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特許7607433光電変換素子とセンサ及び電子装置

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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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】2024-12-19

(45)【発行日】2024-12-27

(54)【発明の名称】光電変換素子とセンサ及び電子装置

(51)【国際特許分類】

H10K 30/60 20230101AFI20241220BHJP

H10K 30/30 20230101ALI20241220BHJP

H10K 39/32 20230101ALI20241220BHJP

H01L 27/146 20060101ALI20241220BHJP

H10K 85/60 20230101ALI20241220BHJP

H10K 101/30 20230101ALN20241220BHJP

【ＦＩ】

H10K30/60

H10K30/30

H10K39/32

H01L27/146 E

H10K85/60

H10K101:30

【請求項の数】 19

(21)【出願番号】P 2020177939

(22)【出願日】2020-10-23

(65)【公開番号】P2021077872

(43)【公開日】2021-05-20

【審査請求日】2023-07-10

(31)【優先権主張番号】10-2019-0140289

(32)【優先日】2019-11-05

(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】ＳａｍｓｕｎｇＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＣｏ．，Ｌｔｄ．

【住所又は居所原語表記】１２９，Ｓａｍｓｕｎｇ－ｒｏ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ－ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ－ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ－ｄｏ，ＲｅｐｕｂｌｉｃｏｆＫｏｒｅａ

(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】南太規

(72)【発明者】

【氏名】尹晟榮

(72)【発明者】

【氏名】朴敬培

(72)【発明者】

【氏名】朴性俊

(72)【発明者】

【氏名】許哲準

【審査官】丸橋凌

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１３／０１６１５９６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－１２９５０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０５６６９９５４（ＣＮ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０１２３２８５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】欧州特許出願公開第０３４５１４００（ＥＰ，Ａ１）

【文献】特開２０１３－２５４９１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／１５４０３９（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ１０Ｋ３０／００－３０／８９

Ｈ１０Ｋ５０／００－５０／８８

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＳＴＣｈｉｎａ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１電極、第２電極、及び前記第１電極と前記第２電極との間に位置する光電変換層を備え、
前記光電変換層は、ｐｎ接合を形成する第１物質及び第２物質、並びに前記第１物質及び前記第２物質とはそれぞれ異なり前記第１物質又は前記第２物質のエネルギー準位の分布を変形させる第３物質を含み、
前記第３物質の双極子モーメント（ｄｉｐｏｌｅｍｏｍｅｎｔ）は、５．５Ｄｅｂｙｅ以上であり、
前記エネルギー準位の分布を変形させる第３物質は、ｐ型物質である前記第１物質のＨＯＭＯエネルギー準位の分布を深い方向に移動させることを特徴とする光電変換素子。

【請求項2】

前記第３物質のＨＯＭＯエネルギー準位は、前記第１物質のＨＯＭＯエネルギー準位よりも深いか又は０．３ｅＶ以下の範囲内で浅いことを特徴とする請求項１に記載の光電変換素子。

【請求項3】

前記第３物質のＨＯＭＯエネルギー準位は、４．７ｅＶ～６．２ｅＶであり、
前記第１物質のＨＯＭＯエネルギー準位は、５．０ｅＶ～５．８ｅＶであることを特徴とする請求項２に記載の光電変換素子。

【請求項4】

前記第３物質のＨＯＭＯエネルギー準位は、５．１ｅＶ～６．０ｅＶであり、
前記第１物質のＨＯＭＯエネルギー準位は、５．０ｅＶ～５．８ｅＶであることを特徴とする請求項２に記載の光電変換素子。

【請求項5】

前記第１物質の変形されたＨＯＭＯエネルギー準位は、前記第１物質のＨＯＭＯエネルギー準位と前記第２物質のＨＯＭＯエネルギー準位との間に位置することを特徴とする請求項２に記載の光電変換素子。

【請求項6】

前記光電変換層の吸光スペクトルは、青色波長領域、緑色波長領域、赤色波長領域、及び赤外線波長領域のうちのいずれか一つの第１波長領域で最大吸収波長を有し、
前記第１物質及び前記第３物質は、それぞれ前記第１波長領域で最大吸収波長を有する吸光物質であることを特徴とする請求項１に記載の光電変換素子。

【請求項7】

前記第３物質は、前記第１物質及び前記第３物質の総体積に対して３０体積％で含まれることを特徴とする請求項１に記載の光電変換素子。

【請求項8】

前記光電変換層は、前記第１物質、前記第２物質、及び前記第３物質の混合物を含むことを特徴とする請求項１に記載の光電変換素子。

【請求項9】

前記光電変換層のＨＯＭＯエネルギー準位の分布は、前記第１物質及び前記第２物質からなる薄膜のＨＯＭＯエネルギー準位の分布とは異なることを特徴とする請求項７に記載の光電変換素子。

【請求項10】

前記光電変換層のＨＯＭＯエネルギー準位は、前記第１物質及び前記第２物質からなる薄膜のＨＯＭＯエネルギー準位よりも深いことを特徴とする請求項９に記載の光電変換素子。

【請求項11】

前記光電変換層のＨＯＭＯエネルギー準位は、前記第１物質及び前記第２物質からなる薄膜のＨＯＭＯエネルギー準位よりも０．００１ｅＶ～１．２ｅＶ深いことを特徴とする請求項１０に記載の光電変換素子。

【請求項12】

前記第３物質は、有機物であることを特徴とする請求項１に記載の光電変換素子。

【請求項13】

前記第１物質及び前記第２物質のうちの少なくとも一つは、有機物であることを特徴とする請求項１２に記載の光電変換素子。

【請求項14】

前記第１物質は、下記化学式Ａ－１で表されることを特徴とする請求項１に記載の光電変換素子。

【化A-1】

前記化学式Ａ－１中、
Ｘ^１は、Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、ＳＯ、ＳＯ_２、ＳｉＲ^ａＲ^ｂ、又はＧｅＲ^ｃＲ^ｄであり、
Ａｒ^１は、置換若しくは非置換の炭素数６～３０のアリーレン基、置換若しくは非置換の炭素数３～３０のヘテロ環基、又はこれらの中から選択される２以上の縮合環であり、
Ａｒ^１ａ及びＡｒ^２ａは、それぞれ独立して、水素、重水素、置換若しくは非置換の炭素数１～３０のアルキル基、置換若しくは非置換の炭素数３～３０のシクロアルキル基、置換若しくは非置換の炭素数６～３０のアリール基、又は置換若しくは非置換の炭素数３～３０のヘテロアリール基であり、
Ａｒ^１ａ及びＡｒ^２ａは、それぞれ独立して存在するか、又は互いに結合して縮合環を形成し、
Ｒ^１～Ｒ^３及びＲ^ａ～Ｒ^ｄは、それぞれ独立して、水素、重水素、置換若しくは非置換の炭素数１～３０のアルキル基、置換若しくは非置換の炭素数１～３０のアルコキシ基、置換若しくは非置換の炭素数６～３０のアリール基、置換若しくは非置換の炭素数３～３０のヘテロアリール基、ハロゲン、又はシアノ基である。

【請求項15】

前記第２物質は、無機物、チオフェン若しくはチオフェン誘導体、フラーレン若しくはフラーレン誘導体、又はこれらの組み合わせを含むことを特徴とする請求項１４に記載の光電変換素子。

【請求項16】

前記第３物質は、下記化学式１－１で表されることを特徴とする請求項１５に記載の光電変換素子。

【化1-1】

前記化学式１－１中、
Ｘ^２は、Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、ＳＯ、ＳＯ_２、ＳｉＲ^ａＲ^ｂ、又はＧｅＲ^ｃＲ^ｄであり、
Ａｒ^２は、置換若しくは非置換の炭素数６～３０のアリーレン基、置換若しくは非置換の炭素数３～３０のヘテロ環基、又はこれらの中から選択される２以上の縮合環であり、
Ａｒ^１ｂ及びＡｒ^２ｂは、それぞれ独立して、水素、重水素、置換若しくは非置換の炭素数１～３０のアルキル基、置換若しくは非置換の炭素数３～３０のシクロアルキル基、置換若しくは非置換の炭素数６～３０のアリール基、又は置換若しくは非置換の炭素数３～３０のヘテロアリール基であり、
Ａｒ^１ｂ及びＡｒ^２ｂは、それぞれ独立して存在するか、又は互いに結合して縮合環を形成し、
Ｒ^４～Ｒ^６及びＲ^ａ～Ｒ^ｄは、それぞれ独立して、水素、重水素、置換若しくは非置換の炭素数１～３０のアルキル基、置換若しくは非置換の炭素数１～３０のアルコキシ基、置換若しくは非置換の炭素数６～３０のアリール基、置換若しくは非置換の炭素数３～３０のヘテロアリール基、ハロゲン、又はシアノ基である。

【請求項17】

請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の光電変換素子を含むことを特徴とするセンサ。

【請求項18】

請求項１７に記載のセンサを含むことを特徴とする電子装置。

【請求項19】

請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の光電変換素子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、光電変換素子とセンサ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であって、フォトダイオード及びフォトトランジスターなどを含み、センサ又は光検出器に適用される。

【0003】

センサは日増しに高い解像度が要求されており、これによって画素サイズが小さくなっている。現在主に使用するシリコンフォトダイオードの場合、画素サイズ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。これにより、シリコンを代替する有機物質の研究が行われている。

【0004】

有機物質は、吸光係数が大きく、分子構造によって特定波長領域の光を選択的に吸収することができるため、フォトダイオード及び色フィルターを同時に代替できて高集積化に有利である。

【0005】

しかし、有機物質は、高い結合エネルギー（ｂｉｎｄｉｎｇｅｎｅｒｇｙ）及び再結合（ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）挙動によりシリコンと異なる特性を示すことがあり、有機物質の特性を正確に予測しにくく、光電変換素子で要求される物性を容易に制御しにくい。

【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光電変換素子と光電変換素子を含むセンサ、及び光電変換素子又はセンサ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光電変換素子は、第１電極、第２電極、及び前記第１電極と前記第２電極との間に位置する光電変換層を備え、前記光電変換層は、ｐｎ接合を形成する第１物質、第２物質、並びに前記第１物質及び前記第２物質とそれぞれ異なり前記第１物質又は前記第２物質のエネルギー準位の分布を変形させる第３物質を含む。

