅＶ」と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、又は小さいということは、真空レベルを「０ｅＶ」として絶対値が小さいことを意味する。
【0022】
以下、第１実施形態による素子を説明する。
【0023】
素子は、例えば一対の電極と一対の電極との間に位置する活性層を含み、活性層は、例えば光電気物質（ｏｐｔｏ－ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌ）を含む。光電気物質は、例えば光を受けて電気的特性を示す物質及び／又は電界を受けて光を出す物質などを含むが、これに限定されるものではない。素子は、例えば光電変換素子、発光素子、太陽電池、又は光センサーであるが、これに限定されるものではない。
【0024】
素子は、例えば少なくとも一つの有機物質を含む有機素子であり、例えば少なくとも一つの有機物質を含む有機ダイオード（ｏｒｇａｎｉｃ ｄｉｏｄｅ）である。有機素子は、例えば有機光電変換素子、有機発光素子、有機太陽電池、又は有機光センサーであるが、これに限定されるものではない。
【0025】
ここでは、素子の一例として光電変換素子を説明する。
【0026】
図１は、第１実施形態による素子を示す断面図である。
【0027】
図１を参照すると、本実施形態による素子１００は、アノード１０、カソード２０、活性層３０、補助層４０、及び電子バッファー層５０を含む。
【0028】
基板（図示せず）は、アノード１０側に配置されるか、又はカソード２０側に配置される。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エハーなどで作られる。基板は省略され得る。
【0029】
アノード１０とカソード２０とは互いに対向する。
【0030】
アノード１０及びカソード２０のうちの少なくとも一つは、透明電極である。透明電極は、約８０％以上の高い光透過度を有する。透明電極は、例えば酸化物導電体、炭素導電体、及び金属薄膜のうちの少なくとも一つを含み、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）から選択される一つ以上であり、炭素導電体は、グラフェン及び炭素ナノ体から選択される一つ以上であり、金属薄膜は、アルミニウム、マグネシウム、銀、金、これらの合金、又はこれらの組み合わせを含む非常に薄い薄膜である。
【0031】
アノード１０及びカソード２０のうちのいずれか一つは、反射電極である。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。反射電極は、金属のような反射導電体を含み、例えばアルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、又はこれらの合金を含む。
【0032】
一例として、アノード１０及びカソード２０は、それぞれ透明電極である。
【0033】
一例として、アノード１０は透明電極であり、カソード２０は反射電極である。
【0034】
一例として、アノード１０は反射電極であり、カソード２０は透明電極である。
【0035】
活性層３０は、アノード１０とカソード２０との間に位置する。
【0036】
活性層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する光電変換層であり、光電変換層は、例えば緑色波長領域の光（以下、「緑色光という）、青色波長領域の光（以下、「青色光」という）、赤色波長領域の光（以下、「赤色光」という）、及び赤外線波長領域の光（以下、「赤外光」という）のうちの一部を電気的信号に変換する。
【0037】
一例として、活性層３０は、青色光、緑色光、赤色光、及び赤外光のうちのいずれか一つを選択的に吸収する。ここで、青色光、緑色光、赤色光、及び赤外光のうちのいずれか一つを選択的に吸収するということは、吸光スペクトルのピーク吸収波長（λｍａｘ）が約３８０ｎｍ以上５００ｎｍ未満、約５００～６００ｎｍ、約６００ｎｍ超７００ｎｍ以下、及び約７００ｎｍ超～３０００ｎｍ以下の波長領域のうちのいずれか一つに存在し、当該波長領域内の吸光スペクトルがその他の波長領域の吸光スペクトルよりも顕著に高いことを意味する。
【0038】
活性層３０は、少なくとも一つのｐ型半導体及び少なくとも一つのｎ型半導体がｐｎ接合（ｐｎ ｊｕｎｃｔｉｏｎ）を形成し、外部から光を受けてエキシトン（ｅｘｃｉｔｏｎ）を生成した後、生成されたエキシトンを正孔と電子とに分離する。
【0039】
ｐ型半導体及びｎ型半導体は、それぞれ吸光物質であり、例えばｐ型半導体及びｎ型半導体のうちの少なくとも一つは、有機吸光物質である。一例として、ｐ型半導体及びｎ型半導体のうちの少なくとも一つは、所定の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、例えばｐ型半導体及びｎ型半導体のうちの少なくとも一つは、波長選択性有機吸光物質である。ｐ型半導体とｎ型半導体とは、互いに同一又は異なる波長領域でピーク吸収波長（λｍａｘ）を有する。
【0040】
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、及び電子求引モイエティを含むコア構造を有する有機物質である。
【0041】
ｐ型半導体は、例えば下記化学式１で表されるが、これに限定されるものではない。
【0042】
［化学式１］
ＥＤＧ－ＨＡ－ＥＡＧ
ＥＤＧ－ＨＡ－ＥＡＧ
【0043】
上記化学式１で、
ＨＡは、Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、及びＳｉのうちの少なくとも一つを有するＣ２乃至Ｃ３０ヘテロ環基であり、
ＥＤＧは電子供与基であり、
ＥＡＧは電子求引基である。
ＨＡは、Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、及びＳｉのうちの少なくとも一つを有するＣ２乃至Ｃ３０ヘテロ環基であり、
ＥＤＧは電子供与基であり、
ＥＡＧは電子求引基である。
【0044】
一例として、上記化学式１で表されるｐ型半導体は、例えば下記化学式１Ａで表される。
【0045】
【化1A】
【0046】
上記化学式１Ａで、
Ｘは、Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、ＳＯ、ＳＯ２、又はＳｉＲａＲｂであり、
Ａｒは、置換若しくは非置換のＣ６乃至Ｃ３０アリーレン基、置換若しくは非置換のＣ３乃至Ｃ３０ヘテロ環基、又はこれらの中から選択される二以上の融合環であり、
Ａｒ１ａ及びＡｒ２ａは、それぞれ独立して、置換若しくは非置換のＣ６乃至Ｃ３０アリール基又は置換若しくは非置換のＣ３乃至Ｃ３０ヘテロアリール基であり、
Ａｒ１ａ及びＡｒ２ａは、それぞれ独立して存在するか、又は互いに結合して融合環を形成し、
Ｒ１ａ乃至Ｒ３ａ、Ｒａ及びＲｂは、それぞれ独立して、水素、重水素、置換若しくは非置換のＣ１乃至Ｃ３０アルキル基、置換若しくは非置換のＣ６乃至Ｃ３０アリール基、置換若しくは非置換のＣ３乃至Ｃ３０ヘテロアリール基、置換若しくは非置換のＣ１乃至Ｃ６アルコキシ基、ハロゲン、又はシアノ基である。
Ｘは、Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、ＳＯ、ＳＯ２、又はＳｉＲａＲｂであり、
Ａｒは、置換若しくは非置換のＣ６乃至Ｃ３０アリーレン基、置換若しくは非置換のＣ３乃至Ｃ３０ヘテロ環基、又はこれらの中から選択される二以上の融合環であり、
Ａｒ１ａ及びＡｒ２ａは、それぞれ独立して、置換若しくは非置換のＣ６乃至Ｃ３０アリール基又は置換若しくは非置換のＣ３乃至Ｃ３０ヘテロアリール基であり、
Ａｒ１ａ及びＡｒ２ａは、それぞれ独立して存在するか、又は互いに結合して融合環を形成し、
Ｒ１ａ乃至Ｒ３ａ、Ｒａ及びＲｂは、それぞれ独立して、水素、重水素、置換若しくは非置換のＣ１乃至Ｃ３０アルキル基、置換若しくは非置換のＣ６乃至Ｃ３０アリール基、置換若しくは非置換のＣ３乃至Ｃ３０ヘテロアリール基、置換若しくは非置換のＣ１乃至Ｃ６アルコキシ基、ハロゲン、又はシアノ基である。
【0047】
一例として、上記化学式１Ａで、Ａｒ１ａ及びＡｒ２ａは、それぞれ独立して、置換若しくは非置換のフェニル基、置換若しくは非置換のナフチル基、置換若しくは非置換のアントラセニル基、置換若しくは非置換のフェナントレニル基、置換若しくは非置換のピリジニル（ｐｙｒｉｄｉｎｙｌ）基、置換若しくは非置換のピリダジニル（ｐｙｒｉｄａｚｉｎｙｌ）基、置換若しくは非置換のピリミジニル（ｐｙｒｉｍｉｄｉｎｙｌ）基、置換若しくは非置換のピラジニル（ｐｙｒａｚｉｎｙｌ）基、置換若しくは非置換のキノリニル（ｑｕｉｎｏｌｉｎｙｌ）基、置換若しくは非置換のイソキノリニル（ｉｓｏｑｕｉｎｏｌｉｎｙｌ）基、置換若しくは非置換のナフチリジニル（ｎａｐｈｔｈｙｒｉｄｉｎｙｌ）基、置換若しくは非置換のシンノリニル（ｃｉｎｎｏｌｉｎｙｌ）基、置換若しくは非置換のキナゾリニル（ｑｕｉｎａｚｏｌｉｎｙｌ）基、置換若しくは非置換のフタラジニル（ｐｈｔｈａｌａｚｉｎｙｌ）基、置換若しくは非置換のベンゾトリアジニル（ｂｅｎｚｏｔｒｉａｚｉｎｙｌ）基、置換若しくは非置換のピリドピラジニル（ｐｙｒｉｄｏｐｙｒａｚｉｎｙｌ）基、置換若しくは非置換のピリドピリミジニル（ｐｙｒｉｄｏｐｙｒｉｍｉｄｉｎｙｌ）基、及び置換若しくは非置換のピリドピリダジニル（ｐｙｒｉｄｏｐｙｒｉｄａｚｉｎｙｌ）基から選択される。
【0048】
一例として、上記化学式１ＡのＡｒ１ａ及びＡｒ２ａは、互いに融合して環を形成し、Ａｒ１ａ及びＡｒ２ａは、例えば単一結合、－（ＣＲｇＲｈ）ｎ２－（ｎ２は１又は２）、－Ｏ－、－Ｓ－、－Ｓｅ－、－Ｎ＝、－ＮＲｉ－、－ＳｉＲｊＲｋ－、及び－ＧｅＲｌＲｍ－より選択される一つに連結されて環を形成する。ここで、Ｒｇ乃至Ｒｍは、それぞれ独立して、水素、置換若しくは非置換のＣ１乃至Ｃ３０アルキル基、置換若しくは非置換のＣ６乃至Ｃ３０アリール基、置換若しくは非置換のＣ３乃至Ｃ３０ヘテロアリール基、置換若しくは非置換のＣ１乃至Ｃ６アルコキシ基、ハロゲン、又はシアノ基である。
【0049】
一例として、上記化学式１で表されるｐ型半導体は、例えば下記化学式１Ｂ又は１Ｃで表される。
【0050】
【化1B-1C】
【0051】
上記化学式１Ｂ又は１Ｃで、
Ｘ１は、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｏ、Ｓ、ＳＯ、又はＳＯ２であり、
Ａｒ３は、置換若しくは非置換のＣ６乃至Ｃ３０アリーレン基、置換若しくは非置換のＣ３乃至Ｃ３０ヘテロ環基、又はこれらの中から選択される二以上の融合環であり、
Ｒ１乃至Ｒ３は、それぞれ独立して、水素、重水素、置換若しくは非置換のＣ１乃至Ｃ３０アルキル基、置換若しくは非置換のＣ１乃至Ｃ３０アルコキシ基、置換若しくは非置換のＣ６乃至Ｃ３０アリール基、置換若しくは非置換のＣ３乃至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から選択され、
Ｇは、単一結合、－Ｏ－、－Ｓ－、－Ｓｅ－、－Ｎ＝、－（ＣＲｆＲｇ）ｋ－、－ＮＲｈ－、－ＳｉＲｉＲｊ－、－ＧｅＲｋＲｌ－、－（Ｃ（Ｒｍ）＝Ｃ（Ｒｎ））－、及びＳｎＲｏＲｐより選択され、ここで、Ｒｆ、Ｒｇ、Ｒｈ、Ｒｉ、Ｒｊ、Ｒｋ、Ｒｌ、Ｒｍ、Ｒｎ、Ｒｏ、及びＲｐは、それぞれ独立して、水素、ハロゲン、置換若しくは非置換のＣ１乃至Ｃ１０アルキル基、置換若しくは非置換のＣ１乃至Ｃ１０アルコキシ基、及び置換若しくは非置換のＣ６乃至Ｃ１２アリール基から選択され、ＲｆとＲｇ、ＲｉとＲｊ、ＲｋとＲｌ、ＲｍとＲｎ、及びＲｏとＲｐは、それぞれ独立して存在するか、又は互いに連結されて環を形成し、ｋは１又は２であり、
Ｙ２は、Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、及びＣ（Ｒｑ）（ＣＮ）（ここでＲｑは水素、シアノ基（－ＣＮ）及びＣ１乃至Ｃ１０アルキル基から選択される）より選択され、
Ｒ６ａ乃至Ｒ６ｄ、Ｒ７ａ乃至Ｒ７ｄ、Ｒ１６及びＲ１７は、それぞれ独立して、水素、置換若しくは非置換のＣ１乃至Ｃ３０アルキル基、置換若しくは非置換のＣ６乃至Ｃ３０アリール基、置換若しくは非置換のＣ３乃至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から選択され、
Ｒ６ａ乃至Ｒ６ｄは、それぞれ独立して存在するか、又は互いに隣接する２つが互いに連結されて融合環を形成し、
Ｒ７ａ乃至Ｒ７ｄは、それぞれ独立して存在するか、又は互いに隣接する２つが互いに連結されて融合環を形成する。
Ｘ１は、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｏ、Ｓ、ＳＯ、又はＳＯ２であり、
Ａｒ３は、置換若しくは非置換のＣ６乃至Ｃ３０アリーレン基、置換若しくは非置換のＣ３乃至Ｃ３０ヘテロ環基、又はこれらの中から選択される二以上の融合環であり、
Ｒ１乃至Ｒ３は、それぞれ独立して、水素、重水素、置換若しくは非置換のＣ１乃至Ｃ３０アルキル基、置換若しくは非置換のＣ１乃至Ｃ３０アルコキシ基、置換若しくは非置換のＣ６乃至Ｃ３０アリール基、置換若しくは非置換のＣ３乃至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から選択され、
Ｇは、単一結合、－Ｏ－、－Ｓ－、－Ｓｅ－、－Ｎ＝、－（ＣＲｆＲｇ）ｋ－、－ＮＲｈ－、－ＳｉＲｉＲｊ－、－ＧｅＲｋＲｌ－、－（Ｃ（Ｒｍ）＝Ｃ（Ｒｎ））－、及びＳｎＲｏＲｐより選択され、ここで、Ｒｆ、Ｒｇ、Ｒｈ、Ｒｉ、Ｒｊ、Ｒｋ、Ｒｌ、Ｒｍ、Ｒｎ、Ｒｏ、及びＲｐは、それぞれ独立して、水素、ハロゲン、置換若しくは非置換のＣ１乃至Ｃ１０アルキル基、置換若しくは非置換のＣ１乃至Ｃ１０アルコキシ基、及び置換若しくは非置換のＣ６乃至Ｃ１２アリール基から選択され、ＲｆとＲｇ、ＲｉとＲｊ、ＲｋとＲｌ、ＲｍとＲｎ、及びＲｏとＲｐは、それぞれ独立して存在するか、又は互いに連結されて環を形成し、ｋは１又は２であり、
Ｙ２は、Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、及びＣ（Ｒｑ）（ＣＮ）（ここでＲｑは水素、シアノ基（－ＣＮ）及びＣ１乃至Ｃ１０アルキル基から選択される）より選択され、
