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光电转换元件、光电转换装置和固态成像装置

阅读：874发布：2021-11-13

专利汇可以提供光电转换元件、光电转换装置和固态成像装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供了检测电流变化的方法、光电转换元件、光电转换装置和固态成像装置，该方法包括用光照射至少一个光电转换材料层，并检测在光电转换材料层中所产生的电流的增大变化。该光电转换装置包括具有光电转换材料层的光电转换元件，以及电连接至光电转换元件的电流检测电路。在光电转换装置中，电流检测电路检测在光电转换材料层中产生的电流的增大变化。，下面是光电转换元件、光电转换装置和固态成像装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种检测电流变化的方法，包括：
将光照射到至少一个光电转换材料层上；以及
检测在所述光电转换材料层中产生的电流的增大变化。
2.根据权利要求1所述的检测电流变化的方法，还包括根据以下式(1)检测在电流增大期间内的电流Iinc：
(-t/τ(P))
Iinc＝C1*Io(P)*[1-e ]+C2(1)
其中，τ(P)表示从第一时间到第二时间的所述电流增大期间内的电流变化的时间常数，
其中，t表示从所述第一时间到所述第二时间的经过时间，
其中，Io(P)表示在t＝∞时强度为P的光照射到所述光电转换材料层时在所述光电转换材料层中产生的电流，以及
其中，C1和C2表示常数。
3.根据权利要求2所述的检测电流变化的方法，其中，所述第二时间发生在从所述电流增大期间转换到电流减小期间的时间或该时间之前。
4.根据权利要求2所述的检测电流变化的方法，还包括从t＝0到t＝100毫秒对式(1)进行积分以计算积分电流值。
5.根据权利要求1所述的检测电流变化的方法，
其中，光电转换材料层形成在第一电极和第二电极之间，所述方法还包括：
检测从第一时间到所述第一时间之后发生的第二时间的在所述光电转换材料层中产生的电流的变化，所述第一时间与以下时间一致：
(a)用光照射所述光电转换材料层的开始，或
(b)向所述第一电极和所述第二电极施加电压的开始。
6.根据权利要求5所述的检测电流变化的方法，其中，从所述第一时间到所述第二时间的在所述光电转换材料层中的电流的变化对应于由所述第一电极、所述第二电极和所述光电转换材料层限定的电容器中的充电电流的变化。
7.根据权利要求6所述的检测电流变化的方法，还包括检测从所述第一时间到所述第二时间的电流增大期间内的电流变化的时间常数τ(P)，
其中，τ(P)是所述光电转换材料层上的每单位时间光照射的光强度P的函数。
8.根据权利要求1所述的检测电流变化的方法，其中，所述光电转换材料层包括选自由喹吖啶酮和其衍生物代表的有机着色剂、由Alq3[三(8-羟基喹啉)铝(III)]代表的有机金属螯合的早过渡金属离子的着色剂、以及由酞菁锌(II)代表的在过渡金属离子和有机材料之间形成有络合物的有机金属着色剂组成的组中选择的至少一种有机半导体材料。
9.根据权利要求1所述的检测电流变化的方法，其中，所述光电转换材料层包括选自有机金属化合物、有机半导体微粒子、金属氧化物半导体、无机半导体微粒子、核壳型材料和有机/无机混合化合物组成的组中选择的至少一种材料。
10.根据权利要求1所述的检测电流变化的方法，其中，所述光电转换材料层具有小于
2
或等于10cm/V*秒的载流子迁移率。
11.一种光电转换元件，包括：
至少一个光电转换材料层，被配置为能够检测在所述光电转换材料层中产生的电流的增大变化。
12.根据权利要求11所述的光电转换元件，还包括第一电极和第二电极，所述光电转换材料层设置在所述第一电极和所述第二电极之间。
13.根据权利要求12所述的光电转换元件，
其中，所述第一电极由透明导电材料构成并形成在透明基板上，
其中，所述光电转换材料层形成在所述第一电极上，以及
其中，所述第二电极形成在所述光电转换材料层上。
14.根据权利要求12所述的光电转换元件，
其中，所述第一电极形成在基板上，
其中，所述光电转换材料层形成在所述第一电极上，以及
其中，所述第二电极由透明导电材料构成并形成在所述光电转换材料层上。
15.根据权利要求12所述的光电转换元件，
其中，所述第一电极和所述第二电极形成在基板上，
其中，所述光电转换材料层形成在所述基板上所述第一电极和所述第二电极之间的区域中。
16.根据权利要求11所述的光电转换元件，其中，光电转换材料层被配置为能够根据以下式(1)检测在电流增大期间内的电流Iinc：
(-t/τ(P))
Iinc＝C1*Io(P)*[1-e ]+C2(1)
其中，τ(P)表示从第一时间到第二时间的电流增大期间内的电流变化的时间常数，其中，t表示从所述第一时间到所述第二时间的经过时间，
其中，Io(P)表示在t＝∞时强度P的光照射到所述光电转换材料层时在所述光电转换材料层中产生的电流，以及
其中，C1和C2表示常数。
17.根据权利要求16所述的光电转换元件，其中，所述第二时间发生在从所述电流增大期间转换到电流减小期间的时间或该时间之前。
18.根据权利要求16所述的光电转换元件，还包括从t＝0到t＝100毫秒对式(1)进行积分以计算积分电流值。
19.根据权利要求11所述的光电转换元件，其中，所述光电转换材料层被配置为能够检测从第一时间到所述第一时间之后发生的第二时间的在所述光电转换材料层中产生的电流的变化，所述第一时间与以下时间一致：
(a)用光照射所述光电转换材料层的开始，或
(b)向所述第一电极和所述第二电极施加电压的开始。
20.根据权利要求19所述的光电转换元件，
其中，所述光电转换材料层被配置为能够检测从所述第一时间到所述第二时间的电流增大期间内的电流变化的时间常数τ(P)，以及
其中，τ(P)是所述光电转换材料层上的每单位时间光照射的光强度P的函数。
21.根据权利要求11所述的光电转换元件，其中，所述光电转换材料层包括选自由喹吖啶酮和其衍生物代表的有机着色剂、由Alq3[三(8-羟基喹啉)铝(III)]代表的有机金属螯合的早过渡金属离子的着色剂、以及由酞菁锌(II)代表的在过渡金属离子和有机材料之间形成有络合物的有机金属着色剂组成的组中的至少一种有机半导体材料。
22.根据权利要求11所述的光电转换元件，其中，所述光电转换材料层包括选自有机金属化合物、有机半导体微粒子、金属氧化物半导体、无机半导体微粒子、核壳型材料和有机/无机混合化合物组成的组中的至少一种材料。
23.根据权利要求11所述的光电转换元件，其中，所述光电转换材料层具有小于或等
2
于10cm/V*秒的载流子迁移率。
24.一种光电转换装置，包括：
光电转换元件，包括至少一个光电转换材料层；以及
电流检测电路，电连接至所述光电转换元件，
其中，所述电流检测电路检测在所述光电转换材料层中产生的电流的增大变化。
25.一种固态成像装置，包括：
成像区域，包括至少一个具有至少一个光电转换材料层的光电转换元件；以及电流检测电路，电连接至至少一个所述光电转换元件，
其中，所述电流检测电路检测在所述光电转换材料层中产生的电流的增大变化。
26.根据权利要求25所述的固态成像装置，
其中，所述成像区域包括被配置为阵列的多个所述光电转换元件，以及
其中，每个所述光电转换元件均包括第一电极、第二电极、以及设置在所述第一电极和所述第二电极之间的光电转换材料层。
27.根据权利要求26所述的固态成像装置，还包括多个电流检测电路，其中，每个所述光电转换元件均连接至所述多个电流检测电路中的不同的电流检测电路。
28.根据权利要求26所述的固态成像装置，
其中，所述阵列是包括行和列的二维阵列，以及
其中，所述电流检测电路为所述光电转换元件的行或列而形成。

说明书全文

光电转换元件、光电转换装置和固态成像装置

[0001] 相关申请的参考

[0002] 本申请要求于2010年2月17日提交的日本专利申请JP 2010-032179和于2011年1月14日提交的日本专利申请JP 2011-005620的优先权，它们的全部内容结合于此作为参考。