【0009】

前記第３物質の双極子モーメント（ｄｉｐｏｌｅｍｏｍｅｎｔ）は、約５．５Ｄｅｂｙｅ以上であり得る。
前記第３物質は、前記第１物質のＨＯＭＯエネルギー準位の分布を変形させ、前記第３物質のＨＯＭＯエネルギー準位は、前記第１物質のＨＯＭＯエネルギー準位よりも深いか又は０．３ｅＶ以下の範囲内で浅くあり得る。
前記第３物質のＨＯＭＯエネルギー準位は、約４．７ｅＶ～６．２ｅＶであり、前記第１物質のＨＯＭＯエネルギー準位は、約５．０ｅＶ～５．８ｅＶであり得る。
前記第３物質のＨＯＭＯエネルギー準位は、約５．１ｅＶ～６．０ｅＶであり、前記第１物質のＨＯＭＯエネルギー準位は、約５．０ｅＶ～５．８ｅＶであり得る。
前記第１物質の変形されたＨＯＭＯエネルギー準位は、前記第１物質のＨＯＭＯエネルギー準位よりも深くあり得る。
前記第１物質の変形されたＨＯＭＯエネルギー準位は、前記第１物質のＨＯＭＯエネルギー準位と前記第２物質のＨＯＭＯエネルギー準位との間に位置し得る。
前記光電変換層の吸光スペクトルは、青色波長領域、緑色波長領域、赤色波長領域、及び赤外線波長領域のうちのいずれか一つの第１波長領域で最大吸収波長を有し、前記第１物質及び前記第３物質は、それぞれ前記第１波長領域で最大吸収波長を有する吸光物質であり得る。
前記第３物質は、前記第１物質及び前記第３物質の総体積に対して約３０体積％以下で含まれ得る。
前記光電変換層は、前記第１物質、前記第２物質、及び前記第３物質の混合物を含み得る。
前記光電変換層のＨＯＭＯエネルギー準位の分布は、前記第１物質及び前記第２物質からなる薄膜のＨＯＭＯエネルギー準位の分布と異なり得る。
前記光電変換層のＨＯＭＯエネルギー準位は、前記第１物質及び前記第２物質からなる薄膜のＨＯＭＯエネルギー準位よりも深くあり得る。
前記光電変換層のＨＯＭＯエネルギー準位は、前記第１物質及び前記第２物質からなる薄膜のＨＯＭＯエネルギー準位よりも約０．００１ｅＶ～１．２ｅＶ深くあり得る。
前記第３物質は、有機物であり得る。
前記第１物質及び前記第２物質のうちの少なくとも一つは、有機物であり得る。
前記第１物質は、下記化学式Ａ－１で表され得る。

【化A-1】

【化1-1】

【0010】

上記目的を達成するためになされた本発明の他の態様による光電変換素子は、第１電極、第２電極、及び前記第１電極と前記第２電極との間に位置する光電変換層を備え、前記光電変換層は、それぞれ異なる第１物質、第２物質、及び第３物質の混合物を含み、前記第１物質及び前記第３物質は、青色波長領域、緑色波長領域、赤色波長領域、及び赤外線波長領域のうちのいずれか一つの第１波長領域で最大吸収波長を有する吸光物質であり、前記第３物質の双極子モーメントは、約５．５Ｄｅｂｙｅ以上であり、前記第３物質は、前記第１物質及び前記第３物質の総体積に対して約３０体積％以下で含まれる。

【0011】

前記第１物質及び前記第３物質は、ｐ型物質であり、前記第２物質は、ｎ型物質であり得る。
前記第３物質のＨＯＭＯエネルギー準位は、前記第１物質のＨＯＭＯエネルギー準位よりも深いか又は約０．３ｅＶ以下の範囲内で浅くあり得る。
前記第３物質のＨＯＭＯエネルギー準位は、約４．７ｅＶ～６．２ｅＶであり、前記第１物質のＨＯＭＯエネルギー準位は、約５．０ｅＶ～５．８ｅＶであり得る。
前記第３物質のＨＯＭＯエネルギー準位は、約５．１ｅＶ～６．０ｅＶであり、前記第１物質のＨＯＭＯエネルギー準位は、約５．０ｅＶ～５．８ｅＶであり得る。
前記第３物質は、前記第１物質及び前記第３物質の総体積に対して約１～１０体積％で含まれ得る。
前記光電変換層は、前記第１物質、前記第２物質、及び前記第３物質からなる３成分系であり得る。

【0012】

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は、前記光電変換素子を含む。

【0013】

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、前記光電変換素子又は前記センサを含む。

【発明の効果】

【0014】

本発明の光電変換素子は、残留電荷を減らして電荷抽出特性を改善させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】一実施形態による光電変換素子の一例を示す断面図である。

【図2】一実施形態による光電変換素子の他の例を示す断面図である。

【図3】一実施形態によるイメージセンサの一例を示す断面図である。

【図4】一実施形態によるイメージセンサの一例を示す平面図である。

【図5】図４のイメージセンサの一例を示す断面図である。

【図6】図４のイメージセンサの他の例を示す断面図である。

【図7】一実施形態によるイメージセンサの他の例を示す平面図である。

【図8】図７のイメージセンサの一例を示す断面図である。

【図9】一実施形態によるイメージセンサの他の例を示す平面図である。

【図10】図９のイメージセンサの一例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の一例を示す断面図である。

【図12】一実施形態によるイメージセンサの他の例を示す断面図である。

【図13】一実施形態による電子装置の概略的なダイアグラムである。

【図14】第１物質のＨＯＭＯエネルギー準位の分布の変化を示すグラフである。

【図15】第１物質のＨＯＭＯエネルギー準位の分布の変化に応じた残留電荷の変化を示すグラフである。

【図16】第１物質のＨＯＭＯエネルギー準位の分布の変化に応じた残留電荷の変化を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0016】

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、様々な異なる形態で具現され、ここで説明する実施形態に限定されない。

【0017】

図面では、様々な層及び領域を明確に表現するために厚さを拡大して示す。

【0018】

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。逆に、ある部分が他の部分の「直上」にあるという場合は、その中間に他の部分がないことを意味する。

【0019】

以下で別途の定義がない限り、「置換」とは、化合物中の水素原子が、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、アルコキシ基、ニトロ基、シアノ基、アミノ基、アジド基、アミジノ基、ヒドラジノ基、ヒドラゾノ基、カルボニル基、カルバモイル基、チオール基、エステル基、カルボキシル基又はその塩、スルホン酸基又はその塩、燐酸又はその塩、シリル基、炭素数１～２０のアルキル基、炭素数２～２０のアルケニル基、炭素数２～２０のアルキニル基、炭素数６～３０のアリール基、炭素数７～３０のアリールアルキル基、炭素数１～３０のアルコキシ基、炭素数１～２０のヘテロアルキル基、炭素数３～２０のヘテロアリール基、炭素数３～２０のヘテロアリールアルキル基、炭素数３～３０のシクロアルキル基、炭素数３～１５のシクロアルケニル基、炭素数６～１５のシクロアルキニル基、炭素数３～３０の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で置換されたことを意味する。

【0020】

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個含有したものを意味する。

【0021】

以下で「組み合わせ」とは、混合及び２つ以上の積層構造を含む。

【0022】

以下で別途の定義がない限り、エネルギー準位（ｅｎｅｒｇｙｌｅｖｅｌ）は、最高被占軌道（ｈｉｇｈｅｓｔｏｃｃｕｐｉｅｄｍｏｌｅｃｕｌａｒｏｒｂｉｔａｌ：ＨＯＭＯ）エネルギー準位又は最低空軌道（ｌｏｗｅｓｔｕｎｏｃｃｕｐｉｅｄｍｏｌｅｃｕｌａｒｏｒｂｉｔａｌ：ＬＵＭＯ）エネルギー準位である。

【0023】

以下で別途の定義がない限り、仕事関数（ｗｏｒｋｆｕｎｃｔｉｏｎ）又はエネルギー準位は、真空レベル（ｖａｃｕｕｍｌｅｖｅｌ）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。

【0024】

以下で別途の定義がない限り、仕事関数及びエネルギー準位は、Ｂ３ＬＹＰ／ｄｅｆ２－ＳＶＰｂａｓｉｓｓｅｔを用いてＴｕｒｂｏｍｏｌｅで計算された値である。

【0025】

以下、図面を参照して本発明の一実施形態による光電変換素子について説明する。

【0026】

図１は、一実施形態による光電変換素子の一例を示す断面図である。

【0027】

図１を参照すると、本実施形態による光電変換素子１００は、第１電極１０、第２電極２０、及び光電変換層３０を含む。

【0028】

基板（図示せず）は、第１電極１０側に配置されるか又は第２電極２０側に配置される。基板は、例えばガラスなどの無機物質；シリコンウエハ；又はポリカーボネート、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などの有機物質などで作られる。基板は省略することができる。

【0029】

第１電極１０及び第２電極２０のうちのいずれか１つはアノード（ａｎｏｄｅ）であり、他の１つはカソード（ｃａｔｈｏｄｅ）である。例えば、第１電極１０はアノードであり、第２電極２０はカソードである。例えば、第１電極１０はカソードであり、第２電極２０はアノードである。

【0030】

第１電極１０及び第２電極２０のうちの少なくとも１つは透明電極である。ここで透明電極は約８０％以上の高い透過率を有する。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１つを含み、酸化物導電体は、例えばインジウム錫酸化物（ｉｎｄｉｕｍｔｉｎｏｘｉｄｅ：ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ｉｎｄｉｕｍｚｉｎｃｏｘｉｄｅ：ＩＺＯ）、亜鉛錫酸化物（ｚｉｎｃｔｉｎｏｘｉｄｅ：ＺＴＯ）、アルミニウム錫酸化物（Ａｌｕｍｉｎｕｍｔｉｎｏｘｉｄｅ：ＡｌＴＯ）、及びアルミニウム亜鉛酸化物（Ａｌｕｍｉｎｕｍｚｉｎｃｏｘｉｄｅ：ＡＺＯ）の中から選択される１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１つ以上であり、金属薄膜はアルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、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】