Ｒ６ａ乃至Ｒ６ｄ、Ｒ７ａ乃至Ｒ７ｄ、Ｒ１６及びＲ１７は、それぞれ独立して、水素、置換若しくは非置換のＣ１乃至Ｃ３０アルキル基、置換若しくは非置換のＣ６乃至Ｃ３０アリール基、置換若しくは非置換のＣ３乃至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から選択され、
Ｒ６ａ乃至Ｒ６ｄは、それぞれ独立して存在するか、又は互いに隣接する２つが互いに連結されて融合環を形成し、
Ｒ７ａ乃至Ｒ７ｄは、それぞれ独立して存在するか、又は互いに隣接する２つが互いに連結されて融合環を形成する。
【0052】
一例として、上記化学式１ＢのＡｒ３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、又はこれらの中から選択される二以上の融合環である。
【0053】
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るが、これに限定されるものではない。
【0054】
活性層３０は、ｐ型半導体とｎ型半導体とがバルク異種接合（ｂｕｌｋ ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ）形態に混合された真性層（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ ｌａｙｅｒ：Ｉ層）である。この時、ｐ型半導体とｎ型半導体とは、約１：９～９：１の体積比に混合され、上記範囲内で、例えば約２：８～８：２の体積比に混合され、上記範囲内で、例えば約３：７～７：３の体積比に混合され、上記範囲内で、例えば約４：６～６：４の体積比に混合され、上記範囲内で、例えば約５：５の体積比に混合される。
【0055】
活性層３０は、上述したｐ型半導体を含むｐ型層及び上述したｎ型半導体を含むｎ型層を含む二重層を含む。この時、ｐ型層とｎ型層との厚さ比は、約１：９～９：１であり、上記範囲内で、例えば約２：８～８：２、約３：７～７：３、約４：６～６：４、又は約５：５である。
【0056】
活性層３０は、真性層以外にｐ型層及び／又はｎ型層を更に含む。ｐ型層は上述したｐ型半導体を含み、ｎ型層は上述したｎ型半導体を含む。例えば、ｐ型層／Ｉ層、Ｉ層／ｎ型層、ｐ型層／Ｉ層／ｎ型層などの多様な組み合わせで含まれる。
【0057】
補助層４０は、アノード１０と活性層３０との間に位置する正孔補助層であり、正孔補助層は、例えば正孔輸送層、正孔注入層、及び／又は電子遮断層を含む。補助層４０は、活性層３０で分離された電荷（例えば正孔）をアノード１０側に移動させる通路の役割を果たす。この時、電荷（例えば正孔）の移動方向は、活性層３０、補助層４０、及びアノード１０である。
【0058】
補助層４０は、複数の層を含み、第１補助層４０ａ及び第２補助層４０ｂを含む。第１補助層４０ａは、活性層３０に最も近く位置し、例えば活性層３０に接触する。第２補助層４０ｂは、アノード１０に最も近く位置し、例えばアノード１０に接触する。
【0059】
【0060】
図２を参照すると、活性層３０で分離された正孔は、ＨＯＭＯエネルギー準位に沿ってアノード１０に伝達され、例えば活性層３０のＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯ３０）、第１補助層４０ａのＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯ４０ａ）、第２補助層４０ｂのＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯ４０ｂ）、及びアノード１０の仕事関数（ＷＦ１０）に沿って移動する。
【0061】
この時、活性層３０のＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯ３０）、第１補助層４０ａのＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯ４０ａ）、第２補助層４０ｂのＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯ４０ｂ）、及びアノード１０の仕事関数（ＷＦ１０）は、真空準位（ｖａｃｕｕｍ ｌｅｖｅｌ）から順次に浅くなり、例えば活性層３０のＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯ３０）が最も深く、アノード１０の仕事関数（ＷＦ１０）が最も浅く、第１補助層４０ａのＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯ４０ａ）及び第２補助層４０ｂのＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯ４０ｂ）は、活性層３０のＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯ３０）とアノード１０の仕事関数（ＷＦ１０）との間である。即ち、活性層３０のＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯ３０）、第１補助層４０ａのＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯ４０ａ）、第２補助層４０ｂのＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯ４０ｂ）、及びアノード１０の仕事関数（ＷＦ１０）は、カスケードエネルギー準位（ｃａｓｃａｄｉｎｇ ｅｎｅｒｇｙ ｌｅｖｅｌ）を有する。
【0062】
一例として、活性層３０のＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯ３０）、第１補助層４０ａのＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯ４０ａ）、第２補助層４０ｂのＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯ４０ｂ）、及びアノード１０の仕事関数（ＷＦ１０）は、階段型である。
【0063】
隣接する層の間には所定のエネルギーバリア（ｅｎｅｒｇｙ ｂａｒｒｉｅｒ）が存在し、エネルギーバリアは、活性層３０と第１補助層４０ａとの間のエネルギーバリア（ΔΦ１）、第２補助層４０ｂとアノード１０との間のエネルギーバリア（ΔΦ２）、そして第１補助層４０ａと第２補助層４０ｂとの間のエネルギーバリア（ΔΦ３）を含む。エネルギーバリア（ΔΦ１）は、活性層３０のＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯ３０）と第１補助層４０ａのＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯ４０ａ）との差であり、エネルギーバリア（ΔΦ２）は、第２補助層４０ｂのＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯ４０ｂ）とアノード１０の仕事関数（ＷＦ１０）との差であり、エネルギーバリア（ΔΦ３）は、第１補助層４０ａのＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯ４０ａ）と第２補助層４０ｂのＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯ４０ｂ）との差である。
【0064】
隣接する層の間の各エネルギーバリア（ΔΦ１、ΔΦ２、ΔΦ３）の差は、非常に小さく、実質的に同じである。
【0065】
一例として、活性層３０と第１補助層４０ａとの間のエネルギーバリア（ΔΦ１）と、第２補助層４０ｂとアノード１０との間のエネルギーバリア（ΔΦ２）との差は、非常に小さく、実質的に同じである。例えば、活性層３０、第１補助層４０ａ、第２補助層４０ｂ、及びアノード１０のエネルギーダイヤグラムは、下記関係式１を満足する。
【0066】
［関係式１］
｜ΔΦ１－ΔΦ２｜≦０．１ｅＶ
｜ΔΦ１－ΔΦ２｜≦０．１ｅＶ
【0067】
一例として、活性層３０と第１補助層４０ａとの間のエネルギーバリア（ΔΦ１）と、第１補助層４０ａと第２補助層４０ｂとの間のエネルギーバリア（ΔΦ３）との差は、非常に小さく、実質的に同じである。例えば活性層３０、第１補助層４０ａ、及び第２補助層４０ｂのエネルギーダイヤグラムは、下記関係式２を満足する。
【0068】
［関係式２］
｜ΔΦ１－ΔΦ３｜≦０．１ｅＶ
｜ΔΦ１－ΔΦ３｜≦０．１ｅＶ
【0069】
一例として、第１補助層４０ａと第２補助層４０ｂとの間のエネルギーバリア（ΔΦ３）と、第２補助層４０ｂとアノード１０との間のエネルギーバリア（ΔΦ２）との差は、非常に小さく、実質的に同じである。例えば第１補助層４０ａ、第２補助層４０ｂ、及びアノード１０のエネルギーダイヤグラムは、下記関係式３を満足する。
【0070】
［関係式３］
｜ΔΦ３－ΔΦ２｜≦０．１ｅＶ
｜ΔΦ３－ΔΦ２｜≦０．１ｅＶ
【0071】
一例として、活性層３０と第１補助層４０ａとの間のエネルギーバリア（ΔΦ１）、第２補助層４０ｂとアノード１０との間のエネルギーバリア（ΔΦ２）、そして第１補助層４０ａと第２補助層４０ｂとの間のエネルギーバリア（ΔΦ３）のそれぞれの差は、非常に小さく、実質的に同じである。例えば、活性層３０、第１補助層４０ａ、第２補助層４０ｂ、及びアノード１０のエネルギーダイヤグラムは、上述した関係式１、２、及び３を同時に満足する。
【0072】
このように、活性層３０、第１補助層４０ａ、第２補助層４０ｂ、及びアノード１０のそれぞれの間のエネルギーバリア（ΔΦ１、ΔΦ２、ΔΦ３）が上述した関係式を満足することによって、正孔が移動する経路に位置する層の界面で発生する正孔の移動遅延を防止して高い電荷抽出効率を示す。また隣接する層の間の界面に所望せずに留まる残留電荷（ｒｅｍａｉｎｉｎｇ ｃｈａｒｇｅ ｃａｒｒｉｅｒｓ）を減らしたり防止したりして累積した残留電荷によるイメージ残像を減らしたり防止したりすることができる。従って、素子の電気的性能を改善することができる。
【0073】
上記範囲内で、活性層３０、第１補助層４０ａ、第２補助層４０ｂ、及びアノード１０のエネルギーダイヤグラムは、下記関係式１Ａ、２Ａ、及び／又は３Ａを満足する。
【0074】
［関係式１Ａ］
０＜｜ΔΦ１－ΔΦ２｜≦０．１ｅＶ
［関係式２Ａ］
０＜｜ΔΦ１－ΔΦ３｜≦０．１ｅＶ
［関係式３Ａ］
０＜｜ΔΦ３－ΔΦ２｜≦０．１ｅＶ
０＜｜ΔΦ１－ΔΦ２｜≦０．１ｅＶ
［関係式２Ａ］
０＜｜ΔΦ１－ΔΦ３｜≦０．１ｅＶ
［関係式３Ａ］
０＜｜ΔΦ３－ΔΦ２｜≦０．１ｅＶ
【0075】
上記範囲内で、活性層３０、第１補助層４０ａ、第２補助層４０ｂ、及びアノード１０のエネルギーダイヤグラムは、下記関係式１Ｂ、２Ｂ、及び／又は３Ｂを満足する。
【0076】
［関係式１Ｂ］
｜ΔΦ１－ΔΦ２｜≦０．０７ｅＶ
［関係式２Ｂ］
｜ΔΦ１－ΔΦ３｜≦０．０７ｅＶ
［関係式３Ｂ］
｜ΔΦ３－ΔΦ２｜≦０．０７ｅＶ
｜ΔΦ１－ΔΦ２｜≦０．０７ｅＶ
［関係式２Ｂ］
｜ΔΦ１－ΔΦ３｜≦０．０７ｅＶ
［関係式３Ｂ］
｜ΔΦ３－ΔΦ２｜≦０．０７ｅＶ
【0077】
上記範囲内で、活性層３０、第１補助層４０ａ、第２補助層４０ｂ、及びアノード１０のエネルギーダイヤグラムは、下記関係式１Ｃ、２Ｃ、及び／又は３Ｃを満足する。
【0078】
［関係式１Ｃ］
０＜｜ΔΦ１－ΔΦ２｜≦０．０７ｅＶ
［関係式２Ｃ］
０＜｜ΔΦ１－ΔΦ３｜≦０．０７ｅＶ
［関係式３Ｃ］
０＜｜ΔΦ３－ΔΦ２｜≦０．０７ｅＶ
０＜｜ΔΦ１－ΔΦ２｜≦０．０７ｅＶ
［関係式２Ｃ］
０＜｜ΔΦ１－ΔΦ３｜≦０．０７ｅＶ
［関係式３Ｃ］
０＜｜ΔΦ３－ΔΦ２｜≦０．０７ｅＶ
【0079】
上記範囲内で、活性層３０、第１補助層４０ａ、第２補助層４０ｂ、及びアノード１０のエネルギーダイヤグラムは、下記関係式１Ｄ、２Ｄ、及び／又は３Ｄを満足する。
【0080】
［関係式１Ｄ］
｜ΔΦ１－ΔΦ２｜≦０．０５ｅＶ
［関係式２Ｄ］
｜ΔΦ１－ΔΦ３｜≦０．０５ｅＶ
［関係式３Ｄ］
｜ΔΦ３－ΔΦ２｜≦０．０５ｅＶ
｜ΔΦ１－ΔΦ２｜≦０．０５ｅＶ
［関係式２Ｄ］
｜ΔΦ１－ΔΦ３｜≦０．０５ｅＶ
［関係式３Ｄ］
｜ΔΦ３－ΔΦ２｜≦０．０５ｅＶ
【0081】
上記範囲内で、活性層３０、第１補助層４０ａ、第２補助層４０ｂ、及びアノード１０のエネルギーダイヤグラムは、下記関係式１Ｅ、２Ｅ、及び／又は３Ｅを満足する。
【0082】
［関係式１Ｅ］
０＜｜ΔΦ１－ΔΦ２｜≦０．０５ｅＶ
［関係式２Ｅ］
０＜｜ΔΦ１－ΔΦ３｜≦０．０５ｅＶ
［関係式３Ｅ］
０＜｜ΔΦ３－ΔΦ２｜≦０．０５ｅＶ
０＜｜ΔΦ１－ΔΦ２｜≦０．０５ｅＶ
［関係式２Ｅ］
０＜｜ΔΦ１－ΔΦ３｜≦０．０５ｅＶ
［関係式３Ｅ］
０＜｜ΔΦ３－ΔΦ２｜≦０．０５ｅＶ
【0083】
上記範囲内で、活性層３０、第１補助層４０ａ、第２補助層４０ｂ、及びアノード１０のエネルギーダイヤグラムは、下記関係式１Ｆ、２Ｆ、及び／又は３Ｆを満足する。
【0084】
［関係式１Ｆ］
｜ΔΦ１－ΔΦ２｜≦０．０３ｅＶ
［関係式２Ｆ］
｜ΔΦ１－ΔΦ３｜≦０．０３ｅＶ
［関係式３Ｆ］
｜ΔΦ３－ΔΦ２｜≦０．０３ｅＶ
｜ΔΦ１－ΔΦ２｜≦０．０３ｅＶ
［関係式２Ｆ］
｜ΔΦ１－ΔΦ３｜≦０．０３ｅＶ
［関係式３Ｆ］
｜ΔΦ３－ΔΦ２｜≦０．０３ｅＶ
【0085】
上記範囲内で、活性層３０、第１補助層４０ａ、第２補助層４０ｂ、及びアノード１０のエネルギーダイヤグラムは、下記関係式１Ｇ、２Ｇ、及び／又は３Ｇを満足する。
【0086】
［関係式１Ｇ］
０＜｜ΔΦ１－ΔΦ２｜≦０．０３ｅＶ
［関係式２Ｇ］
０＜｜ΔΦ１－ΔΦ３｜≦０．０３ｅＶ
［関係式３Ｇ］
０＜｜ΔΦ３－ΔΦ２｜≦０．０３ｅＶ
０＜｜ΔΦ１－ΔΦ２｜≦０．０３ｅＶ
［関係式２Ｇ］
０＜｜ΔΦ１－ΔΦ３｜≦０．０３ｅＶ
［関係式３Ｇ］
０＜｜ΔΦ３－ΔΦ２｜≦０．０３ｅＶ
【0087】
上記範囲内で、活性層３０、第１補助層４０ａ、第２補助層４０ｂ、及びアノード１０のエネルギーダイヤグラムは、下記関係式１Ｈ、２Ｈ、及び／又は３Ｈを満足する。
【0088】
［関係式１Ｈ］
｜ΔΦ１－ΔΦ２｜≦０．０１ｅＶ
［関係式２Ｈ］
｜ΔΦ１－ΔΦ３｜≦０．０１ｅＶ
［関係式３Ｈ］
｜ΔΦ３－ΔΦ２｜≦０．０１ｅＶ
｜ΔΦ１－ΔΦ２｜≦０．０１ｅＶ
［関係式２Ｈ］
｜ΔΦ１－ΔΦ３｜≦０．０１ｅＶ
［関係式３Ｈ］
｜ΔΦ３－ΔΦ２｜≦０．０１ｅＶ
【0089】