技术领域

[0003] 本发明涉及光电转换元件、具有该光电转换元件的光电转换装置以及具有所集成的光电转换装置的固态成像装置。

背景技术

[0004] 诸如图像传感器的光电转换元件通常具有将光电转换单元保持在两个电极之间的结构。将来自光电转换元件的不依赖于时间的输出(例如，电流)作为稳定输出(稳定电流)而检测。这是由于诸如硅(Si)的半导体材料在通常使用强度的电场下瞬时积累载流子并提供稳定电流。

[0005] 已知具有由有机半导体材料构成的光电转换单元的图像传感器，例如在日本专利申请公开第2006-100797号(在下文中，将其称为专利文献1)中所公开的。这样的图像传感器具有保持在至少两个电极之间的有机光电转换层，并且有机光电转换层包括喹吖啶酮(quinacridone)或喹唑啉衍生物。

发明内容

[0006] 在上面专利文献1公开的技术中，通过使用通常颜色读出电路来读出信号(参见第[0135]段)。因此，在专利文献1所公开的图像传感器中，从光电转换元件输出和读出的信号被认为是不依赖于时间的稳定状态下的输出信号的一部分。然而对稳定状态下的输出信号的该部分的检测会导致灵敏度和S/N比降低的问题。

[0007] 因此，需要新的具有高灵敏度和高S/N比的光电转换材料层的光电转换元件、集成有这种光电转换元件的光电转换装置、以及集成有这种光电转换装置的固态成像装置。

[0008] 通过将Si系半导体材料用于光电转换材料层所制造的光电转换元件通常具有很低的电阻。相反，例如，金属氧化物薄膜或有机材料薄膜相比于Si系半导体材料通常具有更高的电阻和更低的载流子迁移率，而与它们的结晶性无关。具体地，金属氧化物材料薄膜或有机材料薄膜具有低的载流子迁移率、高的电阻，并且还有许多缺陷级，并且即使在非常高强度的电场下，也很难瞬时注入载流子以达到充满薄层的容量的量。因此，这样的薄膜需要一定的时间期间在薄膜中稳定电位分布(包括形成界面电双层(interfacial electrical double layer))。从而，尽管电荷在光电转换材料层中积累，但是当光照射到光电转换材料层同时将电压施加给光电转换材料层时，由于光电转换材料层的时间常数τ足够大(几微秒到几毫秒的级别)，所以可以观测到在光电转换材料层中产生的瞬变充电/放电电流。

[0009] 在实施方式中，一种检测电流变化的方法包括将光照射到至少一个光电转换材料层上。该方法还包括检测在光电转换材料层中产生的电流的增大变化。在实施方式中，该方法包括根据以下式(1)检测在电流增大期间内的电流Iinc：

[0010] Iinc＝C1*Io(P)*[1-e(-t/τ(P))]+C2(1)

[0011] 在式(1)中，τ(P)表示从第一时间到第二时间的电流增大期间内电流变化的时间常数，t表示从第一时间到第二时间的经过时间，Io(P)表示在t＝∞时强度P的光照射到光电转换材料层时在光电转换材料层中产生的电流，并且C1和C2表示常数。在实施方式中，第二时间发生在从电流增大期间转换到电流减小期间的时间或该时间之前。在实施方式中，该方法还包括从t＝0到t＝约100毫秒对式(1)进行积分以计算积分电流值。在实施方式中，光电转换材料层形成在第一电极和第二电极之间，该方法还包括：检测从第一时间到第一时间之后发生的第二时间的在光电转换材料层中产生的电流的变化，该第一时间与以下时间一致：(a)用光照射光电转换材料层的开始，或(b)向第一电极和第二电极施加电压的开始。在实施方式中，从第一时间到第二时间的光电转换材料层中电流的变化对应于由第一电极、第二电极和光电转换材料层限定的电容器中的充电电流的变化。在实施方式中，该方法还包括检测从第一时间到第二时间的电流增大期间中电流的变化的时间常数τ(P)，其中τ(P)是光电转换材料层上的每单位时间光照射的光强度P的函数。在实施方式中，光电转换材料层包括选自由喹吖啶酮和其衍生物所代表的有机着色剂、由Alq3[三(8-羟基喹啉)铝(III)]所代表的有机金属螯合的早过渡金属离子的着色剂、以及由酞菁锌(II)所代表的在过渡金属离子和有机材料之间形成有络合物的有机金属着色剂组成的组中的至少一种有机半导体材料。在实施方式中，光电转换材料层包括选自有机金属化合物、有机半导体微粒子、金属氧化物半导体、无机半导体微粒子、核壳型(core-shell)材料和有机/无机混合化合物组成的组中的至少一种材料。在实施方式中，光电转换材料形成2
为具有小于或等于10cm/V*秒的载流子迁移率的光电转换材料层。

[0012] 在另一实施方式中，光电转换元件包括至少一个光电转换材料层，该光电转换材料层被配置为能够检测在所述光电转换材料层中产生的电流的增大变化。在实施方式中，光电转换元件还包括第一电极和第二电极，光电转换材料层设置在第一电极和第二电极之间。在实施方式中，第一电极由透明导电材料构成并形成在透明基板上，光电转换材料层形成在第一电极上，并且第二电极形成在光电转换材料层上。在实施方式中，第一电极形成在基板上，光电转换材料层形成在第一电极上，并且第二电极由透明导电材料构成并形成在光电转换材料层上。在实施方式中，第一电极和第二电极形成在基板上，并且光电转换材料层形成在该基板上在第一电极和第二电极之间的区域中。在实施方式中，光电转换材料层被配置为能够根据以下式(1)检测在电流增大期间内的电流Iinc：

[0013] Iinc＝C1*Io(P)*[1-e(-tτ(P))]+C2(1)

[0014] 在式(1)中，τ(P)表示从第一时间到第二时间的电流增大期间内电流变化的时间常数，t表示从第一时间到第二时间的经过时间，Io(P)表示在t＝∞时强度P的光照射到光电转换材料层时在光电转换材料层中产生的电流，并且C1和C2表示常数。在实施方式中，第二时间发生在从电流增大期间转换到电流减小期间的时间或该时间之前。在实施方式中，光电转换元件还包括从t＝0到t＝100毫秒对式(1)进行积分以计算积分电流值。在实施方式中，光电转换材料层被配置为能够检测从第一时间到第一时间之后发生的第二时间的在光电转换材料层中产生的电流的变化，该第一时间与以下时间一致：(a)用光照射光电转换材料层的开始，或(b)向第一电极和第二电极施加电压的开始。在实施方式中，光电转换材料层被配置为能够检测从第一时间到第二时间的电流增大期间内电流变化的时间常数τ(P)，并且τ(P)是光电转换材料层上的每单位时间光照射的光强度P的函数。
在实施方式中，光电转换材料层包括选自由喹吖啶酮和其衍生物所代表的有机着色剂、由Alq3[三(8-羟基喹啉)铝(III)]所代表的有机金属螯合的早过渡金属离子的着色剂、以及由酞菁锌(II)表示的在过渡金属离子和有机材料之间形成有络合物的有机金属着色剂组成的组中的至少一种有机半导体材料。在实施方式中，光电转换材料层包括选自有机金属化合物、有机半导体微粒子、金属氧化物半导体、无机半导体微粒子、核壳型材料和有机/无机混合化合物组成的组中的至少一种材料。在实施方式中，光电转换材料层具有小于或
2
等于10cm/V*秒的载流子迁移率。

[0015] 在另一实施方式中，一种光电转换装置包括具有至少一个光电转换材料层的光电转换元件，以及电连接至光电转换元件的电流检测电路。在该实施方式中，电流检测电路检测在光电转换材料层中产生的电流的增大变化。