第１電極１０及び第２電極２０のうちのいずれか１つは反射電極である。反射電極は、例えば約１０％未満の光透過率又は約５％以上の反射率を有する。反射電極は、金属などの反射導電体を含み、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、第１電極１０及び第２電極２０はそれぞれ透明電極であり、第１電極１０及び第２電極２０のうちのいずれか１つは受光電極（ｌｉｇｈｔ－ｒｅｃｅｉｖｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）である。

【0033】

一例として、第１電極１０は透明電極であり、第２電極２０は反射電極であり、第１電極１０は受光電極である。

【0034】

一例として、第１電極１０は反射電極であり、第２電極２０は透明電極であり、第２電極２０は受光電極である。

【0035】

光電変換層３０は、第１電極１０と第２電極２０との間に配置される。

【0036】

光電変換層３０は、少なくとも一部の波長領域の光を吸収して電気的信号に変換し、例えば青色波長領域の光（以下、「青色光」という）、緑色波長領域の光（以下、「緑色光」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、光電変換層３０は青色光、緑色光、赤色光、及び赤外光のうちのいずれか１つを選択的に吸収して電気的信号に変換する。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１つを選択的に吸収するということは、吸光スペクトルの最大吸収波長（λ_ｍａｘ）が約３８０ｎｍ以上５００ｎｍ未満、約５００ｎｍ～６００ｎｍ、約６００ｎｍ超７００ｎｍ以下、及び約７００ｎｍ超～３，０００ｎｍ以下の波長領域のうちのいずれか１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し、ここで顕著に高いということは、吸光スペクトルの総面積に対して例えば約７０％～１００％、約７５％～１００％、約８０％～１００％、約８５％～１００％、約９０％～１００％、又は約９５％～１００％が当該波長領域に属するものである。

【0038】

光電変換層３０は、ｐｎ接合（ｐｎｊｕｎｃｔｉｏｎ）を形成する第１物質及び第２物質を含み、第１物質及び第２物質は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。例えば、第１物質はｐ型物質であり、第２物質はｎ型物質である。

【0039】

一例として、第１物質及び第２物質はそれぞれ吸光物質であり、例えば第１物質及び第２物質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、第１物質及び第２物質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、例えば第１物質及び第２物質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。第１物質及び第２物質の吸光スペクトルは、互いに同一又は異なる波長領域で最大吸収波長（λ_ｍａｘ）を有する。

【0040】

一例として、第１物質及び第２物質の吸光スペクトルは、それぞれ独立して、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し、第１物質又は第２物質の吸光スペクトルの最大吸収波長（λ_ｍａｘ）は、約３８０ｎｍ以上５００ｎｍ未満、約５００ｎｍ～６００ｎｍ、約６００ｎｍ超７００ｎｍ以下、及び約７００ｎｍ超～３，０００ｎｍ以下の波長領域のうちのいずれか一つに存在する。

【0041】

一例として、第１物質及び／又は第２物質は有機物質である。

【0042】

一例として、第１物質及び／又は第２物質は低分子化合物である。

【0043】

一例として、第１物質及び／又は第２物質は蒸着性化合物である。

【0044】

一例として、第１物質は、電子供与モイエティ（ｅｌｅｃｔｒｏｎｄｏｎａｔｉｎｇｍｏｉｅｔｙ：ＥＤＭ）、π共役連結モイエティ（π－ｃｏｎｊｕｇａｔｅｄｌｉｎｋｉｎｇｍｏｉｅｔｙ）、及び電子受容モイエティ（ｅｌｅｃｔｒｏｎａｃｃｅｐｔｉｎｇｍｏｉｅｔｙ：ＥＡＭ）を含むコア構造を有する有機物である。

【0045】

第１物質は、例えば下記化学式Ａで表されるが、これに限定されるものではない。

【0046】

［化学式Ａ］
ＥＤＭ１－ＨＡ１－ＥＡＭ１

【0047】

上記化学式Ａ中、
ＨＡ１は、π共役連結モイエティであって、置換若しくは非置換の炭素数２～３０のヘテロ環基であり、
ＥＤＭ１は、電子供与モイエティであり、
ＥＡＭ１は、電子受容モイエティである。

【0048】

一例として、化学式Ａで表される第１物質は、例えば下記化学式Ａ－１で表されるが、これに限定されるものではない。

【0049】

【化A-1】

【0050】

上記化学式Ａ－１中、
Ｘ^１は、Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、ＳＯ、ＳＯ_２、ＳｉＲ^ａＲ^ｂ、又はＧｅＲ^ｃＲ^ｄであり、
Ａｒ^１は、置換若しくは非置換の炭素数６～３０のアリーレン基、置換若しくは非置換の炭素数３～３０のヘテロ環基、又はこれらの中から選択される２以上の縮合環であり、
Ａｒ^１ａ及びＡｒ^２ａは、それぞれ独立して、水素、重水素、置換若しくは非置換の炭素数１～３０のアルキル基、置換若しくは非置換の炭素数３～３０のシクロアルキル基、置換若しくは非置換の炭素数６～３０のアリール基、又は置換若しくは非置換の炭素数３～３０のヘテロアリール基であり、
Ａｒ^１ａ及びＡｒ^２ａは、それぞれ独立して存在するか、又は互いに結合して縮合環を形成し、
Ｒ^１～Ｒ^３及びＲ^ａ～Ｒ^ｄは、それぞれ独立して、水素、重水素、置換若しくは非置換の炭素数１～３０のアルキル基、置換若しくは非置換の炭素数１～３０のアルコキシ基、置換若しくは非置換の炭素数６～３０のアリール基、置換若しくは非置換の炭素数３～３０のヘテロアリール基、ハロゲン、又はシアノ基である。

【0051】

一例として、化学式Ａ－１中のＡｒ^１ａ及びＡｒ^２ａ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、又は置換若しくは非置換のピリドピリダジニル（ｐｙｒｉｄｏｐｙｒｉｄａｚｉｎｙｌ）基である。

【0052】

一例として、化学式Ａ－１中のＡｒ^１ａ及びＡｒ^２ａは、互いに縮合して環を形成し、Ａｒ^１ａ及びＡｒ^２ａは、例えば単結合、－Ｏ－、－Ｓ－、－Ｓｅ－、－Ｔｅ－、－Ｎ＝、－ＮＲ^ｅ－、－（ＣＲ^ｆＲ^ｇ）_ｎ２－（ｎ２は１又は２）、－ＳｉＲ^ｈＲ^ｉ－、－ＧｅＲ^ｊＲ^ｋ－、－（Ｃ（Ｒ^ｌ）＝Ｃ（Ｒ^ｍ））－、又はＳｎＲ^ｎＲ^ｏで連結されて環を形成する。ここでＲ^ｅ～Ｒ^ｏは、それぞれ独立して、水素、重水素、置換若しくは非置換の炭素数１～３０のアルキル基、置換若しくは非置換の炭素数１～３０のアルコキシ基、置換若しくは非置換の炭素数６～３０のアリール基、置換若しくは非置換の炭素数３～３０のヘテロアリール基、ハロゲン、又はシアノ基であり、Ｒ^ｆとＲ^ｇ、Ｒ^ｈとＲ^ｉ、Ｒ^ｊとＲ^ｋ、Ｒ^ｌとＲ^ｍ、及びＲ^ｎとＲ^ｏ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する。

【0053】

一例として、化学式Ａ－１で表される第１物質は、例えば下記化学式Ａ－２～Ａ－５で表されるが、これらに限定されるものではない。

【0054】

【化(A-2)-(A-5)】

【0055】

上記化学式Ａ－２～Ａ－５中、
Ｘ^１及びＲ^１～Ｒ^３は、上述した通りであり、
Ａｒ^３は、置換若しくは非置換の炭素数６～３０のアリーレン基、置換若しくは非置換の炭素数３～３０のヘテロ環基、又はこれらの中から選択される２以上の縮合環であり、
Ｇは、単結合、－Ｏ－、－Ｓ－、－Ｓｅ－、－Ｔｅ－、－Ｎ＝、－ＮＲ^ｅ－、－（ＣＲ^ｆＲ^ｇ）_ｎ２－（ｎ２は１又は２）、－ＳｉＲ^ｈＲ^ｉ－、－ＧｅＲ^ｊＲ^ｋ－、－（Ｃ（Ｒ^ｌ）＝Ｃ（Ｒ^ｍ））－、又はＳｎＲ^ｎＲ^ｏであり、ここでＲ^ｅ～Ｒ^ｏは、それぞれ独立して、水素、重水素、置換若しくは非置換の炭素数１～３０のアルキル基、置換若しくは非置換の炭素数１～３０のアルコキシ基、置換若しくは非置換の炭素数６～３０のアリール基、置換若しくは非置換の炭素数３～３０のヘテロアリール基、ハロゲン、又はシアノ基であり、Ｒ^ｆとＲ^ｇ、Ｒ^ｈとＲ^ｉ、Ｒ^ｊとＲ^ｋ、Ｒ^ｌとＲ^ｍ、及びＲ^ｎとＲ^ｏ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、
Ｙ^２は、Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、又はＣ（Ｒ^ｐ）（ＣＮ）（ここでＲ^ｐは水素、シアノ基（－ＣＮ）又は炭素数１～１０のアルキル基）であり、
Ｒ^６ａ～Ｒ^６ｅ、Ｒ^７ａ～Ｒ^７ｅ、Ｒ^１６及びＲ^１７は、それぞれ独立して、水素、重水素、置換若しくは非置換の炭素数１～３０のアルキル基、置換若しくは非置換の炭素数１～３０のアルコキシ基、置換若しくは非置換の炭素数６～３０のアリール基、置換若しくは非置換の炭素数３～３０のヘテロアリール基、ハロゲン、又はシアノ基であり、
Ｒ^６ａ～Ｒ^６ｅは、それぞれ独立して存在するか、又は互いに隣接する２個が互いに連結されて縮合環を形成し、
Ｒ^７ａ～Ｒ^７ｅは、それぞれ独立して存在するか、又は互いに隣接する２個が互いに連結されて縮合環を形成する。