上記範囲内で、活性層３０、第１補助層４０ａ、第２補助層４０ｂ、及びアノード１０のエネルギーダイヤグラムは、下記関係式１Ｉ、２Ｉ、及び／又は３Ｉを満足する。
【0090】
［関係式１Ｉ］
０＜｜ΔΦ１－ΔΦ２｜≦０．０１ｅＶ
［関係式２Ｉ］
０＜｜ΔΦ１－ΔΦ３｜≦０．０１ｅＶ
［関係式３Ｉ］
０＜｜ΔΦ３－ΔΦ２｜≦０．０１ｅＶ
０＜｜ΔΦ１－ΔΦ２｜≦０．０１ｅＶ
［関係式２Ｉ］
０＜｜ΔΦ１－ΔΦ３｜≦０．０１ｅＶ
［関係式３Ｉ］
０＜｜ΔΦ３－ΔΦ２｜≦０．０１ｅＶ
【0091】
一例として、エネルギーバリア（ΔΦ１、ΔΦ２、ΔΦ３）は、それぞれ約０．５ｅＶ以下であり、上記範囲内で、約０．４ｅＶ以下、約０．３ｅＶ以下、又は約０．２５ｅＶ以下である。例えば、エネルギーバリア（ΔΦ１、ΔΦ２、ΔΦ３）は、それぞれ独立して、約０．１０ｅＶ～０．２５ｅＶであり、上記範囲内で、約０．１５ｅＶ～０．２５ｅＶ、約０．１８ｅＶ～０．２５ｅＶ、又は約０．２０ｅＶ～０．２５ｅＶである。
【0092】
第１補助層４０ａ及び第２補助層４０ｂは、それぞれ独立して、約１０ｎｍ以下の厚さを有し、例えばそれぞれ独立して、約８ｎｍ以下、約７ｎｍ以下、約５ｎｍ以下、又は約３ｎｍ以下の厚さを有する。
【0093】
第１補助層４０ａ及び第２補助層４０ｂは、それぞれ有機物質、無機物質、及び／又は有機－無機物質を含む。一例として、第１補助層４０ａ及び第２補助層４０ｂのうちの少なくとも一つは、有機物質を含む。一例として、第１補助層４０ａ及び第２補助層４０ｂは、それぞれ有機物質を含む。
【0094】
電子バッファー層５０は、カソード２０と活性層３０との間に位置し、活性層３０で分離された電荷（例えば電子）をカソード２０側に移動させる。この時、電荷（例えば電子）の移動方向は、活性層３０、電子バッファー層５０、及びカソード２０である。一例として、電子バッファー層５０は、活性層３０に接触する。一例として、電子バッファー層５０の一面は活性層３０に接触し、電子バッファー層５０の他の一面はカソード２０に接触する。
【0095】
電子バッファー層５０は、例えば有機物質、無機物質、及び／又は有機－無機物質を含む。一例として、電子バッファー層５０は、数ナノメートルの厚さの非常に薄い薄膜であり、例えば約８ｎｍ以下、約７ｎｍ以下、約５ｎｍ以下、例えば約３ｎｍ以下、例えば約２ｎｍ以下の厚さを有する。電子バッファー層５０は、例えば約１ｎｍ～８ｎｍ、約１ｎｍ～７ｎｍ、約１ｎｍ～５ｎｍ、約１ｎｍ～３ｎｍ、約１ｎｍ～２ｎｍの厚さを有する。
【0096】
一例として、電子バッファー層５０は、無機物質を含み、カソード２０よりも低い仕事関数を有する無機物質を含む。例えば、電子バッファー層５０の仕事関数は、カソード２０の仕事関数よりも約０．５ｅＶ以上小さい。例えばカソード２０の仕事関数は約４．５ｅＶ以上であり、電子バッファー層５０の仕事関数は約４．０ｅＶ以下である。例えば、カソード２０の仕事関数は約４．５ｅＶ以上であり、電子バッファー層５０の仕事関数は約３．５ｅＶ以下である。例えば、カソード２０の仕事関数は約４．５ｅＶ以上であり、電子バッファー層５０の仕事関数は約３．０ｅＶ以下である。例えば、カソード２０の仕事関数は約４．５ｅＶ以上であり、電子バッファー層５０の仕事関数は約２．８ｅＶ以下である。例えば、カソード２０の仕事関数は約４．５ｅＶ～５．０ｅＶであり、電子バッファー層５０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である。
【0097】
電子バッファー層５０は、上述した仕事関数を満足すると共に熱蒸着（ｔｈｅｒｍａｌ ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）により形成される物質で作られる。このように電子バッファー層５０が熱蒸着により形成されることによって、電子バッファー層５０の形成段階及び／又は後続工程で活性層３０が熱的物理的損傷を受けることを防止し、活性層３０の劣化による素子の性能低下を防止することができる。
【0098】
このような特性を満足する無機物質として、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む。ランタン族元素は、例えばイッテルビウム（Ｙｂ）を含む。
【0099】
電子バッファー層５０は、省略され得る。
【0100】
素子１００は、アノード１０又はカソード２０の一面に位置する反射防止層（図示せず）を更に含み得る。反射防止層は、光が入射する側に配置されて入射光の反射度を低めることによって光吸収度をより改善する。例えば、アノード１０側に光が入射する場合、反射防止層はアノード１０の一面に位置し、カソード２０側に光が入射する場合、反射防止層はカソード２０の一面に位置する。
【0101】
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、例えば上記範囲の屈折率を有する金属酸化物、金属硫化物、及び有機物のうちの少なくとも一つを含む。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、チタン含有酸化物、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、テルル含有酸化物、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むが、これに限定されるものではない。
【0102】
素子１００は、アノード１０又はカソード２０側から光が入射して活性層３０が所定の波長領域の光を吸収すると内部でエキシトンが生成される。エキシトンは、活性層３０で正孔と電子とに分離され、分離された正孔は第１補助層４０ａ及び第２補助層４０ｂを通過してアノード１０に移動し、分離された電子は電子バッファー層５０を通過してカソード２０に移動して電流が流れるようになる。
【0103】
以下、第２実施形態による素子を説明する。
【0104】
図３は、第２実施形態による素子を示す断面図である。
【0105】
図３を参照すると、本実施形態による素子１００は、上述した実施形態と同様に、互いに対向するアノード１０及びカソード２０、アノード１０とカソード２０との間に位置する活性層３０、アノード１０と活性層３０の間に位置する補助層４０、及びカソード２０と活性層３０との間に位置する電子バッファー層５０を含む。各構成要素は上述した通りである。
【0106】
しかし、上述した実施形態とは異なり、補助層４０は、第１補助層４０ａ及び第２補助層４０ｂ以外に第３補助層４０ｃを更に含む。第３補助層４０ｃは第１補助層４０ａと第２補助層４０ｂとの間に位置し、例えば第３補助層４０ｃの一面は第１補助層４０ａに接触し、第３補助層４０ｃの他の一面は第２補助層４０ｂに接触する。
【0107】
第１補助層４０ａ、第３補助層４０ｃ、及び第２補助層４０ｂは、順次に積層された構造を有する。これによって活性層３０で分離された電荷（例えば正孔）の移動方向は、活性層３０、第１補助層４０ａ、第３補助層４０ｃ、第２補助層４０ｂ、及びアノード１０である。
【0108】
【0109】
図４を参照すると、活性層３０で分離された正孔は、ＨＯＭＯエネルギー準位に沿ってアノード１０に伝達され、例えば活性層３０のＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯ３０）、第１補助層４０ａのＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯ４０ａ）、第３補助層４０ｃのＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯ４０ｃ）、第２補助層４０ｂのＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯ４０ｂ）、及びアノード１０の仕事関数（ＷＦ１０）に沿って移動する。
【0110】
この時、活性層３０のＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯ３０）、第１補助層４０ａのＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯ４０ａ）、第３補助層４０ｃのＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯ４０ｃ）、第２補助層４０ｂのＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯ４０ｂ）、及びアノード１０の仕事関数（ＷＦ１０）は、真空準位から順次に浅くなり、例えば活性層３０のＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯ３０）が最も深く、アノード１０の仕事関数（ＷＦ１０）が最も浅く、第１補助層４０ａのＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯ４０ａ）、第３補助層４０ｃのＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯ４０ｃ）、及び第２補助層４０ｂのＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯ４０ｂ）は、活性層３０のＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯ３０）とアノード１０の仕事関数（ＷＦ１０）との間である。即ち、活性層３０のＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯ３０）、第１補助層４０ａのＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯ４０ａ）、第３補助層４０ｃのＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯ４０ｃ）、第２補助層４０ｂのＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯ４０ｂ）、及びアノード１０の仕事関数（ＷＦ１０）は、カスケードエネルギー準位を有する。
【0111】
一例として、活性層３０のＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯ３０）、第１補助層４０ａのＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯ４０ａ）、第３補助層４０ｃのＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯ４０ｃ）、第２補助層４０ｂのＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯ４０ｂ）、及びアノード１０の仕事関数（ＷＦ１０）は、階段型である。
【0112】
一例として、隣接する層の間には所定のエネルギーバリアが存在し、エネルギーバリアは、活性層３０と第１補助層４０ａとの間のエネルギーバリア（ΔΦ１）、第２補助層４０ｂとアノード１０との間のエネルギーバリア（ΔΦ２）、第３補助層４０ｃと第２補助層４０ｂとの間のエネルギーバリア（ΔΦ４）、そして第１補助層４０ａと第３補助層４０ｃとの間のエネルギーバリア（ΔΦ５）を含む。エネルギーバリア（ΔΦ１）は、活性層３０のＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯ３０）と第１補助層４０ａのＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯ４０ａ）との差であり、エネルギーバリア（ΔΦ２）は、第２補助層４０ｂのＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯ４０ｂ）とアノード１０の仕事関数（ＷＦ１０）との差であり、エネルギーバリア（ΔΦ４）は、第３補助層４０ｃのＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯ４０ｃ）と第２補助層４０ｂのＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯ４０ｂ）との差であり、エネルギーバリア（ΔΦ５）は第１補助層４０ａのＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯ４０ａ）と第３補助層４０ｃのＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯ４０ｃ）との差である。
【0113】
隣接する層の間の各エネルギーバリア（ΔΦ１、ΔΦ２、ΔΦ４、ΔΦ５）の差は、非常に小さく、実質的に同じである。
【0114】
一例として、活性層３０と第１補助層４０ａとの間のエネルギーバリア（ΔΦ１）と、第２補助層４０ｂとアノード１０との間のエネルギーバリア（ΔΦ２）との差は、非常に小さく、実質的に同じである。例えば、活性層３０、第１補助層４０ａ、第２補助層４０ｂ、及びアノード１０のエネルギーダイヤグラムは、上記関係式１を満足する。
【0115】
一例として、第２補助層４０ｂとアノード１０との間のエネルギーバリア（ΔΦ２）と、第３補助層４０ｃと第２補助層４０ｂとの間のエネルギーバリア（ΔΦ４）との差は、非常に小さく、実質的に同じである。例えば、第３補助層４０ｃ、第２補助層４０ｂ、及びアノード１０のエネルギーダイヤグラムは、下記関係式４を満足する。
【0116】
［関係式４］
｜ΔΦ２－ΔΦ４｜≦０．１ｅＶ
｜ΔΦ２－ΔΦ４｜≦０．１ｅＶ
【0117】
一例として、活性層３０と第１補助層４０ａとの間のエネルギーバリア（ΔΦ１）と、第１補助層４０ａと第３補助層４０ｃとの間のエネルギーバリア（ΔΦ５）との差は、非常に小さく、実質的に同じである。例えば活性層３０、第１補助層４０ａ、及び第３補助層４０ｃのエネルギーダイヤグラムは、下記関係式５を満足する。
【0118】
［関係式５］
｜ΔΦ１－ΔΦ５｜≦０．１ｅＶ
｜ΔΦ１－ΔΦ５｜≦０．１ｅＶ
【0119】
一例として、第２補助層４０ｂと第３補助層４０ｃとの間のエネルギーバリア（ΔΦ４）と、第１補助層４０ａと第３補助層４０ｃとの間のエネルギーバリア（ΔΦ５）との差は、非常に小さく、実質的に同じである。例えば第１補助層４０ａ、第３補助層４０ｃ、及び第２補助層４０ｂのエネルギーダイヤグラムは、下記関係式６を満足する。
【0120】
［関係式６］
｜ΔΦ４－ΔΦ５｜≦０．１ｅＶ