[0016] 在另一实施方式中，一种固态成像装置包括：成像区域，包括至少一个具有至少一个光电转换材料层的光电转换材料层；以及电连接至至少一个光电转换元件的电流检测电路。在该实施方式中，电流检测电路检测在光电转换材料层中产生的电流的增大变化。在该实施方式中，成像区域包括配置为阵列的多个光电转换元件，并且每个光电转换元件均包括第一电极、第二电极、以及设置在第一电极和第二电极之间的光电转换材料层。在实施方式中，固态成像装置还包括多个电流检测电路，其中，每个光电转换元件连接至多个电流检测电路中的不同的电流检测电路(各个电流检测电路)。在实施方式中，阵列是包括行和列的二维阵列，并且电流检测电路为光电转换元件的行或列而形成。

[0017] 在根据实施方式的光电转换元件、根据实施方式的构成光电转换装置的光电转换元件、以及根据实施方式的构成固态成像装置的光电转换元件(在下文中，这这些统称为“根据实施方式的光电转换元件和其他”)中，当一定光强度的光照射光电转换材料层并且电压施加在第一和第二电压之间时(也就是在第一和第二电极之间施加有偏压时)，在光电转换材料层中产生的电流从照射开始起随着照射时间的经过而增大。因此可以通过检测这样的电流来提供高灵敏度和高S/N比的光电转换元件等。换言之，可以根据充电电流确定所接收的光的强度。具体地，当照射使已知光电二极管饱和的非常强的光强度的光时，可以在大约5毫秒以下的很短的期间内检测瞬变响应，因此，可以检测可使已知光电二极管饱和的光强度的光。因此，当用作固态成像装置时可以扩展动态范围。关于在光照射光电转换材料层时的电流-时间响应和光强度的依赖性，充电电流的电流区域(电流的时间积分值)依赖于光强度。

[0018] 本文描述了其他特征和优点，并且从以下的具体说明书和附图中这些将更明显。

附图说明

[0019] 图1是示出了在2端子型电子设备结构的实施例1的光电转换元件的示意性截面图；

[0020] 图2是示出了在实施例1的光电转换元件中充电电流值与光强度之间的关系的示图；

[0021] 图3是示出了实施例1中每单位时间照射到光电转换材料层的光的光强度P(单2
位：μW/cm)与具有[1/τ(P)]单位的值[α(P)]之间的关系的示图；

[0022] 图4是示出了实施例2的光电转换元件中充电电流值与光强度之间的关系的示图；

[0023] 图5是示出了实施例2中每单位时间照射到光电转换材料层的光的光强度P(单2
位：μW/cm)和[1/τ(P)]单位的值[α(P)]之间的关系的示图；

[0024] 图6A和图6B是分别示出了实施例3和实施例4的2端子型电子设备结构的光电转换元件的局部示意性截面图；

[0025] 图7A和图7B是分别示出了实施例5和实施例6的3端子型电子设备结构的光电转换元件的局部示意性截面图；

[0026] 图8A和图8B是分别示出了实施例7和实施例8的3端子型电子设备结构的光电转换元件的局部示意性截面图；

[0027] 图9是示出了实施例9的固态成像装置的示意图；以及

[0028] 图10是示出了电流检测电路的实施例的电路图。

具体实施方式

[0029] 在下文中，将参照附图来描述实施方式。实施方式中示出的各种数值和材料仅仅是示例。将按照顺序来描述以下项目：

[0030] 1.根据实施方式的光电转换元件、光电转换装置和固态成像装置的总体描述，[0031] 2.实施例1(根据实施方式的光电转换元件和光电转换装置，以及第一构造的光电转换元件)，

[0032] 3.实施例2(实施例1的修改例)，

[0033] 4.实施例3(实施例1的修改例，第二构造的光电转换元件)，

[0034] 5.实施例4(实施例1的另一修改例，3端子型的电子设备结构)，

[0035] 6.实施例5(实施例1的另一修改例，3端子型的电子设备结构)，

[0036] 7.实施例6(实施例1的另一修改例，3端子型的电子设备结构)，

[0037] 8.实施例7(实施例1的另一修改例，3端子型的电子设备结构)，

[0038] 9.实施例8(实施例1的另一修改例，3端子型的电子设备结构)，和

[0039] 10.实施例9(根据实施方式的固态成像装置)以及其他。

[0040] [根据实施方式的光电转换元件、光电转换装置和固态成像装置的总体描述][0041] 在根据实施方式的光电转换元件和其他中，在从照射开始起随照射时间的经过而增大的电流的变化的时间常数被指定为τ(P)时，τ(P)可由照射到光电转换材料层的光的每单位时间的光强度P的函数来表示。具体地，例如，具有单位[-1/τ(P)]的值τ(P)能够由照射到光电转换材料层的光的每单位时间的光强度P的线性函数来表示。在根据实施方式的光电转换装置或固态成像装置中，可以使电流检测电路来计算τ(P)。具体地，可以通过在电流检测电路中计算τ(P)，得到照射到光电转换材料层的光的每单位时间的光强度P。

[0042] 在这种情况下，当将从照射开始起或将电压施加给第一电极和第二电极起所经过的时间指定为t时，在根据实施方式的光电转换元件和其他的光电转换材料层中产生的电流Iinc可以表示为：Iinc＝C1·I0(P)[1-exp(-t/τ(P))]+C2(1)，并且另外在根据实施方式的光电转换装置或固态成像装置中，还可以使电流检测电路计算Iinc。在上式中，I0(P)是在假设t＝∞时一定光强度P的光照射到光电转换材料层时在光电转换材料层中产生的电流，并且C1和C2是常数。C1是正值。

[0043] 在根据实施方式的光电转换装置或固态成像装置中，在上述情况下，电流检测电路可另外配置为计算通过从t＝0到t＝100毫秒对式(1)进行积分得到的积分电流值。在根据实施方式的光电转换元件中，通过从t＝0到t＝100毫秒对式(1)进行积分得到的积分电流值(包括基于积分电流值计算的物理量)还可用于表示与光强度的依赖关系。

[0044] 在根据实施方式的光电转换装置、固态成像装置或光电转换元件中，当假设第一电极、光电转换材料层和第二电极构成电容器时，光电转换材料层中的电流随照射时间经过的增大对应于电容器中充电电流的增大。

[0045] 此外，在根据实施方式的光电转换装置、固态成像装置或光电转换元件中，光电转2
换材料层优选由有机材料构成。在这种情况下，光电转换材料层更优选具有10cm/V·秒以下的载流子迁移率。

[0046] 在根据实施方式的光电转换元件和其他中，由透明导电材料构成的第一电极可形成在透明基板上，光电转换材料层在第一电极上，且第二电极在光电转换材料层上。为了方便起见，将这样的构造称为“第一构造的光电转换元件”。可选地，第一电极形成在基板上，光电转换材料层在第一电极上，且由透明导电材料构成的第二电极形成在光电转换材料层上。为了方便起见，将这样的构造称为“第二构造的光电转换元件”。可选地，第一和第二电极形成在基板上，且光电转换材料层在基板的从第一电极到第二电极的区域上。为了方便起见，将这样的构造称为“第三构造的光电转换元件”。

[0047] 在优选实施方式和包括上述这些的构造中的根据实施方式的光电转换元件和其他中，光电转换材料层可为非晶状态或结晶状态。此外，用于检测电流变化的方法可用于一个光电转换材料层或多个光电转换材料层。在存在两个以上光电转换材料层的情况下，该方法包括分别检测在各个光电转换材料层中所产生的电流的增大变化。

[0048] 构成光电转换材料层的有机材料的实例包括有机半导体材料，更具体地，由喹吖啶酮和其衍生物代表的有机着色剂、由Alq3[三(8-羟基喹啉)铝(III)]代表的有机金属螯合的早过渡金属(周期表左侧的金属)离子的着色剂、以及由酞菁锌(II)代表的在过渡金属离子和有机材料之间形成有络合物的有机金属着色剂，并且二萘并噻吩并噻吩(DNTT)由以下结构式来表示：

[0049]

[0050] 可选地，构成光电转换材料所使用的材料的实例包括有机金属化合物、有机半导体微粒子、金属氧化物半导体、无机半导体微粒子、核壳型材料以及有机/无机混合化合物。有机金属化合物的具体实例包括上述的有机材料螯合的早过渡金属离子的着色剂，以及在过渡金属离子和有机材料之间形成有络合物的有机金属着色剂。