【0056】

一例として、化学式Ａ－２又はＡ－４中のＡｒ^３は、ベンゼン、ナフタレン、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２以上の縮合環である。

【0057】

第２物質は、例えば有機物、無機物、及び／又は有機－無機物を含み、例えば、チオフェン又はチオフェン誘導体、フラーレン又はフラーレン誘導体であるが、これらに限定されるものではない。

【0058】

光電変換層３０は第３物質を更に含む。第３物質は、第１物質及び第２物質とそれぞれ異なる物質であり、光電変換層３０内で第１物質及び／又は第２物質の物性を改質するドーパント（ｄｏｐａｎｔ）である。

【0059】

第３物質は、第１物質及び第２物質と混合され、原子スケール（ａｔｏｍｉｃｓｃａｌｅ）で第１物質及び／又は第２物質に接するように配置されてｐｎ接合をなす第１物質及び／又は第２物質のモルフォロジー（ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ）又は第１物質と第２物質との分子形態（ｍｏｌｅｃｕｌｅｃｏｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）を変形させる。これにより、第１物質、第２物質、及び第３物質を含む光電変換層３０のモルフォロジー及び分子形態の多様性は、第１物質及び第２物質からなる薄膜のモルフォロジー及び分子形態の多様性と異なる。

【0060】

このようなモルフォロジーに基づいた量子計算（ｑｕａｎｔｕｍｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ）によると、高い双極子モーメント（ｄｉｐｏｌｅｍｏｍｅｎｔ）を有する第３物質は、第１物質及び／又は第２物質のエネルギー準位の分布を変形させる。一例として、高い双極子モーメントを有する第３物質は、第１物質又は第２物質のＨＯＭＯエネルギー準位の分布又はＬＵＭＯエネルギー準位の分布を変形させる。これにより、第１物質、第２物質、及び第３物質を含む光電変換層３０のＨＯＭＯエネルギー準位の分布又はＬＵＭＯエネルギー準位の分布（第３物質なし）は、第１物質及び第２物質からなる薄膜のＨＯＭＯエネルギー準位の分布又はＬＵＭＯエネルギー準位の分布と異なる。

【0061】

第３物質の双極子モーメントは、例えば約５．５Ｄｅｂｙｅ以上であり、上記の範囲内で約６Ｄｅｂｙｅ以上、約８Ｄｅｂｙｅ以上、約１０Ｄｅｂｙｅ以上、又は約１２Ｄｅｂｙｅ以上であり、上記の範囲内で約５．５～１５Ｄｅｂｙｅ、約６～１５Ｄｅｂｙｅ、約８～１５Ｄｅｂｙｅ、約１０～１５Ｄｅｂｙｅ、又は約１２～１５Ｄｅｂｙｅであるが、これらに限定されるものではない。

【0062】

光電変換層３０は、ドーパントとして高い双極子モーメントを有する第３物質を含むことによって、第１物質又は第２物質が所望の領域でＨＯＭＯエネルギー準位の分布又はＬＵＭＯエネルギー準位の分布を有するように調整するか、又は所望しない領域でＨＯＭＯエネルギー準位の分布又はＬＵＭＯエネルギー準位の分布を有さないように調整する。

【0063】

一例として、第１物質がｐ型物質であり、第２物質がｎ型物質である場合、第３物質は第１物質のＨＯＭＯエネルギー準位の分布を変形させるｐ型物質である。一例として、第３物質によって変形された第１物質のＨＯＭＯエネルギー準位の分布は、第１物質の本来のＨＯＭＯエネルギー準位の分布に比べて深いＨＯＭＯエネルギー準位方向に移動（ｓｈｉｆｔ）する。

【0064】

このように、ｐ型半導体のＨＯＭＯエネルギー準位の分布が移動することによって、ＨＯＭＯエネルギー準位の分布内の所望の領域を増やすか、或いはＨＯＭＯエネルギー準位の分布内の所望しない領域を減らすか又は排除することができる。例えば、ｐ型物質のＨＯＭＯエネルギー準位の分布領域中の電荷（例えば正孔）のトラップサイト（ｔｒａｐｓｉｔｅ）が相対的に多く存在する浅いＨＯＭＯエネルギー準位の領域を減らすか又は排除することができ、例えば、ｐ型半導体のＨＯＭＯエネルギー準位の分布のうち、約５．２ｅＶよりも浅いＨＯＭＯエネルギー準位の領域を減らすか又は排除することができる。

【0065】

一例として、第３物質によって変形された第１物質のＨＯＭＯエネルギー準位の分布は、深いＨＯＭＯエネルギー準位方向に移動する。この時、第３物質のＨＯＭＯエネルギー準位は、第１物質のＨＯＭＯエネルギー準位よりも深いか又は浅い。例えば、第３物質のＨＯＭＯエネルギー準位は、第１物質のＨＯＭＯエネルギー準位よりも深いか又は約０．３ｅＶ以下の範囲内で浅く、例えば、第３物質のＨＯＭＯエネルギー準位は、第１物質のＨＯＭＯエネルギー準位に比べて約－０．３ｅＶ～１．２ｅＶ（０ｅＶは排除）の範囲に属する。例えば、第１物質の本来のＨＯＭＯエネルギー準位は約５．０ｅＶ～５．８ｅＶであり、第３物質のＨＯＭＯエネルギー準位は約４．７ｅＶ～６．２ｅＶである。例えば、第３物質のＨＯＭＯエネルギー準位は第１物質のＨＯＭＯエネルギー準位よりも深く、例えば第１物質の本来のＨＯＭＯエネルギー準位は約５．０ｅＶ～５．８ｅＶであり、第３物質のＨＯＭＯエネルギー準位は約５．１ｅＶ～６．２ｅＶである。第３物質によって変形された第１物質のＨＯＭＯエネルギー準位は第１物質のＨＯＭＯエネルギー準位よりも深い。例えば、第３物質によって変形された第１物質のＨＯＭＯエネルギー準位は第１物質のＨＯＭＯエネルギー準位よりも０．００１ｅＶ更に深く、上記範囲内で約０．００１ｅＶ～１．２ｅＶ、約０．００２ｅＶ～０．８ｅＶ、約０．００３ｅＶ～０．４ｅＶ、約０．００４ｅＶ～０．１ｅＶ、約０．００５ｅＶ～０．０８ｅＶ、約０．００５ｅＶ～０．０４ｅＶ、約０．００５ｅＶ～０．０３ｅＶ、約０．００５ｅＶ～０．０ｅＶ、又は約０．００５ｅＶ～０．０１８ｅＶ更に深い。

【0066】

例えば、ｎ型物質である第２物質のＨＯＭＯエネルギー準位は約６．２ｅＶよりも更に深く、第３物質のＨＯＭＯエネルギー準位は第１物質のＨＯＭＯエネルギー準位と第２物質のＨＯＭＯエネルギー準位との間に位置する。例えば、第３物質のＨＯＭＯエネルギー準位と第２物質のＨＯＭＯエネルギー準位との差は、第１物質のＨＯＭＯエネルギー準位と第２物質のＨＯＭＯエネルギー準位との差よりも小さい。例えば、第１物質の本来のＨＯＭＯエネルギー準位は約５．０ｅＶ～５．８ｅＶであり、第２物質のＨＯＭＯエネルギー準位は約６．３ｅＶ～７．２ｅＶであり、第３物質のＨＯＭＯエネルギー準位は約５．１ｅＶ～６．２ｅＶである。

【0067】

これにより、第１物質、第２物質、及び第３物質を含む光電変換層３０のＨＯＭＯエネルギー準位（第３物質なし）は、第１物質及び第２物質からなる薄膜のＨＯＭＯエネルギー準位よりも深く、例えば光電変換層３０のＨＯＭＯエネルギー準位（第３物質なし）は、第１物質及び第２物質からなる薄膜のＨＯＭＯエネルギー準位よりも約０．００１ｅＶ以上更に深く、例えば約０．００１ｅＶ～１．２ｅＶ、約０．００２ｅＶ～０．８ｅＶ、約０．００３ｅＶ～０．４ｅＶ、約０．００４ｅＶ～０．１ｅＶ、約０．００５ｅＶ～０．０８ｅＶ、約０．００５ｅＶ～０．０４ｅＶ、約０．００５ｅＶ～０．０３ｅＶ、約０．００５ｅＶ～０．０２ｅＶ、約０．００５ｅＶ～０．０１８ｅＶ更に深い。

【0068】

第３物質は、上述した特性を示す有機物、無機物、及び／又は有機－無機物であり、例えば有機物であり、例えば低分子化合物であり、例えば蒸着性有機化合物である。一例として、光電変換層３０は第１物質、第２物質、及び第３物質の共蒸着薄膜である。

【0069】

第３物質は、例えば吸光物質であり、例えば青色波長領域、緑色波長領域、赤色波長領域、及び赤外線波長領域の光のうちのいずれか一つを選択的に吸収する吸光物質である。

【0070】

一例として、第１物質及び第３物質の吸光スペクトルは、青色波長領域、緑色波長領域、赤色波長領域、及び赤外線波長領域のうちの一つに共通的に属する最大吸収波長（λ_ｍａｘ）を有する。一例として、第１物質及び第３物質の吸光スペクトルは、それぞれ約３８０ｎｍ以上５００ｎｍ未満の青色波長領域で最大吸収波長（λ_ｍａｘ）を有する。一例として、第１物質及び第３物質の吸光スペクトルは、それぞれ約５００ｎｍ～６００ｎｍの緑色波長領域で最大吸収波長（λ_ｍａｘ）を有する。一例として、第１物質及び第３物質の吸光スペクトルは、それぞれ約６００ｎｍ超７００ｎｍ以下の赤色波長領域で最大吸収波長（λ_ｍａｘ）を有する。一例として、第１物質及び第３物質の吸光スペクトルは、それぞれ約７００ｎｍ超～３，０００ｎｍ以下の赤外線波長領域で最大吸収波長（λ_ｍａｘ）を有する。