｜ΔΦ４－ΔΦ５｜≦０．１ｅＶ
【0121】
一例として、活性層３０と第１補助層４０ａとの間のエネルギーバリア（ΔΦ１）、第２補助層４０ｂとアノード１０との間のエネルギーバリア（ΔΦ２）、第３補助層４０ｃと第２補助層４０ｂとの間のエネルギーバリア（ΔΦ４）、そして第１補助層４０ａと第３補助層４０ｃとの間のエネルギーバリア（ΔΦ５）のそれぞれの差は、非常に小さく、実質的に同じである。例えば、活性層３０、第１補助層４０ａ、第３補助層４０ｃ、第２補助層４０ｂ、及びアノード１０のエネルギーダイヤグラムは、上記関係式４、５、及び６を同時に満足する。
【0122】
このように、活性層３０、第１補助層４０ａ、第３補助層４０ｃ、第２補助層４０ｂ、及びアノード１０のそれぞれの間のエネルギーバリア（ΔΦ１、ΔΦ２、ΔΦ４、ΔΦ５）が上述した関係式を満足することによって、正孔が移動する経路に位置する層の界面で発生する正孔の移動遅延を防止して高い電荷抽出効率を示す。また隣接する層の間の界面に所望せずに留まる残留電荷を減らしたり防止したりして累積した残留電荷によるイメージ残像を減らしたり防止したりすることができる。従って、素子の電気的性能を改善することができる。
【0123】
上記範囲内で、活性層３０、第１補助層４０ａ、第３補助層４０ｃ、第２補助層４０ｂ、及びアノード１０のエネルギーダイヤグラムは、下記関係式４Ａ、５Ａ、及び／又は６Ａを満足する。
【0124】
［関係式４Ａ］
０＜｜ΔΦ２－ΔΦ４｜≦０．１ｅＶ
［関係式５Ａ］
０＜｜ΔΦ１－ΔΦ５｜≦０．１ｅＶ
［関係式６Ａ］
０＜｜ΔΦ４－ΔΦ５｜≦０．１ｅＶ
０＜｜ΔΦ２－ΔΦ４｜≦０．１ｅＶ
［関係式５Ａ］
０＜｜ΔΦ１－ΔΦ５｜≦０．１ｅＶ
［関係式６Ａ］
０＜｜ΔΦ４－ΔΦ５｜≦０．１ｅＶ
【0125】
上記範囲内で、活性層３０、第１補助層４０ａ、第３補助層４０ｃ、第２補助層４０ｂ、及びアノード１０のエネルギーダイヤグラムは、下記関係式４Ｂ、５Ｂ、及び／又は６Ｂを満足する。
【0126】
［関係式４Ｂ］
｜ΔΦ２－ΔΦ４｜≦０．０７ｅＶ
［関係式５Ｂ］
｜ΔΦ１－ΔΦ５｜≦０．０７ｅＶ
［関係式６Ｂ］
｜ΔΦ４－ΔΦ５｜≦０．０７ｅＶ
｜ΔΦ２－ΔΦ４｜≦０．０７ｅＶ
［関係式５Ｂ］
｜ΔΦ１－ΔΦ５｜≦０．０７ｅＶ
［関係式６Ｂ］
｜ΔΦ４－ΔΦ５｜≦０．０７ｅＶ
【0127】
上記範囲内で、活性層３０、第１補助層４０ａ、第３補助層４０ｃ、第２補助層４０ｂ、及びアノード１０のエネルギーダイヤグラムは、下記関係式４Ｃ、５Ｃ、及び／又は６Ｃを満足する。
【0128】
［関係式４Ｃ］
０＜｜ΔΦ２－ΔΦ４｜≦０．０７ｅＶ
［関係式５Ｃ］
０＜｜ΔΦ１－ΔΦ５｜≦０．０７ｅＶ
［関係式６Ｃ］
０＜｜ΔΦ４－ΔΦ５｜≦０．０７ｅＶ
０＜｜ΔΦ２－ΔΦ４｜≦０．０７ｅＶ
［関係式５Ｃ］
０＜｜ΔΦ１－ΔΦ５｜≦０．０７ｅＶ
［関係式６Ｃ］
０＜｜ΔΦ４－ΔΦ５｜≦０．０７ｅＶ
【0129】
上記範囲内で、活性層３０、第１補助層４０ａ、第３補助層４０ｃ、第２補助層４０ｂ、及びアノード１０のエネルギーダイヤグラムは、下記関係式４Ｄ、５Ｄ、及び／又は６Ｄを満足する。
【0130】
［関係式４Ｄ］
｜ΔΦ２－ΔΦ４｜≦０．０５ｅＶ
［関係式５Ｄ］
｜ΔΦ１－ΔΦ５｜≦０．０５ｅＶ
［関係式６Ｄ］
｜ΔΦ４－ΔΦ５｜≦０．０５ｅＶ
｜ΔΦ２－ΔΦ４｜≦０．０５ｅＶ
［関係式５Ｄ］
｜ΔΦ１－ΔΦ５｜≦０．０５ｅＶ
［関係式６Ｄ］
｜ΔΦ４－ΔΦ５｜≦０．０５ｅＶ
【0131】
上記範囲内で、活性層３０、第１補助層４０ａ、第３補助層４０ｃ、第２補助層４０ｂ、及びアノード１０のエネルギーダイヤグラムは、下記関係式４Ｅ、５Ｅ、及び／又は６Ｅを満足する。
【0132】
［関係式４Ｅ］
０＜｜ΔΦ２－ΔΦ４｜≦０．０５ｅＶ
［関係式５Ｅ］
０＜｜ΔΦ１－ΔΦ５｜≦０．０５ｅＶ
［関係式６Ｅ］
０＜｜ΔΦ４－ΔΦ５｜≦０．０５ｅＶ
０＜｜ΔΦ２－ΔΦ４｜≦０．０５ｅＶ
［関係式５Ｅ］
０＜｜ΔΦ１－ΔΦ５｜≦０．０５ｅＶ
［関係式６Ｅ］
０＜｜ΔΦ４－ΔΦ５｜≦０．０５ｅＶ
【0133】
上記範囲内で、活性層３０、第１補助層４０ａ、第３補助層４０ｃ、第２補助層４０ｂ、及びアノード１０のエネルギーダイヤグラムは、下記関係式４Ｆ、５Ｆ、及び／又は６Ｆを満足する。
【0134】
［関係式４Ｆ］
｜ΔΦ２－ΔΦ４｜≦０．０３ｅＶ
［関係式５Ｆ］
｜ΔΦ１－ΔΦ５｜≦０．０３ｅＶ
［関係式６Ｆ］
｜ΔΦ４－ΔΦ５｜≦０．０３ｅＶ
｜ΔΦ２－ΔΦ４｜≦０．０３ｅＶ
［関係式５Ｆ］
｜ΔΦ１－ΔΦ５｜≦０．０３ｅＶ
［関係式６Ｆ］
｜ΔΦ４－ΔΦ５｜≦０．０３ｅＶ
【0135】
上記範囲内で、活性層３０、第１補助層４０ａ、第３補助層４０ｃ、第２補助層４０ｂ、及びアノード１０のエネルギーダイヤグラムは、下記関係式４Ｇ、５Ｇ、及び／又は６Ｇを満足する。
【0136】
［関係式４Ｇ］
０＜｜ΔΦ２－ΔΦ４｜≦０．０３ｅＶ
［関係式５Ｇ］
０＜｜ΔΦ１－ΔΦ５｜≦０．０３ｅＶ
［関係式６Ｇ］
０＜｜ΔΦ４－ΔΦ５｜≦０．０３ｅＶ
０＜｜ΔΦ２－ΔΦ４｜≦０．０３ｅＶ
［関係式５Ｇ］
０＜｜ΔΦ１－ΔΦ５｜≦０．０３ｅＶ
［関係式６Ｇ］
０＜｜ΔΦ４－ΔΦ５｜≦０．０３ｅＶ
【0137】
上記範囲内で、活性層３０、第１補助層４０ａ、第３補助層４０ｃ、第２補助層４０ｂ、及びアノード１０のエネルギーダイヤグラムは、下記関係式４Ｈ、５Ｈ、及び／又は６Ｈを満足する。
【0138】
［関係式４Ｈ］
｜ΔΦ２－ΔΦ４｜≦０．０１ｅＶ
［関係式５Ｈ］
｜ΔΦ１－ΔΦ５｜≦０．０１ｅＶ
［関係式６Ｈ］
｜ΔΦ４－ΔΦ５｜≦０．０１ｅＶ
｜ΔΦ２－ΔΦ４｜≦０．０１ｅＶ
［関係式５Ｈ］
｜ΔΦ１－ΔΦ５｜≦０．０１ｅＶ
［関係式６Ｈ］
｜ΔΦ４－ΔΦ５｜≦０．０１ｅＶ
【0139】
上記範囲内で、活性層３０、第１補助層４０ａ、第３補助層４０ｃ、第２補助層４０ｂ、及びアノード１０のエネルギーダイヤグラムは、下記関係式４Ｉ、５Ｉ、及び／又は６Ｉを満足する。
【0140】
［関係式４Ｉ］
０＜｜ΔΦ２－ΔΦ４｜≦０．０１ｅＶ
［関係式５Ｉ］
０＜｜ΔΦ１－ΔΦ５｜≦０．０１ｅＶ
［関係式６Ｉ］
０＜｜ΔΦ４－ΔΦ５｜≦０．０１ｅＶ
０＜｜ΔΦ２－ΔΦ４｜≦０．０１ｅＶ
［関係式５Ｉ］
０＜｜ΔΦ１－ΔΦ５｜≦０．０１ｅＶ
［関係式６Ｉ］
０＜｜ΔΦ４－ΔΦ５｜≦０．０１ｅＶ
【0141】
一例として、エネルギーバリア（ΔΦ１、ΔΦ２、ΔΦ４、ΔΦ５）は、それぞれ約０．５ｅＶ以下であり、上記範囲内で、約０．４ｅＶ以下、約０．３ｅＶ以下、又は約０．２５ｅＶ以下である。例えば、エネルギーバリア（ΔΦ１、ΔΦ２、ΔΦ４、ΔΦ５）は、それぞれ独立して、約０．１０ｅＶ～０．２５ｅＶであり、上記範囲内で、約０．１５ｅＶ～０．２５ｅＶ、約０．１８ｅＶ～０．２５ｅＶ、又は約０．２０ｅＶ～０．２５ｅＶである。
【0142】
第１補助層４０ａ、第２補助層４０ｂ、及び第３補助層４０ｃは、それぞれ独立して、約１０ｎｍ以下の厚さを有し、例えばそれぞれ独立して、約８ｎｍ以下、約７ｎｍ以下、約５ｎｍ以下、又は約３ｎｍ以下の厚さを有する。
【0143】
第１補助層４０ａ、第２補助層４０ｂ、及び第３補助層４０ｃは、それぞれ有機物質、無機物質、及び／又は有機－無機物質を含む。一例として、第１補助層４０ａ、第２補助層４０ｂ、及び第３補助層４０ｃのうちの少なくとも一つは、有機物質を含む。一例として、第１補助層４０ａ、第２補助層４０ｂ、及び第３補助層４０ｃは、それぞれ有機物質を含む。
【0144】
以下、第３実施形態による素子を説明する。
【0145】
図５は、第３実施形態による素子を示す断面図である。
【0146】
図５を参照すると、素子１００は、図１に示した実施形態と同様に、互いに対向するアノード１０及びカソード２０、アノード１０とカソード２０との間に位置する活性層３０、アノード１０と活性層３０との間に位置して第１補助層４０ａ及び第２補助層４０ｂを含む補助層４０、及びカソード２０と活性層３０との間に位置する電子バッファー層５０を含む。各構成要素は上述した通りである。
【0147】
しかし、図１に示した実施形態とは異なり、電子バッファー層５０は、第１電子バッファー層５０ａ及び第２電子バッファー層５０ｂを含む。第１電子バッファー層５０ａは、活性層３０に最も近く位置し、例えば活性層３０に接触する。第２電子バッファー層５０ｂは、カソード２０に最も近く位置し、例えばカソード２０に接触する。
【0148】
【0149】
活性層３０で分離された正孔は、ＨＯＭＯエネルギー準位に沿ってアノード１０に伝達され、例えば活性層３０のＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯ３０）、第１補助層４０ａのＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯ４０ａ）、第２補助層４０ｂのＨＯＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯ４０ｂ）、及びアノード１０の仕事関数（ＷＦ１０）に沿って移動する。具体的な説明は上述した通りである。
【0150】
活性層３０で分離された電子は、ＬＵＭＯエネルギー準位に沿ってカソード２０に伝達され、例えば活性層３０のＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯ３０）、第１電子バッファー層５０ａのＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯ５０ａ）、第２電子バッファー層５０ｂのＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯ５０ｂ）、及びカソード２０の仕事関数（ＷＦ２０）に沿って移動する。一例として、活性層３０のＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯ３０）、第１電子バッファー層５０ａのＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯ５０ａ）、第２電子バッファー層５０ｂのＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯ５０ｂ）、及びカソード２０の仕事関数（ＷＦ２０）は、階段型である。
【0151】
隣接する層の間には所定のエネルギーバリアが存在し、エネルギーバリアは、活性層３０と第１電子バッファー層５０ａとの間のエネルギーバリア（ΔΦ６）、第２電子バッファー層５０ｂとカソード２０との間のエネルギーバリア（ΔΦ７）、そして第１電子バッファー層５０ａと第２電子バッファー層５０ｂとの間のエネルギーバリア（ΔΦ８）を含む。エネルギーバリア（ΔΦ６）は活性層３０のＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯ３０）と第１電子バッファー層５０ａのＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯ５０ａ）との差であり、エネルギーバリア（ΔΦ７）は第２電子バッファー層５０ｂのＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯ５０ｂ）とカソード２０の仕事関数（ＷＦ２０）との差であり、エネルギーバリア（ΔΦ８）は第１電子バッファー層５０ａのＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯ５０ａ）と第２電子バッファー層５０ｂのＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯ５０ｂ）との差である。
【0152】
隣接する層の間の各エネルギーバリア（ΔΦ６、ΔΦ７、ΔΦ８）の差は、非常に小さく、実質的に同じである。
【0153】
一例として、活性層３０と第１電子バッファー層５０ａとの間のエネルギーバリア（ΔΦ６）と、第２電子バッファー層５０ｂとカソード２０との間のエネルギーバリア（ΔΦ７）との差は、非常に小さく、実質的に同じである。例えば、活性層３０、第１電子バッファー層５０ａ、第２電子バッファー層５０ｂ、及びカソード２０のエネルギーダイヤグラムは、下記関係式７を満足する。
【0154】
［関係式７］
｜ΔΦ６－ΔΦ７｜≦０．１ｅＶ
｜ΔΦ６－ΔΦ７｜≦０．１ｅＶ
【0155】
一例として、活性層３０と第１電子バッファー層５０ａとの間のエネルギーバリア（ΔΦ６）と、第１電子バッファー層５０ａと第２電子バッファー層５０ｂとの間のエネルギーバリア（ΔΦ８）との差は、非常に小さく、実質的に同じである。例えば、活性層３０、第１電子バッファー層５０ａ、及び第２電子バッファー層５０ｂのエネルギーダイヤグラムは、下記関係式８を満足する。
【0156】
［関係式８］
｜ΔΦ６－ΔΦ８｜≦０．１ｅＶ
｜ΔΦ６－ΔΦ８｜≦０．１ｅＶ
【0157】
一例として、第１電子バッファー層５０ａと第２電子バッファー層５０ｂとの間のエネルギーバリア（ΔΦ８）と、第２電子バッファー層５０ｂとカソード２０との間のエネルギーバリア（ΔΦ７）との差は、非常に小さく、実質的に同じである。例えば、第１電子バッファー層５０ａ、第２電子バッファー層５０ｂ、及びカソード２０のエネルギーダイヤグラムは、下記関係式９を満足する。
【0158】
［関係式９］
｜ΔΦ７－ΔΦ８｜≦０．１ｅＶ
｜ΔΦ７－ΔΦ８｜≦０．１ｅＶ
【0159】
一例として、活性層３０と第１電子バッファー層５０ａとの間のエネルギーバリア（ΔΦ６）、第２電子バッファー層５０ｂとカソード２０との間のエネルギーバリア（ΔΦ７）、そして第１電子バッファー層５０ａと第２電子バッファー層５０ｂとの間のエネルギーバリア（ΔΦ８）のそれぞれの差は、非常に小さく、実質的に同じである。例えば、活性層３０、第１電子バッファー層５０ａ、第２電子バッファー層５０ｂ、及びカソード２０のエネルギーダイヤグラムは、上記関係式７、８、及び９を同時に満足する。
【0160】
このように、アノード１０、第１及び第２補助層（４０ａ、４０ｂ）、及び活性層３０のそれぞれの間のエネルギーバリア（ΔΦ１、ΔΦ２、ΔΦ３）と、活性層３０、第１及び第２電子バッファー層（５０ａ、５０ｂ）、及びカソード２０のそれぞれの間のエネルギーバリア（ΔΦ６、ΔΦ７、ΔΦ８）とが上述した関係式を満足することによって、正孔が移動する経路に位置する層の界面で発生する正孔の移動遅延を防止し、電子が移動する経路に位置する層の界面で発生する電子の移動遅延を同時に防止してより高い電荷抽出効率を示す。また、隣接する層の間の界面に所望せずに留まる残留電荷を減らしたり防止したりして累積した残留電荷によるイメージ残像をより減らしたり防止したりすることができる。従って、素子の電気的性能をより改善することができる。