[0051] 有机半导体微粒子的具体实例包括由喹吖啶酮和其衍生物代表的上述有机着色剂的聚集体、在过渡金属离子和有机材料之间形成有络合物的有机金属着色剂的聚集体、具有与氰基交联的金属离子的普鲁士蓝和衍生物、以及这些聚集体的混合物。

[0052] 金属氧化物半导体和无机半导体微粒子的具体实例包括ITO、IGZO、ZnO、IZO、IrO2、TiO2、SnO2、SiOx、包含硫族元素[例如，硫磺(S)、硒(Se)或碲(Te)]的金属硫族化物半导体(具体地，CdS、CdSe、ZnS、CdSe/CdS、CdSe/ZnS、PbSe)、ZnO、CdTe、GaAs和Si。

[0053] 微粒子的平均粒径 RAVE 的范围没有特别限定，但是-10 -6 -10 -85.0×10 m≤ RAVE≤ 1.0×10 m，优选是5.0×10 m ≤RAVE≤ 1×10 m，更优选是-10 -7
5.0×10 m≤RAVE≤1.0×10 m，并且优选的是微粒子可在水或有机溶剂中高度分散。微粒子的吸收波段优选位于380nm至800nm的可见光范围内、800nm至1500nm的近红外范围内、或380nm至800nm的可见光范围和800nm至1500nm的近红外范围内。微粒子的形状可以是球形的，但是不局限于此，例如，形状可以是三角形、四面体、立方体、长方形、圆锥形、圆柱形(杆)、三角柱、纤维状、丸状纤维等。当微粒子是非球形时，可以通过确定具有与微粒子相同体积的球形颗粒的平均直径，来计算颗粒的平均粒径RAVE。通过测量微粒子的粒径，例如通过透射电子显微镜(TEM)进行观测，能够获得微粒子的粒径RAVE。

[0054] 核壳型材料(也就是(核材料和壳材料)的组合)的具体实例包括诸如(聚苯乙烯和聚苯胺)的有机材料和诸如(难离子化的金属材料和易离子化的金属材料)的金属材料。

[0055] 有机-无机混合化合物的具体实例包括具有与氰基交联的金属离子的普鲁士蓝及其衍生物，以及配位聚合物，该配位聚合物是具有与双吡啶完全交联的金属离子的聚合物和具有与多价离子酸(以草酸和红氨酸为代表)交联的金属离子的聚合物的统称。

[0056] 根据所使用的材料形成光电转换材料层的方法的实例包括涂覆方法、物理气相沉积(PVD)方法、包括MOCVD的各种化学气相沉积(CVD)方法。涂覆方法的具体实例包括旋涂法；浸渍法；铸型法；诸如丝网印刷、喷墨印刷、胶版印刷、凹版印刷的各种印刷方法；冲压法；喷镀法；以及包括气刀涂覆法、刮片涂覆法、棒式涂覆法、刮刀涂覆法、挤压涂覆法、逆转辊涂覆法、传送辊涂覆法、凹版涂覆法、吻合式涂覆法、铸涂法、喷射涂覆法、裂缝口涂覆法和砑光涂覆法的其他各种涂覆方法。在涂覆方法中使用的溶剂的实例包括诸如甲苯、氯仿、己烷和乙醇的无极性或弱极性有机溶剂。PVD方法的实例包括诸如电子束加热法、电阻加热法和闪蒸沉积的各种真空沉积方法；诸如双极溅射法、直流溅射法、直流磁控溅射法、高频溅射法、磁控溅射法、离子束溅射法和偏压溅射法的各种溅射方法；诸如DC(直流)法、RF法、多阴极法、活性反应法、电场气相沉积法、高频离子镀法和反应离子镀法的各种离子镀方法。

[0057] 光电转换材料层的厚度没有特别限定，但例如是1×10-10m至5×10-7m。

[0058] 施加在第一电极和第二电极之间的电压(偏压)例如是1毫瓦至15瓦(尽管其取决于构成光电转换层的材料)。当一定光强度P的光照射到光电转换材料层时在光电转换材料层中产生的电流随着照射时间的经过而增大，并且一定光强度P的光的照射时间例-12 -1如为1×10 秒至1×10 秒(尽管其取决于构成光电转换层的材料)。尽管在光电转换材料层中产生的电流随着照射时间的经过而增大，但增大或增大率取决于构成光电转换层的材料而并不能明确地进行确定。因此，可在各种试验后进行确定。

[0059] 时间常数τ(P)由照射到光电转换材料层的光的每单位时间的光强度P的函数来表示，但是可在经过多次试验后得到光强度P的函数，并且例如，可以将光强度P的函数存储在电流检测电路中。类似地，可在经过多次试验后得到电流Iinc和照射到光电转换材料层的光的每单位时间的光强度P之间的关系，并且例如，可以将该关系存储在电流检测电路中。在优选构造中，电流检测电路可以通过对式(1)进行积分来确定积分电流值，但是可以基于仅包括式(1)的第一项的积分电流值(包括基于积分电流值所计算的物理量)、或基于包括式(1)的第一和第二项的积分电流值(包括基于积分电流值所计算的物理量)来确定光强度P，并且也可以将积分电流值(包括基于积分电流值所计算的物理量)与光强度P之间的关系存储在电流检测电路中。可选地，可基于时间t和电流Iinc、根据式(1)来确定光强度P。

[0060] 电流检测电路可以是任何已知构造或结构的电流检测电路，只要其能够计算τ(P)或确定Iinc或光强度P即可。固态成像装置的其他构成部分也可以是已知的构成部分。

[0061] 第一和第二电极彼此相互分离，例如第二电极形成在第一电极上方(第一或第二构造的光电转换元件)，或第一和第二电极形成为在基板上彼此相对(第三构造的光电转换元件)。

[0062] 根据实施方式的光电转换元件和其他的结构不局限于具有第一和第二基板的2端子型电子设备结构，还可以是另外具有控制电极的3端子型电子设备结构，其中通过将电压施加于控制电极来调制电流流动。3端子型电子设备结构的具体实例包括与那些所谓的底栅/底接触型、底栅/顶接触型、顶栅/底接触型、和顶栅/顶接触型场效应晶体管(FET)相同的构造和结构。

[0063] 更具体地，在底栅/底接触型3端子型电子设备结构中的根据实施方式的光电转换元件等具有

[0064] (a)形成在支撑体上的控制电极(相当于栅电极)，

[0065] (b)形成在控制电极和支撑体上的绝缘层(相当于栅绝缘层)，

[0066] (c)形成在绝缘层上的第一和第二电极(相当于源电极和漏电极)，以及[0067] (d)形成在绝缘层上第一和第二电极之间的光电转换材料层(相当于沟道形成区域)。