【0071】

第３物質は、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。

【0072】

［化学式１］
ＥＤＭ３－ＨＡ３－ＥＡＭ３

【0073】

上記化学式１中、
ＨＡ３は、π共役連結モイエティであって、置換若しくは非置換の炭素数２～３０のヘテロ環基であり、
ＥＤＭ３は、電子供与モイエティであり、
ＥＡＭ３は、電子受容モイエティである。

【0074】

一例として、ＨＡ３は上述したＨＡ１と同一又は異なり、ＥＤＭ３は上述したＥＤＭ１と同一又は異なり、ＥＡＭ３は上述したＥＡＭ１と同一又は異なる。但し、ＨＡ３、ＥＤＭ３、及びＥＡＭ３のうちの少なくとも一つはＨＡ１、ＥＤＭ１、又はＥＡＭ１と異なる。

【0075】

一例として、化学式１で表される第３物質は、例えば下記化学式１－１で表されるが、これに限定されるものではない。

【0076】

【化1-1】

【0077】

上記化学式１－１中、
Ｘ^２は、Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、ＳＯ、ＳＯ_２、ＳｉＲ^ａＲ^ｂ、又はＧｅＲ^ｃＲ^ｄであり、
Ａｒ^２は、置換若しくは非置換の炭素数６～３０のアリーレン基、置換若しくは非置換の炭素数３～３０のヘテロ環基、又はこれらの中から選択される２以上の縮合環であり、
Ａｒ^１ｂ及びＡｒ^２ｂは、それぞれ独立して、水素、重水素、置換若しくは非置換の炭素数１～３０のアルキル基、置換若しくは非置換の炭素数３～３０のシクロアルキル基、置換若しくは非置換の炭素数６～３０のアリール基、又は置換若しくは非置換の炭素数３～３０のヘテロアリール基であり、
Ａｒ^１ｂ及びＡｒ^２ｂは、それぞれ独立して存在するか、又は互いに結合して縮合環を形成し、
Ｒ^４～Ｒ^６及びＲ^ａ～Ｒ^ｄは、それぞれ独立して、水素、重水素、置換若しくは非置換の炭素数１～３０のアルキル基、置換若しくは非置換の炭素数１～３０のアルコキシ基、置換若しくは非置換の炭素数６～３０のアリール基、置換若しくは非置換の炭素数３～３０のヘテロアリール基、ハロゲン、又はシアノ基である。

【0078】

一例として、化学式１－１中のＡｒ^１ｂ及びＡｒ^２ｂ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基、置換若しくは非置換のピリダジニル基、置換若しくは非置換のピリミジニル基、置換若しくは非置換のピラジニル基、置換若しくは非置換のキノリニル基、置換若しくは非置換のイソキノリニル基、置換若しくは非置換のナフチリジニル基、置換若しくは非置換のシノリニル基、置換若しくは非置換のキナゾリニル基、置換若しくは非置換のフタラジニル基、置換若しくは非置換のベンゾトリアジニル基、置換若しくは非置換のピリドピラジニル基、置換若しくは非置換のピリドピリミジニル基、又は置換若しくは非置換のピリドピリダジニル基から選択される。

【0079】

一例として、化学式１－１中のＡｒ^１ｂ及びＡｒ^２ｂは、互いに縮合して環を形成し、Ａｒ^１ｂ及びＡｒ^２ｂは、例えば単結合、－Ｏ－、－Ｓ－、－Ｓｅ－、－Ｔｅ－、－Ｎ＝、－ＮＲ^ｅ－、－（ＣＲ^ｆＲ^ｇ）_ｎ２－（ｎ２は１又は２）、－ＳｉＲ^ｈＲ^ｉ－、－ＧｅＲ^ｊＲ^ｋ－、－（Ｃ（Ｒ^ｌ）＝Ｃ（Ｒ^ｍ））－、又はＳｎＲ^ｎＲ^ｏで連結されて環を形成する。ここで、Ｒ^ｅ～Ｒ^ｏは、それぞれ独立して、水素、重水素、置換若しくは非置換の炭素数１～３０のアルキル基、置換若しくは非置換の炭素数１～３０のアルコキシ基、置換若しくは非置換の炭素数６～３０のアリール基、置換若しくは非置換の炭素数３～３０のヘテロアリール基、ハロゲン、又はシアノ基であり、Ｒ^ｆとＲ^ｇ、Ｒ^ｈとＲ^ｉ、Ｒ^ｊとＲ^ｋ、Ｒ^ｌとＲ^ｍ、及びＲ^ｎとＲ^ｏ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する。

【0080】

一例として、化学式１－１で表される第３物質は、例えば下記化学式１－２～１－７で表されるが、これらに限定されるものではない。

【0081】

【化(1-2)-(1-7)】

【0082】

上記化学式１－２～１－７中、
Ｘ^２及びＲ^４～Ｒ^６は、上述した通りであり、
Ａｒ^４は、置換若しくは非置換の炭素数６～３０のアリーレン基、置換若しくは非置換の炭素数３～３０のヘテロ環基、又はこれらの中から選択される２以上の縮合環であり、
Ａｒ^５は、置換若しくは非置換の炭素数３～３０のシクロアルキル基であり、
Ｚは、単結合、－Ｏ－、－Ｓ－、－Ｓｅ－、－Ｔｅ－、－Ｎ＝、－ＮＲ^ｅ－、－（ＣＲ^ｆＲ^ｇ）_ｎ２－（ｎ２は１又は２）、－ＳｉＲ^ｈＲ^ｉ－、－ＧｅＲ^ｊＲ^ｋ－、－（Ｃ（Ｒ^ｌ）＝Ｃ（Ｒ^ｍ））－、又はＳｎＲ^ｎＲ^ｏであり、ここでＲ^ｅ～Ｒ^ｏは、それぞれ独立して、水素、重水素、置換若しくは非置換の炭素数１～３０のアルキル基、置換若しくは非置換の炭素数１～３０のアルコキシ基、置換若しくは非置換の炭素数６～１２のアリール基、置換若しくは非置換の炭素数３～３０のヘテロアリール基、ハロゲン、又はシアノ基であり、Ｒ^ｆとＲ^ｇ、Ｒ^ｈとＲ^ｉ、Ｒ^ｊとＲ^ｋ、Ｒ^ｌとＲ^ｍ及びＲ^ｎとＲ^ｏ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、
Ｙ^３は、Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、又はＣ（Ｒ^ｐ）（ＣＮ）（ここでＲ^ｐは水素、シアノ基（－ＣＮ）又は炭素数１～１０のアルキル基）であり、
Ｒ^６ｆ～Ｒ^６ｊ、Ｒ^７ｆ～Ｒ^７ｊ、Ｒ^１８及びＲ^１９は、それぞれ独立して、水素、重水素、置換若しくは非置換の炭素数１～３０のアルキル基、置換若しくは非置換の炭素数１～３０のアルコキシ基、置換若しくは非置換の炭素数６～３０のアリール基、置換若しくは非置換の炭素数３～３０のヘテロアリール基、ハロゲン、又はシアノ基であり、
Ｒ^６ｆ～Ｒ^６ｊは、それぞれ独立して存在するか、又は互いに隣接する２個が互いに連結されて縮合環を形成し、
Ｒ^７ｆ～Ｒ^７ｊは、それぞれ独立して存在するか、又は互いに隣接する２個が互いに連結されて縮合環を形成する。

【0083】

一例として、化学式１－２、１－４、又は１－６中のＡｒ^４は、ベンゼン、ナフタレン、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２以上の縮合環である。

【0084】

光電変換層３０は、上述した第１物質、第２物質、及び第３物質がバルクヘテロ接合（ｂｕｌｋｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ）形態で混合された真性層（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃｌａｙｅｒ、Ｉ層）である。

【0085】

第１物質と第２物質とは、約１：９～９：１の体積比で混合され、上記の範囲内で、例えば約２：８～８：２の体積比で混合され、上記の範囲内で、例えば約３：７～７：３、例えば約４：６～６：４、又は約５：５の体積比で混合される。

【0086】

第３物質は、上述した第１物質及び／又は第２物質の物性を改質するほかに、第１物質及び第２物質の分子の安定性及び光電変換層３０に要求される他の物性に影響を与えない含有量で含まれ、例えば第１物質又は第２物質よりも少なく含まれる。例えば、第３物質は、第１物質及び第３物質の総体積に対して約３０体積％以下で含まれ、上記の範囲内で約１～３０体積％、約１～２５体積％、約１～２０体積％、約１～１５体積％、又は約１～１０体積％で含まれる。

【0087】

一例として、光電変換層３０は、上述した第１物質、第２物質、及び第３物質からなる３成分系（ｔｅｒｎａｒｙｓｙｓｔｅｍ）である。

【0088】

光電変換素子１００は、第１電極１０又は第２電極２０の一面に配置される反射防止層（図示せず）を更に含む。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下げることによって光吸収度を更に改善することができる。例えば、第１電極１０側に光が入射する場合に反射防止層は第１電極１０の一面に配置され、第２電極２０側に光が入射する場合に反射防止層は第２電極２０の一面に配置される。

【0089】

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、上記の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１つを含む。反射防止層としては、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、ニオブ含有酸化物、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などの金属酸化物；亜鉛スルフィドなどの金属硫化物；又はアミン誘導体などの有機物を含むが、これらに限定されるものではない。

【0090】

光電変換素子１００は、第１電極１０又は第２電極２０側から光が入射して、光電変換層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。エキシトンは光電変換層３０で正孔と電子とに分離され、分離された正孔は第１電極１０及び第２電極２０のうちの一方のアノードに移動し、分離された電子は第１電極１０及び第２電極２０のうちの他方のカソードに移動して電流が流れるようになる。