【0161】
一例として、エネルギーバリア（ΔΦ１、ΔΦ２、ΔΦ３、ΔΦ６、ΔΦ７、ΔΦ８）は、それぞれ約０．５ｅＶ以下であり、上記範囲内で、約０．４ｅＶ以下、約０．３ｅＶ以下、又は約０．２５ｅＶ以下である。例えば、エネルギーバリア（ΔΦ１、ΔΦ２、ΔΦ３、ΔΦ６、ΔΦ７、ΔΦ８）は、それぞれ独立して、約０．１０ｅＶ～０．２５ｅＶであり、上記範囲内で、約０．１５ｅＶ～０．２５ｅＶ、約０．１８ｅＶ～０．２５ｅＶ、又は約０．２０ｅＶ～０．２５ｅＶである。
【0162】
第１電子バッファー層５０ａ及び第２電子バッファー層５０ｂは、それぞれ独立して、約１０ｎｍ以下の厚さを有し、例えばそれぞれ独立して、約８ｎｍ以下、約７ｎｍ以下、約５ｎｍ以下、又は約３ｎｍ以下の厚さを有する。
【0163】
第１電子バッファー層５０ａ及び第２電子バッファー層５０ｂは、それぞれ有機物質、無機物質、及び／又は有機－無機物質を含む。一例として、第１電子バッファー層５０ａ及び第２電子バッファー層５０ｂのうちの少なくとも一つは、有機物質を含む。一例として、第１電子バッファー層５０ａ及び第２電子バッファー層５０ｂは、それぞれ有機物質を含む。
【0164】
以下、第４実施形態による素子を説明する。
【0165】
図７は、第４実施形態による素子を示す断面図である。
【0166】
図７を参照すると、素子１００は、アノード１０、カソード２０、活性層３０、補助層６０、及び正孔バッファー層７０を含む。
【0167】
アノード１０、カソード２０、及び活性層３０は、上述した通りである。
【0168】
補助層６０はカソード２０と活性層３０との間に位置する電子補助層であり、電子補助層は、例えば電子輸送層、電子注入層、及び／又は正孔遮断層を含む。補助層６０は、活性層３０で分離された電荷（例えば電子）をカソード２０側に移動させる通路の役割を果たす。この時、電荷（例えば電子）の移動方向は、活性層３０、補助層６０、及びカソード２０である。
【0169】
補助層６０は、複数の層を含み、第１補助層６０ａ及び第２補助層６０ｂを含む。第１補助層６０ａは、活性層３０に最も近く位置し、例えば活性層３０に接触する。第２補助層６０ｂは、カソード２０に最も近く位置し、例えばカソード２０に接触する。
【0170】
【0171】
図８を参照すると、活性層３０で分離された電子は、ＬＵＭＯエネルギー準位に沿ってカソード２０に伝達され、例えば活性層３０のＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯ３０）、第１補助層６０ａのＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯ６０ａ）、第２補助層６０ｂのＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯ６０ｂ）、及びカソード２０の仕事関数（ＷＦ２０）に沿って移動する。
【0172】
この時、活性層３０のＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯ３０）、第１補助層６０ａのＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯ６０ａ）、第２補助層６０ｂのＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯ６０ｂ）、及びカソード２０の仕事関数（ＷＦ２０）は、真空準位から順次に深くなり、例えば活性層３０のＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯ３０）が最も浅く、カソード２０の仕事関数（ＷＦ２０）が最も深く、第１補助層６０ａのＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯ６０ａ）及び第２補助層６０ｂのＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯ６０ｂ）は、活性層３０のＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯ３０）とカソード２０の仕事関数（ＷＦ２０）との間である。即ち、活性層３０のＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯ３０）、第１補助層６０ａのＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯ６０ａ）、第２補助層６０ｂのＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯ６０ｂ）、及びカソード２０の仕事関数（ＷＦ２０）は、カスケードエネルギー準位を有する。
【0173】
一例として、活性層３０のＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯ３０）、第１補助層６０ａのＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯ６０ａ）、第２補助層６０ｂのＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯ６０ｂ）、及びカソード２０の仕事関数（ＷＦ２０）は、階段型である。
【0174】
隣接する層の間には所定のエネルギーバリアが存在し、エネルギーバリアは、活性層３０と第１補助層６０ａとの間のエネルギーバリア（ΔΦ１）、第２補助層６０ｂとカソード２０との間のエネルギーバリア（ΔΦ２）、そして第１補助層６０ａと第２補助層６０ｂとの間のエネルギーバリア（ΔΦ３）を含む。エネルギーバリア（ΔΦ１）は活性層３０のＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯ３０）と第１補助層６０ａのＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯ６０ａ）との差であり、エネルギーバリア（ΔΦ２）は第２補助層６０ｂのＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯ６０ｂ）とカソード２０の仕事関数（ＷＦ２０）との差であり、エネルギーバリア（ΔΦ３）は第１補助層６０ａのＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯ６０ａ）と第２補助層６０ｂのＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯ６０ｂ）との差である。
【0175】
隣接する層の間の各エネルギーバリア（ΔΦ１、ΔΦ２、ΔΦ３）の差は、非常に小さく、実質的に同じである。
【0176】
一例として、活性層３０と第１補助層６０ａとの間のエネルギーバリア（ΔΦ１）と、第２補助層６０ｂとカソード２０との間のエネルギーバリア（ΔΦ２）との差は、非常に小さく、実質的に同じである。例えば、活性層３０、第１補助層６０ａ、第２補助層６０ｂ、及びカソード２０のエネルギーダイヤグラムは、下記関係式１を満足する。
【0177】
［関係式１］
｜ΔΦ１－ΔΦ２｜≦０．１ｅＶ
｜ΔΦ１－ΔΦ２｜≦０．１ｅＶ
【0178】
一例として、活性層３０と第１補助層６０ａとの間のエネルギーバリア（ΔΦ１）と、第１補助層６０ａと第２補助層６０ｂとの間のエネルギーバリア（ΔΦ３）との差は、非常に小さく、実質的に同じである。例えば、活性層３０、第１補助層６０ａ、及び第２補助層６０ｂのエネルギーダイヤグラムは、下記関係式２を満足する。
【0179】
［関係式２］
｜ΔΦ１－ΔΦ３｜≦０．１ｅＶ
｜ΔΦ１－ΔΦ３｜≦０．１ｅＶ
【0180】
一例として、第１補助層６０ａと第２補助層６０ｂとの間のエネルギーバリア（ΔΦ３）と、第２補助層６０ｂとカソード２０との間のエネルギーバリア（ΔΦ２）との差は、非常に小さく、実質的に同じである。例えば、第１補助層６０ａ、第２補助層６０ｂ、及びカソード２０のエネルギーダイヤグラムは、下記関係式３を満足する。
【0181】
［関係式３］
｜ΔΦ３－ΔΦ２｜≦０．１ｅＶ
｜ΔΦ３－ΔΦ２｜≦０．１ｅＶ
【0182】
一例として、活性層３０と第１補助層６０ａとの間のエネルギーバリア（ΔΦ１）、第２補助層６０ｂとカソード２０との間のエネルギーバリア（ΔΦ２）、そして第１補助層６０ａと第２補助層６０ｂとの間のエネルギーバリア（ΔΦ３）のそれぞれの差は、非常に小さく、実質的に同じである。例えば、活性層３０、第１補助層６０ａ、第２補助層６０ｂ、及びカソード２０のエネルギーダイヤグラムは、上記関係式１、２、及び３を同時に満足する。
【0183】
このように、活性層３０、第１補助層６０ａ、第２補助層６０ｂ、及びカソード２０のそれぞれの間のエネルギーバリア（ΔΦ１、ΔΦ２、ΔΦ３）が上述した関係式を満足することによって、電子が移動する経路に位置する層の界面で発生する電子の移動遅延を防止して高い電荷抽出効率を示す。また隣接する層の間の界面に所望せずに留まる残留電荷を減らしたり防止したりして累積した残留電荷によるイメージ残像を減らしたり防止したりすることができる。従って、素子の電気的性能を改善することができる。
【0184】
上記範囲内で、活性層３０、第１補助層６０ａ、第２補助層６０ｂ、及びカソード２０のエネルギーダイヤグラムは、下記関係式１Ａ、２Ａ、及び／又は３Ａを満足する。
【0185】
［関係式１Ａ］
０＜｜ΔΦ１－ΔΦ２｜≦０．１ｅＶ
［関係式２Ａ］
０＜｜ΔΦ１－ΔΦ３｜≦０．１ｅＶ
［関係式３Ａ］
０＜｜ΔΦ３－ΔΦ２｜≦０．１ｅＶ
０＜｜ΔΦ１－ΔΦ２｜≦０．１ｅＶ
［関係式２Ａ］
０＜｜ΔΦ１－ΔΦ３｜≦０．１ｅＶ
［関係式３Ａ］
０＜｜ΔΦ３－ΔΦ２｜≦０．１ｅＶ
【0186】
上記範囲内で、活性層３０、第１補助層６０ａ、第２補助層６０ｂ、及びカソード２０のエネルギーダイヤグラムは、下記関係式１Ｂ、２Ｂ、及び／又は３Ｂを満足する。
【0187】
［関係式１Ｂ］
｜ΔΦ１－ΔΦ２｜≦０．０７ｅＶ
［関係式２Ｂ］
｜ΔΦ１－ΔΦ３｜≦０．０７ｅＶ
［関係式３Ｂ］
｜ΔΦ３－ΔΦ２｜≦０．０７ｅＶ
｜ΔΦ１－ΔΦ２｜≦０．０７ｅＶ
［関係式２Ｂ］
｜ΔΦ１－ΔΦ３｜≦０．０７ｅＶ
［関係式３Ｂ］
｜ΔΦ３－ΔΦ２｜≦０．０７ｅＶ
【0188】
上記範囲内で、活性層３０、第１補助層６０ａ、第２補助層６０ｂ、及びカソード２０のエネルギーダイヤグラムは、下記関係式１Ｃ、２Ｃ、及び／又は３Ｃを満足する。
【0189】
［関係式１Ｃ］
０＜｜ΔΦ１－ΔΦ２｜≦０．０７ｅＶ
［関係式２Ｃ］
０＜｜ΔΦ１－ΔΦ３｜≦０．０７ｅＶ
［関係式３Ｃ］
０＜｜ΔΦ３－ΔΦ２｜≦０．０７ｅＶ
０＜｜ΔΦ１－ΔΦ２｜≦０．０７ｅＶ
［関係式２Ｃ］
０＜｜ΔΦ１－ΔΦ３｜≦０．０７ｅＶ
［関係式３Ｃ］
０＜｜ΔΦ３－ΔΦ２｜≦０．０７ｅＶ
【0190】
上記範囲内で、活性層３０、第１補助層６０ａ、第２補助層６０ｂ、及びカソード２０のエネルギーダイヤグラムは、下記関係式１Ｄ、２Ｄ、及び／又は３Ｄを満足する。
【0191】
［関係式１Ｄ］
｜ΔΦ１－ΔΦ２｜≦０．０５ｅＶ
［関係式２Ｄ］
｜ΔΦ１－ΔΦ３｜≦０．０５ｅＶ
［関係式３Ｄ］
｜ΔΦ３－ΔΦ２｜≦０．０５ｅＶ
｜ΔΦ１－ΔΦ２｜≦０．０５ｅＶ
［関係式２Ｄ］
｜ΔΦ１－ΔΦ３｜≦０．０５ｅＶ
［関係式３Ｄ］
｜ΔΦ３－ΔΦ２｜≦０．０５ｅＶ
【0192】
上記範囲内で、活性層３０、第１補助層６０ａ、第２補助層６０ｂ、及びカソード２０のエネルギーダイヤグラムは、下記関係式１Ｅ、２Ｅ、及び／又は３Ｅを満足する。
【0193】
［関係式１Ｅ］
０＜｜ΔΦ１－ΔΦ２｜≦０．０５ｅＶ
［関係式２Ｅ］
０＜｜ΔΦ１－ΔΦ３｜≦０．０５ｅＶ
［関係式３Ｅ］
０＜｜ΔΦ３－ΔΦ２｜≦０．０５ｅＶ
０＜｜ΔΦ１－ΔΦ２｜≦０．０５ｅＶ
［関係式２Ｅ］
０＜｜ΔΦ１－ΔΦ３｜≦０．０５ｅＶ
［関係式３Ｅ］
０＜｜ΔΦ３－ΔΦ２｜≦０．０５ｅＶ
【0194】
上記範囲内で、活性層３０、第１補助層６０ａ、第２補助層６０ｂ、及びカソード２０のエネルギーダイヤグラムは、下記関係式１Ｆ、２Ｆ、及び／又は３Ｆを満足する。
【0195】
［関係式１Ｆ］
｜ΔΦ１－ΔΦ２｜≦０．０３ｅＶ
［関係式２Ｆ］
｜ΔΦ１－ΔΦ３｜≦０．０３ｅＶ
［関係式３Ｆ］
｜ΔΦ３－ΔΦ２｜≦０．０３ｅＶ
｜ΔΦ１－ΔΦ２｜≦０．０３ｅＶ
［関係式２Ｆ］
｜ΔΦ１－ΔΦ３｜≦０．０３ｅＶ
［関係式３Ｆ］
｜ΔΦ３－ΔΦ２｜≦０．０３ｅＶ
【0196】
上記範囲内で、活性層３０、第１補助層６０ａ、第２補助層６０ｂ、及びカソード２０のエネルギーダイヤグラムは、下記関係式１Ｇ、２Ｇ、及び／又は３Ｇを満足する。
【0197】
［関係式１Ｇ］
０＜｜ΔΦ１－ΔΦ２｜≦０．０３ｅＶ
［関係式２Ｇ］
０＜｜ΔΦ１－ΔΦ３｜≦０．０３ｅＶ
［関係式３Ｇ］
０＜｜ΔΦ３－ΔΦ２｜≦０．０３ｅＶ
０＜｜ΔΦ１－ΔΦ２｜≦０．０３ｅＶ
［関係式２Ｇ］
０＜｜ΔΦ１－ΔΦ３｜≦０．０３ｅＶ
［関係式３Ｇ］
０＜｜ΔΦ３－ΔΦ２｜≦０．０３ｅＶ
【0198】
上記範囲内で、活性層３０、第１補助層６０ａ、第２補助層６０ｂ、及びカソード２０のエネルギーダイヤグラムは、下記関係式１Ｈ、２Ｈ、及び／又は３Ｈを満足する。
【0199】
［関係式１Ｈ］
｜ΔΦ１－ΔΦ２｜≦０．０１ｅＶ
［関係式２Ｈ］
｜ΔΦ１－ΔΦ３｜≦０．０１ｅＶ
［関係式３Ｈ］
｜ΔΦ３－ΔΦ２｜≦０．０１ｅＶ
｜ΔΦ１－ΔΦ２｜≦０．０１ｅＶ
［関係式２Ｈ］
｜ΔΦ１－ΔΦ３｜≦０．０１ｅＶ
［関係式３Ｈ］
｜ΔΦ３－ΔΦ２｜≦０．０１ｅＶ
【0200】
上記範囲内で、活性層３０、第１補助層６０ａ、第２補助層６０ｂ、及びカソード２０のエネルギーダイヤグラムは、下記関係式１Ｉ、２Ｉ、及び／又は３Ｉを満足する。
【0201】
［関係式１Ｉ］
０＜｜ΔΦ１－ΔΦ２｜≦０．０１ｅＶ
［関係式２Ｉ］
０＜｜ΔΦ１－ΔΦ３｜≦０．０１ｅＶ
［関係式３Ｉ］
０＜｜ΔΦ３－ΔΦ２｜≦０．０１ｅＶ
０＜｜ΔΦ１－ΔΦ２｜≦０．０１ｅＶ
［関係式２Ｉ］
０＜｜ΔΦ１－ΔΦ３｜≦０．０１ｅＶ
［関係式３Ｉ］
０＜｜ΔΦ３－ΔΦ２｜≦０．０１ｅＶ
【0202】