[0068] 在底栅/顶接触型3端子型电子设备结构中的根据实施方式的光电转换元件等具有

[0069] (a)形成在支撑体上的控制电极(相当于栅电极)，

[0070] (b)形成在控制电极和支撑体上的绝缘层(相当于栅绝缘层)，

[0071] (c)形成在绝缘层上的光电转换材料层(相当于沟道形成区域)和光电转换材料层的外围区域，以及

[0072] (d)形成在光电转换材料层的外围区域上的第一和第二电极(相当于源电极和漏电极)。

[0073] 可选地，在顶栅/底接触型3端子型电子设备结构中的根据实施方式的光电转换元件等具有

[0074] (a)形成在支撑体上的第一和第二电极(相当于源电极和漏电极)，

[0075] (b)形成在支撑体上第一和第二电极之间的光电转换材料层(相当于沟道形成区域)，

[0076] (c)形成在第一和第二电极以及光电转换材料层上的绝缘层(相当于栅绝缘层)，以及

[0077] (d)形成在支撑体上的控制电极(相当于栅电极)。

[0078] 可选地，在顶栅/顶接触型3端子型电子设备结构中的根据实施方式的光电转换元件等包括

[0079] (a)形成在基板上的光电转换材料层(相当于沟道形成区域)和光电转换材料层的外围区域，

[0080] (b)形成在光电转换材料层的外围区域上的第一和第二电极(相当于源电极和漏电极)，

[0081] (c)在第一和第二电极以及光电转换材料层上形成的绝缘层(相当于栅绝缘层)，以及

[0082] (d)形成在支撑体上的控制电极(相当于栅电极)。

[0083] 构成第一或第二电极的透明导电材料的实例包括铟锡氧化物(包括ITO、掺杂Sn的In2O3、晶体ITO和非晶体ITO)、IFO(掺杂F的In2O3)、氧化锡(SnO2)、ATO(掺杂Sb的SnO2)、FTO(掺杂F的SnO2)、氧化锌(包括掺杂Al的ZnO、掺杂B的ZnO和掺杂Ga的ZnO)、铟锌氧化物(IZO)、氧化钛(TiO2)、尖晶石氧化物和具有YbFe2O4结构的氧化物。由这些材料中的一种构成的第一和第二电极通常具有高的功函，并且用作阳极。形成透明电极的方法的实例包括诸如真空沉积方法、反应气相沉积方法、各种溅射方法、电子束气相沉积方法和离子镀法的PVD方法；诸如高温溶胶法、有机金属化合物热解法、喷镀法、浸渍法和MOCVD方法的各种CVD方法；以及无电镀和电解镀方法(尽管该方法取决于构成透明电极的材料)。

[0084] 如果第一电极或第二电极用作阳极(正极)，即作为用于回收正空穴的电极，则当透明性没有要求时所使用的构成第一或第二电极的导电材料优选是具有高的功函(例如， )的导电材料，并且其具体实例包括金(Au)、银(Ag)、铬(Cr)、镍(Ni)、钯(Pd)、铂(Pt)、铁(Fe)、铱(Ir)、锗(Ge)、锇(Os)、铼(Re)和碲(Te)。另一方面，当第一或第二电极用作阴极(负极)，即作为用于回收电子的电极，则优选的是具有低的功函(例如， )的导电材料，并且其具体实例包括碱金属(诸如Li、Na和K)
和其氟化物或氧化物、碱土金属(诸如Mg和Ca)和其氟化物或氧化物、铝(Al)、锌(Zn)、锡(Sn)、铊(Tl)、钠/钾合金、铝/锂合金、镁/银合金、诸如铟和镱的稀土金属以及它们的合金。

[0085] 可选地，构成第一、第二或控制电极的材料的实例包括诸如铂(Pt)、金(Au)、钯(Pd)、铬(Cr)、镍(Ni)、铝(Al)、银(Ag)、钽(Ta)、钨(W)、铜(Cu)、钛(Ti)、铟(In)、锡(Sn)、铁(Fe)、钴(Co)和钼(Mo)的金属；包含这些金属元素的合金，这些金属的导电粒子，包含这些金属的合金的导电颗粒，包含杂质的多晶硅，诸如碳材料、氧化物半导体、碳纳米管、石墨的导电物质，并且电极可具有包括这些元素的层压结构。构成第一、第二或控制电极的材料的其他实例包括诸如聚(3，4-乙撑二氧噻吩)/聚苯乙烯磺酸[pEDOT/PSS]的有机材料(导电聚合物)。

[0086] 形成第一、第二或控制电极的方法的实例包括上述各种PVD方法；包括MOCVD方法的各种CVD方法；上述各种涂覆方法；剥离方法；溶胶-凝胶方法；电沉积方法；阴影掩模方法；诸如电解镀法、无电镀方法，或其组合的镀方法；和喷镀方法，以及根据需要与图案化技术的组合(尽管该方法取决于构成电极的材料)。

[0087] 基板或支撑体(在下文中，将其统称为基板等)的实例包括诸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯基苯酚(PVP)、聚醚砜(PES)、聚酰亚胺、聚碳酸脂(PC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)有机聚合物(塑料膜、片、板等形状的柔性聚合材料)以及云母。如果需要，这种柔性聚合材料的基板等允许在例如具有弯曲表面形状的电子设备中集成或一体化。基板等的其他实例包括各种玻璃基板、在其上形成有表面绝缘膜的各种玻璃基板、石英基板、在其上形成有表面绝缘膜的石英基板、在其上形成有表面绝缘膜的硅基板、以及由诸如不锈钢的各种合金和各种金属构成的金属基板。绝缘膜的实例包括硅氧化物系材料(例如，SiOx和旋涂玻璃(SOG))；氮化硅(SiNy)；氮氧化硅(SiON)；氧化铝(Al2O3)；金属氧化物和金属盐。可选地，还可使用在表面上形成有这些绝缘膜中的一种的导电基板(诸如金或铝的金属基板或高度取向石墨的基板)。基板等的表面优选是平滑的，但是可以具有不会对光电转换材料层的性质产生负面效果的粗糙度。可以通过在基板等的表面上通过硅烷耦合方法形成硅烷醇衍生物，通过SAM方法等形成硫醇衍生物、羧酸衍生物、磷酸衍生物或其他衍生物的薄膜，或例如通过CVD方法形成绝缘金属盐或金属络合物的薄膜，来提高第一、第二或控制电极与基板等之间的粘附性。透明基板是由不过度吸收通过基板进入到光电转换材料层的光的材料构成的基板。

[0088] 电极或光电转换材料层可根据需要涂有涂覆层。用于涂覆层的材料的实例包括硅氧化物系材料；氮化硅(SiNy)；无机绝缘材料，例如诸如氧化铝(Al2O3)的金属氧化物的高介电绝缘膜；聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)；聚乙烯基苯酚(PVP)；聚乙烯醇(PVA)；聚酰亚胺；聚碳酸脂(PC)；聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)；聚苯乙烯；诸如N-2(氨乙基)3-氨丙基三甲氧基硅烷(AEAPTMS)、3-巯丙基三甲氧基硅烷(MPTMS)和十八烷基三氯硅烷(OTS)的硅烷醇衍生物；以及诸如具有一端能够与控制电极相结合的官能团的直链烃的有机绝缘材料(有机聚合物)，例如十八硫醇和十二烷基异氰酸酯。这些化合物可以组合使用。硅氧化物系材料的实例包括硅氧化物(SiOx)、BPSG、PSG、BSG、AsSG、PbSG、氮氧化硅(SiON)、SOG(旋涂玻璃)、低介电常数的材料(例如聚芳醚、环全氟化碳聚合物、苯并环丁烯、环状氟塑料、聚四氟乙烯、氟代芳醚、氟代聚酰亚胺、非晶碳和有机SOG)。

[0089] 用于绝缘层的材料的实例包括无机绝缘材料，其包括硅氧化物系材料、氮化硅(SiNy)和诸如氧化铝(Al2O3)的金属氧化物的高介电绝缘膜；以及聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)；聚乙烯基苯酚(PVP)；聚乙烯醇(PVA)；聚酰亚胺；聚碳酸脂(PC)；聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)；聚苯乙烯；诸如N-2(氨乙基)3-氨丙基三甲氧基硅烷(AEAPTMS)、3-巯丙基三甲氧基硅烷(MPTMS)和十八烷基三氯硅烷(OTS)的硅烷醇衍生物；以及诸如具有一端能够与控制电极相结合的官能团的直链烃的有机绝缘材料(有机聚合物)，例如十八硫醇和十二烷基异氰酸酯。这些化合物可以组合使用。硅氧化物系材料的实例包括硅氧化物(SiOx)、BPSG、PSG、BSG、AsSG、PbSG、氮氧化硅(SiON)、SOG(旋涂玻璃)、低介电常数的材料(例如聚芳醚、环全氟化碳聚合物、苯并环丁烯、环状氟塑料、聚四氟乙烯、氟代芳醚、氟代聚酰亚胺、非晶碳和有机SOG)。