【0091】

この時、上述のように、光電変換層３０は、ｐｎ接合を形成する第１物質及び第２物質以外にも、第１物質及び／又は第２物質の物性を改質する第３物質を更に含むことによって所望の物性を実現したり、所望しない物性を排除したりすることができる。これにより、光電変換素子１００の光学的電気的特性を改善することができる。一例として、上述のように、光電変換層３０で電荷のトラップサイトが相対的に多く存在するエネルギー準位の領域（例えば、浅いＨＯＭＯエネルギー準位の領域）を減らすか又は排除するように第１物質又は第２物質のエネルギー準位の分布を調整することによって、光電変換層３０から第１電極１０及び／又は第２電極２０に移動する電荷中のトラップサイトに留まる残留電荷（ｒｅｍａｉｎｉｎｇｃｈａｒｇｅｓ）を減らすか又は防止することができる。このように、光電変換層３０内に累積した残留電荷によるイメージ残像を減らすか又は防止することができるため、光電変換素子１００の電気的性能を改善することができる。

【0092】

図２は、一実施形態による光電変換素子の他の例を示す断面図である。

【0093】

図２を参照すると、本実施形態による光電変換素子１００は、上述した実施形態と同様に、第１電極１０、第２電極２０、及び光電変換層３０を含む。しかし、本実施形態による光電変換素子１００は、上述した実施形態とは異なり、第１電極１０と光電変換層３０との間、及び第２電極２０と光電変換層３０との間に補助層（４０、５０）を更に含む。

【0094】

補助層（４０、５０）は、正孔の注入を容易にする正孔注入層（ｈｏｌｅｉｎｊｅｃｔｉｎｇｌａｙｅｒ：ＨＩＬ）、正孔の輸送を容易にする正孔輸送層（ｈｏｌｅｔｒａｎｓｐｏｒｔｉｎｇｌａｙｅｒ：ＨＴＬ）、電子の移動を阻止する電子遮断層（ｅｌｅｃｔｒｏｎｂｌｏｃｋｉｎｇｌａｙｅｒ：ＥＢＬ）、電子の注入を容易にする電子注入層（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｎｊｅｃｔｉｎｇｌａｙｅｒ：ＥＩＬ）、電子の輸送を容易にする電子輸送層（ｅｌｅｃｔｒｏｎｔｒａｎｓｐｏｒｔｉｎｇｌａｙｅｒ：ＥＴＬ）、及び／又は正孔の移動を阻止する正孔遮断層（ｈｏｌｅｂｌｏｃｋｉｎｇｌａｙｅｒ：ＨＢＬ）であるが、これらに限定されるものではない。

【0095】

補助層（４０、５０）はそれぞれ独立して、有機物、無機物、及び／又は有機－無機物を含む。

【0096】

一例として、補助層（４０、５０）のうちのいずれか一つは無機補助層を含む。無機補助層は、例えばランタン族元素、カルシウム（Ｃａ）、カリウム（Ｋ）、アルミニウム（Ａｌ）、又はこれらの合金を含み、ランタン族元素は、例えばイッテルビウム（Ｙｂ）を含む。無機補助層の厚さは約５ｎｍ以下である。

【0097】

一例として、補助層（４０、５０）のうちのいずれか一つは有機補助層を含む。有機補助層は、例えば下記化学式２Ａ又は２Ｂで表される化合物を含むが、これらに限定されるものではない。

【0098】

【化2A-2B】

【0099】

上記化学式２Ａ又は２Ｂ中、
Ｍ^１及びＭ^２は、それぞれ独立して、Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、ＣＲ^ｑＲ^ｒ、ＳｉＲ^ｓＲ^ｔ、又はＮＲ^ｕであり、
Ａｒ^１ｃ、Ａｒ^２ｃ、Ａｒ^３ｃ、及びＡｒ^４ｃは、それぞれ独立して、置換若しくは非置換の炭素数６～３０のアリール基又は置換若しくは非置換の炭素数３～３０のヘテロアリール基であり、
Ｇ^２及びＧ^３は、それぞれ独立して、単結合、－（ＣＲ^ｖＲ^ｗ）_ｎ３－、－Ｏ－、－Ｓ－、－Ｓｅ－、－Ｔｅ、－Ｎ＝、－ＮＲ^ｘ－、又は－ＳｉＲ^ｙＲ^ｚ－であり、ここでｎ３は、１又は２であり、
Ｒ^３０～Ｒ^３７及びＲ^ｑ～Ｒ^ｚは、それぞれ独立して、水素、重水素、置換若しくは非置換の炭素数１～３０のアルキル基、置換若しくは非置換の炭素数１～３０のアルコキシ基、置換若しくは非置換の炭素数６～３０のアリール基、置換若しくは非置換の炭素数３～３０のヘテロ環基、ハロゲン、又はシアノ基である。

【0100】

一例として、有機補助層は、下記化学式２Ａ－１又は２Ｂ－１で表される化合物であるが、これらに限定されるものではない。

【0101】

【化(2A-1)-(2B-1)】

【0102】

上記化学式２Ａ－１又は２Ｂ－１中、
Ｍ^１、Ｍ^２、Ｇ^２、Ｇ^３、Ｒ^３０～Ｒ^３７は、上述した通りであり、
Ｒ^３８～Ｒ^４５は、それぞれ独立して、水素、重水素、置換若しくは非置換の炭素数１～３０のアルキル基、置換若しくは非置換の炭素数１～３０のアルコキシ基、置換若しくは非置換の炭素数６～３０のアリール基、置換若しくは非置換の炭素数３～３０のヘテロアリール基、ハロゲン、又はシアノ基である。

【0103】

一例として、有機補助層は、下記化学式２Ａ－１ａ又は２Ｂ－１ａで表される化合物であるが、これらに限定されるものではない。

【0104】

【化(2A-1a)-(2B-1a)】

【0105】

上記化学式２Ａ－１ａ及び２Ｂ－１ａ中、
Ｒ^３８～Ｒ^４５は、上記化学式２Ａ－１及び２Ｂ－１で説明した通りであり、
Ｒ^ｎ～Ｒ^ｏは、上記化学式２Ａ及び２Ｂにおいて、Ｒ^ｑ及びＲ^ｒで説明した通りである。

【0106】

一例として、補助層（４０、５０）のうちのいずれか一方は無機補助層であり、補助層（４０、５０）のうちの他方は有機補助層である。
一例として、補助層（４０、５０）のうちのいずれか一つは省略することができる。

【0107】

上述した光電変換素子１００は、例えばセンサに適用され、センサは、例えばイメージセンサである。上述した光電変換素子１００が適用されたイメージセンサは、残留電荷によるイメージ残像を減らすことによって、高速撮影に適したイメージセンサに適用される。

【0108】

以下、上述した素子を適用したイメージセンサの一例について図面を参照して説明する。ここでイメージセンサの一例として、有機ＣＭＯＳイメージセンサについて説明する。

【0109】

図３は、一実施形態によるイメージセンサの一例を示す断面図である。

【0110】

図３を参照すると、本実施形態によるイメージセンサ３００は、半導体基板１１０、絶縁層８０、光電変換素子１００、及び色フィルター層７０を含む。

【0111】

半導体基板１１０は、シリコン基板であり、伝送トランジスタ（図示せず）及び電荷貯蔵所１５５が集積される。伝送トランジスタ及び／又は電荷貯蔵所１５５は画素毎に集積される。電荷貯蔵所１５５は、光電変換素子１００に電気的に連結される。

【0112】

また、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）が形成される。金属配線及びパッドは、信号遅延を減らすために低い比抵抗を有する金属、例えばアルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、及びこれらの合金で作られるが、これらに限定されるものではない。

【0113】

金属配線及びパッドの上には絶縁層８０が形成される。絶縁層８０は、酸化ケイ素及び／又は窒化ケイ素などの無機絶縁物質、或いはＳｉＣ、ＳｉＣＯＨ、ＳｉＣＯ、及びＳｉＯＦなどの低誘電率（ｌｏｗＫ）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る。

【0114】

絶縁層８０の上には光電変換素子１００が形成される。光電変換素子１００は、図１又は図２に示す構造であり、具体的な説明は上述した通りである。光電変換素子１００の第１電極１０及び第２電極２０のうちの一方は受光電極であり、光電変換素子１００の第１電極１０及び第２電極２０のうちの他方は電荷貯蔵所１５５に連結される。

【0115】

光電変換素子１００の上には色フィルター層７０が形成される。色フィルター層７０は、青色画素に形成された青色フィルター７０ａ、赤色画素に形成された赤色フィルター７０ｂ、及び緑色画素に形成された緑色フィルター７０ｃを含む。しかし、これらに限定されず、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として、又は追加的に含むことができる。

【0116】

光電変換素子１００と色フィルター層７０との間には絶縁膜１８０が形成される。絶縁膜１８０は省略することができる。

【0117】

色フィルター層７０の上には集光レンズ（図示せず）が更に形成される。集光レンズは、入射光の方向を制御して光を１つの地点に集める。集光レンズは、例えばシリンダー状又は半球状であるが、これらに限定されるものではない。

【0118】

図４は、一実施形態によるイメージセンサの一例を示す平面図であり、図５は、図４のイメージセンサの一例を示す断面図である。

【0119】

図４及び図５を参照すると、本実施形態によるイメージセンサ４００は、光感知素子（１５０ａ、１５０ｂ）、伝送トランジスタ（図示せず）、及び電荷貯蔵所１５５が集積された半導体基板１１０、下部絶縁層６０、色フィルター層７０、上部絶縁層８０、及び光電変換素子１００を含む。

【0120】

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（図示せず）、及び電荷貯蔵所１５５が集積される。光感知素子（１５０ａ、１５０ｂ）は、フォトダイオード（ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）である。

【0121】

光感知素子（１５０ａ、１５０ｂ）、伝送トランジスタ、及び／又は電荷貯蔵所１５５は画素毎に集積され、一例として図面から見られるように、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。

【0122】

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によって伝えられ、電荷貯蔵所１５５は光電変換素子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によって伝えられる。

【0123】

また、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）が形成される。金属配線及びパッドは、信号遅延を減らすために低い比抵抗を有する金属、例えばアルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、及びこれらの合金で作られるが、これらに限定されるものではない。しかし、上記構造に限定されず、金属配線及びパッドが光感知素子（１５０ａ、１５０ｂ）の下部に位置することもできる。