一例として、エネルギーバリア（ΔΦ１、ΔΦ２、ΔΦ３）は、それぞれ約０．５ｅＶ以下であり、上記範囲内で、約０．４ｅＶ以下、約０．３ｅＶ以下、又は約０．２５ｅＶ以下である。例えば、エネルギーバリア（ΔΦ１、ΔΦ２、ΔΦ３）は、それぞれ独立して、約０．１０５ｅＶ～０．２５ｅＶであり、上記範囲内で、０．１５ｅＶ～０．２５ｅＶ、約０．１８ｅＶ～０．２５ｅＶ、又は約０．２０ｅＶ～０．２５ｅＶである。
【0203】
第１補助層６０ａ及び第２補助層６０ｂは、それぞれ独立して、約１０ｎｍ以下の厚さを有し、例えばそれぞれ独立して、約８ｎｍ以下、約７ｎｍ以下、約５ｎｍ以下、又は約３ｎｍ以下の厚さを有する。
【0204】
第１補助層６０ａ及び第２補助層６０ｂは、それぞれ有機物質、無機物質、及び／又は有機－無機物質を含む。一例として、第１補助層６０ａ及び第２補助層６０ｂのうちの少なくとも一つは、有機物質を含む。一例として、第１補助層６０ａ及び第２補助層６０ｂは、それぞれ有機物質を含む。
【0205】
正孔バッファー層７０は、アノード１０と活性層３０との間に位置し、活性層３０で分離された電荷（例えば正孔）をアノード１０側に移動させる。この時、電荷（例えば正孔）の移動方向は、活性層３０、正孔バッファー層７０、及びアノード１０である。一例として、正孔バッファー層７０は活性層３０に接触する。一例として、正孔バッファー層７０の一面は活性層３０に接触し、正孔バッファー層７０の他の一面はアノード１０に接触する。
【0206】
正孔バッファー層７０は、数ナノメートル厚さの非常に薄い薄膜であり、例えば約８ｎｍ以下、約７ｎｍ以下、又は約５ｎｍ以下の厚さを有する。正孔バッファー層７０は、例えば約１ｎｍ～８ｎｍ、約１ｎｍ～７ｎｍ、又は約１ｎｍ～５ｎｍの厚さを有する。
【0207】
正孔バッファー層７０は、例えば有機物質、無機物質、及び／又は有機－無機物質を含む。
【0208】
一例として、正孔バッファー層７０は、有機物質を含む。
【0209】
一例として、正孔バッファー層７０は、例えば下記化学式４Ａ又は４Ｂで表される化合物を含むが、これに限定されるものではない。
【0210】
【化4A-4B】
【0211】
上記化学式４Ａ又は４Ｂで、
Ｍ１及びＭ２は、それぞれ独立して、ＣＲｎＲｏ、ＳｉＲｐＲｑ、ＮＲｒ、Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、又はＴｅであり、
Ａｒ１ｂ、Ａｒ２ｂ、Ａｒ３ｂ、及びＡｒ４ｂは、それぞれ独立して、置換若しくは非置換のＣ６乃至Ｃ３０アリール基又は置換若しくは非置換のＣ３乃至Ｃ３０ヘテロアリール基であり、
Ｇ２及びＧ３は、それぞれ独立して、単一結合、－（ＣＲｓＲｔ）ｎ３－、－Ｏ－、－Ｓ－、－Ｓｅ－、－Ｎ＝、－ＮＲｕ－、－ＳｉＲｖＲｗ－、又は－ＧｅＲｘＲｙ－であり、ここでｎ３は１又は２であり、
Ｒ３０乃至Ｒ３７及びＲｎ乃至Ｒｙは、それぞれ独立して、水素、置換若しくは非置換のＣ１乃至Ｃ３０アルキル基、置換若しくは非置換のＣ６乃至Ｃ３０アリール基、置換若しくは非置換のＣ３乃至Ｃ３０ヘテロ環基、置換若しくは非置換のＣ１乃至Ｃ６アルコキシ基、ハロゲン、又はシアノ基である。
Ｍ１及びＭ２は、それぞれ独立して、ＣＲｎＲｏ、ＳｉＲｐＲｑ、ＮＲｒ、Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、又はＴｅであり、
Ａｒ１ｂ、Ａｒ２ｂ、Ａｒ３ｂ、及びＡｒ４ｂは、それぞれ独立して、置換若しくは非置換のＣ６乃至Ｃ３０アリール基又は置換若しくは非置換のＣ３乃至Ｃ３０ヘテロアリール基であり、
Ｇ２及びＧ３は、それぞれ独立して、単一結合、－（ＣＲｓＲｔ）ｎ３－、－Ｏ－、－Ｓ－、－Ｓｅ－、－Ｎ＝、－ＮＲｕ－、－ＳｉＲｖＲｗ－、又は－ＧｅＲｘＲｙ－であり、ここでｎ３は１又は２であり、
Ｒ３０乃至Ｒ３７及びＲｎ乃至Ｒｙは、それぞれ独立して、水素、置換若しくは非置換のＣ１乃至Ｃ３０アルキル基、置換若しくは非置換のＣ６乃至Ｃ３０アリール基、置換若しくは非置換のＣ３乃至Ｃ３０ヘテロ環基、置換若しくは非置換のＣ１乃至Ｃ６アルコキシ基、ハロゲン、又はシアノ基である。
【0212】
一例として、正孔バッファー層７０は、下記化学式４Ａ－１又は４Ｂ－１で表される化合物であるが、これに限定されるものではない。
【0213】
【化(4A-1)-(4B-1)】
【0214】
上記化学式４Ａ－１又は４Ｂ－１で、
Ｍ１、Ｍ２、Ｇ２、Ｇ３、Ｒ３０乃至Ｒ３７は、上述した通りであり、
Ｒ３８乃至Ｒ４５は、それぞれ独立して、水素、置換若しくは非置換のＣ１乃至Ｃ３０アルキル基、置換若しくは非置換のＣ６乃至Ｃ３０アリール基、置換若しくは非置換のＣ３乃至Ｃ３０ヘテロアリール基、置換若しくは非置換のＣ１乃至Ｃ６アルコキシ基、ハロゲン、又はシアノ基である。
Ｍ１、Ｍ２、Ｇ２、Ｇ３、Ｒ３０乃至Ｒ３７は、上述した通りであり、
Ｒ３８乃至Ｒ４５は、それぞれ独立して、水素、置換若しくは非置換のＣ１乃至Ｃ３０アルキル基、置換若しくは非置換のＣ６乃至Ｃ３０アリール基、置換若しくは非置換のＣ３乃至Ｃ３０ヘテロアリール基、置換若しくは非置換のＣ１乃至Ｃ６アルコキシ基、ハロゲン、又はシアノ基である。
【0215】
一例として、正孔バッファー層７０は、下記化学式４Ａ－１ａ又は４Ｂ－１ａで表される化合物であるが、これに限定されるものではない。
【0216】
【化(4A-1a)-(4B-1a)】
【0217】
上記化学式４Ａ－１ａ又は４Ｂ－１ａで、Ｒ３８乃至Ｒ４５及びＲｏ及びＲｎは、上述した通りである。
【0218】
図７では正孔バッファー層７０が単一層で示されているが、これに限定されず、正孔バッファー層７０は２層以上の複数層を含み得る。一例として、正孔バッファー層７０は、第１正孔バッファー層（図示せず）及び第２正孔バッファー層（図示せず）を含み、例えば第１正孔バッファー層は、活性層３０に最も近く位置し、例えば活性層３０に接触する。第２正孔バッファー層は、アノード１０に最も近く位置し、例えばアノード１０に接触する。例えば、活性層３０、第１正孔バッファー層、第２正孔バッファー層、及びアノードの間のエネルギー準位の差は、非常に小さく、実質的に同じである。例えば、活性層３０、第１正孔バッファー層、第２正孔バッファー層、及びアノード１０のそれぞれの間のＨＯＭＯエネルギー準位の差は、図５及び図６に示した活性層３０、第１電子バッファー層５０ａ、第２電子バッファー層５０ｂ、及びカソード２０のそれぞれの間のＬＵＭＯエネルギー準位の差と同様に、上記関係式７、８、及び／又は９を満足する。
【0219】
一例として、正孔バッファー層７０は、省略され得る。
【0220】
素子１００は、アノード１０又はカソード２０の一面に位置する反射防止層（図示せず）を更に含み得る。反射防止層は上述した通りである。
【0221】
素子１００は、アノード１０又はカソード２０側から光が入射して活性層３０が所定の波長領域の光を吸収すると内部でエキシトンが生成される。エキシトンは活性層３０で電子と正孔とに分離され、分離された電子は第１補助層６０ａ及び第２補助層６０ｂを通過してカソード２０に移動し、分離された正孔は正孔バッファー層７０を通過してアノード１０に移動して電流が流れるようになる。
【0222】
以下、第５実施形態による素子を説明する。
【0223】
図９は、第５実施形態による素子を示す断面図である。
【0224】
図９を参照すると、素子１００は、上述した実施形態と同様に、互いに対向するアノード１０及びカソード２０、アノード１０とカソード２０との間に位置する活性層３０、カソード２０と活性層３０との間に位置する補助層６０、及びアノード２０と活性層３０との間に位置する正孔バッファー層７０を含む。各構成要素は上述した通りである。
【0225】
しかし、上述した実施形態とは異なり、補助層６０は、第１補助層６０ａ及び第２補助層６０ｂ以外に第３補助層６０ｃを更に含む。第３補助層６０ｃは、第１補助層６０ａと第２補助層６０ｂとの間に位置し、例えば第３補助層６０ｃの一面は第１補助層６０ａに接触し、第３補助層６０ｃの他の一面は第２補助層６０ｂに接触する。
【0226】
補助層６０は、第１補助層６０ａ、第３補助層６０ｃ、及び第２補助層６０ｂが順次に積層された構造を有し、これによって活性層３０で分離された電荷（例えば電子）の移動方向は、活性層３０、第１補助層６０ａ、第３補助層６０ｃ、第２補助層６０ｂ、及びカソード２０である。
【0227】
【0228】
図１０を参照すると、活性層３０で分離された電子は、ＬＵＭＯエネルギー準位に沿ってカソード２０に伝達され、例えば活性層３０のＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯ３０）、第１補助層６０ａのＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯ６０ａ）、第３補助層６０ｃのＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯ６０ｃ）、第２補助層６０ｂのＬＵＭＯエネルギー準位（ＨＯＭＯ６０ｂ）、及びカソード２０の仕事関数（ＷＦ２０）に沿って移動する。
【0229】
この時、活性層３０のＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯ３０）、第１補助層６０ａのＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯ６０ａ）、第３補助層６０ｃのＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯ６０ｃ）、第２補助層６０ｂのＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯ６０ｂ）、及びカソード２０の仕事関数（ＷＦ２０）は、真空準位から順次に深くなり、例えば活性層３０のＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯ３０）が最も浅く、カソード２０の仕事関数（ＷＦ２０）が最も深く、第１補助層６０ａのＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯ６０ａ）、第３補助層６０ｃのＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯ６０ｃ）、及び第２補助層６０ｂのＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯ６０ｂ）は、活性層３０のＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯ３０）とカソード２０の仕事関数（ＷＦ２０）との間である。即ち、活性層３０のＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯ３０）、第１補助層６０ａのＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯ６０ａ）、第３補助層６０ｃのＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯ６０ｃ）、第２補助層６０ｂのＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯ６０ｂ）、及びカソード２０の仕事関数（ＷＦ２０）は、カスケードエネルギー準位を有する。
【0230】
一例として、活性層３０のＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯ３０）、第１補助層６０ａのＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯ６０ａ）、第３補助層６０ｃのＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯ６０ｃ）、第２補助層６０ｂのＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯ６０ｂ）、及びカソード２０の仕事関数（ＷＦ２０）は、階段型である。
【0231】
一例として、隣接する層の間には所定のエネルギーバリアが存在し、エネルギーバリアは、活性層３０と第１補助層６０ａとの間のエネルギーバリア（ΔΦ１）、第２補助層６０ｂとカソード２０との間のエネルギーバリア（ΔΦ２）、第３補助層６０ｃと第２補助層６０ｂとの間のエネルギーバリア（ΔΦ４）、そして第１補助層６０ａと第３補助層６０ｃとの間のエネルギーバリア（ΔΦ５）を含む。エネルギーバリア（ΔΦ１）は活性層３０のＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯ３０）と第１補助層６０ａのＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯ６０ａ）との差であり、エネルギーバリア（ΔΦ２）は第２補助層６０ｂのＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯ６０ｂ）とカソード２０の仕事関数（ＷＦ２０）との差であり、エネルギーバリア（ΔΦ４）は第３補助層６０ｃのＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯ６０ｃ）と第２補助層６０ｂのＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯ６０ｂ）との差であり、エネルギーバリア（ΔΦ５）は第１補助層６０ａのＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯ６０ａ）と第３補助層６０ｃのＬＵＭＯエネルギー準位（ＬＵＭＯ６０ｃ）との差である。
【0232】
隣接する層の間の各エネルギーバリア（ΔΦ１、ΔΦ２、ΔΦ４、ΔΦ５）の差は、非常に小さく、実質的に同じである。
【0233】
一例として、活性層３０と第１補助層６０ａとの間のエネルギーバリア（ΔΦ１）と、第２補助層６０ｂとカソード２０との間のエネルギーバリア（ΔΦ２）との差は、非常に小さく、実質的に同じである。例えば、活性層３０、第１補助層６０ａ、第２補助層６０ｂ、及びカソード２０のエネルギーダイヤグラムは、上記関係式１を満足する。
【0234】
一例として、第２補助層６０ｂとカソード２０との間のエネルギーバリア（ΔΦ２）と、第３補助層６０ｃと第２補助層６０ｂとの間のエネルギーバリア（ΔΦ４）との差は、非常に小さく、実質的に同じである。例えば、第３補助層６０ｃ、第２補助層６０ｂ、及びカソード２０のエネルギーダイヤグラムは、下記関係式４を満足する。