[0090] 形成绝缘层的方法的实例包括上述的各种PVD方法；各种CVD方法；旋涂方法；上述各种涂覆方法；溶胶-凝胶方法；电沉积方法；阴影掩模方法；以及喷镀方法。可选地，可通过对控制电极表面进行氧化或进行氮化或通过在控制电极表面上形成氧化层或氮化层来形成绝缘层。氧化控制电极表面的方法例如包括使用O2 等离子体的氧化方法和阳极氧化方法(尽管合适的方法取决于构成控制电极的材料)。氮化控制电极表面的方法例如是使用N2等离子体的氮化方法(尽管合适的方法取决于构成控制电极的材料)。可选地，例如在Au电极的情况下，可以通过诸如浸渍法的方法以自组织方式在控制电极的表面涂覆具有能够与控制电极进行化学结合的官能团的绝缘分子(例如具有用巯基修饰改的端子的直链烃)，在控制电极的表面上形成绝缘层。可选地，可以利用硅烷醇衍生物(硅烷耦合剂)修饰控制电极的表面来形成绝缘层。

[0091] 利用根据实施方式的光电转换装置或光电转换元件等，除了提供诸如电视机和照相机的成像装置(固态成像装置)之外，还可以提供光学传感器和图像传感器。

[0092] [实施例1]

[0093] 实施例1涉及根据实施方式的光电转换装置和光电转换元件，更具体地，实施例1的光电转换元件是第一构造的光电转换元件。如图1的示意性截面图所示，实施例1的光电转换元件11具有

[0094] (A)分离形成第一电极21和第二电极22，以及

[0095] (B)在第一电极21和第二电极22之间形成的光电转换材料层30。

[0096] 实施例1的光电转换装置具有光电转换元件11，并且还具有电流检测电路40。

[0097] 在实施例1的光电转换元件11、实施例1的光电转换装置、或构成以下描述的固态成像装置的光电转换元件11中，当一定光强度P的光照射光电转换材料层30并且将电压施加到第一电极21和第二电极22之间时，在光电转换材料层30中产生的电流从照射开始起随着照射时间的经过而增大。此外，在实施例1的光电转换装置或以下描述的固态成像装置中，电流检测电路40检测电流(或电流的变化)。电流检测电路40连接至第一电极21和第二电极22并在第一电极21和第二电极22之间施加电压。

[0098] 在实施例1的光电转换元件11中，由透明导电材料构成的第一电极21形成在透明基板20上，光电转换材料层30在第一电极21上，并且第二电极22在光电转换材料层30上。光通过基板20和第一电极21进入光电转换材料层30。

[0099] 基板20是厚度为0.7mm的玻璃板；第一电极21由透明导电材料(具体地，厚度为120nm的ITO)构成；第二电极22由厚度为100nm的铝(Al)材料构成；光电转换材料层30由有机材料构成，具体地，是由有机半导体材料(更具体地，厚度为50nm的喹吖啶酮层)构
2 -3 2 -6 2
成。光电转换材料层30具有10cm/V·秒以下(例如，大约10 cm/V·秒到10 cm/V·秒)的载流子迁移率。

[0100] 实施例1的光电转换元件11可通过以下方法进行准备：第一，通过使用光掩模的光刻(照相平版印刷，photolithographic)法在基板20上形成第一电极21，即厚度为120nm的ITO层。随后，在基板20和第一电极21上形成绝缘层的突起31，并且通过真空沉积方法在第一电极21和突起31上形成厚度为50nm的喹吖啶酮的光电转换材料层30。通过使用金属掩模的PVD方法在光电转换金属层30和基板20上形成厚度为100nm的铝的第二电极22。突起31形成为包围基板20的要形成光电转换材料层30的区域。

[0101] 通过透明基板20和第一电极21，将波长为565nm的光以一定光强度P照射至由此所得的实施例1的光电转换元件11中的光电转换材料层30。将15伏的电压施加给第一电极21，同时将第二电极22接地。从而在光电转换材料层30中产生的电流随着照射时间的经过而增大。当假设第一电极21、光电转换材料层30和第二电极22形成电容器时，在光电转换元件11中、光电转换材料层30中产生的电流随照射时间经过的增大对应于电容器中充电电流的变化。换言之，在光电转换元件11中产生充电电流。在将从照射开始起随着照射时间的经过而增大的电流的变化的时间常数指定为τ(P)时，τ(P)由每单位时间照射到光电转换材料层30的光的光强度P的函数来表示。电流检测电路40计算τ(P)。当将从照射开始起或从将电压施加于第一电极21和第二电极22开始起经过的时间指定为t时，在光电转换材料层30中产生的电流Iinc表示为：

[0102] Iinc＝C1·I0(P)[1-exp(-t/τ(P))]+C2(1)

[0103] 这里，当光电转换元件11或光电转换装置具有用于控制照射到光电转换材料层30的光的装置(例如，光闸(快门))时，t可设为从照射开始起经过的时间，同时，当没有用于控制照射到光电转换材料层30的光的装置时，t可设为从将电压施加给第一电极21和第二电极22开始(开始施加偏压)起经过的时间。“I0(P)”是当假设t＝∞时一定光强度P的光照射光电转换材料层30时在光电转换材料层30中产生的电流，并且C1和C2是常数。
C1是正值，例如，C1＝1。在以下描述的光电转换装置或固态成像装置中，Iinc由电流检测电路40另外确定。具体地，充电电流由与第一电极21和第二电极22相连接的已知的电流检测电路40来检测。在光电转换装置中，电流检测电路40例如可以通过从t＝0至t＝100毫秒对式(1)进行积分，来确定积分电流值(在实施例1中，基于积分电流值而计算的充电量和物理量)。在光电转换元件11中，例如通过从t＝0至t＝100毫秒对式(1)进行积分所得到的积分电流值(在实施例1中，基于积分电流值而计算的充电量和物理量)表示了对光强度的依赖性。

[0104] 图2示出了所得到的充电电流值(电流Iinc)与光强度之间的关系。图2中的横坐标表示上述的所经过的时间(单位：任意)，并且图2中的纵坐标表示上述的电流Iinc。图32
示出了所得到的每单位时间照射到光电转换材料层30的光的光强度P(单位：μW/cm)和单位为[-1/τ(P)]的值[α(P)]之间的关系。图3中的横坐标表示光强度P的值，同时纵坐标表示单位为[-1/τ(P)]的值[α(P)]，即时间常数τ(P)的倒数。图2中的曲线“A”示出了当将15伏的电压施加给第一电极21同时将第二电极22接地时每单位时间波长为
2
565nm的光的光强度P是10μW/cm 时所得到的结果；曲线“B”示出了当光强度P是5μW/
2 2
cm 时的结果；曲线“C”示出了当光强度P是1μW/cm 时的结果；曲线“D”示出了当光强度
2 2
P是0.5μW/cm 时的结果；曲线“E”示出了当光强度P是0.1μW/cm 时的结果；曲线“F”示出了当没有光照射时的结果。

[0105] 图2描述了充电电流值依赖于光强度P。可选地，图3描述了具有单位[-1/τ(P)]的值[α(P)]能够表示为每单位时间照射到光电转换材料层30的光的光强度P的线性函数，具体为：

[0106] α(P)＝0.5644·P+0.4605

[0107] 其中R2＝0.9743。

[0108] 然而，该线性函数仅仅是一个示例。

[0109] 由于分别以光强度P为变量的电流Iinc的函数、式(1)的系数和时间常数τ(P)依赖于光电转换元件11的构造、结果和构成材料，因此每当光电转换元件的构造、结构或构成材料变化时，应通过各种试验来确定这些函数，并且这些函数仅需要存储在电流检测电路40(或专用电路等)中，或其表格仅需要存储在电流检测电路40(或专用电路等)中。

[0110] 在实施例1的光电转换元件11中，当将偏压施加在第一电极21和第二电极22之间、同时一定光强度的光照射至光电转换材料层30时，光电转换材料层30中产生的电流随着照射时间的经过而增大。从而可以通过检测电流来获得具有高灵敏度和高S/N比的光电转换元件。

[0111] [实施例2]

[0112] 实施例2是实施例1的修改例。对于实施例2的光电转换装置和光电转换元件，光电转换材料层30由厚度为10nm的DNTT构成。为了制造实施例2的光电转换元件11，通过真空沉积，在突起31上形成了由厚度为100nm的DNTT构成的光电转换材料层30，以从第一电极21延伸。除了上述内容，实施例2的光电转换装置和光电转换元件的构造和结构与实施例1中所描述的光电转换装置和光电转换元件的构造和结构相同，因此不再对其进行详细描述。