【0124】

金属配線及びパッドの上には下部絶縁層６０が形成される。下部絶縁層６０は、酸化ケイ素及び／又は窒化ケイ素などの無機絶縁物質、或いはＳｉＣ、ＳｉＣＯＨ、ＳｉＣＯ、及びＳｉＯＦなどの低誘電率（ｌｏｗＫ）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８５を有する。トレンチ８５は充填材で満たされる。

【0125】

下部絶縁膜６０の上には色フィルター層７０が形成される。色フィルター層７０は、青色画素に形成された青色フィルター７０ａ及び赤色画素に形成された赤色フィルター７０ｂ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として、又は追加的に含むことができる。本実施形態では緑色フィルターを備えていない例について説明するが、場合によっては緑色フィルターを備えることもできる。

【0126】

色フィルター層７０の上には上部絶縁層８０が形成される。上部絶縁層８０は、色フィルター層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孔（図示せず）及び緑色画素の電荷貯蔵所１５５を露出するトレンチ８５を有する。

【0127】

上部絶縁層８０の上には光電変換素子１００が形成される。光電変換素子１００は図１又は図２に示す構造であり、具体的な説明は上述した通りである。光電変換素子１００の第１電極１０及び第２電極２０のうちの一方は受光電極であり、光電変換素子１００の第１電極１０及び第２電極２０のうちの他方は電荷貯蔵所１５５に連結される。

【0128】

光電変換素子１００の上には集光レンズ（図示せず）が更に形成される。集光レンズは、入射光の方向を制御して光を１つの地点に集める。集光レンズは、例えばシリンダー状又は半球状であるが、これらに限定されるものではない。

【0129】

図６は、図４のイメージセンサの他の例を示す断面図である。

【0130】

図６を参照すると、本実施形態によるイメージセンサ５００は、上述した実施形態と類似して、光感知素子（１５０ａ、１５０ｂ）、伝送トランジスタ（図示せず）、及び電荷貯蔵所１５５が集積された半導体基板１１０、上部絶縁層８０、及び光電変換素子１００を含む。

【0131】

しかし、本実施形態によるイメージセンサ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、下部絶縁層６０及び色フィルター層７０は省略される。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、伝送トランジスタによって伝えられる。光感知素子（１５０ａ、１５０ｂ）は、積層深さにより各波長領域の光を選択的に吸収する。

【0132】

光電変換素子１００は図１又は図２に示す構造であり、具体的な説明は上述した通りである。光電変換素子１００の第１電極１０及び第２電極２０のうちの一方は受光電極であり、光電変換素子１００の第１電極１０及び第２電極２０のうちの他方は電荷貯蔵所１５５に連結される。

【0133】

図７は、一実施形態によるイメージセンサの他の例を示す平面図であり、図８は、図７のイメージセンサの一例を示す断面図である。

【0134】

本実施形態によるイメージセンサ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た構造である。

【0135】

本実施形態によるイメージセンサ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光電変換素子１００ａ、第２光電変換素子１００ｂ、及び第３光電変換素子１００ｃを含む。

【0136】

半導体基板１１０は、シリコン基板であり、伝送トランジスタ（図示せず）及び電荷貯蔵所（１５５ａ、１５５ｂ、１５５ｃ）が集積される。

【0137】

半導体基板１１０の上には金属配線（図示せず）及びパッド（図示せず）が形成され、金属配線及びパッドの上には下部絶縁層６０が形成される。

【0138】

下部絶縁層６０の上には第１光電変換素子１００ａ、第２光電変換素子１００ｂ、及び第３光電変換素子１００ｃが順次形成される。

【0139】

第１、第２、及び第３光電変換素子（１００ａ、１００ｂ、１００ｃ）は、それぞれ独立して図１又は図２に示す構造であり、具体的な説明は上述した通りである。第１、第２、及び第３光電変換素子（１００ａ、１００ｂ、１００ｃ）の第１電極１０及び第２電極２０のうちの一方は受光電極であり、第１、第２、及び第３光電変換素子（１００ａ、１００ｂ、１００ｃ）の第１電極１０及び第２電極２０のうちの他方は電荷貯蔵所（１５５ａ、１５５ｂ、１５５ｃ）に連結される。

【0140】

第１光電変換素子１００ａは、赤色、青色、及び緑色のうちのいずれか１つの波長領域の光を選択的に吸収して光電変換する。例えば、第１光電変換素子１００ａは赤色光電変換素子である。第１光電変換素子１００ａの上には中間絶縁層６５が形成される。

【0141】

中間絶縁層６５の上には第２光電変換素子１００ｂが形成される。

【0142】

第２光電変換素子１００ｂは、赤色、青色、及び緑色のうちのいずれか１つの波長領域の光を選択的に吸収して光電変換する。例えば、第２光電変換素子１００ｂは青色の光電変換素子である。

【0143】

第２光電変換素子１００ｂの上には上部絶縁層８０が形成される。下部絶縁層６０、中間絶縁層６５、及び上部絶縁層８０は、電荷貯蔵所（１５５ａ、１５５ｂ、１５５ｃ）を露出する複数のトレンチ（８５ａ、８５ｂ、８５ｃ）を有する。

【0144】

上部絶縁層８０の上には第３光電変換素子１００ｃが形成される。第３光電変換素子１００ｃは、赤色、青色、及び緑色のうちのいずれか１つの波長領域の光を選択的に吸収して光電変換する。例えば、第３光電変換素子１００ｃは緑色の光電変換素子である。

【0145】

第３光電変換素子１００ｃの上には集光レンズ（図示せず）が更に形成される。集光レンズは、入射光の方向を制御して光を１つの地点に集める。集光レンズは、例えばシリンダー状又は半球状であるが、これらに限定されるものではない。

【0146】

図面では、第１光電変換素子１００ａ、第２光電変換素子１００ｂ、及び第３光電変換素子１００ｃが順次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更可能である。

【0147】

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光電変換素子１００ａ、第２光電変換素子１００ｂ、及び第３光電変換素子１００ｃが積層された構造を有することで、イメージセンサのサイズを更に縮小してイメージセンサの小型化を実現することができる。

【0148】

図９は、一実施形態によるイメージセンサの他の例を示す平面図であり、図１０は、図９のイメージセンサの一例を示す断面図である。

【0149】

図９及び図１０を参照すると、イメージセンサ１１００は、半導体基板１１０の上に配置された光電変換素子９０を含み、光電変換素子９０は、複数の光電変換素子（９０－１、９０－２、９０－３）を含む。複数の光電変換素子（９０－１、９０－２、９０－３）は、それぞれ異なる波長領域の光（例えば青色光、緑色光、又は赤色光）を電気的信号に変換する。図１０を参照すると、複数の光電変換素子（９０－１、９０－２、９０－３）は、半導体基板１１０上で水平方向に並んで配列され、半導体基板１１０の表面１１０ａに平行に伸びた方向に互いに部分的又は全体的に重なる。各光電変換素子（９０－１、９０－２、９０－３）は、トレンチ８５を通して半導体基板１１０内に集積された電荷貯蔵所１５５に連結される。

【0150】

各光電変換素子（９０－１、９０－２、９０－３）は、上述した光電変換素子（１００、２００）のうちの１つである。一例として、２つ以上の光電変換素子（９０－１、９０－２、９０－３）は、光電変換素子（９０－１、９０－２、９０－３）の間で連続して伸びる共通の連続層の異なる部分を含む。一例として、複数の光電変換素子（９０－１、９０－２、９０－３）は共通の第１電極１０及び／又は共通の第２電極２０を共有する。一例として、２つ以上の光電変換素子（９０－１、９０－２、９０－３）は、入射光の異なる波長領域の光を吸収する異なる光電変換層３０を有する。イメージセンサ１１００のその他の構造は、図３～図８で説明したイメージセンサのうちの１つ以上と同様である。

【0151】

図１１は、一実施形態によるイメージセンサの一例を示す断面図である。

【0152】

図１１を参照すると、イメージセンサ１２００は、半導体基板１１０と半導体基板１１０の上に積層された光電変換素子（９０－１、９１）とを含む。光電変換素子９１は複数の光電変換素子（９０－２、９０－３）を含み、複数の光電変換素子（９０－２、９０－３）は、半導体基板１１０の表面１１０ａに平行に伸びる方向に重畳するように配列される。複数の光電変換素子（９０－１、９０－２、９０－３）は、それぞれ異なる波長領域の光（例えば青色光、緑色光、又は赤色光）を電気的信号に光電変換する。

【0153】

一例として、光電変換素子９１は、互いに異なる波長領域の光を吸収する水平方向に配列された複数の光電変換素子を含む。一例として、光電変換素子９１は青色光、緑色光、及び赤色光から選択される１つの波長領域の光を光電変換する。一例として、光電変換素子９１は、光電変換素子９０－１に全体的又は部分的に重なる。イメージセンサ１２００のその他の構造は、図３～図８で説明したイメージセンサのうちの１つ以上と同様である。

【0154】

図１２は、一実施形態によるイメージセンサの他の例を示す断面図である。

【0155】

図１２を参照すると、イメージセンサ１３００は、光感知素子（１５０ａ、１５０ｂ）、伝送トランジスタ（図示せず）、及び電荷貯蔵所１５５が集積された半導体基板１１０；半導体基板１１０の上部に位置する上部絶縁層８０及び色フィルター層７０；半導体基板１１０の下部に位置する下部絶縁層６０及び光電変換素子９０を含む。光電変換素子９０は、上述した光電変換素子（１００、２００）である。図１２において、光電変換素子９０は半導体基板１１０の下部に配置されることで、光感知素子（１５０ａ、１５０ｂ）に対して光電変換素子９０と色フィルター層７０とは分離配置される。イメージセンサ１３００のその他の構造は、図３～図８で説明したイメージセンサのうちの１つ以上と同様である。

【0156】

上述した光電変換素子及びセンサは、それぞれ多様な電子装置に適用され、例えば携帯電話、カメラ、生体認識装置、及び／又は自動車電装部品などに適用されるが、これらに限定されるものではない。