【0235】
［関係式４］
｜ΔΦ２－ΔΦ４｜≦０．１ｅＶ
｜ΔΦ２－ΔΦ４｜≦０．１ｅＶ
【0236】
一例として、活性層３０と第１補助層６０ａとの間のエネルギーバリア（ΔΦ１）と、第１補助層６０ａと第３補助層６０ｃとの間のエネルギーバリア（ΔΦ５）との差は、非常に小さく、実質的に同じである。例えば、活性層３０、第１補助層６０ａ、及び第３補助層６０ｃのエネルギーダイヤグラムは、下記関係式５を満足する。
【0237】
［関係式５］
｜ΔΦ１－ΔΦ５｜≦０．１ｅＶ
｜ΔΦ１－ΔΦ５｜≦０．１ｅＶ
【0238】
一例として、第２補助層６０ｂと第３補助層６０ｃとの間のエネルギーバリア（ΔΦ４）と、第１補助層６０ａと第３補助層６０ｃとの間のエネルギーバリア（ΔΦ５）との差は、非常に小さく、実質的に同じである。例えば、第１補助層６０ａ、第３補助層６０ｃ、及び第２補助層６０ｂのエネルギーダイヤグラムは、下記関係式６を満足する。
【0239】
［関係式６］
｜ΔΦ４－ΔΦ５｜≦０．１ｅＶ
｜ΔΦ４－ΔΦ５｜≦０．１ｅＶ
【0240】
一例として、活性層３０と第１補助層６０ａとの間のエネルギーバリア（ΔΦ１）、第２補助層６０ｂとカソード２０との間のエネルギーバリア（ΔΦ２）、第３補助層６０ｃと第２補助層６０ｂとの間のエネルギーバリア（ΔΦ４）、そして第１補助層６０ａと第３補助層６０ｃとの間のエネルギーバリア（ΔΦ５）のそれぞれの差は、非常に小さく、実質的に同じである。例えば、活性層３０、第１補助層６０ａ、第３補助層６０ｃ、第２補助層６０ｂ、及びカソード２０のエネルギーダイヤグラムは、上記関係式４、５、及び６を同時に満足する。
【0241】
このように、活性層３０、第１補助層６０ａ、第３補助層６０ｃ、第２補助層６０ｂ、及びカソード２０のそれぞれの間のエネルギーバリア（ΔΦ１、ΔΦ２、ΔΦ４、ΔΦ５）が上述した関係式を満足することによって、電子が移動する経路に位置する層の界面で発生する正孔の移動遅延を防止して高い電荷抽出効率を示す。また隣接する層の間の界面に所望せずに留まる残留電荷を減らしたり防止したりして累積した残留電荷によるイメージ残像を減らしたり防止したりすることができる。従って、素子の電気的性能を改善することができる。
【0242】
上記範囲内で、活性層３０、第１補助層６０ａ、第３補助層６０ｃ、第２補助層６０ｂ、及びカソード２０のエネルギーダイヤグラムは、下記関係式４Ａ、５Ａ、及び／又は６Ａを満足する。
【0243】
［関係式４Ａ］
０＜｜ΔΦ２－ΔΦ４｜≦０．１ｅＶ
［関係式５Ａ］
０＜｜ΔΦ１－ΔΦ５｜≦０．１ｅＶ
［関係式６Ａ］
０＜｜ΔΦ４－ΔΦ５｜≦０．１ｅＶ
０＜｜ΔΦ２－ΔΦ４｜≦０．１ｅＶ
［関係式５Ａ］
０＜｜ΔΦ１－ΔΦ５｜≦０．１ｅＶ
［関係式６Ａ］
０＜｜ΔΦ４－ΔΦ５｜≦０．１ｅＶ
【0244】
上記範囲内で、活性層３０、第１補助層６０ａ、第３補助層６０ｃ、第２補助層６０ｂ、及びカソード２０のエネルギーダイヤグラムは、下記関係式４Ｂ、５Ｂ、及び／又は６Ｂを満足する。
【0245】
［関係式４Ｂ］
｜ΔΦ２－ΔΦ４｜≦０．０７ｅＶ
［関係式５Ｂ］
｜ΔΦ１－ΔΦ５｜≦０．０７ｅＶ
［関係式６Ｂ］
｜ΔΦ４－ΔΦ５｜≦０．０７ｅＶ
｜ΔΦ２－ΔΦ４｜≦０．０７ｅＶ
［関係式５Ｂ］
｜ΔΦ１－ΔΦ５｜≦０．０７ｅＶ
［関係式６Ｂ］
｜ΔΦ４－ΔΦ５｜≦０．０７ｅＶ
【0246】
上記範囲内で、活性層３０、第１補助層６０ａ、第３補助層６０ｃ、第２補助層６０ｂ、及びカソード２０のエネルギーダイヤグラムは、下記関係式４Ｃ、５Ｃ、及び／又は６Ｃを満足する。
【0247】
［関係式４Ｃ］
０＜｜ΔΦ２－ΔΦ４｜≦０．０７ｅＶ
［関係式５Ｃ］
０＜｜ΔΦ１－ΔΦ５｜≦０．０７ｅＶ
［関係式６Ｃ］
０＜｜ΔΦ４－ΔΦ５｜≦０．０７ｅＶ
０＜｜ΔΦ２－ΔΦ４｜≦０．０７ｅＶ
［関係式５Ｃ］
０＜｜ΔΦ１－ΔΦ５｜≦０．０７ｅＶ
［関係式６Ｃ］
０＜｜ΔΦ４－ΔΦ５｜≦０．０７ｅＶ
【0248】
上記範囲内で、活性層３０、第１補助層６０ａ、第３補助層６０ｃ、第２補助層６０ｂ、及びカソード２０のエネルギーダイヤグラムは、下記関係式４Ｄ、５Ｄ、及び／又は６Ｄを満足する。
【0249】
［関係式４Ｄ］
｜ΔΦ２－ΔΦ４｜≦０．０５ｅＶ
［関係式５Ｄ］
｜ΔΦ１－ΔΦ５｜≦０．０５ｅＶ
［関係式６Ｄ］
｜ΔΦ４－ΔΦ５｜≦０．０５ｅＶ
｜ΔΦ２－ΔΦ４｜≦０．０５ｅＶ
［関係式５Ｄ］
｜ΔΦ１－ΔΦ５｜≦０．０５ｅＶ
［関係式６Ｄ］
｜ΔΦ４－ΔΦ５｜≦０．０５ｅＶ
【0250】
上記範囲内で、活性層３０、第１補助層６０ａ、第３補助層６０ｃ、第２補助層６０ｂ、及びカソード２０のエネルギーダイヤグラムは、下記関係式４Ｅ、５Ｅ、及び／又は６Ｅを満足する。
【0251】
［関係式４Ｅ］
０＜｜ΔΦ２－ΔΦ４｜≦０．０５ｅＶ
［関係式５Ｅ］
０＜｜ΔΦ１－ΔΦ５｜≦０．０５ｅＶ
［関係式６Ｅ］
０＜｜ΔΦ４－ΔΦ５｜≦０．０５ｅＶ
０＜｜ΔΦ２－ΔΦ４｜≦０．０５ｅＶ
［関係式５Ｅ］
０＜｜ΔΦ１－ΔΦ５｜≦０．０５ｅＶ
［関係式６Ｅ］
０＜｜ΔΦ４－ΔΦ５｜≦０．０５ｅＶ
【0252】
上記範囲内で、活性層３０、第１補助層６０ａ、第３補助層６０ｃ、第２補助層６０ｂ、及びカソード２０のエネルギーダイヤグラムは、下記関係式４Ｆ、５Ｆ、及び／又は６Ｆを満足する。
【0253】
［関係式４Ｆ］
｜ΔΦ２－ΔΦ４｜≦０．０３ｅＶ
［関係式５Ｆ］
｜ΔΦ１－ΔΦ５｜≦０．０３ｅＶ
［関係式６Ｆ］
｜ΔΦ４－ΔΦ５｜≦０．０３ｅＶ
｜ΔΦ２－ΔΦ４｜≦０．０３ｅＶ
［関係式５Ｆ］
｜ΔΦ１－ΔΦ５｜≦０．０３ｅＶ
［関係式６Ｆ］
｜ΔΦ４－ΔΦ５｜≦０．０３ｅＶ
【0254】
上記範囲内で、活性層３０、第１補助層６０ａ、第３補助層６０ｃ、第２補助層６０ｂ、及びカソード２０のエネルギーダイヤグラムは、下記関係式４Ｇ、５Ｇ、及び／又は６Ｇを満足する。
【0255】
［関係式４Ｇ］
０＜｜ΔΦ２－ΔΦ４｜≦０．０３ｅＶ
［関係式５Ｇ］
０＜｜ΔΦ１－ΔΦ５｜≦０．０３ｅＶ
［関係式６Ｇ］
０＜｜ΔΦ４－ΔΦ５｜≦０．０３ｅＶ
０＜｜ΔΦ２－ΔΦ４｜≦０．０３ｅＶ
［関係式５Ｇ］
０＜｜ΔΦ１－ΔΦ５｜≦０．０３ｅＶ
［関係式６Ｇ］
０＜｜ΔΦ４－ΔΦ５｜≦０．０３ｅＶ
【0256】
上記範囲内で、活性層３０、第１補助層６０ａ、第３補助層６０ｃ、第２補助層６０ｂ、及びカソード２０のエネルギーダイヤグラムは、下記関係式４Ｈ、５Ｈ、及び／又は６Ｈを満足する。
【0257】
［関係式４Ｈ］
｜ΔΦ２－ΔΦ４｜≦０．０１ｅＶ
［関係式５Ｈ］
｜ΔΦ１－ΔΦ５｜≦０．０１ｅＶ
［関係式６Ｈ］
｜ΔΦ４－ΔΦ５｜≦０．０１ｅＶ
｜ΔΦ２－ΔΦ４｜≦０．０１ｅＶ
［関係式５Ｈ］
｜ΔΦ１－ΔΦ５｜≦０．０１ｅＶ
［関係式６Ｈ］
｜ΔΦ４－ΔΦ５｜≦０．０１ｅＶ
【0258】
上記範囲内で、活性層３０、第１補助層６０ａ、第３補助層６０ｃ、第２補助層６０ｂ、及びカソード２０のエネルギーダイヤグラムは、下記関係式４Ｉ、５Ｉ、及び／又は６Ｉを満足する。
【0259】
［関係式４Ｉ］
０＜｜ΔΦ２－ΔΦ４｜≦０．０１ｅＶ
［関係式５Ｉ］
０＜｜ΔΦ１－ΔΦ５｜≦０．０１ｅＶ
［関係式６Ｉ］
０＜｜ΔΦ４－ΔΦ５｜≦０．０１ｅＶ
０＜｜ΔΦ２－ΔΦ４｜≦０．０１ｅＶ
［関係式５Ｉ］
０＜｜ΔΦ１－ΔΦ５｜≦０．０１ｅＶ
［関係式６Ｉ］
０＜｜ΔΦ４－ΔΦ５｜≦０．０１ｅＶ
【0260】
一例として、エネルギーバリア（ΔΦ１、ΔΦ２、ΔΦ４、ΔΦ５）は、それぞれ約０．５ｅＶ以下であり、上記範囲内で、約０．４ｅＶ以下、約０．３ｅＶ以下、又は約０．２５ｅＶ以下である。例えば、エネルギーバリア（ΔΦ１、ΔΦ２、ΔΦ４、ΔΦ５）は、それぞれ独立して、約０．１０ｅＶ～０．２５ｅＶであり、上記範囲内で、約０．１５ｅＶ～０．２５ｅＶ、約０．１８ｅＶ～０．２５ｅＶ、又は約０．２０ｅＶ～０．２５ｅＶである。
【0261】
第１補助層６０ａ、第２補助層６０ｂ、及び第３補助層６０ｃは、それぞれ独立して、約１０ｎｍ以下の厚さを有し、例えばそれぞれ独立して、約８ｎｍ以下、約７ｎｍ以下、約５ｎｍ以下、又は約３ｎｍ以下の厚さを有する。
【0262】
第１補助層６０ａ、第２補助層６０ｂ、及び第３補助層６０ｃは、それぞれ有機物質、無機物質、及び／又は有機－無機物質を含む。一例として、第１補助層６０ａ、第２補助層６０ｂ、及び第３補助層６０ｃのうちの少なくとも一つは、有機物質を含む。一例として、第１補助層６０ａ、第２補助層６０ｂ、及び第３補助層６０ｃは、それぞれ有機物質を含む。
【0263】
上述した素子１００は、多様な電子装置に適用され、例えば太陽電池、発光装置、センサー、光検出器、及び光センサーなどに適用されるが、これに限定されるものではない。
【0264】
一例として、素子１００は、センサーに適用され、センサーは、例えばイメージセンサーである。
【0265】
以下、上述した素子を適用したイメージセンサーの一例について図面を参照して説明する。ここでイメージセンサーの一例として有機ＣＭＯＳイメージセンサーについて説明する。
【0266】
図１１は、一実施形態によるイメージセンサーの一例を概略的に示す断面図である。
【0267】
図１１を参照すると、本実施形態によるイメージセンサー３００は、半導体基板１１０、絶縁層８０、素子１００、及び色フィルター層７０を含む。
【0268】
半導体基板１１０は、シリコン基板であり、伝送トランジスター（図示せず）及び電荷貯蔵所１５５が集積されている。伝送トランジスター及び／又は電荷貯蔵所１５５は、画素毎に集積されている。電荷貯蔵所１５５は、素子１００に電気的に連結される。
【0269】
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）が形成されている。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、これに限定されるものではない。
【0270】
金属配線及びパッドの上には絶縁層８０が形成されている。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、電荷貯蔵所１５５を露出するトレンチ８５を有する。トレンチ８５は、充填材で満たされている。
【0271】
絶縁層８０の上には上述した素子１００が形成されている。素子１００は、図１、図３、図５、図７、又は図９に示した素子１００である。素子１００は、光電変換素子であり、具体的な説明は上述した通りである。素子１００のアノード１０又はカソード２０は電荷貯蔵所１５５に連結されている。
【0272】
素子１００の上には色フィルター層７０が形成されている。色フィルター層７０は、青色画素に形成されている青色フィルター７０ａ、赤色画素に形成されている赤色フィルター７０ｂ、及び緑色画素に形成されている緑色フィルター７０ｃを含む。しかし、これに限定されず、シアンフィルター、マゼンタフィルター、及び／又はイエローフィルターを代わりに又は追加的に含むことができる。
【0273】
素子１００と色フィルター層７０との間には絶縁膜１８０が形成されている。絶縁膜１８０は省略され得る。
【0274】
色フィルター層７０の上には集光レンズ（図示せず）が更に形成され得る。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、例えばシリンダー模様又は半球模様であるが、これに限定されるものではない。
【0275】
【0276】
図１２及び図１３を参照すると、本実施形態によるイメージセンサー４００は、光感知素子（１５０ａ、１５０ｂ）、伝送トランジスター（図示せず）、及び電荷貯蔵所１５５が集積されている半導体基板１１０、下部絶縁層６０、色フィルター層７０、上部絶縁層８０、及び上述した素子１００を含む。上述した素子１００は、光電変換素子である。
【0277】
半導体基板１１０は、シリコン基板であり、光感知素子（１５０ａ、１５０ｂ）、伝送トランジスター（図示せず）、及び電荷貯蔵所１５５が集積されている。光感知素子（１５０ａ、１５０ｂ）は、光ダイオード（ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）である。
【0278】
光感知素子（１５０ａ、１５０ｂ）、伝送トランジスター、及び／又は電荷貯蔵所１５５は、画素毎に集積され、一例として図のように光感知素子（１５０ａ、１５０ｂ）は青色画素及び赤色画素にそれぞれ含まれ、電荷貯蔵所１５５は緑色画素に含まれる。
【0279】
光感知素子（１５０ａ、１５０ｂ）は光をセンシングし、センシングされた情報は伝送トランジスターにより伝達され、電荷貯蔵所１５５は素子１００に電気的に連結され、電荷貯蔵所１５５の情報は伝送トランジスターにより伝達される。
【0280】
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）が形成されている。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（１５０ａ、１５０ｂ）の下部に位置することもできる。
【0281】
金属配線及びパッドの上には下部絶縁層６０が形成されている。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、電荷貯蔵所１５５を露出するトレンチを有する。トレンチは充填材で満たされている。
【0282】
下部絶縁層６０の上には色フィルター層７０が形成されている。色フィルター層７０は、青色画素に形成されている青色フィルター７０ａ及び赤色画素に形成されている赤色フィルター７０ｂを含む。本実施形態では緑色フィルターを備えていない例を説明するが、場合によっては緑色フィルターを備えることもできる。
【0283】
色フィルター層７０の上には上部絶縁層８０が形成されている。上部絶縁層８０は、色フィルター層７０による段差を除去して平坦化する。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）及び緑色画素の電荷貯蔵所１５５を露出する貫通口８５を有する。
【0284】
上部絶縁層８０の上には上述した素子１００が形成されている。素子１００は、図１、図３、図５、図７、又は図９に示した素子１００である。素子１００は、光電変換素子であり、具体的な説明は上述した通りである。素子１００のアノード１０又はカソード２０は電荷貯蔵所１５５に連結されている。
【0285】