[0113] 经由透明基板20和第一电极21，用波长为440nm、具有恒定光强度P的光照射由此得到的实施例2的光电转换元件11的光电转换材料层30。应注意，将-5伏施加给第一电极21，而将第二电极22接地。此时，实施例2的光电转换装置和光电转换元件表现出与实施例1的光电转换装置和光电转换元件相同的性能。图4示出了充电电流值(电流Iinc)与光强度之间的关系。图4的横坐标和纵坐标与图2中的相同。图5示出了每单位时间照2
射光电转换材料层30的光的光强度P(单位：μW/cm)与单位为[-1/τ(P)]的值[α(P)]之间的关系。图5的横坐标与纵坐标与图3中的相同。图4中的曲线“A”示出了当将-5伏施加给第一电极21、将第二电极22接地时每单位时间波长为440nm的光的光强度P是
2 2
2μW/cm 时所得到的结果；曲线“B”示出了当光强度P是5μW/cm 时的结果；曲线“C”示
2
出了当光强度P是15μW/cm 时的结果。

[0114] 图4示出了充电电流值依赖于光强度P。可选地，图5示出了单位为[-1/τ(P)]的值[α(P)]可以表示为每单位时间照射到光电转换材料层30的光的光强度P的线性函数，具体为：

[0115] α(P)＝0.7655·P+2.9027

[0116] 其中，R2＝0.998。

[0117] [实施例3]

[0118] 实施例3是实施例1或实施例2的修改例。实施例3的光电转换元件12是第二构造的光电转换元件。如图6A中的局部示意性截面图所示，第一电极21A形成在基板20A上；光电转换材料层30形成在第一电极21A上；透明导电材料的第二电极形成在光电转换材料层30上。光通过第二电极22A进入光电转换材料层30。具体地，例如，基板20A由硅半导体基板构成，第一电极21A由铝构成，且第二电极22A由ITO构成。除了上述内容，实施例3的光电转换元件12或光电转换装置的构造和结构与实施例1或实施例2的光电转换元件11或光电转换装置的构造和结构相同，因此不再对其进行详细说明。

[0119] [实施例4]

[0120] 实施例4也是实施例1或实施例2的修改例。实施例4的光电转换元件13是第三构造的光电转换元件。如图6B中的局部示意性截面图所示，第一电极21B和第二电极22B形成在基板上，光电转换材料层30形成在基板20B上的从第一电极21B延伸到第二电极22B的区域上。光通过第二电极22B进入光电转换材料层30。可选地，光通过基板20B或第一电极21B进入光电转换材料层30。具体地，例如，基板20B由硅半导体基板构成；第一电极21B和第二电极22B由金属材料或透明导电材料构成。除了上述内容，实施例4的光电转换元件13或光电转换装置的构造和结构与实施例1或实施例2的光电转换元件11或光电转换装置的构造和结构相同，因此不再对其进行详细说明。

[0121] [实施例5]

[0122] 实施例5也是实施例1或实施例2的修改例。在实施例1至4中，光电转换元件具有包括第一电极21和第二电极22的2端子型电子设备结构。可选地，在实施例5和下面描述的实施例6至8中，光电转换元件具有另外包括控制电极的3端子型电子设备结构。可以通过将电压施加给控制电极来调制电流流动。具体地，在实施例5中，将与底栅/底接触型FET相同的构造和结构用于3端子型电子设备结构。

[0123] 更具体地，如图7A中的局部示意性截面图所示，底栅/底接触型3端子型电子设备结构中的实施例5的光电转换元件14具有：

[0124] (a)形成在支撑体13上的控制电极(相当于栅电极114)

[0125] (b)形成在控制电极(栅电极114)和支撑体113(相当于栅绝缘层115)上的绝缘层，

[0126] (c)形成在绝缘层(栅绝缘层115)上的第一和第二电极(相当于源电极和漏电极116)，以及

[0127] (d)形成在绝缘层(栅绝缘层115)上第一和第二电极(源电极和漏电极116)之间的光电转换材料层(相当于沟道形成区域117)。

[0128] 控制电极(栅电极114)由金构成；绝缘层(栅绝缘层115)由SiO2构成；支撑体113由硅半导体基板111和其上形成的绝缘层112构成。第一和第二电极(源电极和漏电极116)和光电转换材料层(沟道形成区域117)由与实施例4中的第一电极21B、第二电极
22B和光电转换材料层30相同的材料构成。此外，第一和第二电极(源电极和漏电极116)与图中未示出的电流检测电路40相连接。上述这些也将相同地应用于以下实施例中。

[0129] 在下文中，将简单描述制造图5的光电转换元件14的方法。

[0130] [步骤500]

[0131] 首先，在支撑体113上形成栅电极114。具体地，通过平版印刷方法在绝缘膜112上形成抗蚀层(图中未示出)，在该抗蚀层中预先去除用于栅电极114的区域。随后，通过真空沉积的方法在整个表面上逐一形成作为粘附层的铬(Cr)层(图中未示出)和作为栅电极114的金(Au)层，然后除去抗蚀层。这样可以通过所谓的剥离方法获得栅电极114。

[0132] [步骤510]

[0133] 随后，在载有栅电极114的支撑体113上形成栅绝缘层115。具体地，通过溅射方法在栅电极114和绝缘膜112上形成SiO2的栅绝缘层115。当形成栅绝缘层115时，可以通过用硬掩模覆盖栅电极114的一部分而无需进行光刻处理就可以形成栅电极114的连接区域(图中未示出)。

[0134] [步骤520]

[0135] 在栅绝缘层115上形成源电极和漏电极116。具体地，通过平版印刷方法在栅绝缘层115上形成抗蚀层，在该抗蚀层中预先去除用于源电极和漏电极116的区域。通过真空沉积方法依次形成源电极和漏电极116，随后除去抗蚀层。这样可以通过所谓的剥离方法获得源电极和漏电极116。

[0136] [步骤530]

[0137] 随后，用类似于实施例1或实施例2的方法，在栅绝缘层115上形成沟道形成区域117。

[0138] [步骤540]

[0139] 最后，在整个表面上形成作为钝化层的绝缘材料层(图中未示出)；在源电极和漏电极116上的绝缘材料层中形成开口；在包括开口中的区域的整个表面上形成配线材料层；通过对配线材料层进行图案化来形成具有底栅/底接触型FET(TFT)结构的光电转换元件14，其具有与形成在绝缘材料层上的源电极和漏电极116相连接的配线(图中未示出)。

[0140] [实施例6]

[0141] 具体地，在实施例6中，与底栅/顶接触型FET相同的结构和构造被用作3端子型电子设备结构。

[0142] 更具体地，如图7B的局部示意性截面图所示，具有底栅/顶接触型3端子型电子设备结构的实施例6的光电转换元件15具有：

[0143] (a)形成在支撑体113上的控制电极(相当于栅电极114)，

[0144] (b)形成在控制电极(栅电极114)和支撑体113上的绝缘层(相当于栅绝缘层115)，

[0145] (c)形成在绝缘层(栅绝缘层115)上的光电转换材料层(相当于沟道形成区域117)和光电转换材料层的外围区域118，以及

[0146] (d)形成在光电转换材料层的外围区域118上的第一电极/第二电极(相当于源电极和漏电极116)。

[0147] 在下文中，将简单描述制造实施例6的光电转换元件15的方法。

[0148] [步骤600]

[0149] 首先，以与实施例5的[步骤500]类似的方式，在支撑体113(绝缘膜112)上形成栅电极114；以及以与[步骤510]类似的方式，在栅电极114和绝缘膜112上形成栅绝缘层115。

[0150] [步骤610]

[0151] 通过与[步骤530]中类似的方法，在栅绝缘层115上形成沟道形成区域117和沟道形成区域的外围区域118。

[0152] [步骤620]

[0153] 与实施例5中的[步骤520]类似，在沟道形成区域的外围区域118上形成源电极和漏电极116，这两者将沟道形成区域117保持在它们之间。然而，在形成源电极和漏电极116的过程中，可以通过用硬掩模覆盖沟道形成区域117而无需进行光刻处理就可以形成源电极和漏电极116。