【0157】

図１３は、一実施形態による電子装置の概略的なダイアグラムである。

【0158】

図１３を参照すると、電子装置１７００は、バス（ｂｕｓ）１７１０を介して互いに電気的に連結されたプロセッサー１７２０、メモリ１７３０、及びイメージセンサ１７４０を含む。イメージセンサ１７４０は、上述した実施形態によるいずれか１つである。非一時的なコンピュータ読み取り可能な記憶媒体のメモリ１７３０には指示プログラムが保存される。メモリ１７３０は、フラッシュメモリ（ｆｌａｓｈｍｅｍｏｒｙ）、相変化メモリ（ｐｈａｓｅ－ｃｈａｎｇｅｒａｎｄｏｍａｃｃｅｓｓｍｅｍｏｒｙ：ＰＲＡＭ）、磁気抵抗変化メモリ（ｍａｇｎｅｔｏ－ｒｅｓｉｓｔｉｖｅＲＡＭ：ＭＲＡＭ）、抵抗変化メモリ（ｒｅｓｉｓｔｉｖｅＲＡＭ：ＲｅＲＡＭ）、強誘電体メモリ（ｆｅｒｒｏ－ｅｌｅｃｔｒｉｃＲＡＭ：ＦｅＲＡＭ）などの不揮発性メモリ；ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ、又はＳＤＲＡＭなどの揮発性メモリである。プロセッサー１７２０は、１つ以上の機能を行うために保存された指示プログラムを実行する。一例として、プロセッサー１７２０は、イメージセンサ１７４０によって生成された電気的信号を処理する。プロセッサー１７２０は、このような処理に基づいて出力（例えば、ディスプレイインターフェース上に表示されるイメージ）を生成する。

【0159】

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ためのものであって、本発明の権利範囲を制限するものではない。

【0160】

≪シミュレーション評価≫

【0161】

（１）実施例及び比較例

【0162】

シミュレーション評価のために、第１物質としては下記化合物Ｂ；第２物質としてはフラーレン（Ｃ_６０）；及び第３物質としては下記化合物Ｃ－１～Ｃ－５のうちの一つと仮定し、下記表１の通り、第１物質、第２物質、及び第３物質を含む薄膜で第１物質、第２物質、及び第３物質の分子構造に基づいて原子モルフォロジー（ａｔｏｍｉｓｔｉｃｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ）を分子動力学によって予測し、モルフォロジーに含まれる全ての分子に対して量子計算を行い、エネルギー準位の分布を評価した。この時、第１物質と第２物質とは１：１（体積比）で含まれ、第３物質は、第１物質及び第３物質の総体積に対して５体積％で含まれると仮定する。

【0163】

量子計算は、モルフォロジーの各分子の形態（ｃｏｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）及び周辺環境を考慮して計算される。これにより、第３物質の影響に応じた第１物質の形態変化又は分子の環境変化を考慮したエネルギー準位の分布を評価する。

【0164】

【表1】

【0165】

【化B-(C-5)】

【0166】

（２）物質の物性評価

【0167】

第１物質、第２物質、及び第３物質の物性は表２の通りである。

【0168】

ＨＯＭＯエネルギー準位の分布のシミュレーション計算はＱｕａｎｔｕｍｐａｔｃｈｓｏｆｔｗａｒｅ（ＮａｎｏｍａｔｃｈＧｍｂＨ製）を用いて行い、分子の双極子モーメントのシミュレーション計算はＪａｇｕａｒｓｏｆｔｗａｒｅ（Ｓｃｈｒｏｄｉｎｇｅｒ，ＬＬＣ．製、Ｍａｔｅｒｉａｌｓｓｃｉｅｎｃｅｓｕｉｔｅ）を用いて行う。但し、ＱｕａｎｔｕｍｐａｔｃｈｓｏｆｔｗａｒｅはＢ３ＬＹＰ／ｄｅｆ２－ＳＶＰ、Ｊａｇｕａｒ＿ｓｏｆｔｗａｒｅはＬＡＣＶ３Ｐ^＊＊ｂａｓｉｓｓｅｔでＤｅｎｓｉｔｙＦｕｎｃｔｉｏｎａｌＴｈｅｏｒｙ（ＤＦＴ）ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎを行う。

【0169】

【表2】

【0170】

（３）シミュレーション結果Ｉ

【0171】

第１物質のＨＯＭＯエネルギー準位の分布の変化に応じた残留電荷の変化をシミュレーションで評価した。

【0172】

図１４は、第１物質のＨＯＭＯエネルギー準位の分布の変化を示すグラフであり、図１５及び図１６は、第１物質のＨＯＭＯエネルギー準位の分布の変化に応じた残留電荷の変化を示すグラフである。

【0173】

図１４～図１６を参照すると、第１物質のＨＯＭＯエネルギー準位の分布が深い方向に移動するほど残留電荷の特性が改善されることを予想することができる。

【0174】

（４）シミュレーション結果ＩＩ

【0175】

第１物質のエネルギー準位の変化、及びそれに伴う残留電荷の変化をシミュレーションで評価した。

【0176】

その結果は表３の通りである。

【0177】

【表3】

【0178】

上記表３を参照すると、第１物質のＨＯＭＯエネルギー準位が深くなるほど残留電荷の特性が改善されると予想され、第１物質のＨＯＭＯエネルギー準位の変化が大きいほど残留電荷の特性が更に改善されることを予想することができる。

【0179】

≪素子評価≫

【0180】

（１）素子の製作

【0181】

下記の光電変換素子を製作してシミュレーション評価を実験的に検証する。

【0182】

＜素子実施例１＞

【0183】

ガラス基板上にＩＴＯをスパッタリングで積層して１５０ｎｍ厚さのアノードを形成した。次に、アノードの上に下記化合物Ａを蒸着して５ｎｍ厚さの電荷遮断層を形成した。次に、電荷遮断層上に化学式Ｂ（第１物質）（λ_ｍａｘ：５４５ｎｍ）、フラーレン（Ｃ_６０）（第２物質）、及び化合物Ｃ－１（第３物質）（λ_ｍａｘ：５５１ｎｍ）を共蒸着して１００ｎｍ厚さの光電変換層を形成した。この時、第１物質と第２物質とは１：１の体積（かさ）比で共蒸着し、第３物質は、第１物質及び第３物質の総体積に対して５体積％となるように共蒸着した。光電変換層内の第１物質の変形されたＨＯＭＯエネルギー準位は５．４９５ｅＶであり、フラーレンのＬＵＭＯエネルギー準位は３．５６３ｅＶである。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）を形成した。次に、電子バッファー層上にＩＴＯをスパッタリングして７ｎｍ厚さのカソードを形成した。次に、カソードの上に酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）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光電変換素子を製作した。

【0184】

【化A】

【0185】

＜素子実施例２＞

【0186】

第３物質として化合物Ｃ－１の代わりに化合物Ｃ－２（λ_ｍａｘ：５３８ｎｍ）を使用して光電変換層を形成したことを除いて、素子実施例１と同様の方法で、光電変換素子を製造した。光電変換層内の第１物質の変形されたＨＯＭＯエネルギー準位は５．５０２ｅＶである。

【0187】

＜素子実施例３＞

【0188】

第３物質として化合物Ｃ－１の代わりに化合物Ｃ－３（λ_ｍａｘ：５４０ｎｍ）を使用して光電変換層を形成したことを除いて、素子実施例１と同様の方法で、光電変換素子を製造した。光電変換層内の第１物質の変形されたＨＯＭＯエネルギー準位は５．５０８ｅＶである。

【0189】

＜素子比較例１＞

【0190】

第３物質を含まず、第１物質と第２物質とを共蒸着して光電変換層を形成したことを除いて、素子実施例１と同様の方法で、光電変換素子を製造した。光電変換層内の第１物質の変形されたＨＯＭＯエネルギー準位は５．４９０ｅＶである。

【0191】

＜素子比較例２＞

【0192】

第３物質として化合物Ｃ－１の代わりに化合物Ｃ－４（λ_ｍａｘ：５３４ｎｍ）を使用して光電変換層を形成したことを除いて、素子実施例１と同様の方法で、光電変換素子を製造した。光電変換層内の第１物質の変形されたＨＯＭＯエネルギー準位は５．４７９ｅＶである。

【0193】

＜素子比較例３＞

【0194】

第３物質として化合物Ｃ－１の代わりに化合物Ｃ－５を使用して光電変換層を形成したことを除いて、素子実施例１と同様の方法で、光電変換素子を製造した。光電変換層内の第１物質の変形されたＨＯＭＯエネルギー準位は５．４８２ｅＶである。

【0195】

（３）評価

【0196】

素子実施例及び素子比較例による光電変換素子の残留電荷（ｒｅｍａｉｎｉｎｇｃｈａｒｇｅｓ）特性を評価した。

【0197】

残留電荷特性は、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いて、次のフレームで前フレームの電荷が読み取ら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３３ｍｉｌｌｉｓｅｃｏｎｄｓ間照射し、光を消した後、Ｋｅｉｔｈｌｅｙ２４００装置により１０^－６秒単位で測定される電流量から評価する。残留電子の量は５，０００ｌｕｘでｈ＋／ｓ／μｍ^２単位で評価する。

【0198】

その結果は表４の通りである。

【0199】

【表4】

【0200】

上記表４を参照すると、素子実施例による素子は、素子比較例による素子に比べ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た。また、素子実施例では上述したシミュレーション結果と実質的に同様の結果が出たことを確認することができた。

【0201】

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】

【0202】

１０第１電極
２０第２電極
３０光電変換層
４０、５０補助層
６０下部絶縁層
６５中間絶縁層
７０色フィルター層
７０ａ、７０ｂ、７０ｃ青、赤、緑色フィルター
８０（上部）絶縁層
８５、８５ａ、８５ｂ、８５ｃトレンチ
９０、９０－１、９０－２、９０－３、９１、１００光電変換素子
１００ａ、１００ｂ、１００ｃ第１～第３光電変換素子
１１０半導体基板
１１０ａ表面
１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ光感知素子
１５５、１５５ａ、１５５ｂ、１５５ｃ電荷貯蔵所
１８０絶縁膜
３００、４００、５００、６００、１１００、１２００、１３００イメージセンサ
１７００電子装置
１７１０バス（ｂｕｓ）
１７２０プロセッサー
１７３０メモリ
１７４０イメージセンサ

【図1】