[发明专利]光电转换元件和固体摄像装置

说明书

根据本发明一个实施方式的光电转换元件，其包括：相互面对的第一电极和第二电极；以及光电转换层，所述光电转换层被设置在所述第一电极和所述第二电极之间，且还包括具有互不相同的母体骨架的第一有机半导体材料、第二有机半导体材料和第三有机半导体材料。所述第一有机半导体材料是富勒烯或富勒烯衍生物。所述第二有机半导体材料在单层膜形式下在可见光区域内的极大光吸收波长的线吸收系数高于所述第一有机半导体材料的单层膜和所述第三有机半导体材料的单层膜在可见光区域内的极大光吸收波长的线吸收系数。所述第三有机半导体材料的HOMO能级是在所述第二有机半导体材料的HOMO能级以上的值。

本申请是申请日为2016年5月19日、发明名称为“光电转换元件和固体摄像装置”的申请号为201680029802.2的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及使用例如有机半导体的光电转换元件和包括该光电转换元件的固体摄像装置。

背景技术

近年来，在诸如CCD(电荷耦合装置；Charge Coupled Device)图像传感器和CMOS(互补金属氧化物半导体；Complementary Metal Oxide Semiconductor)图像传感器等固体摄像装置中，像素尺寸的缩小已经加快了。像素尺寸的缩小使得入射至单位像素中的光子数减少了，从而导致了灵敏度的降低和信噪比的降低。此外，在将包括红色、绿色和蓝色的原色颜色滤光片在内的二维阵列颜色滤光片用于彩色化(colorization)的情况下，在红色像素中，颜色滤光片会吸收绿色光和蓝色光，导致灵敏度降低。此外，为了生成各颜色信号，执行了像素的插值处理，这就会产生所谓的伪色。

因此，例如，专利文献1公开了一种使用具有多层结构的有机光电转换膜的图像传感器，在该图像传感器中，对蓝色光(B)有灵敏度的有机光电转换膜、对绿色光(G)有灵敏度的有机光电转换膜和对红色光(R)有灵敏度的有机光电转换膜依次层叠着。在该图像传感器中，从一个像素中分别提取B、G和R的信号，以实现灵敏度的提高。专利文献2公开了一种摄像元件：其中，形成有由一层构成的有机光电转换膜，并且从该有机光电转换膜提取一种颜色的信号，且通过硅(Si)体分光法来提取两种颜色的信号。

引用文献列表

专利文献

专利文献1：日本专利申请特开：第2003-234460号

专利文献2：日本专利申请特开：第2005-303266号

发明内容

在专利文献2所披露的摄像元件中，入射光的大部分能够被光电转换并且被读取，这就导致了可见光的使用效率接近100％。此外，各个光接收器获得R、G和B三种颜色的颜色信号，使得能够产生具有高灵敏度和高分辨率的图像(伪色是不可见的)。因此，令人期望地，这种层叠式摄像元件具有优异的光谱形状。此外，还令人期望地，该层叠式摄像元件实现了与光的通/断相关联的光电流的上升或下降所必需的快速响应时间(高的响应性)，并且实现了更高的外部量子效率(EQE(external quantum efficiency))。然而，在改善了光谱形状、响应性和EQE中的一个或两个特性的情况下，也存在着其他特性变劣的问题。

本发明期望提供能够实现优异的光谱形状、高的响应性和高的外部量子效率的光电转换元件和固体摄像装置。

根据本发明一个实施方式，一种光电转换元件包括：相互面对的第一电极和第二电极；以及光电转换层，所述光电转换层被设置在所述第一电极和所述第二电极之间，且还包括具有互不相同的母体骨架的第一有机半导体材料、第二有机半导体材料和第三有机半导体材料。在所述光电转换元件中，所述第一有机半导体材料是富勒烯或富勒烯衍生物；所述第二有机半导体材料在单层膜形式下在可见光区域内的极大光吸收波长的线吸收系数高于所述第一有机半导体材料的单层膜和所述第三有机半导体材料的单层膜在可见光区域内的极大光吸收波长的线吸收系数；而且，所述第三有机半导体材料的HOMO能级是在所述第二有机半导体材料的HOMO能级以上的值。