[0154] [步骤630]

[0155] 最后，通过与[步骤540]类似的步骤可以获得具有底栅/顶接触型FET(TFT)结构的光电转换元件15。

[0156] [实施例7]

[0157] 具体地，在实施例7中，与顶栅/底接触型FET相同的结构和构造被用作3端子型电子设备结构。

[0158] 更具体地，如图8A的局部示意性截面图所示，具有顶栅/底接触型3端子电子设备结构的实施例7的光电转换元件16具有：

[0159] (a)形成在支撑体113上的第一电极/第二电极(相当于源电极和漏电极116)，[0160] (b)形成在支撑体113上第一和第二电极(源电极和漏电极116)之间的光电转换材料层(相当于沟道形成区域117)，

[0161] (c)形成在第一和第二电极(源电极和漏电极116)和光电转换材料层(沟道形成区域117)上的绝缘层(相当于栅绝缘层115)，以及

[0162] (d)形成在绝缘层(栅绝缘层115)上控制电极(相当于栅电极114)。

[0163] 在下文中，将简单描述制造实施例7的光电转换元件16的方法。

[0164] [步骤700]

[0165] 首先，以与实施例5的[步骤520]类似的方式，在支撑体113上形成源电极和漏电极116。

[0166] [步骤710]

[0167] 通过与[步骤530]类似的方法，在支撑体113(绝缘膜112)上源电极和漏电极116之间形成沟道形成区域117。实际上，在源电极和漏电极116上形成沟道形成区域的外围区域118。

[0168] [步骤720]

[0169] 在源电极和漏电极116和沟道形成区域117上(实际上，在沟道形成区域117和沟道形成区域的外围区域118上)形成栅绝缘层115。具体地，通过旋涂方法在整个表面上涂覆PVA来获得栅绝缘层115。

[0170] [步骤730]

[0171] 然后，在栅绝缘层115上形成栅电极114。具体地，通过真空沉积方法在整个表面上依次形成作为粘附层的铬(Cr)层(图中未示出)和作为栅电极114的金(Au)层。在形成栅电极114的过程中，可以通过用硬掩模覆盖栅绝缘层115的一部分而无需进行光刻处理就可以形成栅电极114。最后，通过与[步骤540]类似的步骤的处理，可以获得具有顶栅/底接触型FET(TFT)结构的光电转换元件16。

[0172] [实施例8]

[0173] 具体地，在实施例8中，与顶栅/顶接触型FET相同的结构和构造被用作3端子型电子设备结构。

[0174] 更具体地，如图8B的局部示意性截面图所示，具有顶栅/顶接触型3端子型电子设备结构的实施例8的光电转换元件17具有：

[0175] (a)形成在支撑体113上的光电转换材料层(相当于沟道形成区域117)和光电转换材料层的外围区域118，

[0176] (b)形成在光电转换材料层的外围区域118上的第一电极和第二电极(相当于源电极和漏电极116)，

[0177] (c)形成在第一和第二电极(源电极和漏电极116)和光电转换材料层(沟道形成区域117)上的绝缘层(相当于栅绝缘层115)，以及

[0178] (d)形成在绝缘层(栅绝缘层115)上的控制电极(相当于栅电极114)。

[0179] 在下文中，将简单描述制造实施例8的光电转换元件17的方法。

[0180] [步骤800]

[0181] 首先，通过类似于[步骤530]的方法，在支撑体113上形成沟道形成区域117和沟道形成区域的外围区域118。

[0182] [步骤810]

[0183] 以与实施例5中的[步骤520]类似的方式，在沟道形成区域的外围区域118上形成源电极和漏电极116，这两者将沟道形成区域117保持在它们之间。在形成源电极和漏电极116的过程中，可以通过用硬掩模覆盖沟道形成区域117而无需进行光刻处理就可以形成源电极和漏电极116。

[0184] [步骤820]

[0185] 在源电极和漏电极116以及沟道形成区域117上形成栅绝缘层115。具体地，通过旋涂方法在整个表面上涂覆PVA来获得栅绝缘层115。

[0186] [步骤830]

[0187] 以与实施例7的[步骤730]类似的方式，在栅绝缘层115上形成栅电极114。最后，通过执行类似于[步骤540]的步骤的处理，可得到具有顶栅/顶接触型FET(TFT)结构的光电转换元件17。

[0188] [实施例9]

[0189] 实施例9涉及具有如实施例1至4所描述的光电转换装置或光电转换元件中的一种的固态成像装置。

[0190] 图9是示出了实施例9的固态成像装置(固态成像元件)的示意图。实施例9的固态成像装置50具有：成像区域51，其包括在半导体基板(例如Si基板)上以二维阵列排列的在实施例1至4的任何一个中描述的光电转换元件60(光电转换元件11、12或13)；以及外围电路，诸如垂直驱动电路52、列信号处理电路53、水平驱动电路54、输出电路55和控制电路56。这些电路可由已知的电路或具有其他电路构造的电路(例如，在已知的CCD和CMOS成像装置中使用的各种电路)形成。

[0191] 基于垂直同步信号、水平同步信号和主控时钟，控制电路56产生垂直驱动电路52、列信号处理电路53和水平驱动电路54的操作标准：时钟和控制信号。将所产生的时钟和控制信号输入到垂直驱动电路52、列信号处理电路53和水平驱动电路54中。

[0192] 例如具有移位寄存器的垂直驱动电路52在垂直方向上逐线依次选择和扫描成像区域51中的光电转换元件60。将基于根据在各个光电转换元件60中接收的光强度所产生的电流(信号)的像素信号通过垂直信号配线57发送给列信号处理电路53。

[0193] 例如安装在每条线的光电转换元件60中的列信号处理电路53，基于来自黑色标准像素(图中未示出，形成在围绕有效像素区域的区域中)的信号，处理从每条线中的光电转换元件60输出的信号，以用于每个光电转换元件中的去噪和信号放大。在列信号处理电路53的输出级中，安装了水平选择开关(图中未示出)以和水平信号配线58相连接。

[0194] 例如具有移位寄存器的水平驱动电路54通过依次输出水平扫描脉冲来依次选择各个列信号处理电路53，并将来自各个列信号处理电路53的信号输出到水平信号配线58。

[0195] 输出电路55处理依次从各个列信号处理电路53经由水平信号配线58而传送的信号，并输出经处理的信号。

[0196] 图10A示出了电流检测电路40的一部分的实例。电流检测电路40例如为一条线的光电转换元件60而形成。电流检测电路40形成在列信号处理电路53中。可选地，电流检测电路40可为每个光电转换元件60而形成。在图10所示的电流检测电路40中，光电转换元件60中产生的电流在电阻的端子处产生的电位在输入到非反转放大器(非反相放大器)时被转换为电压。图10中所示出的电流检测电路40能够应用于其他实施例，而且也可以使用其他构造或结构的电流检测电路。

[0197] 尽管光电转换材料层依赖于构成光电转换材料层的材料，但是光电转换材料层自身可具有滤色片的功能，因此即使没有形成滤色片，也可以进行颜色分离。可以根据需要将已知的允许透射诸如红、绿、蓝、青、品红或黄的特定波长的滤色片安装在光电转换元件60的光入射侧上。此外，固态成像装置可以是正面照射型装置或背面照射型的装置。根据需要还可以形成用于控制进入光电转换元件60的入射光的光闸。

[0198] 在实施例中所描述的光电转换装置、光电转换元件和固态成像装置所使用的结构、构造、制造条件、制造方法和材料仅仅是示例，并可以根据需要进行调整。对于将根据实施方式的光电转换装置用作光电池的情况，在第一电极和第二电极之间不施加电压的同时利用光照射光电转换材料层。在这种情况下，用于检测光电转换材料层所产生的电流的电流检测电路不是必需的。

[0199] 应当理解，对于本领域技术人员，对本文所描述的优选实施方式所进行的各种变化和修改是显而易见的。在不偏离本发明主题的精神和范围以及不减少其所预期优点的情况下可以进行这样的变化和修改。因此，意指这样的变化和修改包括在所附的权利要求中。

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光电转换元件、光电转换装置和固态成像装置

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