素子１００の上には集光レンズ（図示せず）が更に形成され得る。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、例えばシリンダー模様又は半球模様であるが、これに限定されるものではない。
【0286】
図１４は、イメージセンサーの他の例を示す断面図である。
【0287】
図１４を参照すると、本実施形態によるイメージセンサー５００は、上述した実施形態と同様に光感知素子（１５０ａ、１５０ｂ）、伝送トランジスター（図示せず）、及び電荷貯蔵所１５５が集積されている半導体基板１１０、上部絶縁層８０、及び素子１００を含む。
【0288】
しかし、本実施形態によるイメージセンサー５００は、上述した実施形態とは異なり、光感知素子（１５０ａ、１５０ｂ）が垂直方向に積層されており、色フィルター層７０が省略されている。光感知素子（１５０ａ、１５０ｂ）は、電荷貯蔵所（図示せず）に電気的に連結され、光感知素子（１５０ａ、１５０ｂ）によりセンシングされた情報は伝送トランジスターにより伝達される。光感知素子（１５０ａ、１５０ｂ）は、積層の深さにより各波長領域の光を選択的に吸収する。
【0289】
素子１００は、図１、図３、図５、図７、又は図９に示した素子１００である。素子１００は、光電変換素子であり、具体的な説明は上述した通りである。素子１００のアノード１０又はカソード２０は、電荷貯蔵所１５５に連結されている。
【0290】
【0291】
本実施形態によるイメージセンサー６００は、緑色波長領域の光を選択的に吸収する緑色素子、青色波長領域の光を選択的に吸収する青色素子、及び赤色波長領域の光を選択的に吸収する赤色素子が積層されている構造である。
【0292】
本実施形態によるイメージセンサー６００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素子１００ａ、第２素子１００ｂ、及び第３素子１００ｃを含む。
【0293】
半導体基板１１０は、シリコン基板であり、伝送トランジスター（図示せず）及び電荷貯蔵所（１５５ａ、１５５ｂ、１５５ｃ）が集積されている。
【0294】
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）が形成されており、金属配線及びパッドの上には下部絶縁層６０が形成されている。
【0295】
下部絶縁層６０の上には、第１素子１００ａ、第２素子１００ｂ、及び第３素子１００ｃが順次に形成されている。
【0296】
第１素子１００ａ、第２素子１００ｂ、及び第３素子１００ｃは、それぞれ独立して、図１、図３、図５、図７、又は図９に示した素子１００である。素子１００は、光電変換素子であり、具体的な説明は上述した通りである。素子１００のアノード１０又はカソード２０は、電荷貯蔵所（１５５ａ、１５５ｂ、１５５ｃ）に連結されている。
【0297】
第１素子１００ａの活性層３０は、赤色、青色、及び緑色のうちのいずれか一つの波長領域の光を選択的に吸収して光電変換する光電変換素子である。例えば、第１素子１００ａは赤色光電変換素子である。第１素子１００ａのアノード１０又はカソード２０は、第１電荷貯蔵所１５５ａに電気的に連結される。
【0298】
第１素子１００ａの上には、中間絶縁層６５が形成されている。
【0299】
中間絶縁層６５の上には、第２素子１００ｂが形成されている。
【0300】
第２素子１００ｂの活性層３０は、赤色、青色、及び緑色のうちのいずれか一つの波長領域の光を選択的に吸収して光電変換する光電変換素子である。例えば、第２素子１００ｂは青色光電変換素子である。第２素子１００ｂのアノード１０又はカソード２０は、第２電荷貯蔵所１５５ｂに電気的に連結される。
【0301】
第２素子１００ｂの上には、上部絶縁層８０が形成されている。下部絶縁層６０、中間絶縁層６５、及び上部絶縁層８０は、電荷貯蔵所（１５５ａ、１５５ｂ、１５５ｃ）を露出する複数の貫通口を有する。
【0302】
上部絶縁層８０の上には第３素子１００ｃが形成されている。第３素子１００ｃの活性層３０は、赤色、青色、及び緑色のうちのいずれか一つの波長領域の光を選択的に吸収して光電変換する光電変換素子である。例えば、第３素子１００ｃは、緑色光電変換素子である。第３素子１００ｃのアノード１０又はカソード２０は、第３電荷貯蔵所１５５ｃに電気的に連結される。
【0303】
第３素子１００ｃの上には、集光レンズ（図示せず）が更に形成され得る。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、例えばシリンダー模様又は半球模様であるが、これに限定されるものではない。
【0304】
図面では、第１素子１００ａ、第２素子１００ｂ、及び第３素子１００ｃが順次に積層された構造を示したが、これに限定されず、積層順序は多様に変わり得る。
【0305】
上記のようにそれぞれ異なる波長領域の光を吸収する第１素子１００ａ、第２素子１００ｂ、及び第３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ーの大きさをより減らして小型化イメージセンサーを実現することができる。
【0306】
上述した素子及びイメージセンサーは、それぞれ多様な電子装置に適用され、例えば携帯電話、デジタルカメラなどに適用されるが、これに限定されるものではない。
【0307】
以下、実施例を通じて上述した実施形態をより詳細に説明する。但し、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。
【0308】
≪素子の製作Ｉ≫
【0309】
＜実施例１＞
【0310】
ガラス基板上にＩＴＯをスパッタリングで積層して１５０ｎｍ厚さのアノード（ＷＦ：４．９ｅＶ）を形成する。次にアノードの上に下記化学式Ａ－１で表される化合物を蒸着して２．５ｎｍ厚さの下部補助層（ＨＯＭＯ：５．１０ｅＶ）を形成し、その上に下記化学式Ａ－２で表される化合物を蒸着して２．５ｎｍ厚さの上部補助層（ＨＯＭＯ：５．３１ｅＶ）を形成する。次に上部補助層上に下記化学式Ｂで表されるｐ型半導体（λｍａｘ：５４５ｎｍ）とフラーレン（Ｃ６０）であるｎ型半導体とを１：１の体積比に共蒸着して１００ｎｍ厚さの光電変換層（ＨＯＭＯ：５．５５ｅＶ）を形成する。次に光電変換層上にＹｂを熱蒸着して１．５ｎｍ厚さの電子バッファー層（ＷＦ：２．６ｅＶ）を形成する。次に電子バッファー層上に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。次にカソードの上に酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を蒸着して５０ｎｍ厚さの反射防止層を形成し、ガラス板で封止して素子を製作する。
【0311】
【化(A-1)-(B)】
【0312】
＜比較例１＞
【0313】
下部補助層及び上部補助層の代わりに、下記化学式Ａ－３で表される化合物を蒸着して５ｎｍ厚さの単一補助層（ＨＯＭＯ：５．７３ｅＶ）を形成したことを除き、実施例１と同様の方法で素子を製作する。
【0314】
【化A-3】
【0315】
＜比較例２＞
【0316】
上記化学式Ａ－２で表される化合物の代わりに下記化学式Ａ－４で表される化合物を蒸着して２．５ｎｍ厚さの上部補助層（ＨＯＭＯ：５．４３ｅＶ）を形成したことを除き、実施例１と同様の方法で素子を製作する。
【0317】
【化A-4】
【0318】
＜比較例３＞
【0319】
上記化学式Ａ－２で表される化合物の代わりに下記化学式Ａ－５で表される化合物を蒸着して２．５ｎｍ厚さの上部補助層（ＨＯＭＯ：５．２２ｅＶ）を形成したことを除き、実施例１と同様の方法で素子を製作する。
【0320】
【化A-5】
【0321】
＜比較例４＞
【0322】
上記化学式Ａ－２で表される化合物の代わりに下記化学式Ａ－６で表される化合物を蒸着して２．５ｎｍ厚さの上部補助層（ＨＯＭＯ：５．５０ｅＶ）を形成したことを除き、実施例１と同様の方法で素子を製作する。
【0323】
【化A-6】
【0324】
＜比較例５＞
【0325】
上記化学式Ａ－１で表される化合物の代わりに下記化学式Ａ－７で表される化合物を蒸着して２．５ｎｍ厚さの下部補助層（ＨＯＭＯ：５．００ｅＶ）を形成し、上記化学式Ａ－２で表される化合物の代わりに上記化学式Ａ－６で表される化合物を蒸着して２．５ｎｍ厚さの上部補助層（ＨＯＭＯ：５．５０ｅＶ）を形成したことを除き、実施例１と同様の方法で素子を製作する。
【0326】
【化A-7】
【0327】
≪素子の製作ＩＩ≫
【0328】
＜実施例２＞
【0329】
２．５ｎｍ厚さの上部補助層の代わりに５ｎｍ厚さの上部補助層を形成したことを除き、実施例１と同様の方法で素子を製作する。
【0330】
＜比較例６＞
【0331】
２．５ｎｍ厚さの上部補助層の代わりに５ｎｍ厚さの上部補助層を形成したことを除き、比較例２と同様の方法で素子を製作する。
【0332】
＜比較例７＞
【0333】
２．５ｎｍ厚さの上部補助層の代わりに５ｎｍ厚さの上部補助層を形成したことを除き、比較例４と同様の方法で素子を製作する。
【0334】
＜比較例８＞
【0335】
上記化学式Ａ－１で表される化合物の代わりに上記化学式Ａ－３で表される化合物を蒸着して５ｎｍ厚さの下部補助層（ＨＯＭＯ：５．７３ｅＶ）を形成し、上記化学式Ａ－２で表される化合物の代わりに上記化学式Ａ－１で表される化合物を蒸着して２．５ｎｍ厚さの上部補助層（ＨＯＭＯ：５．１０ｅＶ）を形成したことを除き、実施例１と同様の方法で素子を製作する。
【0336】
≪評価Ｉ≫
【0337】
実施例及び比較例による素子のエネルギーバリアは、下記表１及び図１９～２５の通りである。
【0338】
図１７は、実施例１、２による素子のアノードから活性層までのエネルギー準位を示すエネルギーダイヤグラムであり、図１８は、比較例１による素子のアノードから活性層までのエネルギー準位を示すダイヤグラムであり、図１９は、比較例２、６による素子のアノードから活性層までのエネルギー準位を示すダイヤグラムであり、図２０は、比較例３による素子のアノードから活性層までのエネルギー準位を示すダイヤグラムであり、図２１は、比較例４、７による素子のアノードから活性層までのエネルギー準位を示すダイヤグラムであり、図２２は、比較例５による素子のアノードから活性層までのエネルギー準位を示すダイヤグラムであり、図２３は、比較例８による素子のアノードから活性層までのエネルギー準位を示すダイヤグラムである。
【0339】
【表1】
【0340】
≪評価ＩＩ≫
【0341】
実施例及び比較例による素子の残留電子（ｒｅｍａｉｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎｓ）特性を評価する。
【0342】
残留電子特性は、１フレーム（ｆｒａｍｅ）で光電変換された電荷が信号処理に使用されずに残って次のフレームで直前フレームの電荷が読まれる電荷の量をいい、実施例及び比較例による素子に光電変換が起こる緑色波長領域の光を一定時間照射して光を消した後、Ｋｅｉｔｈｌｅｙ２４００装置で、１０－６秒単位で測定される電流量で評価する。残留電子の量は、５０００ｌｕｘでｈ＋／ｓ／μｍ２単位で測定し、実施例１及び２による素子の残留電子の量をそれぞれ１００（基準）とする時、比較例による素子の残留電子の相対的な量で評価する。
【0343】
補助層の総厚さ（Ｔ）が５ｎｍである実施例及び比較例の残留電子特性は下記表２の通りであり、補助層の総厚さ（Ｔ）が７．５ｎｍである実施例と比較例の残留電子特性は下記表３の通りである。
【0344】
【表2】
【0345】
【表3】
【0346】
表２及び３を参照すると、実施例による素子は、比較例による素子と比較して残留電子特性が改善されたことを確認することができる。
【0347】
≪評価ＩＩＩ≫
【0348】
実施例及び比較例による光電変換素子の光電変換効率を評価する。
【0349】
光電変換効率（ＥＱＥ）は、４００ｎｍ～７２０ｎｍ波長領域でＩｎｃｉｄｅｎｔＰｈｏｔｏｎ ｔｏ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ（ＩＰＣＥ）方法で評価する。
【0350】
【0351】
図２４及び図２５を参照すると、実施例による素子は、比較例による素子と比較して同等又は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。また補助層の厚さによる光電変換効率の低下が観察されないことを確認することができる。
【0352】
以上、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想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。
【符号の説明】
【0353】
１０ アノード
２０ カソード
３０ 活性層
４０ 補助層
４０ａ、４０ｂ、４０ｃ 第１～第３補助層
５０ 電子バッファー層
５０ａ、５０ｂ 第１、第２電子バッファー層
６０ 補助層、下部絶縁層
６０ａ、６０ｂ、６０ｃ 第１～第３補助層
６５ 中間絶縁層
７０ 正孔バッファー層、色フィルター層
７０ａ、７０ｂ、７０ｃ 青色、赤色、緑色フィルター
８０ 絶縁層、上部絶縁層
８５ トレンチ、貫通口
１００ 素子
１００ａ、１００ｂ、１００ｃ 第１～第３素子
１１０ 半導体基板
１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ 光感知素子
１５５ 電荷貯蔵所
１５５ａ、１５５ｂ、１５５ｃ 第１～第３電荷貯蔵所
１８０ 絶縁膜
３００、４００、５００、６００ イメージセンサー
２０ カソード
３０ 活性層
４０ 補助層
４０ａ、４０ｂ、４０ｃ 第１～第３補助層
５０ 電子バッファー層
５０ａ、５０ｂ 第１、第２電子バッファー層
６０ 補助層、下部絶縁層
６０ａ、６０ｂ、６０ｃ 第１～第３補助層
６５ 中間絶縁層
７０ 正孔バッファー層、色フィルター層
７０ａ、７０ｂ、７０ｃ 青色、赤色、緑色フィルター
８０ 絶縁層、上部絶縁層
８５ トレンチ、貫通口
１００ 素子
１００ａ、１００ｂ、１００ｃ 第１～第３素子
１１０ 半導体基板
１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ 光感知素子
１５５ 電荷貯蔵所
１５５ａ、１５５ｂ、１５５ｃ 第１～第３電荷貯蔵所
１８０ 絶縁膜
３００、４００、５００、６００ イメージセンサー
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】